专利名称：喷墨印刷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨印刷机，特别涉及用于喷墨印刷机的印刷头。
背景技术：
在很多喷墨印刷头中，用于启动印刷头并且产生油墨微滴喷射的内电极在使用中 与在印刷头中的油墨接触。在使用导电油墨(含水和非水)时可能出现问题，特别是在压 电印刷头中，利用导电油墨通常观察到印刷头故障。这对可用于印刷头的油墨造成了限制。为了确定印刷头故障的原因，本发明人研究了此问题。发明人已观察到，电压施加到导电油墨可导致油墨去稳定和电解，这继而可产生 气泡和/或颗粒物质，这些可阻塞喷墨印刷头喷嘴，导致印刷头故障。在油墨在压电印刷头 中的带相反电荷的电极之间提供导电通路的印刷头中，此作用特别显著。另外，发明人观察到，在可从印刷头电极漏泄电流时，需要更高电压和更多能量从 压电材料获得相同喷射力。在极端情况下，高油墨导电性可导致短路，结果损伤印刷头的电 子组件，导致印刷头故障。发明人已认识到使印刷头电极与油墨电绝缘的重要性，并研究了达到有效电绝缘 的方法。发明概述一方面，本发明提供一种喷墨印刷头，所述喷墨印刷头具有在使用时与油墨接触 的至少一个内电极，其中电极表面区域由已通过电泳在上面沉积的电绝缘有机材料覆盖。电泳沉积或电镀为一种技术，其包括在施加电场的作用下将悬浮或溶于载体液体 的带电颗粒迁移，用于在暴露的导电表面上沉积。方法产生均匀无缺陷涂层，其可例如通过 显微镜检或表面光度测定法识别和鉴定。因此，有机材料在电极的暴露导电区域上形成涂层。由于电泳沉积过程的性质，材料将只沉积于电极的暴露导电区域上，因此只选择 性沉积于需要在使用中保护以防喷墨油墨的那些电极区域。因此，本发明的方法很有效。另一方面，本发明提供一种处理喷墨印刷头内电极的方法，所述方法包括通过电 泳沉积在电极表面区域上沉积电绝缘有机材料。在实际中，印刷头具有很多电极，在印刷头的每一个电极上具有电泳沉积的电绝 缘材料。在印刷头使用中，有机材料涂层的作用是使电极与油墨电绝缘，这样做防止因导 电油墨发生的以上讨论的效应，因而减小印刷头故障的可能性，从而延长印刷头寿命，特别 是在使用导电油墨时。本发明可应用于在正常使用中电极暴露以接触印刷头中的油墨的任何喷墨印刷 头，但对于压电印刷头有特别益处，特别是印刷头故障更普遍的共用壁(shared-wall)压 电印刷头。使用本发明意味着印刷头可利用比至今可能的范围更宽的油墨，特别是导电油 墨(含水和非水)，例如在纺织品印刷中广泛使用的那些油墨。涂层厚度不关键，条件为涂层足够厚以提供有效电绝缘。涂层厚度一般为1至15微米，优选3至10微米,例如约5微米。有机材料一般包含一种或多种有机树脂，例如一种或多种有机聚合物，如丙烯酸 酯、甲基丙烯酸酯、聚酯或聚氨酯聚合物。有机材料优选为交联的。用于通过电泳沉积产生适合涂层的处理流体一般包含例如丙烯酸类或甲基丙烯 酸类材料的一种或多种聚合物、预聚物、低聚物和/或单体，一般为液体媒介物中的悬浮 体或溶液。材料可在沉积后聚合。材料优选可交联，例如通过在沉积后在暴露于适合固化 条件(例如热或紫外(UV)辐射)下通过自由基固化来交联。适合的处理流体(热或UV 可固化)可以购得，包括例如UVICLAD 602 (UVICLAD为商标)，一种UV可固化阴极沉积电 涂乳液系统，购自 LVH Coatings Limited, Birmingham, UK ；ULTEC 3005 (ULTEC 为商标)， 一种热可固化电泳乳液，购自 LVH Coatings Limited ；CLEARCLAD HSR(CLEARCLAD 为商 标)，一种热可固化电泳聚氨酯乳液，购自Clearclad Coatings ；Electrolac (Electrolac 为商标)，购自 MacDermid Corporation ；Clearlyte (Clearlyte 为商标)，购自 Enthone 0MI Inc ；Abrilac (Abrilac 为商标)，购自 Atotech ;及 CB105 (CB105 为商标)、Betaclear 3000 (Betaclear 为商标)和 Alphaclad (Alphaclad 为商标)，购自 Hawking Technology。处理流体可包括任选的添加剂，以给予所得涂层具体所需性质，例如以改善边缘 涂层性质或减小电流漏泄。例如，可用烃材料(例如，氟改性树脂和表面活性剂)增加材料 的疏水性质，并使所得涂层更疏水，以使水分和离子迁移，因此更不易于电流漏泄。可用流 变改性剂(如纳米氧化铝或纳米二氧化硅)改善在尖缘上得到的涂层。可使用填料，例如 颗粒材料形式，优选高纵横比薄片形式，如云母(例如，云母浆料)、纳米粘土、纳米氧化铝 分散体或金属薄片，可通过给予更曲折途径而减小涂层的渗透性，并因此使涂层更不易于 电流漏泄。适合的电泳沉积技术(阴极和阳极)为本领域的技术人员已知。例如，W0 02/089543公开用聚合物电泳镀覆来保护热喷墨印刷头装置和柔性带电路之间的暴露导电 连接的方法。然而，此文献未涉及印刷头的内电极，并且聚合物表现与本发明的涂层不同的作用。通常，电泳沉积包括使要涂覆的电极表面区域与适合的处理流体接触，并在此区 域和接触处理流体的外电极之间建立电势差(在适当意义上)。这使来自处理流体的带电 材料的涂层电泳沉积于电极区域上。通过适当选择参数，包括电势差、处理温度和处理时 间，可很容易调节涂层的厚度，以产生所需厚度的涂层，例如1至15微米。一般在电泳沉积步骤之前进行初始清洁步骤，并一般在电泳沉积步骤之后进行洗 漆步骤，这在本领域已知。在电泳沉积期间施加的电势差优选在沉积过程中向上斜升(ramp)，因为这能够改 进所得涂层的品质/完整性。电势差一般线性斜升，例如在1分钟内从0升至+40V，或在 30秒内从0升至+30V。在沉积后，通过暴露于适合固化条件，例如热或适合波长的电磁辐射如UV，使涂层 方便地经受固化步骤，这在本领域是已知的。电泳沉积可在任何所需阶段进行印刷头制造之前、期间或之后，也包括装配前在 印刷头元件上进行。可在装配或部分装配的印刷头中，对电极原位进行电泳沉积。例如，可将处理流体直接放入要处理的印刷头中，其中它接触电极的导电区域。对电极施加适合电压引起在其 导电表面区域上电泳沉积。在涂层沉积时，电阻增加，因此减少沉积。因此，此过程为自调 节的，处理电极表面上的任何缺陷，并在较大电导率区域上产生较厚沉淀物，从而产生均匀 无缺陷层。如上提到，可很容易地控制涂层厚度，因此，容易产生没有阻塞印刷头喷嘴风险 的薄涂层。因此，此技术非常适合原位用于已装配的印刷头上。也可在已装配的印刷头上 进行固化，例如，通过将印刷头放在适合热固化温度的烘箱中，或者，通过使印刷头的内部 暴露于UV光，例如通过印刷头的半透明或透明面板。在处理压电印刷头时，重要的是不超 过下面压电材料的固化温度(一般约140°C或120°C )，因为这导致脱芯和压电效应损失。 因此，对于压电印刷头电极，优选在不超过约140°C的温度进行固化，更优选不超过120°C， 一般固化时间最长约I. 5小时。喷墨印刷头电极一般由导电金属形成，如铜或镍或这类金属的组合。电绝缘材料 可在这种电极的金属表面上直接电泳沉积。本领域已知对金属电极的表面施加耐腐蚀保护涂层，如通过蒸气沉积方法施加的 Parylene (Parylene为商标)聚合物材料的涂层。虽然Parylene为电绝缘材料,如我们的 同时待审国际专利申请号PCT/GB2010/051039(其内容通过引用结合到本文中)所公开，但 Parylene涂层经常有缺陷，如针孔或其它缺陷。为了补救由这些缺陷造成的问题，国际专利 申请号PCT/GB2010/051039公开使惰性金属(如金)沉积于由Parylene涂层中缺陷而维 持暴露的电极表面的金属区域上。根据本发明，电绝缘材料可电泳沉积于具有Parylene或 类似的耐腐蚀材料的涂层(具有或没有如国际专利申请号PCT/GB2010/051039公开的沉积 的惰性金属)的电极上，并且电绝缘材料电泳沉积于通过Parylene涂层中缺陷而暴露的电 极区域上，或沉积在这类暴露区域上沉积的惰性金属上。本发明的电泳沉积涂层覆盖并保护电极表面的所有导电金属区域，否则这些区 域在印刷头使用中会暴露于油墨，因此本发明的电泳沉积涂层另外作为耐腐蚀保护涂层 起作用，并且在印刷头使用导电油墨时对印刷头有另外的益处，如国际专利申请号PCT/ GB2010/051039中所讨论。因此，本发明的涂层可用作Parylene和类似涂层的备选方案。 本发明的涂层可另外或备选地用作底涂层，然后在顶上施加Parylene或类似材料。因此，本发明的电泳沉积涂层可与耐腐蚀材料的保护涂层结合使用，这些耐腐蚀 材料一般为聚合物材料，如基于二甲苯的材料，特别是经取代或未取代的聚对二甲苯材料， 如称为Parylene的那些材料,例如Parylene N、Parylene C和Parylene D,或其它非金属 保护涂层。如上提到，各种不同的结构也是可能的。一般本发明的涂层电泳沉积于具有施加 的保护涂层例如Parylene的电极表面上(本发明的涂层处于未固化或固化状态)。本发明 的涂层起改善Parylene或其它保护涂层对下面电极的粘着的作用，并且提供另外的阻挡 层。在电极为Parylene等不充分粘着的材料(如,金)时,这特别有用。另外或备选地，本发明的电泳沉积涂层可施加到保护涂层(例如Parylene)的顶 上，作为补救处理以填充Parylene或类似层中的任何间隙、孔、缺陷等。可在电极表面上提供多于一种电泳沉积涂层。这些涂层可以为相同材料或不同材 料。涂层可相互覆盖，或者由其它材料层分隔。多个涂层可产生最终涂层的改善品质/完 整性。
本发明在其范围内也包括包含本发明的印刷头的喷墨印刷机。在以下实施例中并参考附图，经由图解说明进一步描述本发明，其中
图1为表示共用壁压电印刷头的部分的示意图。附图详述图1示意性显示共用壁压电印刷头10的部分。印刷头由一块压电材料12形成，压电材料12具有插入其中的一系列并排沟槽14， 这些沟槽构成在使用中油墨流动通过的通道。各沟槽相对侧壁之间的间距为约70微米。在 沟槽内和沟槽侧之下的整个表面用金属涂覆，如在16所示，并形成电极。从相邻沟槽之间 的区域18去除金属，以便使电极相互隔开。面板20跨沟槽顶部延伸，带有一系列孔22，孔 22构成用于各沟槽的相应喷嘴。在使用中，通过跨壁施加的电压，即在一侧的电极处于比另 一侧更高的电势，激活壁，引起压电材料12变形，以将油墨滴从喷嘴喷出。实施例1进行初始实验，以在试片上沉积电泳涂层，试片包括用铜涂覆的约0.5mm 厚X25mmX86mm的陶瓷片，铜具有镍涂层。实验使用市售热可固化和UV可固化电泳处理 流体，即UVICLAD 602，UV可固化阴极沉积电泳乳液；ULTEC 3005，热可固化电泳聚酯乳 液JPCLEARCLAD HSR，热可固化电泳聚氨酯乳液。处理流体用于在带电电极片上沉积电泳 涂层。选择电压和停留时间，以产生均匀的计量涂层，然后通过适当处理将其固化来引起交 联。各处理流体使用的施加程序如下。 首先应彻底清洁要涂覆的表面。这是必要步骤，因为在表面的任何污染物为电 阻的可能区域，其降低聚合物涂层的完整性。 通过在丙酮中超声，然后用专卖的碱性清洁剂(参考LVH Coatings Limited的 CLEAN01)电解，可达到清洁。用DI水以35g/升浓度制备溶液。 将要清洁的各表面浸入溶液中，并连接到DC电源，电极连接用弹簧线夹完成。 使要清洁的表面在+6V DC下经受10秒，其中金属表面作为阴极。然后10秒作为阳极。 重复此交替步骤两次，在阳极循环终止。 作为最终阶段，在2% w/v硫酸溶液中使金属表面经受进一步电解作用(作为阴 极)。 用DI水彻底清洗金属表面，然后准备用于电泳涂覆。 金属表面如前作为阴极连接到DC电源，并浸入在直径70mm的不锈钢烧杯中容 纳的电泳乳液中，不锈钢烧杯自身作为反电极(阳极)连接。阴极(要涂覆的表面)应从 液体取出并返回数次，以改进表面湿润。 通过线性斜升的方式跨电极施加电势差，在0V开始，1分钟后达到+40V峰值。 在此时间后，去除电压，并从乳液移出经涂覆的电极。 用DI水彻底清洗经涂覆的电极，在表面留下无光泽聚合物涂层。 固化一般根据供应商说明书进行固化。 热固化技术(对于 ULTEC 3005 和 CLEARCLAD HSR)〇从表面吹去任何残余水，将金属片放入105°C和160°C之间的烘箱中，根据温度经历20分钟-8小时。较低温度需要较长停留时间。对于ULTEC 3005，一般处理为120°C I. 5小时。CLEARCLAD HSR具有比ULTEC 3005更高的固化温度需求，一般处理为160°C 20分钟。
UV 固化技术(对于 UVICLAD 602)〇从表面吹去任何残余水，将片在70°C烘箱中干燥30分钟，随后暴露于UV发射光源。 假定沉积足够聚合物，金属表面现将由均匀、光泽的电绝缘层涂覆。通过共焦显微镜测量，所得电泳沉积交联涂层为约5微米厚。实施例2对隔开约70 并排布置的更复杂电极阵列的涂覆，需要改进的方法以保证充分涂覆沟槽的所有侧。适合程序如下初始清洁应如实施例I进行，然而，在丙酮中清洁后，使电极阵列在去离子水中经历另外的超声步骤，以从沟槽转移空气。清洁后，将电极阵列以电极垂直放置的方式浸入涂料溶液，并超声处理，以转移沟槽中的空气，并促进用涂料溶液填充。 通过线性斜升方式跨电极施加电势差，在OV开始，30秒后达到+30V峰值。 在此时间后，去除电压，并从涂料溶液移出经涂覆的电极阵列。 使用水喷雾装置,用DI水彻底清洗经涂覆的电极阵列,在表面留下无光泽聚合物涂层。然后如实施例I进行固化，其中经涂覆片平放在烘箱中。通过将处理流体直接放入印刷头，可将相同加工用于在如图I所示的装配或部分装配压电印刷头上电泳沉积电绝缘涂层。由于以上所给原因，固化温度应不超过140°C，优选应不超过120°C。调节处理条件，特别是电压和时间，以产生约5微米厚的电绝缘交联聚合物涂层。这在使用导电油墨(例如基于水的油墨)时保护印刷头以防上述效应，这意味印刷头不易故障，并且使用导电油墨时工作寿命比至今可能的更长。电泳涂层的进一步改进可导致进一步减小电流漏泄。这些改进包括加入其它材料，如云母浆料、纳米氧化铝分散体、氟改性的树脂和表面活性剂，这些材料可提供更曲折路径，或简单给予经固化膜对迁移的水分和离子的更大疏水性。 电泳涂层的均匀性可以数种方式试验I.电流漏泄评价(方法I)。2.用丁二酮肟(DMG)试剂化学检测暴露的电极(方法2)。方法I将经涂覆片或镍箔样品浸入已知电导率的导电流体，达到15mm深度，并电连接到电源，作为阳极。也将镍反电极浸入该流体达到类似深度，并作为阴极连接。这些电极隔开约50_放置。在施加渐增电压的同时，可用皮可安培计记录这两个电极之间的测量漏泄电流，皮可安培计如购自Keithley Instruments的6487/E。在+IOV的施加电压下,经2分钟时间达到< 4nA级的低电流漏泄。此时间延长到72小时(保持在+10V)提供 200nA平均电流漏泄。方法2丁二酮肟(DMG)为检测镍离子使用的一般试剂。在高于PH7的溶液环境，该螯合剂与游离镍离子形成红色强络合物。应遵循方法I的程序，并且导电流体由DMG水溶液替代。由于电解，跨电极施加电压在任何暴露的电极区域产生镍离子。随后在DMG溶液中检测到的任何红色变色为涂层不完全覆盖的指示。当利用UV/Vis分光光度计时，通过在施加控制电压规定停留时间后测量生色团的吸收，此方法允许定量评价暴露的表面积。电流漏泄试验结果用方法I的电流漏泄评价程序评价三个样品，即，根据本发明通过实施例I的方法用ULTEC 3005和CLEARCLAD HSR电泳(EP)涂覆的两个镍箔试片，和市售Parylene涂覆的镍试片(用于比较)。使ULTEC 3005在120°C固化I. 5小时，CLEARCLAD HSR在160°C固化20分钟，并且电泳沉积交联涂层具有约5微米厚度。Parylene涂覆的试片据称具有约5微米的涂层厚度。 试验程序是使施加电压每2分钟增加0. 25V (从0增加到5V)，然后每2分钟增加IV(从5增加到10V)。在30分钟后记录的漏泄电流，其已达到10V，在下面列表。
权利要求
1.一种喷墨印刷头，所述喷墨印刷头具有在使用时与油墨接触的至少一个内电极，其中电极表面区域由已通过电泳在其上沉积的电绝缘有机材料覆盖。
2.权利要求I的喷墨印刷头，其中印刷头为压电印刷头。
3.权利要求I或2的喷墨印刷头，其中有机材料包含交联的聚合物。
4.权利要求1、2或3的喷墨印刷头，其中有机材料的厚度为I至15微米，优选3至10微米。
5.一种喷墨印刷机，所述喷墨印刷机包含前述权利要求中任一项的印刷头。
6.一种处理喷墨印刷头内电极的方法，所述方法包括通过电泳沉积在电极表面区域上沉积电绝缘有机材料。
7.权利要求6的方法，其中使电泳沉积的材料固化，以引起交联。
8.权利要求7的方法，其中固化通过暴露于热或紫外线而引起。
9.权利要求7或8的方法，其中固化在不超过约140°C的温度进行，优选不超过约120。。。
10.权利要求6至9中任一项的方法，其中印刷头为压电印刷头。
11.权利要求6至10中任一项的方法，其中电泳沉积在斜升电势差下进行。
12.权利要求6至11中任一项的方法，其中电泳沉积在完全或部分装配的印刷头上进行。
13.权利要求6至12中任一项的方法，其中沉积的有机材料的厚度为I至15微米，优选3至10微米。
全文摘要
一种喷墨印刷头，所述喷墨印刷头具有在使用时与油墨接触的至少一个内电极，其中电极表面区域由已通过电泳在其上沉积的电绝缘有机材料覆盖。
文档编号B41J2/16GK102666106SQ201080050538
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月1日 优先权日2009年11月5日
发明者J·A·巴克, O·莫雷尔 申请人:森尼亚科技有限公司