JPH0717064B2 - インキジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インキジェットプリントヘッド内の電気的に
加熱される加熱素子における泡発生によって推進される
インキ滴が上記プリントヘッドのオリフィスを通って放
出されるという形式のインキジェット式印書に関し、特
に高密度熱式インキジェットプリントヘッド及びその製
作方法に関する。

（従来の技術） 従来から行なわれている熱式インキジェット印書におい
ては、プリントヘッドは、米国特許第4,463,359号に開
示されるような１つまたはそれ以上のインキで充填され
るチャネルを備えており、上記チャネルは、その一端部
が比較的小形のインキ供給室と連通しており、反対端部
は、ノズルと屡々呼ばれるオリフィスを有している。通
例は抵抗体である熱エネルギー発生器または加熱素子
が、上記チャネル内に上記ノズルの近くに該ノズルから
の所定距離に配置されている。上記抵抗体は個別的に電
流パルスを与えられて一時的にインキを気化させ、イン
キ滴を放出させる泡を形成する。上記泡が成長するにつ
れて、上記インキはノズルから膨れ出、インキの表面張
力によってメニスカスとして保有される。上記泡が崩壊
し始めると、上記チャネル内に上記ノズルと泡との間に
なお在るインキは上記崩壊しつつある泡へ向かって移動
して上記ノズルにおいてインキの体積を収縮させ、その
結果、上記膨れ出しつつあるインキはインキ滴として分
離する。上記泡が成長しつつある間に上記ノズルから出
るインキの加速は、用紙のような記録媒体の方へ向かう
ほぼ直線方向におけるインキ滴の運動量及び速度を提供
する。

米国特許第4,463,359号には、１つまたはそれ以上のイ
ンキ充填チャネルを有する熱式インキジェットプリンタ
が開示されており、上記チャネルは毛管作用によってイ
ンキを補給される。メニスカスが各ノズルに形成され、
これからインキがしたたるのを防止する。抵抗体または
加熱体が各チャネル内に上記ノズルから所定距離に配置
されている。データ信号を表わす電流パルスが上記抵抗
体に与えられ、これと接触しているインキを一時的に気
化させ、各電流パルスに対して泡を形成する。上記泡の
生長によって各ノズルからインキ滴が放出される。即
ち、或る量のインキが上記ノズルから膨れ出、上記泡が
崩壊し始めると分裂してインキ滴となる。上記電流パル
スは、各インキ滴が放出された後に上記メニスカスが分
裂してチャネル内に余りに遠く引っ込むことを防止する
ように形成される。熱式インキジェット装置の線形アレ
イの種々の実施例が示されている。即ち、例えば、放熱
式基体の頂部及び底部に千鳥形の線形アレイを取付けた
もの、及び多色印書のための異なる色のインキを有する
ものが示されている。一つの実施例においては、両端に
ノズルを有する比較的短いチャネルの中央に抵抗体が配
置されている。他の通路が上記の端部開口チャネルに連
結され、且つこれと垂直になっておってＴ字形構造を形
成している。インキが毛管作用によって上記通路から上
記端部開口チャネルに補給される。従って、泡が上記端
部開口チャネル内に形成されると、２つの異なる記録媒
体に同時に印書することができる。

IBM技報（IBM Technical Disclosure Bulletin）、第21
巻、第６号（1978年11月）の第2585頁ないし第2586頁に
は、（100）配向シリコンウェーハの両面における互い
に垂直の溝の差別エッチングが開示されている。上記溝
の深さが上記ウェーハの厚さの1/2に等しくなると、ノ
ズルのアレイが形成される。

アーネスト・バソース（Ernest Bassous）にかかる
「（100）及び（110）シリコンの異方性エッチングによ
る新規な三次元微小構造の製作」（Fabrication of Nov
el Three−Dimensional Microstructure by the Anisot
ropic Etching of（100）and（110）Silicon）なる論文
が電子装置に関するIEEE会報、第ED−25巻、第10号（19
78年10月）に記載されており、この論文は、（100）及
び（110）配向の単結晶シリコンの異方性エッチング及
び３つの形式の微小構造について述べている。即ち、
（１）インキジェットノズルとして使用するための薄膜
内の高精度円形オリフィス、（２）低温用に適する８面
空洞を有する多重ソケット式小型電気接続器、及び
（３）（100）及び（110）シリコン内の多重チャネルア
レイについて述べている。これら構造のうちの或るもの
を作るために、シリコンウェーハを燐珪酸ガラス膜と融
着させるための新しい挿着技術が開発された。上記の円
形オリフィスを有する薄膜型ノズルは、穴の異方性エッ
チングを、エッチング剤内における強くドーピングした
p⁺形シリコンのエッチング抵抗性を利用した方法と組み
合わせて行なうことによって製作された。

米国特許第4,438,191号には、多重部分品式組立体を作
るための接着剤を使用する必要のない一体式泡駆動イン
キジェットプリントヘッドを作る方法が開示されてい
る。この方法によれば、標準的の集積回路及びプログラ
ム回路の処理法により、層形構造を作ることができる。
基本的には、泡発生用抵抗体及び個別的アドレッシング
電極を有する基体に、標準的の半導体処理によってイン
キ室及びノズルを形成する。

米国特許第4,335,389号には、液体と接触する電気熱変
換器の部分が、泡が成長及び崩壊するという作動環境に
おいて過度に摩耗することのないように特定の重量減少
試験を通過した材料で作られているということを特徴と
する液滴放出式記録ヘッドが開示されている。急速に発
生及び崩壊させられる泡によって生ずるキャビテーショ
ン力が、保護なしの加熱素子を激しく腐食し、可動寿命
を短縮させる。

米国特許第4,377,814号には、相隣る液滴放出ハウジン
グ間に、これらを互いに隔離するために波形部材を設
け、これにより、混線、即ち、選定したもの以外のハウ
ジング内のノズルの賦勢を防止するようにしたものが開
示されている。

米国特許第4,417,251号には、インキ溜めからノズルま
でのインキ流路を構成するチャネルが、基体上に設けら
れた感光材料の層内に形成されているというインキジェ
ットヘッドを製造する方法が開示されている。

特開昭55−49274号には、複数のメサを作るための型を
単結晶材料の異方性エッチングを介して作ることによっ
てノズル板を製作するための方法が開示されている。

特開昭55−49275号には、２つの単結晶層の間に狭着し
たエッチング保護層を、上記結晶層の相対向する面の一
方に硼素をドーピングすることによって形成したものが
開示されている。同じパターンの保護層を上記結晶層の
各々の外面に形成する。両方の結晶層を中央の上記保護
層まで異方性エッチングする。露出した中央保護層を除
去し、ノズル板を、インキとの相互作用を防止するため
に保護膜を被覆し、上記中央保護膜にオリフィスがある
ノズルを得る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は安価な高解像度のインキジェットプリン
トヘッドを提供することにある。

本発明の他の目的は２つの同構造の部分品から組立てる
ことのできる簡単なプリントヘッド構造を提供すること
にある。

本発明の更に他の目的は、シリコンウェーハの面上の絶
縁層上に複数組の泡発生用加熱素子及びそのアドレッシ
ング電極を形成することにより、及び上記加熱素子相互
間の絶縁層の平行スリップを除去し、そのこシリコン
を、これにＶ字形溝を作る異方性エッチングにさらすこ
とにより、多数の同構造の部分品を一括生産することに
ある。

本発明の更に他の目的は、同構造のＶ字形溝付き部分品
を面向き合わせに組み合わせて、加熱素子及びアドレッ
シング電極を含むランドを上記Ｖ字形溝と重ね合わせ、
これにより、上記部分品を自動的に整合させ、一方の部
分品上のＶ字形溝と他方の部分品のランドを含む加熱素
子との間にインキチャネルを形成することを可能ならし
めることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明によれば、複数の平行
チャネルを有し、該平行チャネルのそれぞれには加熱素
子が設けられている。応答滴下式熱式インキジェットプ
リンタのためのインキジェットプリントヘッドが提供さ
れ、このプリントヘッドは、少なくとも２つの実質的に
同構造の部分品を備え、該部分品の各々は、等間隔に且
つ平行に配置され同一平面の複数のランドの直線状の配
列からなり、該ランドの各々はその上に加熱素子を備え
ており、各隣接するランドの対の間にはＶ字形の断面積
を有する溝が形成されており、前記部分品は、一方の部
分品の前記ランドが他方の部分品の前記溝内にあるよう
に、相互に噛み合わさった状態で組み合わされて、前記
ランドと前記溝の先端部との間で前記チャネルを形成す
ることを特徴としている。

また、本発明によれば、インキジェットプリンタに使用
するための複数のプリントヘッドを製造する方法が提供
され、この方法は、（ａ）各シリコン基体が、平行な第
１及び第２の（100）面を有する、シリコン基体を清浄
化する段階と、（ｂ）前記基体面上に絶縁材料層を付着
させる段階と、（ｃ）加熱素子として使用するため前記
基体の前記第１の面上の所定の位置に複数組の等間隔の
抵抗材料の直線状配列を形成し、また、前記加熱素子を
個々に指定して電流パルスを供給するため前記と同じ第
１面上にアドレス電極のパターンを形成する段階と、
（ｄ）前記加熱素子及び前記アドレス電極上に不動態化
層を付着させ、電流パルス源への接続とため前記電極端
部において該不動態化層を取り除く段階と、（ｅ）前記
抵抗材料の各々の中間及び該抵抗材料に付属の前記アド
レス電極の中間にある前記不動態化層部分及び前記絶縁
層部分の両方に細長い開口を形成して前記基体の前記第
１面を露出するように前記不動態化層をフォトリソグラ
フ的にパターン形成し、前記基体の第１面に複数の等間
隔の平行な細長い溝を、各溝が｛111｝面に側壁により
囲まれてその長さに沿ってＶ字形断面積を有するよう
に、異方性エッチングする段階と、（ｆ）前記抵抗材料
の各組に対する前記溝相互間に連通路を提供する段階
と、（ｇ）前記基体を前記各組の溝の両端付近で該溝に
直交する方向にダイシングして、端部が開口した溝の組
を、各溝が抵抗材料と付属の電極との中間にあるように
形成し、次に、前記基体を互いに直交する方向にダイシ
ングして複数の個別のプリントヘッド部分品を形成する
段階と、（ｈ）少なくとも２つの同構造の部分品を、前
記第１面が相互に対向し且つ一方の部分品の抵抗材料及
び電極が他方の部分品の溝の中にあるように組合せて、
前記部分品を自己整合されて端部が開口してチャネルを
形成するように組み合わせる段階と、（ｉ）前記少なく
とも２つの部分品を永久的に接着してプリントヘッドを
形成する段階と、（ｊ）チャネルの、ノズルとして機能
する開口端部のある位置であって、近くに抵抗材料を有
する位置にあるプリントヘッドの端部を、共通の電気帰
線として使用するために被覆する段階と、（ｋ）前記ノ
ズル機能をもつ開口端部とは反対の側のチャネルの開口
端部を閉鎖する段階と、（ｌ）前記抵抗材料にディジタ
ル化データ信号を表す電流パルスを選択的に供給してイ
ンク滴を放出する手段を提供する段階とからなることを
特徴とする。

（実施例） 代表的なキャリジ型多色熱式インキジェットプリンタ10
を第１図に示す。インキ滴生成用チャネルの線形アレイ
が、各インキ供給カートリッジ12の各プリントヘッド11
内に格納されている。このカートリッジは、例えば使い
捨て式のものである。１つまたはそれ以上のインキ供給
カートリッジが往復式キャリジ組立体14に交換可能に取
付けられている。このキャリジ組立体は、ガイドレール
15上を矢印13方向に前後に往復運動する。上記チャネル
の末端はオリフィスまたはノズルとなっており、上記ノ
ズルは、上記キャリジの往復方向（矢印13）と垂直に、
且つ、用紙のような記録媒体16の面と平行に整列してい
る。このようにして、上記プリントヘッドは、上記記録
媒体上に情報の一行を印書する。即ち、上記キャリジが
走行している間、上記記録媒体は静止させられているか
らである。上記記録媒体は、上記キャリジ組立体が一つ
の方向におけるその横移動を完了すると直ちに、且つ該
キャリジ組立体がその往復方向に逆転して反対方向に走
行し始める前に、上記印書済み行に等しい距離だけ矢印
17方向に進ませられる。上記プリントヘッド付きのキャ
リジ組立体が上記反対方向に移動するにつれて、上記情
報の行の続きである情報の他の行が印書される。プリン
タ制御器（図示せず）に受信されるディジタルデータ信
号に応答し上記ノズルから上記記録媒体へ向かってイン
キ滴18が放出且つ推進される。上記プリンタ制御器は、
上記プリントヘッドのチャネル内に上記ノズルからの所
定の距離に配置されている個々の加熱素子に順々に選択
的に電流パルスを与える。上記プリントヘッドの加熱素
子を流れる上記電流パルスは、該加熱素子と接触するイ
ンキを蒸発させて一時的の蒸気の泡を生成させ、インキ
の滴を上記ノズルから放出させる。或いはまた、いくつ
かのプリントヘッドを互いに突き合わせ、第７図に示し
且つ後で詳述する如きノズルの頁巾アレイを形成しても
よい。この後者の構成においては、ノズルは静止してお
り、用紙が一定速度で上記ノズルの前を通って連続的に
移動する。ノズルの１つまたはそれ以上の頁巾アレイを
積み重ね、各アレイが個々の色のインキを放出して多色
頁巾印書を行なうようにすることもできる。

第１図に示すように、インキ供給カートリッジ12と、固
定されている電極盤またはドータボード19との各々の間
に、破線で示すプリントヘッド11が狭着されている。上
記プリントヘッドは上記ドータボードに永久的に取着さ
れており、そのそれぞれの電極は接続し合わされてい
る。後で詳述するプリントヘッド充填穴またはインキ溜
めが、上記カートリッジ内のアパーチャ（図示せず）に
対して密閉的に配置されてこれと合致しており、この印
書装置の作動中はインキが上記カートリッジから上記イ
ンキ溜めを介して上記インキ溝に絶えず供給されるよう
になっている。このカートリッジは、米国特許第4,571,
599号に詳細に記載されているものと同様のものであ
る。各ドータボード19の下部20には電極端子21があり、
該端子は、カートリッジ組立体14内の雌リセプタクル
（図示せず）への差し込みを容易化するようにカートリ
ッジ底部22の下に延びている。本実施例においては、上
記プリントヘッドは中心距離25ないし75ミクロン（１な
いし３ミル）の48個のチャネルを有し、25.4mm（１イン
チ）当り300ないし600スポット（300ないし600spi）の
解像度で印書するようになっている。各ドータボード上
のこのような高い密度のアドレッシング電極23は、該電
極のうちの若干を両側面で終端させることにより、取扱
いがより便利になる。第１図において、図示の側面24
は、上記プリントヘッドを含んでいる側面と反対の面で
ある。上記電極は、全て、上記プリントヘッドがある側
面で始まっているが、そのうちの若干は上記ドータボー
ドを貫通している。全ての電極23はドータボード端部即
ち下部20で終っている。

Ｌ字形ドータボード19の平面図を第２図に示す。この図
は、プリントヘッド11を含んでいる側面である。ドータ
ボード電極即ちアドレッシング電極23は上記プリントヘ
ッドと１対の比率になっている。図示の実施例において
は、１つのプリントヘッド片28が上記ドータボードに密
閉的に固定され、その電極33はドータボード電極23にワ
イヤ接続されている（第12図）。第11図について後で詳
述するように、他のプリントヘッド片の電極は、先ず、
例えばカプトン （Kapton ）のような可撓Ｔ字形盤50
上の中間電極55にワイヤ接続され、これに上記プリント
ヘッド片が接続されている。２つの同構造の片28を噛み
合わせ、互いに接着してプリントヘッド11を形成させる
と、第13図について後で詳述するように、上記可撓盤の
片持ちばり式端部56を撓ませて適切なドータボード電極
と接触させ、次いで、例えば接着剤で永久的に固着させ
ることができる。ワイヤ接続体（図示せず）が接続され
ている場所で上記可撓盤が撓むのを防止するために補強
材52が該可撓盤に接着される。本実施例においてはこの
構成を用いてあるが、業界に周知の他のいろいろの方法
を用い、２つの同構造のプリントヘッド片28を組み合わ
せてプリントヘッド11を形成する前または後に、該プリ
ントヘッド片の電極をドータボード電極に接続すること
もできる。プリントヘッドインキ溜め充填穴35（第３
図）は、上記可撓盤及び補強材にそれぞれある穴51及び
53と整合し、上記カートリッジから上記プリントヘッド
へのインキの移動のためのじゃま物のない通路を作るよ
うになっている。上記ドータボードの長脚部上にあるド
ータボード電極23の約半分はその反対面上にあり、従っ
て、ドータボード端部20の両側面は端子21のほぼ同構造
の平行アレイを有す。上記ドータボードの反対側面上の
電極は、位置26において該ドータボードを通って電気的
に接続されている。

本発明のプリントヘッドの一つの独特の特徴は、簡単な
２片式本体構造を有しているということである。２つの
片28は互いに同構造であり、組立てまたは組み合わせ
て、加熱領域、加熱素子、インキトンネルまたはチャネ
ル、及び放出ノズルを具備する完全なプリントヘッドを
作ることができる。本発明の２片式プリントヘッドは、
後で詳述するように、加熱素子30の列相互間で異方性エ
ッチングされた特別に形成したＶ字形の溝29によって可
能となる。この溝付き構造においては、同構造の片28を
自己整合的に面と面とを向き合わせ、第３図に示すよう
にそれぞれのランド31及び溝29を重ね合わすことができ
る。即ち、第３図は、ドータボード19上に取付けられた
このプリントヘッド11の前面を示す拡大斜視図である。
この図においては、インキ滴放出ノズル27のアレイを示
してある。一般にはプリントヘッドにおけるノズルの個
数は総計で48から128またはそれ以上になるが、図では
そのうちの６個を示してある。トンネルまたはチャネル
は、加熱素子を包含しているランド31の高さを、該ラン
ドが嵌入する溝の深さよりも小さくすることによって形
成される。各片28は、溝29によって分離された加熱素子
30を包含しているから、一つの片における加熱素子相互
間の空所は第２の片のランドで埋められ、及びこの逆と
なる。かかる構成により、インキ摘放出ノズルの密度が
可及的最高となり、且つ、混線を防ぐためのチャネル相
互の適切な隔離が得られる。即ち、加熱素子に電流パル
スが与えられているチャネルに付属するノズルの隣りの
ノズルから不時のインキ放出が防止される。

この形式のプリントヘッドは、標準的なシリコン集積回
路製作技術により、比較的安価に量産することができ
る。組立てに必要なのは、２つの同構造の片を面を向か
い合わせて配置するという格別むずかしさのない１つの
工程であある。上記２つの片の整合及び重ね合わせは自
動的且つ精密になされる。接着剤の使用というような標
準的な密閉技術を、必要に応じてこの組立て工程に取り
入れることができる。

第３図において、向かい合う両片28は、溝29相互間のラ
ンド31上に形成された加熱素子30及びアドレッシング電
極33を有す。図には、ノズル27があるプリントヘッドの
縁が示されており、そして、溝29で形成されたチャネル
の反対端部付近には、該溝の底部または頂部37にある穴
34（この図には示してない）が共通のマニホルドまたは
インキ溜め35と連通している。従って、上記加熱素子の
それぞれの一つが、一方の片内の溝と他方の片内のラン
ドとによって形成された各チャネル内に配置されてい
る。可撓盤50及び補強材52内にそれぞれ同心穴51、53が
カートリッジアパーチャ（図示せず）とマニホルド35と
の間を連通させる。インキは、プリントヘッド11が密閉
的に取付けられているインキカートリッジ12から、該カ
ートリッジ内の穴（図示せず）を通り、上記同心穴を介
して、長く伸びた凹所即ちインキ溜め35に入る。要すれ
ば、上記カートリッジ穴と隣りの穴35との間にＯリング
シールを用いることができる。プリントヘッドがドータ
ボードに永久的に取着されるときに、他方のプリントヘ
ッド片内の同様の凹所が該ドータボードに対して密閉さ
れ、従って、上記プリントヘッドのこの半分部内のイン
キ溜めは、それぞれの片28の各々内のチャネル間の少な
くとも１つの通路（図示せず）を介して充填されること
になる。一方のプリントヘッド片のアドレッシング電極
を適当するドータボード電極に接続した後、他方の同構
造のプリントヘッド片を、中間電極55が形成されている
可撓盤の面54に接着する。次に、補強材52を可撓盤50の
反対面57に接着し、該可撓盤がこの補強領域においては
撓むことができないようにする。なお、後で説明する第
11図を参照されたい。上記プリントヘッド片電極を上記
可撓盤の中間電極にワイヤ接続する。補強材52は、ワイ
ヤ接続体が取着されている場所で上記可撓盤が撓むこと
を防止する。プリントヘッド、可撓盤及び補強材の組立
部品を、上述したように、ドータボードに既に接着され
ているプリントヘッド片に取付ける。上記ノズルと反対
のチャネル開口端部を、上記プリントヘッド片の各々内
のチャネルの少なくともそれぞれの一つを相互接続して
いる少なくとも１つの通路（図示せず）を除き、密閉す
る。チャネル端部を密閉する従来からある任意の方法、
例えば熱硬化性樹脂を使用するという方法を用いること
ができる。各プリントヘッド片28上の露出しておって使
用されない電極33及び加熱素子30を、美観上の目的でダ
イシングまたは研削によって除去してもよいが、プリン
トヘッドは第３図に示す如くに完全に機能するまで、こ
の作業は全く随意的のものである。いうまでもなく、上
記の溝、加熱素子、及び電極のパターンを、平衡した対
称的なプリントヘッドが得られるように設計し、随意選
択的ダイシング工程の必要をなくするようにすることが
できるが、これは、上部及び下部の片が同形でないこと
もあるということを意味するものである。

一実施例においては、第４図に示すように、両面研磨し
た（100）シリコンウェーハ36から複数の片28を作る。
上記ウェーハを化学的に清浄化した後、熱分解CVD窒化
シリコン層41を両面に沈着させる。通例のホトリソグラ
フィを用い、複数の片28の各々に対する共通のインキ溜
め凹所35のための道を、ウェーハ36の一方の面42上の所
定の場所にプリントする。上記一方の面は、第４図に示
してある面の反対の面である。上記窒化シリコンを、凹
所35を表わしている上記道のパターンからプラズマエッ
チングで除去する。水酸化カリウム（KOH）異方性エッ
チングを用いて上記凹所をエッチングする。この場合に
は、上記（100）ウェーハの｛111｝面は該ウェーハの面
42と4.7°の角度をなす。長く伸びた凹所35の巾は約0.5
mm（約20ミル）であり、従って、上記凹所は、上記ウェ
ーハの厚さの約４分の３までの途中にある頂点までエッ
チングされて終る。上記の比較的巾小の凹所は、エッチ
ングを継続しても大きさが更に増すということがなく、
不変である。従って、上記凹所に対しては格別の時間的
制限がない。このエッチングには約２時間かかり、多数
のウェーハを同時に処理することができる。

次に、ウェーハ36の反対面43をホトリソグラフィでパタ
ーン付けし、例えばZrB₂のような、加熱素子30の組とし
て働く複数組の抵抗材料の沈着体を形成する。或いはま
た、上記抵抗材料は、化学蒸着（CVD）によって沈着さ
れるドーピングした多結晶シリコンであってもよく、こ
の場合には、ウェーハのこの面上の窒化シリコン層を、
5000Åないし１ミクロンの厚さを有するSiO₂のような被
覆または下地層で置き換えてもよい。アドレッシング電
極33は、第4A図、第５図及び第６図に示すように、上記
下地層または窒化シリコン上に、上記加熱素子の縁を覆
って沈着されたアルミニウムリード線である。電極33は
0.5ないし3.0ミクロンの厚さに沈着されるが、好ましい
厚さは1.5ミクロンである。電極不動態化のために、燐
をドーピングした厚さ２ミクロンのCVDSiO₂膜（図示せ
ず）を、上記加熱素子とアドレッシング電極との複数の
組の全体を覆って沈着し、次いで、ドータボード電極及
び後で沈着される共通帰線との接続を後で行なうため
に、端子端部からエッチングで除去する。このエッチン
グは湿式または乾式のいずれのエッチング方法でもよ
い。或いはまた、電極不動態化をプラズマ沈着されるSi
₃N₄で行なってもよい。

多結晶シリコン加熱素子を用いる場合には、その多結晶
シリコンの一小部分をSiO₂に変換するために、アルミニ
ウムリード線の沈着に先立って、該加熱素子を50ないし
80分間にわたって約1100℃の比較的高温で水蒸気または
酸素中で酸化させる。このようにすると、上記加熱素子
は熱酸化され、実質的にピンホールのない良好な完全性
を有する約500Åないし１ミクロンのSiO₂の上掛け層
（図示せず）となる。上記の熱的に成長した下地を、後
で沈着させる電極の取着のために、多結晶シリコン加熱
素子の両側縁から除去する。多結晶シリコン加熱素子を
用いる場合には、抵抗材料及び付随の熱酸化物層を覆っ
ている電極不動態化の部分を、電極端子からのその除去
と同時に除去する。

上記プリントヘッドの作動中に崩壊するインキ蒸気の泡
によって発生するキャビテーション力に対する加熱素子
の保護を増すために、所望ならば、該加熱素子を覆って
いる酸化済み多結晶シリコン上掛け層または不動態化層
の上にタンタル（Ta）層（図示せず）を約１ミクロンの
厚さに沈着してもよい。上記Ta層は、上記加熱素子のほ
かは、例えばCF₄／O₂プラズマエッチングを用いて除去
する。

その次の工程において、ウェーハ面被覆即ち窒化シリコ
ン層31及び電極加熱素子不動態化層の複数組の平行スト
リップをホトリソグラフィでパターン付けして除去し、
上記加熱素子及び電極の列間のウェーハ面43を露出させ
る。面被覆41及び不動態化層を、業界に周知の方法で除
去し、上記露出したウェーハ面43とともに傾斜縁46を有
する壁を得る。第３図及び第８図に示すように、２つの
同構造のプリントヘッド28は、その保護層が傾斜縁を有
している場合の方がより緊密に嵌り合う。上記の露出し
たシリコンを例えばKOH中で異方性エッチングするとＶ
字形溝29が形成される。上記の窒化物及び／又は他の不
動態化層内の道は、その後に形成されるべきインキチャ
ネルよりも長い長さを有し、且つ25ないし100ミクロン
（１ないし４ミル）の巾を有す。（100）シリコンウェ
ーハの異方性エッチングは、エッチング｛111｝面に沿
ってなされるように、常に、正方形または矩形の道を介
して行なわれねばならない。即ち、このエッチングで作
られる各凹所はウェーハ面と54.7°の角度をなす壁を有
し、そして、上記道がウェーハの厚さに対して十分に小
さいならば、Ｖ字形の溝が形成され、該ウェーハに穴が
貫通形成されることはない。業界に周知のように、内側
の角部のみが異方性エッチングされる。即ち、外側また
は凸状の角部は、エッチングを導くべき｛111｝面を有
しておらず、そしてエッチング剤はかかる角部を極めて
急速にエッチングして溶除するからである。これが、上
記チャネルがその端部で開口することがないという理由
であり、開口させるには、ダイシングまたはフライス削
りのような別個の工程が必要である。従って、Ｖ字形溝
凹所29を形成した後、個々のプリントヘッド片28を線44
及び線45に沿ってダイシングし、第３図に示すような面
向き合わせ組立てに適する完成プリントヘッド片を作
る。第４図における片28の拡大平面図の4A−4A線に沿う
断面図を第4A図に示す。

Ｖ字形溝29をエッチングするのに用いられる道の巾は極
めて狭いから、エッチング処理は頂点37における凹所壁
の交点で停止する。ウェーハ面43からのこの頂点の深さ
は、各Ｖ字形溝またはチャネル29内に穴34が形成される
ように、インキ溜め凹所35のＶ字形溝の底と若干交差す
るように設計されており、従って、各プリントヘッド片
のチャネルに対する共通のインキ溜めまたはマニホルド
35が形成される。

説明を解り易くするために、アドレッシング電極付きの
４つの加熱素子及び３つのチャネルだけを有するプリン
トヘッド片28を示す拡大斜視図を第５図及び第６図に示
す。第５図は、加熱素子30及びアルミニウム電極33相互
間にあってウェーハ面43を露出させる道38を示すもので
ある。第６図は、異方性エッチングを行なってＶ字形凹
所チャネル29を作った後、及び第５図に破線で示す線44
及び45に沿ってダイシング切断を行なった後のプリント
ヘッド片28を示すものであり、上記ダイシング切断は、
最終的にノズルとして働く上記チャネルの端部を開口さ
せるため、及び溝29のうちの一つの底において片28を分
割するためのものである。上に加熱素子及び電極が形成
されている窒化シリコン層41は、チャネル凹所29のため
の道の位置を限定するエッチングマスクとして働く、こ
のエッチングの深さは、前述したように、上記道または
窒化物層ストライプの巾によって制御される。プリント
ヘッド片面47から所定距離だけ間隔をおいている加熱素
子は共通帰線40に接続されている。この共通帰線は、例
えば、アルミニウムのような金属の無指向性スパッタリ
ング（即ち、面44a上の全ての方向に向かうスパッタリ
ング）により、プリントヘッド面44aの全体に形成され
る。かかる共通帰線の配設は、最終的にはノズル27とし
て働くチャネル開口端部を閉塞または妨害することなし
に行なうことが必要である。共通帰線40は、次いで、ワ
イヤ接続体58が所定位置に配設された後、インキから該
帰線を保護するために不動態化層（図示せず）で被覆さ
れる。上記アドレッシング電極の遠い方の端部に形成さ
れるワイヤ接続体またはビームリードの端部は可撓盤ス
トリップ線で、または付属の縁コネクタで終り、これら
のうちのいずれかは、次いで、上記ドータボード電極に
ワイヤ接続される。

或いはまた、共通インキ溜め35を同じ面からのＶ字形溝
チャネル29と直角に配置するならば、片面研磨して（10
0）ウェーハを用いることができる。即ち、先ず共通イ
ンキ溜めをエッチングし、次いでこれを、加熱素子形成
前に多結晶シリコンガラス（PSG）で充填する。本体製
作が終わったら、上記PSGをエッチング除去して上記イ
ンキ溜めを各チャネルに連結することができる。上記PS
Gの上に作られたアドレッシング電極33は上記インキ溜
めを横切って橋掛かりする。

第７図の正面図に示すように、任意の所望の長さのプリ
ントヘッドを、プリントヘッド片28から、ノズル27相互
間の中心間間隔を損失なしに組立てることができる。こ
れを行なうには、常態で一つのプリントヘッドを形成し
ている最初の２つの片28を所定個数のチャネル溝29だけ
ずらして置く。この並置領域に付け加えられる後続の片
は自己整合して突き合わさる。即ち、図示のプリントヘ
ッド片28a、28b、28c、28d、28e、等を組合わせる如く
である。第３図、第５図及び第６図においては、簡単さ
及び理解の容易さのために、プリントヘッドを、４つの
加熱素子及び３つの溝を有するものとして示してある
が、商用品は一般に少なくとも48個のチャネルまたはノ
ズルを有している。また、プリントヘッド電極を、ディ
ジタル化データ信号を表わす電流パルス源に接続する手
段、例えば第３図及び第８図に示す可撓盤上に中間電極
を用いるというような手段も、明瞭化のために省略して
ある。第７図の構成を用いることにより、頁巾のプリン
トヘッドが提供される。このプリントヘッドは静止保持
され、一方、記録媒体が、印書作業中に、ノズル線形ア
レイと垂直方向に一定速度で上記プリントヘッドを通り
過ぎる。頁巾印書の一つの主な利点は、いうまでもな
く、印象速度が大巾に増すということである。即ち、記
録媒体は、キャリッジ式プリンタでは必要である静止保
持の必要がないからである。また、第７図に示す如き頁
巾プリンタを積み重ね、各々が、別々のインキ溜め（図
示せず）からの異なる色のインキを使用するようにする
ことができる。

他の実施例を第８図、第９図及び第10図に示す。これら
の図においては、第３図、第５図及び第６図の実施例と
同構造の部品には同じ参照番号を付し、類似の部品には
同じ参照番号に添字「ａ」を添えた番号て示してある。
上記他の実施例においては、一体的インキ供給トンネル
は、Ｖ字形溝の異方性エッチング中に、加熱素子30及び
アドレッシング電極33を保持する絶縁窒化物層ストライ
プを、その各々が巾小部61を持つように限定することに
よって形成される。これにより、Ｖ字形溝29の各側壁に
凹部62が作られる。２つの同構造の部品28aを重ね合わ
せてプリントヘッド11aを形成すると、凹部62は整合し
てインキトンネルを形成し、該インキトンネルは、Ｖ字
形溝チャネルの開口部を、上記プリントヘッドの巾を横
切って連続的に相互接続する。上記の一体的インキトン
ネルは、最外部のＶ字形溝29から凹部62を除外するか、
または外部トンネルの開口部をエポキシのような密閉剤
（図示せず）で密閉することによって終端させられる。
インキは、例えば、管（図示せず）により、または、頂
点がＶ字形溝29のうちの一つ内への入口34aにおいて開
口するようにプリントヘッド片28内に異方性エッチング
された凹所35aにより、これら外部トンネル開口部のう
ちの一つを介して上記プリントヘッドへ供給される。こ
れ以外の全ての点に関しては、第８図ないし第10図の実
施例は第１図ないし第７図の実施例と同じ仕方で製作及
び作動させられる。

第11図、第12図及び第13図は、２つの同構造のプリント
ヘッド片28または28aを組立て、これらをドータボード1
9上に取付け、そしてこれらをドータボード電極23にワ
イヤ接続するための一つの方法を示すものである。先
ず、第22図に示すように、１つのプリントヘッド片をド
ータボードに接着する。この際、Ｖ字形溝29を該ドータ
ボードの短脚部の縁39と垂直にし、及び該プリントヘッ
ド片の面がドータボードの縁39と共面の共通帰線40を持
つという状態にする。アドレッシング電極33及び共通帰
線40をドータボード電極23の近い方の端部48にワイヤを
接続する。次に、第11図に示すように、一つのプリント
ヘッド片28を、一部に中間電極55を有する例えばカプト
ン （Kapton ）のようなＴ字形可撓盤50の面54に接着
する。補強材52を上記可撓盤の反対面57に接着して可撓
盤50の一部を上記補強材とプリントヘッド片との間に挟
着する。上記補強材は、上記プリントヘッド片に隣る上
記中間電極の端部付近で上記可撓盤が撓むことを妨げ
る。プリントヘッド電極33及び共通帰線40を中間電極55
の隣接端部にワイヤ接続する。上記補強材はワイヤ接続
体58、59の剥離を妨げる。即ち、上記可撓盤は、上記ワ
イヤ接続体付近では、曲がることまたはねじれることが
できないからである。第13図に示すように、上記プリン
トヘッド、可撓盤及び補強材を含む組立部品を、上記ド
ータボードに接着されているプリントヘッド片に組み合
わせ、加熱素子及びアドレッシング電極を有する一方の
プリントヘッド片のランドを他方のプリントヘッド片の
Ｖ字形溝内に噛み合わせる。このようにして組み合わせ
たプリントヘッド片を接着し合わせ、そして上記可撓盤
の片持ちばり式部分56をドータボードへ向かって動か
し、これにより、適当するドータボード電極端子49を上
記可撓盤上の中間電極55と電気的に接触させ、この接触
部においてこれらを接触し合わす。全ての電極を不動動
態化し、ワイヤ接続体59をエポキシのような電気絶縁材
で包む。第３図について前述したように、可撓盤内の穴
51及び補強材内の穴53を、長く伸びたインキ溜め35（第
３図）または補強材内の穴即ち凹所35a（第８図）と整
合させる。前述したように、これら穴51、53をインキ供
給カートリッジ12内のアパーチャと密閉的に連結させ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、複数の同構造の部分品の各々が、等間
隔に且つ平行に配置され同一平面の複数のランドの直線
状の配列からなり、該ランドの各々にはその上に加熱素
子を備え、各隣接するランドの対の間にはＶ字形の断面
積を有する溝が形成され、一方の部分品のランドが他方
の部分品の溝内にあるように、両部分品が相互に噛み合
わさった状態で組み合わされるので、同じ構造の部分品
をランドと溝が対面するように重ねることで、次から次
へと組合わされて、次々に自己接合し、頁幅に配列され
たノズルを有する長いプリントヘッドを簡単に得ること
ができ、安価なプリントヘッドを得ることができる。

また、本発明のプリントヘッドの製法によれば、単に、
前記した同構造の部分品を１度に多数作るだけで前記の
安価なプリントヘッドが得られる。すなわち、同構造の
部分品を多数形成し、一方の部分品のランドが他方の部
分品の溝内にあるように部分品を相互に組み合わせる
と、次から次へと組合わされて、次々に自己接合し、頁
幅に配列されたノズルを有する長いプリントヘッドを簡
単に得ることができる。

本発明についての以上の説明から解るように、本発明の
範囲内で種々の変形及び変更を行なうことが可能であ
る。例えば、上述した本発明を連続流インキジェット式
プリンタに用いることができる。即ち、この場合には、
上記加熱素子によって発生させられる泡を、上記ノズル
から連続的に流れ出るインキを攪乱するための手段とし
て用いて、上記ノズルからの一定距離において上記イン
キの流れをインキ滴に分裂させる。そこで、帯電用電極
が、記録媒体上の衝撃位置に従って上記インキ滴に電荷
を与えるか、または、上記インキ滴が再循環用の集収樋
へ導かれる。連続流インキジェットプリンタのために本
発明プリントヘッドを変形するのに必要な全ての変更は
従来の技術から十分に解る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いたカートリッジ型熱式インキジェ
ット印書装置の斜視図、第２図はドータボードの電極に
接続されたプリントヘッド電極を示す本発明のドータボ
ード及び固定されたプリントヘッドの平面図、第３図は
ドータボード上に取付けられてインキ滴放出ノズルを示
しているプリントヘッドの部分拡大斜視図、第４図は、
複数の加熱素子アレイ及び各加熱素子に対するアドレッ
シング電極を有するウェーハを、一つの加熱素子アレイ
を拡大して示す平面図、第4A図は第４図の4A−4A線に沿
う拡大断面図、第５図は第４図の加熱素子アレイの部分
拡大斜視図、第６図はプリントヘッドの同構造の半割部
の一方を形成するためにＶ字形溝の異方性エッチングを
行った後の第５図の加熱素子アレイの部分拡大斜視図、
第７図は単一の頁巾プリントヘッドを形成するために突
き合わされた複数のプリントヘッドを示す拡大正面図、
第８図は第３図におけるプリントヘッドの他の実施例の
拡大斜視図、第９図は切欠き部突きの絶縁層パターンを
示す一つのプリントヘッド片の加熱素子アレイの他の実
施例の部分拡大斜視図、第10図は他の構成のプリントヘ
ッドの同構造の半割部の一方を形成するために各側壁に
切欠き部があるＶ字形溝の異方性エッチングを行なった
後の第９図の加熱素子アレイの部分拡大斜視図、第11図
はドータボードの電極との電極相互接続のために一つの
プリントヘッド片に対して中間可撓盤を用いた状態を示
す他の実施例の拡大斜視図、第12図はドータボード電極
に対する一つのプリントヘッド片の電極のワイヤ接続の
他の実施例を示す拡大斜視図、第13図は第11図及び第12
図に示す構成を用いてプリントヘッド電極をドータボー
ド電極と相互接続する他の手段の側面図である。 12……インキ供給カートリッジ、19……ドータボード、
23,33……アドレッシング電極、27……インキ滴放出ノ
ズル、28,28a,28b,28c,28d,28e……プリントヘッド片、
29……Ｖ字形溝、30……加熱素子、35……インキ溜め、
36……（100）シリコンウェーハ、40……共通帰線、50
……可撓Ｔ字形盤、52……補給材、62……凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０２ Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の平行チャネルを有し、該平行チャネ
   ルのそれぞれには加熱素子が設けられている、応答滴下
   式熱式インキジェットプリンタのためのインキジェット
   プリントヘッドにおいて、 前記プリントヘッドが少なくとも２つの実質的に同構造
   の部分品（28）を備え、該部分品の各々は、等間隔に且
   つ平行に配置され同一平面の複数のランド（31）の直線
   状の配列からなり、該ランドの各々はその上に加熱素子
   を備えており、各隣接するランドの対の間にはＶ字形の
   断面積を有する溝（29）が形成されており、前記部分品
   は、一方の部分品の前記ランド（31）が他方の部分品の
   前記溝（29）内にあるように、相互に噛み合わさった状
   態で組み合わされて、前記ランドと前記溝の先端部との
   間で前記チャネルを形成することを特徴とするインキジ
   ェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】インキジェットプリンタに使用するための
   複数のプリントヘッドを製造する方法であって、 （ａ）各シリコン基体（36）が、平行な第１及び第２の
   （100）面（43、42）を有する、シリコン基体（36）を
   清浄化する段階と、 （ｂ）前記基体面上に絶縁材料層（41）を付着させる段
   階と、 （ｃ）加熱素子として使用するため前記基体の前記第１
   の面（43）上の所定の位置に複数組の等間隔の抵抗材料
   （30）の直線状配列を形成し、また、前記加熱素子を個
   々に指定して電流パルスを供給するため前記と同じ第１
   面上にアドレス電極（33）のパターンを形成する段階
   と、 （ｄ）前記加熱素子及び前記アドレス電極上に不動態化
   層を付着させ、電流パルス源への接続のため前記電極端
   部において該不動態化層を取り除く段階と、 （ｅ）前記抵抗材料の各々の中間及び該抵抗材料に付属
   の前記アドレス電極の中間にある前記不動態化層部分及
   び前記絶縁層部分の両方に細長い開口を形成して前記基
   体の前記第１面を露出するように前記不動態化層をフォ
   トリソグラフ的にパターン形成し、前記基体の第１面
   （43）に複数の等間隔の平行な細長い溝（29）を、各溝
   が｛111｝面の側壁により囲まれてその長さに沿ってＶ
   字形断面積を有するように、異方性エッチングする段階
   と、 （ｆ）前記抵抗材料の各組に対する前記溝相互間に連通
   路（35）を提供する段階と、 （ｇ）前記基体を前記各組の溝の両端付近で該溝に直交
   する方向にダイシングして、端部が開口した溝の組を、
   各溝が抵抗材料と付属の電極との中間にあるように形成
   し、次に、前記基体を互いに直交する方向にダイシング
   して複数の個別のプリントヘッド部分品（28）を形成す
   る段階と、 （ｈ）少なくとも２つの同構造の部分品（28）を、前記
   第１面が相互に対向し且つ一方の部分品の抵抗材料（3
   0）及び電極（33）が他方の部分品の溝の中にあるよう
   に組合せて、前記部分品を自己整合させて端部が開口し
   てチャネルを形成するように組み合わせる段階と、 （ｉ）前記少なくとも２つの部分品（28）を永久的に接
   着してプリントヘッドを形成する段階と、 （ｊ）チャネルの、ノズルとして機能する開口端部のあ
   る位置であって、近くに抵抗材料を有する位置にある前
   記プリントヘッドの端部を、共通の電気帰線（40）とし
   て使用するために被覆する段階と、 （ｋ）前記ノズル機能をもつ開口端部とは反対の側のチ
   ャネルの開口端部を閉鎖する段階と、 （ｌ）前記抵抗材料にディジタル化データ信号を表す電
   流パルスを選択的に供給してインク滴を放出する手段
   （55,59）を提供する段階と からなることを特徴とするプリントヘッドの製造方法。