JP6517923B2 - プリントヘッドアセンブリ - Google Patents

Description

背景
モールド成形されたインクジェットプリントヘッドは、噴出チャンバに必要とされるプリントヘッドダイのサイズと流体ファンアウトに必要とされる間隔との間のつながり（関連）を切るために開発された。新たなモールド成形されたプリントヘッド（以降、モールド成形プリントヘッドと称する）は、２０１３年６月１７日に出願され、「Printhead Die」と称する国際特許出願番号第PCT/US2013/046065号に記載されたような非常に小さいプリントヘッドダイの「薄片」の使用を可能にする。

流動構造体に取り付けられたモールド成形プリントヘッドアセンブリを含むプリントバーの一例を、プリントヘッドアセンブリが表向きの状態で示す図である。 プリントヘッドアセンブリと流動構造体の下流部分を示す、図１のプリントバーの組立分解図である。 プリントヘッドアセンブリが裏向きの状態（プリンタにおいてプリントバーの通常の向き）で図１のプリントバーを示す図である。 プリントヘッドアセンブリ及び流動構造体の上流部分を示す、図１のプリントバーの組立分解図である。 図１の切断線５−５に沿って取られた断面図である。 図２の切断線６−６に沿って取られた断面図である。 図６からの詳細図である。 図６からの詳細図である。 図８の視認線９−９に沿って取られた平面図である。 図１〜図６に示されたプリントヘッドアセンブリのようなプリントヘッドアセンブリを作成するためのプロセスの一例を示す図である。

図面の全体にわたって、同じ部品番号は、同じ又は類似の部品を示す。

説明
非常に小さいプリントヘッドダイの薄片を用いることによりもたらされる１つの課題は、頑丈な電気接続を有する堅固な構造体を作成することである。プリント基板（ＰＣＢ）は、構造体および電気接続を強固にするために含められ得る。しかしながら、プリント基板は、プリントヘッドアセンブリの構造的および電気的完全性を維持するのに役立つように、プリントヘッドダイに供給される及びプリントヘッドダイから吐出されるインク及び他の印刷流体の腐食作用から保護されるべきである。従って、インク及び他の印刷流体の腐食作用からプリント基板を保護すると同時に、プリント基板をモールド成形プリントヘッドアセンブリへ組み込む利点を実現するために、新たなプリントヘッドアセンブリが開発された。

一例において、プリントヘッドアセンブリは、複数のプリントヘッドダイ薄片を有するモールド成形物、及びモールド成形物の裏面部に取り付けられたプリント基板を含む。各ダイ薄片の表面は、モールド成形物の前面部において露出され、モールド成形物の裏面部の流路が印刷流体をダイ薄片に送る。ボンドワイヤが、各ダイ薄片をプリント基板の導体に電気接続する。この例において、また、プリントヘッドアセンブリは、印刷流体をモールド成形物の流路に（例えば、上流の供給システムから）送る通路を有する別個の流動（流れ）構造体も含む。流動構造体は、プリント基板を流動構造体の通路から及びモールド成形物の流路から封止する接着剤でもってモールド成形物に取り付けられる。かくして、プリント基板は、モールド成形物の裏面部にあるダイ薄膜に送られる印刷流体から、及びモールド成形物の前面部にあるダイ薄膜の表面から吐出される印刷流体から分離（絶縁）される。新たなプリントヘッドアセンブリの例は通常、媒体幅プリントバーにおいて実現されると予想されるが、当該例は、走査型インクジェットペン又は他のインクジェット型印刷装置においても実現され得る。

図面に示された及び後述されるこの及び他の例は例示するが、本発明の範囲を制限せず、本発明の範囲は、本説明の後に続く特許請求の範囲において定義される。

本明細書で使用される限り、「プリントヘッド」及び「プリントヘッドダイ」は、１つ又は複数の開口から流体を吐出するインクジェットプリンタ又は他のインクジェット形吐出装置の部品を意味し、プリントヘッドダイの「薄片」は、長さ対幅の比が５０以上であるプリントヘッドダイを意味し、「プリントバー」は印刷中に動かない状態を維持することを意図されている１つ又は複数のプリントヘッドの配列（構成）を意味する。プリントヘッドは、単一のプリントヘッドダイ又は複数のプリントヘッドダイを含む。「プリントヘッド」及び「プリントヘッドダイ」は、インク及び他の印刷流体で印刷することに制限されないが、他の流体の及び／又は印刷以外で使用するためのインクジェット形吐出も含む。

図１〜図６は、流動構造体１４に取り付けられたモールド成形プリントヘッドアセンブリ１２の一例を実現するプリントバー１０を示す。プリントヘッドアセンブリ１２は、モールド成形物１８へとモールド成形された又は別な方法でモールド成形物１８に埋め込まれた複数のプリントヘッドダイ１６を含む。任意のサイズのプリントヘッドダイ１６が使用され得るが、特にダイの薄片がプリントヘッドアセンブリ１２に良好に適している。印刷流体は、モールド成形物１８の前面部２２に沿って露出された各プリントヘッドダイ１６の表面２０（図６〜図８）から吐出される。流路（チャネル）２４が、対応するプリントヘッドダイ１６の裏面部２８に印刷流体を送るためにモールド成形物１８の裏面部２６に形成される。

図示された例において、プリントヘッドダイ１６は、各プリントヘッドのダイが隣接するプリントヘッドのダイに部分的に重なる千鳥配置でモールド成形物１８の長さに沿って概して端から端まで配列されたプリントヘッド３０として１つのグループにまとめられる。各プリントヘッド３０は、例えば異なる４色のインクを印刷するために、モールド成形物１８にわたって横方向に互いに平行に配列された４つのダイ１６を含む。より多い又はより少ないプリントヘッドダイ１６及びプリントヘッド３０、及び／又は他の構成が可能である。また、新たなモールド成形プリントヘッドアセンブリの例は、媒体幅のプリントバー１０に制限されない。また、モールド成形プリントヘッドアセンブリ１２は例えば、より少ないモールド成形プリントヘッドダイ又は単一のモールド成形プリントヘッドダイさえも有する走査型インクジェットペンにおいても実現され得る。

プリントヘッドアセンブリ１２は、例えば接着剤３４（図５）でもってモールド成形物１８の裏面部２６に取り付けられたプリント基板（ＰＣＢ）３２を含む。また、プリント基板は一般に、プリント回路アセンブリ（ＰＣＡ）とも呼ばれる。ＰＣＢ３２は、モールド成形物１８の印刷流体流路２４を少しも覆わない。この例において、図４で看取されるように、流路（チャネル）２４は、ＰＣＢ３２が流路２４を取り囲むようにＰＣＢ３２の開口３５を通じて露出される。ＰＣＢ３２と最も近い流路２４との間の距離は、流路２４のインク又は他の印刷流体からＰＣＢ３２を保護するために使用される技術および構造に依存して変化するかもしれないが、少なくとも０．５ｍｍの距離が最高の具現化形態においてＰＣＢ３２を流路２４から分離（絶縁）するのに十分であると予想される。

各プリントヘッドダイ１６は、例えばＡＳＩＣ３６、表面実装型デバイス３８及び／又はピンコネクタ４０を含む電源および制御電子機器回路に対してダイの噴出装置および他の要素を接続するために、ＰＣＢ３２の導体（図示せず）に電気接続される。ピンコネクタ４０は、外部回路に接続するために、流動構造体１４の開口４１を通じてアクセス可能である。この例において、特に図７の詳細図を参照すると、プリントヘッドダイ１６は、ボンドワイヤ４２を通じてＰＣＢに接続される。また、この例において、外側のプリントヘッドダイは直接的にＰＣＢに接続される一方で、内側のダイは隣接するダイを介してＰＣＢに間接的に接続される。ワイヤボンドは、各ダイ１６の表面２０において露出されたボンドパッド４４間で、及びＰＣＢ３２上のボンドパッド４６に対してなされる。ＰＣＢのボンドパッド４６は、モールド成形物１８の穴４８を通じて露出される。ボンドワイヤ４２は、エポキシ樹脂または他の適切な保護材料５０（図６）より覆われ、平坦なキャップ５２が、より低い外形の保護カバーをボンドワイヤ上に形成するために追加される。

図２、図４及び図５で看取されるように、流動構造体１４は、印刷流体が流動構造体の上流部分５６から流動構造体の下流部分５８にある流路２４まで流れることができる通路５４を含む。通路５４は、各流路２４に隣接するモールド成形物１８と交差する側壁６０により部分的に画定される。流動構造体１４は、ＰＣＢ３２を通路５４及び流路２４から封止する接着剤または他の適切な封止剤６２でもってモールド成形物１８に取り付けられる。封止剤６２は、モールド成形物１８の裏面部においてダイに運ばれる印刷流体からＰＣＢ３２を分離し、上述されたように、モールド成形物１８の裏面部にＰＣＢ３２を配置することは、モールド成形物の前面部においてダイの表面から吐出される印刷流体からＰＣＢを分離する。かくして、ＰＣＢ３２は、インク及び他の印刷流体に対する曝露から完全に分離される。

図面において示されたような「背面」ＰＣＢのプリントヘッドアセンブリは、ＰＣＢに保護被膜を塗布する必要性、又はインク耐性のＰＣＢ材料を必要とする必要性を取り除く。また、新たなモールド成形プリントヘッドアセンブリの例は、より薄いモールド成形物を可能にし、もしそうでなければプリントヘッドダイをモールド成形するためのより大きな範囲の選択肢（オプション）を促す。図示された例において、ＰＣＢ３２は、図２及び図５で最も良く看取されるように、流動構造体１４の空洞６６内で一連のバー６４上に支持される。幾つかの具現化形態において、例えばプリントヘッドアセンブリを操作する際またはプリントヘッドのサービス（例えば、ワイピング及びキャッピング）中に生じるかもしれない外部荷重に、ＰＣＢ及びＰＣＢに実装された構成要素が耐えることに役立つために、図２及び図５に示されたような空洞においてＰＣＢを支持することが望ましいかもしれない。また、ＰＣＢ３２は、必要に応じて印刷流体の残留物および他の外部汚染物質がＰＣＢに到達することを防止することに役立つために、取り囲んでいる外壁６８に沿って空洞６６内に封止され得る。

さて、図６〜図９を参照すると、各プリントヘッド３０は、４つのプリントヘッドダイ１６を含む。各ダイ１６は、２行の吐出チャンバ７０及び印刷流体がチャンバ７０から吐出される対応するオリフィス７２を含む。モールド成形物１８の各流路２４は、印刷流体を１つのプリントヘッドダイ１６に供給する。プリントヘッド３０の他の適切な構成が可能である。例えば、より多くの又はより少ないプリントヘッドダイ１６が、より多くの又はより少ないチャンバ７０、オリフィス７２及び流路２４と共に使用され得る。

特に、図８及び図９を参照すると、印刷流体は、吐出チャンバ７０間の各ダイに沿って長手方向に延びるマニホルド７４から各吐出チャンバ７０へ流れる。印刷流体は、ダイ表面７８において印刷流体供給流路２４に接続された複数のポート７６を介してマニホルド７４へ流れ込む。図示されたように、印刷流体供給流路２４は、流動構造体１４のより大きくて大まかに隔置された通路５４からプリントヘッドダイ１６のより小さくて密に隔置された印刷流体ポート７６へ印刷流体を送るために、印刷流体ポート７６より大幅に広い。かくして、モールド成形物１８の印刷流体供給流路２４は、他のタイプのプリントヘッドに使用される別個の「ファンアウト」構造の必要性を低減することに役立つことができる。図８のプリントヘッドダイ１６の理想的な描写は、吐出チャンバ７０、オリフィス７２、マニホルド７４及びポート７６を明確に示すためだけに、便宜上３つの層８０、８２、８４を示す。実際のインクジェットプリントヘッドダイ１６は一般に、図８に示されていない層および要素と共にシリコン基板８０上に形成された複雑な集積回路（ＩＣ）構造体である。例えば、各チャンバ７０において基板８０上に形成されたサーマル噴出装置要素または圧電噴出装置要素は、インク又は他の印刷流体の小滴または流れをオリフィス７２から噴出するために付勢される。

図１０は、図１〜図６に示されたプリントヘッドアセンブリ１２のようなプリントヘッドアセンブリを作成するためのプロセス１００の一例を示す。図１０を参照すると、プロセス１００は、モールド成形物中にプリントヘッドダイをモールド成形すること（ブロック１０２）、プリント基板をモールド成形物に取り付けること（ブロック１０４）、及びプリント基板をモールド成形物の流体流路から分離（絶縁）すること（ブロック１０６）を含む。例えば、プリント基板をモールド成形物の流体流路から分離することは、図５に示されたように、流路からプリント基板を封止することにより達成され得る。また、プロセス１００は、例えば図６に示されたように、プリント基板をモールド成形物の裏面部に取り付けることにより、ダイの表面からプリント基板を分離することも含むことができる。（「モールド成形物にプリント基板を取り付けること」は、プリント基板がモールド成形物に付着されると同時にモールド成形物が動かないように保持されることを意味しない。それどころか、プリント基板をモールド成形物に取り付けることは、２つの部品を互いに結合するための何らかの特定の順序に関係無く、２つの部品を互いに取り付けることを意味する）。

特許請求の範囲において使用されるような「a」及び「an」は、１つ又は複数を意味する。

本説明の初めにおいて言及されたように、図面に示された及び上述された例は例示するが、後続の特許請求の範囲において定義された本発明の範囲を制限しない。

Claims (13)

1. モールド成形物であって、前記モールド成形物の中に埋め込まれるようにモールド成形され、印刷流体が吐出されるべき前記モールド成形物の前面部において露出された表面をそれぞれ有する複数のプリントヘッドダイ、及び印刷流体を前記プリントヘッドダイへ送るために前記モールド成形物の裏面部の流路を有する、モールド成形物と、
   前記モールド成形物の裏面部に取り付けられ且つ前記流路を少しも覆っていないプリント基板と、
   前記プリント基板に取り付けられた、外部回路に接続するためのピンコネクタと、
   各プリントヘッドダイと前記プリント基板との間の電気接続とを含み、
   前記モールド成形物の形状が長方形であり、前記ピンコネクタがその長方形の短辺に隣接して取り付けられている、プリントヘッドアセンブリ。
2. 前記モールド成形物の穴を通じて露出された前記プリント基板上のボンドパッドと各プリントヘッドダイ上のボンドパッドとの間で電気接続されたボンドワイヤを含む、請求項１に記載のプリントヘッドアセンブリ。
3. 前記プリント基板が、前記モールド成形物の前記流路を取り囲む、請求項１又は２に記載のプリントヘッドアセンブリ。
4. 前記プリント基板が、接着剤でもって前記モールド成形物に取り付けられている、請求項１〜３の何れかに記載のプリントヘッドアセンブリ。
5. プリントヘッドアセンブリであって、
   前面部および裏面部を有するモールド成形物と、
   前記モールド成形物の中に埋め込まれるようにモールド成形された複数のプリントヘッドダイ薄片であって、各プリントヘッドダイ薄片は、印刷流体が前記プリントヘッドダイ薄片から吐出され得る前記モールド成形物の前記前面部において露出された表面を有し、前記モールド成形物が内部に流路を有し、前記流路のそれぞれを通じて、印刷流体が前記モールド成形物の前記裏面部を通って前記プリントヘッドダイ薄片に入ることができる、複数のプリントヘッドダイ薄片と、
   前記モールド成形物の前記裏面部に取り付けられたプリント基板と、
   前記プリント基板に取り付けられた、外部回路に接続するためのピンコネクタと、
   前記モールド成形物の前記裏面部に取り付けられた流動構造体とを含み、前記流動構造体は、印刷流体が前記流動構造体の上流部分から前記流動構造体の下流部分にある前記流路に流れることができる通路を有し、前記モールド成形物の形状が長方形であり、前記ピンコネクタがその長方形の短辺に隣接して取り付けられている、プリントヘッドアセンブリ。
6. 前記プリント基板が前記通路および前記流路から封止されている、請求項５に記載のプリントヘッドアセンブリ。
7. 前記流動構造体が接着剤でもって前記モールド成形物に取り付けられ、前記プリント基板が、前記接着剤により前記通路および前記流路から封止されている、請求項５又は６に記載のプリントヘッドアセンブリ。
8. 各プリントヘッドダイ薄片と前記プリント基板との間の電気接続を含む、請求項５〜７の何れかに記載のプリントヘッドアセンブリ。
9. 前記プリントヘッドダイ薄片の幾つかが前記プリント基板に直接的に電気接続され、前記プリントヘッドダイ薄片の幾つかが、別のプリントヘッドダイ薄片を介して間接的に前記プリント基板に電気接続される、請求項８に記載のプリントヘッドアセンブリ。
10. プリントヘッドアセンブリを作成するためのプロセスであって、
    印刷流体が吐出されるべき各プリントヘッドダイの表面が露出された状態で、モールド成形物の中に埋め込まれるようにプリントヘッドダイをモールド成形し、
    外部回路に接続するためのピンコネクタをプリント基板に取り付け、
    前記プリント基板を前記モールド成形物に取り付け、
    前記プリント基板を前記モールド成形物の流体流路から分離することを含み、
    前記モールド成形物の形状が長方形であり、前記ピンコネクタがその長方形の短辺に隣接して取り付けられている、プロセス。
11. 前記プリント基板を前記モールド成形物の流体流路から分離することが、前記プリント基板を前記流体流路から封止することを含む、請求項１０に記載のプロセス。
12. 前記各プリントヘッドダイの表面から、前記プリント基板を分離することを含む、請求項１０又は１１に記載のプロセス。
13. 前記各プリントヘッドダイの表面から前記プリント基板を分離することが、前記プリント基板を前記モールド成形物の前面部にある前記各プリントヘッドダイの表面から離して前記モールド成形物の裏面部に取り付けることを含む、請求項１２に記載のプロセス。

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