JP3419825B2 - サーマルインクジェット印字ヘッド - Google Patents
サーマルインクジェット印字ヘッドInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット印字ヘ
ッドの改良に関するものであり、さらに詳細には、印字
ヘッドダイに対してマニホールドをシーリングする方法
と、シールされたマニホールドと印字ヘッドダイとを備
えたサーマルインクジェット印字ヘッドに関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】サーマルインクジェット印字ヘッドは、
抵抗性のヒーティングエレメントを通る電気パルスとい
う手段により制御できる状態で流体（インク）を放出す
る装置であり、ヒーティングエレメントは、インクと熱
的に接触するようになっている。リザーバーからのイン
クは印字ヘッドダイの上に位置するマニホールドを通っ
て移動し、インク入口から印字ヘッドダイに入る。印字
ヘッドダイは、チャンネルプレートで構成されており、
その中には流体が通る通路が、エッチングなどにより形
成されており、このチャンネルプレートはヒータープレ
ートの上部に接続されている。ヒータープレートは、ヒ
ーティングエレメント、リードおよび、望ましくは幾つ
かのアドレスを決める電極を設けることにより、必要と
なる接続密度を削減することが望ましい。この限りにお
いて、印字ヘッドダイのマイクロエレクトリックパッケ
ージングには、電気的接続用のワイヤボンディングと同
様に、ＩＣあるいはハイブリッド分野の標準的な方法、
例えば、基体上にシリコン装置をエポキシによりダイボ
ンディングするような方法が採用されている。しかしな
がら、印字ヘッドは流体を取り扱う必要があるので、上
記に加え、さらなるパッケージング技術が必要となる。 【０００３】印字ヘッドの一部として、マニホールドが
基体にマウントされており、この基体には接続ボードが
備えつけられている。また、基体上に位置したヒーター
プレートに印字ヘッドダイがマウントされている。マニ
ホールドは入口を備えており、ダイの対応する入口に接
触して設置され、連続した通路が形成される。マニホー
ルドは、入口を通じて印字ヘッドダイにインクを供給す
るものである。従って、サーマルインクジェットダイの
インク入口は、マニホールドのインク入口と一致し、シ
ーリングできる配置となる必要がある。漏れのないシー
ルとするには、マニホールドを設置する前に、ダイの入
力オリフィスの回りに完全にシールビードを施せば良
い。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】印字ヘッドダイは、延
長されたスロットによってエッチングされたシリコンウ
ェハから切り取られる。ホーキンズの米国特許４，９３
５，７５０はウェハからダイを製造する方法について記
載しており、この記載は本明細書を理解する上で参照さ
れるものである。印字ヘッドダイのサイズを小さくする
ことによってダイのエリアを削減できる。そして、ダイ
を製造する時間が短くなり、予め用意されたウェハから
製造可能なダイの数も増加する。印字ヘッドダイのエリ
ア減少は、マニホールドの入口のオリフィスに対し十分
なシールを施すために必要なシーラントを支持するた
め、ダイの入口の回りに十分なスペースが必要となるの
で限界がある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明に係るサーマルイ
ンクジェット印字ヘッドにおいては、放熱性の基部と、
この基部に搭載され、ワイヤボンド用のパッドを具備す
るヒータープレートと、このヒータープレートに搭載さ
れ、インク入口を有するチャンネル部を形成する印字ヘ
ッドダイと、基部に固定され、ヒータープレートのパッ
ドに対応するワイヤボンド用のパッドを具備する接続ボ
ードと、ヒータープレートと前記接続ボードとの上にあ
る、ワイヤボンド用のパッドを電気的に接続する複数の
ワイヤボンドと、前記印字ヘッドダイの入口と隣接する
入口を具備し、基部に搭載され、ダイとヒータープレー
トとを覆いヒータープレートの上面とマニホールドの下
面との間に空洞を形成するマニホールドと、前記マニホ
ールドの前記入口に施されるシーラントであって、前記
印字ヘッドダイの前記インク入口の側部の少なくとも一
部には実質的に施されない、前記シーラントと、前記ワ
イヤボンドを封入し、前記空洞を少なくとも部分的に埋
め、前記ヘッドダイの前記インク入口の側部を少なくと
も部分的にシールし連続した通路を形成する封入材と、
を少なくとも部分的にシールし連続した通路を形成する
封入材とを有することを特徴としている。この封入材
は、空洞の一部を埋めて、マニホールドの入口の近傍に
設置された印字ヘッドダイの入口の壁を形成し、連続し
た通路を形成する。さらに加えて、マニホールドは、隣
接した入口の壁を共に形成する延長表面を備え、同時
に、基体の上に設置された際にマニホールドと印字ヘッ
ドとの間に空洞を設けるようにしても良い。 【０００６】さらに、本発明には、サーマルインクジェ
ット印字ヘッドの部品をシーリングする方法も含まれ
る。この方法は、ヒータープレートの上に装着された印
字ヘッドダイの入口の少なくとも一方の側辺を除いて端
部の周囲を実質的にしかし不完全にシールするようにシ
ーラントを施す工程と、印字ヘッドダイの入口の近傍に
設置される入口を具備するマニホールドを接続ボード及
び印字ヘッドダイ上に設置し、少なくともヒータープレ
ートの上部表面とマニホールドの下方面との間に空洞を
規定し、これら入口の間に連続した通路を形成する工程
と、接続ボードと印字ヘッドダイとの間のワイヤボンド
を封入するために液体封入材を注入し、ヒータープレー
トとマニホールドとの間の空洞の少なくとも１部を埋
め、印字ヘッドダイおよびマニホールドの隣接した入口
の前記シーラントが施されていない端部を少なくとも部
分的にシールする工程とを有している。 【０００７】液体状の封入材は印字ヘッドダイおよびマ
ニホールドとの間の空洞に部分的に注入され、マニホー
ルドの入口に隣接した印字ヘッドダイの入口の壁を形成
する。マニホールドは、印字ヘッドダイの上に設置され
た際に印字ヘッドダイの入口の１つの壁を形成し、これ
と共に、マニホールドとヒータープレートとの間の空洞
の壁を形成する延長面を備えてもよい。 【０００８】 【実施例】図１に、典型的なキャリッジタイプの、多色
サーマルインクジェットプリンタ１０を示してある。イ
ンク小滴生成チャンネル（図示省略）が直線状のアレイ
として配置されそれぞれの印字ヘッド１４に収納されて
いる。１つ、あるいはそれ以上の印字ヘッド１４が往復
運動するキャリッジ１６に交換可能に装着されている。
このキャリッジ１６は、図示されている矢印１８の方向
に往復駆動される。インクチャンネルの末端にはオリフ
ィスあるいはノズル２０が設置されており、例えば紙な
どの記録媒体２２の表面と垂直となるように配置されて
いる。小滴２４は、プリンタのコントローラーに受信さ
れたデジタルデータ信号に応答してノズル２０から記録
媒体２２に放射、推進される。すなわち、独立したヒー
ティングエレメントを選択して電流パルスが与えられ、
このヒーティングエレメントは印字ヘッドチャンネルの
内部に、ノズル２０から所定の距離に設置されている。
印字ヘッドのヒーティングエレメントに電流パルスが供
給されると、ヒーティングエレメントに接触していたイ
ンクが蒸発し、一時的な蒸気バブルが形成され、ノズル
２０からインクの小滴２４が放出される。一列の印字ヘ
ッドアレイが用いられることが多いが、多数のアレイを
突き合わせることによって、大きなアレイあるいはペー
ジ幅程のプリンタヘッドを構成することも可能である。
さらに、１つあるいはそれ以上のこれらのアレイを積み
重ねることも可能であり、これによって、それぞれのア
レイから異なるカラーのインクを放出し、マルチカラー
印字を行うこともできる。 【０００９】図示しているように、印字ヘッド１４は、
インク供給マニホールド２６を備えており、このマニホ
ールド２６は、電極３２を具備した接続基盤あるいはド
ーター基盤（ボード）２８上にフレキシブルに搭載され
ている。この接続基盤は、ワイヤ結合可能なＰＣボード
であっても良く、例えば、セラミックの上に厚いフィル
ムを付けたもの、セラミックの上に薄いフィルムを付け
たものなどがある。マニホールド２６の下には、図３〜
図４に示すように、電極３０を具備したヒータープレー
ト４２と、インク入口３４を具備したサーマルインクジ
ェット用の型板（ダイ）３８が設置されている。接続ボ
ード２８、ヒータープレート４２およびサーマルインク
ジェットダイ３８は、放熱性の基体４０に搭載されてお
り、基体４０に取付けられるマニホールド２６によっ
て、ヒータープレート４２、サーマルダイ３８および接
続ボード２８の一部が覆われる。接続ボードの電極３２
は、ボンド４４によって、図２に示すように、ヒーター
４２の電極３０と接続されている。図３、図４および図
５には、簡明に示すためにボンド４４は示されていな
い。しかし、図６、図７および図８には、サーマルイン
クジェットダイ３８のインク入口３４が、マニホールド
２６のインク入口３６と一致し、漏れないように配置さ
れている様子が示されている。マニホールド２６は、ベ
ントチューブ６６を備えており、これによってマニホー
ルドとインク供給部（図示省略）が連結されている。 【００１０】Ｌ型の接続ボード２８の平面を図２に示し
てある。この図は、印字ヘッド１４を含む側面を示す。
接続ボードの電極３２は、図３、図４および図５に示す
ように、印字ヘッド１４の電極に１対１に対応してい
る。印字ヘッド１４は、接続ボード２８と漏れがないよ
うに固定されており、その電極３０は接続ボードの電極
３２とボンド４４によってケーブル接続されている。電
極３０および３２の全ての電極は、不活性処理され、ワ
イヤーボンド４４はエポキシなどの電気絶縁体によって
ケース状に固められている。電極３２の他の端は、プリ
ンタ１２の所定の制御部と接続できるようになってい
る。 【００１１】サーマルインクジェットダイ３８は、電気
の接続ボード２８の近傍にあり、これは両方とも放熱性
の基体４０に固定されている。ダイ３８をヒータープレ
ート４２に固定する前に、銀が封入されたダイ接続用の
エポキシ６４がスクリーン印刷され、ダイが接続される
領域上にパターン化される。図６〜図８においては、エ
ポキシ６４は、ダイ３８の下にあり、示してあるように
ダイ３８の端５０を越えて設置することもオプションと
して可能である。ダイ３８上に、インク入口３４が方形
に示してある。印字ヘッド１４のヒータープレート部分
４２からのワイヤボンド用のパッドあるいは電極３０も
方形に示してある。パッドあるいは電極３２に対応した
電気接続ボード２８上のワイヤボンド４４は破線で示し
てある。ボード２８とプリンタ１０との電気的な接続は
図２に示してあるが、本発明の構成部分には該当しな
い。 【００１２】図３、図４および図５、図６、図７および
図８に、本発明に係る３の実施例を示してある。図３〜
図５のそれぞれは組み立てる前のインクマニホールドを
含めた構成を斜視図によって示してある。図６〜図８
は、図３〜図５に示された構成が組み立てられた状態を
斜視図によって示してある。マニホールド２６は、脚５
２を備えており、この脚５２は、基体４０およびサーマ
ルインクジェットダイ３８の両側の端５０に跨がってい
る。図６〜図８に示す方法で組み立てられた構造では、
ギャップ４６および４８が脚５２およびダイ３８の両端
５０との間に設けられている。ワイヤボンドカプセル化
材（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）又は封入材が用いられて
おり、これによって、マニホールド２６を印字ヘッドの
他の構成体に構造的に接続でき、ダイ３８の両端５０
と、マニホールド２６の脚すなわち側面との間のエアー
ギャップ４６、４８もこれによって埋められる。 【００１３】基体４０にはスルーホール５４が形成され
ており、このスルーホール５４は、ワイヤボンド４４の
列の中央で、ダイ３８と接続ボード２８の間に、方向依
存（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）エ
ッチングによって形成されるのが好ましい。さらに、マ
ニホールド２６の下部６０には、カプセル化ダムバー５
６が形成されており、印字ヘッド１４の上にマニホール
ド２６が組み立てられると、このバー５６が接続ボード
２８の上のワイヤボンド４４の列のちょうど後ろとなる
ように配置されている。スルーホール５４を基体４０に
設ける代わりに、マニホールド２６に設けても良い。こ
の場合は、封入用の樹脂を下部ではなく上部から注入で
きるという利点もある。マニホールド２６は、このホー
ルとバーによってモールドされる。 【００１４】マニホールド２６を組み立てるために、イ
ンク入口３６の回りにシーラント５８が施され、インク
ダイ３８の入口３４との連結部のシールが行われる（図
３〜図５、図６〜図８）。防水性のシール５８はスクリ
ーン印刷あるいはシリンジ付着によって施すことができ
る。これに代わり、ダイ３８又は及びマニホールド２６
上にシリンジ付着させることで防水性のシール５８を施
すこともできる。マニホールド２６は次に、例えば、位
置合わせ用のピンなどを用いて所定の位置に設置され
る。 【００１５】図３、図４および図５、および図６、図７
および図８には、本発明に係る異なる実施例が示されて
いる。シーラント５８は、マニホールド２６を放熱性の
基体４０に設置する前に、マニホールド入口３６の回り
に施される（図５には明瞭性のために図示されていない
が）。そして、図示してあるように、シーラント５８は
ダイの入口の側部７０にはシーラントがないように施さ
れる。シーラント５８は、マニホールド２６の入口３６
の回りだけに施されていても良く、この場合は、マニホ
ールド２６をダイ３８の上に配置すればシーラント５８
は、入口３４の一方の側部７０の少なくとも一部にはシ
ーラントがないか、あるいは実質的にないようにシーラ
ントは実質的にしかし不完全に入口３４の端部の回りに
施される。シーラント５８はマニホールド２６に施すこ
とが望ましいが、シーラントをマニホールド２６とダイ
３８の両方に、あるいはダイ３８にのみ施しても良く、
この場合であっても、マニホールド２６がダイ３８の上
に設置された際に入口３４の側部７０はシーラントがな
い状態に保つことが必要である。入口の側部７０はシー
ラントを施す必要がないので、この部分を若干短くする
ことができる（距離Ｄで示してある）。この距離Ｄを短
くすることで、同時間内に多くのダイが製造でき、同じ
長さで繰り返し製造する場合には、同じウェハーからさ
らに多くのダイを製造することができるので、生産性が
よくなる。 【００１６】さらに、距離Ｄを短くすることにより、ダ
イ３８とヒータープレート４２の端との距離Ｄ’が広が
る。これによって、以下に述べる封入用の液体をインク
入口３４の端部まで注入することができる。入口３４の
端部の近傍まで封入材を配置することにより、側部７０
の端に沿って必要なシールを施せるように封入を行うこ
とができ、これによって、入口３４と３６との間に隣接
し、シールされた通路を形成することができる。 【００１７】さらに、図４および図７に示す、本発明に
係る異なる実施例においては、端部７０を完全に欠いて
いる。この実施例においては、封入用の液体が、印字ヘ
ッドのダイとマニホールドとの隙間まで注入され、固化
した後は、封入材自身によってマニホールドの入口に接
する印字ヘッドのダイの入口の壁を形成できる。 【００１８】この実施例においては、壁形成用としてチ
キソトロープ（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）封入材や、壁
形成用に配置して光熱等の照射で流動性の無くなる材料
が使用できる。さらに、印字ヘッドの入口は、封入材の
流れを制限する、取外し可能なバリヤーを備えてもよ
い。注入された封入樹脂は、このバリヤーの制限のある
ところまで流入し、そこで固まり、入口の壁が形成され
る。このバリヤーは封入樹脂が固まった後に取り除かれ
る。 【００１９】図５および図８には、本発明に係る他の実
施例を示してある。この実施例においては、インク供給
用のマニホールド２６に、入口３６の壁がマニホールド
２６とヒータープレート４２とが交じる方向に延びたリ
ップ（壁）６２を備えている。ヒータープレート４２の
上にマニホールド２６を設置すると、壁６２が入口３４
の壁を形成し、これによって、入口３６と３４との間に
連続した通路が形成される。本例においては、液体状の
封入材によって、マニホールドの壁６２がヒータープレ
ート４２の表面へ直接シールされる。 【００２０】マニホールド２６が印字ヘッドダイ３８の
上に設置されると、ハイソル（Ｈｙｓｏｌ）４３２３な
どの液状封入材が、基部４０の下方からスルーホール５
４を通ってサーマルインクジェットダイ３８と接続ボー
ド２８との間に注入される。この封入材の流れは、ワイ
ヤボンド４４の列にそって抵抗を殆ど受けずに横方向に
進み、マニホールドの下面６０（上面に対応）、基体４
０（下面に対応）、ダイ３８（側面に対応）および封入
時のダムバー５６（後面に対応）によって制限される。
これによって、ワイヤボンド４４は封入される。ダムバ
ー５６はダイと同じ厚さ（垂直方向の大きさ）、すなわ
ち、１対１の比率であることが望ましい。しかし、ダム
バー５６は接続ボード２８と接触するまで延びてはなら
ず（すなわち、ダムバー５６と基体４０との間にある垂
直方向のスペース（図示されていない）が存在し）、バ
ー５６を越えて封入材のある部分が流入し、コンポーネ
ントの誤差を吸収できることが望ましい。ダムバー５６
は、さらに、脚５２の間の距離より短い方が良く、ダム
バー５６の端と脚５２との間に横方向の隙間を開けて、
限られた量の封入材をそこに流し出せるようにすること
が望ましい。垂直方向と横方向にスペースを取ること
は、マニホールド２６が構造的に他の印字ヘッドの構成
部分と接合する領域を多くとることができ、また、要素
間の誤差を吸収できるのでメリットがある。 【００２１】スルーホール５４がダイ３８の中央近傍に
設けられているので、封入材４６は殆ど同時にダイの両
端５０に到達する。そして、印字ヘッドの前方に流れ、
ダイの両端５０と側方のマニホールド脚５２との間のエ
アーギャップ４８を満たす。封入材が印字ヘッドダイの
周囲を流れ、ヒータープレートとマニホールドとの空洞
に流れ込み、この空洞を完全に埋めて、電極３０を完全
に封入する。この封入材は、サーマルインクジェットダ
イ３８のインク入口３４の側部７０近傍の位置までを含
む空洞を埋める。封入材は入口３４の側部７０と入口３
６のシールを形成するために、この部分で、この空洞を
しっかりと埋める。封入材は入口３４から入口３６の回
りを連続してシールし、連続した通路を形成する封入特
性を備える。 【００２２】上記の図に基づき説明した実施例において
は、５４へ封入材を注入することを示しているが、封入
材はマニホールド２６と基体４０との隙間を通って注入
しても良く、マニホールド２６自身の穴（図示されてい
ないが）あるいはいずれの適当な穴を通って注入しても
良い。 【００２３】封入材４６の流量は注入する時間を設定す
ることにより調整することが可能である（時間−圧力
法）。異なる方法としては、オペレータによって封入材
４６の流量を監視し、封入材４６が印字ヘッド１４の前
方近くにまできたら注入を停止する方法がある。この方
法においては、封入材の流量を検出するために光学セン
サーを用いることが望ましい。さらに、基体が封入材と
同じ色（典型的なものは黒色である）である場合は、封
入材の流れをみるために白い背景を採用することが望ま
しい。これは、スクリーン印刷された銀を含んだダイ接
続用のエポキシ６４を延長することによって実現でき
る。銀色のエポキシによって封入材４６が黒色の基体を
カバーしたか否かを容易に見ることができる。封入材が
固化すると、組立工程は終了する。完成した印字ヘッド
と接続ボードは、次に、プリンタを構成する種々のコン
ポーネントと組み立てられ、プリンタが完成する。 【００２４】封入材はシーラントと異なる材質であって
も良い。例えば、シールとしてはシリコンゴムのような
耐化学性の素材を用い、封入材としては、ハイソル４３
２３のようなエポキシ樹脂を用いることができる。しか
し、シーラントと封入材に同じ素材を用いても良く、例
えば、シリコンはシーラントおよび封入材の両方に用い
ることができる。 【００２５】図３〜図５および図６〜図８に示すよう
に、入口３４および３６の一方の端をシールするために
封入材を用いることにより、距離Ｄを短くすることがで
きる。距離Ｄを短くすることにより、小さな寸法の印字
ヘッドダイを用いることができるので大変メリットがあ
る。印字ヘッドダイの寸法を小さくすることにより、ダ
イその物を製造する時間を短縮することができ、すでに
用意されたウェハ当たり製造できるダイの数を増やすこ
ともできる。
ッドの改良に関するものであり、さらに詳細には、印字
ヘッドダイに対してマニホールドをシーリングする方法
と、シールされたマニホールドと印字ヘッドダイとを備
えたサーマルインクジェット印字ヘッドに関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】サーマルインクジェット印字ヘッドは、
抵抗性のヒーティングエレメントを通る電気パルスとい
う手段により制御できる状態で流体（インク）を放出す
る装置であり、ヒーティングエレメントは、インクと熱
的に接触するようになっている。リザーバーからのイン
クは印字ヘッドダイの上に位置するマニホールドを通っ
て移動し、インク入口から印字ヘッドダイに入る。印字
ヘッドダイは、チャンネルプレートで構成されており、
その中には流体が通る通路が、エッチングなどにより形
成されており、このチャンネルプレートはヒータープレ
ートの上部に接続されている。ヒータープレートは、ヒ
ーティングエレメント、リードおよび、望ましくは幾つ
かのアドレスを決める電極を設けることにより、必要と
なる接続密度を削減することが望ましい。この限りにお
いて、印字ヘッドダイのマイクロエレクトリックパッケ
ージングには、電気的接続用のワイヤボンディングと同
様に、ＩＣあるいはハイブリッド分野の標準的な方法、
例えば、基体上にシリコン装置をエポキシによりダイボ
ンディングするような方法が採用されている。しかしな
がら、印字ヘッドは流体を取り扱う必要があるので、上
記に加え、さらなるパッケージング技術が必要となる。 【０００３】印字ヘッドの一部として、マニホールドが
基体にマウントされており、この基体には接続ボードが
備えつけられている。また、基体上に位置したヒーター
プレートに印字ヘッドダイがマウントされている。マニ
ホールドは入口を備えており、ダイの対応する入口に接
触して設置され、連続した通路が形成される。マニホー
ルドは、入口を通じて印字ヘッドダイにインクを供給す
るものである。従って、サーマルインクジェットダイの
インク入口は、マニホールドのインク入口と一致し、シ
ーリングできる配置となる必要がある。漏れのないシー
ルとするには、マニホールドを設置する前に、ダイの入
力オリフィスの回りに完全にシールビードを施せば良
い。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】印字ヘッドダイは、延
長されたスロットによってエッチングされたシリコンウ
ェハから切り取られる。ホーキンズの米国特許４，９３
５，７５０はウェハからダイを製造する方法について記
載しており、この記載は本明細書を理解する上で参照さ
れるものである。印字ヘッドダイのサイズを小さくする
ことによってダイのエリアを削減できる。そして、ダイ
を製造する時間が短くなり、予め用意されたウェハから
製造可能なダイの数も増加する。印字ヘッドダイのエリ
ア減少は、マニホールドの入口のオリフィスに対し十分
なシールを施すために必要なシーラントを支持するた
め、ダイの入口の回りに十分なスペースが必要となるの
で限界がある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明に係るサーマルイ
ンクジェット印字ヘッドにおいては、放熱性の基部と、
この基部に搭載され、ワイヤボンド用のパッドを具備す
るヒータープレートと、このヒータープレートに搭載さ
れ、インク入口を有するチャンネル部を形成する印字ヘ
ッドダイと、基部に固定され、ヒータープレートのパッ
ドに対応するワイヤボンド用のパッドを具備する接続ボ
ードと、ヒータープレートと前記接続ボードとの上にあ
る、ワイヤボンド用のパッドを電気的に接続する複数の
ワイヤボンドと、前記印字ヘッドダイの入口と隣接する
入口を具備し、基部に搭載され、ダイとヒータープレー
トとを覆いヒータープレートの上面とマニホールドの下
面との間に空洞を形成するマニホールドと、前記マニホ
ールドの前記入口に施されるシーラントであって、前記
印字ヘッドダイの前記インク入口の側部の少なくとも一
部には実質的に施されない、前記シーラントと、前記ワ
イヤボンドを封入し、前記空洞を少なくとも部分的に埋
め、前記ヘッドダイの前記インク入口の側部を少なくと
も部分的にシールし連続した通路を形成する封入材と、
を少なくとも部分的にシールし連続した通路を形成する
封入材とを有することを特徴としている。この封入材
は、空洞の一部を埋めて、マニホールドの入口の近傍に
設置された印字ヘッドダイの入口の壁を形成し、連続し
た通路を形成する。さらに加えて、マニホールドは、隣
接した入口の壁を共に形成する延長表面を備え、同時
に、基体の上に設置された際にマニホールドと印字ヘッ
ドとの間に空洞を設けるようにしても良い。 【０００６】さらに、本発明には、サーマルインクジェ
ット印字ヘッドの部品をシーリングする方法も含まれ
る。この方法は、ヒータープレートの上に装着された印
字ヘッドダイの入口の少なくとも一方の側辺を除いて端
部の周囲を実質的にしかし不完全にシールするようにシ
ーラントを施す工程と、印字ヘッドダイの入口の近傍に
設置される入口を具備するマニホールドを接続ボード及
び印字ヘッドダイ上に設置し、少なくともヒータープレ
ートの上部表面とマニホールドの下方面との間に空洞を
規定し、これら入口の間に連続した通路を形成する工程
と、接続ボードと印字ヘッドダイとの間のワイヤボンド
を封入するために液体封入材を注入し、ヒータープレー
トとマニホールドとの間の空洞の少なくとも１部を埋
め、印字ヘッドダイおよびマニホールドの隣接した入口
の前記シーラントが施されていない端部を少なくとも部
分的にシールする工程とを有している。 【０００７】液体状の封入材は印字ヘッドダイおよびマ
ニホールドとの間の空洞に部分的に注入され、マニホー
ルドの入口に隣接した印字ヘッドダイの入口の壁を形成
する。マニホールドは、印字ヘッドダイの上に設置され
た際に印字ヘッドダイの入口の１つの壁を形成し、これ
と共に、マニホールドとヒータープレートとの間の空洞
の壁を形成する延長面を備えてもよい。 【０００８】 【実施例】図１に、典型的なキャリッジタイプの、多色
サーマルインクジェットプリンタ１０を示してある。イ
ンク小滴生成チャンネル（図示省略）が直線状のアレイ
として配置されそれぞれの印字ヘッド１４に収納されて
いる。１つ、あるいはそれ以上の印字ヘッド１４が往復
運動するキャリッジ１６に交換可能に装着されている。
このキャリッジ１６は、図示されている矢印１８の方向
に往復駆動される。インクチャンネルの末端にはオリフ
ィスあるいはノズル２０が設置されており、例えば紙な
どの記録媒体２２の表面と垂直となるように配置されて
いる。小滴２４は、プリンタのコントローラーに受信さ
れたデジタルデータ信号に応答してノズル２０から記録
媒体２２に放射、推進される。すなわち、独立したヒー
ティングエレメントを選択して電流パルスが与えられ、
このヒーティングエレメントは印字ヘッドチャンネルの
内部に、ノズル２０から所定の距離に設置されている。
印字ヘッドのヒーティングエレメントに電流パルスが供
給されると、ヒーティングエレメントに接触していたイ
ンクが蒸発し、一時的な蒸気バブルが形成され、ノズル
２０からインクの小滴２４が放出される。一列の印字ヘ
ッドアレイが用いられることが多いが、多数のアレイを
突き合わせることによって、大きなアレイあるいはペー
ジ幅程のプリンタヘッドを構成することも可能である。
さらに、１つあるいはそれ以上のこれらのアレイを積み
重ねることも可能であり、これによって、それぞれのア
レイから異なるカラーのインクを放出し、マルチカラー
印字を行うこともできる。 【０００９】図示しているように、印字ヘッド１４は、
インク供給マニホールド２６を備えており、このマニホ
ールド２６は、電極３２を具備した接続基盤あるいはド
ーター基盤（ボード）２８上にフレキシブルに搭載され
ている。この接続基盤は、ワイヤ結合可能なＰＣボード
であっても良く、例えば、セラミックの上に厚いフィル
ムを付けたもの、セラミックの上に薄いフィルムを付け
たものなどがある。マニホールド２６の下には、図３〜
図４に示すように、電極３０を具備したヒータープレー
ト４２と、インク入口３４を具備したサーマルインクジ
ェット用の型板（ダイ）３８が設置されている。接続ボ
ード２８、ヒータープレート４２およびサーマルインク
ジェットダイ３８は、放熱性の基体４０に搭載されてお
り、基体４０に取付けられるマニホールド２６によっ
て、ヒータープレート４２、サーマルダイ３８および接
続ボード２８の一部が覆われる。接続ボードの電極３２
は、ボンド４４によって、図２に示すように、ヒーター
４２の電極３０と接続されている。図３、図４および図
５には、簡明に示すためにボンド４４は示されていな
い。しかし、図６、図７および図８には、サーマルイン
クジェットダイ３８のインク入口３４が、マニホールド
２６のインク入口３６と一致し、漏れないように配置さ
れている様子が示されている。マニホールド２６は、ベ
ントチューブ６６を備えており、これによってマニホー
ルドとインク供給部（図示省略）が連結されている。 【００１０】Ｌ型の接続ボード２８の平面を図２に示し
てある。この図は、印字ヘッド１４を含む側面を示す。
接続ボードの電極３２は、図３、図４および図５に示す
ように、印字ヘッド１４の電極に１対１に対応してい
る。印字ヘッド１４は、接続ボード２８と漏れがないよ
うに固定されており、その電極３０は接続ボードの電極
３２とボンド４４によってケーブル接続されている。電
極３０および３２の全ての電極は、不活性処理され、ワ
イヤーボンド４４はエポキシなどの電気絶縁体によって
ケース状に固められている。電極３２の他の端は、プリ
ンタ１２の所定の制御部と接続できるようになってい
る。 【００１１】サーマルインクジェットダイ３８は、電気
の接続ボード２８の近傍にあり、これは両方とも放熱性
の基体４０に固定されている。ダイ３８をヒータープレ
ート４２に固定する前に、銀が封入されたダイ接続用の
エポキシ６４がスクリーン印刷され、ダイが接続される
領域上にパターン化される。図６〜図８においては、エ
ポキシ６４は、ダイ３８の下にあり、示してあるように
ダイ３８の端５０を越えて設置することもオプションと
して可能である。ダイ３８上に、インク入口３４が方形
に示してある。印字ヘッド１４のヒータープレート部分
４２からのワイヤボンド用のパッドあるいは電極３０も
方形に示してある。パッドあるいは電極３２に対応した
電気接続ボード２８上のワイヤボンド４４は破線で示し
てある。ボード２８とプリンタ１０との電気的な接続は
図２に示してあるが、本発明の構成部分には該当しな
い。 【００１２】図３、図４および図５、図６、図７および
図８に、本発明に係る３の実施例を示してある。図３〜
図５のそれぞれは組み立てる前のインクマニホールドを
含めた構成を斜視図によって示してある。図６〜図８
は、図３〜図５に示された構成が組み立てられた状態を
斜視図によって示してある。マニホールド２６は、脚５
２を備えており、この脚５２は、基体４０およびサーマ
ルインクジェットダイ３８の両側の端５０に跨がってい
る。図６〜図８に示す方法で組み立てられた構造では、
ギャップ４６および４８が脚５２およびダイ３８の両端
５０との間に設けられている。ワイヤボンドカプセル化
材（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）又は封入材が用いられて
おり、これによって、マニホールド２６を印字ヘッドの
他の構成体に構造的に接続でき、ダイ３８の両端５０
と、マニホールド２６の脚すなわち側面との間のエアー
ギャップ４６、４８もこれによって埋められる。 【００１３】基体４０にはスルーホール５４が形成され
ており、このスルーホール５４は、ワイヤボンド４４の
列の中央で、ダイ３８と接続ボード２８の間に、方向依
存（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）エ
ッチングによって形成されるのが好ましい。さらに、マ
ニホールド２６の下部６０には、カプセル化ダムバー５
６が形成されており、印字ヘッド１４の上にマニホール
ド２６が組み立てられると、このバー５６が接続ボード
２８の上のワイヤボンド４４の列のちょうど後ろとなる
ように配置されている。スルーホール５４を基体４０に
設ける代わりに、マニホールド２６に設けても良い。こ
の場合は、封入用の樹脂を下部ではなく上部から注入で
きるという利点もある。マニホールド２６は、このホー
ルとバーによってモールドされる。 【００１４】マニホールド２６を組み立てるために、イ
ンク入口３６の回りにシーラント５８が施され、インク
ダイ３８の入口３４との連結部のシールが行われる（図
３〜図５、図６〜図８）。防水性のシール５８はスクリ
ーン印刷あるいはシリンジ付着によって施すことができ
る。これに代わり、ダイ３８又は及びマニホールド２６
上にシリンジ付着させることで防水性のシール５８を施
すこともできる。マニホールド２６は次に、例えば、位
置合わせ用のピンなどを用いて所定の位置に設置され
る。 【００１５】図３、図４および図５、および図６、図７
および図８には、本発明に係る異なる実施例が示されて
いる。シーラント５８は、マニホールド２６を放熱性の
基体４０に設置する前に、マニホールド入口３６の回り
に施される（図５には明瞭性のために図示されていない
が）。そして、図示してあるように、シーラント５８は
ダイの入口の側部７０にはシーラントがないように施さ
れる。シーラント５８は、マニホールド２６の入口３６
の回りだけに施されていても良く、この場合は、マニホ
ールド２６をダイ３８の上に配置すればシーラント５８
は、入口３４の一方の側部７０の少なくとも一部にはシ
ーラントがないか、あるいは実質的にないようにシーラ
ントは実質的にしかし不完全に入口３４の端部の回りに
施される。シーラント５８はマニホールド２６に施すこ
とが望ましいが、シーラントをマニホールド２６とダイ
３８の両方に、あるいはダイ３８にのみ施しても良く、
この場合であっても、マニホールド２６がダイ３８の上
に設置された際に入口３４の側部７０はシーラントがな
い状態に保つことが必要である。入口の側部７０はシー
ラントを施す必要がないので、この部分を若干短くする
ことができる（距離Ｄで示してある）。この距離Ｄを短
くすることで、同時間内に多くのダイが製造でき、同じ
長さで繰り返し製造する場合には、同じウェハーからさ
らに多くのダイを製造することができるので、生産性が
よくなる。 【００１６】さらに、距離Ｄを短くすることにより、ダ
イ３８とヒータープレート４２の端との距離Ｄ’が広が
る。これによって、以下に述べる封入用の液体をインク
入口３４の端部まで注入することができる。入口３４の
端部の近傍まで封入材を配置することにより、側部７０
の端に沿って必要なシールを施せるように封入を行うこ
とができ、これによって、入口３４と３６との間に隣接
し、シールされた通路を形成することができる。 【００１７】さらに、図４および図７に示す、本発明に
係る異なる実施例においては、端部７０を完全に欠いて
いる。この実施例においては、封入用の液体が、印字ヘ
ッドのダイとマニホールドとの隙間まで注入され、固化
した後は、封入材自身によってマニホールドの入口に接
する印字ヘッドのダイの入口の壁を形成できる。 【００１８】この実施例においては、壁形成用としてチ
キソトロープ（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）封入材や、壁
形成用に配置して光熱等の照射で流動性の無くなる材料
が使用できる。さらに、印字ヘッドの入口は、封入材の
流れを制限する、取外し可能なバリヤーを備えてもよ
い。注入された封入樹脂は、このバリヤーの制限のある
ところまで流入し、そこで固まり、入口の壁が形成され
る。このバリヤーは封入樹脂が固まった後に取り除かれ
る。 【００１９】図５および図８には、本発明に係る他の実
施例を示してある。この実施例においては、インク供給
用のマニホールド２６に、入口３６の壁がマニホールド
２６とヒータープレート４２とが交じる方向に延びたリ
ップ（壁）６２を備えている。ヒータープレート４２の
上にマニホールド２６を設置すると、壁６２が入口３４
の壁を形成し、これによって、入口３６と３４との間に
連続した通路が形成される。本例においては、液体状の
封入材によって、マニホールドの壁６２がヒータープレ
ート４２の表面へ直接シールされる。 【００２０】マニホールド２６が印字ヘッドダイ３８の
上に設置されると、ハイソル（Ｈｙｓｏｌ）４３２３な
どの液状封入材が、基部４０の下方からスルーホール５
４を通ってサーマルインクジェットダイ３８と接続ボー
ド２８との間に注入される。この封入材の流れは、ワイ
ヤボンド４４の列にそって抵抗を殆ど受けずに横方向に
進み、マニホールドの下面６０（上面に対応）、基体４
０（下面に対応）、ダイ３８（側面に対応）および封入
時のダムバー５６（後面に対応）によって制限される。
これによって、ワイヤボンド４４は封入される。ダムバ
ー５６はダイと同じ厚さ（垂直方向の大きさ）、すなわ
ち、１対１の比率であることが望ましい。しかし、ダム
バー５６は接続ボード２８と接触するまで延びてはなら
ず（すなわち、ダムバー５６と基体４０との間にある垂
直方向のスペース（図示されていない）が存在し）、バ
ー５６を越えて封入材のある部分が流入し、コンポーネ
ントの誤差を吸収できることが望ましい。ダムバー５６
は、さらに、脚５２の間の距離より短い方が良く、ダム
バー５６の端と脚５２との間に横方向の隙間を開けて、
限られた量の封入材をそこに流し出せるようにすること
が望ましい。垂直方向と横方向にスペースを取ること
は、マニホールド２６が構造的に他の印字ヘッドの構成
部分と接合する領域を多くとることができ、また、要素
間の誤差を吸収できるのでメリットがある。 【００２１】スルーホール５４がダイ３８の中央近傍に
設けられているので、封入材４６は殆ど同時にダイの両
端５０に到達する。そして、印字ヘッドの前方に流れ、
ダイの両端５０と側方のマニホールド脚５２との間のエ
アーギャップ４８を満たす。封入材が印字ヘッドダイの
周囲を流れ、ヒータープレートとマニホールドとの空洞
に流れ込み、この空洞を完全に埋めて、電極３０を完全
に封入する。この封入材は、サーマルインクジェットダ
イ３８のインク入口３４の側部７０近傍の位置までを含
む空洞を埋める。封入材は入口３４の側部７０と入口３
６のシールを形成するために、この部分で、この空洞を
しっかりと埋める。封入材は入口３４から入口３６の回
りを連続してシールし、連続した通路を形成する封入特
性を備える。 【００２２】上記の図に基づき説明した実施例において
は、５４へ封入材を注入することを示しているが、封入
材はマニホールド２６と基体４０との隙間を通って注入
しても良く、マニホールド２６自身の穴（図示されてい
ないが）あるいはいずれの適当な穴を通って注入しても
良い。 【００２３】封入材４６の流量は注入する時間を設定す
ることにより調整することが可能である（時間−圧力
法）。異なる方法としては、オペレータによって封入材
４６の流量を監視し、封入材４６が印字ヘッド１４の前
方近くにまできたら注入を停止する方法がある。この方
法においては、封入材の流量を検出するために光学セン
サーを用いることが望ましい。さらに、基体が封入材と
同じ色（典型的なものは黒色である）である場合は、封
入材の流れをみるために白い背景を採用することが望ま
しい。これは、スクリーン印刷された銀を含んだダイ接
続用のエポキシ６４を延長することによって実現でき
る。銀色のエポキシによって封入材４６が黒色の基体を
カバーしたか否かを容易に見ることができる。封入材が
固化すると、組立工程は終了する。完成した印字ヘッド
と接続ボードは、次に、プリンタを構成する種々のコン
ポーネントと組み立てられ、プリンタが完成する。 【００２４】封入材はシーラントと異なる材質であって
も良い。例えば、シールとしてはシリコンゴムのような
耐化学性の素材を用い、封入材としては、ハイソル４３
２３のようなエポキシ樹脂を用いることができる。しか
し、シーラントと封入材に同じ素材を用いても良く、例
えば、シリコンはシーラントおよび封入材の両方に用い
ることができる。 【００２５】図３〜図５および図６〜図８に示すよう
に、入口３４および３６の一方の端をシールするために
封入材を用いることにより、距離Ｄを短くすることがで
きる。距離Ｄを短くすることにより、小さな寸法の印字
ヘッドダイを用いることができるので大変メリットがあ
る。印字ヘッドダイの寸法を小さくすることにより、ダ
イその物を製造する時間を短縮することができ、すでに
用意されたウェハ当たり製造できるダイの数を増やすこ
ともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るサーマルインクジェット
プリンタの概略を示す斜視図である。 【図２】サーマルインクジェットダイと放熱性基体に接
続された接続ボードを上部から見た図である。 【図３】本発明に係る第１の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図４】本発明に係る第２の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図５】本発明に係る第３の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図６】図３に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【図７】図４に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【図８】図５に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【符号の説明】 １２ プリンタ １４ 印字ヘッド １６ キャリッジ ２０ ノズル ２２ 記録紙 ２４ 粒子 ２６ マニホールド ２８ 接続ボード ３０、３２ 電極 ３４、３６ インク入口 ３８ ダイ ４０ 基体 ４２ ヒータープレート ４４ ボンド ４６、４８ ギャップ ５４ スルーホール ５６ ダムバー ５８ シール ７０ インク入口の側端
プリンタの概略を示す斜視図である。 【図２】サーマルインクジェットダイと放熱性基体に接
続された接続ボードを上部から見た図である。 【図３】本発明に係る第１の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図４】本発明に係る第２の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図５】本発明に係る第３の実施例の印字ヘッドダイ
と、この入口に上に配置され、接合される前の状態のマ
ニホールドを示す斜視図である。 【図６】図３に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【図７】図４に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【図８】図５に示す印字ヘッドダイとマニホールドが接
合され、封入材が注入された状態を示すために、一部透
かして見せる斜視図である。 【符号の説明】 １２ プリンタ １４ 印字ヘッド １６ キャリッジ ２０ ノズル ２２ 記録紙 ２４ 粒子 ２６ マニホールド ２８ 接続ボード ３０、３２ 電極 ３４、３６ インク入口 ３８ ダイ ４０ 基体 ４２ ヒータープレート ４４ ボンド ４６、４８ ギャップ ５４ スルーホール ５６ ダムバー ５８ シール ７０ インク入口の側端
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−8419（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−208497（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/05
B41J 2/16
B41J 2/175
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 サーマルインクジェット印字ヘッドにお
いて、 放熱性の基部と、 この基部に搭載され、ワイヤボンド用のパッドを具備す
るヒータープレートと、 このヒータープレートに搭載され、インク入口を有する
チャネル部を形成する印字ヘッドダイと、 前記基部に固定され、前記ヒータープレートのパッドに
対応するワイヤボンド用のパッドを具備する接続ボード
と、 前記ヒータープレートと前記接続ボードとの上にある、
前記ワイヤボンド用のパッドを電気的に接続する複数の
ワイヤボンドと、 前記印字ヘッドダイの入口と隣接する入口を具備し、前
記基部に搭載され、前記ダイとヒータープレートとを覆
い下面が前記ヒータープレートとの間に空洞を形成する
マニホールドと、前記マニホールドの前記入口に施されるシーラントであ
って、前記印字ヘッドダイの前記インク入口の側部の少
なくとも一部には実質的に施されない、前記シーラント
と、 前記ワイヤボンドを封入し、前記空洞を少なくとも部分
的に埋め、前記ヘッドダイの前記インク入口の側部を少
なくとも部分的にシールし連続した通路を形成する封入
材と、 を有することを特徴とするサーマルインクジェット印字
ヘッド。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/987,914 US5515089A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Ink jet printhead with sealed manifold and printhead die |
| US987914 | 1992-12-08 |
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|---|---|
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Family
ID=25533689
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|---|---|---|---|
| JP15250493A Expired - Fee Related JP3419825B2 (ja) | 1992-12-08 | 1993-06-23 | サーマルインクジェット印字ヘッド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5515089A (ja) |
| JP (1) | JP3419825B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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