密度が制限されたフレックス回路を使用した高密度電気相互接続
【課題】２つ以上のフレキシブル回路および圧電素子アレイの使用を含む、インク・ジェット・プリント・ヘッドのための方法および構造体の提供。
【解決手段】第１のパッドアレイが第１のフレックス回路上に含まれてプリントヘッドの圧電素子３０のアレイの第１の部分に給電し、第２のパッドアレイが第２のフレックス回路上に含まれてプリントヘッドの圧電素子３０のアレイの第２の部分に給電する。２つのフレックス回路を使用することによって、各フレックス回路上には半分の配線しか形成される必要がなく、それによって、間隔要件および設計トレランスを緩和することができる。
【解決手段】第１のパッドアレイが第１のフレックス回路上に含まれてプリントヘッドの圧電素子３０のアレイの第１の部分に給電し、第２のパッドアレイが第２のフレックス回路上に含まれてプリントヘッドの圧電素子３０のアレイの第２の部分に給電する。２つのフレックス回路を使用することによって、各フレックス回路上には半分の配線しか形成される必要がなく、それによって、間隔要件および設計トレランスを緩和することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、インク・ジェット・プリント装置の分野に関し、より詳細には、高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドと、高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドおよび高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドを有するプリンタを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップ・オン・デマンド・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・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、またはピエゾ技術の何れかを用いる可能性がある。ピエゾ・インク・ジェットは、サーマル・インク・ジェットよりも製造費用が高いにも関わらず、一般的に、より広範なインクを使用できかつコゲーションによる問題点を減じる、またはなくすことができるという理由で好まれる。
【０００３】
ピエゾ・インク・ジェット・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（トランスデューサ）のアレイとを含む。圧電素子へ電圧が、典型的には電圧源へ電気接続される電極との電気接続を介して印加されると、圧電素子は曲がり、または偏向してダイヤフラムを屈曲させ、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。この屈曲はさらに、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。
【０００４】
ピエゾ・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。解像度を上げるための１つの方法が、圧電素子の密度を上げることである。
【０００５】
プリントヘッドの解像度及び密度が増大するにつれて、電気相互接続の提供に利用可能な面積は低減する。インク供給構造体等の他の機能をヘッド内にルーティングすることは、この低減されるスペースを巡って競合し、かつ使用される材料のタイプを制限する。例えば、６００ドット／インチ（ＤＰＩ）のプリントヘッドと共に使用するための現行の技術は、各配線がフレックス回路のパッドアレイ（すなわち、電極アレイ）のパッド（すなわち電極）に電気接続されている、フレックス回路上の並列電気配線を含むことが可能である。並列配線は、３８マイクロメートル（μｍ）のピッチ、１６μｍの配線幅を有することが可能であり、各配線間に２２μｍのスペースが残っている。プリントヘッド密度が増大するにつれて、現行のフレックス回路設計の実践においては、より厳密な許容範囲およびより小さいフィーチャサイズを有する配線およびパッドの形成が必要とされることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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であって、第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドを圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合することと、第２のフレックス回路の複数のパッドを圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合することとを含み、第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なり、第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能である、方法を含むことが可能である。
【０００７】
本教示の別の実施形態は、インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレックス回路の複数のパッドと、圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドとを含み、第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なり、第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される、インク・ジェット・プリント・ヘッドを含むことが可能である。
【０００８】
本教示の別の実施形態では、プリンタは、インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレックス回路の複数のパッドと、圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドとを含む、インク・ジェット・プリント・ヘッドを含むことが可能である。第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なる。第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は、第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される。プリンタは、第１のフレックス回路および第２のフレックス回路に物理的に付着されるマニホールドと、マニホールドの表面によって形成されるインクリザーバとをさらに含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、圧電素子アレイに付着されているフレックス回路の透過斜視図である。
【図２】図２は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図３】図３は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図４】図４は、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】図５は、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】図６は、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】図７は、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】図８は、圧電素子アレイおよび一対のドライバ基板に付着されるフレックス回路を描いた断面図である。
【図９】図９は、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１０は、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】図１１は、本教示の一実施形態によるプリントヘッドを含む印刷デバイスの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これらの図面が示す詳細の中には、厳密な構造上の精度、ディテールおよ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り得る点に留意されたい。
【００１１】
本明細書において使用される場合、「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含む。「ポリマー」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、エポキシおよ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含む。
【００１２】
圧電素子に電気接続するプリント・ヘッド・フレックス回路の設計は、フレックス回路パッドアレイの隣接するパッド間で複数の配線をルーティングする。フレックス回路パッドアレイの各パッドは固有の圧電素子に電気的に結合される。現行のフレックス回路設計および製造技法を使用するとき、プリントヘッド密度が増大すると、各圧電素子が個別にアドレス指定可能であるように、パッドアレイの各パッドが固有の配線に付着されなければならないため、配線の数を増やす必要があることになる。フレックス回路上のパッドの密度が増大することになるため、より多くの数の配線が隣接するパッド間でルーティングされなければならない。プリントヘッド密度を二倍にするためには、各パッド間の配線の数を二倍にする必要があることになり、一方で隣接するパッド間の間隔は狭くなることになる。
【００１３】
プリント・ヘッド・フレックス回路の一実施例１０が図１の概略斜視図に描かれている。フレックス回路１０は、複数のパッド１２と、各パッド１２間でルーティングされている複数の配線１４とを有するパッドアレイを含む。図１の例では、８本の配線１４が隣接するパッド１２の各対間でルーティングされている。配線１４は各パッド１２に電気的に結合されている。図１は、フレックス回路１０の下にある複数の圧電素子１６をさらに描いており、各パッド１２が導体（個別に描かれてはいない）を使用して圧電素子１６に電気的に結合されている。圧電素子１６はフレックス回路１０の下になっていて見えないようになっていることを理解されたい。各パッド１２に特有の個々の配線１４に電圧を印加することによって、各圧電素子１６はパッドアレイのパッド１２を通じて個別にアドレス指定されることができる。加えて、メッキ配線が各パッド１２に結合されてフレックス回路の端を出てルーティングされ、フレックス回路の金属フィーチャの金属メッキが可能となる。
【００１４】
上述の６００ＤＰＩのプリントヘッドの実施例では、並列配線１４は３８μｍのピッチおよび１６μｍの配線幅を有することが可能であり、各配線間に２２μｍのスペースが残る。圧電素子の密度が増大するにつれて、パッドアレイの密度も増大することになり、配線の数も同様である。従って、隣接するパッド１２間の利用可能なスペースがより狭くなる中で、隣接するパッド１２の各対の間により多くの配線１２が形成される必要があることになる。ある実施形態では、配線のピッチは２０μｍまで低減され得、これは現行のフレックス回路製造能力の大幅な向上を必要とするであろう。
【００１５】
本教示の一実施形態は、現行のフレックス回路製造技法を使用してより高いプリントヘッド圧電素子密度を提供するために使用されることが可能である。本教示は、２つ以上の異なるフレックス回路の使用を含むことができ、フレックス回路の各々が圧電素子アレイの異なる部分に付着される。複数のフレックス回路を使用することは、単一のフレックス回路を使用するデバイスに対する再加工も単純化することができ、それによって廃棄および再加工のコストが低減される。例えば、第１のフレックス回路が圧電素子に付着されることができ、その後、第２のフレックス回路を付着および試験する前に、圧電素子に対する電気接続が電気的に試験されることができる。必要である場合、第１のフレックス回路の圧電素子に対する１つまたは複数の電気接続が再加工されることができるか、または第２のフレックス回路を付着および試験する前に、第１のフレックス回路が置換されることができる。任意の数の別個のフレックス回路が、圧電素子のアレイに対する電気的接触を提供することができる。
【００１６】
本教示の一実施形態は、ジェットスタック、プリントヘッドおよび前記プリントヘッドを含むプリンタの形成を含むことができる。図２の斜視図では、圧電素子層２０は接着材２４によって転写キャリア２２へ分離可能式に接着されている。圧電素子層２０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約２５μｍ〜約１５０μｍ厚で含むことができる。圧電素子層２０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材料にわた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２２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２０を転写キャリア２２へ付着する接着層２４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２２は、別個の接着層２４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ってよい。
【００１７】
図２の構造体の形成後、図３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３０が形成される。図３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を理解されたい。例えば、１２００ＤＰＩのプリントヘッドは約２４×約１５０素子または他のサイズである圧電素子のアレイを有することが可能である。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・アブレーション・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３０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２４の一部を除去して転写キャリア２２上で停止した後に、または接着材２４を通過してキャリア２２内の途中までダイシングした後に終了することができる。この実施形態では、１２００ＤＰＩの圧電素子アレイを想定して、隣接する圧電素子間の間隔は約１００μｍ以下であることができ、圧電素子のピッチは約５００μｍ以下であってもよく、圧電素子は約４００μｍ〜約７００μｍのピッチを有してもよい。
【００１８】
個々の圧電素子３０を形成した後、図３のアセンブリは、図４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４０へ付着されることが可能である。図４の断面図は、図３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３０及び２つの完全な圧電素子３０の断面を描いている。ジェット・スタック・サブアセンブリ４０は、任意の数のジェットスタック設計において既知の技術を使用して製造されることが可能であり、単純化するためにブロック形態で描かれている。ある実施形態では、図３の構造体は、接着材４２を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ４０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４２が圧電素子３０の上面上、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０の上面上、または双方のいずれかへ分配される、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。ある実施形態では、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０の表面上へ、各圧電素子３０毎に一滴の接着材４２を置くことができる。接着材を付した後、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０および圧電素子３０は互いに位置合わせされ、次いで圧電素子３０が接着材４２でジェット・スタック・サブアセンブリ４０へ機械的に接続される。接着材４２は、その接着材が図４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。
【００１９】
続いて、図４の構造体から転写キャリア２２および接着材２４が除去され、図５の構造体がもたらされる。
【００２０】
次に、各圧電素子３０に電気的に接触するために、例えば、スクリーン印刷、化学気相成長、液滴（微小液滴）分配、他によって、図６に描かれているように、露出した各圧電素子３０上の各開口内に導体６０が形成されることが可能である。
【００２１】
次に、図７の概略断面に描かれているように、第１のフレックス回路７０および第２のフレックス回路７２が図６の構造体に付着される。第１のフレックス回路７０は、接着材７４を使用して圧電素子アレイ３０に物理的に付着されることが可能である。第２のフレックス回路７２は、第２のフレックス回路７２の一部が第１のフレックス回路７０の上面上に配置されるように、接着材（単純化するために個別に描かれてはいない）を使用して第１のフレックス回路７０および圧電素子アレイに物理的に付着されることが可能である。この実施形態では、第１のフレックス回路７０の少なくとも一部が第２のフレックス回路７２と圧電素子アレイ３０との間に入るように、第２のフレックス回路７２の一部が第１のフレックス回路７０の少なくとも一部の上に重なっている。フレックス回路が、単純化するために個別に描かれてはいない１つまたは複数の導電層および１つまたは複数の誘電体層を含むことができることは理解されよう。第１のフレックス回路７０のパッドのアレイ（すなわち、バンプ電極）７６は、導体６０を使用して圧電素子３０のアレイの第１の部分に電気接続される。図７は、圧電素子のアレイの第１の部分の単一の圧電素子３０Ａを描いているが、第１のフレックス回路７０は、圧電素子アレイの第１半部の圧電素子の各々と電気接続されることが可能であることを理解されたい。第１のフレックス回路は、複数の配線７８を含むことも可能であり、それによって、圧電素子アレイの第１半部の各圧電素子３０は、各配線７８に印加される電圧によって第１のフレックス回路７０を通じて個別にアドレス指定される。第２のフレックス回路７２のパッドまたはバンプ電極８０のアレイは、導体６０を使用して圧電素子３０のアレイの第２の部分に電気接続される。図７は、圧電素子のアレイの第２の部分の２つの圧電素子３０Ｂ、３０Ｃを描いているが、第２のフレックス回路７２は、圧電素子アレイの第２半部と電気接続されることが可能であることは理解されよう。第２のフレックス回路は、複数の配線８２を含むことも可能であり、それによって、圧電素子アレイの第２半部の各圧電素子３０は、各配線８２に印加される電圧によって第２のフレックス回路７２を通じて個別にアドレス指定される。
【００２２】
隣接する圧電素子間の間隔が約５０μｍ〜約１５０μｍであるこの実施形態では、隣接するパッド７６、８０間の間隔内にルーティングされる、各フレックス回路７０、７２上の配線７８、８２は約１４μｍ〜２５μｍの幅、および約２４μｍ〜約５０μｍのピッチを有することが可能である。パッドおよび配線が単一のフレックス回路上に形成されたとすると、隣接するパッド間に二倍の数の配線が形成されなければならなくなるため、配線幅は約７μｍ〜１２μｍでなければならなくなり、配線ピッチは１４μｍ〜２４μｍでなければならなくなるであろう。
【００２３】
フレックス回路の重なりを可能にする機構は、第２のフレックス回路７２が、第１のフレックス回路の端にかかるとともに垂直段差８４に適合することが可能であることである。圧電素子および／またはフレックス回路の配列行のピッチを５００μｍ程度に維持するために、第２のフレックス回路７２は、図７に描かれているように、圧電素子アレイの上に重なる、第１のフレックス回路７０の端にわたる垂直段差８４を形成することが可能であるべきである。ある実施形態では、その上に導電性フレックス回路配線材料が形成される、第１のフレックス回路の誘電体シート（個別に描かれてはいない）は約３８μｍ厚であることができ、これに金属、およびカバーレイ／はんだマスクが加わって、１００μｍ程度の垂直段差８４全体がもたらされるが、典型的には幾分それよりも小さい。フレックス回路７０、７２はエンボス加工によって形成されることが可能である。ポストおよびダイを使用してフレックス回路をエンボス加工すると、１００μｍのバンプが達成されて、１００μｍ程度の段差距離または１：１のアスペクト比を有するパッド７６、８０が形成されることが可能である。これらのバンプが配線金属化において直接作成されると、フレックス回路の幅にわたる階段上の外観が同様の信頼性をもって同様に形成されることができる。
【００２４】
図８は、フレックス回路７０、７２の電気路を描いた概略断面図である。図８は、第１のフレックス回路７０の第１半部７０Ａおよび第２のフレックス回路７２の第１半部７２Ａが第１のドライバ基板８６に付着された後の図７の構造体を描いたものである。加えて、第１のフレックス回路７０の第２半部７０Ｂおよび第２のフレックス回路７２の第２半部７２Ｂが第２のドライバ基板８８に付着されることが可能である。この事例では、フレックス回路部分７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、および７２Ｂは、互いに電気的に絶縁される４つの別個のフレックス回路であることが可能である。任意の数の積層フレックス回路が使用されることが可能である。単純化するために、図８の構造体の中のプリント・ヘッド・フレックス回路領域の背後の一定容積の流体路は描かれていない。
【００２５】
一実施形態では、フレックス回路７０、７２は、単一の導電層によって提供される複数のパッド７６、８０と、複数の配線７８、８２とを含むことが可能である。単一の導電層は、平坦な層として形成され、その後打ち抜きまたは型抜きされて、整形されたパッドを形成するためにプレスを使用して成形されることが可能である。描かれている実施形態では、各配線７８、８２は導電性パッド７６、８０のうちの一方に電気的に結合され、各導電性パッド７６、８０は、導体６０を使用して圧電電極３０の１つに電気的に結合される。
【００２６】
次に、デバイスの設計に応じて追加の処理を実行することができる。追加の処理は例えば、導電性、誘電体、パターン化、または連続であることができ、図９に描かれているもののような層９０によって共に概略的に表されている１つまたは複数の追加の層の形成を含んでもよい。
【００２７】
次に、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０の設計に応じて、ジェットスタックを完成させるためにさまざまな処理工程が実行されることができる。例えば、１つまたは複数のインクポート開口９２が図９に描かれているもののような層９０を貫通して形成されることができる。さらに、デバイスの設計に応じて、インクポート開口９２は、その開口９２が電気的な開状態または他の望ましくない効果をもたらさない限り、フレックス回路７０、７２の一部を貫通して形成されることができる。インクポート開口９２が描かれている場所に形成される場合、開口９２はジェット・スタック・サブアセンブリを貫通して、例えば、ジェットスタックダイヤフラムを貫通して延在することができる。別の実施形態では、フレックス回路７０、７２および／または圧電アレイ２０が存在していない、描かれていない場所に１つまたは複数のインクポート開口が形成されてもよい。一実施形態では、図９に描かれているように、有孔プレート９４が接着材（単純化するために個別に描かれてはいない）を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ４０に付着されることができる。有孔プレート９４は、印刷中にインクが通って放出されるノズル９６を含むことができる。有孔プレート９４が付着されると、ジェットスタック９８は完成する。ジェットスタック９８は、単純化するために図示または説明されていない他の層および処理要件を含んでもよい。
【００２８】
次に、マニホールド１００がジェットスタック９８の上面に接着されることができ、これはマニホールド１００を第１のフレックス回路７０および第２のフレックス回路７２に物理的に付着させる。マニホールドの付着は、接着材等の流体密封シール式接続部１０２を使用することを含むことができ、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の表面及びジェットスタック９８の上面によって形成される、一定量のインクを貯蔵するためのインクリザーバ１０６を含むことができる。リザーバ１０６からのインクはポートを通じて、例えば、ジェットスタック９８内の１つまたは複数のポート９２を通じて送達されることが可能であり、インクポートは一部には、フレックス回路７０、７２の一方または双方、接着材７４、およびジェット・スタック・サブアセンブリ４０を貫通する連続した開口によって提供されることが可能である。例えば上述の例のような、インクポートのための他の構成が企図される。図１０が簡易図であることは、理解されるであろう。実際のプリントヘッドは、図１０には描かれていない、例えば左右への追加的構造体である様々な構造体及び差異を含んでもよいが、これらは、説明を単純にするために描画を省かれている。図１０は単一のポート９２を描いているが、ジェットスタックは複数のポートを含んでもよい。
【００２９】
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からポート９２を介してジェットスタック９８内へと流れ込ませるために使用されることが可能である。バンプ電極７６、８０、導体６０、および圧電電極３０に伝達される、各配線７８、８２に加えられる電圧１１２に応答して、各ＰＺＴ圧電素子３０はそれに応じて適切な時点において曲がるかまたは偏向する。圧電素子３０の偏向はダイヤフラム（単純化するために個別には描かれていない）を屈曲させ、これによりジェットスタック９８内に圧力パルスが生じ、インクの一滴がノズル９６から放出される。
【００３０】
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９８を形成する。一実施形態では、ジェットスタック９８は、図１１に描かれているようなインク・ジェット・プリント・ヘッド１２０の一部として使用されてもよい。
【００３１】
図１１は、本教示の一実施形態による、１つまたは複数のプリントヘッド１０４および１つまたは複数のノズル９６から噴出されるインク１２２を含むプリンタ１２０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、他のような印刷媒体１２４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するように構成される。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１２４に対して前後に移動することができる。代替的には、プリントヘッド１０４が固定して保持されかつ印刷媒体１２４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。プリントヘッド１０４は、印刷媒体１２４より狭い、またはこれと同幅であることが可能である。別の実施形態では、プリントヘッドは、印刷媒体への後続の転写のために回転ドラムまたはベルトのような中間表面に印刷することができる。
【００３２】
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ための方法、および完成したジェットスタックは２つ以上のフレックス回路を有することができ、１つのフレックス回路が別のフレックス回路の上面上に積層されることが可能である。各フレックス回路は、プリントヘッド圧電素子アレイからの、すべてではないいくつかの圧電素子と電気接続されることが可能である。各フレックス回路は、圧電素子アレイの異なる部分と電気的に結合されることが可能である。
【００３３】
圧電素子アレイの異なる複数の部分と電気的に結合される２つ以上のフレックス回路を含み、２つ以上のフレックス回路が互いの上面上に積層されず、並んで配置される実施形態が企図されることを理解されたい。圧電素子アレイの異なる複数の部分に電気的に結合される２つの異なるフレックス回路を参照して本教示が説明されているが、３つ以上のフレックス回路が組み込まれることができ、各フレックス回路が圧電素子アレイの３つ以上の異なる部分と電気的に結合される。
【００３４】
各フレックス回路が圧電素子アレイの異なる部分に電気的に結合される、２つ以上のフレックス回路を使用して、別個の各フレックス回路上で必要とされる配線の数を低減することが可能である。従って、圧電素子アレイ密度が増大するにつれて、すべての配線が単一のフレックス回路上に形成された場合よりも、パッドアレイの隣接するパッド間に形成される必要がある配線の数が少なくなることになる。
【００３５】
さらに、フレックス回路製造技術が向上し、より密度の高いフレックス回路を達成するためにより密なスペース内に配線が形成されることが可能であるため、２つ以上のフレックス回路に置き換わる新規の単一のフレックス回路における設計はプリントヘッドの再設計を必要としなくなることを理解されたい。複数のフレックス回路が単一のフレックス回路に置き換わることによって、単一のより密度の高いフレックス回路の組み入れのみが必要になると期待される。組み入れは、より密度の高いフレックス回路を使用するコストが、複数のフレックス回路よりも低くなる点まで減少するような、または、より密度の高いフレックス回路を使用することによって、製造、性能、もしくは収率の向上が有利になるような交差点において生じる可能性がある。
【００３６】
従って、複数の（２つ以上の）フレックス回路を使用することによって、より密度の高いマルチポイント電気相互接続を形成する低コストの方法が提供される。この方法は、バンプパッドを有するフレキシブルプリント回路を使用することと、回路をそれらのそれぞれのアクチュエータと位置合わせすることと、非導電性接着材を用いて回路を固定することとを含む。市販のフレキシブル回路の解像度および密度は限られているため、必要とされる密度およびルーティングを達成するために複数のフレックス回路が重なり合いずれる可能性がある。一実施形態では、複数のフレックス回路が屋根板と同様の構成において使用されることが可能である。利点は、現行のフレックス回路製造技法を用いて高密度ヘッドを設計することができることを含み、供給業者の指針がより密度の高い回路を達成することができる場合には、単純な組み入れが促進されることが可能である。さらに、システムを管理可能・試験可能なサブユニットに分解することによって、予備検査された構成要素をもたらすことがよりコスト効率的になることが可能である。
【００３７】
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に留意されたい。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】
本教示は、インク・ジェット・プリント装置の分野に関し、より詳細には、高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドと、高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドおよび高密ピエゾ・インク・ジェット・プリントヘッドを有するプリンタを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップ・オン・デマンド・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・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、またはピエゾ技術の何れかを用いる可能性がある。ピエゾ・インク・ジェットは、サーマル・インク・ジェットよりも製造費用が高いにも関わらず、一般的に、より広範なインクを使用できかつコゲーションによる問題点を減じる、またはなくすことができるという理由で好まれる。
【０００３】
ピエゾ・インク・ジェット・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（トランスデューサ）のアレイとを含む。圧電素子へ電圧が、典型的には電圧源へ電気接続される電極との電気接続を介して印加されると、圧電素子は曲がり、または偏向してダイヤフラムを屈曲させ、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。この屈曲はさらに、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。
【０００４】
ピエゾ・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。解像度を上げるための１つの方法が、圧電素子の密度を上げることである。
【０００５】
プリントヘッドの解像度及び密度が増大するにつれて、電気相互接続の提供に利用可能な面積は低減する。インク供給構造体等の他の機能をヘッド内にルーティングすることは、この低減されるスペースを巡って競合し、かつ使用される材料のタイプを制限する。例えば、６００ドット／インチ（ＤＰＩ）のプリントヘッドと共に使用するための現行の技術は、各配線がフレックス回路のパッドアレイ（すなわち、電極アレイ）のパッド（すなわち電極）に電気接続されている、フレックス回路上の並列電気配線を含むことが可能である。並列配線は、３８マイクロメートル（μｍ）のピッチ、１６μｍの配線幅を有することが可能であり、各配線間に２２μｍのスペースが残っている。プリントヘッド密度が増大するにつれて、現行のフレックス回路設計の実践においては、より厳密な許容範囲およびより小さいフィーチャサイズを有する配線およびパッドの形成が必要とされることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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であって、第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドを圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合することと、第２のフレックス回路の複数のパッドを圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合することとを含み、第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なり、第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能である、方法を含むことが可能である。
【０００７】
本教示の別の実施形態は、インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレックス回路の複数のパッドと、圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドとを含み、第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なり、第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される、インク・ジェット・プリント・ヘッドを含むことが可能である。
【０００８】
本教示の別の実施形態では、プリンタは、インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレックス回路の複数のパッドと、圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドとを含む、インク・ジェット・プリント・ヘッドを含むことが可能である。第１の複数の圧電素子は第２の複数の圧電素子と異なる。第１の複数の圧電素子および第２の複数の圧電素子の各圧電素子は、第１の複数のパッドおよび第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される。プリンタは、第１のフレックス回路および第２のフレックス回路に物理的に付着されるマニホールドと、マニホールドの表面によって形成されるインクリザーバとをさらに含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、圧電素子アレイに付着されているフレックス回路の透過斜視図である。
【図２】図２は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図３】図３は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図４】図４は、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】図５は、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】図６は、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】図７は、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】図８は、圧電素子アレイおよび一対のドライバ基板に付着されるフレックス回路を描いた断面図である。
【図９】図９は、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１０は、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】図１１は、本教示の一実施形態によるプリントヘッドを含む印刷デバイスの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これらの図面が示す詳細の中には、厳密な構造上の精度、ディテールおよ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り得る点に留意されたい。
【００１１】
本明細書において使用される場合、「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含む。「ポリマー」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、エポキシおよ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含む。
【００１２】
圧電素子に電気接続するプリント・ヘッド・フレックス回路の設計は、フレックス回路パッドアレイの隣接するパッド間で複数の配線をルーティングする。フレックス回路パッドアレイの各パッドは固有の圧電素子に電気的に結合される。現行のフレックス回路設計および製造技法を使用するとき、プリントヘッド密度が増大すると、各圧電素子が個別にアドレス指定可能であるように、パッドアレイの各パッドが固有の配線に付着されなければならないため、配線の数を増やす必要があることになる。フレックス回路上のパッドの密度が増大することになるため、より多くの数の配線が隣接するパッド間でルーティングされなければならない。プリントヘッド密度を二倍にするためには、各パッド間の配線の数を二倍にする必要があることになり、一方で隣接するパッド間の間隔は狭くなることになる。
【００１３】
プリント・ヘッド・フレックス回路の一実施例１０が図１の概略斜視図に描かれている。フレックス回路１０は、複数のパッド１２と、各パッド１２間でルーティングされている複数の配線１４とを有するパッドアレイを含む。図１の例では、８本の配線１４が隣接するパッド１２の各対間でルーティングされている。配線１４は各パッド１２に電気的に結合されている。図１は、フレックス回路１０の下にある複数の圧電素子１６をさらに描いており、各パッド１２が導体（個別に描かれてはいない）を使用して圧電素子１６に電気的に結合されている。圧電素子１６はフレックス回路１０の下になっていて見えないようになっていることを理解されたい。各パッド１２に特有の個々の配線１４に電圧を印加することによって、各圧電素子１６はパッドアレイのパッド１２を通じて個別にアドレス指定されることができる。加えて、メッキ配線が各パッド１２に結合されてフレックス回路の端を出てルーティングされ、フレックス回路の金属フィーチャの金属メッキが可能となる。
【００１４】
上述の６００ＤＰＩのプリントヘッドの実施例では、並列配線１４は３８μｍのピッチおよび１６μｍの配線幅を有することが可能であり、各配線間に２２μｍのスペースが残る。圧電素子の密度が増大するにつれて、パッドアレイの密度も増大することになり、配線の数も同様である。従って、隣接するパッド１２間の利用可能なスペースがより狭くなる中で、隣接するパッド１２の各対の間により多くの配線１２が形成される必要があることになる。ある実施形態では、配線のピッチは２０μｍまで低減され得、これは現行のフレックス回路製造能力の大幅な向上を必要とするであろう。
【００１５】
本教示の一実施形態は、現行のフレックス回路製造技法を使用してより高いプリントヘッド圧電素子密度を提供するために使用されることが可能である。本教示は、２つ以上の異なるフレックス回路の使用を含むことができ、フレックス回路の各々が圧電素子アレイの異なる部分に付着される。複数のフレックス回路を使用することは、単一のフレックス回路を使用するデバイスに対する再加工も単純化することができ、それによって廃棄および再加工のコストが低減される。例えば、第１のフレックス回路が圧電素子に付着されることができ、その後、第２のフレックス回路を付着および試験する前に、圧電素子に対する電気接続が電気的に試験されることができる。必要である場合、第１のフレックス回路の圧電素子に対する１つまたは複数の電気接続が再加工されることができるか、または第２のフレックス回路を付着および試験する前に、第１のフレックス回路が置換されることができる。任意の数の別個のフレックス回路が、圧電素子のアレイに対する電気的接触を提供することができる。
【００１６】
本教示の一実施形態は、ジェットスタック、プリントヘッドおよび前記プリントヘッドを含むプリンタの形成を含むことができる。図２の斜視図では、圧電素子層２０は接着材２４によって転写キャリア２２へ分離可能式に接着されている。圧電素子層２０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約２５μｍ〜約１５０μｍ厚で含むことができる。圧電素子層２０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材料にわた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２２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２０を転写キャリア２２へ付着する接着層２４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２２は、別個の接着層２４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ってよい。
【００１７】
図２の構造体の形成後、図３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３０が形成される。図３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を理解されたい。例えば、１２００ＤＰＩのプリントヘッドは約２４×約１５０素子または他のサイズである圧電素子のアレイを有することが可能である。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・アブレーション・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３０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２４の一部を除去して転写キャリア２２上で停止した後に、または接着材２４を通過してキャリア２２内の途中までダイシングした後に終了することができる。この実施形態では、１２００ＤＰＩの圧電素子アレイを想定して、隣接する圧電素子間の間隔は約１００μｍ以下であることができ、圧電素子のピッチは約５００μｍ以下であってもよく、圧電素子は約４００μｍ〜約７００μｍのピッチを有してもよい。
【００１８】
個々の圧電素子３０を形成した後、図３のアセンブリは、図４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４０へ付着されることが可能である。図４の断面図は、図３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３０及び２つの完全な圧電素子３０の断面を描いている。ジェット・スタック・サブアセンブリ４０は、任意の数のジェットスタック設計において既知の技術を使用して製造されることが可能であり、単純化するためにブロック形態で描かれている。ある実施形態では、図３の構造体は、接着材４２を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ４０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４２が圧電素子３０の上面上、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０の上面上、または双方のいずれかへ分配される、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。ある実施形態では、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０の表面上へ、各圧電素子３０毎に一滴の接着材４２を置くことができる。接着材を付した後、ジェット・スタック・サブアセンブリ４０および圧電素子３０は互いに位置合わせされ、次いで圧電素子３０が接着材４２でジェット・スタック・サブアセンブリ４０へ機械的に接続される。接着材４２は、その接着材が図４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。
【００１９】
続いて、図４の構造体から転写キャリア２２および接着材２４が除去され、図５の構造体がもたらされる。
【００２０】
次に、各圧電素子３０に電気的に接触するために、例えば、スクリーン印刷、化学気相成長、液滴（微小液滴）分配、他によって、図６に描かれているように、露出した各圧電素子３０上の各開口内に導体６０が形成されることが可能である。
【００２１】
次に、図７の概略断面に描かれているように、第１のフレックス回路７０および第２のフレックス回路７２が図６の構造体に付着される。第１のフレックス回路７０は、接着材７４を使用して圧電素子アレイ３０に物理的に付着されることが可能である。第２のフレックス回路７２は、第２のフレックス回路７２の一部が第１のフレックス回路７０の上面上に配置されるように、接着材（単純化するために個別に描かれてはいない）を使用して第１のフレックス回路７０および圧電素子アレイに物理的に付着されることが可能である。この実施形態では、第１のフレックス回路７０の少なくとも一部が第２のフレックス回路７２と圧電素子アレイ３０との間に入るように、第２のフレックス回路７２の一部が第１のフレックス回路７０の少なくとも一部の上に重なっている。フレックス回路が、単純化するために個別に描かれてはいない１つまたは複数の導電層および１つまたは複数の誘電体層を含むことができることは理解されよう。第１のフレックス回路７０のパッドのアレイ（すなわち、バンプ電極）７６は、導体６０を使用して圧電素子３０のアレイの第１の部分に電気接続される。図７は、圧電素子のアレイの第１の部分の単一の圧電素子３０Ａを描いているが、第１のフレックス回路７０は、圧電素子アレイの第１半部の圧電素子の各々と電気接続されることが可能であることを理解されたい。第１のフレックス回路は、複数の配線７８を含むことも可能であり、それによって、圧電素子アレイの第１半部の各圧電素子３０は、各配線７８に印加される電圧によって第１のフレックス回路７０を通じて個別にアドレス指定される。第２のフレックス回路７２のパッドまたはバンプ電極８０のアレイは、導体６０を使用して圧電素子３０のアレイの第２の部分に電気接続される。図７は、圧電素子のアレイの第２の部分の２つの圧電素子３０Ｂ、３０Ｃを描いているが、第２のフレックス回路７２は、圧電素子アレイの第２半部と電気接続されることが可能であることは理解されよう。第２のフレックス回路は、複数の配線８２を含むことも可能であり、それによって、圧電素子アレイの第２半部の各圧電素子３０は、各配線８２に印加される電圧によって第２のフレックス回路７２を通じて個別にアドレス指定される。
【００２２】
隣接する圧電素子間の間隔が約５０μｍ〜約１５０μｍであるこの実施形態では、隣接するパッド７６、８０間の間隔内にルーティングされる、各フレックス回路７０、７２上の配線７８、８２は約１４μｍ〜２５μｍの幅、および約２４μｍ〜約５０μｍのピッチを有することが可能である。パッドおよび配線が単一のフレックス回路上に形成されたとすると、隣接するパッド間に二倍の数の配線が形成されなければならなくなるため、配線幅は約７μｍ〜１２μｍでなければならなくなり、配線ピッチは１４μｍ〜２４μｍでなければならなくなるであろう。
【００２３】
フレックス回路の重なりを可能にする機構は、第２のフレックス回路７２が、第１のフレックス回路の端にかかるとともに垂直段差８４に適合することが可能であることである。圧電素子および／またはフレックス回路の配列行のピッチを５００μｍ程度に維持するために、第２のフレックス回路７２は、図７に描かれているように、圧電素子アレイの上に重なる、第１のフレックス回路７０の端にわたる垂直段差８４を形成することが可能であるべきである。ある実施形態では、その上に導電性フレックス回路配線材料が形成される、第１のフレックス回路の誘電体シート（個別に描かれてはいない）は約３８μｍ厚であることができ、これに金属、およびカバーレイ／はんだマスクが加わって、１００μｍ程度の垂直段差８４全体がもたらされるが、典型的には幾分それよりも小さい。フレックス回路７０、７２はエンボス加工によって形成されることが可能である。ポストおよびダイを使用してフレックス回路をエンボス加工すると、１００μｍのバンプが達成されて、１００μｍ程度の段差距離または１：１のアスペクト比を有するパッド７６、８０が形成されることが可能である。これらのバンプが配線金属化において直接作成されると、フレックス回路の幅にわたる階段上の外観が同様の信頼性をもって同様に形成されることができる。
【００２４】
図８は、フレックス回路７０、７２の電気路を描いた概略断面図である。図８は、第１のフレックス回路７０の第１半部７０Ａおよび第２のフレックス回路７２の第１半部７２Ａが第１のドライバ基板８６に付着された後の図７の構造体を描いたものである。加えて、第１のフレックス回路７０の第２半部７０Ｂおよび第２のフレックス回路７２の第２半部７２Ｂが第２のドライバ基板８８に付着されることが可能である。この事例では、フレックス回路部分７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、および７２Ｂは、互いに電気的に絶縁される４つの別個のフレックス回路であることが可能である。任意の数の積層フレックス回路が使用されることが可能である。単純化するために、図８の構造体の中のプリント・ヘッド・フレックス回路領域の背後の一定容積の流体路は描かれていない。
【００２５】
一実施形態では、フレックス回路７０、７２は、単一の導電層によって提供される複数のパッド７６、８０と、複数の配線７８、８２とを含むことが可能である。単一の導電層は、平坦な層として形成され、その後打ち抜きまたは型抜きされて、整形されたパッドを形成するためにプレスを使用して成形されることが可能である。描かれている実施形態では、各配線７８、８２は導電性パッド７６、８０のうちの一方に電気的に結合され、各導電性パッド７６、８０は、導体６０を使用して圧電電極３０の１つに電気的に結合される。
【００２６】
次に、デバイスの設計に応じて追加の処理を実行することができる。追加の処理は例えば、導電性、誘電体、パターン化、または連続であることができ、図９に描かれているもののような層９０によって共に概略的に表されている１つまたは複数の追加の層の形成を含んでもよい。
【００２７】
次に、ジェット・スタック・サブアセンブリ３０の設計に応じて、ジェットスタックを完成させるためにさまざまな処理工程が実行されることができる。例えば、１つまたは複数のインクポート開口９２が図９に描かれているもののような層９０を貫通して形成されることができる。さらに、デバイスの設計に応じて、インクポート開口９２は、その開口９２が電気的な開状態または他の望ましくない効果をもたらさない限り、フレックス回路７０、７２の一部を貫通して形成されることができる。インクポート開口９２が描かれている場所に形成される場合、開口９２はジェット・スタック・サブアセンブリを貫通して、例えば、ジェットスタックダイヤフラムを貫通して延在することができる。別の実施形態では、フレックス回路７０、７２および／または圧電アレイ２０が存在していない、描かれていない場所に１つまたは複数のインクポート開口が形成されてもよい。一実施形態では、図９に描かれているように、有孔プレート９４が接着材（単純化するために個別に描かれてはいない）を用いてジェット・スタック・サブアセンブリ４０に付着されることができる。有孔プレート９４は、印刷中にインクが通って放出されるノズル９６を含むことができる。有孔プレート９４が付着されると、ジェットスタック９８は完成する。ジェットスタック９８は、単純化するために図示または説明されていない他の層および処理要件を含んでもよい。
【００２８】
次に、マニホールド１００がジェットスタック９８の上面に接着されることができ、これはマニホールド１００を第１のフレックス回路７０および第２のフレックス回路７２に物理的に付着させる。マニホールドの付着は、接着材等の流体密封シール式接続部１０２を使用することを含むことができ、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の表面及びジェットスタック９８の上面によって形成される、一定量のインクを貯蔵するためのインクリザーバ１０６を含むことができる。リザーバ１０６からのインクはポートを通じて、例えば、ジェットスタック９８内の１つまたは複数のポート９２を通じて送達されることが可能であり、インクポートは一部には、フレックス回路７０、７２の一方または双方、接着材７４、およびジェット・スタック・サブアセンブリ４０を貫通する連続した開口によって提供されることが可能である。例えば上述の例のような、インクポートのための他の構成が企図される。図１０が簡易図であることは、理解されるであろう。実際のプリントヘッドは、図１０には描かれていない、例えば左右への追加的構造体である様々な構造体及び差異を含んでもよいが、これらは、説明を単純にするために描画を省かれている。図１０は単一のポート９２を描いているが、ジェットスタックは複数のポートを含んでもよい。
【００２９】
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からポート９２を介してジェットスタック９８内へと流れ込ませるために使用されることが可能である。バンプ電極７６、８０、導体６０、および圧電電極３０に伝達される、各配線７８、８２に加えられる電圧１１２に応答して、各ＰＺＴ圧電素子３０はそれに応じて適切な時点において曲がるかまたは偏向する。圧電素子３０の偏向はダイヤフラム（単純化するために個別には描かれていない）を屈曲させ、これによりジェットスタック９８内に圧力パルスが生じ、インクの一滴がノズル９６から放出される。
【００３０】
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９８を形成する。一実施形態では、ジェットスタック９８は、図１１に描かれているようなインク・ジェット・プリント・ヘッド１２０の一部として使用されてもよい。
【００３１】
図１１は、本教示の一実施形態による、１つまたは複数のプリントヘッド１０４および１つまたは複数のノズル９６から噴出されるインク１２２を含むプリンタ１２０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、他のような印刷媒体１２４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するように構成される。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１２４に対して前後に移動することができる。代替的には、プリントヘッド１０４が固定して保持されかつ印刷媒体１２４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。プリントヘッド１０４は、印刷媒体１２４より狭い、またはこれと同幅であることが可能である。別の実施形態では、プリントヘッドは、印刷媒体への後続の転写のために回転ドラムまたはベルトのような中間表面に印刷することができる。
【００３２】
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ための方法、および完成したジェットスタックは２つ以上のフレックス回路を有することができ、１つのフレックス回路が別のフレックス回路の上面上に積層されることが可能である。各フレックス回路は、プリントヘッド圧電素子アレイからの、すべてではないいくつかの圧電素子と電気接続されることが可能である。各フレックス回路は、圧電素子アレイの異なる部分と電気的に結合されることが可能である。
【００３３】
圧電素子アレイの異なる複数の部分と電気的に結合される２つ以上のフレックス回路を含み、２つ以上のフレックス回路が互いの上面上に積層されず、並んで配置される実施形態が企図されることを理解されたい。圧電素子アレイの異なる複数の部分に電気的に結合される２つの異なるフレックス回路を参照して本教示が説明されているが、３つ以上のフレックス回路が組み込まれることができ、各フレックス回路が圧電素子アレイの３つ以上の異なる部分と電気的に結合される。
【００３４】
各フレックス回路が圧電素子アレイの異なる部分に電気的に結合される、２つ以上のフレックス回路を使用して、別個の各フレックス回路上で必要とされる配線の数を低減することが可能である。従って、圧電素子アレイ密度が増大するにつれて、すべての配線が単一のフレックス回路上に形成された場合よりも、パッドアレイの隣接するパッド間に形成される必要がある配線の数が少なくなることになる。
【００３５】
さらに、フレックス回路製造技術が向上し、より密度の高いフレックス回路を達成するためにより密なスペース内に配線が形成されることが可能であるため、２つ以上のフレックス回路に置き換わる新規の単一のフレックス回路における設計はプリントヘッドの再設計を必要としなくなることを理解されたい。複数のフレックス回路が単一のフレックス回路に置き換わることによって、単一のより密度の高いフレックス回路の組み入れのみが必要になると期待される。組み入れは、より密度の高いフレックス回路を使用するコストが、複数のフレックス回路よりも低くなる点まで減少するような、または、より密度の高いフレックス回路を使用することによって、製造、性能、もしくは収率の向上が有利になるような交差点において生じる可能性がある。
【００３６】
従って、複数の（２つ以上の）フレックス回路を使用することによって、より密度の高いマルチポイント電気相互接続を形成する低コストの方法が提供される。この方法は、バンプパッドを有するフレキシブルプリント回路を使用することと、回路をそれらのそれぞれのアクチュエータと位置合わせすることと、非導電性接着材を用いて回路を固定することとを含む。市販のフレキシブル回路の解像度および密度は限られているため、必要とされる密度およびルーティングを達成するために複数のフレックス回路が重なり合いずれる可能性がある。一実施形態では、複数のフレックス回路が屋根板と同様の構成において使用されることが可能である。利点は、現行のフレックス回路製造技法を用いて高密度ヘッドを設計することができることを含み、供給業者の指針がより密度の高い回路を達成することができる場合には、単純な組み入れが促進されることが可能である。さらに、システムを管理可能・試験可能なサブユニットに分解することによって、予備検査された構成要素をもたらすことがよりコスト効率的になることが可能である。
【００３７】
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に留意されたい。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、
第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドを圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合することと、
第２のフレックス回路の複数のパッドを前記圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合することと、を含み、
前記第１の複数の圧電素子が、前記第２の複数の圧電素子と異なり、前記第１の複数の圧電素子および前記第２の複数の圧電素子の各圧電素子が、前記第１の複数のパッドおよび前記第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能である、方法。
【請求項２】
前記第１のフレックス回路の少なくとも一部が前記第２のフレックス回路と前記圧電素子アレイとの間に入るように、前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドの前記第２の複数の圧電素子への前記電気的結合の間に、前記第２のフレックス回路を前記第１のフレックス回路上に配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧電素子アレイを提供することをさらに含み、前記圧電素子アレイの隣接する圧電素子間の間隔が、約１００μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の複数の配線を有する前記第１のフレックス回路を提供することであって、前記第１の複数の配線からの各配線は前記第１のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、提供することと、
第２の複数の配線を有する前記第２のフレックス回路を提供することであって、前記第２の複数の配線からの各配線は前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、提供することと、をさらに含み、
各配線の幅が、約１４μｍ〜約２５μｍであり、前記配線のピッチが約２４μｍ〜約５０μｍである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
接着材を使用して前記第１のフレックス回路を前記圧電素子アレイに物理的に付着させることであって、前記第１のフレックス回路は前記圧電素子アレイの上に重なる端部を備える、付着させることと、
前記第２のフレックス回路を前記第１のフレックス回路および前記圧電素子アレイに物理的に付着させることであって、前記第２のフレックス回路は前記第１のフレックス回路の前記端部にかかり、前記第１のフレックス回路の前記端部によって形成される垂直段差に適合する、付着させることと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のフレックス回路をドライバ基板に電気的に結合することと、
前記第２のフレックス回路を前記ドライバ基板に電気的に結合することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、
圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドと、
前記圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドと、を備え、
前記第１の複数の圧電素子が、前記第２の複数の圧電素子と異なり、前記第１の複数の圧電素子および前記第２の複数の圧電素子の各圧電素子が、前記第１の複数のパッドおよび前記第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される、インク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項８】
前記第１のフレックス回路の少なくとも一部は前記第２のフレックス回路と前記圧電素子アレイとの間に入る、請求項７に記載のインク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項９】
第１の複数の配線を備える前記第１のフレックス回路であって、前記第１の複数の配線からの各配線は前記第１のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、前記第１のフレックス回路と、
第２の複数の配線を備える前記第２のフレックス回路であって、前記第２の複数の配線からの各配線は前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、前記第１のフレックス回路と、をさらに備え、
各配線の幅が、約１４μｍ〜約２５μｍであり、前記配線のピッチが、約２４μｍ〜約５０μｍである、請求項７に記載のインク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項１０】
前記第１のフレックス回路が、前記圧電素子アレイに物理的に付着され、
前記第１のフレックス回路が、前記圧電素子アレイの上に重なる端部を備え、
前記第２のフレックス回路が、前記第１のフレックス回路および前記圧電素子アレイに物理的に付着され、
前記第２のフレックス回路が、前記第１のフレックス回路の前記端部にかかり、前記第１のフレックス回路の前記端部によって形成される垂直段差に適合する、請求項７に記載の方法。
【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、
第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドを圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合することと、
第２のフレックス回路の複数のパッドを前記圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合することと、を含み、
前記第１の複数の圧電素子が、前記第２の複数の圧電素子と異なり、前記第１の複数の圧電素子および前記第２の複数の圧電素子の各圧電素子が、前記第１の複数のパッドおよび前記第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能である、方法。
【請求項２】
前記第１のフレックス回路の少なくとも一部が前記第２のフレックス回路と前記圧電素子アレイとの間に入るように、前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドの前記第２の複数の圧電素子への前記電気的結合の間に、前記第２のフレックス回路を前記第１のフレックス回路上に配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧電素子アレイを提供することをさらに含み、前記圧電素子アレイの隣接する圧電素子間の間隔が、約１００μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の複数の配線を有する前記第１のフレックス回路を提供することであって、前記第１の複数の配線からの各配線は前記第１のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、提供することと、
第２の複数の配線を有する前記第２のフレックス回路を提供することであって、前記第２の複数の配線からの各配線は前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、提供することと、をさらに含み、
各配線の幅が、約１４μｍ〜約２５μｍであり、前記配線のピッチが約２４μｍ〜約５０μｍである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
接着材を使用して前記第１のフレックス回路を前記圧電素子アレイに物理的に付着させることであって、前記第１のフレックス回路は前記圧電素子アレイの上に重なる端部を備える、付着させることと、
前記第２のフレックス回路を前記第１のフレックス回路および前記圧電素子アレイに物理的に付着させることであって、前記第２のフレックス回路は前記第１のフレックス回路の前記端部にかかり、前記第１のフレックス回路の前記端部によって形成される垂直段差に適合する、付着させることと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のフレックス回路をドライバ基板に電気的に結合することと、
前記第２のフレックス回路を前記ドライバ基板に電気的に結合することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
インク・ジェット・プリント・ヘッドであって、
圧電素子アレイの第１の複数の圧電素子に電気的に結合される第１のフレキシブル回路（フレックス回路）の複数のパッドと、
前記圧電素子アレイの第２の複数の圧電素子に電気的に結合される第２のフレックス回路の複数のパッドと、を備え、
前記第１の複数の圧電素子が、前記第２の複数の圧電素子と異なり、前記第１の複数の圧電素子および前記第２の複数の圧電素子の各圧電素子が、前記第１の複数のパッドおよび前記第２の複数のパッドの１つを通じて個別にアドレス指定可能であるように構成される、インク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項８】
前記第１のフレックス回路の少なくとも一部は前記第２のフレックス回路と前記圧電素子アレイとの間に入る、請求項７に記載のインク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項９】
第１の複数の配線を備える前記第１のフレックス回路であって、前記第１の複数の配線からの各配線は前記第１のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、前記第１のフレックス回路と、
第２の複数の配線を備える前記第２のフレックス回路であって、前記第２の複数の配線からの各配線は前記第２のフレックス回路の前記複数のパッドからの１つのパッドに電気的に結合される、前記第１のフレックス回路と、をさらに備え、
各配線の幅が、約１４μｍ〜約２５μｍであり、前記配線のピッチが、約２４μｍ〜約５０μｍである、請求項７に記載のインク・ジェット・プリント・ヘッド。
【請求項１０】
前記第１のフレックス回路が、前記圧電素子アレイに物理的に付着され、
前記第１のフレックス回路が、前記圧電素子アレイの上に重なる端部を備え、
前記第２のフレックス回路が、前記第１のフレックス回路および前記圧電素子アレイに物理的に付着され、
前記第２のフレックス回路が、前記第１のフレックス回路の前記端部にかかり、前記第１のフレックス回路の前記端部によって形成される垂直段差に適合する、請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６７１６６（Ｐ２０１３−６７１６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９４７０９（Ｐ２０１２−１９４７０９）
【出願日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【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２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【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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