[发明专利]具有受控的氧气水平的喷墨印刷机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月15日提交的美国专利申请第12/968,730号的优先权，该专利申请通过引用整体并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及喷墨印刷的领域。更具体地，本发明涉及一种在辐射固化印刷过程中用于控制暴露于可固化油墨的大气组成的方法。

相关技术的描述

喷墨印刷涉及通过推进液体材料（油墨）的液滴至衬底上来在衬底上产生数字图像。喷墨印刷解决方案可以涉及使用底部涂层（base coat）、电磁辐射、固化以及用惰性化大气使印刷区惰性化。

一些印刷解决方案涉及在印刷期望的图像之前，应用底部涂层至衬底上。例如，为了在非白色衬底比如有颜色的或透明的衬底上印刷彩色图像，通常需要沉积白色油墨的层，以起到作为用于彩色油墨的背景的作用。同时，为了在黑色或有颜色的衬底上印刷多种有颜色的图像，首先用白色油墨的层来预先涂覆将在其上印刷图像的衬底的区域，且然后在预先涂覆的白色层的顶部上印刷图像。白色背景层防止图像中的颜色通过黑色或有颜色的衬底失真。

此外，当在透明的衬底上印刷时，可以在衬底的反面应用有颜色的油墨，使得图像可以通过衬底的正面看到。然后，在后涂覆步骤中，白色油墨的层被印刷在有颜色的油墨模式上。“后涂覆”白色层起到作为背景的作用，使得当从透明衬底的正面看时，正确呈现图像的颜色。在一些情况下，透明的衬底然后被层压在第二个透明的衬底比如窗户上，使得彩色图像被保护在两个透明的衬底之间。

申请人在名称为“Methods and apparatus for backlit and dual-sided imaging”的2006年1月19日提交的共同在审的美国专利申请第20060158473号中已经开发了用于印刷涂层的方法和设备。

根据美国专利申请第20060158473号，沿着单一的印刷头轴布置的一排印刷头被配置成在单一印刷步骤期间使图像和涂覆层印刷在衬底上（即，不需要单独的预先涂覆或后涂覆处理）。尤其，印刷设备使第一图像层沉积在衬底上，然后使涂覆层沉积在第一图像层上，且然后使第二图像层沉积在涂覆层上。

涂覆层可以包括特定的印刷流体，比如基本上白色的油墨。衬底通常是大体上半透明的或大体上透明的材料，比如玻璃或塑料介质。实际上，这些印刷技术对于背光成像和双面成像是有用的。

尽管之前已经开发了基础的底部涂层技术，本领域存在对用于控制底层的质量和特征的方法和系统的需要，其中，这些特征影响重叠的图像。当前，特征比如网点增大、层间附着力及滑动是通过使用添加剂比如基于硅酮的表面活性剂来控制的。

此外，惰性气体比如氮气或二氧化碳通常被用于可辐射固化过程中，以增加固化速率，尤其是通过减少由于竞争三重态及自由基猝灭反应使固化速率下降的氧气的表面固化。

一些印刷解决方案还涉及油墨的光固化。已知的油墨固化技术涉及使用特定的油墨制剂且使其暴露到来自电磁辐射源的能量中。常规印刷和喷墨印刷两者中的目的是使得能够用光化辐射的减少的量和或功率来固化。多年来，液体化学油墨制剂的固化已经是惯例。在紫外线固化中，包含光引发剂、单体和低聚物及可能的颜料和其它添加剂的液体化学制剂被暴露至紫外光中，从而将液体化学制剂转化成固态。

固化油墨涉及通常使用在紫外光谱中的波长来引导光子至油墨沉积物上。光子与存在于油墨内的光引发剂相互作用，产生自由基。所产生的自由基使油墨内的单体和低聚物的聚合（固化）开始且扩展。这种链反应导致油墨固化成聚合物固体。然而，氧气在油墨表面处的存在抑制这样的链反应在油墨内的发生。这通常称为氧气抑制。

与在无氧固化环境中所需要的紫外功率和光引发剂浓度相比，在空气环境中的正常的紫外线固化中，需要高的紫外线能量的量和/或高的光引发剂浓度来实现完全固化。较高的光引发剂浓度可有害地影响最终的膜的性能，且增加油墨成本。克服氧气抑制所需要的较高的紫外线能量增加功率需求和在样品上产生的热。

用于提供较不活性的固化的一般解决方案包括用较不活性的气体比如氮气排挤掉固化区中的大气氧。例如，Matheson等的名称为“Ultraviolet Curing Apparatus Using an Inert Atmosphere Chamber”的美国专利第6,126,095号教导了包括用于容纳控制的大气的固化室的固化装置。固化室包括入口和喷嘴组件，用于供应较不活性的气体至室中且保持其中的较不活性的大气。