用于噴液印刷機(jī)的偏轉(zhuǎn)板的制作方法
【專利摘要】提供了一種噴液印刷裝置，其具有用于向基底噴出液滴流的噴嘴；用于向所述液滴提供電荷的充電部分；和用于將所述液滴偏轉(zhuǎn)至所述基板上的期望位置的一對導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板，其中所述偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)表面設(shè)置有介電層，以最小化與在偏轉(zhuǎn)板上液滴收集和聚結(jié)相關(guān)的問題。
【專利說明】用于噴液印刷機(jī)的偏轉(zhuǎn)板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及具有引導(dǎo)液滴路徑的充電偏轉(zhuǎn)板的噴液印刷機(jī)，且具體地涉及在表面上具有高介電強(qiáng)度涂層以減少放電的偏轉(zhuǎn)板。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及噴液印刷機(jī)，其具有(i)液滴形成部分，如壓電傳感器，(?)液滴充電部分，如平行的金屬板，和(iii)液滴偏轉(zhuǎn)部分，用于將液滴的路徑引導(dǎo)至待印刷的基底上的期望位置。在連續(xù)噴液印刷的情況下，產(chǎn)生單液滴的流，其中一些液滴以期望的圖案撞擊基底。剩下的液滴由諸如槽等的收集裝置截取，并且被回收至液滴形成部分，而不是印刷在基底上。
[0003]美國專利第7，438，396B2號公開了連續(xù)噴墨印刷機(jī)，其具有一列噴嘴用于跨越基底(如紡織織物)的寬度同時(shí)印刷。液滴偏轉(zhuǎn)的范圍是使得相鄰的噴嘴可重疊，以便在基底上印刷無縫的圖案。該偏轉(zhuǎn)板間隔開且被相反地充電(如I至5kV)，以產(chǎn)生電場。液滴上的電荷和/或由偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生的電場強(qiáng)度可改變，以引發(fā)或多或少的液滴偏轉(zhuǎn)。在一個(gè)不例中，未充電的液滴沒有偏轉(zhuǎn)且被收集在槽中。
[0004]在印刷機(jī)的操作過程中，液滴可聚積在偏轉(zhuǎn)板的表面上。該聚積可由來自槽、誤導(dǎo)的液滴或者離開被印刷的基底表面的墨回彈的飛濺引起。該聚積可聚結(jié)在偏轉(zhuǎn)板的表面上，將有效間隙減小至低于空氣的擊穿電位，且引起從一個(gè)板至相鄰的帶相反電荷板的放電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及噴液印刷裝置，其具有能夠朝向基底噴出液體的單液滴流的噴嘴；液滴充電部分，其能夠向所述液滴提供電荷；和用于產(chǎn)生能夠?qū)⑺鲆旱纹D(zhuǎn)至所述基板的期望位置的電場的一對導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板。該噴液印刷機(jī)可噴出連續(xù)的液滴流或者根據(jù)需要噴出液滴。在連續(xù)噴液印刷機(jī)的情況下，諸如槽的收集裝置被設(shè)置在噴嘴和基底之間，以防止至少一些的液滴撞擊所述基底，例如，當(dāng)液體的一種具體顏色不是被印刷的圖案的一部分時(shí)。
[0006]各所述偏轉(zhuǎn)板具有面向所述液體的單液滴流的路徑的內(nèi)側(cè)。所述偏轉(zhuǎn)板中的一個(gè)或者兩個(gè)的內(nèi)側(cè)的外層是電介質(zhì)。所述介電外層選自能夠使偏轉(zhuǎn)板上收集的液滴絕緣的多種材料，這在偏轉(zhuǎn)板與所收集的液滴之間提供壓降和/或減少偏轉(zhuǎn)板對之間的放電。
[0007]偏轉(zhuǎn)板的介電外層可以是施加至板表面的涂層。作為示例，介電涂層可以是聚(對-亞二甲苯基)聚合物、硅酮氧化物聚合物或鈣鈦礦(perovskite)的氧化物。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，介電外層可以是金屬氧化物，例如閥金屬(valve metal)的氧化物。該金屬氧化物層可通過蝕刻偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)表面，隨后在該蝕刻表面上生成相應(yīng)的氧化物而形成。作為示例，偏轉(zhuǎn)板可以是鋁且介電外層可以是ai2o3。
[0008]電介質(zhì)優(yōu)選地具有相對高的介電強(qiáng)度，從而最小化避免電場擊穿所需的介電層的厚度。此外，介電層越薄，偏轉(zhuǎn)板越不會侵占液體噴射液滴的路徑，從而減少了撞擊至偏轉(zhuǎn)板的表面上的液滴數(shù)量。作為示例，具有4000V/密耳(V/mil)或更大的介電強(qiáng)度的電介質(zhì)據(jù)信在本發(fā)明中是特別有用的?？墒褂煤穸确秶鷱?0nm至0.1mm的介電層。
[0009]本發(fā)明還可包括覆蓋介電外層的疏水薄膜。或者，該介電層本身可以是疏水的。疏水薄膜可將聚結(jié)在偏轉(zhuǎn)板上的液滴的尺寸最小化。較小的液滴較不可能引起偏轉(zhuǎn)板之間的放電或者電場的其他破壞。此外，疏水薄膜導(dǎo)致較小的液滴由于重力從偏轉(zhuǎn)板釋放，且如果較小的液滴從偏轉(zhuǎn)板滴落至基底，則該液滴較不受注意。
[0010]本發(fā)明用于水基組合物。因此，疏水薄膜或者疏水介電層的效力特征可在于水與疏水表面之間的接觸角度為85°或更大。接觸角度由Krilss液滴形狀分析器測量。合適的疏水材料的示例為官能化和未官能化聚烯烴、聚四氟乙烯、玻璃、石英、環(huán)氧類和聚(對-二甲苯)。
[0011]本發(fā)明還包括印刷的方法，其特征在于使用噴射印刷裝置在基底上印刷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是示出了用于印刷至基底的噴嘴、充電位置、偏轉(zhuǎn)位置的布置的側(cè)視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的具有介電層的偏轉(zhuǎn)板的側(cè)視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的具有介電層和疏水薄膜的偏轉(zhuǎn)板的側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制，下文闡述了優(yōu)選實(shí)施方式和特征。在本說明書中引用的所有美國專利在此作為參考引入。除非另外地說明，條件為25°C、1大氣壓力和50%相對濕度，濃度按重量計(jì)，且分子量基于重均分子量。
[0016]本申請中使用的術(shù)語“聚合物”或者“聚合物材料”表示具有至少5000重均分子量(Mw)的材料。該聚合物材料可以是非晶體的、結(jié)晶的或者半結(jié)晶的材料，包括彈性聚合物材料。除非另外地指出，術(shù)語“烷基”指C1至C6脂族基。
[0017]啼液印刷機(jī)
[0018]參考圖1，本發(fā)明用于與噴液印刷機(jī)I結(jié)合，該噴液印刷機(jī)I具有噴嘴2，其能夠朝向基底4噴出液體的單液滴3的流。液滴可由結(jié)合至噴嘴2中的壓電傳感器形成。液滴沿著路徑通過能夠向液滴提供電荷的充電板5和6,和一對導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板7和8,該導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板7和8用于形成能夠?qū)⒁旱?偏轉(zhuǎn)至基底4的期望位置的電場。液滴3所經(jīng)歷的偏轉(zhuǎn)的量可通過改變充電板5和6作用于液滴上的電荷、改變偏轉(zhuǎn)板7和8所形成的電場,或者同時(shí)改變作用于單液滴上的電荷和電場而控制。
[0019]噴液印刷機(jī)I可噴出連續(xù)的液滴流或者根據(jù)需要噴出液滴。在連續(xù)噴液印刷機(jī)的情況下，可將諸如槽9的收集裝置設(shè)置在噴嘴2和基底4之間，以防止液滴3撞擊基底4，例如當(dāng)具體的液體顏色不是被印刷的圖案的一部分的時(shí)候。在所示的實(shí)施例中，槽9被設(shè)置成收集未偏轉(zhuǎn)液滴3。應(yīng)理解槽可被設(shè)置成收集偏轉(zhuǎn)液滴，且無意撞擊基底的液滴可被偏轉(zhuǎn)至該槽中。
[0020]與本發(fā)明兼容的噴液印刷機(jī)的示例可見于下述:USPN 7，438，396 ；USPN7, 594，717 ；USPN 7，524，042 ；USPN 7，182，442 ；USPN 7，104，634 ；USPN6, 106，107 ；USPN 6，003，980 ；USPN 5，969，733 ;和美國專利申請第 2008/0106564 號。
[0021]本發(fā)明可使用多種液體組合物。例如，該組合物可以是含水的或者無水的。在該組合物中存在的著色劑可以是染料或者顏料。該組合物還可包括粘合劑、分散劑、助溶劑、表面能調(diào)節(jié)劑，如乙二醇和鹽。本發(fā)明可用于引入了著色劑，例如，酸性染料、分散染料和/或活性染料的液體組合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，液體是其中溶解有染料的含水組合物。
[0022]介電層
[0023]各偏轉(zhuǎn)板7和8分別具有朝向液滴3流的路徑的內(nèi)側(cè)10和11。參考圖2，偏轉(zhuǎn)板7和8分別在內(nèi)側(cè)10和11上具有介電層12和13。當(dāng)發(fā)生液滴聚集并聚結(jié)在偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)側(cè)上時(shí)，該介電層使液滴射流與偏轉(zhuǎn)板隔離。因此，液滴較不可能引起在偏轉(zhuǎn)板之間的電場的放電、火花干擾或者其它破壞，同時(shí)操縱液滴的電場與使用未涂層板相比基本未改變。該結(jié)果是印刷質(zhì)量未受影響，但消除了發(fā)生電弧的情況。
[0024]該介電層可以是施用于偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)側(cè)的外表面的涂層，或者根據(jù)偏轉(zhuǎn)板的外表面的組成，該介電層可通過在偏轉(zhuǎn)板上形成金屬氧化物層而形成，例如通過在表面上蝕刻閥金屬(valve metal)并形成氧化物層。作為示例，在本發(fā)明中，相信具有大于500V/密耳的介電強(qiáng)度，或者大于2000V/密耳的介電強(qiáng)度，或者甚至大于4000V/密耳的介電強(qiáng)度的電介質(zhì)是有用的。實(shí)現(xiàn)期望隔離(絕緣)效果所需的介電層的厚度根據(jù)所使用的材料的介電強(qiáng)度而改變，其中厚度與介電強(qiáng)度成相反的比例。一般而言，可使用厚度范圍從10nm至
0.1mm的介電層。
[0025]用于介電涂層的材料包括聚(對-亞二甲苯基)聚合物，硅聚合物，諸如二氧化硅和硅酮氧化物聚合物，或者鈣鈦礦的氧化物。此外，介電涂層可選自聚氨酯、環(huán)氧聚合物、聚烯烴和聚丙烯酸酯。具體地，介電涂層可以是聚對亞苯基二甲基-N、-C、-D或-HT，聚二甲基硅氧烷和側(cè)鏈(“耙式(rake)”)官能化聚二甲基硅氧烷，BaT13, (Ba，Sr) T13或BST，PbZrxTi1^x) O3或PZT，SrBi2Ta2O9或SBT，任選摻雜磷和氮化硅的Si02。優(yōu)選不溶于從噴嘴噴出的液體組合物的材料。施加涂層，以實(shí)現(xiàn)均勻的厚度，無缺陷(諸如針孔)。作為示例，聚對亞苯基二甲基聚合物可通過氣相沉積施用于偏轉(zhuǎn)板的外表面。該涂層還可以是金屬氧化物，例如通過例如金屬的噴濺或者化學(xué)氣相沉積施用于偏轉(zhuǎn)板的表面的“閥金屬”的氧化物，隨后進(jìn)行氧化，從而提供介電層。
[0026]在本發(fā)明的可選實(shí)施方式中，可通過對包括能夠經(jīng)過氧化而形成介電層的金屬的偏轉(zhuǎn)板進(jìn)行處理而形成介電層。此類金屬通常被稱作“閥金屬”，且包括鋁、鈦、鉭、鋯、鉿、釩、鈮、硅和鎢。用于處理金屬表面以形成介電層的多種處理是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，且包括蝕刻金屬表面，接著在表面上形成氧化物或者熱氧化的工藝。
[0027]參考圖2和3，偏轉(zhuǎn)板7和8的邊緣14和15分別被導(dǎo)圓角以通過減小場強(qiáng)度而防止放電，且有助于形成更加均勻的介電材料涂層。
[0028]疏水層
[0029]在偏轉(zhuǎn)板上聚積的液滴增加了板之間的放電或者電場的其它破壞的風(fēng)險(xiǎn)。如果液滴聚結(jié)在偏轉(zhuǎn)板上形成大的液滴，則該風(fēng)險(xiǎn)增大。此外，在偏轉(zhuǎn)板上形成的液滴越大，如果該液滴落至下面的基底上，則該液滴更有可能在印刷圖案上形成缺陷。
[0030]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過在偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)表面上提供疏水表面，可改善液滴聚積的不良影響。水基染料溶液是特別感興趣的。因此，偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)表面可有利地為疏水的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，偏轉(zhuǎn)板的表面是疏水的，且其特征在于水與疏水表面之間的接觸角度為85°或更大，如通過Krilss液滴形狀分析器所測量。
[0031]疏水表面可由設(shè)置在偏轉(zhuǎn)板的外層上的介電層產(chǎn)生?？蛇x地，疏水表面可由施加于介電層上的疏水薄膜提供。合適的疏水材料的示例為官能化和未官能化聚烯烴，諸如聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物，含氟聚合物，諸如聚四氟乙烯和丙烯酸氟烷基酯共聚物，玻璃，石英，環(huán)氧類，聚丙烯酸酯和聚氨酯。
[0032]參考圖3，疏水薄膜16和17分別覆蓋偏轉(zhuǎn)板7和8的介電層12和13。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，疏水表面結(jié)合顆粒，如熱解法二氧化硅，以實(shí)現(xiàn)期望的微結(jié)構(gòu)，且使用可交聯(lián)聚合物和交聯(lián)劑以改進(jìn)耐久性和抗磨損性。作為示例，可交聯(lián)的四氟乙烯共聚物和甲苯二異氰酸酯可包括在薄膜制劑中以提高耐久性。
[0034]示例 I
[0035]使用氣相沉積用聚對亞苯基二甲基C涂覆鋁偏轉(zhuǎn)板，以形成介電層。該介電層為大約1.5密耳(40 μ m)厚度且具有5600V/密耳的介電強(qiáng)度(使用ASTM D149測試方法測量)。如圖1中所示，經(jīng)涂覆的偏轉(zhuǎn)板用于噴液印刷裝置中，其中在偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)表面之間具有0.157英寸(4_)的間隔。該介電涂層的引入極大地減少了在偏轉(zhuǎn)板的表面上的放電和液滴聚結(jié)，而在印刷質(zhì)量上沒有觀察到任何負(fù)面影響。
[0036]示例 2
[0037]通過在辛烷中均化熱解法二氧化硅顆粒(Aerosil R812S)且將5重量百分比的二氧化硅與丙烯酸氟烷基酯共聚物(Unidyne TG658)摻合，制備疏水涂層。將從示例I得到的偏轉(zhuǎn)板浸涂于疏水涂層成分中，且在250 T固化5分鐘。如圖1中所示，當(dāng)用于噴液印刷裝置中時(shí)，已發(fā)現(xiàn)該疏水涂層可減少液滴聚結(jié)且減少聚積在偏轉(zhuǎn)板上的液體的量。
[0038]應(yīng)思
[0039]本發(fā)明用于連續(xù)的和按需型噴液印刷機(jī)，其使用充電偏轉(zhuǎn)板引導(dǎo)液滴向基底的施力口?？捎玫幕装垙?、聚合物膜和紡織品，該紡織品包括機(jī)織和針織織物、地毯、墊子和地毯織物，以及包括由天然和合成纖維或者其組合制成的織物。特別感興趣的是使用含有酸性染料的含水液體組合物，結(jié)合含有尼龍纖維的基底。
[0040]包括噴嘴、充電板和偏轉(zhuǎn)板的印刷頭可被固定在適當(dāng)位置或者可從基板一側(cè)移動至另一側(cè)。還在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是在待印刷的基底的寬度范圍提供一列重疊的、固定噴嘴?？墒褂萌玖先芤汉陀∷㈩^的各種組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供包括青色、黃色、品紅色和黑色染料溶液的四列印刷頭。
[0041]可參考所附權(quán)利要求進(jìn)一步理解本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在基底上印刷的裝置，包括: (a)噴嘴，其能夠向所述基底噴出液體的單液滴流； (b)液滴充電部分，其能夠向所述液滴提供電荷； (c)一對導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板，用于產(chǎn)生能夠?qū)⑺鲆旱纹D(zhuǎn)至所述基板的期望位置的電場，其中各所述板具有面向所述液體的單液滴流的路徑的內(nèi)側(cè)，且其中所述偏轉(zhuǎn)板的至少一個(gè)的內(nèi)側(cè)的外層是電介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層選自介電涂層和在所述偏轉(zhuǎn)板的表面上生成的金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)側(cè)具有介電外層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層是聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述介電聚合物選自聚(對-亞二甲苯基)聚合物、硅酮聚合物、聚氨酯、環(huán)氧聚合物、聚烯烴和聚丙烯酸酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層選自聚(對-亞二甲苯基)、聚(3-氣-對-亞二甲苯基)和聚(3，6_ 二氣-對-亞二甲苯基)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述介電外層通過氣相沉積施加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層具有大于500V/密耳的介電強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層具有10nm至0.1mm的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括覆蓋所述介電外層的疏水薄膜，其中水與所述疏水薄膜之間的接觸角度為85°或者更大。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括覆蓋所述介電外層的疏水薄膜，其中所述疏水薄膜選自官能化和非官能化聚烯烴、聚四氟乙烯、玻璃、石英、環(huán)氧類、聚丙烯酸酯和聚氨酯。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括覆蓋所述介電外層的疏水薄膜，其中所述疏水薄膜包括丙烯酸氟烷基酯共聚物和熱解法二氧化硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述疏水薄膜還包括可交聯(lián)聚合物和交聯(lián)劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層選自Al、T1、Ta、Nb、Zr、Hf、W、Si和隹丐鈦礦的氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述偏轉(zhuǎn)板為鋁，且所述介電外層為蝕刻所述偏轉(zhuǎn)板并在該蝕刻表面上生成Al2O3而形成的Al2O315
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，還包括覆蓋在所述介電外層上的疏水薄膜，其中所述水與所述疏水薄膜之間的接觸角度為85°或更大。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述介電外層是疏水的，且水與所述介電層之間具有85°或更大的接觸角度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述液體是含水的且包括選自酸性染料、分散染料和活性染料的著色劑。
19.一種在基底上進(jìn)行印刷的方法，包括以下步驟: (a)利用噴嘴向所述基底噴出液體的單液滴流； (b)向所述液滴提供電荷； (C)利用一對能夠產(chǎn)生電場的導(dǎo)電偏轉(zhuǎn)板將所述液滴偏轉(zhuǎn)至所述基底的期望位置，其中各所述板具有面向該液體的單液滴流的路徑的內(nèi)側(cè)，且其中所述偏轉(zhuǎn)板的至少一個(gè)的內(nèi)側(cè)的外層是電介質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的內(nèi)側(cè)具有介電外層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述介電外層選自介電聚合物涂層和金屬氧化物。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括覆蓋所述介電外層的疏水薄膜，其中水與所述疏水薄膜之間接觸角度為85°或者更大。
【文檔編號】B41J2/07GK104185554SQ201380012922
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】F.S.洛夫三世, J.J.利利, D.T.麥克布賴德, R.蒙代爾, R.M.麥克米肯 申請人:美利肯公司