パターン化導電アレイ及びセルフレベリングエポキシ
【課題】圧電インクジェットプリントヘッドの噴射密度を高めるため、従来のアセンブリより製造が容易な電気相互接続層を有するプリントヘッドの組立て方法を提供する。
【解決手段】インクジェットプリントヘッドを形成するための方法は、複数の圧電素子２０をダイヤフラム３６へ付着することと、前記ダイヤフラムを覆って侵入型層５０を計量分配することと、複数の導電素子６２を複数の圧電素子へ電気結合することと、侵入型層を硬化することと、を含むことができる。侵入型層内の複数の電気絶縁される導電粒子５４は、複数の導電素子を複数の圧電素子へ電気結合する。導電粒子は、侵入型層誘電体全体に渡って一様に分散されることができ、または各圧電素子の頂面上へ局在化されかつ複数の圧電素子と複数の導電素子との間に挿入されることができる。導電素子は、フレックス回路マニホールドプリント基板６０の一部であってもよい。
【解決手段】インクジェットプリントヘッドを形成するための方法は、複数の圧電素子２０をダイヤフラム３６へ付着することと、前記ダイヤフラムを覆って侵入型層５０を計量分配することと、複数の導電素子６２を複数の圧電素子へ電気結合することと、侵入型層を硬化することと、を含むことができる。侵入型層内の複数の電気絶縁される導電粒子５４は、複数の導電素子を複数の圧電素子へ電気結合する。導電粒子は、侵入型層誘電体全体に渡って一様に分散されることができ、または各圧電素子の頂面上へ局在化されかつ複数の圧電素子と複数の導電素子との間に挿入されることができる。導電素子は、フレックス回路マニホールドプリント基板６０の一部であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット技術は、印刷産業において広く用いられている。ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット技術を用いるプリンタは、サーマルインクジェット技術、または圧電技術の何れかを用いる可能性がある。圧電インクジェット機器はサーマルインクジェット機器より製造費用が高いが、圧電インクジェットは一般的に、より広範なインクを使用できるという理由で好まれる。
【０００２】
圧電インクジェットのプリントヘッドは、典型的には、軟質のダイヤフラムと、ダイヤフラムへ付着される圧電素子とを含む。圧電素子へ電圧波形が、典型的には電圧源へ電気結合される電極との電気接続を介して印加されると、圧電素子は振動してダイヤフラムを振動させる。結果的に、これにより、チャンバから一定量のインクがノズルを介して放出される。この振動はさらに、主インクリザーバから開口を介してチャンバへインクを引き込み、放出されたインクが置換される。
【０００３】
圧電インクジェット技術を採用するインクジェットプリンタの印刷解像度を上げることは、設計エンジニアの目標である。圧電インクジェットのプリントヘッドの噴射密度を高めれば、印刷解像度を上げることができる。噴射密度を高める１つの方法は、ジェットスタック内部のマニホールドをなくすることである。この設計の場合、ジェットごとにジェットスタックの背面を介する単一のポートを有することが好ましい。このポートは、インクがリザーバから各ジェットチャンバへ移送されるための通路として機能する。高密度プリントヘッドには多数のジェットが存在することから、インク注入口はダイヤフラムを介して圧電素子間を垂直に通っていなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外部マニホールドを有する高密度インクジェットプリントヘッドアセンブリの製造は、新しい処理方法を必要としてきた。外部マニホールドを有する圧電インクジェットプリントヘッドは、インク注入口がプリントヘッドアセンブリの電子部分を通過することを必要とする。よって、従来のアセンブリより製造が容易な電気相互接続層を有するプリントヘッドの組立て方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本教示の一実施形態は、インクジェットプリントヘッドを形成するための方法を含むことが可能であり、この方法は、複数の圧電素子をダイヤフラムへ付着することと、誘電体を備える侵入型層を複数の圧電素子を封入しかつダイヤフラムに接触させるために計量分配することと、複数の導電素子を侵入型層の頂面へ付着することであって、侵入型層誘電体内の複数の導電粒子は複数の導電素子を複数の圧電素子へ電気結合することと、侵入型層を硬化することを含む。
【０００６】
別の実施形態では、インクジェットプリントヘッドは、貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、ダイヤフラムへダイヤフラム付着材で付着されるボディプレートと、ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、複数の圧電素子を封入する侵入型層とを含むことが可能である。インクジェットプリントヘッドはさらに、複数の導電素子と、各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子とを含むことが可能であって、複数の導電粒子は侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ複数の圧電素子を複数の導電素子へ電気結合する。
【０００７】
本教示の一実施形態は、さらに、インクジェットプリントヘッドを有するプリンタを含むことが可能であって、インクジェットプリントヘッドは、貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、ダイヤフラムへダイヤフラム付着材で付着されるボディプレートと、ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、複数の圧電素子を封入する侵入型層と、複数の導電素子を備えるフレックス回路とを含む。プリンタはさらに、各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子であって、侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ複数の圧電素子を複数の導電素子へ電気結合する複数の導電粒子と、フレックス回路へ付着されるマニホールドと、マニホールドの表面及びフレックス回路の表面によって形成されるインクリザーバとを含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本教示の一実施形態による、製造過程の機器の中間圧電素子を示す斜視図である。
【図２】本教示の一実施形態による、製造過程の機器の中間圧電素子を示す斜視図である。
【図３】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図４】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図５】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図６】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図７】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図８】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図９】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図１０】図９のジェットスタックを含むプリントヘッドを示す断面図である。
【図１１】本教示の一実施形態によるプリントヘッドを含む印刷機器を示す図である。
【図１２】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１３】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１４】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１５】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１６】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１７】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１８】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
これらの図面が示す詳細の中には、厳密な構造上の精度、ディテール及び縮尺を保持するというよりは発明的実施形態の理解を容易にするために単純化されて描かれたものがある点は留意されたい。
【００１０】
本明細書において、「プリンタ」という用語は、任意の目的で印刷出力機能を実行する、デジタルコピー機、製本機械、ファックス機、多機能機械、他等の任意の装置を包含する。「ポリマ」という用語は、熱硬化性ポリイミド、熱プラスチック、樹脂、ポリカーボネート、エポキシ及び技術上既知である関連化合物を含む、長鎖分子から形成される広範な炭素ベース化合物のうちの任意のものを包含する。
【００１１】
本教示による実施形態は、プリンタの一部として用いられることが可能なプリントヘッドのジェットスタックの製造を単純化することができる。本教示は、ｚ軸では導電体、ｘ軸及びｙ軸では不導体という物質である異方性導電エポキシの使用を含むことが可能である。他の実施形態は、局所化されたｚ軸導体の使用を含むことが可能である。先行プロセスによっては、隣接する圧電素子（即ち、トランスデューサ）間に形成される非導電性の侵入型層は、複数の圧電素子の頂面上に形成され、よって、プリント基板（ＰＣＢ）電極との電気連通を促進するために、圧電素子の頂面から取り外されなければならなかった。上に横たわる侵入型層の取外しは、エッチマスク及びエッチングプロセスの使用を必要とする。提案プロセスの一実施形態において、侵入型層は、大面積接着を提供するためのスタンドオフ層、及びＰＣＢ電極及び圧電素子への電気接続の双方として機能する。別の実施形態では、圧電素子頂面上の侵入型層エポキシは、各圧電素子の頂面を覆って選択的に置かれる導電素子を有する。これは、後に取り外されるステンシルまたはマスクを用いて達成されることが可能である。
【００１２】
本教示は、圧電素子の頂面を覆う侵入型層のパターン化されたエッチングを必要とすることなく、かつ電子界面へ大面積接着を提供するためのパターン化されたスタンドオフ層を形成することなく、侵入型層を形成することができる。
【００１３】
本教示の一実施形態は、ジェットスタック、プリントヘッド及び前記プリントヘッドを含むプリンタの形成を包含することができる。図１の斜視図では、圧電素子層１０は接着材１４によって転写キャリア１２へ分離可能式に接着されている。圧電素子層１０は、内部誘電体として機能するための例えばジルコン酸チタン酸鉛層を、例えば約２５μｍ〜約１５０μｍの間の厚さで含むことができる。圧電素子層１０は、誘電ＰＺＴの各側面に導電層を設けるために、両側を例えば無電解メッキ処理を用いてニッケルでメッキされることが可能である。ニッケルメッキされたＰＺＴは、本質的には、内部ＰＺＴ材料に渡って電位差を発生させる平行板キャパシタとして機能する。キャリア１２は、金属シート、プラスチックシートまたは別の転写キャリアを含むことが可能である。圧電素子層１０を転写キャリア１２へ付着する接着層１４は、ダイシングテープ、熱プラスチックまたは別の接着材を含むことが可能である。別の実施形態では、転写キャリア１２は、別の接着層１４が不要であるように、粘着性熱プラスチック層等の物質であることが可能である。
【００１４】
図１の構造体の形成後、図２に描かれているように、圧電素子層１０はダイシングされ、複数の個々の圧電素子２０が形成される。図２は４ｘ３アレイの圧電素子を描いているが、より大きいアレイが形成される可能性もあることは認識されるであろう。例えば、現行のプリントヘッドは、３４４ｘ２０アレイの圧電素子を有することも可能である。ダイシングは、ウェーハダイシングソー等のソーのような機械技術を用いて、ドライエッチングプロセスを用いて、レーザカットプロセス、他を用いて実行されてもよい。隣接する各圧電素子２０の完全な分離を保証するために、ダイシングプロセスは、接着材１４の一部を除去して転写キャリア１２上で停止した後に、または接着材１４を通過してキャリア１２内までダイシングした後に終了することができる。
【００１５】
個々の圧電素子２０を形成した後、図２のアセンブリは、図３の断面図に描かれているように、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ付着されることが可能である。図３の断面図は、図２の構造体のディテールをより良く示すために拡大されたものであり、１つの部分的な圧電素子２０及び２つの完全な圧電素子２０の断面を描いている。ジェット・スタック・サブアセンブリ３０は、既知の技術を用いて製造されることが可能である。ジェット・スタック・サブアセンブリ３０は、例えば、インレット／アウトレットプレート３２と、ボディプレート３４と、接着性ダイヤフラムの付着材３８を用いてボディプレート３４へ付着されるダイヤフラム３６とを含むことが可能である。ダイヤフラム３６は、後述するように、完成した機器においてインクを通すための複数の開口４０を含むことが可能である。図３の構造体は、さらに、プロセスにおけるこの時点で周囲空気を充填されることが可能な複数のボイド４２も含む。ダイヤフラムの付着材３８は、ダイヤフラム３６を介する開口４０が覆われるように、単一のポリマシート等の材料の固体シートであってもよい。
【００１６】
一実施形態では、図２の構造体は、ダイヤフラム３６と圧電素子２０との間の接着材を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ付着されることが可能である。例えば、測定された一定量の接着材（個々には描かれていない）が圧電素子２０の上面上、ダイヤフラム３６上または双方の上の何れかへ分配される、スクリーン印刷される、ローラで延ばされる、等々が可能である。一実施形態では、ダイヤフラム上へ、圧電素子２０ごとに一滴の接着材が置かれてもよい。接着材を付した後、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０及び圧電素子２０は互いに位置合わせされ、次いで圧電素子２０が接着材でダイヤフラム３６へ機械的に接続される。接着材は、その接着材が図３の構造体をもたらすことに適する技術によって硬化される。
【００１７】
続いて、図３の構造体から転写キャリア１２及び接着材１４が除去され、図４の構造体がもたらされる。
【００１８】
次に、図５に描かれているように、各圧電素子２０間及び各圧電素子２０の頂面を覆って侵入型層５０を供給するように、図４の構造体上へ侵入型充填材が計量分配される。この実施形態において、侵入型充填材は、ｚ軸に導体を提供しかつｘ軸及びｙ軸に絶縁体を提供する誘電体内に導電ボールまたは導電粒子を含むことが可能である。十分に機能すると思われる材料は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｔｙｎｇｓｂｏｒｏ，ＭＡ）から入手可能な１２５−２２異方性導電エポキシ接着剤である。導体充填液、ペースト及びエポキシ等の他の材料も十分に機能すると思われ、よって、本教示の実施形態の侵入型層５０として使用することに適するこのような材料を、本明細書では異方性導電充填材と称する。異方性導電充填材は、図５に描かれているように、ダイヤフラム３６の上面５２の露出された部分を覆いかつ圧電素子２０を封入するに足る量で計量分配されることが可能である。異方性導電充填材は、さらに、図示されているようにダイヤフラム３６内の開口４０を満たすことができる。ダイヤフラム３６内の開口４０を覆うダイヤフラムの付着材３８は、異方性導電充填材が開口４０を通過することを防止する。異方性導電充填材５０は、エポキシ媒体（即ち、及びエポキシベースまたはキャリア）と、侵入型層５０全体に渡って分散されかつ一実施形態では侵入型層５０全体に渡って均等に分散される複数の導電粒子５４とを含むことが可能である。導電粒子は、後述するようにｚ軸導体を形成するが、ベース内の導電粒子の密度は、ｘ軸及びｙ軸における導電には不十分である。導電粒子は、金属等の導体で被覆される誘電体球（例えば、セラミック、プラスチック、ポリマ、他）であってもよく、金属等の固体導体であってもよい。また、導電粒子は金属フレークである可能性も、一方向マイクロワイヤである可能性もある。複数の導電粒子５４は互いから電気絶縁され、かつ約１．０マイクロメートル（μｍ）〜約５．０μｍの平均直径を有することが可能である。未硬化の侵入型層５０は、図５に描かれているように、セルフレベリングの結果として比較的平坦な上面を有してもよく、またはこの処理段階では不均一であってもよい。
【００１９】
異方性導電充填材５０の計量分配に続いて、複数の導電素子（即ち、電極）６２を有するフレキシブルプリント回路（即ち、「フレックス回路」）６０が侵入型層５０の露出された表面へ付着される。導電素子６２は圧電素子２０と位置合わせされ、かつフレックス回路６０と侵入型層５０との間に物理的接触が行われる。導電粒子５４の中には圧電素子２０及び導電素子６２の双方に接触するものがあることを保証するために、フレックス回路６０が侵入型層５０へ付着される間にフレックス回路６０の上面６４へ十分な下向きの力が加えられる。一実施形態において、下向きの力は、図６に描かれているように、圧電素子２０と導電素子６２との間に挿入される複数の粒子５４を変形させるに足るものであってもよく、これにより、導電素子６２及び圧電素子２０から導電粒子５４を介する電気接触が達成される。別の実施形態において、下向きの力は、導電素子６２、導電粒子５４及び圧電素子２０の間に電気接触を確立するに足るものであるが、粒子がそのもとの形状を保持するように粒子５４を変形するには不十分である。技術上既知であるように、フレックス回路６０は、圧電素子２０へ電気信号をルーティングするために各導電素子６２へ電気接続する内部トレース（個々には示さず）を含む。この内部ルーティングを介して、電圧は、各圧電素子２０を他の導電素子６２及び圧電素子２０とは独立して起動するように各導電素子６２へ選択的に印加されることが可能である。各導電素子６２と圧電素子２０との間には、異方性導電充填材５０内の導電粒子５４を介して電気経路が確立される。詳細には、先に述べたように、各圧電素子２０は、頂面及び底面の双方を覆うニッケル層等の導体を含んでもよく、かつ各導電素子６２と圧電素子２０の頂面上の導体との間の電気接触は、異方性導電充填材５０内の導電粒子５４を介して提供される。ニッケル層は、導電素子６２と導電素子６２へ付着される圧電素子２０との間で導電粒子５４が１つしかトラップされなくても、電圧が圧電素子２０の頂面全体へ、導電素子６２から導電粒子５４へ、かつ圧電素子２０への電気経路を介して印加され得ることを保証する。別の実施形態において、フレックス回路６０はプリント基板（ＰＣＢ）であってもよい。
【００２０】
加えて、フレックス回路６０の上面６４への力の印加は、未硬化の侵入型層５０の上面をレベリングする。下向きの力の印加後、侵入型層は、異方性導電充填材に適する技術を用いて硬化される。典型的には、これは、侵入型層５０内の揮発性溶剤を除去するために熱の印加を介して材料を硬化することを含んでもよい。別の実施形態において、侵入型層５０は、紫外線放射への暴露を用いて硬化されてもよい。従って、侵入型層５０は、フレックス回路６０をジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ物理的に付着するための接着剤として機能し、かつ侵入型層５０内に分散される導電粒子５４は、圧電素子２０を導電素子６２へ電気結合するためのｚ軸導体として機能する。
【００２１】
次に、ダイヤフラム３６を介する開口４０は、インクがダイヤフラム３６を介して通過できるように清浄化されることが可能である。開口４０の清浄化は、接着性ダイヤフラムの付着材３８、侵入型層５０及び開口４０を覆うフレックス回路６０の一部を除去することを含む。様々な実施形態では、化学的または機械的な除去技術が用いられてもよい。一実施形態において、特にインレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及びダイヤフラム３６が金属製である場合、セルフアライン式の除去プロセスは、図７に描かれているように、レーザビーム７２を出力するレーザ７０の使用を包含することが可能である。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び設計に依存して、場合によりダイヤフラム３６は、セルフアライン式のレーザ・アブレーション・プロセスのためにレーザビーム７２をマスキングすることができる。この実施形態では、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ、固体レーザ、銅蒸気レーザ及びファイバレーザ等のレーザを用いることができる。ＣＯ２レーザ及びエキシマレーザは、典型的には、エポキシを含むポリマをアブレートすることができる。ＣＯ２レーザは、低い動作コスト及び高い製造スループットを有することが可能である。図７には２つのレーザ７０が描かれているが、単一のレーザビームが１つ以上のレーザパルスを用いて各ホールを順々に開いてもよい。別の実施形態では、単一の動作において２つ以上の開口が生成されることも可能である。例えば、エキシマレーザの像平面に挿入されるマスクは、単一の幅広レーザビームからの１つ以上のパルスを用いて２つ以上の開口または全ての開口を開放する可能性もある。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び恐らくはダイヤフラム３６によって形成されるマスクをオーバーフィルし得るＣＯ２レーザビームは、順次各開口４０を照射し、図７に描かれているように、ダイヤフラムの付着材３８、侵入型層５０及びフレックス回路６０を介して延長された開口を形成することも可能であり、最終的に図８の構造体が得られる。
【００２２】
続いて、図９に描かれているように、インレット／アウトレットプレート３２へ有孔プレート９０を接着材（個々には描かれていない）で付着することができる。有孔プレート９０は、印刷中にインクが通って放出されるノズル９２を含む。有孔プレート９２が付着されると、ジェットスタック９４は完成する。
【００２３】
続いて、例えば接着材等の流体密封シール式接続部１０２を用いて、フレックス回路６０へマニホールド１００が接着されることが可能であって、結果的に図１０に描かれているようなインクジェットプリントヘッド１０４が生じる。インクジェットプリントヘッド１０４は、マニホールド１００の表面及びフレックス回路６０によって形成される、一定量のインクを貯蔵するためのリザーバ１０６を含むことが可能である。リザーバ１０６からのインクは、ジェットスタック９４内のポート１０８を介して送出される。図１０は単純化された図であり、図の左右に追加的な構造体を有してもよいことは理解されるであろう。例えば、図１０は２つのポート１０８を描いているが、ある典型的なジェットスタックは、例えば３４４ｘ２０アレイのポートを有することが可能である。
【００２４】
使用に際して、プリントヘッド１０４のマニホールド１００内のリザーバ１０６は、一定量のインクを含む。プリントヘッドの最初のプライミングは、インクをリザーバ１０６からジェットスタック９４内のポート１０８を介してジェットスタック９４内のチャンバ１１０へと流れ込ませるために使用されることが可能である。各導電素子６２上へ印加される電圧１１２に反応して、各ＰＺＴ圧電素子２０は、デジタル信号に応答する適切な時間に振動する。圧電素子２０の振動はダイヤフラム３６を屈曲させ、これによりチャンバ１１０内に圧力パルスが生じ、インクの一滴がノズル９４から放出される。
【００２５】
これにより、上述の方法及び構造体は、インクジェットプリンタのためのジェットスタック９４を形成する。一実施形態では、ジェットスタック９４は、図１０に描かれているようなインクジェットプリントヘッド１０４の一部として使用されることが可能である。
【００２６】
図１１は、本教示の一実施形態による、１つ以上のプリントヘッド１０４及び１つ以上のノズル９２から噴出されるインク１１６を含むプリンタ１１４を描いたものである。各プリントヘッド１０４は、用紙、プラスチック、他等の印刷媒体１１８上へ所望される画像を生成するために、デジタル命令に従って動作される。各プリントヘッド１０４は、スワス毎に印刷画像を生成するために、走査動作において印刷媒体１１８に対して前後に移動してもよい。或いは、プリントヘッド１０４が固定して保持されかつ印刷媒体１１８がそれと相対的に移動されて、単一の通過でプリントヘッド１０４と同じ幅の画像が生成されてもよい。さらに、印刷は、プリントヘッド１０４を用いてドラム等の中間被加熱構造体（単純化のために個々には描かれていない）上にインクパターン１１６を形成することと、このドラムを用いて画像を印刷媒体１１８上へ転写（転写定着）することを含んでもよい。プリントヘッド１０４は、印刷媒体１１８より狭い、またはこれと同幅であることが可能である。
【００２７】
このように、上述の実施形態は、プリンタに使用されることが可能なインクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックを提供することができる。ジェットスタックを形成するこの方法及び完成されたジェットスタックは、ポリマ充填侵入型層への大面積接着及び電気相互接続を提供するスタンドオフ層の使用を必要としない。さらに、本方法では、各圧電素子の頂部から侵入型層を除去する必要がない。この実施形態において、侵入型層５０は、各導電素子６０を圧電素子２０へ電気結合する導電粒子５４を含む。さらに、侵入型層５０は、機器の使用中に各圧電素子２０の頂部上に留まる。
【００２８】
図７及び図８に描かれているように、ダイヤフラム付着材３８、侵入型層５０及びフレックス回路６０のレーザアブレーションは、ダイヤフラム３６を介して開口４０を清浄化するために実行されることが可能である。結果的にレーザアブレーションの間に生成される残留物は、レーザアブレーションの間に気化され得ない導電粒子５４を含む可能性がある。諸実施形態において、このレーザアブレーションの結果として生じる破壊屑または残留物は問題ではなく、または、例えば残留物を取り除くための洗浄液または空気ブラストを用いてジェットスタックから除去されてもよい。
【００２９】
以下、図１２〜図１５を参照して、レーザアブレーションから自由な導電粒子５４が生じない本教示の別の実施形態について説明する。
【００３０】
この実施形態は、これまでに述べた方法を用いた図４に描かれているものに類似する構造体の形成を含むことが可能である。図４の構造体の形成後、図１２に描かれているように、各圧電素子２０間及び各圧電素子２０の頂面を覆って侵入型層１２０を供給するように、図４の構造体上へ侵入型充填材が計量分配される。この実施形態において、侵入型充填材は、Ｍｉｌｌｅｒ−Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ，．（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から市販されているＥｐｏｎ（商標）８２８エポキシ樹脂（重量で１００部）とＨｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ．）から市販されているＥｐｉｋｕｒｅ（商標）３２７７硬化剤（重量で４９部）との組み合わせ等の誘電体エポキシまたは他のポリマを含んでもよい。一実施形態において、圧電素子２０の頂部を覆う侵入型層１２０は約５．０μｍ〜約１０．０μｍの厚さを有してもよい。
【００３１】
侵入型層１２０は、溶着後、例えば図１２の構造体を約３０゜Ｃ〜約１００゜Ｃの温度まで、約１分から約６０分間までの持続時間に渡って加熱することによって部分的に硬化されることが可能である。一実施形態において、侵入型層１２０は、紫外光をその材料を完全に硬化させるには不十分な持続時間に渡って当てることにより部分的に硬化されてもよい。別の実施形態では、プロセスのこの時点で侵入型層１２０を部分的に硬化することは不要である。侵入型層１２０は、材料のセルフレベリングの結果として比較的平坦な上面を有する場合もあれば、不均一な上面を有する場合もある。
【００３２】
次に、図１３に描かれているように、図１２の構造体の表面を覆ってパターン化されたマスク１３０が形成される。パターン化されたマスク１３０は、図示されているように、各圧電素子２０の頂面を露出させる開口１３２を含む。パターン化されたマスク１３０は、ステンレスシルクスクリーン、予め形成されたポリイミドマスク、予め形成された金属マスク、他を用いて形成されてもよい。侵入型層１２０の上面が比較的一様であれば、パターン化されたマスク１３０は、光フォトリソグラフィを用いて形成されるパターン化されたフォトレジスト層であってもよい。
【００３３】
パターン化されたマスクの付着後、図１４に描かれているように、図１３の表面へ導電粒子１４０が付着される。導電粒子１４０は、噴霧され、撒き散らされ、スパッタリングされ、または別の適切な技術を用いて付着される遊離した粒子であってもよい。粒子は、約１．０μｍ〜約１０．０μｍの間、または約３．０μｍ〜約１０．０μｍの間、または約５．０μｍ〜約１０．０μｍの間の平均直径を有してもよい。一実施形態において、パターン化されたマスク１３０の頂面は接着性であってもよく、または、接着剤が遊離した粒子を包含するように遊離した粒子が接着するマスクの頂面へ付着される接着層（個々には示さず）を含んでもよい。導電粒子１４０の付着に続いて、パターン化されたマスク１３０が除去され、図１５に描かれているものに類似する構造体が形成される。
【００３４】
次には、図１６に描かれているように、複数の導電素子１６２を有するフレックス回路１６０が図１５の構造体の頂面へ付着されることが可能である。付着は、圧電素子２０の頂部を覆う侵入型層１２０内へ導電粒子１４０を埋め込むに足る下向きの力を用いることを含んでもよい。この実施形態において、導電粒子は、各圧電素子２０の頂面を覆う侵入型層１２０内に局在化される。各圧電素子２０の頂面上以外のロケーションでは、侵入型層１２０に導電粒子１４０は存在しない。また、この下向きの力は、導電粒子１４０と圧電素子２０との間、及び導電粒子１４０とフレックス回路１６０の導電素子１６２との間の物理的及び電気的接触を促進するためにも十分である。このように、複数の導電素子１６２と複数の圧電素子２０との間の電気経路は、複数の導電粒子１４０との接触を介して確立される。レベリングが、例えばセルフレベリングによって事前に確立されていなければ、下向きの力はさらに、侵入型層１６０の上面をレベリングしかつ平坦化するためにも十分である。侵入型層１２０はさらに、フレックス回路１６０をジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ物理的に接続するための接着剤としても機能し、かつ導電粒子１４０は、圧電素子２０をフレックス回路１６０の導電素子１６２へ電気結合する。先に論じたように、フレックス回路１６０はさらに、導電素子１６２へ電気接続を提供する導電ルーティング（個々には示さず）も含む。
【００３５】
図１６の構造体の形成後、侵入型層１２０は、その材料に適する技法を用いて硬化される。典型的には、これは、侵入型層１２０内の揮発性溶剤を除去するために熱の印加を介して材料を硬化することを含んでもよい。別の実施形態において、侵入型層１２０は、紫外線放射への暴露を用いて硬化される。
【００３６】
続いて、開口４０を覆うダイヤフラム付着材３８、侵入型層１２０及びフレックス回路１６０を除去するために、ダイヤフラム３６内の開口４０は清浄化されることが可能である。この材料は、湿式または乾式の化学的エッチング、ドリリング使用等の機械的技術を用いて、または図１７に描かれているようなレーザビーム７２を出力する先に説明した方法に類似するレーザ７０を用いて清浄化されてもよい。ダイヤフラム３６内の開口４０を清浄化した後は、図１８に描かれているものに類似する構造体が残る。処理は、図９から図１１を参照して先に描かれかつ説明されたものに類似する方法を用いて継続可能である。
【００３７】
この実施形態では、図１７におけるレーザアブレーションは、ダイヤフラム付着材３８、侵入型層１２０及びフレックス回路１６０を除去する。レーザビーム７２によってアブレートされる侵入型層１２０は導電粒子１４０を含まず、よって、侵入型層１２０から遊離性導電粒子は放たれない。
【００３８】
この例示的な方法は、一連の行動またはイベントとして示されかつ記述されているが、本発明がこのような行動またはイベントの例示された順序に限定されないことを認識されたい。例えば、幾つかの行動は、本教示に従って、本明細書に例示されかつ／または記述されている順序とは異なる順序で、かつ／または他の行動またはイベントと同時に発生する場合もある。さらに、本教示による方法論を実装する際には、例示されている全てのステップが必要とされなくてもよい。明細書の本文及び図面を参照すれば、一般的な当業者には他の実施形態も明らかとなるであろう。
【技術分野】
【０００１】
ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット技術は、印刷産業において広く用いられている。ドロップ・オン・デマンド方式のインクジェット技術を用いるプリンタは、サーマルインクジェット技術、または圧電技術の何れかを用いる可能性がある。圧電インクジェット機器はサーマルインクジェット機器より製造費用が高いが、圧電インクジェットは一般的に、より広範なインクを使用できるという理由で好まれる。
【０００２】
圧電インクジェットのプリントヘッドは、典型的には、軟質のダイヤフラムと、ダイヤフラムへ付着される圧電素子とを含む。圧電素子へ電圧波形が、典型的には電圧源へ電気結合される電極との電気接続を介して印加されると、圧電素子は振動してダイヤフラムを振動させる。結果的に、これにより、チャンバから一定量のインクがノズルを介して放出される。この振動はさらに、主インクリザーバから開口を介してチャンバへインクを引き込み、放出されたインクが置換される。
【０００３】
圧電インクジェット技術を採用するインクジェットプリンタの印刷解像度を上げることは、設計エンジニアの目標である。圧電インクジェットのプリントヘッドの噴射密度を高めれば、印刷解像度を上げることができる。噴射密度を高める１つの方法は、ジェットスタック内部のマニホールドをなくすることである。この設計の場合、ジェットごとにジェットスタックの背面を介する単一のポートを有することが好ましい。このポートは、インクがリザーバから各ジェットチャンバへ移送されるための通路として機能する。高密度プリントヘッドには多数のジェットが存在することから、インク注入口はダイヤフラムを介して圧電素子間を垂直に通っていなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外部マニホールドを有する高密度インクジェットプリントヘッドアセンブリの製造は、新しい処理方法を必要としてきた。外部マニホールドを有する圧電インクジェットプリントヘッドは、インク注入口がプリントヘッドアセンブリの電子部分を通過することを必要とする。よって、従来のアセンブリより製造が容易な電気相互接続層を有するプリントヘッドの組立て方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本教示の一実施形態は、インクジェットプリントヘッドを形成するための方法を含むことが可能であり、この方法は、複数の圧電素子をダイヤフラムへ付着することと、誘電体を備える侵入型層を複数の圧電素子を封入しかつダイヤフラムに接触させるために計量分配することと、複数の導電素子を侵入型層の頂面へ付着することであって、侵入型層誘電体内の複数の導電粒子は複数の導電素子を複数の圧電素子へ電気結合することと、侵入型層を硬化することを含む。
【０００６】
別の実施形態では、インクジェットプリントヘッドは、貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、ダイヤフラムへダイヤフラム付着材で付着されるボディプレートと、ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、複数の圧電素子を封入する侵入型層とを含むことが可能である。インクジェットプリントヘッドはさらに、複数の導電素子と、各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子とを含むことが可能であって、複数の導電粒子は侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ複数の圧電素子を複数の導電素子へ電気結合する。
【０００７】
本教示の一実施形態は、さらに、インクジェットプリントヘッドを有するプリンタを含むことが可能であって、インクジェットプリントヘッドは、貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、ダイヤフラムへダイヤフラム付着材で付着されるボディプレートと、ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、複数の圧電素子を封入する侵入型層と、複数の導電素子を備えるフレックス回路とを含む。プリンタはさらに、各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子であって、侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ複数の圧電素子を複数の導電素子へ電気結合する複数の導電粒子と、フレックス回路へ付着されるマニホールドと、マニホールドの表面及びフレックス回路の表面によって形成されるインクリザーバとを含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本教示の一実施形態による、製造過程の機器の中間圧電素子を示す斜視図である。
【図２】本教示の一実施形態による、製造過程の機器の中間圧電素子を示す斜視図である。
【図３】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図４】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図５】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図６】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図７】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図８】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図９】インクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックの形成を描いた断面図である。
【図１０】図９のジェットスタックを含むプリントヘッドを示す断面図である。
【図１１】本教示の一実施形態によるプリントヘッドを含む印刷機器を示す図である。
【図１２】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１３】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１４】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１５】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１６】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１７】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【図１８】本教示の別の実施形態によるジェットスタックを含むインクジェットプリントヘッドの形成を描いた製造過程の構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
これらの図面が示す詳細の中には、厳密な構造上の精度、ディテール及び縮尺を保持するというよりは発明的実施形態の理解を容易にするために単純化されて描かれたものがある点は留意されたい。
【００１０】
本明細書において、「プリンタ」という用語は、任意の目的で印刷出力機能を実行する、デジタルコピー機、製本機械、ファックス機、多機能機械、他等の任意の装置を包含する。「ポリマ」という用語は、熱硬化性ポリイミド、熱プラスチック、樹脂、ポリカーボネート、エポキシ及び技術上既知である関連化合物を含む、長鎖分子から形成される広範な炭素ベース化合物のうちの任意のものを包含する。
【００１１】
本教示による実施形態は、プリンタの一部として用いられることが可能なプリントヘッドのジェットスタックの製造を単純化することができる。本教示は、ｚ軸では導電体、ｘ軸及びｙ軸では不導体という物質である異方性導電エポキシの使用を含むことが可能である。他の実施形態は、局所化されたｚ軸導体の使用を含むことが可能である。先行プロセスによっては、隣接する圧電素子（即ち、トランスデューサ）間に形成される非導電性の侵入型層は、複数の圧電素子の頂面上に形成され、よって、プリント基板（ＰＣＢ）電極との電気連通を促進するために、圧電素子の頂面から取り外されなければならなかった。上に横たわる侵入型層の取外しは、エッチマスク及びエッチングプロセスの使用を必要とする。提案プロセスの一実施形態において、侵入型層は、大面積接着を提供するためのスタンドオフ層、及びＰＣＢ電極及び圧電素子への電気接続の双方として機能する。別の実施形態では、圧電素子頂面上の侵入型層エポキシは、各圧電素子の頂面を覆って選択的に置かれる導電素子を有する。これは、後に取り外されるステンシルまたはマスクを用いて達成されることが可能である。
【００１２】
本教示は、圧電素子の頂面を覆う侵入型層のパターン化されたエッチングを必要とすることなく、かつ電子界面へ大面積接着を提供するためのパターン化されたスタンドオフ層を形成することなく、侵入型層を形成することができる。
【００１３】
本教示の一実施形態は、ジェットスタック、プリントヘッド及び前記プリントヘッドを含むプリンタの形成を包含することができる。図１の斜視図では、圧電素子層１０は接着材１４によって転写キャリア１２へ分離可能式に接着されている。圧電素子層１０は、内部誘電体として機能するための例えばジルコン酸チタン酸鉛層を、例えば約２５μｍ〜約１５０μｍの間の厚さで含むことができる。圧電素子層１０は、誘電ＰＺＴの各側面に導電層を設けるために、両側を例えば無電解メッキ処理を用いてニッケルでメッキされることが可能である。ニッケルメッキされたＰＺＴは、本質的には、内部ＰＺＴ材料に渡って電位差を発生させる平行板キャパシタとして機能する。キャリア１２は、金属シート、プラスチックシートまたは別の転写キャリアを含むことが可能である。圧電素子層１０を転写キャリア１２へ付着する接着層１４は、ダイシングテープ、熱プラスチックまたは別の接着材を含むことが可能である。別の実施形態では、転写キャリア１２は、別の接着層１４が不要であるように、粘着性熱プラスチック層等の物質であることが可能である。
【００１４】
図１の構造体の形成後、図２に描かれているように、圧電素子層１０はダイシングされ、複数の個々の圧電素子２０が形成される。図２は４ｘ３アレイの圧電素子を描いているが、より大きいアレイが形成される可能性もあることは認識されるであろう。例えば、現行のプリントヘッドは、３４４ｘ２０アレイの圧電素子を有することも可能である。ダイシングは、ウェーハダイシングソー等のソーのような機械技術を用いて、ドライエッチングプロセスを用いて、レーザカットプロセス、他を用いて実行されてもよい。隣接する各圧電素子２０の完全な分離を保証するために、ダイシングプロセスは、接着材１４の一部を除去して転写キャリア１２上で停止した後に、または接着材１４を通過してキャリア１２内までダイシングした後に終了することができる。
【００１５】
個々の圧電素子２０を形成した後、図２のアセンブリは、図３の断面図に描かれているように、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ付着されることが可能である。図３の断面図は、図２の構造体のディテールをより良く示すために拡大されたものであり、１つの部分的な圧電素子２０及び２つの完全な圧電素子２０の断面を描いている。ジェット・スタック・サブアセンブリ３０は、既知の技術を用いて製造されることが可能である。ジェット・スタック・サブアセンブリ３０は、例えば、インレット／アウトレットプレート３２と、ボディプレート３４と、接着性ダイヤフラムの付着材３８を用いてボディプレート３４へ付着されるダイヤフラム３６とを含むことが可能である。ダイヤフラム３６は、後述するように、完成した機器においてインクを通すための複数の開口４０を含むことが可能である。図３の構造体は、さらに、プロセスにおけるこの時点で周囲空気を充填されることが可能な複数のボイド４２も含む。ダイヤフラムの付着材３８は、ダイヤフラム３６を介する開口４０が覆われるように、単一のポリマシート等の材料の固体シートであってもよい。
【００１６】
一実施形態では、図２の構造体は、ダイヤフラム３６と圧電素子２０との間の接着材を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ付着されることが可能である。例えば、測定された一定量の接着材（個々には描かれていない）が圧電素子２０の上面上、ダイヤフラム３６上または双方の上の何れかへ分配される、スクリーン印刷される、ローラで延ばされる、等々が可能である。一実施形態では、ダイヤフラム上へ、圧電素子２０ごとに一滴の接着材が置かれてもよい。接着材を付した後、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０及び圧電素子２０は互いに位置合わせされ、次いで圧電素子２０が接着材でダイヤフラム３６へ機械的に接続される。接着材は、その接着材が図３の構造体をもたらすことに適する技術によって硬化される。
【００１７】
続いて、図３の構造体から転写キャリア１２及び接着材１４が除去され、図４の構造体がもたらされる。
【００１８】
次に、図５に描かれているように、各圧電素子２０間及び各圧電素子２０の頂面を覆って侵入型層５０を供給するように、図４の構造体上へ侵入型充填材が計量分配される。この実施形態において、侵入型充填材は、ｚ軸に導体を提供しかつｘ軸及びｙ軸に絶縁体を提供する誘電体内に導電ボールまたは導電粒子を含むことが可能である。十分に機能すると思われる材料は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｔｙｎｇｓｂｏｒｏ，ＭＡ）から入手可能な１２５−２２異方性導電エポキシ接着剤である。導体充填液、ペースト及びエポキシ等の他の材料も十分に機能すると思われ、よって、本教示の実施形態の侵入型層５０として使用することに適するこのような材料を、本明細書では異方性導電充填材と称する。異方性導電充填材は、図５に描かれているように、ダイヤフラム３６の上面５２の露出された部分を覆いかつ圧電素子２０を封入するに足る量で計量分配されることが可能である。異方性導電充填材は、さらに、図示されているようにダイヤフラム３６内の開口４０を満たすことができる。ダイヤフラム３６内の開口４０を覆うダイヤフラムの付着材３８は、異方性導電充填材が開口４０を通過することを防止する。異方性導電充填材５０は、エポキシ媒体（即ち、及びエポキシベースまたはキャリア）と、侵入型層５０全体に渡って分散されかつ一実施形態では侵入型層５０全体に渡って均等に分散される複数の導電粒子５４とを含むことが可能である。導電粒子は、後述するようにｚ軸導体を形成するが、ベース内の導電粒子の密度は、ｘ軸及びｙ軸における導電には不十分である。導電粒子は、金属等の導体で被覆される誘電体球（例えば、セラミック、プラスチック、ポリマ、他）であってもよく、金属等の固体導体であってもよい。また、導電粒子は金属フレークである可能性も、一方向マイクロワイヤである可能性もある。複数の導電粒子５４は互いから電気絶縁され、かつ約１．０マイクロメートル（μｍ）〜約５．０μｍの平均直径を有することが可能である。未硬化の侵入型層５０は、図５に描かれているように、セルフレベリングの結果として比較的平坦な上面を有してもよく、またはこの処理段階では不均一であってもよい。
【００１９】
異方性導電充填材５０の計量分配に続いて、複数の導電素子（即ち、電極）６２を有するフレキシブルプリント回路（即ち、「フレックス回路」）６０が侵入型層５０の露出された表面へ付着される。導電素子６２は圧電素子２０と位置合わせされ、かつフレックス回路６０と侵入型層５０との間に物理的接触が行われる。導電粒子５４の中には圧電素子２０及び導電素子６２の双方に接触するものがあることを保証するために、フレックス回路６０が侵入型層５０へ付着される間にフレックス回路６０の上面６４へ十分な下向きの力が加えられる。一実施形態において、下向きの力は、図６に描かれているように、圧電素子２０と導電素子６２との間に挿入される複数の粒子５４を変形させるに足るものであってもよく、これにより、導電素子６２及び圧電素子２０から導電粒子５４を介する電気接触が達成される。別の実施形態において、下向きの力は、導電素子６２、導電粒子５４及び圧電素子２０の間に電気接触を確立するに足るものであるが、粒子がそのもとの形状を保持するように粒子５４を変形するには不十分である。技術上既知であるように、フレックス回路６０は、圧電素子２０へ電気信号をルーティングするために各導電素子６２へ電気接続する内部トレース（個々には示さず）を含む。この内部ルーティングを介して、電圧は、各圧電素子２０を他の導電素子６２及び圧電素子２０とは独立して起動するように各導電素子６２へ選択的に印加されることが可能である。各導電素子６２と圧電素子２０との間には、異方性導電充填材５０内の導電粒子５４を介して電気経路が確立される。詳細には、先に述べたように、各圧電素子２０は、頂面及び底面の双方を覆うニッケル層等の導体を含んでもよく、かつ各導電素子６２と圧電素子２０の頂面上の導体との間の電気接触は、異方性導電充填材５０内の導電粒子５４を介して提供される。ニッケル層は、導電素子６２と導電素子６２へ付着される圧電素子２０との間で導電粒子５４が１つしかトラップされなくても、電圧が圧電素子２０の頂面全体へ、導電素子６２から導電粒子５４へ、かつ圧電素子２０への電気経路を介して印加され得ることを保証する。別の実施形態において、フレックス回路６０はプリント基板（ＰＣＢ）であってもよい。
【００２０】
加えて、フレックス回路６０の上面６４への力の印加は、未硬化の侵入型層５０の上面をレベリングする。下向きの力の印加後、侵入型層は、異方性導電充填材に適する技術を用いて硬化される。典型的には、これは、侵入型層５０内の揮発性溶剤を除去するために熱の印加を介して材料を硬化することを含んでもよい。別の実施形態において、侵入型層５０は、紫外線放射への暴露を用いて硬化されてもよい。従って、侵入型層５０は、フレックス回路６０をジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ物理的に付着するための接着剤として機能し、かつ侵入型層５０内に分散される導電粒子５４は、圧電素子２０を導電素子６２へ電気結合するためのｚ軸導体として機能する。
【００２１】
次に、ダイヤフラム３６を介する開口４０は、インクがダイヤフラム３６を介して通過できるように清浄化されることが可能である。開口４０の清浄化は、接着性ダイヤフラムの付着材３８、侵入型層５０及び開口４０を覆うフレックス回路６０の一部を除去することを含む。様々な実施形態では、化学的または機械的な除去技術が用いられてもよい。一実施形態において、特にインレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及びダイヤフラム３６が金属製である場合、セルフアライン式の除去プロセスは、図７に描かれているように、レーザビーム７２を出力するレーザ７０の使用を包含することが可能である。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び設計に依存して、場合によりダイヤフラム３６は、セルフアライン式のレーザ・アブレーション・プロセスのためにレーザビーム７２をマスキングすることができる。この実施形態では、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ、固体レーザ、銅蒸気レーザ及びファイバレーザ等のレーザを用いることができる。ＣＯ２レーザ及びエキシマレーザは、典型的には、エポキシを含むポリマをアブレートすることができる。ＣＯ２レーザは、低い動作コスト及び高い製造スループットを有することが可能である。図７には２つのレーザ７０が描かれているが、単一のレーザビームが１つ以上のレーザパルスを用いて各ホールを順々に開いてもよい。別の実施形態では、単一の動作において２つ以上の開口が生成されることも可能である。例えば、エキシマレーザの像平面に挿入されるマスクは、単一の幅広レーザビームからの１つ以上のパルスを用いて２つ以上の開口または全ての開口を開放する可能性もある。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び恐らくはダイヤフラム３６によって形成されるマスクをオーバーフィルし得るＣＯ２レーザビームは、順次各開口４０を照射し、図７に描かれているように、ダイヤフラムの付着材３８、侵入型層５０及びフレックス回路６０を介して延長された開口を形成することも可能であり、最終的に図８の構造体が得られる。
【００２２】
続いて、図９に描かれているように、インレット／アウトレットプレート３２へ有孔プレート９０を接着材（個々には描かれていない）で付着することができる。有孔プレート９０は、印刷中にインクが通って放出されるノズル９２を含む。有孔プレート９２が付着されると、ジェットスタック９４は完成する。
【００２３】
続いて、例えば接着材等の流体密封シール式接続部１０２を用いて、フレックス回路６０へマニホールド１００が接着されることが可能であって、結果的に図１０に描かれているようなインクジェットプリントヘッド１０４が生じる。インクジェットプリントヘッド１０４は、マニホールド１００の表面及びフレックス回路６０によって形成される、一定量のインクを貯蔵するためのリザーバ１０６を含むことが可能である。リザーバ１０６からのインクは、ジェットスタック９４内のポート１０８を介して送出される。図１０は単純化された図であり、図の左右に追加的な構造体を有してもよいことは理解されるであろう。例えば、図１０は２つのポート１０８を描いているが、ある典型的なジェットスタックは、例えば３４４ｘ２０アレイのポートを有することが可能である。
【００２４】
使用に際して、プリントヘッド１０４のマニホールド１００内のリザーバ１０６は、一定量のインクを含む。プリントヘッドの最初のプライミングは、インクをリザーバ１０６からジェットスタック９４内のポート１０８を介してジェットスタック９４内のチャンバ１１０へと流れ込ませるために使用されることが可能である。各導電素子６２上へ印加される電圧１１２に反応して、各ＰＺＴ圧電素子２０は、デジタル信号に応答する適切な時間に振動する。圧電素子２０の振動はダイヤフラム３６を屈曲させ、これによりチャンバ１１０内に圧力パルスが生じ、インクの一滴がノズル９４から放出される。
【００２５】
これにより、上述の方法及び構造体は、インクジェットプリンタのためのジェットスタック９４を形成する。一実施形態では、ジェットスタック９４は、図１０に描かれているようなインクジェットプリントヘッド１０４の一部として使用されることが可能である。
【００２６】
図１１は、本教示の一実施形態による、１つ以上のプリントヘッド１０４及び１つ以上のノズル９２から噴出されるインク１１６を含むプリンタ１１４を描いたものである。各プリントヘッド１０４は、用紙、プラスチック、他等の印刷媒体１１８上へ所望される画像を生成するために、デジタル命令に従って動作される。各プリントヘッド１０４は、スワス毎に印刷画像を生成するために、走査動作において印刷媒体１１８に対して前後に移動してもよい。或いは、プリントヘッド１０４が固定して保持されかつ印刷媒体１１８がそれと相対的に移動されて、単一の通過でプリントヘッド１０４と同じ幅の画像が生成されてもよい。さらに、印刷は、プリントヘッド１０４を用いてドラム等の中間被加熱構造体（単純化のために個々には描かれていない）上にインクパターン１１６を形成することと、このドラムを用いて画像を印刷媒体１１８上へ転写（転写定着）することを含んでもよい。プリントヘッド１０４は、印刷媒体１１８より狭い、またはこれと同幅であることが可能である。
【００２７】
このように、上述の実施形態は、プリンタに使用されることが可能なインクジェットプリントヘッドのためのジェットスタックを提供することができる。ジェットスタックを形成するこの方法及び完成されたジェットスタックは、ポリマ充填侵入型層への大面積接着及び電気相互接続を提供するスタンドオフ層の使用を必要としない。さらに、本方法では、各圧電素子の頂部から侵入型層を除去する必要がない。この実施形態において、侵入型層５０は、各導電素子６０を圧電素子２０へ電気結合する導電粒子５４を含む。さらに、侵入型層５０は、機器の使用中に各圧電素子２０の頂部上に留まる。
【００２８】
図７及び図８に描かれているように、ダイヤフラム付着材３８、侵入型層５０及びフレックス回路６０のレーザアブレーションは、ダイヤフラム３６を介して開口４０を清浄化するために実行されることが可能である。結果的にレーザアブレーションの間に生成される残留物は、レーザアブレーションの間に気化され得ない導電粒子５４を含む可能性がある。諸実施形態において、このレーザアブレーションの結果として生じる破壊屑または残留物は問題ではなく、または、例えば残留物を取り除くための洗浄液または空気ブラストを用いてジェットスタックから除去されてもよい。
【００２９】
以下、図１２〜図１５を参照して、レーザアブレーションから自由な導電粒子５４が生じない本教示の別の実施形態について説明する。
【００３０】
この実施形態は、これまでに述べた方法を用いた図４に描かれているものに類似する構造体の形成を含むことが可能である。図４の構造体の形成後、図１２に描かれているように、各圧電素子２０間及び各圧電素子２０の頂面を覆って侵入型層１２０を供給するように、図４の構造体上へ侵入型充填材が計量分配される。この実施形態において、侵入型充填材は、Ｍｉｌｌｅｒ−Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ，．（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から市販されているＥｐｏｎ（商標）８２８エポキシ樹脂（重量で１００部）とＨｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ．）から市販されているＥｐｉｋｕｒｅ（商標）３２７７硬化剤（重量で４９部）との組み合わせ等の誘電体エポキシまたは他のポリマを含んでもよい。一実施形態において、圧電素子２０の頂部を覆う侵入型層１２０は約５．０μｍ〜約１０．０μｍの厚さを有してもよい。
【００３１】
侵入型層１２０は、溶着後、例えば図１２の構造体を約３０゜Ｃ〜約１００゜Ｃの温度まで、約１分から約６０分間までの持続時間に渡って加熱することによって部分的に硬化されることが可能である。一実施形態において、侵入型層１２０は、紫外光をその材料を完全に硬化させるには不十分な持続時間に渡って当てることにより部分的に硬化されてもよい。別の実施形態では、プロセスのこの時点で侵入型層１２０を部分的に硬化することは不要である。侵入型層１２０は、材料のセルフレベリングの結果として比較的平坦な上面を有する場合もあれば、不均一な上面を有する場合もある。
【００３２】
次に、図１３に描かれているように、図１２の構造体の表面を覆ってパターン化されたマスク１３０が形成される。パターン化されたマスク１３０は、図示されているように、各圧電素子２０の頂面を露出させる開口１３２を含む。パターン化されたマスク１３０は、ステンレスシルクスクリーン、予め形成されたポリイミドマスク、予め形成された金属マスク、他を用いて形成されてもよい。侵入型層１２０の上面が比較的一様であれば、パターン化されたマスク１３０は、光フォトリソグラフィを用いて形成されるパターン化されたフォトレジスト層であってもよい。
【００３３】
パターン化されたマスクの付着後、図１４に描かれているように、図１３の表面へ導電粒子１４０が付着される。導電粒子１４０は、噴霧され、撒き散らされ、スパッタリングされ、または別の適切な技術を用いて付着される遊離した粒子であってもよい。粒子は、約１．０μｍ〜約１０．０μｍの間、または約３．０μｍ〜約１０．０μｍの間、または約５．０μｍ〜約１０．０μｍの間の平均直径を有してもよい。一実施形態において、パターン化されたマスク１３０の頂面は接着性であってもよく、または、接着剤が遊離した粒子を包含するように遊離した粒子が接着するマスクの頂面へ付着される接着層（個々には示さず）を含んでもよい。導電粒子１４０の付着に続いて、パターン化されたマスク１３０が除去され、図１５に描かれているものに類似する構造体が形成される。
【００３４】
次には、図１６に描かれているように、複数の導電素子１６２を有するフレックス回路１６０が図１５の構造体の頂面へ付着されることが可能である。付着は、圧電素子２０の頂部を覆う侵入型層１２０内へ導電粒子１４０を埋め込むに足る下向きの力を用いることを含んでもよい。この実施形態において、導電粒子は、各圧電素子２０の頂面を覆う侵入型層１２０内に局在化される。各圧電素子２０の頂面上以外のロケーションでは、侵入型層１２０に導電粒子１４０は存在しない。また、この下向きの力は、導電粒子１４０と圧電素子２０との間、及び導電粒子１４０とフレックス回路１６０の導電素子１６２との間の物理的及び電気的接触を促進するためにも十分である。このように、複数の導電素子１６２と複数の圧電素子２０との間の電気経路は、複数の導電粒子１４０との接触を介して確立される。レベリングが、例えばセルフレベリングによって事前に確立されていなければ、下向きの力はさらに、侵入型層１６０の上面をレベリングしかつ平坦化するためにも十分である。侵入型層１２０はさらに、フレックス回路１６０をジェット・スタック・サブアセンブリ３０へ物理的に接続するための接着剤としても機能し、かつ導電粒子１４０は、圧電素子２０をフレックス回路１６０の導電素子１６２へ電気結合する。先に論じたように、フレックス回路１６０はさらに、導電素子１６２へ電気接続を提供する導電ルーティング（個々には示さず）も含む。
【００３５】
図１６の構造体の形成後、侵入型層１２０は、その材料に適する技法を用いて硬化される。典型的には、これは、侵入型層１２０内の揮発性溶剤を除去するために熱の印加を介して材料を硬化することを含んでもよい。別の実施形態において、侵入型層１２０は、紫外線放射への暴露を用いて硬化される。
【００３６】
続いて、開口４０を覆うダイヤフラム付着材３８、侵入型層１２０及びフレックス回路１６０を除去するために、ダイヤフラム３６内の開口４０は清浄化されることが可能である。この材料は、湿式または乾式の化学的エッチング、ドリリング使用等の機械的技術を用いて、または図１７に描かれているようなレーザビーム７２を出力する先に説明した方法に類似するレーザ７０を用いて清浄化されてもよい。ダイヤフラム３６内の開口４０を清浄化した後は、図１８に描かれているものに類似する構造体が残る。処理は、図９から図１１を参照して先に描かれかつ説明されたものに類似する方法を用いて継続可能である。
【００３７】
この実施形態では、図１７におけるレーザアブレーションは、ダイヤフラム付着材３８、侵入型層１２０及びフレックス回路１６０を除去する。レーザビーム７２によってアブレートされる侵入型層１２０は導電粒子１４０を含まず、よって、侵入型層１２０から遊離性導電粒子は放たれない。
【００３８】
この例示的な方法は、一連の行動またはイベントとして示されかつ記述されているが、本発明がこのような行動またはイベントの例示された順序に限定されないことを認識されたい。例えば、幾つかの行動は、本教示に従って、本明細書に例示されかつ／または記述されている順序とは異なる順序で、かつ／または他の行動またはイベントと同時に発生する場合もある。さらに、本教示による方法論を実装する際には、例示されている全てのステップが必要とされなくてもよい。明細書の本文及び図面を参照すれば、一般的な当業者には他の実施形態も明らかとなるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリントヘッドを形成するための方法であって、
複数の圧電素子をダイヤフラムへ付着することと、
誘電体を備える侵入型層を前記複数の圧電素子を封入しかつ前記ダイヤフラムに接触させるために計量分配することと、
複数の導電素子を前記侵入型層の頂面へ付着することであって、前記侵入型層誘電体内の複数の導電粒子は前記複数の導電素子を前記複数の圧電素子へ電気結合することと、
侵入型層を硬化することと、を含む方法。
【請求項２】
前記侵入型層を前記ダイヤフラム上へ、かつ前記複数の圧電素子上へ計量分配することであって、前記計量分配の間、前記複数の導電粒子は前記侵入型層全体に渡って一様に分散されることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記侵入型層誘電体を前記ダイヤフラム上へ、かつ前記複数の圧電素子上へ計量分配することと、
パターン化されたマスクを前記侵入型層誘電体の上面へ付着することであって、前記パターン化されたマスクは内部に、各圧電素子の上面を露出させる開口を備えることと、
前記複数の導電粒子を前記パターン化されたマスク内の前記開口を介して付着することと、
前記複数の導電素子を前記侵入型層の前記頂面へ付着する前に、前記導電粒子が前記侵入型層誘電体内で各圧電素子の頂面上に局在化されるように、前記パターン化されたマスクを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の導電粒子を前記パターン化されたマスク内の前記開口を介して付着する前に、前記マスクの前記頂面へ接着剤を付着することであって、遊離した粒子は前記接着剤へ、前記接着剤が遊離した粒子を包含するように接着することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
インクジェットプリントヘッドであって、
貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムへダイヤフラム付着材によって付着されるボディプレートと、
前記ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子を封入する侵入型層と、
複数の導電素子と、
各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子とを備え、前記複数の導電粒子は前記侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ前記複数の圧電素子を前記複数の導電素子へ電気接続するインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記侵入型層全体に渡って一様に分散される複数の導電粒子をさらに備える、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記複数の導電粒子は前記侵入型層内で各圧電素子の前記頂面上に局在化されることをさらに含む、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記複数の導電素子を備えるフレックス回路と、
インクが通過していくための少なくとも１つのポートと、をさらに備え、前記ポートは前記フレックス回路内の開口、前記侵入型層内の開口、前記ダイヤフラム付着材内の開口及び前記ダイヤフラム内の開口を介して延びる、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
プリンタであって、
インクジェットプリントヘッドを備え、前記インクジェットプリントヘッドは、
貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムへダイヤフラム付着材によって付着されるボディプレートと、
前記ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子を封入する侵入型層と、
複数の導電素子を備えるフレックス回路と、
各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子であって、前記複数の導電粒子は前記侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ前記複数の圧電素子を前記複数の導電素子へ電気接続する複数の導電粒子と、
前記フレックス回路へ付着されるマニホールドと、
前記マニホールドの表面及び前記フレックス回路の表面によって形成されるインクリザーバと、を備えるプリンタ。
【請求項１０】
前記複数の導電粒子は前記侵入型層内で各圧電素子の前記頂面上に局在化されることをさらに含む、請求項９に記載のプリンタ。
【請求項１】
インクジェットプリントヘッドを形成するための方法であって、
複数の圧電素子をダイヤフラムへ付着することと、
誘電体を備える侵入型層を前記複数の圧電素子を封入しかつ前記ダイヤフラムに接触させるために計量分配することと、
複数の導電素子を前記侵入型層の頂面へ付着することであって、前記侵入型層誘電体内の複数の導電粒子は前記複数の導電素子を前記複数の圧電素子へ電気結合することと、
侵入型層を硬化することと、を含む方法。
【請求項２】
前記侵入型層を前記ダイヤフラム上へ、かつ前記複数の圧電素子上へ計量分配することであって、前記計量分配の間、前記複数の導電粒子は前記侵入型層全体に渡って一様に分散されることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記侵入型層誘電体を前記ダイヤフラム上へ、かつ前記複数の圧電素子上へ計量分配することと、
パターン化されたマスクを前記侵入型層誘電体の上面へ付着することであって、前記パターン化されたマスクは内部に、各圧電素子の上面を露出させる開口を備えることと、
前記複数の導電粒子を前記パターン化されたマスク内の前記開口を介して付着することと、
前記複数の導電素子を前記侵入型層の前記頂面へ付着する前に、前記導電粒子が前記侵入型層誘電体内で各圧電素子の頂面上に局在化されるように、前記パターン化されたマスクを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の導電粒子を前記パターン化されたマスク内の前記開口を介して付着する前に、前記マスクの前記頂面へ接着剤を付着することであって、遊離した粒子は前記接着剤へ、前記接着剤が遊離した粒子を包含するように接着することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
インクジェットプリントヘッドであって、
貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムへダイヤフラム付着材によって付着されるボディプレートと、
前記ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子を封入する侵入型層と、
複数の導電素子と、
各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子とを備え、前記複数の導電粒子は前記侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ前記複数の圧電素子を前記複数の導電素子へ電気接続するインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記侵入型層全体に渡って一様に分散される複数の導電粒子をさらに備える、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記複数の導電粒子は前記侵入型層内で各圧電素子の前記頂面上に局在化されることをさらに含む、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記複数の導電素子を備えるフレックス回路と、
インクが通過していくための少なくとも１つのポートと、をさらに備え、前記ポートは前記フレックス回路内の開口、前記侵入型層内の開口、前記ダイヤフラム付着材内の開口及び前記ダイヤフラム内の開口を介して延びる、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
プリンタであって、
インクジェットプリントヘッドを備え、前記インクジェットプリントヘッドは、
貫通する複数の開口を備えるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムへダイヤフラム付着材によって付着されるボディプレートと、
前記ダイヤフラムへ付着される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子を封入する侵入型層と、
複数の導電素子を備えるフレックス回路と、
各導電素子と各圧電素子との間に挿入される複数の導電粒子であって、前記複数の導電粒子は前記侵入型層内に分散され、互いから電気絶縁されかつ前記複数の圧電素子を前記複数の導電素子へ電気接続する複数の導電粒子と、
前記フレックス回路へ付着されるマニホールドと、
前記マニホールドの表面及び前記フレックス回路の表面によって形成されるインクリザーバと、を備えるプリンタ。
【請求項１０】
前記複数の導電粒子は前記侵入型層内で各圧電素子の前記頂面上に局在化されることをさらに含む、請求項９に記載のプリンタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２１８４３８（Ｐ２０１２−２１８４３８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６３６４７（Ｐ２０１２−６３６４７）
【出願日】平成２４年３月２１日（２０１２．３．２１）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２１日（２０１２．３．２１）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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