JP3899396B2 - インクジェット印刷ヘッドのノズル構造体を形成する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット印刷ヘッドに関し、特にインクジェット印刷ヘッド用のノズル構造体のための改善された製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット・プリンタ用の印刷ヘッドは、種々の構成要素が一体的なインクリザーバと協働して所望の印刷品質を達成するために精密に製作される。そうした精密性にも拘わらず、インクリザーバを備える印刷ヘッドは、リザーバ内の供給インクが使い果たされると捨てられる。従って、こうしたアセンブリの種々の構成要素を比較的安価に抑える必要性があり、それによって、アセンブリ寿命が１つの要因とされる全般的な頁当たりの印刷コストで、市場における他のプリンタ形態に対しての競争力を保持できるようになる。
【０００３】
一般に、インクや、リザーバ及び印刷ヘッドの製造に使用される材料は、印刷ヘッド・アセンブリの製造コストの最も大きな部分を占めていない。それよりはむしろ、印刷ヘッドの種々の構成要素自体の製作における労働集約段階である。こうして、印刷ヘッド製作コストを下げる努力は、印刷ヘッド・アセンブリが使用されるインクジェット・プリンタの頁当たりの印刷コストに最も大きな効果を及ぼす。
【０００４】
印刷ヘッドの製作コストを下げるための１つの方法は、高度に自動化された製造技術を用いることである。これによって、製造の各段階を手作業で行うような高度に熟練された技術に支払う費用が節約される。製作コストを削減する他の方法は、そうした自動化された製造工程の全てに渡る歩留まりを改善することである。印刷ヘッドをより高い比率で製作すれば、単位印刷ヘッド当たりの値段を低減し、それによって、より多数の商品に渡って製造コストを分散させるようにする。工程の歩留まりは、１つのパーツを製造にするのに要求される工程段階数が減少するにつれて増大する傾向にあるので、印刷ヘッド製造に要する工程段階数を低減するか、或いは、複雑で低い歩留まり工程段階をより簡素でより高い歩留まり工程段階で置き換えることが望ましい。
【０００５】
インクジェット印刷ヘッドは、１）インクの成分を励起するための複数の抵抗要素を含む基板と、２）励起されたインクの動きを方向付けるための集積されたフロー（流れ）機能構造／ノズル層とを備える２つか或いは３つの主要構成要素から、しばしば、形成される。印刷ヘッドのフロー機能構造はノズル層内に含ませるか、或いはノズル層または基板に添付された分離層内に含ませることが可能である。印刷段階の間、協働しなければならない個々別々の機能は上記構成要素に含まれ、これら構成要素は使用前に相互に結合される。一般に、一体構造体とするために印刷ヘッドのこれら構成要素を結合するために使用されるものは接着剤である。
【０００６】
これら構成要素の１つのための製造段階が終了する前に、当該１つの構成要素に接着剤が付与されたならば、その接着剤層は次なる種々の製造段階の間に生成された破片屑を保持する可能性がある。そうした破片屑は、しばしば、除去することが難しく、除去のためには少なくとも余分な工程段階を要し、印刷ヘッドのコストを増大してしまう。更に、もしそうした破片屑が完全に除去されなければ、基板とノズル層との間の接着剤結合が損なわれる可能性があり、その結果として、印刷ヘッドは、適切に機能しないか、或いは期待された有効寿命を果たすことがないかの何れかとなる。
【０００７】
上記各種の機能構造が上記のような１つの構成要素に形成された後、当該１つの構成要素に接着剤が付与されたならば、結合面として使用されるべくその構成要素の各種部分に接着剤が位置付けられていることと、接着剤が存在することによって機能が抑制されてしまう該構成要素の各種部分から接着剤が除去されていることとを確保すべく更なる労働集約的な段階が要求される。これらの余分な段階は印刷ヘッドのコストに追加されるばかりか、構成要素上に対する接着剤の位置付けに関する誤りは、印刷ヘッド製造方法から製品の歩留まりを低減することになる。
【０００８】
例えば、もし接着剤がインク用のフローチャネル等々の構成要素の一部内に残留されたならば、そのフローチャネルの適切な機能は妨げられることとなり、印刷ヘッドは使用不可能となる。代替的には、もし接着剤が構成要素間の結合面を充分に覆うことがなければ、これら構成要素は分離する可能性があり、その完成されたアセンブリからのインク漏れを許容する。これら双方の状態は製品歩留まりを低減し、それによって、上述されたように製作された印刷ヘッドのコストが上昇することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上に述べた問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、高度に自動化されたインクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、接着剤の整合及び除去のための追加的な工程段階を要することがないインクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、各種構成要素を相互に結合するために使用される接着剤が、引き続く工程段階の間、破片屑等を引き付けて保持することがない、インクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的やその他の目的は、本発明に従ってのインクジェット印刷ヘッド・ノズル部材を形成する方法によって解決される。本発明においては、ノズル層及び接着剤層を含む複合的な構造体が提供されており、その接着剤層には重合体から成る犠牲的な重合体犠牲層が塗布又は被覆される。その塗布された複合的な構造体は、レーザ・アブレーション又はレーザ融蝕によって、１つ或いはそれ以上のノズルが形成される。ノズル形成後に、犠牲層は除去される。
【００１３】
上記犠牲層は、好ましくは、その犠牲層に水のジェットを仕向けることによって当該犠牲層の略々全てが接着剤層から除去されてしまうポリビニルアルコール等の、水溶性重合物質であることが好ましい。
【００１４】
臨界的なレーザ融蝕段階の間、複合的構造体に対するレーザ融蝕によって生成するスラグ及び他の破片屑は、しばしば、接着剤層よりは、むしろ犠牲層に接着する。犠牲層は水溶性であるので、簡単な水洗技法によって容易に除去され得て、除去の結果、それに接着した破片屑はそれと共に運び去られることとなる。このように、ノズル構造体は、綿密な清浄工程を利用することなく、構造的或いは作動的問題を引き起こし得る破片屑から解放される。更に、接着剤は、レーザ融蝕によってノズルが製作される前にノズル構造体に直に付与され得ることによって、製造工程を簡素化している。
【００１５】
本発明の更なる目的及び長所等は添付図面を参照しての好適実施例の詳細な説明によって明らかとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
添付図面中、図１には、印刷ヘッド複合構造体のノズル層１０の主要特徴が示されている。ノズル層１０は、ポリイミド、ポリエステル、フルオロカーボンポリマー、或いはポリカーボネート等の重合体物質であり、好ましくは約１５から約２００ミクロンまでの間の厚みであり、最も好ましくは約７５ミクロンから約１２５ミクロンまでの間の厚みである。
【００１７】
ノズル層１０が形成される物質は、多くのノズル層が次から次ぎへと連続工程或いは半連続工程で形成可能な、重合体物質の連続的な長尺ストリップの形態で供給され得る。複数の製造段階を通じて、重合体物質の長尺ストリップの取り扱い及び該長尺ストリップの確動的な移送を補助するために、スプロケット孔又は穴１２をそのストリップに設けることができる。
【００１８】
幾つかの重要な機能構造が、以下により詳細に説明する種々の工程によって、そのノズル層１０内に形成され得る。インク・リザーバ（不図示）からインクを受けるインク配分チャネル１４があり、そこからインクが複数のフローチャネル１６へ供給される。これらフローチャネル１６はインク配分チャネル１４からインクを受け取って、それをバブルチャンバー１８の下側の抵抗要素（不図示）へ供給する。
【００１９】
１つ以上の抵抗要素を励起するに及んで、インク成分は気化され、機械的エネルギーをインクの一部に分け与えることによって、ノズル層１０における対応するノズル２０を通じてインクを噴出させる。ノズル２０から出るインクは印刷媒体に衝突して、英数字及びグラフィック像になる複数のインクスポットから成る所定パターンを生み出す。
【００２０】
ノズル層１０が形成されているストリップ材は、図２に概略的に示されるように、大きなリール２２上に設けることが可能である。（日本の）ウべ社、及び、デラウェア州、ウィルミントン、E. I. duPont de Numours & Co.社等の幾つかの製造業者がノズル層の製造に適した材料を"UPILEX"或いは"KAPTON"として（商標）、それぞれ、商業的に供給している。より好適なノズル層材料は、図３に示されるように、接着層２４が載せられたポリイミド・テープから形成される。
【００２１】
接着層２４は、好ましくは、熱可塑性高分子材料を含み得るあらゆるＢ段階の状態である材料がある。こうしたＢ段階の状態であり得る熱硬化樹脂の例としては、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂が含まれる。適合する高分子の熱可塑性材料或いはホットメルト材料は、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、並びにポリウレタンが含まれる。
【００２２】
最も好適な実施例において、接着層２４は、アリゾナ州、キャンドラーのRogers社から市販されている、ラミネートの"RFLEX R1100"或いは"RFLEX R1000"に使用されているようなフェノールブチラール接着剤である。図２の符号Ａが付された位置におけるノズル層１０及び接着層２４の複合構造体は、図３に示される断面形態を有する。殆どの用途において、接着層２４の厚みは約１ミクロンから約２５ミクロンまでの間である。
【００２３】
接着層２４には、図４に示されるように、犠牲層２８が塗布されている。犠牲層２８としては、薄層で塗布可能であり且つ接着層２４或いはノズル層１０と相互作用しない溶媒によって除去可能であるあらゆる高分子材料を用いることが出来る。好適な溶媒としては水であり、ポリビニルアルコールはまさに適切な水溶性犠牲層２８の一例である。
【００２４】
犠牲層として使用可能な市販のポリビニルアルコールとしては、Air Products Inc.社から入手可能な"AIRVOL 165"、Emulsitone Inc.社から入手可能な"EMS1146"、Aldrich社から入手可能な種々のポリビニルアルコール樹脂が含まれる。犠牲層２８は、最も好適には、少なくとも約１ミクロンの厚みであり、ノズル層１０を形成するポリイミドのキャリヤーシート上の接着層２４上に好ましくは塗布される。
【００２５】
押出、ロール塗布、はけ塗、ナイフ塗布、吹付、浸漬、或いは塗布業界又は被覆業界で知られる他の技法等の方法は、こうした複合ストリップ２６に犠牲層２８を塗布するために採用出来る。
【００２６】
図２に示されるように、犠牲層２８は塗布ローラ３４等によって複合ストリップ２６上に塗布され得る。（図２の）位置Ｂにおいての複合ストリップ２６は、図４に示されるような断面形状を有することになり、接着層２４がノズル層１０と犠牲層２８との間に配置されている。
【００２７】
ノズル層１０の図１に示される、配分チャネル１４、フローチャネル１６、バブルチャンバー１８、ノズル２０等の各種機能構造は、好ましくは、複合ストリップ２６を所定のパターンにレーザ融蝕することによって形成される。ノズル層１０中に各種のフロー機能構造又は流れ機能構造を作り出すレーザビーム３６は、Ｆ２、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、或いはＸｅＣｌエキシマレーザ、或いは周波数逓倍ＹＡＧレーザ等のレーザ３８によって発生させることが可能である。
【００２８】
図４での複合構造体に対するレーザ融蝕は、約１００ミリジュール／平方センチメートルから約５，０００ミリジュール／平方センチメートルまでの間のパワーであって、好ましくは約１，５００ミリジュール／平方センチメートルのパワーで達成される。レーザ融蝕工程の間、約１５０ナノメートルから約４００ナノメートルまでの間の波長、そして最も好ましくは約２４８ナノメートルの波長を有するレーザビームが約１ナノ秒から約２００ナノ秒までの間継続する、そして最も好ましくは約２０ナノ秒の間継続するパルス状の形態で適用される。
【００２９】
ノズル層１０の特殊な機能構造は、該ノズル層に各種のフロー機能構造を正確に位置付けるために使用されるマスク４０を通じて、レーザビーム３６の所定数のパルスを当てることによって形成される。以下により明確にされるように、多くのエネルギーパルスが、より大きな横断深さに渡って材料が削除されることになるノズル層１０におけるノズル２０の部分に要求され得て、より少ないエネルギーパルスが、フローチャネル１６等のほんの一部の材料がノズル層１０の横断深さから除去されるべく要求され得る。
【００３０】
ノズル層１０における種々の機能構造の側部境界は、マスク４０によって画定され、このマスク４０は、該マスク４０中の定まった複数の位置に設けられた複数孔にレーザビーム３６が通過することを許容し、該マスク４０の他の複数の位置において複合ストリップ２６へのレーザビーム３６の到達を禁止するものである。レーザビーム３６がストリップ２６と接触することを許容するマスク４０の複数の部分は、ノズル層１０中に形成が所望される種々の機能構造の形状に対応したパターンに配置されている。
【００３１】
犠牲層２８を含む複合ストリップ２６のレーザ融蝕工程の間、スラグ及び他の破片４２が形成される。これら破片４２の少なくとも一部はストリップ２６上に落ちて付着する可能性がある。本発明において、ストリップ２６の上層は犠牲層２８を含むので、これら破片４２は接着層２４よりは犠牲層２８に落ちて付着することになる。
【００３２】
もし複合ストリップ２６に犠牲層２８がなければ、破片４２は接着層２４上に落ちて付着することとなる。ひとたび接着層２４に付着してしまうと、破片４２を除去することは難しく、複雑な洗浄手続きが要求されるか或いは使用不可能な製品となる。本発明は、これら破片４２をより容易に除去するばかりではなく、使用不可能製品を低減することによって歩留まりをも増大可能としている。
【００３３】
複合ストリップ２６のレーザ融蝕が完了した後、位置Ｃにおける該ストリップ２６の、バブルチャンバー１８の１つを通るような断面形態は、図５に示す通りである。図５から理解出来るように、ノズル層１０は犠牲層２８によって保護されている接着層２４を依然として含んでいる。破片４２が犠牲層２８の露出表面上に示されている。フローチャネル１６、バブルチャンバー１８、並びにノズル２０の相対寸法も図５に示されている。
【００３４】
犠牲層２８が水溶性であれば、犠牲層２８及びその上の破片４２の除去は、水源４６から水噴射４４をストリップ２６に仕向けることによって達成可能である。代替的には、犠牲層２８が溶解するに充分な時間、ストリップ２６を水中に浸漬することによって犠牲層２８を除去することが可能である。犠牲層２８を除去するために使用される水の温度は、約２０℃から約９０℃の範囲が可能である。より高い水温は、ポリビニルアルコールの犠牲層２８を溶解するために要求される時間を減少する傾向にある。犠牲層２８を溶解するために使用される溶媒の温度及び種類は、好ましくは、犠牲層２８として使用選択された材料の溶解レートを高めるべく選択される。
【００３５】
接着層から除去された破片４２及び犠牲層２８は、ストリップ２６から除去される水性の廃汽中に含有される。犠牲層２８の除去後の位置Ｄにおける接着剤塗布された複合構造体は、図６に示すような断面形態を有する。図６から理解出来るように、この構造体はノズル層１０及び接着層２４を含むが、先立って接着層２４上に塗布された犠牲層２８は除去されている。カッティングブレード（刃）５６で相互に分離されたノズル層１０の切断材５０が、次いで、シリコン・ヒータ基板上に取り付けられる。接着層２４がノズル層１０をそのシリコン基板上に取り付けるために使用される。
【００３６】
ノズル層１０のレーザ融蝕中に形成された破片４２は犠牲層２８に付着されるので、犠牲層２８の除去で、レーザ融蝕工程中に形成されたそうした破片４２の略々全ても除去される。水溶性の犠牲層２８が使用されているので、犠牲層２８及び破片４２の除去には綿密で時間がかかる操作が要求されない。更に、レーザ融蝕中に犠牲層２８が存在することで、破片４２が接着層２４に接触して付着することを効果的に防止している。従って、上述の手続きによれば、レーザ融蝕に先行して、接着層２４は基板よりはむしろノズル層１０に付着され得て、印刷ヘッド製造工程を簡略化している。
【００３７】
ノズル層１０をシリコン基板に取り付ける前に、該シリコン基板に非常に薄い接着促進剤を塗布することが好ましい。接着促進剤の量としてはノズル層１０側の接着剤との相互作用が為されるに充分な量とすべきであるが、基板側の電気的要素等の機能構造との相互作用が為される量よりは少なくすべきである。ノズル層１０のシリコン基板に対する接着は、好ましくは、該シリコン基板側に接着層２４が対向するように配置することによって行われ、それから加熱された圧盤によってノズル層１０をシリコン基板に対して圧縮する。
【００３８】
代替的には、接着促進剤を接着層２４の露出表面に対して、犠牲層２８の塗布前に塗布するか、或いは、犠牲層２８の除去後に塗布することが可能である。シリコン基板或いは接着層に対する接着促進剤の塗布には、スピニング、吹付、ロール塗布、はけ塗等の公知の技術を用いることが可能である。特に好適な接着促進剤は、ミシガン州、ミッドランドのDow Corning社から入手可能な"DOW CORNING Z6032 SILANE"等の反応性シラン配合物である。
【００３９】
本発明の好適実施例は上述した通りである一方、本発明の精神から逸脱することなく、本発明に関しての種々の変更、各種パーツの再配置及び置き換え等が可能であることは、当業者には理解出来るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】印刷ヘッドの複合構造体におけるノズル層の、実寸大ではない、上面図である。
【図２】本発明の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３】ノズル層が形成されている複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【図４】犠牲層を含む前記複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【図５】ノズル形成のためのレーザ融蝕が施された後の複合構造体におけるノズル形態の、実寸大ではない、断面図である。
【図６】犠牲層除去後の完成された複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【符号の説明】
１０ ノズル層
１２ スプロケット孔
１４ 配分チャネル
１６ フローチャネル
１８ バブルチャンバー
２０ ノズル
２２ リール
２４ 接着層
２６ 複合ストリップ
２８ 犠牲層
３６ レーザビーム
３８ レーザ
４０ マスク
４２ 破片
４４ 水噴射
４６ 水源
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット印刷ヘッドに関し、特にインクジェット印刷ヘッド用のノズル構造体のための改善された製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット・プリンタ用の印刷ヘッドは、種々の構成要素が一体的なインクリザーバと協働して所望の印刷品質を達成するために精密に製作される。そうした精密性にも拘わらず、インクリザーバを備える印刷ヘッドは、リザーバ内の供給インクが使い果たされると捨てられる。従って、こうしたアセンブリの種々の構成要素を比較的安価に抑える必要性があり、それによって、アセンブリ寿命が１つの要因とされる全般的な頁当たりの印刷コストで、市場における他のプリンタ形態に対しての競争力を保持できるようになる。
【０００３】
一般に、インクや、リザーバ及び印刷ヘッドの製造に使用される材料は、印刷ヘッド・アセンブリの製造コストの最も大きな部分を占めていない。それよりはむしろ、印刷ヘッドの種々の構成要素自体の製作における労働集約段階である。こうして、印刷ヘッド製作コストを下げる努力は、印刷ヘッド・アセンブリが使用されるインクジェット・プリンタの頁当たりの印刷コストに最も大きな効果を及ぼす。
【０００４】
印刷ヘッドの製作コストを下げるための１つの方法は、高度に自動化された製造技術を用いることである。これによって、製造の各段階を手作業で行うような高度に熟練された技術に支払う費用が節約される。製作コストを削減する他の方法は、そうした自動化された製造工程の全てに渡る歩留まりを改善することである。印刷ヘッドをより高い比率で製作すれば、単位印刷ヘッド当たりの値段を低減し、それによって、より多数の商品に渡って製造コストを分散させるようにする。工程の歩留まりは、１つのパーツを製造にするのに要求される工程段階数が減少するにつれて増大する傾向にあるので、印刷ヘッド製造に要する工程段階数を低減するか、或いは、複雑で低い歩留まり工程段階をより簡素でより高い歩留まり工程段階で置き換えることが望ましい。
【０００５】
インクジェット印刷ヘッドは、１）インクの成分を励起するための複数の抵抗要素を含む基板と、２）励起されたインクの動きを方向付けるための集積されたフロー（流れ）機能構造／ノズル層とを備える２つか或いは３つの主要構成要素から、しばしば、形成される。印刷ヘッドのフロー機能構造はノズル層内に含ませるか、或いはノズル層または基板に添付された分離層内に含ませることが可能である。印刷段階の間、協働しなければならない個々別々の機能は上記構成要素に含まれ、これら構成要素は使用前に相互に結合される。一般に、一体構造体とするために印刷ヘッドのこれら構成要素を結合するために使用されるものは接着剤である。
【０００６】
これら構成要素の１つのための製造段階が終了する前に、当該１つの構成要素に接着剤が付与されたならば、その接着剤層は次なる種々の製造段階の間に生成された破片屑を保持する可能性がある。そうした破片屑は、しばしば、除去することが難しく、除去のためには少なくとも余分な工程段階を要し、印刷ヘッドのコストを増大してしまう。更に、もしそうした破片屑が完全に除去されなければ、基板とノズル層との間の接着剤結合が損なわれる可能性があり、その結果として、印刷ヘッドは、適切に機能しないか、或いは期待された有効寿命を果たすことがないかの何れかとなる。
【０００７】
上記各種の機能構造が上記のような１つの構成要素に形成された後、当該１つの構成要素に接着剤が付与されたならば、結合面として使用されるべくその構成要素の各種部分に接着剤が位置付けられていることと、接着剤が存在することによって機能が抑制されてしまう該構成要素の各種部分から接着剤が除去されていることとを確保すべく更なる労働集約的な段階が要求される。これらの余分な段階は印刷ヘッドのコストに追加されるばかりか、構成要素上に対する接着剤の位置付けに関する誤りは、印刷ヘッド製造方法から製品の歩留まりを低減することになる。
【０００８】
例えば、もし接着剤がインク用のフローチャネル等々の構成要素の一部内に残留されたならば、そのフローチャネルの適切な機能は妨げられることとなり、印刷ヘッドは使用不可能となる。代替的には、もし接着剤が構成要素間の結合面を充分に覆うことがなければ、これら構成要素は分離する可能性があり、その完成されたアセンブリからのインク漏れを許容する。これら双方の状態は製品歩留まりを低減し、それによって、上述されたように製作された印刷ヘッドのコストが上昇することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上に述べた問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、高度に自動化されたインクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、接着剤の整合及び除去のための追加的な工程段階を要することがないインクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、各種構成要素を相互に結合するために使用される接着剤が、引き続く工程段階の間、破片屑等を引き付けて保持することがない、インクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的やその他の目的は、本発明に従ってのインクジェット印刷ヘッド・ノズル部材を形成する方法によって解決される。本発明においては、ノズル層及び接着剤層を含む複合的な構造体が提供されており、その接着剤層には重合体から成る犠牲的な重合体犠牲層が塗布又は被覆される。その塗布された複合的な構造体は、レーザ・アブレーション又はレーザ融蝕によって、１つ或いはそれ以上のノズルが形成される。ノズル形成後に、犠牲層は除去される。
【００１３】
上記犠牲層は、好ましくは、その犠牲層に水のジェットを仕向けることによって当該犠牲層の略々全てが接着剤層から除去されてしまうポリビニルアルコール等の、水溶性重合物質であることが好ましい。
【００１４】
臨界的なレーザ融蝕段階の間、複合的構造体に対するレーザ融蝕によって生成するスラグ及び他の破片屑は、しばしば、接着剤層よりは、むしろ犠牲層に接着する。犠牲層は水溶性であるので、簡単な水洗技法によって容易に除去され得て、除去の結果、それに接着した破片屑はそれと共に運び去られることとなる。このように、ノズル構造体は、綿密な清浄工程を利用することなく、構造的或いは作動的問題を引き起こし得る破片屑から解放される。更に、接着剤は、レーザ融蝕によってノズルが製作される前にノズル構造体に直に付与され得ることによって、製造工程を簡素化している。
【００１５】
本発明の更なる目的及び長所等は添付図面を参照しての好適実施例の詳細な説明によって明らかとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
添付図面中、図１には、印刷ヘッド複合構造体のノズル層１０の主要特徴が示されている。ノズル層１０は、ポリイミド、ポリエステル、フルオロカーボンポリマー、或いはポリカーボネート等の重合体物質であり、好ましくは約１５から約２００ミクロンまでの間の厚みであり、最も好ましくは約７５ミクロンから約１２５ミクロンまでの間の厚みである。
【００１７】
ノズル層１０が形成される物質は、多くのノズル層が次から次ぎへと連続工程或いは半連続工程で形成可能な、重合体物質の連続的な長尺ストリップの形態で供給され得る。複数の製造段階を通じて、重合体物質の長尺ストリップの取り扱い及び該長尺ストリップの確動的な移送を補助するために、スプロケット孔又は穴１２をそのストリップに設けることができる。
【００１８】
幾つかの重要な機能構造が、以下により詳細に説明する種々の工程によって、そのノズル層１０内に形成され得る。インク・リザーバ（不図示）からインクを受けるインク配分チャネル１４があり、そこからインクが複数のフローチャネル１６へ供給される。これらフローチャネル１６はインク配分チャネル１４からインクを受け取って、それをバブルチャンバー１８の下側の抵抗要素（不図示）へ供給する。
【００１９】
１つ以上の抵抗要素を励起するに及んで、インク成分は気化され、機械的エネルギーをインクの一部に分け与えることによって、ノズル層１０における対応するノズル２０を通じてインクを噴出させる。ノズル２０から出るインクは印刷媒体に衝突して、英数字及びグラフィック像になる複数のインクスポットから成る所定パターンを生み出す。
【００２０】
ノズル層１０が形成されているストリップ材は、図２に概略的に示されるように、大きなリール２２上に設けることが可能である。（日本の）ウべ社、及び、デラウェア州、ウィルミントン、E. I. duPont de Numours & Co.社等の幾つかの製造業者がノズル層の製造に適した材料を"UPILEX"或いは"KAPTON"として（商標）、それぞれ、商業的に供給している。より好適なノズル層材料は、図３に示されるように、接着層２４が載せられたポリイミド・テープから形成される。
【００２１】
接着層２４は、好ましくは、熱可塑性高分子材料を含み得るあらゆるＢ段階の状態である材料がある。こうしたＢ段階の状態であり得る熱硬化樹脂の例としては、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂が含まれる。適合する高分子の熱可塑性材料或いはホットメルト材料は、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、並びにポリウレタンが含まれる。
【００２２】
最も好適な実施例において、接着層２４は、アリゾナ州、キャンドラーのRogers社から市販されている、ラミネートの"RFLEX R1100"或いは"RFLEX R1000"に使用されているようなフェノールブチラール接着剤である。図２の符号Ａが付された位置におけるノズル層１０及び接着層２４の複合構造体は、図３に示される断面形態を有する。殆どの用途において、接着層２４の厚みは約１ミクロンから約２５ミクロンまでの間である。
【００２３】
接着層２４には、図４に示されるように、犠牲層２８が塗布されている。犠牲層２８としては、薄層で塗布可能であり且つ接着層２４或いはノズル層１０と相互作用しない溶媒によって除去可能であるあらゆる高分子材料を用いることが出来る。好適な溶媒としては水であり、ポリビニルアルコールはまさに適切な水溶性犠牲層２８の一例である。
【００２４】
犠牲層として使用可能な市販のポリビニルアルコールとしては、Air Products Inc.社から入手可能な"AIRVOL 165"、Emulsitone Inc.社から入手可能な"EMS1146"、Aldrich社から入手可能な種々のポリビニルアルコール樹脂が含まれる。犠牲層２８は、最も好適には、少なくとも約１ミクロンの厚みであり、ノズル層１０を形成するポリイミドのキャリヤーシート上の接着層２４上に好ましくは塗布される。
【００２５】
押出、ロール塗布、はけ塗、ナイフ塗布、吹付、浸漬、或いは塗布業界又は被覆業界で知られる他の技法等の方法は、こうした複合ストリップ２６に犠牲層２８を塗布するために採用出来る。
【００２６】
図２に示されるように、犠牲層２８は塗布ローラ３４等によって複合ストリップ２６上に塗布され得る。（図２の）位置Ｂにおいての複合ストリップ２６は、図４に示されるような断面形状を有することになり、接着層２４がノズル層１０と犠牲層２８との間に配置されている。
【００２７】
ノズル層１０の図１に示される、配分チャネル１４、フローチャネル１６、バブルチャンバー１８、ノズル２０等の各種機能構造は、好ましくは、複合ストリップ２６を所定のパターンにレーザ融蝕することによって形成される。ノズル層１０中に各種のフロー機能構造又は流れ機能構造を作り出すレーザビーム３６は、Ｆ２、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、或いはＸｅＣｌエキシマレーザ、或いは周波数逓倍ＹＡＧレーザ等のレーザ３８によって発生させることが可能である。
【００２８】
図４での複合構造体に対するレーザ融蝕は、約１００ミリジュール／平方センチメートルから約５，０００ミリジュール／平方センチメートルまでの間のパワーであって、好ましくは約１，５００ミリジュール／平方センチメートルのパワーで達成される。レーザ融蝕工程の間、約１５０ナノメートルから約４００ナノメートルまでの間の波長、そして最も好ましくは約２４８ナノメートルの波長を有するレーザビームが約１ナノ秒から約２００ナノ秒までの間継続する、そして最も好ましくは約２０ナノ秒の間継続するパルス状の形態で適用される。
【００２９】
ノズル層１０の特殊な機能構造は、該ノズル層に各種のフロー機能構造を正確に位置付けるために使用されるマスク４０を通じて、レーザビーム３６の所定数のパルスを当てることによって形成される。以下により明確にされるように、多くのエネルギーパルスが、より大きな横断深さに渡って材料が削除されることになるノズル層１０におけるノズル２０の部分に要求され得て、より少ないエネルギーパルスが、フローチャネル１６等のほんの一部の材料がノズル層１０の横断深さから除去されるべく要求され得る。
【００３０】
ノズル層１０における種々の機能構造の側部境界は、マスク４０によって画定され、このマスク４０は、該マスク４０中の定まった複数の位置に設けられた複数孔にレーザビーム３６が通過することを許容し、該マスク４０の他の複数の位置において複合ストリップ２６へのレーザビーム３６の到達を禁止するものである。レーザビーム３６がストリップ２６と接触することを許容するマスク４０の複数の部分は、ノズル層１０中に形成が所望される種々の機能構造の形状に対応したパターンに配置されている。
【００３１】
犠牲層２８を含む複合ストリップ２６のレーザ融蝕工程の間、スラグ及び他の破片４２が形成される。これら破片４２の少なくとも一部はストリップ２６上に落ちて付着する可能性がある。本発明において、ストリップ２６の上層は犠牲層２８を含むので、これら破片４２は接着層２４よりは犠牲層２８に落ちて付着することになる。
【００３２】
もし複合ストリップ２６に犠牲層２８がなければ、破片４２は接着層２４上に落ちて付着することとなる。ひとたび接着層２４に付着してしまうと、破片４２を除去することは難しく、複雑な洗浄手続きが要求されるか或いは使用不可能な製品となる。本発明は、これら破片４２をより容易に除去するばかりではなく、使用不可能製品を低減することによって歩留まりをも増大可能としている。
【００３３】
複合ストリップ２６のレーザ融蝕が完了した後、位置Ｃにおける該ストリップ２６の、バブルチャンバー１８の１つを通るような断面形態は、図５に示す通りである。図５から理解出来るように、ノズル層１０は犠牲層２８によって保護されている接着層２４を依然として含んでいる。破片４２が犠牲層２８の露出表面上に示されている。フローチャネル１６、バブルチャンバー１８、並びにノズル２０の相対寸法も図５に示されている。
【００３４】
犠牲層２８が水溶性であれば、犠牲層２８及びその上の破片４２の除去は、水源４６から水噴射４４をストリップ２６に仕向けることによって達成可能である。代替的には、犠牲層２８が溶解するに充分な時間、ストリップ２６を水中に浸漬することによって犠牲層２８を除去することが可能である。犠牲層２８を除去するために使用される水の温度は、約２０℃から約９０℃の範囲が可能である。より高い水温は、ポリビニルアルコールの犠牲層２８を溶解するために要求される時間を減少する傾向にある。犠牲層２８を溶解するために使用される溶媒の温度及び種類は、好ましくは、犠牲層２８として使用選択された材料の溶解レートを高めるべく選択される。
【００３５】
接着層から除去された破片４２及び犠牲層２８は、ストリップ２６から除去される水性の廃汽中に含有される。犠牲層２８の除去後の位置Ｄにおける接着剤塗布された複合構造体は、図６に示すような断面形態を有する。図６から理解出来るように、この構造体はノズル層１０及び接着層２４を含むが、先立って接着層２４上に塗布された犠牲層２８は除去されている。カッティングブレード（刃）５６で相互に分離されたノズル層１０の切断材５０が、次いで、シリコン・ヒータ基板上に取り付けられる。接着層２４がノズル層１０をそのシリコン基板上に取り付けるために使用される。
【００３６】
ノズル層１０のレーザ融蝕中に形成された破片４２は犠牲層２８に付着されるので、犠牲層２８の除去で、レーザ融蝕工程中に形成されたそうした破片４２の略々全ても除去される。水溶性の犠牲層２８が使用されているので、犠牲層２８及び破片４２の除去には綿密で時間がかかる操作が要求されない。更に、レーザ融蝕中に犠牲層２８が存在することで、破片４２が接着層２４に接触して付着することを効果的に防止している。従って、上述の手続きによれば、レーザ融蝕に先行して、接着層２４は基板よりはむしろノズル層１０に付着され得て、印刷ヘッド製造工程を簡略化している。
【００３７】
ノズル層１０をシリコン基板に取り付ける前に、該シリコン基板に非常に薄い接着促進剤を塗布することが好ましい。接着促進剤の量としてはノズル層１０側の接着剤との相互作用が為されるに充分な量とすべきであるが、基板側の電気的要素等の機能構造との相互作用が為される量よりは少なくすべきである。ノズル層１０のシリコン基板に対する接着は、好ましくは、該シリコン基板側に接着層２４が対向するように配置することによって行われ、それから加熱された圧盤によってノズル層１０をシリコン基板に対して圧縮する。
【００３８】
代替的には、接着促進剤を接着層２４の露出表面に対して、犠牲層２８の塗布前に塗布するか、或いは、犠牲層２８の除去後に塗布することが可能である。シリコン基板或いは接着層に対する接着促進剤の塗布には、スピニング、吹付、ロール塗布、はけ塗等の公知の技術を用いることが可能である。特に好適な接着促進剤は、ミシガン州、ミッドランドのDow Corning社から入手可能な"DOW CORNING Z6032 SILANE"等の反応性シラン配合物である。
【００３９】
本発明の好適実施例は上述した通りである一方、本発明の精神から逸脱することなく、本発明に関しての種々の変更、各種パーツの再配置及び置き換え等が可能であることは、当業者には理解出来るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】印刷ヘッドの複合構造体におけるノズル層の、実寸大ではない、上面図である。
【図２】本発明の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３】ノズル層が形成されている複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【図４】犠牲層を含む前記複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【図５】ノズル形成のためのレーザ融蝕が施された後の複合構造体におけるノズル形態の、実寸大ではない、断面図である。
【図６】犠牲層除去後の完成された複合構造体の、実寸大ではない、断面図である。
【符号の説明】
１０ ノズル層
１２ スプロケット孔
１４ 配分チャネル
１６ フローチャネル
１８ バブルチャンバー
２０ ノズル
２２ リール
２４ 接着層
２６ 複合ストリップ
２８ 犠牲層
３６ レーザビーム
３８ レーザ
４０ マスク
４２ 破片
４４ 水噴射
４６ 水源
Claims (31)
- インクジェット印刷ヘッド・ノズル部材を製造する方法であって、
ノズル層と該ノズル層の吐出面とは反対側の面に形成された接着層とを含む複合構造体を準備し、
前記接着層に高分子の犠牲層を塗布し、
前記犠牲層が塗布された複合構造体に対してレーザ融蝕を施して、１つ以上のノズルを形成し、
ノズル形成後、レーザ融蝕により生じた破片屑が付着した前記犠牲層を全て前記複合構造体から除去する、
諸段階を含む方法。 - 前記ノズル層は高分子材料を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記ノズル層は、ポリイミド、ポリエステル、フルオロカーボンポリマー、並びにポリカーボネートから成るグループから選択される、請求項２に記載の方法。
- 前記ノズル層は、１５ミクロンから２００ミクロンまでの間の厚みである、請求項１に記載の方法。
- 前記接着層は、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン樹脂、並びにアクリル樹脂から成るグループから選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記接着層はフェノールブチラールである、請求項５に記載の方法。
- 前記犠牲層は、前記接着層及び前記ノズル層に対して相互作用することなく且つ溶解しない溶媒によって溶解され得る、請求項１に記載の方法。
- 前記犠牲層は水溶性ポリマーである、請求項７に記載の方法。
- 前記犠牲層はポリビニルアルコールである、請求項８に記載の方法。
- 前記犠牲層を溶解するに充分な時間の間、前記複合構造体を水中に浸すことによって、該複合構造体から前記犠牲層を除去する段階を更に含む、請求項８に記載の方法。
- 前記犠牲層が前記接着層から実質的に除去されるまで、水の噴射を前記犠牲層に仕向けることによって、前記複合構造体から前記犠牲層を除去する段階を更に含む、請求項８に記載の方法。
- 前記高分子の犠牲層は、１ミクロンから５ミクロンまでの間の厚みである、請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ融蝕は、エキシマレーザ及び周波数逓倍ＹＡＧレーザから成るグループから選択されるレーザによって行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ融蝕は、１００ミリジュール／平方センチメートルから５，０００ミリジュール／平方センチメートルまでの間のパワーで行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ融蝕は、１５０ナノメートルから４００ナノメートルまでの間の波長で行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ融蝕は、１ナノ秒から２００ナノ秒までの間継続するパルス状レーザ出力におけるレーザエネルギーを適用することによって行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記ノズル層は、複数のノズル及び該ノズルに到るインクのフロー構造を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記接着層への前記犠牲層の塗布に先行して、該接着層に接着促進剤を付与する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
- 前記接着促進剤は反応性シラン配合物である、請求項１８に記載の方法。
- 請求項１に記載された方法によって形成された前記ノズル部材をシリコン基板に取り付ける方法であって、
前記シリコン基板に接着促進剤を付与し、
前記接着層が前記シリコン基板に対向するように配置して、加熱された圧盤によって前記ノズル部材を前記シリコン基板に対して圧縮することによって、前記ノズル部材を前記シリコン基板に取り付ける、諸段階を含む方法。 - 前記接着促進剤は反応性シラン配合物である、請求項２０に記載の方法。
- 高分子材料で１つ以上のインクジェット・ノズルを形成する方法であって、
前記高分子材料のノズル吐出面とは反対側の表面に接着層を塗布し、
前記接着層に高分子から成る犠牲層を塗布することによって、三層複合体を形成し、
前記犠牲層が塗布された側から前記複合体に一つ以上の孔をレーザ融蝕し、
孔形成後、露出した外面にレーザ融蝕により生じた前記三層複合体の破片屑が付着した前記犠牲層を全て前記接着層から除去する、
諸段階を含む方法。 - 前記高分子材料は、ポリイミド、ポリエステル、フルオロカーボンポリマー、並びにポリカーボネートから成るグループから選択される、請求項２２に記載の方法。
- 前記接着層は、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、並びにポリウレタン樹脂、並びにアクリル樹脂から成るグループから選択される、請求項２２に記載の方法。
- 前記犠牲層はポリビニルアルコールである、請求項２２に記載の方法。
- 前記犠牲層の除去は、前記犠牲層が前記接着層から実質的に除去されるまで、水の噴射を前記犠牲層に仕向けることによって行われる、請求項２５に記載の方法。
- 前記レーザ融蝕は、エキシマレーザ及び周波数逓倍ＹＡＧレーザから成るグループから選択されるレーザによって行われる、請求項２２に記載の方法。
- 前記接着層への前記犠牲層の塗布に先行して、該接着層に接着促進剤を付与する段階を更に含む、請求項２２に記載の方法。
- 前記接着促進剤は反応性シラン配合物である、請求項２８に記載の方法。
- 請求項２２に記載された方法によって形成された前記高分子材料をシリコン基板に取り付ける方法であって、
前記シリコン基板に接着促進剤を付与し、
前記シリコン基板に前記接着層が対向するように配置して、加熱された圧盤によって前記高分子材料を前記シリコン基板に対して圧縮することによって、前記高分子材料を前記シリコン基板に取り付ける、諸段階を含む方法。 - 前記接着促進剤は反応性シラン配合物である、請求項３０に記載の方法。
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