标识卡印刷机的制作方法

专利名称：标识卡印刷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨印刷机。更具体地说，本发明涉及一种用于在标识卡上印刷的喷墨印刷机。
标识卡广泛用于携带比如与持卡人相关的信息。这种标识卡的使用越来越广泛，它们可用于许多目的，比如驾驶执照、身份证件等。在过去，使用劳动密集型工艺制造标识卡，其中个人数据被手工压印或刻印在卡上。另外，在某些情况下，需要给对象照一张快相并粘贴或层压在卡上。但是，随着计算机的出现，标识卡的制造变得越来越自动化。个人数据可从计算机数据库中获得并由计算机格式化。然后，格式化的信息被提供给用于在标识卡上印刷的专用印刷机。接着，标识卡可被叠层以保护印刷的信息。
该现有技术的标识卡印刷工艺有利于大规模作业，可合理分担昂贵的标识卡印刷机的成本。这种印刷机可包括例如一种精染式印刷机。例如，来自明尼苏达州Eden Prairie的法格(Fargo)电子公司的注册商标为Persona的标识卡印刷机是一种精染式标识卡印刷机的例子。此外，为了长期耐磨和安全，已印刷的卡可被接着叠层。
但是，随着计算机系统变得越来越便宜，标识卡印刷机的成本成为制约标识卡更广泛使用的因素，尤其是在小规模作业和预算有限的实施中。在这种情况下，如果需要标识卡，必须获得更适合大规模作业的昂贵的标识卡印刷机。如果这是不可能的，必须获得一个简单的未发展的现有技术的标识卡压印装置。这种装置限制了它的多用性。另外，比如，标识卡必须用手在卡纸板上写出并放进塑胶套中。
这些解决方法没有一个有特别的吸引力，并且使小用户仅有有限的标识卡印刷选择。此外，大规模用户也需要利用更便宜的标识卡印刷机，以便节约成本。
本发明包括一个用来在标识卡上印刷的喷墨印刷机。本发明的一个方面是提供一种印刷方法，该方法包括获得标识卡，在标识卡表面上涂敷上吸墨表面，将已涂敷的标识卡放入喷墨印刷机中，以及用喷墨印刷机在标识卡已涂敷的表面上印刷。该喷墨印刷机可以连接到一个计算机上，并且可以从计算机获取信息，该计算机在印刷标识卡时使用。
在本发明的多个实施例中，印刷机均包括一个将标识卡装入印刷机中的传送盘或传送箱。还可以安装上一个磁记录头，这样磁性信息就可以记录到标识卡上的磁性条形码中。本发明的另一方面，该印刷机包括智能卡编码电路，由此，其上具有电路的标识卡就能够使用同一喷墨印刷机编码。


图1是按照本发明第一实施例的喷墨标识卡印刷机的平面侧视图。
图2是图1中喷墨标识卡印刷机的平面正视图；图3是图1中喷墨标识卡印刷机的平面俯视图；图4是表示图1中喷墨标识卡印刷机的电路控制的简化方块图，其包括一个磁头控制器和一个印刷机控制器。
图5是按照本发明另一实施例的喷墨标识卡印刷机的简化方块图，其包括一标识卡输入箱和一个标识卡输出箱，这样，多个标识卡可以顺序地、自动地被进行处理。
图6是按照本发明使用丝网印刷方法在标识卡表面上形成喷墨吸收表面的一种方法的简化图。
本发明提供一种价格低、质量高的印刷标识卡印刷机。在本发明中，由一台喷墨印刷机实现该印刷功能。进行生产，喷墨印刷机相对快速、可靠并且便宜。然而，现在技术基本上都没能实现具有这些特点的标识卡印刷机。本发明很适合少量标识卡的生产。然而，大量生产时也可以降低成本。该印刷机可以与一台计算机连接，这样标识卡可以低成本生产。而且，这样的标识卡可以按照需要进行生产，卡上可以按要求印刷，并能够立即投入使用。比如，本发明的印刷机可以用来生产工厂入口处门卫桌上的身份证件。而且，在现有技术中，大多数便宜的标识卡印刷机都要求随后的层压步骤或者要求将标识卡放入透明的、防水的袋中。然而，在本发明中，被印制的标识卡表面不需要任何额外的保护，可以在正常使用时直接暴露出来。而且，在用喷墨印刷机印制之后，该标识卡干得特别快，因此可以立即投入使用。这一点特别有利，因为喷墨的液态性质，这一点使用喷墨印刷机是很难实现的。
图1是按照本发明的喷墨标识卡印刷机10的平面侧视图。印刷机10包括底座12，并且通常包括控制器14、喷墨印刷头16、控制面板18和传送盘20。传送盘20通过传送盘驱动齿轮24和传送盘驱动皮带26连接到传送盘驱动步进电机22上，传送盘驱动皮带26连接到皮带张紧器28上。皮带张紧器28向传送盘驱动皮带26提供张力，这样皮带26中的松驰状态就可以在传送盘驱动齿轮24运转过程中消除。在内部装配台34中装有磁记录头32。
印刷头16装在印刷头托架36上，并且与印刷头驱动机构38相连。印刷头16、印刷头托架36和印刷机控制器(图1中未示出)可从Kentucky40511-1876，Lexington，740新环路N.W的Lexmark公司购买，型号是1020。传送盘20沿箭头40所示的方向水平沿传送盘滑动轴42运动，该滑动轴42可滑动地安装在传送盘滑动轴承44中。控制面板18包括控制按钮50和发光二极管(LED)52，控制按钮50和LED 52均连接到控制器14上。计算机的输入/输出接口56也连接到控制器14上。如图1所示，控制器14连接磁头32和步进电机22。
图2是如图1所示的喷墨标识卡印刷机10的平面正视图。图2表明印刷头16安装在印刷头托架36上，印刷头托架36又连接到印刷头托架导轨60和印刷头托架导轨轴62上。标识卡传送盘20放在传送盘驱动框架64中。图2还更详细地表明了印刷头驱动机构38的结构，其包括驱动皮带70，驱动皮带70连接到驱动步进电机齿轮72和皮带张紧器74上。该张紧器74包括装有弹簧80的轴78。表面82与底座12的侧壁76邻接，这样就可以防止在印刷过程中印刷头托架36超出运动范围。
图3是图1中喷墨标识卡印刷机10的平面俯视图。在图3中，所示传送盘20为装载标识卡90的伸展位置，该标识卡90包括有一磁性条92并载有印刷或文本信息94和图片信息96。正如下面所解释的那样，文本信息94和96使用喷墨印刷头16印刷而成，并且可以位于卡90的任何一面，该卡90的上面具有吸墨表面。最好是在磁性条92和吸墨表面之间存在一定空间。图3还表明了控制器14、印刷头16和磁记录头32，其中控制器14连接到步进电机22和步进电机23、LED 52和开关50上(LED 52和开关50都位于控制面板18上)。螺丝100将磁头32连接到底座12上。图3还表明印刷头驱动步进电机23连接到印刷头驱动皮带70上并由控制器14控制。步进电机23通过皮带70(如图2所示)将运动传递到印刷头托架36和印刷头16。
现在更详细地看一下传送盘20，如图3所示，传送盘20包括标识卡固定区域110和112。在图3中，卡90如图所示位于固定区域112中，该区域在将信息磁性编码到磁条92上时使用。标识卡固定区域110在将信息94和96印刷到卡90的表面上时的印刷操作期间使用。在与固定区域110的一角相邻的位置上有一个标识卡夹持机构114，当标识卡处于固定区域110中，该机构可以移动固定标识卡的一角。一个相似的标识卡夹持机构(图中未示出)位于与标识卡固定区域112的一角邻近的位置，用来在进行信息磁记录时固定夹持卡。在一个最佳实施例中，当使用喷墨印刷头16将信息94和96印刷到卡90的上表面时，使用了固定区域110。相似地，在使用磁头32将磁编码信息写到磁条92上时固定标识卡90使用标识卡固定区域112。正如下面将更详细描述的，传送盘20沿如图1和图3的箭头40所示的方向通过使用步进电机22、齿轮24和皮带26移动。
图3还表明本发明的另一方面，该方面涉及在卡90上使用电子电路。这样的电路在工业中称为“智能卡电路”、“卡存储器”、“卡处理器”或“存储值电路”。通常，除了磁条92中所存储的信息或如文本信息或图片信息94、96以外，这项技术还可以用来将附加信息存储到卡90上。这样的编码电路在许多公司都可看到，比如包括在Minnesota 55439，Bloomington，西78街7732号的Ubiq公司。在图3中，标识卡印刷机10包括电连接器111，该连接器有多个电触点(典型的是6-8个)，用来与卡90上的电触点连接。电连接器111连接到控制器14上或在另一实施例中，连接到印刷机10的底座12上的一个数据端口(未示出)上，这样外部编程电路就可用来在标识卡90上的电路中编程或存储信息。或者，控制器14可以通过电连接器111进行编程操作。印有信息94和96的表面最好是平的，这样卡90中的电路就不会改变轮廓。在本发明的范围内，可以采用多种多样的电连接器111，该特定连接做为一个最佳实施例。在所示的实施例中，电连接器111的电触点在卡90由操作者插入区域112中时压在卡90中的触点上。在另一实施例中，电连接器111可以被连接到底座12上，这样卡90被移入电编程步骤的位置。通常，磁条92上的信息、印刷上的信息94和96以及使用电连接器111编程得到的信息，在某一方面是相互关连的，并且或许与标识卡90的持有者相关连。其它类型的数据也可以编码到卡90上，比如以一种光学格式。
在操作主计算机时(未示出)，比如，使用输入/输出端口56通过数据传输线120将信息传输到喷墨标识卡印刷机10。该信息由控制器14接收。在一实施中，由控制器14接收的信息包括用来编码入磁条92的磁编码信息和用来印刷到卡90上的文本和图片信息94和96。在一个最佳实施例中，磁性信息首先被编入卡90。卡90由操作者放入标识卡固定区域112。控制器14格式化磁记录信息。操作者按压按钮50启动磁记录过程，该过程使控制器14启动步进电机22，从而使传送盘20沿着箭头40的方向向内移动，进入印刷机10的底座12。如图1所示的传感器122检测传送盘20的末端，在所选定的停滞时间之后，控制器14开始使用磁头32将信息磁性编码记录到磁条92上。
图4是控制器14的简化方块图，该控制器14通常包括磁头控制器130和印刷机控制器132。控制器130和132连接到输入/输出端口56上，并通过数据总线134相互连接。磁头控制器130连接到前部卡传感器122和后部卡传感器123上，并向磁头32提供数据信号。印刷机控制器132也连接到前部卡传感器122和后部卡传感器123上，还连接到步进电机22和23上，向印刷头16提供数据。传感器122和123最好是光学传感器，如果传感器所接收到的光超过预定的阈值，该传感器给出一个逻辑电平输出值。最好，传感器122和123还包括一个辐射源，该辐射源指向卡90的路径。印刷机控制器132还安装有一个控制面板81的界面，用来操作LED 52和从铵钮50接收信号。LED 52在印刷操作时用来向操作者提供状态信息，比如，一个错误状态。操作者使用按钮50用来控制印刷机10的操作，比如，传送盘弹出，印刷机复位等等。
在操作过程中，磁头控制器130向磁头32提供数据信号，用来将信息写入磁条92。在一个实施例中，触发前部卡传感器122和磁记录之间的时间延迟可以调节，比如，通过调节支路电压计(未示出)，该电压计连接到控制器130上并且控制摸拟电压输入磁头控制器130。这个模拟电压输入被转化成为数字值，该数字值被控制器130在产生时间延迟时使用。这种调节可以用来解释不同印刷机理、结构等之间的变化。步进电机22由控制器130启动，这样磁条92被拉过磁头32。一段时间延迟之后，印刷机控制器132停止将信号传送到步进电机22，并停止磁记录操作。在这时，传送盘20被弹出，所记录的磁性数据被证实(如下所述)。证实之后，LED 50闪光，向使用者表明，将卡90从112移入110，然后按电钮52启动印刷过程。
当控制器130被通知由后部卡传感器123完全检测到时，前部卡传感器122查询以确定是否磁卡90位于固定区域110。如果卡90位于固定区域112中，而不在固定区域110中，控制器130启动步进电机22将传送盘20弹出。当后部传感器123向控制器130发出一个信号，该信号表明传送盘20正如箭头40所示方向向外移入，这时证实模式进入。该证实过程是一个自控时间过程，在该过程中磁头32用来读取以前记录到磁条92上的信息。控制器130收到读取信号并且将该信号与写入信号比较以确保没有错误。如果该磁证实过程成功，印刷过程将如下所述开始。在另一方面，如果磁证实过程不成功，在印刷机10的LED 52上的错误信号闪动表明存在错误和/或将信号从I/O端口56送到主计算机表明存在错误。在一个最佳实施例中，如果操作者要忽略该错误，并进行印刷操作，控制器130就通过阻止信号传到前部传感器122从而阻止印刷机控制器132的进一步操作。为了消除错误，操作者将卡90放入固定区域112中并启动印刷机10上的按钮50重新启动记录和证实过程。当证实过程完全成功时，错误被清除。
在磁记录证实过程完成之后，如图3所示，传送盘20移入一个向外的位置，比如，通过控制器14启动步进电机22。操作者将卡90放入固定区域110并且，如果愿意，弹出卡。锁定机构114将被启动以将卡90固定到固定区域110中。操作者按住按钮50启动由印刷机控制器132控制的印刷操作。传送盘20通过步进电机沿箭头40所示方向向内移动。在完全拉入底座12之后，控制器132使用步进电机22将传送盘20弹出。当卡90移动通过印刷头16时，印刷头16受控制器132控制开始进行喷墨印刷操作。控制器132控制电机23以垂直于箭头40所示方向的方向移动印刷头16，并且通常位于卡90的平面内并伸过卡90的平面。使用喷墨印刷技术，每个墨点都沉积在纸面上因此形成比如信息94和96。喷墨印刷机使用液体的喷墨印刷油墨。印刷操作之后，控制器14使用步进电机22将传送盘20完全弹出，这样操作者可以将卡90从固定区域110中移走。
图5是按照本发明另一实施例的印刷机10的简化方块图。为了简化，相似元件保留原有标号。印刷机10包括喷墨印刷头16和传送盘20，该传送盘可操作地连接到输入箱154和输出箱152上。传送盘20如上所述受步进电机22启动将标识卡90移经喷墨印刷头16和磁记录头32。控制器14可选择地连接到输入箱154和输出箱152上以监控状态和控制传送箱的操作。在操作过程中，多个卡90可以如上所述顺序由输入箱154送出用以印刷和记录，并顺序通过传送盘20移到输出箱152中。这就可以在印刷操作过程中，减小操作人员干预的情况下实现自动印刷大量标识卡。而且，如果由计算机控制，印刷机10能够自动印刷大量的标识卡90，标识卡数据来自存储在计算机中的数据库。
在本发明中，在印刷操作之前，在标识卡90的表面上沉积一层喷墨吸收表面。所设计的该喷墨吸收表面能够良好地贴在标识卡的表面上，并且能够良好吸收喷墨，产生高分辨率和高质量图像，尤其是减少或完全消除印刷过程结束之后的所印图像的沾污或水溶解现象。而且，最好在卡从印刷机中弹出之前，最好是沉积在吸墨表面上的喷墨干得相对比较快，因此图像更不可能被沾污或损坏。
图6是在标识卡90上沉积吸墨表面这一方法的简图。图6所示的方法是丝网印刷方法，在该方法中吸墨表面被丝网印刷到标识卡90的一个表面上。在一个最佳实施例中，吸墨表面位于与磁条92相对的标识卡90的一个表面上。图6中示出了按照本发明用于沉积吸墨表面的丝网印刷设备210的简图。该设备210包括用来确定标识卡90在丝网印刷装置216中位置的机构212。在图6所示的实施例中，机构212包括传送皮带218，该皮带将卡90按箭头220所示的方向移动。装置216用可丝网印刷的墨进行丝网印刷，比如那些喷到卡90的墨。在一个实施例中，丝网印刷墨用紫外光源222处理。装置216包括墨源230、启动机构232和丝网印刷机构234，该丝网印刷机构丝网印刷来自墨源230的墨。
在一个最佳实施例中，一个以亲水单体为主要成份的配方在UV聚合作用下产生吸收喷墨的可印刷表面。该配方如下重量比约80％的丙烯酸；重量比约10％的低聚物(丝网印刷墨成份)；重量比约6％的二氧化硅染料和重量比约4％的感光剂(UV聚合作用的引发剂)。
在另一实施例中，丙烯酸被另一亲水单体替代，比如以前所列出的那些单体。加入低聚物(预聚合的单体)以增加未经处理墨的丝网印刷性能和经处理的墨的耐用性，具有与其它成份相比较所决定的特定种类。该染料的类型和成份是相当任意的，能够经过调整以提高其色泽、透明度和丝网印刷性能。
通常，本发明的吸墨表面包括一个亲水聚合物和一个二丙烯酸盐，用来吸收诸如喷墨印刷机中所使用的液态墨，并沾住该墨。涂层混合物覆盖在基片的表面上，亲水单体的聚合作用开始。被聚合的涂层产生吸墨表面。该基片放入喷墨印刷机中，随后喷墨印刷机使用液体墨就将图像生成在吸墨表面上。
本发明的另一方面，在沉积吸墨表面之前，在标识卡90上沉积一层最初涂层。这样一个最初涂层最好粘在标识卡90的表面并暴露出来接受吸墨表面的亲水表面。一个最佳的最初涂层在被称为“签字板墨(signaturepanel ink)”的技术中所采用的，比如，从钢笔中接收墨，经常用在信用卡的背面。20750 Sp PF签字白就是这样一种签字板墨，可以在Kansas，Kanas城，邮政信箱2914，1101 West Cambridge Drive的Sericol公司买到。这种特殊的最初涂层通过丝网印刷，然后紫外处理后沉积而成。使用Sp PF签字白最初涂层，200瓦/英寸的紫外照射适合在标识卡90的表面上加涂层。卡90以每分钟20英尺的速度沿传送带运送。
在最初涂层沉积之后，将吸墨表面加到卡90上，比如通过丝网印刷。在一个最佳实施例中，该吸墨表面的成份配方如下(按1夸特(quart)液体计算)化学物质浓度 数量(常态)聚乙烯醇粉末31.65克0.0020聚(吖丙啶)50％溶液 44毫升 0.00072聚丙烯酸 25％溶液 30毫升 0.00015氢氧化铝粉末379.85克 0.0069水 648毫升盐酸 37％溶液 16.5毫升表1上述配方得到一个固体物质大约占40％的液体，该液体很适合丝网印刷。更高分子量的聚乙烯醇可以提高涂层的防水性，但增加液体的粘度，因此就需要更稀的配方。在一个最佳实施例中，分子量在87,000到89,000之间。然而，在另一实施例中，聚乙烯醇的分子量可达到120,000。此外，由于氢氧化铝是碱，就加入盐酸以中和该涂层。然而，实现最佳印刷效果，最好呈微酸性。使用酸性染料能够不必pH值调节。
表1中的溶液通过将聚乙烯醇和聚(吖丙啶)加到水中形成。溶液加热到足够温度用足够长的时间使聚乙烯醇溶解。溶解后，溶液冷却到环境温度。氢氧化铝染料加到溶液中，并剧烈搅拌溶液使染料分散。继续搅拌，加入聚丙烯酸。然后加入盐酸使pH值降低到小于7。
正如此处所采用的，专业术语“标识卡装载器”指任何一种类型的标识卡装载器，并不局限于此处所采用的盘式装载机构或箱式装载机构。比如，用来将标识卡经印刷机移动的包含有传送带机构或滚轮机构的多种类型的标识卡装载器。这样的机构可以在印刷过程中提供附加速度，在与输入和输出传送箱一同使用时尤其有用。而且“喷墨吸收表面”包括能够从喷墨印刷机吸收液态墨的任何一种类型的表面，并且具有更好的吸收特性，减少污渍。
这里的特别描述是针对最佳实施例，然而，在本发明的范围内对这些最佳实施例可以进行多种变化。比如，可以使用多种类型的喷墨印刷结构，比如说喷墨印刷机中喷墨印刷头静止，而标识卡来回运动。而且，卡可以相对于喷墨印刷头可转动地移动。通常，移动标识卡或移动印刷头的任何一种组合都可以完成印刷。而且，可以使用多个印刷头来提高印刷速度、色彩清晰度或分辨能力。足够的喷墨印刷头将使标识卡直接通过印刷区域而无须任何垂直于印刷头的运动。随后的层压步骤可用来提高安全性和防水性。这些附加的功能可以包括在印刷机中，比如标识卡的凸出表面，在标识卡上打洞等。正如此处所使用的，一个最佳标识卡在工业上称为CR80，通常尺寸为长33/8英寸，宽21/8英寸，厚0.030英寸，然而，本发明并不局限于这种特定类型的标识卡。
虽然本发明是参照最佳实施例描述的，本领域的熟练技术人员会认识到不偏离本发明的精神和范围可以在形式和细节上做变化。比如，可以使用多种类型的喷墨。可以采用能够直接贴到标识卡上的喷墨，该喷墨无须在标识卡上沉积吸墨表面而且可保持通过喷墨印刷头所必需的性能。
权利要求
1.一种印刷标识卡的方法，其特征在于，它包括获得具有一个表面的标识卡；将已涂敷的标识卡放入喷墨印刷机中；以及使用喷墨印刷机所用的喷墨在标识卡的表面上印上图像。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括如下步骤制备涂层混合物；以及在用喷墨印刷机所用的喷墨在标识卡的表面上印上图像之前，在标识卡的表面上用涂层混合物形成一喷墨吸收表面。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括当标识卡放入喷墨印刷机时，在标识卡上的磁条上编码上磁性信息。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将标识卡放入喷墨印刷机的步骤包括将标识卡放入喷墨印刷机的传送盘中并将传送盘按第一方向移动通过印刷机。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，印上图像的步骤包括以垂直于第一方向且与标识卡表面基本平行的方向移动喷墨印刷头。
6.一种用于印刷标识卡的装置，其特征在于，它包括一个标识卡装载器，用来将标识卡放入其中并沿预定的路径将标识卡移动通过喷墨印刷机；一个位于预定路径上的喷墨印刷头，用来将喷墨沉积在标识卡的表面；以及一个在喷墨印刷机机体中的控制器，该控制器连接到标识卡装载器和喷墨印刷头上，用来控制标识卡沿预定路径的运动并在标识卡移动通过时控制喷墨印刷头的操作。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，它包括一个磁记录头，该记录头连接到控制器上，用来在标识卡沿预定路径移动时将信息磁性记录到标识卡上的磁条中。
8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，标识卡装载器包括一个传送盘，该传送盘中具有一个固定区域，用来在喷墨印刷过程中当传送盘沿预定路径移动时在传送盘上固定标识卡。
全文摘要
使用喷墨印刷机(10)将信息(92,96)印刷到标识卡(90)上。喷墨印刷机(10)包括一个将卡(90)沿第一方向移动的传送盘(20)和一个相对于卡(90)沿第二方向移动的印刷头(16)。在喷墨印刷之前在卡上沉积一层吸墨表面。可以在印刷机(10)中使用磁记录头(32),这样信息可以磁性记录到卡(90)上。
文档编号B41J11/00GK1255092SQ98804788
公开日2000年5月31日 申请日期1998年5月14日 优先权日1997年5月16日
发明者罗伯特·P·卡明斯, 达瑞·W·哈斯, 埃里克·哈格斯特伦, 马修·K·邓纳姆, 布拉德利·A·保尔森 申请人:法格电子公司