JPH07164634A - プリンタにおける熱応力軽減方法とそのための制限素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノズル部材と該部材とを取り付けるプリント・
カートリッジ本体との熱膨張率の差を小さくし、プリン
ト・ヘッドの劣化を軽減する。 【構成】プリント・ヘッド本体１０に金属片等の熱膨張
率制限素子１３０を取り付ける。テープ１８を含むノズ
ル部材との熱膨張率の差が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、インク・ジェ
ット・タイプ及びその他のタイプのプリンタに関するも
のであり、とりわけ、ノズル部材とプリント・カートリ
ッジ本体の間に、熱による膨張や収縮によって誘発され
る応力を減少させることに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱式インク・ジェット・プリント・カー
トリッジは、小体積のインクを急速に加熱することによ
って、インクを蒸発させ、複数のオリフィスの１つから
噴射して、紙のような記録媒体にインク・ドットを印刷
する働きをする。一般に、オリフィスは、ノズル部材に
１つ以上の線形アレイをなすように構成される。プリン
ト・ヘッドが用紙に対して移動する際に、適正なシーケ
ンスで各オリフィスからインクを噴射することによっ
て、用紙に文字または他のイメージが印刷される。用紙
は、プリント・ヘッドが用紙を横断する毎に、シフトす
るのが普通である。熱式インク・ジェット・プリンタ
は、用紙に衝突するものがインクだけであるため、高速
で、かつ、静粛である。これらのプリンタは、高品質の
印刷が可能であり、コンパクトで、かつ、手ごろな値段
になるようにすることができる。

【０００３】先行技術による設計の１つでは、インク・
ジェット・プリント・ヘッドには、一般に、（１）イン
ク・リザーバからオリフィスに隣接した各蒸発室にイン
クを供給するインク・チャネルと、（２）オリフィスが
必要なパターンをなすように形成された金属オリフィス
板またはノズル部材と、（３）蒸発室毎に１つの、一連
の薄膜抵抗器を備えるシリコン基板が含まれている。

【０００４】単一のインク・ドットを印刷するため、外
部電源から選択された薄膜抵抗器に電流が流される。こ
れによって抵抗器が加熱され、さらに、蒸発室内におい
て隣接するインクの薄層が過熱され、爆発性の蒸発が生
じ、この結果、関連するオリフィスを介して、インク小
滴が用紙に噴射される。

【０００５】先行技術によるプリント・カートリッジの
１つが、１９８５年２月１９日に発行されたＢｕｃｋ他
に対する、「Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ｉｎｋｊｅｔ Ｈ
ｅａｄ」と題する米国特許第４，５００，８９５号に開
示されている。

【０００６】Ｊｏｈｎｓｏｎに対する「Ｔｈｅｒｍａｌ
Ｉｎｋ Ｊｅｔ Ｃｏｍｍｏｎ−Ｓｌｏｔｔｅｄ Ｉ
ｎｋ Ｆｅｅｄ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」と題する米国特
許第４，６８３，４８１号に開示の、先行技術によるイ
ンク・ジェット・プリント・ヘッドの１つのタイプにお
いては、インクは、基板に形成された細長い孔を介し
て、インク・リザーバから個々の蒸発室に供給される。
インクは、基板とノズル部材の間のバリヤ層に形成され
たマニホールド領域まで流れ、さらに、複数のインク・
チャネルに入り、最後に、個々の蒸発室に流入する。先
行技術による設計は、インクが、中心位置から蒸発室ま
で送られ、さらに、外側に分配されて、蒸発室に送り込
まれる、中心送り設計として分類することができる。イ
ンク・リザーバに対して基板の裏面を密封し、インク
が、中心スロットには流入するが、基板の側部まわりに
は流れないようにするため、基板自体とインク・リザー
バの間に、基板の孔の周辺境界をなす、シールが形成さ
れる。一般に、このインク・シールは、インク・リザー
バ本体の流体チャネルまわりに接着剤のビードを付け、
接着剤のビード上に基板を配置し、接着剤のビードが、
基板に形成された孔の周辺境界を形成するようにして、
実現される。次に、熱風によって、基板、接着剤、及
び、インク・リザーバ本体が加熱され、この結果、接着
剤が硬化するように制御した熱風吹き付けによって、接
着剤の硬化が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、接着
される基板とオリフィスの形成されたノズル部材間の熱
膨張率の差が大きく、温度変化によるプリント・ヘッド
等の劣化があった。本発明はこれら基板とノズル部材間
の熱膨張率の差を小さくして、プリント・ヘッドの信頼
性を向上させるものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ノズル部材及びプリント
・カートリッジ本体に関する新規の構造が、熱膨張／収
縮によってノズル部材とプリント・カートリッジ本体の
間に誘発される応力を減少させるための手段とともに開
示される。

【０００９】望ましい実施例に場合、オリフィス・アレ
イを含むポリマ・ノズル部材は、ノズル部材の裏面に取
り付けられ、加熱素子が形成された、基板を備えてい
る。ノズル部材の各オリフィスは、基板に形成された単
一の加熱素子と関連している。ノズル部材の裏面は、基
板の外側エッジを超えて延びている。ノズル部材と基板
の間のバリヤ層に形成された流体チャネルによって、イ
ンク・リザーバ（プリント・カートリッジ本体内の）か
らオリフィスに、インクが供給される。バリヤ層の流体
チャネルは、基板の２つ以上ある外側エッジのまわりを
流れるインクを受け取るか、あるいは、別の実施例で
は、基板中央の孔を通って流れるインクを受け取ること
ができる。いずれの実施例の場合にも、基板まわりの境
界を形成する、ノズル部材の裏面と本体の間のインク・
シールを形成することによって、ノズル部材には、プリ
ント・カートリッジ本体に対して接着による密封が施さ
れることになる。

【００１０】実施例の１つでは、接着シールの加熱・硬
化時、または、保管時に、加熱され、冷却された後、プ
リント・カートリッジ本体が重要方向において収縮する
ために、ノズル部材が歪み、バリヤ層から剥離するのを
防ぐため、本体のプリント・ヘッド部分内に、金属挿入
物を固定することによって、プリント・ヘッドの近くで
の、重要方向における本体の膨張率に制限が加えられ
る。重要方向における本体の熱膨張率は、約６０ＰＰＭ
／Ｃ（百万分の１／゜Ｃ）未満が望ましい。もう１つの
実施例の場合、プリント・ヘッドの近くにおいて、本体
に金属ボルトを挿入して、張力を加えることによって、
プリント・ヘッドの近くでの、重要方向における本体の
膨張率が６０ＰＰＭ／Ｃ未満に制限される。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、参照番号１０は、本発明
による実施例の１つによるプリント・ヘッドを組み込ん
だインク・ジェット・プリント・カートリッジ全体を表
示している。インク・ジェット・プリント・カートリッ
ジ１０には、インク・リザーバ１２、及び、テープ自動
化ボンディング（ＴＡＢ）を利用して形成されたプリン
ト・ヘッド１４が含まれている。プリント・ヘッド１４
（今後は、「ＴＡＢヘッド・アセンブリ」と称する）に
は、例えば、レーザ・アブレーションによってフレキシ
ブル・ポリマ・テープ１８に形成された、オフセットし
た孔またはオリフィス１７による２つの平行な列を具備
するノズル部材１６が設けられている。テープ１８は、
Ｋａｐｔｏｎの名で、市場で購入することができ、３Ｍ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。Ｕｐｉ
ｌｅｘまたはその同等物から他の適合するテープを形成
することも可能である。

【００１２】テープ１８の裏面には、従来のフォトリソ
グラフィによるエッチング及びメッキ・プロセスの両方
または一方を利用して、導電性のトレース３６（図３に
示す）が形成されている。これらの導電性トレースは、
プリンタと相互接続するように設計された大形の接触パ
ッドで終端される。プリント・カートリッジ１０をプリ
ンタに取り付けると、テープ１８の表面において、接触
パッド２０が、プリンタの電極と接触し、外部で発生し
た付勢信号がプリント・ヘッドに供給されるように設計
されている。

【００１３】図示のさまざまな実施例において、トレー
スは、テープ１８の裏面（記録媒体に面する表面の反対
側）に形成される。テープ１８の表面からこれらにアク
セスするには、トレースの端部を露出させるため、テー
プ１８の表面に孔（ヴァイア）を形成しなければならな
い。次に、例えば、露出したトレースの端部に金メッキ
を施して、テープ１８の表面に示す接触パッド２０が形
成される。

【００１４】ウィンドウ２２及び２４が、テープ１８に
延びており、加熱抵抗器を含むシリコン基板の電極に対
する導電性トレースの他の端部のボンディングを容易に
するために利用される。ウィンドウ２２及び２４にカプ
セル材料を充填して、トレース及び基板の下に位置する
部分が保護される。

【００１５】図１のプリント・カートリッジの場合、テ
ープ１８が、カートリッジの「鼻状部分」の後方エッジ
で折り曲げられ、該鼻状部分の背壁２５の長さのほぼ半
分にわたって延びている。このテープ１８のフラップ部
分は、遠い方の端部のウィンドウ２２を介して基板の電
極に接続される導電性トレースの経路指定に必要とされ
る。

【００１６】図２には、プリント・カートリッジ１０か
ら除去された、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４のウイン
ドウ２２及び２４にカプセル材料が充填される前の、図
１のＴＡＢヘッド・アセンブリ１４の正面図が示されて
いる。

【００１７】ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４の背面に
は、個々に付勢される複数の薄膜抵抗器を含むシリコン
基板２８（図３に示す）が固定されている。各抵抗器
は、単一オリフィス１７のほぼ後方に配置され、１つ以
上の接触パッド２０に、順次または同時に加えられる１
つ以上のパルスによって選択的に付勢されると、オーム
加熱器の働きをする。

【００１８】オリフィス１７及び導電性トレースは、任
意のサイズ、数、及び、パターンとすることが可能であ
り、個々の図は、本発明の特徴を単純かつ明瞭に示すよ
うに描かれている。個々の特徴の相対寸法は、分かりや
すくするため大幅な調整が加えられている。

【００１９】図２に示すテープ１８のオリフィス・パタ
ーンは、本明細書を読めば、当業者であれば容易に理解
できるように、ステップ・アンド・リピート・プロセス
におけるマスキング・プロセスとレーザまたは他のエッ
チング手段との組み合わせによって、形成することが可
能である。

【００２０】後に図１０によって、このプロセスがさら
に詳細に示される。

【００２１】図３には、テープ１８の裏面に取り付けら
れたシリコン・ダイまたは基板２８、さらには、インク
・チャネル及び蒸発室を含む基板２８に形成されたバリ
ヤ層３０のエッジの１つを示す、図２のＴＡＢヘッド・
アセンブリ１４の背面が示されている。図７には、この
バリヤ層３０がさらに詳細に示されており、後で論じる
ことにする。バリヤ層３０のエッジに沿って、インク・
リザーバ１２（図１）からインクを受け取るインク・チ
ャネル３２の入り口が示されている。

【００２２】図３には、テープ１８の裏面に形成された
導電性のトレース３６も示されており、この場合、トレ
ース３６は、テープ１８の反対側の接触パッド２０（図
２）に終端がくる。

【００２３】ウィンドウ２２及び２４によって、テープ
１８のもう一方の面からトレース３６及び基板の電極へ
のアクセスができるので、ボンディングが容易になる。

【００２４】図４には、基板２８に形成された電極４０
に対する導電性トレース３６の端部の接続を示す、図３
のラインＡ−Ａに沿って描かれた側面断面図が示されて
いる。図４に示すように、バリヤ層３０の一部４２を利
用して、導電性トレース３６の端部が基板２８から絶縁
される。

【００２５】図４には、テープ１８、バリヤ層３０、ウ
インドウ２２及び２４、及び、個々のインク・チャネル
３２の入り口の側面図も示されている。インク小滴４６
は、図示のように、インク・チャネル３２のそれぞれに
関連したオリフィスから噴射される。

【００２６】図５には、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４
とプリント・ヘッド本体の間にシールを形成する際に用
いられる、ヘッド・ランド・パターン５０を明らかにす
るため、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４を除去した、図
１のプリント・カートリッジ１０が示されている。ヘッ
ド・ランドの特性は、分かりやすくするため誇張されて
いる。図５には、インク・リザーバ１２からのインク
が、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４の背面まで流れるこ
とができるようにするための、プリント・カートリッジ
１０の中央スロット５２も示されている。

【００２７】プリント・カートリッジ１０に形成された
ヘッド・ランド・パターン５０は、内側の隆起壁５４に
付けられて、壁面開口部５５及び５６を横切るエポキシ
接着剤のビード（ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４が所定
の位置につくと、基板まわりの境界を形成する）は、Ｔ
ＡＢヘッド・アセンブリ１４がヘッドランド・パターン
５０に押し込まれて、所定位置につくと、プリント・カ
ートリッジ１０の本体とＴＡＢヘッド・アセンブリ１４
の背面の間にインク・シールを形成する。利用可能な他
の接着剤には、高温で融解する、シリコン、紫外線硬化
接着剤、及び、その混合物が考えられる。さらに、接着
剤のビードを付けるのとは対照的に、パターン化接着フ
ィルムをヘッド・ランドに取り付けることも可能であ
る。

【００２８】図３のＴＡＢヘッド・アセンブリ１４が、
接着剤を付けた後、図５のヘッドランド・パターン５０
に対して適正に位置決めされ、押しつけられると、基板
２８の２つの短い端部が、壁面開口部５５及び５６内の
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の構造によれば、基板２８が表面部分
５７及び５８によって支持されると、テープ１８の裏面
が、隆起壁面５４の最高部よりわずかに上に位置し、プ
リント・カートリッジ１０のフラットな上部表面とほぼ
同じ高さになる。ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４が、ヘ
ッドランド５０に押しつけられると、接着剤が圧搾され
る。内部隆起壁面５４の上部から、接着剤があふれ出し
て、内部隆起壁面と外部隆起壁面６０の間の溝に入り込
み、多少は、あふれ出して、スロット５２に向かう。接
着剤は、壁面開口部５５及び５６から、スロットの方向
に内側に圧搾され、また、外部隆起壁面６０に向かって
外側に圧搾され、この壁面によって、接着剤のそれ以上
の外側への変位が阻止される。接着剤の外側への変位
は、インク・シールの働きをするだけでなく、ヘッドラ
ンド５０の近くの導電性トレースを下からカプセル封じ
する。

【００２９】次に、熱硬化タイプの接着剤を利用するも
のと仮定して、接着剤を熱で硬化させる。

【００３０】基板２８まわりの境界を形成する接着剤で
形成されるこのシールによって、インクが、スロット５
２から、基板の側部をまわって、バリヤ層３０に形成さ
れた蒸発室まで流れることは可能になるが、ＴＡＢヘッ
ド・アセンブリ１４の下からしみ出すことは阻止され
る。従って、この接着剤のシールによって、ＴＡＢヘッ
ド・アセンブリ１４とプリント・カートリッジ１０の強
力な機械的結合が生じ、流体シールが形成され、トレー
スのカプセル封じが施される。接着剤シールは、また、
先行技術によるシールよりも硬化が容易であり、シーラ
ント・ラインを簡単に観測できるので、プリント・カー
トリッジ本体とプリント・ヘッドの間における漏れの検
出がはるかに容易である。

【００３１】インクが基板の側部をまわって、インク・
チャネルに直接流入するエッジ送りの特徴には、基板に
細長い孔または縦方向に延びるスロットを形成して、イ
ンクが中央のマニホールドに流入し、最終的に、インク
・チャネルの入り口に達することができるようにする、
先行技術のプリント・ヘッド設計に対していくつかの利
点がある。利点の１つは、基板にスロットを必要としな
いので、基板をさらに小型化することができるというこ
とである。基板における細長い中央の孔がなくなるた
め、基板をより狭くすることができるだけでなく、中央
の孔がなければ、基板構造は、亀裂または破損を被りに
くくなるので、基板の長さを短縮することも可能にな
る。この基板の短縮によって、図５のヘッドランド５０
の短縮、従って、プリント・カートリッジの鼻状部分の
短縮が可能になる。このことは、用紙を横切る鼻状部分
の移送経路の下に、１つ以上のピンチ・ローラを利用し
て、回転可能なプラテンに用紙を押しつけ、また、移送
経路の上に１つ以上のローラ（スター・ホイールとも呼
ばれる）を利用して、プラテンまわりにおける用紙の接
触を維持するプリンタに、プリント・カートリッジが取
り付けられる場合には、重要になる。プリント・カート
リッジの鼻状部分が短くなると、スター・ホイールをピ
ンチ・ローラにより近づけて配置することが可能になる
ので、プリント・カートリッジの鼻状部分の移送経路に
沿った用紙／ローラのより良好な接触が確保される。

【００３２】さらに、基板の小型化によって、ウェーハ
毎に形成される基板の数を増すことが可能になり、従っ
て、基板当たりの材料費が低下する。

【００３３】エッジ送りの特徴に関する他の利点は、基
板にスロットのエッチングを行う必要がないので、製造
時間が節約され、取扱い時に、基板の破損を被りにくく
なるということである。さらに、基板の裏面を横切り、
基板のエッジまわりに流れるインクが、基板の裏面から
熱を取り去る働きをするので、基板は、より多量の熱を
放散することが可能になる。

【００３４】エッジ送り設計には、いくつかの性能面の
利点もある。基板のスロットだけでなくマニホールドも
除去されるので、インクの流れに対する制限が減るた
め、インクは、より迅速に、蒸発室に流入することが可
能になる。こうしてインクの流れがより迅速になると、
プリント・ヘッドの周波数応答が向上し、所定の数のオ
リフィスからの印刷速度を増すことが可能になる。さら
に、インクの流れがより迅速になることによって、蒸発
室の加熱素子の作動時に、インクの流れが変化すること
によって生じる、近接する蒸発室間のクロストークが減
少する。

【００３５】図６には、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４
とプリント・カートリッジ１０の本体との間にシールを
形成する、下方に位置する接着剤の位置をクロス・ハッ
チングで明らかにした、完成したプリント・カートリッ
ジ１０の一部が示されている。図６において、接着剤
は、オリフィス１７のアレイを取り巻く、ほぼダッシュ
・ラインの間に配置されている。ここで、外側のダッシ
ュ・ライン６２は、わずかに、図５の外部隆起壁面６０
の境界内に位置し、内部ダッシュ・ライン６４は、わず
かに、図５の内部隆起壁面５４の境界内に位置してい
る。接着剤は、やはり、図示のように、壁面開口部５５
及び５６（図５）から押し出され、基板の電極に至るト
レースをカプセル封じする。

【００３６】図６のラインＢ−Ｂに沿って描かれたこの
シールの断面は、後述することになる、図９にも示され
ている。

【００３７】図７は、図２のテープ１８の裏面に固定さ
れて、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４を形成する、シリ
コン基板２８の正面透視図である。

【００３８】シリコン基板２８には、従来のフォトリソ
グラフィ技法を利用して、図７に示す、バリヤ層３０に
形成された蒸発室７２を介して露出した、２列のオフセ
ットした薄膜抵抗器７０が形成される。

【００３９】実施例の１つでは、基板２８は、長さがほ
ぼ１／２インチ（12.7mm)であり、３００の加熱抵抗器
７０を含んでいるので、６００ドット／インチの解像度
が可能になる。抵抗器７０の代わりに、圧電ポンプ・タ
イプのインク噴射素子、または、他の従来のインク噴射
素子を利用することも可能である。

【００４０】基板２８には、図２のテープ１８の裏面に
形成された導電性トレース３６（ダッシュ・ラインで示
されている）に接続するための電極７４も形成されてい
る。

【００４１】基板２８には、電極に加えられる多重化入
力信号を多重分離して、個々の薄膜抵抗器７０に信号を
分配するための、図７にダッシュ・ラインで輪郭が示さ
れたデマルチプレクサ７８も形成されている。デマルチ
プレクサ７８は、薄膜抵抗器７０よりもはるかに少ない
電極７４の使用を可能にする。電極が少なくなると、図
４に示すように、基板に対する全ての接続が、基板の短
い端部から行えるようになるので、これらの接続が、基
板の長い側部のまわりを流れるインクの妨げになること
はない。デマルチプレクサ７８は、電極７４に加えられ
る符号化信号を復号化するための任意のデコーダとする
ことが可能である。デマルチプレクサは、入力リード
（単純化のため不図示）が電極７４に接続され、出力リ
ード（不図示）は個々の抵抗器７０に接続されている。

【００４２】また、基板２８の表面には、従来のフォト
リソグラフィ技法を利用して、バリヤ層３０が形成され
ているが、これは、フォトレジストまたは他のポリマに
よる層とすることが可能であり、蒸発室７２及びインク
・チャネル８０が形成される。

【００４３】バリヤ層３０の一部４２は、図４に関連し
て既述のように、下に位置する基板２８から導電性トレ
ースを絶縁する。

【００４４】バリヤ層３０の上部表面を図３に示すテー
プ１８の裏面に接着剤で固定するため、ポリイソプレン
・フォトレジストの非硬化層のような薄い接着層８４
が、バリヤ層３０の上部表面に塗布される。バリヤ層３
０の上部を別様に接着させることができれば、独立した
接着層を不要にすることも可能である。次に、結果得ら
れた基板構造は、抵抗器とテープ１８に形成されたオリ
フィスのアライメントがとれるように、テープ１８の裏
面に対して位置決めされる。このアライメント・ステッ
プは、本質的に、電極７４と導電性トレース３６の端部
とのアライメントをとるものでもある。次に、トレース
３６と電極７４とのボンディングが行われる。このアラ
イメント及びボンディング・プロセスについては、図１
０に関連して、さらに詳細に後述する。次に、アライメ
ントをとり、ボンディングを施した基板／テープ構造
は、加熱され、同時に、圧力の印加によって、接着層８
４が硬化し、基板構造がテープ１８の裏面にしっかりと
固定される。

【００４５】図８は、図７の基板構造が、薄い接着層８
４を介して、テープ１８の裏面に固定された後の、単一
蒸発室７２、薄膜レジスタ７０、及び、錐台形状のオリ
フィス１７の拡大図である。基板２８の側部エッジが、
エッジ８６として示されている。動作時、インクは、図
１のインク・リザーバ１２から、基板２８の側部エッジ
８６をまわって、矢印８８で示すように、インク・チャ
ネル８０及び関連する蒸発室７２に流入する。薄膜抵抗
器７０を付勢すると、隣接するインクの薄層が過熱し
て、爆発性の蒸発が生じ、この結果、オリフィス１７を
介してインク小滴が噴射される。その後、蒸発室７２
は、毛管作用によって補給が行われる。

【００４６】望ましい実施例の場合、バリヤ層３０の厚
さは約１ミル（0.0254mm)であり、テープ１８の厚さ
は、約２ミル(0.051mm)である。

【００４７】図９には、基板２８を包囲する接着シール
９０の一部を示し、また、インク・チャネル及び蒸発室
９２及び９４を含むバリヤ層３０の上部表面における薄
い接着層８４によって、テープ１８の中央部分に接着剤
で固定された基板２８を示す、図６のラインＢ−Ｂに沿
って描かれた側面断面図が示されている。図５に示す隆
起壁面５４を含む、プリント・カートリッジ１０のプラ
スチック本体の一部も示されている。蒸発室９２及び９
４内には、それぞれ、薄膜抵抗器９６及び９８が示され
ている。

【００４８】図９には、インク・リザーバ１２からのイ
ンク９９が、プリント・カートリッジ１０に形成された
中央スロット５２を通り、基板２８のエッジをまわっ
て、蒸発室９２及び９４に流入する手順も示されてい
る。抵抗器９６及び９８を拡大すると、放出されるイン
ク小滴１０１及び１０２によって示すように、蒸発室９
２及び９４内のインクが噴射される。

【００４９】別の実施例では、インク・リザーバには、
それぞれ、異なるカラーのインクを納めた、２つの独立
したインク供給源が含まれている。この代替実施例の場
合、図９の中央スロット５２は、ダッシュ・ライン１０
３で示すように、二等分され、中央スロット５２の各側
が、独立したインク供給源と通じている。従って、左の
線形アレイをなす蒸発室からあるカラーのインクを噴射
させ、右の線形アレイをなす蒸発室から異なるカラーの
インクを噴射させることが可能である。この概念は、異
なるインク・リザーバが、基板の４つの側部のそれぞれ
に沿って、インク・チャネルにインクを供給する、４色
のプリント・ヘッドを作り出すために利用することさえ
可能である。従って、上述の２エッジの送り設計の代わ
りに、できれば、対称をなすように正方形の基板を利用
して、４エッジの設計を利用することになる。

【００５０】図１０には、図３のＴＡＢヘッド・アセン
ブリ１４の望ましい実施例を形成するための方法の１つ
が例示されている。

【００５１】開始材料は、前記ＫａｐｔｏｎまたはＵｐ
ｉｌｅｘタイプのポリマ・テープ１０４であるが、テー
プ１０４は、後述の手順における利用にも許容可能な、
任意の適合するポリマ・フィルムとすることが可能であ
る。こうしたフィルムには、テフロン、ポリイミド、ポ
リメチルメタクリレート、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、ま
たは、その混合物から構成することが可能なものもあ
る。

【００５２】テープ１０４は、リール１０５に長いスト
リップとして提供されるのが普通である。テープ１０４
の側部に沿ったスプロケット・ホール１０６を利用し
て、テープ１０４が正確に、確実に移送される。代替案
として、スプロケット・ホール１０６を省略し、他のタ
イプの固定具で移送することも可能である。

【００５３】望ましい実施例の場合、テープ１０４に
は、図３に示すように、従来の金属被着及びフォトリソ
グラフィ・プロセスを利用して形成された、導電性の銅
トレース３６が、既に設けられている。導電性トレース
の特定のパターンは、引き続き、テープ１０４に取り付
けられることになる、シリコン・ダイに形成された電極
に電気信号を分配する所望の方法によって決まる。

【００５４】望ましいプロセスの場合、テープ１０４
は、レーザ処理室に移送され、Ｆ2、ＡｒＦ、ＫｒＣ
ｌ、ＫｒＦ、または、ＸｅＣｌタイプの励起二量体レー
ザ１１２によって発生するような、レーザ放射線を利用
して、１つ以上のマスク１０８によって形成されるパタ
ーンをなすように、レーザ・アブレーションが施され
る。マスキングされたレーザ放射線が、矢印１１４で示
されている。

【００５５】望ましい実施例の場合、こうしたマスク１
０８によって、例えば、オリフィス・パターン・マスク
１０８の場合の複数のオリフィス、及び、蒸発室パター
ン・マスク１０８の場合の複数の蒸発室を含む、テープ
１０４の拡張領域に関して融除される特徴の全てが形成
される。代替案として、レーザ・ビームよりかなり大き
い共通のマスク基板上に、オリフィス・パターン、蒸発
室パターン、または、他のパターンといったパターンを
並べて配置することも可能である。次に、こうしたパタ
ーンをビーム内に順次送り込むことが可能である。こう
したマスクに用いられるマスキング材料は、レーザ波長
における反射性が高いことが望ましく、例えば、多層誘
電体またはアルミニウムなどの金属から構成される。

【００５６】１つ以上のマスク１０８によって形成され
るオリフィス・パターンは、例えば、ほぼ図２に示すパ
ターンである。複数のマスク１０８を用いることによっ
て、図８に示すようなステップ式のオリフィス・テーパ
を形成することができる。

【００５７】実施例の１つでは、独立したマスク１０８
によって、図２及び図３に示すウインドウ２２及び２４
のパターンが形成されるが、望ましい実施例の場合、テ
ープ１０４が図１０に示すプロセスに入る前に、従来の
フォトリソグラフィ法を利用して、ウインドウ２２及び
２４が形成される。

【００５８】ノズル部材に蒸発室も含まれている、ノズ
ル部材の代替実施例の場合、１つ以上のマスク１０８を
利用して、オリフィスが形成され、別のマスク１０８及
びレーザ・エネルギ・レベル（及びレーザ・ショットの
数の両方または一方）を利用して、テープ１０４の厚さ
の一部にわたって成形される蒸発室、インク・チャネ
ル、及び、マニホールドが形成される。

【００５９】このプロセスのためのレーザ・システムに
は、一般に、ビーム送り出し光学素子、アライメント光
学素子、高精度及び高速度マスク・シャトル・システ
ム、及び、テープ１０４を取り扱い、位置決めするため
のメカニズムを備える処理室が含まれている。望ましい
実施例の場合、レーザ・システムは、マスク１０８とテ
ープ１０４の間に挿入された精密レンズ１１５が、マス
ク１０８に形成されるパターンのイメージをなすよう
に、励起二量体レーザ光をテープ１０４に投射する、投
射マスク構成を利用する。

【００６０】レンズ１１５から送り出されるマスキング
を施したレーザ放射線が、矢印１１６で示されている。

【００６１】こうした投射マスク構成は、マスクがノズ
ル部材から物理的に遠いので、高精度なオリフィス寸法
にとって有利である。当然、アブレーション・プロセス
において、すすが形成されるが、それが放出されるよう
に、融除されるノズル部材から約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と接触しているか、
あるいは、近接している場合、マスクにすすが堆積し、
融除される形状を歪め、寸法上の精度を低下させること
になりがちである。望ましい実施例の場合、投射レンズ
は、融除されるノズル部材との離隔距離が２センチメー
トルを超えるので、投射レンズまたはマスクに対するす
すの堆積が回避される。

【００６２】アブレーション（融除）は、周知のよう
に、オリフィスの直径が、レーザの入射表面において大
きく、射出表面において小さい、テーパ状になってい
る、テーパ状壁面を備えた形状を形成する。テーパ角
は、約２ジュール／平方センチメートル未満のエネルギ
密度の場合、ノズル部材に入射する光エネルギ密度の変
動によって大幅に変動する。エネルギ密度の制御が効か
なければ、形成されるオリフィスは、テーパ角が大幅に
変動し、結果として、射出側のオリフィスの直径がかな
り変動する。こうした変動によって、噴射されるインク
小滴の体積及び速度に有害な変化を生じ、印刷の質が低
下することになる。望ましい実施例の場合、融除レーザ
・ビームの光エネルギは、精密にモニタされ、制御され
るので、一貫したテーパ角、従って、再現可能な射出側
直径が得られる。一貫したオリフィスの射出側直径によ
って生じる印刷の質の利点に加えて、テーパは、放出速
度を増し、より焦点の合ったインクの噴射を可能にし、
さらに、他の利点ももたらす働きをするので、オリフィ
スの動作にとって有利である。テーパは、オリフィスの
軸に対し５〜１５度の範囲内とすることが可能である。
本書に解説の望ましい実施例によるプロセスでは、ノズ
ル部材に対するレーザ・ビームの揺動を必要とせずに、
迅速で、精密な製作を可能にする。その結果、レーザ・
ビームが、ノズル部材の出口表面ではなく入口表面に入
射しても、正確な出口直径が得られる。

【００６３】レーザ融除のステップが済むと、ポリマ・
テープ１０４がステップし、プロセスが繰り返される。
テープ１０４に単一パターンを形成するのに必要な全処
理時間は、約数秒である。上述のように、単一のマスク
・パターンは、ノズル部材毎の処理時間を短縮するた
め、融除される形状の拡張グループを含むことが可能で
ある。

【００６４】レーザ融除プロセスには、精密なオリフィ
ス、蒸発室、及び、インク・チャネルを形成するため
の、他の形態によるレーザ穴あけに対して明確な利点が
ある。レーザ融除の場合、強い紫外線の短いパルスが、
表面の約１マイクロメートル以内において、材料の薄い
表面層に吸収される。望ましいパルス・エネルギは、約
１００ジュール／平方センチメートルを超え、パルス持
続時間は、約１マイクロ秒より短い。こうした条件下に
おいて、強い紫外線が、材料における化学結合を光解離
する。さらに、吸収された紫外線エネルギは、小体積の
材料に集中するので、解離した断片を急速に加熱し、材
料の表面から排出する。これらのプロセスは、極めて迅
速に行われるので、熱がまわりの材料に伝搬する時間が
ない。結果として、まわりの領域は、融解せず、あるい
は、損傷を受けることがなく、融除された特徴の周囲
は、約１マイクロメートルのスケールの精度で、入射光
ビームの形状を複製することができる。さらに、レーザ
融除の場合、融除される領域に対する光エネルギ密度が
一定であれば、層内に引っ込んだ平面を形成する、ほぼ
フラットな底面を備えた室を形成することも可能であ
る。こうした室の深さは、レーザのショット数、及び、
それぞれのパワー密度によって決まる。

【００６５】レーザ融除プロセスには、インク・ジェッ
ト・プリント・ヘッドのノズル部材を形成するための従
来のリソグラフィによる電鋳プロセスに比べて、多くの
利点がある。例えば、レーザ融除プロセスは、一般に、
従来のリソグラフィによる電鋳プロセスに比べて、費用
がかからず、単純である。さらに、レーザ融除プロセス
を利用することによって、サイズがかなり大きく（すな
わち、表面積が広い）、従来の電鋳プロセスでは実用的
でなかったノズルの幾何学形状を備える、ポリマ・ノズ
ル部材を作ることが可能になる。すなわち、露光強度を
制御するか、あるいは、各露光間にレーザ・ビームの向
きを直して、複数回の露光を行うことによって、独自の
形状を作り出すことが可能になる。各種ノズル形状の例
については、「Ａ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏ
−Ａｂｌａｔｉｎｇ ａｔ Ｌｅａｓｔ Ｏｎｅ Ｓｔ
ｅｐｐｅｄ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ Ｔ
ｈｒｏｕｇｈ ａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ，ａｎｄ ａ Ｎｏｚｚｌｅ Ｐｌａｔｅ Ｈａｖｉ
ｎｇ Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｏｐｅｎｉｎｇｓ」と題する米
国出願第０７／６５８７２６号に解説がある。また、電
鋳プロセスに必要とされるほど厳格なプロセス制御をし
なくても、精密なノズルの幾何学形状を形成することが
可能である。

【００６６】ポリマ材料のレーザ融除によってノズル部
材を形成するもう１つの利点は、さまざまなノズル長
（Ｌ）対ノズル直径（Ｄ）比で、簡単にオリフィスまた
はノズルを製造することができるという点である。望ま
しい実施例の場合、Ｌ／Ｄ比は、１を超える。ノズル長
をその直径より長くする利点の１つは、蒸発室内におけ
るオリフィスと抵抗器の位置決めがそれほど臨界的でな
くなることにある。

【００６７】インク・ジェット・プリンタに使用時、レ
ーザ融除によるポリマノズル部材は、従来の電鋳による
オリフィス・プレートに比べて優れた特性を備えてい
る。例えば、レーザ融除によるポリマ・ノズル部材は、
水をベースにした印刷インクによる腐食に対する耐性が
強く、一般に、疎水性である。さらに、レーザ融除によ
るポリマ・ノズル部材は、比較的弾性係数が低く、ノズ
ル部材とその下方に位置する基板またはバリヤ層の間の
固有応力でノズル部材・バリヤ層間の剥離を生じさせる
傾向が少ない。さらに、レーザ融除によるポリマ・ノズ
ル部材は、ポリマ基板に固定したり、あるいは、ポリマ
基板と共に成形することが簡単に行える。

【００６８】望ましい実施例では、励起二量体レーザが
用いられるが、ほぼ同じ光波長及びエネルギ密度を備え
た他の紫外線源を利用して、融除プロセスを実施するこ
とも可能である。こうした紫外線源の波長は、融除すべ
きテープにおける吸収率を高めることができるように、
１５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが望まし
い。さらに、エネルギ密度は、周囲の残りの材料をほと
んど加熱せずに、融除材料の迅速な排出を可能にするに
は、約１マイクロ秒未満のパルス長で、約１００ミリジ
ュール／平方センチメートルを超えることが望ましい。

【００６９】当該技術の通常の技能者であれば明らかな
ように、テープ１０４にパターンを形成するための他の
多くのプロセスを利用することも可能である。他のこう
したプロセスには、光で形成されたパターンの化学エッ
チング、スタンピング、反応性イオン・エッチング、イ
オン・ビーム・ミリング、及び、成形または鋳造があ
る。

【００７０】プロセスにおける次のステップは、クリー
ニング・ステップであり、テープ１０４のレーザ融除部
分がクリーニング・ステーション１１７の下に配置され
る。クリーニング・ステーション１１７において、レー
ザ融除による屑が、従来技術の一般的な方法に従って、
除去される。

【００７１】テープ１０４は、さらに、Ｓｈｉｎｋａｗ
ａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから型式番号ＩＬ−２０で
市販されている内部リード・ボンダのような従来の自動
ＴＡＢボンダに組み込まれた、光学アライメント・ステ
ーション１１８である、次のステーションにステップす
る。該ボンダは、オリフィスを形成するために用いられ
るのと同じ方法及びステップの両方または一方によって
形成された、ノズル部材上のアライメント（ターゲッ
ト）・パターン、及び、抵抗器を形成するために用いら
れるのと同じ方法及びステップの両方または一方によっ
て形成された、基板上のターゲット・パターンによっ
て、あらかじめプログラムされている。望ましい実施例
の場合、ノズル部材は、半透明のため、ノズル部材を通
して、基板のターゲット・パターンを見ることができ
る。ボンダは、２つのターゲット・パターンのアライメ
ントがとれるように、ノズル部材に対してシリコン・ダ
イ１２０を自動的に位置決めする。こうしたアライメン
ト・マークが、ＳｈｉｎｋａｗａのＴＡＢボンダに存在
する。ノズル部材のターゲット・パターンと基板のター
ゲット・パターンとのこの自動アライメントによれば、
オリフィスと抵抗器の精密なアライメントがとれるだけ
でなく、トレースとオリフィスは、テープ１０４におい
てアライメントがとれており、基板の電極と加熱抵抗器
は、基板上でアライメントがとれているので、本質的
に、ダイの電極とテープ１０４に形成された導電性トレ
ースの端部とのアライメントもとれることになる。従っ
て、２つのターゲット・パターンのアライメントがとれ
ると、テープ１０４上及びダイ１２０上の全てのパター
ンが、互いにアライメントがとれることになる。

【００７２】従って、テープ１０４に対するシリコン・
ダイ１２０のアライメントは、市販の装置だけを利用し
て、自動的にとられる。導電性トレースとノズル部材を
一体化することによって、こうしたアライメント特徴が
可能になる。こうした一体化によって、プリント・ヘッ
ドのアセンブリ・コストが低下するだけでなく、プリン
ト・ヘッドの材料費も低下する。

【００７３】自動ＴＡＢボンダは、次に、ギャング・ボ
ンディング法を利用し、テープ１０４に形成されたウイ
ンドウを介して、導電性トレースの端部を関連する基板
電極に押しつける。次に、ボンダは、例えば、熱圧着ボ
ンディングを利用して、加熱し、トレースの端部を関連
する電極に溶接する。実施例の１つにおいて結果得られ
る構造の側面図が、図４に示されている。超音波ボンデ
ィング、導電性エポキシ、ハンダ・ペースト、または、
他の周知の手段といった、他のタイプのボンディングも
利用することが可能である。

【００７４】テープ１０４は、次に、加熱及び加圧ステ
ーション１２２にステップする。図７に関連して前述の
ように、シリコン基板に形成されたバリヤ層３０の上部
表面には、接着層８４が存在する。上述のボンディング
・ステップが済むと、シリコン・ダイ１２０は、テープ
１０４に押しつけられ、加熱によって接着層８４が硬化
し、ダイ１２０とテープ１０４が物理的に結合すること
になる。

【００７５】その後、テープ１０４はステップし、オプ
ションで、巻取りリール１２４に巻き取られる。後で、
テープ１０４を切断することによって、個々のＴＡＢヘ
ッド・アセンブリを互いに分離することができる。

【００７６】結果得られたＴＡＢヘッド・アセンブリ
は、次に、プリント・カートリッジ１０上において位置
決めされ、図９において既述の接着シール９０を形成す
ることによって、ノズル部材がプリント・カートリッジ
にしっかりと固定され、ノズル部材とインク・リザーバ
の間の基板まわりにインクを通さないシールが形成さ
れ、ヘッドランドの近くのトレースがカプセル封じされ
て、トレースがインクから分離される。

【００７７】次に、たわみＴＡＢヘッド・アセンブリの
周囲のポイントが、従来のメルト・スルー・タイプのボ
ンディング・プロセスによって、プラスチック製のプリ
ント・カートリッジ１０に固定されるので、ポリマ・テ
ープ１８は、図１に示すように、プリント・カートリッ
ジ１０の表面と相対的に同じ高さにとどまることにな
る。

【００７８】プリント・カートリッジ１０の上述の実施
例は、通常の条件下では十分であるが、図６及び図９の
プリント・カートリッジ１０及びＴＡＢヘッド・アセン
ブリ１４は、図９における接着シール９０の熱硬化時の
ように、プリント・カートリッジ１０のプリント・ヘッ
ド部分が、加熱され、その後、冷却されると、応力に関
連した問題に悩まされやすい。プリント・カートリッジ
１０が保管または輸送中などの広範囲にわたる温度にさ
らされる場合のように、応力に関連した問題は、現場で
も生じる可能性がある。こうした温度範囲は、７５゜Ｃ
〜−２０゜Ｃにわたる可能性がある。

【００７９】図９に示すように、プリント・カートリッ
ジ１０が組み立てられると、テープ１８は、接着シール
９０を形成する熱硬化エポキシを利用して、プリント・
カートリッジ１０の本体にしっかりと固定される。プラ
スチック・プリント・カートリッジ１０本体の熱膨張率
（ＣＴＥ）は、図９の平面内における水平軸（重視方
向）に沿って１００ＰＰＭ／℃（１万分の１／゜Ｃ）を
超える可能性があり、２つのシール９０領域間における
同じ軸に沿ったテープ１８のＣＴＥは、約９ＰＰＭ／℃
（百万分の９目/℃）のオーダである。これは、プリン
ト・カートリッジ１０の本体が従来のエンジニアリング
・プラスチックで形成され、テープ１０がＫａｐｔｏｎ
で形成された場合を仮定している。

【００８０】２つのシール９０領域の間におけるテープ
のＣＴＥは、テープ１８の裏面に対して結合されるシリ
コン基板２８の影響を考慮にいれている。この結果得ら
れる、２つのシール９０領域の間におけるテープ１８の
ＣＴＥは、合成ＣＴＥと呼ばれ、次のように概算するこ
とが可能である： ＣＴＥcomp＝（（ＣＴＥKapton×２ｍｍ）＋（ＣＴＥSi
×４．６ｍｍ））／６．６ｍｍ ここで、基板２８の幅は、４．６ｍｍであり、基板２８
の側部を超えて延びるＫａｐｔｏｎTMの全幅は、２ｍｍ
であり、２つのシール９０領域間の距離は、６．６ｍｍ
であり、ＫａｐｔｏｎのＣＴＥは、１７ＰＰＭ／℃であ
り、シリコンのＣＴＥは、５ＰＰＭ／℃である。

【００８１】硬化プロセス時に、プリント・ヘッドの近
くにおけるプリント・カートリッジ１０の加熱された本
体が膨張し、テープ１８が引き伸ばされる。プリント・
カートリッジ１０の本体は、冷えると、収縮し、テープ
１８は、室温で圧縮状態のまま放置される。同様の状況
が、プリント・カートリッジ１０が、例えば、保管時ま
たは輸送時に、極度の温度にさらされると発生する。こ
の熱循環のため、テープ１８にかかる圧縮応力は、１
０，０００Ｐsi(6.9x107N/m2)を超える可能性がある。
圧縮応力が大きすぎると、テープ１８が、現場でバリヤ
層３０から剥離し、プリント・ヘッドが適正に機能しな
くなる可能性がある。発明者の発見によれば、重視方向
におけるプリント・カートリッジ１０の本体のＣＴＥと
テープ１８のＣＴＥ間の差が、約１００ＰＰＭ／Ｃを超
えると、穏やかな温度の揺動で、こうした層剥離の問題
が生じる。実際の最悪のケースにおける温度条件の場
合、層剥離を回避するための最大ＣＴＥ差は、ほぼ５０
ＰＰＭ／Ｃ以下になる。

【００８２】硬化プロセス時における、または、プリン
ト・カートリッジ１０の加熱時におけるプリント・カー
トリッジ１０本体の膨張を制限するため、図１１の金属
挿入物１３０のような金属（例えば、ステンレス鋼）挿
入物が、図１２に示すように、プリント・カートリッジ
１０のプリント・カートリッジ・ウェル部分に挿入さ
れ、所定位置に固定される。図１２のプリント・カート
リッジ１０は、金属挿入物１３０を適正に納めるため、
図９に示すものからわずかに修正を施されている。金属
挿入物１３０は、２つのシール９０領域間における重視
方向に沿って、ＣＴＥがプラスチック製のプリント・カ
ートリッジ１０本体に比べてはるかに低い（例えば、１
４〜２７ＰＰＭ／℃）。

【００８３】望ましい実施例の場合、金属挿入物１３０
は、エポキシを利用してプリント・カートリッジ１０本
体に取り付けられるので、金属挿入物１３０の近くにお
ける重視方向に沿ったプラスチック製プリント・カート
リッジ１０の膨張は、金属挿入物１３０の膨張が極小の
ため、大幅に制限される。理想的には、金属挿入物１３
０を固定した後の、重視方向におけるプリント・カート
リッジ１０の合成ＣＴＥは、テープ１８の合成ＣＴＥ
（例えば、９ＰＰＭ／℃）にほぼ等しい。従って、金属
挿入物１３０の近くにおけるプリント・カートリッジ１
０本体の膨張はほとんどないので、プリント・カートリ
ッジ１０の加熱及び冷却後に、テープ１８とプリント・
カートリッジ１０本体の間に熱的に誘発される応力はご
くわずかである。この結果、バリヤ層３０の近くにおけ
るテープ１８の歪みが阻止されるので、バリヤ層３０か
らのテープの剥離が回避される。

【００８４】金属挿入物１３０をプリント・カートリッ
ジ１０本体に固定するために用いられる望ましいエポキ
シは、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｃｕｍｍｉｎｇｓ ＬＡ−３０
３２−７８のような、熱硬化タイプであるが、他のタイ
プのエポキシも利用可能である。

【００８５】金属挿入物１３０をプリント・カートリッ
ジ１０本体に固定するために用いることが可能なもう１
つの方法は、最初に、ほぼ予測される最悪のケースの温
度かそれ以上まで、本体を加熱し、同時に、金属挿入物
１３０を別個に冷却することである。次に、冷却した金
属挿入物１３０が、図１２に示す位置に配置され、金属
挿入物１３０が温まるにつれて、本体が冷却されると、
金属挿入物１３０は、摩擦で、所定位置に固定され、重
視方向に沿った本体には、金属挿入物１３０によってプ
リテンションが加えられる。従って、接着シール９０の
加熱・硬化時のように、本体が引き続き加熱された場
合、プリテンションのため、重視方向における本体の膨
張はほとんど生じない。

【００８６】図１２に示すように、金属挿入物１３０
が、基板２８の下のプリント・カートリッジ１０に固定
されると、金属挿入物１３０における孔１３２と、プリ
ント・カートリッジ１０に形成された中央スロット５２
のアライメントがとれるので、インク９９は、インク・
リザーバからバリヤ層３０内の蒸発室９２まで流れるこ
とが可能になる。図９における構成要素と同じ番号で表
示された図１２の構成要素は、ほぼ同一であり、同じ機
能を果たす。

【００８７】望ましい実施例として、金属挿入物１３０
の形態の１つについて解説したが、挿入物１３０は、任
意の適合形状をとることが可能であり、ガラス、シリコ
ン、または、セラミックのような膨張率の低い任意の適
合材料で形成することが可能であり、ピン、ヒート・ス
テーキング、または、その同等物を含む、任意の適合す
る手段を利用して、固定することが可能であり、プリン
ト・カートリッジ１０の任意の適合する部分に固定し
て、熱膨張を制限することが可能である。

【００８８】もう１つの実施例の場合、プリント・カー
トリッジ１０本体の熱膨張を制限する金属挿入物の代わ
りに、図１３の金属ボルト１４０のような金属（例え
ば、ステンレス鋼）ボルトが利用される。図１３には、
図６の場合と同じプリント・カートリッジ１０の図が示
されているが、この場合、ヘッド・ランド・パターンが
上に重なるテープ１８によって不明瞭になる可能性があ
るとしても、ダッシュ・ラインによってアウトラインが
描かれたヘッド・ランド・パターン６２及び６４が示さ
れる。図９の接着シール９０は、基本的にはライン６２
及び６４内に含まれる。同じ番号で表示された図６及び
１３の構成要素は、構造的に同一であり、同じ機能を果
たす。

【００８９】図１３のボルト１４０は、重視方向に沿っ
て、プリント・ヘッドに近いプリント・カートリッジ１
０本体に形成されたホールに挿入され、ナット１４２ま
たはその同等物を用いて、張力が加えられる。ボルト１
４０には、接着シール９０の加熱・硬化に先立って、張
力が加えられる。張力は、プリント・カートリッジ１０
本体が、予測される最悪のケースの条件まで冷却された
としても、ボルト１４０に張力がかかった状態になるよ
うに、加えなければならない。こうすることによって、
重視方向に沿ったプリント・カートリッジ１０本体の膨
張及び収縮が、主として、金属ボルト１４０の膨張及び
収縮によって制御されることになる。

【００９０】ボルト１４０は、金属で作られているた
め、本質的に、弾性強度が、プラスチック製のプリント
・カートリッジ１０本体よりもはるかに大きくなるの
で、重要方向におけるプリント・カートリッジ１０本体
の合成ＣＴＥは、強制的に、金属ボルト１４０のＣＴＥ
に似ることになる。ボルト１４０は、特定の弾性強度を
備えるように作ることができるので（例えば、直径を変
えることによって）、重要方向におけるプラスチック製
プリント・カートリッジ１０本体の合成ＣＴＥが、特定
の範囲内に（例えば、テープ１８のＣＴＥの６０ＰＰＭ
／℃以内）納まるようにすることが可能である。

【００９１】テープ１８とプリント・カートリッジ１０
本体の間に熱的に誘発される応力が、ボルト１４０の方
向に沿って大幅に減少するので、バリヤ層３０からテー
プ１８が剥離する可能性は、排除される。

【００９２】張力のかかったボルト１４０の概念を利用
した、その他の実施例については、当該技術の熟練者で
あればすぐに明らかになる。こうしたその他の実施例に
は、図１３に示す張力のかかったボルト１４０の方向に
対して垂直な方向に、張力のかかったボルトを追加利用
することも含まれる。さらに、張力のかかったボルト１
４０を形成するために利用される配置、サイズ、及び、
材料を変更して、それでも、本発明の利点を享受するこ
とが可能である。

【００９３】テープ１８とプリント・カートリッジ１０
本体の間に熱で誘発される応力を減少させるためのもう
１つの実施例では、プリント・カートリッジ１０本体
は、結果として、重視方向におけるＣＴＥが比較的低い
（例えば、６０ＰＰＭ／℃未満）本体が得られる材料に
よって形成される。重視方向における本体のＣＴＥが、
この場合、テープ１８のＣＴＥと同様になるため、熱循
環後にテープ１８にかかる応力がほとんどなく、テープ
１８が、応力に関連してバリヤ層３０（図９）から剥離
しないことが保証される。

【００９４】図１２及び１３に示すものを含む、全ての
実施例において、結果得られる、重要方向における本体
のＣＴＥは、穏当な熱循環後における層剥離を回避する
ため、最大で、テープ１８の合成ＣＴＥの１００ＰＰＭ
／℃以内が望ましい。最大許容可能差は、テープ１８及
び基板２８の構造特性、バリヤ層３０／８４の接着の
質、及び、予測される最悪のケースの温度条件によって
決まる。

【００９５】ＣＴＥの低い材料特性を獲得するには、多
くの方法がある。第１は、プリント・カートリッジ１０
本体材料に関して、ＣＴＣの低いベース樹脂を利用する
ことである。低ＣＴＥ樹脂の例としては、ポリスルホ
ン、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレン・スルフィ
ド等がある。概して言えば、高温樹脂は、低ＣＴＥ特性
を有している。

【００９６】充填剤を利用して、低ＣＴＥを実現するこ
とも可能である。この目的に関して最も有効な充填剤
は、グラス・ファイバまたはカーボン・ファイバであ
る。グラス・ファイバは、費用の点で望ましいが、カー
ボン・ファイバのほうが、ＣＴＥが低くなる。例えば、
グラス・ファイバが３０％のポリスルホンは、ＣＴＥが
25.2PPM／℃であり、カーボン・ファイバが３０％のポ
リスルホンは、ＣＴＥが１０。８PPM／℃になる。

【００９７】ファイバの配向は、材料の性能に大きな役
割を果たす。例えば、ファイバの配向のために、ある方
向における材料のＣＴＥが、直交する方向におけるＣＴ
Ｅの１０倍も大きくなる可能性がある。型にプラスチッ
クを噴射すると、ファイバは、流れの方向に従った配向
をとる。最低のＣＴＥは、流れの方向である。従って、
型流れによってファイバが、最良のＣＴＥ性能にとって
所望の方向の配向が施されるように、ファイバ充填部分
の設計を行うことが有利である。

【００９８】ここまで、本発明の原理、望ましい実施
例、及び、動作態様について解説を行ってきた。しか
し、本発明は、解説の特定の実施例に制限されるものと
解釈してはならない。例えば、上述の本発明は、熱タイ
プのインク・ジェット・プリンタだけではなく、熱タイ
プではないインク・ジェット・プリンタに関連して利用
することも可能である。従って、上述の実施例は、制限
するためのものではなく、例示のためのものとみなすべ
きであり、もちろん、実施例例に変更を加えることが可
能である。

【００９９】そこで、以下に実施態様の幾つかを列挙す
る。 （実施態様１）複数のインク・オリフィスが形成された
ノズル部材と、複数のインク噴射素子を含んでおり、２
つ以上の外側エッジを備え、前記ノズル部材の背面に取
り付けられ、前記インク噴射素子が、それぞれ、関連す
るインク・オリフィスに近接して配置され、前記ノズル
部材の前記背面が、２つ以上の前記外側エッジを越えて
延びている、基板と、インク・リザーバを含んでいる本
体（前記ノズル部材が、前記本体の上に配置されて、前
記基板のほぼ境界を形成する、前記本体と前記ノズル部
材の前記背面との間のシールによって、前記本体に対し
て密封されており、前記本体は、第１の材料で形成さ
れ、第１の方向において第１の熱膨張率を備えている）
と、前記ノズル部材の近くで前記本体に固定されてお
り、熱膨張率が前記第１の熱膨張率に比べて大幅に低い
第２の材料で形成されている、熱膨張制限素子から構成
され、前記制限素子によって、前記ノズル部材の近くで
は、前記第１の方向における前記本体の熱膨張率が、前
記第１の熱膨張率より大幅に低くなることを特徴とす
る、インク・プリンタ用の装置。

【０１００】（実施態様２）さらに、実施態様１におい
て前記インク・リザーバと、前記シールによって境界が
形成される前記基板の背面との間に通じる流体チャネル
を設けた装置。 （実施態様３）さらに、実施態様１において、前記イン
ク・リザーバに通じて、インクが、前記基板の側部エッ
ジをまわり、インク噴射室に流入できるようにする流体
チャネルが設けられていて、各インク噴射室が、前記ノ
ズル部材のオリフィスに関連している装置。 （実施態様４）実施態様１において、前記シールが、接
着シーラントによって形成され、さらに、このシーラン
トによって、前記ノズル部材が前記本体に固定されるこ
とを特徴とする装置。

【０１０１】（実施態様５）前記ノズル部材が、たわみ
高分子材料で形成されている実施態様１の装置。 （実施態様６）前記基板が、ほぼ矩形であり、残りの２
つの向かい合った辺より長い、第１と第２の向かい合っ
た辺を備えていることと、前記第１の方向が、前記第１
と第２の辺に対してほぼ直交している実施態様１の装
置。 （実施態様７）前記制限素子が、前記本体に固定され、
前記インク・リザーバと前記基板の背面の間に配置され
た金属挿入物から成る実施態様１の装置。

【０１０２】（実施態様８）前記金属挿入物に、インク
が通って、前記インク噴射素子の近くまで流れることを
可能にする、中央ホールが備わっている実施態様７の装
置。 （実施態様９）前記金属挿入物が、ほぼ矩形である実施
態様８の装置。 （実施態様１０）前記制限素子が、張力のかかった１つ
以上の金属ロッドから成ることと、前記金属ロッドの端
部が、前記本体に固定されている実施態様１の装置。

【０１０３】（実施態様１１）前記金属ロッドが、ナッ
トを利用して、前記本体に固定されたボルトである実施
態様１０の装置。 （実施態様１２）前記制限素子によって、前記ノズル部
材の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨
張率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨
張率から約１００ＰＰＭ／℃以内になる実施態様１の装
置。 （実施態様１３）前記制限素子によって、前記ノズル部
材の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨
張率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨
張率から約６０ＰＰＭ／℃以内になる実施態様１２の装
置。

【０１０４】（実施態様１４）前記制限素子によって、
前記ノズル部材の近くでは、前記第１の方向における前
記本体の熱膨張率が、前記第１の方向における前記ノズ
ル部材の熱膨張率の約４０ＰＰＭ／℃以内になる実施態
様１２の装置。 （実施態様１５）前記制限素子によって、前記ノズル部
材の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨
張率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨
張率とほぼ等しい実施態様１の装置。

【０１０５】（実施態様１６）インク・ジェット・プリ
ント・ヘッドのノズル部材を本体に対して密封し、ノズ
ル部材と本体の間に熱で誘発される応力を減少させる方
法において、複数のインク噴射素子を含んでいる、２つ
以上の外側エッジを有する基板を、複数のオリフィスを
含んでいる、前記基板の２つ以上の前記外側エッジを越
えて延びるノズル部材の背面に固定するステップと、前
記ノズル部材の前記背面と第１の方向において第１の熱
膨張率を有する前記本体との間のシーラントで、前記ノ
ズル部材の前記背面を前記本体に対して位置決めし、前
記シーラントが、前記基板まわりのほぼ境界を形成し、
前記ノズル部材の前記背面と前記本体の間にインク・シ
ールを形成するようにするステップと、熱膨張率が前記
第１の熱膨張率に比べてかなり低い第２の材料で形成さ
れた熱膨張制限素子を、前記ノズル部材の近くで前記本
体に固定するステップから構成され、前記制限素子によ
って、前記ノズル部材の近くでは、前記第１の方向にお
ける前記本体の熱膨張率が、前記第１の熱膨張率よりか
なり低くなることを特徴とする、応力減少方法。

【０１０６】（実施態様１７）前記制限素子が、前記本
体に固定され、インク・リザーバと前記基板の背面の間
に配置された金属挿入物から構成された実施態様１６の
方法。 （実施態様１８）前記金属挿入物に、インクが通って、
前記インク噴射素子の近くまで流れることを可能にす
る、中央ホールが備わっている実施態様１７の方法。 （実施態様１９）前記制限素子が、張力のかかった１つ
以上の金属ロッドから成ることと、前記金属ロッドの端
部が、前記本体に固定されている実施態様１７の方法。 （実施態様２０）前記制限素子によって、前記ノズル部
材の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨
張率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨
張率から約１００ＰＰＭ／℃以内である実施態様１６の
方法。

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の一実施に
よりノズル部材とそれらが取り付けられる本体とは、互
いに熱膨張率の差が小さくなるように構成されるから、
広い温度範囲にわたってプリント・ヘッドとカートリッ
ジとを劣化させずに保つことができる。このような有益
な硬化を奏する熱膨張制限素子は、同様の構造を持つそ
の他の装置にも有効に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の１つを有するインク・ジェッ
ト・プリント・カートリッジの斜視図である。

【図２】図１のプリント・カートリッジから除去された
テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）プリント・ヘッド
・アセンブリ（「ＴＡＢヘッド・アセンブリ」）の斜視
図である。

【図３】シリコン基板が取り付けられ、基板には導電性
リードが取り付けられた、図２のＴＡＢヘッド・アセン
ブリの背面に関する斜視図である。

【図４】シリコン基板の電極に対する導電性リードの取
り付けを示す、図３のラインＡ−Ａに沿って描かれた側
面図である。

【図５】ＴＡＢヘッド・アセンブリを取り除いた、図１
のインク・ジェット・プリント・カートリッジの一部に
関する斜視図である。

【図６】インク・カートリッジ本体とＴＡＢヘッド・ア
センブリの間に形成されるシールの構造を示す、図１の
インク・ジェット・プリント・カートリッジの一部に関
する斜視図である。

【図７】加熱抵抗器、インク・チャネル、及び、蒸発室
を含む、図２のＴＡＢヘッド・アセンブリの背面に取り
付けられる、基板構造の斜視図である。

【図８】蒸発室、加熱抵抗器、及び、基板のエッジに対
するオリフィスの関係を示す、ＴＡＢヘッド・アセンブ
リの一部に関する、部分的に切り欠いた、斜視図であ
る。

【図９】ＴＡＢヘッド・アセンブリとプリント・カート
リッジの間のシール、並びに、基板のエッジまわりのイ
ンク流路を示す、図６のラインＢ−Ｂに沿って描かれた
略断面図である。

【図１０】望ましいＴＡＢヘッド・アセンブリを形成す
るために利用することが可能なプロセスの１つを示す図
である。

【図１１】図９のプリント・カートリッジ本体の熱膨張
を制限するために利用可能な金属挿入物の斜視図であ
る。

【図１２】図９と同じ図であるが、プリント・カートリ
ッジ本体の熱膨張を制限するため、図１１の金属挿入物
がプリント・カートリッジ本体に取り付けられたところ
を示す図である。

【図１３】図６と同じプリント・カートリッジの図であ
るが、プリント・カートリッジ本体の熱膨張を制限する
ために利用されている、張力のかかった金属ボルトを示
す図である。

【符号の説明】

１０ インク・ジェット・プリント・カートリッジ １２ インク・リザーバ １４ プリント・ヘッド １６ ノズル部材 １７ オリフィス １８ テープ ２０ 接触パッド ２２ ウインドウ ２４ ウインドウ ２８ シリコン基板 ３０ バリヤ層 ３２ インク・チャネル ３６ トレース ４０ 電極 ４６ インク小滴 ５０ ヘッドランド・パターン ５２ 中央スロット ５４ 内部隆起表面 ５５ 開口部 ５６ 開口部 ６０ 外部隆起表面 ７０ 薄膜抵抗器 ７２ 蒸発室 ７４ 電極 ７８ デマルチプレクサ ８４ 接着層 ９２ 蒸発室 ９４ 蒸発室 ９６ 薄膜抵抗器 ９８ 薄膜抵抗器 １０４ テープ １０５ リール １０６ スプロケット・ホール １０８ マスク １１７ クリーニング・ステーション １１８ 光学アライメント・ステーション １２０ シリコン・ダイ １３０ 金属挿入物 １３２ 孔 １４０ ボルト １４２ ナット

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のインク・オリフィスが形成されたノ
   ズル部材と、 複数のインク噴射素子を含んでおり、２つ以上の外側エ
   ッジを備え、前記ノズル部材の背面に取り付けられ、前
   記インク噴射素子が、それぞれ、関連するインク・オリ
   フィスに近接して配置され、前記ノズル部材の前記背面
   が、２つ以上の前記外側エッジを越えて延びている、基
   板と、 インク・リザーバを含んでいる本体（前記ノズル部材
   が、前記本体の上に配置されて、前記基板のほぼ境界を
   形成する、前記本体と前記ノズル部材の前記背面との間
   のシールによって、前記本体に対して密封されており、
   前記本体は、第１の材料で形成され、第１の方向におい
   て第１の熱膨張率を備えている）と、 前記ノズル部材の近くで前記本体に固定されており、熱
   膨張率が前記第１の熱膨張率に比べて大幅に低い第２の
   材料で形成されている、熱膨張制限素子から構成され、
   前記制限素子によって、前記ノズル部材の近くでは、前
   記第１の方向における前記本体の熱膨張率が、前記第１
   の熱膨張率より大幅に低くなることを特徴とする、 インク・プリンタ用の装置。
2. 【請求項２】さらに、前記インク・リザーバと、前記シ
   ールによって境界が形成される前記基板の背面との間に
   通じる流体チャネルが設けられていることを特徴とす
   る、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】さらに、前記インク・リザーバに通じて、
   インクが、前記基板の側部エッジをまわり、インク噴射
   室に流入できるようにする流体チャネルが設けられてい
   ることと、各インク噴射室が、前記ノズル部材のオリフ
   ィスに関連していることを特徴とする、請求項１に記載
   の装置。
4. 【請求項４】前記シールが、接着シーラントによって形
   成され、さらに、このシーラントによって、前記ノズル
   部材が前記本体に固定されることを特徴とする、請求項
   １に記載の装置。
5. 【請求項５】前記ノズル部材が、たわみ高分子材料で形
   成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】前記基板が、ほぼ矩形であり、残りの２つ
   の向かい合った辺より長い、第１と第２の向かい合った
   辺を備えていることと、前記第１の方向が、前記第１と
   第２の辺に対してほぼ直交していることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】前記制限素子が、前記本体に固定され、前
   記インク・リザーバと前記基板の背面の間に配置された
   金属挿入物から成ることを特徴とする、請求項１に記載
   の装置。
8. 【請求項８】前記金属挿入物に、インクが通って、前記
   インク噴射素子の近くまで流れることを可能にする、中
   央ホールが備わっていることを特徴とする、請求項７に
   記載の装置。
9. 【請求項９】前記金属挿入物が、ほぼ矩形であることを
   特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】前記制限素子が、張力のかかった１つ以
    上の金属ロッドから成ることと、前記金属ロッドの端部
    が、前記本体に固定されていることを特徴とする、請求
    項１に記載の装置。
11. 【請求項１１】前記金属ロッドが、ナットを利用して、
    前記本体に固定されたボルトであることを特徴とする、
    請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】前記制限素子によって、前記ノズル部材
    の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨張
    率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨張
    率の約１００ＰＰＭ／Ｃ以内になることを特徴とする、
    請求項１に記載の装置。
13. 【請求項１３】前記制限素子によって、前記ノズル部材
    の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨張
    率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨張
    率の約６０ＰＰＭ／Ｃ以内になることを特徴とする、請
    求項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】前記制限素子によって、前記ノズル部材
    の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨張
    率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨張
    率の約４０ＰＰＭ／Ｃ以内になることを特徴とする、請
    求項１２に記載の装置。
15. 【請求項１５】前記制限素子によって、前記ノズル部材
    の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨張
    率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨張
    率とほぼ等しくなることを特徴とする、請求項１に記載
    の装置。
16. 【請求項１６】インク・ジェット・プリント・ヘッドの
    ノズル部材を本体に対して密封し、ノズル部材と本体の
    間に熱で誘発される応力を減少させる方法において、 複数のインク噴射素子を含んでいる、２つ以上の外側エ
    ッジを有する基板を、複数のオリフィスを含んでいる、
    前記基板の２つ以上の前記外側エッジを越えて延びるノ
    ズル部材の背面に固定するステップと、 前記ノズル部材の前記背面と第１の方向において第１の
    熱膨張率を有する前記本体との間のシーラントで、前記
    ノズル部材の前記背面を前記本体に対して位置決めし、
    前記シーラントが、前記基板まわりのほぼ境界を形成
    し、前記ノズル部材の前記背面と前記本体の間にインク
    ・シールを形成するようにするステップと、 熱膨張率が前記第１の熱膨張率に比べてかなり低い第２
    の材料で形成された熱膨張制限素子を、前記ノズル部材
    の近くで前記本体に固定するステップから構成され、前
    記制限素子によって、前記ノズル部材の近くでは、前記
    第１の方向における前記本体の熱膨張率が、前記第１の
    熱膨張率よりかなり低くなることを特徴とする、 応力減少方法。
17. 【請求項１７】前記制限素子が、前記本体に固定され、
    インク・リザーバと前記基板の背面の間に配置された金
    属挿入物から構成されることを特徴とする、請求項１６
    に記載の方法。
18. 【請求項１８】前記金属挿入物に、インクが通って、前
    記インク噴射素子の近くまで流れることを可能にする、
    中央ホールが備わっていることを特徴とする、請求項１
    ７に記載の方法。
19. 【請求項１９】前記制限素子が、張力のかかった１つ以
    上の金属ロッドから成ることと、前記金属ロッドの端部
    が、前記本体に固定されていることを特徴とする、請求
    項１７に記載の方法。
20. 【請求項２０】前記制限素子によって、前記ノズル部材
    の近くでは、前記第１の方向における前記本体の熱膨張
    率が、前記第１の方向における前記ノズル部材の熱膨張
    率の約１００ＰＰＭ／Ｃ以内になることを特徴とする、
    請求項１６に記載の方法。