УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОЙ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ Российский патент 2004 года по МПК B41J2/195 

Настоящее изобретение относится к устройству непрерывной струйной печати, содержащему печатающую головку непрерывной струйной печати с единственным соплом, оснащенную средством для нагрева, линию подачи чернил, соединяющую источник чернил с печатающей головкой и для возврата чернил в источник чернил, фильтр в указанной линии подачи чернил и средство управления подачей чернил для управления подачей чернил на печатающую головку.

Из патента США № 3999190 известно, что вязкостью чернил непосредственно перед выходом из печатающей головки необходимо точно управлять, чтобы обеспечить нужное формирование капель, а нагрев печатающей головки до заданной температуры позволяет точно управлять этой вязкостью. Из патента США № 4106030 также известно, что на печатающую головку непрерывной струйной печати необходимо подавать отфильтрованные чернила.

Однако вязкость чернил, предназначенных для использования в устройствах непрерывной струйной печати, остается серьезной проблемой технологии струйной печати, в частности ввиду того, что возрастает интерес к чернилам, содержащим большое количество пигмента, например, к чернилам, содержащим химически или термодинамически стабилизированные пигменты, неорганические пигменты, обладающие высокой абразивностью и высокой плотностью, или к чернилам, имеющим характеристики в области безопасности, например флюоресцирующие чернила.

Целью настоящего изобретения является создание устройства непрерывной струйной печати, в котором могут с успехом использоваться чернила вышеуказанного типа.

Настоящее изобретение относится к устройству непрерывной струйной печати, содержащему печатающую головку для непрерывной струйной печати с единственным соплом и оснащенную средством для нагрева, линию подачи чернил для соединения источника чернил с печатающей головкой и для возврата чернил из печатающей головки в источник, фильтр в линии подачи и средство управления подачей чернил для управления подачей чернил на печатающую головку, причем фильтр оснащен средством для нагрева, а средство управления подачей чернил выполнено с возможностью непрерывного поддержания в фильтре температуры, более высокой, чем в остальных участках чернильного тракта, и с возможностью поддержания в печатающей головке температуры, превышающей температуру окружающей среды.

Фильтр может располагаться в металлическом корпусе, содержащем электрический нагревательный элемент. В частности, фильтр может быть размещен между двумя металлическими пластинами, одна из которых оснащена средством для нагрева.

По меньшей мере пять статических смесителей могут быть установлены в стратегических точках внутри системы, при этом два статических смесителя могут встраиваться в линию подачи чернил, один из которых располагается непосредственно перед фильтром, а второй - непосредственно после фильтра по технологической линии.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения фильтр может крепиться непосредственно рядом с печатающей головкой.

Согласно другому варианту осуществления изобретения линия подачи чернил может соединяться, по меньшей мере, с одним элементом системы управления подачей чернил между выходным концом статического смесителя, установленного за фильтром, и входом печатающей головки.

Статические смесители в линии подачи чернил могут подогреваться.

Ниже следует подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения и альтернативных конструкций настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

Фиг.1 - схема устройства по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения; Фиг.2 - схема по Фиг.1 альтернативного варианта настоящего изобретения; Фиг.3 - схема подогреваемого фильтра.

Как показано на чертежах, ссылочный номер 1 обозначает резервуар с чернилами. Форма этого резервуара предпочтительно должна быть такова, чтобы обеспечивать эффективное перемешивание чернил. В нем не должно быть никаких “мертвых” объемов. Как показали исследования, удовлетворительной является цилиндрическая форма со скругленным дном. Также удовлетворительной будет полусферическая форма резервуара. В одном экспериментальном варианте этой концепции в качестве резервуара использовалась круглая банка емкостью 500 мл с навинчивающейся крышкой.

Чернила забираются из резервуара через подающую линию 2 и проходят через первый статический смеситель 3. Статический смеситель - это хорошо известное устройство, которое состоит из серии левосторонних и правосторонних спиральных элементов, расположенных в трубчатом корпусе. Смесители такого типа производят насколько компаний. Подходящими оказались смесители, изготовленные ТАН Industries Inc., из Нью-Джерси, США и Statiflo International Ltd., из Чешира, Великобритания.

Приемная линия 2 запитывает узел насоса 17 и систему 16 управления подачей чернил.

Позициями 4-8 обозначен контур рециркуляции чернил, который является важной частью схемы. Чернила забираются из бака 1 через второй статический смеситель 4, подаются по трубке 6 из нержавеющей стали на рециркуляционный насос 7, который предпочтительно является перистальтическим насосом, затем по следующему участку трубки 6 из нержавеющей стали возвращаются в резервуар 1 через третий статический смеситель 8. Оба участка трубки 6 из нержавеющей стали параллельно проходят через один и тот же алюминиевый блок 5, оснащенный средством для нагрева, что позволяет поддерживать постоянную температуру трубок 6. Расход контура рециркуляции поддерживается на уровне в несколько раз большем, чем расход через печатающую часть системы.

Бак 1 содержит возвратную линию 29, выходящую из системы 16 управления подачей чернил и проходящую через четвертый статический смеситель 9. Этот четвертый смеситель 9, однако, является необязательным. Приемлемые результаты были получены и без него.

Бак 1 расположен на магнитной мешалке 11 и содержит шарик 18 магнитной мешалки. Таким образом, система содержит два независимых перемешивающих средства: контур рециркуляции 4-8 и дополнительную мешалку 11 и 18. В качестве последнего можно использовать и вращающуюся механическую мешалку.

Блок 16 управления подачей чернил содержит насосный узел 17, условно показанный как пара отдельных насосов - всасывающий и нагнетающий. Однако это обозначение является чисто условным. Блок управления подачей чернил далее содержит различные соединительные, клапанные и управляющие средства, которые подробно не показаны и которые обеспечивают управление давлением и составом чернил: подачей чернил, подачей растворителя, измерением вязкости, управлением, расходом и т.д., а также подачей промывающей жидкости. Эта система может включать резервуар подготовки чернил, резервуар с растворителем и пр.

Другая линия подает чернила от блока 16 управления на печатающую головку 15. Она содержит пятый и шестой статические смесители 13 и 14 соответственно и фильтр 12, установленный между статическими смесителями 13 и 14. Фильтр 12 оснащен средством нагрева. На выходе из смесителя 14 чернила попадают в печатающую головку 15, которая представляет собой односопловую подогреваемую печатающую головку. Неиспользованные чернила из печатающей головки 15 возвращаются в блок 16 управления по линии 10 и оттуда в резервуар 1 чернил через статический смеситель 9.

Как показано на фиг.1 и 2, между блоком 16 управления подачей чернил и фильтром 12 с одной стороны и печатающей головкой 15 с другой стороны имеется соединение 19. Соединение 19 представляет собой электрическую цепь, используемую для нагрева печатающей головки 15 и фильтра 12 и для управления их температурой.

Нагреваемые головки известны сами по себе. Для нагрева фильтра 12 можно выбрать различные способы. Пример будет приведен со ссылкой на фиг.3. На фиг.1 и 2 фильтр 12 показан заключенным в корпус 20.

Последовательный проход чернил через статический смеситель 13, нагреваемый фильтр (12, 20) и второй статический смеситель 14 перед попаданием в печатающую головку 15 и возможность поддержания постоянной температуры печатающей головки в процессе печати - это два основных признака настоящего изобретения. Доказано, что эти признаки являются решающими для чернил, содержащих большую пропорцию пигмента и, в частности, элементы безопасности, такие как флюоресцирующие пигменты.

Было обнаружено, что, используя печатающую головку для непрерывной печати известного типа в описанном устройстве и задавая температуру головки на 50°С, а также подогревая запас чернил до 45-50°С, для печати можно использовать чернила, которые при комнатной температуре имеют вязкость более 12 сПз. Продемонстрирована необходимость использования и нагреваемой печатающей головки, и подогреваемой системы подачи чернил.

Применение подогреваемого фильтра является ключевым компонентом настоящего изобретения. Прекрасные характеристики текучести были достигнуты с помощью режима подогреваемого фильтрования и установки статических смесителей на входах фильтров. Чистота потока через фильтр повысилась, и для достижения необходимого расхода требуется меньшее давление. Использование высокого давления с высоковязкими чернилами приводит к сжатию фильтрующего элемента, изменению формы и размеров пор в фильтрующем элементе, тем самым, к снижению чистоты потока и изменению фильтрационных характеристик фильтра. При нагреве чернил вязкость падает, и фильтрационные свойства чернил можно улучшить. Однако, уменьшение вязкости увеличивает скорость выпадения пигмента в осадок. Поэтому желательно нагревать чернила до более высоких температур в области фильтра, а затем в других участках линии подачи чернил. Это улучшает фильтрационные свойства и минимизирует скорость выпадения в осадок в других участках печатающего устройства.

Установка статического смесителя на входе фильтра означает, что чернила, попадающие в фильтр, являются гомогенными и препятствуют блокированию фильтра, которое случается за счет гетерогенных свойств обогащенных пигментом чернил. Статический смеситель на выходе из фильтра обеспечивает гомогенность чернил, выходящих из фильтра. Это особенно важно непосредственно перед соплом, поскольку гомогенность чернил является ключевым требованием для надежного формирования и выбрасывания капли.

При размещении нагреваемого фильтра по отношению к печатающей головке важно обеспечить как можно меньше тепловых потерь. Как показано на фиг.1, фильтр 12 установлен так, что его выходной смеситель 14 расположен в непосредственной близости от печатающей головки 15. Как показано на фиг.2, может возникнуть необходимость установить трубку управления, относящуюся к системе 16, в линию подачи между смесителем 14 и головкой 15, однако в этом случае следует выполнять требование о минимизации тепловых потерь между фильтром и печатающей головкой.

На фиг.3 схематически показана конструкция фильтра 12. Фильтр 12 представляет собой 20-микронный фильтр. Он расположен между двумя металлическими пластинами 21 и 22. На обратной стороне пластины 22 закреплен нагревательный элемент 23. Фильтр может быть обернут в нагревательную ленту или заключен в подогреваемый корпус.

Как описано выше, применение нужного температурного профиля в линии подачи чернил на печатающую головку является ключевой частью настоящего изобретения. Таким образом, оптимальный температурный профиль для данного вида чернил должен определяться для этих чернил так, что:

- температура печатающей головки регулируется так, что чернила имеют идеальную вязкость для этой конкретной конфигурации печатающей головки;

- температура фильтра обеспечивает эффективное фильтрование при давлении, имеющемся в системе подачи чернил;

- температура головки превышает температуру окружающей среды;

- температура фильтра превышает температуру в остальных частях системы подачи чернил, кроме печатающей головки;

- температура источника чернил может превышать температуру окружающей среды.

Изобретение относится к технике струйной печати и может быть использовано в струйных принтерах и других печатающих устройствах. Устройство для непрерывной струйной печати содержит комбинацию средств, обеспечивающих перемешивание дисперсных чернил, подогреваемый источник чернил и печатающую головку, а также специализированный подогреваемый режим фильтрации. Применение этой комбинации позволяет осуществлять печать чернилами, содержащими немагнитные пигменты, проявляющие свойство “мягкого осаждения” при выдержке. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство непрерывной струйной печати, содержащее печатающую головку (15) для непрерывной струйной печати, имеющую единственное сопло, линию (2, 10) подачи чернил, соединяющую источник (1) чернил с печатающей головкой и возвращающую неиспользованные чернила из печатающей головки в источник чернил, фильтр (12) в линии подачи и средство (16) управления подачей чернил для управления подачей чернил на печатающую головку, отличающееся тем, что фильтр (12) снабжен вторым нагревательным средством (23), а средство (16) управления подачей чернил выполнено с возможностью непрерывного поддержания в фильтре температуры, превышающей температуру в остальных частях системы подачи чернил, и для поддержания в печатающей головке (15) постоянной температуры, превышающей температуру окружающей среды.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр (12) расположен в металлическом корпусе (20), содержащем электрический нагревательный элемент.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр (12) расположен между двух металлических пластин (21, 22), одна из которых снабжена нагревательным средством (23).4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в важных точках системы установлено по меньшей мере пять статических смесителей (2, 4, 8, 13, 14).5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что два статических смесителя (13, 14) установлены в линии подачи чернил (2, 10), при этом один из них расположен непосредственно перед фильтром (12), а второй - непосредственно после фильтра по технологической линии.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что фильтр установлен в непосредственной близости от печатающей головки.7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что линия подачи чернил соединена, по меньшей мере, с одним элементом системы (16) управления подачей чернил между выходным концом статического смесителя (14), установленного после фильтра, и входом печатающей головки (15).8. Устройство по любому из пп.4-7, отличающееся тем, что статические смесители (13, 14) в линии подачи чернил выполнены подогреваемыми.