CN1946559A - 喷墨打印盒 - Google Patents

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Abstract

一种制造喷墨打印盒的方法，包括形成一个盒体(30)并且直接在盒体表面上施加选择性地由导电轨道(44)连接的第一和第二组电端子(40a、42a)。打印头(68)安装在盒体(30)上，与第一组端子(40a)电连接。第二组端子(42a)适于与打印机电路电连接。电端子和导电轨道可位于盒体内相应的凹槽中，并通过橡皮刮刀或喷墨打印沉积在其内。

Description

喷墨打印盒
技术领域
本发明涉及喷墨打印盒及其制造方法。
背景技术
图1是传统现有技术中的喷墨盒的简化图。它包括一个模制的塑料盒体10，其包含一个或多个内部墨水容器。打印头12安装在盒体10表面中的凹槽14内。众所周知，典型的打印头12包含大量内部墨水喷射元件，其经由与盒体的表面结合的柔性印刷电路16由打印机电路选择性地启动。每次启动一个墨水喷射元件时，墨滴被迫通过打印头外露(外)表面上相应的喷孔18喷射出来。墨水经由打印头下侧的一个或多个供墨槽供应到打印头，该供墨槽经由盒体10内相应的孔口与墨水容器流体相通。
图2中扁平地示出了柔性印刷电路16，尽管该柔性印刷电路16在使用中通常绕着盒体10的两侧弯曲，如图1所示。图2的视角是柔性印刷电路的下侧，即，与图1中盒体10结合的表面。柔性印刷电路16的下侧包括第一组电端子20和第二组电端子22。在图1和2的简化图中，仅在每组中示出了八个端子，但实际上还可以更多，一般每组中有20个端子。第一组的端子20沿着柔性印刷电路16中孔口24的相对边缘布置，且每个端子都采取伸入孔口24中的相应悬臂式的金属梁(“挠性梁”)形式。第二组的端子22贯穿柔性印刷电路材料的厚度，以通往柔性印刷电路的外表面，如图1所示。挠性梁20经由柔性印刷电路下侧上的导电轨道26与端子22选择性地连接。
传统的打印头12在其外表面上也即在打印头喷孔18的同一侧具有两排边缘触点，并且，在与置于凹槽14中的打印头12组装的墨盒中，每个边缘触点与挠性梁20中相对应的一个电连接(为简化起见，图1中没有示出边缘触点和挠性梁)。当将墨盒插入兼容打印机中时，电端子22与打印机电路相对应的电端子配合，于是后者就能以公知方式经由导电轨道26和挠性梁20选择性地启动墨水喷射元件。
上述传统的喷墨盒存在一些缺陷。由于打印头的边缘触点与挠性梁20之间的连接是在打印头的外表面上形成的，在柔性印刷电路16与盒体10相连之前，就需使打印头与柔性印刷电路16相连。因此，组件的返工非常困难。此外，结构复杂而昂贵。
US6328423披露了一种制造喷墨打印盒的方法，其中的盒体装有多个沟槽，它们凹进盒体的表面中，并且在第一组端子区域与第二组端子区域之间延伸。沟槽填充有一种传导材料，以形成选择性地由导电轨道互连的第一和第二组电端子，第一组端子适于与打印头电连接，而第二组端子适于与打印机电路电连接。
发明内容
根据第一个方面，本发明提供了一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，选择性地直接在盒体的表面上施加传导材料，以形成选择性地由导电轨道互连的第一和第二组电端子，第一组端子适于与打印头电连接，而第二组端子适于与打印机电路电连接，其中，至少一部分传导材料通过喷墨打印施加在盒体上。
根据第二个方面，本发明提供了一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，该盒体具有多个在第一组端子区域与第二组端子区域之间延伸的沟槽，这些沟槽和端子区域凹进盒体的表面中，在凹进的端子区域和沟槽中沉积传导材料，并且电镀该传导材料，经电镀的传导材料形成由导电轨道选择性地互连的第一组和第二组电端子，该第一组端子适于与打印头电连接，而该第二组端子适于与打印机电路电连接。
根据第三个方面，本发明提供了一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，该盒体具有多个在第一组端子区域与第二组端子区域之间延伸的沟槽，这些沟槽和端子区域凹进盒体的表面中，并且将传导材料沉积到凹进的端子区域和沟槽中，该传导材料形成由导电轨道选择性地互连的第一组和第二组电端子，该第一组端子适于与打印头电连接，而第二组端子适于与打印机电路电连接，其中，至少一部分传导材料通过一模板挤压到凹进的端子区域和沟槽中。
本发明免除了柔性印刷电路的需要，并容许例如我们共同待审的英国专利申请No.0401943.6(HP Ref：PD No.200315512，代理人ref：pg10142ie00)中所述类型的打印头与第一组电端子直接连接。
正如在此使用的一样，术语“喷墨”、“供墨槽”以及相关术语并不被构造成将本发明局限于待喷射的液体是墨水的装置。术语是对这种通过热、压电或其它喷射从打印头将液体打印在表面上的一般技术的简化，虽然给出了一种打印墨水的应用场合，但本发明还适用于以相同方式沉积其它液体的打印头，例如会在微型电路中形成导体和电阻的液体。
此外，在此给出和权利要求中给出的方法步骤不必按所述顺序执行，除非存在必然的暗示。
附图说明
现在参照附图通过实例对本发明的多个实施例进行描述，其中：
图1是现有技术中喷墨打印盒的简化透视图；
图2是用于图1打印盒中的柔性印刷电路下侧的俯视图；
图3是用于本发明实施例中的模制盒体的透视图；
图4是图3盒体部分表面的闭合图；
图5-12是图3盒体在根据本发明的第一实施例制造喷墨打印盒的方法中的连续步骤中的视图；
图13-15示出了根据本发明的第二实施例制造喷墨打印盒的方法。
具体实施方式
图3是盒体30的透视图，该盒体30用作根据本发明实施例的方法中的出发点。图4是该盒体30部分表面的闭合图。盒体30是由塑料材料模制的，且具有分别基本上扁平的第一和第二表面部分32、34，该第一和第二扁平的表面部分32、34彼此基本上成直角且通过圆角边缘36连接。该扁平部分32沿着相对的边缘与凸起的脊38接界，此目的将在后面描述。凹进盒体30的表面内并作为部分模制工艺形成在其内的是表面部分32内的第一组端子区域40、表面部分34内的第二组端子区域42、以及多个绕着圆角边缘36延伸且选择性地将每个端子区域40和对应的端子区域42连接的沟槽44。在该实施例中，沟槽为200微米宽，200微米深。在扁平表面部分32的中心，存在三个平行的墨水输送槽46。这些墨水输送槽与盒体30内对应的不同色供墨容器相通且与打印头相应的槽配合以最终安装在表面部分32上。端子区域40被安置成两个小组，槽46的两端上有一个小组。
在一个实施例中，模制盒体所用的塑料材料必须经受得住沉积在端子区域40、42以及沟槽44中的焊料糊的回流温度(138摄氏度)。适用于此目的的塑料材料是含有碳和/或玻璃纤维填料的聚乙烯。例如，具有30％重量玻璃填料的聚乙烯能经受大约230-250摄氏度的温度。另一种适用的塑料材料为聚苯硫醚(polyphenyl sulphide)，填充有10％重量的碳纤维和10％重量的玻璃纤维。在其它实施例中，玻璃纤维可由微型玻璃丸替代。
在模制塑料体之前，可将表面活性剂添加到混合物中，以改变塑料体被随后沉积在端子区域和沟槽中的传导材料(焊料糊、传导墨水和/或催化剂)湿润的性能。模制之后，塑料体的表面可粗化以实现织纹面，有助于更好地附着传导材料。这样的粗化可通过机械蚀刻(例如喷砂处理)、化学蚀刻(例如采用浓盐酸和浓硫酸或氢氧化钠的混合物)或等离子蚀刻(例如，O2、N2、NH3电晕放电处理)来实现。此外，聚合物体的表面至少在端子区域和沟槽中可涂布氧化铝或二氧化硅微粒的混合物以生成多孔表面，从而提供了用于吸收焊料糊或传导墨水、或用于催化剂沉积的大表面积。表面活性剂亦可选择性地添加到传导材料中以提高其对塑料体的湿润性能。
在根据第一实施例的方法中，下一个步骤包括安放一块模板50，如图5所示，在脊38之间与盒体30的扁平表面部分32紧密接触。模板50具有开口图形52，与扁平表面部分32内的且绕着圆角边缘36的端子区域40和那一部分沟槽44相对应并套准。不过，模板没有对应于墨水输送槽46的开口，因此这些墨水输送槽被封堵。
接下来，在图6中，传导糊料54作为焊道被涂在弹性橡皮刮刀56的前面。所分配的糊料的容积大致为填充的端子区域40和部分沟槽44的容积的两倍。从模板50的远端位置开始到圆角边缘36，橡皮刮刀56朝圆角边缘前进(即，在箭头所示的方向上)，迫使传导糊料54通过模板开口52进入端子区域40和沟槽44中。橡皮刮刀56的压力足够使橡皮刮刀变形以与模板50良好接触，但还不至于通过模板开口52使橡皮刮刀严重变形。在圆角边缘36，橡皮刮刀的压力使模板52变形，以至少部分地绕着边缘36顺应半径，由此相应地至少部分地在圆角边缘的四周填充沟槽44。
紧接着，在图7中，安放第二块模板60，使之与盒体30的扁平表面部分34紧密接触。模板60具有开口图形62，与扁平表面部分34内的且绕着圆角边缘36的端子区域42和那一部分沟槽44相对应并套准。传导糊料54仍作为焊道被涂在橡皮刮刀56的前面，所分配的糊料的容积大致为填充的端子区域42和部分沟槽44的容积的两倍。从模板60的远端位置开始到圆角边缘36，橡皮刮刀56朝圆角边缘前进(即，在箭头所示的方向上)，迫使传导糊料54通过模板开口62进入端子区域42和沟槽44中。橡皮刮刀56的压力足够使橡皮刮刀变形以与模板60良好接触，但还不至于通过模板开口62使橡皮刮刀严重变形。在圆角边缘36，橡皮刮刀的压力使模板62变形，以至少部分地绕着边缘36顺应半径，由此相应地至少部分地在圆角边缘的四周填充沟槽44。通过模板50和60在圆角边缘36的四周对沟槽44的部分填充应能在圆角边缘的四周对沟槽44连续地填充。
模板50和60可以是任何传统的丝网印刷模板，比如照相生成图形的聚酯织物或激光限定的不锈钢模板，尽管在任何情况下，模板应该足够柔软，以容许如上所述地至少部分地在圆角边缘36的周围变形。每次使用过后，模板50和60都用不起毛的条带清洗，该条带绕在一个辊子上，该辊子在经过模板表面时在压力的作用下支承在模板上。
在该实施例中，传导糊料54是由70％重量的平均颗粒尺寸为0.25微米的铜粉和30％重量的焊料糊构成的。焊料糊是熔剂的混合物，比如产自美国“the superior Flux and Manufacturing  Company”的Superior Safe*No.30通用型有机熔剂，并且是锡(42％重量)和铋(58％重量)的低共熔混合物。
现将热气枪(热吹风器)对准盒体30的两个表面部分32、34以及圆角边缘36，从而在焊料的低共熔点(138摄氏度)之上加热熔剂，以使焊料糊熔化和回流，由此提高糊料的传导性。一般来说，热气枪将熔剂加热一分钟到160摄氏度以使焊料回流。因此，第一组导电端子40a插入盒体的端子区域40内，第二组导电端子42a插入盒体的端子区域42内，且多个选择性地连接两组端子的导电轨道44a插入盒体的沟槽44内。
现在通过采用未示出的其它模板，将UV固化的密封材料如酚醛树脂或丙烯酸树脂施加到盒体上。模板具有对应于轨道44a但不对应于端子40a和42a的孔口。因而，密封材料仅施加在轨道44a上，端子40a和42a被模板遮挡以防止它们被密封材料覆盖。当施加了密封材料之后，进行UV曝光以使密封材料发生永久交联。
接下来，在图8中，将触变性的结构粘合剂64作为焊道施加在盒体30内每个墨水输送槽46外围的四周。现在观察图9，它是高度示意的局部切割侧视图，打印头66的下侧接近盒体上的结构粘合剂64，并且打印头下侧上的供墨槽68利用机器视觉与盒体30内相应的墨水输送槽46对齐。在该实施例中，打印头66属于我们共同待审的英国专利申请No.0401943.6(HP Ref：PD No.200315512，代理人ref：pg10142ie00)中所述的类型，其在打印头的下侧上具有焊接触点(未示出)。随后驱动打印头66，使之与粘合剂64接触，如图10所示，直到打印头下侧上的焊接触点与相对应的端子40a直接接合。力反馈检测这样的接合并终止打印头相对于盒体30进一步的运动。再次使用热气枪来使端子40a回流，从而使它们与打印头66下侧上的焊接触点结合。
图11示出了作为最后步骤的结果安装在盒体30上的打印头66。打印头下侧上的焊接触点与端子40a(在图11中看不见)直接电接触，端子40a经由导电轨道44a选择性地与端子42a连接。端子42a与现有技术(图1和2)中的端子22等效，因为，当将打印盒插入兼容打印机中时，电端子42a与打印机电路相应的电端子配合，使得后者可选择性地经由导电轨道44a和端子40a启动打印头内的墨水喷射元件。最终，在图12中，在打印头66外围的四周施涂UV固化的密封焊道70。在成品打印盒中，如图12所示，打印头66含有喷孔72的外露表面在含有脊38顶部的假想面的下方稍微凹入，以确保使用时打印头与其上打印的纸张或其它介质之间的间隙最小。
在第一实施例的改型中，挤压到端子区域40、42和沟槽44中的传导材料可以是甘油中的胶状钯催化剂。在连接打印头66之前，将该传导材料烘干并通过化学镀镀上铜以形成端子40a、42a和轨道44a。
在本发明的第二实施例中，不是将传导材料丝网印刷到模制盒体30凹进的端子区域40、42和沟槽44中，而是将钯金属催化剂的悬浮液喷墨打印到端子区域和沟槽中，并在干燥之后非电解地镀上铜。
因而，在图13和14中，喷墨打印头80利用机器视觉与盒体30对齐。打印头80随后以多行扫描盒体30并以将钯金属悬浮液82沉积在凹进的端子区域40、42和沟槽44中的图形选择性地喷射墨水。打印头80在每个打印行后步进地移动，使得钯金属悬浮液82沉积在所有端子区域40、42中并顺沿沟槽44的整个长度，盒体30在打印头80位于圆角边缘36时旋转以确保沉积沿着沟槽连续地进行。悬浮液的微滴尺寸一般相对于100微米的轨道宽度大约直径为22微米。当完成打印后，通过干燥将钯金属悬浮液中的流体溶剂去除，以主要在凹进的端子区域40、42和沟槽44的底部上留下钯微粒的沉积物。
现将盒体30浸在商业用的化学镀铜浴84中，如图15所示，铜溶液在钯金属82的表面上自发变为铜金属86。随后，在新近沉积的铜表面上继续进行化学镀，并且允许工艺一直持续至在凹进的端子区域40、42和沟槽44中实现理想的铜厚度。一般来说，端子区域和沟槽将被镀到它们完全充满铜为止。
在钯悬浮液的喷墨打印中，一些过多喷涂物可能已落在盒体未凹进的部分上，并将充当铜沉积的成核点。这一点可如此避免，即，用不起毛的条带擦拭盒体以去除这样的沉积物，并在电镀后重复工序以去除任何外在的铜沉积物。
最后，将UV固化的密封材料丝网印刷到记录头体上以覆盖连接端子40a和42a的轨道44a，如上所述。随后，如参照第一实施例的图8-12所述继续其它加工处理。
第二实施例的改型包括：
(a)将胶状钯喷墨打印到凹进的端子区域和轨道中，将其烘干并对钯进行化学镀；
(b)将传导墨水喷墨打印到凹进的端子区域和轨道中并将其烘干；
(c)将有机金属铜喷墨打印到凹进的端子区域和轨道中，并用激光或准分子激发灯将有机金属铜变为金属。
本发明不局限于在此描述的实施例，这些实施例可作出改进或变化而不脱离本发明的范围。

Claims (19)

1、一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，选择性地直接在盒体的表面上施加传导材料，以形成选择性地由导电轨道互连的第一和第二组电端子，第一组端子适于与打印头电连接，而第二组端子适于与打印机电路电连接，其中，至少一部分传导材料通过喷墨打印施加在盒体上。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该盒体具有多个在第一组端子区域与第二组端子区域之前延伸的沟槽，该沟槽和端子区域凹进盒体的表面中，并且，传导材料选择性地被喷墨打印到凹进的端子区域和沟槽中。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括镀上喷墨打印材料。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，该喷墨打印材料包括进行化学镀的催化剂，所述化学镀是非电解地执行的。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，催化剂包括非电解地镀上铜的钯。
6、一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，该盒体具有多个在第一组端子区域与第二组端子区域之间延伸的沟槽，这些沟槽和端子区域凹进盒体的表面中，在凹进的端子区域和沟槽中沉积传导材料，并且电镀该传导材料，经电镀的传导材料形成由导电轨道选择性地互连的第一组和第二组电端子，该第一组端子适于与打印头电连接，而该第二组端子适于与打印机电路电连接。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，传导材料包括进行化学镀的催化剂，所述化学镀是非电解地执行的。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，催化剂包括非电解地镀上铜的钯。
9、如权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，传导材料被挤压到凹进的端子区域和沟槽中。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，传导材料是通过模板挤压的。
11、一种制造喷墨打印盒的方法，该方法包括提供一个盒体，该盒体具有多个在第一组端子区域与第二组端子区域之间延伸的沟槽，这些沟槽和端子区域凹进盒体的表面中，并且将传导材料沉积到凹进的端子区域和沟槽中，该传导材料形成由导电轨道选择性地互连的第一组和第二组电端子，该第一组端子适于与打印头电连接，而第二组端子适于与打印机电路电连接，其中，至少一部分传导材料通过一模板挤压到凹进的端子区域和沟槽中。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，传导材料包括焊料糊，并且，该方法还包括加热焊料糊以使其内的焊料回流。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，传导材料包括70％重量的平均颗粒尺寸为0.25微米的铜粉和30％重量的焊料糊。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，焊料糊包括熔剂以及锡和铋的低共熔混合物。
15、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括凹进的端子区域和沟槽的盒体是通过模制形成的。
16、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，支承第一组端子的盒体表面部分与支承第二组端子的盒体表面部分成一个角度。
17、一种通过如前述权利要求中任一项所述的方法制造的喷墨打印盒。
18、一种参照附图3-15如上所述的喷墨打印盒。
19、一种参照附图3-12和13-15如上所述的喷墨打印盒的制造方法。
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