關于噴墨打印機噴嘴清理技術的研究

噴墨打印是通過打印頭上的噴嘴將細小的黑色或彩色墨滴噴射到紙面的打印方式。在噴墨打印過程中，一部分油墨會附著在噴嘴表面，在停止打印一段時間后，附著在噴嘴表面的油墨和殘留在噴嘴開口處的油墨可能凝固，從而導致噴嘴堵塞或者在打印時蹭臟打印介質，嚴重影響打印質量。為了防止噴嘴堵塞或者蹭臟打印介質，需要對噴嘴表面進行及時清理。

清理打印噴嘴的方法一般有3種：一是驅動流體通過噴嘴的外側; 二是使用擦拭結構;三是使用清洗液。其中，使用擦拭結構對打印噴嘴表面進行清理是目前最常用的清理方式。而如何使用擦拭結構使打印噴嘴的表面得到更好的清理效果，成為業內亟待解決的問題。

本文針對使用擦拭結構對打印噴嘴進行清理領域，分別從專利申請趨勢、技術來源、技術分布、主要創新主體等維度對其專利發展現狀進行了分析。

技術發展狀況分析

1. 專利申請趨勢分析

圖 1 所示為使用擦拭結構對打印噴嘴表面進行清理領域的全球專利申請趨勢。分析可知，近 20 年來，該領域的全球專利申請量呈波動發展態勢。2016 之前，每年專利申請量大多在 200 ～ 300 件之間，變化幅度不大，可以認為是行業成長期，技術研發進度緩慢，創新成果產出量相對較少。自 2017 年開始，該領域專利申請量顯著上升，每年申請量突破 300 件，2019 年達到近年峰值 413 件，可見該領域技術研究和專利保護進入快速提升階段，創新主體的專利布局規模不斷擴大。而近兩年專利申請量出現明顯下降，是由于專利申請從提交到公開需要一定時間，因此一部分專利申請還沒有進入公開階段，無法進行統計，因此僅供參考。

2. 專利技術來源分析

圖 2 所示為該領域專利技術來源分布情況。分析可知，該領域全 球專利申請中有 50% 以上來源于日本，申請量達到 3511 件，獨占鰲頭，可見日本創新主體在該領域的技術研究處于絕對優勢地位;其次是美國，專利申請量占比 16.8%，排名第二位，說明美國創新主體在該領域也有較深入的研究，專利布局規模僅次于日本;另外，愛爾蘭的專利占比為 8.4%，名列第三，創新實力也不容小覷;韓國和澳大利亞的專利占比略超 5%，創新實力差距不大;而中國的專利占比僅為 3.4%，說明我國創新主體在該領域的技術研究相對較少，創新實力還有待提升。

3. 主要創新主體分析

圖 3 所示為該領域全球主要創新主體的排名情況。分析可知，排名前十的創新主體中，日本企業有 6家，可見日本創新主體在該領域具有不可小覷的實力。全球除了日本企業在該領域占有絕對的優勢之外，美國的惠普公司也有較強的競爭力，其研發投入以及專利申請量排名全球第三。另外，愛爾蘭的馬姆杰特科技也具有一定的研發實力，排名第四位。中國在該領域的專利申請量雖然排名全球第六位，但由于申請人主要分散在中小公司，因此未有中國創新主體躋身全球前十行列。

圖 4 所示為全球主要創新主體的專利申請趨勢。分析可知，近 20 年來，精工愛普生的專利申請量總體呈現增長態勢，尤其是 2013 年以后申請量出現急速上升，雖然2017—2019 年略有下降，但其申請量仍然遠超其他競爭對手，可見其近些年在該領域創新趨向活躍，技術發展迅速。佳能和惠普的專利申請量總體也呈現平穩增長趨勢，每年申請量均在 50 件以內。馬姆杰特科技的專利申請趨勢波動幅度較大，其申請量在 2011 年以前增長較快，并且大多年份超越了精工愛普生、佳能和惠普，但自 2011年達到峰值后開始急速下降，發展后勁不足。而兄弟工業的專利申請量保持相對穩定態勢，大多年份申請量在 10 ～ 20 件之間。

4. 重要技術分支分析

專利數量較多的技術分支通常被認為是較為重要的技術分支，技術創新相對較為活躍。按照 CPC 分類號將使用擦拭結構對打印噴嘴 進行清理技術領域分為 4 個重要技術分支，分 別為：B41J2/16538(刷子或擦拭器刮板清潔噴嘴);B41J2/16541(從擦拭器或刮板除去沉積物的裝置);B41J2/16544(擦拭器的定位結構);B41J2002/1655(清潔帶清潔噴嘴)。

圖 5 所示為該領域重要技術分支的專利申請量趨勢。分析可知，該領域創新主體近十年來在B41J2/16538、B41J2/16544、 B41J2002/1655 這 3個分支的創新相對較為活躍，專利申請量在 波動中保持大幅增長，2017 年這3 個分支的申請量均達到峰值;而B41J2/16541 分支的專利申請量長期保持平穩態勢，可見創新主體在該分支的創新活力相對較弱。

圖 6 所示為全球主要申請國的專利技術分布情況。分析可知， B41J2/16538(刷子或擦拭器刮板清潔噴嘴)是該領域最受關注的技 術分支，各主要申請國在該分支的專利申請量均較大。日本和美國在該領域 4 大分支的專利申請量均名列前兩位，遠超其他國家，創新活躍度全面領先，而其他國家在上述4 個分支的申請量均不足 100 件，技術實力相對較弱。

圖 7 所示為全球主要創新主體的專利技術分布情況。分析可知，該領域排名前 5 的創新主體如精工愛普生、佳能、惠普、馬姆杰特科技、兄弟工業在各技術分支均有專利布局，研發涉及面均較廣。B41J2/16538 仍是行業巨頭最熱衷研究的技術分支，專利申請量明顯高于其他分支，說明全球主要創新主體在該領域的研發重點主要集中在采用刷子或擦拭器刮板清潔噴嘴方面。

重點專利技術分析

1. 刷子或擦拭器刮板清潔噴嘴

對于擦拭器刮板清潔噴嘴的技術研究主要在于對擦拭器結構和安裝 方式等方面的改進。如圖8所示，惠普公司的專利申請 (CN102858545A)中公開的擦拭器包括：第一擦拭器區段，其寬度大致等于小打印頭組件的孔口區的寬度;鄰接所述第一擦拭器區段的分離器;第二擦拭器區段，其鄰接所述分離器，從而使得第一擦拭器區段的擦拭動作不受第二擦拭器區段的影響，所述第一、第二擦拭器區段和分離器的組合寬度大致等于大打印頭組件的孔口區的寬度，將同一個擦拭器設置成兩段可以同時擦拭不同大小的噴嘴表面。擦拭器傾斜設置在安裝座上，針對沒有角度的擦拭器，當擦拭器刮片清理打印頭組件時，彎曲的擦拭器刮片中存儲的能量會被立即全部釋放。相反，針對有角度的擦拭器，諸如擦拭器逐漸與打印頭組件結合并脫離結合，在時間上擴散了能量釋放，從而降低了其幅值，改善了伴隨著擦拭過程的聲學質量。

2. 從擦拭器或刮板除去沉積的裝置

擦拭器在擦拭過程中會被噴嘴表面的油墨污染，影響下次擦拭，因此需要對其進行清潔。如圖 9 所示，三緯國際立體列印科技公司的 專利申請(CN108943720A)中公開的從擦拭器除去沉積的裝置，當清潔著色噴頭 20 時，活動刮片200 旋轉使其接觸端 220 移出清潔槽 100 的開口 101，移動過程干涉吸水干涉件 300，吸水干涉件 300吸收接觸端 220 上沾附的清潔液10，由此避免接觸端 220 刮刷著色噴頭 20 時將過多的清潔液 10 沾附至著色噴頭 20 上，進而避免沾附在著色噴頭 20 上的清潔液 10 沾附料粉而形成污泥。著色噴頭 20 接觸接觸端 220 并且水平往復移動使接觸端 220 刮除著色噴頭 20 上附著的污泥，待清潔完成后，活動刮片 200旋 轉使其接觸端 220向清潔槽 100 內移動，此時吸水干涉件300 移出接觸端 220 的移動行程，避免吸附接觸端 220 上沾附的污泥?；顒庸纹?00 的接觸端 220 浸入清潔液 10 中，由清潔液 10 溶解接觸端 220 上沾附的污泥，且接觸端 220 進一步移動至接觸沉水干涉件 400，沉水干涉件 400 刮除接觸端 220 上沾附的污泥，由此清潔活動刮片 200 以供下次清潔著色噴頭20。

3. 擦拭器的定位結構

擦拭器在擦拭噴嘴時需要驅動裝置將擦拭器定位到噴嘴表面。如圖 10 所示，明碁電通股份有限公司的專利申請(CN1332085A)中公開的擦拭器定位結構，在維護座的殼體中設置有清潔橇，且該清潔橇能前后滑動。在噴嘴進入維護區以后，清潔橇與殼體的相對運動會迫使刮片座從刮片座塢滑入工作區中。簡易的鎖定裝置會固定清潔橇，并使該刮片座維持在適當位置。當噴墨打印頭離開維護座時，噴嘴會被加以清潔，且在清潔完成后，打印頭會解除該鎖定裝置，清潔橇回到原始位置，從而使刮片座移回刮片座塢中，不再與打印頭的噴嘴連動。

4. 清潔帶清潔噴嘴

通過清潔帶清潔噴嘴時，一般結合使用清潔液可以達到更好的清潔 效果。如圖11 所示，富士膠片株式會社的專利申請(WO2016047420A1) 中公開的擦拭器，送出側網狀物芯 102 是水平地延伸并以能夠繞軸旋轉的方式被支承的圓柱狀部件，在送出側網狀物芯 102 的外周面卷繞有噴嘴擦拭片 120。另一方面，卷繞側網狀物芯 104 是水平地延伸并被支承為能夠繞軸旋轉的圓柱狀部件，從送出側網狀物芯 102 送出并擦拭了噴嘴面57K 的噴嘴擦拭 片120 卷繞成卷狀。從送出側網狀芯 102 送出的噴嘴擦拭片 120 被按壓輥 110 按壓于噴墨頭 56K 的噴嘴面 57K，而擦拭附著于噴嘴面 57K 的油墨等液滴。然后，擦拭了液滴的噴嘴擦拭片 120 到達卷繞側網狀物芯 104而被卷繞，從而高效地利用噴嘴擦拭片 120 擦拭噴嘴面 57K。由于利用清洗液賦予機構 93 賦予清洗液108，因此能夠達到更有效的擦拭效果。

本文對使用擦拭結構對打印噴嘴進行清理技術領域的專利現狀進行了分析，可以為創新主體的技術研發和創新突破、專利布局策略提供參考。從數據統計和技術發展狀況分析可以看出，近 20 年來該領域全球專利申請量總體上呈波動發展態勢，2016 年之前是行業成 長期，每年專利申請量相對較少;自 2017 年開始，該領域技術研究和專利保護進入快速提升階段，專利申請量顯著增加。另外，該領域的日本專利申請占據半壁江山，全球排名前十的創新主體有 6 位來自日本，研發實力具有絕對領先優勢。

目前，該領域主要技術分支發展較為成熟，發展歷程中多次出現申請高峰并伴隨核心技術的突破，說明該領域的技術發展具有持續性和很強的生命力，尤其是近年來該領域全球專利申請明顯呈現走高趨勢，可以預見未來會有新的核心技術誕生，專利申請量將再創高峰。