專利名稱：噴墨打印的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于噴墨打印的設(shè)備和方法，其中含有懸浮物質(zhì)的液體被強(qiáng)迫或受氣壓作用通過具有非常小直徑的管子或開孔。
在噴墨打印中，通常是將油墨以一定的圖形涂敷到如紙張、標(biāo)簽、一種物體的表面等基材上。油墨在高速度下被強(qiáng)制通過一個(gè)噴嘴或噴頭，在噴嘴或噴頭以外經(jīng)過短距離穿過環(huán)境氛圍到達(dá)基材。油墨在基材上形成的圖形由噴射油墨的噴嘴或噴頭中的小開孔的構(gòu)型所確定。
推進(jìn)油墨的力由帶壓力的氣體來提供，典型的是壓縮空氣。氣體從一個(gè)氣源，例如保持帶壓力氣體的罐或圓筒，被送入到一條管線或管子的一端，而管線或管子的另一端與噴嘴或噴頭相連。
現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)表現(xiàn)出操作人員到目前為止不得不忍受的一些操作缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是噴嘴周期性地被堵塞，需要將系統(tǒng)關(guān)閉并清理被堵塞的噴嘴或用未被堵塞的噴嘴進(jìn)行更換。當(dāng)系統(tǒng)被關(guān)閉以清理或更換被堵塞的噴嘴時(shí)，這一缺點(diǎn)明顯地使系統(tǒng)不能操作。由于噴嘴僅僅是被逐漸堵塞的，使得打印到基材上圖形的清晰度和分辨率逐漸降低，這一缺點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致一定比例的噴墨打印產(chǎn)品僅以普通的質(zhì)量打印出。
克服這一缺點(diǎn)的典型方法是在輸送載體、濃縮物、氣體和/或油墨/氣體混合物的管線上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)過濾器。然而，這只是將堵塞的地點(diǎn)從噴嘴轉(zhuǎn)移到過濾器，因此仍需要周期性地關(guān)閉系統(tǒng)對(duì)一個(gè)或多個(gè)的過濾器進(jìn)行清理或更換。
另一個(gè)缺點(diǎn)是在操作過程中，為達(dá)到滿意打印所需載體的消耗量增加。噴墨打印系統(tǒng)通常包括用于監(jiān)測(cè)油墨粘度的器具，及當(dāng)油墨的粘度過度增加時(shí)用于增加打印系統(tǒng)中相對(duì)于濃縮物量的載體用量的器具，因而努力確保油墨的粘度保持足夠低以使得油墨可以自由地流動(dòng)和按要求打印。通常的噴墨打印系統(tǒng)常消耗越來越多的載體，因?yàn)樵谑褂眠^程中油墨粘度會(huì)逐漸增加，直到過濾器或噴嘴都被堵塞或者油墨太粘而不能進(jìn)行滿意的操作為止。
因此在本領(lǐng)域仍然需要解決噴嘴和/或過濾器被堵塞問題以及在系統(tǒng)操作過程中載體的過量消耗問題的方法。這些問題在液態(tài)載體含有分散在其中的可堵塞系統(tǒng)的物質(zhì)的其它一些設(shè)備中也存在，用于解決這些問題的方法同樣適用于這樣的情況。
本發(fā)明的一方面是一種噴墨打印的方法，其包括(A)通過一條末端有開孔的進(jìn)料線加入氣體；(B)向該進(jìn)料線中加入含有至少一種在與水接觸時(shí)其粒度會(huì)增加的組分的油墨濃縮物；(C)向該進(jìn)料線中加入一種在與該油墨濃縮物結(jié)合時(shí)可形成油墨的載體；(D)在該進(jìn)料線中將該油墨濃縮物和該載體相結(jié)合形成油墨；和(E)向該進(jìn)料線施加足夠壓力用于從所述開孔噴出該油墨；其中該氣體和該載體不包含水或包含不足以引起粒度增加的總水含量。
本發(fā)明的另一方面是一種用于噴墨打印的設(shè)備，其包括(a)包含氣體的氣體源；(b)包含其中含有至少一種在與水接觸時(shí)粒度會(huì)增加的組分的油墨濃縮物的油墨濃縮物源；(c)包含在與該油墨濃縮物結(jié)合時(shí)可形成油墨的載體的載體源；(d)與該氣體源連接的端部有開孔的進(jìn)料線，該氣體可以通過該進(jìn)料線從該氣體源流向該開孔；(e)將該油墨濃縮物源和該載體源連接到該進(jìn)料線的管線；和(f)用于以可控方式從該氣體源輸送氣體通過該進(jìn)料線，在管線內(nèi)將該油墨濃縮物和該載體結(jié)合形成油墨并從該開孔排出該油墨的器具，其中該氣體和該載體不包含水或包含不足以引起粒度增加的總水含量。
根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，有可能采用這一方法和設(shè)備進(jìn)行噴墨打印而無需在從連接氣體源、油墨濃縮物源和載體源到開孔的任何管線上設(shè)置任何過濾器。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，油墨濃縮物含有與水接觸時(shí)粒度增加并傾向于形成凝膠的硝化纖維素。不含水或含水量最高為4.0ppm或0.0004wt％的氮?dú)鉃閮?yōu)選的氣體。
應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明所說的“水”包括任何物理狀態(tài)的水，包括水蒸汽。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在噴墨打印系統(tǒng)中，油墨濃縮物包含一個(gè)或多個(gè)組分，這些組分在與水(即水蒸汽或液態(tài)水或不常見的固態(tài)水)接觸時(shí)粒度增加，上述問題可以通過采用不含水或累計(jì)僅含有少量水，如最多60.0ppm(0.0060wt％)水的組分用于油墨的形成和噴射加以解決。上述的粒度增加不是由于具體某種原因；因此取決于組分，與水接觸增加粒度可能是由于凝膠的形成，由于絮凝或附聚作用，或由于低聚反應(yīng)或聚合反應(yīng)，或由于其它一些導(dǎo)致濃縮物或油墨中粒度增加的化學(xué)反應(yīng)的觸發(fā)。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)是意料不到的，特別是在現(xiàn)有技術(shù)中已教導(dǎo)為了克服堵塞問題，將進(jìn)料氣與有意識(shí)引入的水相結(jié)合。
適合的氣體包括氮?dú)狻鍤夂推渌鼘?duì)載體和油墨的組分呈惰性的氣體，以及這些氣體的混合物。
氣體例如其中不含水或者僅僅含水量最多為4.0ppm或0.0004wt％的氮?dú)馐莾?yōu)選的并以已經(jīng)具有所要求的低含水量的形式商購(gòu)(如購(gòu)自Praxarir,Inc)。或者也可以采用供貨時(shí)含有高于所指定的最大水含量的氣體，只要該氣體在與油墨濃縮物接觸之前要進(jìn)行預(yù)處理以除去所有的水分或除去至少足夠多的水分，以使得處理后的氣體和載體中總含水量不大于0.0060wt.％。適合的處理方法包括物理和化學(xué)吸附，和冷阱。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，油墨濃縮物也應(yīng)當(dāng)含很少的水或不含水，使得氣體、載體和濃縮物中的總含水量不超過0.0060wt.％，但是，實(shí)際上，濃縮物中的在水接觸時(shí)粒度會(huì)增加的組分早已發(fā)生了相互作用，使得濃縮物早已達(dá)到那一低水含量。
該油墨部分地含有功能性組分如樹脂(該樹脂在基材上固化或干燥而形成最終的相對(duì)永久的圖形)、色料、增稠劑、懸浮劑、增塑劑等。合適組分的屬性和選擇及其用量在本領(lǐng)域是公知和常規(guī)性的。油墨通常含有一種可固化樹脂，優(yōu)選為硝化纖維素(硝化纖維素是與水接觸時(shí)粒度增加的油墨組分的例子)。
該油墨還進(jìn)一步含有一種液態(tài)載體，油墨的其它組分溶解或懸浮在該載體中。該載體也應(yīng)當(dāng)不含水或者優(yōu)選包含最多55ppm或0.0055wt.％的水(應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，由于氣體和載體中的總水含量應(yīng)當(dāng)不足以引起油墨中粒度的增加，故氣體和載體中的總水含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0ppm或0.0060wt％)。
該載體應(yīng)當(dāng)是一種液體，由一種或多種組分構(gòu)成。該載體不應(yīng)當(dāng)與油墨中的任一組分反應(yīng)，該油墨中的每一組分都可溶解或懸浮于該載體中。該載體應(yīng)當(dāng)具有足夠的揮發(fā)性使得該載體在大氣壓下幾秒鐘或更短的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)，因此當(dāng)油墨被噴射到基材上時(shí)，該載體快速離開而使油墨圖形保留下來。合適的載體包括任何通常用于噴墨打印系統(tǒng)的載體，通常包括一種揮發(fā)性有機(jī)溶劑的混合物。
在一個(gè)典型的噴墨打印設(shè)備中，一個(gè)氣源如罐或圓筒用于向端部有開孔的管線中提供帶壓氣體。該管線可以原樣使用，但常常是將開孔與打印噴嘴或噴頭例如一個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)開孔排列的打印噴嘴和噴頭相連接，這些開孔可確定由油墨通過其噴射到基材上形成的圖形(該圖形任選可由操作者以可控方式改變)。通常壓力為大約1-20巴。
由油墨中除載體外的其它組分(但通常包括少量的液態(tài)載體以改善濃縮物的流動(dòng)性)組成的濃縮物，和載體分別存于各自獨(dú)立的容器中，每個(gè)容器通過管線與輸送上述氣體到油墨噴嘴或噴頭的氣體進(jìn)料線相連接。優(yōu)選的是，氣體進(jìn)料線在油墨濃縮物源和載體源的上游分成兩條支線，油墨濃縮物和載體分別流經(jīng)各自的支線，這兩條支線在油墨濃縮物源和載體源的下游再合并成一條連接到開孔、打印噴嘴或噴頭的進(jìn)料線?；蛘?，油墨濃縮物和載體分別流經(jīng)各自的管線(這兩條管線合并成油墨管線)，然后進(jìn)入裝載氣體的進(jìn)料管線。
優(yōu)選的是，還備有一個(gè)腔室例如一個(gè)混合罐，上述兩條進(jìn)料支線將油墨濃縮物和載體分別送入該腔室。特別是當(dāng)該混合罐裝有一個(gè)攪拌器時(shí)，在混合罐中油墨濃縮物和載體可以得到充分的混合。然后單條管線將在此腔室中形成的油墨送到在進(jìn)料線的末端的開孔。腔室中可裝配一個(gè)粘度檢測(cè)器及對(duì)于檢測(cè)到的粘度值的有關(guān)控制響應(yīng)，以便通過另加載體調(diào)節(jié)油墨的粘度，并在需要時(shí)使送到進(jìn)料線的末端的油墨具有合適粘度。
用于輸送氣體通過進(jìn)料線和將油墨從進(jìn)料線的末端開孔排出的壓力可完全由氣體源提供，因此帶壓氣體流經(jīng)進(jìn)料線將油墨濃縮物和載體送到進(jìn)料線和混合罐中(如果該混合罐存在的話)?；蛘咭部梢灾苯酉蛴湍珴饪s物源、載體源和/或混合罐中加壓。
設(shè)置閥門和控制設(shè)施(手動(dòng)或自動(dòng))，以便根據(jù)需要，將氣體以可控方式和優(yōu)選間歇地輸入系統(tǒng)中，其流速和壓力足以輸送油墨濃縮物和載體到進(jìn)料線中，并通過打印噴嘴將如此形成的油墨送到基材上。然而，如果油墨濃縮物和/或載體通過各自的壓力源送加料線中，在這樣的位置也可設(shè)置合適的閥門和控制設(shè)施。
因此油墨濃縮物和載體通過“在線”混合，“在線”是指進(jìn)料線或在氣體源和進(jìn)料線末端開孔之間的與進(jìn)料線存在流體連通的任何混合罐或其它腔室。所述油墨濃縮物典型地由載體以約3∶1至約6∶1的倍數(shù)(載體∶濃縮物，體積比)稀釋。
本發(fā)明具有很多的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在噴嘴處或系統(tǒng)內(nèi)的其它處的堵塞現(xiàn)象減少或消除了。事實(shí)上堵塞現(xiàn)象的消除可以達(dá)到將此處所述各種管線中的過濾器去掉的程度。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是載體的消耗量降低。不被特定的理論所束縛，但這一現(xiàn)象相信是由于以下的事實(shí)即由水引起的油墨中組分粒度的增加不再發(fā)生，也就不再需要向油墨中另加載體以補(bǔ)償在別處受到抱怨的粘度的增加。因此每單位體積載體的噴墨打印操作數(shù)目(如打印件的數(shù)目)大大增加。
采用本發(fā)明的噴墨打印機(jī)在兩個(gè)不同的地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。在每一個(gè)測(cè)試中都沒有發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。基本上達(dá)到了意料不到的和顯著的載體節(jié)約。
測(cè)試結(jié)果見隨后的表中，表格的各列從左向右分別表示測(cè)試地點(diǎn)、所用載氣、總的打印件數(shù)、以毫升計(jì)總的載體消耗量、每毫升載體的打印件數(shù)。地點(diǎn)A的測(cè)試1采用相同的打印機(jī)對(duì)壓縮空氣和氮?dú)膺M(jìn)行比較試驗(yàn)，地點(diǎn)在食品廠(地點(diǎn)A)，打印糖果塊包裝材。在此處，室溫通過空調(diào)設(shè)定為22℃。
下表1顯示測(cè)試結(jié)果。
表1
通過比較表1中的結(jié)果，當(dāng)采用氮?dú)庾鳛檩d氣代替壓縮空氣時(shí)每毫升載體的打印數(shù)增加約19％。地點(diǎn)B的測(cè)試2采用相同的打印機(jī)對(duì)壓縮空氣和氮?dú)膺M(jìn)行比較試驗(yàn)，地點(diǎn)在酒精飲料廠(B)，在此處，對(duì)室溫不進(jìn)行控制。
下表2顯示測(cè)試結(jié)果。
表2
通過比較表2中的結(jié)果，當(dāng)采用氮?dú)庾鳛檩d氣代替壓縮空氣時(shí)每毫升載體的打印數(shù)增加約47％。
權(quán)利要求
1．一種噴墨打印的方法，其包括(A)通過一條末端有開孔的進(jìn)料線加入氣體；(B)向該進(jìn)料線中加入含有至少一種在與水接觸時(shí)其粒度會(huì)增加的組分的油墨濃縮物；(C)向該進(jìn)料線中加入一種當(dāng)與該油墨濃縮物結(jié)合時(shí)可形成油墨的載體；(D)在該進(jìn)料線中將該油墨濃縮物和該載體相結(jié)合形成油墨；和(E)向該進(jìn)料線施加足夠壓力以從所述開孔噴出該油墨；其中該氣體和該載體不包含水或包含不足以引起所述粒度增加的總水含量。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其中的氣體是氮?dú)狻?br>
3．按照權(quán)利要求1的方法，其中的油墨濃縮物包含硝化纖維素。
4．按照權(quán)利要求1的方法，其中在該載體和該油墨濃縮物加入所述加料線中的那一位置的下游在加料線上設(shè)置一個(gè)腔室，該腔室包括用于檢測(cè)腔室中油墨粘度的檢測(cè)器具和當(dāng)該檢測(cè)粘度的器具檢測(cè)到該粘度增加時(shí)用于提高加入該腔室中載體量的器具。
5．用于噴墨打印的設(shè)備，其包括(a)包含氣體的氣體源；(b)包含其中含有至少一種在與水接觸時(shí)粒度會(huì)增加的組分的油墨濃縮物的油墨濃縮物源，(c)包含在與該油墨濃縮物結(jié)合時(shí)可形成油墨的載體的載體源；(d)與該氣體源連接的端部有開孔的進(jìn)料線，該氣體可以通過該進(jìn)料線從該氣體源流向該開孔；(e)將該油墨濃縮物源和該載體源連接到該進(jìn)料線的管線；和(f)用于以可控方式從該氣體源輸送氣體通過該進(jìn)料線，在管線內(nèi)將該油墨濃縮物和該載體結(jié)合形成油墨并從該開孔排出該油墨的器具，其中該氣體和該載體不包含水或包含不足以引起粒度增加的總水含量。
6．按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中的氣體是氮?dú)狻?br>
7．按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中的油墨濃縮物包括硝化纖維素。
8．按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中在該載體和該油墨濃縮物加入所述加料線中的那一位置的下游在該加料線上設(shè)置一個(gè)腔室，該腔室包括用于檢測(cè)腔室中油墨粘度的檢測(cè)器具和當(dāng)該檢測(cè)粘度的器具檢測(cè)到該粘度增加時(shí)用于提高加入該腔室中載體量的器具。
全文摘要
通過使用不含水或總含水量不足以造成粒度增加的氣體和載體,氣體推進(jìn)型噴墨打印系統(tǒng)常見的堵塞和消耗大量載體的趨勢(shì)在其中油墨含有一種或多種在與水接觸時(shí)粒度會(huì)增加的組分的系統(tǒng)中得到緩解。
文檔編號(hào)B41J2/045GK1307973SQ011030
公開日2001年8月15日 申請(qǐng)日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月24日
發(fā)明者A·阿爾布奎爾克, E·比恩, M·桑托斯 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司