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技術 高密度印刷ヘッド中の印刷ヘッド構造を製造するための中間部のエポキシ接着剤を結合させるプロセス

出願人 ゼロックスコーポレイション
発明者 マンダキニ・カナンゴホン・チャオヤンジア・ズオサントク・エス・バデシャ
出願日 2014年5月1日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2014-094533
公開日 2014年12月4日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2014-223802
状態 特許登録済
技術分野 エポキシ樹脂 接着剤、接着方法 インクジェット(粒子形成、飛翔制御)
主要キーワード 接着手順 操作特徴 蝋付け接合 粒状物フィルタ 金属アロイ 固体接着剤 可視時間 外部マニホルド
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (2)

課題

インクジェット印刷ヘッドの作成において、良好な結合強度を有し、液体流路閉塞を防ぐようなにじみ出しが低く、使用中に高温での酸化に十分に耐えられ、高温下でのインクによる接着剤重量増加および膨潤を抑制できる接着方法の提供。

解決手段

第1基材および第2基材にエポキシ接着剤接着した後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を約10分〜約20分継続して約80℃〜約140℃の温度まで加熱することによってエポキシ接着剤を部分的に硬化させることと、エポキシ接着剤を部分的に硬化させた後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を、プレス内で、約20分〜約200分継続して、40psi〜100psiの圧力で100℃〜300℃の温度まで加熱することによって、エポキシ接着剤を完全に硬化させることと、を含む、方法。

概要

背景

ドロップオンデマンドインクジェット技術印刷産業で広く用いられる。ドロップオンデマンドインクジェット技術を用いたプリンタは、サーマルインクジェット技術または圧電技術のいずれかを用いることができる。サーマルインクジェット、圧電インクジェットよりも製造するのが高価であるものの、一般的に、例えば、これらよりも幅広インクを使用することができるため、好ましい。

圧電インクジェット印刷ヘッドは、圧電要素(すなわち、圧電トランスデューサまたはPZT)のアレイを備えている。アレイを作成する1つのプロセスは、接着剤を用いて転写担体ブランケット圧電層を脱着可能に結合させ、ブランケット圧電層をダイシングし、複数の個々の圧電要素を作成することを含んでいてもよい。複数のダイシングソーの通過を利用し、それぞれの圧電要素に正しい空間をあけるように、隣接する圧電要素間のすべての圧電材料を除去することができる。

圧電インクジェット印刷ヘッドは、典型的には、圧電要素のアレイが接続した可撓性ダイアフラムをさらに備えていてもよい。典型的には、電源電気的に接続した電極との電気接続を介して圧電要素に電圧印加すると、圧電要素が曲がるか、または歪み、ダイアフラムがたわみ、ある量のインクがノズルを介してチャンバから出る。このたわみによって、さらに、主なインク容器から開口部を介してチャンバへとインクがさらに引き出され、出ていったインクと置き換わる。

インクジェット印刷ヘッドの作成は、典型的には、製造の一部として、複数層の材料の積層化が必要である。従来の印刷ヘッドの設計は、光化学的にエッチングし、次いで、蝋付け接合し、夫な構造を形成することを特徴とする金メッキしたステンレスシート金属の層を使用してもよい。しかし、費用および性能を高めるために連続して運転するとき、代わりとなる材料および結合プロセスを使用してもよい。ある種のシート金属要素との置き換えとしてポリマー層を使用することができるが、ポリマーは、互いに接続し、金属層に接続するのに適した特性を有する接着剤を必要とする。

例えば、接着剤は、印刷ヘッド内で使用するインクと化学的適合しなければならない。さらに、接着剤は、使用中の印刷ヘッドの欠陥を減らすような特定の物理的特性を有するべきである。接着剤は、良好な結合強度を有し、液体流路閉塞を防ぐようなにじみ出しが低くなければならず、使用中に高温での酸化に十分に耐えなければならない。さらに、ある種の接着剤は、特定のインクおよび高温にさらされると、重量が増え、膨潤することがあり、または、規格を満たさなくなり、硬さが増すことがあり、これによりインクが漏れたり、または他の欠陥態様が生じたりすることがある。これらの欠陥のいくつかは、印刷ヘッドを長期間使用した後にしか起こらないだろう。

概要

インクジェット印刷ヘッドの作成において、良好な結合強度を有し、液体流路の閉塞を防ぐようなにじみ出しが低く、使用中に高温での酸化に十分に耐えられ、高温下でのインクによる接着剤の重量増加および膨潤を抑制できる接着方法の提供。第1基材および第2基材にエポキシ接着剤接着した後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を約10分〜約20分継続して約80℃〜約140℃の温度まで加熱することによってエポキシ接着剤を部分的に硬化させることと、エポキシ接着剤を部分的に硬化させた後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を、プレス内で、約20分〜約200分継続して、40psi〜100psiの圧力で100℃〜300℃の温度まで加熱することによって、エポキシ接着剤を完全に硬化させることと、を含む、方法。なし

目的

効果

実績

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請求項1

インクジェット印刷ヘッドを作成するための方法であって、第1基材の第1表面を40℃〜120℃の温度まで加熱することと、前記第1基材の前記加熱した第1表面を、エポキシ接着剤の第1表面と接触させ、前記第1基材の前記第1表面に前記エポキシ接着剤を接着させることと、前記エポキシ接着剤の第2表面または前記第1基材の第2表面の上にあるいずれかの剥離ライナー全体にわたってローラーを動かし、前記エポキシ接着剤の前記第1表面と前記第1基材の前記第1表面の界面にある気泡を取り除くことと、前記第1基材と前記エポキシ接着剤を22℃以下の温度まで冷却することと、次いで第2基材の第1表面を40℃〜120℃の温度まで加熱することと、前記第1基材の前記第1表面に接着した前記エポキシ接着剤を用い、前記第2基材の前記加熱した第1表面と、前記エポキシ接着剤の第2表面とを接触させ、前記第2基材の前記第1表面に前記エポキシ樹脂を接着させことと、前記第2基材の第2表面全体にわたってローラーを動かし、前記エポキシ接着剤の前記第2表面と前記第2基材の前記第1表面の界面にある気泡を取り除くことと、次いで前記第1基材および前記第2基材に前記エポキシ接着剤を接着した後、前記第1基材、前記第2基材および前記エポキシ接着剤を約10分〜約20分継続して約80℃〜約140℃の温度まで加熱することによって前記エポキシ接着剤を部分的に硬化させることと、前記エポキシ接着剤を部分的に硬化させた後、前記第1基材、前記第2基材および前記エポキシ接着剤を、プレス内で、約20分〜約200分継続して、40psi〜100psiの圧力で100℃〜300℃の温度まで加熱することによって、前記エポキシ接着剤を完全に硬化させることと、を含む、方法。

請求項2

前記第1基材を前記加熱することが、前記第1基材を50℃〜60℃の温度まで加熱し、前記第2基材を前記加熱することが、前記第2基材を50℃〜60℃の温度まで加熱し、前記エポキシ接着剤を前記部分的に硬化させることが、前記エポキシ接着剤を約120℃の温度まで加熱し、前記エポキシ接着剤を前記完全に硬化させることが、前記エポキシ接着剤を約55psiの圧力で約190℃の温度まで加熱することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記エポキシ接着剤の前記第2表面または前記第1基材の第2表面の上にあるいずれかの前記剥離ライナー全体にわたって前記ローラーを前記動かすことが、1psi〜10psiのローラー圧で行われ、前記基材の前記第2表面全体にわたって前記ローラーを前記動かすことが、1psi〜10psiのローラー圧で行われることをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記第1基材の前記第1表面および前記第2基材の前記第1表面を溶媒中で洗浄することと、前記第1基材の前記第1表面および前記第2基材の前記第1表面を前記溶媒中で洗浄した後に、前記第1基材の前記第1表面および前記第2基材の前記第1表面にプラズマをあて、前記第1基材の前記第1表面および前記第2基材の前記第1表面をさらに洗浄することとをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記第1基材は、ポリマーおよび金属のいずれかであり、前記第2基材は、ポリマーおよび金属のうちもう一方である、請求項1に記載の方法。

請求項6

インクジェット印刷ヘッドであって、第1基材と、第2基材と、前記第1基材と前記第2基材の間に挟まれ、前記第1基材を前記第2基材に物理的に接続し、クレゾールノボラックビスフェノールAエポキシ樹脂と、前記第1基材を前記第2基材に結合するラップ剪断強度が200psiより大きい、エポキシ接着剤と、前記エポキシ接着剤と物理的に接触するインクジェット印刷インクヘッド内にあるインクとを含み、前記インクが紫外線ゲルインクまたは顔料インクであり、前記インクに連続的に20週間さらされたときに、前記エポキシ接着剤は、質量取り込みが0.4%未満である、インクジェット印刷ヘッド。

請求項7

前記クレゾールノボラック樹脂化学構造が、を含む、請求項6に記載のインクジェット印刷ヘッド。

請求項8

前記エポキシ接着剤が、ジシアンジアミド硬化剤をさらに含み、前記ジシアンジアミド硬化剤の化学構造が、を含む、請求項6に記載のインクジェット印刷ヘッド。

請求項9

前記エポキシ接着剤が、イミダゾール共硬化剤をさらに含み、前記イミダゾール共硬化剤の化学構造が、である、請求項6に記載のインクジェット印刷ヘッド。

請求項10

前記エポキシ接着剤は、前記第1基材を前記第2基材に結合するラップ剪断強度が2600psiより大きい、請求項6に記載のインクジェット印刷ヘッド。

技術分野

0001

本教示は、インクジェット印刷デバイスの分野に関し、さらに具体的には、高密度圧電インクジェット印刷ヘッドのための方法および構造、および高密度圧電インクジェット印刷ヘッドを備えるプリンタに関する。

背景技術

0002

ドロップオンデマンドインクジェット技術印刷産業で広く用いられる。ドロップオンデマンドインクジェット技術を用いたプリンタは、サーマルインクジェット技術または圧電技術のいずれかを用いることができる。サーマルインクジェット、圧電インクジェットよりも製造するのが高価であるものの、一般的に、例えば、これらよりも幅広インクを使用することができるため、好ましい。

0003

圧電インクジェット印刷ヘッドは、圧電要素(すなわち、圧電トランスデューサまたはPZT)のアレイを備えている。アレイを作成する1つのプロセスは、接着剤を用いて転写担体ブランケット圧電層を脱着可能に結合させ、ブランケット圧電層をダイシングし、複数の個々の圧電要素を作成することを含んでいてもよい。複数のダイシングソーの通過を利用し、それぞれの圧電要素に正しい空間をあけるように、隣接する圧電要素間のすべての圧電材料を除去することができる。

0004

圧電インクジェット印刷ヘッドは、典型的には、圧電要素のアレイが接続した可撓性ダイアフラムをさらに備えていてもよい。典型的には、電源電気的に接続した電極との電気接続を介して圧電要素に電圧印加すると、圧電要素が曲がるか、または歪み、ダイアフラムがたわみ、ある量のインクがノズルを介してチャンバから出る。このたわみによって、さらに、主なインク容器から開口部を介してチャンバへとインクがさらに引き出され、出ていったインクと置き換わる。

0005

インクジェット印刷ヘッドの作成は、典型的には、製造の一部として、複数層の材料の積層化が必要である。従来の印刷ヘッドの設計は、光化学的にエッチングし、次いで、蝋付け接合し、夫な構造を形成することを特徴とする金メッキしたステンレスシート金属の層を使用してもよい。しかし、費用および性能を高めるために連続して運転するとき、代わりとなる材料および結合プロセスを使用してもよい。ある種のシート金属要素との置き換えとしてポリマー層を使用することができるが、ポリマーは、互いに接続し、金属層に接続するのに適した特性を有する接着剤を必要とする。

0006

例えば、接着剤は、印刷ヘッド内で使用するインクと化学的適合しなければならない。さらに、接着剤は、使用中の印刷ヘッドの欠陥を減らすような特定の物理的特性を有するべきである。接着剤は、良好な結合強度を有し、液体流路閉塞を防ぐようなにじみ出しが低くなければならず、使用中に高温での酸化に十分に耐えなければならない。さらに、ある種の接着剤は、特定のインクおよび高温にさらされると、重量が増え、膨潤することがあり、または、規格を満たさなくなり、硬さが増すことがあり、これによりインクが漏れたり、または他の欠陥態様が生じたりすることがある。これらの欠陥のいくつかは、印刷ヘッドを長期間使用した後にしか起こらないだろう。

課題を解決するための手段

0007

一実施形態では、インクジェット印刷ヘッドを作成するための方法は、第1基材の第1表面を40℃〜120℃の温度まで加熱することと、第1基材の加熱した第1表面を、エポキシ接着剤の第1表面と接触させ、第1基材の第1表面にエポキシ接着剤を接着させることと、エポキシ接着剤の第2表面または第1基材の第2表面の上にあるいずれかの剥離ライナー全体にわたってローラーを動かし、エポキシ接着剤の第1表面と第1基材の第1表面の界面にある気泡を取り除くことと、第1基材とエポキシ接着剤を22℃以下の温度まで冷却することとを含んでいてもよい。その後、この方法は、第2基材の第1表面を40℃〜120℃の温度まで加熱することと、第1基材の第1表面に接着したエポキシ接着剤を用い、第2基材の加熱した第1表面と、エポキシ接着剤の第2表面とを接触させ、第2基材の第1表面にエポキシ樹脂を接着させこととをさらに含んでいてもよい。この方法は、第2基材の第2表面全体にわたってローラーを動かし、エポキシ接着剤の第2表面と第2基材の第1表面の界面にある気泡を取り除くことと、次いで第1基材および第2基材にエポキシ接着剤を接着した後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を約10分〜約20分継続して約80℃〜約140℃の温度まで加熱することによってエポキシ接着剤を部分的に硬化させることとをさらに含んでいてもよい。エポキシ接着剤を部分的に硬化させた後、第1基材、第2基材およびエポキシ接着剤を、プレス内で、約20分〜約200分継続して、40psi〜100psiの圧力で100℃〜300℃の温度まで加熱することによって、エポキシ接着剤を完全に硬化させる。

0008

別の実施形態では、インクジェット印刷ヘッドは、第1基材と、第2基材と、第1基材と第2基材の間に挟まれ、第1基材を第2基材に物理的に接続するエポキシ接着剤とを含んでいてもよい。エポキシ接着剤は、クレゾールノボラックビスフェノールAエポキシ樹脂とを含んでいてもよく、第1基材を第2基材に結合するラップ剪断強度を200psiより大きくすることができる。インクジェット印刷ヘッドは、エポキシ接着剤と物理的に接触するインクジェット印刷インクヘッド内にあるインクをさらに含んでいてもよく、このインクは、紫外線ゲルインクまたは顔料インクであり、インクに連続的に20週間さらされたときに、エポキシ接着剤は、質量取り込みが0.4%未満である。

0009

添付の図面は、本明細書の一部に組み込まれ、一部を構成するが、本教示の実施形態を記載と合わせて示し、本開示の原理を説明するのに役立つ。

図面の簡単な説明

0010

図1は、本教示の一実施形態による作られた例示的なインクジェット印刷ヘッド部分の断面図である。
図2は、本教示の一実施形態による1つ以上の印刷ヘッドを備えるプリンタの斜視図である。

実施例

0011

本明細書で使用する場合、他の意味であると明記されない限り、「プリンタ」という語句は、例えば、デジタル複写機製本機ファクシミリ機多機能機静電写真デバイスなどの任意の目的のために印刷出力機能を発揮する任意の装置を包含する。他の意味であると明記されない限り、「ポリマー」という用語は、熱硬化性ポリイミド熱可塑性プラスチック樹脂ポリカーボネートエポキシ、および当該技術分野で知られている関連化合物を含む長鎖分子から作られた広範囲の任意のいずれかの炭素系化合物を包含する。

0012

特に、現在のインクジェット印刷ヘッドの使用でみられる厳しい環境条件で、多くの異なるインクジェット印刷ヘッド層と材料との間の信頼性高い接着を達成することに、デバイス製造業者の関心がある。本教示の実施形態によって、特に、アクリレート紫外線(UV)インクおよび顔料インクのような化学的に過酷なインクへの耐性を有しつつ、印刷ヘッド内で種々の積層した層の間に、もっと丈夫な接着剤による物理的な接続を得ることができ、圧電トランスデューサ(PZT)を回路層プリント配線基板または可撓性プリント配線)に電気的に接続する相互接続に対する応力を軽減することができる。

0013

当該技術分野で印刷ヘッド構造が知られており、積層した多くの層を備えている。積層に用いられる接着剤は、化学的に過酷なインクとの反応が抑えられ、高圧印刷中の破壊を防ぐために異なる材料の表面と十分に結合し、高温印刷中(例えば、固体インクを用いた印刷中)に保持されなければならない。図1は、本教示の一実施形態を用いて作られてもよい例示的なインクジェット印刷ヘッド構造10の一部を示す。図1において、印刷ヘッド構造10は、柔軟壁12と、外部マニホルド14と、外部マニホルド接着剤18を用いて外部マニホルド14に接続したダイバータ16とを備えている。図1は、ダイバータ接続接着剤22を用いてダイバータ16に接続するボス外板20をさらに示す。一実施形態では、柔軟壁12は、熱可塑性プラスチックポリイミドを含んでいてもよく、外部マニホルド14は、アルミニウムを含んでいてもよく、ボス外板20は、ステンレス鋼を含んでいてもよい。外部マニホルド14は、使用中に、印刷物を調製するときに固体インクブロック、ゲルインクUVインクまたは別の液体インクから溶融した液体インクを受け入れることができ(単純化のために個々には示されていない)、印刷温度でインクを維持することができる。図1は、本体32と、垂直投入部34と、セパレータ36と、ロックスクリーン40を含む粒状物フィルタ(ロックスクリーン)層38と、前端マニホルド42と、ノズル46を有する開口プレート44とをさらに示す。開口プレート44を、開口プレート接着剤48を用いて前端マニホルド42に接続することができる。一実施形態では、本体32、セパレータ36、前端マニホルド42は、ステンレスのような金属を含んでいてもよく、垂直投入部34、ロックスクリーン層38、開口プレート接着剤48、開口プレート44は、それぞれ、1種類以上のポリマーを含んでいてもよい。アセンブリ10は、既知の処理技術(例えば、高圧でのスタックプレスの使用を含むプロセス)にしたがって製造することができる。図1は、半導体ウエハ部分、ガラス層、金属層などの基材52と、孤立層54と、印刷ヘッドダイフラム(膜)56と、ボス外板接着剤70と、ダイアフラム接着剤72と、半導体ウエハ部分に接続した用途に特化した集積回路ASIC)58と、相互接続層60(例えば、ASIC58に電気的に接続するフレキシブルフレックス回路またはプリント回路基板)とをさらに示す。上述のように、基材52は、ケイ素ガリウムヒ素、金属、ガラスなどであってもよい。さらに、孤立層54は、二酸化ケイ素および/またはSU−8フォトレジストであってもよい。ダイアフラム56は、チタンニッケル、または金属アロイのような金属であってもよい。基材52は、回路パターンを含んでいてもよい。図1の記載は、1個のインクポート74とノズル46を示す印刷ヘッドのほんの一部分であり、他の構造を加えてもよく、または存在する構造を取り除いてもよく、または変えてもよいことが理解されるだろう。現在の設計を有する印刷ヘッドは、それぞれの色(例えば、CMYKカラーモデルではシアンマゼンタイエローおよびブラック)のための4個のインク投入部と、7040個のノズルを有していてもよい。図1の構造は、本開示の一実施形態を用いて作られてもよく、本教示の一実施形態の構造を含んでいてもよい。

0014

印刷ヘッド用途に望ましい接着剤は、金属層(例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど)および/またはポリイミド層の任意の組み合わせに結合することができるだろう。接着剤を選択するときに、同様の配合物は、異なる特性および操作特徴を有していてもよい。広範囲にわたる社内での試験は、特定の用途に必要な特徴を有しているか否かを決定するために接着剤の特性を特性決定する必要がある。供給業者は、いくつかの操作特徴を公開している場合があるが、適切な接着剤を探求する製造業者にとって、他の既知の特徴に特に興味がある場合があり、したがって、製造業者による接着剤の特性決定が必要である。多くの接着剤配合物が市販されており、必要な特徴を有する接着剤を特定することは、多くはかなり大変な挑戦である。選択をさらに複雑にするのは、接着剤が、異なる厚み、異なる用途のプロセス、異なる温度で異なる特徴を発揮し得るという事実である。さらに、接着剤は、同様の配合物を有する異なる化合物(例えば、インク配合物と似ているが異なる)にさらされたとき、違う反応を起こすことがある。エポキシ樹脂と硬化剤の種々の組み合わせは、最終的な硬化段階化学特性および機械特性に広い自由度を与える。

0015

本教示の一実施形態は、2個以上の印刷ヘッド部を物理的に接続する接着剤の使用を含んでいてもよい。使用中に、接着剤は、過酷な化学インク(例えば、顔料インクおよびUVゲルインク)にさらされてもよく、印刷に関連する高温高圧にさらされてもよい(例えば、固体インク)。一実施形態では、接着剤は、熱硬化性ポリマーであるエポキシ系液体接着剤であってもよく、Resin Designs,LLC(ウォバーン、MA)から入手可能なTech膜TF0063−86(すなわち、TF0063−86)であってもよい。一実施形態では、接着剤は、本教示の一実施形態にしたがって適切に処理されたとき、高性能低コスト、高密度のインクジェット印刷ヘッドを製造することができるだろう。この接着剤は、現行印刷用途で使用する相性の悪いインクに化学的に耐性であり、高温高圧の印刷条件接着性を維持する。

0016

上に特定した接着剤であるTF0063−86は、Bステージの2成分エポキシである。多くのエポキシとともに用いると、TF0063−86は、エポキシ樹脂と、混合して最終的な接着剤を与えるエポキシ硬化剤(すなわち、硬膜剤)を含む。さらに具体的には、TF0063−86エポキシ膜接着剤は、2種類のビスフェノールAエポキシ樹脂、クレゾールノボラック樹脂イミダゾールアミン硬膜剤および潜在性硬化剤ジシアンジアミド(すなわち、「DICY」)を含む基本構成要素ブレンドである。硬膜剤および潜在性硬化剤とカップリングしたビスフェノールAエポキシ樹脂(DGEBA樹脂)およびクレゾールノボラック樹脂のブレンドは、ある種の他の接着剤よりも十分な熱酸化耐性、良好な加工性、長い可使時間および大きな耐熱性を与える。さらに、比較的少量(例えば、約2重量%〜3重量%)のDICY潜在性硬化剤が存在すると、他の場合では接着時に酸化しやすい硬化材料中の多くのアミン結合が減る。樹脂および硬化剤の化学物質の組み合わせおよび比率によって、室温での可視時間が延びる。溶媒(例えば、2−ブトキシエチルアセテート)を使用し、膜として使用するためにライナーにこの材料をコーティングし得るように、未硬化のエポキシブレンドを希釈してもよい。それに加え、接着剤膜の取り扱いの容易さを高めるために、最小限の量の溶媒が残っていてもよい。レーザーアブレーション操作によって、この膜を特定の幾何形状に正確に切断してもよいことが示される。

0017

クレゾールノボラック樹脂の化学構造は、



であってもよい。

0018

クレゾールノボラック樹脂の別の化学構造は、



であってもよい。

0019

使用する硬化剤はDICYであってもよく、以下の形態、



を有している。

0020

DICYは、本教示にしたがって処理したときに結晶を形成する代表的な潜在性硬化剤である。樹脂に分散した微粉末の形態で使用してもよい。この材料は、例えば、6〜12ヶ月の非常に長い可使時間を有する。DICYは、高い温度で(例えば、約160℃〜約180℃)で約20分〜約60分かけて硬化する。硬化したDICY樹脂は、良好な接着性を有し、ある種の他の樹脂よりも染まりにくい。DICYを1成分接着剤粉末塗料およびあらかじめ染みこませたコンポジット繊維(すなわち「プリプレグ」)で使用してもよい。

0021

エポキシ接着剤で使用可能な別の共硬化剤は、イミダゾールである。イミダゾールは、比較的長い可使時間、中程度の温度(80℃〜120℃)で比較的短い継続時間熱処理することによって、高い熱変形温度を有する硬化した樹脂を作成する能力、および加工性を改良する中程度の反応性を有する種々の誘導体利用可能性によって特徴づけられる。DICYとともに共硬化剤として使用する場合、イミダゾールは、ある種の他の共硬化剤とともに接着剤を使用する場合よりも、硬化した物質の良好な可使時間、迅速な硬化速度、高い耐熱性を示すことができる。

0022

1つ以上が共硬化剤として含まれてもよい種々のイミダゾールのある代表的な化学構造は、1−メチルイミダゾール



が挙げられる。

0023

TF0063−86を、第1の剥離ライナーと第2の剥離ライナーの間に挟まれる固体接着剤として供給してもよく、接着剤を使用し、第1基材を第2基材に接続する。本教示の一実施形態では、剥離ライナーを除去して第1の接着剤表面露出させ、第1の接着剤表面を第1基材表面と接触させ、第2の剥離ライナーを除去して第2の接着剤表面を露出させ、第2の接着剤表面を第2基材表面と接触させる。以下に記載する実施形態は、第1の剥離ライナーと第2の剥離ライナーの間に挟まれる固体接着剤を参照するが、他の実施形態も想定される。

0024

本教示の一実施形態では、接着剤を使用し、接着剤を塗布するための特定のプロセスを用い、2つの表面を接着または結合してもよい。このプロセスは、異なる塗布プロセスを使用する場合には見出されない印刷ヘッド製造用途に望ましい種々の操作特徴または特性を有する接着剤を生じてもよい。捕捉された気泡がほとんど生成しないか、またはまったく生成せずに、高圧でのにじみ出しが少なく、良好な結合強度を有する、印刷ヘッドを中間部で結合するためのTF0063−86エポキシ接着剤の使用を可能にするような新規製造プロセスが開発されてきた。

0025

TF0063−86接着剤を用いて2つ以上の表面を接続するための手順は、以下のプロセスの一実施形態を含んでいてもよい。このプロセスは、説明を簡単にするため、TF0063−86膜を用いてポリイミド膜を第1基材として、ステンレスシートを第2基材として接続することを参照しつつ記載されるが、TF0063−86エポキシ接着剤を使用し、他の基材(例えば、種々の金属、ポリイミド層、ポリイミド以外のポリマー、およびこれらの組み合わせ)を一緒に接続してもよいことが理解されるだろう。

0026

一実施形態では、表面調製プロセスを用いて、結合すべき基材表面を調製する。基材材料組成は、用途によって変わり、金属、例えば、ステンレスまたはアルミニウムまたはポリマー、例えば、ポリイミドその他を含んでいてもよい。表面の調製は、溶媒、例えば、イソプロピルアルコールイソプロパノール、IPA)を用いて第1基材および第2基材を洗浄し、微量の混入物質、例えば、油および空気を含む粒状物を除去することを含んでいてもよい。

0027

溶媒を用いて、結合する表面を洗浄した後、表面調製は、結合する表面に対し、プラズマ洗浄プロセスを行うことも含んでいてもよい。一実施形態では、プラズマ洗浄プロセスは、約2分〜約10分継続する酸素プラズマ洗浄プロセスを含んでいてもよい。プラズマ洗浄プロセスを使用し、結合する表面から混入物質をさらに除去し、基材を粗面化し、粘着性を高めるために、結合する表面積を大きくしてもよい。

0028

表面調製の後、接着剤を用いて接着するために、接着剤および第1基材を調製する。一実施形態では、固体接着剤の第1表面から第1の剥離ライナーを除去する。第1基材の少なくとも結合する表面を、約40℃〜約120℃、または約50℃〜約100℃、または約50℃〜約60℃の接着温度まで加熱する。例えば、第1基材をホットプレートで、またはオーブン内で加熱することによって、この加熱を行ってもよい。第1基材全体を加熱してもよく、または、結合する表面のみを加熱してもよい。第1基材の結合する表面を加熱した後、例えば、接着剤の第1表面を、第1基材が、結合する表面に接するように配置することによって、固体接着剤の第1表面を、第1基材の結合する表面と接触させ、接着剤に第1基材を接着する。

0029

接着温度で、第1基材−接着剤の集合体を、接着剤の第2表面に接触している露出した第2の剥離ライナー全体に、第1基材の第2表面(背面側)全体に、またはその両方に加圧しつつローラーを動かすことによってロール処理する。このロール処理段階は、接着剤の第1表面と第1基材の結合する表面の界面にある気泡を除去するのを助ける。一実施形態では、ローラーを、加圧状態で、例えば、表面に対して約1psi〜約10psi、または約1psi〜約5psiのローラー圧で第1基材−接着剤の集合体全体をロール処理してもよい。

0030

この処理段階の後で、第1基材−接着剤の集合体を22℃以下の周囲温度まで冷却し、接着剤に接着する第1基材を得る。この接着手順は、基材の上で接着剤を濡らし、気泡を減らすか、またはなくすのに役立つ。

0031

その後、固体接着剤の第2表面から第2の剥離ライナーを除去する。第2基材の少なくとも結合する表面を、第1基材について上に記載したように、約40℃〜約120℃、または約50℃〜約100℃、または約50℃〜約60℃の接着温度まで約1分〜約5分継続して加熱する。例えば、第2基材をホットプレートで、またはオーブン内で加熱することによって、この加熱を行ってもよい。第2基材全体を加熱してもよく、または、結合する表面のみを加熱してもよい。第2基材の結合する表面を加熱した後、例えば、接着剤の第2表面を、第2基材の結合する表面に接するように配置することによって、固体接着剤の第2表面を、第2基材の結合する表面と接触させ、接着剤に第2基材を接着する。

0032

接着温度で、第2基材−接着剤の集合体を、第2基材の背面全体に加圧しつつローラーを動かすことによってロール処理し、接着剤の第2表面と第2基材の結合する表面の界面にある気泡を除去するのに役立つ。一実施形態では、ローラーを、加圧状態で、例えば、表面に対して約1psi〜約10psi、または約1psi〜約5psiのローラー圧で第2基材−接着剤の集合体全体をロール処理してもよい。第2基材−接着剤の集合体をロール処理した後、第1基材および第2基材は、接着性TF0063−86接着剤を用い、部分的に粘着する。第1基材と第2基材とTF0063−86接着剤を含む3層の集合体を周囲温度まで冷却してもよく、または、例えば、以下に記載するような部分的な硬化温度まで温度を上げることによって、冷却することなく次の処理段階に直接進んでもよい。3層の集合体を参照してこのプロセスを記載してきたが、3層の集合体は、例えば、他のTF0063−86接着層または既存のTF0063−86接着剤の他の部分を用い、この3層の集合体に接続したさらなる基材を含んでいてもよい。

0033

第2基材−接着剤の集合体をロール処理して3層の集合体を作成した後、接着剤の部分的な硬化プロセスを行う。3層の集合体を、約80℃〜約140℃、または約90℃〜約120℃、または約100℃〜約120℃、例えば、約120℃の部分的な硬化温度まで加熱してもよい。3層の集合体を、例えば、ホットプレートで、またはオーブン内で加熱してもよい。3層の集合体が部分的な硬化温度に達したら、3層の集合体に約10分〜約20分、例えば、約15分継続して熱を加える。この部分的な硬化プロセスは、この後の処理中の接着剤のにじみ出しを減らし、最低限にするか、またはなくすのに重大な段階である。この部分的な硬化段階の温度および/または継続時間が不十分であるか、または過剰である場合、接着剤がにじみ出し、接着剤が過剰に硬化するか、または接着剤の構成要素の損傷が起こる場合がある。

0034

部分的な硬化プロセスの後、例えば、ジェットスタックプレス中、3層の集合体を加圧状態で最終的な結合温度まで加熱して結合プロセスを完了させ、完全に硬化した接着剤を作成する。一実施形態では、この集合体を、約100℃〜約300℃、または約150℃〜約200℃、または約180℃〜約200℃、例えば約190℃の最終的な結合温度まで加熱する。3層の集合体が最終的な結合温度に達したら、3層の集合体に約20分〜約200分、または約60分〜約100分、例えば、約70分継続して熱を加える。最終的な結合温度を適用している間、約40psi〜約100psiの結合圧力、または70psi以下の圧力、または最大で70psiの圧力、例えば、約55psiの圧力を、ジェットスタックプレスの中で3層の集合体に加える。結合圧力を加えつつ、最終的な結合温度で上述の継続時間、接着剤を硬化させた後、圧力および温度を周囲レベルまで下げ、結合プロセスを終了させる。本開示の目的のために、「完全に硬化した」接着剤は、印刷ヘッドの使用のために十分に硬化させた(例えば、95%より高く硬化した)接着剤を指す。硬化剤(例えば、DICY)および/または共硬化剤(例えば、イミダゾール)が、例えば、完全に硬化した接着剤が100%硬化しているか否かにかかわらず、完全に硬化した接着剤の中に残っていてもよく、または残っていなくてもよい。一実施形態では、前硬化した配合物中のエポキシと硬化剤の比率に依存して、接着剤が100%硬化した場合であっても、硬化後に硬化剤(例えば、DICY)がマトリックス中に残っていてもよい。

0035

一実施形態では、TF0063−86接着剤を使用してもよい(図1を参照すると、外部マニホルド接着剤18、ダイバータを接続する接着剤22、開口プレート接着剤48、ボス外板接着剤70、ダイアフラム接着剤72、または一般的に、任意の印刷ヘッド接着剤として)。エポキシ接着剤を使用し、1種類以上の金属(例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、金属アロイなど)、1種類以上の半導体(例えば、ケイ素、ガリウムヒ素など)、および/または1種類以上の有機または無機のポリマー(例えば、ポリイミド、ナイロンシリコーンなど)の任意の組み合わせを物理的に接続してもよい。

0036

試験中に、上述の1つ以上のプロセスの実施形態にしたがって調製し、硬化したエポキシ接着剤は、印刷ヘッド用途によく適した特徴および特性を示すことがわかった。ある試験では、上述の実施形態にしたがって調製したTF0063−86接着剤を含む接着剤サンプル中に、ドリルでノズルを開け、気泡について評価した。このプロセスを用い、20μmを超える気泡は検出されなかった。

0037

硬化した接着剤の寸法が5%以上変化すると、接着剤の浸潤またはにじみ出しが生じ、高圧印刷中にインクが漏れるか、または印刷ヘッドが破裂することがある。例えば、固体インクジェット印刷ヘッド内の圧力は、10psiに達することがある。本主題の材料は、5%未満のにじみ出しを示した。上述の実施形態にしたがって処理した500μmノズルを用い、ステンレス層とポリイミド層の間に挟まったTF0063−86接着剤を含む集合体で、にじみ出し試験を行った。完成した接着剤は、厚みが約1milであった。ジェットスタックプレス中で最終的な結合の後に、すべてのノズルは開いていた。この同じプロセスを用いて調製した異なる印刷ヘッド接着剤は、ノズルが完全に閉じ、満足のいくように機能しなかった。さらに、部分的な硬化段階のない同じ接着剤もうまくいかなかった。

0038

金属と金属、金属とポリイミド、またはポリイミドとポリイミドの十分な結合を与えるために、接着剤は、材料にかかわらず、ラップ剪断強度が約200psiより大きくなければならない。ある種の接着剤は、この許容度を最低限満たすか、この許容度を満たさないか、または室温でのみこの許容度を満たす。ラップ剪断サンプルの調製において、ステンレス被着体をIPA超音波浴で5分間かけて洗浄し、次いで、さらに4分間、洗浄剤超音波洗浄し、その後、脱イオン水で5分間洗浄した後、オーブンによって100℃で30分間乾燥させ、次いで、プラズマ洗浄した。TF0063−86接着剤を、上述のように被着体の間に厚み1.0milで結合させた。0.62in2の面積について、最大負荷は、1627.2ポンド力(lbf)であることがわかり、第1基材を第2基材に結合するラップ剪断強度は、2600psiより大きいことがわかった(2625psi)。したがって、上述の方法にしたがって調製された材料は、印刷ヘッド用途にとって良好な結合強度を示した。

0039

さらに、過酷なインクにさらされている間の接着剤の重量増加(すなわち、質量取り込み)によって、膨潤が起こり、高温高圧での使用中に印刷ヘッドの漏れまたは破裂が起こることがある。本教示の一実施形態では、ゲルUVインクにさらされる場合、過酷なインクに90℃で連続して20週間さらされると、硬化したエポキシ接着剤は、重量増加および膨張が抑えられ(すなわち、重量増加が0.4%未満)、そのため、過酷なインクに適合する。対照的に、印刷ヘッドの製造で用いられるある種の従来のインクは、過酷なインクにさらされると、顕著な重量変化を示し、ある場合には、試験1000時間未満で重量変化率が160%と大きかった。

0040

ある種のエポキシ接着剤は、高圧(例えば、200psiより大きな圧力)を用いて硬化するが、本主題の材料を200psi以下、例えば、約55psiの圧力で硬化してもよい。印刷ヘッド製造中に可能な場合には、高圧での組み立て処理中、圧電要素および電子回路のような種々の印刷ヘッド構造が損傷することがあるため、極端な圧力を避ける。それでも、接着剤の結合および印刷ヘッドの信頼性を高めるためにある種の従来の接着剤を用いる従来のプロセスでは、高圧を使用する。

0041

TF0063−86接着剤を用いて図1の構造のような積層した印刷ヘッド構造を作成した後、印刷ヘッドをインク206(図2)、例えば、UVインクまたは顔料インクで満たす。これらのインクは、特に、従来の技術を用いて塗布され、印刷ヘッド内でインクにさらされる従来のエポキシ接着剤と化学反応性である。一実施形態では、本主題の材料は、インクとの化学反応が抑えられ、例えば、重量増加、膨張(質量取り込み)が抑えられる。

0042

さらに、一実施形態では、エポキシ接着剤の貯蔵弾性率は、温度20℃で約100メガパスカル(MPa)〜約1500MPaであり、温度120℃で約3MPa〜約700MPaである。一実施形態の接着剤は、さらに、貯蔵寿命が20℃で1ヶ月より長くてもよく、0℃で1年より長くてもよい。

0043

隣接する層の間でのインクの漏れを減らすために、接着剤の中のフィラー材料粒径は、可能な限り小さくすべきである。本主題の材料の中のフィラーは、複数の粒子を含んでいてもよく、複数の粒子それぞれの最大直径(または任意の方向での最大寸法)が1.0μm以下である。フィラー材料は、炭酸カルシウムシリカアルミナアルミナ三水和物硫酸バリウムチタニアおよびカオリンクレーのうち、1つ以上を含んでいてもよい。

0044

図2は、本教示の一実施形態を含む少なくとも1つの印刷ヘッド204が装着され、印刷ヘッド204を包むプリンタ筐体202を備えるプリンタ200を示す。操作中に、インク206を1つ以上の印刷ヘッド204から放出させる。デジタルによる指示にしたがって印刷ヘッド204を操作し、印刷媒体208(例えば、紙シートプラスチックなど)の上に望ましい画像を作成する。印刷ヘッド204は、印刷媒体208に対し、走査運動で前後に移動し、1幅ごとに印刷画像を作成してもよい。または、印刷ヘッド204を固定したままに保持し、印刷媒体208を印刷ヘッド204に対して動かし、印刷ヘッド204が1回通過する幅と同じ画像を作成してもよい。印刷ヘッド204は、印刷媒体208より狭くてもよく、同じ幅であってもよい。別の実施形態では、印刷ヘッド204は、その後に印刷媒体に転写するために、中間体表面、例えば、回転ドラムまたはベルト(単純化のために示さない)に印刷することができる。

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