DE69511026T2

DE69511026T2 - Wärmeverfahren zur Befestigung eines TAB-Kreises aus verwandten Materialien an Tintenstrahlschreibern

Info

Publication number: DE69511026T2
Application number: DE69511026T
Authority: DE
Inventors: Winthrop D. Childers; Jaren D. Marler; David W. Swanson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-05-27
Also published as: EP0705701B1; US5637166A; JPH08300687A; JP3625924B2; EP0705701A3; DE69511026D1; EP0705701A2

Description

Diese Anmeldung ist verwandt mit der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 564 103, der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 630 753, der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 566 249, der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 646 463, der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 564 087, der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 593 175 und der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 646 466.
Die TIJ-Technologie (TIJ = Thermal Ink-Jet; thermischer Tintenstrahl) ist in Computerdruckern weit verbreitet. Ganz allgemein umfaßt ein TIJ einen Druckkopf, der üblicherweise einige winzige, steuerbare Tintenstrahlen bildet, die wahlweise aktiviert werden, um einen Tintenstrahl oder -spritzer aus einem Tintenreservoir auf das Druckmedium (wie Papier) abzugeben, um ein Bild oder einen Teil eines Bildes zu erzeugen. TIJ-Drucker sind z. B. beschrieben in dem Hewlett-Packard Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985 und Band 39, Nr. 4, August 1998.
Thermische Tintenstrahl-Druckkartuschen arbeiten, indem sie ein kleines Tintenvolumen schnell erhitzen, um die Tinte zu verdampfen und durch eine von mehreren Düsen auszustoßen, um einen Tintenpunkt auf das Druckmedium zu drucken. Die Düsen sind üblicherweise in einer oder mehreren geraden Reihen in einem Düsenbauteil angeordnet. Durch das Ausstoßen von Tinte aus jeder Düse in der richtigen Reihenfolge werden Zeichen oder andere Bilder auf das Papier gedruckt, während der Druckkopf relativ zu dem Papier bewegt wird.
Bei einem bekannten Design umfaßt der Tintenstrahl-Drucker im allgemeinen Tintenkanäle, um Tinte von einem Tintenreservoir zu jeder der Verdampfungskammern in der Nähe einer Düse zu bringen, eine Metall-Düsenplatte oder ein Düsenbauteil, in dem die Düsen in der erforderlichen Anordnung ausgebildet sind, und ein Silizium-Substrat, das eine Reihe Dünn- Film-Widerstände enthält, wobei ein Widerstand pro Verdampfungskammer vorgesehen ist.
Zum Drucken eines einzelnen Tintenpunkts wird ein elektrischer Strom von einer externen Energiequelle durch einen ausgewählen Dünnfilm-Widerstand geschickt. Dadurch erhitzt sich der Widerstand, wodurch wiederum eine dünne Schicht der angrenzenden Tinte in der Verdampfungskammer überhitzt wird, was eine explosionsartige Verdampfung verursacht und in Folge ein Tintentröpfchen durch eine zugehörige Düse auf das Papier ausstößt.
Ein Beispiel einer Tintenstrahl-Kartusche ist in dem US-Patent Nr. 4,500,895 mit dem Titel "Disposable Inkjet Head" beschrieben, die derselben Inhaberin gehört.
Ein anderer Tintenstrahl-Druckkopf ist in dem US-Patent Nr. 4,683,481 mit dem Titel "Thermal Ink Jet Common-slotted Ink Feed Printhead" beschrieben, bei dem Tinte aus einem Tintenreservoir zu verschiedenen Verdampfungskammern durch ein längliches Loch gespeist wird, das in dem Substrat ausgebildet ist. Die Tinte fließt dann zu einem Verteilerbereich, der in einer Grenzschicht zwischen dem Substrat und einem Düsenbauteil ausgebildet ist, dann in mehrere Tintenkanäle und schließlich in die verschiedenen Verdampfungskammern. Diese Bauweise ist als Bauweise mit zentraler Zuführung (center feed design) bekannt, wobei Tinte von einer zentralen Position zu den Verdampfungskammern gespeist und dann nach außen in die Verdampfungskammern verteilt wird.
Das US-Patent Nr. 5,278,584 mit dem Titel "Ink Delivery System for an Inkjet Printhead" derselben Inhaberin beschreibt ein Druckkopf-Design mit Randzuführung. Eine Sperrschicht, die Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält, liegt zwischen einem rechteckigen Substrat und einem Düsenbauteil, das eine Düsenanordnung enthält. Das Substrat weist zwei gradlinige Anordnungen aus Heizelementen auf, und jeder Düse in dem Düsenbauteil ist eine Düsenkammer und ein Heizelement zugeordnet. Die Tintenkanäle in der Sperrschicht weisen Tinteneingänge auf, die im allgemeinen entlang zwei gegenüberliegenden Rändern des Substrats verlaufen, so daß Tinte, die entlang der Ränder des Substrats fließt, Zugang zu den Tintenkanälen und zu den Verdampfungskammern erhält.
Bei TIJ-Schreibern muß das Tintenreservoir mit dem Druckkopf verbunden werden. Die Größe der Verbindung beeinflußt die Bauweise des Druckers, in dem die Schreiber verwendet werden. Eine ideale Kopplung zwischen Reservoir und Druckkopf wäre aus Sicht des Drucker-Designs nicht länger als die Länge des TIJ-Kopfes und wäre hoch oder groß genug, damit die Antriebs- und Klemmwalzen so nah wie möglich an den Druckkopf herankommen. Jede Zunahme der Größe dieser Kopplung verschlechtert die Fähigkeit der Papierhandhabung, was die Druckqualität beeinflussen kann, und macht den Drucker größer.
Eine beabsichtigte Anwendung dieser Erfindung liegt auf dem Gebiet der Tintenstrahlschreiber mit federbelastetem Beutel, obwohl die Erfindung nicht auf Schreiber mit federbelastetem Beutel beschränkt ist. Bei einer beispielhaften Schreiberbauart mit federbelastetem Beutel ist der Schreiberrahmen, der aus einem ersten geformten Material besteht, mit einem zweiten geformten Material, wie Polyethylen, an der Innenseite ausgekleidet, um eine Oberfläche zu erzeugen, die sich dazu eignet, die Folien des federbelasteten Beutels zu verstemmen oder verkörnen. Das erste geformte Material, aus dem der Rahmen hergestellt ist, könnte z. B. ein technischer Kunststoff sein und sieht die notwendige Struktur für den Schreiber vor, was mit dem zweiten Formmaterial nicht möglich wäre. Die Erfindung bezieht sich auf die Fluid- Verbindung des ersten und des zweiten geformten Materials im Hinblick darauf, daß eine leckfreie Verbindung mit effektiver Raumausnutzung vorgesehen wird.
Herkömmliche Verfahren zum Verbinden von Materialien umfassen die Verwendung von Klebstoff, Dichtungen, wie Dichtscheiben oder O-Ringe, oder mechanische Pressitze. In diesen Fällen werden zwei oder mehr getrennte Teile hergestellt und zusammengebaut, um eine einzige Einheit zu bilden. Jedes Teil muß unter Berücksichtigung der Notwendigkeiten bei der Herstellung, die strukturelle Integrität und die Toleranz des vorgesehenen zugehörigen Gegenstücks entworfen und bemessen werden. Solche Verbindungen benötigen Platz, und ihre Zuverlässigkeit kann durch die Toleranzen der Teile, Oberflächenbearbeitungen und den Montageprozeß beeinflußt werden.
Die US = Patentanmeldung Nr. 07/853,372 derselben Anmelderin beschreibt eine lecksichere Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten geformten Material, wobei das zweite geformte Material eine Schrumpfrate aufweist, wenn das Material aus einem geschmolzenen Zustand abkühlt, so daß das zweite geformte Material, das um ein Steigrohr aus dem ersten geformten Material herum geformt ist, schrumpft und dadurch eine dichte Verbindung zwischen den beiden geformten Materialien erzeugt.
Es wird ein Verfahren zum Anbringen einer flexiblen Verbindungsschaltungsanordnung an einer Tintenstrahl-Schreiberkartusche beschrieben. Die Kartusche umfaßt eine Rahmenstruktur mit einem Kunststoffrahmenelement, das aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildet ist, welches einen Kopfbereich (headland region) definiert, wobei der Kopfbereich einen Backenbereich umfaßt, der sich entlang der Außenkanten des Kopfbereichs erstreckt. Das Verfahren umfaßt eine Folge aus den folgenden Schritten:
Ausbilden einer Schicht aus einem zweiten Kunststoffmaterial, die an dem Kunststoffrahmenelement haftet und den Kopfbereich bedeckt; und
Verstemmen einer Oberfläche der Verbindungsstruktur mit dem zweiten Kunststoffmaterial bei dem Backenbereich unter Einsatz von Wärme (heat staking).
Die flexible Verbindungsschaltungsanordnung kann eine Deckschicht aufweisen, welche die Oberfläche der Verbindungsschaltung definiert. In diesem Fall wird das zweite Kunststoffmaterial mit der Deckschicht unter Einsatz von Wärme verstemmt. Gemäß eines Aspekts der Erfindung umfaßt die Deckschicht ein drittes Kunststoffmaterial, und während des Wärme- Verstemmens werden das zweite und das dritte Kunststoffmaterial an einer Grenzfläche zwischen diesen geschmolzen. Moleküle des zweiten und des dritten Kunststoffmaterials mischen sich an dieser Grenzfläche.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung liegen die Schmelztemperaturen des zweiten und des dritten Kunststoffmaterials deutlich unter der Schmelztemperatur des ersten Kunststoffmaterials. Während des Wärme-Verstemmens (heat staking) werden die Temperaturen des zweiten und des dritten Materials bei der Grenzfläche über ihre jeweiligen Schmelztemperaturen angehoben, und die Temperatur des ersten Kunststoffmaterials bleibt unter dessen Schmelztemperatur.
In dem ersten Kunststoffmaterial kann bei dem Backenbereich eine Rille ausgebildet werden, wobei der Schritt der Ausbildung der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial das Füllen der Rille mit dem zweiten Kunststoffmaterial umfaßt, um die Verriegelung der Schicht in ihrer Position auf dem Kopfbereich zu unterstützen.
Das Verfahren ist auf den Fall anwendbar, daß die Verbindungsschaltung einen Tintenstrahl- Druckkopf mit zentraler Zuführung verwendet, und auch auf den Fall, daß die Verbindungsschaltung einen Tintenstrahl-Druckkopf mit Randzuführung verwendet.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfaßt das Rahmenbauteil einen ersten Seitenbereich benachbart und im wesentlichen quer zu dem Backenbereich, und das Verfahren um faßt die Ausbildung einer Schicht aus einem zweiten Kunststoffmaterial, die wenigstens einen Teil des Kopfbereichs des Kunststoffrahmenelements und des ersten Seitenbereichs der Schnauze überdeckt, wobei eine Oberfläche der Verbindungsstruktur im Backenbereich und im ersten Seitenbereich mit dem Kunststoffmaterial unter Anwendung von Wärme verstemmt wird. Dieser Aspekt umfaßt das Wärme-Verstemmen eines Teils der Oberfläche der Verbindungsstruktur mit der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial bei dem Backenbereich, das Umlegen eines Teils der flexiblen Verbindungsstruktur um den Seitenbereich und das Wärme-Verstemmen eines Teils der Oberfläche der Verbindungsstruktur mit der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial bei dem Seitenbereich.
In dem Fall, daß ein zweiter Seitenbereich benachbart und quer zum Kopfbereich auf einer Seite der Schnauze definiert wird, die dem ersten Seitenbereich gegenüberliegt, umfaßt das Ausbilden der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial das Ausbilden einer Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial, die an dem ersten Kunststoffmaterial haftet und den zweiten Seitenbereich überdeckt, und das Wärme-Verstemmen der Verbindungsschaltung umfaßt das Wärme-Verstemmen der Oberfläche der Verbindungsschaltung mit dem zweiten Seitenbereich.
Diese sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung einen Tintenstrahlkartusche, in der Aspekte der Erfindung verwirklicht sind;
Fig. 2A eine isometrische Darstellung der Kartusche der Fig. 1, wobei die Seitenabdeckungen entfernt worden sind;
Fig. 2B eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2B-2B in Fig. 2A;
Fig. 2C eine vereinfachte Schnittdarstellung der Kartusche der Fig. 1, wobei die Elemente der Rahmenstruktur gezeigt sind;
Fig. 3A eine Schnittdarstellung (Unterseite), die eine konventionelle Druckkopf- Konfiguration mit Randzuführung zeigt;
Fig. 3B eine isomtrische Darstellung dieser Druckkopf-Konfiguration mit Randzuführung;
Fig. 4A eine isometrische Dartellung eines Teils des Schnauzenbereichs der Kartusche der Fig. 1, wobei der Kopfbereich und die TAB-Kopfanordnung (THA), die über dem Kopfbereich hängt, gezeigt sind;
Fig. 4B eine Schnittdarstellung der THA entlang der Linie 4B-4B in Fig. 4A;
Fig. 5A eine geschnittene Teilansicht einer Tintenstrahl-Druckkopfkonfiguration mit Randzuführung gemäß der Erfindung, wobei die THA über dem Kopfbereich hängend dargestellt ist, bevor die THA an dem Kopfbereich angebracht wird;
Fig. 5B eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5A, jedoch nach der Befestigung der THA an dem Kopfbereich;
Fig. 6A und 6B isometrische Darstellungen der Befestigung der Abgriffseite der THA an der Kartusche;
Fig. 6C und 6D isometrische Darstellungen der Befestigung der Klappenseite der THA an der Kartusche;
Fig. 7 eine vereinfachte Draufsicht der Druckkopf-Konfiguration mit Randzuführung;
Fig. 8 eine geschnittene Teilansicht eines Verkapselungsmerkmals der Erfindung bei einer Druckkopf-Konfiguration mit Randzuführung vor dem Aufbringen von Wärme und Druck;
Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8, jedoch nach dem Aufbringen von Wärme und Druck auf die THA über das Verstemmhorn (staker horn);
Fig. 10 eine Schnittdarstellung einer bekannten Tintenstrahldruckkopfanordnung mit zentraler Zuführung;
Fig. 11A eine isometrische Darstellung des Kopfbereichs der Kartusche der Fig. 1, die sich insbesondere zum Aufnehmen eines Druckkopfes mit zentraler Zuführung gemäß der Erfindung eignet;
Fig. 11B eine vereinfachte isometrische Darstellung der THA, welche den Druckkopf mit zentraler Zuführung verwendet;
Fig. 12 eine Teilschnittdarstellung des Kopfbereichs der Fig. 11A, wobei die THA über dem Kopfbereich hängt, bevor Wärme und Druck zum Befestigen der THA aufgebracht werden;
Fig. 13 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 12, jedoch nach dem Aufbringen von Wärme und Druck auf die THA mit Hilfe des Verstemmhorns;
Fig. 14 eine geschnittene Teilansicht einer Tintenstrahldruckkopf-Konfiguration mit zentraler Zuführung gemäß eines Aspekts der Erfindung;
Fig. 15 eine geschnittene Teilansicht, die ähnlich wie Fig. 14 ist, jedoch nach dem Aufbringen von Wärme und Druck mit Hilfe des Verstemmhorns.
Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen muß man beachten, daß die vorliegenden Zeichnungen vereinfacht wurde, um die wesentlichen Aspekte der Erfindung deutlicher darzustellen. Z. B. sind nur einige von vielen Leiterbahnen gezeigt.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Tintenstrahldruckkartusche, die ein Tintenreservoir 12 und eine Druckkopfanordnung 14 umfaßt. Die Druckkopfanordnung 14 wird üblicherweise mit einem automatisierten Band-Bondverfahren (TAB; Tape Automated Bonding) hergestellt und kann daher als eine TAB-Kopfanordnung (THA; TAB head assembly) bezeichnet werden. Die THA 14 umfaßt ein Düsenbauteil 16 mit mehreren Düsen 17 und einem flexiblen Polymerband 18.
Fig. 2A zeigt die Kartusche 10, von der eine Seitenabdeckplatte 24 entfernt wurde, so daß man eine Seite des Reservoirs 12 und den Schnauzenbereich 40 der Kartusche sieht. Die Kartusche umfaßt eine Rahmenstruktur 32, die aus zwei chemisch unterschiedlichen Kunststoffmaterialien hergestellt ist, wobei das erste ein technischer Kunststoff ist, z. B. ein Glas gefülltes, modifiziertes Polyphenylenoxid (wie das unter der Marke "NORYL" verkaufte Material), und das zweite ist ein elastomeres Polyolefin-Material. Ein bevorzugtes Material für das zweite Kunststoffmaterial ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/058,730 vom 3. Mai 1993 mit dem Titel "Two Material Frame Having Dissimilar Properties for Thermal Ink-Jet Cartridge" beschrieben. Das erste Material wird so geformt, daß es eine starre äußere Rahmenstruktur 34 bildet. Dieses Material hat vorzugsweise einen hohen Elastizitätsmodul-(üblicherweise 1,378 · 109 Pa bis 5,512 · 109 Pa (200.000 bis 800.000 psi) oder größer) und stabile Abmessungen, um eine gute Ausrichtung sicherzustellen, wenn die Druckkartusche in dem Drucker installiert wird. (Die Markierungen an der Kartusche, die aus dem ersten Kunststoffmaterial hergestellt sind, müssen mit denen an dem Wagen in dem Drucker in Übereinstimmung gebracht werden.) Es kann eine hohe Schmelztemperatur haben, so daß verschiedene Aushärtprozesse der Schreiberanordnung stattfinden können, ohne die Genauigkeit der Abmessungen negativ zu beeinflussen. Andernfalls könnte eine Verschiebung der Abmessungen während des Aushärtens der Klebstoffe und des Verstemmens oder Verkerbens dazu führen, daß der Kopfbereich nicht mehr zu den Markierungen ausgerichtet ist. Übliche Materialien für das erste Kunststoffmaterial sind Polyphenylenoxid mit 20 Gewichtsprozent Glasfaser oder Polysulfon mit 20 Gewichtsprozent Kohlenstoffaser.
Das zweite Material wird so geformt, daß es eine innere Struktur 36 bildet, an der die Reservoir-Membranen 12A und 12B durch Wärme-Verstemmen befestigt werden (Fig. 2B). Dieses Material 36 hat vorzugsweise einen niedrigen Elastizitätsmodul (üblicherweise weniger als 100.000 psi) und einen niedrigen Schmelzpunkt, um den Stemm- oder Kerbprozeß zu erleichtern. Zusätzlich wird dieses zweite Kunststoffmaterial vorzugsweise so gewählt, daß es an dem ersten Kunststoffmaterial gut haftet. Das zweite Kunststoffmaterial muß oder kann bezüglich seiner Dimension nicht ebenso stabil sein wie das erste Kunststoffmaterial. Übliche Materialien, die sich zur Verwendung als das zweite Kunststoffmaterial eignen, umfassen Polyolefine mit niedrigem Elastizitätsmodul oder Hytrel von DuPont.
Fig. 2C ist eine vereinfachte Schnittdarstellung, die nur das starre Kunststoffrahmenelement 34 und das innere Strukturelement 36 zeigt. Die Kartusche 10 umfaßt eine Schnauze 40 mit einem Kopfbereich 42, an dem der Druckkopf 14 angebracht ist. Das technische Kunststoffmaterial wird so geformt, daß es ein starres Steigrohr 44 definiert, welches eine Steigrohröffnung 45 umgibt, die einen Teil des Tintenwegs vom Tintenreservoir zum Druckkopf bildet.
Die hier beschriebene Erfindung eignet sich für Druckkopf-Konfigurationen mit zentraler Zuführung oder mit seitlicher Zuführung (Randzuführung). Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Druckkopf-Konfiguration mit Randzuführung, wie sie mit weiteren Einzelheiten in der US-A- 5,278,584 beschrieben ist. Die TAB-Druckkopfanordnung 14 umfaßt ein flexibles Polymerband 18, z. B. ein im Handel erhältliches Kapton®-Band von der 3M Corporation. In dieser Konfiguration werden die Düsen 17 in dem Band 18 z. B. durch Laserablation gebildet. Die Rückseite des Bandes 18 umfaßt die leitenden Bahnen 19, die ihrerseits in großen Kontaktfeldern 20 enden, welche auf der Vorderseite des Bandes freiliegen. An der Rückseite des Bandes 18 ist ein Siliziumsubstrat 170 angebracht, das mehrere einzeln aktivierbare Dünnfilmwiderstände 172 aufweist. Jeder Widerstand liegt im allgemeinen hinter einer einzelnen Düse 17 und dient als ein ohmsches Heizelement, wenn er durch einen oder mehrere Impulse, die sequentiell oder simultan an eines oder mehrere der Felder 20 angelegt werden, selektiv aktiviert wird. Die Bahnen 19 sind zu den schmalen Seiten des Druckkopfsubstrates 170 geführt, wie in Fig. 3 gezeigt, während die Tinte zu den Abfeuerkammern entlang der Längskanten des Substrats gespeist wird, wie in Fig. 3B gezeigt. Eine Sperrschicht 174 ist zwischen dem Substrat 170 und dem Band 18 ausgebildet und grenzt Tintenkanäle 176 ein, die Tinte von dem Tintenreservoir 12 empfangen und zu den Abfeuerkammern leiten. Bei dieser Konfiguration mit Randzuführung ist das Band 18 an starren Balken 180 angebracht, welche durch das technische Kunststoffmaterial, das die Rahmenstruktur 34 bildet, definiert sind.
Fig. 10 zeigt eine bekannte Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung im Querschnitt. Bei dieser Struktur umfaßt die TAB-Druckkopfanordnung 14 ein flexibles Polymerband 18 aus Kapton º. Leiterbahnen 19 sind auf einer Rückseite des Bandes mittels herkömmlicher photolithographischer Ätz- und/oder Metallisierungsverfahren hergestellt. Diese Leiterbahnen enden in großen Kontaktfeldern, die für die Verbindung zu einem Drucker bestimmt sind, wie es auch bei der Konfiguration mit Randzuführung der Fig. 3A bis 3B der Fall ist. In dem Band 18 ist ein Fenster 130 ausgebildet; in dem Fenster ist ein Siliziumsubstrat 140 angebracht, und die Leiterbahnen 19 sind mit Elektroden auf dem Substrat verbunden. Das Substrat 140 weist eine zentrale Öffnung 142 auf, durch welche die Tinte von dem Reservoir fließt. Heizwiderstände 144 sind auf dem Substrat neben entsprechenden Düsen 17 ausgebildet, die in einer Düsenplatte 146 ausgebildet sind, die über dem Substrat angeordnet und von dem Substrat durch eine Sperrschicht 148 getrennt ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist das Substrat 140 an einem starren Kopfbereichsbalken 15C befestigt, der durch den starren Rahmen aus dem technischen Kunststoff am Ausgangsende des Steigrohrs 44 gebildet ist, und es wird durch Strukturepoxid 152 in Position gehalten. Bei dieser bekannten Anordnung bedeckt ein UV-gehärtetes Kapselungsmaterial 154 zum Schutz der Bahnen den Spalt zwischen den Substratkanten und den Fensterkanten in dem Band.

Fugenlose Rahmenstruktur aus zwei Materialien

Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird eine genlose Rahmenstruktur aus zwei Materialien JUr ein Tintenstrahlschreiber beschrieben. Im allgemeinen sind die Innenfläche des Steigrohrs 44 und der Kopfbereich 42 mit dem zweiten Kunststoffmaterial überzogen> um jede Verbindungsstelle zu vermeiden, bei der das erste und das zweite Kunststoffmaterial sich in der Tintenbahn zwischen dem Tintenreservoir und dem Druckkopf treffen. Dadurch wird die Gefahr eines Lecks bei einer solchen Verbindungsstelle eliminiert, und das erste Kunststoffmaterial und die Tinte müssen nicht chemisch kompatibel sein.
Dieser Aspekt der Erfindung kann auf Druckkopfkonfigurationen mit Randzuführung und mit zentraler Zuführung angewendet werden. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Konfiguration mit Randzuführung. Fig. 4A ist eine isometrische Darstellung des Schnauzenbereichs 40 einer Kartusche des in den Fig. 1 bis 2 gezeigten Typs, wobei der Kopfbereich 42 und die THA- Anordnung hängend über dem Kopfbereich vor ihrer Befestigung dargestellt sind. Wie gezeigt, wird eine dünne Schicht aus dem Kunststoffmaterial, das die Rahmenstruktur 36 bildet, nach außen gebracht, um die starre Rahmenstruktur 34 aus dem ersten Material bei dem Kopfbereich sowie Seiten des Schnauzenbereichs zu überdecken.
Fig. 4B zeigt die THA 14 bei der Konfiguration mit Randzuführung der Fig. 4A in Schnittdarstellung. Wie gezeigt, ist der Silizium-Chip 170 an einer Grenzschicht 174 auf der Unterseite des Kapton®-Bandes 18 befestigt, wobei in dem Band 18 Düsenöffnungen 17 definiert sind. Dünnfilmwiderstände 172 liegen auf dem Silizium-Chip 170 unter den jeweiligen Düsen. Leiterbahnen 19 sind auf der Unterseite des Bandes 18 entlang der Seiten des Chips ausgebildet; nicht stromführende Dummybahnen sind ebenfalls auf dieser Seite ausgebildet und wirken mit einer Deckschicht 18A zusammen, um Kurzschlüsse durch die Tinte zu verhindern, indem sie den Tintenstrom zu den Leiterbahnen blockieren. Die Deckschicht 18A ist an der Unterseite des Kaptonbandes 18 und unter den Bahnen 19 und 19A angebracht, um die Bahnen noch weiter zu schützten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Deckschicht 18A tatsächlich aus einem dreischichtigen Laminat aufgebaut, das eine Schicht aus 3,81 mm (1,5 Milli-Inch) Ethylvinylacetat (EVA), eine Schicht aus 1,27 mm (0,5 Milli-Inch) Polyethylenterephthalat (PET) und eine Schicht aus 3,81 mm (1,5 Milli-Inch) Ethylvinylacetat (EVA) aufweist. EVA ist ein thermoplastisches Material, das bei Erwärmung schmilzt und sich gut mit dem Polyolefin des zweiten Kunststoffmaterials verbindet. Das PET dient als ein Trägermaterial, welches das Stanzen und Verarbeiten des Films ohne Dehnung erlaubt. Bei einigen Anwendungen kann eine einschichtige Abdeckung zweckmäßig sein, z. B. eine einzelne Schicht aus EVA, Polyolefin, Ethylacrylsäure (EAA) oder aus einem anderen Material. Eine Corona-Entladungsbehandlung ist häufig ein gutes Mittel zum Verbessern der Haftung zwischen den Polymerfilmen, die andernfalls nur wenig haften würden; zur Verbesserung der Haftwirkung kann auch ein Plasmaätzverfahren eingesetzt werden.
Fig. 5A zeigt die THA 14 mit Randzuführung, die knapp über dem Kopfbereich 42 hängt, vor der Befestigung der THA. Fig. 5B zeigt die Kartusche und die THA, nachdem die THA an dem Kopfbereich angebracht wurde. Nur ein Teil einer Seite der Schreiberstruktur ist in Fig. 5A gezeigt; die andere Seite der Schreiberstruktur, die der Steigrohröffnung 45 gegenüberliegt, ist ein Spiegelbild des gezeigten Teils. Das Steigrohr 44 wird durch das starre erste Kunststoffmaterial definiert, das im Querschnitt als Element 44A dargestellt ist. Das elastomere zweite Kunststoffmaterial bildet einen Überzug über der Innenseite der Steigrohröffnung 45 und setzt sich fort, um den Kopfbereich 42 und einen nachgiebigen Balken 182 zu überdecken. Die Unterseite des Kaptonbandes 18 ist mit dem Kopfbereich 42 bei dem nachgiebigen Balken verbunden, wodurch eine Verbindung zu dem zweiten Kunststoffmaterial der Innenseite des Bandes 18 gebildet wird, bei der keine Tinte austreten kann. Die Tinte fließt von dem Tintenreservoir 12 in die Steigrohröffnung 45 und zu den Längskanten des Silizium- Substrats I70. Die Tinte tritt in die seitlichen Tintenkanäle 176 ein und geht zu den Abfeuerkammern weiter. Als eine Folge kommt die Tinte nicht in Kontakt mit dem ersten Kunststoffmaterial noch mit irgendeiner Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Kunststoffmaterial, so daß das Risiko des Austretens von Tinte eliminiert wird.
Die Fig. 11A und 11B zeigen eine Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung. Fig. 11A ist eine isometrische Darstellung des Kopfbereichs 42 der Kartusche, wobei die THA 14 über dem Kopfbereich hängt und die Konfiguration vor der Befestigung der THA in dem Kopfbereich dargestellt ist. Die Fig. 11B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 11B-11B in Fig. 11A, welche die THA 14 zeigt. Wie in Fig. 11B gezeigt, umfaßt die Konfiguration mit zentraler Zuführung das Silizium-Substrat 140, in dem die zentrale Öffnung 142 ausgebildet ist, um Tinte zu den Abfeuerkammern über den thermischen Tintenstrahlwiderständen 144 zu liefern, die auf der Substrat-Oberfläche ausgebildet sind. Eine Sperrschicht 148 trennt das Substrat 140 und die Düsenplatte 146. Die Bahnen 19 dienen zum Aktivieren der Widerstände. Es sind auch Dummybahnen vorgesehen, um einen Schutz gegen Tintenkurzschlüsse zu schaffen. Eine Abdeckschicht 18A liegt auf der Unterseite des Kaptonbandes 18 und bedeckt die Bahnen 19.
Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung durch einen Schnauzenbereich eines Schreibers, der eine Druckkopf-Konfiguration mit zentraler Zuführung verwendet. Diese Ansicht verläuft durch das Steigrohr 44 und quer zu den Längsseiten des Druckkopfes 14. Es ist erkennbar, daß das Steigrohr 44 durch das starre Kunststoffmaterial 44A definiert wird, das auch die starre äußere Rahmenstruktur 34 bildet. Erfindungsgemäß wird das zweite elastomere Kunststoffmaterial des inneren Rahmenteils so geformt, daß es die Innenseite der Steigrohröffnung 45 bedeckt und in einer kontinuierlichen Schicht über eine Aussparung 42A an der Außenseite des Kopf bereichs 42 geht. In Fig. 12 ist die THA 14 hängend über der Aussparung 42A unmittelbar vor der Anwendung von Wärme und Druck zum Befestigen der THA dargestellt. Fig. 13 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 12, jedoch in Verbindung mit einem Wärme-Verstemmhorn 160, das Wärme und Druck auf eine Heftgazeschicht (Scrim-Schicht) 161 aufbringt, welche die THA von dem Verstemmhorn trennt. Das Silizium-Substrat 140, das den Druckkopf umfaßt, ist in der Aussparung 42A des Kopfbereichs 42 montiert und an der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial befestigt, um eine Dichtung um den Umfang der zentralen Substratöffnung 142 zu bilden. Wie mit weiteren Einzelheiten unten erläutert ist, zeigen die Fig. 12 und 13 auch ein Verfahren zum Anbringen der flexiblen Verbindungsschaltung 18 in ihrer Position.
Wie man weiter in Fig. 13 sieht, strömt Tinten von dem Reservoir 12 in das Steigrohr 44 durch den Tintenpfad und dann durch die Steigrohröffnung 45 zu der zentralen Öffnung 142 des Silizium-Substrats, und dies, ohne mit dem ersten Kunststoffmaterial, das die starre äußere Rahmenstruktur 34 bildet, oder mit einer Verbindung zwischen dem ersten Kunststoffmaterial und dem zweiten Kunststoffmaterial in Kontakt zu kommen.
Aus diesem Aspekt der Erfindung ergeben sich verschiedene Vorteile. Einer ist die Vermeidung der Gefahr, daß Tinte durch eine Verbindung wischen dem ersten und dem zweiten Kunststoffmaterial austritt. Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die Kompatibilität des ersten Kunststoffmaterials zu der Tinte nicht berücksichtigt werden muß, weil die Tinte mit dem ersten Kunststoffmaterial nicht in Kontakt kommt. Ein dritter Vorteil besteht in der Vermeidung einer möglichen Verunreinigung der Tinte durch Teilchen aufgrund von Füllmaterial in dem ersten Kunststoffmaterial. Solche Füllmaterialien können z. B. Glas- und Kohlenstoffasern umfassen, die dazu verwendet werden, die Eigenschaften der ersten Kunststoffmaterialien zu verbessern. Teilchen der Füllmaterialien können die Tinte verunreinigen, wenn die Tinte mit dem ersten Kunststoffmaterial in Kontakt käme, was zu einem Verstopfen der Druckkopfdüsen führt. Ein vierter Vorteil besteht darin, daß das zweite Kunststoffmaterial eine glattere Oberfläche entlang des Tintenweges haben kann als das erste Kunststoffmaterial, insbesondere wenn in dem ersten Kunststoffmaterial Füllstoffe verwendet werden. Luftblasen neigen dazu, sich während des anfänglichen Füll- und Ansaugprozesses an der Innenseite der Schreiberkartusche anzusammeln, was zu Problemen mit der Zuverlässigkeit führt; Luftblasen sammeln sich leichter an rauhen Oberflächen als an glatten Oberflächen an.

Thermische TAB-Befestigung bei ähnlichen Materialien

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird das zweite Rahmenmaterial an der Oberfläche der Rahmenstruktur aus den zwei Materialien vorgesehen und dazu verwendet, eine Verbindung mit der Oberfläche der TAB-Schaltung herzustellen. In vielen Anwendungen wird ein Polymerüberzug als die Deckschicht 18A auf die Unterseite des Kaptonbandes 18 zum Schutz gegen Tintenkurzschlüsse aufgebracht. Bei anderen Anwendungen wird die Polymerbeschichtung nicht auf das Band 18 aufgebracht. Die Polymerbeschichtung auf der TAB-Schaltung hat üblicherweise einen Schmelzpunkt, der ähnlich dem des zweiten Kunststoffmaterials ist. Da die Polymerbeschichtung der TAB-Schaltung so konzipiert werden kann, daß sie dem Polyolefin des zweiten Kunststoffmaterials chemisch ähnlich ist, ist es möglich, eine chemische Verbindung an der Verbindungsstelle zwischen diesen Materialien zu erhalten, die einer Verbindung zwischen der Kontaktfläche der TAB-Schaltung und dem ersten Kunststoffmaterial überlegen ist. Insbesondere ist es wünschenswert, daß das erste Kunststoffmaterial, das zweite Kunststoffmaterial und das Deckmaterial 18A oder das Kaptonband 18 als ein System entworfen werden, um eine gute Haftwirkung an den Verbindungsstellen zwischen den Materialien zu erhalten. Es können auch andere Materialien als die oben beschriebenen für den ersten und den zweiten Kunststoff, die Deckschicht 18A und das Band 18 verwendet werden. Andere mögliche Materialien für das zweite Kunststoffmaterial umfassen EVA und Polymere mit Chlor- oder Fluorbindungen. Im allgemeinen sind die thermoplastischen Polymere bevorzugte Materialien. Diese umfassen die Polyolefin- und EVA- Materialien. Ein besonders nützliche Eigenschaft ist, daß das zweite Kunststoffmaterial und die Deckschicht 18A an der Grenzfläche, an der sie verstemmt werden, mischbar sind, so daß sich bei der Grenzfläche Moleküle der beiden Materialien mischen. Wenn die Schmelzpunkte der beiden Materialien vergleichbar sind, verbessert dies stark das Mischen an der Grenzfläche.
Die Schreiberstruktur mit Randzuführung der Fig. 4 bis 6 zeigt diesen Aspekt der Erfindung. Fig. 5 zeigt das zweite Rahmenmaterial, das den Kopfbereich 42 bedeckt und sich unter die Ränder der THA 14 erstreckt. Das zweite Kunststoffmaterial füllt ein Loch in dem ersten Kunststoffmaterial bei 184 und verriegelt so die Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial, welche den Kopfbereich bedeckt, und den Teil des zweiten Kunststoffmaterials, der innerhalb der Rahmenstruktur liegt. Ferner ist in dem ersten Kunststoffmaterial am Rand des Kopfbereichs entlang jeder Seite des Kopfbereichs eine Rille 186 ausgebildet. Die Rille wird hier als ein Verriegelungselement verwendet, weil es kein zweites Kunststoffmaterial gibt, das an diesen Punkt unter den Kopfbereich greift, weil bei dieser Ausführungsform dieser Bereich hinter Hauptabsperrung zwischen dem Gießen der beiden Rahmenstrukturen liegt. Während des Gießens der zweiten Rahmenstruktur kann das zweite Kunststoffmaterial zu dem Kopfbereich von der Innenseite des Rahmens entweder durch die Löcher in dem ersten Kunststoffmaterial oder die Innenseiten des Steigrohrs hinunter gelenkt werden.
Fig. 5A und 5B zeigen, wie die THA 14 über einem Abschnitt des Kopfbereichs und zu einem Wärme-Verstemmhorn 190 angeordnet ist. Das Horn kann ein thermisches Heizelement oder ein Ultraschallheizelement umfassen. Das Horn 190 umfaßt üblicherweise ein flexible Scrim- Schicht 191, welche die THA bedeckt, damit die Schmelze des zweiten Kunststoffmaterials nicht an dem Horn klebt. Ein übliches Material nir die Scrim-Schicht ist Teflon® von DuPont; es hat sich herausgestellt, daß eine Schichtdicke von 2 Milli-Inch gut funktioniert. Wenn der Druck und die Temperatur aufgebracht werden (Fig. 5B), haftet das zweite Kunststoffmaterial. das über dem Kopfbereich 42 geformt wurde, an der Deckschicht 18A. Im Falle von Schreibern, die über den TAB-Bahnen keine Deckschicht benötigen, dient das zweite Material direkt zum Verbinden des Kaptons und der Kupferbahnen auf ähnliche Weise, wie eine heiße Materialschmelze sich mit dem Kapton und dem Kupfer verbinden würde. Wenn Wärme aufgebracht wird, verringert sich die Viskosität des zweiten Kunststoffmaterials mit der Folge, daß das Material fließt und das Fenster in TAB-Schaltung und den Raum über den Bahnen benetzt und füllt.
Fig. 7 ist eine vereinfachte Draufsicht auf einen Teil des Schnauzenbereichs, wobei die THA 14 an dem Kopfbereich 42 auf die mit Bezug auf die Fig. 5A und 5B beschriebene Weise befestigt ist. Hier liegen die wichtigsten Druckkopf-Kopfbereich-Tintendichtungsbereiche über den nachgiebigen Balken 182 und Rippen 192, wie durch die getupften Flächen 212 (Fig. 7) dargestellt ist. Die Deckschicht 18A liegt teilweise über dem nachgiebigen Balken 182. Der Balken ist daher teilweise mit der Deckschicht und teilweise mit dem Kaptonband entlang der Längsachse des Substrats verbunden. Entlang der kurzen Achse des Substrats kann abhängig von der Positionstoleranz der Deckschicht eine Überlappung unmöglich sein. Wenn diese Überlappung nicht möglich ist, wird das zweite Kunststoffmaterial so optimiert, daß es an dem Kapton maximal haftet, und eine Behandlung, z. B. mittels Corona-Enladung, wird zum Maximieren der Haftwirkung eingesetzt.
Die getupften Flächen 194 verlaufen entlang der Längskanten des Druckkopfs außerhalb der nachgiebigen Balken 132 und sind die "Backenbereiche" des Kopfbereichs 42, bei denen die Unterseite der THA 14 mittels Wärme an dem zweiten Kunststoffmaterial, daß den Kopfbereich bedeckt, verstemmt wird. Wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt, liegt die Deckschicht 18A bei den Backenbereichen über dem zweiten Kunststoffmaterial, so daß eine chemische Verbindung zwischen der Deckschicht und dem zweiten Kunststoffmaterial entsteht, wodurch die Haftung in diesen Bereichen verbessert wird.
Fig. 7 zeigt Pfeiler 210 bei denen vier Ecken des Kopfbereichs. Diese Pfeiler werden aus dem starren Kunststoffmaterial hergestellt, und ihre Höhe wird so gewählt, daß die Oberseite der Pfeiler Ausrichtflächen bildet, auf denen die THA-Schicht zu liegen kommt, wenn während des Wärmeverstemmens, das zum Befestigen der THA in dem Kopfbereich eingesetzt wird, Wärme und Druck aufgebracht werden. Die Pfeiler 210 richten somit die Z-Position der THA präzise aus.
Die Fig. 12 und 13 zeigen die Anwendung dieses Aspekts der Erfindung auf Druckkopfkonfigurationen mit zentraler Zuführung. Wie dort gezeigt, kleidet das zweite Kunststoffmaterial den Kopfbereich 42 bis zu dem Bereich aus, der der THA 14 gegenüberliegt, und während des Wärmeverstemmens wird, wie in Fig. 13 gezeigt, die Deckschicht 18A, die unter dem Kaptonband 18 liegt, mit dem zweiten Kunststoffmaterial chemisch verbunden.
Dieser Aspekt macht eine verbesserte Haftung der TAB-Schaltung an den Klappen- und Umgriffseiten 40A und 40B des Schnauzenbereichs 40 möglich. Während des Anbringens der THA werden die Klappen- und Umgriffabschnitte der flexiblen THA 14 um die oberen Ecken der Schnauze und nach unten umgelegt und kommen gegen die entsprechenden Klappen- und Umgriffseiten des Schnauzenbereichs zu liegen, an denen sie haften. In der Vergangenheit erfolgte die Verbindung direkt zwischen dem Kaptonband 18 und dem starren ersten Kunststoffmaterial. Um eine verbesserte Haftwirkung zwischen der TAB-Schaltung und den Seiten des Schnauzenbereichs vorzusehen, wird das zweite Kunststoffmaterial über dem ersten Kunststoffmaterial geformt, um Bereiche zu schaffen, an denen das Band 18 oder die darauf ausgebildete Deckschicht 18A direkt mittels Wärme verstemmt werden können. Auf der Umgriffseite 40A bildet das zweite Kunststoffmaterial eine Schicht 36B und langgestreckte Flächen 37 (Fig. 6A), die in Aussparungen ausgebildet sind, die ihrerseits in dem ersten Kunststoffmaterial vorgesehen sind. Auf der Klappenseite 40B bildet das zweite Kunststoffmaterial eine Schicht 36C (Fig. 6C). Während der Herstellung wird, nach dem Anbringen der THA an dem Kopfbereich 42 der Schnauze 40 durch Wärmeverstemmen, der Bereich 14A der THA 14 gegen die Seite 40A umgelegt, und Wärme und Druck werden mit einem Verstemmhorn (nicht gezeigt) aufgebracht, um den THA-Bereich 14A mit der Schnauzen-Umgriffseite 40A (Fig. 6B) unter Anwendung von Wärme zu verstemmen. Ähnlich wird der Bereich 14B der THA 14 gegen die Seite 40B gedrückt, und Wärme und Druck werden über einen Verstemmhorn aufgebracht, um den THA-Bereich 14B mit der Schnauzen-Klappenseite 40B (Fig. 6D) unter Anwendung von Wärme zu verstemmen. Diese Technik zum Befestigen der Klappen- und Umgriffseiten an der THA können bei Druckkopfkonfigurationen mit Randzuführung oder mit zentraler Zuführung eingesetzt werden.
Diese Befestigungstechnik bietet verschiedene Vorteile. Zum Beispiel das Wärme- Verstemmen, das zum Schmelzen und Fließen des zweiten Kunststoffmaterials führt, kann in dem Wärme-Verstemmbereich dazu eingesetzt werden, Senken, die beim Gießen im ersten Kunststoffmaterial entstanden sind, zu glätten und Trichterrillen in dem ersten Kunststoffmaterial zu füllen. Bei dieser Befestigungstechnik wird der Kopfbereich der TAB-Schaltung an den Schreiberkörper in einem einzigen Wärme-Verstemmenvorgang befestigt. Dies eliminiert seinerseits die durch die mehreren Wärme-Verstemmzyklen in der TAB-Schaltung induzierten Spannungen sowie die Möglichkeit, daß sich der Überzug zur Vermeidung von Tintenkurzschlüssen auf der Oberfläche der TAB-Schaltung von der TAB-Schaltung löst. Ein weiterer Vorteil der Verbindung der THA mit dem zweiten Kunststoffmaterial ist die Fähigkeit des zweiten Kunststoffmaterials bei Temperaturen und Drücken, die ausreichend niedrig sind, um die Stabilität des ersten Kunststoffmaterials nicht zu gefährden und die THA nicht zu beschädigen, zu schmelzen. Ein Schmelzpunkt von 350 bis 450 K (170º bis 350º Fahrenheit) ist für das zweite Kunststoffmaterial typisch. Ein beispielhafter Wärme-Verstemm-Temperaturbereich für die Wärme-Verstemmeinrichtung ist 450 bis 500 K (350º bis 450º Fahrenheit); die während des Wärme-Verstemmprozesses auf die Verstemmvorrichtung aufgebrachte Kraft beträgt z. B. 1 bis 5 Pfund. Wenn das zweite Kunststoffmaterial und die Deckschicht 18A der THA ähnliche Schmelzpunkte haben und mischbar sind, werden sie sich bei der Grenzfläche mischen. Zusätzlich behebt das Schmelzen der beiden Materialien und das Flüssigwerden der Materialien Mängel in der Planarität der miteinander verbundenen Oberflächen. Die Anwendung dieser Befestigungstechnik für die TAB-Schaltung auf Druckköpfe mit Randzuführung eliminiert ferner die Notwendigkeit einer getrennten End-Heftprozedur, bei der die TAB-Schaltung an jedem Ende nach unten geheftet wird, um ein Abheben der TAB zu verhindern. Da das zweite Kunststoffmaterial eine chemische Verbindung mit dem Überzug zum Verhindern von Tintenkurzschlüssen auf der TAB-Schaltung eingeht, ist die erfindungsgemäße Verbindung extrem stark, und eine getrennte End-Heftprozedur ist nicht notwendig. Bei Druckköpfen mit zentraler Zuführung macht die Erfindung ferner die Verwendung von Kapslungsmaterialtropfen überflüssig, die auf die Ränder der TAB-Schaltung aufgebracht werden, um diese unten zu halten.
Man beachte, daß ein Polymer, wie das Polyolefinmaterial, das bei einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine Behandlung mit einem Corona-Entladungswerkzeug, Plasmaätzen (Sauerstoff-Aschen) oder den Zusatz eines Mittels zum Unterstützen der Haftung erfordern kann. Diese Behandlung wird in dem Fall empfohlen, daß die TAB-Schaltung keinen Überzug zum Verhindern von Tintenkurzschlüssen, z. B. aus EVA, verwendet. Das Polyolefin des zweiten Kunststoffmaterials läßt sich ohne Behandlung leicht mit einer EVA-Schicht wärmeverstemmen. Bei Fehlen der EVA-Deckschicht unterstützt die Behandlung mit dem Corona- Entladungswerkzeug vor dem Wärmeverstemmen die Verbindung zwischen dem Polyolefin und dem Kapton und der Oberfläche der Kupferbahnen der TAB-Schaltung. Die Corona- Behandlung erzeugt freie Redikale auf der Oberfläche des Polymers; die freien Radikale sind Stellen, bei denen eine chemische Verbindung stattfinden kann.

Klebstoffreier Tintentstrahlschreiber-Aufbau

Bei einigen Tintenstrahlkartuschen, die von der Hewlett-Packard Company, der Inhaberin dieser Erfindung, entwickelt wurden, umfaßt die Kartusche eine thermische Tintenstrahlkopfandordnung, d. h. die THA, mit einer flexiblen Abgriffschaltung, auf der ein Druckkopfchip montiert ist, an dem seinerseits eine Düsenplatte angebracht ist. Eine Deckschicht liegt unter der flexiblen Schaltung. Die THA ist an dem Schreiberkörper so angeordnet, daß Tinte von einem Tintenreservoir zu den Abfeuerkammern der Düsenplatte des Druckkopfs kanalisiert wird. Die Kartusche kann, wie zuvor beschrieben, einen Schnauzenbereich umfassen, der an einer Spitze einen Kopfbereich eingrenzt, der eine Auslaßöffnung eines Steigrohrs umgibt, das zu dem Tintenreservoir führt. Bisher wurde die THA an dem Kopfbereich üblicherweise mit einem thermisch gehärteten Epoxid-Klebstoff befestigt, der mit einer Dosiernadel präzise aufgebracht werden muß, um zu verhindern, daß zuviel Klebstoff Düsenöffnungen verschließt, während gleichzeitig ausreichend Klebstoff vorgesehen werden muß, um Undichtheiten zu vermeiden. Der Klebstoff erfordert eine Aushärtzeit von etwa zwei Minuten.
Während dieser Zeit muß die THA zu dem Kopfbereich präzise ausgerichtet und parallel bleiben. Dies macht einen Prozeß stromaufwärts des Aushärtens des Klebstoffs notwendig, wobei zu dieser Zeit die THA ausgerichtet und zuverlässig in ihre Position geheftet ist, um in ihrer Ebene ausgerichtet zu bleiben. Eine zusätzliche Befestigung kann ferner notwendig sein, um die präzise Parallelität aufrechtzuerhalten.
Es wäre daher ein Vorteil, ein verbessertes Verfahren zum Anbringen der THA in dem Kopfbereich vorzusehen, das nicht das Aufbringen eines Klebstoffs und eine längere Aushärtperiode erforderlich macht. Entsprechend dieses Aspekts der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren vorgesehen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen die Anwendung dieses Aspekts der Erfindung auf eine Druckkopfkonfiguration mit Randzuführung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die THA 14 eine Deckschicht 18A, die an der Unterseite des Kaptonbandes 18 haftet, um einen Schutz gegen Tintenkurzschlüsse vorzusehen, indem sie verhindert, daß Tinte zu den Bahnen 19 fließt.
Gemäß dieses Aspekts der Erfindung wird die THA an dem Kopfbereich 42 in einem Wärme- Verstemmvorgang angebracht. Die nachgiebigen Balken 182, die aus dem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt sind, erstrecken sich von dem Kopfbereich der Rahmenstruktur zu der Deckschicht 18A und der Kaptonschicht der TAB-Schaltung 18 nach oben. Die Balken 182 sind mit Querrippen 192 verbunden, die sich entlang der kurzen Seiten des Druckkopfsubstrats 170 nach oben erstrecken. Die Rippen 192 erstrecken sich höher als die Balken 182 wie in Fig. 4A gezeigt, um Schmelzmaterial für die Einkapslung der Bahnen vorzusehen, wie unten näher erläutert ist. Die Balken 182 und die Rippen 192 definieren somit eine eingeschlossene "Rennbahn" 214, die sich vollständig um die Öffnung 45 des Steigrohrs erstreckt und zu dieser einen Abstand einhält. Die Rennbahn 214 umgibt daher im wesentlichen die Öffnung 45 des Steigrohrs. Die Balken 182 und Rippen 192 sind aus dem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt, d. h. bei dieser Ausführungsform aus einem Polyolefin-Material. Während des Wärme-Verstemmens wird die THA 14 mit der Rennbahn verbunden. Dieser Prozeß wird allgemein so optimiert, daß die Rennbahn mit der Kaptonschicht 18 der THA 14 verbunden wird.
Fig. 5A zeigt das Verstemmhorn 190 über der THA 14 vor der Anwendung von Wärme und Druck, d. h. vor dem Verbinden der THA 14 mit dem Kopfbereich. In Fig. 5B ist die THA 14 in verbundenem Zustand gezeigt, d. h. nach dem Aufbringen von Wärme und Druck durch das Verstemmhorn 190, wodurch das Polyolefin-Material aufgeschmolzen wird, das die Rippen 192 und die Balken 182 bildet. Das Polyolefin-Material verbindet sich chemisch mit der EVA-Schicht, welche die Schutzschicht gegen Tintenkurzschlüsse auf der Unterseite der Kaptonschicht 18 bildet. Bei Wegnehmen von Wärme und Druck, die von dem Horn aufgebracht werden, verfestigt sich das Polyolefin-Material, was zu einer sehr starken Verbindung zwischen dem Kopfbereich des Schreibers und der THA 14 führt. Diese Befestigungstechnik führt zu einer Dichtung zwischen der Rennbahn und der THA, die sehr beständig gegen Tintenlecks ist, wenn die Tinte von dem Tintenkanal zu dem Druckkopf fließt.
Ein Mittel zum Verbessern der Haftwirkung kann dem Polyolefin zugesetzt werden, z. B. als ein Überzug auf dem zweiten Kunststoffmaterial oder als ein Bestandteil des Polyolefins, um die Haftwirkung zwischen dem Polyolefin und der EVA-Schicht und/oder dem Kapton zu verbessern. Das Mittel zum Verbessern der Haftwirkung kann z. B. in einer dünnen Schicht, die vorzugsweise weniger als einen Millimeter dick ist, auf den Kopfbereich gesprüht werden, ohne daß Maßnahmen für ein präzises Auftragen notwendig wären. Solche Mittel zum Unterstützen der Haftwirkung sind im Stand der Technik gut bekannt. Andere Techniken zur Verbesserung der Haftung zwischen zwei Polymeren umfassen die Behandlung mit einem Corona-Entladungswerkzeug oder das Plasmaätzen, wie oben beschrieben.
Fig. 12 und 13 zeigen die Anwendung dieses Aspekts der Erfindung auf eine Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung. Fig. 12 zeigt das Verstemmhorn 160 in der Schwebe über dem Kopfbereich, wobei das Substrat 140, das die THA umfaßt, auf dem Sockel 158 ruht, der aus dem zweiten Kunststoffmaterial gebildet ist. Hohlräume 162 sind in dem Verstemmhorn über den Abschnitten des Fensters 130 ausgebildet, das in der Kaptonband-Schicht 18 neben dem Substrat 140 und der Düsenplatte 146 gebildet ist. Die Hohlräume ermöglichen, daß das zweite Kunststoffmaterial in geschmolzener Form von den Balken 156 nach oben fließt und die Fenster 130 füllt und die Bahnen 19, die mit dem Druckkopf verbunden sind, einkapselt, wie unten im einzelnen beschrieben ist.
Das Substrat 140 wird auf einem Sockel 158 aufgenommen, der aus dem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt ist und die Steigrohröffnung 45 umgibt. Wenn von dem Verstemmhorn Wärme und Druck auf die THA ausgeübt werden, schmilzt das zweite Kunststoffmaterial, welches die Balken 156 und den Sockel 158 bildet, und verformt sich um die Ränder des Sub strats 140 und über die oberen Ränder zu den Kanten der Düsenplatte 146, wodurch das Substrat 140 eingeschlossen und eine dreidimensionale Dichtung gebildet wird. Fig. 13 ist ähnlich wie Fig. 12, zeigt die Konfiguration jedoch, nachdem das zweite Kunststoffmaterial aufgeschmolzen wurde und sich mit dem Substrat 140 verbunden hat. Durch Verwenden eines Mittels zur Verbesserung der Haftwirkung kann eine chemische Verbindung zwischen dem Polyolefin und dem Silizium-Substrat hergestellt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht auch eine mechanische Verriegelung, weil das zweite Kunststoffmaterial um die Ränder des Silizium-Substrats 140 herum aufschmilzt.
Das zweite Kunststoffmaterial wird als Teil des Verfahrens zum Gießen des Rahmens 32 formt. Da gegossene Komponenten wesentlichen präziser angeordnet und bemessen werden können als aufgebrachter Klebstoff, ist die Veränderlichkeit des verdrängten zweiten Materials wesentlich geringer, als es bei aufgetragenem Klebstoff der Fall wäre. Dies führt zu einer wesentlich verbesserten Prozeßausbeute.

Klebstoffreie Verkapselung für Tintenstrahlkartusche

In vielen thermischen Tintenstrahleinrichtungen ist ein Chip mit einer Steuervorrichtung elektrisch verbunden, so daß die Anregungssignale vorgesehen werden können, um den Druckkopf dazu zu bringen, Tintentröpfchen auszustoßen. Üblicherweise wird eine flexible TAB-Verbindungsschaltung für die Verbindung verwendet. Der Chip ist auf einer Oberfläche der Schaltung montiert, und die Leiterbahnen der Verbindungsschaltung sind durch vorspringende leitende Anschlüsse mit den Steueranschlußfeldern des Chips verbunden. Ohne irgendeinen Schutz liegen diese Anschlüsse frei und sind anfällig gegen elektrische Kurzschlüsse sowie chemische und mechanische Beschädigung.
Eine übliche Technik zum Schützen der Chipbahnen besteht darin, ein flüssiges Kapslungsmaterial durch einen Nadeldosierer aufzubringen, so daß die freiliegenden Bahnen von dem aufgebrachten Material verkapselt werden. Dieses Material ist üblicherweise entweder ein thermisch aushärtendes oder ein mittels Ultraviolettlicht (UV) aushärtendes Material. Der Prozeß zum Aufbringen des Materials ist üblicherweise relativ aufwendig und umfaßt die üblichen Schritte des Vorwärmens des Bereichs, der verkapselt werden soll, des Aufbringens des Kapselungsmaterials mittels einer Abgabeeinrichtung, die Untersuchung des aufgebrachten Materials und das Aushärten des aufgebrachten Materials mittels Wärme oder in einem UV-Ofen. Diese Verkapselungsschritte verlängern und verteuern den Prozeß zum Herstellen der Tintenstrahlschreibereinrichtung.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Verkapselungsprozesses ist, daß das ausgehärtete Kapslungsmaterial üblicherweise höher ist und sich über die TAB-Schaltung erhebt. Diese Strecke über der TAB-Schaltung muß bei der Einrichtung des Abstands des Tintenstrahlschreibers über dem Druckmedium berücksichtigt werden. Wenn dieser Abstand zunimmt, erhöht sich auch der Positionsfehler durch fehlgeleitete Tropfen, was die Druckqualität verschlechtert. Der Abstand macht auch das Verschließen und Wischen der Oberfläche der Düsenplatte schwieriger. Um zu verhindern, daß die Düsen austrocknen, wenn der Druckkopf nicht verwendet wird, werden die Düsen üblicherweise mit einer Gummikappe verschlossen. Große Verkapselungstropfen stören den Verschluß des Schreibers mit der Kappe. Wenn ein Schreiber eingesetzt wird, baut sich versprühte Tinte an den Düsen um die Düsen herum auf, was zum Verstopfen der Düsen und/oder Fehlleiten der Tropfen führen kann. Üblicherweise wird ein Gummiwischer dazu verwendet, die aufgebaute Tinte zu entfernen. Ein großer Klebstofftropfen kann den Wischer behindern, wenn er die Düsen am Rand wischt, die neben dem Tropfen liegen. Ferner kann das Kapselungsmaterial während der Verarbeitung austreten und zu nahegelegenen Düsen auf dem Tintenstrahlkopf fließen und diese beeinflussen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung werden die Bahnen klebstoffrei verkapselt, wodurch die Probleme der herkömmlichen Verkapselungstechniken vermieden werden.
Fig. 8 und 9 sind geschnittene Teilansichten, die diesen Aspekt der Erfindung zeigen, wenn sie auf einen Druckkopf mit Randzuführung angewendet wird. In Fig. 8 sind das Verstemmhorn 190, eine Scrim-Schicht 191 und die THA 14 schwebend über dem Kopfbereich 42 dargestellt, bevor Wärme und Druck aufgebracht werden; die THA ist auf der Rippe 192 ruhend dargestellt, wobei das Verstemmhorn 190 und die Scrim-Schicht 191 ihrerseits über der THA angeordnet sind. In Fig. 9 ist die THA in verbundenem Zustand gezeigt, d. h. nach dem Aufbringen von Wärme und Druck durch das Verstemmhorn 190, was zum Schmelzen des zweiten Kunststoffmaterials führt, das die Rippen 192 bildet. Ein erstes Fenster 196 ist in dem Band 18 ausgebildet, damit die Leiterbahnen 19 mit dem Substrat 170 verbunden werden können. Bei einer Ausführungsform wird das Material, das die Rippe 192 bildet, geschmolzen und fließt durch dieses Fenster 196 zum Verkapseln der Bahnen 19. Bei einigen Anwendungen wird ein einzelnes Fenster an jeder kurzen Seite des Substrats ausreichend sein, um eine angemessene Verkapselung vorzusehen. Bei der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsform wird ein zweites Fenster 198 in dem Polymer-Band 18 ausgebildet, das von dem ersten Fenster durch ein Brückenelement 200 in dem Band 18 getrennt ist und über der Rippe 192 liegt.
Der Verstemmhorn 190 hat einen darin ausgebildeten ausgesparten Bereich oder Hohlraum 202 bei einer Position, die über dem Bereich des zu verkapselnden Druckkopfs liegt. Der Druck und die Wärme werden auf die erhabenen Rippen 192 aufgebracht, wodurch sich die Viskosität des zweiten Kunststoffmaterials verringert, mit der Folge, daß das Material von den Rippen 192 fließt und das zweite Fenster 198 benetzt und füllt. Wenn Wärme und Druck über das Verstemmhorn aufgebracht werden, bildet der Hohlraum 202 in dem Horn und die flexible Scrim-Schicht 191 eine Form, in die das geschmolzene zweite Kunststoffmaterial von der Rippe 192 durch das erste Fenster 198 fließt. Ein Vorteil der flexiblen Scrim-Schicht 191 besteht darin, daß sie die Ausrichtung des Verstemmhorns zu der THA etwas weniger kritisch macht, weil die Scrim-Schicht selbst dazu beiträgt, den Hohlraum einzugrenzen, in den das geschmolzene Kapslungsmaterial fließt. Das geschmolzene Material fließt über das Brückenelement 200 und in das erste Fenster 196, um die Bahnen 19 zu bedecken und zu verkapseln. Dies ist in Fig. 9 gezeigt. Diese Ausführungsform ist nützlich, weil aufgrund der Teiletoleranzen ein Spalt G vorgesehen werden muß, damit die TAB 18 auf dem Kopfbereich positioniert werden kann, das geschmolzene Material muß jedoch über den Spalt hinaus fließen, um die Bahnen 19 zu verkapseln. Das zweite Fenster 198 erlaubt es dem geschmolzenen Material, gleichwohl zu fließen, weil das kleine Brückenelement 200 zwischen den zwei Fenstern liegt, wobei die Länge der freitragenden Bahnen 19 nicht gegen die üblichen Entwurfsregeln für TAB verstößt.
Auch in den Fig. 8 und 9 ist ein dielektrisches Heckenreihen-Element 216 gezeigt, das auf die Oberfläche des Substrats 170 aufgebracht wird, um das Verbinden der Bahnen 19 mit dem Substrat ohne unerwünschte Kurzschlüsse der Bahnen zu benachbarten Leiterelementen zu erleichtern.
Das zweite Material wird als ein Teil des Herstellungsprozesses des Rahmens geformt, und aufgrund des Wesens der Kunststofformung können die Komponenten 192, die zur Verwendung als das Kapslungsmaterial geschmolzen werden, im Vergleich zu den herkömmlichen Prozessen zum Aufbringen von Kapselungsklebstoff sehr präzise bemessen werden. Dies gilt insbesondere, weil die Klebstoffperlen effektiv mit einem Formprozeß hergestellt werden, wobei Löcher in dem Verstemmhorn die Abmessung der Kapselungsperlen steuern. Die Erfindung schafft somit eine verbesserte Ausbeute bei dem Zusammenbau und der Verkapselung im Vergleich zu herkömmlichen Verkapselungsverfahren.
Die Fig. 12 und 13 zeigen die Anwendung dieses Aspekts der Erfindung auf eine Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung. Fig. 12 zeigt das Verstemmhorn 160 und die Scrim- Schicht 191 schwebend bei dem Kopfbereich, wobei die THA 14 auf den nachgiebigen Balken 156 ruht, die aus dem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt sind. Hohlräume 162 sind in dem Verstemmhorn über den offenen Fensterbereichen 130 in der Bandschicht 18 ausgebildet, um das Substrat 140 und die Düsenplatte 146 aufzunehmen. Wenn von dem Verstemmhorn Wärme und Druck aufgebracht werden, erlauben die Hohlräume und die flexible Scrim- Schicht 161, daß das zweite Kunststoffmaterial in geschmolzener Form von den Balken 156 nach oben fließt und die Fenster 130 füllt und die Bahnen 19, die mit dem Druckkopf verbunden sind, verkapselt.
Fig. 14 und 15 zeigen eine alternative Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung für die Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung. Bei dieser Ausführungsform wird das zweite Kunststoffmaterial so geformt, daß es den Balken 182 definiert, den Kopfbereich jedoch nicht wie in bezug auf Fig. 11 beschrieben bedeckt. Der Balken 182 erstreckt sich über die Oberfläche des Kopfbereichs und liefert Material, das bei Aufbringen von Wärme und Druck geschmolzen werden kann, um die Bahnen zu verkapseln. Bei dieser Ausführungsform ist das Substrat 140 an dem ersten Kunststoffmaterial, das das Steigrohr 44 definiert, mit einem Klebstofftropfen 152 angebracht. Der Klebstoff 152 wird dazu auf die nach außen weisende Oberfläche des Balkens 150 aufgebracht, der aus dem ersten starren Kunststoffmaterial gebildet ist, und das von dem Band 18 getragene Substrat 140 wird über den Kopfbereich gelegt. Ein Verstemmhorn 160 und eine Scrim-Schicht 161 werden dann über der THA 14 angeordnet und bringen Wärme und Druck auf diese auf, um das zweite Kunststoffmaterial, das den Balken 182 bildet, zu schmelzen und das Substrat 140 nach unten gegen die Außenseite des Balkens 150 zu drücken. Das Resultat ist in Fig. 15 gezeigt, wo das zweite Kunststoffmaterial geschmolzen ist, um die Bahnen 19 zu verkapseln, wobei das Substrat 150 gegen die nach oben weisende Oberfläche des Balkens 150 gedrückt wurde und den Klebstofftropfen 152 zusammengedrückt hat. In diesem Fall (Fig. 15) ist die Deckschicht mit dem ersten Material 34 direkt verbunden.

Nachgiebige Kopfbereichsgestaltung

Wie zuvor beschrieben, umfaßt eine Art der Tintenstrahlschreiberkartuschen einen Chip mit Randzuführung und eine Düsenplatte, wobei der Tintenspeisekanal zu den Düsen der Düsenplatte durch den Schreiberrahmen in Kombination mit einer flexiblen Verbindungsschaltung, welche den Chip und die Düsenplatte trägt, sowie den Chip selbst definiert wird (Fig. 3A). Wenn der Schreiber extremen Temperaturen ausgesetzt ist, dehnen sich die THA und der Schreiberrahmen bzw. ziehen sich mit der Temperaturänderung zusammen. Üblicherweise ist der CTE (thermischer Ausdehnungskoeffizient) des Schreiberrahmens wesentlich höher als der der THA. Wenn der Schreiber erwärmt und abgekühlt wird, dehnt sich daher der Schreiberrahmen stärker aus und er zieht sich stärker zusammen als die THA; die THA ist daher Zug- und Druckspannungen ausgesetzt. Diese Spannungen führen zu Beschädigungen der Verbindung zwischen der flexiblen Schaltung und der Sperrschicht und/oder der Verbindung zwischen der flexiblen Schaltung 18 und dem Strukturepoxid 152.
Um dieses Problem zu lösen, wird die THA 14 gemäß dieses Aspekts der Erfindung mit einem nachgiebigen Balken an den Kopfbereich 42 wärmeverstemmt. Wenn der Schreiber extremen Temperaturen ausgesetzt ist, dehnt sich das erste Kunststoffmaterial stärker aus oder zieht sich stärker aus als das Kaptonband 18, wobei die mangelnde Übereinstimmung der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Kunststoffmaterial und dem Kaptonmaterial durch die Biegung des nachgiebigen Balkens aufgefangen wird. Dies reduziert wiederum die Spannungen bei der Tintenverbindung zwischen der TAB-Schaltung und dem Kopfbereich.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des nachgiebigen, verstemmbaren Balkens ist, daß er schnell verstemmt werden kann, wobei eine relativ kleine Wärmemenge auf das erste Kunststoffmaterial übertragen wird. Bei einer herkömmlichen Technik zum Befestigen der THA an dem Kopfbereich wird die THA mit einem thermisch aushärtenden Material in ihrer Position festgeklebt, das während zwei Minuten bei 100ºC aushärten muß. Die übermäßige Wärme des Aushärtprozesses hebt die Temperatur des ersten Kunststoffmaterials, wodurch sich der Rahmen ausdehnt. Wenn der Schreiber nach Beendigung des herkömmlichen Prozesses aus der Halterung genommen wird und abkühlt, werden Druckspannungen auf die TAB- Schaltung 18 ausgeübt. Der Schreiber muß üblicherweise einen Temperaturbereich von -40 Grad bis +60ºC aushalten können, ohne daß eine Trennung der Schichten auftritt. Bei dem herkömmlichen Prozeß wird der Schreiber jedoch am oberen Ende der extremen Temperaturen hergestellt, so daß er während des Hauptteils seiner Lebensdauer, während er sich auf Umgebungstemperatur befindet, Spannungen ausgesetzt ist, die bei der anfänglichen Herstellung erzeugt werden. Da der Verstemmprozeß schnell ausgeführt werden kann, z. B. in der Größenordnung von zwei Sekunden oder weniger, ist bei der Erfindung das erste Kunststoffmaterial gegenüber dem Verstemmhorn weitgehend isoliert, und die Anordnung ist von Anfang an (um beinahe einen Faktor zwei weniger) geringeren Spannungen als bei dem herkömmlichen Verfahren ausgesetzt. Ferner hat sich herausgestellt, daß sich das übliche Polyphenylenoxid während des Aushärtens des Epoxids verschieben kann. Wenn dies geschieht, bauen sich zusätzliche Spannungen in der Anordnung auf. Mit dem Verstemmprozeß wird weniger Energie auf das erste Kunststoffmaterial übertragen. Diese Quelle zusätzlicher Spannungen wird daher eliminiert.
Die Fig. 5A und 5B zeigen diesen Aspekt der Erfindung bei einer Druckkopfkonfiguration mit Randzuführung. Wie in Fig. 5A gezeigt, ist die THA 14 über einem Abschnitt des Kopfbereichs mit einem typischen Verstemmhorn 190 angeordnet. Die THA ist von dem Horn durch eine Scrim-Schicht 191 getrennt, um zu verhindern, daß Schmelze am Horn kleben bleibt. Der nachgiebige Balken 182 steht von dem Kopfbereich vor und ist aus dem zweiten elastomeren Kunststoffmaterial hergestellt. Wenn Wärme und Druck auf die THA aufgebracht werden (Fig. 5B), wird sie mit dem zweiten Kunststoffmaterial des Rahmens und insbesondere mit dem nachgiebigen Balken 182 neben dem Substrat 170 wärmeverstemmt. Das Verstemmen der THA mit den Backenbereichen kann den Effekt der Nachgiebigkeit reduzieren. Der Gewinn ist jedoch noch immer erheblich, was durch Versuche nachgewiesen wurde. Wenn jedoch noch weniger Spannungen auftreten dürfen, kann zwischen dem nachgiebigen Balken und dem Verstemmbereich des Kopfbereiches ein Spalt vorgesehen werden, damit sich ein Bereich der THA biegen kann, oder der Verstemmbereich des Kopfbereichs kann mit einer Reihe sehr dünner nachgiebiger Balken versehen, welche die Kraft reduzieren, die zum Verschieben der THA in Richtung oder weg von dem nachgiebigen Balken 182 notwendig ist.
Da dieser Aspekt der Erfindung es ermöglicht, die THA an einer THA-Körper-Werkzeughalterung zu verstemmen, und da die nachgiebigen Balken 182 sehr nahe bei dem Chip angeordnet werden können z. B. innerhalb eines Abstands von einem Millimeter, eliminiert die Erfindung auch die Probleme, die entstehen, wenn die THA bei dem herkömmlichen Klebverfahren vor dem Aushärten unten gehalten werden muß. Bei dem herkömmlichen Prozeß muß die THA in ihrer Position mit einem Heißstab-Heftverfahren festgeheftet werden, um vor dem Aushärten des Klebstoffs ihre Ausrichtung in der Ebene zu steuern. Während des Aushärtens muß der Kopf gegen Anschläge nach unten gehalten werden, um die Höhe in der z-Achse zu steuern. Schließlich ist danach noch ein zusätzlicher Backen-Verstemmvorgang notwendig. All diese örtlich begrenzten Verstemmvorgänge können zu einer weniger ebenen THA sowie zu eingebauten Spannungen führen. Bei dieser Erfindung führt der einzelne Verstemmvorgang zu einer wesentlich ebeneren THA und somit zu weniger eingebauten Spannungen.
Die Fig. 12 und 13 zeigen die Anwendung dieses Aspekts der Erfindung auf eine Druckkopfkonfiguration mit zentraler Zuführung. Hier wird das Substrat 140 mit dem Sockel 158 und mit den nachgiebigen Balken 156 wärmeverstemmt, wobei diese aus dem zweiten elastomeren Kunststoffmaterial hergestellt sind. Als eine Folge können die Balken und der Sockel sich biegen, um jede relative Bewegung zwischen dem ersten Kunststoffmaterial und dem Kaptonband 18 aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufzunehmen.
Es sei bemerkt, daß die THA an den nachgiebigen Balken mit herkömmlichen Klebstoffen, anstelle des beschriebenen Wärmeverstemmens, angebracht werden kann. Dies bietet noch immer den Vorteil im Hinblick auf das Delaminationsproblem, weil sich die nachgiebigen Balken selbst bei Befestigung mü Klebstoff biegen.
Man muß verstehen, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele der möglichen spezifischen Ausführungsformen sind, welche die Grundsätze der Erfindung wiedergeben können. Jeder Fachmann kann in Übereinstimmung mit diesen Grundsätzen leicht andere Anordnungen konzipieren, ohne den Bereich der Erfindung gemäß den Ansprüchen zu verlassen. Während die Erfindung z. B. in bezug auf Tintenstrahlschreiberkartuschen mit integrierten Tintenreservoiren beschrieben wurden, ist die Erfindung auch auf Tintenstrahlschreiber ohne solche integrierten Tintenreservoire anwendbar, z. B. auf Schreiber, die einen Tintenvorrat von einem entfernt angeordneten Reservoir empfangen, oder die ein abnehmbares Reservoir haben.

Claims

1. Verfahren zum Anbringen einer flexiblen Verbindungsschaltungsanordnung (14) an einer Tintenstrahlkartusche (10), welche eine Rahmenstruktur (32) aufweist, die ein erstes Kunststoffrahmenelement (34) umfaßt, das aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildet ist, welches einen Kopfbereich (42) definiert, wobei der Kopfbereich einen Backenbereich (194) umfaßt, der sich entlang der längeren Außenkanten des Kopfbereichs erstreckt, mit folgenden Verfahrensschritten:

Ausbilden einer Schicht aus einem zweiten Kunststoffmaterial (36), die an dem Kunststoffrahmenelement (34) haftet und wenigstens einen Teil des Kopfbereichs (42) bedeckt; und

Verstemmen einer Oberfläche der Verbindungsschaltungsanordnung (14) mit dem zweiten Kunststoffmaterial (36) bei dem Backenbereich (194) unter Einsatz von Wärme.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Verbindungsschaltungsanordnung (14) eine Deckschicht (18A) aufweist, welche die Oberfläche der Verbindungsschaltung definiert, und daß das zweite Kunststoffmaterial (36) mit der Deckschicht (18A) unter Einsatz von Wärme verstemmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (18A) ein drittes Kunststoffmaterial aufweist, und daß während des Wärme-Verstämmens das zweite und das dritte Kunststoffmaterial an einer Grenzfläche zwischen diesen geschmolzen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Moleküle des geschmolzenen zweiten und des dritten Kunststoffmaterials sich bei der Grenzfläche während des Wärme-Verstämmens mischen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material eine Schmelztemperatur hat, das zweite Material eine Schmelztemperatur hat, das dritte Material eine Schmelztemperatur hat, wobei die Schmelztemperaturen des zweiten und des dritten Materials deutlich unter der Schmelztemperatur des ersten Materials liegen, und daß während des Wärme-Verstämmens die Temperaturen des zweiten und des dritten Materials bei der Grenzfläche über ihre jeweiligen Schmelztemperaturen angehoben werden und die Temperatur des ersten Kunststoffmaterials unter der Schmelztemperatur des ersten Materials bleibt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kunststoffmaterial ein Polyolefinmaterial ist und das dritte Kunststoffmaterial Ethylvenylacetat ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Ausbildens einer Rille (186) in dem ersten Kunststoffmaterial bei dem Backenbereich (194), wobei der Schritt des Ausbildens der Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial das Füllen der Rille mit dem zweiten Kunststoffmaterial umfaßt, um die Verriegelung dieser Schicht in ihrer Position auf dem Kopfbereich (42) zu unterstützen.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschaltung (14) ein über die Mitte gespeistes Tintenstrahl- Druckkopfsubstrat (140) aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschaltung ein über den Rand gespeistes Tintenstrahl-Druckkopfsubstrat (170) aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme-Verstemmen das Erwärmen eines Wärme-Fügedornelementes (190), Anordnen der Verbindungsschaltungsanordnung (14) zwischen dem Dornelement und dem Kopfbereich (42) und Drücken der Verbindungsschaltung gegen den Kopfbereich mit Hilfe des Dornelementes umfaßt, wodurch Wärme und Druck auf eine Grenzfläche zwischen dem zweiten Kunststoffmaterial und der Oberfläche der Verbindungsschaltung aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme- Verstemmen ferner das Aufbringen einer Scrimschicht (191) zwischen dem Dornelement (190) und der Verbindungsschaltung (14) umfaßt, bevor Wärme und Druck auf die Grenzfläche aufgebracht werden.