UA67862C2 - Пристрій струминного друку для чорнила з високим вмістом пігменту і спосіб струминного друку з використанням цього пристрою - Google Patents

Abstract

Запропонований пристрій для безперервного струминного друку містить комбінацію засобів для перемішування дисперсії, джерела чорнила, що підігрівається, і друкуючої головки, а також має спеціалізований режим фільтрації. Застосування цієї комбінації дозволяє здійснювати друк чорнилом, що містить немагнітні пігменти, які виявляють властивість “м'якого осадження” при витримці.

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до пристрою струминного друку для чорнила з високим вмістом пігменту, що 2 містить головку для безперервного струминного друку, резервуар для чорнила і живильний контур для подачі чорнила з резервуара на друкуючу головку і повернення невикористаного чорнила зворотно в резервуар.

Винахід також відноситься до способу струминного друку чорнилом з високим вмістом пігменту високої щільності.

Інтерес до пігментного чорнила зростає. Однак, добре відомо, що якщо чорнило містить пігменти високої 70 щільності, ця висока щільність перешкоджає їх змішуванню з чорнилом. Броунівський рух частинок в розведеному розчині недостатній для подолання сили тяжіння, і частинки прагнуть випасти в осад і агломерувати. В області безперервного струминного друку йде боротьба з цією проблемою вже більше десяти років. Досі широко поширена думка, що для успішного застосування пігментованого чорнила у струминному друку, дисперсія повинна бути стабільною. Це накладає дуже жорсткі вимоги до хімії чорнила, особливо в тих 72 випадках, коли в технології безперервного струминного друку застосовується чорнило з високим вмістом пігменту, або яке мають в'язкість, що перевищує 12сПз при кімнатній температурі, або володіє функціями захисту від підробки документа, наприклад, містить флуоресціюючий пігмент.

На думку заявника найбільш близьким аналогом заявленого винаходу, як пристрою, так і способу, є ЕР 0736388 (копія додається). В даному документі розкрито пристрій для струминного друку, який містить друкуючу 20 головку, резервуар для чорнил і живильний контур для подачі чорнила на друкуючу головку і повертання невикористаного чорнила назад в резервуар, контур рециркуляції, який відбирає чорнило із резервуара і повертає його в резервуар, перемішуючий пристрій, який містить перемішуючу систему для чорнила, яке знаходиться в резервуарі, і засіб нагрівання для чорнила і підтримання температури чорнила на заданому рівні.

В цьому документі не розкрито | не запропоновано двостадійний перемішуючий пристрій, оскільки контур с 25 рециркуляції не містить перемішуючого засобу. Далі, цей пристрій згідно з попереднім рівнем техніки не може (3 бути віднесений до пристроїв для безперервного струминного друку.

Метою даного винаходу є розв'язання цієї проблеми.

В основу винаходу покладено задачу створення пристрою струминного друку, який був би здатний використовувати чорнило, яке має лише мінімальний рівень стабільності дисперсії і яке проявляє властивість, сч 30 яка називається "м'яким осадженням", а також створення способу друку за допомогою такого чорнила з Ге) використанням такого пристрою струминного друку.

Експерименти, проведені з цією метою, показали,, що використовуючи пристрій згідно з даним винаходом, в со пристрої безперервного струминного друку з єдиним соплом можна успішно застосовувати чорнило, яке володіє /-че лише мінімальним рівнем стабільності дисперсії і яке виявляє властивість, названу "м'яким осадженням". 325 Дисперсія з м'яким осадженням - це така дисперсія, в якій пігмент осаджується в спокійному стані, але ке, легко диспергується при легкому перемішуванні або струшуванні. Дисперсія з "жорстким осадженням" - це така дисперсія, яка не дозволяє легко диспергувати осад після витримування в спокійному стані протягом деякого часу. «

Таким чином, даний винахід відноситься до пристрою для струминного друку чорнилом з високим вмістом З 70 пігменту, що містить головку для безперервного струминного Друку, резервуар для чорнила, і контур для подачі с чорнила з резервуара на друкуючу головку і повернення невикористаного чорнила зворотно в резервуар,

Із» причому пристрій містить з одного боку двоступеневий перемішуючий пристрій, що містить контур рециркуляції із засобом перемішування, що забирає чорнило з резервуара і повертає його в резервуар, і мішалку для чорнила, що знаходиться в резервуарі, і додатково, засіб для нагрівання чорнила і підтримання температури чорнила на заданому рівні, що перевищує температуру навколишнього середовища. б Згідно з переважним варіантом здійснення даного винаходу, у важливі точки системи вбудовані щонайменше -І п'ять статичних змішувачів, а контур живлення друкуючої головки містить фільтр, встановлений до друкуючої головки за технологічною лінією між двома статичними змішувачами, при цьому є засіб для нагрівання фільтра бо для підтримання температури чорнила в фільтрі більш високою, ніж в інших частинах лінії живлення друкуючої

Ге»! 20 головки. Крім того, контур рециркуляції містить рециркуляційний насос, встановлений між двома статичними змішувачами. о Згідно з другим аспектом, даний винахід відноситься до процесу струминного друку чорнилом, отриманим шляхом дисперсії частинок в рідині.

Далі слідує опис варіанту здійснення заявленого пристрою з посиланнями на прикладене креслення. 29 Фіг.1 - схема друкуючого пристрою, що включає відмітні ознаки даного винаходу.

ГФ) На фіг.1 посилальним номером 1 позначений резервуар для чорнила. Форма цього резервуара повинна переважно бути такою, щоб сприяти ефективному перемішуванню чорнила. У ньому не повинно бути ніяких о "мертвих" об'ємів. Як показали дослідження задовільною є циліндрична форма із округленим дном. Також задовільною буде напівсферична форма резервуара. У одному експериментальному варіанті цієї концепції як 60 резервуар використовувалася кругла банка місткістю 500 мл з кришкою, яка нагвинчується.

Чорнило забирається з резервуара через подаючу лінію 2 і проходить через перший статичний змішувач 3.

Статичний змішувач - це добре відомий пристрій, який складається з серії лівосторонніх і правосторонніх спіральних елементів, розташованих в трубчастому корпусі. Змішувачі такого типу виробляють декілька компаній. Придатними виявилися змішувачі, виготовлені ТАН Іпдивігез Іпс., з Нью-Джерсі, США і егаїШо бо |пегпайопа! ца. з Чеширу, Велика Британія.

Приймальна лінія 2 підживлює вузол насоса 17 і систему 16 управління подачею чорнила.

Посилальними номерами з 4 по 8 позначений контур рециркуляції чорнила, який є важливою частиною схеми. Чорнило забирається з бака 1 через другий статичний змішувач 4, подається за трубкою 6 з неіржавіючої сталі на рециркуляційний насос 7, який переважно є перистальтичним насосом, потім за наступною ділянкою трубки 6 повертається в резервуар 1 через третій статичний змішувач 8. Обидві ділянки трубки 6 з неіржавіючої сталі паралельно проходять через один і той же алюмінієвий блок 5, оснащений засобом для нагріву, що дозволяє підтримувати постійну температуру трубок 6. Витрата контуру рециркуляції підтримується на рівні в декілька разів більшому, ніж витрата через друкуючу частину системи. 70 Резервуар 1 містить зворотну лінію 29, що виходить з системи 16 управління подачею чорнила і проходить через четвертий статичний змішувач 9. Цей четвертий змішувач 9, однак, є необов'язковим. Прийнятні результати були отримані і без нього.

Резервуар 1 розташований на магнітній мішалці 11 і містить кульку 18 магнітної мішалки. Таким чином, система містить два незалежно перемішуючих засоби: контур рециркуляції 4-8 і додаткову мішалку 11 і 18. Як /5 останнє можна використати і механічну мішалку, що обертається.

Блок 16 управління подачею чорнила містить насосний вузол 17, умовно показаний як пара окремих насосів - всмоктуючий і нагнітаючий. Однак це позначення є чисто умовним. Блок управління подачею чорнила далі містить різні з'єднувальні, клапанні і керуючі засоби, які детально не показані і які забезпечують управління тиском і складом чорнила: подача чорнила, подача розчинника, вимірювання в'язкості, управління витратою та ін. а також подачею промиваючої рідини. Ця система може включати резервуар підготовки чорнила, резервуар з розчинником та ін.

Інша лінія подає чорнило від блоку 16 управління на друкуючу головку 15. Вона містить п'ятий і шостий статичні змішувачі 13 і 14 відповідно і фільтр 12, встановлений між статичними змішувачами 13 і 14. Фільтр 12 оснащений засобом нагріву. На виході із змішувача 14 чорнило попадають в друкуючу головку 15, яка являє сч собою односоплову друкуючу головку, що підігрівається. Невикористане чорнило з друкуючої головки 15 повертається в блок 16 управління за лінією 10 і звідти в резервуар 1 чорнила через статичний змішувач 9. і)

Далі слідує опис робочих умов пристрою.

Як було вказано вище, метою пристрою є забезпечення можливості друкуючому пристрою безперервного струминного друку працювати з чорнилом, що містить пігменти, що важко піддаються диспергуванню. с зо Підвищення в'язкості чорнила призводить до підвищення стабільності дисперсії за рахунок погіршення умов, при яких пігмент осаджується. Однак, відомі в цей час пристрої для безперервного струминного друку призначені для ісе) роботи з чорнилом, що має в'язкість від 2,5 до 10сПз і, переважно, від 2,8 до 4сПз. Однак, було показано, що со пристрій, що описується, може працювати з чорнилом, в'язкість якого при кімнатній температурі перевищує 12сПз. Це дозволяє використати чорнило з високим вмістом пігменту або збільшити стабілізацію полімеру. ї-

Описана вище система подачі чорнила з підігріванням є важливою ознакою. Так, наприклад, тести показали (ау що незважаючи на завдання температури друкуючої головки на 50"С, отримати вдалося максимум приблизно

З35"С. У тому ж випадку, коли температуру чорнила підвищували до 45-507"С, наприклад, шляхом пропущення чорнила за контуром 4-8, виявилося можливим досягати необхідної температури головки. Отже, необхідні і друкуюча головка, що нагрівається, і система подачі чорнила з підігріванням. «

Деяке чорнило на водній основі при використанні в друкуючому пристрої, що описується, призводить до в с конденсації вологи на електроді заряду, особливо при підвищеній температурі друкуючої головки. Утворенню

Й такого конденсату, який в результаті призводить до відмови друкуючого пристрою, можна запобігай, а застосувавши невеликий надмірний тиск повітря на електроді заряду або, переважно, застосовуючи невелике нагрівання.

Було виявлено, що необхідно застосовувати дві технології перемішування, включаючи а) перемішування

Ге» запасу чорнила магнітною або іншою мішалкою, що обертається, і 5) постійну рециркуляцію за контуром, що містить статичні змішувачі, щоб забезпечити можливість м'якого осадження дисперсій. Такі дисперсії, що ш- володіють властивістю м'якого осадження, можуть бути отримані з використанням пігментів, що важко

Го! піддаються дисперсії, або додаткових матеріалів, призначених для додаткової функціональності чорнила.

Застосування описаного пристрою не тільки підтримує гомогенність дисперсії, але дозволяє ефективно

Ме, редиспергувати пігменти після відключення принтера на деякий час (наприклад, на ніч). При повторному

Ге включенні пристрою необхідно лише послідовно включити системи перемішування і дати їм попрацювати деякий час раніше, ніж почати друк. Цей процес редиспергування полегшується використанням такої форми резервуара, яка не містить ніяких "мертвих" об'ємів, як описано вище.

Встановлення фільтра, що нагрівається, як можна ближче до статичних змішувачів, розташованих безпосередньо до і після фільтра і до друкуючої головки, є ключовим компонентом даного винаходу.

Ф) Режим фільтрації, що нагрівається, дозволяє отримати чудові характеристики потоку. Чистота потоку через ка фільтр підвищується і для отримання прийнятної витрати потрібний менший тиск. Використання високого тиску при високій в'язкості погіршило б характеристики фільтра. Крім того, при нагріванні чорнила в'язкість бо Знижується, що поліпшує фільтраційні властивості чорнила.

Зменшення в'язкості підвищує швидкість осадження пігменту, що є небажаним. Отже, підігрівання чорнила в області фільтра до більш високої температури, ніж в інших компонентах лінії подачі чорнила поліпшує фільтраційні характеристики, одночасно зводячи до мінімуму швидкість осадження в інших компонентах друкуючого пристрою. 65 Нарешті, статичний змішувач на вході фільтра запобігає закупорці або забиттю, викликаному гетерогенним потоком чорнила. Статичний змішувач на виході фільтра забезпечує гомогенність чорнила, що виходить з фільтра. Це особливо важливо безпосередньо перед соплом, оскільки гомогенність чорнила є ключовою вимогою для надійного формування і викиду краплі.

Тести

Тести описаного вище друкуючого пристрою дали наступні результати. 1. Друк вівся при температурі навколишнього середовища чорнилом, що має в'язкість 5,6сПз. Система рециркуляції чорнила не підігрівалася. Зареєстрована температура і чорнила і друкуючої головки становила 27"б. Тиск насоса і напруга модуляції були задані як 290Омбар і 4008 відповідно. Якість друку була хорошою. 2. Потім за тих же умов, що описані вище (температура чорнила і друкуючої головки 27"С), вівся друк 7/0 чорнилом, що має в'язкість 12,5сПз. Друк виявився неможливим.

З. Друк тим же чорнилом, що і в тесті Мо2, але температура чорнила була підвищена до 44"С, а температура головки - до 35"С. Тиск насоса і напруга модуляції становили 2815мбар і 600В відповідно. Були отримані задовільні результати. Під час експерименту температура зарядного електрода підтримувалася на рівні 607С за допомогою терморадіаційного нагрівника потужністю 10Вт для запобігання конденсації, як описано вище.

Було відмічене осадження в чорнилі через 1 годину після вимкнення магнітної мішалки і рециркуляційного контуру при температурі чорнила, що підтримується на рівні 2576. 4. Чорнило в'язкістю приблизно 13сПз було залите в резервуар і піддавалось перемішуванню магнітною мішалкою і рециркуляційним контуром 4-8, як описано вище. З регулярними інтервалами з резервуара відбиралися зразки чорнила і вимірювалася їх в'язкість:

МЧасбв) 083060 90 120

Таким чином підтримувалася стабільність дисперсії при використанні обох способів. В'язкість вимірювалася при Збоб/хв. с 5. Після перемішування протягом 2 год. рециркуляційний контур і магнітна мішалка були вимкнені, і чорнило Ге) залишалося в спокої, без перемішування.

Приблизно через 10хв. після припинення перемішування було візуально помітне значне осадження. сч

Зо Те)

Таким чином, при відсутності перемішування дисперсія відстоюється. со

Процес обслуговування їч-

У доповнення до описаних вище різних робочих процедур, для подальшого підвищення надійності системи може застосовуватися наступна процедура обслуговування. іс),

Система повинна мати окрему систему промивання, що містить чисту відфільтровану промивальну рідину.

Вона є додатковою до підживлюючої рідини.

Після відключення, чорнило зливається з головки і трубок і повертається у внутрішній контейнер для « чорнила. Потім через систему прокачується промивальний розчин ретельного видалення чорнила. У режимі очікування друкуючий пристрій знаходиться в герметизованому стані, заповнений чистою, відфільтрованою т с промивальною рідиною. "» У ході виконання послідовності пускових операцій, чорнило в контейнері інтенсивно перемішується, " промивальна рідина викачується з системи, і в неї в пульсуючому режимі під тиском вводиться чорнило.

Обслуговування при роботі полягає в періодичному промиванні системи чорнилом, щоб уникнути утворення осаду. Це досягається пульсуючим пропущенням чорнила через систему між завданнями на друк.

Ме, Важливу роль грає кондиціонування повітря, наприклад, робота при негативному тиску або дегазація. -І со

Claims (8)

Формула винаходу б 50

1. Пристрій струминного друку для чорнила з високим вмістом пігменту, який містить друкуючу головку (15), що) резервуар (1) для чорнила і живильний контур (2, 10) для подачі чорнила з резервуара на друкуючу головку і повернення невикористаного чорнила назад в резервуар, контур рециркуляції (5, 6, 7), що відбирає чорнило з резервуара і повертає його в резервуар, перемішуючий пристрій, який містить перемішуючу систему (11, 18) для Чорнила, що знаходиться в резервуарі, і засіб для нагрівання чорнила і підтримання температури чорнила на о заданому рівні, який відрізняється тим, що друкуюча головка виконана з можливістю безперервного струминного друку, перемішуючий пристрій виконаний двоступеневим і містить розміщений в контурі рециркуляції (5, 6, 7) їмо) засіб змішування (4, 8) для забезпечення можливості використання чорнила, яке виявляє властивість "м'якого осадження", а засіб для нагрівання чорнила і підтримання температури чорнила на заданому рівні виконаний з бо можливістю підтримання температури чорнила на рівні, який перевищує температуру навколишнього середовища.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше п'ять статичних змішувачів (3, 4, 8, 13, 14) встановлено в різних точках системи, на вході (3) лінії живлення, до і після (13, 14) фільтра (12) за ходом технологічної лінії, на вході і виході (4, 8) контуру рециркуляції. 65 З.

Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що контур живлення друкуючої головки містить фільтр (12), встановлений між двома статичними змішувачами (13, 14) перед друкуючою головкою за ходом технологічної лінії, при цьому засіб підігрівання фільтра встановлений так, щоб температура чорнила в фільтрі перевищувала температуру в будь-якій іншій частині контуру живлення друкуючої головки.

4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що контур рециркуляції містить рециркуляційний насос (7), встановлений між двома статичними змішувачами (4, 8).

5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що рециркуляційний насос є перистальтичним насосом.

6. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що рециркуляційний насос з'єднаний з впускним і випускним сегментами трубки (6), вбудованими в блок, що нагрівається, для підтримання основного рівня температури чорнила в пристрої. 70

7. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що перемішуючий засіб для чорнила в резервуарі містить магнітну мішалку або мішалку, що механічно обертається.

8. Спосіб струминного друку чорнилом, що має високий вміст пігменту, згідно з яким використовують пристрій струминного друку, який містить друкуючу головку (15), резервуар (1) для чорнила, контур рециркуляції (5, 6, 7), що відбирає чорнило з резервуара і повертає його в резервуар, та перемішуючий пристрій, який містить перемішуючу систему (11, 18) для чорнила, яке знаходиться в резервуарі, який відрізняється тим, що використовують двоступеневий перемішуючий пристрій, який містить розміщений в контурі рециркуляції (5, 6 7) засіб змішування (4, 8), при цьому для заповнення резервуара друкуючого пристрою використовують чорнило, яке виявляє властивість "м'якого осадження". с щі 6) с (Се) (ее) ча (Се) -

с . и? (о) -І (ее) ФО Ко) іме) 60 б5