用于粘結(jié)間隙環(huán)氧粘合劑以制造高密度打印頭中的打印頭結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于形成噴墨打印頭的方法，所述方法包括加工環(huán)氧粘合劑使得來自與特定油墨的物理接觸的負(fù)面影響減少或消除。當(dāng)暴露于某些油墨如紫外油墨和著色油墨時(shí)，使用常規(guī)技術(shù)加工的常規(guī)粘合劑已知將增加重量和擠出。本發(fā)明的實(shí)施例可包括加工特定的粘合劑使得所得環(huán)氧粘合劑適合于打印頭應(yīng)用。
【專利說明】用于粘結(jié)間隙環(huán)氧粘合劑以制造高密度打印頭中的打印頭結(jié)構(gòu)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噴墨打印裝置領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于高密度壓電噴墨打印頭的方法和結(jié)構(gòu)以及包含高密度壓電噴墨打印頭的打印機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]按需滴墨技術(shù)被廣泛用于印刷工業(yè)中。采用按需滴墨技術(shù)的打印機(jī)可或使用熱噴墨技術(shù)或使用壓電技術(shù)。盡管它們的制造比熱噴墨更昂貴，但壓電噴墨通常受親睞，例如因?yàn)樗鼈兛墒褂酶鼜V泛的油墨。
[0003]壓電噴墨打印頭包括壓電元件(即，壓電傳感器或PZT)的陣列。形成所述陣列的一種方法可包括用粘合劑可拆卸地粘結(jié)毯壓電層到轉(zhuǎn)印載體并將所述毯壓電層切割成小方塊以形成多個(gè)單獨(dú)的壓電元件。可使用多個(gè)切割鋸行程來移除相鄰壓電元件之間的所有壓電材料以在各個(gè)壓電元件之間提供正確的間距。
[0004]壓電噴墨打印頭通常可還包括附接所述壓電元件的陣列的柔性膜片。當(dāng)通常通過具有電耦接至電源的電極的電連接向壓電元件施加電壓時(shí)，壓電元件將彎曲或撓曲，導(dǎo)致膜片折曲，這將通過噴嘴從腔室驅(qū)逐出一定量的油墨。所述折曲還將通過開口從主儲(chǔ)墨器向腔室中抽吸油墨以替代被逐出的油墨。
[0005]噴墨打印頭的形成通常需要層合多層材料作為其制造的一部分。傳統(tǒng)的打印頭設(shè)計(jì)可使用鍍金不銹鋼金屬板的層，所述金屬板具有經(jīng)光化學(xué)蝕刻并然后釬焊于一起以形成穩(wěn)健結(jié)構(gòu)的特征。然而，隨著改善成本和性能的持續(xù)推動(dòng)，可采用替代材料和粘結(jié)方法的使用。雖然可使用聚合物層作為一些金屬板部件的替代物，但聚合物需要具有合適性質(zhì)的粘合劑來粘結(jié)至彼此以及粘結(jié)至金屬層。
[0006]例如，所述粘合劑必須與打印頭內(nèi)使用的油墨化學(xué)相容。此外，粘合劑應(yīng)具有某些減少使用過程中的打印頭故障的物理性質(zhì)。粘合劑應(yīng)具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度、低的擠出量以防止堵塞流體路徑，并且隨著使用過程中溫度的升高應(yīng)充分抗氧化。另外，在使用過程中當(dāng)暴露于某些油墨和高溫時(shí)，一些粘合劑可能增重并溶脹或是變得較不柔順和更僵硬，這可能導(dǎo)致油墨的泄漏或其它故障模式。這些故障中的一些可能僅在打印頭的長(zhǎng)時(shí)間使用后發(fā)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，形成噴墨打印頭的方法可包括:加熱第一基底的第一表面至40°C和120°C之間的溫度，使經(jīng)加熱的第一基底的第一表面與環(huán)氧粘合劑的第一表面接觸以膠粘環(huán)氧粘合劑到第一基底的第一表面，使輥移過環(huán)氧粘合劑的第二表面上的離型襯墊或第一基底的第二表面以移除環(huán)氧粘合劑的第一表面與第一基底的第一表面之間的界面處的氣泡，以及冷卻第一基底和環(huán)氧粘合劑至22°C或更低的溫度。隨后，所述方法可還包括加熱第二基底的第一表面至40°C和120°C之間的溫度，并在環(huán)氧粘合劑膠粘到第一基底的第一表面的情況下使經(jīng)加熱的第二基底的第一表面與環(huán)氧粘合劑的第二表面接觸以膠粘環(huán)氧粘合劑到第二基底的第一表面。所述方法可還包括使輥移過第二基底的第二表面以移除環(huán)氧粘合劑的第二表面與第二基底的第一表面之間的界面處的氣泡，然后，在膠粘環(huán)氧粘合劑到第一基底和第二基底之后，通過加熱第一基底、第二基底和環(huán)氧粘合劑至約80°C和約140°C之間的溫度并持續(xù)約10分鐘和約20分鐘之間的時(shí)間來部分地固化環(huán)氧粘合劑。在部分地固化環(huán)氧粘合劑后，通過在壓機(jī)內(nèi)于40psi和10psi之間的壓力下加熱第一基底、第二基底和環(huán)氧粘合劑至100°C和300°C之間的溫度并持續(xù)20分鐘和200分鐘之間的時(shí)間來使環(huán)氧粘合劑完全固化。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，噴墨打印頭可包括第一基底、第二基底和介入在所述第一基底和第二基底之間的環(huán)氧粘合劑，所述環(huán)氧粘合劑物理地連接所述第一基底至所述第二基底。所述環(huán)氧粘合劑可包含甲酚酚醛清漆和雙酚A環(huán)氧樹脂并可具有大于200psi的粘結(jié)第一基底至第二基底的搭接剪切強(qiáng)度。所述噴墨打印頭可還在噴墨打印頭內(nèi)包括物理地接觸所述環(huán)氧粘合劑的油墨，其中所述油墨為紫外凝膠油墨或著色油墨，并且在連續(xù)地暴露于所述油墨20個(gè)星期時(shí)，所述環(huán)氧粘合劑具有小于0.4%的物質(zhì)吸收。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]引入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示意了本發(fā)明的實(shí)施例并與【具體實(shí)施方式】一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成的示例性噴墨打印頭部分的橫截面；和
[0011]圖2為包含一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的打印頭的打印機(jī)的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]如本文所用，除非另有指出，否則詞語“打印機(jī)”涵蓋出于任何目的執(zhí)行打印輸出功能的任何裝置，如數(shù)碼復(fù)印機(jī)、制書機(jī)、傳真機(jī)、多功能機(jī)、靜電照相裝置等。除非另有指出，否則詞語“聚合物”涵蓋廣泛的由長(zhǎng)鏈分子形成的碳基化合物中的任何一者，包括熱固性聚酰亞胺、熱塑性塑料、樹脂、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂及本領(lǐng)域已知的相關(guān)化合物。
[0013]在許多不同的噴墨打印頭層和材料之間、特別是在當(dāng)前的噴墨打印頭使用中存在的嚴(yán)苛環(huán)境條件下獲得可靠的粘附是裝置制造商關(guān)注的一個(gè)問題。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可在打印頭內(nèi)的各種層合層之間產(chǎn)生更穩(wěn)健的粘合劑物理連接，特別是論及對(duì)化學(xué)嚴(yán)苛油墨如丙烯酸酯型紫外(UV)油墨和著色油墨的抵抗性，并可在電耦接壓電傳感器(PZT)至電路層如印刷電路板或柔性印刷電路的相互連接上產(chǎn)生減小的應(yīng)力。
[0014]打印頭結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域已知的并包括層合在一起的許多個(gè)層。用于層合的粘合劑必須抵抗與化學(xué)嚴(yán)苛油墨的反應(yīng)，良好地粘結(jié)到不同材料的表面以防止在高壓打印過程中斷裂，并在高溫打印過程中例如使用固體油墨打印的過程中保持不變。圖1示出了可使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的示例性噴墨打印頭結(jié)構(gòu)10的一部分。圖1的打印頭結(jié)構(gòu)10包括柔順壁12、外歧管14和用外歧管粘合劑18附接到外歧管14的換向器16。圖1還示出了用換向器附接粘合劑22附接到換向器16的輪轂板20。在一個(gè)實(shí)施例中，柔順壁12可包含熱塑性聚酰亞胺，外歧管14可包含鋁，而輪轂板20可包含不銹鋼。外歧管14可接收使用過程中自固體墨塊熔化而來的液體油墨(為簡(jiǎn)單起見，未單獨(dú)示出)、凝膠油墨、UV油墨或?yàn)榇蛴?zhǔn)備的其它液體油墨并使油墨保持在打印溫度下。圖1還示出了主體32、垂直入口34、分離器36、包括碎石篩40的微粒過濾器(碎石篩)層38、前端歧管42和具有噴嘴46的孔板44。孔板44可用孔板粘合劑48附接到前端歧管42。在一個(gè)實(shí)施例中，主體32、分離器36和前端歧管42可包含金屬如不銹鋼，而垂直入口 34、碎石篩層38、孔板粘合劑48和孔板44可各自包含一種或多種聚合物。組件10可根據(jù)已知的加工技術(shù)制造，例如包括高壓下層疊壓機(jī)的使用的方法。圖1還示出了基底52(如半導(dǎo)體晶片部分、玻璃層、金屬層等)、支撐層54、打印頭膜片(膜)56、輪轂板粘合劑70、膜片粘合劑72、附接到半導(dǎo)體晶片部分的特定應(yīng)用集成電路(ASIC) 58和電耦接至ASIC58的互連層60如柔性電路或印刷電路板。如上面所討論，基底52可為硅、砷化鎵、金屬、玻璃等。另外，支撐層54可為二氧化娃和/或SU-8光刻膠。膜片56可為金屬如鈦、鎳或金屬合金?；?2可包括電路圖案。應(yīng)理解，圖1中所示為打印頭的一小部分，示出了單個(gè)油墨端口 74和噴嘴46，并可增加其它結(jié)構(gòu)或可移除或修改現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。具有當(dāng)前設(shè)計(jì)的打印頭可具有四個(gè)油墨入口，每種顏色(例如，CMYK顏色模式中的青色、品紅、黃色和黑色)一個(gè)，以及7040個(gè)噴嘴。圖1的結(jié)構(gòu)可用本發(fā)明的實(shí)施例形成并可包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
[0015]對(duì)于打印頭應(yīng)用而言理想的粘合劑應(yīng)能夠粘結(jié)金屬層(例如，不銹鋼、鋁等)和/或聚酰亞胺層的任何組合。在選擇粘合劑時(shí)，相似的制劑可能具有不同的性質(zhì)和操作特性。需要廣泛的內(nèi)部測(cè)試來表征粘合劑的性質(zhì)以確定其是否具有特定用途所需的特性。雖然供應(yīng)商可能發(fā)布一些操作特性，但其它未知特性對(duì)于找尋合適粘合劑的制造商來說可能特別關(guān)心，因此制造商需要進(jìn)行粘合劑的表征。市售有大量的粘合劑制劑，識(shí)別具有必要特性的粘合劑常常面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。使選擇進(jìn)一步復(fù)雜化的是粘合劑可能在不同的厚度、不同的施加方法和不同的溫度下表現(xiàn)出不同的特性的事實(shí)。此外，在暴露于具有相似配方的不同化學(xué)品時(shí)，例如暴露于相似但不同的油墨制劑時(shí)，粘合劑可能不同地反應(yīng)。環(huán)氧樹脂和固化劑的組合的多樣性提供了最終固化階段化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的廣泛性。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可包括粘合劑的使用以將兩個(gè)或更多個(gè)打印頭部件物理地附接于一起。在使用中，粘合劑可能經(jīng)受嚴(yán)苛的化學(xué)油墨如著色油墨和UV凝膠油墨以及經(jīng)受打印(例如固體油墨)所伴隨的高溫和高壓。在一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑可以是為熱固性聚合物的環(huán)氧型液體粘合劑，并可以是可得自Resin Designs,LLC(Woburn,MA、)的TechFilmTF0063-86(即，--0063-86)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例正確地加工時(shí)，粘合劑可實(shí)現(xiàn)高性能、低成本、高密度噴墨打印頭的制造。所述粘合劑耐當(dāng)前打印應(yīng)用中所用“敵對(duì)”油墨的化學(xué)侵蝕并在高溫、高壓打印條件下保持粘附。
[0017]上面提及的粘合劑--0063-86為B階雙組分環(huán)氧樹脂。與許多環(huán)氧樹脂一樣，--0063-86包含混合在一起以提供最終粘合劑的環(huán)氧樹脂和環(huán)氧固化劑(即，硬化劑)。更具體而言，TR)063-86環(huán)氧膜粘合劑為基礎(chǔ)組分的共混物，所述基礎(chǔ)組分包括兩種雙酚A環(huán)氧樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、咪唑胺硬化劑和潛伏性固化劑雙氰胺(即，“DICY”)。雙酚A環(huán)氧樹脂(D GEBA樹脂)和甲酚酚醛清漆樹脂與硬化劑和潛伏性固化劑相結(jié)合的共混物產(chǎn)生足夠的耐熱氧化性、良好的可加工性、長(zhǎng)的貯存期以及比一些其它粘合劑高的耐熱性。此夕卜，存在的較小量、例如約2重量％至3重量％的DICY潛伏性固化劑將減少固化材料中胺鍵的數(shù)量，否則固化材料將易受氧化攻擊。樹脂與固化劑化學(xué)品的組合及比率提供了室溫下延長(zhǎng)的貯存期?？墒褂萌軇?，例如乙酸2-丁氧基乙酯，來稀釋未固化的環(huán)氧共混物使得該材料可被涂布到襯墊上以用作膜。另外，可留下極小量的該溶劑以改善粘合劑膜的易處理性。激光燒蝕工作已表明，該膜可被精確地切割成特定的幾何形狀。
[0018]甲酚酚醛清漆樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)可為:
[0019]
OOO
/ / Xy \
O?CH2—CH~CH2 O—OH1-CH-CHi 0_CH2?Ct+*CH2
人曝? 人_Λ/0Η3
[0020]甲酚酚醛清漆樹脂的另一化學(xué)結(jié)構(gòu)可為:
[0021]
ΑΓA ?/°\

O-CHj-CH-CH3 O—CHj-CH-CH,O-CH2-CM-CHa
-H2C —-CH1 — ~
[0022]使用的固化劑可為DICY，其具有形式:
[0023]

NH




Ii

LJ^M _ki LJ __

112|^| —i^jii —
[0024]DICY為代表性的潛伏性固化劑，在根據(jù)本發(fā)明加工時(shí)，其形成晶體。其可以分散在樹脂內(nèi)的細(xì)粉末的形式使用。該材料具有非常長(zhǎng)的貯存期，例如6至12個(gè)月。DICY在例如約160°C至約180°C的高溫下在約20分鐘至約60分鐘內(nèi)固化。固化的DICY樹脂具有良好的粘附性并且比一些其它樹脂不易于染色。DICY可用在單組分粘合劑、粉末涂料和預(yù)浸潰復(fù)合纖維(即，“預(yù)浸料”)中。
[0025]環(huán)氧粘合劑中可使用的另一共固化劑為咪唑。咪唑的特征在于，貯存期相當(dāng)長(zhǎng)，能夠通過在中等溫度(80°C至120°C )下熱處理較短時(shí)間而形成熱變形溫度高的固化樹脂，并且可得到多種具有適度反應(yīng)性(其將改善可加工性)的衍生物。與和一些其它共固化劑一起使用粘合劑相比，當(dāng)用作與DICY的共固化劑時(shí)，咪唑可表現(xiàn)出更好的貯存期、更快的固化速度和固化物質(zhì)更高的耐熱性。
[0026]可引入其一者或多者作為共固化劑的各種咪唑的一些代表性化學(xué)結(jié)構(gòu)包括1-甲基咪唑:
[0027]
IiN 'N
I
CU
[0028]2-乙基-4-甲基咪唑:
[0029]

CU:；

/==^
!IN N

C2II5
[0030]和1-氰乙基-2-1^一烷基咪唑鎗偏苯三酸鹽:
[0031]


,COOII
NC ClI2ClIa -N N ? HOOC—LSAv


xCOOII




I


CilH2；l
[0032]TF0063-86可作為介入在第一離型襯墊和第二離型襯墊之間的固體粘合劑供給，其中所述粘合劑用來附接第一基底到第二基底。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，移除離型襯墊以暴露第一粘合劑表面，使所述第一粘合劑表面與第一基底的表面接觸，移除第二離型襯墊以暴露第二粘合劑表面，并使所述第二粘合劑表面與第二基底的表面接觸。下面描述的實(shí)施例結(jié)合的是介入在第一離型襯墊和第二離型襯墊之間的固體粘合劑，但可考慮其它實(shí)施例。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可使用所述粘合劑并采用特定的方法施加所述粘合劑而將兩個(gè)表面粘著或粘結(jié)于一起。所述方法可產(chǎn)生對(duì)于打印頭制造應(yīng)用而言具有各種所需操作特性或性質(zhì)的粘合劑，如果采用不同的施加方法，則得不到這樣的操作特性或性質(zhì)。已開發(fā)出新型制造方法以允許使用TR)063-86環(huán)氧粘合劑于打印頭間隙粘結(jié)，所述粘結(jié)在高壓下幾乎沒有或沒有擠出并具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度而幾乎沒有或沒有夾帶氣泡的形成。
[0034]使用--0063-86粘合劑附接兩個(gè)或更多個(gè)表面于一起的程序可包括以下方法的實(shí)施例。雖然為描述的簡(jiǎn)單起見，所述方法結(jié)合作為第一基底的聚酰亞胺膜和作為第二基底的不銹鋼板使用--0063-86膜的附接來描述，但應(yīng)理解，可使用--0063-86環(huán)氧粘合劑來附接其它基底，例如各種金屬、聚酰亞胺層、非聚酰亞胺的聚合物以及它們的組合于一起。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，采用表面制備工藝制備待粘結(jié)的基底表面。基底材料的組成取決于應(yīng)用并可包括金屬如不銹鋼或鋁或者聚合物如聚酰亞胺等。表面制備可包括使用溶劑如異丙基醇(異丙醇，IPA)清潔第一和第二基底以移除痕量污染物質(zhì)如油和氣載微粒。
[0036]在用溶劑清潔粘結(jié)表面后，表面制備可還包括使粘結(jié)表面經(jīng)受等離子體清潔工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體清潔工藝可包括持續(xù)約2分鐘至約10分鐘的氧等離子體清潔工藝。等離子體清潔工藝用來從粘結(jié)表面進(jìn)一步移除任何污染物并還使基底粗糙化以增大粘結(jié)表面面積從而改善粘附。
[0037]在表面制備后，制備粘合劑和第一基底以與粘合劑膠粘。在一個(gè)實(shí)施例中，從固體粘合劑的第一表面移除第一離型襯墊。至少將第一基底的粘結(jié)表面加熱至約40°C和約120°C之間、或約50°C和約100°C之間、或約50°C和約60°C之間的膠粘溫度。此加熱可例如通過在熱板上或在烘箱內(nèi)加熱第一基底來進(jìn)行?？杉訜嵴麄€(gè)第一基底，或者可僅加熱粘結(jié)表面。在加熱第一基底的粘結(jié)表面后，使固體粘合劑的第一表面與第一基底的粘結(jié)表面接觸，例如通過將粘合劑的第一表面放置到粘結(jié)表面上以膠粘第一基底到粘合劑。
[0038]在膠粘溫度下，通過使輥在壓力下或移過粘合劑的第二表面上暴露的第二離型襯墊、或移過第一基底的第二表面(背側(cè))或移過二者來輥壓第一基底-粘合劑組件。此輥壓階段有助于移除粘合劑的第一表面與第一基底的粘結(jié)表面之間的界面處的氣泡。在一個(gè)實(shí)施例中，可使棍抵靠表面，在壓力下例如在約Ipsi和約1psi之間、或約Ipsi和約5psi之間的輥壓力下輥過第一基底-粘合劑組件。
[0039]在此加工階段后，使第一基底-粘合劑組件冷卻至22°C或更低的環(huán)境溫度以使得第一基底膠粘到粘合劑。此膠粘程序用來潤濕粘合劑到基底上以減少或消除氣泡。
[0040]隨后，從固體粘合劑的第二表面移除第二離型襯墊。如上面針對(duì)第一基底所述，至少將第二基底的粘結(jié)表面加熱至約40°C和約120°C之間、或約50°C和約100°C之間、或約50°C和約60°C之間的膠粘溫度并持續(xù)約I分鐘和約5分鐘之間的時(shí)間。此加熱可例如通過在熱板上或在烘箱內(nèi)加熱第二基底來進(jìn)行。可加熱整個(gè)第二基底，或者可僅加熱粘結(jié)表面。在加熱第二基底的粘結(jié)表面后，使固體粘合劑的第二表面與第二基底的粘結(jié)表面接觸，例如通過將粘合劑的第二表面放置到粘結(jié)表面上以膠粘第二基底到粘合劑。
[0041]在膠粘溫度下，通過使輥在壓力下移過第二基底的背面來輥壓第二基底-粘合劑組件以輔助移除粘合劑的第二表面與第二基底的粘結(jié)表面之間的界面處的氣泡。在一個(gè)實(shí)施例中，可使棍抵靠表面，在壓力下例如在約Ipsi和約1psi之間、或約Ipsi和約5psi之間的輥壓力下輥過第二基底-粘合劑組件。在輥壓第二基底-粘合劑組件后，第一和第二基底用粘性的TF0063-86粘合劑部分地粘著于一起。此三層組件(包括第一和第二基底以及--0063-86粘合劑)可被冷卻至環(huán)境溫度，或者可直接行進(jìn)到下一加工階段而不冷卻，例如通過如下所述使溫度漸變至部分固化溫度。雖然所述工藝結(jié)合三層組件來描述，但三層組件可包括例如使用其它--0063-86粘合劑層或現(xiàn)有--0063-86粘合劑的其它部分附接到三層組件的額外基底。
[0042]在輥壓第二基底-粘合劑組件以形成三層組件后，進(jìn)行粘合劑部分固化工藝?？蓪⑷龑咏M件加熱至約80°C和約140°C之間、或約90°C和約120°C之間、或約100°C和約120°C之間、例如約120°C的部分固化溫度。三層組件可例如在熱板上或在烘箱中加熱。在三層組件達(dá)到部分固化溫度后，向三層組件施加持續(xù)約10分鐘和約20分鐘之間、例如約15分鐘的時(shí)間的熱。此部分固化工藝是減少、最小化或消除后續(xù)加工過程中粘合劑的擠出的關(guān)鍵階段。如果此部分固化階段的溫度和/或持續(xù)時(shí)間不夠或過量，則可能發(fā)生粘合劑擠出、粘合劑的過固化或粘合劑組分的受損。
[0043]在部分固化工藝后，例如在噴射層疊壓機(jī)中于壓力下加熱三層組件至最終粘結(jié)溫度以完成粘結(jié)過程從而形成完全固化的粘合劑。在一個(gè)實(shí)施例中，將組件加熱至約100°c和約300°C之間、或約150°C和約200°C之間、或約180°C和約200°C之間、例如約190°C的最終粘結(jié)溫度。在三層組件達(dá)到最終粘結(jié)溫度后，向三層組件施加持續(xù)約20分鐘和約200分鐘之間、或約60分鐘和約100分鐘之間、例如約70分鐘的時(shí)間的熱。在施加最終粘結(jié)溫度的過程中，在噴射層疊壓機(jī)內(nèi)向三層組件施加約40psi和約10psi之間、或在70psi或更低的壓力下、或在70psi的最大壓力下的粘結(jié)壓力，例如約55psi的壓力。在于粘結(jié)壓力下在最終粘結(jié)溫度下固化粘合劑上述持續(xù)時(shí)間后，使壓力和溫度降至環(huán)境水平以完成粘結(jié)過程。就本發(fā)明的目的而言，“完全固化的”粘合劑指對(duì)于打印頭的用途而言充分固化(例如，固化超過95%)的粘合劑。取決于例如所述完全固化的粘合劑是否100%固化，固化劑如DICY和/或共固化劑如咪唑可或可不保留在完全固化的粘合劑中。在一個(gè)實(shí)施例中，取決于預(yù)固化制劑中環(huán)氧樹脂對(duì)固化劑的比率，即便粘合劑100%固化，固化劑如DICY也可保留在固化后的基質(zhì)中。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，可參照?qǐng)D1使用TR)063-86環(huán)氧粘合劑作為外歧管粘合劑18、換向器附接粘合劑22、孔板粘合劑48、輪轂板粘合劑70、膜片粘合劑72或通常任何打印頭粘合劑。所述環(huán)氧粘合劑可用來物理地附接一種或多種金屬(例如，不銹鋼、鋁、銅、金屬合金等)、一種或多種半導(dǎo)體(例如，硅、砷化鎵等)和/或一種或多種有機(jī)或無機(jī)聚合物(例如，聚酰亞胺、尼龍、有機(jī)硅等)的任何組合。
[0045]測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)上述一個(gè)或多個(gè)方法實(shí)施例制備的固化的環(huán)氧粘合劑表現(xiàn)出很適合于打印頭應(yīng)用的特性和性質(zhì)。在一個(gè)測(cè)試中，向根據(jù)上述實(shí)施例制備的包含TF0063-86粘合劑的粘合劑樣品中鉆入噴嘴并評(píng)價(jià)氣泡。使用該方法未檢測(cè)到大于20 μ m的氣泡。
[0046]當(dāng)固化的粘合劑具有5%或更大的尺寸變化時(shí)，將發(fā)生粘合劑的芯吸或擠出，這可能在高壓打印過程中導(dǎo)致油墨的泄漏或打印頭的爆裂。例如，固體油墨噴射打印頭內(nèi)的壓力可高達(dá)lOpsi。主題材料表現(xiàn)出小于5%的擠出。擠出測(cè)試在包含TF0063-86粘合劑的組件上進(jìn)行，所述粘合劑介入在不銹鋼層和聚酰亞胺層之間并具有根據(jù)上述實(shí)施例加工的500ym噴嘴。整個(gè)粘合劑具有約I密耳的厚度。在噴射層置壓機(jī)中最終粘結(jié)之后所有噴嘴均是打開的。使用相同的方法制備的不同的打印頭粘合劑未能令人滿意地發(fā)揮作用，噴嘴完全堵塞。另外，沒有部分固化階段的相同粘合劑也失敗。
[0047]為提供足夠的金屬對(duì)金屬、金屬對(duì)聚酰亞胺或聚酰亞胺對(duì)聚酰亞胺的粘結(jié)，無論使用何材料，粘合劑必須提供大于約200psi的搭接剪切強(qiáng)度。一些粘合劑剛剛滿足此容許量、不滿足此容許量或僅在室溫下滿足此容許量。在搭接剪切樣品制備中，將不銹鋼粘附體在IPA的超聲浴中清潔五分鐘，然后洗滌劑超聲清潔另外四分鐘，然后在去離子水中漂洗五分鐘，然后在100°C下烘箱干燥30分鐘，然后等離子體清潔。在如上所述粘附體之間以
1.0密耳的厚度粘結(jié)--0063-86粘合劑。對(duì)于0.62in2的面積，發(fā)現(xiàn)最大負(fù)荷為1627.2磅力(Ibf)，并發(fā)現(xiàn)粘結(jié)第一基底至第二基底的搭接剪切強(qiáng)度大于2600psi(2625psi)。根據(jù)上述方法制備的材料因此對(duì)打印頭應(yīng)用表現(xiàn)出良好的粘結(jié)強(qiáng)度。
[0048]此外，在暴露于嚴(yán)苛油墨的過程中粘合劑的重量增加(即，物質(zhì)吸收)將導(dǎo)致溶脹，這可能引起高溫、高壓使用過程中打印頭的泄漏或爆裂。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)暴露于凝膠UV油墨時(shí)，當(dāng)在90°C下連續(xù)地暴露于嚴(yán)苛油墨20個(gè)星期時(shí)固化的環(huán)氧粘合劑抵抗重量增加和溶脹(即，重量增加小于0.4%)并因此與嚴(yán)苛油墨相容。相比之下，當(dāng)暴露于嚴(yán)苛油墨時(shí)，打印頭制造中使用的一些常規(guī)油墨顯示出明顯的重量變化，在一些情況下，在不到1000小時(shí)的測(cè)試后，重量變化百分?jǐn)?shù)高達(dá)160%。
[0049]雖然一些環(huán)氧粘合劑在使用高壓(例如，高于200psi的壓力)時(shí)固化，但主題材料可在200psi或以下、例如約55psi的壓力下固化。在打印頭制造過程中，在可能的情況下要避免極端壓力，因?yàn)樵诟邏航M裝工藝過程中各種打印頭結(jié)構(gòu)如壓電元件和電路可能受損。使用一些常規(guī)粘合劑的常規(guī)方法中仍使用高壓來改善粘合劑粘結(jié)和打印頭可靠性。
[0050]在使用--0063-86粘合劑形成層合打印頭結(jié)構(gòu)如圖1的結(jié)構(gòu)后，向打印頭中注入油墨206(圖2)，例如UV油墨或著色油墨。這些油墨與使用常規(guī)技術(shù)所采用的常規(guī)環(huán)氧粘合劑特別具有化學(xué)反應(yīng)性，這些環(huán)氧粘合劑在打印頭內(nèi)暴露于油墨。在一個(gè)實(shí)施例中，主題材料將抵抗與油墨的化學(xué)反應(yīng)，例如重量增加和溶脹(物質(zhì)吸收)。
[0051]此外，在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)氧粘合劑的儲(chǔ)能模量在20°C的溫度下介于約100兆帕(MPa)和約1500MPa之間并且在120°C的溫度下介于約3MPa和約700MPa之間。粘合劑的一個(gè)實(shí)施例可還具有在20°C下超過一個(gè)月、在0°C下超過一年的貨架壽命。
[0052]為減少相鄰層間的油墨泄漏，粘合劑內(nèi)填料材料的粒徑應(yīng)盡可能小。主題材料內(nèi)的填料可包括多個(gè)顆粒，其中所述多個(gè)顆粒中的每一個(gè)的最大直徑(或任何方向上的最大維度)為1.0 μ m或更小。填料材料可包括碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、三水合氧化鋁、硫酸鋇、二氧化鈦和高嶺粘土中的一者或多者。
[0053]圖2示出了打印機(jī)200，其包括打印機(jī)殼體202，在打印機(jī)殼體202中已安裝了至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的打印頭204并且打印機(jī)殼體202包住打印頭204。在運(yùn)行過程中，油墨206從一個(gè)或多個(gè)打印頭204噴射。打印頭204按數(shù)字指示運(yùn)行以在打印介質(zhì)208如紙張、塑料等上產(chǎn)生所需的圖像。在掃描運(yùn)動(dòng)中打印頭204可相對(duì)于打印介質(zhì)208來回移動(dòng)以逐行地生成打印的圖像。或者，可使打印頭204保持固定并相對(duì)于其移動(dòng)打印介質(zhì)208，從而在單程中產(chǎn)生與打印頭204 —樣寬的圖像。打印頭204可比打印介質(zhì)208窄，或者可與打印介質(zhì)208 —樣寬。在另一個(gè)實(shí)施例中，打印頭204可打印到中間表面如轉(zhuǎn)鼓或帶(為簡(jiǎn)單起見，未示出)以便隨后轉(zhuǎn)印到打印介質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成噴墨打印頭的方法，所述方法包括: 加熱第一基底的第一表面至40°c和120°C之間的溫度； 使經(jīng)加熱的所述第一基底的第一表面與環(huán)氧粘合劑的第一表面接觸以膠粘所述環(huán)氧粘合劑到所述第一基底的所述第一表面； 使輥移過所述環(huán)氧粘合劑的第二表面上的離型襯墊或所述第一基底的第二表面以移除所述環(huán)氧粘合劑的所述第一表面與所述第一基底的所述第一表面之間的界面處的氣泡； 冷卻所述第一基底和所述環(huán)氧粘合劑至22°C或更低的溫度；然后 加熱第二基底的第一表面至40°C和120°C之間的溫度； 在所述環(huán)氧粘合劑膠粘到所述第一基底的所述第一表面的情況下，使經(jīng)加熱的所述第二基底的第一表面與所述環(huán)氧粘合劑的第二表面接觸以膠粘所述環(huán)氧粘合劑到所述第二基底的所述第一表面； 使輥移過所述第二基底的第二表面以移除所述環(huán)氧粘合劑的所述第二表面與所述第二基底的所述第一表面之間的界面處的氣泡；然后 在膠粘所述環(huán)氧粘合劑到所述第一基底和所述第二基底之后，通過加熱所述第一基底、所述第二基底和所述環(huán)氧粘合劑至約80°C和約140°C之間的溫度并持續(xù)約10分鐘和約20分鐘之間的時(shí)間來部分地固化所述環(huán)氧粘合劑；和 在部分地固化所述環(huán)氧粘合劑后，通過在壓機(jī)內(nèi)于40psi和10psi之間的壓力下加熱所述第一基底、所述第二基底和所述環(huán)氧粘合劑至100°C和300°C之間的溫度并持續(xù)20分鐘和200分鐘之間的時(shí)間來使所述環(huán)氧粘合劑完全固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: 所述第一基底的所述加熱，其將所述第一基底加熱至50°C和60°C之間的溫度； 所述第一基底的所述加熱，其將所述第一基底加熱至50°C和60°C之間的溫度； 所述環(huán)氧粘合劑的所述部分固化，其將所述環(huán)氧粘合劑加熱至約120°C的溫度；和所述環(huán)氧粘合劑的所述完全固化，其在約55psi的壓力下將所述環(huán)氧粘合劑加熱至約190°C的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: 所述輥的移過所述環(huán)氧粘合劑的所述第二表面上的所述離型襯墊或所述第一基底的第二表面在約Ipsi和1psi之間的輥壓力下進(jìn)行；和 所述輥的移過所述第二環(huán)氧粘合劑的所述第二表面在Ipsi和1psi之間的輥壓力下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: 在溶劑中清潔所述第一基底的所述第一表面和所述第二基底的所述第一表面；和在所述溶劑中清潔所述第一基底的所述第一表面和所述第二基底的所述第一表面后，暴露所述第一基底的所述第一表面和所述第二基底的所述第二表面于等離子體以進(jìn)一步清潔所述第一基底的所述第一表面和所述第二基底的所述第一表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一基底為聚合物和金屬中之一，并且所述第二基底為聚合物和金屬中之另一。
6.一種噴墨打印頭，所述噴墨打印頭包括: 第一基底; 第二基底； 介入在所述第一基底和所述第二基底之間的環(huán)氧粘合劑，所述環(huán)氧粘合劑物理地連接所述第一基底至所述第二基底，其中所述環(huán)氧粘合劑: 包含甲酚酚醛清漆和雙酚A環(huán)氧樹脂； 具有大于200psi的粘結(jié)所述第一基底至所述第二基底的搭接剪切強(qiáng)度；和所述噴墨打印頭內(nèi)物理地接觸所述環(huán)氧粘合劑的油墨，其中所述油墨為紫外凝膠油墨或著色油墨，并且在連續(xù)地暴露于所述油墨20個(gè)星期時(shí)，所述環(huán)氧粘合劑具有小于0.4%的物質(zhì)吸收。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴墨打印頭，其中所述甲酚酚醛清漆樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)包括:OOO/ \ \ O-CHgi~CH—CHg O-CHt-CH-CHt O^CHt^CH^CHt







O
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述環(huán)氧粘合劑還包含雙氰胺固化劑并且所述雙氰胺固化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)包括:

NH



IiH2N-C-NH-C=N





O
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴墨打印頭，其中所述環(huán)氧粘合劑還包含咪唑共固化劑并且所述咪唑共固化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)為: /.....................\
/V
IINCU:；





O
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴墨打印頭，其中所述環(huán)氧粘合劑具有大于2600psi的粘結(jié)所述第一基底至所述第二基底的搭接剪切強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】B41M5/00GK104149507SQ201410166452
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】M·卡努恩格, H·趙, Y·左, S·S·巴德莎 申請(qǐng)人:施樂公司