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Allgemeiner Stand der
Technik
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker für strahlungshärtbare Tinte.
Das Gerät
enthält
eine drehende Trommel zum Stützen
eines Substrats während
des Drucks.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Der
Tintenstrahldruck hat in den letzten Jahren wegen seiner relativ
hohen Geschwindigkeit und seiner ausgezeichneten Bildauflösung an
Beliebtheit gewonnen. Ferner bietet ein Tintenstrahldrucker, der
gemeinsam mit einem Computer verwendet wird, eine große Flexibilität im Design
und Layout des fertigen Bildes. Die zunehmende Beliebtheit des Tintenstrahldrucks
und die Effizienz in seiner Verwendung haben den Tintenstrahldruck
zu einer erschwinglichen Alternative zu bereits bekannten Druckmethoden
gemacht.
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Tinten,
die allgemein in Tintenstrahldruckern verwendet werden, enthalten
Tinten auf Wasserbasis und Tinten auf Lösemittelbasis. 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.
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Tinten
auf Lösemittelbasis,
die in Tintenstrahldruckern verwendet werden, sind zum Drucken auf
nicht porösen
Filmen geeignet und Lösen
das obengenannte Problem, das mit Tinten auf Wasserbasis verbunden ist.
Leider enthalten viele Tinten auf Lösemittelbasis etwa 90 Gewichtsprozent
organische Lösemittel.
Wenn Tinten auf Lösemittelbasis
trocknen, verdampft das Lösemittel
und kann eine Umweltbelastung darstellen. Wenn auch Umwelt systeme
zur Verfügung
stehen mögen,
um die Emission von Lösemitteln
in die Atmosphäre zu
verringern, werden solche Systeme allgemein als teuer angesehen,
insbesondere für
den Eigentümer
einer kleinen Druckerei.
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Ferner
müssen
Tintenstrahldrucker, die entweder Tinten auf Lösemittelbasis oder Tinten auf
Wasserbasis verwenden, relativ große Mengen an Lösemittel
oder Wasser trocknen, bevor der Prozess als beendet angesehen wird
und die erhaltene Druckschrift bequem gehandhabt werden kann. Der
Schritt zum Trocknen der Lösemittel
oder des Wassers durch Verdampfen ist relativ zeitaufwändig und
kann ein Schritt sein, der die Rate für den gesamten Druckprozess
begrenzt.
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Angesichts
der obengenannten Probleme wurden strahlungshärtbare Tinten in den letzten
Jahren als die Tinte der Wahl zum Drucken auf einer Vielzahl unbeschichteter,
nicht poröser
Substrate angesehen. Die Anwendung der Strahlungshärtung ermöglicht ein
rasches, "sofortiges" Trocknen der Tinten,
ohne große
Mengen an Wasser oder Lösemittel
trocknen zu müssen.
Dadurch können
strahlungshärtbare
Tinten in Hochgeschwindigkeitstintenstrahldruckern verwendet werden,
die Produktionsgeschwindigkeiten über 1000 ft2/h
(93 m2/h) erreichen können.
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US
5757407-A offenbart einen Tintenstrahldrucker, der eine Trommel
aufweist, die ein Substrat stützt, einen
Druckkopf zum Lenken von strahlungshärtbarer Tinte zu dem Substrat,
und eine Härtungsvorrichtung, die
betätigbar
ist, um die Strahlung auf einen bestimmten Abschnitt der Tinte zu
richten, die auf dem Substrat aufgenommen ist.
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Es
besteht in der Technik jedoch der Bedarf, gewisse Aspekte des Tintenstrahldrucks
unter Verwendung von strahlungshärtbarer
Tinte zu verbessern. Insbesondere besteht ein anhaltender Bedarf,
die Geschwindigkeit des Tintenstrahldrucks zu erhöhen, ohne
die Qualität
des gedruckten Bildes nachteilig zu beeinflussen. Solche Verbesserungen
könnten,
wenn sie erreicht werden, zu einer deutlichen Zeitersparnis für den Betreiber
führen,
wie auch die Notwendigkeit unter gewissen Umständen verringern, zusätzliche
Drucker zu kaufen, um den Geschäftsanforderungen
nachzukommen.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker mit einer
Härtungsvorrichtung,
die dazu ausgebildet ist, Strahlung, wie Ultraviolett- ("UV"-) Strahlung zu Tinten
auf dem Substrat in einer Weise zu richten, dass die Auflösung des
fertigen gedruckten Bildes optimiert wird. Der Tintenstrahldrucker
dieser Erfindung enthält
eine drehende Trommel zum Stützen
des Substrats während
des Drucks. Die Härtungsvorrichtung
ermöglicht
dem Betreiber, Strahlung nach Belieben des Betreibers auf die Tinte
auf dem Substrat zu richten, erst nachdem die Tinte sich mit dem
Substrat und der Trommel durch einen Bogen bewegt hat, der mindestens
360 Grad beträgt.
Auf diese Weise hat die Tinte genügend Zeit, sich gleichmäßig auf
dem Substrat zu verteilen, so dass das erhaltene Bild von hoher
Qualität
ist.
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Genauer
betrifft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt einen Tintenstrahldrucker,
der eine Trommel zum Stützen
eines Substrats aufweist. Die Trommel hat eine Referenzmittelachse.
Das Gerät
enthält
auch einen Motor zum Bewegen der Trommel mit dem Substrat in einem
Bogen um die Mittelachse. Das Gerät enthält des Weiteren einen Druckkopf
zum Lenken von strahlungshärtbarer
Tinte zu dem Substrat und eine Härtungsvorrichtung
zum Richten von Strahlung auf die Tinte, die auf dem Substrat aufgenommen
ist. Die Härtungsvorrichtung
ist selektiv betreibbar, um die Strahlung erst dann auf einen gewissen
Teil der Tinte zu richten, die auf dem Substrat aufgenommen ist,
nachdem sich dieser gewisse Teil mit dem Substrat entlang einem
Bogen um die Mittelachse bewegt hat, der mindestens 360 Grad beträgt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in einem anderen Aspekt ein Verfahren
zum Tintenstrahldrucken. Das Verfahren enthält die Vorgänge zum Stützen eines Substrats auf einer
Trommel und Bewegen der Trommel in einem Bogen um ihre Mittelachse.
Das Verfahren enthält
auch Vorgänge
zum Lenken einer strahlungshärtbaren
Tinte auf das Substrat und Bestimmen eines gewünschten Zeitintervalls zwischen
dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte auf dem Substrat aufgenommen wird,
und dem Zeitpunkt, zu dem die Tinte gehärtet wird. Das Verfahren enthält des Weiteren
den Vorgang zum Richten von Strahlung auf die Tinte auf dem Substrat.
Der Vorgang zum Richten der Strahlung auf das Substrat enthält den Vorgang
des selektiven Einstellens des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt,
zu dem die Tinte auf dem Substrat aufgenommen wird, und dem Zeitpunkt, zu
dem die Strahlung von der Tinte auf dem Substrat aufgenommen wird,
so dass mindestens ein Teil der Tinte keine Strahlung empfängt, bis
das Substrat mit dem Tintenteil sich mit der Trommel entlang einem
Bogen bewegt hat, der mindestens 360 Grad beträgt.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche definiert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt
eines Tintenstrahldruckers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine schematische Endansicht des in 1 dargestellten
Geräts;
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3 ist
eine schematische Draufsicht auf einen Tintenstrahldrucker gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ist
eine schematische Endansicht des in 3 dargestellten
Geräts;
und
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5 ist
eine schematische Draufsicht auf einen Tintenstrahldrucker gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
folgenden Beispiele beschreiben verschiedene Arten von Tintenstrahldruckern
und Druckverfahren für
einen Tintenstrahldrucker mit drehender Trommel gemäß der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sind schematische Darstellungen, die
gewählt
wurden, um gewisse Aspekte der Erfindung hervorzuheben. In der Praxis
können
die in der Folge beschriebenen Konzepte zur Verwendung bei im Handel
erhältlichen
Tintenstrahldruckern mit drehender Trommel, wie Druckern der Marke "PressJet" von Scitex (Rishon
Le Zion, Israel) und "Dryjet" Advanced Digital
Color Proofing System, von Dantex Graphics Ltd. (West Yorkshire,
UK) angepasst werden.
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1 und 2 zeigen
einen Tintenstrahldrucker 10 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Gerät 10 enthält eine
zylindrische Trommel 12 zum Stützen eines zu druckenden Substrats. Die
Trommel 12 enthält
eine Referenzmittelachse, die mit dem Bezugszeichen 14 in 1 bezeichnet
ist.
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Das
Gerät 10 enthält auch
einen Motor 16 zum drehbaren Bewegen der Trommel 12 um
ihre Mittelachse 14. Der Motor 16 kann durch jedes
geeignete Mittel, wie ein Kettenantriebssystem, ein Riemenantriebsystem,
einen Getriebemechanismus oder dergleichen, an die Trommel 12 angeschlossen
sein. Der Motor 16 ist an eine Steuerung (nicht dargestellt)
zum Starten und Stoppen der Drehbewegung der Trommel 12 nach Bedarf
angeschlossen.
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Ein
zu bedruckendes Substrat 18 wird auf der Außenfläche der
Trommel 12 aufgenommen. Das Substrat 18 kann aus
jedem geeigneten Material bestehen, das mit den gewählten Tinten
kompatibel ist und das zufriedenstellende Eigenschaften aufweist,
sobald es in Verwendung an einer gewünschten Stelle angeordnet wird.
Zu Beispielen für
geeignete Substrate 18 zählen sowohl poröse wie auch
nicht poröse
Materialien, wie Glas, Holz, Metall, Papier, Gewebe und Vliesstoffe,
und polymere Filme. Nicht einschränkende Beispiele für solche
Filme umfassen ein- und mehrlagige Konstruktionen aus acrylhältigen Filmen,
poly(vinylchlorid)hältigen Filmen
(z.B. Vinyl, plastifiziertes Vinyl, verstärktes Vinyl, Vinyl/Acryl-Mischungen),
urethanhältigen
Filmen, melaminhältigen
Filmen, polyvinylbutyralhältigen
Filmen und mehrlagigen Filmen mit einer Bildaufnahmeschicht, die
ein säure-
oder säure-/acrylatmodifiziertes
Ethylenvinylacetatharz aufweist, wie in US Patent Nr. 5,721,086 (Emslander
et al.) offenbart ist, oder die eine Bildaufnahmeschicht hat, die
ein Polymer aufweist, das mindestens zwei monoethylenisch ungesättigte monomere
Einheiten umfasst, wobei eine monomere Einheit ein substituiertes
Alken aufweist, wobei jede Verzweigung 0 bis etwa 8 Kohlenstoffatome
umfasst und wobei eine andere monomere Einheit einen (Meth)acrylsäureester
eines nicht tertiären
Alkylalkohols umfasst, in dem die Alkylgruppe 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatome
enthält
und Heteroatome in der Alkylkette enthalten kann, und in dem der
Alkohol linear, verzweigt oder zyklisch sein kann.
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Wahlweise
enthält
eine Seite des Films gegenüber
der bedruckten Seite ein Feld aus druckempfindlichen Klebstoff.
Für gewöhnlich ist
das Klebstofffeld auf einer Hauptfläche durch eine Trennschicht
geschützt. Ferner
können
die Filme klar, durchscheinend oder opak sein. Die Filme können farblos,
vollfarbig oder mit einem Muster aus Farben sein. Die Filme können transmissiv,
reflektiv oder retroreflektiv sein. Im Handel erhältliche
Filme, die dem Fachmann bekannt sind, enthalten die Vielzahl von
Filmen, die von 3M Company unter den Handelsbezeichnungen PANAFLEX,
NOMAD, SCOTCHCAL, SCOTCHLITE, CONTROLTAC, und CONTROLTAC-PLUS bekannt
sind.
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Wahlweise
enthält
der Druckkopf 20 einen zusätzlichen Satz von Düsen, die
mit einer Qualle klarer Tinte oder einem anderen Material, dem Farbe
fehlt, in Verbindung stehen. Die klare Tinte kann auf das Substrat 18 gedruckt
werden, bevor farbige Tinte aufgetragen wird, oder kann über das
gesamte Bild gedruckt werden. Der Druck von klarer Tinte über das
gesamte Bild kann zur Verbesserung der Leistung des fertigen Produkts
verwendet werden, wie zur Verbesserung der Haltbarkeit, zur Granzkontrolle,
Graffiti-Beständigkeit
und dergleichen.
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Der
Drucker 10 enthält
auch einen Druckkopf 20, um strahlungshärtbare, wie UF-strahlungshärtbare, Tinte,
auf das Substrat 18 zu lenken. In dieser Ausführungsform
weist der Druckkopf 20 eine Bank von Druckköpfen auf,
die sich im Wesentlichen über
die gesamte axiale Länge
der Trommel 12 erstreckt. Der Druckkopf 20 ist
an eine Quelle von U-strahlungshärtbarer
Tinte (nicht dargestellt) angeschlossen. Zusätzlich ist der Druckkopf 20 elektrisch
an die oben genannte Steuerung zur selektiven Aktivierung nach Bedarf
angeschlossen. Beispiele für
UV-strahlungshärtbare
Tintenstrahltinten, die in dem Gerät 10 verwendet werden
können, umfassen
Zusammensetzungen, wie jene, die in US Patent Nr. 5,275,646 und
5,981,113 und der PCT-Anmeldung Nr. WO/31071 und WO 99/29788 beschrieben
sind.
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Als
eine Option kann die Länge
des Druckkopfs 20 im Wesentlichen gleich der axialen Länge der Trommel 12 sein.
Als weitere Option kann die Länge
des Druckkopfs 20 kürzer
als die Länge
der Trommel 12 sein. In der letztgenannten Ausführungsform
ist der Druckkopf 20 an einem Schlitten zur Bewegung entlang seiner
Längsachse
montiert. Der Schlitten ist an ein Antriebsmittel (wie einen Schrittmotor,
der an ein Zahnstangengetriebe gekoppelt ist) angeschlossen und
das Antriebsmittel ist an die Steuerung zur selektiven Bewegung
angeschlossen. Die Bewegung des Druckkopfs 20 ermöglicht,
dass das Substrat 18 nach Bedarf über seine gesamte Breite bedruckt
wird.
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Wahlweise
ist der Druckkopf 20 betätigbar, um gleichzeitig Tinte
verschiedener Farben zu drucken. Zu diesem Zweck kann der Druckkopf 20 einen
ersten Satz von Düsen
enthalten, die mit einer ersten Tintenquelle einer bestimmten Farbe
in Fluidverbindung stehen, und einen zweiten Satz von Düsen, die
mit einer zweiten Tintenquelle einer anderen Farbe in Verbindung
stehen. Vorzugsweise hat der Druckkopf 20 mindestens vier Sätze von
Düsen,
die mit mindestens vier entsprechenden Tintenquellen in Verbindung
stehen. Dadurch ist der Druckkopf 20 betätigbar,
um gleichzeitig mindestens vier Tinten verschiedener Farben zu drucken,
so dass ein breites Farbspektrum in dem fertig gedruckten Bild erreicht
werden kann.
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Das
Gerät 10 enthält auch
eine Härtungsvorrichtung 22,
um Strahlung auf die Tinte zu richten, die auf dem Substrat 18 aufgenommen
ist. Die Härtungsvorrichtung
kann eine oder mehrere Strahlungsquellen beinhalten, von welchen
jede betätigbar
ist, um Licht im Ultraviolett-, Infrarot- und/oder sichtbaren Spektrum
auszusenden. Geeignete Quellen einer UV-Strahlung umfassen Quecksilberlampen,
Xenonlampen, Kohlebogenlampen, Wolframfadenlampen, Laser und dergleichen.
Wahlweise sind die Strahlungsquellen Lampen einer Art, die allgemein
als "Instant-On/Off" bekannt sind, so
dass die Zeit, in der die Strahlung das Substrat 18 erreicht,
präzise
gesteuert werden kann.
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Die
Härtungsvorrichtung 22 ist
elektrisch an die zuvor beschriebene Steuerung zur Aktivierung und Deaktivierung
der Strahlungsquelle(n) angeschlossen. Die Steuerung ist betätigbar,
um selektiv die Härtungsvorrichtung
zu aktivieren, so dass die UV-Strahlung die Tinte, die auf dem Substrat 18 aufgenommen
ist, erst dann erreicht, wenn sich diese Tinte mit dem Substrat 18 durch
einen Bogen um die Mittelachse 14 bewegt hat, der mindestens
360 Grad beträgt.
Dadurch empfängt
die Tinte auf dem Substrat 18 keine Ultraviolettstrahlung
von der Härtungsvorrichtung 22 während ihres
ersten Durchlaufs unter dieser in diesem Betriebsmodus, sondern
empfängt
erst Strahlung, nachdem mindestens eine Umdrehung unterhalb der
Härtungsvorrichtung 22 stattgefunden
hat.
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Zur
Ausführung
der Erfindung unter Verwendung des Geräts 10, das in 1 und 2 dargestellt ist,
stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung. Zum Beispiel kann die
Härtungsvorrichtung 22 durch
die Steuerung aktiviert werden, erst nachdem der Druckkopf 20 einen
ersten Tintenteil auf dem Substrat 18 abgegeben hat, und
das Substrat 18 die Möglichkeit
hatte, sich durch einen Bogen von mindestens 360 Grad zu bewegen. In
diesem Beispiel hat der erste Teil der Tinte genügend Zeit sich gleichmäßig zu verteilen,
bevor er gehärtet oder
teilweise gehärtet
wird. Die Härtungsvorrichtung 22 wird
dann durch die Steuerung deaktiviert, und die Steuerung reaktiviert
den Druckkopf 20, um einen zweiten Teil von Tinte auf das
Substrat 18 zu lenken.
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Als
weiteres Beispiel kann die Härtungsvorrichtung 22 eine
Anzahl einzelner Lampen aufweisen, die entlang einer Achse, die
parallel zu der Referenzachse 14 liegt, mit Abstand angeordnet
sind. Die Strahlung, die von jeder Lampe ausgesendet wird, ist maskiert,
um Strahlungssegmente bereitzustellen, die nur auf einen bestimmten
Abschnitt des Substrats 18 gerichtet sind, der sich an
einer bestimmten Position entlang der Länge der Achse 14 befindet.
Ebenso kann der Druckkopf 20 eine Anzahl einzelner Düsen aufweisen,
von welchen eine oder mehrere in derselben axialen Position im Bezug
auf eine bestimmte Lampe der Härtungsvorrichtung 22 angeordnet
sind. Wenn die Steuerung den Druckkopf 20 betätigt, so
dass bestimmte Düsen
Tinte zu dem Substrat 18 lenken, werden folglich die Lampen
der Härtungsvorrichtung 22,
die sich in derselben axialen Position wie solche Düsen des
Druckkopfs 20 befinden, erst dann aktiviert, wenn die Trommel 12 sich
mit dem Substrat 18 entlang einem Bogen bewegt hat, der
mindestens 360 Grad ist.
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Als
weiteres Beispiel kann die Härtungsvorrichtung 22 eine
Reihe von LED-Lampen aufweisen, die in einer Reihe angeordnet sind,
wobei verschiedene Lampen nach Bedarf aktiviert werden. Als Alternative
könnte eine
Faseroptik, die an eine Lampe angeschlossen ist, an einem beweglichen
Schlitten zur Bewegung über die
Trommel 12 montiert sein.
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Wahlweise
kann eine Anzahl von Düsen
des Druckkopfs 20 gleichzeitig aktiviert werden, um Tinte
zu dem Substrat 18 an bestimmten entsprechenden, voneinander
beabstandeten Stellen entlang der Länge der Achse 14 zu
lenken. Entsprechende Lampen der Härtungsvorrichtung 22,
die an derselben relativen Position entlang der Länge der
Achse 14 angeordnet sind, werden dann aktiviert, sobald
die Trommel 12 mit dem Substrat durch einen Bogen von mindestens
360 Grad gelaufen ist. In der Zwischenzeit wird ein zweiter Satz
von Düsen
durch die Steuerung aktiviert, um Tinte auf bestimmte Abschnitte
des Substrats 18 zu lenken, die zwischen den zuvor gedruckten
Positionen liegen. Auf diese Weise wird der Druck versetzt, und
ein Härten
der Tinte, die auf bestimmten Abschnitten des Substrats aufgenommen
ist, kann ausgeführt
werden, während
andere Abschnitte des Substrats Tinte aufnehmen.
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Als
weitere Option kann die Trommel 12 eine interne Heizvorrichtung
zum Erwärmen
des Substrats 18 enthalten. Trommelheizvorrichtungen für Tintenstrahldrucker
sind in der Technik bekannt. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung
an die Steuerung angeschlossen, um eine Erregung der Heizvorrichtung
nach Bedarf zu steuern, oder eine Erregung der Heizvorrichtung an
gewissen spezifischen Stellen der Trommel zu steuern, die den Abschnitten
des Substrats 18 entsprechen, die Tinte empfangen haben
oder bald Tinte empfangen werden.
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Das
Gerät 10 kann
auch einen Computer enthalten, der an die Steuerung angeschlossen
ist. Der Computer ist so programmiert, dass bevorzugte Verweilzeiten
für die
Tinte, oder das Zeitintervall zwischen der Zeit, in der die Tinte
auf dem Substrat 18 aufgenommen wird, und der Zeit, in
der Tinte Strahlung von der Härtungsvorrichtung 22 erhält, bestimmt
sind. Die Verweilzeit wird dann durch Anweisungen eingestellt, die
von dem Computer bereitgestellt werden. Weitere Einzelheiten dieses
Aspekts sind in der gleichzeitig anhängigen US Patent anmeldung der
Antragstellerin mit dem Titel "METHOD
AND APPARATUS FOR INKJET PRINTING USING UV RADIATION CURABLE INK", Seriennummer 10/000,282,
eingereicht am 15. November 2001, und veröffentlicht unter der Nummer
US 2002122106-A, beschrieben.
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Zusätzlich kann
das Gerät 10 automatisierte
Verfahren zur Änderung
von Testmusterbildern enthalten, die auf dem Substrat 18 aufgenommen
wurden, um bestimmte Eigenschaften zu bewerten, wie die Haftfähigkeit
einer bestimmten Tinte an einem bestimmten Substrat. Bestimmte Druckparameter
werden dann 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
PRINTING PARAMETERS",
Seriennummer 10/001,144, eingereicht am 15. November 2001, und veröffentlicht
unter der Nummer US 2002085056-A, beschrieben.
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Ein
Gerät 10a gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist in 3 und 4 dargestellt. Das
Gerät 10a enthält eine
zylindrische Trommel 12a ähnlich der Trommel 12.
Die Trommel 12a hat eine Mittelachse 14a. Ein
Motor 16a ist an die Trommel 12a zur selektiven
Drehung derselben angeschlossen.
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Ein
Substrat 18a ist auf der Trommel 12a aufgenommen
und dient als Träger
für das
fertige gedruckte Bild. Ein Druckkopf 20a ist nahe der
Trommel 12a angeordnet, um strahlungshärtbare Tinte zu dem Substrat 18a zu
lenken. Wahlweise ist der Druckkopf 20a mit dem zuvor beschriebenen
Druckkopf 20 identisch.
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Das
Gerät 10a enthält auch
eine Härtungsvorrichtung 22a.
Die Härtungsvorrichtung
weist eine oder mehrere Ultraviolettstrahlungsquellen (wie Lampen)
auf, mit einer Wellenlänge,
die zum Härten
der gewählten Tinte
geeignet ist. Die Härtungsvorrichtung 22a erstreckt
sich in eine Richtung, die im Allgemeinen parallel zu der Referenzmittelachse 14a liegt.
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Die
Härtungsvorrichtung 22a enthält auch
eine längliche,
bewegliche Maske 24a mit einer oder mehreren Öffnungen 26a.
Die Maske 24a ist an einen Treiber 28a angeschlossen,
der seinerseits elektrisch an eine Steuerung 30a gekoppelt
ist. Der Treiber 28a ist betätigbar, um die Maske 24a selektiv
in eine Richtung entlang einem Pfad zu bewegen, der vorzugsweise
parallel zu der Referenzmittelachse 14a ist.
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Der
Druckkopf 20a und die Lampen der Härtungsvorrichtung 22a sind
auch an die Steuerung 30a angeschlossen. Die Steuerung 30a kann
so programmiert sein, dass eine beliebige Anzahl von verschiedenen Zeitintervallen
zwischen der Zeit, zu der jedes Tintentröpfchen mit dem Substrat 18a in
Kontakt gelangt, und der Zeit, zu der die Strahlung von der Härtungsvorrichtung 22a von
demselben Tintentröpfchen
empfangen wird, bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist das Zeitintervall
größer als
die Zeit, die erforderlich ist, damit die Trommel 12a durch
einen Bogen von mindestens 360 Grad dreht, so dass das Tintentröpfchen genügend Zeit hat,
sich gleichmäßig zu verteilen,
was für
eine gute Bildqualität
notwendig sein könnte.
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Als
ein Verwendungsbeispiel kann die Steuerung 30a so programmiert
sein, dass der Druckkopf 20a derart aktiviert wird, dass
zwei Düsen,
die in 3 mit 32a bezeichnet sind, gleichzeitig
Tintentröpfchen
zu dem Substrat 18a lenken. Die Steuerung 30a aktiviert
auch den Treiber 28a zur Bewegung der Maske 24a.
Die Maske 24a wird so bewegt, dass die Öffnungen 26a direkt
zwischen der UV-Strahlungsquelle und den Tintentröpfchen zu
einem Zeitpunkt positioniert sind, der auf die anfängliche
360 Grad-Drehung der Trommel 12a folgt, wie durch den Zeitpunkt
bestimmt wird, zu dem die Tintentröpfchen das erste Mal mit dem
Substrat 18 in Kontakt kommen. Daher beginnen die Tintentröpfchen im
Wesentlichen erst dann zu härten,
wenn die Trommel 12a durch einen Bogen von mindestens 360
Grad gedreht hat.
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Vorzugsweise
werden die Düsen
des Druckkopfs 20a versetzt betätigt, in Übereinstimmung mit der Bewegung
der Maske 24a. Als solches kann die Härtungsvorrichtung 22a Tintentröpfchen härten, die
auf einem ersten Abschnitt des Substrats aufgenommen wurden, während der
Druckkopf 20a Tintentröpfchen
zu einem zweiten Abschnitt des Substrats lenkt. Durch einen solchen
Vorgang wird garantiert, dass die Tintentröpfchen nicht vorzeitig härten, und
dennoch die Vollendung des Drucks in einer relativ kurzen Zeitperiode
erleichtert ist.
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Ein
Tintenstrahldrucker 10b gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist in 5 dargestellt. Das Gerät 10b enthält eine
Trommel 12b, die um eine Referenzmittelachse 14b drehbar
ist. Ein Motor 16b ist an die Trommel 12b für eine selektive
Drehung derselben angeschlossen.
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Ein
Substrat 18b ist auf der Trommel 12b aufgenommen.
Ein Druckkopf 20b ist betätigbar, um UV-strahlungshärtbare Tinte
zu dem Substrat 18b zu lenken, das auf der Trommel 12b aufgenommen
ist. Der Druckkopf 20b enthält eine Mehrzahl von Düsen 32b,
die elektrisch an eine Steuerung 30b für einen selektiven, zeitgesteuerten
Betrieb angeschlossen sind.
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Eine
Härtungsvorrichtung 22b ist
an einen Schlitten 33b zur Bewegung entlang einem Pfad
montiert, der vorzugsweise parallel zu der Referenzmittelachse 14b verläuft. Der
Schlitten 33b ist an einen Treiber 34b zur Bewegung
in eine Richtung entlang dem Pfad angeschlossen. Der Treiber 34b ist
an die Steuerung 30b zur selektiven, zeitgesteuerten Bewegung
des Schlittens 33b und der Härtungsvorrichtung 22b in
eine Richtung entlang dem Pfad angeschlossen.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Druckkopf 20b auch an einem Schlitten 35b montiert.
Der Schlitten 35b ist an einen Treiber 36b angeschlossen,
der elektrisch an die Steuerung 30b angeschlossen ist.
Der Treiber 36b ist betätigbar,
um den Schlitten 35b und den Druckkopf 20b in
eine Richtung entlang einem Pfad zu bewegen, der auch vorzugsweise
parallel zu der Referenzmittelachse 14b verläuft.
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Bei
Verwendung des Geräts 10b steuert
die Steuerung 30b vorzugsweise den Betrieb der Treiber 34b, 36b derart,
dass die Strahlung von der Härtungsvorrichtung 22b die
Tinte auf dem Substrat 18b erst dann erreicht, wenn sich
die Tinte mit dem Substrat 18b entlang einem Bogen gedreht
hat, der mindestens 360 Grad beträgt. Zum Beispiel kann der Treiber 36b den
Druckkopf 20b nach links in 5 vorschieben,
während
der Treiber 34b die Härtungsvorrichtung 22b in
dieselbe Richtung synchron vorschiebt, aber derart, dass der Druckkopf 20b von
der Härtungsvorrichtung 22b in
Richtungen parallel zu der Achse 14b beabstandet ist. Wahlweise
bleibt dieser Abstand während
des Betriebs des Geräts 10b konstant.
Bei einer richtigen Wahl des Abstands und der Drehgeschwindigkeit
der Trommel 12b empfängt
die Tinte, die auf dem Substrat 18b aufgenommen ist, Strahlung
von der Härtungsvorrichtung 22b erst
dann, wenn sich die Tinte mit dem Substrat 18b und der
Trommel 12b durch einen Bogen bewegt hat, der mindestens
360 Grad ist.
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Wahlweise
können
die Treiber 34b, 36b mechanisch verbunden sein
und durch einen einzigen Motor betrieben werden. Zum Beispiel können die
Treiber 34b, 36b zur gleichzeitigen Bewegung durch
eine Kette und einen Satz von Speichen mechanisch aneinander gekoppelt
sein. Es kann auch eine pneumatische oder hydraulische Kopplung
verwendet werden. In einem solchen System ist es wichtig sicherzustellen,
dass die Härtungsvorrichtung 22b entlang
einem Pfad bewegbar ist, der dem Bewegungspfad des Druckkopfs 20b entspricht,
so dass die gesamte Tinte, die auf dem Substrat 18b abgeschieden
ist, letztendlich gehärtet
wird.
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Eine
Anzahl anderer Optionen ist ebenso möglich. Zum Beispiel kann das
Gerät 10b,
das in 5 dargestellt ist, auch eine bewegliche Maske ähnlich der
Maske 24a enthalten. Als andere Option kann die Steuerung 30b so
programmiert sein, dass der Druckkopf 20b derart betrieben
wird, dass der Druckkopf 20b mehr als einen Durchlauf über die
Länge der
Trommel 12b ausführt,
bevor die Trommel 12b weiter dreht.
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Zusätzlich kann
das Gerät 10, 10a, 10b eine
zweite Härtungsvorrichtung
(nicht dargestellt) enthalten, die von der obengenannten Härtungsvorrichtung
beabstandet ist. Die zweite Härtungsvorrichtung
kann wahlweise mit Abstand zu der Trommel angeordnet sein, wie in
einem Bereich, wo das Substrat in einer flachen Ausrichtung gehalten
wird. Als Beispiel kann das Substrat, sobald der Druck vollendet
ist, von der Trommel zu einem Flachbett geleitet werden, das unterhalb
der zweiten Härtungsvorrichtung
liegt. Auf diese Weise kann die Trommel ein zweites Substrat aufnehmen
und der Druck auf dem zweiten Substrat kann beginnen, während die
Tinte auf dem ersten Substrat bis zur Vollendung auf dem Flachbett
gehärtet
wird.
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Beispiele
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Der
Drucker in diesem Beispiel hat eine "Rolle auf Bogen"-Trommelkonfiguration. Die Trommel kann einen
Bogen von 165 cm mal 380 cm (65 Inch mal 150 Inch) mit einer maximalen
Bildgröße von 162
cm mal 366 cm (63,8 Inch mal 144 Inch) aufnehmen. Der Klemmmechanismus
für den
Bogen ist etwa 15 cm (6 Inch), der Trommeldurchmesser ist (380 +
15)/π =
126 cm (50 Inch). Die Druckauflösung
ist 336 dpi.
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Der
Drucker hat 25 Druckköpfe
pro Farbe. Jeder Druckkopf hat 48 Düsen, die mit einer nativen
Auflösung
von 18,7 dpi (Punkte je linearem Inch) beabstandet sind. Bei dieser
nativen Auflösung
erfordert ein Druck bei 336 dpi ein Minimum von 336/18,7 = 18 Umdrehungen
zur Vollendung des Drucks. Wenn zum Beispiel ein Druck mit mehreren
Durchläufen
verwendet wird, wird zur Minimierung von Bandbildungseffekten die
Anzahl von erforderlichen Umdrehungen um einen Faktor gleich dem
Mehrfachdurchlauf erhöht.
Für einen
Mehrfachdurchlaufdruck von 3 ist die Anzahl von Umdrehungen 18 mal
3 oder 54. Die Anzahl von Umdrehungen zwischen benachbarten Pixeln
in die Umfangsrichtung ist 18, 18 und 36 für diesen Drucker. Die Anzahl
von Umdrehungen zwischen benachbarten Pixeln in die axiale Richtung
hängt davon
ab, wie sehr der Druckkopfschlitten pro Umdrehung in die axiale
Richtung verschoben wird. Die gesamte Verschiebung des Druckkopfschlittens
nach Vollendung des Drucks (54 Umdrehungen in diesem Fall) ist die
Brückenverschiebung.
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Die
Druckköpfe
können
Tröpfchen
bei verschiedenen Raten abgeben, die von 3 bis 11 kHz reichen, und
eine typische Ausstoßfrequenz
ist 9 kHz. Bei einer Frequenz von 9 kHz, einer Druckauflösung von
336 dpi und einem Mehrfachdurchlauf-Druckmodus von 3 ist die Geschwindigkeit
der Außenfläche der
Trommel 9000/336·3
= 80,4 Inch/Sekunde = 402 Fuß/Minute
= 204 cm/Sekunde und die Drehzahl ist 204/(380 + 15) = 0,52 Umdrehungen/Sekunde.
Eine Umdrehung der Trommel benötigt
1/0,52 = 1,9 Sekunden und die Druckzeit (ohne Laden und Entladen)
ist 54/0,52 = 105 Sekunden.
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Die
Druckköpfe
erzeugen Tröpfchen
mit einem Volumen von 70 pL (wie zum Beispiel bei den Druckköpfen der
Marke "Gen2" von Hitachi oder
den 200 dpi Druckköpfen
von XAAR). Bei einer Auflösung
von 336 dpi und einem Tröpfchenvolumen
von 70 pL ist die minimale theoretisch erforderliche Punktvergrößerung,
um eine vollständige
massive Füllung
zu erreichen, 2,1 (in diesem Beispiel ist die Punktvergrößerung als
das Verhältnis
des endgültigen
Tröpfchendurchmessers
auf dem Medium (D) zu dem Tröpfchendurchmesser
vor dem Aufprall auf dem Medium (d) definiert; 70 pL Tröpfchen haben
d = 51 Mikron und D = 107 Mikron, wodurch eine minimale erforderliche
Punktvergrößerung von
107/51 = 2,1 erhalten wird). In der Praxis wird die erforderliche minimale
Punktvergrößerung mit
1,25 mal der theoretischen Punktvergrößerung angenommen, so dass
Unvollkommenheiten in der Druckkopfleistung, wie eine Kreuzkopplung,
eine ungleichförmige
Tintentröpfchengröße und fehlgeleitete
Tintentröpfchen,
möglich
sind. Zum Erreichen einer optimalen Bildqualität ist somit die praktische
minimale erforderliche Punktvergrößerung für dieses System 1,25 mal 2,1
oder 2,625. Daher sollte der fertige Punkt auf dem Substrat einen
minimalen Durchmesser D = 134 Mikron haben.
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Einzelne
Tröpfchen
einer UV-härtbaren
Tintenstrahltinte werden auf dem 180-10 gegossenen Vinylfilm, wie
den Vinylfilm der Marke "ControlTac" der 180 Serie von
3M Company, St. Paul, MN, gedruckt. Die Zunahme im Punktdurchmesser
wird als Funktion der Zeit bestimmt. Die folgende Tabelle zeigt
die Ergebnisse.
| Zeit | Punktdurchmesser |
| Sekunden | Mikron |
| 0 | 72 |
| 0,5 | 115 |
| 8 | 134 |
| 16 | 146 |
| 24 | 141 |
| 32 | 142 |
| 40 | 144 |
| 48 | 145 |
| 56 | 149 |
| 64 | 148 |
| 72 | 151 |
| 80 | 149 |
| 88 | 148 |
| 96 | 154 |
| 104 | 151 |
| 112 | 152 |
| 120 | 151 |
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Zum
Erreichen des minimalen erforderlichen Punktdurchmessers von 134
Mikron sollte daher etwa 8 Sekunden bis zum Härten der Tinte gewartet werden.
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Wahlweise
ist es möglich,
die drehende Trommel während
des Drucks zu erwärmen,
um die Substrattemperatur zu erhöhen.
Durch Erwärmen
des Substrats kann die gleichmäßige Verteilung
des Tröpfchens
auf dem Substrat gesteuert und beschleunigt werden (so dass die
minimale erforderliche Zeit in dem obengenannten Beispiel weniger
als 8 Sekunden ist). Ferner kann eine Erwärmung des Substrats dazu beitragen,
eine übermäßige Feuchtigkeit
in dem Substrat zu entfernen, um ein Aufrollen des fertigen gedruckten
Produkts zu minimieren.
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Zusätzlich zu
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
sind auch andere Variationen möglich. Daher
sollte die Erfindung nicht als auf die spezifischen, zuvor beschriebenen
Beispiele beschränkt
angesehen werden, sondern nur durch einen angemessenen Umfang der
folgenden Ansprüche,
gemeinsam mit ihren Äquivalenten.