JPH07205423A - インクジェット印刷ヘッド - Google Patents

インクジェット印刷ヘッド

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JPH07205423A
JPH07205423A JP6328749A JP32874994A JPH07205423A JP H07205423 A JPH07205423 A JP H07205423A JP 6328749 A JP6328749 A JP 6328749A JP 32874994 A JP32874994 A JP 32874994A JP H07205423 A JPH07205423 A JP H07205423A
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JP
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ink
channel
front surface
printhead
thick film
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JP6328749A
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Jr Robert V Lorenze
ヴィー.ローレンツェ,ジュニア ロバート
Daniel E Kuhman
イー.クーマン ダニエル
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Xerox Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誤方向への随伴液滴を排除するサーマルイン
クジェット印刷ヘッドを提供する。 【構成】 サーマルインクジェット印刷ヘッド10は、
ヒータープレート28でパターン化された複数の加熱要
素34と、インクチャネルとして使用されるようにエッ
チングされた複数の溝を有するチャネルプレート31
と、各インクチャネルの加熱要素を露出させるヒーター
プレート上に配置される厚膜有機質層18を備えてい
る。疎水性前面被覆プロセスは噴出された液滴の指向性
を向上させるために印刷ヘッドの前面に適用される。前
面被覆密着性を向上させるために溶着の前に実施される
プラズマクリーニング工程によって、厚膜有機質層にエ
ッチバックが形成される。前面ダイシング角度とエッチ
バックを制御することによって誤方向への随伴滴下を排
除し、印刷品質性能を維持する。

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係
り、詳細には、サーマルインクジェット印刷ヘッド装
置、及びインクジェット印刷ヘッドのノズルでのインク
の有効メニスカス傾斜角の制御によって誤方向への随伴
液滴を排除するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】既存のサーマルインクジェット印刷の場
合、印刷ヘッドは、一端では比較的小さなインク供給チ
ャンバと連通し、他端ではノズルと称される開口を有す
る、アメリカ特許第4、463、359号に示されるよ
うな1個もしくは複数個のインク充てんチャネルを備え
ている。熱エネルギー発生器、通常はレジスタ(抵抗
器)、はノズル付近のチャネルにノズルから所定距離だ
け離れて配置される。レジスタは電流パルスで個別にア
ドレスされて、瞬間的にインクを気化し、インク液滴を
射出する気泡を形成する。気泡が成長すると、インクは
ノズルから膨出し、メニスカスとしてインクの表面張力
によって保持される。気泡が崩壊し始めると、ノズルと
気泡の間のチャネルに残っているインクは崩壊しつつあ
る気泡に対して移動し始め、ノズルにおけるインクの容
量が収縮し、その結果、膨出しているインクが液滴とし
て分離することになる。気泡が成長している間のインク
のノズルからの加速度によって、用紙等の記録媒体に対
するほぼ直線方向における液滴の運動量及び速度が規定
される。
【0003】前記アメリカ特許第4、463、359号
による印刷ヘッドは、毛管現象によって補充される1個
又は複数個のインク充てんチャネルを備えている。メニ
スカスはインクがノズルから漏れないように各ノズルに
形成される。レジスタ(抵抗器)又はヒータはノズルの
上流側にある各チャネルに配置されている。データ信号
を表わす電流パルスはレジスタに印加されて、レジスタ
に接触しているインクを瞬間的に気化して各電流パルス
ごとに気泡を形成する。インク液滴は気泡の成長及び崩
壊によって各ノズルから射出される。電流パルスは、各
液滴が射出された後にメニスカスが解体してチャネル内
の奥深くに引っ込むことがないように形成される。リニ
アアレイのサーマルインクジェットデバイスの種々の具
体例は、ヒートシンク(吸放熱)基板の上部と下部に取
り付けられるジグザグ式リニアアレイを有するもの、ま
た、多色印刷のための種々の色付きインクを有するもの
等、が示される。
【0004】アメリカ特許第4、601、777号で
は、インクジェット印刷ヘッドのための幾つかの製作プ
ロセスが示されており、各印刷ヘッドは2つの部品が整
列且つ接着されたものとして構成される。1つの部品は
実質的に、表面にリニアアレイの加熱要素とアドレス指
定電極を含む平面のヒータプレート基板であり、2つめ
の部品は、異方性エッチングされた少なくとも1つの凹
部を有するチャネルプレート基板であって、2つの部品
が接着されるとインク供給マニホールドのはたらきをす
る。リニアアレイの並列溝は第2の部品に形成されるの
で、溝の一端はマニホールドの凹部と連通し、他端はイ
ンク液滴射出ノズルとして使用するために開口してい
る。多くの印刷ヘッドは、例えばシリコンウェハ上でア
ドレス指定電極を備えた複数セットの加熱要素アレイを
製造し、所定間隔で位置合わせマークを設けることによ
って同時に製造することができる。対応する複数セット
のチャネルと関連付けられるマニホールドは第2のシリ
コンウェハ上で製造され、一具体例では、位置合わせ開
口は所定間隔でエッチングされる。2枚のウェハは位置
合わせ開口と位置合わせマークによって配列され、さら
に合わせて接着されて多くの個別の印刷ヘッドにダイシ
ング(方形切断)される。多数の印刷ヘッドは、ページ
幅印刷用の移動記録媒体に向かい合うページ幅形状に固
定して取付けできたり、又は、個々の印刷ヘッドはキャ
リッジ式のインクジェット印刷用に調整することもでき
る。このアメリカ特許では、組付けられるとインクチャ
ネルとしての機能をすることになる並列溝は、図6
(B)に示されるように個々に刻みつけられるか、又
は、マニホールド凹部と同時に異方性エッチングされ
る。この後者の製作方法では、溝はマニホールドに対し
て開いている必要があり、どの溝も図7及び図8に示さ
れるように開いたままでダイシングされるか、もしく
は、追加の等方性エッチング工程が含まれなければなら
ない。本発明はエッチングによる製造の際に細長い溝を
マニホールドに対して開口させる製作工程を排除する。
【0005】アメリカ特許第4、639、748号で
は、上記アメリカ特許第4、601、777号で示され
たものと同様のインクジェット印刷ヘッドが示されてい
るが、ここでは、内部一体化フィルタリングシステムと
そのための製作プロセスを付加的に含んでいる。各印刷
ヘッドは2つの部品が配列且つ互いに接着されたものと
して構成されている。1つの部品は、表面上にリニアア
レイの加熱要素とアドレス指定電極を含む略平面の基板
である。他の部品は、一表面に一組の同時エッチング凹
部を有する平面基板である。一組の凹部は、一端にイン
ク液滴射出ノズルを有し、他端には共通インク供給マニ
ホールド凹部との連結部を有する毛管充てんインクチャ
ネルとしての使用のための並列アレイの細長い凹部を有
する。マニホールド凹部はインク充てん孔を備えたチャ
ンバを定義する内部閉鎖壁を含む。小通路は内部チャン
バ壁に形成されて、そこからマニホールドへのインクの
移動を可能にする。各通路は、インクを濾過するための
ノズルよりも小さな断面のフロー領域を有し、一方、通
路の全断面フロー領域はノズルの全断面フロー領域より
も大きい。上記アメリカ特許第4、601、777号と
同様に、多くの印刷ヘッドは、シリコンウェハ上にアド
レス指定電極を備えた複数セットの加熱要素を製造し、
所定の間隔で位置合わせマークを付けることによって同
時に製造することができる。対応する複数セットのチャ
ネルと内部フィルタを備えた関連付けられるマニホール
ドは第2のシリコンウェハ上で製造され、一実施例で
は、位置合わせ開口は所定の間隔でエッチングされる。
2つのウェハは位置合わせ開口と位置合わせマークによ
って配列され、さらに互いに接着されて多くの個別の印
刷ヘッドにダイシングされる。
【0006】誤方向への随伴滴下は従来のサーマルイン
クジェット印刷ヘッドによって生成される可能性があ
り、この結果、観察可能な印刷品質に欠陥が生じられる
ことがある。このような誤方向への随伴滴下は一般に
は、チャネル内のインクメニスカスの面がチャネルの面
に対する垂線から一定量以上ずれている場合に生成され
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はサーマルイン
クジェット印刷ヘッドにおける誤方向への随伴滴下を排
除するための方法及び装置を提供するものである。
【0008】本発明はまた、有効メニスカス傾斜角を低
減させて、サーマルインクジェット印刷ヘッドにおける
誤方向への随伴滴下を排除するための方法及び装置を提
供するものである。
【0009】さらに、本発明は、前面ダイシング角度、
及びインクジェット印刷ヘッドのチャネル面とヒータ面
との間に置かれた厚膜有機質層のエッチバックのための
許容範囲を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヒータープレ
ート上にパターン化(パターン形成)された複数の加熱
要素と、インクチャネルとして使用するためにエッチン
グされた複数の溝を有するチャネルプレートと、各イン
クチャネルの加熱要素を露出させるヒータープレート上
に配置される厚膜有機質層を有するサーマルインクジェ
ット印刷ヘッドにおいてこれら及び他の特徴を提供す
る。疎水性前面被覆プロセスは、射出された液滴の指向
性を向上させるために印刷ヘッドの前面に付加される。
前面被覆密着性を向上させる目的で付着される前に実施
されるプラズマクリーニング工程によって、厚膜有機質
層にエッチバックが生じさせることができる。前面ダイ
シング角度とエッチバックを制御することによって、誤
方向への随伴滴下の可視影響を排除する。
【0011】請求項1に記載の本発明は、印刷ヘッドの
前面にある複数のノズルからインク液滴を射出するため
のインクジェット印刷ヘッドであって、インク液滴は処
理方向に移動する印刷媒体上に射出されて、前記印刷媒
体上にインクスポットを形成し、インクチャネルとして
使用するための複数の溝を備えたエッチングされた前面
に対して横方向の表面を有するチャネルプレートを有
し、インクチャネルはそれぞれ前記印刷ヘッドの前面の
開口端部と閉鎖端部を有し、チャネルプレートに接着さ
れるとともに、前面に対し横方向のヒータプレートの表
面に複数の加熱要素を有するヒータプレートを有し、ヒ
ータ要素の各々はチャネルプレートの複数の溝の一つの
内部に配置され、ヒータプレートの表面とヒータ要素上
に付加される不活性化層を有し、前記不活性化層上に付
着される厚膜絶縁層を有し、前記厚膜絶縁層はエッチン
グされてヒータ要素上の厚膜絶縁層を除去し、前記前面
はインクチャネルに垂直な線と前面との間で測定される
前面ダイシング角度を有し、該ダイシング角度は所定範
囲に前記媒体上の前記インクスポットの各々のスポット
アスペクト比を維持するように制御され、スポットアス
ペクト比は、処理方向において測定される前記インクス
ポットの一つの長さを、処理方向に垂直に測定される前
記インクスポットの一つの対応する幅によって除算した
ものに等しいことを特徴とする。
【0012】
【実施例】液滴射出ノズル27のアレイを示す印刷ヘッ
ド10の前面29の拡大概略等角図が図1に示されてい
る。さらに図2を参照すると、後述されるが、下部電気
絶縁基板又はヒータプレート28は、加熱要素34と、
表面30にパターン化されたアドレス指定電極33を有
し、上部基板又はチャネルプレート31は並列溝20を
有し、該並列溝は一方向に延出し上部基板前面エッジ2
9を貫通する。溝20の他端は傾斜壁21で終端する。
内部凹部24のフロア41は、毛管充てんインクチャネ
ル20用のインク供給マニホールドとして使用され、イ
ンク充てん孔として使用される開口25を有する。溝2
0を備えたチャネルプレート31の表面はヒータープレ
ート28に対して配列(位置合わせ)且つ接着されてい
るので、複数の加熱要素34の各々は溝及び下部基板又
はヒータープレートによって構成される各チャネルに位
置される。インクは、毛管現象によって充てん孔25を
介して凹部24と下部基板28によって構成されるマニ
ホールドに進入し、厚膜有機質層18(好ましい具体例
はポリイミド層)に形成される細長い凹部38内を流れ
ることによってチャネル20を充てんする。厚膜有機質
層18はポリイミド層18とも称されることになるが、
あるいは、種々の厚膜の材料から形成されることもあ
る。各ノズルにおけるインクはメニスカスを形成し、そ
の表面張力によってインクがしみ出すことを防いでい
る。下部基板又はヒータープレート28上のアドレス指
定電極33は端末32で終端する。上部基板又はチャネ
ルプレート31は、電極端子32が露出されて、印刷ヘ
ッド10が永久的に取付けられるドーターボード(姉妹
板)19上の電極に接着するワイヤに対して利用可能で
あるように、下部基板のそれよりも小さい。厚膜有機質
層18はエッチングされて加熱要素34を露出させ、こ
れら加熱要素をピットに配置し、さらに有機質層18は
エッチングされて細長い凹部を形成して、マニホールド
24とインクチャネル20との間にインクの流れを可能
にする。さらに、厚膜有機質層18はエッチングされて
電極端子を露出させる。
【0013】図1の断面図を1つのチャネルの線2−2
に沿って示したものが図2として示され、インクがマニ
ホールド24から矢印23によって描画されるように溝
20の端部21の回りに流れる様子を示している。アメ
リカ特許第4、638、337号に示されるように、複
数セットの気泡生成加熱要素34とそれらのアドレス指
定電極33は、片面が研磨されたシリコンウェハの研磨
面にパターン化される。多数のセットの印刷ヘッド電極
33、加熱要素としての抵抗材料、共同帰線(コモンリ
ターン)35をパターン化する前に、ウェハの研磨面
は、二酸化シリコン等の膜厚が約2マイクロメータの下
塗層39で被覆される。抵抗材料は、化学蒸着法(CV
D)、又はホウ化ジルコニウム(ZrB2 )等の他の周
知の抵抗材料によって付着されるドープされた多結晶シ
リコンであってもよい。共同帰線及びアドレス指定電極
は一般には、下塗の、且つ加熱要素のエッジ上に付着さ
れるアルミニウム線である。共同帰線端部又は端子3
7、及びアドレス指定電極端子32は所定の場所に位置
されて、ドーターボード19の電極(図示せず)にワイ
ヤを接着するための間隙を付与し、その後、チャネルプ
レート31は印刷ヘッドを製作するために取り付けられ
る。共用帰線35及びアドレス指定電極33は0.5乃
至3マイクロメータの膜厚で付着される。
【0014】次に、例えば、「Riston(登録商
標)」、「Vacrel(登録商標)」、「Probi
mer52(登録商標)」、又はポリイミド等の厚膜タ
イプの絶縁層18は、10乃至100マイクロメータの
範囲の膜厚、好ましくは、25乃至50マイクロメータ
の範囲の膜厚の不活性化層16上に形成される。絶縁層
18はフォトリソグラフィック方法で処理されて、(凹
部26を形成する)各加熱要素の上にある絶縁層18の
部分と、マニホールド24からインクチャネル20への
インク通路を提供するための細長い凹部38と、さらに
各電極端子32、37の上側の部分をエッチング且つ除
去することができる。細長い凹部38は厚膜層18のこ
の部分を除去することによって形成される。このよう
に、不活性化層16のみで、この細長い凹部38内のイ
ンクに対して露出されることから電極33を保護してい
る。
【0015】不活性化アドレス指定電極はこれらの長さ
の大部分に沿ってインクに露出され、標準電極不活性化
層16のピンホールによって、最後にはアドレス指定さ
れる加熱要素の作動ミスを引き起こすことになる電解液
に電極33が露出される。従って、アドレス指定電極が
厚膜層18によってさらに保護が得られるということ
は、電極が2つの重ね合わされた(オーバーラップ)
層、即ち、不活性化層16、及び厚膜層18によって不
活性化されるからである。
【0016】アメリカ特許第4、601、777号及び
同第4、638、337号に示されているように、チャ
ネルプレートは両サイドが研磨されたシリコンウェハか
ら形成されて、印刷ヘッド用の複数の上部基板が生成さ
れる。ウェハが化学的に清浄化された後に、熱分解CV
Dシリコン窒化層(図示せず)は両サイドに付着され
る。従来のフォトリソグラフィ法を用いて、複数のチャ
ネルプレート31のそれぞれの充てん孔25のバイア
(via)、及び所定位置に置かれた位置合わせ開口
(図示せず)のための少なくとも2つのバイアは片側の
ウェハに印刷される。窒化シリコンは、充てん孔と位置
合わせ開口を表わすパターン化バイアからプラズマエッ
チングされる。水酸化カリウム(KOH)異方性エッチ
ングを用いて充てん孔及び位置合わせ開口をエッチング
することもできる。この場合、ウェハの耐エッチング平
面はウェハの表面に対して54.7度の角度を有する。
充てん孔は一辺が約20ミル(25mm)の小さな方形表
面パターンであり、位置合わせ開口は約60乃至80ミ
ル(1.5乃至2mm)四方とされる。このように、位置
合わせ開口は20ミル(0.5mm)厚のウェハの全体を
通じてエッチングされ、一方、充てん孔はウェハの半分
から4分の3までの終端頂部までエッチングされる。比
較的小さな角形充てん孔はエッチングの進行に伴なうさ
らなる寸法の増加に対しては不変的であるので、位置合
わせ開口と充てん孔のエッチングは大きく時間に束縛さ
れるものではない。次に、比較的大きな長形凹部24、
及び最終的にはインクマニホールドと印刷ヘッドのチャ
ネルになる複数セットの細長い並列チャネル凹部を形成
するための基準として既にエッチングされた位置合わせ
孔を用いてウェハの反対側はフォトリソグラフィック方
法でパターン化される。マニホールドとチャネル凹部を
含むウェハの表面22は、複数セットの加熱電極を含む
基板に接着するために接着剤が後で付加される(シリコ
ン窒化層によって被覆された)元のウェハ面の部分であ
る。
【0017】前面29を製造する最終の前面の方形切断
は、ノズル27を形成する長形溝20の一端を開口す
る。チャネル溝20の他端は端部21によって閉鎖され
たままである。しかしながら、チャネルプレートをヒー
タプレートに対して位置合わせし接着することによっ
て、チャネル20の端部21は、図2に示されるように
チャネル内へのインクの流れを可能にする厚膜絶縁層1
8内の細長い凹部38上に直接配置されることになる。
次に、ノズル27から射出される液滴の指向性を向上さ
せるために、前面の疎水性被膜43は前面29のノズル
27部分に付着される。前面を被覆する前のプラズマク
リーニングプロセスは、図5及び図6の距離XPEとして
示されるように、ポリイミド層にエッチバック52が形
成される。ポリイミドのエッチバックの全体量は、前面
被覆プロセスの間に温度上昇及び真空露出によって生じ
られる材料の収縮と共にプラズマエッチングプロセスに
よる材料の除去による組み合わせの効果による結果であ
る。プラズマエッチングプロセスによって除去される材
料の量は通常、適度な近接許容差内に制御することがで
きるが、前面塗布(コーティング)プロセスによるポリ
イミド層18の収縮量は硬化の度合い及び封じ込められ
た(trapped)溶剤の量等のポリイミド処理内容
に依存し、可変性が高い。材料の収縮による全体のポリ
イミドのエッチバックに対する寄与は時には、プラズマ
エッチ除去によるものよりもかなり大きいことがある。
この結果、ポリイミド層18が接着剤によってチャネル
側に留められていないチャネルの中心にポリイミド層1
8のエッジから最も奥側の凹部が存在する前面において
ポリイミドスカロップ(scalloping)効果が
得られることになる。従って、ポリイミドエッチバック
52はチャネルの中心で測定される。
【0018】サーマルインクジェット印刷ヘッド内の誤
方向への随伴滴下によって、印刷ヘッドの印刷品質性能
を大きく低下させる可視可能な印刷品質欠陥が生じさせ
る可能性がある。これは特に、サーマルインクジェット
印刷ヘッドを双方向キャリッジ印刷適用で使用される場
合に証明されるものであって、ここでは、随伴滴下は一
方向に印刷する際にメインスポットエリア内に落下する
ことができるが、他(逆)方向ではそのエリア内には落
下しない。誤方向への随伴滴下が印刷媒体上のメインイ
ンクスポットの外側に落下すると、結果としてのスポッ
トは円形ではなく、細長くなる。実際にはより大きく且
つ歪曲されたスポットは、印刷済みのテキスト及びライ
ンのギザギザのエッジと同様、微調整された印刷パター
ンにおける光学濃度シフトとなる。随伴に関連する印刷
品質欠陥が目視されたかそうでないかは、印刷ヘッドと
印刷媒体との相対運動の方向、処理速度、及びノズルか
ら用紙への落下(飛)距離に依存する。スポットの長さ
方向は常に処理方向に沿って生じ、誤方向への随伴体の
物理的原因はノズル面から分離する前にインク液滴リガ
メント(帯)の「テール曲がり(tail bending)」によ
って引き起こされると判断されている。図3(A)乃至
図3(D)はインク液滴がノズル27から射出される様
子を示した図である。図3(A)では、テール曲がりせ
ずにノズル27から射出されるインク液滴42が示され
ている。この場合、テイルの分離によって生成された随
伴液滴46はメイン液滴の軌跡に従い、一般には可視可
能な印刷品質欠陥を引き起こすことにはならない。図3
(B)では、インク液滴42は屈曲するテール44を有
する。テール44が分解すると、図3(C)に示される
ように、誤方向への随伴液滴46が生成される。図3
(D)に示されるように、誤方向への随伴液滴46は印
刷媒体48に接触してメインスポット50の内部にはな
い。
【0019】前面構造(幾何学形状)の変化の関数とし
て随伴に関連した印刷品質欠陥の大きさを特徴付けるた
めに、スポットアスペクト比(SAR)が使用される。
スポットアスペクト比は図4に示される。スポット幅は
処理方向に垂直に測定され、メインスポット50の幅と
なる。スポット長さは処理方向に沿って測定され、メイ
ンスポット50と誤方向への随伴スポット51との長さ
となる。スポットアスペクト比はスポット長さをスポッ
ト幅で割ったものである。
【0020】サーマルインクジェットデバイスでは、随
伴関連の印刷品質欠陥は、印刷されたスポットのSAR
値が約1.1のレベルを越えた場合に可視可能且つ好ま
しくないものと判断される。SARの詳細な測定は前面
構造の変化の関数として実施されたものである。これら
の測定は誤方向への随伴体の大きさと方向が、図5乃至
図7に示されるように、有効メニスカス傾斜角
(θTILT)又はEMTAと称されるパラメータと非常に
関連性があることが示されている。メニスカスの簡略化
モデル、又はチャネル内のインクの柱状(コラム)の自
由液面は、デバイスの前面で終端するチャネルのエッジ
に留められるようにされ、前面の表面には、前面の湿潤
を最小にするために有効な疎水性被膜が設けられてい
る。チャネルが前面において左右対称である場合、メニ
スカスの平面はチャネルの面に対して垂直であり、はっ
きり感知できる「テール曲がり」は生じない。しかしな
がら、チャネルの上部又は下部が前面でさらにわずかに
突出すると、インクメニスカスはチャネル法線に対して
有効メニスカス傾斜角を得ることになる。有効メニスカ
ス傾斜角は図5及び図6に示されるように、非垂直前面
ダイシング角度、及びポリイミド層18のエッチバック
の少なくとも一方によって、デバイス処理間に導入され
ることができる。有効メニスカス傾斜角が正方向又は負
方向のいずれかにおいて一定の極限値を越えると、かな
りのテール曲がりが生じると判断されて、誤方向への随
伴液滴及び約1.1の許容値よりも大きなSAR値とな
る。
【0021】図5は突出する頂部前面構造を示すノズル
領域の拡大図である。図5から理解可能であるように、
好ましい実施例では、有効メニスカス傾斜角θTILTは3
つの要素の影響を受ける。その1つは、チャネル20の
中心軸に垂直な線から測定される前面ダイシング角度θ
DICE、2つめは、図5乃至図7に示されるXPEとして示
されるポリイミドエッチバック52、3つめは、ポリイ
ミド層18の上面とチャネルプレート31に形成される
溝の下部表面との間の距離Hである。このように、好ま
しい実施例における有効メニスカス傾斜角θTILTは図5
乃至図7に示されるように、チャネル20の中心に垂直
な線からポリイミド層18の上部前面とチャネルプレー
ト31の下部前部エッジの中心を通って描画された線へ
の角度として測定される。しかしながら、有効メニスカ
ス傾斜角は異なる方法で測定可能とされる。例えば、ポ
リイミド層18にエッチバックがないと、有効メニスカ
ス傾斜角は図7に示されるように前面ダイシング角度と
同一となる。
【0022】図6は、リセス形(凹形)頂部前面構造を
示すノズル領域の拡大図である。θ TILT及びθDICEは、
図5に示されるように左側に開く場合は正として、図6
に示されたθDICEのように右側に開く場合は負として定
義される。(負のダイシング角度の結果による)図6に
示されるリセス形頂部前面構造は正の有効メニスカス傾
斜角θTILTを形成することができる。
【0023】図7は、ポリイミド層18においてエッチ
バックのないリセス形頂部前面構造を示すノズル領域の
拡大図である。このような前面構造はどちらも負である
ダイス角度θDICEと有効メニスカス傾斜角θTILTを有す
る。図5乃至図7に示される前面構造のすべては、チャ
ネルの平面に対する垂線からずれているチャネル内にイ
ンクメニスカスの平面を生成し、正又は負の有効メニス
カス傾斜角θTILTの原因となる。図5乃至図7に示され
た前面構造のすべては有効メニスカス傾斜角θ TILTに依
存し、誤方向への随伴滴下を形成し、印刷媒体上のメイ
ンインクスポットの外側に落下することになる。
【0024】図8は、有効メニスカス傾斜角θTILTに関
してのスポットアスペクト比(SAR)を示す図であ
る。図8のデータは、連続して変化する関数として示さ
れるように、縦座標軸に沿ってプロットされる単一体
(即ち、完全に丸いスポット)のアスペクト比からの偏
差を有する。この関数に対して割当てられた正値は、図
に示されるようにチャネルの上側のメインスポットから
随伴液滴が出現することを意味し、一方、割当てられた
負値は、チャネルの下側のメインスポットから随伴液滴
が出現することを意味し、これらは印刷媒体運動方向と
は関係ない。図8のプロット上の平行斜線の帯は、SA
R偏差の概算範囲を示し、これは随伴関連欠陥に対して
許容可能と見なされる。図8のデータは、一組のデバイ
スに対する実際のSAR値を示し、ここでは、前面構造
は意図的に変化されて負の5°乃至正の10°までの範
囲のθTILT値を付与する。この例では、有効メニスカス
傾斜角θTILTはほぼマイナス2.5°とプラス4.5°
の間の値に維持する必要があるか、又はSAR値は1.
1を越えて、随伴関連の印刷品質欠陥が可視可能とされ
ることが理解される。データから、可視可能な随伴関連
の印刷品質欠陥のないウィンドウが、ほぼマイナス2°
からプラス4°までの範囲の値の有効メニスカス傾斜角
に対して存在することが理解される。
【0025】図9は、ダイシング角度θDICEとポリイミ
ドエッチバックXPEに関連する有効メニスカス傾斜角θ
TILTを示す図である。データは簡単な三角関数関係を用
いることによってデバイス処理パラメータによって表現
されている。前面ダイシング角度θDICE、ポリイミドエ
ッチバックXPE、及びポリイミド層18の上部表面と溝
20の上部表面との間の距離Hが既知であると、有効メ
ニスカス傾斜角は次の式から計算することができる。
【0026】 θTILT=tan -1{XPE/H + tanθDICE}(1)
【0027】図9では、有効メニスカス傾斜角θTILT
の許容範囲(平行斜線の領域)がこれらの限界製造プロ
セスパラメータに対してプロットされて、欠陥のないデ
バイスに対する適切な許容値トレードオフが決定される
ことになる。同図においてプロットされたデータは、チ
ャネル高さ距離Hが45μmに等しいものとして計算さ
れている。ポリイミドエッチバックの種々の値は図9に
示される。
【0028】上記に詳述されたように、本発明によっ
て、ダイシング角度θDICE、ポリイミドエッチバック距
離XPE、及びこれらのパラメータの変数に対する受容可
能なプロセス許容範囲ウィンドウを正確に決定すること
ができるので、有効メニスカス傾斜角があまりに大きす
ぎることから生じる誤方向への随伴液滴に起因しては、
印刷品質欠陥が生じないことになる。
【0029】厚膜の有機質層18はポリイミド以外の材
料でもよく、例えば、「Vacrel(登録商標)」、
「Riston(登録商標)」、「Probimer5
2(登録商標)」がある。
【0030】
【発明の効果】本発明は以上にように構成されているの
で、インクの誤方向への随伴滴下を排除して、印刷品質
性能を維持できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】液滴射出ノズルを示すドーターボードに取付け
られる印刷ヘッドの拡大概略等角図である。
【図2】図1の線2−2に沿ったところの拡大断面図で
あり、電極不活性化と、マニホールドとインクチャネル
との間のインクフロー経路を示した図である。
【図3】(A)乃至(D)は、印刷ヘッドのノズルから
インクが射出されるようすを示した図である。
【図4】インクスポットのスポットアスペクト比を定義
する図である。
【図5】突出した頂部前面構造を示すノズル領域の拡大
図である。
【図6】リセス形頂分前面構造を示すノズル領域の拡大
図である。
【図7】ポリイミドエッチバックのないリセス形頂部前
面構造を示すノズル領域の拡大図である。
【図8】有効メニスカス傾斜角(θTILT)に関連するス
ポットアスペクト比を示す図である。
【図9】ダイシング角度(θTILT)とポリイミドエッチ
バック(XPE)に関連する有効メニスカス傾斜角を示す
図である。
【符号の説明】
10 サーマルインクジェット印刷ヘッド 18 厚膜有機質層 28 ヒータープレート 31 チャネルプレート 34 加熱要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル イー.クーマン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート クオイル ブッシュ ド ライヴ 23

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 印刷ヘッドの前面にある複数のノズルか
    らインク液滴を射出するためのインクジェット印刷ヘッ
    ドであって、インク液滴は処理方向に移動する印刷媒体
    上に射出されて、前記印刷媒体上にインクスポットを形
    成し、 インクチャネルとして使用するための複数の溝を備えた
    エッチングされた前面に対して横方向の表面を有するチ
    ャネルプレートを有し、インクチャネルはそれぞれ前記
    印刷ヘッドの前面の開口端部と閉鎖端部を有し、 チャネルプレートに接着されるとともに、前面に対し横
    方向のヒータプレートの表面に複数の加熱要素を有する
    ヒータプレートを有し、ヒータ要素の各々はチャネルプ
    レートの複数の溝の一つの内部に配置され、 ヒータプレートの表面とヒータ要素上に付加される不活
    性化層を有し、 前記不活性化層上に付着される厚膜絶縁層を有し、前記
    厚膜絶縁層はエッチングされてヒータ要素上の厚膜絶縁
    層を除去し、 前記前面はインクチャネルに垂直な線と前面との間で測
    定される前面ダイシング角度を有し、該ダイシング角度
    は所定範囲に前記媒体上の前記インクスポットの各々の
    スポットアスペクト比を維持するように制御され、スポ
    ットアスペクト比は、処理方向において測定される前記
    インクスポットの一つの長さを、処理方向に垂直に測定
    される前記インクスポットの一つの対応する幅によって
    除算したものに等しい、インクジェット印刷ヘッド。
JP6328749A 1994-01-03 1994-12-28 インクジェット印刷ヘッド Pending JPH07205423A (ja)

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