專利名稱：將噴嘴板粘接到噴墨打印頭上的改進(jìn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造噴墨打印頭的方法。更具體地說，本 發(fā)明涉及一種用于將噴墨打印頭的噴嘴板固定到打印頭主體上的方 法。
背景技術(shù)：
噴墨是一種將從噴墨打印頭中噴射出墨水滴，并使其到達(dá)與噴 墨打印頭相對(duì)的打印介質(zhì)上的打印技術(shù)。墨水滴通過定位在墨水噴 射室壁上的噴嘴而從打印頭中噴射出來。從墨水噴射室中排出墨水 滴的驅(qū)動(dòng)力可以是在墨水室中產(chǎn)生壓力波的壓電式換能器，例如在
壓電噴墨過程中使用的壓電式換能器，或者可以是例如熱噴墨過程 中在墨水室中產(chǎn)生墨水局部爆發(fā)的加熱裝置，或者可以由其它來源 產(chǎn)生。
噴墨打印頭通常具有多個(gè)與相應(yīng)的噴嘴相通的墨水噴射室。每 個(gè)打印頭的噴嘴的數(shù)量的范圍可從數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)噴嘴。
圖1中顯
示了從US 5,976,303中獲取的普通的現(xiàn)有技術(shù)示例。壓電陶瓷噴墨 促動(dòng)器2包括墨水噴射通道3。墨水噴射通道制作成壓電陶瓷中的凹 槽，并且在頂部被蓋板8密封，使其在前端和后端打開，噴嘴板4 將連接在前端上，在后端墨水供給口 7提供流入墨水噴射室3中的 墨水。噴嘴板4粘接在打印頭主體的正面，打印頭主體是噴墨促動(dòng) 器2和蓋板8的組件。在現(xiàn)有技術(shù)的示例中，噴嘴板4由聚酰亞胺 制成，但另一經(jīng)常使用的材料是不銹鋼。噴嘴板4通過環(huán)氧樹脂而 連接在打印頭主體上，并通過加熱過程進(jìn)行固化。
在通過噴嘴噴射墨水滴的過程中，噴嘴中的彎月面的性質(zhì)對(duì)于
在可重復(fù)的方向上，以可重復(fù)的速度等等噴射出可重復(fù)的墨水體積 具有極其關(guān)鍵的重要性。因此在每次墨水滴噴射過程的開始階段通 常將噴嘴保持在重新設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)和可重復(fù)的彎月面狀態(tài)下。當(dāng)前狀 態(tài)的用于維護(hù)噴嘴和噴嘴板的技術(shù)包括凈化操作(壓力凈化或真空凈 化)，以補(bǔ)充噴嘴內(nèi)部的墨水，從而在彎月面中產(chǎn)生所需要的標(biāo)準(zhǔn)墨 水狀態(tài)。當(dāng)使用揮發(fā)性的墨水時(shí)，這個(gè)步驟特別有用因?yàn)楫?dāng)滯留在 非噴射噴嘴中太長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，其物理-化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，例如粘度
會(huì)由于揮發(fā)性的有機(jī)化合物(voc)的蒸發(fā)而隨時(shí)間而增加。另一維護(hù)
技術(shù)包括利用擦片擦拭噴嘴板，以便除去圍繞噴嘴和噴嘴緣邊的灰 塵或過量墨水，從而產(chǎn)生可重復(fù)的彎月面位置。這兩種維護(hù)操作都 會(huì)對(duì)噴嘴板和打印頭主體之間的粘接施加應(yīng)力(剝離力)。這些剝離力 可導(dǎo)致噴嘴板與打印頭主體的剝離。
EP 0566249描述了噴嘴板粘接在熱噴墨盒上的裝配過程。笫一 步驟將噴嘴板粘接到促動(dòng)器上，以形成TAB(帶式自動(dòng)粘接)打印頭組 件，第二步驟將TAB打印頭組件粘接到墨水盒上，形成與墨水盒中 的墨水池密封的連接。墨水噴射室通過噴嘴板、促動(dòng)器和墨水盒的 內(nèi)邊界而形成。通過在噴嘴板和墨水盒的凸起壁之間提供過量的粘 接劑，并提供槽溝，以便在將噴嘴板推到墨水盒上時(shí)捕獲溢出的粘 接劑，從而將TAB打印頭組件和墨水盒之間的粘接制成可確保液壓 密封和機(jī)械強(qiáng)度。EP 0810095延續(xù)了 EP 0566249的構(gòu)思。該專利增 加了粘接劑壩的特征，以便引導(dǎo)過量的粘接劑離開墨水室邊(在槽溝 的方向上)，并且降低了在噴嘴板與墨水盒的凸起壁的墨水室邊的接 合部的咯吹聲?？┮晫?duì)于噴嘴板起凹紋負(fù)有責(zé)任。圖2是從EP 0810095中提取的圖示，其顯示了在噴嘴板18和墨水盒10之間的粘 接90。在US 6,079,810中公開了另 一種將噴嘴板粘接地固定在噴墨 打印頭的帶有內(nèi)部腔室的壓電陶瓷主體部分的正面上的方法。粘4妄 強(qiáng)度由于貫穿噴嘴板而形成的間隔開的多個(gè)粘接孔的存在而得以增 強(qiáng)，所述粘接孔與向內(nèi)延伸穿過打印頭主體前端的間隔開的多個(gè)粘
界面對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)榭装鍓嚎吭谥黧w上，所以，最初施加的粘接劑的一 部分流入到孔和開口中，為粘接界面提供了補(bǔ)充的切變強(qiáng)度。
在US 6,609,778中，噴嘴板通過第一粘接劑層而粘4矣在打印頭 主體上，并通過比笫 一粘接劑層更厚的第二粘接劑層而粘接到噴嘴 板支撐部件上。更厚粘接劑層的額外支撐提高了在利用擦片維護(hù)打 印頭期間噴嘴板的抗剝離阻力。與打印頭主體相對(duì)的噴嘴板的背面 可設(shè)有凹槽，以容納當(dāng)將噴嘴板壓靠在打印頭主體上時(shí)的過量膠水。 這些凹槽的其中一個(gè)凹槽可定位在噴嘴板背面和打印頭主體正面的 外圓周之間的接合部。流入到這個(gè)凹槽中的過量墨水可形成嵌條， 其進(jìn)一步增強(qiáng)了噴嘴板的粘接。
發(fā)明概要
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種用于將噴嘴板固定到打印頭主體 上的工藝方法，由此分開對(duì)液壓密封和機(jī)械應(yīng)力阻力的功能要求， 并且可使用不同的膠粘劑和施加工藝專門適用于每個(gè)功能要求，其 中 一個(gè)功能要求是提高的機(jī)械剝離阻力。
上述優(yōu)點(diǎn)通過一種將噴嘴板固定到打印頭主體上的方法來實(shí) 現(xiàn)，這種方法具有通過在噴嘴板和打印頭主體的接合部施加粘接劑， 從而提高噴嘴板的機(jī)械剝離阻力的專門的工藝步驟。粘接劑可沿著 接合部進(jìn)行分配，或者施加于沿著該接合部的有限數(shù)量的位置，從 而通過毛細(xì)作用力而使其自身在接合部周圍起作用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了 一種用于將噴嘴板粘接到打 印頭主體上的兩階段方法，其中第一階段包括將噴嘴板定位和連接 在打印頭主體上，從而在噴嘴板和墨水噴射室之間構(gòu)成液壓密封， 并且第二階段包括通過在噴嘴板和打印頭主體之間的接合部施加額 外的毛細(xì)粘接，而提高噴嘴板至打印頭主體粘接的機(jī)械性質(zhì)。
在從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的特定特征。
從以下描述和附圖中將明晰本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)介
圖1顯示了一個(gè)壓電打印頭主體的現(xiàn)有技術(shù)示例，其具有多個(gè) 墨水室和一個(gè)位于墨水室前端的噴嘴板。
圖2顯示了在噴嘴板和熱噴墨打印頭的墨水室之間的粘接的一 個(gè)現(xiàn)有技術(shù)示例。
圖3顯示了沿著墨水室的長(zhǎng)度軸線的剖視圖，其中打印頭主體 的正面定向向下，并且噴嘴板固定在墨水室的正面。
圖4顯示了沿著固定在單個(gè)噴嘴板上的兩個(gè)打印頭主體的墨水 室的長(zhǎng)度軸線的剖視圖。
圖5A和5B顯示了兩種用于在打印頭主體和噴嘴板之間的接合 部處分配粘接劑的施加方法。
圖6A至6E顯示了可施加毛細(xì)粘接的在噴嘴板和打印頭主體或 噴嘴板支撐部件之間的接合部的不同實(shí)施例。圖6A顯示了槽溝類型 的接合部。圖6B和圖6C顯示了當(dāng)槽溝變得太寬時(shí)，對(duì)毛細(xì)粘接的 影響。圖6D顯示了利用傾斜的打印頭主體正面的外邊緣所產(chǎn)生的底 切接合部。圖6E顯示了位于打印頭主體的正面和噴嘴板的背面之間 的界面處的專門的毛細(xì)軌道。
圖7顯示了當(dāng)毛細(xì)粘接的粘接劑在固化或硬化期間收縮時(shí)對(duì)噴 嘴板的拉伸影響。
圖8顯示了由實(shí)驗(yàn)獲得的試驗(yàn)結(jié)果。圖9顯示了一種簡(jiǎn)化的噴 嘴板固定過程，其只依賴于帶有毛細(xì)粘接性質(zhì)的粘接劑的施加。
本發(fā)明的詳細(xì)描述
概述現(xiàn)有技術(shù)，用于提高噴嘴板至打印頭主體的粘接的機(jī)械強(qiáng) 度的方法可設(shè)計(jì)在噴嘴板自身、例如凹槽中，以容納過量膠水，或 設(shè)計(jì)在打印頭主體，例如夾鉗中，以便填裝過量膠水，或設(shè)計(jì)在這 兩者中。用于粘接的方法通常包括將粘接劑施加到打印頭主體的正
面或噴嘴板的背面，隨后將噴嘴板推壓到打印頭主體上。在現(xiàn)有技 術(shù)方法中，只使用一種粘接劑，并且分配步驟需要施加足夠數(shù)量的 粘接劑，以保證當(dāng)將這兩個(gè)部分固定時(shí)，利用適當(dāng)數(shù)量的粘接劑來 提供上述粘接改進(jìn)特征。因此始終都存在所施加的過量的粘接劑。 因?yàn)橹挥幸环N粘接劑，并且只有一個(gè)粘接，所以粘接需要具有液壓 密封性質(zhì)以及機(jī)械應(yīng)力阻力性質(zhì)。目標(biāo)是足夠厚的粘接劑層，以保 證再次施加過量的粘接劑，由此在將噴嘴板固定到打印頭主體上期 間，擠壓過量的粘接劑，使其離開噴嘴板和打印頭主體之間。即使
帶有如EP 0810095中所公開的粘接劑壩，過量的粘接劑也可能流入 墨水噴射室的內(nèi)部，并影響噴嘴附近的墨水噴射室的幾何結(jié)構(gòu)和容 積，其對(duì)于打印頭的正確操作是最關(guān)鍵的。過量的粘接劑還影響了 墨水噴射室的壓電促動(dòng)的液壓響應(yīng)。用于將噴嘴板固定到打印頭主 體上的現(xiàn)有技術(shù)方法的另一缺點(diǎn)是，最后使用的單一類型的膠水， 需要符合所有與機(jī)械應(yīng)力、液壓密封、對(duì)噴墨墨水的化學(xué)抗性、使 膠水保持在墨水噴射室之外的觸變性質(zhì)等等相關(guān)的要求。這總是引 起了并非最佳的性能損害。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述本發(fā)明。在說明書中參照了壓電噴墨打印頭， 但是本發(fā)明還適用于熱噴墨打印頭。在EP 0810095中描述了熱噴墨 打印頭的一個(gè)示例。圖2是從EP 0810095中提取的圖，其顯示了噴 嘴板18固定在打印頭盒10上。制作粘接90的方法可>^支本發(fā)明方法 替代，其具有從以下描述中可以清楚的許多優(yōu)點(diǎn)。通常，每個(gè)噴墨 打印頭都具有墨水室和噴嘴板，其通過一種方式或另一種方式而彼 此相連接。任何噴嘴板連接過程都將具有與墨水室或墨水通道的液 壓密封，對(duì)噴墨墨水的化學(xué)抗性，以及許多機(jī)械性質(zhì)如平直度、剝 離阻力、強(qiáng)度等等相關(guān)的要求。本發(fā)明適用于所有噴墨打印頭類型， 由此將噴嘴板連接在打印頭主體上。說明書中所使用的附圖將舉例 說明在壓電噴墨打印頭上所實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明。
用語"噴嘴板"可以是本領(lǐng)域中己知的用于噴墨打印頭的任何類型
的噴嘴板。這些噴嘴板包括聚酰亞胺或不銹鋼噴嘴板、單件式噴嘴 板或噴嘴板組件，例如對(duì)準(zhǔn)和固定在單個(gè)支撐板上的多個(gè)噴嘴板， 并且可包括本領(lǐng)域中己知的任何形狀的噴嘴，例如圓錐形的噴嘴， 其具有圍繞外部噴嘴緣邊的凹入的島狀物。本發(fā)明中所述的噴嘴板 固定過程很大程度上獨(dú)立于特定的噴嘴板實(shí)施形式。用語"打印頭主 體"覆蓋了打印頭亞組件，包括部分或所有的墨水室壁，其與噴嘴板 一起限定了部分或所有墨水室在這些墨水室的噴嘴端的邊界?？晒?本發(fā)明使用的打印頭主體的示例是圖1中帶有蓋板8的壓電促動(dòng)器2
的組件，或圖2中的墨水盒10。
這些附圖是本發(fā)明原理的舉例說明。附圖中所使用的尺寸并非 想要提供所示實(shí)施例的實(shí)際視圖。附圖中的某些方面被放大，從而 能夠看見并引用這些方面。例如，根據(jù)粘接劑性質(zhì)和所使用的粘接 過程的設(shè)定，噴嘴板和打印頭主體正面之間的液壓粘接可以只是幾
個(gè)微米，而在這兩者的外接合部的毛細(xì)粘接可以超過500微米。本 發(fā)明將參照?qǐng)D3進(jìn)行說明，其顯示了壓電陶瓷噴墨打印頭1的一個(gè) 簡(jiǎn)化示例。圖3是沿著根據(jù)圖1中所示現(xiàn)有技術(shù)打印頭的打印頭墨 水室的長(zhǎng)度軸線，并且與噴嘴板中的噴嘴行垂直的剖視圖。打印頭 包括打印頭主體20，其具有由頂壁、底壁和側(cè)壁13所形成的墨水室 3,其具有位于打印頭主體20的正面21的開口端。與打印頭主體20 的墨水室正面21相對(duì)地設(shè)有噴嘴板4，其固定在打印頭主體20上。 將噴嘴板4固定到打印頭主體20上的過程包括至少兩個(gè)粘接步驟。
第一粘接步驟目的在于打印頭墨水室3與噴嘴板4的液壓密封， 以及噴嘴板4相對(duì)于墨水室3開口端的位置的固定，并且如果采取 某些預(yù)防措施，則可利用已知的用于噴嘴板連接過程的粘接技術(shù)來 執(zhí)行。這些將從以下論述中變得清晰明了。笫一粘接步驟可始于通 過浸漬方法，即浸漬到粘接劑供給層中，而將粘接劑層施加到噴嘴 板的背面或打印頭主體墨水室的正面。粘接劑供給層可通過在箔片 上用棒施涂來產(chǎn)生。 一旦打印頭主體或噴嘴板已經(jīng)接受了適當(dāng)厚度
的粘接劑層，就將這兩個(gè)構(gòu)件定位在彼此的正面，并使其彼此相向 移動(dòng)。在使粘接劑接觸之前，可利用光學(xué)檢測(cè)裝置檢驗(yàn)噴嘴板相對(duì) 于墨水室的開口端的位置，或者可使用機(jī)械的基準(zhǔn)點(diǎn)(參考)使這兩個(gè) 部分彼此相對(duì)地對(duì)準(zhǔn)。軟碰觸的粘接劑接觸減少了噴嘴板在打印頭 正面上滑動(dòng)，從而失去其相對(duì)位置的風(fēng)險(xiǎn)，這是當(dāng)緊緊地將噴嘴板 推壓到打印頭主體上時(shí)所涉及的風(fēng)險(xiǎn)。如果例如在將噴嘴板裝配到 打印頭主體上之前的自然融合步驟期間，噴嘴預(yù)融合在噴嘴板中， 那么，在整個(gè)粘接過程期間，噴嘴板相對(duì)于打印頭主體的精密定位 和這個(gè)位置的保持是一個(gè)重要要求。在將噴嘴板固定到打印頭主體 上之后，根據(jù)所使用的粘接劑類型，利用合適的方法使這兩個(gè)構(gòu)件
之間的粘接劑層22固化。
如果這個(gè)工藝過程是將噴嘴板固定到打印頭主體上的唯一工藝 過程，這個(gè)粘接工藝過程涉及到可能比較關(guān)鍵的一些風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng) 險(xiǎn)涉及在棒覆蓋期間箔片上的粘接劑供給層厚度公差，粘接劑從箔 片傳送到噴嘴板上的浸漬過程的效率，或用于將噴嘴板固定到打印 頭主體上的壓力，以及過量的粘接劑被擠出，并進(jìn)入墨水室中或甚 至噴嘴開口中的風(fēng)險(xiǎn)。 一方面，有利的是限制粘接劑層厚度和施加 壓力，但另一方面，粘接劑層太薄可能導(dǎo)致粘接中的空隙，從而減 小粘接的機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明，第一粘接步驟中施加的粘接劑的 數(shù)量是有限的，其目的僅在于墨水室相對(duì)噴嘴板的液壓密封。這種 限制將避免粘接劑^皮擠出而進(jìn)入墨水室中，并產(chǎn)生了如圖3中所示 用標(biāo)號(hào)22所示的明確界定的液壓密封。這種粘接的機(jī)械強(qiáng)度的缺乏 通過第二粘接步驟來克服，其不同于這個(gè)第 一液壓密封步驟。
用于墨水室的液壓密封的粘接劑需要是相對(duì)于墨水室中的墨水 為防化學(xué)腐蝕的或甚至是惰性的。另外，為了避免粘接劑流入到墨 水室中的風(fēng)險(xiǎn)，粘接劑可具有觸變性質(zhì)。觸變性質(zhì)是粘接過程中的 一個(gè)優(yōu)勢(shì)，但不是必要條件，只要所施加的粘接劑的數(shù)量和所使用 的固定力得到很好的控制，以避免過量的粘接劑被擠出而流入到墨
水室中即可。粘接劑的另 一優(yōu)勢(shì)性質(zhì)是吸收由于粘接材料如聚酰亞 胺和壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之間的不匹配而在粘接劑層中引起的剪 切應(yīng)力的性能。隨著粘接劑層的厚度下降，這種性質(zhì)變得更加重要。 不能吸收這些剪切應(yīng)力可能導(dǎo)致噴嘴板起凹紋或甚至噴嘴板的剝
離?？捎糜谝簤好芊庥猛镜恼辰觿┑氖纠强蓮腅poxy Technology 公司獲得的Epotek 353ND,以及可從Ablestik獲得的Ablebond 931-1T1N1。 Ablebond 931-1T1N1由于其觸變性質(zhì)而是優(yōu)選的，但對(duì)某些 噴墨墨水類型，例如水基墨水缺乏抗性。另一方面，Epotek 353ND 具有良好的墨水抗性，但不是觸變膠，因而如果施加粘接劑太厚或 者如果將噴嘴板對(duì)打印頭主體正面擠壓過量，可能容易流入到墨水室中。
第二粘接步驟將進(jìn)一步增強(qiáng)噴嘴板4和打印頭主體20之間的粘 接的機(jī)械強(qiáng)度。因?yàn)闄C(jī)械剝離始終開始于這兩個(gè)構(gòu)件之間的接合部， 所以最重要的是增強(qiáng)這個(gè)接合部。為了防止噴嘴板在經(jīng)過它的擦片 所產(chǎn)生的作用力下而發(fā)生剝離，因此重要的是加強(qiáng)在噴嘴板4的背 面和打印頭主體20的正面21之間的外接合部，即沿著墨水室3的 前端側(cè)的外周邊。在圖3中，顯示了該粘接35的位置。粘接可施加 在沿著接合部的關(guān)鍵的即剝離敏感的位置，或者可沿著整個(gè)接合部 的長(zhǎng)度進(jìn)行施加。粘接劑可利用現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的分配技術(shù)來施加， 以便沿著接合部分配粘接劑。這些技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的， 并且可在廣泛范圍的粘接劑和粘接劑性質(zhì)下使用。雖然分配技術(shù)同 樣是廣泛傳播，并且容易接觸到的，但是，在噴嘴板粘接過程中， 由于分配工具被限制接觸到接合部而可能有物理限制，因而禁止使 用這些技術(shù)。如果分配工具可接觸到接合部的能力可能引起問題， 那么粘接技術(shù)可依賴于毛細(xì)現(xiàn)象，以引導(dǎo)粘接劑流向接合部難于4妄 近的部分。這樣該粘接優(yōu)選具有毛細(xì)彎月面，因?yàn)榫蛷?qiáng)度對(duì)粘接劑 體積方面而言，毛細(xì)彎月面提供了非常有效的粘接，并且能夠沿著 接合線而擴(kuò)散，而無須額外的外部作用力。因此除了上面論述的液
壓粘接或密封以外，在說明書的余下部分將這個(gè)第二粘接稱為毛細(xì) 粘接。為了在噴嘴板和打印頭主體的接合部產(chǎn)生均勻的毛細(xì)粘接，
低粘度，從而能夠擴(kuò)散或自身圍繞接合線起作用或流入毛細(xì)管中， 必須相對(duì)于其將接觸到的材料的充分潤(rùn)濕，并且在固化之后具有很 高的剝離阻力和機(jī)械強(qiáng)度。另一方面，粘接劑性質(zhì)相對(duì)于噴墨墨水 的化學(xué)抗性并不太關(guān)鍵，因?yàn)檎辰觿┦鞘┘釉谀业耐饷妗Ｓ糜?br>
毛細(xì)粘接的合適粘接劑是Epotek U300和Epotek 301-2FL,這兩者都 可從Epoxy Technology公司獲得。Epotek U300是一種典型的電子工 業(yè)中所使用的具有良好機(jī)械剝離性質(zhì)的填隙粘接劑，但需要在高溫 下施加，以具有良好的毛細(xì)流動(dòng)。如果這是一個(gè)問題，那么Epotek 301-2FL是一種良好的備選方案，其也具有良好的機(jī)械剝離性質(zhì)和在 室溫下的低粘度，并因此更容易在室溫下進(jìn)行毛細(xì)分配。毛細(xì)性質(zhì)， 例如彎月面的形狀和粘接強(qiáng)度，還取決于接合部的構(gòu)造，例如直角、 倒角或槽溝，以及噴嘴板和打印頭主體的材料性質(zhì)。
用于毛細(xì)粘接的環(huán)氧樹脂粘接劑的還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，粘接劑在 固化或硬化期間會(huì)收縮，從而使噴嘴板拉伸，并降低使噴嘴板起凹 紋的風(fēng)險(xiǎn)，這是一種與通過彈簧力作用而使布料在框架上拉伸相似 的效應(yīng)。圖7顯示了這種效應(yīng)的放大圖示。在圖7中，粘接劑材料 的收縮使粘接角度a從初始的90。減小到例如80。，從而使噴嘴板在 打印頭主體的前邊緣上，在圖7的箭頭P方向上沿著整個(gè)粘接線而 彎曲。這種彎曲使噴嘴板拉伸。
毛細(xì)粘接可以不同的方式，并在打印頭的生產(chǎn)過程的不同階段 施加。粘接劑的自分布性質(zhì)容許粘接劑只使用一個(gè)或有限的幾個(gè)施 加點(diǎn)。這些施加點(diǎn)可以是噴嘴板和打印頭主體之間的接合部的一部 分，從而可立即開始毛細(xì)作用擴(kuò)散。只需要一個(gè)或幾個(gè)施加點(diǎn)的一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于物理或制造約束而難于接近的接合部周圍地方或 區(qū)域，其對(duì)于粘接施加是可接近的。用于粘接劑的施加點(diǎn)可從噴嘴
板的背面接近(見圖5A)，即通過打印頭的內(nèi)部，如果這些點(diǎn)在打印 頭制造階段仍然是可接近的，那么就可從噴嘴板的前邊接近，即通 過打印頭的外部，穿過噴嘴板中的穿孔(見圖5B)。當(dāng)粘接劑的分配 停止，并且用于分配粘接劑的注射器或針管被撤回時(shí)，噴嘴板中的 穿孔被自動(dòng)地密封起來。能夠從打印頭的外面粘接打印頭的內(nèi)部接 合部的優(yōu)點(diǎn)使得本發(fā)明還可有利地適用于噴嘴板修理過程或噴嘴板 替換過程。只要打印頭顯示在噴嘴板和墨水室之間的界面處墨水或 空氣泄漏，那么通過在那些位置提供額外數(shù)量的粘接劑可以很容易 地解決這種缺陷。額外數(shù)量的粘接劑可利用注射器通過噴嘴板而注 入。之后通過毛細(xì)作用在噴嘴板周圍以及后面輸送粘接劑，并輸送 到噴嘴板和前端打印頭主體之間的空隙內(nèi)，以^修理泄漏。因?yàn)檎?妄 劑的毛細(xì)性質(zhì)，粘接劑至空隙中的輸送會(huì)在空隙與墨水室內(nèi)部的邊 界處自動(dòng)停止，因?yàn)槟鞘敲?xì)管端，從而避免粘接劑進(jìn)入到墨水室 中。當(dāng)拉回注射器時(shí)，針管的孔被粘接劑自動(dòng)地密封了。因?yàn)槟?泄漏試驗(yàn)只能在打印頭制造程序的最后階段或甚至在第一次打印試 驗(yàn)期間來執(zhí)行，所以噴嘴板粘接故障的解決可顯著地提高打印頭制 造程序的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率。在圖5A和5B中，用于毛細(xì)粘接的粘4妄劑施 加通過利用注射器來表示，但可以使用任何其它合適的施加工具， 包括完全自動(dòng)化的分配設(shè)備。
在噴嘴板與打印頭主體的正面之間的接合部可具有不同的構(gòu)造 或形狀，用于毛細(xì)粘接的粘接劑將施加于該接合部。圖6A,6D和6E 顯示了不同的實(shí)施例。在圖6A中，將額外的噴嘴板支撐件41增加 到打印頭主體組件20上。噴嘴板支撐件41攜帶噴嘴板4的邊緣部 分，并且可向內(nèi)延伸，以增加噴嘴板4的受支撐的邊緣區(qū)域。噴嘴 板4可以不同的方式固定在噴嘴板支撐件41上。噴嘴板4可通過以 相似方式所施加的薄的粘接劑層，并且可能在與噴嘴板4和打印頭 主體20之間的液壓粘接相同的制造階段而粘接在噴嘴板支撐件41 上。噴嘴板4還可利用分配在噴嘴板支撐件41上的粘接劑珠而粘接
到噴嘴板支撐件41上，在將噴嘴板4固定到噴嘴^1支撐件41上的 過程中，粘接劑珠擴(kuò)散，而在該界面處形成粘接劑層23。分配在噴 嘴板支撐件41上，并在將噴嘴板4固定到噴嘴板支撐件41上期間 被擠出的過量的粘接劑材料，其可排向噴嘴板4的邊緣或噴嘴板支 撐件41的邊緣，而沒有對(duì)墨水室3中的墨水噴射過程構(gòu)成危險(xiǎn)。如 果噴嘴板支撐件41向內(nèi)延伸至幾乎達(dá)到打印頭主體20，那么在噴嘴 板支撐件的邊緣和打印頭主體的邊緣之間形成槽溝34。如果粘接劑 施加在這個(gè)槽溝34中，那么就產(chǎn)生了帶"U"形彎月面的毛細(xì)粘接35。 如果噴嘴板支撐件41向內(nèi)并不延伸足夠遠(yuǎn)以充分接近打印頭主體 20，那么在毛細(xì)流動(dòng)和粘接劑固化之后，對(duì)于接頭35a和35b可能產(chǎn) 生如圖6B詳細(xì)所示的情形。相同的情形適用于在噴嘴板4的邊緣43 和噴嘴板支撐件41的凸起的外邊界46的邊緣42之間的區(qū)域中的槽 溝44。噴嘴板支撐件的凸起的外邊界提供了噴嘴板的機(jī)械保護(hù)，即 噴嘴板相對(duì)于噴嘴板支撐件的外邊界具有沉陷的位置，并且相對(duì)于 打印頭的外空間也具有沉陷的位置。因?yàn)樵诶貌疗M(jìn)行擦拭動(dòng)作 期間，噴嘴板的剝離還可能開始于噴嘴板4的邊緣，所以，通過在 噴嘴板4的邊緣43和噴嘴板支撐件41的支撐面47之間的接合部提 供毛細(xì)粘接45,從而增強(qiáng)噴嘴板邊緣處的粘接強(qiáng)度，這可能是有利 的。
在圖6D中，打印頭主體20的正面21的外邊緣是傾斜的。斜切 的邊緣31形成了位于接合部的底切32和更大的用于粘接的接觸面。 粘接劑將流入到底切32中，并且最后建立機(jī)械強(qiáng)度更好的粘接。
在圖6E中，專用的毛細(xì)管作為軌道33而設(shè)計(jì)在噴嘴板4和打 印頭主體20的正面21之間的界面面中。軌道可使粘接劑沿著這些 軌道進(jìn)行毛細(xì)分布，并穿過不能用于形成毛細(xì)粘4妄的地方。毛細(xì)軌 道33可設(shè)計(jì)在打印頭主體的正面，如圖6E中所示，^f旦還可設(shè)計(jì)在 噴嘴板的背面。能夠在噴嘴板和打印頭主體之間使用比這兩者之間 的界面處的外接合部更大的毛細(xì)粘接區(qū)域，其容許打印頭的設(shè)計(jì)者/
制造者將噴嘴板至打印頭主體上的粘接變得強(qiáng)度更好。毛細(xì)軌道還 容許產(chǎn)生位置特定的粘接性質(zhì)，例如軌道密度差異，用于專用軌道 的不同類型的粘接劑等等。出于施加粘接劑的目的，在噴嘴板和打 印頭主體之間的接合部提供毛細(xì)軌道的開口端是有利的，從而可將 粘接劑分配在接合部上的某個(gè)位置，并通過毛細(xì)作用輸送到軌道中。 然而這不是必須的，因?yàn)檫€可使用穿過噴嘴板的穿孔方法將粘接劑 注入到軌道中。
已經(jīng)執(zhí)行了實(shí)驗(yàn)來量化本發(fā)明的有利影響，例如增加利用本發(fā) 明方法而固定在打印頭主體上的噴嘴板的剝離強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中，聚 酰亞胺噴嘴板被使用并固定在壓電陶瓷打印頭主體上。如之前所述，
由Epotek 301-2FL利用浸漬方法實(shí)現(xiàn)噴嘴板和打印頭主體正面之間 的液壓粘接，形成了 5微米的液壓粘接厚度。所使用的粘接劑是Epotek U300,并且噴嘴板和打印頭主體之間的接合部具有平角，即圖3中 所示的情形。這兩種粘接劑都在8(TC下硬化2小時(shí)。之后在45。的作 用力角度下，測(cè)量與噴嘴板至打印頭主體粘接的剝離阻力相關(guān)的三 個(gè)作用力。實(shí)驗(yàn)顯示了剝離過程實(shí)際上是一個(gè)每次都再次需要?jiǎng)冸x 力克服粘接強(qiáng)度的間歇過程，之后要求支撐該過程的剝離力下降直 到其停止，并且必須通過提高剝離力而再次起動(dòng)該過程，直到粘接 再次破裂時(shí)為止。實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的剝離力是起動(dòng)剝離過程所需要的 初始力，其與噴嘴板和打印頭主體的接合部處的毛細(xì)粘接的破裂相 關(guān)，如圖8中表示為"剝離起動(dòng)峰值"，并且如上述使間歇的剝離過程 持續(xù)所需要的最小和最大剝離力，表示為"最小剝離力"和"最大剝離 力"。支持剝離過程的最小和最大剝離力與噴嘴板和打印頭主體正面 之間的液壓粘接的破裂相關(guān)。結(jié)果顯示，當(dāng)在噴嘴板和打印頭主體 的接合部處存在毛細(xì)粘接時(shí)，剝離起動(dòng)峰值以10倍的倍數(shù)而增加。 支持剝離過程的最小和最大剝離力，較少受到額外的毛細(xì)粘接的影 響。理由很明顯，因?yàn)槊?xì)粘接是需要破壞以起動(dòng)層離或剝離過程 的第一粘接。 一旦毛細(xì)粘接破裂，進(jìn)一步剝離噴嘴板的力就顯著低
于剝離起動(dòng)峰值。實(shí)驗(yàn)還顯示，位于噴嘴板和打印頭主體之間的垂 直于剝離力方向的接合部部分確定了剝離起動(dòng)峰值。也就是說，垂 直于剝離力的接合部越長(zhǎng)，需要被立即破壞以起動(dòng)剝離過程的粘接 的強(qiáng)度更好。
本發(fā)明因此可使打印頭和打印機(jī)的設(shè)計(jì)者在某種意義上優(yōu)化并 匹配其設(shè)計(jì)，使得擦片的擦拭方向垂直于噴嘴板與打印頭主體或噴 嘴板支撐件的接合部。更具體地說，如果在噴墨打印機(jī)中進(jìn)行擦拭 期間，擦拭方向和擦片位置是已知的，則通常是可將打印頭設(shè)計(jì)或 安裝在打印機(jī)中，使打印頭包括位于其噴嘴板和打印頭主體或噴嘴 板支撐件之間的較大毛細(xì)粘接接頭，其與擦片基本平行。匹配的設(shè) 計(jì)還將提高打印頭的壽命，因?yàn)槠鋵⑤^少受到擦片對(duì)其噴嘴板的機(jī) 械沖擊。因此本發(fā)明還包括噴墨打印機(jī)，其包括利用上述粘接技術(shù) 制造的噴墨打印頭，并且優(yōu)選具有擦片的定向和運(yùn)動(dòng)，使得擦片對(duì) 噴嘴板的剝離力在擦拭期間被噴嘴板的毛細(xì)粘接所吸收。
到目前為止，已經(jīng)利用固定在一個(gè)打印頭主體上的一個(gè)噴嘴板 舉例說明了本發(fā)明。然而本發(fā)明并不局限于這類實(shí)施例。在圖4中， 顯示了一個(gè)具有兩個(gè)打印頭主體的示例，各個(gè)打印頭主體包括固定
在一個(gè)噴嘴板上的一組墨水室。實(shí)際的示例可以是180 dpi打印頭主 體，即具有每英寸180個(gè)腔室的節(jié)距的墨水室陣列，其定位成使這 兩個(gè)打印頭主體的墨水室的前端交錯(cuò)設(shè)置在與其本身陣列方向垂直 的方向上，并固定在單個(gè)噴嘴板上，從而產(chǎn)生帶有360 dpi的噴嘴節(jié) 距或每英寸360個(gè)墨水噴射位置的單個(gè)打印頭。
從機(jī)械的觀點(diǎn)來看，利用毛細(xì)粘接獲得的結(jié)果是很有利的，這 在于它提供了只依賴于將噴嘴板固定在打印頭主體上的毛細(xì)粘接的 可能性，而省去了液壓的密封粘接。液壓的密封粘接具有兩個(gè)主要 目的。 一個(gè)目的是相對(duì)墨水室的開口端來定位噴嘴板，并保持這個(gè) 位置直到毛細(xì)粘接提供了該位置的牢固固定時(shí)為止。另一目的是將 墨水室相對(duì)噴嘴板液壓密封起來。笫一目的還可通過使用一種將噴
嘴板定位在打印頭主體前面的平面狀態(tài)下、并在毛細(xì)粘接過程期間 保持住噴嘴板的工具來實(shí)現(xiàn)，例如具有多個(gè)真空孔以保持住噴嘴板 的沖壓工具可用于這個(gè)目的。第二目的是在施加粘接劑時(shí)自然滿足
的，因?yàn)楫?dāng)噴嘴板和打印頭主體定位在彼此接近的位置，例如彼此
接近超過10微米，優(yōu)選更接近超過5微米時(shí)，粘接劑，例如填隙膠 水，將流入到位于噴嘴板的背面和打印頭主體的正面之間的毛細(xì)管 中。在圖9中，其顯示了粘接劑在噴嘴板和打印頭主體前面之間的 界面中如何流動(dòng)，直至其到達(dá)墨水室的內(nèi)部，毛細(xì)管終止于此處。 所以從制造觀點(diǎn)來看，當(dāng)噴嘴板和打印頭主體剛性地定位在彼此接 近的位置時(shí)，在粘接劑固化期間通過只施加毛細(xì)粘接步驟，從而可 簡(jiǎn)化噴嘴板固定過程。消除液壓密封步驟不僅消除了粘接劑施加步 驟，而且還消除了粘接劑固化步驟。可能的一個(gè)缺點(diǎn)是，根據(jù)所使 用的噴墨墨水的類型，可能不得不在粘接劑對(duì)墨水化學(xué)性能的化學(xué) 抗性與其毛細(xì)流動(dòng)和粘接強(qiáng)度性質(zhì)之間進(jìn)行折中。
上面已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，現(xiàn)在本領(lǐng)域中的技 術(shù)人員應(yīng)該明白，在沒有脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍 內(nèi)，可以做出許多》務(wù)改。
圖中使用的標(biāo)號(hào)
1 打印頭
3 墨水室
4 噴嘴板
5 墨水室壁
13 墨水室的頂壁、底壁或側(cè)壁
20 打印頭主體
21 打印頭主體的正面 22,23液壓粘接
31 斜切的邊緣
32 底切
33 毛細(xì)軌道
34 在打印頭主體和噴嘴板支撐件的內(nèi)邊界之間的槽溝 35,35a,35b毛細(xì)粘4妄
40 噴嘴
41 噴嘴板支撐件
42 噴嘴板支撐件的凸起的外邊界的邊緣
43 噴嘴板的邊緣
44 在噴嘴板邊緣和噴嘴板支撐件的凸起的邊界之間的槽溝
45 毛細(xì)粘接
46 噴嘴板支撐件的凸起的外邊界
47 噴嘴板支撐件的支撐面 a 粘接角度
權(quán)利要求
1.一種將噴嘴板(4)固定到噴墨打印頭主體(20)上的方法，其包括如下步驟-在所述打印頭主體(20)中提供墨水室(3)，所述墨水室(3)具有位于所述打印頭主體(20)的正面(21)處的開口端；-提供包括噴嘴(40)的噴嘴板(4)；-將第一粘接劑施加到所述打印頭主體(20)的正面(21)或所述噴嘴板(4)的背面上；-將所述噴嘴板相對(duì)于所述墨水室(3)的開口端定位在所述打印頭主體(20)的正面，并將所述噴嘴板(4)固定在所述打印頭主體(20)的所述正面上；其特征在于，所述方法還包括在沿著所述噴嘴板(4)和所述打印頭主體(20)正面之間的接合部的一個(gè)或多個(gè)位置來施加第二粘接劑的步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述噴 嘴板(4)和所述打印頭主體(20)正面之間，通過第二粘接劑的彎月面沿 著所述接合部的毛細(xì)擴(kuò)散而形成毛細(xì)粘接(3 5)的步驟。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還在 所述打印頭主體(20)的正面(21 )或所述噴嘴板(4)的背面上提供毛細(xì)軌 道(33)，從而在施加所述第二粘接劑的步驟期間，通過所述第二粘4矣 劑的彎月面沿著所述毛細(xì)軌道(33)的毛細(xì)擴(kuò)散而使所述第二粘接劑形 成毛細(xì)粘4妄。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包 括將所述第二粘接劑、所述噴嘴板或所述打印頭主體中的其中至少 一個(gè)構(gòu)件保持在高溫下，以調(diào)節(jié)粘接劑的粘接性能。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包 括通過所述噴嘴板的穿孔來施加所述第二粘接劑。
6. —種噴墨打印頭(l)，包括-噴墨打印頭主體(20)，其包括墨水室(3),所述墨水室(3)具有位 于所述打印頭主體(20)的正面(21)上的開口端； -具有噴嘴(40)的噴嘴板(4);和-位于所述打印頭主體(20)的正面(21 )和所述噴嘴板(4)的背面之 間的界面處的第 一粘4秦劑層(22);其特征在于，沿著所述打印頭主體(20)的正面(21 )和所述噴嘴板(4) 之間的4妄合部的 一個(gè)或多個(gè)位置包括第二粘接劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴墨打印頭(l),其特征在于，所述第 二粘接劑在所述打印頭主體(20)的正面(21)和所述噴嘴板(4)之間的接 合部，通過所述第二粘接劑的彎月面沿著所述接合部的毛細(xì)擴(kuò)散而 構(gòu)成毛細(xì)粘接(35)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的噴墨打印頭，其特征在于，在所 述打印頭主體(20)的正面(21)或所述噴嘴板(4)的背面還包括毛細(xì)軌道 (33),使得所述第二粘接劑通過毛細(xì)作用力而延伸到所述毛細(xì)軌道(33) 中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的噴墨打印頭，其特征在 于，還包括支撐所述噴嘴板(4)的邊緣區(qū)域的噴嘴板支撐件(41)，并且 在所述噴嘴板(4)的邊緣(43)和所述噴嘴板支撐件(41)的支撐面(47)之 間的接合部包括毛細(xì)粘接(45)。
10. —種噴墨打印機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所 述的噴墨打印頭。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的噴墨打印機(jī)，其特征在于，還包括 -打印頭維護(hù)^t塊，其具有擦片，所述擦片相對(duì)于多個(gè)噴嘴具有固定的角位置；和-用于使所述擦片沿著所述噴嘴板移動(dòng)的機(jī)構(gòu)；其中，包括所述毛細(xì)粘接的所述4秦合部的一部分基本上與所述 擦片的固定的角位置相平行。
全文摘要
通過將墨水室相對(duì)噴嘴板液壓密封起來的第一粘接步驟，隨后通過增強(qiáng)打印頭主體和噴嘴板之間的接合部的第二粘接步驟，從而將噴嘴板固定在噴墨打印頭主體上。第二粘接可通過第二粘接劑沿著接合部的毛細(xì)擴(kuò)散來形成。改進(jìn)的噴嘴板固定方法通過擦片在擦拭期間對(duì)噴嘴板的影響，而增強(qiáng)了噴嘴板與打印頭主體剝離的機(jī)械阻力。
文檔編號(hào)B41J2/16GK101102897SQ200580046874
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者M·德克格萊爾 申請(qǐng)人:愛克發(fā)印藝公司