专利名称：在压电式喷墨成像鼓上生成柔顺涂层的表面网纹的结构和方法
技术领域：
本发明涉及标记和成像系统，更具体涉及用于制备喷墨印刷系统的图像接受表面 的系统、结构或方法。然而，为了清楚起见，本方法将通过可用于喷墨技术的鼓或衬底进行描述，应理 解，该方法可用于制备需要考虑鼓保养液的供应以及与之接触的液体的聚结的任意衬底。 本过程和方法可针对定影表面或需要应用释放液薄膜的任意表面进行描述。
背景技术：
已知喷墨印刷机包括油墨源，在代表了待印刷信息的电子输入信号控制下喷射 墨滴的与油墨源连接的印刷头，印刷介质，例如，在喷射墨滴途径中的纸张或纸条，以及用 于提供该印刷头和该印刷介质之间相对运动的装置。尽管该种印刷机已经取得了巨大的商 业成功，其仍然存在许多固有的问题。例如，已知喷墨印刷机易于生成不一致的印刷拷贝。 喷墨印刷系统已被用于现有技术中，例如已披露于美国专利。通常而言，在喷墨印刷中，从 溶剂供应源提供液体至记录头，该记录头响应来自控制电路的调节信号，从而将墨滴应用 至鼓或书写表面。一般而言会采用中间传递表面，其为应用至鼓的液体层，但也可是网、压 板或任意其它合适的接受表面。该鼓可包含涂覆了弹性体(例如Viton或Teflon (duPont 的商标)、Tecnoflon P59 (Dow的商标))的金属(例如，铝、镍或铁磷酸盐或其混合物)。 也可使用氟弹性体，全氟弹性体，硅酮橡胶和聚丁二烯，塑胶，包括但不限于装载了聚苯硫 醚的聚四氟乙烯，热塑性塑料如聚乙烯，尼龙和FEP，热凝物如乙缩醛，或者陶瓷，只要暴露 的表面足够坚硬，能在最终接受介质通过它以及传递和固定辊时使传递的图像形成油墨变 形，且足够光滑，从而不影响该中间传递表面或液体层支持该图像形成油墨的能力。优选的 鼓材料为阳极化铝，优选的弹性体是Viton 。未来的高速压电式喷墨印刷机的成像鼓包含了铝芯上的所述的柔顺性 (compliant)氟弹性体涂层。该种涂层的表面结构对于高品质成像中单个墨滴的吸附 (pinning)非常重要。光滑、低表面能、低导热性表面创造了使墨滴具有能量和时间运动并 聚结在鼓表面的条件。这种现象已被称为油墨缺陷，并在高温下更为显著。它降低了图像 品质，并在最终的图像中显现为无油墨的区域或杂色区域。例如，一条指定宽度的连续线可 能被印刷为变化宽度的随机虚线，一个实心区域可能被印刷为具有不可接受水平的随机无 油墨区域。
发明内容
本发明为创新方法，其用于将铝制压电式喷墨印刷鼓上的柔顺涂层(例如氟弹性 体Viton GF和Tecnoflon P959)的表面变形为特殊的预定网纹，从而防止油墨缺陷并保持 图像品质。光滑、低能、均质的表面可阻止液滴吸附并导致该柔顺表面上的缺陷或单独油墨 液滴的聚结。该现象降低了图像品质，并在最终的图像中显现为无油墨的区域或杂色区域。例如，一条指定宽度的连续线可能被印刷为变化宽度的随机虚线，一个实心区域可能被印 刷为具有不可接受水平的随机无油墨区域。碱的范例包括氧化镁(MgO)、碳酸钙(CaCO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸钾(K2CO3) 等。用酸(例如乙酸)蚀刻该鼓表面将导致形成该具体的碱的水溶性盐以及水的反应，该 盐可通过将鼓在水中洗涤被去除。Mg0+2CH3C00H — (CH3COO) 2Mg+H20。本发明中显示更高的鼓表面网纹能控制油墨缺陷。据相信这可归因于鼓表面的粗 糙度和异质性引起的接触角滞后，且它帮助液滴吸附在鼓上。本发明提供了化学蚀刻方法 以在压电式喷墨印刷机鼓上的柔顺性鼓涂层(例如氟弹性体Viton GF和Tecnoflon P959) 表面引入粗糙度和异质性，得到特殊的预定网纹，其能够防止油墨缺陷并保持图像品质。在 一个实施方式中的方法通常包括将活性填充剂分散至弹性体基质，用该材料涂覆接受表 面，然后通过化学反应从该涂层表面的区域去除该填充材料。另一实施方式包括用光刻胶 层涂覆接受表面，在该光刻胶上方放置掩膜，该掩膜具有预定的开口，将UV光线通过这些 开口以在该光刻胶层和接受表面提供相应的开口，然后去除未暴露至UV光线的剩余光刻 胶层以提供网纹化的接受表面或鼓。通过化学方式去除填充剂可留下由该填充剂颗粒大小 所确定的网纹。等离子体和其它蚀刻方法也可用于蚀刻该鼓，从而赋予此处所述的高度网 纹化的表面。如上所述，在喷墨成像鼓上的弹性体涂层具有低表面能，这导致油墨滴在该表面 上缩回和聚结。这在转移的印刷品上生成了图像缺陷，例如虚线和不完全填充区域。已知将 表面粗糙化可帮助最小化该缩回，据推测这是由于在表面微缺陷处对油墨弯月面的吸附。 本发明建议了一种分两步生成微粗糙度的途径(a)在氟弹性体中混合化学活性填充剂， 并涂覆鼓，并(b)与该填充剂颗粒化学反应以形成水溶性沉淀物，其可被冲走，在该位置上 留下微孔。所披露的方法对于成像鼓以外的应用(例如，上色辊和压力辊)也具有吸引力， 特别是当所需的网纹是具有偶见的凹坑的相对光滑表面时。本发明提供了创新方法，其用于将铝制压电式喷墨印刷鼓上的柔顺涂层(例如氟 弹性体Viton GF和Tecnoflon P959)的表面变形为特殊的预定网纹，从而防止油墨缺陷并 保持图像品质。光滑、低能、均质的表面可阻止液滴吸附并导致该柔顺表面上的缺陷或单独 液滴的聚结。该现象降低了图像品质，并在最终的图像中显现为无油墨的区域或杂色区域。 例如，一条指定宽度的连续线可能被印刷为变化宽度的随机虚线，一个实心区域可能被印 刷为具有不可接受水平的随机无油墨区域。 碱的范例包括氧化镁(MgO)、碳酸钙(CaCO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸钾(K2CO3) 及其混合物。用酸(例如乙酸)蚀刻该鼓表面将导致形成该具体的碱的水溶性盐以及水的 反应，该盐可通过将鼓在水中洗涤被去除。Mg0+2CH3C00H — (CH3COO)2Mg+H20。可用于本发明的任意合适的碱包括IIA-VA族金属和过渡金属的氧化物及其混合 物。优选的碱为氧化镁(MgO)、氢氧化钙(Ca(OH)2)和碳酸钙(CaCO3)，因为高度网纹化 鼓表面可由这两种碱在本工艺中获得。通过本发明的方法制备的表面具有如下特征约IO4至约IO7个凹坑/cm2的网纹密度约0.5至约5微米的网纹大小
约1至约10微米的网纹深度
图1显示了化学蚀刻前衬底(未示)上涂层的表面。图2显示了乙酸蚀刻后衬底(未示)上涂层的表面网纹。图3A至3D显示了采用光刻胶法生成的金属鼓的表面网纹。图4A至4B显示了本发明的蚀刻表面和现有技术的非蚀刻原始鼓表面之间的油墨 缺陷的并列比较。
具体实施例方式在图1和2中，向150g含于甲基异丁基酮(MIBK)的16% (w/v) Viton GF的Viton 溶液添加3.6g(15pph)Mg0和0. 24g (Ipph) Ca (OH)2，并通过添加钢粒和辊子挤压整晚而将碱 (例如MgO、Ca (OH)2、CaCOdPK2CO3)分散。添加5pph VC-50固化剂后在不锈钢板上制备该 分散体的涂层，并固化。用400粒度的砂纸砂磨不锈钢上固化膜2的表面1，以暴露MgO颗 粒3，然后将膜2置于50%冰醋酸中一小时。然后用蒸馏水洗涤膜2并干燥。图1显示了 化学蚀刻前膜2的表面，而图2显示了蚀刻后的表面1网纹。如图2的凹坑位置4所示，作 为蚀刻工艺的结果，通过去除MgO颗粒3得到了更多的网纹。所生成的凹坑具有MgO颗粒 或者洗走的填充剂颗粒的大小和深度特征。表面凹坑的密度是图层中活性碱或填充剂浓度 的表征。在本发明的一个实施方式中，图3A显示了用光刻胶层6涂覆的成像鼓5的金属或 弹性体表面。图3A中还显示了 UV9掩膜7。如图3B所示，透过掩膜7暴露后，通过去除暴 露的光刻胶6的部分生成了剥离的孔区域8。图3C显示了通过活性酸蚀刻生成的凹坑10。 例如，部分碱金属可与酸反应，且所得的盐溶解于酸浴中。如果该成像鼓5已经涂覆了弹性 体，则可通过，例如，采用活性离子蚀刻法在涂层6中生成凹坑10。凹坑10的深度可通过对 该酸浴的暴露时间进行控制。图3D显示了该方法的最后一步，其中覆盖该非可蚀刻区域的 光刻胶涂层被去除，从而提供了网纹化的金属鼓或者弹性体接受表面5。该光刻胶包含了 聚甲基丙烯酸酯或聚甲基戊二酰亚胺或重氮萘醌/Novolac树脂(一种苯酚甲醛树脂)或 SU-8(—种环氧基光刻胶)等材料。该掩膜由不透过UV光线的材料制成。正性或负性光刻 胶均可用于本实施方式，优选正性光刻胶。表1显示了现有技术表面相比通过本发明制备的蚀刻表面的油墨缺陷比较。
权利要求
用于成像系统的成像表面的制备方法，该方法包括提供金属衬底；用混合了化学活性填充剂或碱的弹性体层涂覆所述金属衬底，从而在所述金属衬底上获得涂层；用能与该涂层表面暴露的填充剂或碱反应的有效浓度的酸蚀刻所述涂层，从而在该涂层表面提供包含水溶性盐的反应产物；并通过用水性液体洗涤该涂层表面去除所述反应产物，从而在该涂层的表面提供多个凹坑。
2.用于成像系统的成像表面的制备方法，该方法包括 提供金属衬底或具有相对光滑表面的弹性体层衬底， 用光刻胶层涂覆所述衬底，在UV源和所述光刻胶层之间插入UV掩膜，所述掩膜具有多个预定大小范围的开口，所 述掩膜包含不透过UV光线的材料，所述UV光线通过所述掩膜开口，将所述掩膜暴露至UV光线，从而使得所述UV光线通过所述掩膜开口并进而引起部分 光刻胶层分解，去除被所述UV光线分解的这些光刻胶层部分，蚀刻所述衬底的所得表面，从而在其表面提供多个凹坑，去除剩余的光刻胶层，从而提供具有所述多个凹坑的该衬底的表面。
3.构造为能够涂装释放液体的薄膜的定影表面结构，所述表面为具有如下特征的带凹 坑表面约0. 2至约1. 5微米的平均粗糙度Ra， 约IO4至约IO7个凹坑/cm2的网纹密度， 每个所述凹坑具有大小为约0. 5至约5微米的开口，以及 约0. 5至约10微米的深度。
全文摘要
提供可用于包括喷墨印刷的多种系统的网纹表面的结构和方法。在喷墨印刷中，本发明的网纹表面控制油墨缺陷(ink drawback)并明显改善图像品质。该网纹表面具有约0.2-1.5微米的平均粗糙度Ra，约104-107个凹坑/cm2的网纹密度，约0.5-5微米的网纹大小，并具有约0.5-10微米的网纹深度。
文档编号C23F1/02GK101956195SQ20101017478
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月30日
发明者T·埃德温·弗里曼, 戴维·H·潘 申请人:施乐公司