JPH05193133A - インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法Info
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- JPH05193133A JPH05193133A JP4154520A JP15452092A JPH05193133A JP H05193133 A JPH05193133 A JP H05193133A JP 4154520 A JP4154520 A JP 4154520A JP 15452092 A JP15452092 A JP 15452092A JP H05193133 A JPH05193133 A JP H05193133A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】プリントヘッドのダイス加工およびその洗浄を
不要とし、また熱膨張によるプリントヘッドの撓み、破
損等を防止する。 【構成】マンドレルの露出金属表面上に金属を電気メッ
キし、破断線に沿って分離可能に構成した複数の金属基
板１２を形成し、この基板１２上に絶縁層１４、抵抗層
１５、導電層１８および障壁層２０を形成し、さらにこ
の上に、オリフィス開口２３を備え、基板１２と同一材
料からなるオリフィス板２２を形成する。このように部
材を同一にして熱膨張率の相違によるプリントヘッドの
撓み等を防止し、また分離可能な構造からダイス加工お
よびその洗浄を不要とする。
不要とし、また熱膨張によるプリントヘッドの撓み、破
損等を防止する。 【構成】マンドレルの露出金属表面上に金属を電気メッ
キし、破断線に沿って分離可能に構成した複数の金属基
板１２を形成し、この基板１２上に絶縁層１４、抵抗層
１５、導電層１８および障壁層２０を形成し、さらにこ
の上に、オリフィス開口２３を備え、基板１２と同一材
料からなるオリフィス板２２を形成する。このように部
材を同一にして熱膨張率の相違によるプリントヘッドの
撓み等を防止し、また分離可能な構造からダイス加工お
よびその洗浄を不要とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にインクジェット・
ペン用のプリントヘッドの製造方法に関し、特に感熱式
インクジェット（ＴＩＪ）ペンで使用する金属基板を有
する改良型の薄膜抵抗形式のプリントヘッドの製造方法
に関する。
ペン用のプリントヘッドの製造方法に関し、特に感熱式
インクジェット（ＴＩＪ）ペンで使用する金属基板を有
する改良型の薄膜抵抗形式のプリントヘッドの製造方法
に関する。
【０００２】
【関連出願との関係の記載】１９８８年８月２５日出願
のシィ・ティ・ラム（Si-Ty Lam)他の係属中の米国特許
出願第２３６，８９０号「薄膜マンドレルと、これを使
用して製造した金属素子」では、種々の小型金属素子を
製造するための汎用マンドレルの製造だけではなく、感
熱式インクジェットプリントヘッド用のニッケル・オリ
フィス板の製造にも有用なマンドレル(mandrel) の製造
にも有用である新規且つ改良型の製造方法が開示され、
特許請求されている。この係属出願の出願日は親特許で
ある米国特許明細書第４，７７３，９７１号の有効出願
日と同一であり、本出願は前述のラム他の係属中の出願
及びこの係属出願が導出された米国特許明細書第４，７
７３，９７１号に開示され、特許請求されている発明の
更に新規且つ改良型のインクジェットプリントヘッドの
製造方法を提示するものである。前記の特許及び係属出
願は双方とも本明細書に参考文献として引用されてい
る。
のシィ・ティ・ラム（Si-Ty Lam)他の係属中の米国特許
出願第２３６，８９０号「薄膜マンドレルと、これを使
用して製造した金属素子」では、種々の小型金属素子を
製造するための汎用マンドレルの製造だけではなく、感
熱式インクジェットプリントヘッド用のニッケル・オリ
フィス板の製造にも有用なマンドレル(mandrel) の製造
にも有用である新規且つ改良型の製造方法が開示され、
特許請求されている。この係属出願の出願日は親特許で
ある米国特許明細書第４，７７３，９７１号の有効出願
日と同一であり、本出願は前述のラム他の係属中の出願
及びこの係属出願が導出された米国特許明細書第４，７
７３，９７１号に開示され、特許請求されている発明の
更に新規且つ改良型のインクジェットプリントヘッドの
製造方法を提示するものである。前記の特許及び係属出
願は双方とも本明細書に参考文献として引用されてい
る。
【０００３】
【従来の技術】感熱式インクジェット・ペン用の薄膜抵
抗（ＴＦＲ）式印書ヘッドの製造に際しては、ガラス又
はシリコン等の通常の絶縁、又は半導体基板から薄膜プ
リントヘッド素子を形成することが従来の一般的な方法
であった。これらの素子は代表的にはシリコン又はガラ
スの基板表面上に形成された二酸化シリコン、ＳｉＯ2
のような表面絶縁層を含んでいる。その後、タンタム・
アルミニウム（ＴａＡｌ）のような抵抗性金属層が二酸
化シリコン絶縁層上に溶着され、その後、従来の技術の
写真リトグラフ工程を利用して抵抗層の表面に導電トレ
ース・パターンが形成される。導電性トレース・パター
ンはタンタム・アルミニウム抵抗層内に形成されたヒー
ター抵抗領域の長さ及び幅のサイズを決定するために写
真技術を利用して形成され、この導電性トレース・パタ
ーンは更にタンタム・アルミニウム抵抗層内の写真を利
用して形成されたヒーター抵抗領域のそれぞれにコネク
タ内の銅線を形成する。
抗（ＴＦＲ）式印書ヘッドの製造に際しては、ガラス又
はシリコン等の通常の絶縁、又は半導体基板から薄膜プ
リントヘッド素子を形成することが従来の一般的な方法
であった。これらの素子は代表的にはシリコン又はガラ
スの基板表面上に形成された二酸化シリコン、ＳｉＯ2
のような表面絶縁層を含んでいる。その後、タンタム・
アルミニウム（ＴａＡｌ）のような抵抗性金属層が二酸
化シリコン絶縁層上に溶着され、その後、従来の技術の
写真リトグラフ工程を利用して抵抗層の表面に導電トレ
ース・パターンが形成される。導電性トレース・パター
ンはタンタム・アルミニウム抵抗層内に形成されたヒー
ター抵抗領域の長さ及び幅のサイズを決定するために写
真技術を利用して形成され、この導電性トレース・パタ
ーンは更にタンタム・アルミニウム抵抗層内の写真を利
用して形成されたヒーター抵抗領域のそれぞれにコネク
タ内の銅線を形成する。
【０００４】合成ＴＩＪプリントヘッド構造を完成する
ため、例えば二酸化シリコン、ＳｉＯ2 、窒化シリコ
ン、Ｓｉ3 Ｎ4 又は炭化シリコンＳｉＣ、又は酸窒化シ
リコンＳｉX ＮY を含む前述の物質の合成物のような表
面誘電性材料が頻繁にアルミニウム・トレース材料の露
出表面上に、又、ヒーター抵抗領域の上に溶着され、こ
れらの領域上に防護被覆層が形成される。次に、既に形
成されたヒーター抵抗層を囲むように、又これと同軸に
位置合わせされて配置されたインク滴噴射室の寸法を定
めるために、前記の領域の上にバクレル（Ｖａｃｒｅ
ｌ）のようなポリマー障壁層が設けられ、且つ写真リト
グラフ法によってパターン形成される。最後に、ニッケ
ルのようなオリフィス板がポリマー障壁層の上面に固定
され、この板はこれもインク滴噴射室の中心及び既に形
成されたヒーター抵抗の中心と同軸に位置合わせされた
オリフィス開口部を有している。前述のプリントヘッド
製造工程中に、前述のオリフィス板形成段階の前又は後
に個々のシリコン又はガラス基板を課題に分離すること
が可能である。この工程は一般に、前記の個々のプリン
トヘッド素子がその上に構成されているシリコン又はガ
ラス基板をダイス状に切断することによって行われる。
この作業は極めて汚れ易く、ダイス工程中、基板を汚染
や損傷から保護しなければならない。次に後続の組立て
動作を行う前に個々のプリントヘッドを清掃サイクルに
かけなければならず、これらのダイス及び清掃動作によ
ってプリントヘッド製造工程のコストが相当に高くな
る。更に、ガラス又はシリコン基板の品質とコストは外
部の販売者によって大幅に管理され、一方ではそのこと
によりプリントヘッドの大量生産工程の信頼性や品質管
理に悪影響を及ぼすことがある。感熱式インクジェット
プリントヘッドの他の製造工程はウイリアム・ジェイ・
ロイド(William J. Lloyd)に与えられた米国特許明細書
第４，６１６，４０８号「逆の手順で加工された抵抗ヒ
ーター」に記載されている。ロイドの工程は１０ないし
１０００ミクロンの厚さに溶着され、ヒートシンクと、
最終的に形成される薄膜プリントヘッド構造用の支持層
の双方として機能するニッケル又は銅のような比較的薄
い電気メッキされた金属層を含む抵抗ヒーターを記載し
たものである。その後、この金属層は別の支持基板と結
合されるが、この工程は生来やや複雑であり、かなり多
くの処理段階が必要である。
ため、例えば二酸化シリコン、ＳｉＯ2 、窒化シリコ
ン、Ｓｉ3 Ｎ4 又は炭化シリコンＳｉＣ、又は酸窒化シ
リコンＳｉX ＮY を含む前述の物質の合成物のような表
面誘電性材料が頻繁にアルミニウム・トレース材料の露
出表面上に、又、ヒーター抵抗領域の上に溶着され、こ
れらの領域上に防護被覆層が形成される。次に、既に形
成されたヒーター抵抗層を囲むように、又これと同軸に
位置合わせされて配置されたインク滴噴射室の寸法を定
めるために、前記の領域の上にバクレル（Ｖａｃｒｅ
ｌ）のようなポリマー障壁層が設けられ、且つ写真リト
グラフ法によってパターン形成される。最後に、ニッケ
ルのようなオリフィス板がポリマー障壁層の上面に固定
され、この板はこれもインク滴噴射室の中心及び既に形
成されたヒーター抵抗の中心と同軸に位置合わせされた
オリフィス開口部を有している。前述のプリントヘッド
製造工程中に、前述のオリフィス板形成段階の前又は後
に個々のシリコン又はガラス基板を課題に分離すること
が可能である。この工程は一般に、前記の個々のプリン
トヘッド素子がその上に構成されているシリコン又はガ
ラス基板をダイス状に切断することによって行われる。
この作業は極めて汚れ易く、ダイス工程中、基板を汚染
や損傷から保護しなければならない。次に後続の組立て
動作を行う前に個々のプリントヘッドを清掃サイクルに
かけなければならず、これらのダイス及び清掃動作によ
ってプリントヘッド製造工程のコストが相当に高くな
る。更に、ガラス又はシリコン基板の品質とコストは外
部の販売者によって大幅に管理され、一方ではそのこと
によりプリントヘッドの大量生産工程の信頼性や品質管
理に悪影響を及ぼすことがある。感熱式インクジェット
プリントヘッドの他の製造工程はウイリアム・ジェイ・
ロイド(William J. Lloyd)に与えられた米国特許明細書
第４，６１６，４０８号「逆の手順で加工された抵抗ヒ
ーター」に記載されている。ロイドの工程は１０ないし
１０００ミクロンの厚さに溶着され、ヒートシンクと、
最終的に形成される薄膜プリントヘッド構造用の支持層
の双方として機能するニッケル又は銅のような比較的薄
い電気メッキされた金属層を含む抵抗ヒーターを記載し
たものである。その後、この金属層は別の支持基板と結
合されるが、この工程は生来やや複雑であり、かなり多
くの処理段階が必要である。
【０００５】従来型の感熱式インクジェットプリントヘ
ッドの製造では前述のダイス及び清掃工程が必要である
ことに加えて、ペン本体のハウジング内のインク給送源
から、各ヒーター抵抗の周囲に配置された前述のインク
滴噴射室へのインク流の経路を設けるためのインク給送
穴を形成するために、前記のガラス又はシリコン基板を
付加的に処理する必要がある。これらのインク給送穴は
従来サンドブラスト及びレーザ穿孔工程によって形成さ
れたが、これは制御が困難であり、ややコストが高い。
更に、サンドブラスト工程は汚れ易く、精密ではなく、
下層に粗い領域が形成され、それによって不要な部位に
インクが吸収されることがある。更に、前述したよう
に、共通のウェーハ上に製造された複数のプリントヘッ
ドを分離するための切断工程、すなわちダイス工程は汚
れ易く、基板上にインク給送穴を形成するのに利用され
る前記のレーザ穿孔又はサンドブラスト工程に付加的な
コストが加わる。
ッドの製造では前述のダイス及び清掃工程が必要である
ことに加えて、ペン本体のハウジング内のインク給送源
から、各ヒーター抵抗の周囲に配置された前述のインク
滴噴射室へのインク流の経路を設けるためのインク給送
穴を形成するために、前記のガラス又はシリコン基板を
付加的に処理する必要がある。これらのインク給送穴は
従来サンドブラスト及びレーザ穿孔工程によって形成さ
れたが、これは制御が困難であり、ややコストが高い。
更に、サンドブラスト工程は汚れ易く、精密ではなく、
下層に粗い領域が形成され、それによって不要な部位に
インクが吸収されることがある。更に、前述したよう
に、共通のウェーハ上に製造された複数のプリントヘッ
ドを分離するための切断工程、すなわちダイス工程は汚
れ易く、基板上にインク給送穴を形成するのに利用され
る前記のレーザ穿孔又はサンドブラスト工程に付加的な
コストが加わる。
【０００６】金属製オリフィス板と組み合わせてガラス
又はシリコン基板のいずれかを使用した前述のＴＩＪプ
リントヘッドは、完成しても、ガラス又はシリコンの熱
膨張率が金属製オリフィス板の熱膨張率よりもずっと低
いので、熱適応特性はむしろ劣っている。基板とオリフ
ィス板との間のこのような熱膨張の不適合性によって、
完成したプリントヘッド構造が撓み、素子が損傷した
り、基板とオリフィス板とが機械的に剥離したりするこ
とさえある。更に、基板とオリフィス板との間の熱膨張
率が不適合であるという前述の問題点は、例えばページ
幅のプリントヘッド構造のようにプリントヘッドが大型
になり、長くなる程悪化する。このようなページ幅のプ
リントヘッドは将来、処理能力が高いインクジェット・
プリンタを製造するための必要な装置としてますます需
要が高まっている。
又はシリコン基板のいずれかを使用した前述のＴＩＪプ
リントヘッドは、完成しても、ガラス又はシリコンの熱
膨張率が金属製オリフィス板の熱膨張率よりもずっと低
いので、熱適応特性はむしろ劣っている。基板とオリフ
ィス板との間のこのような熱膨張の不適合性によって、
完成したプリントヘッド構造が撓み、素子が損傷した
り、基板とオリフィス板とが機械的に剥離したりするこ
とさえある。更に、基板とオリフィス板との間の熱膨張
率が不適合であるという前述の問題点は、例えばページ
幅のプリントヘッド構造のようにプリントヘッドが大型
になり、長くなる程悪化する。このようなページ幅のプ
リントヘッドは将来、処理能力が高いインクジェット・
プリンタを製造するための必要な装置としてますます需
要が高まっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基本的な目的
と主要な課題は感熱式インクジェット・ペンの製造に有
用であり、金属製オリフィス板とシリコン又はガラス基
板との組合せを利用した従来の工程の前述の重大な欠点
の全てを克服する新規且つ改良型の薄膜プリントヘッド
の製造方法を提案することである。
と主要な課題は感熱式インクジェット・ペンの製造に有
用であり、金属製オリフィス板とシリコン又はガラス基
板との組合せを利用した従来の工程の前述の重大な欠点
の全てを克服する新規且つ改良型の薄膜プリントヘッド
の製造方法を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的と課題を達成す
るため、以下の各段階から成る新規且つ改良型のインク
ジェットプリントヘッドを発見し、開発した。 ａ．誘電性基板又は半導体基板上の金属パターン、又は
下層の金属基板もしくは金属層上の誘電性パターンの何
れか一方から構成されたマンドレルを備えるステップ、 ｂ．マンドレルの露出金属表面の上に金属を電気メッキ
して、それぞれが露光形成されたインク給送穴を有する
複数個の分離可能な金属基板を形成するステップ、 ｃ．金属基板上に薄膜の絶縁体パターン、抵抗体パター
ン及び導体パターンを順次形成することによって、所定
の長さと幅寸法の複数個のヒーター抵抗体の領域を形成
するステップ、 ｄ．上記絶縁体パターン、抵抗体パターン及び導体パタ
ーン上に障壁層を形成することによって、ヒーター抵抗
体を囲む複数個のインク滴噴射室を形成するステップ、 ｅ．障壁層の各々の上面に金属製オリフィス板を固定
し、インク滴噴射室及びヒーター抵抗体に対してそれぞ
れ位置合わせされた開口部を形成する段階及び、 ｆ．マンドレルから金属基板を例えば剥離することによ
って除去し、それによって、ダイス工程等を利用するこ
となくプリントヘッドがマンドレルからきれいに分離さ
れるステップ、である。更に、良好な熱適合特性を有す
る金属基板と金属オリフィス板との合成インクジェット
プリントヘッドを形成中に、サンドブラスト、レーザ穿
孔又はその他の同様の工程なしで、インク給送穴が金属
基板内に形成される。
るため、以下の各段階から成る新規且つ改良型のインク
ジェットプリントヘッドを発見し、開発した。 ａ．誘電性基板又は半導体基板上の金属パターン、又は
下層の金属基板もしくは金属層上の誘電性パターンの何
れか一方から構成されたマンドレルを備えるステップ、 ｂ．マンドレルの露出金属表面の上に金属を電気メッキ
して、それぞれが露光形成されたインク給送穴を有する
複数個の分離可能な金属基板を形成するステップ、 ｃ．金属基板上に薄膜の絶縁体パターン、抵抗体パター
ン及び導体パターンを順次形成することによって、所定
の長さと幅寸法の複数個のヒーター抵抗体の領域を形成
するステップ、 ｄ．上記絶縁体パターン、抵抗体パターン及び導体パタ
ーン上に障壁層を形成することによって、ヒーター抵抗
体を囲む複数個のインク滴噴射室を形成するステップ、 ｅ．障壁層の各々の上面に金属製オリフィス板を固定
し、インク滴噴射室及びヒーター抵抗体に対してそれぞ
れ位置合わせされた開口部を形成する段階及び、 ｆ．マンドレルから金属基板を例えば剥離することによ
って除去し、それによって、ダイス工程等を利用するこ
となくプリントヘッドがマンドレルからきれいに分離さ
れるステップ、である。更に、良好な熱適合特性を有す
る金属基板と金属オリフィス板との合成インクジェット
プリントヘッドを形成中に、サンドブラスト、レーザ穿
孔又はその他の同様の工程なしで、インク給送穴が金属
基板内に形成される。
【０００９】上記の工程を利用すると、金属基板は前述
のように処理される前に、又はオリフィス板がそれに固
定された後に、マンドレルから除去することができる。
更に、金属製基板は各金属基板の外部境界を形成する遮
断タブ線を有するようにマンドレル上に電鋳される。こ
の金属基板は前述のオリフィス取り付け工程の終了後に
隣接する基板から容易に取り外すことができる。本発明
のその他の課題、新規の特徴及び関連する利点は添付図
面を参照した以下の説明によってより明解に理解されよ
う。
のように処理される前に、又はオリフィス板がそれに固
定された後に、マンドレルから除去することができる。
更に、金属製基板は各金属基板の外部境界を形成する遮
断タブ線を有するようにマンドレル上に電鋳される。こ
の金属基板は前述のオリフィス取り付け工程の終了後に
隣接する基板から容易に取り外すことができる。本発明
のその他の課題、新規の特徴及び関連する利点は添付図
面を参照した以下の説明によってより明解に理解されよ
う。
【００１０】
【実施例】さて、図１Ａ及び１Ｂを参照すると、同一の
出願人に譲渡された前述の米国特許第４，７７３，９７
１号において利用されている電気メッキ工程を利用して
開発された電鋳ニッケル基板１２が示されている。スパ
ッタ溶着された二酸化シリコン(SiO2)のような絶縁層１
４が一般的には約０．５ないし３．０マイクロメーター
の厚さで電鋳ニッケル基板１２の上面に形成される。Ｓ
ｉＯ2 絶縁層１４は一般的にはタンタム・アルミニウム
のような選択された抵抗性材料で被覆され、工程の次の
段階では導電性パターン１８がタンタム・アルミニウム
抵抗層の上面に形成されて、導電トレース材料１８の開
口部１９内に抵抗性ヒータ領域、すなわち“抵抗体”１
６の領域を形成する。
出願人に譲渡された前述の米国特許第４，７７３，９７
１号において利用されている電気メッキ工程を利用して
開発された電鋳ニッケル基板１２が示されている。スパ
ッタ溶着された二酸化シリコン(SiO2)のような絶縁層１
４が一般的には約０．５ないし３．０マイクロメーター
の厚さで電鋳ニッケル基板１２の上面に形成される。Ｓ
ｉＯ2 絶縁層１４は一般的にはタンタム・アルミニウム
のような選択された抵抗性材料で被覆され、工程の次の
段階では導電性パターン１８がタンタム・アルミニウム
抵抗層の上面に形成されて、導電トレース材料１８の開
口部１９内に抵抗性ヒータ領域、すなわち“抵抗体”１
６の領域を形成する。
【００１１】工程の次の段階では、例えば本明細書に参
考文献として引用されているヒューレット・パッカード
・ジャーナル（３６巻５月号、１９８５年５月刊）に記
載されているような公知の写真リドグラフ・マスキング
及びエッチング技術を用いてバクレルのような適宜のポ
リマー材料が導電性トレース・パターン１８の上面に溶
着され、露光形成される。
考文献として引用されているヒューレット・パッカード
・ジャーナル（３６巻５月号、１９８５年５月刊）に記
載されているような公知の写真リドグラフ・マスキング
及びエッチング技術を用いてバクレルのような適宜のポ
リマー材料が導電性トレース・パターン１８の上面に溶
着され、露光形成される。
【００１２】さて図１Ｂをより詳細に参照すると、ニッ
ケル製オリフィス板２２の一般的な形状は、長方形であ
り、このオリフィス板２２は方形のヒーター抵抗体の中
心線と位置合わせされた外部オリフィス開口部２３を含
んでいる。図１Ａに示した完全なオリフィス通路は参照
符号２４で示されており、先細の輪郭の側壁２５を備え
ている。この輪郭は印書媒体にインクを有効に噴射し、
インクジェットプリント動作中のインクの滴りを最小限
にするための好ましいオリフィスの形状である。図１Ａ
の障壁層２０の平面図の形状は図１Ｂに示すように境界
２７によって示され、導電線１８の幅寸法よりやや大き
い。方形の障壁層２０の境界２７はヒーター抵抗体１６
を囲むインク滴噴射室のＸ及びＹ方向の寸法を規定し、
前記のインク滴噴射室は、図１Ａでは２９で示され、図
１Ｂでは３１で示された開口部を通してインクを左から
右へ導入する。
ケル製オリフィス板２２の一般的な形状は、長方形であ
り、このオリフィス板２２は方形のヒーター抵抗体の中
心線と位置合わせされた外部オリフィス開口部２３を含
んでいる。図１Ａに示した完全なオリフィス通路は参照
符号２４で示されており、先細の輪郭の側壁２５を備え
ている。この輪郭は印書媒体にインクを有効に噴射し、
インクジェットプリント動作中のインクの滴りを最小限
にするための好ましいオリフィスの形状である。図１Ａ
の障壁層２０の平面図の形状は図１Ｂに示すように境界
２７によって示され、導電線１８の幅寸法よりやや大き
い。方形の障壁層２０の境界２７はヒーター抵抗体１６
を囲むインク滴噴射室のＸ及びＹ方向の寸法を規定し、
前記のインク滴噴射室は、図１Ａでは２９で示され、図
１Ｂでは３１で示された開口部を通してインクを左から
右へ導入する。
【００１３】このように、説明のこの時点で、基板部材
１２とオリフィス板部材２２の双方を例えば本発明では
ニッケルである同一の金属で電鋳することによって、こ
れらの部材１２及び２２は温度の変動を受けた場合のよ
うに膨張、収縮し、従って前述の用に双方の部材間に配
置された絶縁層、抵抗層、導電層及びポリマー障壁層１
４，１５，１８及び２０に等しく均一な応力を加えるこ
とが充分に理解されよう。このように、ニッケル基板１
２とニッケル・オリフィス板２２の双方が同じ温度周期
に晒されたときに同様に膨張、収縮するようにすること
によって、歪みの原因となり、又、印書ヘッド構造内の
同様の劣化特性の原因となる不均一な応力は防止され
る。
１２とオリフィス板部材２２の双方を例えば本発明では
ニッケルである同一の金属で電鋳することによって、こ
れらの部材１２及び２２は温度の変動を受けた場合のよ
うに膨張、収縮し、従って前述の用に双方の部材間に配
置された絶縁層、抵抗層、導電層及びポリマー障壁層１
４，１５，１８及び２０に等しく均一な応力を加えるこ
とが充分に理解されよう。このように、ニッケル基板１
２とニッケル・オリフィス板２２の双方が同じ温度周期
に晒されたときに同様に膨張、収縮するようにすること
によって、歪みの原因となり、又、印書ヘッド構造内の
同様の劣化特性の原因となる不均一な応力は防止され
る。
【００１４】さて図２Ａ及び２Ｂを参照すると、電鋳マ
ンドレルで使用される電気メッキによる絶縁マスクのデ
ザインは、図２Ａに示すように複数個（２６）のニッケ
ル基板１２がＶ形の形状２８に沿ってメッキできるよう
に選択される。更に、図２Ａに示したＶ形の溝の頂部の
開口部２８は図２Ｂに示した方形の開口部２２と対応し
ており、ここで説明している印書ヘッドのウェーハの製
造工程が終了した後にニッケル基板を相互間で分離する
ための遮断タブ・ポイントを形成している。図２Ａ及び
２Ｂに図示されたニッケル基板１２は更にニッケル基板
１２を形成するために使用されたマンドレル上の絶縁パ
ターンの円形又は楕円形の形状によって形成された複数
個のインク給送穴３０を含んでいる。
ンドレルで使用される電気メッキによる絶縁マスクのデ
ザインは、図２Ａに示すように複数個（２６）のニッケ
ル基板１２がＶ形の形状２８に沿ってメッキできるよう
に選択される。更に、図２Ａに示したＶ形の溝の頂部の
開口部２８は図２Ｂに示した方形の開口部２２と対応し
ており、ここで説明している印書ヘッドのウェーハの製
造工程が終了した後にニッケル基板を相互間で分離する
ための遮断タブ・ポイントを形成している。図２Ａ及び
２Ｂに図示されたニッケル基板１２は更にニッケル基板
１２を形成するために使用されたマンドレル上の絶縁パ
ターンの円形又は楕円形の形状によって形成された複数
個のインク給送穴３０を含んでいる。
【００１５】さて図３Ａ及び３Ｂを参照すると、これら
の図面はニッケル基板１２の表面上での第１表面絶縁層
１４の連続的な溶着と形成と、その後の、絶縁層１４の
表面上での抵抗層１５の形成を示している。この抵抗層
１５は抵抗性ヒーター材料としての機能を果たし、公知
のアルミニウム真空溶着及びパターン形成工程を用い
て、その上に連続する導電トレース・パターン１８を溶
着して備える。次に、ポリマー障壁層材料２０が導電ト
レース材料１８の上面のすぐ上に、示した形状で形成さ
れる。しかし、ある種の別の実施例では、ポリマー障壁
層材料２０の下面と導電トレース・パターン１８の上面
と抵抗性ヒーター材料１５との間に挿入された窒化シリ
コンと炭化シリコンの合成物の溶着層（図示せず）のよ
うな別の付加的なパシベーション(passivation) 層を付
加することが好ましいこともある。
の図面はニッケル基板１２の表面上での第１表面絶縁層
１４の連続的な溶着と形成と、その後の、絶縁層１４の
表面上での抵抗層１５の形成を示している。この抵抗層
１５は抵抗性ヒーター材料としての機能を果たし、公知
のアルミニウム真空溶着及びパターン形成工程を用い
て、その上に連続する導電トレース・パターン１８を溶
着して備える。次に、ポリマー障壁層材料２０が導電ト
レース材料１８の上面のすぐ上に、示した形状で形成さ
れる。しかし、ある種の別の実施例では、ポリマー障壁
層材料２０の下面と導電トレース・パターン１８の上面
と抵抗性ヒーター材料１５との間に挿入された窒化シリ
コンと炭化シリコンの合成物の溶着層（図示せず）のよ
うな別の付加的なパシベーション(passivation) 層を付
加することが好ましいこともある。
【００１６】さて図４Ａ及び４Ｂを参照すると、これら
の図面はオリフィス板取り付け工程を示している。この
工程では公知のオリフィス板位置合わせ及び取り付け工
程を利用して、オリフィス開口部２４を内部に有する複
数個の個々のオリフィス板２２が、前述のようにインク
流路とインク滴噴射室とを形成するポリマー障壁層２０
の上面に取り付けられる。これらの流路と点弧室はイン
ク給送口３０と流体連通されており、オリフィス板２２
の表面の下に延び、その後、それぞれがオリフィス開口
部２４と位置合わせされた各インクジェットプリントヘ
ッド内の抵抗性ヒーター領域１６の上に延びている。
の図面はオリフィス板取り付け工程を示している。この
工程では公知のオリフィス板位置合わせ及び取り付け工
程を利用して、オリフィス開口部２４を内部に有する複
数個の個々のオリフィス板２２が、前述のようにインク
流路とインク滴噴射室とを形成するポリマー障壁層２０
の上面に取り付けられる。これらの流路と点弧室はイン
ク給送口３０と流体連通されており、オリフィス板２２
の表面の下に延び、その後、それぞれがオリフィス開口
部２４と位置合わせされた各インクジェットプリントヘ
ッド内の抵抗性ヒーター領域１６の上に延びている。
【００１７】図４Ａ及び４Ｂに示したオリフィス板取り
付け工程が終了すると、ニッケル基板は前記の図面に示
されたＶ形の遮断タブ・ポイントで単に基板を遮断する
だけで、ウェーハのダイス工程及びそれに付随する前述
の欠点の全てを伴うことなく互いに分離することができ
る。
付け工程が終了すると、ニッケル基板は前記の図面に示
されたＶ形の遮断タブ・ポイントで単に基板を遮断する
だけで、ウェーハのダイス工程及びそれに付随する前述
の欠点の全てを伴うことなく互いに分離することができ
る。
【００１８】さて図５の工程流れ図を参照すると、第１
マンドレル、すなわちマンドレル部材１はニッケル製オ
リフィス板の形成に利用される第２マンドレル、すなわ
ちマンドレル部材２を使用した処理工程と並行してニッ
ケル基板の形成に利用することができる。この並行した
処理工程では、本明細書の出願人に譲渡された前述のサ
イ・ティ・ラム他の米国特許第４，７７３，９７１号に
記載されている種類の電気メッキ技術を利用している。
図５に示したマンドレル部材１を使用して形成されたニ
ッケル基板は次に前述の、手順の層溶着段階で処理され
る。すなわち、導電トレース材料と，それによって形成
されるヒーター抵抗体の形状は、公知の写真リトグラフ
・マスキング及びエッチング技術を用いて露光形成され
る。次に、図５の流れ図の右側の分岐段階で作成された
ニッケル・オリフィス板が、図４Ａ及び４Ｂに記載した
完成した感熱式インクジェットプリントヘッドを組立て
るために利用される最終組立て段階において図５の左側
の分岐段階で形成された処理済の薄膜基板と共に組立て
られる。
マンドレル、すなわちマンドレル部材１はニッケル製オ
リフィス板の形成に利用される第２マンドレル、すなわ
ちマンドレル部材２を使用した処理工程と並行してニッ
ケル基板の形成に利用することができる。この並行した
処理工程では、本明細書の出願人に譲渡された前述のサ
イ・ティ・ラム他の米国特許第４，７７３，９７１号に
記載されている種類の電気メッキ技術を利用している。
図５に示したマンドレル部材１を使用して形成されたニ
ッケル基板は次に前述の、手順の層溶着段階で処理され
る。すなわち、導電トレース材料と，それによって形成
されるヒーター抵抗体の形状は、公知の写真リトグラフ
・マスキング及びエッチング技術を用いて露光形成され
る。次に、図５の流れ図の右側の分岐段階で作成された
ニッケル・オリフィス板が、図４Ａ及び４Ｂに記載した
完成した感熱式インクジェットプリントヘッドを組立て
るために利用される最終組立て段階において図５の左側
の分岐段階で形成された処理済の薄膜基板と共に組立て
られる。
【００１９】さて図６Ａないし６Ｅを順次参照すると、
これらの概略横断面図はポリマー障壁層及びその上層の
オリフィス板の遮断ポイント、すなわち開口部が、下層
のニッケル基板内の遮断タブ線とどのようにして位置合
わせされるかを特に示すための図面である。これらの図
面は更にニッケル基板内のインク給送穴との関連でのイ
ンク給送経路とインク滴噴射室との形状をも示してい
る。
これらの概略横断面図はポリマー障壁層及びその上層の
オリフィス板の遮断ポイント、すなわち開口部が、下層
のニッケル基板内の遮断タブ線とどのようにして位置合
わせされるかを特に示すための図面である。これらの図
面は更にニッケル基板内のインク給送穴との関連でのイ
ンク給送経路とインク滴噴射室との形状をも示してい
る。
【００２０】図６Ａ及び６Ｂに示すように、ニッケル基
板１２の上面は始めから３つの層溶着段階に晒され、そ
の結果生じた薄膜構造が図６Ｂに示されている。図６Ｂ
は絶縁体（ＳｉＯ2 ）、抵抗体（ＴａＡｌ）及び導体
（Ａｕ又はＡｌ）のそれぞれ同じ大きさの連続層１４，
１５及び１８が連続的に形成され、隣接するインク給送
穴３０のそれぞれの縁から延び、ニッケル基板１２内の
遮断タブ線を中心に対称に延びていることが図示されて
いる。
板１２の上面は始めから３つの層溶着段階に晒され、そ
の結果生じた薄膜構造が図６Ｂに示されている。図６Ｂ
は絶縁体（ＳｉＯ2 ）、抵抗体（ＴａＡｌ）及び導体
（Ａｕ又はＡｌ）のそれぞれ同じ大きさの連続層１４，
１５及び１８が連続的に形成され、隣接するインク給送
穴３０のそれぞれの縁から延び、ニッケル基板１２内の
遮断タブ線を中心に対称に延びていることが図示されて
いる。
【００２１】図６Ｃでは、ニッケル基板１２の各々の左
側の縁部の導電トレース材料に隣接する図示したような
ヒーター抵抗素子１６を形成する開口部１９を形成する
ために、導電層１８がマスキングされ、且つエッチング
処理されている。次に、図６Ｄに示すように、ポリマー
障壁層２０が形成され、その内部には下層のニッケル基
板内の遮断タブ線と位置合わせされた中心遮断開口部が
設けられる。
側の縁部の導電トレース材料に隣接する図示したような
ヒーター抵抗素子１６を形成する開口部１９を形成する
ために、導電層１８がマスキングされ、且つエッチング
処理されている。次に、図６Ｄに示すように、ポリマー
障壁層２０が形成され、その内部には下層のニッケル基
板内の遮断タブ線と位置合わせされた中心遮断開口部が
設けられる。
【００２２】次に、図６Ｅでは、図示のような先細の形
状のオリフィス開口部２４を有するオリフィス板２２が
図６Ｄのポリマー障壁層２０の上面に取り付けられ、前
記オリフィス板２２は更に下層のポリマー障壁層２０
と、下層のニッケル基板内の遮断タブ線の双方と位置合
わせされた遮断開口部をも有している。従って、図６Ｅ
に示した構造が完成すると、ニッケル基板はその内部の
遮断タブ線の部位で容易に分離、遮断されることがで
き、上層の障壁層２０とオリフィス板２２内の位置合わ
せされた遮断開口部によって、ニッケル基板が充分に撓
むことが可能になるので、個々の基板は互いに簡単に剥
離し、前述の表面層１４，１５及び１８を貫く縦の遮断
境界が形成される。
状のオリフィス開口部２４を有するオリフィス板２２が
図６Ｄのポリマー障壁層２０の上面に取り付けられ、前
記オリフィス板２２は更に下層のポリマー障壁層２０
と、下層のニッケル基板内の遮断タブ線の双方と位置合
わせされた遮断開口部をも有している。従って、図６Ｅ
に示した構造が完成すると、ニッケル基板はその内部の
遮断タブ線の部位で容易に分離、遮断されることがで
き、上層の障壁層２０とオリフィス板２２内の位置合わ
せされた遮断開口部によって、ニッケル基板が充分に撓
むことが可能になるので、個々の基板は互いに簡単に剥
離し、前述の表面層１４，１５及び１８を貫く縦の遮断
境界が形成される。
【００２３】本発明の精神と範囲から逸脱することなく
前記の実施例において、又はこれに付加して種々の変更
を行うことができる。例えば、前述の処理工程は各図面
に特に図示した立面図及び平面図の形状や、絶縁体、導
体及び抵抗の材料の実施例や、特定して説明した基板及
びオリフィス板の材料に限定されるものではない。更
に、本発明はニッケル基板を形成するための前述のマン
ドレルを使用した工程に限定されるものではなく、金属
オリフィス板と金属基板との適応がなされる種々の異な
るプリントヘッドの構造上の組合せや構成を包含するこ
とを意図したものである。従って、前述の、及びその他
の明白な設計上の変更は明らかに以下の特許請求項の範
囲内にあるものである。
前記の実施例において、又はこれに付加して種々の変更
を行うことができる。例えば、前述の処理工程は各図面
に特に図示した立面図及び平面図の形状や、絶縁体、導
体及び抵抗の材料の実施例や、特定して説明した基板及
びオリフィス板の材料に限定されるものではない。更
に、本発明はニッケル基板を形成するための前述のマン
ドレルを使用した工程に限定されるものではなく、金属
オリフィス板と金属基板との適応がなされる種々の異な
るプリントヘッドの構造上の組合せや構成を包含するこ
とを意図したものである。従って、前述の、及びその他
の明白な設計上の変更は明らかに以下の特許請求項の範
囲内にあるものである。
【００２４】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、以下の様な
効果が得られる。 （１）感熱式インクジェットプリントヘッドの製造にお
いて、個々のプリントヘッド素子のダイス加工およびそ
の清掃が不要となる。 （２）インク給送穴の形成のためのガラスまたはシリコ
ン基板を処理する必要がなくなる。 （３）プリントヘッド構成部材の熱膨張率の相違に基づ
く、プリントヘッドの撓み、損傷ないしはオリフィス板
の剥離損傷が防止される。
効果が得られる。 （１）感熱式インクジェットプリントヘッドの製造にお
いて、個々のプリントヘッド素子のダイス加工およびそ
の清掃が不要となる。 （２）インク給送穴の形成のためのガラスまたはシリコ
ン基板を処理する必要がなくなる。 （３）プリントヘッド構成部材の熱膨張率の相違に基づ
く、プリントヘッドの撓み、損傷ないしはオリフィス板
の剥離損傷が防止される。
【図１Ａ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の一実施例を示す概略側断面図である。
の一実施例を示す概略側断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの平面図である。
【図２Ａ】本発明に係る電鋳された基板を示す側面図で
ある。
ある。
【図２Ｂ】図２Ａの平面図である。
【図３Ａ】図２ＡおよびＢの基板上に絶縁体、抵抗体お
よび導体のパターン、および障壁層を設けた状態の側面
図である。
よび導体のパターン、および障壁層を設けた状態の側面
図である。
【図３Ｂ】図３Ａの平面図である。
【図４Ａ】図３ＡおよびＢの状態に、さらにオリフィス
板を設けた状態の側面図である。
板を設けた状態の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの平面図である。
【図５】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
製造工程を示すフローチャートである。
製造工程を示すフローチャートである。
【図６Ａ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の製造工程を順次示す概略側面図である。
の製造工程を順次示す概略側面図である。
【図６Ｂ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の製造工程を順次示す概略側面図である。
の製造工程を順次示す概略側面図である。
【図６Ｃ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の製造工程を順次示す概略側面図である。
の製造工程を順次示す概略側面図である。
【図６Ｄ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の製造工程を順次示す概略側面図である。
の製造工程を順次示す概略側面図である。
【図６Ｅ】本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の製造工程を順次示す概略側面図である。
の製造工程を順次示す概略側面図である。
１２：基板 １４：絶縁層 １５：抵抗層 １６：ヒーター抵抗体 １８：導電層 ２０：障壁層 ２２：オリフィス板 ２３：オリフィス開口 ２４：オリフィス通路 ３０：インク給送穴 ３２：破断タブ
Claims (6)
- 【請求項１】薄膜基板とオリフィス板とを同一材料によ
り形成し、該薄膜基板に上記オリフィス板を固定する工
程を含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項２】ａ．電気メッキによってマンドレルの露出
金属部分に複数の独立した金属基板を形成するステップ
と、 ｂ．上記金属基板上に複数層からなる薄膜抵抗パターン
を形成するステップと、 ｃ．上記薄膜抵抗パターン上に金属製オリフィス板を形
成するステップと、 からなることを特徴とするインクジェットプリントヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項３】基板上に形成された薄膜の絶縁層、抵抗層
および導体層を備えると共に、インク供給通路、インク
滴噴射室およびインク噴射開口を形成するよう上記複数
の薄膜層上に形成された障壁層およびオリフィス板を備
え、上記基板は金属を電鋳して形成したことを特徴とす
る感熱式インクジェットプリントヘッド。 - 【請求項４】金属製の基板と金属製のオリフィス板との
間に、絶縁部材、抵抗部材および導電部材からなる複数
の薄膜パターンを形成してなる感熱式インクジェットプ
リントヘッドにおいて、 ａ．非金属性基板上の金属パターン、又は金属基板もし
くは金属層上の誘電性パターンの何れか一方から構成さ
れたマンドレルを備え、 ｂ．マンドレルの露出金属表面の上に金属を電気メッキ
して、それぞれがインク給送穴および破断線を有する複
数の分離可能な金属基板を形成し、 ｃ．金属基板上に薄膜の絶縁体パターン、抵抗体パター
ン及び導体パターンを順次形成することによって、所定
の長さと幅寸法の複数のヒーター抵抗体の領域を形成
し、 ｄ．上記絶縁体パターン、抵抗体パターン及び導体パタ
ーン上に障壁層を形成することによって、ヒーター抵抗
体を囲む複数個のインク滴噴射室を形成し、 ｅ．上記障壁層上に金属製オリフィス板を固定し、上記
インク滴噴射室及びヒーター抵抗体に対してそれぞれ位
置合わせされた開口部を上記オリフィス板に形成し、 ｆ．上記マンドレルから上記金属基板を剥離する、 ことを特徴とする感熱式インクジェットプリントヘッ
ド。 - 【請求項５】ａ．破断線またはプリントヘッド組立時の
接合によって互いに結合された複数の金属基板を電鋳す
るステップと、 ｂ．上記金属基板上に、薄膜の絶縁体パターン、抵抗体
パターンおよび導体パターンを形成するステップと、 ｃ．上記薄膜のパターン群上に障壁層とオリフィス板と
を形成することによって、各ヒーター抵抗領域上にイン
ク滴噴射室およびオリフィス開口を形成するステップ
と、 ｄ．上記破断線または接合点で上記複数の金属基板を分
離するステップと、 からなることを特徴とする感熱式インクジェットペンの
薄膜プリントヘッド。 - 【請求項６】ａ．非金属性基板上の金属パターン、又は
金属基板もしくは金属層上の誘電性パターンの何れか一
方から構成されたマンドレルを備えるステップと、 ｂ．マンドレルの露出金属表面の上に金属を電気メッキ
して、それぞれがインク給送穴および破断線を有する複
数の分離可能な金属基板を形成するステップと、 ｃ．金属基板上に薄膜の絶縁体パターン、抵抗体パター
ン及び導体パターンを順次形成することによって、所定
の長さと幅寸法の複数のヒーター抵抗体の領域を形成す
るステップと、 ｄ．上記絶縁体パターン、抵抗体パターン及び導体パタ
ーン上に障壁層を形成することによって、ヒーター抵抗
体を囲む複数個のインク滴噴射室を形成するステップ
と、 ｅ．上記障壁層上に金属製オリフィス板を固定し、上記
インク滴噴射室及びヒーター抵抗体に対してそれぞれ位
置合わせされた開口部を上記オリフィス板に形成するス
テップと、 ｆ．上記マンドレルから上記金属基板を剥離するステッ
プと、 からなることを特徴とするインクジェットプリントヘッ
ドの製造方法。
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