CN103596766B - 相变喷墨 - Google Patents

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Abstract

除其它事项外，将油墨喷射到基底上，所述油墨包含(a)颜料和(b)蜡，并且加热喷射在所述基底上的油墨，以将所述颜料焙烧在所述基底上。

Description

相变喷墨
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年4月13日提交的美国实用新型申请序列号13/086,077的优先权，其全部内容引入本文中。
技术领域
本说明书涉及相变喷墨。
背景技术
在某些种类的喷墨系统中，油墨(有时被称为热熔性油墨)包含保留在室温下处于固相的介质诸如蜡中的染料或颜料。为了喷射，油墨被加热成使蜡改变为液态，其可以从喷墨压力腔室通过喷射孔口而喷射到基底上。这样的油墨可以从供应商运到以固体形式完成喷射的地方，易于处理冰球。使用时，冰球被加载到腔室中，在该腔室中冰球被加热以熔化蜡，液体油墨进而可以沿着油墨通路被传递到孔口，到达基底上。加热器(以及用于控制目的相关热电偶)可以设置在沿着油墨通路的一些地方，以保持油墨在喷射进行时是熔化的。如果喷射系统关闭，并返回到室温，则油墨固化。之后，加热器可用于熔化油墨，以允许再次喷射。
一些已知的热熔性油墨在125℃下以20厘泊(cps)的粘度喷射，并且含有颜料。这样的热熔性油墨在室温下是固体，并被迅速地加热或冷却以在固相和液相之间来回过渡，从而防止颜料从介质中分离。例如，许多颜料通常由与聚合物起反应进而研磨成颗粒的染料制成，这样它们的密度相比于二氧化钛是低的。并不是一种染料的碳黑也已被用作这样的颜料。
已知，应迫使冷透明物在印刷后存在有热熔性油墨，以防止油墨结晶，结晶将损害其透明的品质。
发明内容
我们之后描述的示例表现出以下方面和特征中的一个或多个。
一般来说，在一个方面中，油墨被喷射到基底上，所述油墨包含：(a)颜料和(b)蜡，并且喷射在所述基底上的油墨被加热，以将所述颜料焙烧在所述基底上。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。所述颜料包含致密颗粒。所述颜料包含土性颜料。所述基底包含可以在窑中进行焙烧的材料。所述基底包含陶瓷或玻璃。所述蜡在室温下处于固相。所述油墨被喷射在图案中，所述图案包含图像、文本或图形中的至少一种。所喷射的油墨被加热到至少120℃的温度。在喷射期间，所述蜡是液体。在喷射之后且在所述颜料已经从所述油墨内的蜡中基本分离之前，所述蜡被导致从液态转变成固态。在喷射之前，所述蜡被导致从固态转变成液态。
一般来说，在一个方面中，一种喷墨印刷系统包含：喷墨头，所述喷墨头包含从墨源到孔口的油墨通路，油墨从所述孔口喷射到基底上。热结构在沿着通路的至少一些地方被热联接到所述油墨通路，以将热能添加到所述油墨通路或从所述油墨通路移除，导致所述油墨在液相和固相之间发生相变。油墨的供给装置包含在室温下具有固相并在高于室温下具有液相的致密颜料和介质。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。油墨的供给装置被保持在联接到所述头的贮存器中。在将油墨喷射到所述基底上之后，控制器导致所述热结构将所述油墨从液相相变到固相。所述热结构能够冷却沿着所述油墨通路的元件，以导致所述油墨从液相相变到固相。
一般来说，在一个方面中，一种喷墨印刷系统包含：位于墨源和孔口之间的油墨通路，油墨从所述孔口喷射到基底上。冷却结构在沿着通路的至少一些地方被热联接到所述油墨通路，以冷却通路内的油墨，导致所述油墨在喷射之后从液相转变成固相。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。控制器激活所述冷却结构，导致在喷射之后相变的发生不迟于300秒。控制器激活所述冷却结构，导致足够快地发生相变，以防止颜料在所述油墨内的大程度地沉降。
一般来说，在一个方面中，在一组相变喷射的油墨中，每个相变喷射的油墨包含：(a)(i)颗粒,所述颗粒具有至少为4.5g/cm3的密度，并在加热到大约1200℃时在要将所述油墨喷射到上面的基底上形成焙烧的非白色颜色，各喷射的油墨的焙烧颜色是不同的；或(ii)颗粒，所述颗粒具有至少为6g/cm3的密度，并在加热时在将所述油墨喷射到上面的基底上形成焙烧的白色颜色；以及(b)介质，所述介质在40℃-120℃之间的温度下从液体相变到固体。所述油墨是可喷射的，以在焙烧时在所述基底上形成多色焙烧图案。当加热到大约1200℃时在基底上形成焙烧的白色颜色(除二氧化钛之外)的相变喷射的油墨包含具有至少为7g/cm3的密度的颗粒。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。所述颗粒包含土性颜料。所述颗粒包含至少一种：尖晶石铁-铬-锌、可溶性或不溶性金络合物/盐、锡-氧化铬、氧化锆镨黄、黄钛酸酯、尖晶石铁-铬-锌-铝、钴-氧化铝或钴-氧化硅和钴-铬-氧化铝、尖晶石铁-铬-钴。所述介质包含蜡。
一般来说，在一个方面中，在喷射到陶瓷或玻璃基底的表面上的一种或多种油墨的图案中，每种油墨包含：(a)(i)颗粒，所述颗粒具有至少为4.5g/cm3的密度，并在焙烧时将形成相应的非白色颜色；或(ii)颗粒，所述颗粒具有至少为6g/cm3的密度，并在焙烧时将形成相应的白色颜色；以及(b)蜡介质，所述蜡介质在40℃-120℃范围内的温度下从液体相变到固体。所述基底被加热，以在所述基底的表面上焙烧所述图案。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。喷射包含喷射油墨的多色图案。所述颗粒包含土性颜料。所述颗粒包含至少一种：尖晶石铁-铬-锌、可溶性或不溶性金络合物/盐、锡-氧化铬、氧化锆镨黄、黄钛酸酯、尖晶石铁-铬-锌-铝、钴-氧化铝或钴-氧化硅和钴-铬-氧化铝、尖晶石铁-铬-钴和/或其它这样的陶瓷颜料。取决于砖的设计；可能需要各种陶瓷颜料(我们使用短语陶瓷颜料，以指代用在陶瓷基底上的颜料)。喷墨头是包含喷墨机(inkjets)阵列和相关联的压力腔室的单元。油墨的多色图案的每一种颜色可以与相应的喷墨头相关联。所述陶瓷颜料通常包含颗粒，所述颗粒将在所述基底上形成棕色，并在某些情况下由红色、粉色、黄色、米色、蓝色、蓝绿色和黑色中的一种或多种制成。如果砖的基底颜色不是白色的，也可以使用白色。加热基底来焙烧图案包含在窑中加热基底。在喷射之前，加热所述蜡介质使之从固相转变成液相。在喷射之后，冷却所述蜡介质使之从液相转变成固相。相同的图案被喷射到一系列基底上，然后迫使所述介质在完成喷射的喷墨系统内从液态转变成固态。之后，导致所述介质从固态转变成液态。然后，不同的图案被喷射到一系列基底上。
一般来说，在一个方面中，一种处于液相并从喷墨机喷射到基底上的油墨包含可以在所述基底上进行焙烧并具有至少4.5g/cm3的密度的颗粒。在已经喷射所述油墨之后，导致喷墨机中的油墨转变成固相，以减少液相中的颗粒沉降。之后，导致喷墨机中的油墨再次转变成液相，并且油墨从喷墨机中喷射到另一基底上。
一般来说，在一个方面中，在喷墨印刷系统已经将油墨喷射到基底上之后，在不超过预定时间段内，迫使所述喷墨印刷系统中的蜡基油墨从液态转变成固态。
实施方式可包含以下特征中的一个或多个。预定时间段小于300秒。
这些和其它方面、特征和实施方式以及它们的组合可以表达为用于执行商业运作的功能、方法以及采取其它方式的方法、物质组成、设备、系统、程序化产品、装置以及步骤。
根据以下描述和权利要求，其它方面和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是印刷线的示意图。
图2是油墨流动的示意图。
图3是油墨在两相中的示意图。
图4是温度粘度曲线图。
图5是流程图。
具体实施方式
我们在下面所描述示例的至少一些之中，被喷射到基底上的油墨包含颜料和介质(诸如蜡)，分别地，在油墨未被喷射的时间与油墨正被喷射的时间之间，所述介质导致在固体和液体之间发生相变。在一些实施方式中，颜料包含致密颗粒。在喷射未进行时候的时间或期间内，通过冻结介质(改变它成为固相)，致密颗粒可以夹带于介质中，这有助于减缓或阻止这些颗粒下沉和从介质中分离的倾向，并减少了这些颗粒在介质内分离的机会，这在下一喷射时间段期间将使油墨(包含颜料)的喷射困难，并可能导致在印刷头中堵塞。
在下面我们所描述的某些情况下，颜料包含可以例如在窑中焙烧的颗粒。我们利用该特征，在一些示例中，通过使用这样的油墨，在可以在窑中容忍焙烧的基底上铺设装饰图案。例如，该基底可以是玻璃或瓷砖，无论是处于未焙烧的生坯状态还是处于焙烧状态。在铺设图案之后，具有图案的基底被焙烧。焙烧所需的高热量驱除介质，并永久地在基底表面上焙烧出图案。由于要铺设在基底上的图案可以频繁地改变，例如频繁到衬底的每个单独单元(即，处于“多对一”模式)，这样的印刷和焙烧顺序可以节省金钱和时间。
在我们的讨论中，我们使用术语“喷射”广义地包含：例如，任意地迫使油墨离开孔口并到达基底上，包含按需滴落系统。我们意指包含但不限于：各种各样的喷墨系统和组成其中一部分的喷墨头，包含目前存在并且可在将来研发的那些喷墨系统和喷墨头。
我们使用术语“基底”也广义地包含：例如，将油墨喷射到其上的任何工件。有时工件是玻璃或陶瓷物品，在其上将铺设并焙烧出图案或图像或文本。但工件可以是采用任何的形式、相、形状、大小、重量、密度或构造的任何一种材料，例如，其可以接受油墨喷射图案的铺设。
当我们提到“颜料”时，我们期望广义地包含在油墨中的在油墨喷射所在的基底上提供一种或多种颜色或其它特性或品质的任何一种材料。通常，颜料将由可能被称为颗粒的东西组成，但是除其它事项外，经受分离或沉淀或者在部分为颜料的油墨基质内沉降的任何一种颜料将包含在该术语中。在某些情况下，颜料指的是“土性颜料”，其中，我们意指包含从天然存在的物质诸如岩石和其它硬质材料而得到的颜料。正如我们在下面所讨论的，“颜料”可以给油墨提供颜色，但是以我们使用该术语的方式的“颜料”例如也可包含：当施加到基底并焙烧时提供其它特性的颗粒，诸如釉或玻璃料(呈连续的层、大型图案或小规模图案或纹理)。
我们使用术语“油墨”在广义意义上包含的任何材料包含：介质和颜料以及在某一相或状态可以从喷墨器喷射的介质和颜料。
至于术语“色彩”，我们意指光谱中的任何颜色，以及黑色、白色和灰度。
我们使用术语“介质”在非常广义的意义上包含：将构成颜料的颗粒或其它元素夹带或混合或保留于其中的任何材料。通常，至少在某些时候和在某些情况下，当我们提到介质时我们意指的材料采用如下形式：构成颜料的元素可分离，而不是均匀地分布或分散在介质内。在其它时候或在其它情况下，构成颜料的元素均匀地分布或分散在介质内。
当我们使用术语“蜡”，我们广义地包含：在例如40℃-120°范围内的温度下经历从固体到液体的可逆相变的任何种类常规或非常规蜡和任何人造或天然蜡以及任何其它材料(不论是否称为蜡)。典型的蜡在40℃-80℃之间熔化。在其它温度下和在其它温度范围内经历相变的材料也包含在我们使用的词语“蜡”中。在液相下，蜡可以承载颜料的颗粒，并可以将颜料喷射到基底上。在固相下，蜡会抑制夹带在蜡中的颗粒的沉降。当我们使用术语“蜡”时，我们包含：包括单个蜡或以任何比例任意混合的蜡的材料。
当我们提到材料的“分离”(例如，从夹带它们的介质中分离致密颗粒)，我们意指包含：例如，任何沉降、分离、解离、渗滤或其它工艺，其中一种材料在另一种中的分布均匀性减小。例如，颜料的致密颗粒可分隔在液体介质中，而不是在固体介质中。
我们使用术语“焙烧”时，广义地包含：例如，施加高热量导致颗粒熔化，并形成一种在冷却时如永久地在基底上形成硬质材料的物质。在一些示例中，焙烧包含发生在窑中的高热。高热量可以包含加热到550-1350℃范围内的温度。例如，用于釉彩和瓷器涂绘的窑可以在550℃和800℃之间的温度下操作，或介于586℃至763℃之间；用于玻璃焙烧的窑可以在750℃至950℃之间的温度下操作，例如介于757℃至915℃之间；用于低火焙烧陶瓷的窑可以在950℃到1200℃之间的温度下操作，例如介于981℃到1154℃之间；用于中火焙烧陶瓷的窑可以在1100℃到1300℃之间操作，例如介于1112℃到1257℃之间；并且高火焙烧陶瓷可以在1200℃到1350℃之间的温度下操作，例如介于1211℃到1305℃之间。在一些示例中，该物质由可能无法称为颗粒的东西形成，而形成该物质的这种东西可能不需要加热到刚才提到的温度范围内。
在术语“油墨通路”中，我们广义地包含：例如，除其它事项外，将液体油墨从来源或贮存器或油墨供给装置流向喷射或分散或使用油墨的地方的任何通路。该通路可能还包含：剩余油墨可沿着其返回到所述墨源或贮存器的一个部分。我们倾向于使用相对于油墨可互换的词语来源、贮存器、供给装置。
我们使用术语“冻结”，包含：例如，冷却材料使之经历从液体到固体的相变。随着热量被消散到较冷的周围环境中，可能自然发生冷却，或者可以有意地通过冷却设备而导致冷却。在油墨或介质被完全冻结之前，在介质的熔点和油墨的喷射温度之间的温度范围内存在中间静止状态，在该中间静止状态下，介质存在于固相和液相之间的混合状态下。在此静止状态下，油墨颜料可以从介质中分离，但这样的分离不会迅速发生。
在使用术语“孔口”时，我们广义地包含：例如，处于油墨通路端部的任何开口，通过它使油墨喷向基底。
当我们使用术语“热联接(thermallycoupled)”时，我们意指广义地包含：例如，允许热量容易流动的任何布置。
我们使用术语“颗粒”广义地包含：例如，由具有几百纳米(nm)范围内的大小的材料制成的任何种类元件。典型的图形颜料具有大约100nm的颗粒，但在油墨中图形颜料可以具有从大大地小于100nm变动到超过1微米范围的大小。平均来说，陶瓷颜料较大。这样的陶瓷颜料的示例包含：具有小的或亚微米级颗粒的精细研磨的陶瓷颜料。磨制的颜料通常具有颗粒大小的分布，因此，即使许多颜料颗粒是亚微米级的，但在某些情况下，绝对的过滤器用于确保例如大于5微米的颗粒也不会通过过滤器进入印刷头。能够喷射较大陶瓷颜料并保持这些颜料分散的系统将是非常理想的瓷砖装饰。然而，除了陶瓷颜料的重量约为图形颜料的两倍，与图形颜料相比，给定体积的陶瓷油墨包含约两倍量的颜料(我们使用短语陶瓷油墨指的是：含有用于陶瓷基底上的陶瓷颜料的油墨)。因此，与图形油墨中的图形颜料的量相比，对于给定体积的陶瓷油墨，有两倍的陶瓷颜料的量，并且陶瓷颜料的重量为图形颜料的两倍。结果，陶瓷油墨的密度约为图形油墨密度的4倍。
“致密颜料”，我们广义地意指：例如，其中颗粒具有至少4.5g/cm3的密度并且当在基底上加热时形成焙烧的非白色颜色的任何颜料，或者其中颗粒具有至少6g/cm3的密度并且当在基底上加热时形成焙烧的白色颜色的任何颜料。
“室温”，我们意指65°F至75°F范围内的温度或环境温度。
当材料经历相变时，例如从液体到固体或从固体到液体，则会发生延迟，直到该改变已经完成。我们有时提到这种延迟会作为“相变延迟”。当然，相变延迟有多短应该取决于油墨的组分，并且特别地取决于颜料从介质中分离的发生有多快速，并且取决于在不会无法接受地降低印刷品质的情况下有多少分离可以发生。中间静止状态存在的温度范围介于介质的熔点和油墨的喷射温度之间，在中间静止状态下，介质存在于固相和液相之间的混合状态下。在此静止状态下，介质不会冻结，并且油墨颜料可以从介质中分离，但这样的分离不会迅速发生。喷墨头中的油墨被保持在这样的静止模式下，以便在喷射油墨时允许介质很快升温。
如图1所示，在我们在此所描述的概念的一些示例中，粉末混合物8的包含粘土、水和土性材料的所形成的单元被示出为离散的前体工件10。最终将成为成品瓷砖一部分的工件进入加工线12(例如，它们可沿着传送器运载)。粉末混合物8的这些前体单元使用压具11进行处理，压具11在每个前体工件10上施加例如每平方英寸约400磅的压力，以得到湿的生砖13，其例如具有5-10％的水含量。湿的生砖13可以是具有700mm边长的正方形。沿着加工线12，在200℃下操作的第一窑17接收湿的生砖13，并干燥它们使之成为瓷砖19。瓷砖19可发送到库存23，或进一步沿着加工线12发送用于装饰。
在该示例中，瓷砖装饰包含一个或多个步骤：上光、印刷以及使用刷子在砖19中创建凹槽或纹理。进一步沿着加工线12，在玻璃釉料工位25处，细小玻璃颗粒的玻璃料被覆墨(沉积)在瓷砖19上。在第二窑20中，玻璃料颗粒被焙烧成玻璃釉料。玻璃釉料密封瓷砖19，并在砖上形成光泽整理以形成基底单元22，基底单元22可以接受图案的印刷。一个或多个模拟和数字印刷或它们的组合可用在基底单元22上。在模拟印刷中，硅鼓将陶瓷颜料沉积在基底单元22上。旋转屏幕也可以在模拟印刷中使用。
数字印刷可以使用喷墨印刷系统14，其将二维图案15铺设在每个基底单元22的暴露的上表面16上。通过从成为喷墨印刷系统一部分的一个或多个喷墨头18的一个或多个喷墨孔口喷射油墨，按照所希望的图形来铺设图案15。在各种各样的其它可能性之间，所铺设的图案可以包含一种或多种颜色，并表现装饰、文字、图像或图形等等。
印刷后，基底单元22在某些情况下可选择性地经过第二上光工位27，在这里附加的玻璃料可被覆墨或沉积在基底单元22上。这样的釉增加深度至早些时候在加工线中印刷于基底单元22上的颜色。此外，不同类型的刷子可以任选地用于在基底单元22上创建纹理和图案。
在一些示例中，喷射以形成图案的油墨被配制为蜡和可焙烧的致密颜料的组合。当然，为了各种用途，各种各样的其它成分可以包含在油墨的配方中。在陶瓷颜料的情况下，蜡(或蜡的混合物)包括陶瓷油墨的主要成分。
例如，陶瓷油墨可含有：成品油墨占3-15％体积范围内的陶瓷颜料(例如，取决于陶瓷的类型以及喷墨系统能力)；和结合到颜料上(以在蜡熔化时保持颜料分离)的分散剂。在一些情况下，树脂可用作分散剂。但是，存在这样的情况，即，在窑中焙烧之前，若将蜡固定在某些砖上则分散剂将没有任何价值。额外的成分可在配制油墨时使用。在陶瓷油墨配方中可以不需要在某些图形蜡配方中使用的抗氧化剂，因为用于陶瓷颜料的蜡在焙烧工艺期间会被烧掉。合适的油墨可得自商业油墨供应商所配制的油墨，商业油墨供应商包括：俄勒冈州比弗顿/威尔森威尔的Tektronix/Xerox、英国巴斯的Sunjet/SunChemical以及新罕布什尔州基恩的MarkemImaje。
陶瓷油墨配方可能不包含一些在图形蜡配方中使用的一些成分。图形蜡配方包含：着色剂；染料或颜料之一；蜡；或取决于应用的蜡的混合物；分散剂，结合到颜料上并防止颜料结块、从蜡中分离或沉降；抗氧化剂，防止蜡老化(例如，防止变黄)；和粘附树脂，允许蜡粘到期望的基底。
陶瓷蜡可具有其它属性/需求，并可能不包含粘附剂和抗氧化剂。在图形蜡配方中；图形颜料(通常为青色、黄色、品红色和黑色)构成配方体积的2-5％。在陶瓷油墨中；除了在陶瓷蜡配方中体积百分比可能甚至更高的陶瓷白色，陶瓷颜料可处于4％到超过10％的体积范围内。在混合物与载体结合之前(我们有时可使用词语载体与介质互换)，分散剂可与研磨的颜料混合。有时，加入表面活性剂，使得油墨更好地润湿基底。
在基底是陶瓷的示例中，颜料通常是致密的(重的)。大多数陶瓷颜料的密度比已知图形颜料的密度大2-4倍，并且比基于染料的油墨中的染料密度大得多，其具有几乎和水相等的密度。白颜料、二氧化钛是最致密的图形颜料，约4.5g/cm3。黑颜料(一般为碳黑)密度较小，约2g/cm3。主要为青色、黄色和品红色的大多数其它图形颜料具有的密度为2g/cm3或更小。白色陶瓷颜料的密度比图形颜料大3-4倍，比二氧化钛(未用作陶瓷颜料的图形白色颜料)的密度大至少40％。陶瓷颜料通常具有的密度处于4.5至6g/cm3的范围内，但在某些情况下，密度可能比该范围更高或更低。用作陶瓷颜料的土性颜料的示例如下--黄色：锆镨黄；米色：米色尖晶石铁-铬-锌-氧化铝；棕色(最常用的)：尖晶石铁-铬-锌棕色；蓝色：可以是钴-氧化铝或钴-氧化硅；红色：可溶性或不溶性金。
相比之下，某些图形颜料(主要是青色、黄色、品红色和碳黑)具有的密度约为2-2.5g/cm3或更小，并且二氧化钛(TiO2)形式的图形白颜料具有的密度约为4.5g/cm3。
在一些生产线中，工件可以如图1中表明的成排地移过喷墨印刷系统，或以任何种类的其它方式移过喷墨印刷系统。其中，并排布置的一组工件可以在同一时间都传递通过喷墨印刷系统，随之是另一组，等等。各种各样的其它布置也是可行的。
在铺设图案后某一点，工件继续沿着加工线进入第三窑21，在那里将工件加热到高温，也就是说，它们被焙烧。
工件在窑中的焙烧导致蜡蒸发或燃烧掉，然后将颜料焙烧成永久性图案，该永久性图案铺在或附着在工件的上表面上或变成其组成部分。第三窑21在高于1000℃的温度下操作，通常高于1200℃。第三窑21可具有至少50m的长度，或者它也有可能超过100m。在窑21后面可以包括用于各种用途的附加的处理步骤，诸如可选的抛光；并且在这些步骤之后，焙烧成的工件可以从加工线中移除并投入商业。
加工线12还可包括电子或程序化控制器，用于沿着加工线控制工件的处理、印刷系统的操作、窑的操作以及加工线操作中的潜在的各种各样其它方面。
喷墨印刷系统14可包括油墨相变系统24，其包括设计为在喷墨印刷系统中使用的促进油墨的固体和液体之间相变的元件。在某些情况下，油墨相变系统24设计为通过沿着喷墨印刷系统内的油墨通路冷却一个或多个元件仅只促进一个方向上的相变，例如从液体到固体。例如，这些元件可以包括油墨的主贮存器、将油墨从主贮存器运载到喷墨头阵列的导管、与喷墨头或与个别喷墨头关联的本地贮存器，其中导管将油墨从本地贮存器运载到喷墨头，并且其中导管和再循环系统的其它元件将返回路径中未使用的墨或废墨从喷墨头运载到本地贮存器，或从本地贮存器运载到主贮存器。在给定的喷墨头内，冷却元件可与喷墨压力腔室、孔口以及任何包括喷墨头的其它元件相关联。
喷墨头通常含有3-20cm3的蜡，而主贮存器比喷墨头含有更多的蜡。蜡的体积影响到实现冻结或熔化所需的时间。油墨冻结温度取决于油墨的熔点而变化。如果油墨的熔点介于70-80℃之间，一旦油墨变得比其熔点低，则当加热器关闭时油墨就可以开始冻结(固化)。随着粘度增加，由于固化，颜料变得更稳定，直到它被完全冻结到位。如果没有施加额外的冻结助剂，则喷墨头中的油墨通常将在四至十分钟内冻结，这取决于油墨在喷墨头中的体积。
需要控制喷墨头中蜡的冻结，以减少对喷墨头的损坏，如果蜡的冻结发生得过快，就可以发生这种损坏。例如，当冻结太快时油墨可结晶，并且油墨随着结晶发生也收缩，在结晶化油墨的块体中产生裂缝和空隙。结晶的油墨块体也可能会拉断，并在喷墨头上损坏保形涂层，诸如聚对二甲苯基涂层。
通过空气冷却，或通过将产生足够短的油墨相变延迟的任何其它途径，或通过它们的任何组合，由油墨相变系统所做的冷却可使用通过导管的冷却流体来完成。使用松饼风扇(muffinfan)将周围环境空气吹到喷墨头上可以将蜡的冻结时间从十分钟降低到三分钟。通过使用冻结剂诸如氟里昂TM，蜡可以在大约一分钟内冻结，而不会导致损坏所述头。通常，例如通过纳入到喷墨印刷系统的相应元件中或附着到它们，油墨相变系统或其一部分将需要热联接到喷墨印刷系统的相应元件。
控制器22可以构造为与喷墨印刷系统的控制协调来控制油墨相变系统。例如，假设喷墨印刷系统在一连串基底单元上印刷图案，且运行已接近尾声。假设生产线12然后停止一段时间，以允许改变工件、图案或它们的组合。在当前运行的最终工件已通过喷墨印刷系统，且系统不需要使用喷墨印刷系统来装饰多个工件时，控制器可以激活油墨相变系统的操作，在系统不再使用并被关闭时，立即冷却喷墨印刷系统中的油墨，以迫使从液体到固体的相变。通过适当地调整相变系统的冷却能力，激活油墨相变系统的操作将导致相变发生相变延迟，该相变延迟足够短以防止颜料在某种程度上从介质中分离，这将不可接受地使印刷降级。在某些情况下，在喷墨印刷系统中的不同部分中，可以以不同的次数并以不同的速度影响相变，以实现希望的结果。在某些情况下，可以经过一段短的时间并在喷墨印刷系统的不同部分中得到特定的冷却分布线，以再次实现希望的结果。
基于喷墨印刷系统的设计和所使用油墨的配方，从液体到固体的相变速度和阶段可以凭经验设计。
在某些情况下，强制冷却可能通过冻结喷射来实现，例如通过在喷墨头上吹冷空气或氟利昂来实现。随着蜡的冷却且在它冻结之前，蜡变得更加粘稠，并且蜡的粘度较高会减缓颜料分离的速率。
除了冻结蜡基油墨之外，在喷射期间20cps的较高粘度将减缓颜料的沉降。粘度越高，颗粒沉降所占据的时间就越长。使20cps的油墨粘度比喷射时例如大1-2cps是有利的。随着油墨在它冻结之前被冷却，粘度继续上升，进一步减缓颗粒的沉降(见图4，粘度作为温度的函数的改变)。
头外系统(off-headsystem，OHS)如果用于将油墨从贮存器传递到头，则在某些示例中可能并不需要快速冻结，因为这通常将具有搅拌系统(仅用在当蜡是热的时)。贮存器(不是头)通常在贮存器中具有搅拌器(混合器)，其距离所述头往往有一米并由带馈送。这些OHS贮存器比喷墨头保持的蜡基油墨的量更大(例如，介于30cm3到几百cm3之间，甚至可保持数公斤的蜡--我们有时使用词语蜡来指代使用蜡介质的油墨)。在一些示例中，当不做搅拌时或出于其它原因，贮存器可能也需要被强制冷却。一旦关闭加热(例如将受热带拧入油墨管道中)，则受热带中的油墨冻结得非常快。这在没有任何援助的情况下发生在从超过40-80℃到全面冻结的一分钟之内。
通过使用冷板或冷气机以帮助更迅速地将沉重的陶瓷颜料捕捉到位，人们可以更积极地冻结这种油墨。此外，OHS贮存器中的油墨并不需要保持在喷射温度下，而是仅在油墨的熔点下，这足以泵送到所述头。因此，可以更迅速和积极地冻结OHS贮存器中的油墨。而且，OHS贮存器通常不含有保形涂层，因此与喷墨头相比可以承受更迅速和积极的冷却(并形成裂口和间隙)。
虽然我们已经讨论了使油墨从液体到固体发生相变的油墨相变系统24，但当然油墨相变系统可以是从固体到液体发生相变的油墨相变系统，或者是能够在喷墨印刷系统的任意所选部分内或全部中以任何顺序并以任何希望的速度进行这两项工作的油墨相变系统。清除可以是用于喷墨头的启动程序的一部分，迫使油墨离开孔口并收集其作为维修工位(未示出)处的废墨。
图4示出了来自http://www.argueso.com/uploads/Tech_Pub_Rheology.pdf的示意性粘度-温度曲线图。这样的粘度-温度曲线图中含有影响选择喷墨印刷系统操作温度的信息。例如，冻结和熔化时间基于这样的曲线图的信息来确定。
在图4所示的示例中，蜡的熔化温度TM是78℃，并在图中表示为TM。在一些示例中，在较高的温度TJ下喷射油墨，例如为110℃上升到150℃，但通常约为125℃。基于喷墨头所需要的粘度和蜡的熔点来选择喷射温度。粘度绘制在对数刻度上，表明大的粘度变化发生在相对比较小的温度范围内。
具有低熔点蜡的油墨的熔点TM处于40-50℃的范围内，而具有高熔点的蜡的TM超过80-90℃。各种蜡可以混合，以实现具有选定熔点的复合蜡。取决于所用蜡的种类，蜡的典型熔点可以是40℃-80℃，因此冻结通常恰好在低于熔点开始。
要喷射的油墨的粘度通常为10-20cps，但可以更高或更低，例如介于5-30cps之间。将要喷射的油墨制备成适合于印刷头的粘度是很重要的。如果所喷射油墨的粘度比30cps高很多(例如，50cps)或比5cps低很多(例如，2cps)，则油墨的高(或低)粘度可以导致喷射异常，其造成尾巴(卫星)并影响降落行程的速度和方向。
在一些示例中，在温度范围TQ内的静止状态--其中蜡存在于固相和液相之间的混合状态下--发生在TM和TJ之间。在此静止状态下，油墨颜料可以从蜡中分离，但这样的分离不会迅速发生。喷墨头中的油墨保持在这样的静止模式下，以便在喷射油墨时允许蜡很快升温。
继续我们上面的示例，当油墨在喷墨印刷系统中处于冻结(固体)状态下时，且在喷墨印刷的下一次运行发生之前，必须液化冻结的油墨。这可以通过以下手段来完成：关闭由油墨相变系统所提供的冷却，这就可以允许油墨升到环境温度并熔化；或通过故意加热更加积极地完成。一旦油墨熔化，则重要的是立即开始喷墨印刷，以便在一定程度上减少颜料与液体油墨中的介质的分离。一旦喷墨印刷正在进行，则油墨沿着喷墨路径的流动和油墨从压力腔室的喷射过程会提供油墨的搅拌，这在一定程度上减少分离。搅拌装置及技术也可以用在贮存器中，以减少分离。在任何情况下，控制器22可以根据需要用于控制油墨从固体到液体的相变时间和分布。发生在从固体到液体的相变时段之间的延迟得到了适于喷射的粘度，并且实际喷射开始的时刻可以被称为“相变到喷射的延迟”。相变喷射延迟可能会发生变化，但通常应取决于所使用的加热类型而处于2-10分钟的范围内，优选地处于2-3分钟之间。
当在短的时段内比方说小于或等于几小时没有使用系统时，该系统可以在静态模式下操作，在该静态模式下，蜡被冷却至刚好低于其熔点。以这种方式，系统可以更快地重新启动，并且系统可以将蜡加热到良好(例如，优化)的喷射温度，相比蜡被冷却到比其熔点低得多的温度的情况要快得多。在喷射温度下喷墨，并在静止状态下不喷墨。保持系统在静态模式下的优点包含：使用的功率比蜡冷却到比其熔点低得多的温度时所需的功率要少。此外，另一个优点是，相比于将陶瓷蜡保持高于其熔点时，保持陶瓷颜料分散的能力增加。
如图2所示，在一些实施方式中，喷墨印刷系统以及一起构成印刷系统的喷墨装置限定出油墨通路31，示意性地加以示出。油墨路径的一个部分30前进通过喷墨头组件32的包含一个或多个喷墨头18在内的多个元件。每个喷墨头可以包含大量(例如，非常大的数量)的喷墨机34。每个喷墨机可以包含加压喷墨腔室36，加压喷墨腔室36接收来自贮存器38的油墨供给装置，并在加压时通过孔口40朝向基底41喷射小体积的油墨。用于喷射的油墨可以通过供给管路42从油墨46的较大来源或贮存器44供给至贮存器38。反过来，贮存器44可以由喷墨系统的操作者以各种方式保持加载。
油墨通路还可包含一个或多个管路45，管路45将来自贮存器38的多余的、过剩的或废弃的油墨从孔口周围的区域以及从加压腔室返回到例如油墨贮存器44，以待重新使用。油墨通路可以被看作从贮存器44运行通过加压腔室并返回到贮存器38。
图1中的油墨相变系统可以包括多个部件47、49、51，如图2示意性地示出为热联接到沿着喷墨通路31的各元件。
当两种或更多种颜色或颜料或油墨用于喷射以铺设图案时，当然可使用多个贮存器38和喷墨头组件。
参照图3，在一些示例中，当不使用相变介质诸如蜡的油墨不被喷射或沿着喷墨路径主动地再循环时，致密颜料往往会非常快地沉降在喷墨路径的每一部分内，如图3左侧所建议。之后，如果喷射被再次启动，则无法保证能使致密颗粒均匀地分散在液体油墨内。除非颜料均匀地分散在液体油墨内，否则接着所铺设的图案品质在随后的喷射期间将会受到影响。在不进行喷墨时的周期期间搅拌油墨及再循环油墨会有助于保持颜料分散在介质内。也可以使用其它技术。
如图3所示，在右侧，如果油墨的介质是相变材料诸如蜡，则可以通过在喷射停止之后立即快速地迫使蜡介质从液体相变到固体，在蜡52的基质内夹带均匀分布的颗粒50。之后，在喷射再次开始之前，通过加热油墨，基质变成液体且油墨可以再次顺利喷射。如果喷射在相变后立即开始，则所铺设的图案品质得以保持。在图3的左侧，相比之下，随着时间的推移同时油墨是液体，颗粒52(例如，通过沉降)在液体内分离。
如图5所示，使用用于印刷的带色相变油墨的工艺可以开始于喷墨印刷系统处于静止状态60的时候，在该静止状态下，油墨处于固相，颜料令人满意地分布和夹带在固相内，而条件不会改变成能导致相变回液体。当喷墨印刷开始时，导致固体到液体相变周期64发生。在周期64结束时，油墨刚好到达使之可以有效地喷射的条件。随后，存在相变至喷射延迟66。一般情况下，延迟66应足够短，以减少颜料在液体油墨中变得分离的倾向，并且在一些示例中可以尽可能地短。
当对于给定的喷射工艺喷射68运行到结束时，相变延迟70开始。如前面提到的，延迟70的长度应足够短，以将分离量减少到可接受的水平。一旦延迟70已经结束，则再次到达静止状态60。例如，延迟70的长度可以比300秒更短。
其它实施方式在所附权利要求的范围之内。
例如，尽管上面讨论的一些示例涉及含有用于在陶瓷基底上印刷图案的土性颜料的油墨。此外，例如，蜡基上光材料可能含有用于在陶瓷基底上提供釉的颗粒。在这样的示例中，颗粒可以是大的玻璃颗粒、玻璃料颗粒或其它釉颗粒。在喷墨印刷图案之前并且经常在印刷图案之后，这样的上光材料可以喷射到陶瓷基底上。
在陶瓷基底的处理期间，以我们已经对于油墨描述的相同方式，在适当的时间可以冷却和/或加热这样的蜡基上光材料。可以喷射蜡基上光材料以形成连续的釉层，或者可以选择性地以图案喷射，它可以是在基底上实现带纹理的外观的大型图案或小规模图案。

Claims (38)

1.一种利用喷墨印刷系统将油墨喷射到基底上的方法，该方法包括
(i)提供含有油墨的喷墨印刷系统，所述油墨包含：(a)颜料和(b)液体蜡，
(ii)在(i)之后，利用该喷墨印刷系统将第一部分油墨喷射到基底上同时第二部分油墨保留在喷墨印刷系统中，
(iii)在(ii)之后，加热所述基底上的第一部分油墨，以将所述颜料焙烧在所述基底上，以及
(iv)在(ii)之后，当喷墨印刷系统不再喷射时，主动地冷却喷墨印刷系统中的第二部分油墨，以实现蜡在第二部分油墨中从液体到固体的相变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颜料包括致密颗粒。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颜料包括土性颜料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底包括可以在窑中进行焙烧的材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基底包括陶瓷或玻璃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蜡在室温下处于固相。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述油墨以图案喷射，所述图案包括图像、文本或图形中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将所喷射的油墨加热到至少120℃的温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在喷射期间，所述蜡是液体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二部分油墨内的所述颜料已经从所述第二部分油墨内的蜡中分离之前，所述(iv)发生。
11.根据权利要求1所述的方法，包括：在(ii)之前，导致所述蜡从固态转变成液态。
12.根据权利要求1所述的方法，其中油墨是相变喷射的油墨，其包括：(a)(i)颗粒,所述颗粒具有至少为4.5g/cm3的密度，并在加热时在要将所述油墨喷射到上面的基底上形成焙烧的非白色颜色；或(ii)颗粒，所述颗粒具有至少为6g/cm3的密度，并在加热时在将所述油墨喷射到上面的基底上形成焙烧的白色颜色；以及(b)介质，所述介质在40℃到120℃范围内的温度下从液体相变到固体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述颗粒包括土性颜料。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述颗粒包括以下物质中的至少一种：尖晶石铁-铬-锌、可溶性或不溶性金络合物/盐、锡-氧化铬、氧化锆镨黄、黄钛酸酯、尖晶石铁-铬-锌-铝、钴-氧化铝或钴-氧化硅和钴-铬-氧化铝、尖晶石铁-铬-钴。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述介质包括蜡。
16.一种利用喷墨印刷系统将油墨喷射到基底上的方法，该方法包括
(i)提供喷墨印刷系统，该喷墨印刷系统包含一种或多种油墨，每种油墨包括：(a)具有至少为4.5g/cm3的密度并在焙烧时将形成相应的非白色颜色的颗粒或者具有至少为6g/cm3的密度并在焙烧时将形成相应的白色颜色的颗粒；以及(b)液体蜡介质，所述蜡介质在40℃到120℃范围内的温度下从液体相变到固体，
(ii)在(i)之后，利用该喷墨印刷系统将第一部分的所述一种或多种油墨喷射到陶瓷或玻璃基底的表面上，以在基底表面上形成一种或多种油墨的图案，
(iii)在(ii)之后，加热所述基底，以在所述基底的表面上焙烧第一部分的所述一种或多种油墨的所述图案，以及
(iv)在(ii)之后，当喷墨印刷系统不再喷射时，主动地冷却处于喷墨印刷系统中的第二部分的所述一种或多种油墨，以实现在第二部分的一种或多种油墨内的蜡介质从液体到固体的相变。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，喷射包括：喷射油墨的多色图案。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述颗粒包括土性颜料。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述颗粒包括以下物质中的至少一种：尖晶石铁-铬-锌、可溶性或不溶性金络合物/盐、锡-氧化铬、氧化锆镨黄、黄钛酸酯、尖晶石铁-铬-锌-铝、钴-氧化铝或钴-氧化硅和钴-铬-氧化铝、尖晶石铁-铬-钴。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，(iii)包括：在窑中加热基底。
21.根据权利要求16所述的方法，包括：在(ii)之前，加热所述蜡介质使之从固相转变成液相。
22.根据权利要求16所述的方法，包括：在(ii)之后，冷却处于第二部分的一种或多种油墨内的所述蜡介质使之从液相转变成固相。
23.根据权利要求16所述的方法，包括：将相同的图案喷射到一系列基底上，然后迫使所述介质在完成喷射的喷墨系统内从液态转变成固态，之后，导致所述介质从固态转变成液态，然后，将不同的图案喷射到一系列基底上。
24.一种利用喷墨印刷系统将油墨喷射到基底上的方法，该方法包括
(i)提供含有油墨的喷墨印刷系统，所述油墨处于液相并包括：(i)可以焙烧在所述基底上形成非白色颜色并具有至少为4.5g/cm3的密度的颗粒或者(ii)可以焙烧在所述基底上形成白色颜色并具有至少为6g/cm3的密度的颗粒，油墨包括液体蜡和所述颗粒，
(ii)利用该喷墨印刷系统将第一部分油墨喷射到基底上，
(iii)在(ii)之后，主动地冷却正处于喷墨的第二部分油墨中的蜡，以凝固第二部分油墨内的蜡，以减少液相中的颗粒沉降，
(iv)在(iii)之后，加热第二部分油墨内的蜡，使处于第二部分油墨内的蜡转变成液相，以及
(v)在(iv)之后，利用喷墨印刷系统将第二部分油墨从喷墨机中喷射到另一基底上。
25.一种利用喷墨印刷系统将油墨喷射到基底上的方法，该方法包括
在喷墨印刷系统已经将油墨喷射到基底上之后，在不超过预定周期的时间内，主动地冷却所述喷墨印刷系统中的蜡基油墨中的液体蜡，以使蜡凝固。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述预定周期小于300秒。
27.根据权利要求1所述的方法，包括：(ii)且在第一部分油墨内的颜料已经从所述第一部分油墨内的蜡中分离之前，以接近但高于所述蜡的熔点的温度保持第一部分油墨内的所述蜡。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，将第一部分油墨内的所述蜡保持在介于所述蜡的液相和固相之间的中间状态下。
29.根据权利要求16所述的方法，包括：在(ii)之前，加热第二部分的一种或多种蜡内的所述蜡介质，使之从介于所述蜡的固相和液相之间的中间状态转变成液相。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括使用冻结剂。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括使冷却流体通过喷墨印刷系统中的导管。
32.根据权利要求1所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括使用风扇将周围环境空气吹到喷墨印刷系统的喷墨头上。
33.根据权利要求1所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括使用冻结剂。
34.根据权利要求1所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括在喷墨印刷系统的不同部分中以不同的次数并以不同的速度实现蜡的相变。
35.根据权利要求1所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨包括将蜡冷却至刚好低于其熔点。
36.根据权利要求16所述的方法，其中，主动地冷却第二部分的一种或多种油墨包括使冷却流体通过喷墨印刷系统中的导管。
37.根据权利要求24所述的方法，其中，主动地冷却第二部分油墨内的蜡包括使冷却流体通过喷墨中的导管。
38.根据权利要求25所述的方法，其中，主动地冷却喷墨印刷系统中的蜡基油墨中的蜡以凝固蜡包括使冷却流体通过喷墨中的导管。
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