TWI248878B - Inkjet printing - Google Patents

Description

1248878 A7 —--——____B7 五、發明說明（1 ) ±MMA, 本發明係關於喷墨印刷，尤其係關於使用重度染料墨水 之印刷頭單元。本發明亦關於一種用以供應此類墨水至一 噴墨印刷頭單元之方法。 登明免i

訂

在市面上已有各種類型的喷墨印表機，從單一使用者桌 上里單元至較多使用者的辦公室單元，然後再發展到工業 系、.’充在操作上，其係分成兩種類型··連續喷墨（cu)以及 依而求滴墨（dr〇p on demand , D0D)。本發明係特別有關於 依需求滴墨型之工業單元，其中墨水係由貯槽經由一饋進 槽道而到達一靜態印刷頭，其中該印刷頭係具有一面板， 該面板係具有一系列喷嘴，每一喷嘴係經由細毛細管來饋 進墨水，其中該毛細管一般係具有3〇至4〇微米之内徑。用 以基板上形成所想要之影像的墨滴，係藉由經過控制 之能量脈波而由喷嘴喷出，其中該能量脈波係由與各別毛 細管相連結之壓電或熱元件所引致產生。 在一般印刷操作開始時，墨水係由貯槽饋進至印刷頭， 關時充填該毛細管以及清洗嗔嘴上之任何氣泡或者係前 次操作所留下來的固態或黏滯性殘留物。當印刷開始時， 墨水係持續流入毛細管，以補充以墨滴型式噴出之墨水。 墨水係以較低的壓力傳送至毛細管，以在噴嘴處保持一略 小的負J，通常係1至2英叶水柱高（〇25至〇5 kp小藉此避 免墨水並非在經控制之能量脈衝的作用下而逕自由喷嘴排 出0 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公董) j7! -4- 1248878 . A7 _________ B7 五、發明説明（2 ) ' ----— 欲使墨滴施加於其上之基板材料係包括陶材或玻璃；諸 如鋁、不銹鋼及錫柄之冬思·μ ., ^ 辦孜I金屬，紙，卡紙及空白印刷紙等級 至高級磨光紙；以及諸如聚乙縮路、聚醋、聚丙婦及聚笨 乙烯。該基板亦可僅呈薄片狀，或者係具有瓶子、罐子或 其他容器的形狀。 範圍相田廣》乏的影像係可依照所需要的印刷工作及印刷 ，的複雜度而施加至基板上。一般的影像係包括文字、數 子、圖案、照片、圖畫、商標、辨識記號、”販售者”或"使 用者"、日期、批號、詳細地址及一般說明。影像所需要之 精確度係視印刷工作而定，但在一般的情況下，通常係需 要進行局速的印刷，因此，便需要具有高頻率的墨滴嘴射。 印表機類型、基板及所需要之影像之許多種可能的組合 ，係需要㈣# $ _印刷工作來發|出各種不同類型的墨 水。墨水基本上係一種分散在溶劑媒質中之色料，但亦需 要各種添加劑，例如，分散劑、傳導率控制器或黏性促進 劑 般而σ ,色料係可以選用一種或多種染料，或者係 在溶劑中呈溶液狀或懸浮狀之固態微粒材料。色料寸以係 一種使一印圮影像在日光或一般人工光源中可以顯示一種 可以被看到之顏色，或者在日光或習知人工光源中不會顯 示特疋顏色，但在特殊光線（例如，紫外線或LED)下則會顯 示顏色之顏料。或者，該色料可以係色素或添加劑，其在 施加磁性、電子或光譜裝置之後便可以顯現其存在。舉例 來說，一種具有磁性之色素或添加劑，係可以提供一種可 在磁性環境下偵測到的影像^ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) J^\〇 I248878 A7 B7 五、發明説明（3 ) 墨水之黏滯性、固體含量及各別顆粒之尺寸及重量，係 會影響其流動特性，進而影響到印刷操作的可靠性。若墨 水係重度染色，不論係固體含量或者係含有濃稠或重顆粒 ’其會產生的嚴重問題係在於，墨水之黏滯性會達到影響 墨水自由流動的程度。另一個問題則係濃稠或重度顆粒， 例如，重度磁性顆粒，其在到達喷嘴之前係有可能會在懸 浮液中沉澱，進而造成無法令人滿意的影像品質或者造成 饋進毛細管的堵塞。此一顆粒之另一相關問題係在於所喷 出之墨滴可能不會很均勻，例如，在尺寸、形狀及速度上 ’而這可能會導致所形成之影像為次級影像。 本發明之目的係要提供一種噴墨印刷，其可以避免這些 流動、品質及可靠度的問題。 發明摘要 本發明係有關於含有懸浮固體染料及任何固態添加劑之 墨水。本發明尤其係關於會在懸浮液中沉澱下來之固體， 不論是含有高比例固體或者係因為其包含高濃稠度之各別 顆粒所致。 依照本發明，其係提供一種依需求滴墨型喷墨印表機， 其包含一用以容納内含懸浮固體之墨水的貯槽、一具有複 數毛細管槽道之印刷頭，且每一毛細管槽道皆具有一出口 喷嘴’且包含與每一毛細管槽道相連結之控制脈衝裝置， 其中該印表機尚包含一連續墨水流次系統，其係用以保持 墨水由第二貯槽連續流動通過該印刷頭，以避免固體由懸 浮狀態沉澱。 -6 - 本紙張尺度適財國國家標準(CNS) Α4規格(21GX 297公董)—

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1248878 五、發明説明（ 田一明尚提供一種依需求滴墨型喷墨印刷方法，其係採 含有懸浮固體之墨水，其中該墨水係由一貯槽镇進 至：印刷頭，該印刷頭係具有複數毛細管槽道，且每一毛 細管槽道皆具有一出口喷嘴以及與每一毛細管槽道相連結 之控制脈衝裝置n流續墨水流係保持連續流經該印 刷頭，以避免固體由懸浮狀態沉澱。 已發現連續流動之墨水係具有保持墨水固體呈懸浮狀態 之功效。廷對於墨水的自由流動大有助益，且可促進連續 傳送至喷嘴之墨水可以具有均勻的品質，進而可以確保所 喷出之墨滴及其所形成之影像可以$有一定的&質。其亦 可以在DOD印刷中使用其他"不穩定，，的墨水，例如，具有 極高固體含量或者係包含有較大或高濃稍度固體而容易沉 澱下來的墨水。使用本發明可以大大地擴張可使用之墨水 種類’俾使其可以成功地使用在DOd印刷中。 使墨水連續流經印刷頭之另一優點係在於，墨水可以持 績地重新循環至貯槽，藉此提供印刷頭及相連結之管路具 有一連績的墨水流動路徑。在此一流動路徑中最好尚包括 一授動器’以有助於保持墨水呈懸浮狀態，或者係使印刷 操作之間所沉澱之固體重新散佈開來。該攪動器係可包括 一個或多個靜態混合器、直接驅動推進器、間接驅動推進 器及振動產生器。在一簡單的型式中，該靜態混合器可以 由位在流動路徑中之一流體腔室内部所具有之複數扇葉所 構成。直接驅動推進器係有效的攪動器，但其缺點在於需 要一驅動軸桿，該軸桿係會穿過流動路徑之元件，進而可 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1248878 A7 —____B7_ ^、發明説明（5 )~" " ~ 能造成墨水的滲漏。一種間接驅動推進器，例如，在貯槽 内部採用一自由磁鐵，且在貯槽外部採用一被動磁鐵，以 避免上述之缺點。振動產生器，例如應用於一貯槽中，亦 可避免此一缺點，但其必須謹慎地考量其位置，使其不會 造成振動及後續的印刷頭充填不足的情況。 最好在系統中配置過濾器，以將過大或外界顆粒遽出， 或者避免過大或外界顆粒由大氣中進入至墨水。此類顆粒 的存在係會妨礙到墨水流入及流出喷嘴的自由流動。可使 過濾器直接與墨水相接觸以濾出顆粒的適當位置，舉例來 说’係位在貯槽的基部，或者係位在延伸至印刷頭或貯槽 之管路上。可以避免顆粒進入至墨水之過濾器的適當位置 ’係位在貯槽之通風管上。可以與墨水接觸之過遽器，舉 例來說，可以係篩網過濾器，其具有之篩孔尺寸係相等於 欲移除之顆粒尺寸。在通風管中之過濾器，舉例來說，可 以係篩網過濾器、濾紙過濾器或玻璃纖維過濾器，後者係 特別適用於清除灰塵。 在墨水流動路徑中包括流量計係相當具有優點的^在各 別位置上監視流動，係可使圍繞系統之流動模式能夠調整 至最佳程度。 圖式之簡單説明 圖1係一使用一連續流動系統之印表機的概要視圖。 數佳實施例之說明 使用在喷墨印表機中之染料類型的實例係包括金屬屑片 、無機材料，包含鐵及其他金屬氧化物，包括過渡金屬及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1248878 A7 厂 ____B7 _ 五、發明説明（6 ) 稀土族金屬之氧化物；有機金屬複合物；以及有機材料， 包括南分子量芳香族化合物，諸如恩昆（anthraquinones)、 芳香胺及奎納克林（quinacridones)。一般使用之色素係包括 磁鐵礦、鐵化鋇、鐵化鏍、氧化鐵、二氧化鈦、銅花青染 料及碳黑。 墨水之兩種重要的特性係其黏滯性及表面張力。黏滯性 應較低’通常在印刷頭之操作溫度下係2至2〇 “(❹川们至 〇·〇2 Pas)，使得即使當裝填有色素及添加劑時，墨水係可 以自由地流經印刷頭的流道。在某些情況下，可以藉由增 加印刷頭之操作溫度而適當地降低黏滯性。 墨水之表面張力應加以選擇，以使得當墨滴未喷出時， 在喷嘴開口上可以形成一穩定的凹曲狀。一般符合此目的 之表面張力範圍係在29-38達因/公分（亳牛頓/公尺）。 使用於墨水印表機墨水之溶劑種類係包括醋酸鹽、醇類 、乙醛、酯類、甘醇、醚類、烴類、酮類及乳液。一般所 使用之溶劑係包括丙酮、乙醯醇、乙醇、醋酸乙酯、乙基 乳液、次乙基乙二醇、醋酸丁酯、丁基乳液、丁醇、曱基 乙基酮、丙烤、丙烯酮、曱氧基丙酮、甲氧基丙基醋酸及 水。 ，在本發明之一實施例中，其係採用兩個墨水貯槽，一個 係用以作為主要墨水容器，而另一個則係用以作為鄰近印 刷頭之墨水饋進供應貯槽。最好，該供應貯槽係定位在高 t主要貯櫓的高度’使墨水可以由下方流到下方，例如， 藉由重力’而不需要使用泵。主要的充填需求便僅係將墨

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1248878 A7 B7 五、發明説明（7 水由下方貯槽循環至上方貯槽即可。這可以藉由單一栗體 來達成’其中該泵之類型及尺寸係依照特定的流動需求來 選擇，以使其具有最佳化的操作狀態。 每一貯槽最好係包括一通至大氣之通風孔，以使墨水可 以順利地流入及流出貯槽。該通風孔最好係包括一開關閥 ，當系統未使用時，該開關閥便可以關閉。此一閥有助於 防止溶劑的損失，並且有助於印表機在使用之間的移動， 例如，若其需要送回供應商處以進行維修時。 供應貯槽之體積最好係比系統中之總墨水體積還小。這 可以確保在供應貯槽中之墨水係規律性地變換，以避免需 要針對墨水之内容物·來進行攪拌或授動。 在本發明採用兩個貯槽之實施例中的一個特別的樣態中 ,该上方及下方貯槽係皆定位在比印刷頭還低的高度上， 使得在其墨水高度之間的高度差係提供一種”虹吸管作用，， ，以將墨水連續地抽引且通過該印刷頭。此一設計提供了 數個優點。|水循環通過印刷頭係彳以僅藉由虹吸作用來 達成。該印刷頭係可接收一連續的墨水流，以確保墨水可 以持續存在而被抽引至毛細管。 在本發明之此-樣態中，墨水通過印刷頭之速率係由介 於兩貯槽之間的墨水高度差所決^，巾即，在各別貯槽中 之墨水上表面的垂直高度差。在各別貯槽中之墨水高度便 二選擇且控制，以針對一特定的印刷任務來提供最佳 =速。另-個重要的因㈣在印刷頭中之毛細管槽道與 在上方貯槽中之墨水高度之間的垂直高度。為了確保虹吸 I紙張尺度適用中S S家標準(CNS) M規格(摩挪公爱） -10- 1248878

B作用之了罪度，此一尚度差應必須較小，通常传在〇 $至 4英对（12至100毫米）的範圍。 糸在·至 在此系統之虹吸作用部分中不需要汲取動作，係可在印 席J頭中&供一均勻且較低的墨水饋進壓力，以避免墨水由 喷嘴中不當的滲漏出來，且避免因為採用許多泵而造成脈 衝動作。由於在此虹吸作用部分中未具有活動零件，因此 這亦可以確保高可靠性的操作。 最好，在上方貯槽中之墨水上表面的高度係保持在一穩 定的高度。這有助於確保墨水流經系統的均勻度，進而確 保印刷品質的均勻度。藉由在貯槽中提供高度感應器以及 藉由控制墨水注入及排出的流速，便可以達到上述之目的。 最好，饋進至每一貯槽之墨水，尤其係饋進至上方貯槽 之墨水’係以一較低的高度來饋進，且定位成使注入之墨 水在貯槽中可以產生一漩流動作，藉此進一步有助於保持 固怨内谷物保持懸浮的狀態。 為了控制或監控印刷操作，依照本發明之印表機係採用 一個或多個微處理器，例如，一可程式邏輯控制器。每一 微處理器係可以與印表機結合在一起，或者係分開設置。 在一種配置方式中，一微處理器係構成設備之一部分，而 另一微處理器則係定位在遠處。遠處定位之優點係在於， 其可以縮短現場人員的現場檢查時間，並且可以由單一位 置來監視及控制數個作業工站。微處理器係可以藉由諸如 直接引線連接、指定的電話線路、無線電連結或網際網路 連結之傳輸路徑來接收資料。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公爱]~""

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Claims (1)

1. 月 A BCD

   、申請專利範園 2· 3. 4. 5. 6. 一種依需求而滴墨之噴墨印表機，其包含一用以容納内 含懸浮固體之墨水的第二貯槽、一具有一列毛細管槽道 之印刷頭，且每一毛細管槽道皆具有一出口噴嘴，且包 含與每一毛細管槽道相連結之控制脈衝裝置，其中該印 表機尚包含一連續墨水流次系統，用以保持墨水由該第 一貯槽連續流動通過該印刷頭，以避免固體由懸浮狀態 沉澱。 〜 心 根據申請專利範圍第1項之印表機，其包括一靜態混合 器，有助於保持固體的懸浮狀態，或重新散佈任 的固體。 根據申請專利範圍第2項之印表機，其中該靜態混合器 係由以下一種或多種靜態混合器中選出：直接驅動ϋ 器、間接驅動推進器以及振動產生器。 根據申請專利範圍第3項之印表機，其包括一個或多個 過濾器，以避免大氣中過大尺寸或外界物質進入至墨水 中。 土 根據申請專利範圍第4項之印表機，其中一過濾器 在該第二貯槽之基部，且位在一延伸至該印刷頭或該第 三貯槽之管路上，以與墨水直接接觸，以由墨水中濾出 過大或外界顆粒。 根據申請專利範圍第5項之印表機，其包括兩個墨水貯 槽，其中一個係為一第一貯槽以作為主要墨水容器，而 另一個係為該第二貯槽以作為鄰近該印刷頭之墨水饋進 供應源。 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇χ 297公釐）

   1248878 A8 1 · B8 --- C8 六"s—------ :據申睛專利範圍第6項之印表機，其中該第二貯槽係 二位在南於該第一貯槽之高度上，使得墨水可以由該第 二貯槽流至該第一貯槽。 8·根據申請專利範圍第7項之印表機，其中該第二及第一 2乜係皆疋位在比該印刷頭還低的位置，使得在其墨水 π度之間的尚度差（ΔΗ)可提供一虹吸作用，以連續 墨水通過該印刷頭。 9·根據申請專利範圍第6項之印表機，其包括一墨水饋進粟 用以將墨水由該第一貯槽再循環至該第二貯槽。 據中請專利範圍第6項之印表機，其中每一貯槽包括 、大氣之具有，舌門之通風管，其有助於墨水可以順 利地流入及流出該貯槽。 、 "·根據申請專利範圍第1〇項之印表機，其中每一具有活門 之通風管包括一開關閥，當系統未使用時，可將該開關 閥加以關閉。 12·根據申請專利範圍第i項之印表機，其配備有一個或多 個作用監視或控制用途之微處理器。 :種依需求而滴墨之噴墨印刷方法，其係採用一種含有 于固體之墨水，其中該墨水係由_貯槽饋進至一印刷 頭，匕該印刷頭係具有複數毛細管槽冑，且每一毛細管槽 道皆具有一出口喷嘴以及與每一毛細管槽道相連結之^ 制脈衝裝置，其中-連續墨水流係保持連續流經該印刷 頭’以避免固體由懸浮狀態沉澱。 14.根據申請專利範圍第13項之方法，其中墨水受到攪動， -2- 1248878 申請專利範圍 以有助於固體保持懸浮狀態或者重新散佈任何沉澱的固體。 =申請專利範圍第13或14項之方法，其中墨水係經過 過遽’以避免過大或外界顆粒進入至墨水中，或者將此 類顆粒由墨水中濾出。 者將此 16·根據申請專利範圍第以^ ^ ^ <万忐，其中墨水係在兩貯槽之 _ ’其中-個係為一主要貯槽以作為主要墨水容器 而另個係為-供應貯槽以作為鄰近該印刷頭之 饋進供應源。 π.專利範圍“項之方法，其中該供應貯槽係定 位在南於該主要貯槽的高度上，俾使 槽流至下方貯槽。 田上万貝丁 18 == 專利範圍第16項之方法，其中該供應貯槽及該 定位在低於該印刷頭之高度，使得墨水可 以猎由虹吸作用而連續地流經該印刷頭。 19·:據申請專利範圍第16項之方法，其中在該兩貯槽中之 =墨t高度係經過選擇及控制，以決定墨水通過該印 刷頭之速率。 2〇·根據申請專利範圍第丨 甘士 — 貯枰中之其中在一貯槽或每-、曰 ^水今積保持在一穩定的高度上。 2!· ^據中請專利範圍第16項之方法，其中在每—貯槽中之 度係藉由高度感應器及經控制之墨水流動速率的 、、且3來達成。 l ΓΗ:專利範圍第16項之方法，其中墨水係被沒取而 使八由该下方貯槽重新循環至該上方貯槽。 “尺度適