KR20030087650A - 플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린터 어셈블리 - Google Patents

플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

탄성중합체 잉크 전달 압출부(5)는, 잉크와 공기를 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(10) 내의 프린트헤드 모듈(11)로 전송한다. 일련의 패턴 홀들(21)은, 상기 배출부(15)의 상부면 상에 레이저 가공된다. 상기 홀들은, 상기 어셈블리(10)의 일련의 프린트헤드 모듈(11) 하부면의 입구에 인터페이스되며, 상기 배출부(15)의 각각의 세로방향 채널로부터 잉크 및 공기를 중계(relay)한다.

Description

플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린터 어셈블리{PRINTER ASSEMBLY HAVING FLEXIBLE INK CHANNEL EXTRUSION}
다음의 발명은 잉크젯 프린터용 플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린트헤드 어셈블리에 관한 것이다.
더욱 특정적으로는, 비록 배타적이지는 않지만, 본 발명은, 1600dpi에 이르는 사진 화질로 분당 160 페이지까지 인쇄할 수 있는 A4 페이지폭 드롭 온 디멘드(drop on demand)형의 플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린트헤드 어셈블리프린트헤드 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
상기 잉크채널 압출부가 활용될 수 있는 프린터의 전체적인 설계는, 대략 8½인치(21cm) 길이의 어레이(array)에서의 대체가능한 프린트헤드 모듈의 사용을중심으로 전개된다. 그러한 시스템을 사용하는 잇점은, 프린트헤드 어레이 내의 어떤 결함있는 모듈을 쉽게 제거하고 대체할 수 있다는 것이다. 이는, 단지 하나의 칩(chip)만이 결함이 있을 경우, 전체 프린트헤드를 버려야만 하는 것을 방지할 것이다.
그러한 프린터에 있는 프린트헤드 모듈은, 마이크로-기계 및 마이크로-전자기계 시스템(MEMS)에서의 수많은 열-작동기(thermo-actuator)들을 탑재하고 있는 칩인 "멤젯(Memjet)" 칩을 포함하여 이루어질 수 있다. 본 출원인에게 그러한 작동기들은 미국 특허 제6,044,646호에 개시된 것들과 같은 것들일 수도 있지만, 그러나 다른 MEMS 프린트 칩들일 수도 있다.
전형적인 실시예에서, 완전한 8½인치 프린트헤드 어셈블리를 형성하기 위해 하나의 금속 채널 안에 11개의 "멤젯" 타이틀이 함께 맞대어질 수 있다.
본 발명의 잉크채널이 설치될 환경이라면, 프린트헤드는 전형적으로 6개의 잉크 챔버를 가질 것이며, 적외선 잉크 및 정착제(fixative) 이외에 4색 프로세스(CMYK) 인쇄가 가능할 것이다.
공기 펌프가 여과된 공기를 7번째 챔버를 통하여 프린트헤드에 공급할 것인데, 이는 외부의 입자들을 잉크 노즐들로부터 배제시키기 위해 사용될 수 있다.
각각의 프린트헤드 모듈은, 잉크를 전달하는 탄성중합체의 압출부(elastomeric extrusion)를 통해 잉크를 받는다. 전형적으로 프린트헤드 어셈블리는, 용지 폭을 가로지르는 프린트헤드의 스캔 운동이 필요없는 A4 용지 인쇄에 적합하다.
프린트헤드 자체는 조립식(modular)이므로, 프린트헤드 어레이들은 임의의 폭을 지닌 프린트헤드를 형성하도록 배열될 수 있다.
게다가, 두번째 프린트헤드 어셈블리가 양면 고속 인쇄가 가능하도록 용지 공급 경로의 반대편 상에 탑재될 수도 있다.
함께 계속중인 출원들
본 발명에 관계된 다양한 방법들, 시스템들 및 장치들이 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 함께 계속중인 출원(co-pending application)에 개시되어 있다:
09/575,141, 09/575,125, 09/575,108, 09/575,109.
이들 함께 계속중인 출원에 개시된 내용들은 여기에서 참조로서 사용된다.
발명의 목적
본 발명의 목적은, 잉크 및 바람직하게는 공기를 프린트헤드 어셈블리를 따라 위치한 프린트헤드 모듈 어레이로 전달하기 위한 플렉시블한 잉크채널 압출부를 구비한 프린트헤드 어셈블리를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 잉크 및 바람직하게는 공기를 프린트헤드 어셈블리의 연장된 채널 내에 고정된 프린트헤드 모듈 어레이로 전달하기 위한 플렉시블한 잉크채널 압출부를 제공하는데 있다.
발명의 요약
본 발명은, 실질적으로 페이지폭을 가로질러 연장되는 프린트헤드 모듈 어레이와 상기 프린트헤드 모듈 어레이와 동일한 공간에 걸쳐 있는(coextensive) 잉크 전달 압출부를 포함하여 구성되고, 상기 압출부는 개별(discrete) 잉크를 운반하기 위한 다수의 잉크 채널 및 압출부 표면 내의 일련의 홀 패턴(a pattern of holes)을 구비하며, 상기 홀 패턴을 통하여 상기 채널 내의 개별 잉크가 상기 압출부로부터 각각의 프린트헤드 모듈로 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭온 디멘드(pagewidth drop on demand) 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리를 제공한다.
상기 잉크 전달 압출부는, 공기를 프린트헤드 모듈로 전달하기 위한 공기채널을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 잉크 전달 압출부는, 플렉시블한 프린트 회로기판 위에 접합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잉크 전달 압출부의 단부에는 몰딩된(molded) 단부 캡(end cap)이 결합되고, 상기 단부 캡은 잉크 및 공기전달호스가 연결될 수 있는 다수의 커넥터를 구비한 것이 바람직하다.
또한, 각 프린트헤드 모듈은, 상기 잉크 전달 압출부의 표면을 씰링하기 위한 고리형 링을 구비한 다수의 주입구(inlet)를 가지는 것이 바람직하다.
상기 잉크 전달 배출부는 비소수성(non-hydrophobic)인 것이 바람직하다.
상기 압출부 표면 내의 홀들은, 레이저 가공(laser ablated)되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단부 캡은, 각각의 흐름 채널(flow channels)의 단부에 수납되는 일련의 플러그(plugs)를 포함하는 스파인(spine)을 구비한 것이 바람직하다.
상기 단부 캡은, 그 위에 형성된 스냅 맞물림 탭(snab engagement tabs)에 의하여 잉크 전달 압출부 상에 클램핑되는 것이 바람직하다.
여기에서 사용되는 용어 "잉크"는, 프린트헤드를 통과하여 인쇄 매체(print media)에 전달되는 어떤 유체(fluid)를 의미하도록 의도된다. 상기 유체는 많은 다른 색상의 잉크들, 적외선 잉크, 정착제(fixative) 등 가운데 하나일 수 있다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 바람직한 형태가, 다음의 첨부도면들을 참조로 하는 예에 의해 서술될 것이다:
도 1은, 프린트헤드의 개략적인 전체도(overall view)이다;
도 2는, 도 1의 프린트헤드의 개략적인 분해도(exploded view)이다;
도 3은, 잉크 젯 모듈의 개략적인 분해도이다;
도 3a는, 도 3의 잉크 젯 모듈의 개략적인 분해 배면 예시도(exploded inverted illustration)이다;
도 4는, 조립된 잉크 젯 모듈의 개략적인 예시도(illustration)이다;
도 5는, 도 4의 모듈의 개략적인 배면 예시도(inverted illustration)이다;
도 6은, 도 4의 모듈의 개략적인 확대 예시도(close-up illustration)이다;
도 7은, 칩 서브-어셈블리(sub-assembly)의 개략적인 예시도이다;
도 8a는, 도 1의 프린트헤드의 개략적인 측면 입면도(side elevational view)이다;
도 8b는, 도 8a의 프린트헤드의 개략적인 평면도(plan view)이다;
도 8c는, 도 8a의 프린트헤드의 개략적인 측면도(side view)(타측면)이다;
도 8d는, 도 8b의 프린트헤드의 개략적인 배면도(inverted plan view)이다;
도 9는, 도 1의 프린트헤드의 개략적인 단면부 입면도(cross-sectional end elevational view)이다;
도 10은, 캡을 씌우지 않은 형태(uncapped configuration)의 도 1의 프린트헤드에 대한 개략적인 예시도이다;
도 11은, 캡을 씌운 형태(capped configuration)의 도 10의 프린트헤드에 대한 개략적인 예시도이다;
도 12a는, 캡핑 장치(capping device)의 개략적인 예시도이다;
도 12b는, 다른 각도에서 바라본, 도 12a의 캡핑 장치의 개략적인 예시도이다;
도 13은, 잉크 젯 모듈을 프린트헤드 내에 장착하는 것을 나타내는 개략적인 예시도이다;
도 14는, 프린트헤드 모듈 장착법을 예시하는 프린트헤드의 개략적인 단부 입면도(end elevational view)이다;
도 15는, 도 1의 프린트헤드 어셈블리의 개략적인 절단 예시도(cut-away illustration)이다;
도 16은, "멤젯" 칩의 영역을 더욱 세밀하게 보여주는, 도 15의 프린트헤드의 일부분에 대한 개략적인 확대 예시도(close-up illustration)이다;
도 17은, 금속 채널과 프린트헤드 로케이션 몰딩(location molding)의 말단부에 대한 개략적인 예시도이다;
도 18a는, 탄성중합체 잉크 전달 압출부(elastomeric ink delivery extrusion)와 몰드된 엔드 캡(end cap)의 말단부에 대한 개략적인 예시도이다; 그리고
도 18b는, 전개된 형태(out-folded configuration)의 도 18a의 엔드 캡에 대한 개략적인 예시도이다.
실시예
첨부 도면들 중 도 1에는, 프린트헤드 어셈블리를 개략적으로 묘사한 전체도가 있다. 도 2는, 분해된 형태로, 어셈블리의 핵심 구성요소들을 나타낸다. 바람직한 구체예의 프린트헤드 어셈블리(10)는, 금속 "인바(Invar)" 채널(16)을 따라 위치한 11개의 프린트헤드 모듈(11)을 포함하여 이루어진다. 각 프린트헤드 모듈(11)의 중심(heart)에는 "멤젯" 칩(23)이 있다(도 3). 바람직한 구체예에서 선택된 특정 칩은 6색 구성(six-color configuration)이다.
"멤젯" 프린트헤드 모듈(11)들은, "멤젯" 칩(23), 미세 피치 플렉스 PCB(fine pitch flex PCB)(26) 및 중간-패키지 필름(35)을 양쪽에서 겹싸고 있는 두개의 마이크로-몰딩들(28과 34)을 포함하여 이루어진다.각 모듈(11)은, 칩(23)에 공급하는 독립적인 잉크 챔버(63)들을 갖는 밀봉 유닛을 형성한다(도 9). 모듈(11)들은, 공기, 잉크 및 정착제를 운반하는 연성 탄성중합체 압출부(flexible elastomeric extrusion)(15)에 직접적으로 연결된다. 압출부(15)의 상부 표면은, 각 모듈(11)의 하부면 상의 잉크 주입구(ink inlets)(32)에 맞춰 배열된 구멍(21)들의 반복 패턴을 갖는다(도 3a). 압출부(15)는 플렉스 PCB(연성 인쇄회로기판) 상에 접합된다.
미세 피치 플렉스 PCB(26)는 각 프린트헤드 모듈(11)의 측면을 감싸 내려가고, 플렉스 PCB(17)와 접촉한다(도 9). 플렉스 PCB(17)은, 모든 데이터 연결은 물론 각 모듈(11)에 전원을 공급하기 위해, 두개의 버스바(busbar)(19(양)와 20(음))를 지닌다. 플렉스 PCB(17)은, 연속적인 금속 "인바" 채널(16) 상에 접합되어 있다. 금속 채널(16)은, 모듈(11)이 제위치를 유지하도록 하는 역할을 하며, 모듈에 사용되는 실리콘과 유사한 열팽창 계수를 가지도록 설계된다.
캡핑 장치(12)는, 사용중이 아닐 경우 "멤젯" 칩(23)을 덮기 위해 사용된다. 전형적으로, 캡핑 장치는 온서트(onsert) 몰드된 탄성 패드(47)를 가지는 스프링 강철로 만들어진다(도 12a). 패드(47)는, 캡이 씌워지지 않은 때에는 "멤젯" 칩(23) 내로 공기를 흘려보내는 역할을 하고, 캡이 씌워진 때에는 공기를 차단하고 노즐 가드(nozzle guard)(24)를 덮는다(도 9). 캡핑 장치(12)는, 전형적으로 180°에 걸쳐 회전하는 캠샤프트(cam shaft;13)에 의해 구동된다.
"멤젯" 칩의 전체 두께는, 150 미크론 두께의 주입구 후면층(inlet backing layer)(27)과 150 미크론 두께의 노즐 가드(24)를 포함하여, 전형적으로 0.6mm이다. 이 요소들은 웨이퍼 스케일(wafer scale)로 조립된다.
노즐 가드(24)는, "멤젯" 잉크 노즐(62) 위에 있는 80 미크론의 공동(cavity)(64) 안으로 여과된 공기가 들어갈수 있도록 한다. 가압된 공기는 노즐 가드(24) 내의 미세방울 구멍(microdroplet hole)(45)을 통하여 흘러가며(인쇄작업 동안에는 잉크와 함께), 외부 입자들을 밀어냄으로써 섬세한 "멤젯" 노즐(62)을 보호하는 역할을 한다.
실리콘 칩 후면층(27)은, 프린트헤드 모듈 패키징으로부터 직접 "멤젯" 노즐(62) 열 안으로 잉크를 흘려보낸다. "멤젯" 칩(23)은, 116 위치에서 칩 상의본드(bond) 패드로부터 미세 피치 플렉스 PCB(26)까지 와이어로 접합(25)되어 있다. 와이어 본드(wire bond)들은 120 미크론 피치 상에 있으며, 미세 피치 플렉스 PCB 패드 상에 접합되어 있는 것처럼 절단된다(도 3). 미세 피치 플렉스 PCB(26)는, 플렉스 PCB의 모서리를 따라 있는 일련의 금제 접촉 패드(gold contact pad)(69)를 통해 플렉스 PCB(17)로부터 데이터와 전원을 이송한다.
칩과 미세 피치 플렉스 PCB(26) 사이의 와이어 접합 작업(wire bonding operation)은, 칩 어셈블리를 프린트헤드 모듈 어셈블리 내로 운반, 배치 및 부착하기 전에, 분리되어 이루어질 수 있다. 또는, "멤젯" 칩(23)이 먼저 상부 마이크로-몰딩(28) 내에 부착되고, 그 다음에 미세 피치 플렉스 PCB(26)가 제 위치에 부착될 수도 있다. 그러면, 와이어 접합 작업이, 몰딩들(28과 34)이 변형되는 위험없이 작업중에 일어날 수 있다. 상부 마이크로-몰딩(28)은 액정 중합체(Liquid Crystal Polymer(LCP)) 블렌드(blend)로 만들어질 수 있다. 상부 마이크로-몰딩(28)의 결정 구조가 정밀하기 때문에, 상대적으로 낮은 융점에도 불구하고 열변형 온도(180℃-260℃), 연속 사용(continuous usage) 온도(200℃-240℃) 및 납땝 열 내구성(260℃에서 10초 내지 310℃에서 10초)이 높다.
각 프린트헤드 모듈(11)은, 도 3에 나타난 바와 같이, 중간-패키지 필름층(35)에 의해 분리된 상부 마이크로-몰딩(28)과 하부 마이크로-몰딩(34)을 포함한다.
중간-패키지 필름층(35)은 폴리이미드와 같은 불활성 중합체일 수 있으며, 이는 좋은 내화학성과 치수 안정성을 갖는다. 중간-패키지 필름층(35)은 레이저로가공된 구멍(65)들을 가질 수 있고, 상부 마이크로-몰딩, 중간-패키지 필름층 및 하부 마이크로-몰딩의 사이에 접착성을 제공하는 양면 접착제(즉, 양면 모두 접착층)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상부 마이크로-몰딩(28)은, 중간-패키지 필름층(35)에 난 대응 개구(corresponding aperture)를 통과하여 하부 마이크로-몰딩(34)에 있는 대응 홈(corresponding recess)(66)에 닿는 한쌍의 얼라인먼트 핀(alignment pin)(29)을 가진다. 이 핀은 구성요소들이 함께 접합될 경우 이들을 정렬시키는 역할을 한다. 일단 함께 접합되면, 상부 및 하부 마이크로-몰딩은, 완성된 "멤젯" 프린트헤드 모듈(11) 내에 구부러진 잉크 및 공기 통로를 형성한다.
하부 마이크로-몰딩(34)의 하부면에는 고리모양의 잉크 주입구(32)들이 있다. 바람직한 구체예에서는, 6개의 그러한 주입구(32)들이 다양한 잉크들(흑색, 황색, 적색(magenta), 청색(cyan), 정착제 및 적외선)을 위해 존재한다. 공기 주입구 슬롯(slot)(67)이 또한 제공된다. 공기 주입구 슬롯(slot)(67)은 하부 마이크로-몰딩(34)을 가로질러, 미세 피치 플렉스 PCB(26)에 있는 정렬된 구멍(aligned hole)(68)을 통과하여, 배기 구멍(exhaust hole)(33)을 통해 공기를 밀어내는 2차 주입구(secondary inlet)까지 확장된다. 이는, 인쇄작업 동안에 인쇄 매체를 프린트헤드로부터 밀어내는 역할을 한다. 잉크 주입구(32)는, 공기 주입구 슬롯(slot)(67)으로부터의 경로와 마찬가지로, 상부 마이크로-몰딩(28)의 하부표면에서 이어진다. 잉크 주입구들은, 도 3의 32에 또한 나타나 있는 200 미크론의 배출 구멍(exit hole)에 이르게 된다. 이 구멍들은 "멤젯" 칩(23)의 실리콘후면층(27) 상의 주입구들에 대응한다.
하부 마이크로-몰딩(34)의 모서리 상에는 한쌍의 탄성 패드(36)가 존재한다. 이들은 조립 중에 모듈들이 미세하게 위치할 경우, 허용오차(tolerance)를 지키며, 프린트헤드 모듈(11)을 금속 채널(16) 내에 확실하게 위치시키는 역할을 한다.
바람직한 "멤젯" 마이크로-몰딩용 재료로는 LCP가 있다. 이것은 몰딩 내의 정밀한 미세부분에 맞는 적절한 유동특성을 가지며, 상대적으로 낮은 열팽창 계수를 가진다.
조립 중에 프린트헤드 모듈(11)의 정확한 배치가 가능하도록, 로봇 피커 미세부분(robot picker detail)들이 상부 마이크로-몰딩(28)에 포함된다.
도 3에 나타난 바와 같이, 상부 마이크로-몰딩(28)의 상부 표면은 일련의 교호(alternating) 공기 주입구 및 배출구(31)들을 가진다. 이들은 캡핑 장치(12)와 연결되어 작동하며, 캡핑 장치(12)의 위치에 따라 밀봉되거나 또는 공기 주입구/배출구 챔버들 내로 모아진다. 유닛에 캡이 씌워지는가 벗겨지는가에 따라, 이들은 주입구 슬롯(67)로부터 빠져나온 공기를 칩(23)으로 연결한다.
캡핑 장치용 램프(ramp)를 포함하는 캡퍼 캠 미세부분(capper cam detail)(40)이 상부 마이크로-몰딩(28)의 상부 표면에서 두가지 위치로 보여진다. 이는, 칩과 공기 챔버들에 캡을 씌우거나 벗기는 캡핑 장치(12)의 바람직한 운동을 용이하게 한다. 즉, 캡을 씌우거나 벗기는 작동 중에는 캡핑 장치가 프린트 칩을 측면에서 가로질러 움직이게 되어 있으므로, 캠샤프트(13)의 작용에 의해 움직일 때 노즐 가드(24)에 대해 장치의 스크래핑(scraping)을 막을 수 있도록, 캡퍼 캠미세부분(capper cam detail)(40)의 램프는 캡핑 장치를 탄성적으로 변형시키는 역할을 한다.
"멤젯" 칩 어셈블리(23)는 골라내어져서 프린트헤드 모듈(11) 상의 상부 마이크로-몰딩(28)에 접합된다. 미세 피치 플렉스 PCB(26)은 접합되고, 도 4에 나타난 바와 같이, 조립된 프린트헤드 모듈(11)의 측면을 에워싼다. 이 초기 접합 작업 후에, 칩(23)은 그 긴 모서리에 도포된 밀봉제 또는 접착제(46)를 더 가진다. 이는 접합 와이어(bond wire)(25)들을 "항아리에 담고(pot)"(도 6), "멤젯" 칩(23)을 몰딩(28)에 봉인하며, 여과된 공기가 흘러 들어가고 노즐 가드(24)를 통해 배출될 수 있는 봉인된 통로(gallery)를 형성하는 역할을 한다.
플렉스 PCB(17)은, 메인 PCB(나타내지 않음)로부터 각 "멤젯" 프린트헤드 모듈(11)로의 모든 데이터 및 전원 연결을 지닌다. 플렉스 PCB(17)은, 각 "멤젯" 프린트헤드 모듈(11)의 미세 피치 플렉스 PCB(26)상의 접촉 패드들(41, 42 및 43)과 인터페이스(interface)하는 일련의 금도금 반구형 접촉부(gold plated, domed contacts)(69)(도 2)를 가진다.
전형적으로 200 미크론의 두께를 갖는 두개의 구리 버스바 스트립(busbar strip)(19, 20)들이, 플렉스 PCB(17) 상의 제위치에 지그(jig)되고 납땜된다. 버스바(19, 20)들은, 역시 데이터를 가지고 있는 플렉스 터미네이션(flex termination)에 연결된다.
플렉스 PCB(17)는 대략 340mm의 길이이고, 14mm의 와이드 스트립(wide strip)으로부터 형성된다. 이는 조립 중에 금속 채널(16)에 접합되며, 단지 프린트헤드 어셈블리의 한쪽 끝으로만 빠져 나온다.
주 구성요소가 위치하는 금속 U-채널(16)은 "인바(Invar) 36"이라 불리우는 특수 합금으로 이루어진다. 이것은 400°F까지의 온도에서 탄소강의 1/10의 열팽창 계수를 가지는 36% 니켈 철 합금이다. 인바는 최적 치수 안정성을 가지도록 단련된다.
게다가, 인바는 벽면부의 0.056% 두께로 니켈 도금된다. 이는, 실리콘의 열팽창 계수인 2 ×10-6/℃에 보다 더 일치하도록 도와준다.
인바 채널(16)은, "멤젯" 프린트헤드 모듈(11)이 서로 상대적으로 정확하게 배열되도록 붙잡는 기능을 하며, 탄성 잉크 전달 압출부(15) 내에 레이저 가공된, 각 프린트헤드 모듈상의 잉크 주입구(32)와 배출 구멍(21) 사이에 밀봉을 형성하도록, 모듈(11) 상에 충분한 힘을 나누어 주는 기능을 한다.
실리콘 칩과 유사한 인바 채널의 열팽창 계수는 온도 변화 중에 유사한 상대운동을 가능하게 한다. 각 프린트헤드 모듈(11)의 한쪽 면 상에 있는 탄성 패드(36)들은, 채널(16) 내에서 그것들을 "윤활"시켜, 얼라인먼트 상실없이 어떠한 여분의 측면 열팽창 계수 허용오차도 지켜내는 역할을 한다. 인바 채널은 냉간 압연, 어닐링된 니켈 도금 스트립이다. 그 형태상 요구되는 두개의 벤드(bend)들을 제외하면, 채널은 각 말단부에 두개의 사각 컷아웃(cutout)(80)을 가진다. 이것들은 프린트헤드 로케이션 몰딩(14) 상의 스냅 피팅(snap fitting)(81)들과 맞춰진다(도 17).
탄성중합체 잉크 전달 압출부(15)는 비-소수성의 정밀 구성요소이다. 그 기능은 잉크 및 공기를 "멤젯" 프린트헤드 모듈(11)로 운반하는 것이다. 압출부는 조립 중에 플렉스 PCB(17)의 상단부 상에 접합되며, 두가지 종류의 몰드된 엔드 캡(end cap)들을 가진다. 이들 엔드 캡 중 하나(70)가 도 18a에 나타나 있다.
패턴을 지닌 일련의 구멍들(21)이 압출부(15)의 상부 표면상에 존재한다. 이것들은 상부 표면 내에 레이저로 가공된다. 이를 위해, 마스크(mask)를 만들어 압출부의 표면상에 위치시키고, 그 후 거기에 조준된 레이저광을 쪼인다. 구멍(21)들은 상부 표면으로부터 증발되지만, 레이저광의 초점길이로 인해 레이저가 압출부(15)의 하부 표면으로 뚫고 들어가지는 않는다.
레이저로 가공된 구멍들(21)의 11개의 반복 패턴들이 압출부(15)의 잉크 및 공기 배출구(outlet)(21)들을 형성한다. 이것들은, "멤젯" 프린트헤드 모듈 하부 마이크로-몰딩(34)의 아랫면 상에 있는 환상 고리 주입구(32)와 인터페이스한다. 보다 더 큰 구멍들의 다른 패턴(나타내지는 않았으나, 도 18a의 엔드 캡(70)의 상부 판(71) 아래에 감추어져 있음)이 압출부(15)의 한쪽 끝 내에 가공된다. 이것들은, 앞서 서술한 각 하부 마이크로-몰딩(34)의 아랫면 상에 있는 것들과 같은 방식으로 형성된, 고리형 살(rib)들을 가지는 개구(aperture)(75)들과 맞추어진다. 잉크 및 공기 전달 호스(78)들은, 상부 판(71)으로부터 뻗어 나온 각자의 커넥터(76)들에 연결된다. 압출부(15)의 고유 연성으로 인해, 이는, 잉크 및 공기의 흐름에 제한없이도, 다양한 잉크연결 장착형태로 구부러질 수 있다. 몰드된 엔드 캡(70)은, 상부 및 하부 판들이 집적되어 힌지(hinge) 연결되게 하는 돌기(spine)(73)를 가진다. 돌기(73)는, 압출부(15)의 각 흐름 통로(flow passage)의 말단에서 받아들여지는 일열(row)의 플러그들(plugs;74)을 포함한다.
압출부(15)의 다른쪽 말단은, 돌기(17) 상의 플러그(74)들과 유사한 방식으로 채널들을 막는 간단한 플러그로 캡이 씌워진다.
엔드 캡(70)은 스냅 맞물림 탭(snap engagement tab)(77)들을 이용해 잉크 압출부(15)를 조인다. 일단 전달 호스(78)와, 가능하다면 여과수단과 함께 조립되고 나면, 잉크 저장부(reservoir)와 공기펌프로부터 잉크와 공기를 받을 수 있다. 엔드 캡(70)은 압출부의 어느쪽 말단에도, 즉, 프린트헤드의 어느쪽 말단에도 연결될 수 있다.
플러그(74)들이 압출부(15)의 채널들 안으로 밀어넣어지고, 판들(71, 72)이 접혀진다. 스냅 맞물림 탭(77)들이 몰딩을 조여 그것이 압출부를 미끄러져 빠져나가는 것을 방지한다. 판들이 함께 물려있기 때문에, 그것들은 압출부 말단의 주위에서 봉합된 깃(sealed collar) 모양의 배열을 형성한다. 커넥터(76)들에 밀어넣어진 개별 호스(78)들을 제공하는 대신에, 몰딩(70)은 잉크 카트리지와 직접 인터페이스할 수도 있다. 봉합 핀(sealing pin) 모양의 배열 역시 이 몰딩(70)에 적용할 수 있다. 예를 들어, 탄성중합체 깃(elastomeric collar)을 지닌, 구멍나고 속이 빈 금속 핀이 주입구 커넥터(76)의 상단부에 맞춰질 수 있다. 이는, 카트리지가 삽입될 때에는, 주입구들이 자동적으로 잉크 카트리지를 봉인하도록 할 것이다. 공기의 통로에 잉크를 채우는 사고를 피하기 위해, 공기 주입구와 호스는 다른 주입구들보다 더 작을 수도 있다.
전형적으로 "멤젯" 프린트헤드용 캡핑 장치(12)는 스테인리스 스프링 강철로이루어진다. 도 12a와 12b에 나타난 바와 같이, 탄성 씰(seal) 또는 온서트 몰딩(onsert molding)(47)이 캡핑 장치에 부착된다. 캡핑 장치가 만들어진 재료인 금속 부분을 블랭크(blank)로서 펀치로 구멍내고, 그 다음에 이를, 탄성중합체 온서트가 그 아랫면 상으로 쏘아질 수 있도록 준비된 사출성형도구에 집어넣는다. 작은 구멍들(79)(도 13b)이 금속 캡핑 장치(12)의 상부 표면상에 존재하며, 파열 구멍(burst holes)으로서 형성될 수 있다. 그것들은 온서트 몰딩(47)을 금속에 맞추는 역할을 한다. 몰딩(47)이 도입되고 나면, 블랭크는 프레스 도구에 삽입되며, 여기에서 추가적인 굽힘 작업과 내장 스프링(48)의 형성이 일어나게 된다.
탄성 온서트 몰딩(47)은 일련의 직사각 홈(recess)들 또는 공기 챔버들(56)을 갖는다. 이것들은 캡이 벗겨질 경우 챔버를 만든다. 챔버(56)들은, "멤젯" 프린트헤드 모듈(11)에 있는 상부 마이크로-몰딩(28)의 공기 주입구 및 배기 구멍(exhaust hole)(30)들의 위쪽에 위치한다. 이것들은 공기가 한쪽 주입구로부터 그 다음 배출구로 흐를 수 있게 한다. 도 11에 묘사된 바와 같이 캡핑 장치(12)가 "본래(home)" 캡이 씌워진 위치를 향해 움직일 때, 이들 공기통로(32)들은, "멤젯" 칩(23)으로의 공기흐름을 차단하는 온서트 몰딩(47)의 블랭크 섹션으로 봉인된다. 이는 여과된 공기가 말라버려서(dry out) 섬세한 "멤젯" 노즐들이 막히는 것을 방지한다.
온서트 몰딩(47)의 다른 기능은 "멤젯" 칩(23) 상의 노즐 가드(24)를 덮고 조이는 것이다. 이는 말라버리는 것을 방지하지만, 기본적으로는 종이 먼지와 같은 외부 입자들이 칩에 들어가 노즐을 상하게 하는 것을 막는다. 칩은 단지 인쇄작업동안에만 노출되며, 그 때 여과된 공기 또한 노즐 가드(24)를 통과하여 잉크 방울들과 함께 존재한다. 이 양압의 공기압이 인쇄과정동안 외부 입자들을 밀어내며, 캡핑 장치는 작동하지 않는 시간에는 칩을 보호하게 된다.
내장 스프링(48)들은 캡핑 장치(12)를 금속 채널(16) 쪽으로부터 떨어져 한 쪽으로 치우치게 한다. 캡핑 장치(12)는 프린트헤드 모듈(11)의 상단부와 금속 채널(16)의 아랫면에 압축력을 가한다. 캡핑 장치(12)의 측면 캡핑 동작은 캡핑 장치의 측면에 대해 장착된 편심(eccentric) 캠샤프트(13)에 의해 좌우된다. 이것은 장치(12)를 금속 채널(16)에 대해 밀어 붙인다. 이러한 운동동안, 캡핑 장치(12)의 하부 표면 아래에 있는 돌기(boss)(57)들은, 상부 마이크로-몰딩(28)에 형성된 각각의 램프(ramp)(40)들 위를 타고 움직인다. 이 움직임은 캡핑 장치를 구부리며, 마치 노즐 가드(24)의 상단부 상의 위치로 측면에서 이동되는 것과 같이 온서트몰딩(47)을 올릴 수 있도록, 그 상단부 표면을 올린다.
가역적인 캠샤프트(13)는 두개의 프린트헤드 로케이션 몰딩(14)에 의해 제 위치를 유지한다. 캠샤프트(11)는 한쪽 말단에 만들어진 편평한 표면을 가질 수 있거나, 그렇지 않으면, 기어(22) 또는 다른 종류의 운동 컨트롤러를 받아들일 수 있도록 스플라인(spline)이나 열쇠구멍(keyway)을 갖출 수 있다.
"멤젯" 칩과 프린트헤드 모듈은 다음과 같이 조립된다:
1. "멤젯" 칩(23)은 픽 앤드 플레이스 로봇(pick and place robot)에 의해 플라이트(flight) 상태에서 건식 테스트(dry test)되며, 이 로봇은 또한 웨이퍼를 네모모양으로 자르고, 각각의 칩들을 미세 피치 플렉스 PCB 접합 구역으로 운반한다.
2. 테스트결과 받아들여지면, "멤젯" 칩(23)은 미세 피치 플렉스 PCB(26)로부터 530 미크론 떨어져 위치하게 되고, 칩 상의 접합 패드(bond pad)와 미세 피치 플렉스 PCB 상의 전도성 패드(conductive pad) 사이에 와이어 본드(wire bond)(25)들이 도입되게 된다. 이로써 "멤젯" 칩 어셈블리를 구성한다.
3. 단계 2의 대안으로는, 프린트헤드 모듈의 상부 마이크로-몰딩에 있는 칩 공동(cavity)의 내벽에 접착제를 도포하고, 칩을 먼저 제 위치에 접합시키는 방법이 있다. 그 다음에 미세 피치 플렉스 PCB(26)을 상부 마이크로-몰딩에 도입할 수 있고, 측면을 에워쌀 수 있다. 그 다음에 와이어 본드(25)들이, 칩 상의 접합 패드와 미세 피치 플렉스 PCB 사이에 도입된다.
4. "멤젯" 칩 어셈블리는 프린트헤드 모듈이 저장되어 있는 접합 구역으로 진공 운반된다.
5. 칩 공동(cavity)의 하부 내벽 및 프린트헤드 모듈의 상부 마이크로-몰딩내의 미세 피치 플렉스 PCB가 위치할 영역에 접착제가 도포된다.
6. 칩 어셈블리(및 미세 피치 플렉스 PCB)를 제 위치에 접합시킨다. 와이어 본드들을 잡아당기지 않도록, 상부 마이크로-몰딩의 측면 주위로 미세 피치 플렉스 PCB를 주의깊게 에워싼다. 만약 미세 피치 플렉스 PCB가 와이어 본드들에 스트레스를 줄 수 있다고 생각된다면, 이것은 두 단계 풀칠 작업(two step gluing operation)으로 간주될 수도 있다. 칩 공동의 내벽을 도포함과 동시에, 칩에 평행하게 형성되는 접착제 선을 도포할 수도 있다. 이는 칩 어셈블리 및 미세 피치 플렉스 PCB가 칩 공동 내에 자리잡을 수 있도록 해주고, 미세 피치 플렉스 PCB가 추가적인 스트레스 없이 마이크로-몰딩에 접합될 수 있도록 해준다. 굳힘 작업(curing) 후에, 2차 풀칠 작업에서 미세 피치 플렉스 PCB 영역 내의 상부 마이크로-몰딩의 짧은 측벽에 접착제를 도포할 수 있다. 이는, 와이어 본드들 아래의 상단부 모서리 상을 따라 여전히 단단하게 제 위치에 접합되어 있는 동안에, 미세 피치 플렉스 PCB가 마이크로-몰딩 주위로 에워싸지도록 하고 이를 보장해준다.
7. 최종 접합 작업에서는, 노즐 가드의 윗부분이 상부 마이크로-몰딩에 부착되어, 밀봉된 공기 챔버가 형성된다. 접착제는 또한 "멤젯" 칩의 반대편 긴 모서리에 도포되며, 여기에서 본드 와이어들은 공정 중에 "항아리에 담기게(potted)" 된다.
8. 모듈들은, 신뢰할 수 있는 성능을 보장하기 위해, 순수(pure water)로 "습식(wet)" 테스트되고, 그 후에 완전건조된다.
9. 모듈들은, 프린트헤드 어셈블리에 포함되기 전에 청정 저장 구역으로 운반되거나 또는 개별 단위로 포장된다. 이로써 "멤젯" 프린트헤드 모듈 어셈블리의 조립이 완성된다.
10. 금속 인바 채널(16)은 집어올려져서 지그(jig)에 위치한다.
11. 플렉스 PCB(17)는 집어올려져서 버스바(busbar) 쪽에 접착제가 미리 칠해지고, 금속 채널의 한쪽 면과 바닥(floor) 상의 제 위치에 놓이고 접합된다.
12. 연성 잉크 압출부(15)는 집어올려져서 그 아랫면에 접착제가 칠해진다. 그 다음에, 플렉스 PCB(17)의 상단부 상의 제 위치에 놓이고 접합된다. 프린트헤드로케이션 엔드 캡 중 하나가 또한 압출부 배출 말단부에 맞춰진다. 이로써 채널 어셈블리가 구성된다.
레이저 가공(ablation) 공정은 다음과 같다:
13. 채널 어셈블리는 엑시머(eximir) 레이저 가공 구역으로 운반된다.
14. 어셈블리는 지그(jig)에 놓여지고, 압출부가 위치하고 가리워지며, 레이저로 가공된다. 이로써 상부 표면 상에 잉크 구멍들이 형성된다.
15. 잉크 압출부(15)에는 잉크 및 공기 커넥터 몰딩(70)이 도입되도록 한다. 부스러기들을 제거하기 위해, 가압 공기 또는 순수를 압출부에 통과시켜 세척한다.
16. 엔드 캡 몰딩(70)을 압출부(15)에 도입한다. 그리고 나서, 뜨거운 공기로 건조한다.
17. 채널 어셈블리는 즉시(immediate) 모듈 어셈블리용 프린트헤드 모듈 구역으로 운반된다. 또는, 박막 필름을 가공된 구멍들 위에 깔고, 필요할 때까지 채널 어셈블리를 저장할 수도 있다.
프린트헤드 모듈은 채널에 대해 다음과 같이 조립된다:
18. 채널 어셈블리는 집어올려져서 프린트헤드 어셈블리 영역의 횡단(transverse stage)의 제 위치에 놓이고 조여진다.
19. 도 14에 나타난 바와 같이, 로봇 장비(58)가 금속 채널의 측면을 쥐고, 채널을 200 내지 300 미크론 정도까지 효과적으로 구부려 벌릴 수 있도록, 추축점(pivot point)에서 아랫면에 대해 추축회전(pivot)한다. 걸리는 힘은 도 14에서 일반적으로 힘의 벡터 F로서 나타낸다. 이는, 첫번째 "멤젯" 프린트헤드 모듈이 로봇에 의해 집어올려져서 채널 어셈블리 내에 (플렉스 PCB(17) 상의 첫번째 접촉 패드들과 잉크 압출 구멍들에 대해 상대적으로) 놓일 수 있도록 해준다.
20. 장비(58)가 추축회전을 풀고, 인바 채널의 복원력에 의해 프린트헤드 모듈이 잡히며, 횡단(transverse stage)이 어셈블리를 19.81mm만큼 앞쪽으로 이동시킨다.
21. 장비(58)가 채널의 측면을 다시 쥐고 이를 구부려 벌려, 다음 프린트헤드 모듈을 위해 준비한다.
22. 두번째 프린트헤드 모듈(11)이 집어올려지고, 채널 안의 이전 모듈로부터 50 미크론 떨어진 위치에 놓여진다.
23. 조정 구동기 암(adjustment actuator arm)이 두번째 프린트헤드 모듈의 말단을 위치시킨다. 암(arm)은 각 스트립 상의 기준점(fiducial)들에 대한 광학적 얼라인먼트(optical alignment)에 의해 유도된다. 조정 암이 프린트헤드 모듈을 밀어 올림에 따라, 기준점들 사이의 간격(gap)은 근접하게 되어 19.812mm의 정확한 피치에 도달하게 된다.
24. 두번째 프린트헤드 모듈이 제 위치에 놓인 것이 보장되면, 장비(58)가 추축회전을 풀고, 조정 암이 제거된다.
25. 이 공정은 채널 어셈블리가 프린트헤드 모듈들을 가득히 탑재할 때까지 반복된다. 유닛은 횡단으로부터 제거되고, 캡핑 어셈블리 구역으로 운반된다. 또는, 캡으로서 작용하도록 박막 필름을 프린트헤드 모듈들의 노즐 가드들 위에 깔고 유닛은 필요에 따라 저장될 수도 있다.
캡핑 장치는 다음과 같이 조립된다:
26. 프린트헤드 어셈블리는 캡핑 구역으로 운반된다. 캡핑 장치(12)는 집어올려져서 살짝 구부려 벌려지고, 프린트헤드 어셈블리 내의 첫번째 모듈(11)과 금속 채널(16) 위로 밀어올려진다. 각각의 램프(ramp)(40)가 위치한 상부 마이크로-몰딩 내의 홈(83)들에 자리하는 강철에 나있는 돌기(boss)(57)들에 의해, 캡핑 장치는 어셈블리 내에 자동적으로 자리를 잡게 된다.
27. 이어지는 캡핑 장치들은 모든 프린트헤드 모듈들에 도입된다.
28. 완료되면, 캠샤프트(13)가 어셈블리의 프린트헤드 로케이션 몰딩(14) 내에 자리하게 된다. 이것은 두번째 프린트헤드 로케이션 몰딩이 자유로운 말단부 상에 자리하게 하며, 이 몰딩은, 캠샤프트와 캡핑 장치가 잡힌 상태를 유지하면서, 금속 채널의 말단에 맞물린다.
29. 이 지점에서, 몰드된 기어(22) 또는 다른 운동 제어 장치가 캠사프트(13)의 어느 말단에 추가될 수 있다.
30. 캡핑 어셈블리를 기계적으로 테스트한다.
프린트 충전(print charging)은 다음과 같다:
31. 프린트헤드 어셈블리(10)는 테스트 구역으로 이동된다. 잉크들을 "멤젯" 모듈형 프린트헤드를 통해 가압하여 채운다. 채우는 동안, 공기를 "멤젯" 노즐들을 통해 배출한다. 충전되면, 프린트헤드를 전기적으로 연결하고 테스트할 수 있다.
32. 전기적 연결 및 테스트는 다음과 같이 행해진다:
33. PCB에 전원 및 데이터 연결을 한다. 최종 테스트를 시작할 수 있으며,이를 통과하면, "멤젯" 모듈형 프린트헤드는 캡이 씌워지고, 제품 장착시까지 프린트헤드를 보호하는 가소성 밀봉 필름을 아랫면에 적용한다.

Claims (10)

  1. 페이지폭을 실질적으로 가로질러 연장되는 프린트헤드 모듈 어레이와 상기 프린트헤드 모듈 어레이와 동일한 공간에 걸쳐 있는(coextensive) 잉크 전달 압출부를 포함하고, 상기 압출부는 개별(discrete) 잉크를 운반하기 위한 다수의 잉크 채널 및 압출부 표면 내의 일련의 홀 패턴(a pattern of holes)을 구비하며, 상기 홀 패턴을 통하여 상기 채널 내의 개별 잉크가 상기 압출부로부터 각각의 프린트헤드 모듈로 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드(pagewidth drop on demand) 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 전달 압출부는, 공기를 프린트헤드 모듈로 전달하기 위한 공기채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 전달 압출부는, 플렉시블한 프린트 회로기판 위에 접합되는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 전달 압출부의 단부에는 몰딩된(molded) 단부 캡(end cap)이 결합되고, 상기 단부 캡은 잉크 및 공기전달호스가 연결될 수 있는 다수의 커넥터를 구비한 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    각 프린트헤드 모듈은, 상기 잉크 전달 압출부의 표면을 씰링하는 고리형 링을 구비한 다수의 주입구(inlet)를 가지는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 전달 압출부는 비소수성(non-hydrophobic)인 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압출부 표면 내의 홀들은, 레이저 가공(laser ablated)되는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 단부 캡은, 각각의 흐름 채널(flow channels)의 단부에 수납되는 일련의 플러그(plugs)를 포함하는 스파인(spine)을 구비한 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단부 캡은, 그 위에 형성된 스냅 맞물림 탭(snab engagement tabs)에 의하여 잉크 전달 압출부 상에 클램핑되는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 단부 캡은, 직접 잉크 카트리지와 인터페이스하는(interface) 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이지폭 드롭 온 디멘드 잉크젯 프린터용 프린트헤드 어셈블리.
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