-
Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Bilderzeugung mit hoher Geschwindigkeit in einem Tintenstrahldrucksystem
und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche
mehrere stationäre
Druckköpfe
verwenden, um Vollfarbenbilden zu drucken, wobei alle Schritte des
Druckprozesses gleichzeitig durchgeführt werden.
-
Das
Tintenstrahldrucken beinhaltet das Ausstoßen von Tintentropfen aus Düsen in einem
Druckkopf auf ein Empfangssubstrat, um ein Bild auszubilden. Das
Bild ist aus einem gitterähnlichen
Muster von möglichen
Tropfenpositionen aufgebaut, allgemein als Bildelemente bezeichnet.
Die Auflösung
des Bildes wird durch die Anzahl von Tintentropfen oder Punkten
pro Inch (dpi) ausgedrückt,
wobei die üblichen
Auflösungen
300 dpi und 600 dpi sind.
-
Tintenstrahldrucksysteme
verwenden üblicherweise
entweder ein direktes Drucken oder die Offsetdruck-Architektur.
Bei einem typischen Direktdrucksystem wird die Tinte aus den Düsen in dem Druckkopf
unmittelbar auf das endgültige
Empfangssubstrat ausgestoßen.
Bei einem Offset-Drucksystem wird eine Zwischenübertragungsoberfläche, wie etwa
eine Flüssigkeitsschicht,
auf eine Trägeroberfläche, wie
etwa eine Trommel, angewandt. Der Druckkopf stößt Tinte auf die Zwischenübertragungsoberfläche aus,
um ein Tintenbild auf derselben auszubilden. Sobald das Tintenbild
vollständig
abgelegt wurde, wird das endgültige
Empfangssubstrat daraufhin in Berührung gebracht mit der Zwischenübertragungsoberfläche und
das Tintenbild wird auf das endgültige
Empfangssubstrat übertragen
und aufgeschmolzen.
-
US-Patent
5,389,958 mit dem Titel "IMAGING
PROCESS" ist dem
Anmelder der vorliegenden Anmeldung erteilt und ist ein Beispiel
einer indirekten oder Offsetdruck-Architektur, welche phasenändernde
Tinte verwendet. Die Zwischenübertragungsoberfläche wird
durch ein Tränkkissen
aufgebracht, welches in einer Spendervorrichtung untergebracht ist.
Vor der Bilderzeugung wird der Spenderin Berührung mit der rotierenden Trommel
angehoben, um die flüssige
Zwischenübertragungsoberfläche aufzubringen
oder zu erneuern.
-
Sobald
die flüssige
Zwischenübertragungsoberfläche aufgebracht
wurde, wird der Spender zurückgezogen
und der Druckkopf stößt Tintentropfen aus,
um das Tintenbild auf der flüssigen
Zwischenübertragungsoberfläche auszubilden.
Die Tinte wird in aufgeschmolzener Form aufgebracht, wobei dieselbe aus
ihrer festen Form aufgeschmolzen worden ist. Das Tintenbild verfestigt
sich auf der flüssigen
Zwischenübertragungsoberfläche durch
Abkühlung
auf einen plastischen Festzwischenzustand, wenn sich die Trommel
weiterdreht. Wenn die Bilderzeugung abgeschlossen wurde, wird eine Übertragungswalze in
Berührung
mit der Trommel bewegt, um eine druckbeaufschlagte Übertragungsspalte
zwischen der Walze und der gekrümmten
Oberfläche
der Zwischenübertragungsoberfläche/Trommel
zu bilden. Ein endgültiges
Empfangssubstrat, wie etwa ein Medienblatt, wird daraufhin der Übertragungsspalte
zugeführt
und das Tintenbild wird auf das endgültige Empfangssubstrat mittels
Druck, welcher auf dasselbe in der Spalte ausgeübt wird, übertragen und fixiert (übertragungsfixiert).
-
Eine
Einschränkung
für die
in dem '958-Patent
gelehrten Architektur besteht darin, dass jeder der vorstehend erwähnten Schritte
seriell durchgeführt
wird, einer nach dem anderen. Dies vergrößert die Zeit erheblich, welche
erforderlich ist, den Druckprozess abzuschließen, und es begrenzt ebenso
die maximale Länge
eines Bildes ungefähr
auf den Umfang der Trommel. Weiterhin muss die Drehgeschwindigkeit
der Trommel während
des Übertragungsfixierungsprozesses
erheblich langsamer sein als die Geschwindigkeit der Trommel während des bilderzeugenden
Prozesses, um das Tintenbild vollständig auf das endgültige Empfangssubstrat
zu übertragen.
-
In
Bezug auf den bilderzeugenden Prozess bewegen sich bei vielen direkten
und Offsetdruck-Systemen der Druckkopf und das endgültige Empfangssubstrat
oder die Zwischenübertragungsoberfläche relative
zueinander in zwei Dimensionen, wenn die Druckkopfdüsen aktiviert
werden. Typischerweise wird der Druckkopf entlang einer X-Achse
in einer Richtung senkrecht zu der Medienbewegung (Y-Achse) linear
bewegt. Das endgültige
Empfangssubstrat/die Zwischenübertragungsoberfläche wird
an dem Druckkopf entlang der Y-Achse vorbei bewegt. Auf diese Weise "tastet" der Druckkopf über das
Medium/Substrat und bildet ein Punktmatrixbild durch das selektive
Ablegen von Tintentropfen an bestimmten Bildelementstellen aus.
Ein Beispiel für
diesen Typus des Druckprozesses ist in der europäischen Patentanmeldung Nr.
97 120 322.9 offenbart, welche vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung angemeldet
ist. Diese Anmeldung offenbart einen bilderzeugenden Prozess, welcher
mehrere Umdrehungen der Trommel verwendet, um das vollständige Tintenbild
auf der Zwischenübertragungsoberfläche abzulegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform dreht
sich die Trommel über
28 Umdrehung, während sich
der Druckkopf in der Richtung einer X-Achse senkrecht zur Richtung
der Trommelbewegung bewegt, um das Bild abzulegen. Wie bei der in
dem '958-Patent
gelehrten Architektur ist die maximale Länge eines gegebenen Bildes
auf den Umfang der Trommel begrenzt.
-
Um
die Bilddichte zu vergrößern und
eine größere Geschwindigkeit
zu ermöglichen,
können mehrere
Druckköpfe
verwendet werden. Es ist ebenso bekannt, einen oder mehrere stationäre Druckköpfe zu verwenden,
um die Notwendigkeit eines Abtastens über die Übertragungsfläche oder
das Medium hinweg zu vermeiden. Ein Beispiel für einen Drucker mit mehreren
stationären
Druckköpfen
ist in dem US-Patent 5,677,719 mit dem Titel "MULTIPLE PRINT HEAD INK JET PRINTER", offenbart. Die 8 des in '719-Patentes
zeigt eine alternative Ausführungsform,
welche für
Farbdruck geeignet ist. Es werden vier getrennten Tintenstrahler
verwendet, wobei jeder der Tintenstrahler einer der vier primären Farben
Magenta, Cyan, Gelb und Schwarz zugeordnet ist. Um zwei primäre Farben
zu überlagern,
um eine sekundäre
Farbe zu erreichen, benötigt
das '719-Patent
mehrere Umdrehungen der Trommel. Es wird eine Farbe während einer
Rotation angewandt und eine andere Farbe wird bei der nächsten Rotation überlagert.
Auf diese Weise werden mehrere Umdrehungen der Trommel benötigt, um
ein komplettes, voll ausgefülltes
Vollfarbentintenbild auf der Zwischenübertragungsoberfläche auszubilden.
Daraus folgt, dass die maximale Länge eines gegebenen Bildes
auf den Umfang der Trommel begrenzt ist.
-
Das '719-Patent zielt
darauf ab, die Trocknungszeit eines Tintentropfens auf der Oberfläche der
Trommel zu verringern. Insbesondere hat das '719-Patent die Trocknungszeit zum Gegenstand,
die erforderlich ist, dass wasserbasierende Tintentropfen sauber
auf eine endgültige
Empfangsfläche übertragen
werden. Es wird eine Trocknungszeit von drei Sekunden offenbart,
welche einer maximalen Trommelrotationsgeschwindigkeit von 20 Umdrehungen pro
Minute entspricht, was einer maximalen Druckgeschwindigkeit von
20 Seiten pro Minute entspricht.
-
Wie
die vorstehende Beschreibung veranschaulicht, ist die in dem '719-Patent offenbarte
Geschwindigkeit der Druckarchitektur durch die erforderlichen Trocknungszeiten
und die Verwendung von mehreren Umdrehungen für das Vollfarbendrucken begrenzt.
Ebenso ist die maximale Länge
eines Bildes auf den Umfang der Trommel begrenzt. Daher besteht
der Bedarf für
ein Tintenstrahldrucksystem mit hoher Geschwindigkeit, welches die
Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
-
WO
93/07000 beschreibt einen Tintenstrahldrucker. Ein Tintenstrahl-
oder Blasenstrahlsystem, in welchem Tinte auf eine Zwischenübertragungseinrichtung
gesprüht
wird und von derselben auf ein endgültiges Substrat übertragen
wird. Die Einrichtung wird vorzugsweise erhitzt, um einen wesentlichen
Teil der Trägerflüssigkeit
der Tinte zu verdampfen, um das Einsaugen in das endgültige Substrat
zu verringern. In einer Ausführungsform
des Druckers wird eine Harzschicht auf der Oberfläche der
Einrichtung abgelegt, bevor das Bild abgelegt wird. Diese Schicht
wird auf das Substrat mit dem Bild übertragen und schützt das
Bild und verbessert optionalerweise dessen Befestigung auf dem Substrat.
-
US 5,471,233 beschreibt
eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung. Die Aufzeichnungsvorrichtung
umfasst einen Aufzeichnungskopf, welcher eingerichtet ist, eine
schmelzbare Tinte zu halten, eine Übertragungseinrichtung, welche
dem Aufzeichnungskopf gegenüberliegt,
ohne denselben zu berühren,
eine Heizvorrichtung zum Heizen der Übertragungseinrichtung auf
eine vorbestimmte Temperatur, eine Druckanwendungseinrichtung, welche
der Übertragungseinrichtung
derart gegenüberliegt,
dass ein Aufzeichnungsmedium zwischen denselben durchlaufen kann
und mit der Übertragungseinrichtung
zusammenarbeitet, um einen Druck auf das Aufzeichnungsmedium anzuwenden,
und eine Einrichtung zur Anwendung einer elektrischen Spannung zur
Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen dem Aufzeichnungskopf
und der Übertragungseinheit,
wobei der Aufzeichnungskopf die schmelzbare Tinte in einem geschmolzenen
Zustand auf die Übertragungseinrichtung
aufbringt.
-
EP 0694388 B1 repräsentiert
den nächstliegenden
Stand der Technik und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung von Qualitätsfaktoren
beim Tintenstrahldrucken mit phasenändernder Tinte. Eine Druckvorrichtung
für die Übertragung
phasenändernder
Tinte und ein entsprechender Prozess beginnt mit dem Anwenden einer
dünnen Schicht
einer flüssigen
oder anderen Zwischenübertragungsoberfläche auf
eine beheizte Empfangsfläche,
wie etwa eine Trommel. Die Zwischenübertragungsoberfläche besteht
aus einer dünnen
flüssigen Schicht
und die geschmolzenen Tintentropfen treffen auf dieselbe auf, flachen
sich ab und breiten sich vor der Abkühlung und Aushärtung aus.
Nachdem das Bild abgelegt ist, wird ein Druckmedium auf eine vorbestimmte
Temperatur aufgeheizt und einer Spalte zugeführt, um das Tintenbild auf
das Druckmedium zu übertragen
und aufzuschmelzen. In der Spalte kombiniert sich die Wärme von
der Trommel und von dem Druckmedium, so dass die Tinte entsprechend einem
Prozessbereich erwärmt
wird, wodurch die Tinte ausreichend weich und klebrig gemacht wird, um
an dem Druckmedium, aber nicht an der Trommel anzuhaften.
-
Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
und ein Verfahren für
das indirekten Tintenstrahldrucken von hoher Geschwindigkeit bereitzustellen.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung
gemäß Anspruch
22 erreicht.
-
Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung
und das Verfahren eines oder mehrere vollständige Bilder auf der Zwischenübertragungsoberfläche ausbilden
und das Bild (die Bilder) auf das endgültige Empfangsmedium in einem
einzigen Durchlauf überträgt.
-
Weiterhin
ist die Vorrichtung und das Verfahren in der Lage, Bilder von voller
Breite zu drucken, welche mindestens einen Abschnitt aufweisen,
welcher ein vollständig
gefülltes
Bild ist.
-
Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Düsen in einem
oder mehreren Druckkopfmodulen jede Bildelementstelle über eine Trägerfläche hinweg
in einer X-Achsenrichtung adressieren, wodurch ermöglicht wird,
dass die Druckkopfmodule ein vollständiges Bild in einem einzigen
Durchlauf drucken.
-
Es
ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die
Vorrichtung und das Verfahren in der Lage sind, ein vollständiges Bild
durch Überlagern
von zwei oder mehr Bildkomponenten in einem einzigen Durchlauf zu
drucken, wobei jede Bildkomponente eine unterschiedliche Farbe aufweist.
-
Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung
und das Verfahren alle Schritte in dem Druckprozess gleichzeitig
ausführen.
-
Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung
und das Verfahren in der Lage sind, Bilder zu drucken, welche eine
größere Länge aufweisen
als der Umfang der Trommel/Trägerfläche.
-
Es
ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass mehrere
Bildkomponenten auf der Zwischenübertragungsoberfläche in weniger
als einer Umdrehung der Trommel abgelegt werden können.
-
Es
ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die
Vorrichtung und das Verfahren das Duplexdrucken ermöglichen.
-
Um
die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile zu
erzielen und gemäß den Zielen
der vorliegenden Erfindung, wie hier beschrieben, wird eine Vorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zum Tintenstrahl-Offsetdruck mit
hoher Geschwindigkeit bereitgestellt. Mehrere Druckkopfmodule bilden
ein Tintenbild voller Breite aus, durch Ausstoßen von Tintentropfen auf eine
Zwischenübertragungsoberfläche auf
einer rotierenden Trommel. Es werden ein oder mehrere Bilder auf
der Zwischenübertragungsoberfläche in weniger
als einer Umdrehung der Trommel ausgebildet. Die Bilder werden daraufhin
auf ein endgültiges
Empfangsmedium übertragen,
während
weitere Bilder gleichzeitig auf der Zwischenübertragungsoberfläche ausgebildet
werden, während
sich die Trommel weiterdreht. Es können zwei oder mehr Farbkomponentenbilder überlagert
werden, um ein vollständiges
Farbbild in weniger als einer Umdrehung der Trommel auszubilden.
Weiterhin ermöglicht
die gleichzeitige Bilderzeugung und Bildübertragung, dass die Vorrichtung
und das Verfahren Bilder druckt, welche eine Länge aufweisen, die größer ist
als der Umfang der Trommel.
-
Die
nachfolgende Beschreibung ist dazu gedacht, die Erfindung ausschließlich beispielhaft
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen zu veranschaulichen.
-
1 ist
eine zeichnerische Veranschaulichung einer Offset-Tintenstrahldruckvorrichtung
mit mehreren Druckköpfen,
welche die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet.
-
2 ist
eine vergrößerte zeichnerische Veranschaulichung
der Übertragung
eines Tintenbildes von einer flüssigen
Zwischenübertragungsoberfläche auf
ein endgültiges
Empfangssubstrat.
-
3 ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf die Frontplatte eines Druckkopfmoduls, welche vier Felder von
Tintenstrahldüsen
zum Ausstoßen
von Tintentropfen aufweist.
-
4 ist
eine stark vergrößerte Veranschaulichung
und zeigt den Abstand zweier horizontal benachbarten Düsen und
zweier vertikal benachbarten Düsen
auf der Frontplatte.
-
5 ist
eine Draufsicht auf vier Frontplatten, welche angeordnet sind, um
Tintentropfen auszustoßen,
welche untereinander überlappen,
um ein vollständig
gefülltes
Bild auszubilden.
-
6 ist
eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer horizontalen
Linie, welche durch die Frontplatten 4 und 2 der 5 gedruckt
werden.
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Tintenstrahldruckvorrichtung 10 für Offset- oder indirekten Druck mit
einem Vielfachdruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Beispiel einer Tintenstrahlarchitektur für Offsetdruck ist in US-Patent
Nr. 5,389,958 (das '958-Patent)
mit dem Titel "IMAGING
PROCESS" offenbart
und dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung erteilt.
-
Die
bilderzeugende Vorrichtung 10 in der 1 verwendet
einen Offsetdruckprozess, um eine Vielzahl von Tintentropfen bildartig
auf ein endgültiges
Empfangssubstrat aufzubringen. In der bevorzugten Ausführungsform
schließt
die Vorrichtung 10 16 Druckkopfmodule 12A–12N, 12P und 12Q ein, welche
um eine Trägeroberfläche oder
Trommel 14 herum angeordnet sind. Mit Bezug auf die 2 stoßen die
Druckkopfmodule 12A–12N, 12P und 12Q Tintentropfen 23, 25 in
einem geschmolzenen oder flüssigen
Zustand auf eine Zwischenübertragungsoberfläche 9 auf
der Trommel 14 aus. Die Zwischenübertragungsoberfläche 9 ist
vorzugsweise eine flüssige
Schicht, welche auf die Trommel 14 durch Berührung der
Trommel mit einer Spenderbaugruppe 16 (siehe 1)
angewandt wird. Geeignete Flüssigkeiten,
welche als Zwischenübertragungsoberflä che verwendet
werden können,
schließen
Wasser, fluorinierte Öle,
Glykol, Benetzungsmittel, Mineralöl, Silikonöl, funktionelle Öle und Kombinationen
derselben ein. Die bevorzugte Flüssigkeit
ist Aminosilikonöl.
-
Gemäß 1 schließt die Spenderbaugruppe 16 ein
Reservoir 18, ein Tränkkissen 20 zum
Aufbringen der Flüssigkeit
und eine Dosierklinge 22 zum konsistenten Dosieren der
Flüssigkeit
auf der Oberfläche
der Trommel ein. Das Tränkkissen 20 ist
vorzugsweise aus irgendeinem geeigneten, nicht gewebtem, synthetischen
Textil mit einer relativ glatten Oberfläche ausgebildet. Eine bevorzugte
Konfiguration kann ein weiches Tränkkissen 20 anwenden,
welches auf der Oberseite eines porösen Trägermaterials angebracht ist,
wie etwa einem Polyestertilz. Beide Materialien sind von BMP Corporation
als BMP-Produkte
NR 90 und PE 1100-UL jeweils erhältlich.
Die Dosierklinge dosiert die Flüssigkeit,
so dass dieselbe eine Dicke von ungefähr 0,025 μm bis ungefähr 60 μm aufweist und besonders vorzugsweise von
ungefähr
0,05 bis ungefähr
10 μm. Um
eine kontinuierliche Bilderzeugung und Druck zu ermöglichen,
wird das Tränkkissen 20 und
die Klinge 22 durchgehend in Berührung mit der Trommel 14 gehalten.
Das Reservoir 18 kann ebenso als ein getrenntes Flüssigkeitsversorgungssystem
(nicht gezeigt) vorgehalten werden, um eine ununterbrochene Lieferung
der Flüssigkeit
sicherzustellen.
-
Die
Trägeroberfläche kann
die Form einer Trommel 14 gemäß 1 aufweisen
oder kann alternativ ein Band, eine Bahn, eine Platte oder ein anderer
passender Aufbau sein. Die Trägeroberfläche 14 kann
aus irgendeinem passenden Material ausgebildet werden, wie etwa
Metalle, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf Aluminium, Nickel oder Eisenphosphat, Elastomere, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf Fluorelastomere, Perfluorelastomere, Silikongummi und Polybutadien,
Kunststoffe, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf Polytetrafluorethylen, beladen mit Polyphenylsulfid, thermoplastische
Kunststoffe, wie etwa Polyethylen, Nylon und FEP-Thermosets, wie
etwa Acetate oder Keramiken. Das bevorzugte Material ist eloxiertes
Aluminium.
-
Flüssige oder
geschmolzene Tinte wird von den Druckkopfmodulen 12A–12N, 12P und 12Q auf die
Zwischenübertragungsoberfläche 9 auf
der Trommel 14 ausgestoßen, um ein Tintenbild auf
derselben auszubilden. Ein endgültiges
Empfangsmedium oder Medium 11 wird durch einen Vorheizen 30 und
die Übertragungsspalte 32 geführt, welche
zwischen der Trommel 14 und einer Übertragungswalze 34 ausgebildet
wird. In der bevorzugten Ausführungsform weist
die Übertragungswalze 34 einen
metallischen Kern aus, vorzugsweise Stahl, mit einer elastomeren Decke
mit einer 40–45
Shore D-Rate. Passende elastomere Abdeckmaterialien schließen Silikone, Urethane,
Nitrile, EPDM und andere geeignet federnde Materialien ein. Mit
weiterem Bezug auf die 2 nimmt die elastomere Decke
auf der Walze 34 das Medium 11 auf der gegenüberliegenden
Seite zur der Seite, auf welche das Tintenbild von der bebilderten Oberfläche der
Zwischenübertragungsoberfläche 9 übertragen
wird, in Eingriff. Wenn das Medium 11 durch die Spalte 32 läuft, wird
dasselbe gegen das abgelegte Tintenbild gedrückt, um das Tintenbild auf das
Medium zu übertragen.
-
Der
innerhalb der Übertragungsspalte 32 ausgeübte Druck
auf das Tintenbild/Medium 11 sollte ausreichend sein, um
sicherzustellen, dass das Tintenbild vollständig auf das Medium 11 übertragen wird.
Die 2 veranschaulicht zeichnerisch den stattfindenden
Ablauf, wenn Tintentropfen 23, 25, 27 und 29,
welche das Tintenbild ausbilden, von der flüssigen Zwischenübertragungsoberfläche 9 auf
das endgültige
Empfangssubstrat 11 übertragen
werden. Mit Bezug auf die 1 kann eine
zusätzliche
Verarbeitung des übertragenen
Tintenbildes auf dem Medium 11 durch ein Paar von Nachverarbeitungswalzen 36, 38 stromabwärts von
der Übertragungsspalte 32 ausgeführt werden.
Die Nachverarbeitungswalzen 36, 38 erzeugen eine
Schmelzspalte 39 zum Aufschmelzen oder Fixieren des Tintenbildes
auf dem Medium. Vorzugsweise ist der Druck innerhalb der Schmelzspalte 39 viel
größer als
der Druck innerhalb der Übertragungsspalte 32.
Auf diese Weise muss die Übertragungsspalte 32 nur
einen ausreichenden Druck für
die Übertragung
des Tintenbildes auf das Medium 11 aufweisen, während die
Schmelzspalte 39 einen höheren Druck verwenden kann,
um das Tintenbild auf das Medium 11 zu schmelzen oder zu fixieren.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Druck innerhalb der Übertragungsspalte 32 zwischen ungefähr 6,9·104 Pa und ungefähr 1,03·107 Pa
(10 und ungefähr
1500 pounds per square inch (psi)), und besonders vorzugsweise zwischen
ungefähr 6,9·105 Pa bis ungefähr 1,03·106 Pa
(100 psi bis ungefähr
150 psi). Der Druck innerhalb der Schmelzspalte 39 ist
zwischen ungefähr
6,9·104 Pa und ungefähr 1,4·107 Pa
(10 und ungefähr
2000 psi), und besonders vorzugsweise zwischen ungefähr 1,4·106 Pa und ungefähr 1,7·106 Pa
(200 und ungefähr
250 psi).
-
Vorteilhafterweise
wird durch die Verwendung eines niedrigeren Druckes innerhalb der Übertragungsspalte 32 weniger
Kraft durch die Übertragungswalze 34 auf
die Trommel 14 während
des bilderzeugenden Prozesses ausgeübt. Dies vermindert die Wahrscheinlichkeit
für eine
Fehljustierung zwischen der Trommel 14 und den Druckkopfmodulen 12A–12N, 12P und 12Q,
insbesondere in der Y-Achsenrichtung und ermöglicht daher eine größere Konsistenz
in der Bildqualität.
-
Mit
weiterem Bezug auf die 1 kann ebenso eine Duplexeinheit 17 verwendet
werden, um das Medium umzudrehen und ein Drucken auf beiden Seiten
des Mediums zu ermöglichen.
Alternativ dazu kann das bedruckte Medium 11 von der Übertragungsspalte 32 zu
einer zweiten Druckvorrichtung (nicht gezeigt) übertragen werden, wo die zweite
Seite des Mediums bedruckt wird. Es ist ebenso anzumerken, dass
das Medium 11 als eine durchgehende Rolle gezeigt wird,
aber ebenso individuelle Medienblätter sein kann.
-
Die
flüssige
Zwischenübertragungsoberfläche 9 auf
der Oberfläche
der Trommel 14 und das auf derselben abgelegte Tintenbild
werden innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches durch eine geeignete
Heizeinrichtung 28 gehalten. Die Heizeinrichtung 28 kann
ein Strahlungsheizer sein, welcher, wie gezeigt, angeordnet ist,
oder, alternativ dazu, innerhalb der Trommel 14 angeordnet
sein. Die Heizeinrichtung 28 erhöht die Temperatur der Trommel 14/der
flüssigen
Zwischenübertragungsoberfläche 9 von
der Umgebungstemperatur auf zwischen ungefähr 25 °C und ungefähr 70 °C oder höher. Diese Temperatur hängt von
der genauen Beschaffenheit der in der Zwischenübertragungsoberfläche 9 angewandten
Flüssigkeit
und der Zusammensetzung der Tinte ab. Ein bevorzugter Temperaturbereich
liegt zwischen ungefähr
45 °C und
ungefähr
52 °C.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
wird eine phasenändernde
Tinte in dem Drucker 10 verwendet. Die phasenändernde
Tinte ist anfänglich
in fester Form und ändert
sich daraufhin in einen geschmolzenen Zustand durch die Anwendung
von Wärmeenergie,
um die Temperatur auf ungefähr
85 °C bis
ungefähr
150 °C anzuheben.
Die geschmolzene Tinte wird daraufhin in Art eines Rasters von den Düsen 42 in
den Druckköpfen 12A–12N, 12P und 12Q auf
die freiliegende Oberfläche
der flüssigen Zwischenübertragungsoberfläche 9 angewandt.
Die Tinte kühlt
sich auf eine Zwischentemperatur ab und verfestigt sich zu einem
plastischen Zustand, in welchem dieselbe auf das endgültige Empfangssubstrat 11 über die Übertragungsspalte 12 übertragen
wird. Diese Zwischentemperatur, in der die Tinte in ihrem plastischen
Zustand gehalten wird, liegt zwischen ungefähr 30 °C und ungefähr 80 °C.
-
Die
für die
Ausbildung der Tintenbilder verwendete Tinte weist vorzugsweise
flüssige
und mechanische Eigenschaften auf, welche den Parametern genügen, welche
für das indirekte
Hochgeschwindigkeitsdrucken bei Geschwindigkeiten von 100 ppm oder
höher benötigt werden.
Insbesondere muss die Viskosität
der Tinte in einem geschmolzenen Zustand den Anforderungen der Druckkopfmodule
angepasst sein, welche verwendet werden, um dieselbe auf die Zwischenübertragungsoberfläche 9 anzuwenden.
Die Viskosität
der geschmolzenen Tinte muss ebenso in Bezug auf andere physikalische und
rheologische Eigenschaften der Tinte als ein Feststoff optimiert
werden, wie etwa die Festigkeit, Härte, Elastizitätsmodul,
Verlustmodul, Verhältnis von
Verlustmodul zu Elastizitätsmodul
und Geschmeidigkeit. Weiterhin muss die Härtezeit, welche für die geschmolzenen
Tintentropfen auf der Zwischenübertragungsoberfläche 9/Trommel 14 erforderlich
ist, um einen plastischen Zustand zu erreichen, welcher für die Übertragung
geeignet ist, ausreichend kurz sein, um die gewünschte Druckgeschwindigkeit
zu unterstützten.
Um beispielsweise eine Druckgeschwindigkeit von 100 ppm zu ermöglichen,
wobei die Länge
jeder Seite ungefähr
gleich dem Umfang der Trommel 14 ist, muss die Härtezeit der
Tintentropfen auf der Zwischenübertragungsoberfläche 9/Trommel 14 ungefähr 0,6 Sekunden
oder weniger sein.
-
Eine
bevorzugte phasenändernde
Tinte besteht aus einer phasenändernden
Tintenträgerzusammensetzung,
welche mit einem Farbmittel vermischt ist, welches mit der phasenändemden
Tinte kompatibel ist. Insbesondere umfasst die bevorzugte phasenändernde
Tintenträgerzusammensetzung eine
Mischung aus (1) mindestens einem Urethanharz; und/oder (2) mindestens
einem gemischten Urethan-/Harnstoffharz; und (3) mindestens ein
Monoamid; und (4) mindestens ein Polyethylenwachs. Eine genauere
Beschreibung der bevorzugten phasenändemden Tinte ist in der europäischen Patentanmeldung
Nr. 99 300 521.4, eingereicht durch den Anmelder der vorliegenden
Anmeldung, zu finden. Diese Anmeldung wird hiermit in sachdienlichem
Teil als Referenz aufgenommen.
-
Es
ist zu würdigen,
dass viele andere Typen von phasenändemden Tinten mit verschiedenen
Zusammensetzungen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können.
Beispiele passender alternativer Tinten sind in den US-Patenten
Nr. 4,889,560 (das '560-Patent)
und 5,372,852 (das '852-Patent)
beschrieben. Das '560-Patent
und '852-Patent werden hiermit
insbesondere als Bezug in sachdienlichem Teil aufgenommen. Die in
diesen Patenten offenbarten Tinten bestehen aus einer phasenändernden
Tintenträgerzusammensetzung,
welche ein oder mehrere fette Amid enthaltende Materialien, vorzugsweise
bestehend aus Monoamidwachs und einem Tetraamidharz, einen oder mehrere
klebrig machenden Bestandteile, einen oder mehrere Weichmacher und
ein oder mehrere Antioxidanzien in Kombination mit kompatiblen Farbmitteln
umfassen.
-
Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden alle Schritte,
die den Druckprozess betreffen, gleichzeitig oder parallel durchgeführt, um
die Druckgeschwindigkeit zu maximieren. Genauer gesagt, werden die
Schritte des Anwendens der Zwischenübertragungsoberfläche 9 auf die
Trommel 14, des Ablegens des Tintenbildes auf der Zwischenübertragungsoberfläche, des
Erwärmens
der Zwischenübertragungsoberfläche/Trommel 14,
des Vorheizens des Mediums 11, des Übertragens der Tintenbildes
auf das Medium und des Nachbearbeitens des Tintenbildes auf dem
Medium alle gleichzeitig oder parallel durchgeführt. Zusätzlich und gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden alle
Schritte kontinuierlich durchgeführt,
was die Ablage von mehreren kompletten Bildern auf der Zwischenübertragungsoberfläche 9 in
weniger als einer Umdrehung der Trommel 14 ermöglicht.
Während
diese Bilder auf das Medium übertragen
werden, werden weitere, mehrere komplette Bilder gleichzeitig auf
die Zwischenübertragungsoberfläche 9 ausgestoßen. Dies
ermöglicht auch,
dass sich die Trommel 14 bei einer festen Geschwindigkeit
während
des gesamten Druckprozesses dreht, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird,
die Trommel für
den Übertragungsfixierungsprozess
oder einen anderen Schritt abzubremsen. Durch das Ausführen von
allen der Schritte parallel und durch kontinuierliches Bilderzeugen
und Übertragen
von einem oder mehreren kompletten Bildern, kann die Druckvorrichtung 10 bei
Geschwindigkeiten über
50 Seiten pro Minute (ppm) und besonders vorzugsweise bei 100 ppm
und höher
drucken. In einer bevorzugten Ausführungsform werden vier vollständige Bilder
auf der Zwischenübertragungsoberfläche 9 in
weniger als einer Umdrehung der Trommel abgelegt und die Trommel
rotiert bei ungefähr
25 Umdrehungen pro Minute (rpm), um eine Druckgeschwindigkeit von
100 ppm zu liefern.
-
Alternativ
dazu und gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Druckvorrichtung 10 Bilder
mit einer Länge
größer als
den Umfang der Trommel 14 drucken. Da die Bilderzeugung
und die Übertragung
gleichzeitig und kontinuierlich folgen, kann ein Bild von beliebiger Länge durch
die Druckvorrichtung 10 gedruckt werden.
-
Mit
nachfolgenden Bezug auf die 3 wird nun
eine bevorzugte Ausführungsform
für jeden Druckkopfmodul 12A–12N, 12P und 12Q beschrieben.
Jeder Druckkopfmodul schließt
eine Frontplatte ein, welche eine Vielzahl von Düsen 42 enthält, durch welche
die flüssigen
Tintentropfen ausgestoßen
werden. Die Frontplatte 4 in der 3 entspricht
dem Druckkopfmodul 12I in der 1. Die nachfolgende Erörterung
der Frontplatte 4 ist ebenso auf die Frontplatten von jedem
der anderen Druckkopfmodule anwendbar. In der bevorzugten Ausführungsform schließt die Frontplatte 4 vier
Felder 44A–44D von Düsen 42 ein.
Das Feld 44A weist 12 Düsen
quer und 10 Düsen
hoch auf, während
die Felder 44B–44D jeweils
11 Düsen
quer und 10 Düsen
hoch sind. Diese Konfiguration liefert insgesamt 450 Düsen 42 auf
der Frontplatte 4. Wie nachstehend eingehender erklärt wird,
ist jede Düse 42 so
angeordnet, dass dieselbe eine unterschiedliche Bildelementstelle
in der Erstreckung der X-Achsenrichtung auf der Trommel 14 betrifft.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
sind die Düsen 42 vertikal
und horizontal durch einen Abstand von ungefähr 20 Bildelementen beabstandet
und jedes Bildelement weist ungefähr einen Durchmesser oder Breite
von 0,085 mm (1/300 Inch) auf. Die Bezeichnungen "horizontal" und "vertikal" werden nur in einem
allgemeinen Sinn verwendet, um Referenzrichtungen anzuzeigen und
sollten nicht als orthogonale Richtungen bezogen interpretiert werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Abmessungen der Düsenfelder 44A–44D ist
zu würdigen,
dass die Frontplatte 4 ein 76,2 mm (3 Inch) breites Drucken unterstützen kann
((45 horizontale Düsen) × (1,69 mm
(1/15 Inch) zwischen den Düsen)
= 76,2 mm (3 Inch).
-
Die 4 ist
eine stark vergrößerte Veranschaulichung
von horizontal benachbarten Düsen 42' und 42''' und
vertikal benachbarten Düsen 42' und 42''. Es ist zu würdigen, dass die relative Lage
der Düsen 42', 42'' und 42''' repräsentativ
ist für
die relative Lage von irgendwelchen vertikal oder horizontal benachbarten
Düsen auf
der Frontplatte 4. Gemäß 4 ist
der horizontale Mitte-zu-Mitte-Abstand 20H zwischen horizontal
benachbarten Düsen 42' und 42''' 20
Bildelemente. Wie vorstehend erörtert,
stellt ein Bildelement eine einzelne Punktstelle innerhalb eines
Bildes dar. Die Größe und Abmessungen
eines Bildelementes werden in Abhängigkeit von der Auflösung des
Bildes variieren. Die hier beschriebene, bevorzugte Ausführungsform
bezieht sich auf Drucken bei 300 dpi (118 Punkte pro cm), oder 300
Bildelemente pro Inch. Daher wird jedes Bildelement einen ungefähren Durchmesser
oder Breite von 0,085 mm (1/300 Inch) aufweisen, und der vorstehend
erwähnte
horizontale Abstand 20H für 20 Bildelemente ist gleich
1,69 mm (1/15 Inch).
-
Mit
weiterem Bezug auf die 4 beträgt der vertikale Mitte-zu-Mitte-Abstand 20V zwischen
benachbarten Düsen 42' und 42'' 20 Bildelemente oder 1/15 Inch.
Wie in den 3 und 4 gezeigt,
sind die vertikalen Reihen der Düsen 42 leicht
angewinkelt. Vorzugsweise beträgt
der horizontale Mitte-zu-Mitte-Abstand 2H zwischen vertikal
benachbarten Düsen 42 2
Bildelemente oder 0,17 mm (1/150 Inch) (siehe 4).
Alternativ ausgedrückt,
sind die vertikal benachbarten Düsen
um 2 Bildelemente oder 0,17 mm (1/150 Inch) versetzt.
-
Mit
nachfolgendem Bezug auf die 1 und 3 werden
die Düsen 42,
wenn sich die Trommel 14 an der Frontplatte 4 des
Druckkopfmoduls 12I vorbeibewegt, selektiv aktiviert, um
Tintentropfen auf der Zwischenübertragungsoberfläche auf
der Trommel abzulegen. Unter der Annahme, dass vertikal benachbarte
Düsen horizontal
um 2 Bildelemente versetzt sind, würde eine durch die Frontplatte 4 gedruckte
horizontale Linie Zwischenräume
von einem Bildelement zwischen jedem gedruckten Bildelement aufweisen.
Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher eine zweite
Frontplatte 2 entsprechend zu dem Druckkopfmodul 12K horizontal
so ausgerichtet, dass dieselbe mit der Frontplatte 4 (siehe 5) überlappt,
um zu ermöglichen, dass
der Drucker 10 ein vollständiges Bild mit voller Breite
in einem einzigen Durchlauf oder in weniger als einer Umdrehung
der Trommel 14 drucken kann. Es ist zu würdigen,
dass die vorliegende Erfindung ebenso einen einzigen Druckkopfmodul
von voller Breite verwenden kann, welcher vertikal benachbarte Düsen einschließt, welche
horizontal um ein Bildelement versetzt sind, wodurch ermöglicht wird,
dass der Druckkopfmodul vollständig
gefüllte
Bilder von voller Breite in weniger als einer Umdrehung der Trommel 14 druckt.
-
Mit
Bezug auf die 5 und 6 sind die Düsen der
Frontplatten 2 und 4 insbesondere horizontal um
ein Bildelement derart versetzt, dass Zwischenräume von einem Bildelement zwischen
vertikal benachbarten Düsen
in der Frontplatte 4 durch die Düsen in der Frontplatte 2 gefüllt werden.
Die 6 veranschaulicht einen Abschnitt einer horizontalen
Linie, welche durch die Frontplatten 4 und 2 gedruckt
wird. Das Bildelement 42'p wird
durch die Düse 42' der Frontplatte 4 gedruckt,
das Bildelement 43'p wird
durch die Düse 43' der Frontplatte 2 gedruckt,
das Bildelement 42''p wird durch
die Düse 42'' der Frontplatte 4 gedruckt,
das Bildelement 43''p wird durch
die Düse 43'' der Frontplatte 2 gedruckt usw.
Auf diese Weise sind die Düsen 42 in
den Frontplatten 4 und 2 so angeordnet, dass dieselben
jede Bildelementstelle in der Erstreckung über die Trommel 14 in
der X-Achsenrichtung hinweg zwischen der ganz links angeordneten
Düse 42' in der Frontplatte 4 und
der ganz rechts angeordneten Düse 43''' in
der Frontplatte 2 (siehe 5) ansprechen
kann. Daher sind die Frontplatten 4 und 2 in der
Lage, ein vollständig
gefülltes
Bild mit voller Breite in einem einzigen Durchlauf oder weniger
als einer Umdrehung der Walze 14 zu drucken. Für die Zwecke
dieser Anmeldung wird ein Bild voller Breite als ein Bild definiert, welches
den X-Achsen Abstand zwischen der äußerst linken und der äußerst rechten
Düse 42 bei
einer gegebenen Anordnung der Druckkopfmodule/Frontplatten überspannt.
Ein vollständig
gefülltes Bild
wird als ein Bild oder ein Abschnitt eines Bildes definiert, welcher
vollständig
mit Tintenbildelementen in der Richtung der X-Achse und der Richtung
der Y-Achse belegt ist.
-
Wie
vorstehend erläutert,
ist jedes Druckkopfmodul/Frontplatte in der bevorzugten Ausführungsform
in der Lage, 3 Inch breit zu drucken. Ein Paar von horizontal ausgerichteten
Frontplatten, wie etwa die Frontplatten 4 und 2,
unterstützen
ein 3 Inch breites Drucken bei 300 dpi. Mit Bezug auf die 5 wird
ein zweites Paar von horizontal ausgerichteten Frontplatten 3 und 1,
welche den Druckkopfmodulen 12J und 12L jeweils
entsprechen, mit den Frontplatten 4, 2 verschachtelt,
um den Drucker 10 in die Lage zu versetzen, 6 Inch breite
vollständig
gefüllte
Bilder zu drucken. Vorzugsweise überlappen
die unteren vier Düsen
in der äußerst rechten,
vertikalen Reihe der Frontplatten 3 und 1 mit
den oberen vier Düsen
in der äußerst linken,
vertikalen Reihe der Frontplatten 4 und 2 jeweils.
-
Mit
Bezug auf die 1 und 5 verwendet
der Drucker 10 in der bevorzugten Ausführungsform vier Tintenfarben,
Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, für Vollfarbendrucken. Zwei verschachtelte Paare
von Druckkopfmodulen/Frontplatten, wie etwa die Frontplatten 4, 3, 2 und 1,
sind jeder der vier Farben zugeordnet. Daher schließt die bevorzugte
Ausführungsform
des Druckers 10 vier Sätze
von zwei verschachtelten Paaren von Druckkopfmodulen/Frontplatten
für insgesamt
16 Druckkopfmodule/Frontplatten ein. Vorteilhafterweise sind die
vier Sätze
von verschachtelten Druckkopfmodulen/Frontplatten horizontal ausgerichtet,
um Vollfarbenbilder mit 6 Inch breite zu drucken. Genauer gesagt,
druckt jedes der vier verschachtelten Paare von Druckkopfmodulen/Frontplatten
eine Bildkomponente in einer der vier Farben. Diese vier Bildkomponenten
werden überlagert,
wenn sich die Trommel dreht, um ein vollständiges Vollfarbenbild auf der
Zwischenübertragungsoberfläche in weniger
als einer Umdrehung der Trommel auszubilden. Es ist zu würdigen,
dass irgendeine Anzahl von Druckkopfmodulen/Frontplatten verschachtelt
werden kann, um größere Bildbreiten
zu ermöglichen.
Beispielsweise können
vier Paare von Druckkopfmodulen/Frontplatten für jede Farbe verschachtelt
werden, um ein 12 Inch breites Drucken zu unterstützen. Es
ist ebenso zu würdigen, dass
irgendeine Anzahl von Farben, wie etwa zwei, drei oder vier für das Drucken
mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
-
Es
ist anzumerken, dass die Erfindung mit anderen Typen von Tinten,
wie etwa wasserbasierende oder lösungsmittelbasierende
Tinten ausgeführt werden
kann.