(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクを分配するように配置された印字ヘッド組立体であって、
前記紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクを収容するリザーバと、
共に重ねられた第１プレート及び第２プレートを含む複数の機能プレートと、
約２０℃における約１００ＭＰａと約１５００ＭＰａとの間の貯蔵弾性率と、約１２０℃における約３ＭＰａと約７００ＭＰａとの間の貯蔵弾性率とを有する前記第１プレートと前記第２プレートとの間の結合を提供するために、隣接する前記各プレート間に配置された第１接着剤層と、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間の結合を提供するために、隣接する前記各プレート間に配置された第２接着剤層と、
前記第１プレート、前記第２プレート、及び前記第２接着剤層により形成された前記紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクのインク流路と、
を備え、
前記第２接着剤層は、前記インク流路にさらされ、
前記第１接着剤層は、前記インク流路にさらされず、
前記第１接着剤層は、前記紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに第１の耐化学性を有し、前記第２接着剤層は、前記紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに第２の耐化学性を有し、前記第２の耐化学性は前記第１の耐化学性よりも大きく、
前記第２接着剤層は、前記第１接着剤層の貯蔵弾性率よりも高い貯蔵弾性率を有する、印字ヘッド組立体。
【請求項２】
前記第１接着剤層は、約１ミルと約４ミルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【請求項３】
前記第２接着剤層は、約１ミルと約４ミルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【請求項４】
前記第１接着剤層は、架橋可能なアクリル接着剤を含む、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【請求項５】
前記第１接着剤層は、熱可塑性ポリイミドを含む、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【請求項６】
前記機能プレートは、金属、セラミック、またはプラスチック材料で形成される、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【請求項７】
前記第２接着剤層は、エポキシまたは熱可塑性ポリイミドを含む、請求項１に記載の印字ヘッド組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の態様は、印字ヘッド組立体に関し、詳細には、２膜法を使用して印字ヘッド構造を積層させるために複合的な方法で使用される接着剤材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソリッド・インク・ジェット印刷機は、１つ以上のインク充填チャネルを含む印字ヘッドを含み、１つ以上のインク充填チャネルは、一端において、インク供給チャンバまたはリザーバと連絡し、他端において、ノズルと通常呼ばれるオリフィスを有する。圧電性トランスデューサなどのエネルギー発生器は、脈圧を生成するようにノズル付近のチャネル内に位置決めされる。サーマル・インク・ジェットまたはバブルジェット（登録商標）として公知の別の種類のシステムは、ノズル付近の熱発生レジスタによって高速の液滴を生成する。デジタル情報を表す印字信号は、オリフィスまたはノズル付近の各インク通路内の抵抗層において電流パルスを生じ、すぐ近くのインクがほぼ瞬間的に蒸発して泡を作り出す。
【０００３】
インクジェット印字ヘッドは、典型的には、製造の一部として、複数の材料層を必要とする。従来の方法は、ロバスト構造を形成するように共にろう付けされた、光化学的にエッチングされた特徴を有する金メッキされたステンレス鋼シートメタルの層を使用する。しかしながら、コストと業績を改善するために継続的に駆動しなければならないので、交互に並んだ材料の使用と結合プロセスとが必要とされる。ポリマー層は、特定のシートメタル構成要素に取って代わることが出来るが、ポリマーは、互いに、または金属層に結合するために接着剤を必要とする。紫外線（ＵＶ）で使用される様々な化学反応およびＵＶゲルインクとこれらの接着剤の適合性は、ＵＶ硬化可能なゲルインク、およびＲ１５００などの基準アクリル接着剤においてアクリルモノマーを用いる場合を含み、問題となり得る。このような化学反応との適合が生じる時には、Ｒ１５００接着剤は、膨張し、結合強度を弱め、最終的には剥離して、貧弱な噴霧性能と共に色から色への混合を引き起こす。Ｒ１５００の膨張はまた、ノズルプレートの非平坦性をもたらし、これが、貧弱な噴霧性能と共に誤った方向への噴霧をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
必要なことは、印字ヘッド構造を積層させるために複合的な方法で使用される接着剤材料に関する方法の改善である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書の様々な実施形態に従って、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクを分配するように構成された印字ヘッド組立体が開示される。印字ヘッドは、互いに積み重ねられる複数の機能プレートと、プレート間の結合を提供するように、隣接する機能プレート間に配置された第１接着剤層と、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに耐化学性を提供するように、隣接する機能プレート間に配置された第２接着剤層とを含むことが出来る。
【０００６】
第１接着剤層は、約１ミルと約４ミルとの間の厚さを有することが出来る。第２接着剤層は、約１ミルと約４ミルとの間の厚さ有する。
【０００７】
第１接着剤層は、架橋可能なアクリル接着剤または熱可塑性ポリイミドを含むことが出来る。第２接着剤層は、エポキシまたは熱可塑性ポリイミドを含むことが出来る。
【０００８】
機能プレートは、金属、セラミック、またはプラスチックの材料で形成されることが出来る。
【０００９】
本明細書の様々な実施形態に従って、印字ヘッドが共に積み重ねられる複数の機能プレートを含む、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクのインクジェット印刷機のための印字ヘッド組立体を製造するための方法が開示される。方法は、結合強度を提供するために、機能プレートの層間の第１エリアにおいて第１接着剤を塗布することと、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに耐化学性を提供するように、機能プレートの層間の第２エリアに第２接着剤を塗布することと、結合された耐化学性機能プレートを用いて機能プレートのスタックを形成することとを含むことが出来る。
【００１０】
本明細書の様々な実施形態に従って、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクのインクジェット印字ヘッドのうちの２つ以上の構成要素を接着するための方法が開示される。その方法は、機械的結合強度を提供するために、印字ヘッドの第１構成要素の外側表面の第１部分に第１接着剤材料を塗布することと、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに耐化学性を提供するために、印字ヘッドの第１構成要素の外側表面の第２部分に第２接着剤材料を塗布することと、第１構成要素と第２構成要素との間の結合を提供するために、印字ヘッドの第２構成要素と共に印字ヘッドの第１構成要素を配置することとを含むことが出来る。
【００１１】
第１接着剤は、架橋アクリル接着剤または熱可塑性ポリイミドを含むことが出来る。第２接着剤は、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに対して化学的に耐性がある液体エポキシを含むことが出来る。
【００１２】
構成要素は、コンプライアンス壁と、外側マニフォルド取付具と、ヒータ取付具と、Ｂｏｓｓプレート接着剤とを含むことが出来る。
【００１３】
いくつかの態様において、機能プレートの層間の第１エリアに塗布される第１接着剤は、耐化学性を除いて他の全ての機能要件を満たすことが出来、機能プレートの層間の第２エリアに塗布される第２接着剤は、低貯蔵弾性率を除いて、紫外線硬化可能なインクまたはゲルインクに対する耐化学性を含む全ての機能要件を提供することが出来る。
【００１４】
本発明のさらなる目的と利点とは、以下の記載において部分的に述べられ、そして、その記載から部分的に明らかとなるか、または本発明を実施することによって学ばれてもよい。本発明の目的と利点とは、添付の特許請求の範囲において特に指摘された要素と組み合わせとによって実現および達成される。
【００１５】
上記の概略的な記載と下記の詳細な記載との両方が、単に例示的および説明的なものであり、主張するように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１６】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を説明し、記載と共に、本発明の原理を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、インク印刷機のための従来の印字ヘッド組立体の例を示す図である。
【図２】図２は、ＵＶインク浴にさらされた時のＲ１５００接着剤に対する重量パーセントの増加を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  １２３００に対する重量パーセントの増加と寸法変化とのデータの説明を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  １２３００に対する重量パーセントの増加と寸法変化とのデータの説明を示す図である。
【図４】図４は、Ｒ１５００と比較したＲｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  １２３００のはみ出し性能に関する図である。
【図５】図５は、本明細書の態様に従った、同じジェットスタック層上で２つのエポキシ膜を使用する例を示す図である。
【図６】図６は、本明細書の態様に従った、同じジェットスタック層上で２つのエポキシ膜を使用する別の例示的方法を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本明細書の態様に従った、同じジェットスタック層上で２つのエポキシ膜を使用する別の例示的方法を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本明細書の態様に従った、同じジェットスタック層上で２つのエポキシ膜を使用する別の例示的方法を示す図である。
【図８】図８は、ポリイミド膜上で硬化されて、許容可能な結合強度やはみ出しを有する接着膜として使用されることが出来るＲｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ液体エポキシの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本実施形態に対して詳細に参照が行われ、実施形態の例が、添付の図面に説明される。可能な場合にはどこに対しても、同じ参照番号が、同じ部分または同様な部分を指すように図面全体を通して使用される。
【００１９】
図１は、ＵＶインク印刷機に対する例示的なＵＶ印字ヘッド組立体１００を示す。組立体１００は、一連の機能プレートを備え、それぞれが、組立体を通り過ぎる基板上への溶融インクの分配を制御するように割り振られた機能を行う。特定の実施形態において、印字ヘッド組立体１００は、インク流路１０２を備え、インク流路１０２は、Ａｌ外側マニフォルド１１０（厚さ０．１１８５’’のアルミニウム）の上部に配置されたＰｌコンプライアンス壁１０５（厚さ０．０００３’’のポリイミド）を備えるスタックアップの層を通過する。Ｒ１５００外側マニフォルド接着剤１１５（厚さ０．００２’’のＲ１５００スタンドアロン）は、Ｋａｐｔｏｎ  ＤＣヒータ１２０（厚さ０．００３’’のポリイミド）にＡｌ外側マニフォルド１１０を接着するように配置される。Ｒ１５００ヒータ接着剤１２０（厚さ０．００２’’のＲ１５００スタンドアロン）は、ダイバータ１３５（厚さ０．０５０’’のアルミニウム）にＫａｐｔｏｎ  ＤＣヒータ１２５を接着するように配置される。Ｒ１５００ダイバータ接着剤１４０（厚さ０．００１’’のＲ１５００スタンドアロン）がＳＳボスプレート１４５（厚さ０．００９’’のステンレス鋼）にダイバータ１３５を接着するように配置される。Ｒ１５００ボスプレート接着剤１５０（厚さ０．００１’’のＲ１５００スタンドアロン）が、Ｋａｐｔｏｎフレックス１５５（厚さ０．００３’’のフレックス回路）にＳＳボスプレート１４５を接着するように配置される。Ｒ１５００スタンドオフ１６０（厚さ０．００１’’のＲ１５００スタンドアロン）が、Ｐｌ  ＰＺＴスペーサ１６５（厚さ０．００２’’のポリアミド）の上面に配置される。Ｒ１５００隔壁接着剤１７５（厚さ０．００１’’のＲ１５００スタンドアロン）が、ＳＳ本体１８０（厚さ０．００３’’のステンレス鋼）にＳＳ隔壁１７０（厚さ０．０００８’’のステンレス鋼）を接着するように配置される。Ｐｌ垂直方向入口１８５（厚さ０．００７’’のポリイミド）が、Ｐｌ垂直方向入口の下、かつ、ＳＳ分離器１９０（厚さ０．００６’’のステンレス鋼）の上部に配置される。Ｐｌロックスクリーン１９５（厚さ０．００２’’のポリイミド）が、ＳＳ分離器の下、かつ、ＳＳマニフォルドＡ２００（厚さ０．００６’’のステンレス鋼）の上部に配置される。ＳＳマニフォルドＢ２０５（厚さ０．００６’’のステンレス鋼）が、ＳＳマニフォルドＡの下、かつ、Ｐｌアパーチャ２１０（厚さ０．００２’’のポリイミド）の上部に配置される。
【００２０】
ステンレス、アルミニウム、またはポリイミドの層のあらゆる組み合わせを結合するために、Ｒｏｇｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている接着剤である、Ｒ１５００などの薄膜接着剤を必要とする。この接着剤はまた、厚さ０．００２’’で使用される時には、マニフォルドとヒータの界面とにおいて必要な要件である、表面平坦度の不均一性を吸収する能力を有する。
【００２１】
Ｒ１５００基準接着剤を使用する印字ヘッドが、適さないＵＶ硬化可能なインクと共に使用される時には、インク内のアクリレートモノマーが、時間の経過と共に接着剤内のアクリル樹脂を攻撃し得る。化学反応に関するこの適合が材料を膨張させ、これが入口の直径と流れとの両方を減少させるだけでなく、材料の界面における材料の剥離をもたらす。この障害メカニズムが、弱く欠落した噴霧、誤った方向への噴霧、および色の混合をもたらす。これらのインクの化学反応は、重量パーセントの点で、Ｄｉアクリレートモノマー（５０％〜８０％）と多機能アクリレートコポリマー（５％〜２５％）とで大部分が構成される。最初のテストは、これらのモノマーが基準Ｒ１５００接着剤において使用されるアクリル樹脂と適合しないことを示した。
【００２２】
図２は、Ｒ１５００の硬化されたクーポンを８５℃で浸漬したＵＶインク温浴浸漬テストの、時間の経過による重量増加の結果を示す。９８０時間目において、Ｒ１５００クーポンは、厚さ方向において４８％の寸法変化と共に１６０％の重量増加を経験した。高さの吸収と物理的な寸法の変化とを考慮すると、（アクリル接着剤と分類される）Ｒ１５００は、硬化可能なＵＶインク用途のために設計された印字ヘッドに対する貧弱な結合接着剤と識別された。基準Ｒ１５００接着剤の不具合に加えて、他の市販の接着剤製品もまたこのように上手く働かなかった。表１は、これらの材料と、接着剤の種類と、結果としての重量パーセントの増加とを列挙し、興味深いことは、３つの接着剤のうちの２つが、改変アクリル樹脂であり、３つ目は、ニトリルフェノリックであるという事実である
【表１】
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【００２３】
下記の表２は、ＵＶ種のインクと適合性があると考えられる必要があるＢステージ接着剤に関する一組の機能要件を列挙する。
【表２】
0005875503.tif 000003
【００２４】
表２に列挙された全ての機能要件を満たす１つの接着剤を見つける困難度を減少させるために、これらの要件を満たす方法が開示され、その方法は、機能要件を２つの組に分ける。第１接着剤は、比較的に低い弾性率を有する材料を選択することによって、時には弾性と呼ばれ、そして、硬さまたは剛性とは反対の意味であるコンプライアンス性能を対処するために選択されることが出来る。例えば、第１接着剤は、約２０℃における約１００ＭＰａと１５００ＭＰａとの間の範囲の貯蔵弾性率と、約１２０℃における約３ＭＰａと７００ＭＰａとの間の範囲の貯蔵弾性率とを有することが出来る。第２接着剤は、耐化学性（膨張）に対処するように選択されることが出来る。本明細書の態様は、任意の所与の層において利用している２つの接着剤、すなわち、コンプライアンス（結合）強度のための接着剤と耐化学性のための接着剤とがどのように、低コストで高性能な印字ヘッドを作り上げるために使用されることが出来るかを記載する。このように作り上げられた印字ヘッドは、適しないＵＶ硬化可能なインクおよびゲルインクの用途だけでなく市場にある全てのインクの化学変化に対する要求をも満たすことが出来る。いくつかの態様において、２つの接着剤は、エポキシ膜または液体分散型接着剤であってもよい。
【００２５】
表２に列挙された１１個全ての要件を満たす良好な耐化学性の接着剤の問題点説明するために、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎの１２３００エポキシ薄膜の化学的適合性が優れている（１％未満の重量増加および寸法変化）ことが図３ａおよび図３ｂに示されるが、はみ出し性能（要件番号２）は貧弱であり、６５％の変化を示す（図４を参照）。ＴｅｃｈＦｉｌｍ  １２３００（ＴＦ−１２３００）は、マサチューセッツ州ＢｉｌｌｅｒｉｃａのＴｅｃｈＦｉｌｍ社によって製造され、ＢｉｓＰｈｅｎｏｌ  Ａ  Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎ、Ｓｉｌｉｃａ、Ｌａｔｅｎｔ  Ｃｕｒｉｎｇ  Ａｇｅｎｔ、およびＥｐｏｘｙ  Ｃｒｅｓｏｌ  Ｎｏｖａｌａｃ  Ｒｅｓｉｎを含む。
【００２６】
一般的に、本明細書の態様は、上側ジェットスタックにおける任意の所与の層における２つの接着剤材料（薄いＢステージ膜および液体接着剤）の統合に関する。Ｒ１５００などの基準接着剤が、５番目（耐化学性）の例外を伴って、表２における要件の第１の組を満たすように選択され、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎの１２３００またはその他任意の化学的に適合性のある液体エポキシ製剤などの第２接着剤材料が、ＵＶ硬化可能なインクなどのインクとの化学的適合性が必要とされる領域において配置されるように選択される。
【００２７】
図５は、図１に示された例として「コンプライアンス壁」接着剤層を使用した２材料手法を説明する。インク入口５０５は、ジェットスタック層を通るインク流路を提供する。Ｒ１５００  Ａｄｈｅｓｉｖｅなどの第１接着剤５１０は、インク入口５０５の近くである、ジェットスタック層のエリアに提供されることが出来る。Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｄｈｅｓｉｖｅなどの第２接着剤５１５は、インク入口５０５の近くではなく第１接着剤５１０を有さない、ジャックスタック層のエリアに提供されることが出来る。
【００２８】
いくつかの構成において、各インク入口５０５の直径は、約１．５ｍｍであり得る。第１接着剤の種類とインク入口５０５の直径とに従って、各インク入口５０５は、液体エポキシビードが入口の周囲から離れた表面上で制御して堆積されるのを可能にするように半径が１５ミル（１ミル＝０．００１インチ）だけさらに拡大される必要があり得る。非限定的な例として、堆積針の直径は、典型的には、最小で４ミルまでしか下がらないので、２ミルのＲ１５００層は、８ミルの幅の最終的なビード幅にすることが出来る。これが、半径上に合計約１５ミルの追加空間をもたらす。液体エポキシに（塩化メチレンなどの）溶媒をさらに添加することによって直径４ミルのエポキシビードを減少させることも可能である。これは、典型的には、元々の被覆厚が２５ミクロンであり、約半日程度の蒸発時間であると仮定すると、ミクロン単位の薄い被覆が達成されることが出来るシートタイプの被覆で行われる。この手法は、コンプライアンス壁、外側マニフォルド取付具、ヒータ取付具、およびＢｏｓｓプレート接着剤などのＲ１５００層のうちの任意のものにおいて実装されることが出来る。
【００２９】
Ｒ１５００など第１接着剤または基準接着剤は、幾何形状の特徴が小さい領域にわたって使用されることが出来る（Ｒ１５００の影を付けられた領域に示された開口部が、フレックス構成要素とＰＺＴ構成要素との間で電気接触することを可能にする）。スタンドオフ層の残りの領域は、ＵＶインクと化学的に適合性があることがテストして示されたＲｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎエポキシ樹脂接着剤で構成される。インク入口へのはみ出しを防止するために、接着剤の特徴としては、半径で約１５ミルだけ大きくなり得る。Ｒ１５００は、ＰＺＴと接触したままであり、高弾性率のＲｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｅｐｏｘｙには接触しない。印刷の品質の問題となる、ＰＺＴ間のクロストークを減少または排除するために、低弾性率のＲ１５００は、図に示されるように、適切な領域に維持されることが出来る。
【００３０】
図６は、同じジェットスタック層（スタンドオフ）に関して、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｄｈｅｓｉｖｅが、エポキシ二重被覆ポリイミド薄膜と交換されることが出来る別の例を示す。インク入口６０５は、ジェットスタック層を通るインク流路を提供する。Ｒ１５００  Ａｄｈｅｓｉｖｅなどの第１接着剤６１０は、インク入口６０５の近くにある、ジェットスタック層のエリアに提供されることが出来る。エポキシ被覆ポリイミド薄膜などの第２接着剤６１５は、インク入口６０５の近くにはなく第１接着剤６１０を有さない、ジェットスタック層のエリアに提供されることが出来る。エポキシ被覆ポリイミド薄膜は、適切な被覆設定値を達成するように、溶媒−エポキシ混合物を使用して達成され、それから、引張棒固定具を使用して約２５ミクロンの厚さでポリイミド膜上に被覆されることが出来る。膜は溶媒が完全に蒸発するのを可能にするように室温で乾燥されることが出来る。結果として得られる被覆の厚さは、はみ出しと結合強度性能との両方にとってほぼ最適である約５ミクロンである。プロセスは第２の側を被覆するために繰り返されることが出来る。
【００３１】
図７ａ（平面図）と図７ｂ（側面図）とは、１つの層に２つの接着膜を統合する別の例を示す。この例において、図１のコンプライアンス壁は、存在するＲ１５００接着膜におけるサイズの大きい開口部にはめ込まれる耐化学性のあるＢステージエポキシ「リング」（膜から切り取られる）を使用して改変される。図７ａは、Ｒ１５００の開口部７２０によって取り囲まれたエポキシビード７１５によって取り囲まれたＰｌ開口部７１０を有するコンプライアンス壁層の拡大されたエリア７０５を示す。図７ｂは、断面図において、エリア７０５の周りの拡大されたエリア７２５を示す。インク流路７５５においては、インク７３０がインクジェットスタックを通って流れることが出来る。インクジェットスタックは、Ｐｌを備える上部層７４０と、インク流路７５５のいずれの側にも配置された液体エポキシ７３５（エポキシ７１５）ビードとＲ１５００とを備える中間層７４５と、マニフォルド構造を備える下部層７５０とを含むことが出来る。ポリマー接着剤は、例えば、架橋可能なアクリル接着剤であっても、熱可塑性ポリイミドであってもよい。本明細書における例において、ポリマー接着剤は、Ｒ１５００接着剤である。
【００３２】
図８は、どのように、Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎの液体エポキシがポリイミド膜上に硬化され、それから許容可能な結合強度とはみ出しとを有する接着膜として使用されることが出来るかを示すデータを示す図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0005875503.tif 000012
【図８】
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