KR20140134603A

KR20140134603A - 고밀도 프린트헤드의 프린트헤드 구조체 제조에서 간극 에폭시 접착제 결합 방법

Info

Publication number: KR20140134603A
Application number: KR1020140049176A
Authority: KR
Inventors: 카넌고 만다키니; 자오 홍; 쭤 옌치아; 에스. 바데샤 산토크
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-11-24
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: JP6247589B2; US9050807B2; CN104149507A; US20140338833A1; KR102045725B1; JP2014223802A; CN104149507B

Abstract

잉크젯 프린트 헤드 형성 방법은 특정 잉크들과의 물리적 접촉으로 인한 악영향이 최소화 또는 제거되도록 에폭시 접착제를 처리하는 단계를 포함한다. 종래 기술에 따라 처리된 종래 접착제는 소정의 잉크들 예컨대 자외선 잉크 및 안료화 잉크에 노출될 때 중량 이익 및 압출된다고 알려져 있다. 본 교시의 실시태양은 특정 접착제를 처리하는 단계를 포함하여 생성된 에폭시 접착제는 프린트 헤드 분야에 적합하다.

Description

고밀도 프린트헤드의 프린트헤드 구조체 제조에서 간극 에폭시 접착제 결합 방법{PROCESS FOR BONDING INTERSTITIAL EPOXY ADHESIVE FOR FABRICATION OF PRINTHEAD STRUCTURES IN HIGH DENSITY PRINTHEADS}

본 발명은 고밀도 프린트헤드의 프린트헤드 구조체 제조에서 간극 에폭시 접착제 결합 방법에 관한 것이다.

비연속분사 (Drop on demand) 잉크젯 기술이 프린트 산업에 널리 이용된다. 비연속분사 잉크젯 기술을 적용하는 프린터는 열적 잉크젯 기술 또는 압전 기술을 이용할 수 있다. 열적 잉크젯보다 제조 비용이 고가이지만, 예를들면 더욱 다양한 잉크들을 이용할 수 있으므로 압전 잉크젯이 대체로 선호된다.

압전 잉크젯 프린트헤드는 압전 요소들 (즉, 압전 변환기들 또는 PZT)의 어레이를 포함한다. 어레이를 형성하는 방법은 접착제로 블랭킷 압전층을 이송 캐리어에 탈착 가능하게 결합시키고, 블랭킷 압전층을 절단하여(dicing) 다수의 개별 압전 요소들을 형성하는 단계를 포함한다. 다수의 절단장비 (dicing saw)를 통과시켜 인접 압전 요소들 사이의 모든 압전 재료들을 제거하여 각각의 압전 요소 간 정확한 간격을 제공한다.

압전 잉크젯 프린트헤드는 전형적으로 압전 요소들 어레이가 부착되는 가요성 다이어프램을 더욱 포함한다. 전형적으로 전원과 전기 접속되는 전극과의 전기적 연결을 통하여 압전 요소에 전압이 인가되면, 압전 요소는 휘거나 변위되어, 다이어프램이 굽혀지고 노즐을 통해 챔버로부터 일정량의 잉크를 방출한다. 이러한 굽힘으로 메인 잉크 저장소로부터 개구를 통하여 방출 잉크를 대체할 잉크를 인출한다.

잉크젯 프린트헤드 형성 공정은 전형적으로 제조 부품들로서 다중 재료 층들의 적층을 필요로 한다. 전통적인 프린트헤드 설계에서는 광화학적 식각된 형상들을 가지는 도금 스테인리스 강재 시티의 층들을 이용하여 이들을 납땜하여 강건한 구조체를 형성한다. 그러나, 비용 및 효율 개선으로, 대안 재료 이용 및 결합 방법이 적용된다. 일부 시트 금속 요소들을 대체하여 중합체 층들이 사용될 수 있지만, 중합체는 서로 및 금속층과 결합할 수 있는 적합한 특성을 가지는 접착제가 필요하다.

예를들면, 접착제는 프린트헤드에 사용되는 잉크들과 화학적으로 상용되어야 한다. 또한, 접착제는 사용 중의 프린트헤드 고장을 줄일 수 있는 소정의 물성을 가져야 한다. 접착제는 양호한 결합강도, 유체 통로 차단을 방지하기 위한 낮은 압출 (squeeze out)을 가져야 하고, 사용 중 상승 온도에서 충분한 내산화성을 가져야 한다. 또한, 일부 접착제는 질량 흡수 및 평윤이 일어나거나, 또는 소정 잉크 및 상승 온도에 노출될 때 사용 중 덜 유동적이고 더욱 강성일 수 있고, 이는 잉크 누출 또는 기타 고장 모드에 이를 수 있다. 일부 이러한 고장은 프린트헤드의 장기간 사용 후에만 발생될 수 있다.

일 실시태양에서, 잉크젯 프린트헤드 형성방법은 제1 기재의 제1 표면을 40℃ 내지 120℃로 가열하는 단계, 상기 제1 기재의 가열된 제1 표면을 에폭시 접착제의 제1 표면과 접촉시켜 상기 에폭시 접착제를 상기 제1 기재의 제1 표면에 부착하는 단계, 상기 에폭시 접착제의 제2 표면의 이형 라이너 (liner) 또는 제1 기재의 제2 표면 상에 롤러를 횡단 이동시켜 상기 에폭시 접착제의 제1 표면 및 상기 제1 기재의 제1 표면 사이 계면에 있는 기포들을 제거하는 단계, 및 상기 제1 기재 및 상기 에폭시 접착제를 22℃ 이하로 냉각시키는 단계로 구성된다. 연속하여, 본 방법은 제2 기재의 제1 표면을 40℃ 내지 120℃로 가열하는 단계, 제1 기재의 제1 표면에 에폭시 접착제가 부착된 채로, 상기 제2 기재의 가열된 제1 표면을 상기 에폭시 접착제의 제2 표면과 접촉시켜 상기 에폭시 접착제를 상기 제2 기재의 제1 표면에 부착하는 단계를 추가로 포함한다. 본 방법은 제2 기재의 제2 표면 상에 롤러를 횡단 이동시켜 에폭시 접착제의 제2 표면 및 상기 제2 기재의 제1 표면 사이 계면에 있는 기포들을 제거하는 단계, 상기 에폭시 접착제를 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재에 부착시킨 후, 상기 제1 기재, 상기 제2 기재, 및 상기 에폭시 접착제를 약 10 분 내지 약 20 분 동안 약 80℃ 내지 약 140℃로 가열하여 상기 에폭시 접착제를 부분 경화하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 에폭시 접착제 부분 경화 후, 상기 에폭시 접착제는 상기 제1 기재, 상기 제2 기재, 및 상기 에폭시 접착제를 20 분 내지 200 분 동안 및 40 psi 내지 100 psi 압력에서 100℃ 내지 300℃로 압축 가열하여 완전 경화한다.

다른 실시태양에서, 잉크젯 프린트헤드는 제1 기재, 제2 기재, 및 제1 기재 및 제2 기재 사이에 개재되고 상기 제1 기재를 상기 제2 기재에 물리적으로 연결시키는 에폭시 접착제를 포함한다. 상기 에폭시 접착제는 크레졸 노보락 수지 및 비스페놀 A 에폭시 수지를 포함하고, 상기 제1 기재를 상기 제2 기재로 결합하는 중첩 전단 강도는 200 psi을 넘는다. 잉크젯 프린트헤드는 잉크젯 프린트헤드 내부에서 에폭시 접착제와 물리적으로 접촉하는 자외선 겔 잉크 또는 안료화 잉크를 더욱 포함하고, 잉크에 20 주 동안 계속 노출될 때 에폭시 접착제의 질량 흡수 (mass uptake)는 0.4% 미만이다.

첨부 도면들은 명세서에 통합되고 일부를 구성하며, 상세한 설명과 함께 본 교시의 실시태양들을 설명하여 본 발명의 원리를 기술한다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은 본 발명의 실시태양에 의해 형성된 예시적 잉크젯 프린트헤드 일부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시태양에 의한 하나 이상의 프린트헤드를 포함한 프린터 사시도이다.

달리 명시되지 않는 한, 본원에서 사용되는 용어 “프린터”는 임의의 목적을 위하여 인쇄 출력 기능을 수행하는 예컨대 디지털 복사기, 제본기, 팩시밀리 기계, 다기능 기계, 정전사진식 장치 등 임의의 장치를 포괄하는 것이다. 달리 특정되지 않는 한, 용어 “중합체”란 열경화성 폴리이미드, 열가소성 수지, 폴리카보네이트, 에폭시 및 본 분야에서 알려진 화합물을 포함한 장쇄 분자들로부터 형성된 광범위한 탄소-기반의 임의 화합물을 의미한다.

특히 최근 잉크젯 프린트헤드 사용에서와 같은 가혹 환경 조건에서 많은 상이한 잉크젯 프린트헤드 층들 및 재료들 사이 신뢰할 수 있는 부착을 달성하는 것이 장치 제조업자의 관심이 되고 있다. 본 발명의 실시태양은 특히 화학적 가혹 잉크 예컨대 아크릴레이트-기반의 자외선 (UV) 잉크 및 안료화 잉크에 대한 저항성과 관련하여 프린트헤드 내의 다양한 적층된 층들 사이 더욱 견고한 물리적 접착 연결을 달성할 수 있고, 압전 변환기 (PZT)를 회로 층 예컨대 인쇄 회로 기판 또는 가요성 인쇄 회로로 전기적으로 연결시키는 상호접속에 대한 응력을 낮출 수 있다.

프린트헤드 구조체는 본 분야에서 알려져 있고 많은 층들이 적층된다. 적층에 사용되는 접착제는 화학적 가혹 잉크와 반응하지 않아야 하고, 상이한 재료들 표면에 양호하게 접착되어 고압 인쇄 과정에서 파손되지 않아야 하고, 고온 인쇄 과정 예를들면 고체 잉크를 이용한 인쇄 과정에서 유지되어야 한다. 도 1은 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 예시적 잉크젯 프린트헤드 구조체 (10) 일부를 도시한 것이다. 도 1의 프린트헤드 구조체 (10)는 유동벽 (12), 외부 매니폴드 (14), 및 외부 매니폴드 (14)에 외부 매니폴드 접착제 (18)로 부착되는 디버터 (16)를 포함한다. 도 1은 또한 디버터 부착 접착제 (22)로 디버터 (16)에 부착되는 보스 플레이트 (20)를 도시한다. 실시태양에서, 유동벽 (12)은 열가소성 폴리이미드를 포함하고, 외부 매니폴드 (14)는 알루미늄을 포함하고, 보스 플레이트 (20)는 스테인리스 강을 포함한다. 외부 매니폴드 (14)는 사용 중 고체 잉크 블록에서 용융되는 액체, 겔 잉크, UV 잉크, 또는 다른 액체 잉크를 수용하고 인쇄 온도로 잉크를 유지한다 (간략한 도시를 위하여 별도로 도시되지 않음). 도 1은 또한 몸체 (32), 수직 입구 (34), 분리기 (36), 록 스크린 (40)을 포함한 입자 여과기 (록 스크린) 층 (38), 정면 말단 매니폴드 (42), 및 노즐 (46)을 가지는 개구판 (44)을 도시한다. 개구판 (44)은 개구판 접착제 (48)로 정면 말단 매니폴드 (42)에 부착된다. 실시태양에서, 몸체 (32), 분리기 (36), 및 정면 말단 매니폴드 (42)는 금속 예컨대 스테인리스 강을 포함하고, 수직 입구 (34), 록 스크린 층 (38), 개구판 접착제 (48), 및 개구판 (44) 각각은 하나 이상의 중합체를 포함한다. 조립체 (10)는 공지된 가공 방법, 예컨대 가압의 스택 프레스를 이용하여 제조된다. 도 1은 또한 기재 (52) 예컨대 반도체 웨이퍼 단면, 글라스 층, 금속층, 기타 등, 스탠드오프층 (54), 프린트헤드 다이어프램 (멤브레인) (56), 보스 플레이트 접착제 (70), 다이어프램 접착제 (72), 반도체 웨이퍼 단면에 부착되는 주문형 반도체 (ASIC) (58), 및 상호접속 층 (60) 예컨대 ASIC (58)아 전기적 연결되는 가요성 (flex) 회로 또는 인쇄 회로 기판을 도시한다. 상기된 바와 같이, 기재 (52)는 실리콘, 갈륨 비소, 금속, 글라스, 기타 등일 수 있다. 또한, 스탠드오프층 (54)은 이산화규소 및/또는 SU-8 포토레스지트일 수 있다. 다이어프램 (56)은 금속 예컨대 티타늄, 니켈, 또는 금속 합금일 수 있다. 기재 (52)는 회로 패턴을 포함한다. 도 1은 단일 잉크 포트 (74) 및 노즐 (46)을 보이는 프린트헤드 일부를 도시한 것이라는 것을 이해하여야 하고, 기타 구조체가 부가되거나 현존 구조체가 생략되거나 변경될 수 있다. 현재 설계된 프린트헤드는, 각각의 색상 (예를들면CMYK 칼러 모델에서 시안, 마젠타, 황색, 검정색)에 대하여 대응되는 4개의 잉크 입구들 및 7040 노즐들을 가진다. 도 1 의 구조체는 본 발명의 실시태양에 따라 형성될 수 있고 본 발명의 실시태양에 따른 구조체를 포함한다.

프린트헤드 적용에 적합한 접착제는 금속층들 (예를들면, 스테인리스 강, 알루미늄, 기타 등) 및/또는 폴리이미드 층들의 임의의 조합을 결합할 수 있어야 한다. 접착제 선택에 있어서, 유사한 배합물은 상이한 특성 및 작동 특성을 가질 수 있다. 특정 용도에 필요한 특성을 가지는지를 결정하기 위하여 접착제 특성을 특정하기 위하여 상당한 노력이 요구된다. 공급업자는 일부 작동 특성들을 공개하지만, 기타 미지의 특성이 적합한 접착제를 검색하는 제조업자에게 특히 중요하고 따라서 제조업자에 의한 적합한 접착제 특정이 필요하다. 상당한 수의 접착제 배합물이 상업적으로 입수되고 필요한 특성을 가지는 접착제를 식별하는 것은 엄청난 도전이다. 선택을 더욱 복잡하게 하는 것은 접착제는 다른 두께 및 상이한 온도에서 상이한 특성을 구현한다는 것이다. 또한, 접착제는 유사한 배합의 상이한 화합물, 예를들면 유사하지만 상이한 잉크 배합물에 노출되면 달리 반응한다. 에폭시 수지 및 경화제의 다양한 조합은 최종 경화 단계에서 광범위한 화학적 및 기계적 특성을 나타낸다.

본 발명의 실시태양은 둘 이상의 프린트헤드 부품들을 물리적으로 함께 부착시키기 위한 접착제 용도를 포함한다. 사용에 있어서, 접착제는 가혹한 화학적 잉크들, 예컨대 안료화 잉크 및 UV 겔 잉크 및 예를들면, 고체 잉크를 인쇄하는데 연관되는 고온 및 고압에 노출된다. 실시태양에서, 접착제는 열경화성 중합체인 에폭시-기반 액체 접착제이고, Woburn, MA에 소재한 Resin Designs, LLC에서 입수되는 TechFilm TF0063-86 (즉, TF0063-86)일 수 있다. 실시태양에서, 본 발명의 실시태양에 의해 적합하게 가공될 때, 상기 접착제를 이용하여 고성능, 저비용, 고밀도 잉크젯 프린트헤드 제조가 가능하다. 상기 접착제는 현재 인쇄 분야에서 사용되는 적용하기 어려운 잉크에 대하여 내화학성을 가지고 고온, 고압의 인쇄 조건에서 부착성을 유지한다.

상기된 접착제, TF0063-86은 중간 단계 (B-stage), 이액형 (two part) 에폭시이다. 많은 에폭시에서와 같이, TF0063-86은 에폭시 수지 및 에폭시 경화제 (즉, 경화촉진제)를 포함하고 함께 혼합되어 최종 접착제를 제공한다. 더욱 상세하게는, TF0063-86 에폭시 필름 접착제는 2종의 비스페놀 A 에폭시 수지들, 크레졸 노보락 수지, 이미다졸 아민 경화촉진제 및 잠재성 경화제, 디시안디아미드 (즉, “DICY”)를 포함한 기초 성분들의 혼합물이다. 경화촉진제 및 잠재성 경화제와 결합되는 비스페놀 A 에폭시 수지들 (DGEBA 수지들) 및 크레졸 노보락 수지의 혼합물은 적합한 열적-산화 저항성, 양호한 작업성, 긴 가용 시간, 및 일부 접착제들보다 더 높은 내열성을 제공한다. 또한, 상대적으로 소량 예를들면, 약 2% 내지 3중량% 존재하는 DICY 잠재성 경화제는, 산화 공격에 취약한 경화 소재의 아민 결합수를 감소시킨다. 수지들 및 경화제의 조합 및 비율은 실온에서 가용 시간을 연장시킨다. 용제, 예를들면 2-부톡시 에틸 아세테이트는 미-경화 에폭시 혼합물을 희석시키기 위하여 사용되고, 따라서 필름으로 사용되는 라이너 상에 도포될 수 있다. 더불어, 이러한 용제는 최소량으로 잔류하여 접착제 필름 취급 용이성이 개선된다. 이러한 필름은 레이저 삭마 작업으로 정확하게 소정 구조로 절단될 수 있다는 것이 확인되었다.

크레졸 노보락 수지 화학구조는 다음과 같다:

크레졸 노보락 수지의 다른 화학 구조는 다음과 같다:

사용되는 경화제는 DICY일 수 있고, 다음 구조를 가진다:

DICY는 본 발명에 따라 처리될 때 결정을 형성하는 대표적인 잠재성 경화제이다. 수지 내에 분산되는 미세 분말 형태로 사용된다. 상기 물질은 매우 장기의 가용시간, 예를들면 6 내지 12 개월을 가진다. DICY는 고온, 예를들면 약 160℃ 내지 약 180℃에서 약 20 분 내지 약 60 분에 경화된다. 경화된 DICY 수지는 양호한 접착성을 가지고 기타 수지들보다 오염에 덜 취약하다. DICY는 1액형 접착제, 분말도료, 및 예비-함침 복합 파이버 (즉, “pre-pregs”) 에서 사용된다.

에폭시 접착제에서 사용 가능한 기타 공-경화제 (co-curing agent)는 이미다졸이다. 이미다졸은 상대적으로 장기의 가용 시간, 중간 온도 (80℃ 내지 120℃)에서 상대적으로 짧은 기간 열적으로 처리함으로써 높은 열 변형 온도를 가지는 경화 수지 형성 능력, 및 작업성을 개선시키는 적정 반응성을 가지는 다양한 유도체의 가용성에 특징이 있다. DICY와 함께 공-경화제로써 사용할 때, 이미다졸은 접착제가 일부 기타 공-경화제와 사용될 때보다 더욱 양호한 가용 시간, 더욱 신속한 경화 속도를 보이고, 경화 소재는 더욱 높은 내열성을 가진다.

공-경화제로 포함되는 다양한 이미다졸들의 일부 대표적인 화학 구조는, 1메틸이미다졸:

2-에틸, 4-메틸 이미다졸:

및 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸륨 트리멜리테이트를 포함한다:

TF0063-86은 제1 이형 라이너 및 제2 이형 라이너 사이에 개재되는 고형 접착제로 제공되고, 접착제는 제1 기재를 제2 기재에 부착시키기 위하여 사용된다. 본 교시의 일 실시태양에서, 이형 라이너가 제거되고 접착제 제1 표면이 노출되며, 접착제 제1 표면은 제1 기재의 표면에 접촉되고, 제2 이형 라이너가 제거되고 접착제 제2 표면이 노출되며, 접착제 제2 표면은 제2 기재의 표면과 접촉된다. 하기 실시태양들은 제1 이형 라이너 및 제2 이형 라이너 사이에 개재되는 고형 접착제를 참조하지만, 기타 실시태양들도 고려될 수 있다.

본 발명의 일 실시태양에서, 접착제는 2종의 표면들을 함께 부착 또는 결합시키기 위하여 사용되고 이때 접착제에 적용되는 특정 방법이 사용된다. 본 방법으로 인하여 접착제는 다른 도포 방법이 사용된다면 달성할 수 없는 프린트헤드 형성에 있어 다양한 바람직한 작업 특성 또는 성질을 가지게 된다. 새로운 형성 방법은 고압에서 최소로 또는 전혀 압출 (squeeze out)되지 않고 거의 또는 전혀 기포들을 형성하지 않고 양호한 결합 강도를 가지는 프린트헤드 간극 결합용 TF0063-86 에폭시 접착제를 사용하는 것이다.

TF0063-86 접착제를 이용한 2 이상의 표면들 결합 방법은 다음과 같은 실시태양들을 포함한다. 본 방법은 간결한 기재를 위하여 TF0063-86 필름을 이용하여 제1 기재로서 폴리이미드 필름과 제2 기재로서 스테인리스 강판의 부착을 참조하지만, TF0063-86 에폭시 접착제는 기타 기재들 예를들면 다양한 금속들, 폴리이미드 층들, 폴리이미드가 아닌 중합체들, 및 이들의 조합을 함께 부착하기 위하여도 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

일 실시태양에서, 표면 준비 공정을 통하여 결합 대상 기재 표면들이 준비된다. 기재 재료 조성은 분야에 따라 다르며 금속들 예컨대 스테인리스 강 또는 알루미늄, 또는 중합체들 예컨대 폴리이미드 기타를 포함한다. 표면 준비 과정은 제1 및 제2 기재들을 용제 예컨대 이소프로필 알코올 (이소프로판올, IPA)로 세척하여 잔류 오염 물질 예컨대 기름 및 공기 중 입자들을 제거한다.

결합 표면들을 용제로 세척한 후, 표면 준비 과정은 결합 표면들의 플라즈마 세척 과정을 추가로 포함할 수 있다. 일 실시태양에서, 플라즈마 세척 과정은 약 2 분 내지 약 10 분 간의 산소 플라즈마 세척 공정을 포함한다. 플라즈마 세척 과정을 통하여 임의의 오염물들은 결합 표면들에서 더욱 제거되고 기재는 더욱 거칠어져 결합 표면적이 증가됨으로써 부착이 개선된다.

표면 준비 과정 후, 접착제 및 접착제와 부착되는 제1 기재를 준비한다. 일 실시태양에서, 제1 이형 라이너를 고형 접착제 제1 표면에서 제거한다. 적어도 제1 기재의 결합 표면을 부착 온도 약 40℃ 내지 약 120℃, 또는 약 50℃ 내지 약 100℃, 또는 약 50℃ 내지 약 60℃로 가열한다. 예를들면, 열판 상에서 또는 오븐 내에서 제1 기재를 가열함으로써 이러한 가열 과정을 수행한다. 제1 기재 전체가, 또는 결합 표면만이 가열될 수 있다. 제1 기재의 결합 표면 가열 후, 고형 접착제의 제1 표면을 제1 기재의 결합 표면과 접촉시켜, 예를들면 접착제 제1 표면을 결합 표면에 올려서 제1 접착제에 부착시킨다.

부착 온도에서, 접착제의 제2 표면 상의 노출된 제2 이형 라이너, 제1 기재의 제2 표면 (배면), 또는 양쪽 모두에 롤러를 가압하여 횡단 이동시켜 제1 기재-접착제 조립체에 굴린다. 이러한 롤링 단계는 접착제의 제1 표면 및 제1 기재의 결합 표면 사이 계면에 있는 기포들을 제거하는데 조력한다. 일 실시태양에서, 롤러는 제1 기재-접착제 조립체를 횡단하여 가압 하에, 예를들면 표면에 대하여 롤러 압력 약 1 psi 내지 약 10 psi, 또는 약 1 psi 내지 약 5 psi으로 굴려진다.

본 처리 단계 후, 제1 기재-접착제 조립체를 주변 온도 22℃ 이하로 냉각하여 제1 기재는 접착제에 부착된다. 이러한 부착 공정은 기포들을 감소 또는 제거하기 위하여 기재 상에 접착제를 습윤화 시키는 것이다.

연속하여, 제2 이형 라이너를 고형 접착제의 제2 표면에서 떼어낸다. 적어도 제2 기재의 결합 표면을 제1 기재에 대하여 상기된 부착 온도, 약 40℃ 내지 약 120℃, 또는 약 50℃ 내지 약 100℃, 또는 약 50℃ 내지 약 60℃에서 약 1 분 내지 약 5 분 동안 가열한다. 이러한 가열 과정은, 예를들면, 제2 기재를 열판 상에서 또는 오븐 내에서 가열하여 진행된다. 제2 기재 전체, 또는 결합 표면만이 가열될 수 있다. 제2 기재의 결합 표면을 가열한 후, 고형 접착제의 제2 표면을 제2 기재의 결합 표면과 접촉시켜, 예를들면 접착제의 제2 표면을 결합 표면에 올려놓아 제2 기재를 접착제에 부착시킨다.

부착 온도에서, 가압 하에 롤러를 제2 기재 배면에 횡단 이동시켜 제2 기재-접착제 조립체에 굴림으로써 접착제의 제2 표면 및 제2 기재의 결합 표면 간 계면에 있는 기포들 제거에 도움이 된다. 일 실시태양에서, 롤러는 제2 기재-접착제 조립체를 횡단하여 가압 하에, 예를들면 표면에 대하여 롤러 압력 약 1 psi 내지 약 10 psi, 또는 약 1 psi 내지 약 5 psi으로 굴려진다. 제2 기재-접착제 조립체에 대한 롤링 후, 점착성 TF0063-86 접착제로 제1 및 제2 기재들은 부분적으로 함께 부착된다. 제1 및 제2 기재들 및 TF0063-86 접착제를 포함한3층의 조립체는 주변 온도로 냉각되거나, 냉각 없이 다음 공정 단계, 예를들면 하기와 같이 부분 경화 온도로 온도를 변경시킨다. 3층 조립체를 참조하여 공정이 기술되지만, 3 층 조립체는 3 층 조립체에 부착되는 추가 기재들, 예를들면 기타 TF0063-86 접착제 층들 또는 존재하는 TF0063-86 접착제의 기타 일부들을 포함할 수 있다.

제2 기재-접착제 조립체 롤링으로 3 층 조립체 형성 후, 접착제의 부분 경화 공정이 수행된다. 3 층 조립체는 부분 경화 온도인 약 80℃ 내지 약 140℃, 또는 약 90℃ 내지 약 120℃, 또는 약 100℃ 내지 약 120℃, 예를들면 약 120℃로 가열된다. 3 층 조립체는, 예를들면, 열판 상에서 또는 오븐 내에서 가열될 수 있다. 3 층 조립체가 부분 경화 온도에 도달되면, 3 층 조립체에 약 10 분 내지 약 20 분, 예를들면 약 15 분 동안 열이 가해진다. 이러한 부분 경화 공정은 연속되는 공정 과정에서 접착제 압출 감소, 최소화 또는 제거를 위한 중요 단계이다. 온도 및/또는 부분 경화 시간이 불충분하거나 과도하다면, 접착제 압출, 접착제 과도-경화, 또는 접착제 성분들 손상이 발생될 수 있다.

부분 경화 공정 후, 3 층 조립체는 가압 하에, 예를들면 젯 스택 프레스에서, 최종 결합 온도로 가열되어 결합 공정을 완성하여 완전 경화된 접착제를 형성한다. 일 실시태양에서, 조립체는 최종 결합 온도인 약 100℃ 내지 약 300℃, 또는 약 150℃ 내지 약 200℃, 또는 약 180℃ 내지 약 200℃, 예를들면 약 190℃로 가열된다. 3 층 조립체가 최종 결합 온도에 도달하면, 3 층 조립체는 약 20 분 내지 약 200 분, 또는 약 60 분 내지 약 100 분, 예를들면 약 70 분 도안 열이 가해진다. 최종 결합 온도에서, 젯 스택 프레스의 결합 압력은 약 40 psi 내지 약 100 psi, 또는 70 psi 이하, 또는 최대 압력 70 psi, 예를들면 약 55 psi로 3 층 조립체에 인가된다. 최종 결합 온도에서 상기 결합 압력에서 상기 시간 동안 접착제를 경화 한 후, 압력 및 온도는 주변 수준으로 감소되어 결합 공정이 완성된다. 개시 목적으로, “완전 경화된” 접착제란 프린트헤드 사용에 충분할 정도로 경화된 (예를들면, 95% 이상 경화) 접착제를 언급하는 것이다. 예를들면, 완전 경화된 접착제가 100% 경화되었는지에 따라 경화제 예컨대 DICY 및/또는 공-경화제 예컨대 이미다졸은 완전 경화된 접착제에 잔류하거나 그렇지 않을 수 있다. 일 실시태양에서, 예비-경화된 조성물에서의 경화제에 대한 에폭시 비율에 따라, 접착제가 100% 경화된다고 하여도 경화 후 경화제 예컨대 DICY는 매트릭스에 잔류한다.

일 실시태양에서, 도 1을 참고할 때, TF0063-86 에폭시 접착제를 외부 매니폴드 접착제 (18), 디버터 부착 접착제 (22), 개구판 접착제 (48), 보스 플레이트 접착제 (70), 다이어프램 접착제 (72), 또는 대체로 임의의 프린트헤드 접착제로 사용한다. 에폭시 접착제는 하나 이상의 금속 (예를들면, 스테인리스 강, 알루미늄, 구리, 금속 합금, 기타 등), 하나 이상의 반도체 (예를들면, 실리콘, 갈륨 비소, 기타 등), 및/또는 하나 이상의 유기 또는 무기 중합체 (예를들면, 폴리이미드, 나일론, 실리콘, 기타 등)의 임의의 조합을 물리적으로 부착하기 위하여 사용된다.

시험 과정에서, 본 발명의 하나 이상의 가공 실시태양들에 따라 제조된 경화된 에폭시 접착제는 프린트헤드 적용에 적합한 특징 및 특성을 보였다. 하나의 시험에서, 상기 실시태양에 따라 제조되는 TF0063-86 접착제를 포함한 접착제 샘플에 노즐이 천공되고 기포들을 평가하였다. 20 μm 이상의 어떠한 기포들이 발견되지 않았다.

경화된 접착제의 치수가 5% 이상 변경될 때 접착제의 위킹 (Wicking) 또는 압출이 발생되고, 이는 고압 인쇄 과정에서 잉크 누출 또는 프린트헤드 파열에 이를 수 있다. 예를들면, 고형 잉크젯 프린트헤드 내의 압력이 10 psi까지 이를 수 있다. 주제 (subject) 재료는 5% 미만의 압출을 보였다. 압출 시험은 상기 실시태양에 따라 처리된 500 μm 노즐들을 가지는 스테인리스 강 층 및 폴리이미드 층 사이에 끼워진 TF0063-86 접착제를 포함한 조립체에 대하여 실시하였다. 완성된 접착제는 약 1 mil의 두께를 가진다. 젯 스택 프레스에서 최종 결합된 후 모든 노즐들이 개방되었다. 동일 공정으로 제조된 상이한 프린트헤드 접착제는 노즐들이 완전히 막혀 만족할 결과를 주지 못하였다. 또한, 부분 경화 단계가 없는 동일한 접착제는 만족스럽지 못하였다.

금속 대 금속, 금속 대 폴리이미드, 또는 폴리이미드 대 폴리이미드의 충분한 결합을 제공하기 위하여, 접착제는 재료와 무관하게, 약 200 psi 이상의 중첩 전단 강도를 제공하여야 한다. 일부 접착제들 이러한 기준을 최소한으로 만족하고, 이러한 기준을 충족시키지 못하거나, 또는 실온에서만 이러한 기준을 만족시킨다. 접착이음 샘플 제조에서, 스테인리스 강 접착면들은 IPA 초음파 조에서 5분간 세척된 후, 다시 4분간 세정제로 초음파 세척되고, 이어 5분간 탈이온수로 세척한 후, 100℃에서 30 분 동안 오븐 건조하고, 이어 플라즈마 세척이 진행된다. TF0063-86 접착제는 1.0 mil 두께로 상기된 접착면들 사이에 결합된다. 0.62 in² 면적에 대하여, 최대 하중은 1627.2 파운드-힘 (lbf)이고, 제1 기재를 제2 기재로 결합하는 중첩 전단 강도는 2600 psi (2625 psi) 초과였다. 따라서 상기 방법으로 제조된 소재는 프린트헤드 적용에 양호한 결합 강도를 보였다.

또한, 가혹 잉크에 노출될 때 접착제 중량 이익 (즉, 질량 흡수) 결과로 팽윤되어, 고온, 고압 사용 과정에서 프린트헤드 누출 또는 파열이 초래될 수 있다. 본 발명의 실시태양에서, 겔 UV 잉크에 노출될 때, 90℃에서 20주 동안 가혹 잉크에 노출될 때 경화된 에폭시 접착제는 중량 이익 및 팽윤에 견디고 (즉, 0.4% 미만의 중량 이익) 따라서 가혹 잉크와 상용될 수 있다. 반대로, 프린트헤드 제조에 사용되는 일부 종래 잉크는 가혹 잉크에 노출될 때 상당한 중량 변화를 보이고, 일부 경우에는 중량 변화는 시험 1000 시간 이내에 160% 정도로 크다.

일부 에폭시 접착제는 예를들면 200 psi 이상 고압을 이용하여 경화되지만, 주제 재료는 200 psi 이하 예를들면 약 55 psi의 압력에서 경화된다. 다양한 프린트헤드 구조체 예컨대 압전 요소 및 전기 회로가 고압 조립 공정에서 손상될 수 있으므로 프린트헤드 제조 과정에서 잠재적인 극한의 압력이 회피된다. 그러나, 접착제 결합 및 프린트헤드 신뢰성을 개선시키기 위하여 일부 종래 접착제를 이용하여 종래 방법에서 고압이 적용된다.

TF0063-86 접착제를 이용하여 도 1의 구조체와 같은 적층된 프린트헤드 구조체 형성 후, 프린트헤드를 잉크 (206) (도 2), 예를들면 UV 잉크 또는 안료화 잉크로 충전하였다. 이들 잉크는 프린트헤드 내부 잉크에 노출되는 종래 방법으로 적용되는 종래 에폭시 접착제와 특히 화학적으로 반응한다. 실시태양에서, 주제 재료는 잉크와의 화학적 반응, 예를들면 중량이익 및 팽윤 (질량 흡수)에 견딘다.

또한, 일 실시태양에서, 에폭시 접착제의 저장 탄성률은20℃에서 약 100 메가파스칼 (MPa) 내지 약 1500 MPa이고120℃에서 약 3 MPa 내지 약 700 MPa이다. 실시태양의 접착제는 20℃에서 1개월 이상 및 0℃에서 1년 이상의 사용 수명을 가진다.

인접 층들 간의 잉크 누출을 줄이기 위하여, 접착제 내의 충전재 입자 크기는 가능한 작아야 한다. 본 발명 소재 내의 충전재는 다수의 입자들을 포함하고, 다수의 입자들 각각의 최대 직경 (또는 임의 방향에서 최대 치수)은 1.0 μm 이하이다. 충전재는 하나 이상의 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 알루미나 삼수화물, 황산바륨, 티타니아 및 카놀린 클레이를 포함한다.

도 2는 본 발명의 실시태양을 포함한 적어도 하나 프린트헤드 (204) 가 장착되고 프린트헤드 (204)를 내장하는 프린터 하우징 (202)을 포함하는 프린터 (200)를 도시한 것이다. 작동 과정에서, 잉크 (206)가 하나 이상의 프린트헤드 (204)로부터 토출된다. 프린트 매체 (208) 예컨대 종이 시트, 플라스틱, 기타 등에 원하는 화상을 생성하기 위하여 디지털 명령에 따라 프린트헤드 (204)가 작동된다. 프린트헤드 (204)는 프린트 매체 (208)에 대하여 스캐닝 운동으로 전후로 이동하여 광폭 방식 (swath by swath)으로 인쇄 화상을 생성한다. 달리, 프린트헤드 (204)는 고정되고 프린트 매체 (208)가 상대적으로 이동하여, 단일 패스로 프린트헤드 (204) 폭의 화상을 생성한다. 프린트헤드 (204)는 프린트 매체 (208)의 폭이거나 더 좁을 수 있다. 다른 실시태양에서, 프린트헤드 (204)는 연속하여 프린트 매체로 전사되는 중간 표면 예컨대 회전 드럼 또는 벨트 (간략하게 도시하기 위하여 미도시)에 인쇄할 수 있다.

Claims

잉크젯 프린트헤드 형성방법에 있어서, 상기 방법은:
제1 기재의 제1 표면을 40℃ 내지 120℃로 가열하는 단계;
상기 제1 기재의 가열된 제1 표면을 에폭시 접착제의 제1 표면과 접촉시켜 상기 에폭시 접착제를 상기 제1 기재의 제1 표면에 부착시키는 단계;
상기 에폭시 접착제의 제2 표면상의 이형 라이너(liner) 또는 상기 제1 기재의 제2 표면에 롤러를 횡단 이동시켜 상기 에폭시 접착제의 제1 표면 및 상기 제1 기재의 제1 표면 사이 계면에 있는 기포들을 제거하는 단계;
상기 제1 기재 및 상기 에폭시 접착제를 22℃ 이하로 냉각시키는 단계;
제2 기재의 제1 표면을 40℃ 내지 120℃로 가열하는 단계;
상기 에폭시 접착제가 상기 제1 기재의 제1 표면에 부착된 채로, 상기 제2 기재의 가열된 제1 표면을 상기 에폭시 접착제의 제2 표면에 접촉시켜 상기 에폭시 접착제를 상기 제2 기재의 제1 표면에 부착시키는 단계;
제2 기재의 제2 표면에 롤러를 횡단 이동시켜 상기 에폭시 접착제의 제2 표면 및 상기 제2 기재의 제1 표면 사이 계면에 있는 기포들을 제거하는 단계;
상기 에폭시 접착제를 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재에 부착시킨 후, 상기 제1 기재, 상기 제2 기재, 및 상기 에폭시 접착제를 약 10 분 내지 약 20 분 동안 약 80℃ 내지 약 140℃로 가열하여 상기 에폭시 접착제를 부분 경화하는 단계; 및
상기 에폭시 접착제 부분 경화 후, 상기 제1 기재, 상기 제2 기재, 및 상기 에폭시 접착제를 프레스에서 40 psi 내지 100 psi 압력으로 100℃ 내지 300℃로 20 분 내지 200 분 동안 가열하여 에폭시 접착제를 완전 경화하는 단계를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 기재를 가열하는 단계는 상기 제1 기재를 50℃ 내지 60℃로 가열하고;
상기 제1 기재를 가열하는 단계는 상기 제1 기재를 50℃ 내지 60℃로 가열하고;
상기 에폭시 접착제를 부분 경화하는 단계는 상기 에폭시 접착제를 약 120℃로 가열하고;
상기 에폭시 접착제를 완전 경화하는 단계는 약 55 psi 압력에서 상기 에폭시 접착제를 약 190℃로 가열하는, 잉크젯 프린트헤드 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 접착제의 제2 표면 상의 이형 라이너 또는 상기 제1 기재의 제2 표면에 횡단하여 롤러를 이동하는 단계는 1 psi 내지 10 psi의 롤러 압력에서 수행되고;
상기 제2 에폭시 접착제의 제2 표면에 횡단하여 롤러를 이동하는 단계는 1 psi 내지 10 psi의 롤러 압력에서 수행되는, 잉크젯 프린트헤드 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 기재의 제1 표면 및 상기 제2 기재의 제1 표면을 용제로 세척하는 단계; 및
상기 제1 기재의 제1 표면 및 상기 제2 기재의 제1 표면을 용제로 세척한 후, 상기 제1 기재의 제1 표면 및 상기 제2 기재의 제2 표면을 플라즈마에 노출시켜 상기 제1 기재의 제1 표면 및 상기 제2 기재의 제1 표면을 더욱 세척하는 단계를 추가로 포함하는, 잉크젯 프린트헤드 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 기재는 중합체 및 금속 중의 하나이고, 상기 제2 기재는 중합체 및 금속 중 다른 하나인, 잉크젯 프린트헤드 형성방법.
잉크젯 프린트헤드에 있어서,
제1 기재;
제2 기재;
상기 제1 기재 및 상기 제2 기재 사이에 개재되고, 상기 제1 기재를 상기 제2 기재로 물리적으로 결합하는 에폭시 접착제로서, 크레졸 노보락 및 비스페놀 A 에폭시 수지를 포함하고; 상기 제1 기재를 상기 제2 기재로 결합시키는 중첩 전단 강도는 200 psi 초과인 에폭시 접착제; 및
상기 에폭시 접착제와 물리적으로 접촉하는 잉크젯 프린트헤드 내의 잉크로서, 잉크는 자외선 겔 잉크 또는 안료화 잉크이고, 상기 에폭시 접착제가 20 주 동안 연속적으로 잉크에 노출될 때 0.4% 미만의 질량 흡수를 보이는, 잉크젯 프린트헤드.
제6항에 있어서, 상기 크레졸 노보락 수지의 화학 구조는 다음:

을 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
제6항에 있어서, 상기 에폭시 접착제는 디시안디아미드 경화제를 더욱 포함하고 디시안디아미드 경화제의 화학 구조는 다음:

을 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
제6항에 있어서, 상기 에폭시 접착제는 이미다졸 공-경화제를 더욱 포함하고 이미다졸 공-경화제의 화학 구조는 다음:

을 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
제6항에 있어서, 상기 제1 기재를 상기 제2 기재에 결합하는 에폭시 접착제의 중첩 전단 강도는 2600 psi 초과인, 잉크젯 프린트헤드.