專利名稱：流體噴射裝置上噴嘴的熱塑性聚合物膜密封及其方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及流體噴射裝置上噴嘴的密封方法，更具體而言，本發(fā)明涉及流體噴射裝置上噴嘴的熱塑性聚合物膜密封。
幾十年來(lái)，流體顯微操縱技術(shù)已在許多領(lǐng)域中取得了飛速的進(jìn)步，比如利用了噴墨打印機(jī)的電子印刷技術(shù)。一直以來(lái)都希望對(duì)這些產(chǎn)品中的輸入和輸出噴嘴或通道進(jìn)行有效的可剝離式密封。
在維持微型流體通道密封的牢固性方面，一個(gè)主要的問(wèn)題是要具備在運(yùn)輸、操作和貯存過(guò)程中防止流體從通道中泄露出來(lái)以及防止外部物質(zhì)堵塞或者進(jìn)入通道中的能力。希望微型流體通道密封體能夠起到這些作用，包括防止蒸發(fā)、污染和通道之間流體的相互混合。除此之外，還希望在去掉密封體時(shí)能夠最大限度地降低殘留在輸入和/或輸出噴嘴或通道上的殘留物數(shù)量。而且，也希望密封體在材質(zhì)上與流體相容(即密封體不會(huì)隨著時(shí)間推移而被流體降解)。
噴墨盒是實(shí)施人員在密封微型流體通道時(shí)所面對(duì)的各種問(wèn)題的一個(gè)很好的實(shí)例。目前正在使用的高效噴墨打印系統(tǒng)有很多種，它們能夠以快速而精確的方式分配油墨。在大多數(shù)這些系統(tǒng)中，常規(guī)上都是利用封蓋裝置或者利用壓敏帶(PSA)來(lái)防止油墨損失和/或油墨噴射噴嘴阻塞問(wèn)題的(參見比如美國(guó)專利5,414,454)。但是，因?yàn)閲娔∷⑾到y(tǒng)在速度和圖象質(zhì)量方面一直都在進(jìn)行著改良，所以需要相應(yīng)改善其密封技術(shù)。
流體噴射盒一般包括與基底流動(dòng)式關(guān)聯(lián)的流體儲(chǔ)器，該基底貼在含有一個(gè)或多個(gè)噴嘴的噴嘴層的背面，流體是通過(guò)這些噴嘴而噴射的?；滓话愫心芰堪l(fā)生元件，它能夠產(chǎn)生將儲(chǔ)器中保存的流體噴射出去所需的力量。兩種廣泛應(yīng)用的能量發(fā)生元件是熱電阻和壓電元件。前者將流體中的組分快速加熱至其沸點(diǎn)以上，從而噴射出流體液滴。后者利用電壓脈沖對(duì)流體施加壓縮力，從而噴射液體流體。
具體而言，為了改善圖象質(zhì)量就必須降低噴嘴尺寸并且使油墨配方更為復(fù)雜，這會(huì)提高噴射盒對(duì)殘留物的敏感度。噴嘴越小，就越易于被揭掉密封體時(shí)任何殘留在噴嘴區(qū)域中的殘留物所堵塞。噴嘴也更易于被在清潔噴嘴層時(shí)被修理站擦拭工具吹掃入噴嘴中而殘留在噴嘴層上的殘留物所阻塞。除此之外，為了改善圖象質(zhì)量就必須提高噴墨油墨的有機(jī)物含量，這會(huì)使噴嘴密封材料面臨一個(gè)腐蝕性更強(qiáng)的環(huán)境。因此，密封材料會(huì)因腐蝕性更強(qiáng)的油墨而降解，這會(huì)產(chǎn)生材料相容性問(wèn)題。除此之外，為了改善印刷速度，一般要采用更大的印刷頭，這會(huì)提高印刷幅寬。印刷頭越大，需要密封的噴嘴數(shù)目就越多，因此就需要在更大的區(qū)域內(nèi)保持不漏性密封。
常規(guī)封蓋裝置在密封噴墨噴嘴時(shí)一般利用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)柔順性材料(一般是彈性泡沫材料)施加壓力，由此對(duì)噴嘴加壓或施力而形成密封。但是這些裝置的問(wèn)題是在運(yùn)輸、操作和貯存過(guò)程中會(huì)由于振動(dòng)、不規(guī)范操作、溫度和濕度變化等而發(fā)生泄露，這會(huì)使噴嘴阻塞或者使噴射盒容器內(nèi)的油墨發(fā)生泄露。當(dāng)油墨盒含有多種油墨時(shí)，該問(wèn)題會(huì)更為嚴(yán)重，它會(huì)造成油墨混合，這在印刷時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生差的彩色再現(xiàn)效果。雖然常規(guī)的封蓋材料與新型的侵蝕性或腐蝕性油墨更為相容，但是在提高印刷幅寬后，會(huì)增大因印刷頭和封蓋裝置產(chǎn)生熱膨脹和彎曲作用而發(fā)生泄露的可能性。
另一方面，常規(guī)PSA帶一般采用壓敏粘合劑來(lái)密封噴墨噴嘴。PSA帶一般由基體膜與丙烯酸酯基壓敏粘合劑層構(gòu)成，粘合劑層的作用是密封噴嘴，如

圖1示意性所示的。基體膜一般由一般被稱為聚酯(PET)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚氯乙烯(PVC)構(gòu)成。溫度和濕度波動(dòng)會(huì)使尺寸發(fā)生變化，采用薄的PSA帶可改善對(duì)這類環(huán)境變化的耐受能力。PSA帶在振動(dòng)耐受性方面也可提供一定的改善效果，因此，它可改善與封蓋裝置相關(guān)的某些問(wèn)題。但是，當(dāng)在不規(guī)則表面上施用PSA帶時(shí)，比如凸起物、階狀結(jié)構(gòu)或非連續(xù)表面，PSA帶會(huì)逐步產(chǎn)生剝離或鼓起而發(fā)生泄露，特別是在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)期之后。逐步鼓起現(xiàn)象也會(huì)在帶與噴嘴板之間形成空氣兜，油墨會(huì)流入該區(qū)域中，然后與各種材料發(fā)生反應(yīng)或者產(chǎn)生腐蝕作用，比如保護(hù)導(dǎo)電條的包封材料。最終會(huì)發(fā)生短路并使得印刷盒失效。
如前所述以及圖1的簡(jiǎn)化等距視圖所示，大多數(shù)PSA帶一般由基體膜11和粘合劑層21以及襯31和/或剝離層41(一般是聚二甲基硅氧烷{PDMS})構(gòu)成。在應(yīng)用過(guò)程中，揭掉襯31并遺棄之。利用壓力將粘合劑層21結(jié)合在噴嘴層上而形成密封體。粘合劑層一般是彈性體混合物，它含有大量的分子量較低的小分子添加劑。粘合劑一般包括增塑劑、增粘劑、聚合反應(yīng)催化劑和固化劑。添加這些低分子添加劑的主要目的是為了改變材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)并且提供粘性。
因?yàn)檫@些添加劑與聚合物分子量相比分子量較低，所以它們比聚合物骨架更容易因油墨而從粘合劑層中滲出、與油墨組分發(fā)生反應(yīng)或者兩種情況均有。另外，無(wú)論低分子量材料是與油墨發(fā)生反應(yīng)還是因油墨而滲出，都會(huì)使PSA帶粘合劑層的內(nèi)聚強(qiáng)度降低，結(jié)果是在揭掉粘合帶之后產(chǎn)生殘留物殘留問(wèn)題。除此之外，這些低分子量添加劑與油墨組分之間的反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致形成沉淀或者膠狀材料，進(jìn)一步使噴嘴發(fā)生阻塞。
這些低分子量添加劑與油墨組分之間的相互作用也會(huì)使基體/粘合劑膜界面變?nèi)?。因此，如果界面?qiáng)度降低得過(guò)多的話，當(dāng)使用者在將噴射盒插入打印機(jī)之前想要把粘合劑帶揭下來(lái)時(shí)，帶的粘合劑層就保留在印刷盒上。要針對(duì)每種油墨仔細(xì)選擇基底膜以及粘合劑膜的材料相容性。必須考慮油墨/添加劑相互作用以及普通油墨/聚合物相互作用的材料相容性。
無(wú)論噴射流體時(shí)采用的是哪一種方法，在制造完流體噴射盒、填充流體并測(cè)試結(jié)束之后，都需要密封噴嘴，以防止泄露、降低流體蒸發(fā)并且防止流體受污染。因此，為了滿足特定流體噴射盒的運(yùn)輸、操作和貯存需要，實(shí)施人員一般在此都會(huì)感到很棘手是選擇封蓋裝置(油墨牢固性更高)、PSA帶(密封性能更好)還是改變油墨配方。
因此，如果能獲得一種密封系統(tǒng)，它可防止流體的泄露、蒸發(fā)、污染以及通道間的相互混合，并且很容易剝離，同時(shí)最大限度地降低在數(shù)目眾多的噴嘴板上的殘留物數(shù)量，而且可與多種油墨相容，那么就比現(xiàn)有技術(shù)先進(jìn)了。

發(fā)明內(nèi)容
流體噴射盒包括噴射器頭，它有至少一個(gè)噴嘴，以及含有可噴射流體的流體儲(chǔ)器，該流體與至少一個(gè)噴嘴流動(dòng)式關(guān)聯(lián)。該流體噴射盒包含帶，該帶包括與噴嘴接觸并且與之可剝離式結(jié)合的熱塑性聚合物膜。
附圖簡(jiǎn)述圖1是總體上說(shuō)明PSA帶結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施方案的流體噴射盒和帶的透視圖；圖3是本發(fā)明替代性實(shí)施方案的帶的透視圖；圖4a是本發(fā)明替代性實(shí)施方案的帶的橫截面視圖；圖4b是本發(fā)明第二替代性實(shí)施方案的帶的橫截面視圖；圖4c是本發(fā)明第三替代性實(shí)施方案的帶的橫截面視圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施方案的流體噴射盒的噴嘴密封方法的流程圖；圖6是本發(fā)明替代性實(shí)施方案的流體噴射盒的噴嘴密封方法的透視圖；圖7a-7b是本發(fā)明替代實(shí)施方案的流體噴射盒的噴嘴密封方法的透視圖；而圖8是本發(fā)明替代實(shí)施方案的帶剝離強(qiáng)度與電子束劑量的函數(shù)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)包括使用熱塑性聚合物膜，它保留了PSA帶的密封性能，同時(shí)也保持了封蓋裝置的油墨牢固性。通過(guò)采用較高的密封溫度和壓力，同時(shí)最大限度減少添加劑的用量，實(shí)施人員能夠優(yōu)化油墨配方以及熱塑性聚合物膜的密封性能。因此，本發(fā)明適于采用針對(duì)油墨相容性而優(yōu)化的熱塑性聚合物膜并且采用較高的密封溫度和壓力，從而圍繞流體噴射盒噴嘴形成牢固的密封體。
熱塑性聚合物膜可以是熱塑性結(jié)晶、半結(jié)晶聚合物或熱塑性彈性體，其熔點(diǎn)大于約35℃；熔點(diǎn)優(yōu)選約60～約150℃，熔點(diǎn)特別優(yōu)選約70～約120℃。熱塑性聚合物膜在室溫下粘性很小或者沒(méi)有。除此之外，根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)D 1238，該熱塑性聚合物膜的熔融指數(shù)優(yōu)選約0.5～約5.0g/min，并且熔融指數(shù)更優(yōu)選約0.5～約1.0g/min。但是，可以采用熔融指數(shù)為約0.5～約50g/min的熱塑性聚合物膜。熱塑性聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、耐受的流體種類比PSA多、所含的添加劑很少或者不含、并且一般比PSA具有更低的水蒸氣透過(guò)速率。除此之外，熱塑性聚合物膜可與流體噴射裝置上的突變式結(jié)構(gòu)特征實(shí)現(xiàn)良好的貼合。更重要的是，通過(guò)采用不同的密封溫度、壓力和時(shí)間，熱塑性聚合物膜提供了調(diào)整粘合性能的能力，因此可針對(duì)不同的流體噴射盒來(lái)優(yōu)化密封性能。
來(lái)看圖2，以透視圖的方式表示了本發(fā)明流體噴射盒220的例示性實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，流體噴射盒220包括儲(chǔ)器228，它含有輸送到基底(未表示)的流體，該基底是固定在噴嘴層226背面上的。一般將基底(未表示)、噴嘴層226、噴嘴224和撓性電路222稱為噴射器頭。在不采用集成式噴嘴層和撓性電路的實(shí)施方案中，一般將基底、噴嘴層和噴嘴稱為噴射器頭。
噴嘴層226含有一個(gè)或多個(gè)噴嘴224，流體是通過(guò)這些噴嘴而噴射的。噴嘴層226可以由金屬、聚合物、玻璃或其它適宜的材料構(gòu)成，比如陶瓷。噴嘴層226優(yōu)選由聚合物構(gòu)成，比如聚酰亞胺、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、環(huán)氧樹脂、或聚碳酸酯。市售噴嘴層材料的實(shí)例包括從E.I.DuPont de Nemours & Co.獲得的聚酰亞胺膜，商品名“Kapton”，從Ube Industries，LTD(日本)獲得的聚酰亞胺材料，商品名“Upilex”，以及從MicroChem Corp.獲得的可光成象環(huán)氧樹脂，商品名NANO SU-8。在替代性實(shí)施方案中，噴嘴層226由金屬構(gòu)成，比如由金、鈀、鉭或銠薄層包封的鎳基底金屬。
該例示性實(shí)施方案的撓性電路222是聚合物膜，并且包括與電觸點(diǎn)240相連的導(dǎo)電條242。導(dǎo)電條242從電觸點(diǎn)240一路連到基底上的焊點(diǎn)(未表示)，為流體噴射盒220提供電引線。當(dāng)撓性電路222和噴嘴層226如圖2所示是集成在一起的，那么高起的包封卷邊244(一般是環(huán)氧樹脂)就分布在集成撓性電路222和噴嘴層226中所形成的框內(nèi)。該包封卷邊244保護(hù)并包封導(dǎo)電條242和基底上的焊點(diǎn)電引線。在替代性實(shí)施方案中，當(dāng)噴嘴層226不與撓性電路222集成時(shí)，包封卷邊244沿著噴嘴層226邊緣和基底邊緣分布，為基底電引線提供保護(hù)作用。
流體噴射盒制造完成并且以流體填充完儲(chǔ)器228之后，并且對(duì)流體噴射盒進(jìn)行完適當(dāng)?shù)臏y(cè)試之后，必須密封噴嘴224，以防止流體泄露和/或防止污染。開始時(shí)將圖2所示的帶200置于輥上、切割成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，然后與流體噴射盒220對(duì)準(zhǔn)，使帶200能夠完全罩住噴嘴224。然后利用受熱壓板(未表示)將熱塑性聚合物膜202加熱至高于其熔融溫度并且施加壓力，從而將帶200沿著箭頭201方向壓在流體噴射盒220上。將熱塑性聚合物膜202加熱至高于其熔融溫度，優(yōu)選比其熔融溫度高10～50℃，并且更優(yōu)選比其熔融溫度高25～50℃。也可以在帶200上提供非粘性舌片230，一般稱為拉舌，便于使用者在揭下帶時(shí)捏住帶200。
圖2透視圖所示的帶200是雙層結(jié)構(gòu)，其中熱塑性聚合物膜202與基體膜204是通過(guò)粘合劑結(jié)合的。基體膜202優(yōu)選聚酯(PET)膜。其它聚合物膜材料也可以用做基體膜，比如聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯和聚酯基液晶聚合物?；w膜204也可以是織造或非織造基體，其中非織造基體是平坦的多孔片材，該片材一般是通過(guò)使纖維、長(zhǎng)絲、或膜狀絲結(jié)構(gòu)層或網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生互鎖而制造的。非織造基體是為使高孔性基體膜內(nèi)的浸漬樹脂完全滲透而特別設(shè)計(jì)的。制造非織造片材時(shí)常用的材料是聚酯、聚丙烯和人造絲。
雖然基體膜204的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜，基體膜204的厚度優(yōu)選約5～約500μm，更優(yōu)選約5～約50μm并且特別優(yōu)選約10～約25μm。還優(yōu)選基體膜204的熔融溫度比熱塑性聚合物膜202高至少10℃，更優(yōu)選比之高至少25℃，并且特別優(yōu)選熔融溫度比之高至少50℃。
熱塑性聚合物膜202優(yōu)選乙烯基二元或三元共聚物。這類共聚物的實(shí)例包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其乙酸乙烯酯含量為約0～約40重量％，并且更優(yōu)選乙酸乙烯酯含量為約10～約25重量％。另一實(shí)例是乙烯-甲基丙烯酸共聚物，其甲基丙烯酸含量為約5～約30重量％，并且更優(yōu)選甲基丙烯酸含量為約10～約20重量％。再一實(shí)例是乙烯-乙酸乙烯酯-甲基丙烯酸三元共聚物，以及乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物。特別優(yōu)選的半結(jié)晶三元共聚物膜含有約60～約95重量％聚乙烯、約0～約40重量％聚乙酸乙烯酯，以及約0～約30重量％聚甲基丙烯酸。共聚物中的酸基團(tuán)可以部分中和。可以用做熱塑性聚合物膜的其它材料比如是聚氨酯、聚酰胺和聚酯。也可以采用這些聚合物的共混物，比如EVA/PP或EVA/PE。
雖然熱塑性聚合物膜202的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜，但熱塑性聚合物膜202的厚度優(yōu)選約5～約500μm，并且更優(yōu)選約10～約100μm，特別優(yōu)選約25～約75μm。熱塑性聚合物膜202的熔融溫度也優(yōu)選約60～約150℃，并且更優(yōu)選約70～約120℃，但是，可以采用熔融溫度高于約35℃的膜。
熱塑性聚合物膜202優(yōu)選含有小于約10％的低分子量添加劑，其分子量小于約2000g/mol，比如增塑劑、增粘劑，并且也不含鹵素。熱塑性聚合物膜202更優(yōu)選不含低分子量添加劑。但是，可以采用含有小于約20～約30重量％低分子量添加劑的熱塑性聚合物膜?？捎米鳛榧庸ぶ鷦┑母鞣N化合物的實(shí)例是己二酸酯，比如己二酸二-2-乙基己酯；磷酸酯，比如磷酸2-乙基己基二苯基酯；鄰苯二甲酸酯，比如鄰苯二甲酸二異十三烷基酯或鄰苯二甲酸二-2-乙基己酯；次級(jí)增塑劑，比如倍半油酸脫水山梨醇酯、環(huán)氧化亞麻子油或大豆油；滑爽劑和防粘劑，比如油酰胺、芥酰胺和硬脂酰胺，以及其它類似的材料。
如前所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)改變施用過(guò)程中的溫度、壓力和時(shí)間，能夠調(diào)整熱塑性聚合物膜202與噴嘴層226的粘合。除此之外，通過(guò)改變熱塑性聚合物膜202中所用的聚合物的交聯(lián)密度，也可以調(diào)整粘合。雖然熱塑性聚合物膜202的交聯(lián)度取決于有待密封的具體流體噴射盒、具體采用的聚合物膜以及流體噴射盒中具體采用的流體，但是優(yōu)選通過(guò)劑量為約0～約30mrad的電子束輻照來(lái)控制交聯(lián)度，該劑量范圍會(huì)使剝離強(qiáng)度產(chǎn)生一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的變化，并且更優(yōu)選約0～約10mrad。也可以采用其它交聯(lián)技術(shù)，比如化學(xué)或紫外線(UV)活化系統(tǒng)，或者其它的電磁輻射活化系統(tǒng)。
也可以通過(guò)在施用熱塑性聚合物膜之前預(yù)先加熱基體膜204的方式來(lái)調(diào)整基體膜204與熱塑性聚合物膜202之間的粘合。優(yōu)選以反應(yīng)性氣體比如氧來(lái)等離子處理或電暈放電處理基體膜204。但是，也可以采用其它表面處理方法，比如激光、火焰、化學(xué)方法或者施用偶聯(lián)劑。
本發(fā)明的替代性實(shí)施方案見圖3，其中帶300是由熱塑性聚合物膜302形成的單層結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方案中，熱塑性聚合物膜可以是圖2所示實(shí)施方案所述的任何聚合物。雖然熱塑性聚合物膜302的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜，但熱塑性聚合物膜302的厚度是約20～約500μm，并且更優(yōu)選約25～約175μm，特別優(yōu)選約115～約135μm。除此之外，在該實(shí)施方案中，優(yōu)選利用熱空氣或紅外加熱法從流體噴射盒這一側(cè)將熱量施加到帶上，從而在施用過(guò)程中形成表面熔融區(qū)域而不使整個(gè)膜發(fā)生熔融。
圖4a是以橫截面視圖表示的本發(fā)明替代性實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，帶400是三層結(jié)構(gòu)，其中熱塑性聚合物膜402與潮氣阻擋膜406是通過(guò)粘合劑結(jié)合的，該阻擋層與基體膜404通過(guò)粘合劑而結(jié)合?；w膜404和熱塑性聚合物膜402均可以是圖2所示實(shí)施方案任何相應(yīng)所述的聚合物。雖然帶400的總體厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜，但是總體厚度優(yōu)選約20～約150μm，并且更優(yōu)選約25～約100μm，并且特別優(yōu)選約25～約75μm。雖然在圖4a所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，潮氣阻擋層406是夾在基體膜404和熱塑性聚合物膜402之間的，但同樣優(yōu)選基體膜404夾在潮氣阻擋膜406與熱塑性聚合物膜402之間，這取決于潮氣阻擋膜406具體采用的材料。
潮氣阻擋膜406優(yōu)選聚乙烯，但是其它材料也可以采用，比如液晶聚合物，甚至可以采用金屬或無(wú)機(jī)層。雖然潮氣阻擋層的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及基體膜404和熱塑性聚合物膜402所采用的材料，但優(yōu)選約0.01～約25μm，更優(yōu)選約0.5～約15μm。
圖4b以橫截面視圖的方式表示了本發(fā)明的第二替代實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，帶400′是四層結(jié)構(gòu)，其中熱塑性聚合物膜402′與潮氣阻擋膜406′通過(guò)粘合劑結(jié)合，該阻擋膜與基體膜404′通過(guò)粘合劑結(jié)合，后者與消靜電膜408通過(guò)粘合劑結(jié)合?；w膜404′、熱塑性聚合物膜402′以及潮氣阻擋膜406′可以是圖2或圖4a所示實(shí)施方案任何相應(yīng)所述的聚合物。除此之外，潮氣阻擋膜406′和消靜電膜408可以起到基體膜的作用，由此代替基體膜404′，這取決于具體采用的膜。雖然帶400′的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜402′，但帶400′的厚度優(yōu)選約20～約150μm，并且更優(yōu)選約25～約100μm，并且特別優(yōu)選約25～約75μm。雖然在圖4b所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，潮氣阻擋膜406′夾在基體膜404′和熱塑性膜402′之間，而消靜電膜408則通過(guò)粘合劑與基體膜404′上余下的自由一端結(jié)合，但其它結(jié)構(gòu)同樣優(yōu)選，只要熱塑性聚合物膜402′可與圖2所示的噴嘴層結(jié)合即可。比如，消靜電膜408也可以?shī)A在基體膜404′與熱塑性聚合物膜402′之間。
消靜電膜408優(yōu)選經(jīng)過(guò)處理的聚乙烯，其表面電阻率約109～約1013Ωs-2，但是可以采用其它材料，比如碳黑填充的聚合物，甚至是在消靜電膜408表面上形成的金屬。雖然消靜電膜408的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及基體膜404′和熱塑性聚合物膜402′所采用的材料，但優(yōu)選約0.5～約25μm。對(duì)于含有需要保護(hù)的敏感性電路的流體噴射裝置而言，比如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)，消靜電膜408的表面電阻率優(yōu)選104Ωs-2。消靜電膜408優(yōu)選含有消靜電材料，比如經(jīng)過(guò)處理的聚乙烯，以控制摩擦起電現(xiàn)象，以及含有導(dǎo)電層，比如起靜電場(chǎng)屏蔽作用的薄金屬層。
來(lái)看圖4c，它以橫截面視圖的方式表示了本發(fā)明的第三替代性實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，帶400″是五層結(jié)構(gòu)，其中熱塑性聚合物膜402″與空氣阻擋膜410通過(guò)粘合劑結(jié)合；空氣阻擋膜410與潮氣阻擋膜406″通過(guò)粘合劑結(jié)合；潮氣阻擋膜406″與基體膜404″通過(guò)粘合劑結(jié)合；而基體膜404″與消靜電膜408′通過(guò)粘合劑結(jié)合?；w膜404″，熱塑性聚合物膜402″、潮氣阻擋膜406″和消靜電膜408′可以是圖2或圖4a-4b所示實(shí)施方案任何相應(yīng)所述的聚合物?？諝庾钃跄?10優(yōu)選液晶聚合物膜；但是，也可以采用其它材料，比如金屬層或無(wú)機(jī)層(比如二氧化硅、氧化鋁等)。
雖然帶400″的厚度取決于有待密封的具體流體噴射盒以及具體采用的熱塑性聚合物膜402″，但帶400′的厚度優(yōu)選約20～約500μm，并且更優(yōu)選約25～約100μm，特別優(yōu)選約25～約75μm。雖然在圖4c所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，潮氣阻擋膜406″和空氣阻擋膜410夾在基體膜404″與熱塑性膜402″之間，而消靜電膜408′則通過(guò)粘合劑與基體膜404″余下的自由一端結(jié)合，但其它結(jié)構(gòu)同樣優(yōu)選，只要熱塑性聚合物膜402″可與圖2所示的噴嘴層結(jié)合即可。
利用圖2-4所示各個(gè)實(shí)施方案所述的帶對(duì)流體噴射盒上噴嘴層的噴嘴進(jìn)行可剝離式密封的例示性方法見圖5的流程圖。在步驟530處，從制造過(guò)程中承載帶的卷軸上將帶分配下來(lái)。帶在驅(qū)動(dòng)輥和空輥的組合作用下離開卷軸向前運(yùn)行，空輥的作用是使帶保持適當(dāng)?shù)膹埩蛯?duì)準(zhǔn)度，以避免扭轉(zhuǎn)和松弛或下垂現(xiàn)象。在步驟532下，隨著帶離開卷軸向前運(yùn)行，帶被輸送進(jìn)入加熱區(qū)域，使帶預(yù)熱，由此就可以加快將帶結(jié)合在流體噴射盒上的下一方法步驟，從而最大限度地提高生產(chǎn)率。優(yōu)選將帶預(yù)熱到比熱塑性聚合物膜熔融溫度高約10～約50℃的溫度，并且更優(yōu)選約25～約50℃，但是，取決于具體采用的帶，可以采用比熔融溫度高約50℃的預(yù)熱溫度。
然后在步驟533中利用可在三個(gè)相互垂直的方向上移動(dòng)的真空卡盤以可釋放的方式拾取帶，以便將帶適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诹黧w噴射盒之上，如圖6所示。以可釋放方式拾取完帶之后，將拉舌結(jié)合在帶的自由一端，以便于使用者在揭掉帶時(shí)捏住帶。然后在步驟535中利用切割機(jī)或切條裝置將帶切割至所需的長(zhǎng)度。
在步驟533中以可釋放方式拾取帶的真空卡盤也包括加熱器，它在步驟536中將帶加熱至足夠高的溫度，從而有助于使帶結(jié)合到圖2所示的噴嘴表面層上。優(yōu)選加熱器在約2～約7s內(nèi)將帶加熱到溫度約110～約125℃優(yōu)選，但是也可以采用其它溫度和時(shí)間，這取決于具體的流體噴射盒、所采用的帶以及所采用的制造機(jī)具。在真空卡盤加熱器加熱帶的過(guò)程中，真空卡盤也將帶定位在流體噴射盒之上，從而在步驟537中覆蓋噴嘴。
在將切好的帶正確定位并且使帶處于所需的溫度之后，真空卡盤在步驟538中將帶結(jié)合到流體噴射盒上。在該步驟中，帶與流體噴射盒之間施加的壓力優(yōu)選約30～約60psi，并且更優(yōu)選約40～約50psi，但是也可以采用約7～約100psi的壓力，這取決于具體的流體噴射盒以及所采用的帶。除此之外，在步驟538中具體采用的壓力也取決于其它因素，比如真空卡盤的平坦度、將層壓帶的筆表面的平坦度、柔順性材料的硬度(如果在真空卡盤上采用的話)，以及層壓過(guò)程中兩個(gè)表面的平行度。在步驟539中，使用者在使用流體噴射盒之前在室溫下將帶揭下來(lái)。
來(lái)看圖6，它以透視圖的方式表示了利用圖2-4所示各個(gè)實(shí)施方案所述的帶對(duì)流體噴射盒上噴嘴層的噴嘴進(jìn)行可剝離式密封的方法的替代性實(shí)施方案。更具體而言，圖6所示的該替代性實(shí)施方案表示的是在使帶與流體噴射裝置結(jié)合之前對(duì)帶進(jìn)行加熱的替代性方法。在該實(shí)施方案中，真空卡盤656與之前步驟533～538所述的類似。真空卡盤包括加熱器652，它結(jié)合在加熱器底座654上。加熱器652上結(jié)合了柔順性材料650，優(yōu)選硅橡膠，但是也可以采用可在所需溫度范圍下操作的其它柔順性材料。柔順性材料含有至少一個(gè)孔，真空就是通過(guò)該孔而施加的，由此以基本上平坦的方式吸持帶600。柔順性材料優(yōu)選含有多個(gè)孔，從而將帶600吸持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。在該?shí)施方案中，表面加熱器656的位置要既能加熱流體噴射器頭622的噴嘴表面層又能加熱帶600上熱塑性聚合物膜層的密封表面603。
流體噴射器頭與流體儲(chǔ)器628結(jié)合而形成與圖2所示流體噴射盒220類似的流體噴射盒620。該實(shí)施方案特別適于圖3所示的帶實(shí)施方案，其中帶600是單層結(jié)構(gòu)，該實(shí)施方案要求僅使熱塑性聚合物膜的表面發(fā)生熔融。如圖6所示，表面加熱器656利用熱空氣或某些熱的惰性氣體比如氮或氬來(lái)加熱兩個(gè)表面。但是，可以采用其它加熱方法，比如紅外加熱法、微波加熱法和激光加熱法。
來(lái)看圖7a-7b，它以透視圖的方式表示了利用圖2-4所示各個(gè)實(shí)施方案所述的帶對(duì)流體噴射盒上噴嘴層的噴嘴進(jìn)行可剝離式密封的方法的替代性實(shí)施方案。更具體而言，圖7a-7b所示的該替代性實(shí)施方案表示了一種方法，在該方法中，利用帶700的第一部分705將帶700結(jié)合到噴嘴層(未表示)上；利用帶700的第二部分706將帶700結(jié)合到儲(chǔ)器728上；并且利用帶700的第三部分707使帶700與導(dǎo)電條742和電觸點(diǎn)740結(jié)合。這對(duì)于有著與流體噴嘴緊密接觸的電觸點(diǎn)和導(dǎo)電條的流體噴射盒720而言特別適宜。
在該實(shí)施方案中，真空卡盤756借由第一部分705將帶700貼在噴嘴層(未表示)上，這與圖5所示的步驟538所述類似，加熱帶700并對(duì)基體膜704施加壓力，從而將熱塑性膜702密封在噴嘴層的噴嘴之上。如圖7b所示，第二層壓器(laminator)790或真空卡盤756旋轉(zhuǎn)90°，然后優(yōu)選將帶700的第二部分706層壓在儲(chǔ)器728上，然后將第三部分707層壓在導(dǎo)電條742和電觸點(diǎn)740上；由此為噴嘴、導(dǎo)電條742和電觸點(diǎn)740提供牢固的密封，使拉舌730呈自由狀態(tài)，從而便于使用者在揭掉帶700時(shí)捏住帶。在替代性實(shí)施方案中，利用旋轉(zhuǎn)-90°的第三層壓器(未表示)或真空卡盤756將第二部分706層壓在儲(chǔ)器表面708上。
以下實(shí)施例說(shuō)明了各種經(jīng)過(guò)構(gòu)造和測(cè)試的聚合物系統(tǒng)，它們可按照本發(fā)明使用。但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
對(duì)比實(shí)施例1帶1將約5μm厚的壓敏粘合劑(PSA)溶液流延在厚度約為70μm的基體膜上。PSA是丙烯酸酯基的，而基體膜是聚氯乙烯(PVC)。在PVC基體膜的非粘合側(cè)上涂布硅氧烷材料薄層。將帶加熱到約60℃，并且在45psi壓力下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
對(duì)比實(shí)施例2帶2將約4μm厚的PSA溶液流延在約50μm厚的基體膜上。PSA是橡膠基的，而基體膜是E.I.DuPont de Nemours & Co.市售的乙烯基共聚物，商品名為SURLYN系列樹脂。以PET基膜用作帶的剝離襯。將帶加熱到約60℃，并且在45psi壓力下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例3帶3制備熱塑性膜帶時(shí)，將38μm厚的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)熱塑性聚合物粘合劑擠出流延在14.2μm厚的PET基體膜上。EVA共聚物是E.I.DuPont de Nemours & Co.市售的商品ELVAX3190。將帶表面加熱到約120℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例4帶4以與帶3相同的方式制備熱塑性膜帶，除了熱塑性粘合劑是乙烯-乙酸乙烯酯-甲基丙烯酸三元共聚物，它是E.I.DuPont deNemours & Co.市售的商品ELVAX4260。將帶表面加熱到約120℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例5帶5以與帶3相同的方式制備熱塑性膜帶，除了熱塑性粘合劑是采用10mrad電子束劑量交聯(lián)的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。該共聚物是E.I.DuPont de Nemours & Co.市售的商品ELVAX3170。將帶表面加熱到約130℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例6帶6以與帶3相同的方式制備熱塑性膜帶，除了熱塑性粘合劑是經(jīng)金屬離子部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物。該共聚物是E.I.DuPont de Nemours & Co.市售的商品SURLYN1601。將帶表面加熱到約145℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例7帶7以與帶3相同的方式制備熱塑性膜帶，除了熱塑性粘合劑是乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯基共聚物。該共聚物是AtofinaChemicals Inc.市售的商品LOTADER8840。將帶表面加熱到約145℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例8帶8以與帶3相同的方式制備熱塑性膜帶，除了熱塑性粘合劑是采用5mrad電子束劑量交聯(lián)的ELVAX4260。以厚度約為17.8μm的雙軸取向聚丙烯膜作為基體膜。將帶表面加熱到約120℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例9帶9熱塑性膜帶是127μm厚的單層乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，它是吹擠膜。該膜是E.I.DuPont de Nemours & Co.市售的商品ELVAX3170。將帶表面加熱到約140℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
實(shí)施例10帶10以與帶8相同的方式制備熱塑性膜帶，除了基體膜是厚度約25μm的耐穿刺和耐撕裂聚酯膜。將帶表面加熱到約120℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。
評(píng)價(jià)方法測(cè)試所用的流體噴射盒在金屬孔板約8×8mm的面積內(nèi)有6排噴嘴。每排有72個(gè)噴嘴。以水基流體填充噴射盒，該流體含有不同的色彩，比如青、品紅和黃，每種色彩一般都包含在獨(dú)立的室中。流體的組成是5～10重量％的2-吡咯烷酮、6～8重量％的1，5-戊二醇、6～8重量％三羥甲基丙烷(2-乙基-2-羥基甲基-1，3-丙二醇)和0～2重量％丁醇或異丙醇。然后按照實(shí)施例1-10所述的方式以其中一個(gè)帶密封填充噴射盒的噴嘴。在加速老化試驗(yàn)機(jī)中將噴嘴經(jīng)過(guò)帶密封的流體噴射盒帶在60℃下暴露2星期，評(píng)價(jià)以下項(xiàng)目1.流體泄露程度在60℃下加速老化試驗(yàn)2星期之后，檢查噴嘴經(jīng)過(guò)帶密封的流體噴射盒的流體泄露程度。利用簡(jiǎn)單的標(biāo)度將流體泄露程度分為幾個(gè)等級(jí)。等級(jí)“低”指的是流體在帶下被限制在噴嘴孔之中或噴嘴環(huán)的周圍。等級(jí)“中”指的是觀察到流體泄露現(xiàn)象，并且流體包圍了帶下一個(gè)以上的噴嘴但是未跨越該排噴嘴。等級(jí)“高”指的是觀察到流體泄露現(xiàn)象，并且流體不僅包圍了多個(gè)噴嘴而且跨越了該排噴嘴。
2.剝離強(qiáng)度以剝離速率10in/min從流體噴射盒的噴嘴層上揭掉帶，由此進(jìn)行180°剝離試驗(yàn)。將結(jié)果表示為每毫米帶寬度的剝離力克數(shù)(g/mm)。
3.粘合劑遷移揭掉帶之后，觀察噴嘴層上遷移的帶粘合劑。符號(hào)“是”指的是在噴嘴層表面上觀察到帶粘合劑，而“否”指的是沒(méi)有觀察到這種粘合劑遷移現(xiàn)象。
表1實(shí)施例編號(hào)流體泄露程度 剝離強(qiáng)度(g/mm)粘合劑遷移實(shí)施例 1中 5.24 是2高 22.8 是3低 35.4 否4低 59.1 否5低 15.0 否6中 1.58 否7中 2.36 否8低 n.t.* 否9低 n.t.* 否10 低 n.t.* 否n.t.-未進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施例11按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶11，除了采用5mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
實(shí)施例12按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶12，除了采用7.5mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
實(shí)施例13按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶13，除了采用10mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
實(shí)施例14按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶14，除了采用12.5mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
實(shí)施例15按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶15，除了采用15mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
實(shí)施例16按照與帶3相同的方式制備熱塑性聚合物膜帶16，除了采用17.5mrad的電子束劑量來(lái)交聯(lián)帶。
將帶11-16加熱到約120℃，并且在壓力45psi下使之與流體噴射盒的噴嘴層結(jié)合。使噴嘴經(jīng)過(guò)帶密封的流體噴射盒在加速老化試驗(yàn)機(jī)中在60℃下暴露2星期，然后利用前述方法進(jìn)行剝離試驗(yàn)。各種帶的剝離強(qiáng)度與電子束劑量的函數(shù)關(guān)系圖見圖8。剝離強(qiáng)度隨電子束劑量而變化，這表明能夠通過(guò)交聯(lián)密度來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)熱塑性聚合物膜與噴嘴層的粘合力。
本發(fā)明適宜地采用了針對(duì)油墨相容性而優(yōu)化的熱塑性聚合物膜并且也采用了較高的密封溫度和壓力，由此圍繞流體噴射盒的噴嘴而形成牢固的密封。熱塑性聚合物膜優(yōu)選熱塑性結(jié)晶或半結(jié)晶聚合物或者熱塑性彈性體。熱塑性聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、流體耐受范圍比PSA寬、所含的添加劑很少或者沒(méi)有，并且其水蒸汽透過(guò)速率一般比PSA低。除此之外，熱塑性聚合物膜能夠圍繞流體噴射裝置上的突變式結(jié)構(gòu)特征實(shí)現(xiàn)良好的貼合效果。熱塑性聚合物膜也提供了通過(guò)采用不同的密封溫度、壓力和時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)粘合性能的能力，由此針對(duì)不同的流體噴射盒優(yōu)化其密封性能。
權(quán)利要求
1.流體噴射盒(220)，它包含流體噴射器頭(222)，它有至少一個(gè)噴嘴(224)；流體儲(chǔ)器(228)，它含有與至少一個(gè)噴嘴流動(dòng)式關(guān)聯(lián)的可噴射流體；以及帶(200)，它包含與所述至少一個(gè)噴嘴接觸并且與之可剝離式結(jié)合的熱塑性聚合物膜(202)。
2.權(quán)利要求1的流體噴射盒，其中所述帶進(jìn)一步包含基體膜(204)，它與所述熱塑性聚合物膜通過(guò)粘合劑而結(jié)合，其中所述基體膜選自聚氯乙烯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚氨酯及其混合物；潮氣阻擋膜(406、406′、406″)；空氣阻擋膜(410)；和消靜電膜(408、408′)。
3.權(quán)利要求1的流體噴射盒，其中所述熱塑性聚合物膜含有小于約20～約30重量％的低分子量添加劑，其分子量小于約2000g/mol。
4.權(quán)利要求1的流體噴射盒，其中所述噴射器頭進(jìn)一步包含噴嘴層(226)，它含有所述至少一個(gè)噴嘴，其中所述噴嘴層選自鎳、金、鈀、鉭、銠、聚酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹脂和其組合。
5.權(quán)利要求1的流體噴射盒，其中所述的熱塑性聚合物膜包含約60～約95重量％聚乙烯，約0～約40重量％聚乙酸乙烯酯，約0～約30重量％聚甲基丙烯酸，并且所述熱塑性聚合物膜的厚度為約5～約500μm，其熔融溫度大于35℃而熔融指數(shù)為約0.5～約50g/min。
6.流體噴射盒上噴嘴的密封帶，它所包含的熱塑性聚合物膜的厚度為約5～約500μm、熔融溫度高于35℃并且熔融指數(shù)為約0.5～約50g/min，其中所述熱塑性聚合物膜含有小于約20～約30重量％的低分子量添加劑，其分子量小于約2000g/mol。
7.權(quán)利要求6的帶，其中所述熱塑性聚合物膜是半結(jié)晶性二元共聚物膜或半結(jié)晶性三元共聚物膜。
8.對(duì)包含儲(chǔ)器的流體噴射盒(220)中噴嘴層的噴嘴進(jìn)行可剝離式密封的方法，該方法包含以下步驟以可釋放的方式拾取(533)包含熱塑性聚合物膜的帶；將所述帶切割(535)至足以覆蓋噴嘴的長(zhǎng)度；將所述帶定位(537)在噴嘴層之上；加熱(536)所述帶；將所述帶結(jié)合(538)在流體噴射盒上，其中使所述帶的第一部分與噴嘴層按可剝離方式結(jié)合而覆蓋在噴嘴上，并且使所述帶的第二部分與儲(chǔ)器按可剝離方式結(jié)合。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述結(jié)合步驟進(jìn)一步包含以下步驟使所述帶的第三部分與所述流體噴射盒上的電觸點(diǎn)按可剝離方式結(jié)合。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述加熱步驟進(jìn)一步包含以下步驟將所述帶加熱至比所述熱塑性聚合物膜熔融溫度高約10～約50℃的溫度。施加約7～約100psi的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及流體噴射盒(220)，它包括噴射器頭(222)，該噴射器頭有至少一個(gè)噴嘴(224)，以及流體儲(chǔ)器(228)，它含有與至少一個(gè)噴嘴流動(dòng)式關(guān)聯(lián)的可噴射流體。該流體噴射盒上包含帶(200)，該帶包括與噴嘴接觸并且與之可剝離式結(jié)合的熱塑性聚合物(202)膜。
文檔編號(hào)B41J2/175GK1553861SQ02817632
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月11日
發(fā)明者I·法爾, S·N·米勒, S·H·張, I 法爾, 張, 米勒 申請(qǐng)人:惠普公司