CN102529378A - 金属化聚酰亚胺孔板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及孔板，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上有第二辐射率的第二层；其中第一辐射率高于第二辐射率；且可选地，设置在第二层上至少一附加层。制备孔板的方法，该方法包括提供有第一辐射率的第一层；设置有第二辐射率的第二层在第一层上；其中第一辐射率高于第二辐射率；可选地，设置至少一附加层在第二层上；并且形成至少一孔，其中孔在将第二层设置在第一层上之前或之后形成。具有孔板的喷墨印刷头，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上有第二辐射率的第二层；其中第一辐射率高于第二辐射率；可选地，设置在第二层上至少一附加层；其中设置在第二层上的可选的至少一附加层中的一层是用于控制表面张力的涂覆层。
Description
技术领域
本披露涉及孔板。更具体地，本披露涉及喷墨印刷头的孔板，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上的有第二辐射率的第二层；其中第一辐射率高于第二辐射率；并且可选地，在第二层上设置至少一附加层。
背景技术
流体喷墨系统通常包括带有多个喷墨器的一个或多个印刷头，从喷墨器朝向记录介质喷射流体滴。印刷头的喷墨器从印刷头的墨供应室或墨供应歧管接收墨，墨供应室或墨供应歧管则从源头，如熔化的墨容器或墨盒接收墨。每个喷墨器包括与墨供应歧管流体连通的一端的通道。墨通道的另一端有孔口或喷嘴以喷射墨滴。喷墨器的喷嘴可能在孔板中形成，孔板有对应喷墨喷嘴的开口。在操作中，滴喷射信号激活喷墨器中的致动器，将流体滴从喷墨器喷嘴施加到记录介质上。当记录介质和/或印刷头组件相对于彼此互相移动时，通过选择性激活喷墨器的致动器喷射流体滴，可以将施加的流体滴精确地图案化以在记录介质上形成特定的文字和图形图像。全宽阵列印刷头的示例在美国专利公布号20090046125中有描述。能用这样的印刷头喷射紫外固化凝胶墨的示例在美国专利公布号20070123606中有描述。能用这样的印刷头喷射的固体墨的示例是可从施乐公司(Xerox Corporation)获取的Xerox ColorQubeTM青色固体墨。
流体喷墨系统面临的一个困难是墨的浸湿，流液，或溢流到印刷头正面。印刷头正面的这种污染能引起或协助阻塞喷墨喷嘴和通道，其单独或与浸湿的，被污染的正面结合，引起或协助导致喷射失灵或遗漏滴、尺寸偏小的或者其他错误尺寸的滴、卫星滴、或者记录介质上错误位置的滴，从而导致印刷质量下降。现有的印刷头正面涂层通常为溅射聚四氟乙烯膜。当印刷头倾斜时，紫外(UV)凝胶墨在大约75℃的温度下(75℃是UV凝胶墨常用喷射温度)和固体墨在大约115℃的温度下(115℃是固体墨常用喷射温度)不会轻易在印刷头正面表面滑动。确切地说，这些墨沿着印刷头正面流动并留下能干扰喷射的墨膜。针对此原因，UV和固体墨印刷头的正面很容易被UV和固体墨浸湿。
美国专利申请号20100040829描述了涂有合成物的孔板，该合成物包括氟化合物和有机化合物，该有机化合物选自尿素，异氰酸酯和三聚氰胺。
美国专利申请号20100149262描述了涂有合成物的孔板，该合成物包括第一单体，第二单体，氟化合物，如氟硅烷、氟烷基酰胺、氟化醚或类似物，以及光引发剂，其第一单体和第二单体不同。
美国专利申请序列号12/625,442描述了喷墨印刷头正面表面的涂层，其中该涂层包括低附着力涂层，其中当低附着力涂层布置在喷墨印刷头正面表面上时，紫外凝胶墨的喷射滴或固体墨的喷射滴与印刷头正面表面有一个低的滑移角，其中，该低滑移角小于大约1°到小于大约30°。在实施方式中，低附着力涂层是疏油涂层，与紫外凝胶墨或固体墨的接触角大于约35°。
用于防止和清除喷墨堵塞并清洁印刷头正面的维护程序已设置在喷墨印刷机中。维护程序的示例包括从喷墨通道和喷嘴喷墨或清洗墨，并擦拭印刷头正面。喷射程序通常包含从每个喷墨器喷射出多个滴，以便清洁喷墨器的污染物。清洗程序通常包含对墨容器使用空气压力脉冲，使得在所有喷墨器中产生墨流。射出的墨可以被收集在废物容器中例如痰盂。清洗出的墨可能被收集在废物容器中例如废物盘中。浸湿的、污染的印刷头正面表面通过防止墨滑动通过正面到废物容器中或降低墨滑动通过正面到废物容器中的能力干扰清洗墨的收集。擦拭程序通常通过擦拭刮板实施，擦拭刮板相对于喷嘴板运动以移动墨残渣，以及聚集在印刷头正面的任何纸，灰尘，或其他碎屑。喷射/清洗和擦拭程序可以单独实施或彼此结合实施。例如，可以在墨被清洗通过喷墨器后实施擦拭程序，以擦拭喷嘴板多余的墨。
固体喷墨印刷头由不锈钢板制成，不锈钢板有化学刻蚀或机械形成的特征。印刷头也使用带有微机电系统(MEMS)技术特征的硅基底制成。为降低固体喷墨印刷头的成本已进行了很大努力。用聚酰亚胺孔板来替代不锈钢孔板是一个机会。对于不锈钢孔板，该孔通常是机械形成的。通过使用可用激光切割的聚酰亚胺薄膜来替代不锈钢板，可消除机械制备不锈钢板所造成的缺陷和限制问题。进一步地，因为聚酰亚胺可激光切割的性能，聚酰亚胺孔板中孔的尺寸和尺寸分布与不锈钢是可比的或比不锈钢有提高。另外，相比于机械形成的不锈钢板，聚酰亚胺孔板能显著降低制造成本。
聚酰亚胺由于其许多优势常用于电子应用中，如高强度，耐热性，刚度，和尺寸稳定性。应注意，在喷墨印刷头中，聚酰亚胺能用作墨喷嘴的孔板。然而，聚酰亚胺相对于不锈钢有更高的辐射率(emissivity)，例如，聚酰亚胺为约0.95而聚四氟乙烯(PTFE)涂层不锈钢为约0.4，因此，聚酰亚胺的辐射热量损失比PTFE涂层不锈钢高大约55％。
聚合物材料，例如聚酰亚胺，用激光器如准分子激光器的激光消融术形成孔板。激光消融法能形成具有极好滴喷射器性能的孔板。然而，这种激光消融的聚合物材料通常不是疏水的。因此，给孔板表面提供疏水性涂层是非常必要的，以使所述正面有疏水的性能，从而提高喷墨的精确性和整体性能。然而，聚酰亚胺不能正常涂层。聚酰亚胺是化学稳定和热稳定的，许多涂层材料不能在聚酰亚胺表面轻易形成薄且均匀的涂层。然而，金属化涂层使使用能够使用诸如PTFE之类的涂层。
目前可用的孔板和制备孔板的方法适用于其各自的预期目的。然而，需要改进的孔板和适用于制备孔板的方法。也仍需要能提供期望的辐射率和较小的辐射功率损失的改进的孔板和制备该种孔板的方法。进一步，仍需要能满足能量之星(Energy-star)和TEC(通用耗电量)要求的改进的孔板和制备该种孔板的方法。
发明内容
描述了孔板，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上的有第二辐射率的第二层；其中该第一辐射率高于该第二辐射率；并且可选地，在第二层上设置的至少一附加层。
进一步描述了制备孔板的方法，该方法包括提供有第一辐射率的第一层；在第一层上设置具有第二辐射率的第二层；其中该第一辐射率高于该第二辐射率；可选地，在该第二层上设置至少一附加层；并且形成至少一孔，其中孔形成可以在该第一层上设置该第二层之前或之后。
还描述了具有孔板的喷墨印刷头，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在该第一层上的具有第二辐射率的第二层；其中，该第一辐射率高于该第二辐射率；可选地，在第二层上设置的至少一附加层；其中，设置在该第二层上的可选的所述至少一附加层中的一层包括用于控制表面张力的涂覆层。
附图说明
图1为根据本发明所示的孔板。
图2为根据本发明所示的在孔板中形成的孔的代表性实施方式。
图3为根据本发明所示的孔板中孔的尺寸分布的直方图。
图4为根据本发明所示的从有孔板的喷墨栈(stack)喷射的墨滴的带有闪光灯的相机视图，该相机视图朝向喷墨栈正面的正下方。
图5为根据本发明所示的孔板的功率损耗(瓦特，y轴)对应于孔板类型(x轴)的图表，由PTFE涂层不锈钢制成标称的孔板，和聚酰亚胺孔板。
具体实施方式
提供了孔板，其包括具有第一辐射率的第一层；设置在第一层上的具有第二辐射率的第二层；其中，该第一辐射率高于该第二辐射率；并且可选地，在第二层上设置的至少一附加层。
参照图1，根据本发明披露的实施方式图解孔板10。孔板10包括有第一辐射率的第一层或基板12，和设置在基板12上的第二层14，该第二层14有不同于第一辐射率的第二辐射率，并且其中该第一辐射率高于该第二辐射率。层14有一个或多个设置在该层14上的附加的可选的涂覆层18，只要可选的涂覆层18也实质上是对红外波长光学透明。在实施方式中，层14有设置在其上的可选的涂覆层18，其中，该可选的涂覆层18包括用于控制表面张力接触角的涂覆层。
孔板10能由任意合适的材料构成，并能是适合于所述器件的任意配置。通常选择正方形或长方形的孔板，由于其易于生产。该第一层或基板12能由任意合适的或期望的材料构成，但该第一层或基板12的辐射率要高于层14的辐射率。例如，在实施方式中，该第一层包括聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚酯，聚亚苯基硫醚，聚醚醚酮，聚醚酮，聚醚酮酮，聚醚酰亚胺，聚醚砜，聚砜，液晶聚合物，不锈钢，钢铁，硅，或其组合。第一层12也能由选择性的镀有铜焊材料如金的不锈钢构成。在具体实施方式中，该第一层12是聚酰亚胺层。
第一层12可以是任意合适的厚度。在实施方式中，该第一层12从约8微米到约75微米厚，或从约13微米到约50微米厚，或从约25微米到约38微米厚。在具体实施方式中，该第一层12约为25微米厚。
第二层14能由任意合适的或期望的材料构成，但第二层14要有比第一层12的辐射率低的辐射率。在实施方式中，该第二层14包括金属或金属合金，如铝，镍，金，银，铜，铬，钛，钨，锌或其组合。在具体实施方式中，该第二层14包括铝。
在实施方式中，该第一层包括聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚酯，聚醚酮，聚醚酰亚胺，聚醚砜，聚砜，液晶聚合物，不锈钢，钢铁，硅，或其组合；且该第二层包括铝，镍，金，银，铜，铬，钛，或其组合。
在具体实施方式中，该第一层12包括聚酰亚胺；且该第二层14包括铝。
第二层14能是任意合适厚度。在实施方式中，该第二层14从约0.1到约50微米厚，或从约0.1到约0.3微米厚，或从约900埃到约1100埃厚。在实施方式中，该第二层可以是亚微米铝层。
辐射率是材料表面通过辐射发射能量的相关能力。材料的反射越大，其辐射率越低。低辐射率材料辐射或发射低水平的辐射能量。理想的反射物是无辐射材料，理论上其辐射率为0。理想的吸收体，即黑体，其辐射率为1。此处提供的孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上的有第二辐射率的第二层；其中该第一辐射率高于该第二辐射率。该第一层和第二层的辐射率可以是任意合适预期设备的辐射率。
在实施方式中，提供了孔板，其中该第一层是高辐射率层，其辐射率从约0.4到约0.95，或从约0.7到约0.95，或从约0.85到约0.95；并且其中该第二层是低辐射率层，其辐射率从约0.02到约0.3，或从约0.02到约0.2，或从约0.02到约0.1。
在实施方式中，该第一层的辐射率从约0.4到约0.95，且该第二层的辐射率从约0.02到约0.3。在进一步的实施方式中，该第一层的辐射率从约0.7到约0.95，且该第二层的辐射率从约0.02到约0.2。在具体的实施方式中，该第一基板层的辐射率约为0.95且该第二低辐射率层的辐射率约为0.4。
在实施方式中，该低辐射率层(例如，金属化层)提供了具有提高的辐射率的表面，该表面的辐射率超过在先孔板的辐射率，因此有低的辐射功率损耗。在实施方式中，该低辐射率层是铝层，其中该辐射率小于约0.1，且相对于标准不锈钢的减少了约75％的辐射功率损失以及相对于原料聚酰亚胺减少了约90％的辐射功率损失。在实施方式中，小于或等于约1微米铝厚度的铝金属化的聚酰亚胺使得激光钻孔过程能够干净地移除金属并生成高质量孔，从而有极好的方向性和稳健的喷射性能。
孔板有至少一附加层18，该层18设置在第二层14上。在实施方式中，该孔板可以有设置在第二层14上的至少一附加层18，其中，该附加层18包括用于控制接触角的涂覆层。在实施方式中，该孔板可以有设置在第二层14上的至少一附加层18，其中，该附加层18包括用于控制接触角的涂覆层并且其中该接触角为从约35°到约120°。
设置在第二层上的至少一附加层18包括任意合适或期望的材料。在实施方式中，该至少一附加层18包括含氟聚合物或硅氧烷聚合物。在具体实施方式中，该至少一附加层18包括聚四氟乙烯。
该可选的附加层18能是任意合适的厚度。在实施方式中，层18的厚度从约400埃到约2000埃，或从约650埃到约1350埃，或从约900埃到约1150埃。
在实施方式中，该附加层18提供接触角的特征，使得落在孔板上的UV凝胶墨和固体墨的卫星滴，例如3微升UV墨滴和1微升的固体墨滴，与附加层18呈现出的接触角从约35°到约120°，在具体实施方式中，接触角大于约35°或大于约55°。
此处的孔板可通过任何合适或期望的方法制备。此处的实施方式中，制备孔板的方法包括提供有第一辐射率的第一层；在该第一层上设置有第二辐射率的第二层；其中，该第一辐射率高于该第二辐射率；可选地，在该第二层上设置至少一附加层；以及形成至少一孔，其中孔形成在第一层上设置该第二层之前或之后。
各层可使用任何合适的工艺处理。该孔板的层可通过任何合适的方法形成，例如物理气相沉积，化学气相沉积，层压，浸涂，喷涂，旋涂，流涂，印花印刷(stamp printing)以及刮涂技术。
在实施方式中，设置一层或多层包括通过物理气相沉积，化学气相沉积，层压，浸涂，喷涂，旋涂，流涂，印花印刷，狭缝式涂布(slot coating)，以及刮涂，或者其组合。在具体实施方式中，物理气相沉积应用于施加一层或多层。在又一具体实施方式中，物理气相沉积应用于施加第二低辐射率层到第一高辐射率基板层。在又一具体实施方式中，物理气相沉积应用于施加用以控制接触角的可选的附加涂覆层到该第二低辐射率层。在又一具体实施方式中，物理气相沉积应用于施加第二低辐射率层，在实施方式中器为金属层，在另一实施方式中其为铝层，到第一高辐射率层，在实施方式中其为聚酰亚胺。在又一具体实施方式中，物理气相沉积应用于施加可选附加涂覆层，在实施方式中其为聚四氟乙烯，到第二低辐射率层，在实施方式中其为铝。
该孔板包括一或多个孔或喷墨孔口。该孔或孔口能通过任意合适的方法形成。例如，该孔口能用任意合适的技术切割，如刻蚀，机械形成，或由激光生成。在具体实施方式中，形成至少一孔包括使用激光形成一或一个以上孔。可以使用任意合适的激光器，例如受激准分子激光器。
孔可在制造孔板之前或者之后形成。在实施方式中，孔可以在将该第二层设置在第一层上之前或之后形成。
进一步描述了具有孔板的喷墨印刷头，该孔板包括有第一辐射率的第一层；设置在第一层上的有第二辐射率的第二层；其中，该第一辐射率高于该第二辐射率；可选地，在第二层上设置至少一附加层；其中，设置在该第二层上的该可选的至少一附加层中的一层包括用于控制接触角的涂覆层。
该孔板能没有任何限制地用于任何类型的具有任意合适配置的印刷头。一般地，该喷墨印刷头包括多个通道，其中该通道能用来自墨供应源的墨来装满，并且其中该通道终止在印刷头一个表面上的喷嘴中，该表面构成本文所述的孔板。合适的喷墨印刷头在美国专利5,291,225，美国专利5,218,381和美国专利5,212,496中有描述。另一合适的喷墨印刷头设计在美国专利公开号2005/0285901中有描述。
此处的孔板能使用任意合适的墨。在实施方式中，此处的孔板能使用喷墨墨，包括染料基墨，颜料墨，相变墨，固化墨如紫外固化墨，和胶凝墨。
示例
比较例1
制备比较孔板，该孔板由带有通过激光消融形成的孔的非镀铝的聚酰亚胺膜构成。
示例2
通过下述方法制备孔板。通过物理气相沉积在聚酰亚胺膜(25微米厚)上沉积0.1微米的铝层。镀铝的聚酰亚胺能从Sheldahl商业获取。通过物理气相沉积将四氟乙烯层(0.1微米厚)沉积在镀铝的聚酰亚胺上。在248纳米通过激光消融生成孔。
图2是显微照片，显示了示例2中孔板形成的孔，并图解了良好的圆度以及没有任何残余金属。
重要的质量由测量的孔的尺寸分布来确定。根据示例2制备的3个孔板，其每个有880个孔，通过坐标测量显微镜测量。图3是根据示例2制备的镀铝聚酰亚胺孔板中孔的尺寸分布的直方图。平均直径39.3微米±0.2微米(1σ)，孔的尺寸的这种分布类似于用未涂层的聚酰亚胺获得的孔的尺寸的分布并且适合标准印刷头使用的要求。
图4为根据本发明所示的从有孔板的压电喷墨印刷机的喷墨栈(stack)喷射的固体墨滴的带有闪光灯的相机视图，该相机视图朝向喷墨栈正面的正下方。可以看出，固体喷墨滴具有合适的尺寸和质量，并且镀铝涂层没有对喷射产生不利的影响。
图5是根据实施方式1，镀铝的聚酰亚胺孔板的功率损耗(瓦特，y轴)对应于孔板类型(x轴)的图表，孔板为包括PTFE涂层不锈钢的标称孔板，和比较例1的比较的聚酰亚胺孔板。此处的实施方式中，相对于以前可用的孔板，本发明的镀铝孔板提供了的能耗效益。
提供了用于喷墨印刷头(在实施方式中为压电喷墨印刷头)的改进的孔板。在实施方式中，相对以前的孔板，该孔板提供了改进的附着力和辐射率特征。该方法能够改进附着力，使得标准聚四氟乙烯过程能与聚酰亚胺基板孔板一起使用。在实施方式中，本发明的孔板能与反浸湿涂层一起使用，并提供该反浸湿涂层改进的附着力。在具体实施方式中，该孔板包括聚酰亚胺层或其它合适的基板层，设置在该聚酰亚胺层上的亚微米铝层或其它合适的低辐射率层，和设置在该铝层上的聚四氟乙烯层或其它合适的层。相较于裸聚酰亚胺，该铝涂层聚酰亚胺使得聚酰亚胺层能容易地涂覆在孔板上，且有良好的附着力。进一步，该聚四氟乙烯涂层机械强度要强于现有印刷头上的涂层，从而降低或消除墨中的流液问题，该墨如颜料墨和紫外墨，在实施方式中，镀铝聚酰亚胺孔板提供了低辐射率以降低功率损耗。
Claims (11)
1.孔板，其包括：
第一层，其有第一辐射率；
第二层，其设置在所述第一层上且有第二辐射率；
其中，所述第一辐射率高于所述第二辐射率；以及
可选地，至少一附加层，其设置在所述第二层上。
2.根据权利要求1所述的孔板，其中所述第一层具有从约0.4到约0.95的辐射率；并且
其中所述第二层具有从约0.02到约0.3的辐射率。
3.根据权利要求1所述的孔板，其中所述第一层包括聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯、聚亚苯基硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、液晶聚合物、不锈钢、钢铁、硅、或其组合；并且其中所述第二层包括金属或金属合金。
4.根据权利要求1所述的孔板，其中所述第二层包括铝、镍、金、银、铜、铬、钛、钨、锌、或其组合。
5.根据权利要求1所述的孔板，其中设置在所述第二层上的所述至少一附加层包括用以控制接触角的涂覆层。
6.根据权利要求1所述的孔板，其中设置在所述第二层上的所述至少一附加层包括用以控制接触角的涂覆层，其中，所述接触角从约35°到约120°。
7.根据权利要求1所述孔板，其中设置在所述第二层上的所述至少一附加层包括含氟聚合物或硅氧烷聚合物。
8.制备孔板的方法，其包括：
提供具有第一辐射率的第一层；
在所述第一层上设置具有第二辐射率的第二层；
其中所述第一辐射率高于所述第二辐射率；
可选地，设置至少一附加层在所述第二层上；以及
形成至少一孔，其中形成孔可在所述第一层上设置所述第二层之前或之后。
9.根据权利要求8所述方法，其中所述第一层的辐射率从约0.4到约0.95；以及
其中所述第二层的辐射率从约0.02到约0.3。
10.根据权利要求8所述方法，其中形成至少一孔包括使用激光器形成一个或一个以上孔。
11.具有孔板的喷墨印刷头，其包括：
第一层，其具有第一辐射率；
第二层，其具有第二辐射率并设置在所述第一层上；
其中，所述第一辐射率高于所述第二辐射率；
可选地，至少一附加层，其设置在所述第二层上；
其中，设置在所述第二层上的可选的所述至少一附加层中的一层包括用于控制接触角的涂覆层；其中所述第一层的辐射率从约0.4到约0.95；以及
其中所述第二层的辐射率从约0.02到约0.3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120704 |