JP3410507B2 - インクジェットプリンタのインクカートリッジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は広義にはインクジェッ
トプリンタおよびその他の種類のプリンタに関し、より
詳細にはかかるプリンタに用いられるインクカートリッ
ジの印刷ヘッド部分に関する。

【０００２】

【従来技術と発明が解決しようとする課題】サーマルイ
ンクジェット印刷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、複数のオリフィスのうちの
一つからインクを射出させ、それによって紙等の記録媒
体上にインクのドットを印刷するものである。通常、オ
リフィスはノズル部材上に一つあるいはそれ以上の直線
上のアレーとして構成される。それぞれのオリフィスか
らインクを適切に順次射出することによって、印刷ヘッ
ドが紙に対して移動するとき紙の上に文字あるいはその
他の画像が印刷される。紙は通常印刷ヘッドが紙の上を
移動するたびに位置が変わる。サーマルインクジェット
プリンタは、インクだけが紙に当たるため高速で静かで
ある。かかるプリンタは高品質の印刷を行うことがで
き、小型かつ比較的安価に製造することができる。

【０００３】従来のある設計において、インクジェット
印刷ヘッドは一般に、（１）インクをインク溜めからオ
リフィスに隣接するそれぞれの気化室に供給するインク
チャネル、（２）所望のパターンで形成されるオリフィ
スを有する金属のオリフィス板あるいはノズル部材、お
よび（３）気化室一つにつき一個の抵抗器からなる一連
の薄膜抵抗器を含むシリコン基板を有する。一つのイン
クドットを印刷する際、外部電源からの電流が選択され
た薄膜抵抗器を通過する。この抵抗器は加熱され、気化
室中のそれに近接したインクの薄い層を過熱し、爆発性
の気化を引き起こし、その結果インク滴を関連するオリ
フィスから紙の上に射出する。

【０００４】従来の印刷カードリッジの一つが、1985年
２月19日に付与され本譲受人に譲渡された“Disposable
Inkjet Head”と題するバックその他の米国特許4,500,
895号に開示されている。従来のインクジェット印刷カ
ートリッジには多くの欠点がある。すなわち、（１）金
属オリフィス板は高価であり、形成が難しく、腐食しや
すい。（２）金属オリフィス板は基板上のヒータとの位
置合わせが難しく、また従来の技術を用いて基板上に取
りつけることが困難である。（３）気化室へのインクの
供給は基板自体に形成された中央スロットを通して行わ
れることがあり、これによって製造上の複雑さと費用が
増大し、また基板サイズも増大する。（４）基板の背面
と印刷カートリッジ本体のインクシールはその形成に時
間がかかる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、従来のイン
クジェット印刷ヘッドに見られる上述の欠点のすべてを
なくした、改良されたインクジェット印刷ヘッド構造で
ある。

【０００６】この発明の実施例の印刷ヘッドにおいて
は、オリフィス板が形成され導電性のトレースを含むポ
リマーテープ（ノズル部材）に、この導電性トレースの
端部を露出する一つあるいはそれ以上の窓が設けられて
いる。従来の商業的に入手可能な自動式内部リードボン
ダを用いて、基板上の加熱抵抗器をノズル部材中のオリ
フィスと自動的に位置合わせすることができる。この位
置合わせステップによって基板上の電極とトレースの露
出された端部もまた自然に位置合わせされる。次に、内
部リードボンダによってトレースがテープによって形成
された窓を介して関連する基板電極に接着される。この
ような導電性のトレースを含むノズル部材を用いること
によって、印刷ヘッドの材料費が低減されるだけではな
く、印刷ヘッドの組み立て費用も低減される。

【０００７】基板上のデマルチプレクサによって加熱抵
抗器に駆動信号を提供するのに必要な電極とトレースの
数が大幅に低減される。

【０００８】オリフィスへのインクの供給は基板の側面
を回って気化室に流れ込む。したがって基板中にインク
供給スロットを設ける必要がなくなる。

【０００９】さらに、オリフィスが形成されたノズル部
材は基板より大きく、また基板はテープの背面に貼りつ
けられているため、テープの背面と印刷カートリッジ本
体との間にインクシールを直接簡単に作成することがで
きる。

【００１０】

【実施例】図１において、符号10はこの発明の一実施例
の印刷ヘッドを含むインクジェット印刷カードリッジを
指す。インクジェット印刷カートリッジ19はインク溜め
12と印刷ヘッド14を有し、印刷ヘッド14はテープ自動接
着（TAB ）を用いて形成されている。印刷ヘッド14
（“TAB ヘッドアッセンブリー14”と称する）は、例え
ばレーザーアブレーションによって可とう性ポリマーテ
ープ18中に形成された二つの平行な列をなすオフセット
穴あるいはオリフィス17を備えている。テープ18は3M C
orpo- rationからKaptonTMとして購入することができ
る。そのほか、UtilexTMあるいはその同等品で適当なテ
ープを形成することができる。

【００１１】テープ18の背面には、従来の写真製版エッ
チングおよび／またはめっき処理を用いて導電性トレー
ス36（図３に示す）が形成されている。導電性トレース
は、プリンタと相互接続するように設計された大きな接
触パッド20が端部となる。印刷カードリッジ10は、テー
プ18の前面の接触パッド20がプリンタの電極と接触し
て、印刷ヘッドへの外部生成された励起信号を提供する
ようにプリンタ内に設置するように設計されている。

【００１２】図示するさまざまな実施例において、トレ
ースはテープ18の背面（記録媒体に面する面の反対側）
に形成されている。テープ18の前面からこれらのトレー
スに接触するためには、テープ18の前面に穴（通路）を
形成してトレースの端部を露出しなければならない。露
出されたトレースの端部は、例えば金を用いてメッキさ
れ、テープ18の前面に示す接触パッド20が形成される。
窓22および24がテープ18を通して伸び、導電性トレース
の他の端部が加熱抵抗器を有するシリコン基板上の電極
に接着することを容易にするのに用いられる。窓22およ
び24には、その下になったトレースおよび基板の部分を
保護するためのカプセル封入体が詰まっている。

【００１３】図１の印刷カートリッジ10において、テー
プ18は、印刷カードリッジの“突起部分”の後端上で屈
曲し、この突起部の後壁25の長さの約半分だけ伸長す
る。テープ18のこのフラップ部分は、遠いほうの窓22を
介して基板電極に接続される導電性トレースの引き回し
に必要なものである。

【００１４】図２は印刷カードリッジ10から取り出され
たTAB ヘッドアッセンブリー14の正面図であり、窓22お
よび24にカプセル封入体が詰められる前のものである。
TAB ヘッドアッセンブリー14の背面には、個々に励起す
ることのできる複数の薄膜抵抗器を含むシリコン基板28
（図３に示す）が取り付けられている。それぞれの抵抗
器は一つのオリフィス17の背後に配置され、一つあるい
はそれ以上の接触パッド20に順次あるいは同時に印加さ
れる一つあるいはそれ以上のパルスによって選択的に励
起されたときオーミックヒータとしてはたらく。

【００１５】オリフィス17と導電性トレースは任意のサ
イズ、数、およびパターンとすることができ、各図面は
この発明の特徴を簡略かつ明確に示すように描かれてい
る。各部の相対的寸法は解りやすいように大幅に調整さ
れている。図２に示すテープ18上のオリフィスパターン
は、マスキング処理とレーザーその他のエッチング手段
を組み合わせて、ステップアンドリピート処理で行うこ
とによって形成される。この処理は当業者にはこの開示
内容を読めば容易に理解することができるものである。
図10は後で詳細に説明されるが、この処理をさらに詳細
に示すものである。

【００１６】図３は図２のTAB ヘッドアッセンブリー14
の背面を示し、テープ18の背面に取りつけられたシリコ
ンダイあるいは基板28を示し、またインクチャネルと気
化室を含む28上に形成された障壁層30の一端を示す。図
７はこの障壁層30をさらに詳細に示し、これについては
後で論じる。障壁層30の端部に沿ってインク溜め12（図
１）からのインクを受けるインクチャネル32の入口があ
る。また、図３にはテープ18の背面に形成された導電性
トレース36を示す。トレース36はテープ18の反対の側に
ある接触パッド20（図２）で終了する。窓22と24は接着
を容易にするために、テープ18の他の側からトレース36
と基板電極の端部に接触することを可能とする。

【００１７】図４は図３の線A-A に沿った側断面図であ
り、導伝性トレース36の端部と基板28上に形成された電
極40の接続を示す。図４に示すように、障壁層30の部分
42は導電性トレース36の端部を基板28から絶縁するのに
用いられる。また図４にはテープ18、障壁層30、窓22お
よび24、および各種のインクチャネル32の入口の側面図
を示す。インク滴46がインクチャネル32のそれぞれに関
連するオリフィス穴から射出されるところを示す。

【００１８】図５は図１の印刷カートリッジ10を示し、
TAB ヘッドアッセンブリー14が取り外されTAB ヘッドア
ッセンブリー14と印刷ヘッド本体との間のシールを提供
するのに用いられるヘッドランドパターン50が見えてい
る状態である。ヘッドランドの特徴はわかりやすいよう
に誇張されている。また図５には、インク溜め12からの
インクがTAB ヘッドアッセンブリー14の背面に流れるよ
うにするための印刷カートリッジ10中の中央スロット52
が示されている。

【００１９】印刷カートリッジ10上に形成されたヘッド
ランドパターン50の構成は、TAB ヘッドアッセンブリー
14が配置されているとき基板を取り囲むように内側の立
壁54上と壁の開口部55および56に塗布されたエポキシ接
着剤が、TAB ヘッドアッセンブリー14がヘッドランドパ
ターン50に押し込まれたとき印刷カートリッジ10の本体
とTAB ヘッドアッセンブリー14の背面との間にインクシ
ールを形成するようになっている。使用することのでき
るその他の接着剤には溶融接着剤、シリコン、UV硬化接
着剤、およびその混合物が含まれる。さらに、接着剤を
塗布するかわりに、パターン化された接着フィルムをヘ
ットランド上に配置することもできる。

【００２０】図３のTAB ヘッドアッセンブリー14が、適
正に配置され接着剤が塗布された後、図５のヘットラン
ドパターン50上に押し下げられたとき、基板28の二つの
短い端部は壁の開口部55および56内の表面部分57および
58によって支持される。ヘッドランドパターン50の構成
は、基板28が表面部分57および58によって支持されると
き、テープ18の背面が立壁54の上部よりわずかに上にあ
り、印刷カートリッジ10の平坦な上面59とほぼ同一平面
となるような構成である。TAB ヘッドアッセンブリー14
がヘッドランド50に押し下げられるとき、接着剤が押し
つぶされる。接着剤は内側の立壁54の上部からこの内側
の立壁54と外側の立壁60の間の溝に溢れ、またいくらか
はスロット52の方にも流れる。接着剤は壁の開口部55お
よび56からスロット52の方向に内側に押し広げられ、ま
た外側の立壁60に向かって外側に押し広げられる。この
壁は接着剤がさらに外側に移動することを阻止する。接
着剤の外側への移動はインクシールとして働くだけでは
なく、ヘッドランド50の近くの導電性トレースを封入
し、トレースをインクから保護する。

【００２１】基板28を取り囲む接着剤によって形成され
たこのシールは、インクがスロット52から基板の側面を
回って障壁層30に形成された気化室に流れることを可能
とするが、インクがTAB ヘッドアッセンブリー14の下か
ら漏れ出ることを防止する。したがって、この接着剤シ
ールはTAB ヘッドアッセンブリー14を印刷カートリッジ
10に強固に機械的に結合し、流体シールを提供し、トレ
ースをカプセル封入する。この接着シールはまた従来の
シールより硬化しやすく、またシーラント線を簡単に見
ることができるため、印刷カートリッジ本体と印刷ヘッ
ドの間の漏れの検出がはるかに容易である。

【００２２】インクが基板の側面を回り、直接インクチ
ャネルに流れるエッジフィード(edge feed) 機能は、基
板の長さ方向に走る細長い穴あるいはスロットを形成し
て、インクが中央マニホルドそして最終的にはインクチ
ャネルの入口に流れることを可能にする従来の印刷ヘッ
ドの設計に比て多くの利点を有する。その利点の一つ
は、基板にスロットを必要としないため基板を小型化す
ることができることである。基板に細長い中央穴がない
ため基板の幅を小さくすることができるだけでなく、中
央穴のないクラックあるいは折れの起こりにくい基板構
造のために基板の長さを短くすることができる。基板の
長さを短くすることによって、図５のヘッドランド50を
より短くすることができ、したがって印刷カートリッジ
の突起部もまた短くすることができる。これは印刷カー
トリッジが、紙を横切る突起部の搬送路の下にあり紙を
回転可能なプラテンに押しつける一つあるいはそれ以上
のピンチローラーを用いたプリンタに設置されるとき重
要であり、また搬送路の上のプラテン周囲の紙の接触を
維持する一つあるいはそれ以上のローラー（星形車とも
呼ばれる）を用いたプリンタに設置されるとき重要であ
る。印刷カートリッジの突起部が短い場合、この星形車
をピンチローラーの近くに配置して、印刷カートリッジ
の突起部の搬送路に沿て紙とローラーの接触をより良好
にすることができる。

【００２３】さらに、基板を小型化することによって、
ウエハあたりに形成される基板の数が増え、その結果基
板あたりの材料費が低減される。エッジフィード機能の
他の利点は、基板中のスロットをエッチングする必要が
ないために製造時間が節約されること、および基板がそ
の取扱い中に破壊されにくいことである。さらに、基板
はより多くの熱を放散することができる。これは基板の
背面と基板の端部の回りを流れるインクが基板の背面か
ら熱をひき出すはたらきをするためである。

【００２４】また、エッジフィード設計には多くの性能
上の利点がある。基板中のスロットに加えてマニホルド
をなくすことによって、インクは気化室により速く流れ
ることが可能である。これはインクの流れに対する制約
が少ないためである。このようにインクの流れがより早
くなることによって、印刷ヘッドの周波数応答が向上
し、ある与えられた数のオリフィスからより高い印刷速
度を得ることができる。さらに、インクの流れをより高
速にすることによって、気化室中のヒータ要素が変化さ
れるときのインクの流れの変動によって起こる隣接する
気化室の間の干渉(cross talk)が低減される。

【００２５】図６は完成した印刷カートリッジ10の一部
であり、TAB ヘッドアッセンブリー14と印刷カートリッ
ジ10の本体との間のシールを形成する裏側の接着剤の位
置をクロスハッチングで示す。図６において、接着剤は
オリフィス17のアレーを取り囲む破線の間に位置し、外
側の破線62は図５の立壁60の境界の少し内側にあり、内
側の破線64は図５の内側の立壁54の境界の少し内側にあ
る。接着剤はまた壁の開口部55および56（図５）を通し
て押し広げられ基板上の電極につながるトレースをカプ
セル封入している。図６の線B-B におけるこのシールの
断面は後で述べる図９にも示す。

【００２６】図７は図２のテープ18の背面に取り付けら
れ、TAB ヘッドアッセンブリー14を形成するシリコン基
板28の正面斜視図である。シリコン基板28の上には、従
来の写真製版技術を用いて、障壁層30に形成された気化
室72を介して露出される図７に示す二列のオフセット薄
膜抵抗器70が形成されている。

【００２７】一実施例において、基板28は長さが約1/2
インチであり300 個の加熱抵抗器70を含み、したがって
600 ドット／インチの解像度を可能とする。また、基板
28の上には図２のテープ18の背面に形成された導伝性ト
レース36（破線で示す）への接続を行うための電極74が
形成されている。

【００２８】図７に破線で示すデマルチプレクサ78もま
た基板28の上に形成されており、電極74に印可される入
多重化信号の多重化を解除し、この信号を各薄膜抵抗器
70に送る。デマルチプレクサ78は薄膜抵抗器70よりはる
かに少ない数の電極74を用いることを可能とする。電極
を少なくすることによって基板へのすべての接続を図４
に示すように基板の短い端部から行って、これらの接続
が基板の長辺の周囲のインクの流れに干渉しないように
することができる。デマルチプレクサ78は電極74に印加
される符号化された信号を復号するための任意の復号器
とすることができる。このデマルチプレクサは、電極74
に接続された入力リード（説明を簡略するために図示し
ない）と各抵抗器70に接続された出力リード（図示せ
ず）を有する。

【００２９】また基板28の表面には従来の写真製版技術
を用いて障壁層30が形成されており、これはフォトレジ
ストあるいは他のポリマーの層とすることができ、その
中には気化室72とインクチャネル80が形成されている。
障壁層30の部分40が、図４に関連して前述したように下
の基板28から導電性トレース36を絶縁する。

【００３０】障壁層30の上面を図３に示すテープ18の背
面に接着して取り付けるために、ポリイソプレンフォト
レジストの硬化されていない層等の薄い接着層84が障壁
層30の上面に加えられる。障壁層30の上面に他の方法で
接着力を持たせることができる場合、別の接着層は必要
としない場合がある。これによって得られる基板構造は
次に、抵抗器70をテープ18に形成されたオリフィスと位
置合わせするようにテープ18の背面に対して位置決めさ
れる。この位置合わせステップはまた、電極74を導電性
トレース36の端部と自然に位置合わせするものである。
トレース36は次に電極74に接着される。この位置合わせ
と接着の処理は、図10に関連して後でより詳細に説明さ
れる。位置合わせされ接着された基板／テープ構造は次
に圧力を加えながら加熱され、接着層84が硬化され、こ
の基板構造がテープ18の背面に固着される。

【００３１】図８は図７の基板構造が薄い接着層84を介
してテープ18の背面に固定された後の気化室72、薄膜抵
抗器70および台形のオリフィス17の拡大図である。基板
28の一側端部を端部86として示す。動作中インクは図１
のインク溜め12から矢印88によって示すように基板28の
側端部86を回ってインクチャネル80とそれに付随する気
化室72に流れる。薄膜抵抗器70が励起すると、それに近
接するインクの薄い層が過熱され、爆発性の気化が起こ
り、その結果インク滴がオリフィス17から射出される。
気化室72は次に毛管作用によって再充填される。一実施
例において、障壁層30はその厚さが約１ミル、基板28は
厚さ約20ミル、およびテープ18は厚さ約２ミルである。

【００３２】図９は図６の線B-B における側断面図であ
り、基板28を取り囲む接着シール90の一部およびインク
チャネルと気化室92および94を含む障壁層30の上面の薄
い接着層84によってテープ18の中央部に接着固定されて
いる基板28を示す。また、図５に示す立壁54を含む印刷
カートリッジ10のプラスチック本体の一部を示す。薄膜
抵抗器96および98がそれぞれ気化室92および94の内部に
示されている。図９はまた、インク99がインク溜め12か
ら印刷カードリッジ10に形成された中央スロット52を通
り、基板28の端部を回って気化室92および94に流れ込む
態様を示す。抵抗器96および98が励起すると、インク滴
101 および102 で示すように、気化室92および94中のイ
ンクが射出される。

【００３３】別の実施例では、インク溜めはそれぞれ異
なる色のインクが入った二つの別個のインク源を有す
る。この代替実施例では、図９の中央スロット52は破線
103 で示すように二分されて、中央スロット52のそれぞ
れの半分が別々のインク源に液通する。したがって、気
化室の左の直線状のアレーはある色のインクを射出し、
気化室の右の直線状のアレーは異なる色のインクを射出
するようにすることができる。この考え方は、４色印刷
ヘッドの作成にも用いることができる。この場合、別の
インク溜めが基板の四つの側面のそれぞれに沿ってイン
クチャネルにインクを供給する。したがって、上述した
２エッジフィード設計に代わって、４エッジ設計が用い
られ、好適には対称性を得るために正方形の基板を用い
られる。

【００３４】図10は図３のTAB ヘッドアッセンブリー14
の実施例を形成する一方法を示す。最初の材料はKapton
TMあるいはUpilexTM型のポリマーテープ104 であるが、
テープ104 は以下に説明する処理に用いることのできる
任意の適切なポリマー膜とすることができる。かかる膜
の中には、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あるいはその混合物からなる
ものがある。

【００３５】テープ14は通常リール105 上の長い条片と
して設けられる。テープ104 の側面に沿った送り孔106
はテープ104 を正確に確実に搬送するのに用いられる。
あるいは、送り孔106 は削除することができ、テープは
他の種類のジグを用いて搬送することができる。

【００３６】この実施例において、テープ104 には従来
の金属蒸着および写真製版処理を用いて図３に示すよう
な導電性の銅トレース36が設けられている。導電性トレ
ースの特定のパターンは、続いてテープ104 に取り付け
られるシリコンダイ上に形成される電極への電気信号の
分配に望まれる態様によって決まる。この好適な処理に
おいては、テープ104 はレーザー処理チャンバーに搬送
され、 F2 、ArF 、KrCl、KrF 、あるいはXeCl型のエク
サイマーレーザーによって生成されるようなレーザー放
射110 を用いて一つあるいはそれ以上のマスク108 によ
って形成されるパターンにレーザー切断される。マスク
されたレーザー放射は矢印114 に示されている。

【００３７】一実施例においては、かかるマスク108
が、テープ104 の広い領域に、切断後の造形のすべて、
たとえばオリフィスパターンマスク108 の場合には複数
のオリフィス、また気化室パターンマスク108 の場合に
は複数の気化室、を形成する。あるいは、オリフィスパ
ターン、気化室パターン、あるいは他のパターンといっ
たパターンは、レーザービームよりかなり大きい共通マ
スク基板上に近接して配することができる。したがっ
て、かかるパターンがビームに順次移動される。かかる
マスクに用いられるマスキング材料は、たとえば多層誘
電体あるいはアルミニウム等の金属からなる、レーザー
波長において反射性の高いものであることが好ましい。

【００３８】一つあるいはそれ以上のマスク108 によっ
て形成されるオリフィスパターンは、図２に示すものと
することができる。複数のマスク108 を用いて図８に示
すような段のついたオリフィステーパを形成することが
できる。

【００３９】一実施例において、別のマスク108 が図２
および図３に示す窓22および24のパターンを形成する。
しかし、この実施例では、窓22および24はテープ104 が
図10に示す処理を受ける前に従来の写真製版法を用いて
形成される。ノズル部材にも気化室が含まれる、ノズル
部材の一代替実施例においては、一つあるいはそれ以上
のマスクを用いてオリフィスの形成が行われ、レーザー
エネルギーレベル（および／または多数のレーザーショ
ット）を用いて気化室、インクチャネル、およびテープ
104 の厚みの一部分に形成されるマニホルドが形成され
る。この処理を行うためのレーザーシステムは一般にビ
ーム供給光学系、位置合わせ光学系、高精度高速のマス
クシャトルシステム、およびテープ104 の取扱いと位置
決めのための機構を含む処理室からなる。この実施例に
おいては、レーザーシステムには、映写マスク構成が用
いられており、この映写マスク構成では、マスク108 と
テープ104 の間に介装された精密レンズ115 がマスク10
8 上に形成されたパターンのイメージで、テープ104 上
にエクサイマーレーザー光を映写するいる。

【００４０】レンズ115 から出るマスクされたレーザー
放射を矢印116 で表す。かかる投影マスク構成は高精度
のオリフィス寸法に対して有効である。それは、このマ
スクがノズル部材から物理的に離れているためである。
このアブレーション処理ではすすが自然に形成、射出さ
れ、切断されているノズル部材から約１センチメートル
の距離だけ進行する。マスクがノズル部材に接触してい
る場合、あるいはそれに近接している場合、マスク上の
すすの堆積によって切断形状にひずみが発生し、その寸
法精度を劣化させる傾向がある。この実施例では、映写
レンズは切断されるノズル部材から２センチメートル以
上離れており、それによってその上、あるいはマスク上
のすすの堆積が防止される。

【００４１】アブレーションはテーパーのついた壁を有
する形状を作り出すものとして周知であり、オリフィス
の直径がレーザーの入射面において大きく、出射面にお
いて小さくなるようにテーパーがつけられる。約２ジュ
ール／平方センチメートル以下のエネルギー密度につい
ては、テーパー角は、ノズル部材に入射する光学的エネ
ルギー密度の変動につれて大きく変動する。エネルギー
密度が制御されていない場合、生産されたオリフィスの
テーパー角は大きく変動し、出射面側オリフィス径が大
きく変動する。かかる変動は射出されるインク滴の量と
速度に有害な変動を発生させ、印刷品質を低下させる。
この実施例では、アブレーションを行うレーザービーム
の光学的エネルギーが精密にモニターされ制御されて、
一定したテーパー角が達成され、それによって再現性の
ある出口直径が達成される。オリフィスの出口の直径が
一定であることから得られる印刷品質上の利点に加え
て、テーパーはオリフィスの動作にとっても有益であ
る。これはテーパーが排出速度を増し、インクの射出の
集束性を高め、またその他の利点を提供するためであ
る。このテーパーはオリフィスの軸に対して５°から15
°の範囲とすることができる。ここに説明したこの実施
例の処理は、レーザービームをノズル部材に対して動か
すことを要せずに、高速で精密な製作を可能にする。レ
ーザービームがノズル部材の出口面ではなく、入口面に
入射する場合であっても、正確な出口直径が得られる。

【００４２】レーザーアブレーションのステップの後、
ポリマーテープ104 に段が設けられ、この処理が繰り返
される。これはステップアンドリピート処理と呼ばれ
る。テープ104 上に一つのパターンを形成するのに要す
る総処理時間は、２、３秒程度である。上述したよう
に、一つのマスクパターンは切断された構造の広範囲の
一群にまたがって、ノズル部材あたりの処理時間を短縮
することができる。

【００４３】レーザーアブレーション処理は、精密なオ
リフィス、気化室、およびインクチャネルの形成を行う
ための他の形態のレーザーによる穴あけに対して顕著な
利点を有する。レーザーアブレーションでは、強い紫外
線の短いパルスが表面から約１マイクロメートル以内の
薄い表面層中に吸収される。パルスエネルギーは約100
ミリジュール／平方センチメートル以上、パルス持続時
間は約１マイクロ秒以下が好適である。これらの条件の
もとで、強い紫外線が材料中の化学結合を光解離する。
さらに、吸収された紫外線エネルギーは、解離した断片
を急速に加熱しそれらを材料の表面から排出するような
少量の材料中に集中する。これらの過程は非常に迅速に
発生するため、熱が周囲の材料に伝搬する時間はない。
その結果、その周囲の領域は溶融その他の損傷を受け
ず、また切断された構造の周囲は、約１マイクロメート
ル程度の精度で入射光ビームの形状を反復する。さら
に、レーザーアブレーションはまた、光学的エネルギー
の密度が切断される領域内で一定であることを条件に、
この層の中に引っ込んだ平面を形成するほぼ平滑な底面
を有するチャンバーを形成する。かかるチャンバーの深
さはレーザーショットの数とそれぞれの出力密度によっ
て決まる。

【００４４】また、レーザーアブレーション処理にはイ
ンクジェット印刷ヘッド用のノズル部材を形成するため
の従来の平版電鋳処理に比べて多数の利点を有する。た
とえば、レーザーアブレーション処理は一般に従来の平
版電鋳処理より費用がかからず、簡単である。さらに、
レーザーアブレーション処理を用いることによって、ポ
リマーノズル部材をかなり大きなサイズ（すなわち、表
面積が大きい）に製作することができる。また従来の電
鋳処理では実現できなかったノズル形状とすることがで
きる。特に、露光強度を制御する、あるいは露光のたび
にレーザービームの向きを変えながら複数回の露光を行
うことによって独特なノズル形状を得ることができる。
さまざまなノズル形状の例が、本譲受人に譲渡されここ
に参照した“A Process of Photo-Ablating at Least O
ne Stepped Opening Extending Through a Polymer Mat
erial anda Nozzle Plate Having Stepped Openings ”
と題する同時係属中の出願07/658726 号に説明されてい
る。また、精密なノズル形状を電鋳処理に必要とされる
ような厳密なプロセス制御を行うことなく形成すること
ができる。

【００４５】ポリマー材料をレーザー切断してノズル部
材の形成を行うことの他の利点は、オリフィスやノズル
をさまざまなノズル長（Ｌ）対ノズル径（Ｄ）で容易に
製作することができることである。この実施例において
は、L/D 比は１を越えている。ノズルの長さをその径よ
り大きくすることの利点の一つは、気化室中のオリフィ
ス−抵抗器の位置決めの要求精度が緩和されることであ
る。

【００４６】使用に際しては、レーザー切断されたイン
クジェットプリンタ用のポリマーノズル部材は、従来の
電鋳オリフィス板より優れた特性を有する。たとえば、
レーザー切断されたポリマーノズルは水を基剤とする印
刷インクによる腐食に対する抵抗性が高く、また一般に
疎水性である。さらに、レーザー切断されたポリマーノ
ズル部材は、弾性係数が比較的低く、ノズル部材とその
下の基板あるいは障壁層の間の固有応力がノズル部材／
障壁層の層剥離を引き起こす可能性が少ない。さらにま
た、レーザー切断されたポリマーノズル部材は、ポリマ
ー基板への固定あるいは形成が容易である。

【００４７】ここに述べた実施例ではエクサイマーレー
ザーが用いられるが、ほぼ同じ光学的波長とエネルギー
密度を有する他の紫外線源を用いてこのアブレーション
処理を行うことができる。切断すべきテープ中の吸収を
大きくするために、かかる紫外線源の波長は好適には15
0nm から400nm の範囲内とされる。さらに、基本的に周
囲の材料を加熱することなく切断される材料を迅速に排
出するために、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以上、パルス長は約１マイクロ秒以
下でなければならない。

【００４８】当業者には明らかであるように、テープ10
4 上のパターンの形成には他に多くの処理を用いること
ができる。他の処理方法としては、化学エッチング、ス
タンピング、反応イオンエッチング、イオンビームミリ
ング、あるいは光学的に形成されたパターン上での成形
あるいは鋳造がある。この処理の次のステップは洗浄ス
テップであり、テープ104 のレーザー切断された部分が
洗浄ステーション117 の下に配置される。洗浄ステーシ
ョン117 では、レーザーアブレーションによって発生し
た破片が通常の方法で除去される。

【００４９】テープ104 は次のステーション、すなわち
Shinkawa Corporationから製品番号IL-20 で販売される
内部リードボンダー等の従来の自動TAB ボンダーに組み
込まれた光学的位置合わせステーション118 に送られ
る。ボンダーは、オリフィスの作成に用いられたのと同
じ方法および／またはステップで作成されたノズル部材
上の位置合わせ（ターゲット）パターン、および抵抗器
の作成に用いられたのと同じ方法および／またはステッ
プで作成された基板上のターゲットパターンでプログラ
ムされている。この実施例では、ノズル部材の材料は基
板上のターゲットパターンをノズル部材を通して見るこ
とができるように半透明になっている。ボンダーは、二
つのターゲットパターンが位置合わせされるように、シ
リコンダイ120 をノズル部材に対して自動的に位置決め
する。かかる位置合わせ機能はShin- kawa TABボンダー
に含まれている。このノズル部材ターゲットパターンの
基板ターゲットパターンへの自動的な位置合わせは、オ
リフィスを抵抗器に対して正確に位置合わせするだけで
はなく、ダイ120 上の電極をもテープ104 に形成された
導電性トレースの端部に自然に位置合わせする。これ
は、これらのトレースおよびオリフィスはテープ104 中
で位置合わせされており、基板電極と加熱抵抗器は基板
上で位置合わせされているためである。したがって、テ
ープ104 とシリコンダイ120 上のすべてのパターンは、
二つのターゲットパターンが位置合わせされたとき、互
いに位置合わせされる。したがって、テープ104 に対す
るシリコンダイ120 の位置合わせは商業的に入手可能な
機器だけを用いて自動的に行うことができる。導電性ト
レースとノズル部材を集積することによって、かかる位
置合わせ機能が可能となる。かかる集積は印刷ヘッドの
組み立て費用を低減するばかりではなく、印刷ヘッドの
材料費をも低減する。

【００５０】自動TAB ボンダーは次に連動接着法を用い
て導電性トレースの端部をテープ104 に形成された窓を
介して関連する基板電極に押し下げる。ボンダーは次に
熱圧着等を用いて熱を加えてトレースの端部を関連する
電極に溶着する。その結果得られる構造の一例の側面図
を図４に示す。その他の接着法を用いることもできる。
たとえば超音波接着、導電性エポキシ、はんだペース
ト、あるいはその他の周知の手段等である。

【００５１】次にテープ104 は熱および圧力ステーショ
ン122 に進む。図７に関連して前述したように、シリコ
ン基板上に形成された障壁層30の上面に接着剤層84があ
る。上述の接着ステップの後、シリコンダイ120 はテー
プ104 に対して押し下げられ、熱を加えて接着剤層84が
硬化され、ダイ120 がテープ104 に物理的に接着され
る。その後、テープ104 はテープ巻き取りリール124 に
よって任意に巻き取られる。テープ104 は後で個々のTA
B ヘッドアッセンブリーを互いに分離するために切断す
ることができる。その結果得られるTAB ヘッドアッセン
ブリーが印刷カートリッジ10の上に配置され、図９に示
す前述の接着シール90が形成されてノズル部材を印刷カ
ートリッジに固着し、ノズル部材とインク溜めの間の基
板の周囲にインク防止シールを提供し、ヘッドランド付
近のトレースをインクから隔離するようにカプセル封入
する。可とう性TAB ヘッドアッセンブリーの周辺部の各
点が次に従来のメルトスルー型接着処理によってプラス
ティック印刷カートリッジ10に固定され、ポリマーテー
プ18が図１に示すように印刷カートリッジ10の表面に対
して同一平面に維持される。

【００５２】以上、この発明の原理、実施例および動作
態様を説明した。しかし、この発明はここに論じた特定
の実施例に限定されるものではない。一例として、上記
の発明はサーマル型のインクジェットプリンタだけでな
くサーマル型でないインクジェットプリンタと組合せて
も用いることができる。したがって、以上説明した実施
例は限定的なものではなく、例を示すものであるものと
理解されねばならない。

【００５３】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、以下のよう
な効果が得られる。 (1) このような導電性のトレースを含むノズル部材を用
いることによって、印刷ヘッドの材料費が低減されるだ
けではなく、印刷ヘッドの組み立て費用も低減される。 (2) デマルチプレクサによって発熱素子に励起信号を提
供するのに必要な電極とトレースの数が大幅に低減され
る。 (3) オリフィスへのインクの供給は基板の側面を回って
気化室に流れ込む。したがって基板中にインク供給スロ
ットを設ける必要がなくなる。 (4) さらに、オリフィスが形成されたノズル部材は基板
より大きく、また基板はテープの背面に貼りつけられて
いるため、テープの背面と印刷カートリッジ本体との間
にインクシールを直接簡単に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインクカートリッジの
斜視図である。

【図２】ノズル部材の正面図である。

【図３】発熱素子を実装した基板を取り付けた状態のノ
ズル部材の背面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。

【図５】ノズル部材を取り外した状態の印字ヘッドの斜
視図である。

【図６】ノズル部材を取り付けた状態の印字ヘッドの斜
視図である。

【図７】発熱素子を実装した基板の底面側の斜視図であ
る。

【図８】要部を切断して示す印字ヘッドのオリフィス部
分の拡大斜視図である。

【図９】図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１０】印字ヘッドの製造工程を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０：インクカートリッジ １２：インク溜め １４：印刷ヘッド １７：オリフィス １８：可撓性ポリマーテープ ２０：接触パッド ２２、２４：窓 ２８：基板 ３０：障壁層 ３２：インクチャネル ３６：導電性トレース ４０、７４：電極 ７０：加熱抵抗器 ７８：デマルチプレクサ ９０：接着シール ９２、９４：気化室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・ダブリュー・ステインフ ィールド アメリカ合衆国カリフォルニア州サンデ ィエゴ・ピンゾンウエイ11068 (72)発明者 ケニス・イー・トルエバ アメリカ合衆国オレゴン州コーバリス・ フェアーオークスプレイス・ノースウエ スト5755 (72)発明者 ポール・エイチ・マックルランド アメリカ合衆国オレゴン州モンマウス・ カーバーロード20225 (56)参考文献 特開 昭60−262649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−125854（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−26445（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−214671（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−508（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−84345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−169660（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／008899（ＷＯ，Ａ１) 国際公開91／017051（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクジェット印刷カートリッジであっ
   て、 （ａ）インク溜めを備えた印刷カートリッジ本体、およ
   び （ｂ）印刷ヘッドを含み、 前記印刷ヘッドは、前記本体上に位置付けられたノズル
   部分を有するとともに導体部分を有する絶縁性柔軟材料
   の単一片を含み、前記ノズル部分は前記材料に形成され
   た複数のインクオリフィスを備え、前記導体部分は前記
   材料上に形成された複数の分離した導体を含み、前記分
   離した導体は、前記インクオリフィスの各々に近接する
   インク射出要素を選択的に付勢するための電気信号を伝
   えるために前記ノズル部分に接続される第１の端部、お
   よび前記電気信号を供給する電源端子に接続される遠方
   の第２の端部を有し、さらに （ｃ）複数の外縁および複数の前記インク射出要素を備
   えている基板を有し、 前記基板は前記ノズル部分の裏面に取付けられ、前記イ
   ンク射出要素の各々は関連するインクオリフィスに近接
   して設置され、前記ノズル部分の前記裏面は前記基板の
   一つ以上の前記外縁の外側まで広がっており、前記導体
   の第１の端部が、前記インク射出要素を選択的に付勢す
   る付勢信号を供給するために前記基板上に形成された電
   極に接続されている、 ことを特徴とするインクジェット印刷カートリッジ。
2. 【請求項２】前記ノズル部分が、前記本体に対し、前記
   本体と前記ノズル部分の前記裏面との間のシールにより
   封止され、前記シールは実質的に前記基板を囲んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載の印刷カートリッジ。
3. 【請求項３】更に、前記印刷カートリッジの内部に、前
   記インク溜めと連絡し、インクを前記基板の一つ以上の
   前記外縁の周りに流し、さらに前記ノズル部分のオリフ
   ィスに関連している各々の気化室の中まで流すことがで
   きる流体チャンネルを備えていることを特徴とする請求
   項１に記載の印刷カートリッジ。
4. 【請求項４】更に、前記ノズル部分と前記基板との間に
   障壁層を備え、前記障壁層は、前記インク溜めと連絡し
   インクを前記基板の一つ以上の前記外縁の周りに流し、
   さらに前記障壁層に形成された前記ノズル部分のオリフ
   ィスに関連している各々の気化室の中まで流すことがで
   きる流体チャンネルを備えていることを特徴とする請求
   項１に記載の印刷カートリッジ。
5. 【請求項５】前記導体は前記導体部分の前記裏面に形成
   された導電性トレースであることを特徴とする請求項１
   に記載の印刷カートリッジ。
6. 【請求項６】インクジェット印刷カートリッジであっ
   て、 （ａ）インク溜めを備えた印刷カートリッジ本体、およ
   び （ｂ）印刷ヘッドを含み、 前記印刷ヘッドは、複数のインクオリフィスが形成され
   ているとともに前記本体上に位置付けられたノズル部
   材、および複数の外縁を有し、複数の発熱要素を備え、
   前記ノズル部材の裏面に取付けられている基板を有し、 前記発熱要素の各々が関連するインクオリフィスに近接
   して設置され、前記ノズル部材の前記裏面は前記基板の
   二つ以上の前記外縁の外側まで広がっており、さらに （ｃ）前記ノズル部材に設けられ、前記基板上に形成さ
   れ付勢信号を前記発熱要素に供給するための電極に接続
   されている導体を含み、 前記導体は前記ノズル部材上に形成された導電性トレー
   スであり、前記ノズル部材は一つ以上の窓を備え、前記
   一つ以上の窓は、前記ノズル部材の前記裏面に設置され
   たとき、前記導電性トレースの端部を露出させ、また前
   記基板上の前記電極を露出させるためのものであり、さ
   らに前記窓は前記導電性トレースを前記基板上の前記電
   極に結合できるようにする、 ことを特徴とする印刷カートリッジ。
7. 【請求項７】前記基板は前記基板上にある前記電極に供
   給される電気信号をデマルチプレクスし、前記電気信号
   を前記インク射出要素に分配するデマルチプレクサを備
   えていることを特徴とする請求項１に記載の印刷カート
   リッジ。
8. 【請求項８】前記基板は前記基板上にある前記電極に供
   給される電気信号をデコードし、前記電気信号を前記イ
   ンク射出要素に分配するデコーダを備えていることを特
   徴とする請求項１に記載の印刷カートリッジ。
9. 【請求項９】前記柔軟材料はポリマであり、前記オリフ
   イスはレーザアブレーションによるステップ・アンド・
   リピート処理で前記材料上に形成されることを特徴とす
   る請求項１に記載の印刷カートリッジ。
10. 【請求項１０】前記導体はフォトリソグラフィー法によ
    り前記材料上に形成された導電性トレースであり、前記
    導電性トレースは前記基板上の前記電極に接続されてい
    ることを特徴とする請求項９に記載の印刷カートリッ
    ジ。
11. 【請求項１１】更に、前記ノズル部分と前記基板との間
    に障壁層を備え、前記障壁層は、前記インク溜めおよび
    気化室に連絡するインク導管を含み、前記気化室の各々
    は前記ノズル部分のオリフィスに関連していることを特
    徴とする請求項１に記載の印刷カートリッジ。