ФОРМОВАННАЯ ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА
FORMATED PRINTING HEAD

Уровень техники
[0001] Обычные печатающие головки для струйной печати требуют распределения текучей среды из микроскопических камер для выбрасывания чернил в макроскопические каналы подачи чернил.
Краткое описание чертежей
[0002] На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая струйный принтер с картриджем с чернилами, воплощающим один пример новой формованной печатающей головки.
[0003] На фиг. 2 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий один пример такого картриджа с чернилами, который можно было бы использовать в принтере, показанном на фиг. 1.
[0004] На фиг. 3 и 4 представлены виды спереди и сзади соответственно одного примера такой формованной печатающей головки, которую можно было бы использовать в картридже с чернилами, показанном на фиг. 2.
[0005] На фиг. 5 представлен подробный вид в плане согласно фиг. 3, иллюстрирующий один пример электрического соединения между матрицами печатающей головки и внешними контактами.
[0006] На фиг. 6 представлено сечение, проведенное вдоль линии 6-6, показанной на фиг. 5.
[0007] На фиг. 7 представлен подробный вид в плане, иллюстрирующий еще один пример электрического соединения между матрицами печатающей головки и внешними контактами.
[0008] На фиг. 8 представлено сечение, проведенное вдоль линии 8-8, показанной на фиг. 7.
[0009] На фиг. 9 представлен подробный вид в плане, иллюстрирующий еще один пример электрического соединения между матрицами печатающей головки и внешними контактами.
[0010] На фиг. 10 представлено сечение, проведенное вдоль линии 10-10, показанной на фиг. 9.
[0011] На фиг. 11 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий еще один пример такого картриджа с чернилами, который можно было бы использовать в принтере, показанном на фиг. 1.
[0012] На фиг. 12 представлен вид в перспективе спереди такого узла формованных печатающих головок, который можно было бы использовать в картридже с чернилами, показанном на фиг. 11.
[0013] На фиг. 13-15 представлены виды крупным планом согласно фиг. 12, иллюстрирующие один пример электрического соединения между матрицами печатающих головок и внешними контактами.
[0014] На фиг. 16 представлено сечение, проведенное вдоль линии 16-16, показанной на фиг. 13.
[0015] На фиг. 17 представлено сечение, проведенное вдоль линии 17-17, показанной на фиг. 12.
[0016] На фиг. 18 представлена блок-схема, иллюстрирующая струйный принтер с печатающей штангой для печати по ширине запечатываемого материала, воплощающей еще один пример новой формованной печатающей головки.
[0017] На фиг. 19 представлен вид в перспективе спереди, иллюстрирующий один пример такой формованной печатающей штанги с множественными печатающими головками, которую можно было бы использовать в принтере, показанном на фиг. 18.
[0018] На фиг. 20-22 представлены виды крупным планом согласно фиг. 19, иллюстрирующие один пример электрического соединения между матрицами печатающих головок и внешними контактами.
[0019] На фиг. 23 представлено сечение, проведенное вдоль линии 23-23, показанной на фиг. 20.
[0020] На фиг. 24 представлено сечение, проведенное вдоль линии 24-24, показанной на фиг. 19.
[0021] Одинаковые позиции деталей обозначают одинаковые или сходные детали на всех чертежах. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Относительный размер некоторых деталей преднамеренно преувеличен, чтобы яснее изобразить иллюстрируемый пример.
Подробное описание
[0022] Обычные печатающие головки для струйной печати требуют распределения текучей среды из микроскопических камер для выбрасывания чернил в макроскопические каналы подачи чернил. Hewlett-Packard Company разработала новые формованные печатающие головки для струйной печати, разрывающие связь между размером матрицы, который нужен камерам для выбрасывания, и промежутком, необходимым для распределения текучей среды, позволяя использовать такие миниатюрные матрицы-«полоски» печатающей головки, как описанные в международных заявках на патенты под номерами PCT/US 2013/046065 (подана 17 июня 2013 г. под названием “Printhead Die” («Матрица печатающей головки») и PCT/US 2013/028216 (подана 28 февраля 2013 г. под названием “Molded Print Bar” («Формованная печатающая штанга»), каждая из которых во всей ее полноте включена сюда посредством ссылки. Можно также использовать недорогое формование, которое является конструктивной основой матриц-полосок печатающих головок, для взаимного соединения проводов, поддержки проводных соединений и обеспечения использования автоматизированной сборки на ленточном носителе (АСЛН (TAB)) с целью соединения с внешними схемами.
[0023] Соответственно, в одном примере новой формованной печатающая головки, матрицы-полоски печатающей головки формуют, получая формованное изделие, имеющее выполненный в нем канал, по которому текучая среда может проходить непосредственно к задней части каждой матрицы-полоски. Передняя часть каждой матрицы-полоски открыта снаружи формованного изделия и копланарна с поверхностью формованного изделия, окружающего матрицу-полоску. Между передней частью каждой матрицы-полоски и внешними контактами выполнены электрические соединения посредством проводников, сформированных вдоль поверхности формованного изделия, проводников в печатной плате, вформованной в формованное изделие, и/или проводников в автоматизировано собранной на ленточном носителе (АСЛН) схеме, прикрепленной к формованному изделию. Этот и другие примеры формованной печатающей головки можно воплотить в сканирующего типа картриджах с текучей средой для печати и в печатающих штангах шириной в страницу. Вместе с тем, примеры новой формованной печатающей головки не ограничиваются картриджами с текучей средой для печати или печатающими штангами шириной в страницу, а могут быть воплощены в других структурах или узлах и для других приложений. Следовательно, примеры, показанные на чертежах и описываемые в описании, иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, которое охарактеризовано в формуле изобретения, следующей за этим описанием.
[0024] В том смысле, в каком они употребляются в этом документе, термины «печатающая головка» и «матрица печатающей головки» означают ту часть струйного принтера или другого распределительного устройства струйного типа, которая может распределять текучую среду из одного или более отверстия. Печатающая головка включает в себя одну или более матрицу печатающей головки. Термин «матрица-полоска» означает матрицу печатающей головки, имеющую отношение длины к ширине, составляющее 50 или более. Термины «печатающая головка» и «матрица печатающей головки» не ограничиваются печатью чернилами и другими текучими средами для печати, а распространяются также на струйного типа распределение других текучих сред и/или применения, не связанные с печатью.
[0025] На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая струйный принтер 10 с картриджем 12 с чернилами, воплощающим один пример формованной печатающей головки 14. На фиг. 2 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий один пример такого картриджа 12 с чернилами, который можно было бы использовать в принтере 10, показанном на фиг. 1. Обращаясь сначала к фиг. 1, отмечаем, что принтер 10 включает в себя картридж 12 с чернилами, который несет каретка 16, которая может совершать сканирование взад и вперед над запечатываемым материалом 18 для нанесения чернил на материал 18 в виде желаемого рисунка. В показанном примере, картридж 12 также включает в себя камеру 20 чернил, выполненную вместе с печатающей головкой 14 и предназначенную для приема чернил из внешнего источника 22. В других примерах, источник чернил может быть встроен в камеру 20 как часть автономного картриджа 12 с чернилами. Обычно картридж 12 с чернилами также именуют картриджем принтера или чернильным пером. Принтер 10 включает в себя механизм 24 транспортировки запечатываемого материала для перемещения рулонного или листового материала 18 мимо картриджа 12 с чернилами. Контроллер 26 принтера представляет собой совокупность электронных схем и компонентов, предназначенных для программирования и воплощающих процессор (процессоры) и связанное с ним запоминающее устройство (связанные с ними запоминающие устройства), необходимые для управления операционными элементами принтера 10.
[0026] Теперь, обращаясь также к фиг. 2, отмечаем, что картридж 12 с чернилами включает в себя печатающую головку 14 с четырьмя матрицами 28 печатающей головки, встроенными в формованное изделие 30, которое опирается на корпус 32 картриджа. Хотя для картриджа 28 с чернилами показана единственная печатающая головка 14 с четырьмя матрицами 28, возможны и другие конфигурации, например, предусматривающие больше печатающих головок 14, в каждой из которых больше или меньше матриц 28. Картридж 12 сообщается по текучей среде с источником 22 чернил посредством впускного канала 34 чернил и электрически соединен с контроллером 26 посредством электрических контактов 36. Контакты 36 выполнены в виде так называемой «гибкой схемы» 38, прикрепленной к корпусу 32. Миниатюрные провода (не показаны), встроенные в гибкую схему 38 и часто именуемые просто дорожками или дорожками для прохождения сигналов, соединяют контакты 36 с соответствующими контактами 40 на печатающей головке 14. Отверстия 42 для выбрасывания чернил в каждой матрице 28 печатающей головки открыты через проем 43 в гибкой схеме 38, проделанный вдоль дна корпуса 32 картриджа.
[0027] На фиг. 3 и 4 представлены виды спереди и сзади соответственно одного примера такой формованной печатающей головки 14, которую можно было бы использовать в картридже 12 с чернилами, показанном на фиг. 1 и 2. На фиг. 5 представлен подробный вид в плане согласно фиг. 3, а на фиг. 6 представлено сечение, проведенное вдоль линии 6-6, показанной на фиг. 5. Обращаясь к фиг. 3-6, отмечаем, что печатающая головка 14 включает в себя множественные матрицы 28 печатающей головки, встроенные в монолитное формованное изделие 30, и каналы 45, выполненные в формованном изделии 30 для переноса текучей среды непосредственно к задней части соответствующей матрицы 28 печатающей головки. В показанном примере, каждой матрице 28 печатающей головки придана конфигурация удлиненной матрицы-полоски, такой как описанная в международной заявке на патент под номером PCT/US 2013/046065, отмеченной выше. Матрицы-полоски 28 расположены параллельно друг другу по ширине печатающей головки 14. Хотя показаны четыре матрицы-полоски 28 в параллельной конфигурации, можно использовать матрицы 28 в большем или меньшем количестве и/или в другой конфигурации.
[0028] Матрица 28 печатающей головки для струйной печати в типичном случае представляет собой сложную структуру 44 интегральной схемы (ИС), сформированную на кремниевой подложке 46. Элементы, выбрасывающие чернила, и другие компоненты в каждой структуре 44 ИС печатающей головки соединены с дорожками для прохождения сигналов в гибкой схеме 38, а значит - и с контроллером 26 (фиг. 1 и 2), посредством контактных площадок или других подходящих электрических выводов 48 на каждой матрице 28 непосредственно или через подложку 46. Проводники 50 соединяют выводы 48 с контактами 40 для соединения с внешними схемами. В примере, показанном на фиг. 3-6, передние грани 52, 54 формованного изделия 30 и матрицы 28 образуют одну непрерывную плоскую поверхность или грань 56 печатающей головки, окружающую отверстия 42 для выбрасывания чернил, а проводники 50 и контакты 40 выполнены вдоль поверхности 52 формованного изделия. Проводники 50 или контакты 40, либо и проводники 50, и контакты 40 могут быть выполнены на или в поверхности 52 формованного изделия, например, посредством осаждения методом напыления, нанесения гальванического покрытия или посредством рамки с выводами. Проводники 50 могут быть покрыты эпоксидным или иным подходящим защитным материалом 66, когда необходимо или желательно защитить проводники от чернил и других потенциально вредных условий окружающей среды. Герметизирующий материал 66 не показан на фиг. 2 и 3 и представлен как прозрачный на фиг. 5, чтобы яснее продемонстрировать лежащие под ним структуры.
[0029] На фиг. 7 и 8 представлены подробные вид в плане и сечение, иллюстрирующие еще один пример электрического соединения между матрицами 28 печатающей головки и контактами 40, предназначенного для соединения со схемами, внешними по отношению к печатающей головке 14. Обращаясь к фиг. 7 и 8, отмечаем, что в этом примере внешние контакты 40 встроены в АСЛН схему 58, предназначенную для соединения с гибкой схемой 38 (фиг. 2), а проводники 50 между контактами 40 и выводами 48 матриц выполнены из двух частей: (1) проводников 60 в печатной плате (ПП) 62, встроенной в формованное изделие 30, и (2) соединительных проводов 64, соединяющих проводники 60 ПП с выводами 48 матриц. Обычно печатную плату (ПП) также именуют печатной платой в сборе (ППС). Соединительные провода 64 покрыты эпоксидным или иным подходящим защитным материалом 66. Можно добавить плоскую крышку 68, чтобы сформировать более плоское, более низкопрофильное защитное покрытие на соединительных проводах 64. Герметизирующий материал 66 и крышка 68 не показаны на фиг. 7, чтобы яснее продемонстрировать лежащие под ними структуры.
[0030] ПП 62 обеспечивает недорогую и адаптируемую платформу для маршрутизации проводников 50 в печатающей головке 14. Например, ПП 62 облегчает добавление интегральных схем прикладной ориентации (ИСПО) и приборов для поверхностного монтажа (ППМ) в печатающую головку 14. В качестве еще одного примера отметим, что в некоторых воплощениях может оказаться желательным исключение АСЛН схемы 58 и формирование контактов 40 на ПП 62. Сочетание АСЛН схемы 58 и ПП 62 может оказаться желательным, например, для размещения некоторых конфигураций выводов 48 матриц и внешних контактов 40 и/или для обеспечения большего пространства для соединения с гибкой схемой 38 (фиг. 2). Также отметим, что, хотя для соединения матриц печатающей головки с проводниками ПП можно использовать структуры иные, нежели соединительные провода 64, оснастку для монтажа соединительных проводов легко найти и легко приспособить для изготовления печатающих головок 14.
[0031] В некоторых воплощениях возможно использование для формованных печатающих головок 14 такой АСЛН схемы 58, которая включает в себя и контакты 40, и проводники 50, как показано на фиг. 9 и 10. В этом примере, рассматриваемом с обращением к фиг. 9 и 10, соединительные провода 64 подсоединены между выводами 48 матриц и проводниками в АСЛН схеме 58. И опять, герметизирующий материал 66 и крышка 68 не показаны на фиг. 9, чтобы яснее продемонстрировать лежащие под ними структуры.
[0032] На фиг. 11 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий еще один пример такого картриджа 12 с чернилами, который можно было бы использовать в принтере 10, показанном на фиг. 1. Обращаясь к фиг. 11, отмечаем, что картридж 12 с чернилами включает в себя узел 70 печатающих головок, содержащий четыре печатающие головки 14, каждая из которых включает в себя четыре матрицы 28 печатающей головки, встроенные в формованное изделие 30, которое поддерживается корпусом 32 картриджа. Хотя для этого примера картриджа 12 с чернилами показан узел 70 печатающих головок с четырьмя печатающими головками 14, возможны и другие конфигурации, например предусматривающие больше или меньше печатающих головок 14, в каждой из которых больше или меньше матриц 28. Картридж 12 сообщается по текучей среде с источником 22 чернил (фиг. 1) посредством впускного канала 34 чернил и электрически соединен с контроллером 26 (фиг. 1) посредством электрических контактов 36. Контакты 36 обычно выполнены в виде гибкой схемы 38, прикрепленной к корпусу 32. Дорожки в гибкой схеме 38 соединяют контакты 36 с соответствующими контактами 40 на узле 70 печатающих головок. Отверстия для выбрасывания чернил в каждой матрице 28 печатающей головки открыты через проем 43 в гибкой схеме 38, проделанный вдоль дна корпуса 32 картриджа.
[0033] На фиг. 12 представлен вид в перспективе спереди такого узла 70 формованных печатающих головок, который можно было бы использовать в картридже с чернилами, показанном на фиг. 11. На фиг. 13-15 представлены виды крупным планом согласно фиг. 12, иллюстрирующие один пример электрического соединения между матрицами 28 печатающих головок и внешними контактами 40 в узле 70 печатающих головок. На фиг. 13 не показаны защитные покрытия на проводных соединениях, чтобы продемонстрировать нижележащие соединения. На фиг. 14 показан герметизирующий материал, покрывающий проводные соединения. На фиг. 15 показана защитная крышка, накрывающая герметизирующий материал. На фиг. 16 и 17 представлены сечения, проведенные вдоль линий 16-16 и 17-17, показанных на фиг. 13 и 12 соответственно.
[0034] Обращаясь к фиг. 12-17, отмечаем, что узел 70 печатающих головок включает в себя множественные печатающие головки 14, встроенные в монолитное формованное изделие 30 и расположенные в ряд по длине печатающей штанги в шахматной конфигурации, в которой каждая печатающая головка перекрывает соседнюю печатающую головку. Хотя показаны четыре печатающие головки 14 в шахматной конфигурации, можно использовать печатающие головки 14 в большем или меньшем количестве и/или в другой конфигурации. Также, хотя и ожидается, что обычно будет использоваться монолитное формованное изделие 30, формованное изделие 30 можно выполнить и из множественных частей. Каждая печатающая головка 14 включает в себя матрицы 28 печатающей головки, встроенные в формованное изделие 30, и каналы 45, выполненные в формованном изделии 30 для переноса текучей среды, расходуемой при печати, непосредственно к задней части соответствующих матриц 28 печатающих головок. Хотя в каждой печатающей головке 14 показаны четыре матрицы 28, расположенные параллельно друг другу по ширине формованного изделия 30, возможны матрицы 28 печатающей головки в большем или меньшем количестве и/или в других конфигурациях.
[0035] Как отмечалось выше, разработка новых формованных струйных печатающих головок позволила использовать такие миниатюрные матрицы-«полоски» печатающей головки, как описанные в международной заявке на патент под номером PCT/US 2013/046065. Описанные в этом первоисточнике структуры и электрические межсоединения являются, в частности, весьма подходящими для воплощения таких миниатюрных матриц-полосок 28 в печатающей головке 14. Как показано на фиг. 17, электрические проводники 60, которые соединяют каждую матрицу 28 печатающей головки с внешними схемами, проходят через печатную плату (ПП) 62, окружающую группу матриц 28 в каждой печатающей головке 14. В показанном примере, как лучше всего видно на фиг. 13 и 16, матрицы 28 в каждой печатающей головке 14 располагаются в проеме 72 в ПП 62 и выполнены так, что передняя грань формованного изделия 30, ПП 62 и матрицы 28 образуют одну непрерывную плоскую поверхность вдоль отверстий 42 для выбрасывания чернил.
[0036] Проводники 60 ПП переносят электрические сигналы в выбрасывающие и/или иные элементы каждой матрицы 28 печатающей головки. Как показано на фиг. 13 и 17, проводники 60 ПП соединены со схемами в каждой матрице 28 печатающей головки посредством соединительных проводов 64. Каждый соединительный провод 64 подсоединен между контактной площадкой или другим подходящим выводом 48 в передней части матрицы 28 и выводом 74 на ПП 62. Соединительные провода 64 покрыты эпоксидным или иным подходящим защитным материалом 66 (фиг. 14 и 17). Можно добавить плоскую крышку 68, чтобы сформировать более плоское, более низкопрофильное защитное покрытие на соединительных проводах 64. Хотя возможны и другие маршрутизирующие конфигурации, печатная плата обеспечивает недорогую и адаптируемую платформу для маршрутизации проводников в формованных печатающих головках. Аналогичным образом, как отмечено выше, хотя можно использовать и другие конфигурации для соединения матриц печатающих головок с проводниками ПП, оснастку для монтажа соединительных проводов легко найти и легко приспособить для изготовления узла 70 печатающих головок и самих печатающих головок 14.
[0037] На фиг. 18 представлена блок-схема, иллюстрирующая струйный принтер 76 с печатающей штангой 78 для печати по ширине запечатываемого материала, воплощающей еще один пример новой формованной печатающей головки 14. Обращаясь к фиг. 18, отмечаем, что принтер 76 включает в себя печатающую штангу 78 для печати по ширине запечатываемого материала 18, регуляторы 80 расхода, связанные с печатающей штангой 78, механизм 24 транспортировки запечатываемого материала, источники 22 чернил или другой текучей среды для печати и контроллер 26 принтера. Контроллер 26 представляет собой совокупность электронных схем и компонентов, предназначенных для программирования и воплощающих процессор (процессоры) и связанное с ним запоминающее устройство (связанные с ними запоминающее устройства), необходимые для управления операционными элементами принтера 76. Печатающая штанга, показанная на фиг. 18, включает в себя одну или более печатающих головок 14, встроенных в формованное изделие 30, простирающихся над запечатываемым материалом 18. Как описывается ниже со ссылками на фиг. 19-24, электрические соединения между печатающей головкой (печатающими головками) 14 и контактами с вешними схемами проложены по печатной плате 62, встроенной в формованное изделие 30.
[0038] На фиг. 19 представлен вид в перспективе спереди, иллюстрирующий такую формованную печатающую штангу 78 с множественными печатающими головками 14, которую можно было бы использовать в принтере 76, показанном на фиг. 18. На фиг. 20-22 представлены виды крупным планом согласно фиг. 19, иллюстрирующие один пример электрического соединения между матрицами 28 печатающих головок и внешними контактами 40. На фиг. 20 не показаны защитные покрытия на проводных соединениях, чтобы показать нижележащие соединения. На фиг. 21 показан герметизирующий материал, покрывающий проводные соединения. На фиг. 22 показана защитная крышка, накрывающая герметизирующий материал. На фиг. 23 представлены сечения, проведенные вдоль линий 23-23 и 24-24, показанных на фиг. 20 и 19 соответственно.
[0039] Обращаясь к фиг. 19-24, отмечаем, что печатающая штанга 78 включает в себя множественные печатающие головки 14, встроенные в формованное изделие 30 и расположенные в ряд по длине печатающей штанги в шахматной конфигурации, в которой каждая печатающая головка перекрывает соседнюю печатающую головку. Хотя показаны десять печатающих головок 14 в шахматной конфигурации, можно использовать печатающие головки 14 в большем или меньшем количестве и/или в другой конфигурации. Примеры не ограничиваются печатающей штангой для печати по ширине запечатываемого материала. Примеры также можно воплотить в струйном картридже или узле печатающих головок сканирующего типа, где формованных печатающих головок меньше или даже присутствует всего одна формованная печатающая головка, аналогичная той, которая показана на фиг. 3. Каждая печатающая головка 14 включает в себя матрицы 28 печатающей головки, встроенные в формованное изделие 30, и каналы 45, выполненные в формованном изделии 30 для переноса текучей среды, расходуемой при печати, непосредственно к задней части соответствующих матриц 28 печатающих головок. Хотя в каждой печатающей головке 14 показаны четыре матрицы 28, расположенные параллельно друг другу по ширине формованного изделия 30, для чернил четырех разных цветов возможны, например, матрицы 28 печатающих головок в большем или меньшем количестве и/или в других конфигурациях. Как отмечалось выше, описанные здесь структуры и электрические межсоединения являются, в частности, весьма подходящими для воплощения таких миниатюрных матриц-полосок 28 в печатающей головке 14.
[0040] Как показано на фиг. 24, электрические проводники 60, которые соединяют каждую матрицу 28 печатающей головки с внешними схемами, проходят через печатную плату (ПП) 62, окружающую группу матриц 28 в каждой печатающей головке 14. В показанном примере, как лучше всего видно на фиг. 20 и 23, матрицы 28 в каждой печатающей головке 14 располагаются в проеме 72 в ПП 62 и выполнены так, что передняя грань формованного изделия 30, ПП 62 и матрицы 28 образуют одну непрерывную плоскую поверхность вдоль отверстий 42 для выбрасывания чернил. Проводники 60 ПП переносят электрические сигналы в выбрасывающие и/или иные элементы каждой матрицы 28 печатающей головки. Как показано на фиг. 20 и 24, проводники 60 ПП соединены со схемами в каждой матрице 28 печатающей головки посредством соединительных проводов 64. Каждый соединительный провод 64 подсоединен между контактной площадкой или другим подходящим выводом 48 в передней части матрицы 28 и выводом 80 на ПП 62. Соединительные провода 64 могут быть открыты в выемке 82 в ПП, как показано, способствуя получению более плоской, более низкопрофильной грани для облегчения обслуживания матриц 28. Соединительные провода 64 покрыты эпоксидным или иным подходящим защитным материалом 66. Можно добавить плоскую крышку 68, чтобы сформировать более плоское, более низкопрофильное защитное покрытие на соединительных проводах 64.
[0041] Признаки единственного числа, употребляемые в формуле изобретения, означают «один или более».
[0042] Как отмечалось в начале этого описания, примеры, показанные на чертежах и описанные выше, иллюстрируют, а не ограничивают изобретение. Возможны и другие примеры. Поэтому вышеизложенное описание не следует считать ограничивающим объем притязаний изобретения, который определен в нижеследующей формуле изобретения.