DE60213511T2 - Verfahren und Gerät zur Verbesserung der Tintenstrahldruckqualität - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln von quellbaren Medien beim Tintenstrahldrucken, bevorzugt mit Fluid und/oder Wärme, unmittelbar vor dem Drucken, um eine Tinteneindringung zu beschleunigen und eine Koaleszenz zu verringern.
• Tintenstrahldruckmedien, die eine quellbare Tintenaufnahmeschicht aufweisen (z. B. Gelatine und andere Hydrogele, wie z. B. Polyvinylpyrrolidon und Copolymere, einschließlich Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid), werden üblicherweise für eine Tintenstrahlphotobilderzeugung verwendet. Diese Medien (normalerweise beschichtete Papiere) tendieren dazu, bessere Lichtechtheit und Dauerhaftigkeit als poröse Medien (wie z. B. blankes oder beschichtetes Papier) zu liefern, und verbessern manchmal auch die Bildqualität. Quellbare Tintenaufnahmeschichten unterliegen jedoch häufig einem Problem einer langsamen Tintenaufnahme. Die Zeit, die benötigt wird, damit eine Tintenaufnahmeschicht quillt und Tinte von einer Oberfläche absorbiert, ist oft länger als die Zeit, die benötigt wird, damit ein poröses Medium Tinte absorbiert. Bei hohen Druckgeschwindigkeiten kann Tinte Pfützen bilden oder „koaleszieren", bevor dieselbe vollständig absorbiert ist, was die erreichbare Bildqualität begrenzt.
• Die EP-A-0,534,634 offenbart ein System zum Erzeugen von stabilen, wasserechten und farbverlaufbeständigen gedruckten Bildern. Das System umfasst zwei Hauptkomponenten. Die erste Komponente besteht aus einer Tintenzusammensetzung, die zumindest ein Farbstoffmaterial aufweist, das zumindest eine Carboxylgruppe umfasst. Die zweite Komponente umfasst eine Salzlösung, die zumindest eine nicht gebundene mehrwertige Komponente enthält. Die Lösung wird dann auf eine Vielzahl von Weisen auf ein Substrat aufgebracht, einschließlich einer Aufbringung unter Verwendung einer thermischen Tintenstrahltechnologie. Danach oder gleichzeitig wird die Tintenzusammensetzung auf das Substrat aufgebracht.
• Die JP-A-63299,970 offenbart ein System, bei dem vor einem Drucken in einer Tinte eine Lösung, die ein mehrwertiges Metallsalz enthält, an ein Aufzeichnungsmedium angehaftet wird. Dann wird, ohne dass das Medium speziell einem Erwärmen oder einem gezwungenen Trocknen unterzogen wird, die Tinte an den Teil angehaftet, an den angehaftet wurde, wodurch die Säuregruppe in dem Farbstoff und ein Kation in dem mehrwertigen Metallsalz miteinander kombiniert werden, um ein Salz zu bilden, das in den verwendeten Lösungsmitteln unlöslich oder kaum löslich ist, und das so gebildete Salz erscheint als ein Bild.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein kostengünstiges Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Koaleszenz zu verringern und die Bildqualität zu verbessern.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern der Druckqualität gemäß Anspruch 1 geschaffen.
• Das bevorzugte Verfahren kann die Druckqualität für einen Drucker verbessern, der auf ein quellbares Medium druckt, und weist ein Aufbringen eines Behandlungsfluids auf das quellbare Medium nicht länger als eine Minute, bevor die Tinte auf das Medium aufgebracht wird, auf. Dies kann z. B. durch die Verwendung einer eingereihten Vorrichtung erreicht werden, die das Behandlungsfluid auf das Medium aufbringt, wenn dasselbe durch den Drucker geht, bevor dasselbe den Druckkopf erreicht, z. B. durch eine Rolle, einen Wischer, eine Sprühvorrichtung oder einen Tintenstrahldruckkopf. Die Zeit zwischen dem Aufbringen des Behandlungsfluids und der Tinte auf das Medium kann z. B. nicht länger als 15 Sekunden, fünf Sekunden oder eine Sekunde sein. Das Medium kann erhitzt werden, während das Behandlungsfluid aufgebracht wird oder unmittelbar danach. Das Behandlungsfluid kann ausgewählt sein, um die Hydrophilie des quellbaren Mediums zu steigern. Z. B. kann dasselbe ein polares Lösungsmittel (z. B. Wasser) und ein Benetzungsmittel oder ein oberflächenaktives Mittel aufweisen. Dasselbe kann ferner Trockenmittel enthalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Behandlungsfluid etwa 5–30% Alkohole und/oder Diole (z. B. etwa 8–20% 1,2-Hexandiol und etwa 2–5% 1-Butanol), etwa 1–4% oberflächenaktives Mittel (z. B. etwa 1–4% Sekundäralkoholethoxylat) und etwa 71–89% Wasser auf.
• Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Verbessern der Bildqualität durch ein Aufbringen eines Behandlungsfluids auf ein Druckmedium geliefert, wobei das Behandlungsfluid ausgewählt ist, um eine rasche Ausfällung eines Farbmittels von einer Tinte zu bewirken, die verwendet wird, um auf das Druckmedium zu drucken. Bei dem Farbmittel kann es sich z. B. um ein Pigment oder einen Farbstoff handeln. Das Behandlungsfluid und die Tinte können so ausgewählt sein, dass das Farbmittel ein unlösliches Salz mit dem Behandlungsfluid bildet, wodurch das Farbmittel ausgefällt wird.
• Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Drucker zum Aufbringen eines Behandlungsfluids auf Druckmedien geliefert. Der Drucker weist einen Vorbehandlungsaufbringer, der das Behandlungsfluid aufbringt, und eine Tintendüse auf, die Tinte nicht später als etwa eine Minute, nachdem das Behandlungsfluid aufgebracht worden ist, aufbringt. Der Drucker kann auch eine Zuführvorrichtung aufweisen, die das Druckmedium über den Vorbehandlungsaufbringer führt, bevor dasselbe in Kommunikation mit der Tintendüse gebracht wird. Der Vorbehandlungsaufbringer kann z. B. eine Rolle (z. B. eine mikroporöse Rolle) und ein Fluidreservoir aufweisen, wobei der Durchgang des Druckmediums über den Aufbringer bewirkt, dass die Rolle Fluid von dem Reservoir auf das Druckmedium aufbringt. Optional kann der Drucker auch eine Heizvorrichtung aufweisen, die das Druckmedium benachbart zu dem Vorbehandlungsaufbringer erwärmt.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei 1 ein Ausführungsbeispiel eines Medienvorbehandlungsaufbringers und eines Druckkopfs in einem Drucker zeigt.
• Es wird angenommen, dass ein anfängliches langsames Benetzen und Quellen von quellbaren Medien durch Tinte durch eine Verzögerung bei einer Polymeroberflächenneueinstellung verursacht werden. Polymeroberflächen sind mobile Systeme, die sich ständig selbst bezüglich ihrer Umgebung neu einstellen, um eine Grenzflächenenergie zu minimieren. Im Fall der vielen quellbaren Medien, die Polymere aufweisen, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Abschnitte aufweisen, umfasst diese Einstellung eine Modifizierung des Hydrophilie der Oberfläche ansprechend auf Veränderungen der örtlichen Umgebung. Abschnitte der Polymerketten verschieben sich, um die hydrophilen oder hydrophoben Abschnitte der Ketten an der Polymer/Luft-Grenzfläche zu platzieren. Eine feuchte Umgebung tendiert dazu, die Hydrophilie der Oberfläche zu steigern, während eine trockene Umgebung dazu tendiert, die Hydrophilie zu verringern. Die Neueinstellung der Oberflächencharakteristika ist normalerweise temperaturabhängig und erfolgt bei höheren Temperaturen schneller. Eine schnellere Benetzung und Absorption von typischen Tinten werden ermöglicht, wenn Medienoberflächen stark hydrophil sind. Dies kann erreicht werden, indem starke Benetzungsmittel und aggressive Lösungsmittel in der Tintenformel verwendet werden, diese können jedoch das Tintenvorrats- und -lieferungssystem schädigen und tendieren oft dazu, die Gesamttintenstrahlsystemzuverlässigkeit zu verschlechtern.
• Ein schnelleres Benetzen kann auch durch ein Erwärmen des Mediums kurz vor oder in der Druckzone erreicht werden, um die Einstellung der Polymeroberfläche auf eine Aussetzung gegenüber der Tinte zu beschleunigen. Dieser Lösungsansatz kann jedoch die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Umgebungsbedingungen erhöhen. Wenn die Medien in einer Umgebung geringer Feuchtigkeit vorgewärmt werden, können ihre Oberflächen noch trockener werden, was ihre Anfangsbenetzbarkeit verringert. Einige Highend-Maschinen können Mechanismen aufweisen, um Schwankungen von Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit zu kompensieren, aber diese Systeme erhöhen die Komplexität der Drucksysteme erheblich.
• Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele können diese Mängel durch ein chemisches Einstellen der Hydrophilie der quellbaren Medienoberfläche vor dem Drucken überwinden. Ein amphiphiles Lösungsmittel wird, bevorzugt in Verbindung mit einem Erwärmen, vor der Aufbringung von Tinte verwendet. Ein derartiges Lösungsmittel beschleunigt das Verschieben der Polymerketten an der Medienoberfläche ansprechend auf Umgebungsveränderungen. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird das Lösungsmittel über eine mikroporöse Rolle aufgebracht, obwohl andere Verfahren zur Aufbringung, wie z. B. Wischer und Sprühvorrichtungen, ebenfalls verwendet werden können.
• Verwendete Lösungsmittel weisen bevorzugt polare Lösungsmittel (z. B. Wasser) und Benetzungsmittel (z. B. Alkohole und Diole) und/oder oberflächenaktive Mittel (z. B. Sekundäralkoholethoxylate, wie z. B. (C_12–14H_25–29)-O-(CH₂CH₂O)_5–7H) auf. Ein Lösungsmittel, das zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist, weist etwa 8–20% 1,2-Hexandiol, etwa 2–5% 1-Butanol, etwa 1–4% Sekundäralkoholethoxylat und etwa 71–89% Wasser auf.
• Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Behandlungsfluid etwa 8–20% 1,2-Hexandiol; etwa 2–5% 1-Butanol; etwa 0,5–2% TERGITOL 15-S-5; etwa 0,5–2% TERGITOL 15-S-7; und etwa 71–89% Wasser auf.
• Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, wird ein Medium 10 durch einen Vorbehandlungsaufbringer 12 geführt, bevor dasselbe unter dem Druckkopf 14 durchgeht. Das Vorbehandlungssystem umfasst eine Rolle 16 und ein Reservoir 18 für das Behandlungsfluid. Optional kann auch eine Heizvorrichtung 20 verwendet werden, um das Medium zu erwärmen, wenn das Behandlungsfluid durch die Rolle 16 aufgebracht wird. Alternativ dazu kann die Rolle selbst erwärmt werden, oder das Medium kann durch andere Systeme erwärmt werden, bevor dasselbe den Vorbehandlungsaufbringer erreicht.
• Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann durch ein Auswählen des geeigneten mikroporösen Materials für die Rolle 16 die gewünschte Menge von Behandlungsfluid auf das Medium 10 aufgebracht werden, ohne dass die Notwendigkeit einer komplexen Lieferungs- oder Dosiervorrichtung besteht. Z. B. sollten die ACU-RATE^® Ölzuführrollen, die von W.L. Gore & Associates hergestellt werden, zu diesem Zweck geeignet sein. Ausführungsbeispiele, die eine Lieferungs- oder Dosiervorrichtung aufweisen, werden ebenfalls in Erwägung gezogen.
• Das Medium 10 bewegt sich kontinuierlich an dem Aufbringer 12 vorbei zu dem Druckkopf 14. Somit ist die Zeitverzögerung zwischen Oberflächenbehandlung und Aufbringung von Tinte kurz (weniger als eine Minute, bevorzugt weniger als 5 Sekunden, bevorzugter weniger als 1 Sekunde). Systeme gemäß dem Stand der Technik haben den Versuch unternommen, die Oberflächenchemie von Medien außerhalb des Druckers zu modifizieren, diese Systeme müssen jedoch eine mögliche langfristige Lagerung der Medien unter variierenden Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
• Eine eingereihte Vorbehandlung von Medien, wie dieselbe hier gelehrt wird, hat mehrere Vorteile. Eine Vorbehandlung beschleunigt eine Tinteneindringung in die Tintenaufnahmeschicht des Mediums, wobei ein Punktgewinn erhöht, glattere Farbübergänge geliefert und eine Koaleszenz verringert wird, während ein Drucken mit höherem Durchsatz ermöglicht wird. Ein erhöhter Punktgewinn kann die Menge an Tinte verringern, die benötigt wird, um gesättigte Farben zu erreichen, wodurch die Kosten pro Seite des Druckens verringert werden und die Stiftzuverlässigkeit verbessert wird.
• Außerdem verringert das eingereihte Konditionieren des Mediums die Grundumgebungsempfindlichkeit der Tinte/Medium-Wechselwirkung. Wie es hier gelehrt wird, geht das Medium unmittelbar vor dem Drucken durch die Behandlungs-„Sauna", was vorherige Umgebungseinwirkungen überspielen kann. Folglich kann sich eine Kompensation von Umgebungsbedingungen erübrigen.
• Außerdem ermöglicht eine Vorbehandlung der Medienoberfläche gemäß der Erfindung die Verwendung von Tinten, die weniger aggressive Lösungsmittel und Benetzungsmittel aufweisen. Da diese Komponenten eine erhebliche Verschlechterung von Tintenzuführmechanismen verursachen können, kann die Zuverlässigkeit des Systems durch die Verwendung des hier gelehrten Systems verbessert werden. Die einfacheren Mechanismen, die verwendet werden, um eine kontinuierliche Beschichtung des Vorbehandlungsfluids aufzubringen, sind einfacher zu entwerfen, um diese Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden, als die relativ komplexe Struktur eines Druckkopfes.
• Die Vorrichtung kann auch für andere Typen von Medienvorbehandlung verwendet werden. Z. B. kann, wenn mit pigmentierten Tinten gedruckt wird, eine Lösung aufgebracht werden, die mit dem Pigmentträger in Wechselwirkung tritt, um zu bewirken, dass das Pigment rasch aus der Lösung ausgefällt wird. Indem man sich nicht auf Verdampfung und/oder Absorption stützt, um den Träger zu entfernen, kann das Pigment präziser platziert werden, was zu einer verbesserten optischen Dichte und Kantenschärfe des Ausdrucks führt. Diese Eigenschaften können auch für ein schwarzes Pigment durch ein Unterdrucken mit farbiger Tinte bei vielen blanken Papieren verbessert werden, aber ein Verwenden des Vorbehandlungsverfahrens, das hier gelehrt wird, beschleunigt den Durchsatz (da Tintenstrahldrucker normalerweise mehr Düsen für schwarze Tinte als für Farben aufweisen). Außerdem können durch ein gleichmäßiges Aufbringen der Lösung auf das Medium vor dem Drucken Pigmente aller Farben aus der Lösung heraus „gestoßen" werden, was die Farbsättigung sowie die Kantenschärfe verbessert. Eine ähnliche Technik kann für bestimmte Farbstoffe verwendet werden.
• Bei Pigmenten, die durch Absorption eines anionischen Polymerdispersionsmittels stabilisiert werden, selbstdispergierten Pigmenten, die anionische Ladungen an ihren Oberflächen aufweisen, oder anionischen Farbstoffen kann die Vorbehandlungsflüssigkeit eine kationische Komponente aufweisen (z. B. mehrwertige Metallkationen, wie z. B. Ca²⁺, Mg²⁺ oder Fe³⁺, kationische Polymere, wie z. B. Polyethylenamine, Polyethylenamine oder Polymerquaternäramine; oder kationische oberflächenaktive Mittel), die ein unlösliches Salz mit der anionischen Komponente des Pigments oder des Farbstoffs bildet. Wenn die Tinte auf das behandelte Medium aufgebracht wird, bildet die kationische Komponente der Vorbehandlungsflüssigkeit ein Salz mit der anionischen Komponente der Tinte, das schnell aus der Lösung heraus „gestoßen" wird. Da die Entfernung des Farbstoffs oder Pigments aus dem Lösungsmittel so schnell geht, liegt weniger Dispersion des Farbstoffs oder des Pigments vor, was zu einer verbesserten Kantenschärfe führt. Natürlich kann diese Technik auch verwendet werden, um kationische Farbstoffe und kationisch stabilisierte Pigmente zu stabilisieren, indem ein Anion in die Vorbehandlungsflüssigkeit aufgenommen wird (z. B. Polymere oder oberflächenaktive Mittel, die -SO3^–- oder COO^–-Gruppen enthalten).
• Diese Ausfällungsmittel der Vorbehandlungsflüssigkeit können zusammen mit den Benetzungsmitteln und oberflächenaktiven Mitteln verwendet werden, die verwendet werden, um die Tinteneindringung zu beschleunigen. Das Ausfällungsmittel sollte ausgewählt sein, um in Lösung mit den Benetzungsmitteln und oberflächenaktiven Mitteln stabil zu sein, und letztere sollten ausgewählt sein, um die Farbmittelausfällungsfähigkeit des Ausfällungsmittels nicht übermäßig zu reduzieren.
• Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind für Fachleute aus einer Betrachtung der Beschreibung oder der Praxis der hier offenbarten Erfindung ersichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt wird.

Claims (5)

1. Ein Verfahren zum Verbessern der Druckqualität bei einem Drucker, der Tinte auf ein quellbares Medium (10) aufbringt, das folgende Schritte umfasst: Aufbringen eines Behandlungsfluids auf das quellbare Medium (10), wobei das Behandlungsfluid dazu neigt, die Absorption von Tinte durch das quellbare Medium zu beschleunigen; und Aufbringen von Tinte auf das quellbare Medium, wobei die Tinte innerhalb von einer Minute, nachdem das Behandlungsfluid aufgebracht worden ist, auf das quellbare Medium (10) aufgebracht wird.
2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Behandlungsfluid ein polares Lösungsmittel; und ein Benetzungsmittel oder ein oberflächenaktives Mittel aufweist.
3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Behandlungsfluid 8–20% 1,2-Hexandiol; 2–5% 1-Butanol; 1–4% Sekundäralkoholethoxylat; und 71–89% Wasser aufweist.
4. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Behandlungsfluid ein Trockenmittel umfasst.
5. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Behandlungsfluid mit einer Rolle (16), einem Wischer oder einer Sprühvorrichtung aufgebracht wird.