專利名稱：具有聚合物層的固體噴墨打印頭及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及多層打印頭(例如用于固體噴墨打印機(jī)的打印頭)的構(gòu)造。特別地， 本公開關(guān)注制造該打印頭時(shí)該多個(gè)層粘附在一起的方式。
背景技術(shù)：
固體噴墨打印機(jī)包括打印頭，其包括一個(gè)或多個(gè)充滿墨的通道，該通道在一側(cè)與 供墨室或池連通，在相對(duì)側(cè)具有孔口(orifice)，通常被稱為噴嘴。發(fā)電器，例如壓電換能 器，放置于這些通道內(nèi)，靠近該噴嘴，以產(chǎn)生壓力脈沖。另一類系統(tǒng)，譽(yù)為熱噴墨或發(fā)泡噴 墨，經(jīng)由靠近該噴嘴的發(fā)熱電阻產(chǎn)生高速液滴。在靠近該孔或噴嘴的每個(gè)墨通道內(nèi)部，代表 數(shù)字信息的打印信號(hào)在電阻層產(chǎn)生電流脈沖，引起鄰近的墨幾乎瞬時(shí)蒸發(fā)并產(chǎn)生泡。用于固體噴墨打印機(jī)的打印頭組件的一個(gè)示例如圖1所示。該組件10包括一系 列功能板，每個(gè)功能板完成一個(gè)賦予的功能，用以控制熔融墨經(jīng)過該組件分散至基板上。在 特定的實(shí)施方式中，該打印頭組件10包括噴射管板組件11、帶有PZT板坯12的壓電換能器 板 13、高腳板(stand-off plate) 14、電路板 15、轉(zhuǎn)向器板(diverter plate) 17、歧管板 19 和柔性外壁20。該打印頭組件10的堆棧也可包括將該轉(zhuǎn)向器板17粘結(jié)至該電路板15的 離散(discrete)粘結(jié)層16，以及將該轉(zhuǎn)向器板17粘結(jié)至該歧管19的粘結(jié)層18。這些板通常由鋁和/或不銹鋼形成。在某些打印頭組件中，這些金屬板銅焊 (brazed)在一起。然而，改進(jìn)的打印頭已經(jīng)使用聚合物粘結(jié)劑膜來連接該堆棧內(nèi)的這些金 屬元件。特別地，粘結(jié)劑膜被應(yīng)用于相鄰的打印頭元件之間，且該堆棧被加熱并被緊壓直至 該粘結(jié)劑固化。一種常用的粘結(jié)劑是名為R1500的熱固型丙烯酸類聚合物。已發(fā)現(xiàn)，聚合 物膜，例如該R1500膜，會(huì)在該聚合物與該金屬本身之間具有低于最佳的界面，以至于該粘 結(jié)劑界面在較高的荷載下會(huì)切變。因此，在用于將打印頭堆棧固定在一起的粘結(jié)劑與該堆棧內(nèi)的金屬板之間需要改 進(jìn)的界面。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足這一需求，提供改善聚合物膜與該打印頭組件的該金屬板元件之間的粘 結(jié)力的助粘劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，用聚多巴胺涂覆金屬元件的表面。接著將該聚合物粘 結(jié)劑施加至該涂覆的元件。該聚多巴胺增強(qiáng)了該聚合物粘結(jié)劑與該金屬之間的粘結(jié)力，造 成提高的搭接剪切強(qiáng)度，并且提高了破壞載荷。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于制作用于固體噴墨打印機(jī)的打印頭組件(其中該打印頭 包括堆疊在一起的多個(gè)功能板)的方法包括用助粘劑層涂覆相鄰的功能板，將粘結(jié)劑施 加于這些功能板的該助粘劑層，以及用涂覆的功能板形成功能板堆棧。在一個(gè)方面，用助粘劑層涂覆相鄰的功能板的步驟包括提供多巴胺緩沖溶液，該 溶液具有適合支持該多巴胺聚合的PH值，以及將這些功能板的至少一個(gè)浸潤一段時(shí)間，該 一段時(shí)間適于將該板涂覆具有預(yù)定厚度的聚多巴胺層。該多巴胺緩沖溶液可具有約8. 5的 初始PH值。在氧化條件下，該多巴胺在被浸潤的元件上形成聚多巴胺層。維持該P(yáng)H足夠 形成所需聚多巴胺涂層厚度的時(shí)間，其后該P(yáng)H值被調(diào)整至足夠停止該厚度增長(zhǎng)的值，例如 約7.0。


圖1是適用于固體噴墨打印機(jī)的打印頭的元件分解圖。
圖2是根據(jù)一個(gè)公開的實(shí)施方式，聚多巴胺膜形成的示意圖。圖3是顯示該聚多巴胺膜的涂層厚度生長(zhǎng)與涂覆時(shí)間之間函數(shù)的圖表。圖4是多巴胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)式圖。
具體實(shí)施例方式在一個(gè)實(shí)施方式中，多巴胺緩沖溶液被用于在金屬基板例如該打印頭組件10的 金屬元件上，形成聚多巴胺涂層。在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，羥基酪胺鹽酸鹽多巴胺(化學(xué) 結(jié)構(gòu)式如圖4所示)，來源于Sigma-Aldrich公司，用來源于Teknova公司的Tris緩沖液 (IOOmM TrisHCL, 500mM NaCl)緩沖。將該多巴胺在該Tris緩沖液中10 1 Qmg至ImL的 比例)稀釋至PH值約8. 5，如圖2所述。在被浸潤至該多巴胺緩沖溶液之前，清洗該基板 S，例如由超聲清洗和O2等離子噴灑。將該基板S在該多巴胺緩沖溶液中浸潤產(chǎn)生所需聚多巴胺涂層厚度所必需的一 段時(shí)間。該涂層厚度是浸潤時(shí)間的函數(shù)，如圖3的圖表所示。優(yōu)選地，在該段時(shí)間內(nèi)該溶液 的PH值維持在約8. 5，以便利該多巴胺的聚合過程。當(dāng)達(dá)到對(duì)于所需厚度的該涂覆時(shí)間時(shí)， 通過將該溶液的PH值降低至低于達(dá)到該多巴胺的聚合所必需的PH值，終止該多巴胺的反 應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)，通過用合適的較低PH溶液(例如氯化鈉)稀釋，降低該pH值至約7.0，足夠終 止該聚多巴胺的涂覆過程。然后移走該涂覆的基板S'并在室溫下風(fēng)干。該助粘劑層的厚度最好足夠覆蓋該打印頭元件的所有表面形貌并在該聚多巴胺 和該聚合物粘結(jié)劑之間提供最佳的界面。另一方面，該聚多巴胺層不應(yīng)該太厚以至于不必 要地增加用于該打印頭組件的該元件堆棧的厚度。在某些實(shí)施方式中，已發(fā)現(xiàn)優(yōu)選厚度是 介于約7nm和約60nm之間，其與介于約4_9小時(shí)的涂覆時(shí)間相關(guān)，如圖3的圖表所反映的。在該打印頭10的制造中，每個(gè)金屬層(例如該轉(zhuǎn)向器板17和歧管19)用助粘劑 (例如如上所述的該聚多巴胺)涂覆。接著在組裝(assembly)之前，將該聚合物粘結(jié)劑施 加至這些涂覆的元件。舉例來說，該聚合物粘結(jié)劑可為可交聯(lián)丙烯酸粘結(jié)劑，或熱塑性聚酰 亞胺。此處舉例，該聚合物粘結(jié)劑為R1500粘結(jié)劑。該組裝最好維持在最佳的溫度和壓力以完善該聚多巴胺-粘結(jié)劑界面并接著固 化該聚多巴胺-粘結(jié)劑界面與待粘合的這些金屬基板之間的粘結(jié)。在特定的測(cè)試中，不銹 鋼測(cè)試條被涂覆并接著被用R1500粘結(jié)劑在196°C和95psi下粘合70分鐘。對(duì)于具體的粘 結(jié)劑和基板而言，這些適當(dāng)?shù)臈l件會(huì)與本例不同，且會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)容易地決定。用十個(gè)搭接剪切樣品實(shí)施強(qiáng)度測(cè)試。四個(gè)對(duì)照樣品未用該聚多巴胺助粘劑處理。 相反，不銹鋼條僅用該R1500粘結(jié)劑粘合。在剩余的六個(gè)樣品中，不銹鋼條用該聚多巴胺助 粘劑和如上所述的該R1500粘結(jié)劑粘合。這些樣品中的三個(gè)在該多巴胺溶液被浸潤八小 時(shí)，產(chǎn)生約60nm的涂層厚度。另三個(gè)樣品在該多巴胺溶液中被浸潤三小時(shí)，由此產(chǎn)生約7nm 的較薄涂層。這些對(duì)照，或未處理的樣品產(chǎn)生約1758psi的平均搭接剪切強(qiáng)度。具有60nm聚多 巴胺涂層的這些測(cè)試樣品產(chǎn)生約1994psi的平均搭接剪切強(qiáng)度。這些7nm的較薄聚多巴胺 涂層獲得了約2041psi的較大的平均搭接剪切強(qiáng)度。每個(gè)處理過的樣品顯示出比這些未處 理的樣品更大的搭接剪切強(qiáng)度。在測(cè)試之前并不清楚在高處理溫度(幾乎200°C )下，該聚多巴胺是否保持其增粘 特性。如上述結(jié)果所示，該聚多巴胺涂層在高溫下并未降解。這個(gè)結(jié)果還證實(shí)該聚多巴胺 涂層能夠經(jīng)受住該打印頭組件10的高操作溫度(高至約250V )。
另外，該聚多巴胺層是否會(huì)干擾該粘結(jié)劑固化的能力是不確定的。在所描述的實(shí) 施方式中，該粘結(jié)劑R1500是可交聯(lián)丙烯酸類聚合物。如上所述的測(cè)試結(jié)果揭示，該聚多巴 胺對(duì)該R1500粘結(jié)劑的交聯(lián)反應(yīng)不具有反作用。該聚多巴胺涂層可被施加至任何粘結(jié)在一起以形成該打印頭組件的元件，特別是 與聚合物粘結(jié)劑粘結(jié)的元件。該聚多巴胺涂層作為用于粘合的金屬元件例如該打印頭10 的這些不銹鋼和鋁元件的助粘劑，尤其有效。該打印機(jī)的其他元件也會(huì)受益于此處公開的 該聚多巴胺涂層的增粘特性?？梢灶A(yù)期，該助粘劑涂層會(huì)對(duì)各種可交聯(lián)丙烯酸粘結(jié)劑例如此處公開的該R1500 粘結(jié)劑有效?？梢赃M(jìn)一步預(yù)期，該助粘劑涂層會(huì)對(duì)其他熱固型粘結(jié)劑例如硅樹脂、環(huán)氧樹 脂、雙馬來酰亞胺、酚醛樹脂，和舉例來說，熱塑性聚酰亞胺有效。同樣可以預(yù)期，該助粘劑會(huì)對(duì)除了此處所公開的鋁或不銹鋼以外的構(gòu)成打印頭的 材料有益。舉例來說，可以預(yù)期，該助粘劑涂層會(huì)被有益地應(yīng)用于非金屬表面，例如由聚酰 亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺、聚苯硫醚和液晶聚合物構(gòu)成的非金屬表面。這 些基板可以片狀或以注塑的元件提供。進(jìn)一步可以預(yù)期，某些陶瓷，例如氧化鋁，也會(huì)從此 次所公開的助粘劑涂層受益。應(yīng)當(dāng)理解，上面描述的各種特征和功能，以及其他特征和功能，或者其等同，可更 理想地被合并為許多其他不同的系統(tǒng)或應(yīng)用。其后會(huì)被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完成的各種目 前無法預(yù)料的或者不曾預(yù)料到的上述特征和功能的等同、修正、改變或改進(jìn)，也將被涵蓋在 所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.打印頭組件，其包括 多個(gè)堆疊在一起的功能板；位于相鄰功能板之間的粘結(jié)層，用于將這些板粘結(jié)在一起；以及 位于至少一個(gè)功能板上的助粘劑涂層，其中該助粘劑涂層是在與該粘結(jié)層接觸之前施 加于該板的。
2.權(quán)利要求1的打印頭組件，其中該助粘劑涂層是聚多巴胺涂層。
3.權(quán)利要求1的打印頭組件，其中該粘結(jié)層包括可交聯(lián)丙烯酸粘結(jié)劑。
4.權(quán)利要求1的打印頭組件，其中該粘結(jié)層包括熱塑性聚酰亞胺。
全文摘要
打印頭組件包括多個(gè)被聚合物粘結(jié)劑粘結(jié)在一起成堆棧的功能板。與該聚合物粘結(jié)劑接觸的這些功能板的表面經(jīng)歷涂覆過程，該涂覆過程包括在應(yīng)用粘結(jié)劑之前提供助粘劑(即聚多巴胺)涂層。該粘結(jié)劑可為可交聯(lián)丙烯酸粘結(jié)劑或熱塑性聚酰亞胺。通過將該功能板浸潤至多巴胺緩沖溶液中一段足夠形成具有預(yù)定厚度涂層的時(shí)間來施加該聚多巴胺涂層。通過將這些功能板浸沒在該多巴胺緩沖溶液中并且同時(shí)將該多巴胺溶液的pH值維持在足夠使該多巴胺聚合的值，接著將這些板轉(zhuǎn)移至具有不足以維持該聚合反應(yīng)的pH值的溶液中，來控制該涂層的厚度。
文檔編號(hào)B41J2/16GK102085755SQ2010105435
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者約翰·R·安德魯斯, 頻艷·林 申請(qǐng)人:施樂公司