DE20020691U1

DE20020691U1 - Vorrichtung zum Trocknen von Tintenstrahldrucken

Info

Publication number: DE20020691U1
Application number: DE20020691U
Authority: DE
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2010-08-10

Description

Anwaltssozietät GbR

Postfach 860624
81633 München

Advanced Photonics 06. Dezember 2000

Technologies AG M/IND-047-DE/G

Bruckmühler Str. 27 MB/BO/HZ/hk

83 052 Bruckmühl-Heufeld
Bundesrepublik Deutschland

Vorrichtung zum Trocknen von Tintenstrahldrucken

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Tintenstrahldrucken durch Anwendung von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich.

Tintendruckeinrichtungen, die mit nichtpenetrierender Tinte arbeiten, d. h. Tinte, die nicht in den Aufzeichnungsträger eindringt, haben auf in Büros verwendeten Druckerpapier ein deutlich besseres Schriftbild als Druckeinrichtungen, welche mit penetrierender Tinte arbeiten. Nachteilig bei der Verwendung von nichtpenetrierender Tinte ist, daß sie langsamer trocknet, so daß die Gefahr des Verwischens des Schriftgutes beim Entnehmen und Ablegen der bedruckten Papierblätter besteht.

Es ist daher üblich, flüssig aufgebrachte, insbesondere nichtpenetrierende Druckfarben bzw. Tinten nach einem Druckvorgang

durch zusätzliche Wärmezufuhr, über die ohnehin schon vorhandene Umgebungstemperatur hinaus, zu trocknen, um die Zeit zwischen Bedrucken und abgeschlossener Fixierung möglichst gering zu halten.
20

In herkömmlicher Weise erfolgt ein solcher Trocknungsprozeß mit Hilfe beheizter Rollen, die dem Druckprozeß nachgeschaltet sind, wobei der Druckbildträger über die Rollen geführt wird. Bekannt ist auch, über einen großformatigen Flächenstrahler ei-

Meissner, Bolte& Partner ·..··..·* ,·. .;|. * ·..··..* m/ind-047-de/g

ne Wärmestrahlung zu erzeugen und auf den Druckbildträger zu leiten.

Nachteilig bei dieser Art der Fixierung des Druckbildträgers ist, daß die Trockengeschwindigkeit und abhängig davon die Druckgeschwindigkeit begrenzt sind. Begründet sind diese Einschränkungen einmal durch die Dimensionierung und Auslegung der Wärmequelle und deren Fähigkeit, innerhalb kurzer Zeit hohe Wärmemengen auf den Druckbildträger zu bringen. Durch eine relativ hohe Absorption der unspezifisch eingetragenen Wärmeenergie ist der Temperaturanstieg über einen gewissen Zeitraum so hoch, daß Versprödungen bzw. unerwünscht starke Trocknungseffekte sich negativ auf die Qualität und die Weiterverarbeitbarkeit des Endproduktes auswirken.

In der DE 36 42 204 wird ein Trocknungsvorgang beschrieben, bei dem das bedruckte Papier über einen Heizsattel gezogen wird'. Das Papier wird dabei rückseitig erwärmt und dadurch die Tinte getrocknet. Die bedruckten Blätter werden dabei über eine zusätzliche Vorschubeinrichtung über die aus einem beheizten Blech bestehenden Heizeinrichtung gespannt. Zur Beschleunigung des Trocknungsvorganges kann gegebenenfalls noch ein Heizgebläse eingesetzt werden, das die über die Heizeinrichtung erwärmte Luft zusätzlich dem Aufzeichnungsträger zuführt.

Eine ähnlich arbeitende Tintendruckvorrichtung wird in der DE 27 16 705 beschrieben.

Nachteilig wirkt sich bei dieser Art der Trocknung aus, daß der Aufzeichnungsträger vollständig erwärmt wird, wozu eine hohe Heizleistung benötigt wird, und daß es durch die einseitige Erwärmung zu Verformungen des Aufzeichnungsträgers kommen kann. Zudem ist der Energieverbrauch unnötig hoch.

Meissner, BoLTE & Partner ·..*·..·* .!..:!.*·..·*,.· m/ind-047-de/g

In DE 40 21 227 wird das mit Hilfe eines Tintendruckkopfes bedruckte Papier durch einen Laminarspalt geführt, in dem mit Hilfe eines Warmluftgebläses mit zugeordneter Luftverteilereinrichtung ein laminarer Warmluftstrom mit geringer Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird. Dieser Warmluftstrom trocknet sicher und verwischungsfrei die aufgetragene Tinte noch innerhalb des Laminarspaltes, wobei zugleich die Feuchtigkeit von dort abgeführt wird.

Ein Nachteil dieser Lösung besteht in dem hohen technischen Aufwand und dem daraus resultierenden höheren Gewicht. Ein weiterer Nachteil besteht darin , daß durch das Gebläse Nebengeräusche entstehen sowie eine erhöhte Störanfälligkeit bestehen können.

In der DE 198 35 046 wird ein druckbildabhängiger Trocknungsvorgang unter Einsatz einer Druckbilderfassungseinrichtung beschrieben, die zum Erfassen von durch die Druckfarbe oder Tinte gebildeten Bildpositionen des Druckbildes auf dem Druckbildträger und zum Ausgeben zugehöriger elektronischer Positions-Steuersignale ausgebildet ist. Eine gepulst betreibbare Wärmequelle ist zum Erzeugen eines auf dem Druckbildträger gerichteten punktförmigen Strahls mit einer Infrarotkomponente ausgebildet. Er gibt eine der Wärmequelle zugeordnete Steuer- und Positioniervorrichtung, die in Reaktion auf das Positions-Steuersignal den Infrarotstrahl den Bildpositionen des Druckbildes so nachführt, daß ein druckbildabhängiger Trocknungsvorgang der Druckfarbe bzw. Tinte durchgeführt wird. Diese Lösung erfordert einen sehr hohen Steuerungsaufwand und ist relativ störanfällig.

In der DE 198 07 643 wird ein Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbenschicht an der Oberfläche eines schnell in Förderrichtung geförderten Trägermaterials beschrieben. Hierbei wird in einer Trockenzone durch auftreffende elektromagnetische Strahlung eine Feuchtkomponente, insbesondere ein Lösungsmit-

Meissner, Bolte & Partner ·..··..·* .·. .:!."·..·"..· M/IND-047-DE/G

tel, vom Trocknungsgut abgetrennt und die abgetrennte Feuchtkomponente
durch einen Transportgasstrom aus der Trocknungszone abtransportiert. Elektromagnetische Strahlung, insbesondere
solche im nahen Infrarotbereich, hat sich als besonders . zweckmäßig
zur Trocknung erwiesen. Dieses Verfahren ist relativ
energieaufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, die kurze Trocknungszeiten und damit hohe Druckgeschwindigkeiten bei hoher Energieeffizienz im kontinuierlichen
Betrieb eines Tintenstrahldruckers ermöglicht, ohne
daß der Druckbildträger in seiner Qualität oder in der Art seiner Weiterverarbeitung beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, im Hinblick
auf die Absorptions- bzw. Reflexionseigenschaften der für Tintenstrahldruckverfahren üblicherweise eingesetzten Tinten
einerseits und der weit überwiegend als Druckbildträger verwendeten Papiere andererseits elektromagnetische Strahlung im Bereich
des nahen Infrarot, speziell im Wellenlängenbereich zwisehen
0,8 und 1,5 &mgr;&pgr;&igr;, zur Trocknung von Tintenstrahldrucken

einzusetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, hierbei eine im wesentlichen streifenförmige (langgestreckt rechteckige) Bestrahlungszone zu erzeugen, durch die der Druckbildträger hindurchgefördert
wird. Schließlich gehört zur Erfindung der Gedanken,
im wesentlichen die gesamte Fläche des Druckbildes dieser Strahlung auszusetzen, nicht aber außerhalb der Außenkontur des Druckbildes liegende Makrobereiche des Druckbildträgers.

Meissner, BoLTE& Partner ·..··,.· .:..:.. \.·\.^! M/IND-047-DE/G

Die letztere Aussage ist im Kontext der Erfindung so zu verstehen, daß größere zusammenhängende Bereiche des Druckbildes (z. B. ein Briefkopf, ein Adreßfeld und Textabschnitte eines Geschäftsbriefes oder die bestimmte Teile darstellenden Bereiehe einer Konstruktionszeichnung) innerhalb ihrer jeweiligen Außenkontur vollflächig oder zumindest zeilenweise der NIR-Strahlung ausgesetzt werden. Eine Fokussierung der Strahlung auf die Tintenstrahlspur (die im Sinne der obigen Festlegung .von "Makrobereichen" auch als "Mikrobereich" des Druckbildes bezeichnet werden könnte) soll ebenso wenig stattfinden wie eine ganzflächige Bestrahlung des Druckbildträgers ohne Rücksicht auf das tatsächliche Vorhandensein eines Druckbildes. Die erfindungsgemäße Art der Bestrahlung wird in vorteilhafter Weise durch Steuerung der Form der Bestrahlungszone und/oder des Betriebes der Strahlungsquelle selbst, in Abhängigkeit von der Außenkontur des Druckbildes erreicht.

In einer derzeit bevorzugten Ausführung wird die Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (nachfolgend auch als NIR-Strahlung bezeichnet) durch eine langgestreckte, mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene Halogenlampe mit einem in Anpassung an die Form der Halogenlampe ebenfalls langgestreckten Reflektor insbesondere mit im wesentlichen (teil-)elliptischem Querschnitt, erzeugt.

In einer weiteren, perspektivisch bedeutsamen Ausführungsform wird eine Reihe von im wesentlichen punktförmigen NIR-Strahlern, insbesondere NIR-Leuchtdioden, ebenfalls in Kombination mit einem langgestreckten Reflektor mit bevorzugt teilelliptischem Querschnitt eingesetzt.

Die konkrete Reflektorgestalt wird bei beiden Ausführungen in Abhängigkeit von der konkreten Gestaltung der eigentlichen NIR-Strahlungsquelle und dem bevorzugten Einsatzgebiet des Tinten-Strahldruckers gewählt. Eine für viele praktische Anwendungen

Meissner, BoLTE & Partner ·· .. .:..:.. ·&ldquor;··..· m/ind-047-de/g

geeignete Ausführung liefert eine streifenförmige Bestrahlungszone, deren maximale Länge der maximalen Breite des einsetzbaren Druckbildträgers und deren Höhe der Höhe von üblicherweise im privaten oder geschäftlichen Schriftverkehr benutzten Zeilenhöhe eines Textes entspricht. Für bestimmte Anwendungen etwa für Tintenstrahldrucker, die speziell für den Zeichnungs-Druck oder zum Bedrucken von Textilien eingesetzt werden - können auch eher parabolisch geformte Reflektoren vorteilhaft eingesetzt werden,.die eine breitere Strahlungszone erzeugen können. Für universell einsetzbare Tintenstrahldrucker gehobener Leistungsklassen ist gegebenenfalls auch eine verstellbare Reflektorgeometrie (beispielsweise realisiert durch verstellbare Reflektorlamellen) einsetzbar.

Die oben erwähnte Einstellung der Form der Bestrahlungszone in Abhängigkeit von der Außenkontur des Druckbildes erfolgt über eine vorzugsweise vorgesehene Bestrahlungssteuereinrichtung, die über eine Druckbild-Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Außenkontur des Druckbildes angesteuert wird. Die Bestrahlungs-Steuereinrichtung umfaßt insbesondere eine steuerbare Blenden- und/oder Verschlußeinrichtung, mit deren Hilfe die NIR-Strahlung nur auf die ein Druckbild tragenden Bereiche des Druckbildträgers durchgelassen wird, die übrigen Bereiche aber gegenüber der Strahlung abgeschirmt werden.

Eine solche Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung kann einen an sich bekannten mechanischen Aufbau mit einem verschieblichen Strahlunterbrecher ("Vorhang") haben, der insbesondere vorbestimmte Abschnitte der maximalen Längserstreckung der Strahlungszone abdeckt. Gegenüber einem solchen mechanischen Aufbau ist aufgrund ihrer schnellen Ansteuerbarkeit und geringen Störanfälligkeit jedoch eine elektrooptische Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung bevorzugt. Eine solche wird beispielsweise durch eine LCD-Anordnung mit einer der maximalen Längserstrekkung der Bestrahlungszone entsprechenden Länge verwirklicht,

Meissner, BoLTE & Partner *..··..· .:..:!." *..^::..^: m/ind-047-de/g

die in eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Bereichen unterteilt ist.

Zur Realisierung von unterschiedlich langen Bestrahlungszonen in Abhängigkeit vom konkreten Druckbild hat eine solche LCD-Anordnung insbesondere eine hinreichende Anzahl von in einer Verschluß-Zeile aneinandergereihten Ansteuerbereichen. Die Ausblendung von Abschnitten der Länge (Höhe) des Druckbildträgers erfolgt dann durch vollständiges Schließen (Dunkel-Steuerung aller Ansteuerbereiche) der Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung für vorbestimmte Zeitabschnitte während der Förderung des Druckbildträgers. Auf gleiche Weise kann auch bei einer mechanischen Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung eine flächige Abschirmung von bestimmten Längen- bzw. Höhenbereichen des Druckbildträg.ers vor der NIR-Strahlung realisiert werden.

In Kombination mit einer Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung der vorgenannten Art oder gegebenenfalls auch unabhängig von einer solchen wird die Erfindung zweckmäßigerweise mit einer steuerbaren NIR-Strahlungsquelle ausgeführt. Die Steuerbarkeit umfaßt insbesondere eine Ein-/Aus-Steuerung mit kurzen Reaktionszeiten zur Realisierung einer gepulsten Betriebsführung und/oder eine schnelle Veränderbarkeit der Strahlungsleistung.

Bei der weiter oben erwähnten Ausführung der Strahlungsquelle als Zeile von im wesentlichen punktförmigen NIR-Strahlern sind diese bevorzugt einzeln ansteuerbar, so daß beim Hindurchfördern des Druckbildträgers durch die Bestrahlungszone deren Länge in Abhängigkeit vom konkreten Druckbild durch die Ansteuerung einer mehr oder weniger großen Anzahl der einzelnen NIR-Strahler veränderlich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird vor und/oder während der Bestrahlung (d. h. insbesondere in einem der eigentlichen Bestrahlungszone vorgelagerten oder innerhalb dieser ange-

Meissner, BOLTE & Partner \.*\.· .:..:.. ·..··..^: M/IND-047-DE/G

ordneten Meßbereich) eine physikalische Größe des Tintenstrahldruckes oder des Druckbildträgers oder - bevorzugt - beider gemessen und das Meßergebnis zur Steuerung der Bestrahlung genutzt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Messung der Helligkeit bzw. des Absorptionsgrades in den bedruckten Bereichen einerseits und des unbedruckten Trägers andererseits, eine Temperaturmessung oder für bestimmte Anwendungen auch eine Messung des Feuchtegehaltes in den mit Tinte,bedeckten Bereichen. Insbesondere auch eine Erfassung der Farbe der aufgebrachten Tinte ist zur Steuerung der spezifisch einzustellenden Bestrahlungsleistung und/oder zu einer etwaigen Variation des Wellenlängenbereiches der eingesetzten NIR-Strahlung sinnvoll.

Die erwähnte Einstellung eines druckbildspezifischen Wellenlängenbereiches der zur Trocknung eingesetzten NIR-Strahlung (die insbesondere für hochwertige Drucker oder Drucker für Spezialanwendungen sinnvoll sein kann) kann insbesondere durch Einschwenken von an sich bekannten optischen Band- oder Kantenfiltern in den Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Oberfläehe des Druckbildträgers erfolgen. Daneben sind elektrooptisch steuerbare Filter grundsätzlich einsetzbar.

Eine Vorrichtung, die die vorgenannten Steuerungsmöglichkeiten bietet, umfaßt natürlich mindestens einen Meßfühler zur Erfassung der relevanten physikalischen Größe(n), also insbesondere einen oder mehrere photoelektrische Sensoren zur Erfassung der Helligkeit bzw. Farbe des Druckbildträgers bzw. Druckbildes, einen berührungslos arbeitenden (insbesondere pyrometrischen) T-Fühler und gegebenenfalls einen Feuchtesensor.

Zur Realisierung einer automatischen Einstellung der Bestrahlungsparameter ist dieser Sensor bzw. sind diese Sensoren über ihre Auswertungsschaltung insbesondere mit einem Steuereingang bzw. Steuereingängen der Bestrahlungs-Steuereinrichtung verbunden. Ein geeigneter Steueralgorithmus sichert die adäquate Ein-

Meissner, BoLTE & Partner *..··..*" ,*. .&igr;*.. *·&ldquor;··.,' m/ind-047-de/g

stellung der Bestrahlungsparameter in Abhängigkeit von den Meßergebnissen des Meßfühlers bzw. der Meßfühler. Durch das Vorsehen einer geschlossenen Regelschleife ist hierbei auch eine geregelte Betriebsführung realisierbar, die insbesondere zur Handhabung der Trocknungsvorgänge bei Druckprozessen mit stark schwankenden Druckparametern - etwa stark schwankender Druckbilddichte, ungleichmäßig eingefärbtem Druckbildträger etc. sinnvoll sein kann.

Eine wesentliche Erhöhung des Trocknungseffektes ergibt sich, wenn die Wirkung der NIR-Strahlung durch die Wirkung eines die Oberfläche des Druckbildträgers überstreichenden Luftstromes unterstützt wird. Dieser führt die durch die NIR-Strahlung erzeugten Lösungsmitteldämpfe aus der Tintenschicht beschleunigt ab. Zudem kühlt er die Oberfläche des Druckbildträgers und unterstützt hierdurch (im Sinne der Realisierung eines "kalten" Druckbildträgers) die spezifische Wirkung der NIR-Strahlung.

Im einfachsten Fall läßt sich ein derartiger Luftstrom als Konvektions-Luftstrom durch der Transporteinrichtung für den Druckbildträger benachbarte Luftleiteinrichtungen, insbesondere Kunststoff-Leitplatten oder -Folien, realisieren. Mit etwas höherem Aufwand, aber auch mit wesentlich größeren erzielbaren Effekten ist das Vorsehen einer Gebläseeinrichtung verbunden, die einen über die maximale Breite des Druckbildträgers reichenden Luftstrom erzeugt.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Aspekte und bevorzugten Ausführungsvarianten beschränkt, 0 sondern im Rahmen der anhängenden Ansprüche ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Claims

1. Vorrichtung zum Trocknen eines Tintenstrahldruckes auf einem Druckbildträger mittels Infrarotstrahlung, gekennzeichnet durch eine über derjenigen Oberfläche des Druckbildträgers, auf der der Tintenstrahldruck gebildet ist, angeordnete und auf diese ausgerichtete Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, hat und eine streifenförmige Bestrahlungszone erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene, langgestreckte Halogenlampe und einen langgestreckten Reflektor aufweist, der insbesondere im wesentlichen den Querschnitt eines Ellipsenabschnittes hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Reihe von im wesentlichen punktförmigen NIR-Strahlern, insbesondere NIR-LEDs, und einen langgestreckten Reflektor aufweist, der insbesondere im wesentlichen den Querschnitt eines Ellipsenabschnittes hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
eine Bestrahlungs-Steuereinrichtung, die insbesondere eine steuerbare Blenden- und/oder Verschlußeinrichtung aufweist, und
eine mit einem Eingang der Bestrahlungs-Steuereinrichtung verbundene Druckbild-Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Außenkontur des Druckbildes
zur Steuerung der Form der Bestrahlungszone und/oder des Betriebs der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Außenkontur des Druckbildes.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Meßeinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe des Tintenstrahldruckes und/oder des Druckbildträgers, insbesondere der Tintenfarbe, der Helligkeit bzw. des Absorptionsgrades und/oder der Temperatur und/oder des Feuchtegehaltes, die insbesondere mit einem Steuereingang der Bestrahlungs-Steuereinrichtung verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zur Durchführung der Bestrahlung in einem geschlossenen Regelkreis.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Luftstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines, insbesondere im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Druckbildträgers und damit zum Tintenstrahldruck gerichteten Trocknungs-Luftstromes, insbesondere eine sich im wesentlichen über die Breite des Druckbildträgers erstreckende Konvektions-Leiteinrichtung oder eine die Breite des Druckbildträgers überstreichende Gebläseeinrichtung.

8. Tintenstrahldrucker mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.