Пристрій струминного друку для чорнила з високим вмістом пігменту і спосіб струминного друку з використанням цього пристрою

Даний винахід відноситься до пристрою струминного друку для чорнила з високим вмістом пігменту, що 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 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 друк у, дисперсія повинна бути стабільною. Це накладає дуже жорсткі вимоги до хімії чорнила, особливо в тих 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 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 І не запропоновано двостадїйний перемішуючий пристрій, оскільки контур рециркуляції не містить перемішуючого засобу. Далі, цей пристрій згідно з попереднім рівнем техніки не може 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 використовува ти чорнило, яке має лише мінімальний рівень стабільності дисперсії і яке проявляє властивість, яка називається "м'яким осадженням", а також створення способу друку за допомогою такого чорнила з використанням такого пристрою струминного друку. Експерименти, проведені з цією метою, показали, що використовуючи пристрій згідно з даним винаходом, в пристрої безперервного струминного друку з єдиним соплом можна успішно застосовувати чорнило, яке володіє лише мінімальним рівнем стабільності дисперсії і яке виявляє властивість, названу «м'яким осадженням». Дисперсія з м'яким осадженням - це така дисперсія, в якій пігмент осаджується в спокійному стані, але 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 пігменту, що містить головку для безперервного струминного Друку, резервуар для чорнила, і контур для подачі чорнила з резервуара на друкуючу головку і повернення невикористаного чорнила зворотно в резервуар, 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. Згідно з переважним варіантом здійснення даного винаходу, у важливі точки системи вбудовані щонайменше 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 для підтримання температури чорнила в фільтрі більш високою, ніж в інших частинах лінії живлення друкуючої головки. Крім того, контур рециркуляції містить рециркуляційний насос, встановлений між двома статичними змішувачами. 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. Фіг.1 - схема друкуючого пристрою, що включає відмітні ознаки даного винаходу. 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 «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 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 Industries Inc., з НьюДжерсі, США і Statiflo International Ltd., 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 тр убок 6. Витрата контуру рециркуляції підтримується на рівні в декілька разів більшому, ніж витрата через друкуючу частину системи. Резервуар 1 містить зворотну лінію 29, що ви ходить 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 перемішуючи х засоби: контур рециркуляції 4-8 і додаткову мішалку 11 і 18. Як 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 собою односоплову др укуючу 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. 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. 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 роботи з чорнилом, що має в'язкість від 2,5 до 10сПз і, переважно, від 2,8 до 4сПз. Однак, було показано, що 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. Описана вище система подачі чорнила з підігріванням є важливою ознакою. Так, наприклад, тести показали що незважаючи на завдання температури друкуючої головки на 50°С, отримати вдалося максимум приблизно 35°С. У тому ж випадку, коли температуру чорнила підвищували до 45-50°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 конденсації вологи на електроді заряду, особливо при підвищеній температурі друкуючої головки. Утворенню такого конденсату, який в результаті призводить до відмови друкуючого пристрою, можна запобігати, застосувавши невеликий надмірний тиск повітря на електроді заряду або, переважно, застосовуючи невелике нагрівання. Було виявлено, що необхідно застосовува ти дві те хнології перемішування, включаючи а) перемішування запасу чорнила магнітною або іншою мішалкою, що обертається, і b) постійну рециркуляцію за контуром, що містить статичні змішувачі, щоб забезпечити можливість м'якого осадження дисперсій. Такі дисперсії, що володіють властивістю м'якого осадження, можуть бути отримані з використанням пігментів, що важко піддаються дисперсії, або додаткових матеріалів, призначених для додаткової функціональності чорнила. Застосування описаного пристрою не тільки підтримує гомогенність дисперсії, але дозволяє ефективно редиспергувати пігменти після відключення принтера на деякий час (наприклад, на ніч). При повторному 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. Режим фільтрації, що нагрівається, дозволяє отримати чудові характеристики потоку. Чистота потоку через 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 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 друк уючого пристрою. Нарешті, статичний змішувач на вході фільтра запобігає закупорці або забиттю, викликаному гетерогенним потоком чорнила. Статичний змішувач на виході фільтра забезпечує гомогенність чорнила, що ви ходить з фільтра. Це особливо важливо безпосередньо перед соплом, оскільки гомогенність чорнила є ключовою вимогою для надійного формування і викиду краплі. Тести Тести описаного вище друк уючого 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°С. Тиск насоса і напруга модуляції були задані як 2900мбар і 400В відповідно. Якість друку була хорошою. 2. Потім за тих же умов, що описані вище (температура чорнила і друкуючої головки 27°С), вівся друк чорнилом, що має в'язкість 12,5сПз. Друк виявився неможливим. 3. Друк тим же чорнилом, що і в тесті №2, 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 60°С 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 25°С. 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: Час (хв.) В'язкість (сПз) 0 13,3 30 13,9 60 13,7 90 13,6 120 13,4 Таким чином підтримувалася стабільність дисперсії при використанні обох способів. В'язкість вимірювалася при 30об/хв. 5. Після перемішування протягом 2 год. рециркуляційний контур і магнітна мішалка були вимкнені, і чорнило залишалося в спокої, без перемішування. Приблизно через 10хв. після припинення перемішування було візуально помітне значне осадження. Час після припинення перемішування Виміряна в'язкість (сПз) 30хв. 15год. 11,3 11,4 Таким чином, при відсутності перемішування дисперсія відстоюється. Процес обслуговування У доповнення до описаних вище різних робочих процедур, для подальшого підвищення надійності системи може застосовуватися наступна процедура обслуговування. 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 вн утрішній контейнер для чорнила. Потім через систему прокачується промивальний розчин ретельного видалення чорнила. У режимі очікування друкуючий пристрій знаходиться в герметизованому стані, заповнений чистою, відфільтрованою промивальною рідиною. У ході виконання послідовності пускових операцій, чорнило в контейнері інтенсивно перемішується, промивальна рідина викачується з системи, і в неї в п ульсуючому 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. Важливу роль грає кондиціонування повітря, наприклад, робота при негативному тиску або дегазація.