JP6730374B2 - 流体フロー構造 - Google Patents

Description

背景
インクジェット・ペンまたはプリント・バー上の各プリントヘッド・ダイは、インクその他の印刷流体を噴射室まで運搬するための非常に小さな通り道を含む。インクジェット・ペンまたはプリントバー上にプリントヘッド・ダイを支持する構造では、印刷流体は、種々の通路を通してダイの通り道に供給される。例えば、ダイのコストを低減するために、ひいては、インクジェット・ペンまたはプリント・バーのコストを低減するために、各プリントヘッド・ダイのサイズを縮小することが望ましい場合がある。

成形流体フロー構造の一例を実施するインクジェット・プリントヘッドを示す正面図である。 成形流体フロー構造の一例を実施するインクジェット・プリントヘッドを示す背面図である。 図１及び図２に示したプリントヘッドの部分正面図である。 図３においてライン４−４に沿って切断して見たときの断面図である。 図３及び図４から詳細を示す図である。 図３及び図４から詳細を示す図である。 図３及び図４から詳細を示す図である。 図３及び図４から詳細を示す図である。 プリントヘッド成形流体フロー構造の他の例を示す図である。 成形流体フロー構造の他の例を実施するインクジェット・プリントヘッドを示す図である。 図１０から詳細を示す図である。 図１１においてライン１２−１２に沿って切断して見たときの断面図である。

全図面を通して、同じ部品番号は、同一または類似の部品を示している。図面は、必ずしも原寸通りの寸法で描かれてはいない。図示した例をより分かりやすく示すために、一部の部品のサイズは誇張されている。

説明
従来のインクジェット・プリンタ・ペン、及びプリント・バーは、印刷流体を小型プリントヘッド・ダイまで運搬するための複数の部品を含み、印刷流体は、プリントヘッド・ダイから用紙その他の印刷媒体上に噴射される。プリントヘッド・ダイは通常、接着剤を使用して支持構造に組み付けられている。プリントヘッド・ダイが小さくなるにしたがって、接着剤を利用する組み立てプロセスは、次第に複雑かつ困難になってくる。より小さなプリントヘッド・ダイの使用を可能にし、インクジェット・プリンタにおけるペン、及びプリント・バーのコストの低減を促進するために、接着剤を使用しない新たな流体フロー構造が開発されている。

一例において、支持構造は、プリントヘッド・ダイその他の流体供給マイクロデバイスの周りに成形される。成形体自体が、マイクロデバイスを支持している。すなわち、マイクロデバイスは、接着剤を使用せずに、成形体に埋め込められている。成形体は通路を含み、流体は、通路を通ってマイクロデバイスまで直接流れることができる。マイクロデバイスは、複数の流体噴射器及び複数の流体室を含み、各流体室は、噴射器の近くにあり、各流体室が、入口及び出口を含み、流体は入口を通って通路から流体室に入ることができ、流体は出口を通して流体室から噴射されることができる。成形体における通路の外周は、噴射室への入口を取り囲んでいるが、それ以外にサイズ的に、マイクロデバイスのサイズに制約されることはない。そのため、マイクロデバイスがプリントヘッド・ダイである場合、通路をダイとほぼ同程度の広さにすることができ、またはダイよりも広くすることができる。これは、従来の接着剤を利用するプリントヘッド製造においては実現不可能である。流体通路を拡大することで、気泡が通路内のインクの流れを妨げるリスクを低減しつつ、プリントヘッド・ダイにおけるインクの流動性を高めることが可能となる。また、成形体によれば、外部インク接続の作成に備えて、及び、ペンまたはプリント・バーに対するプリントヘッド・ダイの取り付けに備えて、事実上、各プリントヘッド・ダイのサイズが拡張されるため、シリコン基板にインク通路を形成する必要が無くなり、より薄い、より長い、及びより狭いダイの使用が可能となる。

図面に示され、以下で説明されるこれら及び他の例は、本開示を例証するものであって、制限するものではない。本開示は、この説明の後に続く特許請求の範囲に規定される。

本文書において、「マイクロデバイス」とは、３０ｍｍ以下の１以上の外形寸法を有するデバイスを意味し；「薄い」とは、６５０μｍ以下の厚みを意味し；「スライバー」とは、長さと幅の比率（Ｌ／Ｗ）が少なくとも３である薄いマイクロデバイスを意味し；「プリントヘッド」及び「プリントヘッド・ダイ」とは、１以上の開口部から流体を供給するインクジェット・プリンタの一部のようなインクジェット式ディスペンサーを意味している。プリントヘッドは、１以上のプリントヘッド・ダイを含む。「プリントヘッド」及び「プリントヘッド・ダイ」が、インクその他の印刷流体による印刷を行うもののみに限定されることはなく、それらは、他の流体のインクジェット式供給、及び／又は印刷以外の使用を行うものも含む。

図１及び図２は、成形流体フロー構造１２の一例を実施するインクジェット・プリントヘッド１０の正面図及び背面図をそれぞれ示している。図３は、図１及び図２に示したプリントヘッド１０の部分正面図である。図４は、図３においてライン４−４に沿って切断して見たときの断面図である。図５〜図８は、図３及び図４からの詳細図である。図１〜図８を参照すると、プリントヘッド１０は、接着剤を使用せずに、成形体１６の中に成形され、または他の形で埋め込まれた複数のプリントヘッド・ダイ１４を含む。成形体１６には、印刷流体を対応するプリントヘッド・ダイ１４まで直接運搬するために、通路１８が形成されている（分かり易くするために、図４の断面図では、ダイ１４から平行斜線を省略している）。図示の例では、各プリントヘッド・ダイ１４は、ダイ・スライバーとして構成されている。ダイ・スライバー１４は、プリントヘッド１０の幅を横切って、互いに平行に配置されている。図面上では、４本のダイ・スライバー１４が、平行配置を成しているが、もっと多数または少数のダイ・スライバーを使用してもよく、及び／又は、異なる配置であってもよい。

インクジェット・プリントヘッド・ダイ１４は通常、シリコン基板２０上に形成された複雑な集積回路（ＩＣ）構造である。各プリントヘッドＩＣ回路構造におけるサーマル方式、圧電方式その他の適当な方式の流体噴射素子２２及び他の部品（図示せず）は、各ダイ１４上のボンドパッドその他の適当な電気端子２４を通して、外部回路に接続されている。図示の例では、端子２４は、導体２６によって、外部回路と接続するための端子２８に接続されている。導体２６は、必要に応じてエポキシその他の適当な保護材料３０によって覆われてもよく、または、インクのような有害な可能性がある環境要因から、導体を保護することが望ましい場合がある。基礎となる構造を不明瞭にしないように、図１には、保護材料カバー３０の外形だけが示されている。

次に図５〜図８の詳細図を具体的に参照すると、図示の例では、各プリントヘッド・ダイ１４は、２列の噴射室３２、及び対応するノズル３４を含み、ノズル３４を通して、インクその他の印刷流体が、噴射室３２から噴射される。成形体１６において各通路１８は、印刷流体を１つのプリントヘッド・ダイ１４に供給する。プリントヘッド・ダイ１４及び通路１８については、他の適当な構成も可能である。例えば、もっと多数または少数の噴射室３２、及び／又は通路１８を使用してもよい。印刷流体は、２列の噴射室３２の間において各ダイ１４に沿って長手方向に延在するマニホルド（多枝管）３８から、入口３６を通って各噴射室３２に流れ込む。印刷流体は、印刷流体供給通路１８に接続された、ダイ表面４２にある複数のポート４０を通って、マニホルド３８に供給される。図５〜図８におけるプリントヘッド・ダイ１４の理想化された描写は、噴射室３２、ノズル３４、入口３６、マニホルド３８、及びポート４０を単に分かり易く示す都合上、３つの層（基板２０、室層４４、及びノズル・プレート４６）を描いている。実際のインクジェット・プリントヘッド・ダイ１４は、図示したものより少数若しくは多数の層、及び／又は、流体を室３２に供給するための異なる経路を有していてもよい。例えば、マニホルド３８の有無に関わらず、複数のポート４０の代わりに、単一の通り道を使用してもよい。

成形体１６によれば、各通路１８のサイズが対応するダイ１４のサイズによって制約されない状態を維持しつつ、プリントヘッド・ダイ１４を基礎となる支持構造、及び／又はファンアウト構造に組み付けるための接着剤の必要性を無くすことができる。そのため、必要に応じて、あるいは、従来よりも小型のダイを搭載したいという要望に応じて、通路１８をダイ１４よりも広くし、または狭くすることが可能である。図３〜図８に示した例では、各通路１８が、対応するダイ１４よりも狭い。通路１８は、ノズル３４を取り囲み、かつ、プリントヘッド・ダイ１４の幅ＷＤよりも小さい幅ＷＣを有している。したがって、通路１８の平面積ＡＣ（ＷＣ×ＬＣ）は、ダイ１４の平面積（ＷＤ×ＬＤ）よりも小さい。ダイが基礎となる支持構造、及び／又はファンアウト構造に接着剤を使用して組み付けられる従来のプリントヘッドの場合、組み立ての際に接着剤が通路内にはみ出ないようにするために、インク供給通路の両端が２００μｍ以上の距離だけプリントヘッド・ダイと重なり合っていなければならない。図３〜図８に示した成形プリントヘッド１０の場合、通路１８の長手方向の縁部４８を、プリントヘッド・ダイ１４の長手方向の縁部５０から２００μｍ以内にすることができる（ＷＤ−ＷＣ＜４００μｍ）。

図９に示した例では、通路１８は、ノズル３４を取り囲み、かつ、プリントヘッド・ダイ１４よりも広い。したがって、図９に示した構成における通路１８の平面積は、ダイ１４の平面積よりも大きい。

各通路１８、及び対応するダイ１４の相対的サイズは、特定の流体フロー実施形態によって変わる場合があり、薄いダイ・スライバー１４を使用する一般的インクジェット・プリントヘッド１０の場合、通路面積ＡＣに対するダイ面積ＡＤの比率は通常、２．０から０．２５までの範囲になることが期待される（２．０≧ＡＤ／ＡＣ≧０．２５）。現時点で、接着剤を利用したダイ取り付け技術を使用して、この範囲の面積比率を実現することはできない。成形プリントヘッド１０の使用によれば、この拡張された範囲の通路とダイのサイズ比率を実現することができる。

図８及び図９から最もよく分かるように、印刷流体供給通路１８は、印刷流体ポート４０よりも実質的に広くなっていて、緩い間隔を開けて形成されたペンまたはプリント・バー上の比較的大きな通り道から、狭い間隔を開けて形成されたプリントヘッド・ダイ１４上の比較的小さな印刷流体ポート４０まで印刷流体を運搬する。通路１８を大きくすることは、ダイ１４に対する印刷流体の十分な供給を確保することに役立つだけでなく、多くの従来のプリントヘッドにおいて必要とされる個別の「ファンアウト」流体経路決定構造の必要性を低減し、場合によっては無くすことに役立つ場合がある。また、図示のようにプリントヘッド・ダイ表面４２の相当な面積を通路１８に直接露出させることによって、印刷の際に、通路１８内の印刷流体を利用して、ダイ１４を冷却することが可能になる。

薄いダイ・スライバー１４を用いる種々の実施形態の場合、十分な支持のために、成形体１６の厚みＴＭ（図５）は、ダイ１４の厚みＴＤの少なくとも２倍であることが望ましい。通路１８は、切断、エッチング、成形等によって、成形体１６に形成されることができる。また、各通路１８のサイズは、対応するプリントヘッド・ダイ１４についての必要性または要望に応じて、変更されてもよい。

図１０は、成形流体フロー構造１２を実施するプリントヘッド１０の他の例を示している。図１１は、図１０から詳細を示している。図１２は、図１１においてライン１２−１２に沿って切断して見たときの断面図である。この例では、４色のインクを供給するページ幅プリント・バーにおいて使用されることがあるもののように、４列のダイ・スライバー１４が、概ね端と端を近づける形で互い違い構成を成して配置され、各ダイ・スライバーは、他のダイ・スライバーと重なり合っている。他の適当な構成も可能である。スライバーよりも大きなプリントヘッド・ダイ１４を使用することもでき、もっと多数または少数のダイ、及び／又は異なる構成を使用することもできる。

図１０〜図１２を参照すると、プリントヘッド１０は、成形体１６の中に成形された種々のプリントヘッド・ダイ・スライバー１４を含む。印刷流体を対応するダイ・スライバー１４まで直接運搬するために、通路１８が成形体１６に形成されている。各通路１８は、対応するダイ・スライバー１４上の種々のノズル３４を取り囲んでいる。この例では、各通路１８が、対応するダイ・スライバー１４よりも狭い。ただし、上記のように、対応するダイ・スライバー１４に対する各通路１８の幅は、図示された幅とは違っていてもよく、例えば、ダイ・スライバー１４よりも広い幅であってもよい。各プリントヘッドＩＣ回路構造における流体噴射素子その他の部品は、各ダイ１４上のボンドパッドその他の適当な電気端子２４を通して外部回路に接続されている。この例では、端子２４を他のダイ及び／又は外部回路に接続する導体２６が、成形体１６に埋め込まれている。

図面に示され、上で説明されたもののような成形プリントヘッドフロー構造によれば、接着剤代（しろ）から、及びシリコン基板にインク供給通路を形成する困難性から、継続的ダイ縮小を分離し、組み立てプロセスを単純化し、設計自由度を拡大し、長い、狭い、及び非常に薄いプリントヘッド・ダイの使用が可能となる。任意の適当な成形プロセスを使用することができ、かかる成形プロセスとしては、例えば、２０１３年７月２９日に出願された「Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｅｄ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ」と題する国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０５２５０５号、及び２０１３年７月２９日に出願された「Ｆｌｕｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｏｌｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ」と題する国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０５２５１２号に記載されたもののようなトランスファ成形プロセスが挙げられる。

本開示の最初に書いたように、図面に示され、上で説明された種々の例は、本開示を例証するものであって、制限するものではない。他の例もまた可能である。したがって、上記の説明を本開示の範囲を制限するものとして解釈してはならない。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって定義される。

本発明の例示的実施形態を以下に列挙する。
１．流体フロー構造であって、内部に通路を有する成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持された流体供給マイクロデバイスを含み、前記通路を通って流体が前記デバイスまで直接流れることができ、前記デバイスが、複数の噴射器、及び複数の流体室を含み、各流体室が、噴射器の近くにあり、各流体室が、入口及び出口を有し、前記入口を通って流体が前記通路から前記流体室に入ることができ、かつ、前記出口を通して前記流体室から流体を噴射することができ、前記通路の外周は、前記入口を取り囲んでいる、流体フロー構造。
２．前記デバイスは、長さ及び幅を有する細長いデバイスからなり、前記通路は、前記デバイスに沿って延在する細長い通路からなり、前記通路は、長さ及び幅を有し、前記通路の幅は、前記デバイスの幅よりも狭い、１に記載の流体フロー構造。
３．前記デバイスは、長さ及び幅を有する細長いデバイスからなり、前記通路は、前記デバイスに沿って延在する細長い通路からなり、前記通路は、長さ及び幅を有し、前記通路の幅は、前記デバイスの幅よりも広い、１に記載の流体フロー構造。
４．前記通路の長さと幅の積である前記通路の面積は、前記デバイスの長さと幅の積である前記デバイスの面積の０．２５倍から２倍までである、２または３に記載の流体フロー構造。
５．前記通路の長手方向の縁部の各々が、前記デバイスの長手方向の縁部の各対応する縁部から２００μｍ以内にある、２または２に従属する４に記載の流体フロー構造。
６．前記デバイスの厚みが、前記成形体の厚みの二分の一未満である、１〜５の何れか一項に記載の流体フロー構造。
７．前記デバイスは、前記デバイスの厚みの中に、
前記通路からポートの中へ流体が直接流れ込むことができるように、前記通路に接続された複数のポートと、
前記ポートからマニホルドを通して前記入口に流体が流れ込むことができるように、前記ポートと前記入口との間に接続されたマニホルドと
をさらに含む、１〜６の何れか一項に記載の流体フロー構造。
８．前記流体供給マイクロデバイスは、プリントヘッド・ダイからなり、前記プリントヘッド・ダイは、前記成形体の中に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されている、１〜７の何れか一項に記載の流体フロー構造。
９．プリントヘッドであって、
内部に複数の細長い通路を有する成形体であって、各通路が、長さと、幅と、前記長さと前記幅の積である面積とを有している、成形体と、
複数の細長いプリントヘッド・ダイであって、各プリントヘッド・ダイが、長さと、幅と、前記長さと前記幅の積である面積とを有し、各ダイが、前記成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されており、さらに、各通路から前記ダイのうちの対応する一つに印刷流体を直接渡すことができるように、前記通路に接続されている、複数の細長いプリントヘッド・ダイと
を含み、各通路の面積が、対応するダイの面積の０．２５倍から２倍までである、プリントヘッド。
１０．各ダイが、ダイ・スライバーからなり、前記ダイ・スライバーは、前記成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されており、さらに、前記プリントヘッドの幅を横切って互いに平行に配置されている、９に記載のプリントヘッド。
１１．各ダイが、ダイ・スライバーからなり、前記ダイ・スライバーは、前記成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されており、さらに、概ね端と端を近づける形で前記プリントヘッドの長手方向に沿って互い違い構成で配置され、各ダイ・スライバーが他のダイ・スライバーと重なり合っている、９に記載のプリントヘッド。
１２．各ダイが、前記成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されたダイ・スライバーからなり、
各通路の幅が、対応するダイ・スライバーの幅よりも狭く、
各通路の各長手方向の縁部が、対応するダイ・スライバーの各対応する長手方向の縁部から２００μｍ以内にある、９に記載のプリントヘッド。
１３．各ダイが、前記成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持されたダイ・スライバーからなり、各通路の幅が、対応するダイ・スライバーの幅よりも広い、９に記載のプリントヘッド。
１４．プリントヘッドであって、
接着剤を使用せずに成形体に埋め込まれ、かつ、前記成形体によって支持された複数のプリントヘッド・ダイと、
前記成形体における複数の流体通路であって、前記流体通路を通って印刷流体が前記ダイまで直接流れることができる、複数の流体通路と
を含むプリントヘッド。
１５．前記成形体が、単一の成形体からなり、前記ダイが、接着剤を使用せずに前記単一の成形体に埋め込まれ、かつ、前記単一の成形体によって支持されており、各通路は、前記ダイのうちの対応する１つに隣接する形で前記単一の成形体に形成されている、１４に記載のプリントヘッド。

Claims (13)

1. 流体フロー構造であって、接着剤を使用せずに成形体に埋め込まれた細長い流体供給マイクロデバイスを含み、前記成形体が、前記デバイスに沿って長手方向に延在する通路を内部に有し、前記通路を通って流体が前記デバイスまで直接流れることができ、前記デバイスが、複数の噴射器、及び複数の流体室を含み、各流体室が、噴射器の近くにあり、各流体室が、入口及び出口を有し、前記入口を通って流体が前記通路から前記流体室に入ることができ、かつ、前記出口を通して前記流体室から流体を噴射することができる、流体フロー構造。
2. 前記通路は、前記デバイスよりも狭い、請求項１に記載の流体フロー構造。
3. 前記通路は、前記デバイスよりも広い、請求項１に記載の流体フロー構造。
4. 前記通路の面積は、前記デバイスの面積の０．２５倍から２倍までである、請求項１〜３の何れか一項に記載の流体フロー構造。
5. 前記通路の外周は、前記入口の全てを取り囲んでいる、請求項１〜４の何れか一項に記載の流体フロー構造。
6. 前記デバイスは、前記成形体に埋め込まれた複数の細長いデバイスを含み、
   前記通路は、前記成形体における複数の通路を含み、各通路が、前記デバイスの１以上に沿って長手方向に延在している、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体フロー構造。
7. 前記デバイスは、前記デバイスの厚みの中に、
   前記通路からポートの中へ流体が直接流れ込むことができるように、前記通路に接続された複数のポートと、
   前記ポートからマニホルドの中に前記入口へと流体が流れ込むことができるように、前記ポートと前記入口との間に接続されたマニホルドと
   をさらに含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体フロー構造。
8. 前記流体供給マイクロデバイスは、プリントヘッド・ダイからなる、請求項１〜５及び７の何れか一項に記載の流体フロー構造。
9. プリントヘッドであって、
   接着剤を使用せずに支持構造に固定された複数のプリントヘッド・ダイと、
   前記支持構造における複数の流体通路であって、前記流体通路を通って印刷流体が前記ダイまで直接流れることができる、複数の流体通路と
   を含むプリントヘッド。
10. プリントヘッドであって、
    成形体に埋め込まれた細長いプリントヘッド・ダイを含み、前記成形体が中間支持構造を使用せずに前記ダイを支持するように構成され、
    前記成形体は、前記ダイに沿って長手方向に延在し、かつ、前記ダイにおける噴射室に流体連通された通路を内部に有する、プリントヘッド。
11. 前記ダイの表面は、前記通路内の流体が前記ダイに直接流れ込むことができるように、前記通路に直接露出されている、請求項１０に記載のプリントヘッド。
12. 前記通路の外周は、前記噴射室の入口を取り囲んでいる、請求項１０または請求項１１に記載のプリントヘッド。
13. 前記ダイは、接着剤を使用せずに前記成形体に埋め込まれている、請求項１０〜１２の何れか一項に記載のプリントヘッド。

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