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Dokumentenidentifikation DE69700413T2 17.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0787596
Titel Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, Vorrichtung und Materialien
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Lin, John Wei-Ping, Webster, NY 14580, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69700413
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 31.01.1997
EP-Aktenzeichen 973006554
EP-Offenlegungsdatum 06.08.1997
EP date of grant 18.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.2000
IPC-Hauptklasse B41M 7/00
IPC-Nebenklasse B41J 11/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft unter Reduzierung der Welligkeit ablaufende Druckverfahren für Tintenstrahl-Drucker. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Druckverfahren, eine Vorrichtung und Materialien für die Tintenstrahl-Drucktechnologie, die bei bedruckten Papier-Elementen die Welligkeit reduzieren. Die Erfindung betrifft außerdem die Herstellung von Tintenstrahl-Bildern aus wäßrigen Tinten auf einer einzigen Seite oder auf zwei Seiten eines Substrats unter Reduzierung der Welligkeit.

Tintenstrahl-Drucken ist ein stoßfreies Verfahren, bei dem Tintentröpfchen erzeugt werden, die auf einem Substrat wie Papier oder einem transparenten Film als Reaktion auf ein elektronisches Digital-Signal abgeschieden werden. Thermische Tintenstrahl-Drucker oder Blasenstrahl-Tintenstrahl-Drucker mit Bildung von Tropfen auf Anforderung haben breite Anwendung als Endgerät für Personal Computer im Büro und daheim gefunden.

Tintenstrahl-Drucksysteme sind allgemein Systeme, die zwei Typen zugehörig sind, und zwar Systeme mit einem kontinuierlichen Tintenstrahl und Systeme mit Bildung von Tropfen auf Anforderung. Bei Tintenstrahl-Systemen mit kontinuierlichem Tintenstrahl wird Tinte in einem kontinuierlichen Strahl unter Druck durch wenigstens eine Öffnung oder Düse ausgestoßen. Mehrere Öffnungen oder Düsen können ebenfalls verwendet werden, wodurch die Bildgebungs-Geschwindigkeit und der Durchsatz erhöht werden. Die Tinte wird aus Öffnungen ausgestoßen, und der Strahl wird gestört, was veranlaßt, daß dieser in einer festen Entfernung von der Öffnung in Tröpfchen gebrochen wird. Am Bruchpunkt werden die elektrisch geladenen Tintentröpfchen durch eine mit einer Spannung beaufschlagte Elektrode geführt, die in Übereinstimmung mit digitalen Datensignalen gesteuert und an- und ausgeschaltet wird. Geladene Tintentröpfchen werden durch ein steuerbares elektrisches Feld geführt, das die Flugbahn jedes Tröpfchens einstellt und dieses entweder in einen Abfluß zum Beseitigen und Recyclisieren der Tinte oder an eine spezielle Stelle auf einem Aufzeichnungsmedium unter Bildung von Bildern leitet. Die Bildung eines Bildes wird durch elektronische Signale gesteuert.

In Systemen unter Bildung von Tropfen auf Anforderung wird ein Tröpfchen aus einer Öffnung direkt auf eine Stelle auf einem Aufzeichnungsmedium ausgestoßen, und zwar unter Druck, der beispielsweise von einer piezoelektrischen Einrichtung, einer akustischen Einrichtung oder einer thermischen Einrichtung erzeugt wird, die in Übereinstimmung mit digitalen Datensignalen gesteuert wird. Ein Tintentröpfchen wird nicht erzeugt und durch die Düsen einer Bildgebungs-Vorrichtung ausgestoßen, solange es nicht nötig ist, daß es auf dem Aufzeichnungsmedium plaziert wird.

Da unter Bildung von Tropfen auf Anforderung arbeitende Systeme keine Verfahrensschritte des Rückführens der Tinte, Ladens der Tinte oder Ableitens der Tinte erfordern, sind derartige Systeme einfacher als diejenigen des Typs, der mit einem kontinuierlichen Strahl arbeitet. Es gibt drei Arten von Tintenstrahl-Systemen mit der Bildung von Tropfen auf Anforderung. Ein Typ des Systems mit Bildung von Tropfen auf Anforderung weist einen mit Tinte gefüllten Kanal oder Gang auf, der eine Düse an einem Ende und einen gesteuerten piezoelektrischen Wandler nahe dem anderen Ende aufweist, um Druckimpulse zu erzeugen. Die relativ große Größe des Wandlers verhindert eine enge Anordnung der Düsen, wie sie für hochauflösendes Drucken erforderlich ist, und die physikalischen Grenzen des Wandlers führen zu einer niedrigen Tintentropfen-Geschwindigkeit. Ein niedrige Tropfengeschwindigkeit kann erheblich die Toleranzen für eine Tropfen-Geschwindigkeitsschwankung und Tropfen-Richtungsgebung einengen, wodurch die Fähigkeit des Systems zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Drucke beeinträchtigt wird; sie senkt darüber hinaus die Druckgeschwindigkeit. Systeme mit Tropfenbildung auf Anforderung, die Gebrauch von piezoelektrischen Teilen zum Ausstoßen der Tintentröpfchen machen, leiden auch unter dem Nachteil einer schlechten Auflösung.

Ein zweiter Typ von Tintenstrahl-Systemen mit der Bildung von Tropfen auf Anforderung (drop-on-demand) ist bekannt als "akustisches Tintenstrahl-Drucken", das bei hoher Frequenz und mit hoher Auflösung durchgeführt werden kann. Der Druckvorgang macht Gebrauch von einem fokussierten akustischen Strahl, der mit einer sphärischen Linse gebildet wird, die durch eine ebene Schallwelle beaufschlagt wird, die von einem piezoelektrischen Wandler erzeugt wird. Der fokussierte Akustikstrahl, der von einer Oberfläche reflektiert wird, übt einen Druck auf die Flüssigkeitsoberfläche aus, was zum Ausstoß kleiner Tintentröpfchen auf ein Bildgebungs-Substrat führt. Wäßrige Tinten können in diesem System verwendet werden.

Der dritte Typ eines Systems mit der Bildung von Tropfen auf Anforderung ist bekannt als thermischer Tintenstrahl-Druck oder Blasenstrahl-Druck und erzeugt mit hoher Geschwindigkeit fliegende Tröpfchen und erlaubt eine sehr enge räumliche Anordnung der Düsen. Die Hauptkomponenten eines Systems dieses Typs mit Tropfenbildung auf Anforderung sind ein mit Tinte gefüllter Kanal, der eine Düse an einem Ende und einen wärmeerzeugenden Widerstand nahe der Düse aufweist. Drucksignale, die eine digitale Information darstellen, erzeugen einen elektrischen Strom-Impuls in einer Widerstandsschicht (Widerstand) innerhalb jedes Tinten-Gangs nahe der Öffnung oder Düse, was dazu führt, daß die Tinte in der unmittelbaren Nähe des Widerstands periodisch aufgeheizt wird. Das momentane Aufheizen der Tinte führt nahezu sofort zu ihrer Verdampfung unter Erzeugung einer Blase. Die Tinte an der Öffnung wird aus der Öffnung als mit hoher Geschwindigkeit vorgetriebener Tropfen ausgestoßen, sobald sich die Blase ausdehnt. Wenn die hydrodynamische Bewegung der Tinte nach Unterbrechung des Aufheizens und anschließendes Kühlen aufhört, kann der nachfolgende Prozeß des Ausstoßens von Tinte sofort wieder von neuem starten. Mit der Einführung eines Tröpfchen-Ausstoßsystems auf der Basis thermisch erzeugter Blasen, das landläufig als "Blasenstrahl-System" bezeichnet wird, liefern Tintenstrahl-Drucker mit einem System zur Erzeugung von Tropfen auf Anforderung einfachere und bei niedrigeren Kosten betreibbare Vorrichtungen als die unter Verwendung eines kontinuierlichen Stroms arbeitenden Gegenstücke und weisen außerdem noch im wesentlichen dasselbe bei hoher Geschwindigkeit ablaufende Druckvermögen auf.

Die Arbeitssequenz des Blasenstrahl-Systems beginnt mit einem Strom-Impuls durch die Widerstandsschicht in dem mit Tinte gefüllten Kanal, wobei die Widerstandsschicht in enger Nähe zur Öffnung oder Düse für den Kanal angeordnet ist. Hitze wird von dem Widerstand auf die Tinte übertragen. Die Tinte wird weit über ihren normalen Siedepunkt hinaus übererhitzt und erreicht - beispielsweise für eine Tinte auf Wasserbasis - letzten Endes die kritische Temperatur für die Blasennukleierung und -bildung von um die 280ºC herum und darüber. Sobald sich die Blase einmal nukleiert und ausgedehnt hat, isoliert die Blase oder der Wasserdampf thermisch die Tinte von der Heizvorrichtung, und es kann keine weitere Hitze auf die Tinte aufgebracht werden. Diese Blase dehnt sich schnell aufgrund des Druckanstiegs beim Erhitzen aus, bis alle in der Tinte im Überschuß zu dem normalen Siedepunkt gespeicherte Hitze abdiffundiert oder dazu verwendet wird, Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, der Hitze aufgrund der Verdampfungswärme beseitigt. Die Expansion der Blase treibt ein Tintentröpfchen aus der Düse aus, die entweder unmittelbar über einer Erhitzungsvorrichtung oder auf einer Seite davon angeordnet ist. Sobald einmal die überschüssige Wärme unter Verringerung des Drucks entfernt ist, kollabiert die Blase auf dem Widerstand. An diesem Punkt wird der Widerstand nicht weiter erhitzt, da der Strom- Impuls geendet hat und - gleichzeitig mit dem Zusammenfallen der Blase - das Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit in einer Richtung auf ein Aufzeichnungsmedium oder Substrat hin ausgestoßen wird. Anschließend füllt sich der Tintenkanal erneut durch Kapillarwirkung und ist bereit für die nächste Wiederholung des thermischen Tintenstrahl-Verfahrens. Diese gesamte Sequenz der Blasenbildung und des Zusammenfallens der Blase geschieht in etwa 30 Microsekunden. Die Heizvorrichtung kann erneut aufgeheizt werden, um Tinte aus dem Kanal nach einer Verweilzeit von mindestens 100 bis 2.000 Microsekunden auszustoßen und zu ermöglichen, daß der Kanal erneut mit Tinte gefüllt wird, ohne ein dynamisches Nachfüll-Problem hervorzurufen.

Thermische Tintenstrahl-Prozesse sind wohlbekannt und sind beispielsweise beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,601,777, US-Patent Nr. 4,251,824, US-Patent Nr. 4,410,899, US- Patent Nr. 4,412,224, US-Patent Nr. 4,463,359, US-Patent Nr. 4,532,530, US-Patent Nr. 5,281,261, US-Patent Nr. 5,139,574 und US-Patent Nr. 5,145,518.

Das Verfahren des Tintenstrahl-Druckens ist ein ohne Berührung (non-impact) ablaufendes Verfahren, das Tintentröpfchen erzeugt, die auf einem Substrat wie beispielsweise glattem oder beschichtetem Papier oder Textilstoff oder einem transparenten Film in Reaktion auf ein elektronisches Digital-Signal abgeschieden werden. Thermische Tintenstrahl-Drucker oder Blasen-Tintenstrahl-Drucker, die in der Verfahrensweise des Tropfens auf Anforderung betrieben werden, haben breite Anwendung im Bereich digitaler Drucker, Plotter und Fax- Einrichtungen, als Endgeräte für Personal Computer (PCs) und große Computer im Büro- und Heimbereich gefunden.

In einer Einfarben-Tintenstrahl-Druckvorrichtung umfaßt der Druckkopf typischerweise eine lineare Anordnung von Ejektoren, und der Druckkopf wird relativ zur Oberfläche des Druckblattes (Substrat oder Aufzeichnungsmedium) bewegt, und zwar entweder durch Bewegen des Druckblattes relativ zu einem stationär angeordneten Druckkopf oder umgekehrt oder beides. Bei einigen Arten derartiger Apparate bewegt sich ein relativ kleiner Druckkopf oder eine Anordnung von zwei oder mehreren Druckköpfen in einem Partial- Breite-Drucker über ein Druckblatt (Substrat), und dies viele Male in mehreren Durchgängen ähnlich wie eine Schreibmaschine. Alternativ dazu kann ein Druckkopf, der aus einer Anordnung von Ejektoren besteht und sich in voller Breite über das Druckblatt erstreckt, Tinte auf das Druckblatt (Substrat) gleichzeitig in einer ganzen Reihe abgeben, bevor das Druckblatt vorgetrieben wird, wodurch die Herstellung von ganzseitigen Bildern in einer Vorrichtung vervollständigt wird, die bekannt ist als "Full-Width Array"- (FWA-; über die volle Breite gehender) Drucker. Wenn der Druckkopf und das Druckblatt relativ zueinander bewegt werden, werden bildweise digitale Daten dazu verwendet, selektiv die Vorrichtungen zur Erzeugung thermischer Energie (Widerstände) in dem Druckkopf über die Zeit zu aktivieren, so daß das gewünschte Bild auf dem Druckblatt erzeugt wird.

Beim thermischen Tintenstrahl-Drucken ist Wasser üblicherweise eine Schlüssel-Komponente; dieses ist verantwortlich für die Blasenbildung und das Austreiben der Tinte aus den Düsen in Richtung auf das Bildgebungs-Substrat (Druckblatt). Die Verwendung von Wasser in großen Konzentrationen weist jedoch einige Nachteile auf. Wasser hat eine schnelle Verdampfungsrate, verglichen mit organischen Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt (z. B. Feuchthalte-Mitteln, Anti-Curl-Mitteln bzw. Mitteln zum Verhindern der Welligkeit usw.). Komponenten einer Tinte wie beispielsweise in Wasser lösliche oder mit Wasser verträgliche Farbstoffe, Pigmente, Biozide und andere chemische Zusätze können aufgrund eines Wasserverlustes während des Leerlaufs destabilisiert werden. Als Ergebnis dessen können Druckköpfe verstopft werden, was zu Fehlern beim Ausstoß des Tintenstrahls führt. Wasser tritt auch mit Papier in Wechselwirkung und verursacht zwei Haupt- Verzerrungen, bekannt als Papierkräuseln (paper cockle) und Papierwelligkeit (paper curl). Papierkräuseln ist eine Verzerrung, bei der sich Erhebungen, Vertiefungen und andere Unregelmäßigkeiten statistisch auf dem Druckpapier bilden, was dem Papier ein "runzeliges" Aussehen gibt. Welligkeit ist ein Phänomen, bei dem die Kanten oder Ecken des Papiers in Richtung auf das Zentrum des Papiers (in Richtung auf die Bildseite) oder von dem Zentrum des Papiers weg (von der Bildseite weg) wandern. Welligkeit wird möglicherweise verursacht durch die aufgedruckte wäßrige Tinte auf einer Seite des Papiers, die eine Spannung auf der Papieroberfläche nachläßt, was eine unterschiedliche Papierspannung oder eine ungleichmäßige Spannung auf der Oberfläche und der Unterseite des Papiers nach dem Trocknen und Altern induziert. Die Richtung der Welligkeit kann in Richtung auf die bedruckte (mit einem Bild beaufschlagte) Seite des Papiers gerichtet sein oder kann in Richtung auf die nicht bedruckte (nicht mit einem Bild versehene) Seite gerichtet sein. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird Papierwelligkeit (paper curl) so definiert, daß sie sowohl die Welligkeit als auch das Kräuseln des Papiersubstrats einschließt.

Welligkeit kann unmittelbar nach dem Drucken auftreten, oder es kann einen Tag oder zwei Tage dauern, bis sie auftritt. Im Endzustand kann das Papierblatt in einem schlimmen Fall die Form eines Rohrs, einer Rolle oder einer Spirale annehmen. Welliges Papier kann nicht Blatt für Blatt aufeinander gestapelt werden, wodurch beim Nutzer viele Unannehmlichkeiten entstehen. Wellige Blätter sind schwierig zu zeigen oder zu lagern und können nicht in Prozessen verwendet werden, die einen Zustand erfordern, der einer ebenen Anordnung nahe ist, wie beispielsweise Dokumenteneinzug, Dokumentenführung und Druck-Ausrichtung. Welligkeit kommt am häufigsten vor beim Drucken voll ausgefüllter Flächen und ist daher im grafischen Bereich ein akuteres Problem als beim Drucken von Text. Aus demselben Grund ist es auch ein Problem beim Drucken in vier Farben, insbesondere wenn dieses Drucken das Drucken von zusammengesetzten Farben einschließt oder wenn Graphiken im Vordergrund stehen. Welligkeit ist auch ein Problem, wenn eine große Tintenmenge benötigt wird, um Bilder mit hoher optischer Dichte zu erhalten.

Das Ausmaß der Welligkeit beim Papier kann beeinflußt werden durch die Eigenschaften der glatten und beschichteten Papiersubstrate, durch die Art der beim Drucken verwendeten wäßrigen Tinte, durch die Temperatur des Substrats während des Drucks und durch den Tintenstrahl-Druckprozeß. Papiere, die eine geringe eingebaute Spannungsdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite beim Papier-Herstellungsprozeß aufweisen, können nach dem Tintenstrahl-Drucken nur Anlaß für wenig Welligkeit sein. Andererseits neigen Papiere mit einer großen eingebauten Spannungsdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite dazu, nach dem Tintenstrahl-Drucken im signifikanten Umfang Papierwelligkeit zu zeigen. Der Grad der Spannungsdifferenz, die in die Papiere eingebaut wird, hängt von den Bedingungen des Papier-Herstellungsverfahrens ab. Papiere, die dicker oder schwerer sind und eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen, neigen dazu, einen niedrigen Grad der Papierwelligkeit zu zeigen, verglichen mit dünneren Papieren mit geringerer mechanischer Festigkeit. Wenn einmal ein Papier, das beim Tintenstrahl-Drucken verwendet wird, ausgewählt ist, ist das Schicksal der Bildung von Welligkeit in gewissem Umfang fixiert. Einige Papiere entwickeln Welligkeit viel leichter als andere. In einer üblichen Büroumgebung werden glatte und beschichtete Papiere beim Tintenstrahl-Drucken verwendet. In Abhängigkeit von der Papier-Nachschubsituation im Büro kann es sein, daß ein Verbraucher keine Chance hat, ein passendes Papier mit geringerer Welligkeits-Neigung zum Tintenstrahl-Drucken auszuwählen. Es besteht daher ein Bedarf, ein Verfahren zur Hand zu haben, das die Welligkeit des Papiers bei minimalem Einfluß seitens des Papiers verringert.

Tinten, die eine große Menge an Mittel zum Verhindern der Welligkeit (anticurl agent) enthalten, können das Ausbilden von Welligkeit verhindern, jedoch kann die Verwendung der erforderlichen Menge an die Welligkeit verhindernden Mitteln in den Tinten die Viskosität der Tinte erhöhen und ruft große Schwierigkeiten beim Ausstoßen der Tinten hervor, insbesondere nach einer gewissen Verweilzeit in einem Druckkopf. Dies trifft insbesondere zu, wenn Wasser nahe den Düsen während der Verweilzeit verdampft, was zu einem dramatischen Anstieg der Tintenviskosität und der Zahl möglicher Fehler beim Tintenstrahl-Drucken führt. Eine Verdampfung von Wasser während der Verweilzeit kann auch ein Kristallisieren und Ausfallen von Farben oder eine Agglomeration von Pigmenten hervorrufen. Die meisten Mittel gegen die Welligkeit haben einen hohen Siedepunkt und eine hohe Viskosität. So kann die Verwendung von gegen die Welligkeit gerichteten Mitteln mit hoher Viskosität in den erforderlichen großen Mengen eine kurze Latenz-Zeit der Tinte und einen Anstieg der Schwierigkeiten beim Ausstoßen hervorrufen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn ein Hochauflösungs-Tintenstrahl-Druckkopf verwendet wird, der eine schmale Düsenöffnung (etwa 10 bis 49 um bei einem Druckkopf mit einer Auflösung von 157 und 236 Spots pro cm (400 und 600 Spots pro inch), verglichen mit einer Düsenöffnung größer als 49 um bei einem Druckkopf mit einer Auflösung von 118 Spots pro cm (300 Spots pro inch)), aufweist. Aufgrund dieser oben beschriebenen Beschränkungen besteht ein Bedarf zur Entwicklung eines Verfahrens für das Tintenstrahl-Drucken, bei dem das Tintenstrahl-Drucken durchgehender Farbbilder für grafische Anwendungen leicht unter Erhalt von verringerter Papierwelligkeit durchgeführt werden kann.

Beim Tintenstrahl-Drucken ist es erwünscht, den Papierverbrauch aus wirtschaftlichen und Umwelt-Gründen zu reduzieren. Ein Duplex-Drucken bzw. Drucken auf zwei Papierseiten kann manchmal erwünscht sein. Wenn jedoch ein Papier mit wäßrigen Tintenstrahl-Bildern mit durchgehenden Farbflächen bedruckt wird, kann das Papier Wellen oder Kräuselungen bilden, was ein glattes Zuführen des Papiers in nachfolgenden Schritten des Tintenstrahl- Druckens verhindert. So kann das doppelseitige Drucken (auf zwei Seiten eines Papierblattes) schwierig sein, wenn das mit einem Bild versehene Papier nicht sofort nach dem Druck behandelt wird. Die Papierwelligkeit wird zunehmend schlimmer beim Warten nach dem Druck. Es besteht ein Bedarf dazu, ein Mittel zum Tintenstrahl-Drucken sowohl auf einer Seite als auch auf zwei Seiten (doppelt; Duplex) bereitzustellen, und so Bilder auf Papier bei verringerter Welligkeit zu schaffen. Der Vorgang des Tintenstrahl-Druckens (Checkerboarding oder Einzeldurchlauf) kann auch die Papierwelligkeit beim Mehrfarben- Drucken beeinträchtigen, insbesondere ein Drucken, das ein Bild mit durchgehend farbiger Fläche einschließt. Es besteht auch ein Bedarf, ein Decurling-Verfahren zur Reduzierung der Welligkeit des Papiers zu schaffen.

In Abhängigkeit vom Typ der gedruckten Farbbilder kann die Papierwelligkeit, die durch wäßrige Tintenstrahl-Tinten hervorgerufen wird, schwanken. Beispielsweise erfordert ein Drucken von blauen, grünen und roten Bildern auf einem Papier die Verwendung einiger Tinten (z. B. 200% der normalen Tinten-Erfassung). Dies ist signifikant mehr als beim Drucken von Bildern aus einer einzelnen Farbe wie Cyan, Magenta und Gelb (z. B. 100% der normalen Tinten-Erfassung). Als Folge dessen schafft das Drucken von Bildern durchgehend farbiger Flächen aus blau, grün und rot (Verbundfarben) ein größeres Papierwelligkeits-Problem als das Drucken von Bildern mit einer einzigen Farbe (z. B. Cyan, Magenta und Gelb). Eine verstärkte Welligkeit kann auch gefunden werden, wenn durchgehend farbige Flächen von Bildern in einer Verfahrensweise des Einzeldurchgangs gedruckt werden, verglichen mit einem Verfahren des Druckens in mehreren Durchgängen (z. B. Checkerboarding).

Bei dem Bemühen, das Kräuseln und die Welligkeit bei Tintenstrahl-Druckern zu verringern, wurden Anstrengungen zur Bereitstellung von Mitteln gegen die Welligkeit und gegen das Kräuseln unternommen, um dieses Problem zu verringern. Beispielsweise beschreibt das US- Patent Nr. 5,356,464 (Hickman et al.) gegen die Welligkeit wirkende Mittel in einer gewünschten Menge, die in Tintenstrahl-Tinten verwendet werden können. Jedoch beeinträchtigen derartige gegen die Welligkeit gerichtete Mittel in negativer Weise die Stabilität der Tinten, indem sie die Viskosität erhöhen. Derartige Tinten verkürzen die Latenz-Zeit und erhöhen das Verstopfen der Düsen von Tintenstrahl-Druckköpfen.

Das US-Patent Nr. 5,207,824 (Moffatt et al.) beschreibt eine Tintenstrahl-Tinte, die ein gegen das Kräuseln gerichtetes Mittel umfaßt, für die Benutzung in thermischen Tintenstrahl- Druckern. In einigen Fällen führt die Verwendung einer erforderlichen Menge an gegen das Kräuseln gerichteten Mitteln in den Tinten dazu, daß sich das Problem des Verstopfens der Düsen und der Fehler beim Tintenausstoß verschärft. Dies ist möglich aufgrund ihres Beitrags zum Viskositätsanstieg der Tinte und der Unverträglichkeit der Tinten-Inhaltsstoffe mit einigen Farbstoffen oder Pigmenten. Die wirksame Verwendung von gegen das Kräuseln gerichteten Mitteln in Tinten kann mitunter beschränkt sein.

Die Druckschrift US-A Nr. 2,157,388 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung des Absetzens einer Tinte auf Basis eines organischen Lösungsmittels, worin ein Strahl feuchtigkeitsbeladener Luft gegen die Rückseite eines bedruckten Gewebes nach Erwärmen geblasen wird. Die zusätzliche Feuchtigkeit unterstützt die Verdünnung eines Lösungsmittels, das in die Feststoffmaterialien der Tinte absorbiert wurde, und bleibt nach dem Erhitzen zurück.

Das Xerox Disclosure Journal, Band 18, Nr. 3, Seite 247, beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Tintenstrahl-Drucken auf der Rückseite bedruckter Blätter unter Verwendung von farbigen Stoffen zur Erzeugung von Mustern aus Farben auf den Papierblättern zum Einsatz kommt, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers wiederhergestellt wird und die Papier- und Druckqualität erhöht wird.

Es besteht also ein Bedarf in diesem technischen Bereich für neue Verfahren zur Verringerung der Welligkeit bei mit Tintenstrahl-Druckern gedruckten Papieren. Es, besteht auch ein Bedarf für Tintenstrahl-Drucker, in denen wäßrige Tinten und klare wäßrige Flüssigkeiten verwendet werden, die die Welligkeit beim Papier verringern können.

Es besteht auch ein Bedarf in diesem technischen Bereich für ein Druckverfahren, das das Drucken von über die volle Seite gehenden grafischen Darstellungen bzw. Texten ohne das Erzeugen von Papierwelligkeit mit Tinten erlaubt, die hohe Pigment-Konzentrationen aufweisen. Es besteht auch ein Bedarf für ein Verfahren, eine Vorrichtung und Tintenstrahl- Tinten, die eine erhöhte Druckqualität in Hochauflösungs-Druckern liefern, ohne eine unerwünschte Welligkeit der bedruckten Materialien hervorzurufen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Welligkeit beim Tintenstrahl-Drucken, das die folgenden Schritte umfaßt:

- das Aufbringen einer ein Färbemittel aus Farbstoff oder Pigment zur Schaffung eines sichtbaren Bildes und Wasser sowie wenigstens eine der nachfolgend genannten Komponenten umfassenden wäßrigen Tinte in bildartiger Weise auf eine Seite eines Substrats:

- ein Feuchthalremittel, ein die Welligkeit verhinderndes Mittel, ein Biozid, ein pH-Puffer-Mittel, einen Oxidationsinhibitor, ein Antikogiermittel, ein Antilocking-Mittel, ein Penetriermittel, ein Blasen-Nukleierungshilfsmittel, ein Mikrowellen-Kopplungsmittel oder -salz, ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid, ein Dispergiermittel oder ein wasserlösliches Polymer;

- das Aufbringen wenigstens einer klaren wäßrigen Flüssigkeit auf die gegenüberliegende Seite des Substrats, wobei die klare wäßrige Flüssigkeit kein Färbemittel aus Farbstoff oder Pigment aufweist und Wasser und Komponenten umfaßt, die dieselben sind wie die Komponenten der wäßrigen Tinte, die vorher in bildartiger Weise auf die eine Seite des Substrats aufgetragen wurde; und

- gegebenenfalls das Erhitzen des Substrats durch Heizmittel in einer Stufe vor, während oder nach dem Aufbringen der wäßrigen Tinte und der klaren wäßrigen Flüssigkeit.

Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung auch die Möglichkeit einer Verwendung einer großen Vielzahl von Papiersubstraten unterschiedlichen Typs und unterschiedlicher Größe zum Tintenstrahl-Drucken bei verringerter Welligkeit. Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Tintenstrahl-Drucken von Text- und Graphikanwendungen einschließlich Bilder von mit durchgehenden farbigen Flächen auf einem Substrat bei verringerter Welligkeit.

Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung auch ein Mittel zum einseitigen Tintenstrahl-Drucken und zum zweiseitigen (doppelten bzw. Duplex-) Tintenstrahl-Drucken unter Erzeugung sichtbarer Bilder auf einer oder auf zwei Seite(n) eines Substrats bei verringerter Welligkeit. Ein Decurling-Verfahren zur Verringerung der Papierwelligkeit beim Tintenstrahl-Drucken entweder unter Verwendung der Checkerboarding-Verfahrensweise oder der Eindurchgangs-Verfahrensweise in Gegenwart oder in Abwesenheit von Hitze wird ebenfalls geschaffen. Die Mittel zur Aufbringung möglicher Hitze im Decurling-Druckprozeß werden ebenfalls beschrieben.

Weiter werden auch mögliche Zubereitungen für wäßrige Tinten und die klaren wäßrigen Flüssigkeiten, wie sie beim Anti-Curl-Druckverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beschrieben. Das unter Verringerung der Welligkeit durchgeführte Druckverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt die Verwendung von gegen die Welligkeit gerichteten Mitteln und anderen Tinten-Komponenten in einer kleinen Menge, die nicht die Probleme des unerwünschten Farbausstoßes (z. B. eine kurze Latenz-Zeit usw.) und die Probleme beim Verstopfen hervorruft, die üblicherweise mit anderen Druckprozessen in Verbindung stehen.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Drucksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das geeignet für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Einzelheiten von Fig. 1 werden kurz im Abschnitt "Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen" beschrieben.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Drucksystem gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, das für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Einzelheiten von Fig. 2 werden kurz im Abschnitt "Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen" beschrieben.

Das Verfahren zur Verringerung der Papierwelligkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann dadurch erreicht werden, daß man eine klare wäßrige Flüssigkeit auf die Nicht- Bildseite eines Substrats aufbringt, wobei die wäßrige Tinte oder die Tinten auf die gegenüberliegende Seite des Papiers aufgebracht werden. Die klare wäßrige Flüssigkeit und die wäßrige Tinte oder die wäßrigen Tinten können mit oder ohne Wärme aufgebracht werden. Es wird angenommen, daß der Spannungsabbau, der durch Aufdrucken der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf eine Seite eines Substrats (z. B. Papier) hervorgerufen wird, dadurch ausbalanciert wird, daß man die wäßrige Tinte oder Tinten auf die andere Seite des Substrats aufbringt, wodurch die Langzeit-Papierwelligkeit (kühle Welligkeit) verringert wird. Die Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit trägt nicht dazu bei oder beeinträchtigt nicht die Farbe der Nicht-Bildseite (der die klare wäßrige Flüssigkeit aufnehmenden Seite) des Substrats und beeinträchtigt nicht das Erscheinungsbild auf der Bildseite (der die wäßrige Tinte oder Tinten aufnehmenden Seite) des Substrats. Dieses Verfahren zur Verringerung der Papierwelligkeit ist nützlich zur Erzeugung von Tintenstrahl-Bildern auf einer Seite (der die wäßrige Tinte oder Tinten aufnehmenden Seite) eines Papiersubstrats.

Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Verringerung der Papierwelligkeit kann auch wiederholt werden und so sichtbare Bilder auf beiden Seiten eines Substrats in einem Zweiseiten- (Duplex- bzw. doppelseitigen) Tintenstrahl-Druckverfahren geschaffen werden. In diesem Fall wird das mit einem Bild versehene Papiersubstrat aus dem Einseiten- Druckverfahren zur Verringerung der Papierwelligkeit gemäß der vorliegenden Erfindung einem zweiten Druckverfahren mit einer bzw. mehreren wäßrigen Tinte(n) auf der Nicht- Bildseite (der Seite, die vorher keine wäßrige Tinte oder Tinten aufnahm) unterworfen. In diesem Verfahren ist die Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit optional und beeinträchtigt nicht die vorher gebildeten Bilder.

Ein Verfahren zur Verringerung der Welligkeit in einem zweiseitigen (oder Duplex- bzw. doppelseitigen) Tintenstrahl-Druckverfahren umfaßt

(a) das Aufbringen wenigstens einer wäßrigen Tinte, die einen Farbstoff oder ein Pigment umfaßt, und einer gegebenenfalls klaren wäßrigen Flüssigkeit in bildartiger Weise auf eine Seite eines Substrats;

(b) die Aufbringung wenigstens einer wäßrigen Tinte, die einen Farbstoff oder ein Pigment umfaßt, und einer gegebenenfalls klaren wäßrigen Flüssigkeit in bildartiger Weise auf die gegenüberliegende Seite eines Substrats; und

(c) das mögliche Aufbringen von Wärme auf das Substrat mittels einer Heizeinrichtung in einer Stufe vor, während oder nach den Schritten der Aufbringung der wäßrigen Tinte und der klaren wäßrigen Flüssigkeit.

Das Zweiseiten- (Duplex- bzw. doppelseitige) Tintenstrahl-Druckverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt sichtbare Bilder auf beiden Seiten eines Substrats bei verringerter Welligkeit. Die wäßrige Tinte oder Tinten und die klare wäßrige Flüssigkeit, die in Schritt (a) verwendet wird, kann dieselbe Zusammensetzung aufweisen wie die entsprechende(n) Tinte(n) und Flüssigkeit(en) in Schritt (b) oder kann eine davon verschiedene Zusammensetzung aufweisen. Die Verwendung der klaren wäßrigen Flüssigkeit ist in dem Zweiseiten- (oder Duplex- bzw. doppelseitigen) Tintenstrahl-Druckverfahren zur Verringerung der Welligkeit optional.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete klare wäßrige Flüssigkeit kann auf das Substrat unter Verwendung einer Bildgebungs-Vorrichtung wie beispielsweise einer kontinuierlichen Tintenstrahl-Vorrichtung, eines thermischen Tintenstrahl-Druckkopfes, einer piezoelektrischen Vorrichtung, einer akustischen Tintenstrahl-Vorrichtung und anderer ähnlicher Tintenstrahl-Vorrichtungen aufgebracht werden. Außerdem können andere Mittel zur Bereitstellung von Wasser oder Feuchtigkeit auf die Seite des Papiers verwendet werden, wie beispielsweise eine Feuchtwalze oder -bürste, eine Dampfvorrichtung, eine Sprühvorrichtung oder dergleichen. Vorzugsweise wird ein thermischer Tinten-Druckkopf für diesen Zweck verwendet.

In dem einseitigen Tintenstrahl-Druckverfahren kann das Druckmuster der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf der Nicht-Bildseite des Substrats dasselbe Muster oder Bild sein wie die Muster oder Bilder, die durch die wäßrige Tinte oder Tinten auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats gedruckt werden, oder kann ein derartigen Mustern oder Bildern ähnliches Muster oder Bild sein. Vorzugsweise ist das Druckmuster auf der Bildseite des Substrats identisch mit dem Muster der klaren wäßrigen Flüssigkeit, die auf die Nicht- Bildseite des Substrats aufgebracht wird. Jedoch kann das Druckmuster der klaren wäßrigen Flüssigkeit das gleiche Muster wie das der wäßrigen Tinte oder Tinten sein oder kann ein davon verschiedenes Muster sein. In dieser Ausführungsform wird der Unterschied der Spannung zwischen den beiden Seiten des Substrats in starkem Umfang minimiert. Dies ist insbesondere wichtig für das Drucken von Bildern mit durchgehenden Farbflächen oder dann, wenn die Aufbringung mehrerer Tinten auf das Substrat angewendet wird. Die Menge der klaren wäßrigen Flüssigkeit, die auf die Nicht-Bildseite des Substrats aufgebracht wird, kann in Abhängigkeit von der Notwendigkeit zur Verringerung der Papierwelligkeit eingestellt werden. Beispielsweise können Teil-Toning-Muster einschließlich Halbton- Muster, Drittelton-Muster, Viertelton-Muster, statistische Ton-Muster, statistische Pixel usw. oder eine Abdeckung der gesamten Bildfläche mit der klaren wäßrigen Flüssigkeit zur Anwendung kommen.

Die Aufbringung des klaren wäßrigen Fluids auf die Nicht-Bildseite des Substrats kann in jeder Stufe des Tintenstrahl-Druckverfahrens durchgeführt werden. Beispielsweise kann das klare wäßrige Fluid entweder vor, während oder nach dem Drucken der Tinte oder Tinten auf der Bildseite des Substrats aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die klare wäßrige Flüssigkeit auf die Nicht-Bildseite des Substrats aufgebracht, nachdem das gewünschte farbige oder schwarze Bild auf der Bildseite des Papiers erzeugt wurde. Dies minimiert die Notwendigkeit irgendwelcher unnötiger Anlagen-Teile und unnötiger Verfahrensschritte der Papier-Handhabung. Wie in den Tintenstrahl-Druckverfahren, die zur Anwendung kommen können, kann das klare wäßrige Fluid unter Anwendung des Eindurchgangs-Verfahrens und/oder des Checkerboarding-Verfahrens aufgebracht werden. Die Verfahrensweise, die zur Aufbringung der Tinte auf die Bildseite des Substrats angewendet wird, kann dieselbe Verfahrensweise wie die Aufbringungs-Verfahrensweise sein, die für das klare wäßrige Fluid auf der Nicht-Bildseite des Substrats angewendet wird, oder kann eine davon verschiedene Verfahrensweise sein. In einigen Ausführungsformen wird eine Checkerboarding- Verfahrensweise in Kombination mit einer Erhitzungs- und Verzögerungs-Verfahrensweise angewendet.

Hitze kann auf das Substrat entweder vor, während oder nach Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf das Substrat aufgebracht werden. Außerdem kann Hitze auf das Substrat zu jedem Zeitpunkt vor, während oder nach dem Drucken oder der Aufbringung der wäßrigen Tinte und der wäßrigen Flüssigkeit aufgebracht werden. Die Hitze kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Heizeinrichtung aufgebracht werden, einschließlich eines erhitzten Bandes, einer erhitzten Platte, einer erhitzten Walze, einer Lampe, einer Strahlungsheizung, einer Mikrowellen-Heizung usw. entweder mit oder ohne Unterstützung von Vakuum und/oder heiße zirkulierende Luft. Vorzugsweise (jedoch ohne Anspruch von Beschränkung) erfolgt das Heizen zum Trocknen der Tinte auf der Bildseite des Substrats durch denselben Mechanismus, der zum Trocknen der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf der Nicht-Bildseite des Substrats verwendet wird. Sichtbare Bilder auf einer Seite des Substrats können bei verringerter Welligkeit des Papiers erhalten werden.

Die wäßrige Tinte oder Tinten, die in dem Zweiseiten- (Duplex- bzw. doppelseitigen) Tintenstrahl-Druckverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird/werden, weist/weisen dieselbe oder ähnliche Zusammensetzungen zum Drucken auf beiden Seiten des Substrats auf. Eine Verringerung der Welligkeit des Papiers kann durch das Duplex- Tintenstrahl-Drucken (sichtbare Bilder auf beiden Seiten des Substrats) entweder mit oder ohne die Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit erreicht werden.

Wenn ähnliche Bilder oder Bilder mit geringer Abdeckung der Seite durch Tinte (z. B. Text) auf beiden Seiten eines Substrats gedruckt werden, kann eine Notwendigkeit, die klare wäßrige Flüssigkeit auf das Substrat aufzubringen, nicht bestehen. Dies ist auf die in etwa gleichen Werte der Spannungs-Freisetzung auf dem Substrat zurückzuführen, die durch das Drucken ähnlicher Bilder in ähnlichen Bereichen auf jeder Seite des Papiers erhalten werden. Wenn jedoch die Bilder im Hinblick auf Größe, Anordnung und Toning (Tintendichte) drastisch verschieden sind, kann die klare wäßrige Flüssigkeit selektiv auf jede gewählte Seite des Substrats aufgebracht werden, um eine ausgewogene Papierbelastung und Verringerung der Welligkeit zu erreichen. Die klare wäßrige Flüssigkeit kann in bestimmten ausgewählten Bereichen auf einer Seite des Substrats aufgebracht werden, insbesondere genau gegenüber einer durchgehenden farbigen oder schwarzen Fläche, solange die klare wäßrige Flüssigkeit nicht eine Verzerrung der sichtbaren Bilder hervorruft. Das Aufbringen eines Partial-Farbtons oder einer durchgehenden Fläche der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf dem Papier kann erfolgen, wenn dies erwünscht ist. Die klare wäßrige Flüssigkeit kann unmittelbar neben vorher aufgebrachte Tinten-Bilder oder über vorher aufgebrachte Tinten- Bilder aufgebracht werden, mit der Maßgabe, daß die klare wäßrige Flüssigkeit die gewünschten Tinten-Bilder nicht beeinträchtigt oder verzerrt.

Bestimmte klare wäßrige Flüssigkeiten sind für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit wäßrigen Tintenstrahl-Tinten bevorzugt. Insbesondere sind sie recht preiswert; sie sind verträglich mit vielen bekannten Feuchthaltemitteln und Tintenstrahl-Tinten-Komponenten; sie können hohe Siedepunkte und niedrige Dampfdrücke aufweisen; sie sind geeignet für Bildgebungs-Verfahren, bei denen Hitze und Verzögerungs-Techniken Einsatz finden, ohne eine hohe Konzentration an Dampf oder Geruch zu erzeugen; sie sind relativ nicht-toxisch; sie blockieren oder verstopfen nicht leicht Tintenstrahl-Düsen; sie wirken auf Bakterienwachstum inhibierend; und sie sind leichter zu formulieren als die wäßrige Tinte oder Tinten, und zwar wegen des Fehlens eines festen Färbemittels.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete klare Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser, ein Lösungsmittel, gegebenenfalls ein Feuchthaltemittel, ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid, ein Dispergiermittel, ein Blasen-Nukleierungmittel, ein pH-Puffer- Mittel, ein die Welligkeit verhinderndes Mittel oder das Kräuseln verhinderndes Mittel, ein Penetriermittel, ein Biozid, ein Chelatisierungsmittel, ein die Oxidation inhibierendes Mittel, ein wasserlösliches Polymer und andere gewünschte chemische Substanzen umfassen.

Allgemein verwendete Feuchthaltemittel schließen ein: Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Betain, Harnstoff, Glycerin, Glycerinpropoxylate, Glycerinethoxylate, Mischungen von Glycerinethoxylaten und -propoxylaten, Trimethylolpropanethoxylate, Trimethylolpropanpropoxylate, gemischte Trimethylolpropanethoxylate und -propoxylate, Pentandiole einschließlich 1,5-Pentandiol, Hexandiole einschließlich 1,6-Hexandiol, Trimethylolpropan, Hexantriole einschließlich 1,2,6-Hexantriol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Glykolether-Derivate einschließlich Butylcarbitol, Butylcellosolve und dergleichen, Alkohole einschließlich Alkylalkohole, Aminoalkohole einschließlich Ethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin, Ketone, Amide einschließlich N-Methylpyrrolidinon, N-Cyclohexylpyrrolidinon und dergleichen und Thio- (Schwefel-)Derivate der vorstehend genannten Derivate. Wenn es nötig ist, schnell penetrierende klare wäßrige Flüssigkeiten für Decurling-Zwecke zu haben, kann die Oberflächenspannung der Flüssigkeit unter einen Wert von 0,055 N/m durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels bzw. Tensids oder eines organischen Lösungsmittels gesteuert werden. Das oberflächenaktive Mittel oder Dispergiermittel kann ein ionisches (anionisches, kationisches und amphoteres) oder nicht-ionisches Material sein. Die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Zusammensetzung aufweisen, die ähnlich derjenigen der wäßrigen Tinte(n) ist, die für die Bildgebung verwendet wird/werden, nur ohne ein Färbemittel, oder kann die gleiche Zusammensetzung sein. Es ist bevorzugt, daß die Tinten-Komponenten der klaren wäßrigen Flüssigkeit kein nicht-flüchtiges Farbmaterial oder kontaminierendes Material enthalten. Der Grund hierfür ist, daß die Verwendung dieser klaren wäßrigen Flüssigkeit nicht ein sichtbares Bild auf der Rückseite des Papiers im Rahmen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung (für einseitige und zweiseitige Tintenstrahl-Drucke) bildet. Eine einfache Zusammensetzung der klaren wäßrigen Flüssigkeit kann allein Wasser und eine sehr kleine Menge eines oberflächenaktiven Mittels bzw. Tensids umfassen.

Eine wäßrige Tinte oder wäßrige Tinten, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung für einseitiges Tintenstrahl-Drucken und zweiseitiges- (Duplex- bzw. doppelseitiges) Tintenstrahl-Drucken eingesetzt wird/werden, kann/können umfassen: Wasser, Färbemittel (einen oder mehrere Farbstoff(e) oder Pigment(e)), Feuchthaltemittel, Tinten-Penetriermittel, Blasen-Nukleierungshilfsmittel, die Welligkeit verhindernde Mittel, Biozide, pH-Puffer- Mittel, lösliche Polymere, Oxidationsinhibitoren, das Verstopfen verhindernde Mittel, Antikogiermittel, das Kräuseln verhindernde Materialien, oberflächenaktive Mittel bzw. Tenside und Dispergiermittel. Tintenstrahl-Tinten, die für das einseitige Drucken und das doppelseitige Drucken ausgewählt werden, weisen bevorzugt alle gewünschten Attribute für eine hohe Bildqualität auf, einschließlich einer ausgezeichneten optischen Dichte und eines ausgezeichneten Farbumfangs, eine adäquate Latenz und gute Ausstoß-Leistungen sowohl für kurze Verwendungszeiten als auch für lange Verwendungszeiten.

Wenn sichtbare Bilder auf beiden Seiten des Papiers benötigt werden, kann ein Tintenstrahl- Drucken der wäßrigen Tinte oder Tinten auf der Seite des Papiers durchgeführt werden, die vorher nicht die wäßrige Tinte oder Tinten aufgenommen hat. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Behandlung mit klarer wäßriger Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung keine sichtbaren Bilder auf dem Papier erzeugt, was es erlaubt, daß beliebige gewünschte sichtbare Bilder wieder auf derselben Seite des Papiers gedruckt werden. Dieses Verfahren erzeugt sichtbare Tintenstrahl-Bilder auf beiden Seiten eines Papiers, was eine der effektiven Verfahrensweisen für doppelseitiges (Duplex-) Drucken bei geringer Welligkeit ist. Alternativ dazu kann das Papier, das ein wäßriges Tintenstrahl-Bild aufweist, auch schnell auf der nicht mit einem Bild versehenen Seite mit einer ausgewählten wäßrigen Tintenstrahl- Tinte oder mehreren derartigen Tinten bedruckt werden, die wenigstens einen Farbstoff oder ein Pigment umfaßt/umfassen, wodurch sich sichtbare Bilder auf beiden Seiten des Papiers bei geringer Welligkeit ergeben. Das doppelseitige bzw. Duplex-Drucken kann auch schnell in aufeinanderfolgender Weise durchgeführt werden, bevor irgendeine signifikante Bildung von Papierwelligkeit einsetzt, die ein anschließendes doppelseitiges Tintenstrahl-Drucken verhindern würde. Ein Tintenstrahl-Drucken auf beiden Seiten eines Papiersubstrats minimiert die unterschiedliche Spannung auf der Ober- und Unterseite und sorgt für verringerte Welligkeit. Es können gleiche oder verschiedene wäßrige Tintenstrahl-Tinten beim doppelseitigen Tintenstrahl-Drucken verwendet werden. Die wäßrigen Tintenstrahl- Tinten, die beim doppelseitigen bzw. Duplex-Drucken verwendet werden, können gewählt sein aus Tinten auf Farbstoff-Basis oder Pigment-Basis. Beim doppelseitigen Tintenstrahl- Drucken kann die Verwendung der klaren wäßrigen Flüssigkeit nicht nötig sein, und sie ist optional in Abhängigkeit von den Umständen und Erfordernissen. Das Verfahren zur Erzeugung von Bildern auf zwei Seiten eines Substrats bei niedriger Welligkeit kann ein batchweise ablaufendes oder ein kontinuierliches Druckverfahren sein.

Das verwendete Substrat kann jedes beliebige geschnittene Papier oder Substrat aus kontinuierlichem Gewebe sein, das mit den Tinten auf Wasserbasis verträglich ist, einschließlich glattem Papier, Banknotenpapier, im Handel erhältlichen Papieren, beschichteten Papieren und transparenten Tintenstrahl-Druckmaterialien, die geeignet sind für wäßrige Tinten oder Tintenstrahl-Druckverfahren.

Für das die Welligkeit reduzierende Druckverfahren (Verfahren zur Verringerung der Welligkeit) gemäß der vorliegenden Erfindung kann jede geeignete Tintenstrahl-Druckvorrichtung verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung sollte jedoch nicht nur mit einem Druckkopf, Software, einem Computer, notwendiger Hardware und elektrischen Verbindungen in einem Tintenstrahl-Drucker für eine Druck-Tinte ausgerüstet sein, sondern muß auch einen Applikator bzw. eine Aufbringungs-Vorrichtung für die mögliche Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat einschließen. Außerdem sollte die Tintenstrahl-Druckvorrichtung (oder Anlage), die Druckköpfe, eine Druck-Anordnung, die einige Druckköpfe umfaßt (z. B. zum Drucken schwarzer, cyan-farbener, magenta-farbener und gelber Färbemittel) und Druckköpfe in einer Anordnung über die volle Breite umfaßt, in der Lage sein, die wäßrige Tinte oder Tinten auf eine oder beide Seiten des Substrats aufzubringen, und sollte darüber hinaus in der Lage sein, die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine oder beide Seiten des Substrats aufzubringen.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen beispielhaft die Grundelemente des Tintenstrahl- Drucksystems für einseitiges und zweiseitiges (Duplex-) Drucken gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 stellt ein Beispiel eines thermischen Tintenstrahl-Druckssystems dar, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in dem Tinte auf eine Seite eines Substrats 5 gedruckt wird und die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung auf die andere Seite des Substrats 6 aufgebracht wird. Insbesondere wird das Blatt Ss (Substrat für einseitiges Tintenstrahl-Drucken) veranlaßt, sich in eine Druckverfahrens- Richtung P zu bewegen, indem man verschiedene Vorrichtungen zum Vortrieb eines Substrats verwendet, die ein Band, Walzen, Leiträder, eine rotierende Trommel, eine sich hin- und herbewegende Platte usw. einschließen. Zwar sind Walzen 4 (oder Papier- Vortriebseinrichtungen, bei denen die Pfeile die Rotationsrichtung anzeigen) als Mittel zum Vorwärtsbewegen des Blattes Ss angegeben; es können jedoch auch andere Mittel wie beispielsweise ein Band, Leiträder, eine rotierende Trommel oder eine sich hin- und herbewegende Platte verwendet werden. Außerdem kann trotz der Tatsache, daß das Substrat Ss als kontinuierliches Blatt veranschaulicht ist, das Substrat Ss diskontinuierlich sein. Bei einem kontinuierlichen Substrat-Blatt kann dieses mit einer gegebenenfalls vorhandenen Schneidvorrichtung 9 geschnitten werden, wodurch sich die gewünschte Substrat-Länge für die Abgabe des Bildgebungs-Substrats an eine Einseitendruck-Ausgabe-Ablage (single side printing output tray; SSPOT) 10 ergibt.

Eine Druckkopf-Anordnung 12, die Druckköpfe für die Farben Schwarz (K), Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y) umfaßt, und die damit korrespondierenden Tinten-Kartuschen sind an einem Punkt entlang der Prozeß-Richtung des Blattes Ss angeordnet. Bei Tintenstrahl-Druckverfahren mit großem Volumen kann an die Druckkopf-Anordnung ein optionales Tinten-Zufuhrsystem 11 angeschlossen sein, das Tinten-Reservoirs für Tinten der Farben Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb mit getrennten Leitungen umfaßt, die die Reservoirs mit ihren entsprechenden Druckköpfen (Druckköpfen für die Farben Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb) verbinden. Verschiedene Druckköpfe können verwendet werden, einschließlich eines oder mehrerer gewünschter Tintenstrahl-Druckköpfe, die gewählt sind aus Druckköpfen für kontinuierliches Tintenstrahl-Drucken, piezoelektrisches Tintenstrahl- Drucken, thermisches Tintenstrahl-Drucken und akustisches Tintenstrahl-Drucken, wie auch über die gesamte Papierbreite angeordnete Tintenstrahl-Druckköpfe (z. B. sich über die gesamte Breite erstreckende thermische Tintenstrahl-Druckköpfe).

In einer alternativen Ausführungsform können Mehrfach-Druckköpfe verwendet werden, die in der Lage sind, verschiedenfarbige Tinten je nach Wahl aufzubringen. Die Druckkopf- Drucksequenzen für die Aufbringung der Farbtinten können flexibel sein (z. B. Y, C, M, K; Y, M, C, K; K, M, C, Y; K, C, M, Y; usw.), und diese Anordnung ist nicht nur beschränkt auf die K, C, M und Y umfassende Konfiguration, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

In einem Durchlauf sowie in mehreren Durchläufen (z. B. durch mehrmaliges Bewegen der Druckköpfe über das Substrat zur Vervollständigung der Bilder) ablaufende oder Checkerboarding-Tintenstrahl-Druckverfahren können zur Schaffung von farbigen und/oder schwarzen Bildern auf dem Substrat verwendet werden. Das Tintenstrahl-Drucken kann gegebenenfalls entweder mit oder ohne Hitze durchgeführt werden, die durch Heizeinrichtungen 2 und 3 wie beispielsweise Strahlungsheizer zum Trocknen der Tinte geliefert wird, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind.

Ein weiterer Druckkopf 14 ist stromabwärts der Verfahrensrichtung zum Drucken einer klaren wäßrigen Flüssigkeit auf die Seite 6 des Substrats angeordnet, die der mit einem Bild beaufschlagten Seite 5 (die das sichtbare Bild umfaßt) des Substrats Ss gegenüberliegt. Zwar ist es veranschaulicht, daß der Druckkopf 14 stromabwärts von der Tintenstrahl-Druckkopf- Anordnung 12 angeordnet ist; der Druckkopf 14 kann jedoch vor oder hinter der Druckkopf- Anordnung 12 angeordnet sein. Sofern erwünscht, können die Anordnungen von 12 (Druckkopf-Anordnung für sichtbare Tinte) und 11 (Reservoirs für sichtbare Tinte mit Verbindungsleitungen) gegen 14 (Druckkopf für die klare wäßrige Flüssigkeit; CALP) und 13 (Kartusche oder Reservoir und Verbindungsleitungen für die klare wäßrige Flüssigkeit; CAL) umgestellt werden. Die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Druckkopf 14 über die Versorgungsleitung 13 zugeleitet. Der Typ des Druckkopfs kann identisch zu dem der Druckkopf-Anordnung 12 sein oder von diesem verschieden sein (z. B. Druckkopf für piezoelektrisches Tintenstrahl-Drucken, thermisches Tintenstrahl- Drucken, akustisches Tintenstrahl-Drucken, kontinuierliches Tintenstrahl-Drucken usw.) und kann einen der oben beschriebenen Druckköpfe einschließen. Andere Mittel zum Versorgen des Substrats Ss mit der klaren wäßrigen Flüssigkeit schließen eine Feuchtwalz-Vorrichtung, eine Aufdampfvorrichtung, eine Sprühvorrichtung und dergleichen ein.

Zusätzlich zu den Druckköpfen 12 und 14 sind entlang dem Lauf des Blattes Ss Tintentrocken-Einrichtungen 2 und 3 sowie eine wahlfreie Sustrat-Vorheizvorrichtung 1 angeordnet, die erhitzte Walzen oder Trommeln, erhitzte Bänder, erhitzte Elemente, eine Lampe, eine Strahlungsheizung usw. einschließt. Die Tintentrocken-Einrichtung 2 und 3 kann in der Weise vorgesehen werden, daß sie Hitze auf das Substrat Ss unter Verwendung irgendeiner bekannten Heizeinrichtung aufbringt, einschließlich eines Heizbandes, einer Platte oder Walze, einer Lampe, einer Strahlungsheizung, einer Mikrowellen-Heizung und dergleichen, wobei jede der genannten Anordnungen mit oder ohne Unterstützung von Vakuum und/oder heißer Ofenluft arbeiten kann. Hitze kann auf das Substrat vor, während oder nach der Aufbringung einer Tinte und/oder der klaren wäßrigen Flüssigkeit aufgebracht werden. Für Veranschaulichungszwecke sind Strahlungs-Heizeinrichtungen als Tintentrocken-Einrichtungen 2 und 3 unter dem Substrat Ss und den Druckköpfen 12 und 14 zur Zufuhr von Wärme zu dem Substrat vor, während oder nach dem Drucken angeordnet. Die Vorheizvorrichtung 1 und die Tintentrocken-Einrichtungen 12 und 14 können an jeder beliebigen Stelle des Tintenstrahl-Druckprozesses angeordnet sein.

Der Druckkopf 14, der die klare wäßrige Flüssigkeit aufbringt, kann auf derselben Seite des Substrats wie die Druckkopf-Anordnung 12 angeordnet sein oder kann auf einer davon verschiedenen Seite angeordnet sein. Er kann vor oder nach der Druckkopf-Anordnung 12 angeordnet sein. Das Substrat Ss kann nach der Aufbringung von Tinten aus der Druckkopf- Anordnung 12 oder nach Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit aus dem Druckkopf 14 zur Aufbringung einer klaren wäßrigen Flüssigkeit oder von Tinten auf die gegenüberliegende Seite des Substrats Ss transportiert werden.

Fig. 2 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Tintenstrahl-Druckeinrichtung (-Vorrichtung), wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Substrat bewegt sich in Richtung des Druckprozesses PD. Bei dieser Ausführungsform kann Tinte auf beide Seiten des Substrats Sd (Substrat für Duplex- bzw. doppelseitiges Tintenstrahl-Drucken) aufgebracht werden. Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnungen 22 und 29, die irgendeinen der Druckköpfe einschließen, wie er in der vorliegenden Beschreibung und weiter oben beschrieben wurde (z. B. kann eine dieser Anordnungen ähnlich der Druckkopf- Anordnung 12 von Fig. 1 sein oder kann dieselbe wie diese Anordnung sein), bringen wäßrige Tinten über Tinten-Zufuhreinrichtungen 21 und 28 (die in Form von Tinten-Reservoirs oder -Kartuschen vorliegen können) derselben Art von Tinte oder verschiedener Arten von Tinten (z. B. schwarz (K), cyan-farben (C), Magenta-farben (M) und gelb (Y) mit derselben Zusammensetzung oder unterschiedlichen Zusammensetzungen) auf das Substrat Sd auf. Es können Mehrfach-Druckköpfe für die Aufbringung verschiedener Farben verwendet werden. Druckköpfe 24 und 27 (Druckköpfe für die klare wäßrige Flüssigkeit; CALP, die irgendeinen der Druckköpfe einschließen, wie er in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird) werden mit einer oder mehreren klaren wäßrigen Flüssigkeit(en) aus den Zufuhreinrichtungen 23 und 26 (CAL) versorgt und können dieselbe Zusammensetzung der klaren wäßrigen Flüssigkeit aufweisen oder eine verschiedene Zusammensetzung der klaren wäßrigen Flüssigkeit aufweisen. Die klare wäßrige Flüssigkeit, die einem Druckkopf zugeführt wird, kann dieselbe sein wie die klare wäßrige Flüssigkeit, die in einem anderen Druckkopf zugeführt wird oder kann von dieser verschieden sein (z. B. kann unterschiedliche Feuchthalte-Mittel, unterschiedliche Viskositäten, unterschiedliche Oberflächen-Spannungen aufweisen oder kann verschiedene Zusätze enthalten). Alternativ dazu kann die klare wäßrige Flüssigkeit auf das Substrat Sd mittels anderer Einrichtungen aufgebracht werden, als sie in der vorliegenden Beschreibung genannt wurden oder weiter oben beschrieben wurden. Hitze kann auf das Substrat Sd an jeder beliebigen Stelle aufgebracht werden, einschließlich einer Stelle vor, während und nach der Aufbringung einer Tinte und/oder einer klaren wäßrigen Flüssigkeit. Veranschaulicht sind Strahlungs- Heizeinrichtungen 31, 32, 33 und 34 und gegebenenfalls Mikrowellen-Heizeinrichtungen 25 und 30. Auch in diesem Fall können beliebige andere herkömmliche Heizeinrichtungen verwendet werden, wie sie oben beschrieben wurden, einschließlich erhitzter Walzen, erhitzter Trommeln, erhitzter Bänder, erhitzter Platten, Lampen, Laserdioden usw.. Eine Substrat-Vortriebseinrichtung 35 einschließlich sich drehender Walzen, sich drehender Räder, einer Transportvorrichtung für ein Band oder eine Platte und Führungsantriebe können verwendet werden.

Obwohl die Druckköpfe der Anordnungen 22 und 29 zur Aufbringung der wäßrigen Tinten auf der gegenüberliegenden Seite der Druckköpfe für die Aufbringung der klaren Flüssigkeit angeordnet sind oder dieser gegenüber angeordnet sind (alle oberhalb des Substrats in Fig. 2), besteht hinsichtlich der Anordnung der Druckköpfe zum Aufbringen der wäßrigen Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten eine gewisse Flexibilität dahingehend, daß einer in der Nähe der anderen angeordnet ist oder auf derselben Seite wie der andere angeordnet ist. Die Druckkopf-Anordnung und die Drucksequenzen für die Aufbringung von Farbtinten kann flexibel sein (z. B. Y, C, M, K; Y, M, C, K; K, M, C, Y; K, C, M, Y; usw.) und ist nicht auf K, C, M und Y beschränkt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Verwendung von Druckköpfen 24 und 27 (CALP) mit ihren entsprechenden klaren wäßrigen Flüssigkeiten (CAL) beim dopgelseitigen bzw. Duplex-Drucken kann bezüglich der Druckmuster wahlfrei und selektiv sein, solange die Aufgabe einer Verringerung der Welligkeit des Papiers für die vorliegende Erfindung erreicht wird.

In einem einfachen Fall kann die Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit nicht nötig sein, da ein Drucken auf beiden Seiten eines Substrats (Sd) mit derselben oder ähnlichen wäßrigen Tinte(n) die Spannungsfreisetzung aufgrund der Aufbringung der wäßrigen Tinten aufwiegen kann. In diesem Fall kann ein doppelseitiges bzw. Duplex-Tintenstrahl-Drucken mit sichtbaren Bildern auf beiden Seiten des Substrats (Papier) ohne Verwendung der klaren wäßrigen Flüssigkeiten erreicht werden. Jedoch kann - sofern erforderlich - die Aufbringung klarer wäßriger Flüssigkeiten zur Verringerung der Welligkeit durchgeführt werden, ohne die gewünschten sichtbaren Bilder zu verzerren. Gewünschte Druckmuster (Partialton oder Vollton oder statistisch verteilte Pixels usw.) für die klaren wäßrigen Flüssigkeiten zur Verringerung der Welligkeit können mittels geeigneter Software und Einsatz eines Computers vorbestimmt und selektiv durchgeführt werden, ohne daß dies das Drucken der sichtbaren Bilder stört. Außerdem kann zum doppelseitigen bzw. Duplex-Drucken (Drucken auf beiden Seiten des Substrats Sd) das Substrat Sd in einem Drucksystem gemäß Fig. 2 oder in einem Drucksystem gemäß Fig. 1 verwendet werden, in dem das Substrat Ss (Ss in Fig. I) an den Druckköpfen 12 und 14 zwei oder mehrere Male vorbeigeführt wird (das erste Mal unter Drucken sichtbarer Bilder auf der Oberseite des Substrats und das zweite Mal unter Drucken sichtbarer Bilder auf der Unterseite des Substrats vor Ablegen des fertigen Substrats mit Bildern auf beiden Seiten im Ausgabeschacht).

In einer alternativen Ausführungsform können alle Druckkopf-Anordnungen 22 und 29 und Druckköpfe 24 und 27 gemäß Fig. 2 unabhängig voneinander so gewählt werden, daß sie entweder auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats Sd angeordnet sind, wobei das Substrat zwischen der Aufbringung von Tinte und/oder klarer wäßriger Flüssigkeit aus der Druckkopf-Anordnung 22 und dem Druckkopf 24 sowie der Druckkopf- Anordnung 29 und dem Druckkopf 27 zur Aufbringung von Tinte und/oder klarer wäßriger Flüssigkeit auf die gewünschte Seite des Substrats Sd umgelagert wird. Für doppelseitiges bzw. Duplex-Drucken kann eine Druckkopf-Anordnung 22 (die Druckköpfe für K, C, M und Y umfaßt) auf einer Seite des Substrats zum Drucken von Tinten angeordnet sein, und die Druckkopf-Anordnung 29 (die Druckköpfe für K, C, M und Y umfaßt) kann auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats angeordnet sein.

In Fig. 2 ist das Substrat Sd in horizontaler Position gezeigt, und die Druckkopf- Anordnungen 22 und 29 sowie die Druckköpfe 24 und 27 geben Tinten und die klaren wäßrigen Flüssigkeiten nach unten auf das Substrat ab. Das Substrat, das die Tinten unter Bildung sichtbarer Bilder aufnimmt, kann in jeder gewünschten Position angeordnet sein (z. B. in vertikaler oder geneigter oder horizontaler Position), und es nicht ausschließlich auf eine horizontale Position beschränkt. Wenn das Substrat zum Aufnehmen der Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten nicht in einer horizontalen Position vorliegt, wie dies in einer anderen Ausführungsform (die nicht in Fig. 2 gezeigt ist) der Fall ist, sollte eine passende Anordnung getroffen werden, so daß die Druckkopf-Anordnung 22 und der Druckkopf 24 für Tinten und für die klare wäßrige Flüssigkeit auf einer Seite des Substrats drucken, während die Druckkopf-Anordnung 29 und der Druckkopf 27 für die wäßrigen Tinten und die klare wäßrige Flüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats drucken können.

In Fig. 2 kann gegebenenfalls eine Substrat-Schneidvorrichtung 36 (Papier-Schneidvorrichtung) installiert sein, um das Substrat auf jede gewünschte Länge zu schneiden, wenn ein in Form eines kontinierlichen Gewebes vorliegendes Substrat verwendet wird. Der Substrat-Ausgabeschacht (Duplex-Ausgabeschacht (DOT)) 37 wird verwendet, um das Endprodukt gedruckter Substrate mit Bildern auf beiden Seiten bei verringerter Welligkeit aufzunehmen. Sofern erwünscht, kann das Endprodukt gedruckter Substrate geklammert werden (nicht in Fig. 2 gezeigt), bevor es in den Ausgabeschacht 37 gelangt.

Verschiedene gegen die Welligkeit gerichtete Mittel können - sofern erforderlich - in der/den wäßrigen Tinte oder Tinten und in der klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Sie schließen ein: Derivate von Glycerin-(Glycerol-)propoxylaten, Glycerin-(Glycerol-)ethoxylaten, Mischungen aus Glycerin-(Glycerol-)ethoxylaten und -propoxylaten, Trimethylolpropanpropoxylaten, Trimethylolpropanethoxylaten, Mischungen aus Trimethylolpropanethoxylaten und -propoxylaten unterschiedlichen Molekulargewichts und andere bekannte gegen die Welligkeit gerichtete Mittel.

In den wäßrigen Tinten und in der klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung sind die gegen die Welligkeit gerichteten Mittel allgemein in einer Menge von etwa 0 bis etwa 30 Gew.-% der Tinte zugegen, vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 20 Gew.-% und noch mehr bevorzugt in einer Menge von etwa 1,0 bis etwa 15 Gew.- %.

Der flüssige Träger der wäßrigen Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann aus Wasser bestehen, oder er kann eine Mischung aus Wasser und damit mischbaren oder darin löslichen organischen Komponenten (Feuchthaltemitteln oder Lösungsmitteln) umfassen, wie beispielsweise Glykolderivate einschließlich Ethylenglykole, Propylenglykole, Diethylenglykole, Triethylenglykol, Dipropylenglykole, Tripropylenglykol, Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, Diole einschließlich Pentandiole (z. B. 1,5-Pentandiol usw.) und Hexandiole (z. B. 1,6- Hexandiol usw.), Triole einschließlich Trihydroxyhexan-(1,2,6-trihydroxyhexan), Glycerin (Glycerol), Trimethylolpropan und deren Kondensationsprodukte mit Ethylenoxid und Alkylethylenoxiden (z. B. Glycerin-(Glycerol-)propoxylat, Glycerin-(Glycerol-)ethoxylat, Mischungen aus Glycerin-(Glycerol-)ethoxylaten und -propoxylaten, Trimethylolpropanpropoxylat, Trimethylolpropanethoxylat, Mischungen aus Trimethylolpropanethoxylaten und -propoxylaten, Amide einschließlich N-Alkylpryrrolidinone (N-Methylpyrrolidinon, N- Cyclohexylpyrrolidinon usw.), Harnstoff, Ether einschließlich Glykolether wie beispielsweise Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve usw., Polyglykolether, Carbonsäuren, Ester, Alkohole, Organosulfide, Organosulfoxide wie beispielsweise Dimethylsulfoxid, Sulfone einschließlich Sulfolan, Alkoholderivate einschließlich Isopropanol und Alkylalkohole, Etherderivate, Aminoalkohole einschließlich Ethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin, Ketone, Betaine und andere mit Wasser mischbare oder in Wasser lösliche Materialien sowie Mischungen daraus.

Wenn Mischungen aus Wasser und mit Wasser mischbaren oder in Wasser löslichen organischen Materialien als flüssiger Träger der wäßrigen Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten gewählt werden, kann das Verhältnis Wasser zu organischer Komponente in jedem beliebigen wirksamen Bereich liegen und liegt typischerweise im Bereich von etwa 100 : 0 bis etwa 30 : 70 und vorzugsweise im Bereich von etwa 98 : 2 bis etwa 40 : 60 und noch mehr bevorzugt im Bereich von etwa 97 : 3 bis etwa 50 : 50, obwohl das Verhältnis auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Die nicht-wäßrige Komponente des flüssigen Trägers dient im allgemeinen als Feuchthaltemittel oder Lösungsmittel, das einen Siedepunkt über dem von Wasser (100ºC) aufweist. In den wäßrigen Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist der flüssige Träger allgemein in einer Menge von etwa 50 bis etwa 100,0 Gew.-% zugegen, vor zugsweise in einer Menge von 60 bis etwa 98,0 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von etwa 70 bis etwa 95,0 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.

Verschiedene Materialien, Feuchthaltemittel oder Mischungen daraus können für die wäßrigen Tinten und die klaren wäßrigen Flüssigkeiten der vorliegenden Erfindung gewählt werden, vorausgesetzt, deren Aufgaben sind damit lösbar. Wichtige charakteristische Eigenschaften, die im Zusammenhang mit der Auswahl eines geeigneten Materials oder Lösungsmittels stehen, schließen gute Verträglichkeit mit Wasser, gewünschte Dampfdrücke, niedrige Toxizitätseigenschaften, erwünschte intrinsische Viskositäten von beispielsweise weniger als etwa 0,007 Ns/m² (Pa·s), Oberflächenspannungs-Werte, die beispielsweise über 0,025 N/m liegen, ein. Weiter ermöglichen diese Materialien in Wasser das im wesentlichen vollständige Lösen der Farbstoffkomponenten (nur für Tinten).

Einige spezielle Beispiele von organischen Materialien, die für die Tintenzubereitungen und die klaren wäßrigen Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden, schließen ein: Tetramethylensulfon, erhältlich als SulfolaneR, 1,1,3,3-Tetramethylharnstoff, 3-Methylsulfolan, 1, 3-Dimethyl-2-imidazolidon und dergleichen. Bevorzugte Materialien aufgrund der Tatsache, daß sie viele wünschenswerte Eigenschaften besitzen, einschließlich der charakteristischen Eigenschaften einer im wesentlichen niedrigen Toxizität, sind Sulfonderivate wie beispielsweise Sulfolan. Andere Materialien können ausgewählt werden, vorausgesetzt, daß die Aufgaben der vorliegenden Erfindung lösbar sind, einschließlich beispielsweise Formamiden und dergleichen. Die Menge des Lösungsmittels kann im Bereich von 0 bis etwa 50 Gew.-% liegen, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt im Bereich von etwa 1,0 bis 20 Gew.-%.

Bevorzugte Co-Lösungsmittel oder Feuchthaltemittel sind Diole wie beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol usw. oder Triole wie beispielsweise Glycerin (Glycerol), Trimethylolpropan (TMP) und ihre Kondensationsprodukte mit Ethylenoxid und Alkylenoxiden (z. B. Propylenoxid, Butylenoxid usw.), Sulfolan und andere Feuchthaltemittel, wie sie vorher bereits erwähnt wurden.

Das Färbemittel für die wäßrige Tinte, das für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Farbstoff sein. Der Farbstoff ist in jeder beliebigen wirksamen Menge zugegen, typischerweise in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.- %, vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-% und noch mehr bevorzugt in einer Menge von etwa 1,0 bis etwa 7,0 Gew.-%.

Außerdem kann das Färbemittel für die wäßrigen Tintenzubereitungen, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ein Pigment oder eine Mischung aus einem oder mehreren Farbstoff(en) und/ oder einem oder mehreren Pigment(en) sein. Das Pigment kann die Farbe Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Blau, Grün, Braun, Mischungen daraus und dergleichen sein. Beispiele geeigneter schwarzer Pigmente schließen verschiedene Ruße wie beispielsweise Kanalruß, Ofenruß, Lampenruß und dergleichen ein. Gefärbte Pigmente schließen rote, grüne, blaue, braune, magenta-farbene, cyan-farbene und gelbe Teilchen sowie Mischungen daraus ein.

Bevorzugte Pigmente, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind nicht-toxische und im AMES-Test negative Materialien (Ruße und Farbpigmente), die nicht-mutagene und nicht-carcinogene Pigmente aus Sicherheitsgründen einschließen. Beispielsweise ist es erwünscht, Pigmente zu haben, die Ruße und Farbpigmente einschließen, die eine sehr niedrige Konzentration an polyaromatischen Kohlenwasserstoffen aufweisen, von denen bekannt ist, daß sie carcinogen oder mutagen sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können in den Tintenzubereitungen zum Tintenstrahl- Drucken Pigment-Dispersionen verwendet werden, die durch das in der vorliegenden Beschreibung beschriebene Verfahren hergestellt wurden. Derartige Dispersionen für die Herstellung von Pigment-Tinten werden geschaffen, indem man Pigmente mit wenigstens einem Dispergiermittel oder einem dispergierend wirkenden Mittel mischt, das gewählt ist aus anionischen, kationischen, nicht-ionischen Dispergiermitteln, und verträglichen Mischungen daraus (z. B. Mischungen von anionischen und nicht-ionischen Dispergiermitteln, Mischungen aus kationischen und nicht-ionischen Dispergiermitteln), Wasser sowie anderen wahlfreien chemischen Zusätzen. Vorzugsweise ist die Pigment-Teilchengröße in den wäßrigen Tinten oder Dispersionen so klein wie möglich, um die Bereitstellung einer stabilen kolloidalen Suspension der Teilchen in dem flüssigen Träger mit guter Farbfestigkeit zu ermöglichen und ein Verstopfen der Tintenstrahl-Kanäle oder -Düsenöffnungen zu verhindern, wenn die Tinte in einem thermischen Tintenstrahl-Drucker verwendet wird. Mittlere Teilchengrößen liegen allgemein im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 5 um (Mikrometer), vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 3 um und noch mehr bevorzugt im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 1,2 um, obwohl die Teilchengröße außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Eine mehr bevorzugte Pigment-Teilchengröße in den Tinten der vorliegenden Erfindung schließt Teilchen ein, von denen wenigstens 50% der Teilchen eine Größe unter 0,3 um aufweisen, wobei keine Teilchen größer sind als 3,0 um (gemessen auf einer Vorrichtung zur Analyse der Teilchengröße (Particle Size Analyzer) des Typs Hodaka CAPA 700). Noch mehr bevorzugt schließt die Pigment-Teilchengröße der Tinte Teilchen ein, von denen wenigstens 70% der Teilchen eine Größe unterhalb von 0,3 um aufweisen, wobei keine Teilchen größer sind als 1,0 bis 1,2 um. Die Pigmente können mit Ultraschall behandelt, zentrifugiert und filtriert werden, um für die gewünschte Teilchengröße zu sorgen. Das Pigment ist in der Tintenzubereitung in jeder wirksamen Menge zugegen, allgemein in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von etwa 2 bis etwa 10 Gew.-%, und noch mehr bevorzugt in einer Menge von etwa 4 bis etwa 8 Gew.-%.

Das Pigment in den wäßrigen Tinten ist in Wasser mit einem oder mehreren Dispergiermitteln dispergiert. Die Dispergiermittel können solche des anionischen, kationischen und nicht-ionischen Typs sein und sind insbesondere solche ionischen Dispergiermittel, die sowohl ionische Einheiten (die für eine Ionisation in Wasser in der Lage sind) und hydrophobe Einheiten (mit einer Affinität für Pigmente) aufweisen. Der Rest der Dispersion kann nicht-aktive Komponenten wie beispielsweise Wasser, ein Lösungsmittel oder feuchtmachende und chemische Zusätze umfassen. Das mittlere Molekulargewicht des Dispergiermittels liegt allgemein unter 20.000, vorzugsweise unter 13.000 und noch mehr bevorzugt unter 10.000. Die Pigment-Dispersion sollte genug Dispergiermittel enthalten, um die Pigmentteilchen in Wasser und der Tinte zu stabilisieren, jedoch nicht soviel Dispergiermittel, um in nachteiliger Weise die Eigenschaften der Dispersion wie beispielsweise deren Viskosität, Stabilität und optische Dichte zu beeinträchtigen.

Pigment-Dispersionen für wäßrige Pigment-Tinten können hergestellt werden durch Mischen wenigstens eines Dispergiermittels (z. B. eines Produkts aus Formaldehyd und Natriumnaphthalinsulfonat oder eines Produkts eines Aldehyds und eines Derivats eines Naphthalinsulfonsäuresalzes usw.), von Pigment und Wasser in einem Mischer wie beispielsweise in einer Reibmühle, Sandmühle, einem Homogenisator, einer Wirbelmühle (Fluidizer) einschließlich einem Mikrofluidizer, einem Hochgeschwindigkeitsmischer und dergleichen unter Einschluß oder Ausschluß eines wahlfreien Mahlmediums wie beispielsweise Kugeln aus nichtrostendem Stahl, Keramikchips und dergleichen. Die Einstellung eines passenden Verhältnisses Pigment zu Dispergiermittel, wie es vorstehend genannt wurde, und eine passende Zeit des Reibens (Mahlens) ist erforderlich zur Verringerung der Teilchengröße des Pigments unter Schaffung einer geeigneten Pigment-Dispersion.

Andere chemische Zusätze können in den wäßrigen Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ebenfalls zugegen sein. Beispielsweise können oberflächenaktive Mittel bzw. Tenside oder Befeuchtungsmittel der Tinte zugesetzt werden. Diese Zusätze können vom kationischen, anionischen oder nicht-ionischen Typ sein. Diese oberflächenaktiven Mittel und Befeuchtungsmittel sind in Pigment-Tinten oder -Dispersionen in wirksamen Mengen zugegen, allgemein in Mengen von 0 bis etwa 15 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,01 bis etwa 10 Gew.-% und noch mehr bevorzugt in Mengen von etwa 0,02 bis etwa 8 Gew.-%.

Polymere chemische Zusätze können den Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ebenfalls zugesetzt werden, um die Viskosität der Tinte und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten zu erhöhen, einschließlich wasserlöslicher Polymere. Polymere Zusätze können in der Tinte oder in den klaren wäßrigen Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung in Mengen von 0 bis etwa 10 Gew.-% zugegen sein, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,001 bis etwa 8 Gew.-% und noch mehr bevorzugt in Mengen von etwa 0,01 bis etwa 5 Gew.-%.

Andere wahlfreie Zusätze zu den Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schließen Biozide zum Inhibieren des Bakterienwachstums, Zusätze zum Steuern der Penetration (oder Pentriermittel), die in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 15 Gew.-% zugegen sind, den pH-Wert steuernde Mittel, die in einer Menge von 0 bis etwa 10 Gew.-% zugegen sind, vorzugsweise in einer Menge von 0,001 bis etwa 5 Gew.-% und noch mehr bevorzugt in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 4 Gew.-%, ein. Andere wahlfreie Komponenten in den Tinten oder in den klaren wäßrigen Flüssigkeiten schließen Chelatisiermittel ein. Die Konzentration der Komponenten kann variiert werden von etwa 0 bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% in der Tinte.

Andere Beispiele von geeigneten Zusätzen für die Tinte oder die klare wäßrige Flüssigkeit schließen diejenigen ein, die in dem US-Patent Nr. 5,223,026 und in dem US-Patent Nr. 5,207,825 offenbart sind.

Die wäßrigen Tinten und die klaren wäßrigen Flüssigkeiten, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können eine ionische Verbindung enthalten, die von dem Farbstoff verschieden ist und die in dem flüssigen Träger für ein gewünschtes Koppeln mit Mikrowellen zum Trocknen wenigstens teilweise ionisierbar ist. Vorzugsweise wird die ionische Verbindung so gewählt, daß eine relativ geringe Menge in der Tinte vorhanden ist, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erhalten. Beispielsweise ist es bevorzugt, daß die ionische Verbindung einen hohen Dissoziationsgrad in dem wäßrigen flüssigen Träger der Tinte und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten zeigt, da ein höherer Dissoziationsgrad zu einer Präsenz mehr freier Ionen in der Flüssigkeit führt und damit zu einer höheren Leitfähigkeit bei einer gegebenen molaren Menge der ionischen Verbindung führt. Allgemein zeigen bevorzugte ionische Verbindungen einen Dissoziationsgrad von etwa 100%, obwohl auch ionische Verbindungen verwendet werden können, die niedrigere Dissoziationsgrade zeigen.

Allgemein sind ionische Verbindungen, die eine höhere Tinten-Leitfähigkeit pro Gewichtseinheit ionischer Verbindung ermöglichen, die in der Tinte und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten zugegen ist, bevorzugt im Zusammenhang mit der Verwendung von Mikrowellen-Heizeinrichtungen zum Trocknen der Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten. Beispielsweise führen Verbindungen, die Kationen und Anionen mit niedrigem Molekulargewicht enthalten, allgemein zu einer höheren Leitfähigkeit pro Gewichtseinheit der Verbindung, die in der Tinte und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten zugegen ist, als dies ionische Verbindungen schaffen, die Kationen und Anionen mit hohem Molekulargewicht enthalten. So zeigt eine Tinte oder eine klare wäßrige Flüssigkeit, die 1 Gew.-% Lithiumchlorid enthält, eine höhere Leitfähigkeit als eine Tinte, die 1 Gew.-% Kaliumiodid enthält, da die Lithiumchlorid enthaltende Tinte mehr freie Ionen pro Gewichtseinheit enthält als die Kaliumiodid enthaltende Tinte. Ionische Verbindungen, von denen nur eine kleine Menge in der Tinte oder der klaren wäßrigen Flüssigkeit erforderlich ist, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erhalten, sind besonders bevorzugt, wenn die anderen Tinten-Komponenten oder charakteristischen Eigenschaften der Tinte wie beispielsweise der Farbstoff oder die Stabilität einer kolloidalen Pigment-Dispersion in nachteiliger Weise durch die Gegenwart großer Mengen Ionen beeinträchtigt werden können. Die wahlfreie Verwendung der ionischen Verbindung wird vorzugsweise gewählt, um die Löslichkeit der anderen Komponenten zu optimieren.

Die Menge der ionischen Verbindung, die von dem Farbstoff verschieden ist und in der wäßrigen Tinte oder der klaren wäßrigen Flüssigkeit zum Trocknen mit Mikrowellen zugegen ist, kann schwanken. Typischerweise enthält die Tinte etwa 0 bis etwa 20 Gew.-% der von dem Farbstoff verschiedenen ionischen Verbindung. Bei anorganischen und organischen Salzen enthält die Tinte vorzugsweise etwa 0,001 bis etwa 10 Gew.- % und noch mehr bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% der ionischen Verbindung, obwohl die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können, vorausgesetzt, daß die angestrebte Leitfähigkeit zum Trocknen im Rahmen der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Die Menge der ionischen Verbindung, die allgemein zugegen ist, hängt auch ab von der Größe und Valenz der Ionen der Verbindung, der gewünschten Geschwindigkeit des Druckprozesses, der gewünschten Tinten-Leitfähigkeit, der Größe des Bildes in Bezug auf die Dimensionen und der Tinten-Abscheidedichte (Milligramm pro Quadratzentimeter) auf dem Papier, dem Energieniveau der Mikrowellen-Trockenvorrichtung und dergleichen.

Passende Mengen der ionischen Mikrowellen-Kopplungsverbindungen oder -salze sollten in den wäßrigen Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Übermäßig hohe Leitfähigkeiten können jedoch in nachteiliger Weise die charakteristischen Eigenschaften der Tinte insoweit beeinträchtigen, als Farbstoffe in dem flüssigen Träger bei hohen Salzkonzentrationen unlöslich gemacht werden können. Außerdem können bei hohen Leitfähigkeiten durchgehend farbige Bereiche der Bilder aufgrund eines Überhitzens mit Mikrowellen sieden und spritzen.

Wäßrige Tintenzubereitungen, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können geschaffen werden durch Mischen der oben genannten Pigment-Dispersionen mit den oben genannten Lösungsmitteln, Feuchthaltemitteln und anderen Tinten-Zusätzen (oder -Komponenten). Das Mischen kann im Rahmen zahlreicher verschiedener Verfahrensweisen erfolgen, einschließlich Homogenisieren, Behandeln mit Ultraschall, Mikrofluidisieren, mechanisches Mischen, magnetisches Mischen, Hochgeschwindigkeits-Strahlmischen und dergleichen. Der Ultraschall-Behandlungsprozeß oder der Homogenisierprozeß ist bevorzugt, da derartige Verfahrensweisen zu einem homogenen Dispergieren der Pigmentteilchen durch gleichmäßiges Verteilen des Dispergiermittels in der gesamten Pigment-Tinte führen. Ein Mikrofluidisieren kann ebenfalls zur Herstellung der Pigment- Dispersion und der Tinten im großindustriellen Maßstab verwendet werden.

Nach der Bildung der Pigment-Dispersion können Pigment-Tinten, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, durch jedes beliebige Verfahren hergestellt werden, das zur Herstellung von Tinten auf Wasserbasis geeignet ist. Beispielsweise können die Tinten-Komponenten in den gewünschten Mengen gemischt und gerührt werden, bis eine einheitliche Tintenzubereitung dabei herauskommt (typischerweise etwa 30 min. obwohl die Misch-/ Rührzeit länger oder kürzer als diese Zeit sein kann). Obwohl dies nicht erforderlich ist, können die Tinten-Komponenten während des Mischens erhitzt werden, wenn dies erwünscht ist. Im Anschluß an das Mischen und Rühren sowie einem Schritt des Zentrifugierens wird die Tintenzubereitung allgemein filtriert, um festes oder teilchenförmiges Material mit einer Größe über 3,0 um zu entfernen. Es kann auch jedes andere geeignete Verfahren zum Herstellen der Tinten verwendet werden.

Gemäß der Erfindung ist die Oberflächenspannung der wäßrigen Tinten und der klaren wäßrigen Flüssigkeiten größer als 25 mN/m (dyn/cm). Die Viskosität der Tinte oder der klaren wäßrigen Flüssigkeiten ist üblicherweise kleiner als 0,02 Nsm&supmin;². Die wäßrigen Tinten oder die klaren wäßrigen Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen eine exzellente Latenz. Allgemein besitzen die Tinten eine Latenz von wenigstens 10 s, noch mehr bevorzugt in der Größenordnung von 20 s bis mehr als 1.000 s, wobei eine Mindestlatenz von wenigstens 20 s bevorzugt ist, wenn ein Druckkopf mit 236 Spots pro cm verwendet wird.

Die wäßrige Tinte und die klare wäßrige Flüssigkeit werden auf ein geeignetes Substrat in bildartiger Weise aufgebracht. Die Aufbringung der Tinte auf das Substrat kann mit jedem geeigneten Druckverfahren erfolgen, das mit den Tinten auf Wasserbasis verträglich ist, wie beispielsweise mit Pen-Plottern, durch ein Tintenstrahl-Druckverfahren mit kontinierlichem Tintenstrahl, durch ein Tintenstrahl-Druckverfahren unter Ausstoßung von Tropfen auf Anforderung (einschließlich eines piezoelektrischen, akustischen und thermischen Tintenstrahl-Druckverfahrens) oder dergleichen. Es können Tintenstrahl-Druckprozesse mit einem Durchgang sowie mit mehreren Durchgängen oder ein Checkerboarding-Tintenstrahl- Druckverfahren verwendet werden, um auf dem Substrat farbige und/oder schwarze Bilder zu erzeugen. Das Checkerboarding-Verfahren in Kombination mit Heiß- und Verzögerungstechniken ist bevorzugt. Die Hitze kann auf das Substrat mittels jeder bekannten Aufheizvorrichtung aufgebracht werden, einschließlich eines erhitzten Bandes, einer Platte, einer Walze, einer Lampe, einer Strahlungs-Heizvorrichtung, einer Mikrowellen-Heizvorrichtung, Laserdioden und dergleichen, und zwar mit oder ohne die Unterstützung von Vakuum und/oder heißer Umluft. Vorzugsweise werden Mikrowellen-Heizvorrichtungen verwendet, wenn man den ionischen Tintenzusatz einsetzt. Geeignete Tintenstrahl-Drucker, die Mikrowellen-Trockner verwenden, schließen diejenigen ein, die in dem US-Patent Nr. 5,220,346 (Carreira et al.) offenbart wurden; der Gegenstand dieses Patents wird durch die Inbezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung übernommen.

Die Tintenstrahl-Druckprozesse und die Zubereitungen von wäßrigen Tinten und den klaren wäßrigen Flüssigkeiten, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können einen breiten Umfang und eine große Zahl von Varianten aufweisen. Die folgenden Beispiele werden nur für Zwecke der Veranschaulichung angegeben.

Beispiele

In den Beispielen I, 11, III und 1 V wird ein Hewlett Packard HP-1200 C (registrierte Marke)- Farb-Thermo-Tintenstrahl-Tintendrucker verwendet. Ein Substrat wird (unter Verwendung von Heizstrahlern) während des Druckens entweder mit oder ohne Checkerboarding-Mode erhitzt. Druckeinstellungen wie beispielsweise (a) die Paper-fast-Einstellung (einzelner Durchlauf ohne Checkerboarding; PF); (b) High Quality-Einstellung (Checkerboarding und Heizen im HQ-Mode); und (c) Normaleinstellung (Checkerboarding und Heizen, N-Mode) werden zum Drucken einer großen, farbig voll ausgefüllten Fläche (20,4 · 25,8 cm) auf einem Blatt Papier mit den Maßen 21,6 · 27,9 cm bei vier das Farbbild umgebenenden weißen Kanten verwendet. Schwarze und Farbtinten (Carbon Black-Tinte, cyan-farbene Tinte, magenta-farbene Tinte und gelbe Tinte) der Bezeichnung Hewlett Packard HP-1200 C sowie wäßrige Tinten (cyan-farbene Tinte, magenta-farbene Tinte und gelbe Tinte) der Bezeichnung CH 3 Color Set, neue Tinten und eine klare wäßrige Flüssigkeit wurden bei den Demonstrationen der vorliegenden Erfindung verwendet. Verschiedene glatte Papiere mit unterschiedlicher Beschichtung, unterschiedlichem Papiergewicht und unterschiedlichem Herstellungsverfahren (alkalisches Herstellungsverfahren oder saures Herstellungsverfahren) wurden verwendet. Nach der Aufbringung von Wasser ließ man die Papiere mit oder ohne durch ein Tintenstrahl-Verfahren gedrucktes Bild wenigstens über Nacht trocknen, bevor man die Welligkeitseigenschaften maß.

Papierwelligkeits-Daten wurden erhalten als Daten des Welligkeitsradius, der mittleren Papierhöhen der vier Ecken eines Papiers und der mittleren Papierhöhe nahe dem Zentrum der langen Seite eines Papiers (Zentrum der 27,9 cm langen Seite des Papiers). Der Welligkeitsradius wurde erhalten durch das Freihänge-Verfahren. Eine Papierklammer wurde in der Mitte eines Papiers (auf der kurzen, 21,6 cm langen Seite) befestigt, die vermessen werden sollte, und man ließ das Papier frei in der Luft hängen. Die Krümmung des Papiers aufgrund der Welligkeit wurde bestimmt durch Anpassen der Papierwelligkeits-Form nahe an die Kante einer Schablone, die Biegungen eines bekannten Biegungsradius aufwies. Eine große Zahl des Welligkeitsradius zeigt eine geringe Papierwelligkeit an.

Die mittlere Eckenhöhe des Papiers wurde bestimmt, indem man ein mit einem Tintenstrahl- Tinten-Bild bedrucktes Bild oder ein mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit bedrucktes Bild auf eine flache Fläche legte; die Summe der Höhen der vier Ecken wurde bestimmt, und die Zahl wurde durch vier geteilt. Eine große Zahl der mittleren Höhe der Ecken des Papiers gibt ein starkes Welligkeitsproblem des Papiers an (alle mit "A" bezeichneten Fälle in den Tabellen 11 und III). Eine kleine Zahl der mittleren Papierhöhe gibt eine geringe Papierwelligkeit an (was erwünscht ist; alle Fälle "B" in den Tabellen 11 und III). In ähnlicher Weise wurde auch die mittlere Höhe des Zentrums des Papiers bestimmt, mit der Ausnahme, daß die zentralen Höhen der langen Seiten (die 27,9 cm lange Seite eines Papiers mit dem Format 21,6 cm · 27,9 cm) eines Papiers gemessen und gemittelt wurden. Eine kleine Zahl steht für eine geringe Welligkeit.

Beispiel I

Papierwelligkeit wurde ausgebildet, indem man eine durchgehend farbige Fläche auf Papieren entweder mit Wasser oder mit einer Wasser umfassenden Tinte druckte. Eine klare wäßrige Flüssigkeit, die Wasser und eine geringe Menge (0,01%) eines oberflächenaktiven Mittels bzw. Tensids (IgepalR CO-630) umfaßte, wurde hergestellt. Die klare wäßrige Flüssigkeit hatte eine Oberflächenspannung von 0,0335 N/m (33,5 dyn/cm) bei Raumtemperatur. Die klare wäßrige Flüssigkeit wurde in eine gereinigte und leere HP-1200 C-Cyan- Tintenpatrone zum Drucken gefüllt, um die Wirkung von Wasser auf die Papierwelligkeit zu demonstrieren (Tabelle I). Einige glatte Papiere wurden mit der klaren wäßrigen Flüssigkeit unter Verwendung eines HP-1200 C-Druckers im High Quality-Mode (HQ- Mode) bedruckt. Beim HQ-Mode kommt Hitze und das Checkerboarding-Verfahren (Partialton-Drucken) während des Druckens zur Anwendung. Die Papierwelligkeit ist beim Drucken im HQ-Mode weniger schlimm als beim Drucken im Paper-fast-Mode, bei dem die Tinte auf das Papier in einem einzigen Schub zum Drucken der durchgehenden farbigen Fläche aufgebracht wird. Selbst beim bevorzugten HQ-Mode wird Papierwelligkeit beobachtet, die durch das Aufdrucken einer klaren wäßrigen Flüssigkeit oder einer Tintenstrahl-Tinte hervorgerufen wurde, die Wasser umfaßt (siehe Tabellen I, II und III). Die Papierwelligkeit kann durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden (siehe Tabellen I, II, III und 1V).

Tabelle I Papierwelligkeit, erzeugt durch Drucken einer farbig durchgehenden Fläche auf Papieren mit Wasser

Anmerkungen:

Welligkeit: die Welligkeit ist eine Welligkeit in Richtung auf das Bild;

Tropfenmasse = SS ng/Tropfen;

RH = 34%;

HQ = High Quality-Einstellung

Dieses Beispiel zeigt, daß ein Drucken mit Wasser zur Papierwelligkeit führt. Hammermill und Gilbert Bond sind Marken.

Beispiel 11

Ein Satz wäßriger Farbtinten der Bezeichnung CH 3 (CH 3-Cyan-Tinte, CH 3-Magenta- Tinte und CH 3-Gelb-Tinte) wurden hergestellt und in Papierwelligkeits-Untersuchungen verwendet. Die Zusammensetzungen dieser Tinten (angegeben in Gew.-%) sind nachfolgend gezeigt:

(1) CH 3-Cyan-Tinte: Project-Cyan-Farbstoff (Firma ICI; 10%iges flüssiges Farbstoffkonzentrat, 35,0% Feststoffe), Butylcarbitol (10,0%), N-Cyclohexylpyrrolidinon (2,0%), Sulfolan (15,0%), Polyethlyenoxid (0,07%) und Wasser (Rest).

(2) CH 3-Magenta-Tinte: Mitsubishi-Magenta-Farbstoff (4,0%), Butylcarbitol (10,0%), N-Cyclohexylpyrrolidinon (2,0%), Sulfolan (15,0%), Polyethlyenoxid (0,05%) und Wasser (Rest).

(3) CH 3-Gelb-Tinte: Project-Gelb-Farbstoff 1 G (4,0%), Butylcarbitol (10,0%), N- Cyclohexylpyrrolidinon (2,0%), Sulfolan (15,0%), Polyethlyenoxid (0,03%) und Wasser (Rest).

Ein Drucken von durchgehenden Farbflächen mit diesen Tinten auf einer Seite eines Papiers führte zur Bildung von Papierwelligkeit, die durch die vorliegende Erfindung minimiert werden kann.

Hewlett Packard HP-1200 C-Tintenstrahl-Tinten (cyan-farbene Tinten, magenta-farbene Tinten, gelbe Tinten und eine Rußpigment-Tinte) wurden auch zum Drucken farbig durchgehender Flächen zur Erzeugung von Papierwelligkeit verwendet. Diese wird signifikant durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verringert.

Verschiedene wäßrige Tinten und klare wäßrige Flüssigkeiten wurden auf verschiedenen glatten Papieren mit einem HP-1200 C-Thermo-Tintenstrahl-Drucker gedruckt, und die gedruckten Proben wurden zumindest über Nacht unter Laborbedingungen getrocknet, um zu ermöglichen, daß die Papiere ein Gleichgewicht erreichten.

Die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung, die Wasser und eine geringe Menge (0,01%) von Tensiden (Igepal (Marke) CO-630) einschloß, wurde zum Bedrucken der Rückseite eines Papiers verwendet, das vorher im Rahmen eines thermischen Tintenstrahl-Verfahrens mit einer wäßrigen Tinte (z. B. HP-1200 C-Tintenstrahl-Tinte) bildmäßig bedruckt worden war; beim Altern zeigte das Papier Welligkeit. Die Ergebnisse der Verringerung der Welligkeit für das Rückseiten-Drucken der Papiere, die Tintenstrahl- Bilder (Vorderseite) enthielten, unter Verwendung einer klaren wäßrigen Flüssigkeit sind in den Tabellen 11 und III gezeigt. In allen Fällen mit der Bezeichnung "A" (z. B. 1A, 2A, 3A usw.) wurde die Papierwelligkeit erzeugt durch Aufdrucken einer Tintenstrahl-Tinte auf nur eine Seite des Papiers, dem nur ein Trocknen an der Luft unter Umgebungsbedingungen folgte. Alle Papiere zeigten Papierwelligkeit bei verschiedenen Werten nach dem Drucken und Altern unter Laborbedingungen. Verschiedene Grade der Welligkeit wurden in Abhängigkeit von der Art der Tinte, des Papiers und der Art des Druckens beobachtet. Im schlechtesten Fall formte das mit einem Bild bedruckte Papier ein zusammengerolltes Rohr oder eine Rolle (in einem schlimmen Fall), was dann zur Nicht-Meßbarkeit führte. Nach dem Bedrucken auf der Rückseite der mit einem Bild beaufschlagten Papiere mit der klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung (gezeigt in Beispiel 1V; alle Fälle mit der Bezeichnung "B" in den Tabellen 11 und 1 V) und Trocknen wurde eine signifikante Verringerung der Papierwelligkeit in allen Fällen beobachtet (alle Fälle mit der Bezeichnung "B", z. B. 1B, 2B, 3B usw.). Die Ergebnisse sind in den Tabellen 11 und III gezeigt. Die Daten zeigen deutlich, daß eine klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam dazu verwendet werden kann, die Papierwelligkeit zu minimieren, ohne vorher erzeugte Bilder zu stören.

Tabelle 11 Verringerung der Papierwelligkeit durch Bedrucken vorher mit einem Bild versehener Papiere auf der Rückseite mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung

Anmerkungen:

** = erster Druck mit einer wäßrigen Tinte/Rückseiten-Druck mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit oder Tinte;

RH = 30%;

Druck auf der Rückseite mit Wasser (klare wäßrige Flüssigkeit);

Oberflächenspannung 0,0335 N/m;

PF = Papier-Schnelldurchlauf; Einstellung für einen Durchlauf mit Erhitzen;

HQ Wgh Quality-Einstellung (Erwärmen und Checkerboarding);

* = Ruß-Tinte;

+ = nur Wasser im ersten Druck

Die Angabe "keine" in der 5. Spalte bedeutet, daß es kein Bedrucken auf der Rückseite gab.

Tabelle III Verringerung der Papierwelligkeit durch Bedrucken vorher mit einem Bild versehener Papiere auf der Rückseite mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung

Anmerkungen:

* = erster Druck mit einer wäßrigen Tinte/Rückseiten-Druck mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit oder Tinte;

RH = 30%;

Druck auf der Rückseite mit Wasser (klare wäßrige Flüssigkeit);

Oberflächenspannung 0,0335 N/m;

PF = Papier-Schnelldurchlauf; Einstellung für einen Durchlauf mit Erhitzen;

HQ = High Quality-Einstellung (Erwärmen und Checkerboarding);

N = Normal-Einstellung unter Erwärmen;

Rot ist eine zusammengesetzte Farbe, die magenta-farbene und gelbe Tinten umfaßt;

In allen mit "B" bezeichneten Fällen wurden die auf der Vorderseite bedruckten Papiere auf der Rückseite mit einer Wasser umfaßenden Flüssigkeit bedruckt, um die Welligkeit zu verringern.

GP Pensacolola ist eine Marke.

Beispiel III

Ein Bedrucken farbig durchgehender Flächen auf glattem Papier mit einer Tintenstrahl-Tinte führte zur Bildung unerwünschter Papierwelligkeit beim Liegenlassen. Durch Bedrucken der Rückseite der auf der Vorderseite mit einem Bild bedruckten Papiere (die vorher mit einem thermischen Tintenstrahl-Druckverfahren bildmäßig bedruckt worden waren, wofür wenigstens eine wäßrige Tintenstrahl-Tinte verwendet wurde) mit einer wäßrigen Tintenstrahl-Tinte (z. B. der Tinte CH 3 Magenta, der Tinte CH 3 Cyan, den Tinten HP- 1200 C usw.), die Wasser umfaßten, wurde die Papierwelligkeit signifikant reduziert. Die Verringerung der Papierwelligkeit ist möglicherweise zurückzuführen auf die Verringerung der Spannungsdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Papiers, die durch das Wasser in den wäßrigen Tinten hervorgerufen wird. Dieses Beispiel zeigt in vielen Fällen (Fälle 1, 4 und 5), daß die Verringerung der Welligkeit erreicht wird durch Bedrucken der Rückseite eines mit einem Bild bedruckten Papiers mit einer wäßrigen Tintenstrahl-Tinte (entweder mit derselben Tinte (Fall 2) oder mit einer unterschiedlichen Tinte (in allen anderen Fällen), bezogen auf die erste Druck-Tinte), die Wasser umfaßte. Die Farbtinten-Zusammensetzung und die Art des Druckens kann entweder die gleiche oder kann eine unterschiedliche sein, betrachtet man die erste Druck-Tinte und die zweite Druck-Tinte. Ein Bedrucken der Rückseite eines auf der Vorderseite mit einem Bild versehenen Papiers (Duplex- bzw. doppelseitiges Drucken; Duplex ist eine Marke) kann mit jedem gewünschten Muster durchgeführt werden, einschließlich eines Teilton-Druckens (1/4-Ton, 1/2-Ton, Text, Graphik usw.) und Vollton-Druckens (farbig durchgehende Fläche), solange die Verringerung der Papierwelligkeit gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird. In diesem Beispiel erfolgte ein Bedrucken der Rückseite mit einem Vollton-Bild (Bedrucken mit einer farbig durchgehenden Fläche), um einen schlechten Fall für Demonstrationszwecke zu simulieren. Die klare wäßrige Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wurde bei dieser Demonstration nicht verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 V gezeigt. Eine Tinte, von der bekannt ist, daß sie beim einseitigen Drucken Papierwelligkeit verursacht (bezeichnet mit "*"), ergibt keine starke Papierwelligkeit beim zweiseitigen Tintenstrahl- Drucken (Duplex-Tintenstrahl-Drucken). Ein doppelseitiges bzw. Duplex-Tintenstrahl- Drucken - so wurde gezeigt - ist wünschenswert nicht nur um den Verbrauch von Papier einzusparen, sondern verringert auch die Papierwelligkeit, wie in diesem Beispiel demonstriert wird. Ein Tintenstrahl-Drucken auf den Substraten wurde entweder in der Checkerboarding-Einstellung (z. B. HQ = High Quality-Checkerboarding-Einstellung) oder in der Einstellung mit einem Durchgang (z. B. PF = Papier-Schnelldurchgangs-Einstellung) durchgeführt.

Tabelle IV Verringerung der Papierwelligkeit durch Bedrucken vorher mit einem Bild versehener Papiere auf der Rückseite mit einer klaren wäßrigen Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung

Anmerkungen:

Dieses Beispiel veranschaulicht, daß ein Bedrucken der Rückseite mit einer Tintenstrahl- Tinte signifikant die Welligkeit verringert.

PF = schneller Papierdurchgang, Einstellung mit Einzeldurchgang unter Erwärmen;

HQ = High Quality-Einstellung (Erwärmen und Checkerboarding);

N = Normal-Einstellung unter Erwärmen;

* = wie beim einseitigen Drucken mit der ersten Tinte, die mitunter die Bildung starker Papierwelligkeit beim Liegenlassen unter Bildung einer Rolle verursacht.

Die Welligkeit kann durch Bedrucken der Rückseite mit einer Wasser umfassenden Tinte verringert werden. Das Sybol "/" zeigt ein Drucken mit einer zweiten Tinte, die Einstellung beim Drucken und die Verringerung der Welligkeit für die Verwendung einer wäßrigen Tintenstrahl-Tinte beim Bedrucken der Rückseite an. Dieses Beispiel ist ein Wiederholen des Prozesses zum einseitigen Tintenstrahl-Drucken zum Erhalt sichtbarer Bilder auf beiden Seiten eines Substrats bei verringerter Welligkeit.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Reduzieren der Welligkeit beim Tintenstrahl-Drucken, umfassend

(a) das Aufbringen einer ein Färbemittel aus Farbstoff oder Pigment zur Schaffung eines sichtbaren Bildes und Wasser sowie wenigstens eine der nachfolgend genannten Komponenten umfassenden wäßrigen Tinte in bildartiger Weise auf eine Seite (5) eines Substrats:

- ein Feuchthaltemittel, ein die Welligkeit verhinderndes Mittel, ein Biozid, ein pH-Puffer-Mittel, einen Oxidationsinhibitor, ein Antikogiermittel, ein Antilocking-Mittel, ein Penetriermittel, ein Blasen-Nukleierungshilfsmittel, ein Mikrowellen-Kopplungsmittel oder -salz, ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid, ein Dispergiermittel oder ein wasserlösliches Polymer;

(b) das Aufbringen wenigstens einer klaren wäßrigen Flüssigkeit auf die gegenüberliegende Seite (6) des Substrats, wobei die klare wäßrige Flüssigkeit kein Färbemittel aus Farbstoff oder Pigment aufweist und Wasser und Komponenten umfaßt, die dieselben sind wie die Komponenten der wäßrigen Tinte, die vorher in bildartiger Weise auf die eine Seite (5) des Substrats aufgetragen wurde; und

(c) gegebenenfalls das Erhitzen des Substrats durch Heizmittel (2; 3) in einer Stufe vor, während oder nach dem Aufbringen der wäßrigen Tinte und der klaren wäßrigen Flüssigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat einfaches oder beschichtetes Papier umfaßt und das Tintenstrahl-Drucken kontinuierliches Tintenstrahl-Drucken oder Tintenstrahl-Drucken unter Bildung von Tropfen auf Anforderung umfaßt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die klare wäßrige Flüssigkeit auf das Substrat in bildartiger Weise in einem Muster aufgebracht wird, das das gleiche ist wie dasjenige, das auf die eine Seite (5) des Substrats aufgebracht wurde.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die klare wäßrige Flüssigkeit auf das Substrat unter Schaffung einer vollständigen festen Bedeckung der Fläche aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die wäßrige Tinte und/ oder die klare Flüssigkeit auf das Substrat in bildartiger Weise durch ein thermisches Tintenstrahl- Druckverfahren unter Anwendung einer Ein-Durchgangs-Verfahrensweise oder einer Schachbrettmuster-Verfahrensweise entweder in Gegenwart oder in Abwesenheit von Wärme aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Substrat ein geschnittenes Blatt Papier oder eine kontinuierliche Papierlage umfaßt und die Aufbringung der klaren wäßrigen Flüssigkeit auf die andere Seite (6) des Substrats nach dem Aufdrucken der wäßrigen Tinte auf die eine Seite (5) des Substrats durchgeführt wird.







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