JPH06210855A - 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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- JPH06210855A JPH06210855A JP5152504A JP15250493A JPH06210855A JP H06210855 A JPH06210855 A JP H06210855A JP 5152504 A JP5152504 A JP 5152504A JP 15250493 A JP15250493 A JP 15250493A JP H06210855 A JPH06210855 A JP H06210855A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/14024—Assembling head parts
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Abstract
寸法を小さくし、ダイの製造時間を短縮し、所定のウェ
ハから製造できるダイの数量を増加する。 【構成】 インクジェットダイ38のインク入口34の
一方の側端70にはシーラント58を施さずに、基部4
0にマニホールド26を取り付けた後、ギャップに流し
込む封入材によって壁を形成し、マニホールド26の入
口36と、インク入口34との間に連続した通路を形成
する。側端70にはシーラント58を支持するスペース
を設ける必要がないので、ダイ38の寸法を小さくする
ことができる。
Description
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。
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。
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。
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。
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、インク入口と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接続ボードのワイヤボンド用の
パッドを電気的に接続する複数のワイヤボンドと、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
トとその下面との間に空洞を形成するマニホールドと、
隣接した複数の入口の端部に施され、ダイの入口の一方
の側部の少なくとも一部にシーラントがなく前記端部の
回りにほぼしかし不完全に施されるシーラントと、ワイ
ヤボンドを封入し、空洞を少なくとも部分的に埋め、前
記入口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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ドルド
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。
おり、このスルーホール54は、ワイヤホンド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56
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2
8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。
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。
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。
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、端部70
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。
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。
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。
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。
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の下方からホール54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40(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5
6は接続ボード28と接触するまで延びてはならなず
(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。
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の側辺70近傍の位置までを含
む空洞を埋める。封入材は入口34の側辺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。
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。
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。
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。
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。
プリンタの概略を示す斜視図である。
続された接続ボードを上部から見た図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 【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、インク入口とチャン
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のワイヤボンド
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、 隣接した複数の前記入口の端部に施され、前記ダイの入
口の一方の側部の少なくとも一部を除いて実質的にしか
し不完全に前記端部の周囲に施されるシーラントと、 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、前記シーラントが施されていない端部で前記
入口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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