JP2000141701A - プリントシステムおよびプリント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝を通って流れるいかなる粒子も、液チャン
ネル路を詰まらせることなく吐出され、プリントヘッド
のプリント品質の向上が図れる。 【解決手段】 第１の縁を有する基板６０と、インク槽
３８と、オリフィス８４が形成され、基板６０の頂面上
に配置されたノズル部材４４と、オリフィス８４に関連
し、第１および第２の端を有し、第１の端がインク槽３
８に連通している溝６４と、基板６０の頂面上に形成さ
れ、オリフィス８４に近接して配置され、オリフィス８
４からインク１１４の一部を吐出する薄膜抵抗器７２
と、オリフィス８４および抵抗器７２に関連する気化チ
ャンバ７４と、気化チャンバ７４および溝６４の第２の
端に連通しており、溝６４のみによってインク槽３８に
連通し、溝６４によってインク１１２がインク槽３８か
ら流れ、オリフィス８４および抵抗器７２に近接するよ
うに気化チャンバ７４に流入するプレナム７８とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットお
よびその他のタイプのプリンタに関し、より詳細には、
インクジェットプリンタにおいて用いられるインクカー
トリッジのプリントヘッド部分に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱インクジェットプリントカートリッジ
は、少量のインクを急速に加熱してインクを気化させる
と共に、複数のオリフィスのうちの１つを通って噴出さ
せ、紙等のプリント媒体上にインクのドットをプリント
することによって動作する。通常、これらオリフィス
は、ノズル部材において１つ以上の直線状のアレイに配
置されている。各オリフィスからインクが適切な順序で
噴出することによって、プリントヘッドが紙に対して動
く際に、文字その他の画像が紙上にプリントされること
になる。紙は通常、プリントヘッドが紙を横切って動き
終わる毎にシフトされる。熱インクジェットプリンタ
は、インクのみが紙に当たるので、高速かつ静かであ
る。これらプリンタは高品質のプリントを行い、コンパ
クトでかつ手頃な価格にすることができる。

【０００３】従来技術の一設計において、インクジェッ
トプリントヘッドは一般に以下のものを備えている。す
なわち、（１）インクをインク槽からオリフィスに最も
近接したそれぞれの気化チャンバに供給するインクチャ
ンネル、（２）オリフィスが要求されたパターンに形成
されたオリフィス板すなわちノズル部材、および（３）
１つの気化チャンバにつき１つずつの一連の薄膜抵抗器
を含むシリコン基板、である。

【０００４】インクのドットを１つプリントするに当た
り、外部電源からの電流を選択した薄膜抵抗器に通す。
すると、抵抗器が加熱され、気化チャンバ内の隣接する
インクのごく表面を過熱して、爆発的な気化を生じさせ
る。その結果、インク滴がノズル部材内の関連したオリ
フィスを通って紙上に噴出させられる。

【０００５】本発明の出願人に譲渡され、引用すること
によって本明細書の一部とされる、Brian Keefe他によ
る“High Density Nozzle Array for Inkjet Printhea
d”という名称の米国特許第５，６３８，１０１号、お
よびBrian Keefe他による“InkDelivery System for an
Inkjet Printhead”という名称の米国特許第５，２７
８，５８４号は、本発明によって改良することができる
インクジェットプリントヘッドのプリントヘッド部の例
を記載する２つの特許である。米国特許第５，２７８，
５８４号において、インクは、基板とノズル部材との間
のバリアー層に形成されたインクチャンネルを通ってイ
ンク槽からそれぞれの気化チャンバに供給されている。
バリアー層のインクチャネルは一般的に、基板の２つの
互いに対向する縁に沿って延びるインク入口を有し、基
板の縁の回りを流れるインクがインクチャンネルおよび
気化チャンバにアクセスできるようになっている。この
タイプの従来技術のインクジェットプリントヘッドの設
計の不利な点は、内部のコンタミナントがプリントヘッ
ド内のインク流路を詰まらせる可能性がある、というこ
とである。その結果、インクの流れが制限されたり完全
に遮断されてしまい、それによってインク滴が紙上に噴
出されなくなってしまうことがある。さらに、１つの気
化チャンバ内のヒータ要素の通電が、近くの気化チャン
バに流入するインクに影響を与えて、クロストークを引
き起こす可能性がある。クロストークは、関連する要素
に通電するときにオリフィスから放出するインク量に影
響を与えてしまうことになる。

【０００６】粒子がインク流路を詰まらせないようにし
ておく１つの方法は、非常にクリーンなインクジェット
プリントカートリッジ、すなわち、外来性の粒子がない
インクジェットプリントカートリッジを作り上げる、と
いうことである。しかし、インクジェットプリントカー
トリッジの製造中に生じる小さな粒子を除去すること
は、困難でありかつ費用が掛かる。別の耐粒子(PARTICL
E TOLERANT)構成では、それぞれの気化チャンバに通じ
る多数の入口チャネルが用いられている。従って、入口
チャンネルの１つに外来性の粒子が詰まっても、別の入
口チャンネルを通ってインクはなおも気化チャンバに流
入することができる。しかし、多数のチャンネルを有す
る構成では、１つのチャンネルが詰まると性能が変化し
てしまい、それによってインクジェットプリントヘッド
のプリント品質が低下してしまう。

【０００７】米国特許第５，６３８，１０１号には、別
の耐粒子構成が記載されている。これは、それぞれのイ
ンクチャンネルの入口近くに形成した拡大領域すなわち
「堡礁（ｂａｒｉｅｒ ｒｅｅｆｓ）」を用いてインク
チャンネルの入口を絞り、大きな外来性の粒子を取り除
くのに役立っている。さらに、ピンチ点(pinch point)
として知られる比較的狭い狭窄点がインクチャンネルに
含まれていて、発射後の気化チャンバの再充填中にダン
ピングを行い、クロストークを低減させるのに役立って
いる。しかし、処理中に堡礁が削られてしまい、従って
役に立たなくなったり、さらに悪いことには、それ自体
がコンタミナントになってしまう可能性がある。さら
に、インクチャンネルにおいてピンチ点および堡礁を用
いることでインクチャンネルが長くなり、基板領域を増
大させる必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、インクジェッ
トプリントカートリッジ用の耐粒子プリントヘッド構成
が必要とされている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の実施形態による
インクジェットプリントカートリッジは、インクをイン
ク槽から液チャンネルに供給する少なくとも１つの溝を
用いる。溝は気化チャンバを含み、インク供給容器内の
外来性の粒子が少なくとも１つの溝によってフィルタを
かけて取り除かれ、液チャンネルを詰まらせないように
なっている。液チャンネルは、基板とノズル部材との間
のバリアー層に含まれ、ピンチ点等の流れ絞り(flow re
strictor)を経由してプレナムに連通する気化チャンバ
を含んでいる。単一のプレナムに多数の気化チャンバを
接続しても、あるいは各気化チャンバに関連するプレナ
ムが別個にあってもよい。ノズル部材は、オリフィスの
アレイおよび少なくとも１つの溝を備えている。必要で
あれば、それぞれのプレナムに、多数、例えば４つの溝
が関連づけられていてもよい。別の実施形態において、
溝はバリアー層内に配置される。基板は、ヒータ要素の
直線状のアレイを２つ含み、ノズル部材内のそれぞれの
オリフィスは、１つの気化チャンバおよびヒータ要素に
関連づけられている。複数の溝は、それぞれのプレナム
に通じる唯一のインク供給源である。従って、インクは
複数の溝を通ってプレナムに流入し、プレナムは流れ絞
りを経由してインクを気化チャンバに供給している。

【００１０】インクは、インク槽から直接プレナムまた
は気化チャンバに流れることができず、まず複数の溝を
通って流れなければならないので、溝の幅よりも大きな
いかなる外来性の粒子も取り除かれ、液チャンネルに入
らないようになっている。さらに、溝の幅が、液チャン
ネル、特に流れ絞りおよびオリフィスの幅よりも狭いの
で、溝を通って流れるいかなる粒子も、液チャンネル路
を詰まらせることなく吐出されることになる。

【００１１】さらに、それぞれの液チャンネル、すなわ
ち気化チャンバおよびプレナムは、関連する複数の溝を
介してのみインク槽に液通している。従って、それぞれ
の液チャンネルは他の液チャンネルから分離されてお
り、それによって、クロストークが実質的に除去され
る。さらに、バリアー層の一部にプレナムをインク槽か
ら分離することにより、ノズル部材を固定する更なる物
質ができる。従って、ノズル部材の剥離や凹みに伴う諸
問題を低減させることができる。

【００１２】本開示を読めば、他の利点が明らかになろ
う。

【００１３】

【発明の実施の形態】添付の図面を参照することによっ
て、当業者は、本発明をよりよく理解し、その多数の目
的、特徴および利点を明らかにすることができる。異な
る図面において、同じ参照記号を用いて、同様または同
一の部品(items)を示す。

【００１４】図１は、頂部のカバーが取り外された状態
のインクジェットプリンタ１０の簡略化した一例の図で
ある。インクジェットプリンタ１０は、紙を保持する入
力口トレー１２を含んでいる。プリント動作が開始され
ると、紙が入力口トレー１２から送られてプリントゾー
ン１４を通過し、その紙上にプリントが行われる。紙
は、プリントゾーン１４を通過するときに停止し、次
に、１つ以上のインクジェットプリントカートリッジ１
８を含む可動キャリッジ１６が紙を横切って走査して、
その上に１回分のインクをプリントする。キャリッジ１
６は、従来技術のベルトおよび滑車システムによって走
査軸に沿って動き、摺動ロッド２０に沿って摺動する。
プリントカートリッジ１８は、従来からイエロー、マゼ
ンタ、シアン、またはブラックのインクを保持してい
る。キャリッジ１８内で多数のプリントカートリッジが
使用される場合には、異なるカラーのインクを用いても
よい。

【００１５】キャリッジ１６が１度または何度も走査し
た後、従来技術のステッパモータおよび送りローラ２２
を用いて紙が漸進的にプリントゾーン１４内の次の位置
に移動され、キャリッジ１６が再び紙を横切って走査
し、その上に次の１回分のインクをプリントするように
なっている。

【００１６】外部コンピュータからのプリント信号は、
プリンタ１０によって処理されて、プリントするドット
のビットマップが生成される。次いで、このビットマッ
プはプリントヘッドのための発射信号に変換されること
になる。キャリッジ１６が走査軸に沿って左右に横切る
時の位置は、キャリッジ１６上の光電素子によって検出
される光学的エンコーダストリップ２４から決定され、
それぞれのプリントカートリッジ上の様々なインク噴出
要素は、キャリッジの走査中の適切な時点で選択的に発
射させられる。

【００１７】プリンタ１０は、柔軟性を有するインク管
３６を介してキャリッジ１６のプリントカートリッジに
接続された交換式インク供給カートリッジ２８，３０，
３２，３４を収容している、オフ・キャリッジのインク
供給ステーション２６を含んでいてもよい。あるいは、
プリンタ１０は、プリントカートリッジ１８に接続され
た交換式インク供給カートリッジ用のオン・キャリッジ
のインク供給ステーションを含んでもよい。もちろん、
インク供給容器は、プリントカートリッジ１８と一体的
な非交換式インク供給容器であってもよい。

【００１８】図２は、本発明の一実施形態によるプリン
トヘッドを組み込んだインクジェットプリントカートリ
ッジ１８を示している。プリントカートリッジは、図１
におけるプリンタ１０に用いても、あるいはフォーマッ
トの大きいプロッタや、郵便プリント装置等の専用プリ
ンタを含む、同様のタイプのインクジェットプリンタに
用いてもよい。プリントカートリッジ１８は、インク槽
３８およびテープ自動ボンディング（ＴＡＢ）を用いて
形成したプリントヘッド４２を含んでいる。プリントヘ
ッド４２は、柔軟性を有するポリマーテープ４８に、例
えばレーザアブレーションによって形成された平行な２
列の偏心穴、すなわちオリフィス４６を備えるノズル部
材４４を含んでいる。また、ノズル部材４４は、それぞ
れのオリフィス４６に関連する複数の溝を含んでいる。
この複数の溝については、図７、図８、および図９を参
照して以下でさらに説明する。テープ４８は、３Ｍ社か
ら入手可能なKapton（登録商標）テープを購入してもよ
い。他の適切なテープは、Upilex（登録商標）またはそ
の同等物で形成されていてもよい。

【００１９】図２に示すプリントカートリッジ１８は、
同プリントカートリッジ１８の一部であるインク槽３８
を含むが、インクの供給容器は、プリントカートリッジ
１８のプリントヘッド４２に着脱可能に接続された外部
交換式インク供給容器の形であってもよい、ということ
が理解されるべきである。従って、インク供給容器はプ
リントカートリッジ１８から分離することができ、図１
に示すキャリッジ１６上にあっても、キャリッジ１６か
ら離れて柔軟性を有する管３６を介してプリントカート
リッジ１８に接続されていてもよい。交換式インク供給
容器は、プリントヘッド４２に直接接続しても、プリン
トカートリッジ１８内のインク槽３８等の中間要素を介
してプリントヘッド４２に接続してもよい。

【００２０】テープ４８の背面は、その上に従来技術の
リソグラフィエッチングおよび／またはメッキ工程を用
いて形成された導電トレース６６（図４に示す）を含ん
でいる。これら導電トレースは、終端が大きな接触パッ
ド５０になっており、同接触パッド５０は、プリンタ１
０のカートリッジ１６内の電極と電気的に接触して、プ
リントヘッド４２用の発射信号ならびに電力および接地
信号を受け取るように設計されている。

【００２１】テープ４８を通って窓５２，５４が延びて
おり、これら窓５２，５４は、導電トレースの他方の端
を、ヒータ抵抗器を含むシリコン基板上の電極に容易に
接合するのに用いられている。窓５２，５４には、この
下方にあるトレースおよび基板部分を保護するためのカ
プセル材(encapsulant)が充填されている。

【００２２】図２に示すように、テープ４８は、プリン
トカートリッジの「鼻（snout)」の後縁で折り曲げら
れ、該鼻の後壁５６の長さの約１／２だけ延びている。
このテープ４８のフラップ部は、遠方端の窓５２を通っ
て基板電極に接続される導電トレースのルーティングを
行うのに用いられる。

【００２３】図３は、プリントカートリッジ１８から取
り外された図２のプリントヘッドを示す正面図であり、
プリントヘッド４２の窓５２，５４にカプセル材を充填
する前の状態を示している。

【００２４】プリントヘッド４２の背面には、複数の個
々に通電可能な薄膜抵抗器を含むシリコン基板６０（図
４に示す）が固定されている。それぞれの抵抗器は、１
つのオリフィス４６の略後方に配置され、１つ以上の接
触パッド５０に順次または同時に印加される１つ以上の
パルスによって選択的に通電されると、オーム加熱器と
しての役割を果たすようになっている。あるいは、抵抗
器の代わりに、それぞれのオリフィスの後方に圧電素子
を用いてもよい。

【００２５】オリフィス４６および導電トレースは、い
かなる大きさ、数、およびパターンであってもよく、ま
た様々な図面は、本発明の特徴をはっきりと示すように
設計されている。わかりやすくするために、これら様々
な特徴の相対的寸法はかなり調整されていることが理解
されるべきである。

【００２６】図４は、テープ４８の背面に搭載したシリ
コン基板６０を説明するもので、基板６０上に形成され
たバリアー層６２の一方の縁も表す図３のプリントヘッ
ド４２の裏面を示している。図４に示すように、バリア
ー層６２の縁は固い。バリアー層６２内には液チャネル
が存在しているが、これらの液チャネルは図４において
は見えない。図６は、液チャネルを含むバリアー層６２
の更なる詳細を示し、これについては後に説明する。バ
リアー層６２に隣接するテープ４８に沿って、複数の溝
６４が示されているが、これら溝は、インクをインク槽
３８（図２に示す）からバリアー層６２内の液チャンネ
ルに供給するのに用いられる。

【００２７】また図４には、テープ４８の背面に形成さ
れた導電トレース６６が示されており、図４において、
導電トレース６６は、終端がテープ４８の反対側で接触
パッド５０（図３）になっている。

【００２８】窓５２，５４によって、テープ４８の反対
側からトレース６６の両端および基板電極にアクセスす
ることができ、接合が容易になる。

【００２９】図５は、基板６０上に形成された電極６８
への導電トレース６６の端の接続を示すもので、図４の
Ａ−Ａ線に沿った側断面図である。図５で示すように、
バリアー層６２の一部６９は、導電トレース６６の端を
基板６０から絶縁するのに用いられている。

【００３０】また図５には、テープ４８、該テープ４８
内の溝６４、バリアー層６２および窓５２，５４の側面
図も示している。同図では、図６に示すヒータ抵抗器に
関連するオリフィス穴からインク滴７０が噴出している
のが示されている。

【００３１】図６は、図４におけるテープ４８の背面に
固定されてプリントヘッド４２を形成するシリコン基板
６０の正面から見た斜視図である。シリコン基板６０の
上には、従来のリソグラフィ技術を用いて、薄膜抵抗器
７２や圧電素子等のインク噴出要素が２列形成されてお
り、これらは図６において、バリアー層６２内に形成さ
れたインク噴出チャンバ７４を通って露出して示されて
いる。用いるインク噴出要素がヒータ抵抗器である場合
には、インクはインク噴出チャンバ７４内で気化し、従
って、インク噴出チャンバ７４は気化チャンバ７４とな
る。簡単にするために、チャンバ７４を気化チャンバ７
４と呼ぶことにする。一実施形態において、基板６０
は、長さが約１／２インチであり、３００個のヒータ抵
抗器７２を含み、従って１インチ当たり６００ドットの
解像度が可能である。

【００３２】また、基板６０上には、図４のテープ４８
の背面上に形成された導電トレース６６（図６において
破線で示す）に接続する電極６８も形成されている。

【００３３】図６において破線で示すデマルチプレクサ
７６もまた基板６０上に形成されており、電極６８に印
加した多重化された入信号を多重分離して、それらの信
号を様々な薄膜抵抗器７２に分配している。デマルチプ
レクサ７６によって、電極６８の使用数を薄膜抵抗器７
２よりも少なくすることができる。電極の数が少なくな
ると、図５に示すように、基板へのすべての接続を基板
の短い方の端部からすることができ、これらの接続が、
基板の長い方の側の周囲においてインクの流れを妨げな
いようになっている。デマルチプレクサ７６は、電極６
８に印加した符号化信号を復号するものであれば、いか
なる復号器であってもよい。このデマルチプレクサは、
電極６８に接続された入力導線（わかりやすくするため
に図示せず）を有し、また様々な抵抗器７２に接続され
た出力導線（図示せず）を有している。直結駆動および
デジタル信号の符号化を含み、発射信号を様々な薄膜抵
抗器７２に分配する他の方法が可能である、ということ
が理解されるべきであり、こういったものであれば、デ
マルチプレクサ７６は不要となろう。

【００３４】また、基板６０の表面上には、バリアー層
６２が従来のリソグラフィー技術を用いて形成されてい
る。バリアー層６２は、フォトレジストまたは何か他の
ポリマーの層であってもよく、その中には、気化チャン
バ７４およびプレナム７８を含む液チャンネルが形成さ
れている。プレナム７８は、図４に示すテープ４８をア
ブレーションして形成された溝６４を介してその中にイ
ンクが供給される空間を取り囲んでいる。図６に示すよ
うに、プレナム７８とバリアー層６２の縁との間には、
バリアーが存在している。ピンチ点８０の形態に基づく
流れ絞りが、プレナム７８を気化チャンバ７４から分離
している。

【００３５】図５に関して前述したように、バリアー層
６２の一部６９が、導電トレース６６を下方の基板６０
から絶縁している。

【００３６】バリアー層６２の頂面を図４で示すテープ
４８の背面に接着剤によって固定するためには、バリア
ー層６２の頂面にポリイソプレンのフォトレジストの非
硬化層等の薄い接着層８２が施される。もちろん、バリ
アー層６２の頂面とテープ４８の背面とを他の方法で互
いに接着することができる場合には、このような別個の
接着層８２は必要ではない。簡略化するために、本説明
においては、接着層を用いないと言わない限りは、接着
層８２を用いてバリアー層６２をテープ４８に接着する
と仮定する。その結果として得られる基板構造は、抵抗
器７２がテープ４８に形成されたオリフィスと整列する
ように、テープ４８の裏面に配置されることになる。ま
た、この整列段階では、生来的に、電極６８が導電トレ
ース６６の両端に整列される。次いで、トレース６６が
電極６８に接着される。この整列および接着工程は、図
２３に関連してより詳細に後述する。整列して接着され
た基板／テープ構造では、加圧しながら加熱されると、
接着層８２が硬化するため、基板構造がテープ４８の裏
面にしっかりと固定される。

【００３７】図７は、図６の基板構造を薄い接着層８２
によってテープ４８の背面に固定した後で、単一の気化
チャンバ７４、薄膜抵抗器７２、単一の溝６４および円
錐台形のオリフィス８４の拡大図である。そして図７
は、図６のＢ−Ｂ線に沿った基板６０およびバリアー層
６２の断面図である。また図７には、プレナム７８およ
びピンチ点８０の半分も示している。動作中、インク
は、矢印８６で示すように、図２のインク槽３８から基
板６０の縁の周囲を流れ、バリアー層６２の回りを流れ
て溝６４を通り、プレナム７８から成る液チャンネルに
流入し、ピンチ点８０および気化チャンバ７４を通る。
薄膜抵抗器７２に通電すると、隣接するインクのごく表
面が過熱されて爆発的な気化を生じさせ、その結果、イ
ンク滴がオリフィス８４を通って噴出される。すると、
毛管作用によって、気化チャンバ７４が再充填されるこ
とになる。

【００３８】一実施形態において、バリアー層６２は、
これを用いる場合には、厚さが約０．７５から１ミルで
あり、基板６０の厚さは約２０ミルであり、テープ４８
の厚さは約２ミルである。

【００３９】図８は、バリアー層６２およびシリコン基
板６０の上にあるテープ４８を上方から見た斜視図であ
る。バリアー層６２内には、いくつかのプレナム７８お
よび関連する気化チャンバ７４が示され、気化チャンバ
７４を通して薄膜抵抗器７２が見えている。テープ４８
は、円錐台形のオリフィス８４および複数の溝６４を含
んでおり、これらは、この図ではテープ４８の底側にあ
るので、破線で示されている。図８においては、テープ
４８の一部を切り欠いて、バリアー層６２内の構造およ
び溝６４の構造の各部をはっきりと示すようにしてい
る。

【００４０】図８に示すように、テープ４８内の複数の
溝６４は、バリアー層６２内のプレナム７８の構造の上
にある。インクは溝６４を通ってプレナム７８に供給さ
れるので、多数の溝６４を用いて、確実に制限のないイ
ンクの流れが十分に供給されて利用できるようにしてい
る。しかし溝６４は、ふるいの役割を果たしており、外
来性の粒子がプレナム７８または気化チャンバ７４に入
ることを好都合に防止するように、狭くなっている。プ
レナム７８内への流動抵抗は、ピンチ点８０によって生
じる抵抗よりもはるかに小さく、同ピンチ点８０が流動
抵抗の機構(feature)の役割を果たしている。

【００４１】図９は、テープ４８の縁およびバリアー層
６２の縁を示す平面図であり、テープ４８がバリアー層
６２の上にある。また図９は、気化チャンバ７４および
関連するプレナム７８、ピンチ点８０および薄膜抵抗器
７２を示している。これらはテープ４８の下方にある
が、わかりやすくするために実線で示している。テープ
４８内には、オリフィス８４および複数の溝６４があ
り、これらも、テープ４８の底側にあるが、わかりやす
くするために実線で示している。

【００４２】図９は、プレナム７８の上方に延びる４つ
の溝６４を示しているが、この数は例示的なものであ
り、異なる数、例えば３から５を用いてもよい、という
ことが理解されるべきである。個々のプレナム７８のそ
れぞれについて用いる溝６４の数は、それらの溝が供給
できるインクの容量によって決められる。溝６４は、約
１０ｋＨｚから１５ｋＨｚ、公称では１２ｋＨｚの再充
填速度を達成するのに十分な容量のインクをプレナム７
８に供給すべきである。技術が進歩して発射速度が増大
すれば、それに伴って溝６４が供給しなければならない
インクの容積も増大するはずである、ということが理解
されるべきである。溝６４が供給することができるイン
クの体積は、もちろん、溝６４の幾何学的形状によって
決まる。溝６４は、テープ４８にレーザアブレーション
して形成され、後述する図１０に示すように、断面が三
角形で、最大幅Ｗ６４は約１０μｍから２０μｍ、公称
では１５μｍであり、高さは２５μｍから４５μｍ、公
称では４５μｍである。必要であれば、溝６４の断面は
長方形等の異なるものであってもよく、これは、より詳
細に後述するように、用いられるアブレーション工程に
よって決まる。溝６４は、約１．５μｍである幅ＷＳＥ
Ｐだけ互いから離れている。溝６４の長さＬ６４は約１
００μｍであるが、これと異なっていてもよい。溝６４
は、図２に示すインク槽３８内に、総計でＥＸＴ６４だ
け延びているべきである。このＥＸＴ６４は、制限のな
いインクの流れが溝６４に流入するのに十分な大きさで
あって、約４０μｍであるが、もちろんこれは、インク
が制限のない方法で溝６４に流入することができる限り
において、思い切って変更してもよい。溝６４は、制限
のないインクの流れが溝６４から流出することができる
大きさだけ、プレナム７８の上方に延びているべきであ
る。従って、理想的には、溝６４は、プレナム７８の上
方にできるだけ遠くまで延びているべきである。しかし
溝６４は、ピンチ点８０を迂回するバイパスになって気
化チャンバ７４内に延びるべきではない。そうでなけれ
ば、ピンチ点８０による流れ制御ができなくなってしま
う。

【００４３】もちろん、必要であれば、より寸法（幅お
よび高さ）の小さい溝６４をより数多く用いて、溝６４
の粒子排除性能を改良してもよい。しかし溝６４は、所
望の速度でプレナム７８を再充填するのに十分な容量の
インクを供給することができなければならない。それに
も拘わらず、下流の機構、すなわちピンチ点８０、気化
チャンバ７４およびオリフィス８４の寸法が、溝６４の
最も幅広の部分の寸法よりも大きいので、溝を十分通り
抜けられるくらい小さい粒子はいかなるものでも、下流
のプリントヘッド構造内で障害を引き起こすことはな
い。

【００４４】プレナム７８の縁は、約２０μｍの距離Ｄ
ＳＥＰだけバリアー層６２の縁から離れている。プレナ
ム７８の幅Ｗ７８は約２０〜４０μｍ、公称では２７．
５μｍであり、長さＬ７８は約６５μｍである。もちろ
ん、ピンチ点８０を通り気化チャンバ７４への制限のな
いインクの流れを供給するのに十分な容量のインクをプ
レナム７８が保持される限りにおいて、正確な寸法を変
更してもよい。ピンチ点８０は、約１７．５μｍの距離
Ｗ８０だけプレナム７８を気化チャンバ７４から離して
いる。ピンチ点８０の先端は、幅が約２０μｍのＷｏｐ
ｅｎである開口部を形成している。気化チャンバ７４
は、約４５μｍ×４５μｍである。

【００４５】オリフィス８４の中心は、バリアー層６２
の縁から約８７．５μｍの距離Ｄ８４にある。さらに、
それぞれのオリフィス８４は、次のオリフィス８４と約
８５μｍの距離だけ離れている。

【００４６】図１０は、図９のＣ−Ｃ線に沿ってテープ
４８、バリアー層６２および基板６０の一部を示す断面
図である。図１０に示すように、テープ４８の溝６４
は、断面が三角形であり、高さＨ６４は約２５μｍから
４５μｍ、公称では４５μｍである。

【００４７】図９および図１０に示すプリントヘッドの
構造は比較的簡単であるので、棚の長さ、すなわち抵抗
器７２からバリアー層６２の縁までの距離は、従来技術
のインクジェットプリンタにおいて見られるものよりも
小さい。棚の長さが短い（図９に示すＤ８４と略等し
い）ことによって、より小さな基板６０を用いることが
できる。基板６０を小さくすることによって、ウェーハ
１枚当たりに形成される基板の数を多くすることがで
き、従って、基板１枚当たりの材料費が低減される。

【００４８】さらに、本発明では、従来技術のプリント
ヘッドと比べて、プリントヘッドの適切な動作が、基板
をウェーハから切り出す工程に影響されにくくなる。従
来技術のプリントヘッドにおいて、チャンネルが気化チ
ャンバからバリアーの端まで延びている場合は、バリア
ーの縁と基板の縁との間の距離は、インクがバリアーの
チャンネルに入る前にこの距離を移動しなければならな
いので、再充填速度に大きな影響を与える。従って、従
来技術のプリントヘッドにおいては、基板をウェーハか
ら切り出す工程を非常に正確にし、バリアーの縁と基板
の縁との間が正確な距離に保証されていなければならな
い。しかし、本発明の実施形態によれば、プレナム７８
は距離ＤＳＥＰだけバリアー層６２の縁から離れ、溝６
４を介してインク槽に連通しており、溝６４は距離ＥＸ
Ｔ６４だけバリアー層６２の縁を越えて延びている。そ
の結果、インクがプレナム７８にアクセスするために溝
６４を通って流れなければならない距離は、基板の縁の
位置に関係なく、常にＤＳＥＰである。また、基板を切
り出す工程の精度は、本発明の実施形態による構成を有
するプリントヘッドの適切な動作、すなわち再充填速度
にとって、それほど重要ではない。

【００４９】さらに、それぞれの気化チャンバ７４が個
々に関連する溝６４を介してインクを受け取るので、気
化チャンバ７４同士は互いに分離されている。その結
果、気化チャンバ７４同士の間のクロストークが略除去
されることになる。

【００５０】さらに、本発明では、インク槽３８（図２
に示す）とプレナム７８との間のバリアー層６２におい
てチャネルを用いないようにすることによって、テープ
４８を接着することのできる更なる物質ができる。テー
プ４８を接着することのできるこの更なるバリアー層６
２の物質によって、テープ４８をバリアー層６２に固定
する時のテープ４８の意図しない凹みと、不所望の剥離
を、好都合に低減することができる。

【００５１】図１１は、図１０に示すものと同様の側面
図であり、同じ参照番号は同じ要素である。しかし図１
１は、インクがテープ４８とバリアー層６２との間を流
れることができるように、これらテープ４８とバリアー
層６２との間に配置された溝の別の実施形態を示してい
る。図１１に示すように、溝２０２はバリアー層６２に
配置されており、それによって、テープ４８の溝６４
（図１０に示す）の代わりとなっている。溝２０２は、
従来のリソグラフィー技術を用いて形成されており、断
面は、長方形およびその他リソグラフィー工程によって
可能ないかなる幾何学的形状であってもよい。溝２０２
は、バリアー層６２の縁からプレナム７８に延びてお
り、プレナム７８に制限のないインクを供給することが
できるのに十分な寸法を有するべきである。

【００５２】図１２は、図１０および図１１に示すもの
と同様の側面図であり、同じ参照番号は同じ要素であ
る。図１２に示すように、テープ４８の溝６４は、バリ
アー層６２の溝２０２と組み合わせて用いてもよい。こ
の構成では、同じ粒子排除特性を維持しながら、プレナ
ム７８に流入するインクの流れが好都合に増大する。

【００５３】また、本開示においては、プレナム７８お
よび気化チャンバ７４がバリアー層６２内に形成される
ものとして説明しているが、プレナム７８および気化チ
ャンバ７４のうちの一方または両方が、部分的にまたは
完全にテープ４８内に形成されていてもよい、というこ
とも理解されるべきである。

【００５４】図１３ないし図１６は、テープ４８の縁お
よびバリアー層６２の縁を示す様々な実施形態の平面図
であり、テープ４８はバリアー層６２の上にある。図１
３に示すように、複数の溝６４の代わりに、単一の幅広
の溝２０４を用いて、対応するプレナム７８にインクを
供給してもよい。単一の溝２０４は、プレナム７８に制
限のないインクを供給するすることができるのに十分な
断面寸法を有している。また、単一の溝２０４の高さ
は、所望の粒子排除特性を維持するのに十分に低い、例
えば５μｍから２０μｍである。

【００５５】図１４は、インクを複数のプレナム７８に
供給するために、単一の溝２０６を使用したものを示
す。図１４に示すように、溝２０６を用いて、多数、例
えば３つの別個のプレナム７８にインクを供給してもよ
く、あるいは、１つの溝２０６を用いて、基板の一方の
側に配置されたすべてのプレナム７８にインクを供給し
てもよい。

【００５６】図１５は、溝２０６を用いて、多数の気化
チャンバ７４に関連する単一のプレナム２０８にインク
を供給する、別の実施形態を示す。図１５に示すよう
に、プレナム２０８を用いて、多数、例えば３つの別個
の気化チャンバ７４にインクを供給してもよく、あるい
は、プレナム２０８を用いて、基板の一方の側に配置さ
れたすべての気化チャンバ７４にインクを供給してもよ
い。

【００５７】図１６は、テープ４８内の溝６４が交差し
た溝２１０と共に用いられる、別の実施形態を示す。交
差した溝２１０は、溝６４と同じ方法で作り出される。
用いられる交差した溝２１０の数は、いかなる所望の数
であってもよい。

【００５８】図１７は、中央送り構成を用いた基板６０
の一部を示すプリントヘッド構成の実施形態を示す。図
１７に示すように、基板６０は、中央送り穴６１を有し
ており、インク槽３８（図２に示す）からのインクは中
央送り穴６１を通って溝６４に流れる。溝６４はバリア
ー層６２に配置されているが、わかりやすくするために
バリアー層６２は図１７には示していない。プレナム７
８および気化チャンバ７４は、中央送り穴６１の近くに
配置されており、中央送り穴６１を通って流れるインク
が、溝６４を通ってプレナム７８に流入するようになっ
ている。従って、プリントヘッド構成は、中央送り構成
を有していてもよい。中央送り穴６１は、従来技術のエ
ッチング法を用いて機械的または化学的に形成してもよ
い。

【００５９】もちろん、図１１および図１２において説
明したように、図１３〜図１７に示す各実施形態もま
た、溝をバリアー層６２内に形成して作成してもよい。
さらに、必要であれば、図１３〜図１７に示す各実施形
態を、単独でまたは組み合わせて用いてもよい。

【００６０】図１８および図１９は、プレナム７８を有
する気化チャンバ７４として示すプリントヘッド構成群
とバリアー層６２の縁との間の関係の平面図である。図
１８は、ジグザグ状のプリントヘッド構成を示す。イン
クは、インク槽３８（図２に示す）と常に接触している
溝６４（図９に示す）を介して、プレナム７８および気
化チャンバ７４に供給されるようになっている。図１８
に示すように、バリアー層６２の縁は、プレナム７８に
対応してジグザグになっている。従って、プレナム７８
からバリアー層６２の縁までの距離は、気化チャンバ７
４を再充填することができる頻度に影響を与えない。ジ
グザグ状であれば、それぞれの気化チャンバ７４におけ
る抵抗器はジグザグにアドレスされることになる。従っ
て、プリントヘッドが紙を横切って走査する際には、適
切に遅延した抵抗器へのアドレス信号を用いて、それぞ
れの気化チャンバ７４から生じたドットが互いに垂直に
整列して、垂直線を作り出す。従って、まっすぐな垂直
線を作り出すのに同時に発射しなければならない抵抗器
は一部のみであり、それによって、要求される電力が好
都合に制限されることになる。

【００６１】図１９は、プレナム７８がバリアー層６２
の縁から等距離にある、直線状のプリントヘッド構成を
示す。図１９に示す構成を有するプリントヘッドを含む
カートリッジは、傾斜した向きでプリンタ内に取り付け
られる。従って、気化チャンバ７４は、プリンタ内に取
り付けると垂直に対して角度をなすことになり、それぞ
れの気化チャンバ７４が他のチャンバに対してわずかに
偏心するようになっている。それぞれの気化チャンバ７
４内の抵抗器は、順次アドレスされる。従って、プリン
トヘッドが紙を横切って走査する時には、それぞれのオ
フセット抵抗器への遅延したアドレス信号を用いて、そ
れぞれの気化チャンバ７４から生じたドットが互いに垂
直に整列して垂直線を作り出し、それによって、要求さ
れる電力が好都合に制限される。

【００６２】図２０は、プリントヘッド装置４２とプリ
ントヘッド本体との間をシールするのに用いるヘッドラ
ンドパターン（岬パターン）９０を表すため、プリント
ヘッド装置４２を取り外して、図２のプリントカートリ
ッジ１８を示す。わかりやすくするために、図２０にお
いてはヘッドランドの特性を誇張している。また、図２
０には、インクがインク槽３８からプリントヘッド装置
４２の背面に流れるようにするため、プリントカートリ
ッジ１８の中央スロット９２も示している。

【００６３】プリントカートリッジ１８上に形成された
ヘッドランドパターン９０は、プリントヘッド装置４２
が同ヘッドランドパターン９０に当たって所定位置に圧
入されると、高くした内壁９４上および壁開口部９５，
９６に渡って（プリントヘッド装置４２が所定位置に来
ると基板に外接するように）施されたエポキシ接着剤の
ビードがプリントカートリッジ１８の本体とプリントヘ
ッド装置４２の背面との間のインクシールを形成するよ
うになっている。使用可能な他の接着剤としては、例え
ば、ホットメルト、シリコーン、紫外線硬化接着剤およ
びそれらの混合物が挙げられる。さらに、接着剤のビー
ドを施す代わりに、パターン化した接着剤フィルムをヘ
ッドランド９０上に配置してもよい。

【００６４】図４のプリントヘッド装置４２を適切に配
置し、接着剤を施した後にいて図２０のヘッドランドパ
ターン９０に押し下げると、基板６０の短い方の両端
が、表面部９７，９８によって壁開口部９５，９６内に
支持される。ヘッドランドパターン９０の構成は、基板
６０が表面部９７，９８によって支持されると、テープ
４８の背面が高くした内壁９４の頂部よりもわずかに上
で、プリントカートリッジ１８の平らな頂面９９と略同
一平面になるようになっている。プリントヘッド装置４
２がヘッドランド９０上に押し下げられると、接着剤が
押しつぶされる。接着剤は、高くした内壁９４の頂部か
ら、該高くした内壁９４と高くした外壁１００との間の
溝内にあふれ出し、スロット９２に向かって幾らかあふ
れ出す。この接着剤は、壁開口部９５，９６から、スロ
ット９２の方向に内向きに押しつぶされ、また高くした
外壁１００に向かって外向きに押しつぶされる。高くし
た外壁１００によって、接着剤がさらに外向きに変位す
ることが妨げられる。接着剤の外向きの変位は、インク
シールの役割を果たすだけでなく、ヘッドランド９０近
傍の導電トレースを下方から封入して、該トレースをイ
ンクから保護する。

【００６５】このシールが、基板６０に外接する接着剤
によって形成され、該シールによって、インクはスロッ
ト９２から基板６０の両側の回りを流れ、溝６４を介し
て気化チャンバ７４に流入するが、インクがプリントヘ
ッド装置４２の下からにじみ出すことは防止される。従
って、この接着シールは、プリントヘッド装置４２をプ
リント印字カートリッジ１８に機械的に強固に連結し
て、液シールを行うと共に、トレース封入を行う。ま
た、この接着シールは硬化しやすく、シール材のライン
が容易に観察可能であるので、プリントカートリッジ本
体とプリントヘッドとの間の漏れを検出することができ
る。

【００６６】図２１は、プリントヘッド装置４２とプリ
ントカートリッジ１８の本体との間のシールを形成する
下方の接着剤の位置を断面線によって表す完成したプリ
ントカートリッジ１８の一部を示す。図２１において、
接着剤は、オリフィス４６のアレイを取り囲む破線と破
線との間に略配置されている。外側の破線１０２は、わ
ずかに図２０の高くした外壁１００の境界内にあり、内
側の破線１０４は、わずかに図２０の高くした内壁９４
の境界内にある。接着剤はまた、壁開口部９５，９６
（図２０）を通って押しつぶされて示されており、基板
上の電極へ通じるトレースを封入している。

【００６７】図２２は、図２１のＤ−Ｄ線に沿った側断
面図であり、基板６０を取り囲む接着シール１１０の一
部を示し、またプレナム７８および気化チャンバ７４
（この断面図においては、ピンチ点８０は示していな
い）を含むバリアー層６２の頂面上の薄い接着層８２に
よってテープ４８の中央部に接着剤で固定された基板６
０を示している。図２０に示す高くした内壁９４を含む
プリントカートリッジ１８のプラスチック本体の一部も
また示している。気化チャンバ７４内には薄膜抵抗器７
２を示している。

【００６８】また、図２２は、インク槽３８（図２に示
す）からのインク１１２がどのようにプリントカートリ
ッジ１８内に形成された中央スロット９２を通って流
れ、基板６０の縁の周囲を流れ、テープ４８の溝６４を
通ってプレナム７８および気化チャンバ７４に流入する
かを示している。抵抗器７２が通電されると、放出され
るインク滴１１４によって示すように、気化チャンバ７
４内のインクがオリフィス８４を通って噴出される。

【００６９】別の実施形態において、インク槽は、それ
ぞれが異なるカラーのインクを含んだ２つの別個のイン
ク源を備えている。この別の実施形態では、図２２の中
央スロット９２が破線１０３で示すように二等分され、
中央スロット９２の各側が別個のインク源に連通するよ
うになっている。従って、気化チャンバの左側の直線状
アレイは、一のカラーのインクを噴出させ、一方、気化
チャンバの右側の直線状アレイは異なるカラーのインク
を噴出させることができるようになっている。この概念
は、カラーが４つのプリントヘッドを作り出すのにも用
いることができる。この場合、異なるインク槽が基板の
４つの側のそれぞれに沿った溝にインクを供給してい
る。このため、上述した縁が２つの供給設計の代わり
に、好ましくは対称性のある正方形の基板を用いて、縁
が４つの設計が用いられる。

【００７０】図２３は、図４のプリントヘッド装置４２
を形成する一方法を示す。

【００７１】スタートの物質はKapton（登録商標）また
はUpilex（登録商標）タイプのポリマーテープ１２０で
あるが、テープ１２０は、後述する手順において使用が
許容されるいかなる適当なポリマーフィルムであっても
よい。このようなフィルムは例えば、テフロン、ポリイ
ミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポ
リエステル、ポリアミドポリエチレンテレフタレート、
またはそれらの混合物を含んでもよい。

【００７２】テープ１２０は通常、リール１２２に巻い
た長いストリップの状態で設けられている。テープ１２
０の両側に沿ったスプロケット孔１２８は、正確かつ安
定的にテープ１２０を運ぶために用いられている。ある
いは、スプロケット孔１２８を省いて、他のタイプの取
り付け具を用いてテープを運んでもよい。

【００７３】好適な実施形態において、テープ１２０の
上には、従来技術の金属デポジットおよびリソグラフィ
ー工程を用いて形成した、図４に示すような導電銅トレ
ース６６が既に設けられている。導電トレースの特定の
パターンは、シリコン型上に形成された電極に電気信号
を分配する所望の方法によって決まる。シリコン型は、
その後にテープ１２０上に搭載される。

【００７４】好適な工程において、テープ１２０はレー
ザ加工チャンバに運ばれ、Ｆ２、ＡｒＦ、ＫｒＣＪ、Ｋ
ｒＦ、またはＸｅＣｌタイプのエキシマレーザ１３４に
より発生するレーザ光１３２を用いて、１つ以上のマス
ク１３０が規定するパターンに、レーザアブレーション
が施される。マスキングを行ったレーザ光は、矢印１３
６で示されている。

【００７５】好適な実施形態において、このようなマス
ク１３０は、例えば多数のオリフィス８４および多数の
溝６４（図７に示す）を取り囲むもので、テープ１２０
の拡張領域に対するアブレーションにより形成される機
構のすべてを規定している。あるいは、オリフィスパタ
ーンや溝パターンのようなパターンまたはその他のパタ
ーンは、レーザ光よりも本質的に大きい共通のマスク基
板上に並べて配置されてもよい。そして、このようなパ
ターンは光線の中で順次動かしてもよい。このようなマ
スクで用いるマスキング材料は、好ましくはレーザ波長
において反射率が大きな、例えば、多層誘電体またはア
ルミニウムやクロム等の金属から構成されている。

【００７６】溝６４はテープ１２０を通して部分的にア
ブレーションされるだけなので、マスク１３０における
溝の設計はハーフトーンである。従って、溝６４を作成
するマスキングを行ったレーザ光１３６は、オリフィス
８４を作成するマスキングを行ったレーザ光の強さの何
分の一かである。その結果、オリフィス８４はテープ１
２０を通して完全にアブレーションされ、溝６４はテー
プ１２０を通して部分的にのみアブレーションされる。
レーザに対してハーフトーンのマスクを作り出して基板
内に所望の深さにパターンをレーザアブレーションする
ことは、従来技術において公知である。

【００７７】あるいは、オリフィス８４および溝６４
は、単一のまたは多数のマスク１３０を通して異なるレ
ーザエネルギーレベルでテープ１２０にアブレーション
を行って形成される。そこで、機構のうちの１つをテー
プ１２０内にアブレーションにした後、レーザ１３４の
エネルギーレベルが適切に調整され、所望のパターンを
テープ１２０の必要な深さに作り出している。別の実施
形態において、溝６４は、マスク１３０内の細いスリッ
トを用いて、部分的にテープ４８内にアブレーションし
て形成される。レーザ１３４のエネルギーレベルは一定
に保たれ、マスク１３０内のスリットの幅はアブレーシ
ョンの深さを制御するために用いられ、それによって、
断面が三角形の溝を作成している。さらに別の実施形態
において、単位面積当たりのレーザパルス数を減らし、
溝６４をテープ４８内に所望の深さまでアブレーション
によって形成してもよい。もちろん、必要であれば、こ
れらの工程または他の工程のいかなる組合せを用いて、
テープ４８とバリアー層６２との間に溝を作成してもよ
い。

【００７８】一実施形態において、別個のマスク１３０
が、図２および図３に示す窓５２，５４のパターンを規
定する。しかし、好適な実施形態において、窓５２，５
４は、テープ１２０が図２３に示す工程を受ける前に、
従来技術のリソグラフィー法を用いて形成されている。

【００７９】この工程用のレーザシステムは、一般的
に、ビーム送出光学、整列光学、高精度かつ高速のマス
ク往復システム、およびテープ１２０を取り扱い配置す
る機構を含む加工チャンバを有している。好適な実施形
態において、レーザシステムは投影マスク構成を用い、
マスク１３０とテープ１２０との間に置いた精密レンズ
１３８によって、エキシマレーザ光をマスク１３０上に
規定されたパターンの画像でテープ１２０上に投影す
る。レンズ１３８から出るマスキングを行ったレーザ光
は、矢印１４０によって表わされる。

【００８０】このような投影マスクの構成は、同マスク
がノズル部材から物理的に離れているので、オリフィス
の寸法を高精度にするのに有利である。アブレーション
工程においては、自然にすすが形成されて噴出され、ア
ブレーションが行われているノズル部材から約１センチ
メートルの距離を移動する。仮に、マスクがノズル部材
と接触するかまたはノズル部材に近接すれば、マスク上
に形成されたすすによって、アブレーションによって形
成された機構が変形し、寸法の精度が下がってしまいが
ちである。好適な実施形態においては、投射レンズは、
アブレーションが行われているノズル部材から２センチ
メートルよりも離れており、それによって、いかなるす
すもノズル部材上やマスク上に形成されないようにして
いる。

【００８１】アブレーションは、テーパー（先細）の壁
を有する機構を作成するのに公知の方法である。このよ
うにテーパーにするのは、オリフィスの直径がレーザの
入射する表面において大きく、出射する表面において小
さくなるようにするためである。テーパーの角度を用い
て、溝を所望の深さまでアブレーションによって正確に
形成することができる。テーパーの角度は、約２ジュー
ル／平方センチメートルよりも低いエネルギー密度で、
ノズル部材上に入射する光エネルギー密度のばらつきに
より、かなりばらついてしまう。エネルギー密度を制御
しなければ、作成するオリフィスおよび溝のテーパーの
角度は非常に変化し、その結果、出口のオリフィス直径
および溝の深さがかなりばらついてしまう。このような
ばらつきは、噴出されるインク滴の容量およびインクの
流速が有害なほど大きく、それによってプリント品質が
低下してしまう。好適な実施形態において、アブレーシ
ョンを行うレーザ光の光エネルギーは正確にモニタされ
制御されて、テーパーの角度を一定にしており、それに
よって出口の直径を再複製可能なものにしている。オリ
フィスの出口の直径が一定であることによって得られる
プリント品質の利点に加えて、テーパーは放出速度を増
大し、インクをより焦点を合わせて噴出するという作用
があり、その他にも利点があるので、テーパーであるこ
とはオリフィスの動作にも有利である。このテーパー
は、オリフィスの軸に対して５から１５度の範囲であっ
てもよい。本明細書において説明する好適な実施形態の
工程では、レーザ光をノズル部材に関連して揺動する(r
ock)必要がなく、迅速かつ正確な製造が可能である。レ
ーザ光が、ノズル部材の出口表面ではなく入口表面上に
入射する場合であっても、正確な直径の出口が作成され
る。

【００８２】レーザアブレーションの段階の後、ポリマ
ーテープ１２０が階動し、同じ工程が繰り返される。こ
れは、ステップアンドリピート工程と呼ばれる。テープ
１２０上に単一のパターンを形成するのに必要な総加工
時間は、数秒程度である。上述したように、単一のマス
クパターンが、アブレーションによって形成された機構
の拡張したグループを取り囲んで、ノズル部材当たりの
加工時間を低減することもできる。

【００８３】精密なオリフィス及び溝を形成するのに、
レーザアブレーション工程は、他の形状のレーザ穿孔よ
りも優れた明確な利点を有する。レーザアブレーション
においては、強い紫外線の短いパルスは、表面約１マイ
クロメートル以下内の物質の薄い表面層に吸収される。
好適なパルスエネルギーは、１００ミリジュール／平方
センチメートルよりも大きく、パルス持続時間は約１マ
イクロ秒よりも短い。こういった状況の下では、強い紫
外線が、物質内の化学結合を光解離してしまう。さら
に、吸収された紫外線のエネルギーは、非常に小さな体
積の物質内に集中するので、解離した部分を迅速に加熱
して物質の表面から噴出してしまう。これらの工程は非
常に素早く起こるので、熱が周囲の物質に伝わる時間は
ない。その結果、周囲の領域は、溶けたりその他損なわ
れることがなく、アブレーションによって形成した機構
の周辺は、約１マイクロメートル規模(scale)の精度で
入射する光線の形状を複製している。

【００８４】また、レーザアブレーション工程は、イン
クジェットプリントヘッド用のノズル部材を形成するの
に、従来技術のリソグラフィーの電鋳工程と比較して多
くの利点を有する。例えば、レーザアブレーション工程
は一般的に、従来技術のリソグラフィーの電鋳工程より
も安価で簡単である。さらに、レーザアブレーション工
程を用いることによって、ポリマーのノズル部材を、実
質的により大きなサイズ（すなわち、表面積をより大き
く）で、従来技術の電鋳工程では非現実的であった幾何
学的形状にして、製造することができる。特に、露光の
強さを制御したり、あるいはレーザ光の向きをそれぞれ
の露光毎に変えて多数回露光することによって、独特の
ノズル形状を作成することができる。様々なノズル形状
の例は、本出願の出願人に譲渡され、引用することによ
って本明細書の一部とされる、“A Process of Photo−
Ablating at Least One Stepped Opening Extending Th
rough a Polymer Material，and a Nozzle Plate Havin
g Stepped Openings”という名称で、同時係属中の米国
出願番号第０７／６５８，７２６号において記載されて
いる。また、電鋳工程に要求されるほどの厳密な工程制
御をせずに、精密なノズルの幾何学的形状を形成するこ
とができる。

【００８５】ポリマー材料をレーザアブレーションする
ことによってノズル部材を形成することには、ノズルの
長さ（Ｌ）とノズルの直径（Ｄ）との割合を変化させて
オリフィスすなわちノズルを容易に製造することができ
る、という他の利点もある。好適な実施形態において、
Ｌ／Ｄ比は１よりも大きい。

【００８６】使用時には、インクジェットプリンタ用の
レーザアブレーションで形成されたポリマーのノズル部
材は、従来技術の電鋳によって形成されたオリフィス板
よりも優れた特性を有する。例えば、レーザアブレーシ
ョンによって形成されたポリマーのノズル部材は、水を
ベースにしたプリントインクによる腐食に対する耐久性
が高く、一般的に疎水性である。さらに、レーザアブレ
ーションによって形成されたポリマーのノズル部材は、
弾性率が比較的小さく、従ってノズル部材と下にある基
板またはバリアー層との間の組み込み応力により、ノズ
ル部材がバリアー層から剥離しにくくなっている。また
さらに、レーザアブレーションによって形成されたポリ
マーのノズル部材は、容易にポリマーの基板に固定され
たり、あるいはポリマーの基板と共に形成される。

【００８７】好適な実施形態においてはエキシマレーザ
を用いているが、光の波長およびエネルギー密度が略同
一である他の紫外線源を用いてアブレーション工程を行
ってもよい。好ましくは、このような紫外線源の波長
は、１５０ｎｍから４００ｎｍの範囲内にあって、アブ
レーションするテープへの吸収が高くなるようになって
いる。さらに、周囲の残りの物質を実質的に加熱するこ
となくアブレーションした物質を迅速に噴出するため、
エネルギー密度は、約１００ミリジュール／平方センチ
メートルよりも大きく、パルス長は約１マイクロ秒より
も短くあるべきである。

【００８８】当業者であれば理解するように、テープ１
２０上にパターンを形成する他の多数の工程もまた用い
てもよい。このような他の工程には、例えば、化学エッ
チング、スタンピング、リアクティブイオンエッチン
グ、イオンビームミリング、および光によって規定した
(photodefined)パターン上へのモールディング(moldin
g)またはキャスティング(casting)がある。

【００８９】工程の次の段階はクリーニング段階であ
る。このクリーニング段階において、テープ１２０のレ
ーザアブレーションされた部分は、クリーニングステー
ション１４２の下方に配置される。クリーニングステー
ション１４２では、標準的工業プラクティス(standard
industry practice)に従って、レーザアブレーションに
から生じたくずが取り除かれる。

【００９０】次いで、テープ１２０が次のステーション
に階動する。これは、Shinkawaコーポレーションから購
入可能なインナリードボンダのような従来技術の自動Ｔ
ＡＢボンダに組み込まれた光学式整列ステーション１４
４である。このボンダは、オリフィスを作り出すのに用
いた方法および／または段階と同じ方法で作り出され、
抵抗器を作り出すのに用いた方法および／または段階と
同じ方法で作り出された、ノズル部材上の整列（目標）
パターンで予めプログラムされている。好適な実施形態
において、ノズル部材の材料は半透明であるので、ノズ
ル部材を通して基板上の目標パターンが見えるようにな
っている。そしてボンダは、２つの目標パターンが整列
するように、自動的にシリコン型１４６をノズル部材に
対応して配置される。このような整列機構は、Shinkawa
ＴＡＢボンダに存在する。このノズル部材の目標パター
ンと基板の目標パターンとの自動整列は、オリフィスを
抵抗器と精密に整列させるだけではなく、生来的に型１
４４上の電極をテープ１２０内に形成された導電トレー
スの端と整列するようになっている。これは、トレース
とオリフィスとはテープ１２０内に整列され、基板電極
と加熱抵抗器とは基板上で整列されているからである。
従って、いったん２つの目標パターンが整列すると、テ
ープ１２０上およびシリコン型１４６上のすべてのパタ
ーンが互いに整列することになる。そして溝６４は対応
するオリフィス８４に一致しているので、該溝は自動的
にプレナム７８と整列することになる。

【００９１】従って、シリコン型１４６のテープ１２０
に関する整列は、市販の機器のみを用いて自動的に行わ
れる。導電トレースをノズル部材と一体的に形成するこ
とによって、このような整列機構が可能になる。このよ
うな一体化は、プリントヘッドの組立コストを低減させ
るだけでなく、プリントヘッドの材料費も同様に低減さ
せる。

【００９２】次に、自動ＴＡＢボンダは、ギャングボン
ディング法を用いて、導電トレースの端をテープ１２０
に形成された窓を通って関連する基板電極上に押し下げ
る。それからボンダは、熱を加えて熱圧着を行い、トレ
ースの端を関連する電極に溶接する。その結果として得
られる構造の一実施形態の側面図を図５に示している。
また、超音波溶接、導電性エポキシ、半田ペースト、そ
の他公知の手段等、他のタイプのボンディングも用いる
ことができる。

【００９３】そしてテープ１２０は、熱および圧力ステ
ーション１４８に階動する。図６に関して前述したよう
に、接着層８２を用いる場合には、これがシリコン基板
上に形成されたバリアー層６２の頂面上に存在してい
る。上述したボンディング段階の後、シリコン型１４６
がテープ１２０に当たって押し下げられ、熱が加えられ
て接着層８２が硬化すると、型１４６がテープ１２０に
物理的に接着する。

【００９４】その後、テープ１２０が階動して、オプシ
ョンで巻き取りリール１５０に巻き取られる。しかる
後、テープ１２０を後にカットすれば、個々のプリント
ヘッド装置を互いに分離することができる。

【００９５】そして、結果として得られるプリントヘッ
ド装置は、プリントカートリッジ１８上に配置され、前
述した図２２の接着シール１１０が形成されてノズル部
材をプリントカートリッジにしっかりと固定し、耐イン
クのシールをノズル部材とインク槽との間の基板の回り
に設け、ヘッドランドの近傍のトレースを封入してトレ
ースをインクから分離する。

【００９６】次に、柔軟性を有するプリントヘッド装置
上の周辺点が、従来技術のメルトスルータイプのボンデ
ィング工程によってプラスチックのプリントカートリッ
ジ１８に固定され、図２に示すように、ポリマーテープ
４８がプリントカートリッジ１８の表面と比較的同一平
面のままになるようにする。

【００９７】本発明の原理、好適な実施形態、および動
作の形態を上述した。しかし、本発明は、説明した実施
形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。
一例として、上述の発明は、熱タイプであるインクジェ
ットプリンタと同様に、熱タイプではないインクジェッ
トプリンタと併用することもできる。従って、上述の実
施形態は、限定ではなく例示であるとみなすべきであ
り、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定され
る本発明の範囲から逸脱することなく、そういった実施
形態に変形を行ってもよいことが理解されるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】頂部のカバーが取り外された状態の、インクジ
ェットプリンタを簡略化した一例の斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るプリントヘッドを組
み込んだインクジェットプリントカートリッジを示す斜
視図である。

【図３】プリントカートリッジから取り外された状態の
図２のプリントヘッドを示す正面図である。

【図４】テープの背面に搭載されたシリコン基板を示
し、該基板上に形成されたバリアー層の一方の縁も示
す、図３におけるプリントヘッドの裏面を示す斜視図で
ある。

【図５】基板上に形成された電極への導電トレース端の
接続部を示す、図４のＡ−Ａ線に沿った側断面図であ
る。

【図６】図４のテープの背面に固定されてプリントヘッ
ドを形成するシリコン基板を、正面から見た斜視図であ
る。

【図７】基板およびバリアー層であって、図６のＢ−Ｂ
線に沿った拡大断面図である。

【図８】バリアー層およびシリコン基板上にあるテープ
を上方から見た斜視図である。

【図９】ピンチ点を介して関連するプレナムに通じる気
化チャンバにより取り囲まれる薄膜抵抗器と、オリフィ
スおよび関連する複数の溝を示す平面図である。

【図１０】テープ、バリアー層および基板の一部を示
す、図９のＣ−Ｃ線に沿った側断面図である。

【図１１】テープとバリアー層との間に配置された溝の
別の実施形態を示す、側面図である。

【図１２】テープとバリアー層との間に配置された溝の
別の実施形態を示す、側面図である。

【図１３】上記実施形態と別の実施形態の平面図であ
る。

【図１４】上記実施形態と別の実施形態の平面図であ
る。

【図１５】上記実施形態と別の実施形態の平面図であ
る。

【図１６】上記実施形態と別の実施形態の平面図であ
る。

【図１７】中央送り構成(center feed configuration)
を用いた、プリントヘッド構成の実施形態を示す図であ
る。

【図１８】プレナムを有する気化チャンバ群とバリアー
層の縁との間におけるジグザグの関係を示す平面図であ
る。

【図１９】プレナムを有する気化チャンバ群とバリアー
層の縁との間における直線状の関係を示す平面図であ
る。

【図２０】プリントヘッド装置を取り外して、同プリン
トヘッド装置とプリントヘッド本体との間をシールする
のに用いるヘッドランドパターンを示す、図２のプリン
トカートリッジの斜視図である。

【図２１】プリントヘッド装置とプリントカートリッジ
本体との間のシールを形成する下にある接着剤の位置を
断面線によって示す、完成したプリントカートリッジの
部分斜視図である。

【図２２】図２１のＤ−Ｄ線に沿った側断面図である。

【図２３】図４で示したプリントヘッド装置を形成する
一方法を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ プリンタ １６ 可動キャリッジ １８ プリントカートリッジ ３８ インク槽 ４２ プリントヘッド ４４ ノズル部材 ４８ テープ ６０ 基板 ６２ バリアー層 ６４ 溝 ７２ 薄膜抵抗器（インク噴出要素） ７４ 気化チャンバ（インク噴出チャンバ） ７８ プレナム ８０ ピンチ点（流れ絞り） ８４ インクオリフィス １１２ インク １１４ インク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・エム・サボ アメリカ合衆国カリフォルニア州92124, サンディエゴ，リサ・コート 4064 (72)発明者 ジョー・アール・ピートルツク アメリカ合衆国カリフォルニア州92127, サンディエゴ，ブレーゼウッド・ウェイ 16084 (72)発明者 スティーブン・ダブリュ・バウアー アメリカ合衆国カリフォルニア州92107, サンディエゴ，ペスカデロ・アヴェニュー 4519

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂面および対向する底面を有すると共
   に、第１の縁を有する基板と、 インク槽と、 内部に複数のインクオリフィスが形成され、前記基板の
   前記頂面の上にあるように配置されたノズル部材と、 前記複数のオリフィスのそれぞれに関連し、第１の端お
   よび第２の端を有するものであって、前記第１の端が前
   記インク槽に連通している少なくとも１つの溝と、 前記基板の頂面上に形成され、それぞれが前記オリフィ
   スのうちの関連する１つに近接して配置されて、該関連
   するオリフィスからインクの一部を吐出する複数のイン
   ク噴出要素と、 それぞれが１つのインクオリフィスおよび１つのインク
   噴出要素に関連する複数のインク噴出チャンバと、 該インク噴出チャンバおよび前記少なくとも１つの溝の
   前記第２の端に関連し連通しており、前記少なくとも１
   つの溝のみによって前記インク槽に連通している少なく
   とも１つのプレナムであって、前記少なくとも１つの溝
   によって、インクが前記インク槽から前記少なくとも１
   つのプレナムに流れることができ、前記インクが、前記
   オリフィスおよび前記インク噴出要素に近接するように
   前記少なくとも１つのプレナムから前記インク噴出チャ
   ンバに流入する少なくとも１つのプレナムとを備えるプ
   リントシステム。
2. 【請求項２】 前記少なくとも１つのプレナムおよび前
   記複数のインク噴出チャンバは、前記基板と前記ノズル
   部材との間のバリアー層内に形成されている、請求項１
   に記載のプリントシステム。
3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの溝は前記ノズル部
   材内に形成されている、請求項１または２に記載のプリ
   ントシステム。
4. 【請求項４】 それぞれのインク噴出チャンバに関連す
   るプレナムが１つあり、それぞれのプレナムに関連する
   溝が少なくとも１つある、請求項１または２に記載のプ
   リントシステム。
5. 【請求項５】 それぞれのプレナムに関連する溝が４つ
   ある、請求項４に記載のプリントシステム。
6. 【請求項６】 それぞれのインク噴出チャンバと前記少
   なくとも１つのプレナムとの間に配置された複数の流れ
   絞りをさらに含む、請求項１に記載のプリントシステ
   ム。
7. 【請求項７】 それぞれの前記溝の断面寸法は、前記流
   れ絞りの断面寸法よりも小さい、請求項６に記載のプリ
   ントシステム。
8. 【請求項８】 前記基板は第２の縁も有し、前記少なく
   とも１つの溝は前記基板の前記第１の縁上に延びること
   によって前記インク槽に連通しており、前記ノズル部材
   の内部に、前記基板の前記第２の縁上に延びることによ
   って前記インク槽に連通している第２の少なくとも１つ
   の溝を形成し、インクを前記インク槽から第２の少なく
   とも１つのプレナムに送出するようになっている、請求
   項３に記載のプリントシステム。
9. 【請求項９】 プリンタの可動キャリッジおよび該キャ
   リッジ上に搭載されたプリントカートリッジをさらに含
   み、前記基板および前記ノズル部材は、前記プリントカ
   ートリッジ上に搭載されている、請求項１に記載のプリ
   ントシステム。
10. 【請求項１０】 プリントヘッドに接続されたインク供
    給容器を設ける段階と、 該インク供給容器から前記プリントヘッドにインクを供
    給する段階であって、該インクが、前記インク供給容器
    からノズル部材内の少なくとも１つの溝を通ってプレナ
    ムおよびインク噴出チャンバに流入し、該インク噴出チ
    ャンバが、基板の頂面上に形成されたインク噴出要素を
    略取り囲み、前記ノズル部材が前記基板の上にある段階
    と、 前記インク噴出要素に通電して、前記ノズル部材内のオ
    リフィスから前記インク噴出チャンバのうちの関連する
    １つにインクの一部を吐出する段階とを含むプリント方
    法。