JP2716174B2 - インクジェット・プリントヘッド - Google Patents

インクジェット・プリントヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業の利用分野） 本発明は一般的には熱インクジェットプリンティング
に関し、特に新規かつ改良された一体化熱インクジェッ
ト・プリントヘッドおよびその新規な製造方法に関す
る。
（従来技術とその問題点） 熱インクジェット（噴射）プリンティングの分野で
は、現在用いられている多くの製造方法は、選択薄膜加
工法を用いてプリントヘッドの薄膜抵抗（TFR）基板部
をつくり、そして分離オリフィス板製造法を用いて中に
所望の数および形状のインク排出オリフィスを有する金
属オリフィス板を製造する。その場合、非常に微細な整
列技術を用いて、TFR基板のヒータ抵抗がオリフィス板
のオリフィスと正確に整列するようにオリフィス板を薄
膜抵抗基板と正確に整列させる。こうして、ヒータ抵抗
は、それらとオリフィス板との両方と通常整列している
対応したインク溜内のインクを加熱するように配列され
る。この態様でインクを沸とうするまで加熱し、熱イン
クジェットプリンティング動作の間にオリフィスから排
出する。上述した形式の製造法の例はHewlett−Packard
Jou−rnal,Vol.38,Number5,May1985に開示されてい
る。
上記Hewlett−Packard法は多くの点で極めて巧くいく
ことがわかったが、それでもオリフィス板の薄膜抵抗基
板の間のきわどい整列が必要とされ、またオリフィス板
を形成するための処理とそれに続いて整列される薄膜抵
抗基板を形成するための別の処理とが必要とされる。
（発明の目的） 本発明の目的は、新規かつ改良された熱インクジェッ
ト・プリントヘッドおよび、オリフィス板処理と薄膜抵
抗基板処理が単一の新規な処理過程に結合される上記プ
リントヘッドを製造する方法を提供することである。本
発明は熱インクジェット・プリントヘッドの大規模製造
の比較的安価で信頼できる製造法を提供し、また付加的
に従来技術の上記微細な整列の問題を解決する。
本発明の別の目的は、製造されたインクジェット・プ
リントヘッドが現在入手可能なプリントヘッドに比較し
て寿命が長い、新規かつ改良された一体化熱インクジェ
ット・プリントヘッドおよびその製造法を提供すること
である。
本発明の特徴は、ダミー基板の上にオリフィス板およ
びヒータ抵抗を順番に配列する改良された自己整列法を
提供することにある。この方法は、現在利用可能なプリ
ントヘッドオリフィス整列法に較べて大いに簡単化され
ている。
本発明の別の特徴は、インクジェット・プリントヘッ
ドの３つの重要部を非常に正確に配列し、このようなプ
リントヘッドの性能が改良される整列法にある。
（発明の概要） 本発明の上記目的、特徴および利点は、最初に再使用
可能な（ダミー）基板を備え、選択電鋳法を用いてその
上にオリフィス板を形成することによって達成される。
次に、第１の絶縁障壁層をオリフィス板上に形成し、次
にヒータ抵抗を所定の構成で第１障壁層上に選択的に置
く。次に、第２の絶縁障壁層を第１障壁層に被着し、ヒ
ータ抵抗上に延ばしてこれらの抵抗をインク腐食、キャ
ビテーション摩耗から保護する。次に、インク溜画定層
を第２障壁層上に形成する。この層はオリフィス板中の
開口と整列する複数個のインク溜開口をその中に有す
る。最後に、ダミー基板をオリフィス板から機械的に分
離してオリフィス板の開口を開放する。そしてインク溜
画定層はインク供給室またはペンボディハウジングに固
定される。
本発明は上記製造法によって製造されたプリントヘッ
ド構造にも関する。
（実施例） 第１図において、出発基板材料10はシリコンでもガラ
スでもよく、暑さは通常、200〜300μである。基板10の
上部表面14上にホトレジストパターン12を形成する。こ
のホトレジストマスク12は次に被着されるニッケルパタ
ーン18内の開口16を画定する。ニッケルパターン18は第
２図に示された形状で上部露出表面14に電鋳される。こ
のシリコン、ガラスいずれかの上にニッケルを電鋳する
方法は一般に、熱インクジェットプリントヘッド用のオ
リフィス板を製造する技術分野で周知のもので、たとえ
ば上記Hewlett−Packard Journalや米国特許第4694308
号に開示されている。
第３図において、窒化シリコン、シリコンオキニトラ
イド、二酸化シリコンのような絶縁膜の第１障壁層20を
ニッケル層18の上に被着する。次に、適当に処理された
ときヒータ抵抗、導体それぞれの作用を行なう、薄膜抵
抗／導体材料22、28を絶縁層20の上表面上にスパッタリ
ングによって被着する。第4A図および第4B図において抵
抗部は22として示され、導体部は24、26、28として示さ
れている。この薄膜抵抗／導体層を従来のホトレジスト
マスキング・エッチング法を用いてパターン形成する。
抵抗性ヒータ材料の薄膜パターン22は第4A図および第4B
図の円形（環状）形状に形成し、第4B図に示された形状
のリードイン導体24、26、28と一体的に形成する。
環状ストリップ22は、それが所定の面積に多数の矩形
を有するという事実のためにヒータ抵抗となる。すなわ
ち、ヒータ抵抗22、導体材料24両方の抵抗ＲはRsL/Aに
等しい（ここでRsは材料のシート抵抗、Ｌは材料の長さ
Ａは材料の断面積である）。すなわち、Ｒ＝RsL/Aとな
る。したがって、第4A図の絶縁層22上に一体化抵抗／導
体ストリップの抵抗部（22）と導体部（24、26、28）を
画定するのに用いられるマスク内の開口の幅および長さ
を適当に選択することによって、抵抗／導体ストリップ
のこれらのセグメントの抵抗が公知のように制御でき
る。
次に、第5A図および第5B図に示すように、第4B図の抵
抗、ストリップ上に第２の障壁層を形成する。この第２
の障壁層30は窒化シリコンおよび炭化シリコンの組合せ
が望ましい。第4A図の表面上にまず窒化シリコンを被着
し、次に炭化シリコンを被着して極めて不活性の複合Si
3N4/SiC第２障壁層30を形成する。この障壁層30は、イ
ンクジェットプリント動作の間のインク腐食およびキャ
ビテーション摩耗から下の材料を保護する。次に、第２
障壁層30を第5B図の接触領域32、34において選択的にエ
ッチして、ヒータ抵抗22を駆動するための下の導電性ト
レース材料24、26との電気的接触を可能にする。
次に、第６図に示すように、チタン、クロム、ニッケ
ルのような適当な種ストリップ（パッド）36が周知の態
様のマスキング、エッチングによって光学画定され障壁
層30上に形成される。この種材料36を、第７図に示され
た環状ドーム型形成に成長する大きな上にかぶさるニッ
ケルパターン38の形成を電解被着、電気メッキの少なく
ともいずれか１つによって開始するのに用いる。ニッケ
ル38は、複数のインク溜またはインク室領域40、42を画
定する一部が開いた環状領域に形成する。これらのイン
ク室40、42に第７図に示されており、前に形成されたニ
ッケルオリフィス板18中の開口16と整列する。
オリフィス板18は隣接した絶縁膜、導電膜の層ととも
に、それを基板10からはぐことによって分離できる。基
板10は製造工程、種々の薄膜層の画定の間、基本的に、
オリフィス板18の一時的な支持基板の機能を果たす。こ
の基板10は上記工程において何度も用いることができ
る。オリフィス板18を基板10からはぐ工程において、ホ
トレジストパッド12上の複数の絶縁層の領域43、45をホ
トレジストパッド12とともに第７図のオリフィス板から
引っ張り除去し、それによって第８図に示されたオリフ
ィス板構造に開口44、46を残す。したがって、こうして
形成された開口44、46は最初第８図に示されたでこぼこ
の縁をともなって残されるが、これらの縁44、46は次に
微細グリットをもった軽いサンドブラストまたはプラズ
マ侵食のような機械的作用によって除去し、滑らかにす
る。
第9B図は本発明の好適実施例の平面図であり、第4B図
および第5B図の平面図に対して90゜回転して示されてい
る。第9A図は第9B図の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
各オリフィス開口に関連したインク溜（室）40を画定す
る環状ドーム38はインク流ポート47、49を備えている。
これらのポート47、49に通常、基板18の中央部の離隔し
た共通のインク供給開口（図示せず）から共通のインク
送り路と連絡する。この共通インク供給開口は公知のマ
スキング、サンドブラスト法によって画定できる細長ス
ロットの形をとることができる。このようなインク送り
スロットおよびそれを形成する方法はそれぞれ米国特許
第4680859号および米国特許出願第052630号に開示され
ている。
次に、第９図の構造を公知の半田付工程を用いて第10
図に示された大きなインク供給室48に固定してその室48
の外壁が金属ドーム38に永久的に結合するようにでき
る。大きな室48は矢印50の方向において、第９図の一体
的熱インクジェットプリントヘッドのインク室40、42の
それぞれにインクを送るように動作する。電気接続手段
51、52は大インク溜48の外表面にマウントされ第９図の
プリントヘッド用のパルス駆動装置を与えることができ
る。たとえば、絶縁基板51は通常その上（中）に電気リ
ード52を維持し、実際には、周知の形式のフレキシブル
（FLEX））回路またはテープ自動化結合（TAB）結合回
路の形をとる。このような回路の個々の電気リード52は
公知のワイヤ（ビームリード）結合法（図示せず）を用
いてプリントヘッド導体24、26、28に接続でき、このよ
うな適当な単一点TAB結合法の１つは、たとえば米国特
許第4635073号に開示されている。
次の表の値は、プリントヘッド製造において、本発明
を実施する最良形態による適当な層被着法、層厚、およ
び材料を示す。しかし、この表はたんなる例示的なもの
で、本発明のプリントヘッドを製造する単一の絶対的な
最良法を示すものではない。
上記表においてPECVDはプラズマ増強化学蒸着法を表
わし、LPCVDは低圧化学蒸着を表わす、これらの方法は
薄膜技術では周知のものであるから、これ以上説明しな
い。しかし、これらの、または関連した薄膜技術の説明
については薄膜技術に関する次の３つの本を参照された
い。
（１） Berry,Hall and Harris,Thin Film Technolog
y,Vam Nostrand Co.,New York,1968. （２） Maissel and Glang,Handbook of Thin Film Te
chnology,McGram Hill Book Co.,New York,1970 （３） Vossen and Kern,Thin Film Processes,Academ
ic Press,New York,1978. （発明の効果） 以上の説明のように、何回も使用でき、それによって
インクジェットプリントヘッドの製造コストを減少でき
る１枚の支持ダミー基板上に全体として製造される熱イ
ンクジェットプリントヘッドを説明した。ここで説明し
たインクジェットプリントヘッドの製造において用いら
れるマスキング工程は合計４個であるのに対し、薄膜抵
抗基板および整合金属オリフィス板をそれぞれ別々に形
成する前述の公知の方法では６個である。従来の方法で
は、オリフィス板およびヒータ抵抗は別々の基板上に製
造されるのでお互いに精密に整合されなければならず、
時間のかかる面倒な動作となる。しかし、本発明によれ
ば、精密な整合が必要なインクジェットプリントヘッド
の主要部の全部、すなわちオリフィス板、インクジェッ
ト室およびヒータ抵抗は全部同一の基板に形成されるの
で新規な自動整合プロセスが与えられる、上記３つの主
要部の精密な整合によってプリントヘッド寿命およびイ
ンク滴軌跡に関して性能が改良される精密薄膜構造が生
じる。インク滴が上記プリントヘッドのオリフィスから
排出された後、オリフィスの所のつぶれたインクメニス
カスはヒータ抵抗に直接にではなくインク供給室の方へ
移動する。このようにして、ヒータ抵抗はインクジェッ
トプリント動作の間に直接のキャビテーション力を受け
ず、従がってインクジェットプリントヘッドの寿命がか
なり増大する。
【図面の簡単な説明】
第１図から第10図は本発明によるインクジェット・プリ
ントヘッドの製造工程を示した図である。 10:基板、12:レジスト、18:ニッケルパターン、 20:絶縁層、22:抵抗材料、24、26、28:導体、 30:絶縁層、32、34:パッド、 38:ニッケルパターン、40、42:インク室領域

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】次の（ａ）から（ｇ）のステップを有する
    熱インクジェット・プリントヘッドを製造する際の自己
    整列方法、 （ａ）基板を用意するステップ、 （ｂ）前記基板上にオリフィス板を形成するステップ、 （ｃ）前記オリフィス板上に第１障壁層を形成するステ
    ップ、 （ｄ）前記第１障壁層上に所定の構成でヒータ抵抗を形
    成するステップ、 （ｅ）前記第１障壁層上に第２障壁層を形成し、前記第
    ２障壁層はヒータ抵抗を覆うステップ、 （ｆ）前記第２障壁層上にインク溜画定層を形成し、前
    記インク溜画定層は前記オリフィス板中の開口部と整列
    する複数のインク溜開口部を備えるステップ、 （ｇ）前記オリフィス板から前記基板をはぎ取るステッ
    プ。
  2. 【請求項２】次の（ａ）から（ｄ）のステップを有する
    インクジェット・プリンティング装置を製造する方法、 （ａ）基板上に熱発生器に導通した導体を含む薄膜構造
    を形成するステップ、 （ｂ）前記熱発生器に近接して壁を備えたインク溜を形
    成するステップ、 （ｃ）前記基板をはぎ取るステップ、 （ｄ）前記壁をインク供給容器に接続するステップ。
  3. 【請求項３】次の（ａ）から（ｅ）を備える一体化熱イ
    ンクジェット・プリントヘッド、 （ａ）複数の開口部を備えるオリフィス板、 （ｂ）前記オリフィス板上に形成された第１障壁層、 （ｃ）前記第１障壁層上に前記開口部に接近して形成さ
    れた複数個の抵抗体、 （ｄ）前記抵抗体を覆い前記第１障壁層上に形成された
    第２障壁層、 （ｅ）前記開口部と整列して前記第２障壁層上に形成さ
    れ、複数個のインク溜を形成するインク溜画定層。
  4. 【請求項４】次の（ａ）から（ｄ）を有するインクジェ
    ット・プリンティング装置、 （ａ）導体と前記導体上に形成され前記導体と導通する
    熱発生器を備え、前記熱発生器に関連付けられたインク
    発射オリフィスを備える薄膜変換器構造、 （ｂ）前記薄膜変換器構造に接近して設けられ、そこに
    インク溜を画定する環状の壁、 （ｃ）前記環状の壁に接続されたインク容器、 （ｄ）前記容器上で前記薄膜変換器構造上の前記導体に
    外部への電気的接続を提供する手段。
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