DE60214235T2

DE60214235T2 - Strahlungshärtungsverfahren und -vorrichtung für tinte zum tintenstrahldrucken

Info

Publication number: DE60214235T2
Application number: DE60214235T
Authority: DE
Inventors: Caroline M. Saint Paul Ylitalo; Ronald K. Saint Paul THERY
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: CN1604852A; RU2004118409A; ATE337187T1; MXPA04005890A; AU2002348021B2; WO2003061976A1; ES2271348T3; CN1298544C; IL162157A0; ZA200405667B; BR0214785A; IL162157A; RU2305039C2; US6543890B1; JP2005515102A; EP1461209B1; EP1461209A1; PL369306A1; KR20040063175A; CA2471337A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldruckgeräte und Verfahren zum Tintenstrahldrucken unter Verwendung von Tinte, die bei Bestrahlung mit aktinischer Strahlung härtbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Geräte zum Härten strahlungshärtbarer Tinte, die durch einen Tintenstrahldrucker auf ein Substrat aufgebracht wurde.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Der Tintenstrahldruck hat in den letzten Jahren aufgrund seiner relativ hohen Geschwindigkeit und ausgezeichneten Bildauflösung an Beliebtheit gewonnen. Insbesondere bietet ein Tintenstrahldruckgerät, das in Verbindung mit einem Computer verwendet wird, eine große Flexibilität im Design und Layout des fertigen Bildes. Die gestiegene Beliebtheit des Tintenstrahldrucks und die Effizienz in der Verwendung haben den Tintenstrahldruck zu einer leistbaren Alternative zu bereits bekannten Druckverfahren gemacht.
Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Tintenstrahldruckern in der generellen Verwendung: den Flachbettdrucker, den Walze-zu-Walze-Drucker und den Trommeldrucker. Beim Flachbettdrucker liegt das Medium oder Substrat, das das gedruckte Bild aufnimmt, auf einem sich horizontal erstreckenden flachen Tisch oder Bett. Ein Tintenstrahldruckkopf ist auf einem beweglichen Schlitten oder einer anderen Art von Mechanismus montiert, der dem Druckkopf ermöglicht, sich entlang zwei wechselseitig senkrechten Pfaden über das Bett zu bewegen. Der Druckkopf ist an einen Computer angeschlossen, der so programmiert ist, dass er bestimmte Düsen des Druckkopfs erregt, während sich der Druckkopf über das Substrat bewegt, wobei wahlweise Tinten verschiedener Farben verwendet werden. Die Tinte auf dem Substrat wird dann nach Bedarf gehärtet, um das gewünschte fertige Bild bereitzustellen.
Bei Walze-zu-Walze Tintenstrahldruckern ist das Substrat, das das gedruckte Bild aufnimmt, im Allgemeinen in der Form einer länglichen Bahn oder eines Blattes bereitgestellt und bewegt sich von einer Versorgungswalze zu einer Aufnahmewalze. An einer Stelle zwischen der Versorgungswalze und der Aufnahmewalze ist ein Druckkopf an einem Schlitten montiert, der beweglich ist, um den Druckkopf über das Substrat in eine Richtung senkrecht zu der Vorschubrichtung des Substrats zu verschieben. Bekannte Walze-zu-Walze Tintenstrahldrucker enthalten vertikale Drucker, wobei sich das Substrat in eine Aufwärtsrichtung über den Druckkopf hinaus bewegt, wie auch horizontale Drucker, wobei sich das Substrat in eine horizontale Richtung über den Druckkopf bewegt.
Trommel-Tintenstrahldrucker enthalten für gewöhnlich eine zylindrische Trommel, die zur Drehbewegung um eine horizontale Achse montiert ist. Das Substrat ist über der Peripherie der Trommel angeordnet, und der Tintenstrahldruckkopf ist betätigbar, um Punkte oder Tröpfchen von Tinte auf das Substrat auf der Trommel zu lenken. In einigen Fällen ist der Druckkopf stationär und erstreckt sich entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der Trommel in horizontaler Richtung. In anderen Fällen ist die Länge des Druckkopfs etwas kürzer als die Länge der Trommel und er ist an einem Schlitten zur Bewegung in einer horizontalen Richtung über das Substrat angeordnet.
Tinten, die allgemein in Tintenstrahldruckern verwendet werden, enthalten Tinten auf Wasserbasis, Tinten auf Lösemittelbasis und strahlungshärtbare Tinten. Tinten auf Wasserbasis werden mit porösen Substraten oder Substraten verwendet, die eine spezielle Rezeptorbeschichtung zum Absorbieren des Wassers haben. Im Allgemeinen sind Tinten auf Wasserbasis nicht zufriedenstellend, wenn sie zum Drucken auf unbeschichteten, nicht porösen Filmen verwendet werden.
Tinten auf Lösemittelbasis, die in Tintenstrahldruckern verwendet werden, sind zum Drucken auf nicht porösen Filmen geeignet und lösen das obengenannte Problem in Zusammenhang mit einer Tinte auf Wasserbasis. Leider enthalten viele Tinten auf Lösemittelbasis etwa 90 Prozent organische Lösemittel, auf das Gewicht bezogen. Wenn Tinten auf Lösemittelbasis trocknen, verdampft das Lösemittel und kann eine Umweltbelastung darstellen. Wenn auch Umweltsysteme verfügbar sein mögen, um die Emission der Lösemittel in die Atmosphäre zu verringern, werden solche Systeme im Allgemeinen als teuer angesehen, insbesondere für den Eigentümer einer kleinen Druckerei.
Ferner müssen Tintenstrahldrucker, die entweder die Tinten auf Lösemittelbasis oder die Tinten auf Wasserbasis verwenden, relativ große Mengen an Lösemittel oder Wasser trocknen, bevor der Prozess als beendet angesehen wird und das erhaltene Druckprodukt leicht gehandhabt werden kann. Der Schritt zum Trocknen der Lösemittel oder des Wassers durch Verdampfen ist relativ zeitaufwändig und kann ein die Rate begrenzender Schritt für den gesamten Druckprozess sein.
Angesichts der obengenannten Probleme wurden strahlungshärtbare Tinten in den letzten Jahren allgemein als Tinte der Wahl für den Druck auf einer Vielzahl unbeschichteter, nicht poröser Substrate angesehen. Die Verwendung der Strahlungshärtung der Tinte ermöglicht eine rasche Trocknung (allgemein als "sofortige" Trocknung angesehen), ohne die Notwendigkeit, große Mengen an Wasser oder Lösemittel zu entfernen. Dadurch können strahlungshärtbare Tinten in Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahldruckern verwendet werden, um Produktionsgeschwindigkeiten über 1000 ft²/h (93 m²/h) zu erreichen.
Tintenstrahldrucker, die imstande sind, auf relativ großen Substraten zu drucken, werden als teuer angesehen. Daher ist erwünscht, denselben Drucker für die Erzeugung von Bildern auf einer Vielzahl von Substraten unter Verwendung einer Vielzahl von Tintenzusammensetzungen zu verwenden, falls dies überhaupt möglich ist. Ferner ist bevorzugt, dass jedes Bild, das von solchen Druckern gedruckt wird, auf beständiger Basis von hoher Qualität ist, unabhängig von der Art des Substrates und der Art der verwendeten Tinte, angesichts der Zeit und Kosten für einen Neudruck des Bildes, falls die Qualität des Bildes unter der gewünschten liegt.
Es gibt zahlreiche Härtungsvorrichtungen, die zum Härten von strahlungshärtbarer Tinte verfügbar sind, nachdem die Tinte auf das Substrat aufgebracht wurde. Zum Beispiel werden häufig Ultraviolett-(UV-)Lampen zur Härtung von Tinten verwendet, die bei Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung härtbar sind. Viele Lampen, die Ultraviolettstrahlung ausstrahlen, geben jedoch auch signifikante Wärmemengen während des Betriebs ab.
Leider kann die Gegenwart von übermäßiger Wärme einige Substrate, die beim Tintenstrahldruck verwendet werden, nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel können einige Substrate, die relativ dünn sind, wie weichgemachte gegossene Vinylfilme, sich in Gegenwart von Wärme von einer Ultravioletthärtungsvorrichtung zu erweichen beginnen oder schmelzen. Es ist möglich, die UV-Lampe zu modifizieren, zum Beispiel durch Hinzufügen eines Infrarotfilters, um die Wärmemenge zu verringern, die das Substrat erreicht, obwohl solche Modifizierungen die Kapitalkosten erhöhen und das kompakte Design typischer UV-Lampen, die in Tintenstrahlgeräten verwendet werden, nachteilig beeinflussen können.
Ferner wurden viele Versuche in der Vergangenheit unternommen, um herkömmliche Tintenstrahldrucker, wie Tintenstrahldrucker, die Tinte auf Lösemittelbasis verwenden, zu Tintenstrahldruckern umzuwandeln, die strahlungshärtbare Tinte verwenden. Die Kosten einer solchen Umstellung sind nicht gering, werden aber für gewöhnlich als geringer als die Kosten angesehen, die mit dem Kauf eines neuen Druckers verbunden sind, der speziell zur Verwendung mit strahlungshärtbaren Tinten hergestellt ist. Die Umstellung wird häufig durch Montieren einer Strahlungsquelle in dem Gehäuse des Druckers durchgeführt.
Für gewöhnlich ist jedoch der Raum begrenzt, der in den Gehäusen bestehender Drucker vorhanden ist. Folglich wird die Strahlungsquelle häufig notwendigerweise in enger Nähe zu der Stelle des Substrats während eines Härtungsvorganges montiert. Der daraus resultierende geringe Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Substrat ist häufig zu klein, um die Verwendung bestimmter Arten von Substraten zuzulassen (wie der oben erwähnten Substrate), die sonst in Gegenwart von Wärme von der Strahlungsquelle zum Schmelzen neigten.
Angesichts des Vorhergesagten besteht ein Bedarf in der Technik an neuen Verfahren und Geräten zum Härten strahlungshärtbarer Tinte, die in einem Tintenstrahldruckprozess verwendet wird. Vorzugsweise könnte ein solches Verfahren und Gerät zur Nachrüstung herkömmlicher Tintenstrahldrucker wie auch zur Konstruktion neuer Drucker verwendet werden, und könnte in Verbindung mit zahlreichen Substraten und Tinten verwendet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Tintenstrahldruckgeräte und Verfahren zum Tintenstrahldrucken, die eine Abschirmung gemeinsam mit einem Mechanismus zum selektiven Bewegen der Abschirmung verwenden. Die Abschirmung ist in den und aus dem Strahlungspfad bewegbar, der sich von einer Härtungsvorrichtung (wie einer Lampe) zu dem Substrat erstreckt. Die Abschirmung ermöglicht, dass die Menge an Strahlung, die das Substrat erreicht, präzise gesteuert wird, so dass die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung des Substrats verringert wird.
Genauer betrifft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt ein Tintenstrahldruckgerät für strahlungshärtbare Tinte. Das Gerät weist einen Träger zur Aufnahme eines Substrats und einen Druckkopf zum Lenken der strahlungshärtbaren Tinte auf das Substrat auf. Das Gerät weist auch eine Härtungsvorrichtung zum Lenken von Strahlung entlang einem Pfad zu der Tinte auf, die auf dem Substrat aufgenommen ist, und der Druckkopf ist relativ zu der Härtungsvorrichtung bewegbar. Das Gerät weist des Weiteren eine Abschirmung und einen Mechanismus zum selektiven Bewegen der Abschirmung nach Wunsch in den und aus dem Pfad auf, um den Durchgang von Strahlung zu der Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen ist, zu blockieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem anderen Aspekt ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken. Das Verfahren weist den Schritt des Aufbringens einer Tintenmenge auf einem Substrat unter Verwendung eines Druckkopfs auf, sowie den Schritt des Richtens aktinischer Strahlung von einer Härtungsvorrichtung entlang einem Pfad auf die Tinte auf dem Substrat, wobei der Druckkopf relativ zu der Härtungsvorrichtung bewegbar ist. Das Verfahren weist des Weiteren den Schritt des selektiven Bewegens einer Abschirmung nach Wunsch in den und aus dem Pfad auf, um den Durchgang von Strahlung zu der Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen ist, zu blockieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abschirmung ein drehbares, zylindrisches Gehäuse mit einer länglichen Öffnung für einen selektiven Durchgang von Strahlung. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abschirmung eine hin- und hergehende Klappe, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbar ist, um den Durchgang aktinischer Strahlung zu steuern. Vorzugsweise wird die Bewegung der Abschirmung in Übereinstimmung mit einer Betriebsgeschwindigkeit des Druckers gesteuert, wie der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats über die Härtungsvorrichtung.
Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische schematische Ansicht eines Tintenstrahldruckgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein schematischer Aufriss des in 1 dargestellten Tintenstrahldruckgeräts;
3 ist eine Ansicht ähnlich 2, nur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Ansicht ähnlich 2 und 3, nur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Tintenstrahldruckgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei Klappen des Geräts in einer geschlossenen Position dargestellt sind;
6 ist eine schematische Vorder- und perspektivische Seitenansicht des in 5 dargestellten Geräts;
7 ist eine Ansicht ähnlich 5, nur dass die Klappen in einer offenen Position dargestellt sind; und
8 ist eine Ansicht ähnlich 6, nur dass die Klappen in einer offenen Position dargestellt sind, die in 7 dargestellt ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die folgenden Beispiele beschreiben verschiedene Arten von Tintenstrahldruckgeräten und Druckverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Die beiliegenden Zeichnungen sind schematische Darstellungen, die ausgewählt wurden, um bestimmte Aspekte der Erfindung hervorzuheben. In der Praxis können die Konzepte, die in der Folge beschrieben sind, zur Verwendung mit einer Vielzahl von Tintenstrahldruckern angepasst werden, einschließlich vieler im Handel erhältlicher Tintenstrahldrucker.
Zu Beispielen für geeignete Tintenstrahldrucker vom Drehtrommeltyp zählen Drucker der Marke "PressJet" von Scitex (Rishon Le Zion, Israel) und "DryJet" Advanced Digital Color Proofing System von Dantex Graphics Ltd. (West Yorkshire, UK). Zu Beispielen für Tintenstrahldrucker vom Flachbetttyp zählen Drucker der Marke "PressVu" von VUTEk Inc (Meredith, New Hampshire) und Drucker der Marke "SIAS" von Sias Print Group (Novara, Italien). Zu Beispielen für Tintenstrahldrucker vom Walze-zu-Walze-Typ zählen Drucker der Marke "Arizona" von Raster Graphics, Inc. von Gretag Imaging Group (San Jose, Kalifornien) und "UltraVu" Markendrucker von VUTEk Inc.
1 und 2 zeigen gewisse Komponenten eines Tintenstrahldruckgeräts 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gerät 10, das in 1 dargestellt ist, ist ein Flachbett-Tintenstrahldrucker und enthält einen Druckkopf 11. Der Druckkopf 11 kann eine Bank aus Piezodruckköpfen enthalten. Die Anzahl von bereitgestellten Druckköpfen wird unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren gewählt, einschließlich der Gesamtanzahl von Farben, die in dem Drucker verwendet werden, der Art von verwendetem Druckkopf, und der gewünschten Produktivität des Druckers. Ein Gehäuse des Druckers ist nicht dargestellt. Der Drucker hat ein Transportsystem (auch nicht dargestellt) zum Bewegen eines Substrats 12 in eine im Allgemeinen horizontale Richtung, wie durch den Pfeil von 1 angezeigt ist.
Das Substrat 12 ist über einen sich horizontal erstreckenden Träger 14 bewegbar, der in 2 dargestellt ist. Der Träger 14 stützt das Substrat 12 während eines Härtungsvorganges. Wahlweise hält der Träger 14 oder eine Verlängerung des Trägers 14 das Substrat 12 in der Zeit, in der der Druckkopf Tinte auf das Substrat 12 lenkt.
Das Gerät 10 enthält auch eine Härtungsvorrichtung 16, die aktinische Strahlung entlang einem Pfad auf Tinte richtet, die auf dem Substrat 12 aufgenommen wurde. Die Härtungsvorrichtung 16 enthält eine oder mehrere Quellen von Ultraviolett- und/oder sichtbarer Strahlung. Beispiele für geeignete Strahlungsquellen umfassen Quecksilberlampen, Xenonlampen, Kohlenbogenlampen, Wolframfilamentlampen, Laser und dergleichen. Wahlweise ist die bevorzugte Quelle der UV-Strahlung eine Mitteldruck-Quecksilberlampe, die mit einer Birne, wie einer "H"-Birne, "D"-Birne oder "V"-Birne ausgestattet ist. Vorzugsweise haben die gewählten Lampen einen Spektralausgang, der mit dem Absorptionsspektrum der Tinte übereinstimmt.
Die Lampen sind an eine Steuerung 18 für eine zeitlich gesteuerte Aktivierung nach Wunsch angeschlossen. Wahlweise ist der Druckkopf 11 zu der Härtungsvorrichtung 16 und von dieser weg bewegbar, um die Verweilzeit der Tinte (d.h., das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte auf dem Substrat 12 aufgenommen wird, und dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte auf dem Substrat 12 aktinische Strahlung empfängt) zu variieren.
Das Gerät 10 enthält auch eine Abschirmung 20, die sich in den Pfad zwischen der Härtungsvorrichtung 16 und der Tinte erstreckt, die auf dem Substrat 12 aufgenommen wurde. In dieser Ausführungsform umfasst die Abschirmung 20 ein Gehäuse, das die Lampen 17 umgibt. Das Gehäuse in der dargestellten Ausführungsform hat eine im Allgemeinen zylindrische Form gemeinsam mit einem länglichen Schlitz oder einer Öffnung 22. Vorzugsweise ist die Länge der Öffnung annähernd gleich der Länge des Gehäuses und verläuft parallel zu der Mittelachse des Gehäuses.
Die Abschirmung 20 kann wahlweise eine hochreflektierende Innenfläche aufweisen. Als zusätzliche Option kann die Abschirmung eine andere Form als die zylindrische haben. Zum Beispiel kann die Abschirmung eine parabolische Form oder eine elliptische Form in der Querschnittsansicht haben. Ferner kann eine Linse über der Öffnung angeordnet sein (wie der Öffnung 22).
Vorzugsweise erstrecken sich die Lampen 17 über ein wesentliches Ausmaß der Breite des Trägers 14, so dass Strahlung in einem geraden Pfad auf Tinte auf dem Substrat 12 über das wesentliche Ausmaß der Breite des Substrats 12 gelenkt werden kann. Zu diesem Zweck kann die Härtungsvorrichtung 16 eine Reihe röhrenförmiger Lampen aufweisen, die in einer Ende-an-Ende-Anordnung platziert sind. Als andere Alternative kann die Härtungsvorrichtung eine einzige UV-Lampe aufweisen, die auf einem Schlitten montiert ist und sich entlang der Breite des Substrats 12 unabhängig von dem Druckkopf 11 bewegen kann.
Die Abschirmung 20 ist an einen Mechanismus 24 für eine selektive Bewegung angeschlossen. In dieser Ausführungsform weist der Mechanismus 24 einen Elektromotor 26 variabler Drehzahl auf, der durch eine Welle 28 an die Abschirmung 20 angeschlossen ist. Der Motor 26 ist elektrisch an die Steuerung 28 angeschlossen. Die Erregung des Motors 26 bewirkt, dass die Abschirmung 20 um ihre Mittelachse dreht. Vorzugsweise liegt die Drehachse der Abschirmung 20 parallel zu der Ebene des darunter liegenden Substrats 12, wenn das Substrat 12 auf dem Träger 14 aufgenommen ist. Ferner ist die Drehachse der Abschirmung 20 vorzugsweise senkrecht zu der Vorschubrichtung des Substrats 12.
Die Steuerung 18 ist bedienbar, um die Drehzahl des Motors 26 zum Drehen der Abschirmung 20 nach Wunsch zu ändern. In dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Substrats durch den gewählten Druckmodus bestimmt. Daher wird für einen bestimmten Druckmodus die Geschwindigkeit des Transportsystems und somit die Geschwindigkeit des Substrats 12 bestimmt, und die Drehzahl der Abschirmung 20 wird in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Substrats eingestellt, um die Härtungszeit zu verlängern oder zu verkürzen (d.h., die Länge der Zeit, in der Tinte Strahlung von der Härtungsvorrichtung 16 empfängt).
Wahlweise kann auch die Breite der Öffnung 22 (d.h., in Richtungen entlang einem Bogen um die Drehachse der Abschirmung 20) variiert werden, so dass die Strahlungsmenge, die zu dem Substrat 12b gelenkt wird, nach Wunsch geändert werden kann. Die Breite der Öffnung 22 kann manuell durch Bereitstellung einer oder mehrerer gleitender Abdeckungen oder Platten eingestellt werden, oder kann automatisch mit Hilfe eines Antriebssystems eingestellt werden, das eine oder mehrere Abdeckungen oder Platten bewegt. Das Antriebssystem, falls bereitgestellt, ist vorzugsweise elektrisch an die Steuerung 18 angeschlossen.
Die Bereitstellung der Abschirmung 20 ist in jenen Fällen ein Vorteil, in welchen der Raum zur Anordnung einer Härtungsvorrichtung relativ klein ist. Bei dem Versuch zum Beispiel eine Strahlungsquellen-Härtungsvorrichtung nachträglich in einen bestehenden, im Handel erhältlichen Drucker einzubauen, könnte der Techniker feststellen, dass das Gehäuse des Druckers nur ein begrenztes Maß an verfügbarem Raum enthält. In diesem Fall kann die Abschirmung 20 dazu dienen, die Stärke der Strahlung zu verringern, die das Substrat 12 erreicht, so dass dieses nicht überhitzt wird. Ein solches Merkmal ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle nicht sofort zufriedenstellend ein- und ausgeschalten werden kann.
Die Abschirmung 20 in Kombination mit der Steuerung 18 und dem Motor 26 ist auch in Prozessen vorteilhaft, in welchen die Intensität der Strahlung, die die Tinte erreicht, dieselbe sein soll, unabhängig von der Geschwindigkeit des Transportsystems. Wenn zum Beispiel das Gerät 10 bei einer relativ hohen Produktivität arbeitet und das Transportsystem das Substrat 12 bei einer relativ hohen Geschwindigkeit bewegt, stellt die Steuerung 18 die Drehzahl des Motors 26 so ein, dass auch dieser bei einer relativ hohen Geschwindigkeit arbeitet. In anderen Fällen, wenn das Transportsystem das Substrat 12 bei einer relativ geringen Geschwindigkeit vorschiebt, wird die Drehzahl des Motors 26 gesenkt. Auf diese Weise kann die Intensität der Strahlung, die die Tinte auf dem Substrat 12 erreicht, dieselbe sein, unabhängig davon, ob das Transportsystem das Substrat 12 bei einer relativ hohen Geschwindigkeit oder einer relativ niederen Geschwindigkeit vorschiebt. Wahlweise können Kodierer oder andere Arten von Sensoren bereitgestellt sein, um dem Gerät 10 die Bestimmung der Position der Abschirmung 20 oder der Position des Substrats 12 zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu ermöglichen.
Das Gerät 10 kann wahlweise auch einen Computer enthalten, der an die Steuerung 18 angeschlossen ist. Der Computer ist so programmiert, dass er bevorzugte Verweilzeiten für die Tinte bestimmt, oder das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte auf dem Substrat 12 aufgenommen wird, und dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte Strahlung von der Härtungsvorrichtung 16 empfängt. Die Verweilzeit wird dann durch Anweisungen, die vom Computer bereitgestellt werden, eingestellt. Weitere Einzelheiten dieses Aspekts sind in der gleichzeitig anhängigen US Patentanmeldung der Antragstellerin mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR INKJET PRINTING USING UV RADIATION CURABLE INK", Seriennr. 10/000282, eingereicht am 15. November 2001, beschrieben.
Zusätzlich kann das Gerät 10 automatisierte Verfahren zur Änderung von Testmusterbildern aufweisen, die auf dem Substrat 12 aufgenommen wurden, um bestimmte Eigenschaften zu bewerten, wie die Adhäsion einer bestimmten Tinte an ein bestimmtes Substrat. Dann werden bestimmte Druckparameter von einem Computer auf der Basis der Bewertung der geänderten Testmusterbilder gewählt. Weitere Einzelheiten dieses Aspekts sind in der anhängigen US Patentanmeldung der Antragstellerin mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR SELECTION OF INKJET PRINTING PARAMETERS", Seriennr. 10/001144, eingereicht am 15. November 2001, beschrieben.
Eine Reihe anderer Optionen ist ebenso möglich. Wenn zum Beispiel der Träger eine Trommel umfasst, kann die Trommel durch einen Antrieb mit variabler Geschwindigkeit bewegt werden, der an die Steuerung 18 angeschlossen ist.
Ein Tintenstrahldruckgerät 10a gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Das Gerät 10a ist im Wesentlichen identisch mit dem Gerät 10, das zuvor beschrieben wurde, mit Ausnahme der in der Folge angeführten Unterschiede.
Das Gerät 10a enthält einen parabolischen Reflektor 32a, der neben den Lampen einer Härtungsvorrichtung 16a montiert ist. Eine Abschirmung 20a, ähnlich der Abschirmung 20, ist um den Reflektor 32a drehbar. Der Reflektor 32a dreht mit der Abschirmung 20a derart, dass eine fokussierte Strahlung auf das Substrat 12a über die Breite der Öffnung 22a in der Abschirmung 20a bereitgestellt wird. Diese Konfiguration führt zu einer beständig fokussierten Strahlung über den gesamten Abschnitt des Substrats 12a, der mit jeder Drehung der Abschirmung 20a der Strahlung ausgesetzt ist.
Der Reflektor 32a dient auch zur Begrenzung der Menge an Strahlung, die in lateraler Richtung ausgestrahlt wird. Dadurch geht die Strahlung nicht durch die Öffnung 22a, wenn sich die Öffnung 22a nicht in einer bestimmten darunter liegenden Drehposition befindet, so dass die Strahlung direkt unterhalb der Abschirmung 20a zu der darunter befindlichen Tinte auf dem Substrat 12a gehen kann.
Ein Gerät 10b gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist in 4 dargestellt. Das Gerät 10b ist im Wesentlichen dasselbe wie das Gerät 10a, mit Ausnahme der in der Folge angeführten Unterschiede.
Das Gerät 10b enthält eine stationäre, längliche Sperre 34b, die sich entlang der Länge einer Abschirmung 20b erstreckt. Die Sperre 34b enthält eine längliche rechteckige Apertur 36b.
Die Sperre 34b dient als Abschirmung, um den Durchgang aktinischer Strahlung zu der Tinte auf dem Substrat 12b bis zu dem Zeitpunkt zu blockieren, zu dem sich eine Öffnung 22b der Abschirmung 20b direkt darüber befindet. Auf diese Weise geht die Strahlung, die durch die Öffnung 22b geht, nicht zu der Tinte auf dem Substrat, wenn die Öffnung 22b nicht mit der Apertur 36b ausgerichtet ist.
Wahlweise enthält die Sperre 34b eine oder mehrere gleitende Platten oder Abdeckungen neben der Apertur 36b. Die gleitenden Platten oder Abdeckungen dienen zur Einstellung der Breite der Apertur 36b nach Wunsch. Die Platten und Abdeckungen können manuell oder durch Bereitstellung eines Antriebssystems eingestellt werden, das an eine Steuerung angeschlossen ist (wie eine Steuerung ähnlich der Steuerung 18).
Ein Tintenstrahldruckgerät 10c gemäß einer anderen Ausführungsform ist schematisch in 5 bis 8 dargestellt. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, enthält das Gerät 10c einen Träger zum Aufnehmen eines Substrats wie auch einen Druckkopf, der strahlungshärtbare Tinte auf das Substrat lenkt, wenn das Substrat auf dem Träger aufgenommen ist.
Das Gerät 10c enthält auch eine Härtungsvorrichtung 16c mit einer oder mehreren Strahlungsquellen, wie einer Reihe länglicher Lampen 17c. Die Lampen 17c können ähnlich den zuvor erwähnten Lampen 17 sein. Vorzugsweise erstrecken sich die Lampen 17c über die gesamte Breite des Substrats während eines Härtungsvorganges, so dass Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen wird, effizient gehärtet wird.
Das Gerät 10c enthält auch eine Abschirmung 20c, die ein Paar von Klappen 21c umfasst. Die Klappen 21c sind opak oder zumindest teilweise opak für den Durchgang von Strahlung, die von den Lampen 17c ausgestrahlt wird. Jede der Klappen 21c ist mit einem Stift 23c verbunden, der schwenkbar mit einem Gestell oder einem anderen Strukturelement des Geräts 10c verbunden ist.
Das Gerät 10c enthält auch einen Mechanismus 24c zum selektiven Bewegen der Klappen 21c zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position. In dieser Ausführungsform umfasst der Mechanismus 24c zwei Kabel 38c, die mit einer Seite einer entsprechenden Klappe 21c verbunden sind. Die Kabel 38c verlaufen um eine Riemenscheibe 40c und sind mit einer Schwingspule eines Solenoids 42c verbunden. Das Solenoid 42c ist seinerseits mit einer Steuerung 18c verbunden.
Jede der Klappen 21c ist auch mit einem Ende von einer oder mehreren Feder 44c verbunden (nur in 5 dargestellt). Ein gegenüberliegendes Ende der Federn 44c ist mit einem Gestellelement oder einem anderen Strukturelement des Geräts 10c verbunden. Die Federn 44c haben eine zusammengerollte Konfiguration und dienen zum Vorspannen der Klappen 21c in die normalerweise geschlossene Position, wie in 5 und 6 dargestellt ist.
Wenn das Solenoid 42c erregt wird, zieht die Schwingspule an den Kabeln 38c gegen die Vorspannung der Federn 44c. Die Klappen 21c werden dann in die offene Position geschwenkt, die in 7 und 8 dargestellt ist. Sobald das Solenoid 42c aberregt wird, schnappen die Klappen 21c jedoch aufgrund der Spannkraft, die von den Federn 44c ausgeübt wird, in die geschlossene Position zurück, die in 5 und 6 dargestellt ist.
Die Steuerung 18c ist betätigbar, um die Zeit zu verändern, in der die Klappen 21c in einer offenen Position bleiben. Folglich kann das Gesamtmaß der Strahlung, die das Substrat erreicht, gesteuert werden. Zum Beispiel kann das Ausmaß der Strahlung in Fällen verringert werden, in welchen die Tinte relativ rasch härtet und/oder in Fällen, in welchen das Substrat sonst überhitzen könnte. Die Länge der Zeit, die die Klappen 21c offen sind, kann auch in Fällen verringert werden, wenn die Geschwindigkeit des Substrats, das unter der Härtungsvorrichtung 16 durchläuft, relativ schnell ist.
Andere Arten von Klappen sind auch möglich. Zum Beispiel können die Klappen zurückziehbar sein und vor- und rückwärts in den und aus dem Strahlungspfad gleiten, anstatt sich in der Schwenkbewegung zu bewegen, die zuvor beschrieben ist. Als andere Alternative können die Klappen in mehreren Schichten aus dem Strahlungspfad zurückklappen und dann zum Blockieren der Strahlung aufklappen.
Andere Arten von Mechanismen sind ebenso möglich. Zum Beispiel könnte der Mechanismus starre Verbindungen umfassen, die mit den Klappen verbunden sind und bei Aktivierung eines hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Stellgliedes bewegbar sind.
Beispiel
Ein Tintenstrahldrucker, der eine strahlungshärtbare Tinte verwendet, enthält eine Bank von Mitteldruck-Quecksilberlampen, wie Ultraviolettlampen der Marke Fusion, Katalog Nr. HP-6, die im Handel von Fusion Systems Inc., Gaithersburg, MD, erhältlich sind. Jede Lampe stellt 475 Watt pro Inch (187 Watt pro cm) bei 100% Leistung bereit.
Das Gerät in diesem Beispiel hat eine Härtungsvorrichtung, eine Abschirmung und einen Mechanismus ähnlich dem zuvor beschriebenen Gerät 10. Von den Eigenschaften der Lampe kann ein Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Substrats und der Strahlungsdosis durch Messen der Dosis bei verschiedenen Geschwindigkeiten erhalten werden. Das Verhältnis für die Lampe der Marke Fusion HP-6 ist: Dosis = 15600/Bahngeschwindigkeitwobei die Dosis in mJ/cm² gemessen wird, und die Bahngeschwindigkeit in Fuß/Minute gemessen wird. Die Dosierung kann auch durch die folgende Gleichung berechnet werden: Dosis = Intensität × Zeit,wobei die Intensität der Lampe 2,2 Watt/cm² ist.
Eine Kombination der zwei obenstehenden Gleichungen ermöglicht die Berechnung einer optimalen Fensterbreite für die gewählte Lampe. In diesem Fall ist der Wert 1,4 Inch (3,56 cm).
Die optimale Drehzahl der Abschirmung kann für jeden Druckmodus gemäß dem folgenden Beispiel berechnet werden:
Wenn der Drucker bei einer relativ hohen Produktivität von 1000 ft²/h (93 m²/h) arbeitet, ist die Bahngeschwindigkeit: Vmax = 2,8 ft/min oder 33,6 in/min (85 cm/min)
Ebenso ist bei Vmax die Drehzeit = 1,4 in/33,6 = 0,042 Minuten pro Umdrehung.
Aus den beiden letzten Gleichungen ist die Drehzahl gleich 23,8 Umdrehungen pro Minute.
Wenn im Gegensatz dazu der Drucker bei einer relativ geringen Produktivitätseinstellung von 260 ft²/h (24 m²/h) betrieben wird, ist die Geschwindigkeit des Substrats: Vmin = 0,78 ft/min oder 9,4 in/min (24 cm/min)
Bei Vmin ist die Drehzeit = 1,4 in/9,4 = 0,15 min/Umdrehung.
Folglich ist die Drehzahl gleich 6,7 Umdrehungen/min.
Die Ausführungsformen und Beispiele, die zuvor dargelegt wurden, sind für die Erfindung beispielhaft. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass die zuvor beschriebenen Konzepte modifiziert werden können und/oder mit anderen Arten von Druckern verwendet werden können, ohne von der Essenz der Erfindung Abstand zu nehmen. Zum Beispiel kann der Träger eine zylindrische Trommel oder eine hochkant stehende Platte anstelle eines Flachbetts sein. Zusätzlich kann die Härtungsvorrichtung in einer Fläche angeordnet sein, die von dem Druckkopf entfernt ist, wie oberhalb des Bewegungspfades des Substrats, nachdem es von einer zylindrischen Trommel freigegeben wurde, nachdem es Tinte von einem Druckkopf empfangen hat.
Eine Reihe anderer Alternativen ist ebenso möglich. Daher sollte die Erfindung nicht als auf die spezifischen Ausführungsformen eingeschränkt angesehen werden, die ausführlich beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind, sondern nur durch einen angemessenen Umfang der Ansprüche.

Claims

Tintenstrahldruckgerät für strahlungshärtbare Tinte, aufweisend: einen Träger zur Aufnahme eines Substrats; einen Druckkopf zum Lenken der strahlungshärtbaren Tinte auf das Substrat; eine Härtungsvorrichtung zum Lenken von Strahlung entlang einem Pfad zu der Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen ist, wobei der Druckkopf relativ zu der Härtungsvorrichtung bewegbar ist; eine Abschirmung; und einen Mechanismus zum selektiven Bewegen der Abschirmung nach Wunsch in den und aus dem Pfad, um den Durchgang von Strahlung zu der Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen ist, zu blockieren.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 1, wobei die Härtungsvorrichtung eine Strahlungsquelle aufweist, wobei die Abschirmung ein Gehäuse aufweist, das die Strahlungsquelle umgibt, wobei das Gehäuse mindestens eine Öffnung hat, und wobei der Mechanismus das Gehäuse bewegt, um die Öffnung zu verschieben und die Menge an UV-Strahlung zu begrenzen, die durch die Öffnung geht.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 2, wobei der Mechanismus das Gehäuse um die Strahlungsquelle dreht.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 3, wobei der Träger eine Trommel umfasst, die um eine Referenzachse drehbar ist, und wobei das Gehäuse um eine Achse dreht, die im Allgemeinen parallel zu der Referenzachse ist.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 3, wobei der Träger sich in einer bestimmten Referenzebene erstreckt, und wobei das Gehäuse um eine Achse dreht, die im Allgemeinen parallel zu der Referenzebene ist.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 5, wobei das Gerät ein Transportsystem zum Vorschieben des Substrats entlang einem Pfad in eine bestimmte Richtung aufweist, und wobei das Gehäuse um eine Achse dreht, die im Allgemeinen senkrecht zu der bestimmten Richtung ist.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 3, wobei das Gerät eine Steuerung aufweist, wobei der Mechanismus an die Steuerung angeschlossen ist, und wobei die Steuerung bedienbar ist, um die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses zu verändern.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 3, wobei das Gerät ein Transportsystem zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Druckkopf aufweist, und wobei die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats variiert ist.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung mindestens eine Klappe aufweist, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbar ist, um die Strahlungsmenge selektiv daran zu hindern, das Substrat zu erreichen.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 9, wobei das Gerät ferner ein Solenoid zum Bewegen jeder Klappe und eine Steuerung, die an das Solenoid angeschlossen ist, aufweist.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 1, wobei der Träger ein Bett mit einer im Allgemeinen flachen Konfiguration aufweist, wobei das Gerät ferner ein Transportsystem zum Bewegen des Substrats relativ zu dem Bett aufweist, wobei das Gerät ferner eine Steuerung aufweist, wobei das Transportsystem und der Mechanismus an die Steuerung angeschlossen sind, und wobei die Steuerung die Bewegungsgeschwindigkeit der Abschirmung entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats ändert.
Tintenstrahldruckgerät nach Anspruch 1, wobei das Gerät eine Steuerung aufweist, und wobei die Steuerung einen Speicher aufweist, der eine oder mehrere Eigenschaften bestimmter Substrate, eine oder mehrere Eigenschaften bestimmter Tinten und/oder bevorzugte Verweilzeiten bei Verwendung bestimmter Kombinationen von Tinte und Substraten hält.