專利名稱：用于噴墨打印頭的超聲波層壓材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及打印設備領域，，更具體地涉及包含諸如噴墨打印頭之類的打印頭的打印設備。
背景技術：
在用于消費者和工業(yè)用途的如紙等印刷介質上打印圖像通常由激光技術和噴墨技術主導。隨著噴墨打印分辨率和印刷質量提高，噴墨技術已變得更加常見。噴墨打印機通常使用熱噴墨技術或壓電技術。盡管制造壓電噴墨噴嘴比制造熱噴墨噴嘴更昂貴，但例如因為壓電噴墨噴嘴可以使用更多種類的墨，所以它們通常受到青睞。壓電噴墨打印頭通常包括由例如不銹鋼制造的柔性膜片。壓電噴墨打印頭還可包括連接至該膜片的成陣列的壓電換能器(即，致動器)。其它的打印頭結構可以包括一個或多個激光圖案化的電介質隔離層和與每個換能器電耦合的柔性印刷電路(柔性電路)或印刷電路板(PCB)。打印頭還可以包括主體板、進口 /出口板、和孔板，它們其中的每一個可以由不銹鋼制造?？装灏ǘ鄠€管嘴(即，一個或多個開口、孔、或噴嘴)，在打印過程中墨水通過這些管嘴被分配。在使用壓電打印頭的過程中，通常通過壓電換能器與電氣耦合到電壓源的柔性電路電極的電連接將電壓施加到壓電換能器，這導致壓電換能器彎曲或偏折，從而導致膜片的彎曲。由壓電換能器使膜片彎曲，使墨室內的壓強增加并通過在孔板中特定的管嘴從該室排出一定量的墨。當膜片返回到其松弛(不彎曲)位置，其使得該室內的壓強減小，并將墨從主要的墨容器通過開口吸到該室，以替補所排出的墨。

用于噴墨打印頭的復合的三維微流體通道(墨端口)可以通過組裝多個層來制造，這些層可以包括許多不同的材料，如一個或多個激光圖案化的聚合物、經蝕刻的不銹鋼層、和鋁層。制造工藝可以包括在壓機內將這些層堆疊并施加高的壓強和溫度。多個粘合劑膜被用于使得材料層結合在一起。粘合劑的固化周期可以要求在壓機內在該堆疊層上施加壓強和溫度持續(xù)一延長的時間，例如兩個小時，以盡量減少層的分離和打印頭在使用過程中的過早失效。將各種打印頭的層結合在一起的粘合劑基于其結合的可靠性和其與固體墨和紫外墨的兼容性而配制。

發(fā)明內容
用于形成打印機子組件的方法的一種實施方式可以包括使用一種方法形成噴墨打印頭，該方法包括:設置第一層與第二層接觸，使用超聲波喇叭以對該第二層施加壓強從而保持該第二層在該第一層和該第二層之間的界面處抵靠該第一層，使用該超聲波喇叭在該第一層和該第二層之間的界面處施加超聲波頻率，以及固化該第一層和該第二層中的至少一個以將該第一層物理地連接到該第二層。在一種優(yōu)選的實施方式中，其中，所述第一層是熱固化層，所述第二層是覆蓋在熱流動性層上的覆蓋層，并且所述方法優(yōu)選進一步包括:設置下伏層與所述熱固化層接觸，使得所述熱固化層插入所述下伏層和所述覆蓋層之間并與所述下伏層和所述覆蓋層接觸；以及在所述熱流動性層和所述覆蓋層之間的所述界面處的所述超聲波頻率的所述施加的過程中，加熱所述熱固化層，以用所述熱流動性層將所述下伏層物理地連接到所述覆蓋層。打印機子組件的一種實施方式可以包括噴墨打印頭，其中所述的噴墨打印頭具有
第一層、第二層，和超聲波結合層，該超聲波結合層與該第一層和第二層物理接觸，并將該第一層物理地連接到該第二層。打印機的一實施方式可以包括噴墨打印頭，該噴墨打印頭具有第一層、第二層、和超聲波結合層，該超聲波結合層與該第一層和該第二層物理接觸，并將該第一層物理地連接到該第二層。該打印機可以進一步包括包繞該噴墨打印頭的外殼。


圖1是示出根據(jù)本教導的一實施方式所述的超聲波結合的兩層的剖面圖；圖2是示出根據(jù)本教導的另一實施方式所述的超聲波結合的兩層的剖面圖；圖3是示出可以使用本教導的一個或多個實施方式形成的打印頭的部分的剖面圖；以及圖4是可以包括根據(jù)本教導形成的打印頭的打印機的透視圖。應當注意的是，所述附圖的一些細節(jié)已被簡化并且繪制成便于理解本發(fā)明的教導，而非保持嚴格的結構準確性、細節(jié)和比例。
具體實施方式

除非另有說明，否則，本發(fā)明中所使用的詞語“打印機”涵蓋用于任何目的的執(zhí)行打印輸出功能的任何裝置，諸如數(shù)字復印機、編書機、圖文傳真機、多功能機、繪圖機，等。詞語“聚合物”包括范圍廣泛的碳基化合物中的任何一種化合物，該碳基化合物由長鏈分子形成，包括熱固性塑料，熱塑性塑料，諸如聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂等樹脂，以及本領域公知的有關化合物。本發(fā)明使用術語“固化的”來描述已被改性以提供完整的粘合層的層。固化的層可以是已熔化并冷卻以提供固化的層與另一個層之間的粘合力的層。固化的層可進一步是已由熱進行固化的熱固化粘合劑。如上所討論的，裝配的噴墨打印頭的層的堆疊可以在打印頭的制造過程中被設置在加熱的壓機中以固化常規(guī)的粘合劑。在相對高的溫度和壓強下，例如300°C和300psi，需要相對較長的處理時間以固化粘合劑，例如兩個小時或以上。固化粘合劑所需的高溫可能會損壞例如硅基結構等其它打印頭結構，并且減少用于隨后處理的熱預算(thermalbudget)。此外，該層堆疊可以包括圖案化的隔離物，該隔離物用于容納液體粘合劑，以確保避免該粘合劑流到合乎期望的區(qū)域之外，從而避免導致污染、堵塞墨通道、并使打印頭功能故障。圖案化的隔離物可能是昂貴的，需要精確的設置，并增加制造成本。另外，兩種不同的材料的特性，可以使 它們的物理連接困難，從而不能用粘合劑可靠地將兩種材料連接在一起。用常規(guī)的粘合劑將這些材料物理地連接的嘗試可能會導致兩種材料的分層以及打印頭的故障。減少裝配時間和形成打印頭所需材料的數(shù)量，可以降低制造成本和工藝的復雜性。此外，連接兩種不同的材料的新的方法可造成更多的材料可用于打印頭的形成。在本教導的各種實施方式中，下面描述的超聲波結合工藝和技術特別適合用于多個堆疊的噴墨打印頭的層的結合。在本教導的各種實施方式中，兩個或多個打印頭的層可以使用超聲波結合工藝彼此物理地連接。使用本教導的實施方式，例如，通過消除對將兩層物理地連接在一起的粘合層的需要，可以減少所使用的材料的數(shù)量。在另一實施方式中，特定的超聲波結合的或固化的粘合層可以插入兩層之間，其中兩層為之前不可兼容且不能使用常規(guī)的粘合劑可靠地物理地連接的材料。這可以包括以下材料:如杜邦 特氟龍⑩和聚乙烯、聚合物至金屬、和不適合用傳統(tǒng)的粘合劑結合的其他材料，如具有低表面能的材料。圖1是描繪本教導的一實施方式的橫截面示意圖。在本實施方式中，包括至少第一層10和第二層12的噴嘴堆疊可以放入超聲波結合固定裝置或卡盤14。第一層10和第二層12是兩個單獨的層，定向以通過超聲波結合彼此物理地連接。在超聲波結合工藝過程中，結合固定裝置14可以定位第一層10并將第一層10相對于第二層12對準。例如，固定裝置14可以包括限定凹部的壁16，該凹部接收第一層10，并且可以接收第二層12以將該第一層和該第二層彼此對齊。由壁16形成的凹部的尺寸可以包括該壁和層12之間的間隙，以在超聲波結合工藝過程中使層12能夠運動，并且，該間隙不會導致層12到層10的對準不當。在另一實施方式中，壁16不在層10的上表面的上方延伸。例如，除了(或代替)壁16，固定裝置14可以包括一個或多個通道18，通道18可用于施加真空到第一層10。第一層10可以被對準和定位到固定裝置14上，并且在超聲結合期間通過通道18的真空可以保持第一層10在適當位置。超聲結合固定裝置14可以位于基座板20上。當?shù)谝粚?0和第二層12相互對準并彼此接觸設置時，用超聲波頭(喇叭)22對第二層12施加壓強24，并在兩個層之間的用于物理連接的界面26處保持第二層12抵靠第一層10。可以使用通過一個或多個通過超聲波喇叭22的通道28的真空保持第二層12在適當位置。接著，由超聲波喇叭22施加在第一層10和第二層12之間的界面26的超聲波頻率產生層10、22在界面26 處的增加的溫度。在界面26處產生的熱可最初產生于界面摩擦，該摩擦由于第一層10熔化或第二層12熔化或兩者熔化而成為粘彈性加熱。界面26處達到的溫度例如通過施加在界面26處的壓強24以及在結合過程中施加的頻率和振幅可以被控制。在一實施方式中，層10、12包括諸如聚酰亞胺等聚合物或熱塑性塑料、如不銹鋼或鋁等金屬、熱固化粘合劑、硅層、等等。層10、12可以是相同或不同的材料。在一實施方式中，層10，12中的一個是聚合物，且層10、12中的另一個是不同的材料，其中該聚合物比該不同的材料具有較低的熔點。在本實施方式中，作為通過超聲波結合產生的熱量的結果聚合物可以熔化，并且，在終止超聲波工藝之后，該聚合物冷卻以導致兩個層10和12物理連接(結合)在一起。超聲波喇叭22所施加的壓強24可以導致壓強24被傳輸?shù)降谝粚?0和第二層12之間的界面26。目標壓強將隨著用于層10、12的具體的材料而變化。使用具有較高的熔點材料，可以增加超聲波結合工藝的壓強、超聲波結合工藝的持續(xù)時間、或頻率幅度(或它們的任何組合)以在界面26處導致更高的摩擦熱。在一實施方式中，層10、12中的一個可以是不銹鋼層，而層10、12中的另一個是如聚合物等合成材料。在一實施方式中，不銹鋼的表面可以被處理，以提高與聚合物的結合性能。例如，平滑的不銹鋼表面可以使用化學或機械蝕刻磨損或粗糙化，以增加表面面積和表面粗糙度，從而提供與聚合物層改善的結合，和/或在使用具有更平滑的表面的層的其他等效的超聲波的過程中導致較高的摩擦熱。圖2示出了另一實施方式，該實施方式包括插入下伏層10和覆蓋層12之間并與它們接觸的熱流動性粘合層30。在本實施方式中，熱流動性粘合層30可以是具有比下伏層10或覆蓋層12的熔點更低熔點的層。在將下伏層10層疊至覆蓋層12的過程中，通過界面的摩擦和/或粘彈加熱產生的熱至少熔化熱流動性粘合層30。加熱也可以熔化下伏層10和覆蓋層12中的一個、兩個、或不熔化下伏層10和覆蓋層12中的任何一個。超聲波結合工藝終止后，粘合層30冷卻(固化)以將下伏層10物理地粘附到覆蓋層12。在一實施方式中，熱流動性層30可以是金屬，如鈦、鉻、或鋁，且可以使用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)沉積。熱流動性粘合層30也可以是，例如，熱塑性聚酰亞胺，如杜邦 ELJ。在一實施方式中，熱流動性層30可以與熱塑性層中的碳和氧的基團結合，以形成T1-O-C鍵。例如，可以使用熱流動性粘合層30，以使用上述的超聲波疊層工藝將聚酰亞胺結合到另一聚酰亞胺，或者將聚酰亞胺層結合到金屬層。在一實施方式中，層10、12中的兩個可以是具有高的熔點的材料，諸如金屬，而熱流動性粘合層30可以是具有較低的熔點的材料，諸如聚合物，例如，熱塑性聚合物。在另一實施方式中，層30是插入層10和層12之間的未固化的熱固化層。如上所述的超聲波結合用于對層30進行加熱和固化，以便層10和層12通過固化的層30物理地結合。在本實施方式中，層30可以是例如熱固性聚合物。在圖2的實施方式中，既不需要層10也不需要層12是熱流動性層或熱固化層，并因此這些實施方式可以使更廣泛的各種材料能被選擇用于層10和層12。

層10和層12之間的超聲波結合工藝期間所產生的目標溫度取決于將層10物理地連接到層12所需的熔化溫度或固化溫度。為了促進超聲波結合，用于任何或所有的層10、12、20的諸如聚酰亞胺膜層(例如可從Ube Industries獲得的Upilexfi或杜邦TS^Kapton 等)之類的層的表面可以使用各
種技術處理，以將該表面轉換為熱塑性的，其然后可以在超聲波結合期間被熔化，并用于將聚酰亞胺膜粘附到另一層的表面。例如，聚酰亞胺膜可以用水性堿溶液處理，例如氫氧化鉀(KOH)處理，或暴露于等離子體處理，以將惰性聚酰亞胺膜轉換成聚酰胺酸，從而產生熱塑性表面。已被轉換為熱塑性的聚酰亞胺表面可以比原來的聚酰亞胺表面具有更低的熔點，因此該轉換的表面比未經處理的聚酰亞胺表面更適合于在較低的溫度下進行超聲波結合。也可以考慮本教導的各種其它的實施方式。例如，形成微流體通道(墨端口)的一些打印頭的層需要精確對準，這最初可能是難以實現(xiàn)的，且當該對準的層被設置到堆疊壓機中的時候更難以維持。在要結合的部件的頂部添加堆疊壓機柔性焊盤和防粘線的過程中，對準的層上所施加的橫向力可能導致被結合的層中的配準移位。一旦該焊盤和防粘線已被設置，要結合的層就被隱藏，且難以檢測由于焊盤和防粘線的設置導致的未對準。此夕卜，即使該些部件是萬向的，當壓板下降在要結合的該些部件上時，非均勻壓強會導致對準中的偏移。如果部件對準，則通過使用如上所述的超聲波結合工藝暫時固定在一起，以在將該組件放入用于完全固化的疊壓機或烘箱之前提供弱的暫時物理連接，可以減少或消除由于這些因素導致的部件的未對準。在本實施方式中，弱的超聲波結合不提供流體密封的密封件，但保持這些層在適當位置，同時傳統(tǒng)的粘合劑在疊壓機或烘箱中被固化。在使用超聲波層疊技術將第一層10和第二層12粘著一起之前，傳統(tǒng)的粘合劑可以精確地設置在該兩層之間。粘著之后，下伏層10和覆蓋層12可以被設置在疊壓機或烘箱(統(tǒng)稱“固化固定裝置”)中以固化傳統(tǒng)的粘合劑，從而提供由傳統(tǒng)的粘合劑所提供的設置在各種層之間的流體密封的密封件。圖3示出了打印機的子組件，且更具體地，示出了噴墨打印頭40的一部分，其可以使用本教導的一個或多個實施方式、使用超聲波結合層將兩層或更多層超聲地結合在一起而形成。應當理解，打印頭的設計可以不同于圖3中所示的例子。圖3總體示出了用于墨通向孔板46內的孔(噴嘴)44的單個墨端口 42?？装逭澈蟿?8連接孔板46到入口 /出口板或分支管50。使包括碎石篩(過濾器)54的石篩層52插入分支管50和分離器56之間。圖3還示出了垂直的入口 58，入口 58可以包括多個層、主體板60、使用膜片連接粘合劑64連接到主體板60的膜片層62、壓電致動器66、隔離層68，和使用粘合層72連接到隔離層68和壓電致動器66的電路層70。打印頭的結構可以有數(shù)百或數(shù)千的孔板46內的墨端口42和管嘴44。應該理解，使用本教導的實施方式可以將兩個或多個打印頭的層彼此物理地連接。例如，不使用單獨的粘合劑，可以例如使用根據(jù)圖1的實施方式的方法將兩層物理地連接。在另一實施方式中，通過參照如圖2所描繪的超聲波結合工藝的實施方式可形成單獨的粘合層。其它變化是預料中的。一旦打印頭的制造完成，根據(jù)本教導的一個或多個打印頭可被安裝在打印機中。根據(jù)本教導的一實施方式，圖4描繪了打印機700，其包括一個或多個打印頭102和從一個或多個管嘴44噴射出的墨104。每個打印頭102被配置為根據(jù)數(shù)字指令來操作以在打印介質106上產生所需的圖像，打印介質106諸如紙張片材、塑料等。在掃描運動中每個打印頭102可相對于打印介質106來回移動以逐行地(swath by swath)生成打印的圖像。替代地，打印頭102可被保持固定，且打印介質106相對于打印頭102移動，在單次的通過中產生與打印頭102等寬的圖像。打印頭102與打印介質106相比可以較窄或等寬。包括打印頭102的打印機硬件可 被打印機外殼108包繞。在另一實施方式中，打印頭102可以朝諸如旋轉鼓或帶(為簡單起見，未示出)等中間表面打印，隨后朝打印介質轉印。因此，本教導的各種實施方式使用超聲波結合工藝可以提供一種用于噴墨打印頭的流體密封的密封件，該超聲波結合工藝與一些熱固化工藝相比具有減短的處理時間。與可能需要兩個小時或兩個小時以上的在固化固定裝置內的粘合劑固化相比，超聲波結合可以需要不到一分鐘，例如約30秒。此外，超聲波能量(結合熱)可以局部提供在要連接在一起的兩層之間的界面處，而不是加熱打印頭的所有結構，因此，本教導的工藝可以減少對位于要被結合的層的上方或下方的其他結構(如硅基結構)的損害。此外，一些實施方式不要求分配粘合劑，并因此可以減少所需的材料的數(shù)目和由于粘合劑流入不期望的位置所造成的問題。此外，本文描述的超聲波結合技術，可使用于連接更廣泛的各種材料，例如，使用常規(guī)粘合劑不能被可靠地連接的材料。
權利要求
1.一種用于形成噴墨打印頭的方法，其包括 設置第一層與第二層接觸； 使用超聲波喇叭對所述第二層施加壓強，以保持所述第二層在所述第一層和所述第二層之間的界面處抵靠所述第一層； 使用所述超聲波喇叭在所述第一層和所述第二層之間的所述界面處施加超聲波頻率；以及 固化所述第一層和所述第二層中的至少一個，以將所述第一層物理地連接到所述第二層，并形成噴墨打印頭的至少一部分。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，進一步包括 在所述超聲波頻率的所述施加過程中熔化所述第一層和所述第二層中的至少一個；以及 冷卻所述第一層和所述第二層中的所熔化的所述至少一個以固化所述第一層和第二層中的所述至少一個從而將所述第一層物理地連接到所述第二層。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述第一層是熱流動性層，所述第二層是覆蓋在所述熱流動性層的覆蓋層，并且所述方法進一步包括 設置下伏層與所述熱流動性層接觸，以便所述熱流動性層插入所述下伏層和所述覆蓋層之間并接觸所述下伏層和所述覆蓋層； 在所述熱流動性層和所述覆蓋層之間的所述界面處的所述超聲波頻率的所述施加的過程中，加熱所述熱流動性層；以及 冷卻所述熱流動性層以固化所述熱流動性層，從而用所述熱流動性層將所述下伏層物理地連接到所述覆蓋層。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述第一層是熱固化層，所述第二層是覆蓋在熱流動性層上的覆蓋層，并且所述方法進一步包括 設置下伏層與所述熱固化層接觸，使得所述熱固化層插入所述下伏層和所述覆蓋層之間并與所述下伏層和所述覆蓋層接觸；以及 在所述熱流動性層和所述覆蓋層之間的所述界面處的所述超聲波頻率的所述施加的過程中，加熱所述熱固化層，以用所述熱流動性層將所述下伏層物理地連接到所述覆蓋層。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述第一層是聚酰亞胺膜，且所述方法進一步包括 處理所述聚酰亞胺膜的表面以將所述表面轉換成熱塑性表面； 物理地接觸所述第二層和所述熱塑性表面； 在所述熱塑性表面和所述第二層之間的所述界面處的所述超聲波頻率的所述施加過程中，加熱并熔化所述熱塑性表面；以及 冷卻所述熱塑性表面以固化所述熱塑性表面，從而用所述熱塑性表面將所述聚酰亞胺膜物理地連接到所述第二層。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其進一步包括 使用所述第一層和所述第二層中的所固化的所述至少一個，在所述第一層和所述第二層之間提供流體密封的密封件。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，其進一步包括在所述第一層和所述第二層之間設置粘合劑； 暫時地將所述第一層粘合到所述第二層，同時在所述第一層和所述第二層之間的所述界面處施加所述超聲波頻率； 接著暫時地將所述第一層粘合到所述第二層，放置所述第一層和所述第二層進入固化固定裝置；以及 在所述固化固定裝置內固化所述粘合劑，其中，使用所固化的所述粘合劑將流體密封的密封件設置在所述第一層和所述第二層之間。
8.一種包括噴墨打印頭的打印機子組件，其中，所述噴墨打印頭包括 第一層; 第二層；以及 超聲波結合層，其物理地接觸所述第一層和所述第二層并且將所述第一層物理地連接到所述第二層。
9.根據(jù)權利要求8所述的打印機子組件，其中，所述第一層是聚酰亞胺膜，且所述打印機子組件進一步包括 所述超聲波層材料是表面處理過的所述聚酰亞胺膜，其中，所述超聲波結合層是熱塑性的；以及 所述熱塑性的超聲波結合層將所述聚酰亞胺膜物理地連接到所述第二層上。
10.根據(jù)權利要求8所述的打印機子組件，其進一步包括 在所述第一層和所述第二層之間的粘合劑，其中，所述粘合劑的材料不同于所述超聲波結合層的材料； 所述超聲波結合層提供所述第一層到所述第二層的暫時的連接；以及 在所述第一層和所述第二層之間的所述粘合劑提供所述第一層和所述第二層之間的流體密封的密封件。
全文摘要
一種用于裝配如噴墨打印頭等打印頭的方法，該方法可以包括使用超聲波結合工藝來將兩個或多個打印頭的層結合在一起。在一實施方式中，超聲波頻率被定向到第一層和第二層之間的界面處以在該界面產生熱量。在一實施方式中，該熱量熔化第一層和第二層中的至少一個，并且這些層被冷卻以固化熔化的層。在另一實施方式中，使用超聲波頻率產生的熱量固化在第一層和第二層之間的粘合層。所述的超聲波層疊工藝可以產生流體密封的密封件，其在整個粘合劑工藝中需要較少的處理時間和材料。
文檔編號B32B37/10GK103252994SQ201310051
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者彼得·J·奈斯特龍, 馬克·A·塞呂拉, 比喬伊羅伊·薩胡 申請人:施樂公司