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Hintergrund der Offenbarung
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Druckkassetten
sind in der Regel in eine Kammer oder einen Schacht zur Positionierung
bezüglich
einer Druckzone eingebaut. Die Kassette und die Kammer sind jeweils
mit elektrischen Kontakten versehen, so dass eine elektrische Verbindung
zwischen der Kassette und der Kammer hergestellt werden kann. Bei
vielen Druckkassetten sind die elektrischen Kontakte der Kassette
auf einer flexiblen THA-Schaltung
(THA = TAB head assembly = TAB-Kopfanordnung; TAB = tape automated
bonded = im automatischen Folienbondverfahren hergestellt) bereitgestellt,
die mit dem Kassettenkörper
verbunden ist. Die Kammer weist in der Regel auch eine flexible
Schaltungsplatine mit elektrischen Kontakten auf, die so angeordnet
sind, dass sie einen Kontakt mit entsprechenden Kontakten auf der
THA-Schaltung auf der Kassette herstellen. Die Schaltungskontakte
sind in der Regel Kupfer- oder Nickelkontakte, die Korrosion ausgesetzt
wären.
Eine Schicht aus Gold oder einem anderen schützenden Metall, z. B. Palladium,
wird über
den Kupfer- oder Nickelkontakten gebildet, um Korrosion zu verhindern.
Eine dicke Goldschicht, z. B. in der Größenordnung von 0,762 μm (30 Mikrozoll)
Dicke, wird in der Regel auf die Kontakte elektroplattiert, so dass
dieselbe mehrere Einbringungen der Kassette in die Kammer überstehen
kann, da sich Gold mit jeder Einbringung abnutzt. Dies trägt zu den
Kosten der Druckkassette bei.
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Die
US-5,461,482 A bezieht
sich auf ein elektrisches Verbindungssystem für einen Drucker zum Bereitstellen
eines einwandfreien elektrischen Kontakts zwischen entsprechenden
Verbindungsanschlussflächen
einer Druckkassette und eines Druckwagens. Ein flexibler isolierender
Streifen mit Verbindungsanschlussflächen wird durch einen Elastomer-Kompensator getragen,
der Säulen
mit halbkugeligen Kuppeln auf der dem Streifen zugewandten Seite
des Elastomer-Kompensators
und eine flache Oberfläche
auf der anderen Seite aufweist. Die flache Oberfläche des
Elastomer-Kompensators
wird durch eine Kardan-Platte getragen, die ihrerseits von einer Feder
getragen wird.
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Die
US-5,140,405 bezieht sich
auf eine Halbleiteranordnung, die eine leitfähige Elastomer-Einachsen-Verbindung
einsetzt. Eine Halbleiteranordnung umfasst zumindest einen Chip
mit einer im Wesentlichen planaren ersten und zweiten Ineingriffnahmeoberfläche und äußeren Kanten,
die eine Chipform definieren. Eine Basis mit einer darin gebildeten Öffnung nimmt
den Chip auf. Die Basisöffnung weist
periphere Kanten auf, die eine Form und Größe der Öffnung definieren, die zu der äußeren Form
des Chips komplementär
sind. Die Öffnungsränder nehmen
die Chipränder
in Eingriff, um den Chip in einer ausgewählten Ausrichtung in einer
Ebene parallel zu der ersten planaren Ineingriffnahmeoberfläche des Chips
räumlich
zu fixieren. Eine Verbindungsplatte weist zumindest eine im Wesentlichen
planare Ineingriffnahmeoberfläche
auf, die der ersten planaren Ineingriffnahmeoberfläche des
in der Basisöffnung
aufgenommenen Chips zugewandt ist. Zumindest eine leitfähige Anschlussfläche auf
der planaren Ineingriffnahmeoberfläche der Platte ist mit einer
entsprechenden leitfähigen
Anschlussfläche
der ersten Ineingriffnahmeoberfläche
des Chips räumlich
ausgerichtet oder befindet sich mit derselben in Deckung. Eine Lage
eines anisotrop leitfähigen
Elastomer-Materials ist zwischen die Basis und die Verbindungsplatte
zwischen der ersten Ineingriffnahmeoberfläche des Chips und der Ineingriffnahmeoberfläche der Verbindungsplatte
eingefügt.
Die Basis und die Verbindungsplatte werden bezüglich einander in einer ausgewählten Überdeckung
eingespannt, wodurch das anisotrop leitfähige Elastomermaterial sandwichartig
zwischen denselben angeordnet ist.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Ein
Verbindungssystem für
eine Vorrichtungskammer, die angepasst ist, um eine Tintenstrahlvorrichtung
mit einem ersten Satz von elektrischen Kontaktoberflächen auf
einer Vorrichtungsoberfläche
aufzunehmen. Ein zweiter Satz von elektrischen Kontaktoberflächen ist
in einer Vorrichtungskammer bereitgestellt. Jeweilige des ersten
Satzes und des zweiten Satzes befinden sich in einer einander zugewandten
Ausrichtung, wenn die Vorrichtung in die Kammer eingebaut ist. Eine
Elastomerschicht, die eine Mehrzahl von getrennten leitfähigen Fäden oder
Drähten,
die in derselben zwischen einer ersten Schichtoberfläche und
einer zweiten Schichtoberfläche
angeordnet sind, aufweist, ist zwischen dem ersten und zweiten Satz
von elektrischen Kontaktoberflächen
angeordnet und befindet sich in Kontakt mit denselben. Die Leiterenden
sind an der ersten und zweiten Schichtoberfläche offenliegend und stellen so
eine isolierte elektrische Kontinuität zwischen jeweiligen des ersten
Satzes und des zweiten Satzes von elektrischen Kontaktoberflächen bereit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Merkmale
und Vorteile der Offenbarung werden für Fachleute auf dem Gebiet
aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung, wenn sie im Zusammenhang mit den Zeichnungen gelesen
wird, ohne Weiteres ersichtlich. Es zeigen:
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1A eine
Seitenansicht, die ein Ausführungsbeispiel
eines Verbindungssystems unter Verwendung eines leitfähigen z-Achsen-Elastomers
veranschaulicht und eine Druckkassette in einer Kammer direkt über einer
Ineingriffsposition zeigt.
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1B eine
Seitenansicht ähnlich
der 1A, zeigt jedoch die Druckkassette in einer Ineingriffsposition
mit elektrischen Kontakten der Kammer.
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2 ein
exemplarisches Layout eines Satzes von Flachkontakten, die an der
Druckkassette der 1 angebracht sind.
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3 eine
Diagrammseitenansichtsveranschaulichung einer exemplarischen Wechselwirkung zwischen
einem Flachkontakt an der Druckkassette, einem Vertiefungskontakt
an der Kassettenkammer und der leitfähigen z-Achsen-Elastomerschicht.
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4 eine
exemplarische Kraft über
einer Ablenkungscharakteristik für
eine durch die Feder des Systems der 1A auf
einen einzelnen Kontakt ausgeübte
Kraft.
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5 ein
Ausführungsbeispiel
der Elastomerschicht des Verbindungssystems.
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6 eine
vereinfachte Querschnittsansicht entlang einer Linie 6-6 der 5.
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7 eine
auseinandergezogene isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Druckerwagens, bei dem ein Verbindungssystem gemäß der Erfindung
eingesetzt wird.
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Ausführliche Beschreibung der Offenbarung
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In
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und in den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind
gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1A–1B veranschaulichen
in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel
eines Verbindungssystems, bei dem die Erfindung eingesetzt wird.
Eine Tintenstrahldruckkassette 60 ist während Druckoperationen in eine
Kammer 70 eingebaut. Die Kammer kann in der richtigen Position
an dem Drucker befestigt sein, oder, was die Regel ist, auf einem bewegbaren
Wagen hergestellt sein. Um den Kassettendruckkopf (nicht gezeigt
in 1) mit Energie zu versorgen, wird
eine elektrische Verbindung mit der Kassette hergestellt, wenn sie
sich in der eingebauten Position befindet. Die Druckkassette umfasst
einen Körper 62 mit
einer Körperoberfläche 64,
an die eine TAB-Schaltung 66 angebracht ist. Die Schaltung 66 umfasst
einen planaren Satz von beabstandeten, mit Gold oder Palladium plattierten,
Flachkontakten. Ein exemplarisches Layout eines Satzes von Kontakten 66A ist
in 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Kontakte 66A einen
Nenndurchmesser von 1,4 mm auf und weisen eine Minimalbeabstandung
von 0,20 mm zwischen den Kontakten auf, es können jedoch auch größere oder
kleinere Kontakte mit anderen Beabstandungen eingesetzt werden.
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Das
Verbindungssystem 50 umfasst einen Satz von goldplattierten
Vertiefungskontakten 82, die auf einem Substrat 80 erzeugt
sind. Es ist von Vorteil, dass die Verwendung von kassettenmontierten Flachkontakten,
die mit einem entsprechenden Satz von Vertiefungskontakten auf einem
Wagen zusammenpassen, um eine elektrische Verbindung herzustellen,
allgemein bekannt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungskontakte
gerundete nominale 0,8 mm-Kontakte,
die um 1,5 mm von der Substratoberfläche vorstehen, es können jedoch auch
größere oder
kleinere Kontakte verwendet werden, abhängig von den Erfordernissen
einer bestimmten Anwendung.
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Das
Substrat 80 ist an einer starren Platte 84 angebracht,
die wiederum zur Bewegung entlang eines begrenzten Bewegungsbereichs
entlang der z-Achse 40 befestigt ist. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist die Platte 84 an einer Gleitstütze angebracht, die Wände oder
Pfosten 86A, 86B umfasst, die in Rillen oder Löchern 88A, 88B gleiten, die
in einem Gehäuse 88 gebildet
sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
bewegt sich der Bewegungsbereich in der z-Achse in der Größenordnung
von 1,0 bis 1,5 mm, es können
aber auch größere oder
kleinere Bewegungsbereiche eingesetzt werden, abhängig von
den Anwendungserfordernissen. Die starre Platte an ihrer Gleitstütze weist
einen Abstandshalterblock 93 auf, der an ihrer unteren
Oberfläche
befestigt ist, und ist durch eine Kuppelstruktur 90, die den
Block 93 berührt,
in eine ausgefahrene Position vorgespannt. Für derartige Zwecke werden Kuppelfedern
z. B. als Vorspannungsdruckknopfschalter verwendet. Im Gegensatz
zu diesen „Schnapp"-Schaltern, ist die
Kuppelstruktur 90 jedoch erzeugt, um eine im Wesentlichen
konstante Vorspannungskraft an die starre Platte bereitzustellen,
wenn dieselbe unter Druck gesetzt wird. Die Platte 84 und
ihr Träger
lassen so eine gewisse konforme Bewegung des Substrats 80 ansprechend
auf Einbringungskräfte
zu, die während
eines Einbaus der Druckkassette 60 auftreten. Die konforme
Bewegung wird benötigt,
um die Toleranzen aufzunehmen, die sich auf die Passung zwischen
den verschiedenen Komponenten des Verbindungssystems und seinen Einbaustrukturen
auswirken.
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Statt
die Flachkontakte 66 der Kassette in direkten Kontakt mit
den Vertiefungskontakten 82 zu bringen, wird eine leitfähige z-Achsen-Elastomerschicht 92 zwischen
die Kontakte 66 und 82 eingefügt. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird die Schicht 92 ohne eine mechanische Befestigung lediglich
ordnungsgemäß platziert,
obwohl bei anderen Anwendungen auch Einrichtungen wie z. B. ein
Haftmittel oder eine mechanische Befestigung eingesetzt werden können, um
die Schicht 92 an ihrem Platz zu halten. Die Schicht 92 weist
isolierte, leitfähige
Elemente auf, die in Ausrichtung mit der Z-Achse angeordnet sind,
wie z. B. dünne
Drähte,
die in einen Isolator vergossen sind, die an der oberen und unteren
Oberfläche
der Schicht 90 offenliegende Kontakte aufweisen. Leitfähige z-Achsen-Elastomerschichten
sind im Handel erhältlich,
wie z. B. die GB-Matrix-Artikelserie leitfähiger Elastomere,
die durch Shin-Etsu Polymer America, Inc., Newark, CA, vertrieben
wird. Die Dicke der Schicht und die regelmäßige Beabstandung von Leitern
in der Schicht werden gemäß Parametern
einer gegebenen Anwendung bestimmt. Bei einer exemplarischen Anwendung
weist die Schicht eine Schichtdicke von .5 mm und einen Leiterabstand
von .1 mm auf.
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1A zeigt
die Druckkassette 60 in teilweiser Einbringung in die Kammer 70,
jedoch nicht vollständig
eingesetzt, so dass die Kontakte 66A nicht in Berührung mit
der Schicht 92 gebracht werden. 1B zeigt
die Kassette 60 vollständig
in die Kammer 70 eingesetzt, wobei die Kontakte 66A auf
der Schaltung 66 unter Druck an die Schicht 92 aufgesetzt
sind. Die Kammer 70 weist in der Regel Festpunkkontaktpunkte
(nicht gezeigt) mit einer Grenzfläche an entsprechende Festpunktoberflächen (nicht gezeigt)
auf der Druckkassette 60 auf, um die Kassette 60 präzise in
der Kammer 70 anzuordnen, mit einer Art eines Arretierungs-
oder Verriegelungsmechanismus (nicht gezeigt), um die Kassette 60 in
ihrer in 1B angeordneten Position zu
halten. Die Druckkraft an der Schicht 92 erzeugt wiederum
eine Druckkraft der Schicht 92 an den Vertiefungskontakten 82.
Dies ist in 3 für exemplarische Kontakte 66A und 82A gezeigt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Elastomerschicht 92 ist weitergehend in der Draufsicht
der 5 und der vereinfachten Querschnittsansicht der 6 veranschaulicht.
Die Schicht 92 weist eine Matrix aus elektrisch leitfähigen Fäden 94 auf,
die von deinem dielektrischen Material, wie z. B. Siliziumgummi,
umgeben sind. Die Fäden
stellen leitfähige Wege
in einer Richtung (lediglich der z-Achse) bereit, ohne in der x-
oder y-Achse querzuleiten. Die Fäden erstrecken
sich zwischen den sich gegenüberliegenden
breiten Oberflä chen 92A, 92B der
Schicht 92, so dass Enden 94A, 94B derselben
an den Oberflächen offenliegend
sind. Die Fäden
sind in einer beabstandeten Beziehung, die eine Fadenmatrix des
Abstands p bildet, angeordnet. Die Fäden sind starrer als das Elastomermaterial,
und so können,
wenn die Elastomerschicht zusammengedrückt wird, die Enden der Fäden in Berührung mit
Oberflächen
kommen, die an die Oberflächen
der Schicht drücken.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Verteilung der Fäden
in der Schicht gleichmäßig. Bei
manchen Anwendungen kann jedoch die Fadenverteilung auch kundenspezifisch
sein, um mit der Kontaktstruktur, mit der die Fäden in Berührung kommen, übereinstimmend
zu sein.
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Die
Kuppelfeder 90 wird hergestellt, um auf jedem Kontakt über seinen
begrenzten Bereich zu erwartender Bewegung hinweg eine konstante
Kraft bereitzustellen. 4 zeigt eine exemplarische geeignete
Kraft über
einer Ablenkungscharakteristik für eine
durch die Feder auf einen einzelnen Kontakt ausgeübt Kraft.
Es können
alternativ auch andere Federstrukturen verwendet werden, z. B. ein
Federring oder eine Elastomerfeder. Bei manchen Anwendungen kann
die Feder 90 auch weggelassen werden, und die Elastomerschicht 92 stellt
ausreichend Elastizität
und Federdruck bereit, um jegliche Toleranzen in der Passung zwischen
der Kassette und den Wagenkontakten aufzunehmen. In diesem Fall
kann die Schicht 92 auch dicker sein, um eine ausreichende Elastizität bereitzustellen.
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Die
Elastomerschicht 92 fungiert als eine Pufferschicht zwischen
den Flachkontakten 66A und den Vertiefungskontakten 82,
wodurch ein direkter mechanischer Kontakt zwischen den entsprechenden
Kontaktsätzen
verhindert wird, wobei gleichzeitig ein elektrischer Weg zwischen
leitfähigen
Kontakten, die in der z-Achse bezüglich einander ausgerichtet sind,
bereitzustellen. Als Folge wird eine Abnutzung an den jeweiligen
Kontaktsätzen 66A, 82 beträchtlich reduziert,
was es ermöglicht,
die Dicke der Goldschicht oder anderweitigen Schutzschicht wesentlich zu
reduzieren. Dies stellt eine Kostenersparnis aufgrund reduzierter
Materialkosten bereit sowie auch Einsparungen im Herstellungsprozess.
Statt eines Elektroplattierens einer relativ dicken Goldschicht
auf die Kontakte kann eine relativ dünne Schicht durch einen Eintauchprozess,
der auch als Flash-Prozess bekannt
ist, aufgebracht werden. Zum Beispiel kann eine Schicht der Größenordnung
von 0,0508 μm
(2 Mikrozoll) bis 0,1016 μm
(4 Mikrozoll) anstelle einer elektroplattierten Goldschicht von
0,762 μm
(30 Mikrozoll) Dicke bei einer Anwendung eingesetzt werden.
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Eine
weitere durch die Schicht 92 bereitgestellte Funktion ist
eine Abschirmfunktion, wobei die Schicht 92 beide Sätze von
elektrischen Kontakten von der Umgebung abschirmt, wodurch Korrosion verringert
wird. Bei Anwendungen wie z. B. Tintenstrahldruckern können Streutintentröpfchen und Sprühnebel in
Berührung
mit den Elementen wie z. B. dem Wagen kommen, und die Schicht 92,
die beide Kontaktsätze
abschirmt, kann das Ausgesetztsein der Kontakte gegenüber Teilchen
und Feuchtigkeit reduzieren oder ausschließen.
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Eine
exemplarische Anwendung für
ein Verbindungssystem gemäß der Erfindung
findet sich in einem Drucker von Bandtyp, der einen bewegbaren Wagen
aufweist, der an Schieberstange angebracht ist. 7 ist
eine vereinfachte auseinandergezogene isometrische Ansicht einer
exemplarischen Wagenstruktur 150, die angepasst ist, um
ein Verbindungssystem gemäß der Erfindung
einzusetzen. Diese Wagenstruktur umfasst einen Körper 152, der in der
Regel aus einem Konstruktionskunststoffmaterial erzeugt ist. Der
Körper
ist mit Stangenstützenmerkmalen 154 zum
Anbringen des Wagens zur Gleitbewegung entlang einer Wagenschieberstange
versehen. Der Wagen 150 ist bei diesem Beispiel für zwei Kammern
angepasst, die allgemein als Kammern 156, 158,
die in der Wagenbasis 155 gebildet sind, gekennzeichnet
sind. Eine Druckkassette (in 7 nicht
gezeigt) wird in jede Kammer eingebaut. Natürlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen
der Wagen auch eine einzige Kassette oder mehr als zwei Kassetten,
z. B. vier oder mehr, fassen. Jede Kammer 156, 158 weist
eine in derselben definierten Aussparung 160, 162 zum
Aufnehmen eines Kuppelfederbauglieds auf. Zum Zweck der Übersichtlichkeit sind
lediglich Teile für
die Kammer 156 in 7 gezeigt.
Das Federbauglied 164 wird in die Aussparung 160 platziert,
und eine starre Platte 166 wird über dem Federbauglied eingepasst.
Eine flexible Schaltungsplatine 168 wird über den
Platten eingebaut und trägt
die elektrischen Vertiefungskontakte. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
umfasst die Schaltungsplatine 168 Schaltungsleiterbahnen,
die sich in der Regel mit einem Verdrahtungsband verbinden, das
zu einer Steuerungstafel des Druckers führt (nicht gezeigt). Zum Herstellen
eines Kontakts mit den elektrischen Kontakten der Druckkassette, wenn
die Druckkassette in den Wagen eingebaut wird, wird eine leitfähige z-Achsen-Elastomerschicht 170 über den
Vertiefungskontakten platziert. Ausrichtungsstifte (nicht gezeigt)
können
verwendet werden, um die flexible Schaltungsplatine und die Elastomerschicht
auszurichten.
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Auch
wenn das im Vorhergehenden genannte eine Beschreibung und Veranschaulichung
spezifischer Ausführungsbeispiele
der Erfindung ist, können
durch Fachleute auf dem Gebiet verschiedene Modifizierungen und
Veränderungen
daran vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung,
wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.
Zum Beispiel kann das Verbindungssystem, auch wenn es zur Verwendung
in einer Druckkassettenkammer beschrieben wurde, auch für andere
Anwendungen, wie z. B. als eine Kammer für eine Tintenversorgung, die
elektrische Kontakte aufweist, verwendet werden.