用於高密度壓電列印頭製造中列印頭結構間隙粘結的液體環氧粘合劑的加工和應用的製作方法

2023-04-26 20:34:11 3

用於高密度壓電列印頭製造中列印頭結構間隙粘結的液體環氧粘合劑的加工和應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用於形成噴墨列印頭的方法，所述方法包括加工環氧粘合劑使得來自與特定油墨的物理接觸的負面影響減少或消除。當暴露於某些油墨如紫外油墨和著色油墨時，使用常規技術加工的常規粘合劑已知將增加重量、溶脹和/或氧化。本教導的實施例可包括使用特定的方法加工包含甲酚酚醛清漆樹脂和二氰二胺固化劑的特定粘合劑，使得所得環氧粘合劑適合於列印頭應用。
【專利說明】用於高密度壓電列印頭製造中列印頭結構間隙粘結的液體 環氧粘合劑的加工和應用

【背景技術】
[0001] 按需滴墨技術被廣泛用於印刷工業中。採用按需滴墨技術的印表機可或使用熱噴 墨技術或使用壓電技術。儘管它們的製造比熱噴墨更昂貴，但壓電噴墨通常受親睞，例如因 為它們可使用更廣泛的油墨。
[0002] 壓電噴墨列印頭包括壓電元件（S卩，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毯壓電層到轉印載體並將所述毯壓電層切割成小 方塊以形成多個單獨的壓電元件。可使用多個切割鋸行程來移除相鄰壓電元件之間的所有 壓電材料以在各個壓電元件之間提供正確的間距。
[0003] 壓電噴墨列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，壓電元件將彎曲或撓曲，導致 膜片折曲，這將通過噴嘴從腔室驅逐出一定量的油墨。所述折曲還將通過開口從主儲墨器 向腔室中抽吸油墨以替代被驅逐的油墨。
[0004] 噴墨列印頭的形成通常需要層合多層材料作為其製造的一部分。傳統的列印頭設 計可使用鍍金不鏽鋼金屬板的層，所述金屬板具有經光化學蝕刻並釺焊於一起以形成穩健 結構的特徵。然而，隨著改善成本和性能的持續推動，可採用替代材料和粘結方法的使用。 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的粘合劑 來粘結至彼此以及粘結至金屬層。
[0005] 例如，所述粘合劑必須與列印頭內使用的油墨化學相容。此外，粘合劑應具有某些 減少使用過程中的列印頭故障的物理性質。粘合劑應具有良好的粘結強度、低的擠出量以 防止堵塞流體路徑，並且隨著使用過程中溫度的升高應充分抗氧化。另外，在使用過程中當 暴露於某些油墨和高溫時，一些粘合劑可能增重並溶脹或是變得較不柔順和更僵硬，這可 能導致油墨的洩漏或其它故障模式。這些故障中的一些可能僅在列印頭的長時間使用後 發生。


【發明內容】

[0006] 在本教導的一個實施例中，形成噴墨列印頭的方法可包括：混合甲酚酚醛清漆樹 脂與二氰二胺固化劑以產生環氧粘合劑，在溶劑中溶解所述環氧粘合劑以形成呈可塗布形 式的稀環氧粘合劑，和用所述稀環氧粘合劑塗布包含金屬和聚合物中的至少之一的第一基 底。所述方法可還包括：在用稀環氧粘合劑塗布第一基底後通過從稀環氧粘合劑蒸發溶劑 來使環氧粘合劑B階化以形成B階化的薄膜環氧粘合劑，使所述B階化的薄膜環氧粘合劑 與包含金屬和聚合物中的至少之一的第二基底接觸以形成列印頭子組件，其中使所述B階 化的薄膜環氧粘合劑介入在所述第一基底和第二基底之間，和使所述B階化的薄膜環氧粘 合劑完全固化以形成完全固化的環氧粘合劑並用所述完全固化的環氧粘合劑粘結所述第 一列印頭基底至所述第二列印頭基底。
[0007] 在本教導的另一個實施例中，噴墨列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氧粘合劑，所述環氧粘合劑物理地連接所述第一基底至所 述第二基底。所述環氧粘合劑可包含甲酚酚醛清漆樹脂和二氰二胺固化劑，具有小於或等 於0. 5微米（峰-峰）的材料表面平整度，具有大於200psi的粘結第一基底至第二基底的 搭接剪切強度，並可為電絕緣體。所述噴墨列印頭可還在噴墨列印頭內包括物理地接觸所 述環氧粘合劑的油墨，其中所述油墨為紫外凝膠油墨或著色油墨，並且在連續地暴露於所 述油墨30個星期時，所述環氧粘合劑具有小於2%的物質吸收。
[0008] 引入本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖示意了本教導的實施例並與具 體實施方式一起用來說明本公開的原理。在附圖中：

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為根據本發明的一個實施例形成的示例性噴墨列印頭的橫截面；和
[0010] 圖2為根據本發明的一個實施例包含一個或多個列印頭的印表機的透視圖。

【具體實施方式】
[0011] 如本文所用，除非另有指出，否則詞語"印表機"涵蓋出於任何目的執行列印輸出 功能的任何裝置，如數碼複印機、制書機、傳真機、多功能機、靜電照相裝置等。除非另有指 出，否則詞語"聚合物"涵蓋廣泛的由長鏈分子形成的碳基化合物中的任何一者，包括熱固 性聚醯亞胺、熱塑性塑料、樹脂、聚碳酸酯、環氧樹脂及本領域已知的相關化合物。
[0012] 在許多不同的噴墨列印頭層和材料之間、特別是在當前的噴墨列印頭用途中存在 的嚴苛環境條件下獲得可靠的粘附是裝置製造商關注的一個問題。本發明的一個實施例可 在列印頭內的各種層合層之間產生更穩健的粘合劑物理連接，特別是論及對化學嚴苛油墨 如丙烯酸酯型紫外（UV)油墨和著色油墨的抵抗性，並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生減小的應力。
[0013] 列印頭結構是本領域已知的並包括層合在一起的許多個層。用於層合的粘合劑必 須抵抗與化學嚴苛油墨的反應，良好地粘結到不同材料的表面以防止在高壓列印過程中斷 裂，並在高溫列印過程中例如使用固體油墨列印的過程中保持不變。圖1示出了可使用本 發明的一個實施例形成的示例性噴墨列印頭結構10的一部分。圖1的列印頭結構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。在一個實施例中，柔順壁12可包含 熱塑性聚醯亞胺，外歧管14可包含鋁，而輪轂板20可包含不鏽鋼。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（為簡單起見，未單獨示出）、凝膠油墨、UV油墨或 為列印準備的其它液體油墨並使油墨保持在列印溫度下。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。在一個實施例中，主體32、分 離器36和前端歧管42可包含金屬如不鏽鋼，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可根據已知的加工技術製造，例如包括 高壓下層疊壓機的使用的方法。圖1還示出了基底52 (如半導體晶片部分、玻璃層、金屬層 等）、支撐層54、列印頭膜片（膜）56、輪轂板粘合劑70、膜片粘合劑72、附接到半導體晶片 部分的特定應用集成電路（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可為矽、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。基底52可包括電路圖案。 應理解，圖1中所示為列印頭的一小部分，示出了單個油墨埠 74和噴嘴46,並可增加其它 結構或可移除或修改現有的結構。具有當前設計的列印頭可具有四個油墨入口，每種顏色 (例如，CMYK顏色模式中的青色、品紅、黃色和黑色）一個，以及7040個噴嘴。圖1的結構 可用本教導的實施例形成並可包括根據本教導的實施例的結構。
[0014] 對於列印頭應用而言理想的粘合劑應能夠粘結金屬層（例如，不鏽鋼、鋁等）和/ 或聚醯亞胺層的任何組合。在選擇粘合劑時，相似的製劑可能具有不同的性質和操作特性。 需要廣泛的內部測試來表徵粘合劑的性質以確定其是否具有特定用途所需的特性。雖然供 應商可能發布一些操作特性，但其它未知特性對於找尋合適粘合劑的製造商來說可能特別 關心，因此製造商需要進行粘合劑的表徵。市售有大量的粘合劑製劑，識別具有必要特性的 粘合劑常常面臨嚴峻的挑戰。使選擇進一步複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出不同的特性的事實。此外，在暴露於具有相似配方的不同 化學品時，例如暴露於相似但不同的油墨製劑時，粘合劑可能不同地反應。環氧樹脂和固化 劑的組合的多樣性提供了最終固化階段化學和力學性質的廣泛性。
[0015] 本教導的一個實施例可包括粘合劑的使用以將兩個或更多個列印頭部件物理地 附接於一起。在使用中，粘合劑可能經受嚴苛的化學油墨如著色油墨和UV凝膠油墨以及 經受列印例如固體油墨所伴隨的高溫和高壓。在一個實施例中，粘合劑可以是為熱固性聚 合物的環氧型液體粘合劑，並可以是可得自Resin Designs，LLC(Woburn，MA)的TechFilm 12300(即，12300)，例如TechFilm I2300L粘合劑。在一個實施例中，當根據本教導的實施 例正確地加工時，粘合劑可實現高性能、低成本、高密度噴墨列印頭的製造。所述粘合劑耐 當前列印應用中所用"敵對"油墨的化學侵蝕並在高溫、高壓列印條件下保持粘附。
[0016] 上面提及的粘合劑I2300L為B階雙組分環氧樹脂。與許多環氧樹脂一樣，I2300L 包含混合在一起以提供最終粘合劑的環氧樹脂和環氧固化劑（即，硬化劑）。在一個實施例 中，環氧樹脂可包含酚醛清漆樹脂和甲酚固化劑以產生高的耐化學性和熱穩定性能。甲酚 酚醛清漆樹脂的化學結構可為：
[0017]

【權利要求】
1. 一種用於形成噴墨列印頭的方法，所述方法包括： 混合甲酚酚醛清漆樹脂與二氰二胺固化劑以產生環氧粘合劑； 在溶劑中溶解所述環氧粘合劑以形成呈可塗布形式的稀環氧粘合劑； 用所述稀環氧粘合劑塗布包含金屬和聚合物中的至少之一的第一基底； 在用所述稀環氧粘合劑塗布所述第一基底後通過從所述稀環氧粘合劑蒸發所述溶劑 來使所述環氧粘合劑B階化以形成B階化的薄膜環氧粘合劑； 使所述B階化的薄膜環氧粘合劑與包含金屬和聚合物中的至少之一的第二基底接觸 以形成列印頭子組件，其中使所述B階化的薄膜環氧粘合劑介入在所述第一基底和所述第 -基底之間；和 使所述B階化的薄膜環氧粘合劑完全固化以形成完全固化的環氧粘合劑並用所述完 全固化的環氧粘合劑粘結所述第一列印頭基底至所述第二列印頭基底。
2. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括使用包括以下的方法使所述B階化的 薄膜環氧粘合劑完全固化： 將所述列印頭子組件放置到噴射層疊壓機中； 使所述列印頭子組件在所述噴射層疊壓機內經受介於約50psi和約200psi之間的壓 力；和 使所述列印頭子組件在所述噴射層疊壓機內經受介於約150°C和約200°C之間的溫 度。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述第一基底為聚醯亞胺第一基底，並且所述方 法還包括在用所述稀環氧粘合劑塗布所述聚醯亞胺第一基底之前暴露所述聚醯亞胺第一 基底於氧等尚子體。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中所述第一基底為聚醯亞胺第一基底，所述第二基 底為金屬第二基底，並且所述方法還包括在用所述稀環氧粘合劑塗布所述聚醯亞胺第一基 底之前暴露所述聚醯亞胺第一基底於氧等離子體。
5. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括提供所述甲酚酚醛清漆樹脂，其中所 述甲酚酚醛清漆樹脂的化學結構包括：
6. 根據權利要求5所述的方法，所述方法還包括提供所述二氰二胺固化劑，其中所述 二氰二胺固化劑的化學結構包括：
7. -種噴墨列印頭，所述噴墨列印頭包括： 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氧粘合劑，所述環氧粘合劑物理地連接 所述第一基底至所述第二基底，其中所述環氧粘合劑： 包含甲酚酚醛清漆樹脂和二氰二胺固化劑； 具有小於或等於〇. 5微米峰-峰的材料表面平整度； 具有大於200psi的粘結所述第一基底至所述第二基底的搭接剪切強度；和 為電絕緣體；和 在所述噴墨列印頭內的油墨，所述油墨物理地接觸所述環氧粘合劑，其中所述油墨為 紫外凝膠油墨或著色油墨，並且在連續地暴露於所述油墨30個星期時，所述環氧粘合劑具 有小於2%的物質吸收。
8. 根據權利要求7所述的噴墨列印頭，其中所述環氧粘合劑的儲能模量在20°C的溫度 下介於約100兆帕（MPa)和約1500MPa之間並且在120°C的溫度下介於約3MPa和約700MPa 之間。
9. 根據權利要求7所述的噴墨列印頭，其中所述環氧粘合劑還包含填料材料，所述填 料材料包含多個微粒，其中所述多個顆粒中的每一個具有1 μ m的最大直徑。
10. 根據權利要求7所述的噴墨列印頭，其中所述環氧粘合劑具有在20°C下超過一個 月、而在0 °C下超過一年的貯存期限。
【文檔編號】C09J163/04GK104097400SQ201410091546
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2013年4月1日
【發明者】Y·左, P·G·N·勞, M·凱南格, H·趙, M·A·塞路拉, R·C·豪威爾, S·S·巴德士, J·R·安德魯斯 申請人:施樂公司