JPH068434A - 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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JPH068434A
JPH068434A JP5098590A JP9859093A JPH068434A JP H068434 A JPH068434 A JP H068434A JP 5098590 A JP5098590 A JP 5098590A JP 9859093 A JP9859093 A JP 9859093A JP H068434 A JPH068434 A JP H068434A
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ブライアン・ジェー・キーフェ
Steven W Steinfield
スティーブン・ダブリュー・ステインフィールド
Winthrop D Childers
ウインスロップ・デー・チルダーズ
Paul H Mcclelland
ポール・エイチ・マククレランド
Kenneth E Trueba
ケニース・イー・ツルーバ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】インクジェットプリントヘッドにおけるインク
タンクと蒸発チャンバとの間の改善されたインク流路を
提供する。 【構成】本発明の一実施例によれば、インクチャネルお
よび蒸発チャンバを含む障壁層が矩形基板とオリフィス
列を有するノズル部材との間に配置される。基板は加熱
素子の２つの線形アレイを備え、ノズル部材の各オリフ
ィスは蒸発チャンバおよび加熱素子と関連する。障壁層
のインクチャネルは基板の２つの対向する端部に沿って
一般的に連続するインク流入口を有し、基板の端部の周
辺を流れるインクがインクチャネルおよび蒸発チャンバ
にアクセスするのを増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、インクジェ
ット（インク噴射）及び他のタイプのプリンタに関し、
更に詳細には、この種のプリンタに使用されるインクカ
ートリッジのプリントヘッド部分に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱インクジェットプリントカートリッジ
は、小さい体積のインクを急速に加熱することによって
動作し、インクを気化させ、複数個のオリフィスのうち
の１つを通って、例えば１枚の用紙のような記録用媒体
の上にインクの点を印刷するように、インクを排出させ
る。一般に、オリフィスは、ノズル部材に１つ又は複数
の線形列として配列される。各オリフィスから適切に順
序だててインクを排出することにより、用紙に対してプ
リントヘッドが移動するにつれて、用紙上に文字その他
の像が印刷される。一般に、プリントヘッドが紙を横断
して移動する度に用紙は平行移動される。熱インクジェ
ットプリンタにおいては、インクだけが用紙に衝突する
ので、高速かつ静粛である。この種のプリンタは、高品
質の印刷を達成可能であり、また、コンパクトかつ手頃
に製作可能である。
【０００３】先行技術によれば、一般に、インクジェッ
トプリントヘッドは次に示す部分を備えている。即ち、
（１）インクタンクからオリフィスに近接した各蒸発チ
ャンバまでインクを供給するインクチャネル、（２）所
要のパターン（模様）のオリフィスが形成される金属製
オリフィスプレート又はノズル部材、（３）蒸発チャン
バ１個につき１個の抵抗器から成る一連の薄膜抵抗器を
備えたシリコン基板。インクの１つの点（ドット）を印
刷するには、選定された特定の薄膜抵抗器に外部電源か
ら電流を流す。これによって、抵抗器が加熱され、ひい
ては蒸発チャンバ内において抵抗器に近接するインクの
薄い層が過熱され、爆発的な気化を生じ、その結果とし
て、関連オリフィスを通って用紙の上にインクの小滴を
噴射させる。先行技術による１つのプリントカートリッ
ジは、１９８５年２月１９日付けで発行され本譲受人に
譲渡された、「使い捨てインクジェットヘッド」という
表題のＢｕｃｋその他の米国特許第４，５００，８９５
号に開示されている。
【０００４】Ｊｏｈｎｓｏｎに付与された「熱インクジ
ェット用共通スロット付きインク供給プリントヘッド」
という表題の米国特許第４，６８３，４８１号に開示さ
れている先行技術による１つのタイプのインクジェット
プリントヘッドにおいては、基板に形成された細長い穴
を通ってインクタンクから種々の蒸発チャンバにインク
が供給される。次に、インクは、基板とノズル部材との
間の障壁層に形成されたマニホルド部分に流れ、更に、
複数個のインクチャネルを通って、最終的に種々の蒸発
チャンバ内に流入する。この先行技術による構造は中央
供給構造として分類され、インクは中央位置から蒸発チ
ャンバに供給され、次に、外側に向かって蒸発チャンバ
内に配分される。先行技術によるこのタイプのインク供
給構造の欠点は、基板に穴を作るために製造時間が必要
とされ、また、必要とされる基板の面積が少なくとも穴
の面積だけ増加することである。更に、穴が形成される
と、基板は比較的脆くなり、取り扱いが更に困難にな
る。更に、マニホルドは、蒸発チャンバへのインクの流
れを必然的に或る程度拘束することとなる。例えば、蒸
発チャンバ内の加熱エレメントに電源を供給すると、蒸
発チャンバの近くのインクの流れに影響を及ぼし、クロ
ストーク（妨害的干渉）を起こすことがある。この種の
クロストークは、関連加熱エレメント電源を供給した際
に、オリフィスによって放出されるインクの量に影響す
る。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、インクジェットプリントヘッ
ドにおけるインクタンクと蒸発空洞との間における改良
されたインク流通路を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】本発明の好ましい実施例においては、矩
形の基板と一連のオリフィスを有するノズル部材との間
に、インクチャネル及び蒸発チャンバを備えた障壁層が
配置される。基板は、２列に線形配置された加熱エレメ
ントを備え、ノズル部材の各オリフィスは、蒸発チャン
バ及び加熱エレメントと関連を持つ。障壁層のインクチ
ャネルは、一般に基板の互いに反対側の２つの縁に沿っ
て設けられたインク入口を有するので、基板の周りを流
れるインクはインクチャネル及び蒸発チャンバに流入可
能である。
【０００７】前記のインク流通路（即ち、縁からの供給
路）を用いると、障壁層の中央に設けられたインクマニ
ホルドにインクを供給するための穴またはスロットを基
板に設ける必要がない。従って、基板を作成する製造時
間が短縮される。更に、所定個数の加熱エレメントに対
して基板面積を小さくすることができる。更に、基板
は、スロットを設けた同等の基板よりも脆さが小さく、
従って、基板の取り扱いが簡素化される。更に、この縁
から供給する（エッジフィード）構造においては、シリ
コン基板の背面全体を、そこを横断して流れるインクに
よって冷却できる。従って、安定状態における電力発散
が改良される。
【０００８】更に、多数のインクチャネルに対する共通
インク流チャネルを提供する中央マニホルドが必要とさ
れないので、インクは、インクチャネル及び蒸発チャン
バ内により迅速に流入することができる。これは、一層
の印刷高速化を可能にする。尚その上に、マニホルドを
排除することにより、一連のインク排出が行われても、
各蒸発チャンバに対してより安定したインク流が維持さ
れる。従って、近接蒸発チャンバ間のクロストークが最
小限に抑制される。その他の利点については、本開示を
読むことによって明白になるはずである。
【０００９】
【実施例】図１において参照番号１０は、全体として、
本発明の１つの実施例に基づくプリントヘッドを組み込
んだインクジェットプリントカートリッジを示す。イン
クジェットプリントカートリッジ１０はインクタンク１
２及びプリントヘッドｌ４を備え、プリントヘッド１４
はテープ自動接着法（ＴＡＢ）を用いて形成される。プ
リントヘッド１４（以後、ＴＡＢヘッド組立体１４と称
する）は、例えばレーザ除去によって柔軟な重合体テー
プ１８に２列並置して形成された孔またはオリフィスｌ
７を備えるノズル部材１６を有する。テープ１８は、Ｋ
ａｐｔｏｎTMテープとして市販されており、３Ｍ社から
入手可能である。ＵｐｉｌｅｘTM又はこれに等価の他の
適当なテープを使用しても差し支えない。
【００１０】テープ１８の背面には、従来の写真平版エ
ッチング及び／又はめっき加工法をもちいてその上に形
成された伝導性トレース３６（図３に示す）を有する。
これらの伝導性トレースは、プリンタと相互接続するよ
うに設計された大きい接触パドによって成端される。プ
リントカートリッジ１０は、テープ１８の正面の表面上
において接触パッド２０がプリンタ電極に接触し、外部
発生したエネルギ供給信号をプリントヘッドに供給する
ように、プリンタ内に取付け可能に設計されている。
【００１１】ここに示す様々な実施例においては、テー
プ１８の背面（記録媒質に対面する表面の反対側の面）
上にトレースが形成される。テープ１８の正面表面から
これらのトレースにアクセスするには、トレースの端部
を露出するための孔（通路）をテープ１８の正面表面を
貫いて形成しなければならない。次に、露出されたトレ
ースの端部は、テープ１８の正面表面上に示される接触
パッド２０を形成するために、例えば、金を用いてめっ
きされる。ウィンドウ（窓部分）２２及び２４は、テー
プ１８を貫いて伸延し、伝導性を有するトレースの他の
端部を加熱抵抗器を含むシリコン基板上の電極に接着す
ることを容易にするために用いられる。ウィンドウ２２
及び２４は、その下に所在するトレース及び基板の部分
を保護するために、カプセル材料によって充填される。
【００１２】図１に示すプリントカートリッジ１０にお
いて、テープ１８は、プリントカートリッジの「スノー
ト（鼻部分）」の後端の上において曲げられ、スノート
の後壁２５の長さの約半分だけ伸延する。テープ１８の
この垂下部分は、遠い方の端のウィンドウ２２を通過す
る基板電極に接続される伝導性トレースに所定の経路を
通過させるために必要とされる。プリントカートリッジ
１０から取り外した図１のＴＡＢヘッド組立体１４の正
面図を図２に示す。ＴＡＢヘッド組立体１４のウィンド
ウ２２及び２４にはカプセル材料が前以て充填されてい
る。
【００１３】ＴＡＢヘッド組立体１４の背面には、個別
に電源供給可能な複数の薄膜抵抗器を有するシリコン基
板２８（図３に示す）が添付される。全体的に、各抵抗
器は１つの単一オリフィス１７の背後に配置され、１つ
又は複数個の接触パッド２０に順次に、或いは、同時に
印加される１つ以上のパルスにより選択的に付勢された
場合、これらの各抵抗器は抵抗加熱器として作用する。
オリフィス１７及び伝導性トレースの寸法、個数、及
び、パターン（模様）は任意であり、本発明の特徴を簡
潔明瞭に表示するために様々な形状が設計されている。
説明し易くするために、種々の特徴の相対寸法は大幅に
調整してある。図２に示すテープ１８におけるオリフィ
スのパターンは、ステップ・アンド・リピート加工法に
おいてレーザその他のエッチング手段とマスキング加工
法を組合わせることによって形成しても差し支えない。
これらの加工法については、当該技術分野に熟達した通
常の技術者が本開示を読めば容易に理解できるはずであ
る。
【００１４】この加工法については、図１０を用いて後
で更に詳細に説明する。図２に示すＴＡＢヘッド組立体
１４の背面を図３に示す。図３において、シリコンダイ
ス又は基板２８はテープ１８の背面に取り付けられ、イ
ンクチャネル及び蒸発チャンバを有する基板２８に障壁
層３０が形成され、その障壁層の１つの縁を図３に示
す。この障壁層３０の詳細に関しては図７に示し、後で
詳しく説明する。図に示すように、インクタンク１２
（図１）からインクを受け取るインクチャネル３２の入
口は障壁層３０の縁に沿って配置される。同じく図３に
示すように、テープ１８の背面には伝導性のトレース３
６が形成され、このトレース３６は、テープ１８の反対
側の接触パッド２０（図２）において成端する。
【００１５】ウィンドウ２２及び２４を設けることによ
り、接着を容易にするために、テープ１８のもう一方の
側からトレース３６の端部及び基板電極にアクセスする
ことができる。図３の線Ａ−Ａに沿った断面側面図を図
４に示す。図４に示すように、伝導性のトレース３６端
部は基板２８上に形成された電極４０に接続される。同
じく図４に示すように、障壁層３０の部分４２は、基板
２８から伝導性のトレース３６の端部を絶縁するために
用いられる。更に図４に示すテープ１８の側面図に示す
ように、障壁層３０、ウィンドウ２２及び２４、及び、
種々のインクチャネル３２の入口が配置される。インク
の小滴４６は、インクチャネル３２の各々と関連したオ
リフィス孔から噴射される。
【００１６】ＴＡＢヘッド組立体１４とプリントヘッド
本体との間を密封するために用いられるヘッドランドパ
ターン（岬模様部分）５０を図示するために図１のプリ
ントカートリッジ１０をＴＡＢヘッド組立体１４と共に
取り外した場合を図５に示す。ヘッドランドの特徴は誇
張して図示されている。更に図５に示すように、インク
タンク１２からＴＡＢヘッド組立体１４の背面にインク
が流れることを可能にするために、プリントカートリッ
ジ１０に中央スロット５２が配置される。
【００１７】ヘッドランドパターン（岬模様部分）５０
は、ＴＡＢヘッド組立体１４がヘッドランドパターン５
０に対して所定場所に押圧された場合に、内側の隆起し
た壁５４上に壁の開口部５５及び５６を横切って（ＴＡ
Ｂヘッド組立体１４が位置決めされた場合に基板を封じ
込めるように）分配されたエポキシ樹脂接着剤のビード
（小塊）がプリントカートリッジ１０の本体とＴＡＢヘ
ッド組立体１４背面との間でインクシール（インク密封
部）を形成するように、プリントカートリッジ１０に形
成され、構成される。他の接着剤としては、ホットメル
ト、シリコーン、ＵＶ硬化接着剤、及び、これらの混合
物を使用しても差し支えない。更に、パターンに従って
形成される接着剤薄膜は、接着剤の小滴を分配する面と
反対側の面に配置しても差し支えない。
【００１８】図３に示すＴＡＢヘッド組立体１４が正し
く位置決めされ、接着剤が分配された後で、図５に示す
ヘッドランドパターン５０に押圧された場合には、基板
２８の２つの短い端部は、壁の開口部５５及び５６内に
おいて表面部分５７及び５８によって支持される。ヘッ
ドランドパターン５０は、基板２８が表面部分５７及び
５８によって支持されら場合に、テープ１８の背面が隆
起した壁５４の上面の上においてプリントカートリッジ
１０の上平面５９とほぼ同じ平面に位置するように構成
される。ＴＡＢヘッド組立体１４がヘッドランド５０上
に押圧されるにつれて、接着剤は下方に搾られる。接着
剤は、内側の隆起した壁５４の上面から、内側の隆起し
た壁５４と外側の隆起した壁６０の溝中にあふれ込み、
幾分かはスロット５２の方に向かってあふれ込む。接着
剤は、壁の開口部５５及び５６から、内側に向かってス
ロット５２方向に搾られ、また、外側の隆起した壁６０
の方向に外側に向かって搾られ、接着剤が必要以上に外
側に押し出されることが阻止される。外側に押し出され
た接着剤は、インクシール（イン密封材）として役立つ
ばかりでなく、トレースにインクが接触しないように伝
導性トレースをヘッドランド５０の周辺内に封入する。
【００１９】基板２８を封じ込めた接着剤によりこのイ
ンクシール（密封部）が形成されるので、インクは、ス
ロット５２から基板の側面の周辺を通って障壁層３０に
形成された蒸発チャンバには流入できるが、ＴＡＢヘッ
ド組立体１４の下から滲み出ることはない。このよう
に、この接着剤によるシールは、ＴＡＢヘッド組立体１
４をプリントカートリッジ１０に強く機械的に結合し、
流体によるシール（密封部）を提供し、トレースをカプ
セルに封じ込める。更に、接着剤によるシールは、先行
技術によるシールよりも硬化が容易であり、シール剤の
境界線を容易に観察できるので、プリントカートリッジ
本体とプリントヘッドとの間における漏洩を容易に検出
することができる。
【００２０】インクが中央マニホルド（連成体）を通っ
て最終的にインクチャネルの入口に流入することを可能
にするために基板内に長さ方向に細長い穴またはスロッ
トを設ける先行技術によるプリントヘッド構造よりも、
インクが基板の側面の周りを通ってインクチャネルに直
接流入するエッジフィード（縁から供給する）構造の方
が更に多くの利点を備える。１つの利点は、スロットを
基板内に形成する必要がないので、基板をより小さくで
きることである。基板内に細長い中央穴を設ける必要が
ないので基板の幅を狭くすることができるばかりでな
く、中央穴の無い基板構造であるためにひび割れまたは
破損する傾向が減少するので基板の長さを短縮すること
が可能である。このように基板を短縮することによっ
て、図５に示すヘッドランド５０を短縮し、ひいては、
プリントカートリッジのスノート（鼻部分）の短縮を可
能にする。このように短縮可能であることは、回転可能
なプラテンに対して用紙を押圧する目的でスノートの移
送経路の下側に用紙の幅全体に亙って１つ又は複数のピ
ンチローラを備え、更に、プラテンの周りにおける用紙
の接触を維持するために移送経路上に１つ又は複数のロ
ーラ（スターホイールとも称する）を備えたプリンタに
プリントカートリッジを取付ける場合に重要な意味を持
つ。プリントカートリッジのスノート（鼻部分）が短か
ければスターホイールをピンチローラに近接して設置す
ることが可能であり、プリントカートリッジスノートの
移送経路に沿った用紙とローラの接触を一層確実に保持
することができる。
【００２１】更に、基板を小さくすることによって、ウ
ェーハ１つ当たりに形成できる基板の個数を増加するこ
とが可能となり、ひいては、基板１つ当たりの材料コス
トを引き下げることができる。エッジフィード構造の他
の利点は、エッチングによって基板内にスロットを設け
る必要が無いので製造時間が節減され、取り扱いに際し
て基板が破損する傾向が減少することである。更に、基
板の背面を横断して基板の縁周りを流れるインクが基板
背面から熱を除去するように作用するので、基板はより
多くの熱を発散することができる。
【００２２】エッジフィード構造は多数の性能上の利点
も提供する。基板からマニホルド及びスロットが排除さ
れることによってインクの流れを拘束する要素が減少す
るので、インクは蒸発チャンバ内に更に急速に流入する
ことが可能になる。インクの流速が大きくなるとプリン
トヘッドの周波数レスポンスが改良され、オリフィスの
個数が一定であれば、印刷速度が向上する。更に、イン
クの流れが一層高速になれば、蒸発チャンバ内の加熱要
素への火入れに際して生ずるインク流量の変動に起因す
る近接蒸発チャンバ間でのクロストーク（相互干渉）が
軽減される。
【００２３】完成されたプリントカートリッジ１０の一
部を示す図６において、ＴＡＢヘッド組立体１４とプリ
ントカートリッジ１０の本体との間にシール（密封部）
を形成する下敷き接着剤の位置を平行線影によって示
す。図６において、接着剤は、通常、配列されたオリフ
ィス１７を囲む２本の破線の間に配置される。この場
合、外側破線６２は図５に示す外側隆起壁６０の境界よ
りも僅かに内側に位置し、内側破線６４は図５に示す内
側隆起壁５４の境界よりも僅かに内側に位置する。接着
剤は、壁開口部５５及び５６（図５）を通って搾り出さ
れ、基板上の電極に接続されるトレースをカプセルに入
れる（封入する）。
【００２４】図６の線Ｂ−Ｂに沿ったこのシールの横断
面を図９に示し、後で検討することとする。ＴＡＢヘッ
ド組立体１４を形成するために図２に示すテープ１８の
背面に添付されたシリコン基板２８の正面斜視図を図７
に示す。シリコン基板２８は、従来の写真平版技術を用
いてその上に形成された、図７に示すように平行配置さ
れた２つ列の薄膜抵抗器７０を有する。これらの薄膜抵
抗器は、障壁層３０に形成された蒸発チャンバ７２を通
って露出する。一実施例の場合の基板２８は、長さが約
２分の１インチであって３００個の加熱抵抗器７０を備
えているので、１インチ当たり６００ドットの解像度を
可能にする。
【００２５】図２に示すテープ１８の背面に形成された
伝導性トレース３６（破線で示す）に接続するために、
基板２８上には電極７４が形成される。電極７４に供給
される多重化された入来信号を非多重化し、その信号を
多数の薄膜抵抗器７０に配分するために基板２８上に形
成されるデマルチプレックサ７８を図７に破線の囲みで
示す。デマルチプレックサ７８を用いると、薄膜抵抗器
７０の使用個数よりも電極７４の使用個数をはるかに少
数にすることが可能である。使用電極個数が少なくなれ
ば、図４に示すように、基板への全ての接続部を基板の
短い末端部分で作成することが可能であり、従って、基
板の長い方の側面の周りを流れるインク流がこれらの接
続部によって妨害されることがない。デマルチプレック
サ７８は、電極７４に供給されるコード化された信号を
解読するための適当なデコーダであっても差し支えな
い。デマルチプレックサは、電極７４に接続された入力
リード線（簡明にするために図示せず）、及び、種々の
抵抗器７０に接続された出力リード線（図示せず）を備
える。
【００２６】同様に、従来の写真平版技術を用いて、基
板２８の表面上に障壁層３０が形成される。この障壁層
は、その中に蒸発チャンバ７２及びインクチャネル８０
が形成される光導電性（フォトレジスト）その他の重合
体であっても差し支えない。既に図４に関して検討した
ように、障壁層３０の部分４２は、下敷き基板２８から
伝導性トレース３６を絶縁する。
【００２７】図３に示すテープ１８の背面に障壁層３０
上面を接着剤によって添付するためには、例えばポリイ
ソプレン光導電性の未乾層のような薄い接着剤層８４を
障壁層３０の上面に塗布する。障壁層３０の上面を接着
剤で作ることができれば、別の接着剤層は必要ない。従
って、結果として得られる基板構造体は、テープ１８に
設けられたオリフィスと抵抗器７０とが一直線上にくる
ようにテープ１８の背面に対して位置決めされる。この
直線配置過程においては、必然的に、電極７４と伝導性
トレース３６の端部も一直線上に配置される。次に、ト
レース３６が電極７４に接着される。この直線配列及び
接着過程については、図１０を参照して後で更に詳しく
説明する。直線配置されて接着された基板／テープ構造
体は、接着剤層８４を硬化させるために圧力をかけた状
態で加熱され、テープ１８の背面に基板構造体を堅固に
添付する。
【００２８】図７の基板構造体が薄い接着剤層８４を介
してテープ１８の背面に固定された後における、１つの
単一蒸発チャンバ７２、薄膜抵抗器７０、及び、錐台形
オリフィス１７の拡大図を図８に示す。基板２８の側面
縁部分は縁部分８６として示す。作動中、インクは、矢
印８８によって示すように、図１のインクタンク１２か
ら基板２８の側面縁８６の周りを通ってインクチャネル
８０及びこれと関連した蒸発チャンバ７２に流入する。
薄膜抵抗器７０に電力を供給すると、抵抗器に近接して
いるインクの薄い層が過熱され、爆発的な蒸発を引き起
こし、その結果として、インクの小滴がオリフィス１７
を通って噴射される。次に、蒸発チャンバ７２は、毛管
作用によって補充される。ちなみに、或る好ましい実施
例において、障壁層３０の厚さは約１ミルであり、基板
２８の厚さは約２０ミルであり、テープｌ８の厚さは約
２ミルである。
【００２９】図９は図６の線Ｂ−Ｂに沿った立面断面図
であり、基板２８を囲む接着剤シール９０の一部、及
び、インクチャネル及び蒸発チャンバ９２及び９４を有
する障壁層３０の上面において薄い接着剤層８４によっ
て基板２８がテープ１８の中央部分に接着固定された状
態を示す。図５に示す隆起した壁５４を有するプリント
ヘッドカートリッジ１０のプラスチック製本体の一部も
示す。薄膜抵抗器９６及び９８はそれぞれ蒸発チャンバ
９２及び９４内に配置される。インク９９がインクタン
ク１２から流出し、プリントカートリッジ１０内に設け
られた中央スロット５２を通り、基板２８の周りを通っ
て蒸発チャンバ９２及び９４に流入する状態を図９に示
す。抵抗器９６及び９８に電力が供給されると、蒸発チ
ャンバ内のインクは、噴出されたインクの小滴１０１及
び１０２として放出される。
【００３０】他の実施例においては、インクタンクは、
２つの個別のインクソース（供給源）を備え、各インク
タンクは色の異なるインクを含む。この代替実施例にお
いては、図９に示す中央スロット５２は破線１０３によ
って示すように２分され、中央スロット５２のそれぞれ
の側は別々のインクソースに通ずる。従って、左側に直
線配置された蒸発チャンバは一方の色のインクを噴射
し、右側に直線配置された蒸発チャンバは他方の色のイ
ンクを噴射するように作成できる。この手法は、４色プ
リントヘッドの作成にも適用可能であり、別々のインク
タンクが基板の各側面に沿ったインクチャネルにそれぞ
れインクを供給するように作成可能である。従って、既
に検討した２つの縁から供給する構造の代りに、４つの
縁を利用する構造を使用できる。ただし、この場合に
は、対称性を持たせるために正方形の基板を用いること
が好ましい。
【００３１】図３に示すＴＡＢヘッド組立体ｌ４の好ま
しい実施例を作成するための１つの方法を図１０に示
す。先ず、材料としてはＫａｐｔｏｎTM又はＵｐｉｌｅ
ｘTMタイプの重合体テープ１０４テープを用いる。ただ
し、テープ１０４としては、これらの銘柄でなくても、
以下に説明する手順における使用に適したな重合体フィ
ルムであれば差し支えない。この種のフィルムとして
は、テフロン、ポリマイド、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリカーボネイト、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リエチレンテレフタレート、又は、これらの混合物であ
っても差し支えない。一般に、テープ１０４は、リール
１０５に巻いた長い帯状で（ストリップ）納入される。
テープ１０４を正確かつ確実に移送するためには、テー
プ１０４の側面に沿ったスプロケットホール１０６が用
いられる。その代わりに、スプロケットホール１０６無
しで、他のタイプの取り付け用具を用いてテープを移送
しても差し支えない。
【００３２】好ましい本実施例の場合においては、従来
の金属析出および写真平版過程を用いて、例えば図３に
示すように、伝導性の銅トレース３６をその上に既に備
えた状態のテープ１０４が用いられる。伝導性トレース
の所定のパターン（模様）は、テープ１０４上に続いて
配置されるシリコン製ダイス上に形成される電極に電気
信号を配分するために望ましい方法に依存する。好まし
い本過程においては、テープ１０４は、レーザ加工チャ
ンバに送られ、例えばＦ２、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、Ｋｒ
Ｆ、または、ＸｅＣｌタイプのＥｘｃｉｍｅｒレーザ１
１２が発生するレーザ放射線１１０を用いて、１つ又は
複数のマスク１０８によって形成されるパターン（模
様）にレーザ除去される。マスクされたレーザ放射線は
矢印１１４によって示す。
【００３３】或る好ましい実施例においては、この種マ
スク１０８は、テープ１０４の広い部分に亙って、除去
された全ての形状を作図する。即ち、例えばオリフィス
パターンマスク１０８の場合には複数のオリフィスが１
つのマスクに含まれ、また、蒸発チャンバパターンマス
ク１０８の場合には複数の蒸発チャンバが１つのマスク
に含まれる。その代りに、例えばオリフィスパターン、
蒸発チャンバパターン、または、他のパターンなどのよ
うなパターン（模様）を、レーザ光線よりもかなり大き
い共通マスク基板上に並列配置しても差し支えない。こ
の場合には、この種パターンを、レーザ光線内に順次移
動する。この種のマスクに使用されるマスク用材料は、
例えば多層誘電体またはアルミニウムのような金属で構
成され、レーザ波長において高度の反射性を有する材料
であることが好ましい。
【００３４】１つ又は複数個のマスク１０８によって形
成されるオリフィスのパターンは、一般に、図２に示す
ようなものである。図８に示すような段付きオリフィス
の勾配を形成するためには、複数個のマスク１０８を使
用しても差し支えない。一実施例においては、図２及び
３に示すウィンドウ（窓部分）２２及び２４のパターン
（模様）は、１つの個別マスク１０８によって形成され
るが、好ましい本実施例においては、テープ１０４を図
１０に示す加工過程にかける前に、従来の写真平版技法
を用いて、ウィンドウ２２及び２４が形成される。ノズ
ル部材も蒸発チャンバを有するようなノズル部材の代替
実施例においては、オリフィスを形成するためには１つ
又は複数個のマスク１０８が使用され、テープ１０４の
厚さ方向に形成される蒸発チャンバ、インクチャネル、
及び、マニホルドを形成するためには、前記とは異なっ
たマスク１０８及びレーザエネルギーレベル（及び／又
はレーザショット数）が使用される。
【００３５】この加工過程用のレーザシステムは、一般
に、光線送発射光学装置、直線配列光学装置、高精度お
よび高速のマスク往復移動システム、及び、テープ１０
４の取り扱い及び位置決めに用いられる機構部を有する
処理チャンバを備える。好ましい実施例におけるレーザ
システムは投射マスク構造を用いる。即ち、マスク１０
８とテープ１０４の間に配置された高精度レンズ１１５
は、Ｅｘｃｉｍｅｒレーザ光により、マスク１０８が決
定するパターン（模様）のイメージ（像）をテープ１０
４上に投射する。
【００３６】レンズ１１５から出るマスクされたレーザ
放射を矢印１１６で示す。この種の構造の投射マスクを
使用すると、マスクがノズル部材から物理的に遠く離れ
て配置されるので、オリフィス寸法の精度を高くできる
という利点が得られる。除去加工過程においては当然形
成され放出される煤は、除去加工されているノズル部材
からの約１センチメートルの距離を移動する。マスクが
ノズル部材に接触しているか、或いは、近接している場
合においては、煤がマスク上に溜積し、除去される図形
を変形させて寸法精度を低下させる傾向を生ずる。好ま
しい実施例においては、除去加工されるノズル部材から
２センチメートル以上離れて投射レンズが配置されるの
で、ノズル部材またはマスク上に煤が溜まることを回避
できる。
【００３７】除去加工は、先細状の壁を有する形状を作
成する技法として周知であり、レーザが入射する表面に
おけるオリフィスの直径がレーザが出て行く表面におけ
るオリフィスの直径よりも大きくなるような先細の形状
が形成される。エネルギー密度が１平方センチメートル
当たり約２ジュール未満である場合には、先細り傾斜角
度は、ノズル部材に入射する光エネルギー密度の変化に
応じて著しく変化する。エネルギー密度が制御されない
場合には、作成されるオリフィスの先細り傾斜角度は大
幅に変化し、その結果として、出口におけるオリフィス
の直径が大幅に変動するはずである。出口におけるオリ
フィスの直径が一定でなければ、噴射されるインクの小
滴の体積及び速度が有害に変化し、印刷の品質を低下さ
せる。好ましい実施例においては、除去加工に使用され
ているレーザ光線の光エネルギーは精密に監視され、先
細り傾斜角度が一定になり、ひいては、出口直径が再生
可能であるように制御される。出口直径が一定であれ
ば、印刷の品質が向上するという利点のほかに、傾斜が
あることがオリフィスの機能に有利に作用する。
【００３８】理由は、先細り傾斜の作用によって吐き出
し速度が増大し、インクが一層集束して放出され、その
他の有利な作用が発揮されることによる。先細り傾斜角
度は、オリフィスの軸に対して５ないし１５度の範囲で
あれば差し支えない。ここに開示する好ましい実施例と
しての加工過程を用いると、ノズル部材に対してレーザ
光線を揺り動かす必要なしに迅速かつ精密な製造を可能
にする。レーザ光線をノズル部材の光線出口表面でなく
て光線入口表面に入射しても、精密な出口直径が形成さ
れる。
【００３９】レーザ除去過程の後で、重合体テープ１０
４を段階的に移動させ、除去過程を繰り返す。これをス
テップアンドリピートと称する。テープ１０４上に１つ
の単一パターンを形成するために必要な全処理時間は２
ないし３秒の程度で充分である。既に述べたように、ノ
ズル部材当たりの処理時間を短縮するために、１つのマ
スクパターンに、除去されるべき形状を多数まとめて含
ませても差し支えない。
【００４０】オリフィス、蒸発チャンバ、及び、インク
チャネルを精密に形成するには、レーザ除去加工過程
は、他の形のレーザによる穴あけ技法よりも明白な利点
を持つ。レーザ除去加工においては、強力な紫外線の短
いパルスが表面から約１マイクロメータ以下の厚さの薄
い層に吸収される。好ましいパルスエネルギーは、１平
方センチメートル当たり約１００ミリジュール以上であ
り、パルスの継続時間は約１マイクロ秒未満である。こ
のような条件の下においては、強力な紫外光線は、化学
的接着剤を材料内に光解離する。更に、吸収された紫外
線エネルギーは非常に小さな体積の材料に集中され、解
離された破片を急速に加熱し、加熱されたこれらの破片
が材料の表面から噴射される。これらの過程は極めて迅
速に行われるので、熱が周囲の材料に伝播する時間的余
裕がない。その結果、周囲の領域は熔融または損傷され
ず、そして、除去された形状の周囲は、約１マイクロメ
ータの寸法精度で入射光線の形を複写することができ
る。更に、レーザ除去を用いると、除去される領域全体
に亙って光エネルギー密度が一定であるという条件が満
足されれば、層内で凹部を形成する底平面を有するチャ
ンバを形成することもできる。この種チャンバの深さ
は、レーザショット数、及び、各ショットの出力（パワ
ー）密度によって決定される。
【００４１】レーザ除去加工は、インクジェットプリン
トヘッド用ノズル部材の形成に関して、従来の平版電気
成型加工と比較して多数の利点を有する。例えば、レー
ザ除去加工は、一般に、従来の平版電気成形加工よりも
コスト安であり、より簡単である。更に、レーザ除去加
工過程を用いると、寸法がかなり大きく（即ち、表面積
の大きい）、従来の電気成形加工では実現不可能なノズ
ルの幾何学性を備えた重合体ノズル部材を作成すること
ができる。特に、露光強度を制御するか、或は、各露光
ごとにレーザ光線の方向を変えて複数回露光することに
より独特の形状のノズルを作成することができる。様々
なノズルの形状の実例については、「重合体材料を貫通
して伸延する少なくとも１つの段付き開口部および段付
き開口部を有するノズルプレートを光除去する加工方
法」と題し、本譲受人に譲渡され、本明細書に参照文書
として記載されている本特許の係属出願第０７／６５８
７２６号に開示されている。更に、電気成形加工過程に
おいて必要とされる程度に厳密なプロセス制御を実施す
ることなしに、ノズルの精密な幾何学性を達成すること
ができる。
【００４２】重合体材料をレーザ除去することによって
ノズル部材を形成する場合の更に別の利点は、様々なノ
ズル直径（Ｄ）対ノズル長（Ｌ）比率を持つオリフィス
又はノズルが容易に作成できることである。ちなみに、
好ましい本実施例におけるＬ／Ｄ比は１よりも大きい。
ノズルの直径に対してノズルの長さ増加することによっ
て得られる利点は、蒸発チャンバ内におけるオリフィス
と抵抗器の位置決めの厳密性が緩和されることである。
【００４３】使用に際して、レーザ除去加工して作成し
たインクジェットプリンタ用重合体ノズル部材は、従来
の電気成形されたオリフィスプレートよりも優れた特性
を有する。例えば、レーザ除去加工した重合体ノズル部
材は、水をベースとする印刷用インキによる腐食に対し
て高度の抵抗力を有し、一般に、疎水性である。更に、
レーザ除去加工した重合体ノズル部材は弾力係数が比較
的低いので、ノズル部材と下敷き基板または障壁層との
間の組み込み応力によるノズル部材と障壁層との剥離傾
向が小さくなる。更に、レーザ除去加工した重合体ノズ
ル部材は、重合体基板への固定、或いは、重合体基板に
よる作成が容易である。
【００４４】好ましい本実施例においてはＥｘｃｉｍｅ
ｒレーザが用いられるが、除去加工を達成するために、
光の波長およびエネルギー密度が実質的に同じであるよ
うな他の紫外線光源を用いても差し支えない。除去しよ
うとするテープによく吸収させるためには、この種の紫
外線光源の波長は１５０ｎｍから４００ｎｍまでの範囲
であることが好ましい。更に、周囲の残りの材料を本質
的に加熱することなしに、除去された材料を迅速に排出
するためには、パルス長が約１マイクロ秒未満である場
合、１平方センチメートル当たりのエネルギー密度は約
１００ミリジュール以上でなくてはならない。
【００４５】当該技術分野における通常の熟達者であれ
ば理解できるように、テープ１０４上にパターン（模
様）を形成するためには、多数の他の加工方法が利用で
きる。この種の加工方法としては、化学的エッチング、
スタンピング、反応イオンエッチング、イオンビームミ
ーリング、及び、光成形したパターンを用いた成型また
は鋳造などが挙げられる。本加工法における次の過程は
清浄過程であり、テープ１０４のレーザ除去された部分
を清浄ステーション１１７の下に配置することである。
清浄ステーション１１７において、レーザ除去によって
生じた破片は、通常の工業的方法によって除去される。
【００４６】次に、テープ１０４はその次のステーショ
ンに移動される。このステーションは、例えばＳｈｉｎ
ｋａｗａ社によって市販されている内部リード接着装置
モデル番号ＩＬ−２０のような通常の自動ＴＡＢボンダ
ー（接着装置）に組み込まれた、光学的直線配列ステー
ション１１８である。ボンダー（接着装置）は、オリフ
ィスを作成するために用いられる方法及び／又は過程と
同じ方法及び／又は過程によって作成されたノズル部材
上の直線配列（標的）パターン、及び、抵抗器を作成す
るために用いられる方法及び／又は過程と同じ方法及び
／又は過程によって作成された基板上の標的パターンを
用いて事前プログラムされる。好ましい本実施例におい
てはノズル部材は半透明であるので、基板上の標的パタ
ーンはノズル部材を通して見ることができる。次に、ボ
ンダーは、２つの標的パターンが一直線上にくるように
ノズル部材に対してシリコンダイス１２０を自動的に位
置決めする。Ｓｈｉｎｋａｗａ ＴＡＢボンダーは、こ
の種の直線配列機能を有する。基板上の標的パターンと
ノズル部材上の標的パターンを自動的に直線配列する機
能は、抵抗器とオリフィスを正確に一直線上に位置決め
するばかりでなく、必然的に、ダイス１２０上の電極
と、テープ１０４に形成された伝導性トレースの端部と
を一直線上に位置決めする。その理由は、トレースとオ
リフィスはテープ１０４において直線配置され、基板電
極と加熱抵抗器は基板上で直線配置されるからである。
従って、２つの標的パターンが直線配置されると、テー
プ１０４上及びシリコンダイス１２０上の全てのパター
ンは相互に直線配置されることになる。
【００４７】このように、市販されている装置のみを用
いて、テープ１０４に対するシリコンダイス１２０の自
動的な直線配列が達成される。伝導性トレースとノズル
部材を一体化することにより、この種の直線配列機能が
可能になる。このような一体化を実施すると、プリント
ヘッドの組立てコストが節減されるばかりでなく、プリ
ントヘッドの材料コストも節減される。
【００４８】次に、自動ＴＡＢボンダーは、テープ１０
４に設けられたウィンドウ（窓部分）を通って伝導性ト
レースの端部を関連基板電極上に押し下げるために、連
動接着法（ギャングボンディング）を用いる。次に、ボ
ンダーは、トレースの端部を関連電極に溶接するため
に、例えば熱圧縮接着法を用いて、熱を供給する。結果
として得られる構造の一実施例の側面図を図４に示す。
例えば超音波接着、伝導性エポキシ樹脂、はんだペース
ト、または、他の周知の手段のような前記以外のタイプ
の接着方法を用いても差し支えない。次に、テープ１０
４は、加熱および圧力ステーション１２２に移動され
る。図７に関して既に検討したシリコン基板上に形成さ
れた障壁層３０の上面には接着剤の層８４が配置されて
いる。前記の接着過程の後で、シリコンダイス１２０は
テープ１０４に圧しつけられ、接着剤層８４を硬化させ
てダイス１２０をテープ１０４に物理的に接着するため
に、熱がくわえられる。
【００４９】その後で、テープ１０４は移動し、任意
に、巻取りリール１２４に巻取られる。その後で、個々
のＴＡＢヘッド組立体を相互に分離するために、テープ
１０４を切断しても差し支えない。次に、結果として得
られるＴＡＢヘッド組立体は、プリントカートリッジ１
０上に配置され、既に説明した図９の接着剤シール９０
が形成され、ノズル部材をプリントカートリッジに堅固
に固定し、ノズル部材とインクタンクの間において基板
の周りに耐インクシール（インク漏れ防止密封部）を設
け、インクからトレースを隔離するためにヘッドランド
に近接した場所でトレースをカプセルに封入する。
【００５０】次に、通常の熔融貫通タイプの接着加工法
によって柔軟なＴＡＢヘッド組立体上の周囲の点をプラ
スチック製プリントカートリッジ１０に固定し、図１に
示すように重合体テープ１８をプリントカートリッジ１
０の表面とほぼ同一平面に保つ。以上、本発明の原理、
好ましい実施例、及び、作動方法について説明した。た
だし、本発明は特定の実施例に制限されるものではな
い。例えば、前記の発明は、熱タイプのインクジェット
プリンタと同様に熱タイプ以外のインクジェットプリン
タと一緒に使用できる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、インクジェットプリントヘッドにおけるイン
クタンクと蒸発空洞との間におけるインク流通路を改善
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よるインクジェットプリン
トカートリッジの斜視図である。
【図２】ＴＡＢプリントヘッド組立体の正面表面の斜視
図である。
【図３】ＴＡＢヘッド組立体の裏面表面の斜視図であ
る。
【図４】図３の線Ａ−Ａにおける断面の側立面図であ
る。
【図５】図１のインクジェットプリントカートリッジの
部分斜視図である。
【図６】図１のインクジェットプリントカートリッジの
部分斜視図である。
【図７】基板構造の遠近法による平面図である。
【図８】ＴＡＢヘッド組立体の一部分の、遠近法による
部分破断平面図である。
【図９】図６の線Ｂ−Ｂにおける概略断面図である。
【図１０】望ましいＴＡＢヘッド組立体を形成するプロ
セスの１つを示す図である。
【符号の説明】
１２：インクタンク １６：ノズル部材 １７：オリフィス １８：テープ ２０：接触パッド ２２、２４：ウィンドウ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウインスロップ・デー・チルダーズ アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・デ ィエゴ・オカルト・コート 17015 (72)発明者 ポール・エイチ・マククレランド 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 (72)発明者 ケニース・イー・ツルーバ アメリカ合衆国オレゴン州コバリス・エ ヌ・ダブリュー・フェア・オウクス・プレ イス 5755

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のインクオリフィスを有するノズル部
    材と、 第１の外側端を有する基板上に前記オリフィスの関連す
    る１つに近接して配置された加熱手段と、 前記各オリフィスとインクタンクとを連通し、インクが
    前記基板の前記第１外側端の周辺に流れ前記オリフィス
    に近接して流れるのを可能にする流体チャネルと、 を備えて成るインクジェットプリントヘッド。
JP09859093A 1992-04-02 1993-04-01 インクジェットプリントヘッド Expired - Lifetime JP3386177B2 (ja)

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