JPH04234663A - サーマル・インク・ジェット・ノズルの処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク・ジェット印刷
に関し、さらに詳しくは、インク・ジェット印刷で使用
するプリントヘッドのノズルを含む面のコーティングお
よびこのコーティングを塗布する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク・ジェット印刷では、インク供給
チャンバと連通する１つ以上のインクを充填したチャン
ネルを一端に有し、ノズルと呼ぶ開口部を他端に有する
プリントヘッドを通常設ける。これらのノズルから紙の
ような記録媒体にインクの小滴を吐出することによって
、プリントヘッドはこの記録媒体上に画像を形成する。 小滴の形態で吐出される前に、インクは各ノズルでメニ
スカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）　を形成する。小滴が吐出
された後、後続のインクがノズルに流入して再びメニス
カスを形成する。高性能プリントヘッド・アレイの重要
な特性は、ジェットが良好な方向性を有していることで
ある。 これによって、インクの小滴が印刷文書上の所望の場所
に正確に位置することのできることが保証される。ジェ
ットの方向の精度が悪いと、ハーフトーンの絵画像の場
合、変形した文字や見たところ目障りな縞模様が発生す
る。

【０００３】インク・ジェットを方向を誤る主な原因は
、ノズルのアレイを有するプリントヘッドの濡れが適切
でないことと関連している。ジェットの方向の精度に悪
影響を及ぼす１つの要因は、プリントヘッド・アレイの
前面で蓄積するインクと吐出される小滴との相互作用で
ある。再補充の期間中のインクのオーバーフローまたは
プリントヘッドから小滴が吐出される過程で微小な付随
的小滴が飛散することのいずれかによって、インクはプ
リントヘッド面に蓄積する可能性がある。前面上に蓄積
したインクがチャンネル内のインク（特にノズルのオリ
フィスにおけるインクのメニスカスと）接触すると、こ
れによってインクのメニスカスが破壊され、吐出される
小滴に作用する圧力にアンバランスを生じ、これによっ
て次にジェットの方向を誤る。この濡れ現象は、頻繁に
使用された後、アレイ面が酸化し、または乾燥したイン
ク膜によって覆われるにしたがって、より面倒になる。 これによって、プリントヘッドが作り出すことができる
画質が徐々に劣化する。インク・ジェットの方向性を良
好に保つには、前面の濡れを抑制することが望ましい。 または、もし濡れを予測可能で均一な方法で制御するこ
とができるなら、ジェットの方向の誤りは問題にならな
い。しかし、均一に濡らすことは、実現させることも維
持することも困難である。

【０００４】サーマル・インク・ジェット印刷では、通
常は抵抗器である熱エネルギー発生装置がノズル近傍で
これから所定の距離だけ離れたチャンネル内に載置され
る。これらの抵抗器は、個々に電流パルスを印加されて
インクを瞬間的に気化して気泡を形成し、この気泡によ
ってインクの小滴が吐出される。気泡が成長するにした
がって、インクはノズルから膨出してインクの表面張力
によってメニスカスとして保持される。気泡が急速に膨
脹すると、チャンネルに充填されているインクのコラム
をノズルの方向に押す。電流パルスの終了時点で、ヒー
タは急速に冷却し、気泡は崩壊し始める。しかし、慣性
のため、膨脹する気泡から推進力を受けた大部分のイン
クのコラムは前進運動を継続し、インクの小滴としてノ
ズルから吐出される。気泡が崩壊し始めるにしたがって
、ノズルと気泡との間のチャンネル内のインクは、崩壊
する気泡の方向に移動し始め、ノズルにおけるインクの
体積を収縮させ、その結果膨出したインクが小滴として
分離する。気泡が膨脹している間に、インクをノズルか
ら加速させることによって、紙のような記録媒体に向か
って実質的に直線方向の運動量と速度が、小滴に与えら
れる。サーマル・インク・ジェット・プリントヘッドの
ノズルを含む面上にインクが集積することによって、上
述の問題が全て生じる。

【０００５】インク・ジェット・プリントヘッドは、ノ
ズルのアレイを有し、このノズルのアレイ配向依存性エ
ッチング（ＯＤＥ）技術を使用して、シリコン・ウェー
ハから形成することが可能である。ＯＤＥ技術は精度の
高い方法でシリコン・ウェーハにノズルのような構造を
形成することができるので、シリコン・ウェーハの使用
は有利である。さらに、これらの構造は、低コストで効
率的に製造することができる。その結果れられるノズル
は、一般的に断面が三角形である。上述のＯＤＥ技術を
使用して製作したサーマル・インク・ジェット・プリン
トヘッドは、一般的にチャンネル板によって構成され、
このチャンネル板の下部表面には複数のノズル形成チャ
ンネルが位置し、このチャネル板の下部表面には複数の
抵抗加熱素子を上部表面に形成した加熱板が接着され、
１つの加熱素子が各チャネルに位置するように構成され
る。加熱板の上部表面は一般的に絶縁層を有し、これら
の絶縁層はパターン化されて、個々の加熱素子を露出す
る凹部を形成する。この絶縁層は、「ピット層」と呼ば
れ、チャンネル板とヒータ板との間に挟まれ、その結果
、ノズルを含む前面は３層、すなわち、チャンネル板、
ピット層および加熱板を有する。この構造を採用するプ
リントヘッドの例として、Ｈａｗｋｉｎｓ　に対する米
国特許第４，７７４，５３０　号明細書およびＤｒａｋ
ｅ　他に対する米国特許第４，８２９，３２４　号明細
書を参照し、これらの開示はここに参考として含まれる
。

【０００６】これらの加熱板とチャンネル板は、一般的
にシリコンから形成される。しかし、チャンネル板と加
熱板との間に挟まれるピット層は、一般的にはポリイミ
ドである重合体から形成される。プリントヘッドの前面
は異なった材料から形成されるので、撥水材料のような
コーティング材料は、これらの異なった材料に対して同
じ程度には良好に接着せず、その結果、コーティングの
インクの撥水性は均一ではない。したがって、複合層か
ら形成されたインク・ジェット・プリントヘッドに対し
て均一なインク撥水性の表面コーティングを設けること
は困難である。

【０００７】さらに、これらのプリンタは、一般的にグ
リコールと水を含むインクを使用する。グリコールおよ
び他の同様の材料は、湿潤剤と呼ばれ、これは湿度の保
持力を促進させる材料である。どのような長さの時間に
対しても効果を有するコーティング材料の場合、これは
グリコール含有インクに対して撥水性と抵抗性の両方を
有していなければならない。

【０００８】さらに、インク・ジェット・ノズルの表面
にコーティングを塗布することは困難である。ノズル吐
出面の濡れ性を抑制することが望ましいが、いずれかの
コーティング材料がノズルのチャンネルに入るのを許す
ことは望ましくない。方向性を良好にするための鍵とな
る要件は、チャンネル内壁をコーティングしないことで
ある。もしチャンネルの壁面をインク撥水材料でコーテ
ィングするなら、チャンネルを適切に再充填することが
抑制される。各チャンネルの再充填は表面張力によって
決まり、後続して発射される小滴の連射に間に合うよう
に完了しなければならない。もし次の小滴が発射される
時までに再充填の工程が完了しなければ、メニスカスは
ノズルのオリフィスの外端と同一面とならず、その結果
、方向を誤ることになる。さらに、チャンネルの充填が
不完全に行われると、小滴の寸法が変動し、また印刷の
質が低下する。

【０００９】Ｕｅｈａｒａ他に対する米国特許第４，３
６８，４７６　号明細書は、ＲＳｉＸ３　で表わされる
化合物によって処理されたインク・ジェット記録ヘッド
を開示し、ここでＲはふっ素含有基、Ｘはハロゲン、水
酸基または加水分解可能な基である。このインク・ジェ
ット記録ヘッドは多数の異なった材料を含むことができ
、したがって、均一なコーティングを行うことは困難で
ある。

【００１０】Ｄｉａｚ他に対する米国特許第４，６４３
，９４８　号明細書は、インク・ジェット・ノズル用の
コーティング剤を開示す。インク・ジェット・ノズル板
は、２つの成分によって構成される膜でコーティングさ
れる。１つの成分は、部分的にふっ化したアルキル・シ
ランであり、もう１つの成分は、過ふっ化アルカンであ
る。無線周波数グロー放電にノズル面を直接さらすこと
によって、シラン化合物およびアルカン化合物をこのノ
ズルの表面上に堆積させるのが好ましい。Ｄｉａｚ他の
参考文献は、シリコンから作られたプリントヘッドにイ
ンク撥水材料を塗布すること、またはインク撥水材料が
グリコールの含有を基本とするインクと両立することは
開示していない。さらに、Ｄｉａｚ他は、複合材料から
作られたノズルを有する面に液体の撥水材料を塗布する
場合に含まれる問題のいずれも提起していない。

【００１１】Ｌｅ他に対する米国特許第４，７３４，７
０６　号明細書は、インクのオリフィスの上方に形成し
た保護膜を有するインク・ジェット・プリンタ用のプリ
ントヘッドを開示する。粘弾性のあるインク非混和性液
を使用してインク・オリフィスの上方に膜を形成する。 この膜は、ポリジメチルシリコーン重合体のようなシリ
コーン・オイルによって構成することができる。この膜
はインクの小滴の吐出方向と直交する面にあり、インク
のオリフィスと外部雰囲気との間に障壁を設け、したが
って、インクの蒸発と異物の侵入を抑制する。インクの
オリフィスを介して流れるインク流によってインク・ジ
ェット・ヘッドの外部表面が濡れることもまた抑制され
る。

【００１２】Ｍｉｕｒａ　他に対する米国特許第４，７
２８，３９２　号明細書は、電空式のインク・ジェット
・プリンタを開示し、ここで前面ノズル板の内面と後方
ノズル部材の端面は、インク撥水材料の薄層でコーティ
ングすることができる。このインク撥水材料は、デュポ
ン社の登録商標であるテフロンのようなテトラフルオロ
エチレン樹脂、またはふっ化物含有ポリマーである。Ｍ
ｉｕｒａ　他は、ノズルが詰まるのを防止するため、ノ
ズルにインク撥水材料を塗布する間に、このノズルを介
して空気を吹き込むことを開示する。Ｍｉｕｒａ　他の
ノズルを含む面は、１つの材料から作られる。

【００１３】Ｆｕｊｉｍｕｒａ他に対する米国特許第４
，７５１，５３２号明細書は、静電サーマル・インク・
ジェット記録ヘッドを開示し、ここでは熱エネルギーと
静電界が２枚の板部材によって保持されたインクに加え
られ、これらの板部材によって形成されたオリフィスか
らインクを吐出する。臨界表面張力は、良好な印刷性能
を与えるため、所望の形状のメニスカスを維持するのに
満足なものでなければならない。これらの板部材の表面
は、異なった表面張力を与えるように処理される。これ
らの表面は、シリコーン系樹脂またはふっ化炭素系樹脂
で処理することができる。Ｆｕｊｉｍｕｒａ他は、ノズ
ルを取り囲む領域が液に対して付着性を保持することを
必要とし、またノズルの面が異なった材料から作られた
場合に生じる問題を提起していない。　　Ｃｈａｎｄｒ
ａｓｈｅｋｈａｒ他に対する米国特許第４，６２３，９
０６　号明細書は、インク・ジェット・ノズル用の表面
コーティング剤を開示する。このコーティング剤は、窒
化シリコンの第１層と、組成上グレードを付けた（ｇｒ
ａｄｅｄ）　中間層、および窒化アルミの最上層を有す
る。Ｃｈａｎｄｒａｓｈｅｋｈａｒ他は、ガラスまたは
シリコンから作られたノズルを含む面に濡れ性の低い窒
化アルミ層が付着するのを助けるために、この構造を提
供する。Ｃｈａｎｄｒａｓｈｅｋｈａｒ他は、異なった
複合材料から作られたノズル面をコーティングする問題
を提起せず、またシリコンをコーティングするために本
発明で使用することのできるいずれの材料も開示してい
ない。

【００１４】本発明の目的は、インク・ジェット・プリ
ントヘッドのノズルを含む面上にインク撥水層を設け、
ノズルを含む面上にインクまたは他の材料が蓄積するの
を防止し、これによって良好なインク・ジェットの方向
性を維持することである。本発明の他の目的は、ノズル
を含む面が複数の異なった材料から作られた場合でも、
プリントヘッドのノズルを含む面を均一にインク撥水性
にするインク撥水性のコーティングをこのプリントヘッ
ドに行うことである。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、グリコール含
有インクと両立し、長期間に渡って安定し、ノズル面上
に堆積される間に望ましくない物質を形成しないインク
撥水層をインク・ジェット・プリントヘッドのノズルを
含む面上に設けることである。本発明のさらに他の目的
は、プリントヘッド内のノズル形成チャンネルの内面を
コーティングしないインク撥水コーティングをプリント
ヘッドの面上に行い、その結果、各ノズルにメニスカス
が正しく形成される方法を提供することである。

【００１６】常に再現可能な方向の精度を一貫して達成
するためには、インク・ジェット・ノズルの前面の濡れ
を抑制することが非常に望ましいことが分かっている。 もし予想可能な方法で均一な濡れを発生することできれ
ば、疎水剤を使用しなくても良好な方向性を得ることが
可能になる。鍵は均一性である。濡れのパターンは、各
ジェットに作用する力の、並進運動の対称性を損なって
はならない。このことは制御が非常に困難であるので、
良好な結果を保証する最良の方法は、前面の濡れ全体を
抑制することであることが分かった。このアプローチに
よって、前面の過剰な濡れによるインクのプリンタ機構
上への漏れの問題もまた防止される。

【００１７】

【課題を解決する手段】前述およびその他の目的を達成
し、上で論じた欠点を克服するため、インク撥水材料と
インク・ジェット・プリントヘッドのノズルを含む面に
このインク撥水材料を塗布する方法を開示する。本発明
で使用することができるインク撥水材料には、アルキル
・シラン、アルキル・ポリシロキサン、ハロゲン化シラ
ン、およびハロゲン化・アルキル・シランが含まれる。 プリントヘッドの前面に中間層としてのシリカのような
材料で先ずコーティングすることが可能であり、インク
撥水コーティングを行った場合、この材料によって、前
面は等方性的に疎水性になる。インク撥水性コーティン
グ剤を塗布する方法がまた提供され、この方法では、コ
ーティング工程の間、チャンネルにガスを吹き込む。こ
の方法によって、前面だけにインク撥水材料がコーティ
ングされ、チャンネルの壁面はコーティングされないこ
とが保証される。

【００１８】

【実施例】本発明を以下の図を参照して詳細に説明する
が、ここで同じ部品は同じ参照番号で表す。本発明によ
って、インク・ジェット・ノズル用のインク撥水コーテ
ィング剤とコーティングされたノズルを形成する方法が
提供される。特に、コーティング剤はノズルを介して吐
出されるインクを実質的に撥水する材料によって構成さ
れる。言い換えれば、複数のノズルを有するプリントヘ
ッド前面の濡れ性を抑制する材料が提供される。

【００１９】本発明を図を参照して詳細に説明する。図
１と図２では、両面を研磨した（１００）シリコン・ウ
ェーハ２を使用して、加熱素子（アクチュエータ）板１
８と嵌合する複数のチャンネル板４を製造するが、複数
の加熱素子板１８は第２ウェーハ１６から形成され、大
型のアレイすなわちページ幅のプリントヘッドのサブユ
ニット２４を形成する。ウェーハ２を化学的に洗浄した
後、窒化シリコン層（図示せず）を両面に堆積する。従
来のフォトリソグラフ法を使用して、各チャンネル板４
の両面に、各チャンネル板４の長溝１０用のバイアを印
刷する。長溝を表すパターン化したバイアからプラズマ
・エッチングによって窒化シリコンを取り除く。水酸化
カリウム（ＫＯＨ）の異方性エッチングを使用して、長
溝１０をエッチングする。この場合、（１００）ウェー
ハの（１１１）面は、ウェーハの表面と５４．７°の角
度を成す。これらのバアイの寸法は、厚さが２０ミルの
ウェーハ２を貫通して完全にエッチングされるように決
められる。

【００２０】次に、長溝１０を基準として使用して、ウ
ェーハ２の反対側をフォトリソグラフ法でパターン化し
、複数組のチャンネル溝６と１つ以上の充填孔８を形成
する。この製造工程では、後で平行なフライスによる切
削またはダイシングによる切断をチャンネル溝６と直交
して行う必要がある。破線１２で示すように、充填孔８
と隣接する端部と反対側のチャンネル溝６の端部で、ダ
イシングによる切断を１つ行う。異方性エッチングによ
って作られた傾斜側面９を有するチャンネル板６を得る
ため、破線１４で示すように、もう１つの切断は充填孔
８の反対側で行われる。米国再発行特許第３２，５７２
号明細書に教示されるように等方性エッチングによって
、または上に含まれているＨａｗｋｉｎｓ　に対する米
国特許第４，７７４，５３０　号明細書によって教示さ
れるように、加熱素子板１８上の厚膜層内に流路をエッ
チングすることによって、充填孔８はインク・チャンネ
ル６と連通することができる。

【００２１】アドレス電極３０を有する複数組の加熱素
子（図示せず）が基板１６の１つの面上に形成され、こ
の基板１６はまた技術上周知の手段によってシリコン・
ウェーハにすることができる。この基板すなわちウェー
ハ１６は、米国再発行特許第３２，５７２号明細書に教
示されるように、チャンネル・ウェーハ２に対して整合
および嵌合され、ウェーハ１６上に加熱素子の電極端子
３２を露出させるためにこれをダイシング切断して不必
要なシリコン・ウェーハを取り除く。図４は嵌合させた
ウェーハの斜視図を示すが、これはダイシング線１２に
沿って最終のダイシング動作を操作を実施してプリント
ヘッド・サブユニット２４を作り、同時にノズル６を開
口する前のものである。ウェーハ１６の各部すなわち加
熱素子板１８は、１組の加熱素子とアドレス電極３０を
有すると共にこれらにボンディングされた残りのチャン
ネル板の部分４を有する。図１と図２では破線で示され
、図４では切り溝２１、２３で示されるダイシング線２
０、２２は、切断線１２に沿ってダイシングが行われた
場合、ウェーハ１６がどのようにして完全に動作可能な
プリントヘッド・サブユニット２４に切断されるかを図
示する。接着した一対のウェーハから複数のプリントヘ
ッド・サブユニットを製造する上述の方法は、Ｆｉｓｈ
ｅｒ他に対する米国特許第４，８５１，３７１　号明細
書に開示され、この開示はここに参考として含まれる。

【００２２】図３に示すように、この結果得られる各プ
リントヘッド２４は、３層で構成されるノズルを含む面
を有し、これらの層は、チャンネル板４を有する第１層
、加熱板１８を有する第２層およびポリイミドのピット
層２６を有する中間層である。ピット層２６は、アドレ
ス電極３０および加熱板１８の上部表面に含むことがで
きる他の回路がインクにさらされないように保護する必
要である。ピット層２６は、ポリイミド以外のフォトリ
ソグラフ法によってパターン化できる材料、例えばＲｉ
ｓｔｏｎ（登録商標）、Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）、ま
たはＰｒｏｂｉｍｅｒ（登録商標）のような材料によっ
て構成することができる。層２６の一部はフォトリソグ
ラフ法によってパターン化およびエッチングされて各加
熱素子から取り除かれ、その結果、壁面を有する凹部す
なわちピットが形成されて各加熱素子を露出させる。各
加熱素子の周囲に形成した凹部の壁面によって、パルス
を印加した加熱素子によって発生された各気泡の横方向
の動きが禁止され、したがって壁面に垂直方向の気泡の
成長が促進される。 ピット層２６の機能をさらに理解するには、上記の米国
特許第４，７７４，５３０　号明細書を参照すればよい
。

【００２３】複数のプリントヘッド・サブユニット２４
が、基板２８上に整合されてこれにボンディングされ、
プリントヘッドの拡張したアレイ、例えば、ページ幅の
プリントヘッドを形成する。各プリントヘッド２４の前
面にインク撥水剤をコーティングすると、この面はシリ
コンの表面（チャンネル板４および加熱板１８）からイ
ンクを撥水しするが、ポリイミドのピット層２６からイ
ンクが撥水される程には効果的にこれを撥水しない。し
たがって、飛散したインクはピット層２６の近傍で前面
上に集まる傾向がある。ピット層２６は各ノズルに沿っ
て延びるので、このピット層２６はこの上に集まったイ
ンクをノズルの近くに貯める傾向があり、ノズルにおけ
るメニスカスの形成を妨害する傾向がある。したがって
、インク撥水材料で処理した後にも、方向の誤り多少残
る。

【００２４】本発明のインク・ジェットに使用すること
ができるインクは、一般的に水をベースにしてグリコー
ル添加剤を含有する。代表的なグリコールは、エチレン
・グリコール、ジエチレン・グリコール、トリエチレン
・グリコール、プロピレン・グリコール、ポリエチレン
・グリコールおよびその他である。グリコールは、湿潤
剤または吸湿剤として作用し、チャンネル内のインクが
乾燥してチャンネルが閉鎖されることを防止する。約５
％から約４０％の間のグリコール濃度を種々のインクの
式に使用することができる。使用される他のインク式は
、添加剤として、例えば、グリセリン、シクロヘキシル
・ピロリドン、カプロラクタム、スルホレン、ブチル・
カービトルまたは１，２−ヘキサネジオルを含有するこ
とができる。

【００２５】コーティング材料は、使用されるインクに
不反応でなければならず、同時にまたインク・ジェット
・プリントヘッドの濡れ性を抑制しなければならない。 本発明で使用することができるインク撥水コーティング
材料には、アルキル・シロキサン、アルキル・ポリシロ
キサン、ハロゲン化シロキサン、ハロゲン化アルキル・
シロキサン等がある。特定のシロキサンには、例えば、
ポリジメチルシロキサン、（全体または部分的に）ふっ
化したアルキル・クロロシラン、メトキシシラン、エト
キシシラン等がある。市販の材料には、ウネルコ社（Ｕ
ｎｅｌｋｏ　Ｃｏｒｐ．）　製のＲａｉｎ　　Ｘ（登録
商標）（ポリジメチル・シロキサンをエタノールに溶解
させ、数パーセントの硫酸によって酸化したもの）、Ｓ
ｉｌｉｃｌａｄ（登録商標）およびハルス・アメリカ社
（Ｈｕｌｓ　Ａｍｅｒｉｃａ）製のＧｌａｓｓｃｌａｄ
　（登録商標）として入手できる塩素で最終処理を行っ
たポリジメチル・シロキサン・テロマーがある。他のコ
ーティングには、米国特許第３，５７９，５４０　号明
細書に説明されるような材料が含まれ、ここで参考に含
まれる。

【００２６】本発明のインク撥水材料は、溶液として塗
布すことが好ましい。コーティングは、ノズルを含む前
面をインク撥水剤を含有する溶液で単に濡らすことによ
って塗布すことができる。この溶液は、ジョンソン＆ジ
ョンソン社のＱチップ（登録商標）のような綿棒によっ
て塗布すことができる。プリントヘッド面にインク撥水
材料を塗布する他の方法には、ブラシ、細かく植毛した
ブラシ、ゴム・ローラ、綿、布またはフォーム・ラバー
（例えば、ポリウレタン）のスポンジと塗布装置使用す
るスプレーコーティングおよび接触コーティング等が含
まれる。

【００２７】約５０オングストロームから約５００オン
グストロームの厚さを有するコーティングによって、必
要な撥水が与えられ、約５０オングストロームから約２
００オングストロームの厚さが好ましい。アルキル・ポ
リシロキサンから形成したインク撥水膜は、シリコンに
対する優れた接着を示し、完全に透明で特徴がなく、グ
リコール含有インクに不溶性である。アルキル・ポリシ
ロキサン膜によって、プリントヘッド面は高度にインク
撥水性となる。測定によれば、処理された面は蒸留水に
対して９５°と１００°の間の接触角を示す。この特性
は、少なくとも３か月の間変化せずに保持される。ノズ
ル近傍のアレイ面上における液体の蓄積は、効率的に防
止される。さらに、アレイ面上の異物の堆積は抑制され
る。他のシランから形成された膜にも同様のことが言え
る。

【００２８】幾つかの例では、インク撥水コーティング
剤とプリントヘッドの前面の間のプリントヘッド上に中
間コーティングを行うことが望ましい。この中間コーテ
ィングによって、上述のインク撥水コーティングがり均
一にインクを撥水することが可能になる。プリントヘッ
ドの前面が図３に示すように多数の異なった材料によっ
て構成される場合、中間コーティングは特に好ましい。 この中間コーティングによって、インク撥水コーティン
グ材料が接着するベースが設けられ、面全体がこの中間
コーティング材料によってコーティングされるので、処
理された面は等方性の疎水性になる。

【００２９】等方性の疎水面を設けるには、中間被膜を
、例えば、約７５０オングストロームの薄いコーティン
グとしてプリントヘッドの前面全体に塗布することがで
きる。この中間被膜は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）　、
炭酸ケイ素、ガラスまたは他のシリコン・リッチ材料に
よって構成することができ、これらはシリコンおよびポ
リイミドに塗布する場合に特に効果的である。シリコン
・リッチという語によって、シリコンの濃度が高い材料
（即ち、ガラス）を意味し、これらはインク撥水被膜に
化学的に結合することができる。インク撥水剤と化学的
に反応して結合を形成するオキシ、シラノールまたはそ
の他の基を有する材料が好ましい。例えば、（上述の）
Ｇｌａｓｓｃｌａｄ　（登録商標）のクロリン基は、ガ
ラスまたは他のケイ質面のヒドロキシ基およびシラノー
ル基と反応して化学的に結合したポリジメチルシロキサ
ンの「ケイ化した」面を形成する。約５００オングスト
ロームから約５０００オングストロームの厚さの被膜を
塗布し、約５００オングストロームから約１０００オン
グストロームの厚さが好ましい。

【００３０】中間被膜は、電子ビーム（Ｅビーム）蒸着
法、スパッタリング法、化学蒸着法、プラズマ成長法等
によって堆積することができる。Ｅビーム蒸着法によっ
て、完成したプリントヘッド・アレイ（図３はこれの一
部を示す）をコーティングすることができる。一方、ス
パッタリング法は、ウェーハ相の間に、すなわち、ボン
ディングしたウェーハのサンドイッチを個々のプリント
ヘッドのユニットにダイス切断する前に実行することが
できる。ダイス切断は技術上周知である。例えば、上に
含まれている米国特許第４，７７４，５３０　号明細書
と同４，８５１３７１号明細書を参照すること。ウェー
ハ相（ｗａｆｅｒｐｈａｓｅ　）の間、最初のダイス切
断が完了した後、チャンネル板上に二酸化ケイ素をスパ
ッタリングすることができる。第１ダイス切断は、破線
１２に沿ってチャンネル板４、ピット層２６および加熱
板１８の一部に達するが、加熱板１８には完全に到達し
ない。スパッタリング工程は単一方向性なので、二酸化
シリコン材料の一部はダイシング動作によって作られた
、鋸の切り溝に達し、部分的に露出したノズルを含む前
面をコーティングする。スパッタリング被膜が堆積され
た後、ダイシング工程は完了され、個々のプリントヘッ
ド・サブユニットが形成される。スパッタリングを含む
堆積技術は、好ましい技術であるが、その理由は、完成
したウェーハの部品は全て一度にコーティングされるか
らである。これはコストの効率がよい。さらに、スパッ
タリングした被膜は、Ｅビームによりる着被膜よりも良
好に接着する傾向がある。 化学気相成長法（ＣＶＤ）は、ポリイミドとエポキシ樹
脂を含有するプリントヘッドを、コーティングする場合
に望ましい温度よりも高い温度を必要とする。しかし、
もし必要ならばＣＶＤを使用して他の材料またはシリコ
ンさえもコーティングすることができる。

【００３１】中間被膜が堆積された後、インク撥水コー
ティングが行われる。インク撥水コーティングは、チャ
ンネルの内壁がコーティングされない方法によって塗布
することが望ましい。もしインク撥水材料がチャンネル
の壁面にコーティングされたならば、小滴を吐出した後
に各チャンネル６を適切に再充填することができず、こ
れによって、方向が誤りまたは小滴の寸法が変動する結
果となる可能性がある。濾過した高速度ガスをアレイを
介して吹き込みながら、インク撥水コーティングをプリ
ントヘッド・アレイ面に行う。ガスの強い流れは、イン
ク撥水材料がチャンネルに侵入することおよび壁面をコ
ーティングすることを禁止する。この技術は、前面だけ
が撥水剤のコーティングを受け、チャンネル壁面はコー
ティングされないことを保証するのに非常に効果的であ
る。このガスは、空気、窒素、酸素、二酸化炭素または
他の不活性ガスにすることができる。

【００３２】ノズル面を露出して、複数の完成したダイ
を保持する場合、固定具を使用することができ、各々の
ダイの充填孔に加圧空気またはＮ２　のソースを接続す
る。撥水剤を塗布するのと同時に、ガスは固定具によっ
て保持された各々のプリントヘッド・ダイのノズルを介
して吹き込まれる。この方法によって、多くのダイを同
時に処理することが可能になり、１つのダイ当たりの撥
水剤処理のコスト大幅に低減する。完全な幅に組み立て
られたインク・ジェット・アレイの場合、加圧ガス線が
インク・マニフォールドに直接接続されるので、撥水剤
を塗布する間にノズル全てを介してガスを同時に吹き込
むことができる。

【００３３】本発明を以下の非限定的な例によって更に
示すが、これらの例は単に例示することのみを意図する
ものであり、本発明はここで引用する材料、条件、工程
のパラメータ等によって限定されることを意図するもの
ではないことが理解される。 実施例 化学式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ　ＳｉＣｌ３　を有するアル
キル・トリクロロシランによって構成されるコーティン
グ剤をインク・ジェットに塗布する。これらのコーティ
ング剤はアルキル・トリクロロシランから形成され、こ
こでｎは０と３０との間の範囲の整数である。アルキル
・トリクロロシランの材料は、それぞれトルエン中で溶
解され（１重量％）、綿棒でインク・ジェット・ノズル
の前面に塗布され、同時にこのジェットを介して空気ま
たは窒素を吹き込む。塗布の後、処理したプリントヘッ
ドは、湿った雰囲気内で約１０００℃で約４５分間加熱
する。過剰なシランは、トルエンを浸した綿棒で取り除
き、インク・ジェット・ノズルをテストする。

【００３４】別の硬化方法を使用することができ、これ
には部品を沸騰水の中に４５分間浸すことが含まれる。 この方法によって、ノズルを含む面上のＳｉＯ２の表面
との反応にる副産物として形成されたＨＣｌ　を取り除
くことが可能になる。ｎ−トリアコンチルトリクロロシ
ランＣ３０Ｈ６１Ｃｌ３Ｓｉ　）で処理したノズルが好
ましいが、その理由は、これによって、試験したアルキ
ル系の中では最も耐久性のある、耐摩性被膜が提供され
る。

【００３５】上述のアルキル・トリクロロシランのコー
ティング剤のメトキシおよびエトキシ・バージョンをテ
ストした。ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン（Ｃ２
４Ｈ５２Ｏ３Ｓｉ）、ｎ＝ヘクサデシルトリエトキシシ
ラン（Ｃ２１Ｈ４６Ｏ３Ｓｉ）　およびｎ−オクタデシ
ルトリメトキシシラン（Ｃ２１Ｈ４６Ｏ３Ｓｉ）によっ
てそれぞれ構成された３つのコーティング剤を加水分解
し、インク・ジェット・ノズルのＳｉＯ２面と反応させ
る。コーティング剤は、湿った雰囲気内で１００℃ない
し１２０℃で硬化させてＳｉＯ２面に化学的に結合し、
架橋を促進する。これらの被膜のＨ２Ｏ　に対する接触
角は、９０°と９５°の間にある。

【００３６】上述のシランのふっ化バージョン（アルキ
ルおよびふっ化アルキル・シラン）もまたテストする。 １Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ−過ふっ化デシルトリクロロシ
ラン［Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣｌ３］または
１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−過ふっ化デシルトリエトキシ
シラン［Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２Ｃ
Ｈ３）３］　を過ふっ化ヘプタン中に溶解して（１重量
％）形成したコーティング剤は、効果的な撥水被膜を生
み出す。チャンネルを介して空気を吹き込みながら、こ
の材料をプリントヘッド上に綿棒によって塗布する。 上述のように加熱することによって硬化を開始する。過
ふっ化ヘプタンを浸した綿棒によって硬化させた後、過
剰な材料を洗い流す。これらの被膜に対する接触角（Ｈ
２Ｏ）は、１００°ないし１０５°の間にある。

【００３７】本発明を、特定の好適な実施例を参照して
説明したが、本発明はここで与えた特定の例によって限
定されるものではない。例えば、本発明はいずれの種類
のインク・ジェット・プリントヘッドにも使用すること
が可能であり、特に異なった材料から作られたノズルを
含む面を有するプリントヘッドに使用することが可能で
ある。本発明は、例えば、圧電変換器等のような抵抗性
素子以外の種々の手段によって小滴の形成を制御するこ
とができるプリントヘッドに使用することができる。当
業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく他の
実施例および変形を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】整合され嵌合されたシリコン・ウェーハの概略
平面図を示す。

【図２】複数のエッチングしたチャンネル板を有する上
部ウェーハは部分的に除去され、これらのチャンネル板
の１つを拡大して示し、水平ダイシング線の幾つかを破
線で示し、複数組の加熱素子を有する露出した底部ウェ
ーハを複数対の平行な垂直ダイシング線の幾つかと共に
破線で示す。

【図３】プリントヘッドの拡張アレイを形成するために
基板上で相互に当接した複数のプリントヘッドの立面図
である。

【図４】不必要なチャンネルのウェーハ材料を取り除い
て電極端子を露出させた後、加熱素子にボンディングさ
れたチャンネル・ウェーハの拡大斜視図である。

【符号の説明】

２　　シリコン・ウェーハ ４　　チャンネル板 ６　　チャンネル溝 ８　　充填孔 ９　　傾斜面 １０　　長溝 １６　　第２ウェーハ １８　　加熱素子板 ２４　　プリントヘッドのサブユニット２６　　ピット
層 ３０　　アドレス電極 ３２　　電極端子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　チャンネル板を形成する上部基板；ア
   クチュエータ板を形成する下部基板；上記の上部基板と
   下部基板との間の絶縁層であって、上記の上部基板、下
   部基板および絶縁層の片側の面によって前面を形成する
   上記の絶縁層；および上記の前面上のインク撥水層；に
   よって構成されることを特徴とするインク・ジェット・
   プリントヘッド。
2. 【請求項２】　　上記のインク撥水層は、アルキル・ポ
   リシロキサン、アルキル・キサン、ハロゲン化シランお
   よびハロゲン化アルキル・シランによって構成されるグ
   ループから選択された材料によって構成されることを特
   徴とする請求項１記載のプリントヘッド。
3. 【請求項３】　　上記のインク撥水層は、ポリジメチル
   シロキサン、塩化シランおよびふっ化シランによって構
   成されるグループから選択された材料によって構成され
   ることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッド。
4. 【請求項４】　　上記のインク撥水層と上記の前面との
   間の中間層によってさらに構成されることを特徴とする
   請求項１記載のプリントヘッド。
5. 【請求項５】　　上記の中間層は、二酸化ケイ素、炭化
   ケイ素、およびガラスによって構成されるグループから
   選択された材料によって構成されることを特徴とする請
   求項４記載のプリントヘッド。
6. 【請求項６】　　上記の中間層は、電子ビーム蒸着法、
   スパッタリング法、および化学気相成長法の内の１つに
   よって堆積させることを特徴とする請求項４記載のプリ
   ントヘッド。
7. 【請求項７】　　上記の中間層は、約５００オングスト
   ロームないし約１０００オングストロームの厚さを有す
   ることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッド。
8. 【請求項８】　　異なった材料から作られた領域を有す
   るノズルを含む前面を有するインク・ジェット・プリン
   トヘッドをコーティングする方法において、上記の方法
   は：上記の前面上に中間層を塗布し、上記の中間層を塗
   布した前面に均一な組成を保持させるステップ；および
   上記の中間層上にインク撥水層を塗布するステップ；に
   よって構成され、これによって上記の塗布前面が等方性
   に疎水性となることを特徴とする方法。