(57)【要約】【課題】複数の層を通過する流体ポートの位置合わせが改善された流体分散サブアセンブリを提供する。【解決手段】流体分散アセンブリは、少なくとも１つの入口を有する流体分散サブアセンブリと、少なくとも１つの出口を有する流体マニホールドと、前記流体分散サブアセンブリと前記マニホールドとの間にある少なくとも２つの層と、前記出口と前記入口の間の前記少なくとも２つの層に形成された流体流路と、を含む。前記流体流路は平滑な壁と実質的に均一な幅を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入口を有する流体分散サブアセンブリと、
少なくとも１つの出口を有する流体マニホールドと、
前記流体分散サブアセンブリと前記マニホールドとの間にある少なくとも２つの層と、
平滑な壁と実質的に均一な幅を有する、前記出口と前記入口の間の前記少なくとも２つの層に形成された流体流路と
を含む、流体分散アセンブリ。
【請求項２】
前記流体分散アセンブリがプリントヘッドを含む、請求項１記載の流体分散アセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも２つの層が、変換器層、隔離絶縁体、回路基板、ヒーター層、マニホールド接着剤、接着剤の少なくとも２つを含む、請求項１記載の流体分散アセンブリ。
【請求項４】
前記回路基板がフレキシブル回路基板またはリジッド回路基板のいずれかである、請求項３記載の流体分散アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
流体分散アセンブリは一般に、流体をアセンブリへと取り込むかまたはこれを局所的に貯蔵し、適切な出力ポートへと送る構造体と、流体を出力ポートから選択的に送出するアクチュエータと、アクチュエータの選択と作動を制御する制御回路を含む。インクを出力ポートへと送る構造体と、その上でアクチュエータが作動する構造体が、流体分散サブアセンブリに含まれることがあってもよい。
【背景技術】
【０００２】
このような流体分散アセンブリの一つは、液体インクまたは溶融される固体インク用のプリントヘッドからなる。一般に具体例があると本開示物の態様を理解しやすくなるが、これはプリントヘッドに対する限定を意図するものではなく、またはそれを含意するものでもない。プリントヘッドの例では、流体分散サブアセンブリは典型的に、ろう付けまたは接着された一連の金属プレートからなる。ここでの説明のために、ジェットスタックは少なくとも、その上でアクチュエータが作動する膜と、少なくとも１枚の「ボディ（本体）」プレートと、出口ポートを含むノズルプレートからなるとする。（「ボディ」という用語は、膜とノズルプレートとの間のあらゆるプレートに適用される。）
【０００３】
プリントヘッドが、ジェットスタックの近くにインクを貯蔵および分配するインクマニホールドを含む場合もある。高密度を実現するためには、このような内部マニホールドをなくすのが有益である。しかし流体分散アセンブリは、インクをインクリザーバから出力ポートへと移送する何らかの手段を依然として必要としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような移送は、プリントヘッドの例ではノズルプレートの各ノズル、またはより一般的にいうと各出力ポートの単一のポートで行われるのが理想である。このため、複数の層を通過し位置合わせした状態を維持しなければならない多数の「垂直」ポートが生じる。このような層には、その上でアクチュエータが作動するダイヤフラムまたはその他の構造体、アクチュエータの間にはあらゆる隔離絶縁体または絶縁体を経て制御回路の回路基板、ソリッドインクプリンタなどで必要とされる任意のヒーターが含まれてもよい。これらの入口の寸法は小さいので、位置合わせのずれなしに層を組み立てたり、或いは位置合わせのずれのある状態で均一な流体特徴を維持したりするのは非常に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑み、改良された複数の層を通過する流体ポートを有する流体分散サブアセンブリ、及びこのような流体ポートを形成する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一態様は、少なくとも１つの入口を有する流体分散サブアセンブリと、少なくとも１つの出口を有する流体マニホールドと、前記流体分散サブアセンブリと前記マニホールドとの間にある少なくとも２つの層と、平滑な壁と実質的に均一な幅を有する、前記出口と前記入口の間の前記少なくとも２つの層に形成された流体流路とを含む、流体分散アセンブリである。
【０００７】
上記態様において、前記流体分散アセンブリがプリントヘッドを含んでもよい。
【０００８】
上記態様において、前記少なくとも２つの層が、変換器層、隔離絶縁体、回路基板、ヒーター層、マニホールド接着剤、接着剤の少なくとも２つを含んでもよい。
【０００９】
上記態様において、前記回路基板がフレキシブル回路基板またはリジッド回路基板のいずれかであってもよい。
【００１０】
本発明の別の態様は、流体分散アセンブリを形成する少なくとも一つの入口ポートを有する流体分散サブアセンブリの少なくとも一部の背面に複数の層を取り付け、流体分散アセンブリの入口に対応する領域にレーザ光を位置合わせし、前記領域に、前記複数の層を貫通して入口ポートに連通する穴を少なくとも一つ形成することを含む、方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】各ジェット入口を有する流体分散アセンブリの一例を示す図である。
【図２】各ジェット入口を有する流体分散アセンブリのより詳細な一例を示す図である。
【図３】組み立て後に入口を形成可能な流体分散アセンブリの一実施形態を示す図である。
【図４】入口の形成を行っている流体分散アセンブリの一実施形態を示す図である。
【図５】入口の形成を行っている流体分散アセンブリの別の実施形態を示す図である。
【図６】完成した流体分散アセンブリの一実施形態を示す図である。
【図７】入口を形成するためのシステムの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
幾つかの流体分散アセンブリは、ローカルな流体供給源と流体分散サブアセンブリを含む。ローカルな流体供給源は、流体分散アセンブリ内の１つ以上のリザーバ室にあってよい。プリントヘッドは流体分散アセンブリの一例としての役目を果たし、以下により詳細に説明するように、ジェットスタックが流体分散サブアセンブリとして働く。
【００１３】
ここで使用されているプリンタという用語は、何らかの種類の変換器の作動に応答して流体の液滴が１つの開口を通るようにされるあらゆる種類のドロップオンデマンドエジェクタシステムに適用される。これには、サーマルインクジェットプリンタなどのプリンタ、有機電子回路の製造、バイオアッセイ、三次元構造構築システムなどの適用例で使用されるプリントヘッドが含まれる。「プリントヘッド」という用語はプリンタのみに適用することを意図してはおらず、このような限定を含意するものではない。ジェットスタックはプリンタのプリントヘッド内にあり、プリンタという用語は上記の例を含む。
【００１４】
図１は、流体分散アセンブリの一例を示す。この例では、説明を簡単にするために流体分散アセンブリはプリントヘッドである。プリントヘッド１０は回路基板１２を有し、そこを通ってインクがマニホールド１３から移動して流体分散サブアセンブリ１４に至る。この例では、流体分散サブアセンブリはプリントヘッドのジェットスタックからなる。
【００１５】
流体分散サブアセンブリを幾つかの構成要素を持つものとして見てもよい。最初にドライバ部は、流体をサブアセンブリから送出する圧電変換器２１などの変換器と、その上で変換器が作動するダイヤフラム２８と、圧力室を形成する単数または複数のボディープレート２９とからなってよい。次に入口部は、流体をマニホールドから圧力室へと向けるジェットスタックへの流路である、ポートホール２４からなる。そして出口部は、流体を圧力室から開口またはノズル２５へと向ける。最後に、開口はプリントヘッドの外へと流体を分散させる。
【００１６】
動作時には、特定のノズルから流体を分散させる信号を、回路トレース１６などを通じて受け取る。次いでこの信号は、コンタクトパッドおよび導電性接着剤１８を通じて変換器層２２の変換器２１に送信される。変換器が作動すると、この変換器はダイヤフラム２８を押す。そうすることで流体がノズル２５を通ってプリント基体またはプリント面に吐出される。
【００１７】
ジェットスタックと回路基板の間には幾つかの構造体層が存在する。層２２は変換器層であり、ジェットスタックの各ノズルと位置合わせされた圧電変換器などの個々の変換器２１からなる層でもよい。これと同様に、変換器間の領域もダイヤフラムにある穴と共に、回路基板１２を通るインク入口２４と位置合わせされていなければならない。この領域２６は、図２により詳細に示されている。
【００１８】
図２では、インク入口２４が回路基板１２を通過するものとして示されている。隔離絶縁体２０と変換器層２２のポリマーには、インク入口２４とダイヤフラム２８の開口２７に位置合わせされたインクポートホール３０、３２がなければならない。
【００１９】
このことによって幾つかの問題が生じる。例えば、より高品質のプリントにはジェットスタックにおける高密度のジェットが要求される。このようなジェットに必要なインクを供給するには、プリントヘッドの幾つかの層を横断しなければならない多数の入口が必要となる。全てのジェットにわたって流体の流れを確実に均一にするために、このような入口はそれぞれ精密に位置合わせされていなければならない。不均一な流れは液滴のサイズや速度に影響を及ぼす可能性があり、結果としてプリントヘッドにおける圧力と流体の変動をもたらし、低品質のプリントになってしまう。さらに、このように厳しい位置合わせの許容範囲によって製造コストが上昇する。
【００２０】
インク入口のための穴を形成する前にジェットスタックの後部（背後）に層を組み立てることで、このような問題を軽減することができる。層を組み立ててから、全ての層を通るように穴を形成する。これを実現するためには、層を「穴あけ可能」なものにするかまたは層に穴を形成できるようにする必要があるだろう。一つの可能性として、ポリマーから種々の層を形成する方法があり、ポリマー内のあらゆる必須の構成要素は穴をあける領域を避けて配置されなければならないが、許容範囲はより緩和されている。
【００２１】
図３は、まだインク入口の形成を行っていない、組み立てられたプリントヘッド３０の一部を示す。外側のマニホールドは示されていない。ジェットスタック３４は、変換器層４２を通じて残りの層とつながっている。ジェットスタックまたは流体分散サブアセンブリは、インクをジェットスタックに入れるための入口ポート４５を有する。後により詳細に説明するように、ポリマー層には穴形成時に幾つかの利点があり得る。変換器層４２は、変換器が隔離絶縁体４０の領域にある導電性接着剤３８と接触するように位置合わせが必要であるが、インク入口に必要とされる程の位置合わせの精度は必要ない。一般に変換器には、変換器層を平坦化するためにそれぞれの間に何らかの種類の間隙物質、例えばポリマー硬化エポキシまたはポリイミドがある。
【００２２】
同様に、場合によってはアクリル接着剤からなる隔離絶縁体４０には、変換器と整列するように予め切断された穴があるが、ここでも許容範囲は、高密度のインク入口のための非常に小さな穴と位置合わせしなければならない場合に比べてかなり緩和されている。隔離絶縁体も一般にポリマー層からなる。さらに、層を流体分散サブアセンブリに接着するため、また互いに接着するために接着剤層が使用される。このような接着剤は、穴の形成前に硬化してもよい。しかしながら、接着剤が完全に硬化しなくても層を接着できる。接着剤の完全な硬化は、インク入口が形成された後に行なわれてもよい。
【００２３】
フレキシブル回路基板３２の使用に利点があるかもしれないが、リジッド回路基板を使用してもよい。フレックス回路ともいうフレキシブル回路基板は一般に、ポリイミドなどのポリマー基板の表面上の回路トレース（配線）と受動的構成要素からなる。既述の通り、穴あけされ得る領域を避けるように回路トレースを配置または位置させてよい。
【００２４】
図３のプリントヘッド部分にはヒーター層４６も示されている。ソリッドインクまたは相変化インクプリンタの場合、インク流路は一般にインクを液体の状態で維持するために加熱される。例えば片面または両面に金属ヒータートレースのあるポリイミド基板からなるヒーター層がプリントヘッドのパーツとして存在してよい。ヒーター層は、あらゆる金属トレース（配線）が穴あけされる領域を避けて配置される。ここに説明した本発明の態様は相変化インクプリンタに限定されず、そのように解釈すべきでないことに注意されたい。したがってヒーター層は所望により設けてよいが、これは、このような構造体を含むことが可能で、依然としてここに説明した実施形態の利点を享受できることを表している。
【００２５】
同様に、幾つかの追加の層を本発明の態様で使用できることを表すためにここに示したが、マニホールド接着用接着剤４４も所望により設けてよい。これは、図１に示すようなインクマニホールドを上述のような組み立てられたプリントヘッド構造体に接着できるようにした接着剤である。接着剤層は、アクリル、エポキシ、フェノール、シリコーンまたはこれらの組み合わせを含む多数のクラスの接着剤からなってよい。ただし、一般にインク入口のための穴はマニホールドの接着前に形成される。
【００２６】
図３のプリントヘッド部分が組み立てられると、穴を形成できる。図４は、レーザによって穴を形成する方法の一実施形態を示す。レーザビーム５０でマニホールド接着用接着剤とジェットスタックとの間の層に穴を開けるかまたはこれを除去する。標準的なビジョンアラインメントシステムを使用して、ジェットスタックのインク構造体に対応するプリントヘッド領域とレーザとを位置合わせできる。そしてサイズと形状を厳密に制御しながら穴を切断することで、プリントヘッドの複数のジェットにわたる流体特徴の均一性を保証する。
【００２７】
図４の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ部分の「マニホールド側」から穴が開けられる。これは、プリントヘッドのマニホールドが位置する側である。一実施形態では、ノズルプレート４８を含めた流体分散サブアセンブリまたはジェットスタックは完全に元のままの状態（予備的加工なしの状態）で、インク入口が形成される。
【００２８】
図５は、プリントヘッドのノズルプレートまたは流体分散サブアセンブリ側からの穴形成プロセスの一実施形態を示しており、ここではノズルプレート自体は残りの流体分散サブアセンブリまたはジェットスタックに接着されていない。レーザまたは他の穴形成装置が、マニホールドに接続する、流体分散サブアセンブリのインク流路を通る穴を形成する。そしてノズルプレートを流体分散サブアセンブリの出口に対して位置合わせし、穴の形成後に接着する。
【００２９】
穴はレーザ切断、レーザアブレーション、または他のプロセスのいずれによって形成されたとしても、マニホールドなしの完成したプリントヘッド部分は図６に示すように形成される。図から分かるように、インク入口５２は平滑な壁を有し、ほぼ均一な円周または幅である。ポリマー層を通過する入口は、インク分散サブアセンブリのインク入口よりも狭くてもよい。図１の位置合わせ状態と比較すると、特徴部（穴）が横方向において完全に位置合わせされていることが分かる。上述のように、これによって不均一な流体の流れとこれによって生じる画像アーチファクトの問題や不均一な流れによって生じるシステム動作の問題の幾つかが軽減される。
【００３０】
穴の形成方法は幾つかある。穴形成のためのレーザ光源の具体的な選択は、処理される材料の組成や物理的特徴、幾つかの層それぞれの厚さ、ポリマー層全体の厚さ、要求される空間分解能、所望の表面品質、電力消費、設備コスト、メンテナンスコスト、処理速度などの経済的な考慮点に依存する。可能なレーザの範囲には、エキシマーレーザ、ＣＯ２レーザ、ダイオード励起固体レーザ、銅蒸気レーザ、ファイバレーザが含まれるが、これらに限定されない。幾つかの要因に応じて開口結像と走査レーザ切断の両方を使用することができる。
【００３１】
図７は、像様アブレーション法を使用したシステム６０を示す。レーザ光源６２がレーザエミッション（出力ビーム）６４を放出し、これが可変減衰器６６およびビーム整形部（ステージ）６８を通って処理される。レーザはマスク７０を通過し、このマスクは切断のパターン（図示せず）で光を透過させる。パターン形成されたレーザビームはミラー７２によって適切なレンズ７４を通るように方向付けられ、レンズはマスクを図３〜５に示すようなプリントヘッドアセンブリ３０上にレーザビームを結像させる。結像されたレーザパターンは、ビジョンアラインメントまたは他の位置合わせ手段を使用してインクポートホールの所望の位置と位置合わせされる。
【００３２】
レーザ光源６２、可変減衰器６６、マスク７０、切断部（ステージ）７８はそれぞれ適当なコントローラ８０に動作上接続している。レーザは、マスクを照射し、プリントヘッドアセンブリ上に切断される領域のレーザ光画像を形成するために使用される。レーザ光源からの適切な数のパルスによるアブレーションプロセスによって所望しない材料を除去することができる。結像方法の改変例では、レーザビーム照射器、マスク、原材料の組み合わせを走査してもよい。これらの方法はそれぞれ、本開示物に基づく当業者に明らかな変形例と共に本発明に包含される。
【００３３】
このシステムでは、インク入口のための多数のポートホールを、レーザによって照射される結像開口によって同時に形成することができる。さらなるインクポートをステップアンドリピート（反復焼き付け）プロセスによって形成することができ、その場合プリントヘッドをシーケンシャルに（順次）且つ精密に新しい位置へと移動させ、レーザをこれらの位置それぞれに対して照射する。
【００３４】
別の実施形態では、レーザ光源６２はダイオード励起固体レーザでもよく、レーザはガルバノスキャンされて各インクポートを順次切断する。スキャナの視野内にある全てのインクポートが順次切断される。インクポート一部分が視野よりも大きい場合には、全てのポートホールが形成されるまでその部分を移動させる。
【００３５】
上に開示したものや他の特徴、機能、またはこれらの代替の幾つかを望ましく組み合わせて多くの他の異なるシステムまたは適用例としてもよいことが理解されるであろう。また、現在のところ予期または予測されていない種々の代替、改変、変形、または改良が後に当業者によってなされ得、これらも以下の特許請求の範囲に包含されることが意図されていることも理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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