王恒印 董宪君 马玉平

概述

喷墨打印技术是典型的液滴排出技术，自1878年发展至今，在极大方便了人们生活的同时，也存在着一些影响其使用体验的问题，例如：①喷墨头长时间不使用油墨中溶劑的蒸发将会导致油墨的增黏干燥，增黏后的墨水将会影响喷墨液滴的形成，甚至导致堵塞喷嘴。②喷墨头长期暴露于空气中，空气中存在的各种粉尘颗粒，以及喷墨过程使用的纸张的记录介质的粉屑等都容易吸附在喷嘴附近，或者与喷嘴内的墨水混合、纸屑等在喷嘴口附加的黏附以及与油墨的混合，这些灰尘或者粉尘颗粒在喷嘴附加的聚积及其与油墨的混合，也会导致喷嘴的喷墨不良甚至堵塞。③高速喷墨过程中压力室内部容易形成的气泡等，压力室内气泡的存在，会缓和压力室的喷射压力，导致难以形成所需的喷射压力，同时，气泡聚积在喷嘴附近，也会影响墨滴的喷出。上述问题的存在都将会导致液体喷墨印刷中的喷墨液滴排出故障，造成喷墨不良，严重影响喷墨打印图像的质量。

已知的喷墨液滴排出故障的防止与恢复手段主要有油墨的空排出技术、盖帽抽吸技术、清洗液冲洗技术、液体在喷嘴附近的突出技术等4种，但这些技术中，应用最为普遍的是盖帽抽吸技术。盖帽抽吸技术是在喷墨头维护位置处，针对喷墨印刷中可能导致的或者已经发生了的喷嘴堵塞和排出不良情况对喷嘴进行维护。其通过将盖帽部件与喷嘴板密闭结合，采用连接有墨吸收部件或者墨收集部件的抽吸泵对喷嘴进行抽吸，将增黏了的油墨、杂质、气泡等进行抽吸出来，从而实现对喷嘴的维护。优点在于操作简单，可以提供较高的抽吸力以解决喷嘴排出故障，缺陷在于无法解决墨水在喷墨头压力室内的固结以及更换油墨导致的油墨混合，且需要消耗掉大量的墨液，只能在非印刷期间执行。

盖帽抽吸技术是在喷墨头维护位置处，针对喷墨印刷中可能导致的或者已经发生了的喷嘴堵塞和排出不良情况对喷嘴进行维护。其通过将盖帽部件与喷嘴板密闭结合，采用连接有墨吸收部件或者墨收集部件的抽吸泵对喷嘴进行抽吸，将增黏了的油墨、杂质、气泡等进行抽吸出来，从而实现对喷嘴的维护。各类液滴排出故障的防止与维护方法中，盖帽抽吸技术以其操作方便，维护效率高，便于执行等优势得到广泛的应用。

盖帽抽吸技术分支

如图1所示，盖帽抽吸技术主要从抽吸墨水的去向和功能的集成两个大的方面进行分支。其中抽吸墨水的去向方面分为墨水被废墨吸收体吸附、收集到废墨盒、再循环到喷头继续供墨3个方面的技术，功能集成方面主要是通过抽吸压力负责形成弯月面、形成清洗液清洗用的循环回路等两个方面，下面分别进行介绍。

1.基于墨水去向分类

根据抽吸墨水的去向，主要分为采用废墨吸收体收集，采用废墨盒收集，以及过滤去杂质和气泡后再循环到喷头用于继续供墨。

①早期的盖帽抽吸技术专利申请的废墨吸收去向通常采用废墨吸收体进行吸收，该方式吸收的墨液由于没有办法回收再利用，造成了很多程度的浪费。

②为了减少抽吸出墨液的浪费，随着盖帽抽吸技术的发展，申请人逐渐开始采用收集墨液的废墨盒进行废墨收集，以减少墨液的浪费。该方式主要是采用在连接盖帽结构管路上连接废墨盒，用于容纳抽吸的废墨。下图2是爱普生公司19901019申请的公开号为JP4-73159 A的专利，该申请示出了采用废墨盒回收废墨的典型结构。

③在考虑到对打印质量要求不高的情况下，为了进一步提高油墨的利用率，减少油墨的浪费，佳能公司和精工爱普生株式会社等均对盖帽抽吸回收废墨再循环技术进行了相关的研究。该方法通过在盖帽的抽吸回路上设置过滤器，通过形成一定的驱动压力来对弯月面进行维护。下图3为爱普生于2000年5月2日申请的，公开号为JP2001-315358 A的较为成熟的盖帽抽吸回收废墨再循环技术示意图。

2.盖帽的功能集成

①液滴喷射弯月面的维护

液滴喷射间歇停止期间，喷嘴暴露于大气中会导致墨水中溶剂的蒸发变得干燥以及灰尘的积聚，外部大气压的存在也影响喷嘴内弯月面的形态，导致再次喷墨印刷时的印刷质量问题，为了防止上述问题的发生，需要对喷嘴面保持潮湿、避免杂质等吸附，同时保证适当的大气压。盖帽抽吸技术的盖帽贴附于喷嘴时可以阻挡杂质，同时一定程度上防止墨液中溶剂的蒸发。佳能公司和精工爱普生株式会社等均对盖帽集成弯月面维护功能进行了相关的研究。该方法通过在盖帽上设置用于维护弯月面的支路，通过形成一定的驱动压力来对弯月面进行维护。图4为爱普生于2010年12月2日申请的，公开号为JP2012-116143 A的较为成熟的集成弯月面维护功能的盖帽机构的示意图。

②形成清洗液等清洗喷嘴的循环通路

喷嘴内部液体的维护中，有时会涉及墨水更换以及长时间的静置等导致的墨水颜料或染料颗粒的沉积，导致采用盖帽抽吸技术本身难以去除，需要采用清洗液进行清洗。其中清洗液清洗中与盖帽结合的方式通常有两种，一是在喷头通入清洗液，并采用盖帽接取废液，例如下图5株式会社东芝申请的公开号为JP2006-159034 A的专利申请。二是清洗液直接盖帽一侧的入口进入从另一侧的出口流出，例如下图6所示的爱普生公司公开号为JP2011-189654 A的专利申请。

盖帽抽吸技术的发展状况

奥林匹亚公司（OLYMPIA WERKE AG）于1973年12月17日申请，并于1975年2月27日公开的DE2362576 B1专利，公开了一种弹性泡沫材料的喷墨印刷机用盖帽，该盖帽通过与喷嘴密闭的接触，通过抽吸力来对变脏和变干了的喷嘴进行维护。

佳能的公开号为JPS56-60256 A的专利申请公开了一种喷墨记录装置，该喷墨记录装置通过在喷嘴板表面密封具有油墨吸收体的盖帽，通过活塞对喷嘴进行抽吸，将喷嘴内黏稠的油墨、杂质、气泡等抽出，来实现对喷嘴的维护，该喷墨记录装置中，由于采用的抽吸方式为活塞，其抽吸量受到限制，并且油墨通过油墨吸收体进行吸收，不便于油墨的回收。

针对上述问题，佳能公司对盖帽部件进行了改进，其公开号为JPH3-73352A和JPH3-73354A的专利申请中均公开了一种喷墨记录装置，采用抽吸泵对喷墨嘴内部的油墨进行抽吸，从而提高了抽吸量。

爱普生公司的公开号为JPH4-73159A专利申请研究发现杂质等造成的喷嘴口堵塞或喷墨不良抽吸使用较小的油墨量就可以恢复，而气泡等则需要较大的油墨量才能恢复，而现有技术对这两种原因造成的喷嘴口堵塞或喷墨不良均是采用相同的抽吸方式，而不针对两种情况分别对待，这就导致了抽吸杂质等造成的不良时会出现大量油墨的使用造成浪费，而对于气泡等造成的则由于一次操作墨量不足等难以一次恢复，需要多次操作。该专利申请中的喷墨记录装置具有：通过具有排列的喷嘴在记录介质上喷射墨液的喷墨头，一用于检测印刷故障是由纸屑或灰尘造成的较轻喷墨故障还是由混入压力室墨流中的气泡造成的严重喷墨故障的微型控制器；基于检测结果，通过设置在喷墨记录装置上的恢复按钮分别执行不同的操作：对于较轻的印刷故障，控制器控制盖帽部件贴附于喷墨头的喷嘴板，对喷嘴口施加负压，执行减少喷嘴排出量的抽吸操作；对于严重的喷墨故障，则执行增加喷嘴排出量的操作。为了进一步减少油墨的浪费，其还具有连接盖帽部件的储墨容器，用于回收抽吸到的墨液。该方法针对性地对于不同情况的喷嘴堵塞进行抽吸，有效地提高了维护效率，同时对油墨进行回收，提高了油墨的利用效率。然而，上述方式中，仅仅是将油墨回收到储墨容器中，虽然一定程度上提高了油墨的利用效率，然而，回收后的油墨再利用仍然需要回收后再次处理才能够安装到喷墨头上再次使用。

针对上述不足，佳能公司的公开号为JPH11-334094 A的专利申请公开了一种恢复喷墨记录头的方法及其装置，其中公开了通过将抽吸操作中抽吸的油墨通过过滤，去气泡等处理后，供给到喷墨头继续使用。然而，该技术虽然能够将回收的墨液过滤后再次使用，然而，由于油墨已经一定程度上增黏，故影响喷墨的效果。

对此，佳能进行了进一步的研究，并在公开号为JP2001-315358 A的专利申请中公开了一种喷墨记录装置，该喷墨记录装置通过设置添加油墨稀释剂的单元，对油墨添加稀释剂，防止油墨黏度过高影响打印。有效地防止了油墨增黏导致的影响打印。佳能的公开号为JP2001-315357 A的专利申请不仅克服了回收的油墨由于黏度增加而影响使用的问题，还解决了过滤器长时间使用后，由于黏附的杂质太多造成过滤器本身的堵塞。该专利通过设置添加油墨稀释剂的单元，对油墨添加稀释剂，防止油墨黏度过高影响打印；并进一步设置过滤器杂质清除单元，对过滤器上粘附的杂质进行清除，防止杂质堵塞过滤器。该技术使得油墨的盖帽抽吸以实现喷墨液滴排出故障的防止与修复技术趋于成熟。

盖帽抽吸技术专利申请分析

涉及盖帽抽吸技术的专利申请主要集中在CPC分类号B41J2/16523和FT分类号2C056/JA00，2C056/ JA13，2C056/EC57下，IPC分类号B41J2/165与较为准确的关键词为盖帽（Cap）、抽吸（Suck、suction）、堵塞（Clog、Close、Block）等，以及与之交叉的相关领域墨水再循环系统领域的IPC分类号 B41J2/18，以及FT分类号2C056/JC20最为检索的补充。

在SIPOABS数据库中，通过CPC分类号B41J2/16523进行重点检索，并采用FT分类号2C056/EC57进行补充检索，筛选出专利文献948篇进行分析。

1.盖帽抽吸技术专利申请的区域分布

盖帽抽吸技术的专利申请主要分布在日本、美国等地区，图7是盖帽抽吸技术专利申请的区域分布图，通过该图可以看出，日本占据了超过总申请量47%的比例，在该领域技术中遥遥领先。因此，研究盖帽抽吸技术时，日本相关的技术是研究的重点。国内申请量较少，仅占据了3%的比例。

2.盖帽抽吸技术专利申请的时间分布

图8显示了油墨空排出技术专利申请的时间分布图，通过该图可以看出，盖帽抽吸技术专利申请处于曲折发展的阶段，其中1991年起进入申请的稳步增长期，表明从1991年起该类技术进入稳步发展期。1996起申请量趋于稳定，2004年专利申请量达到单年申请量的峰值有101件，之后每年的申请量在50件左右小幅变化。2010年后申请量逐年下降。2011年附近为申请的相对高峰，然而，该技术整体上处于稳定发展的状态，表明该技术现阶段已进入成熟期。

3.盖帽抽吸技术专利申请的申请人分布

申请人方面，精工爱普生株式会社、佳能、西尔弗布鲁克研究有限公司、兄弟、理光等公司为喷墨印刷领域的主要企业，也是盖帽抽吸技术专利申请的主要申请人，图9油墨空排出技术专利申请的主要申请人分布图，从该图可以看出，精工爱普生株式会社占据了油墨空排出技术将近1/4的申请量，佳能和西尔弗布鲁克研究有限公司申请量也相对较大。

4.盖帽抽吸技术国内专利申请情况

检索中，共筛选出30件关于盖帽抽吸技术的国内专利申请，申请人主要涉及研能科技股份有限公司、北大方正集团、明基电通、旭丽电子等公司以及一些个人申请，国内盖帽抽吸技术的改进点主要涉及盖帽抽吸机构本身抽吸结构的改進、抽吸方式的改进以及盖帽抽吸机构在打印机上的位置设置的改进和优化等。由于国外在该领域有着较强和较大的领先优势，且技术较为成熟，因此，国内的发展在很大程度上受到了制约。

思考与总结

通过上面的分析可知，盖帽抽吸技术的喷墨液滴排除故障的防止与恢复专利申请在申请的地区分布方面，日本申请占据了绝对的领先地位，该领域中国申请量较少。且在分类方面，FT分类号和CPC分类号都有较为准确的细分，日本在该领域有着明显的优势地位。因此，为了提高检索和审查的效率，采用FT分类号重点检索，采用CPC分类号补充，以及IPC分类号和准确的关键词辅助检全的检索方式可以提高检索效率。

（注：本文第二作者贡献等同于第一作者 ）

作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心