JPH0729437B2 - 熱インクジェットプリントヘッド - Google Patents
熱インクジェットプリントヘッドInfo
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- JPH0729437B2 JPH0729437B2 JP62500204A JP50020487A JPH0729437B2 JP H0729437 B2 JPH0729437 B2 JP H0729437B2 JP 62500204 A JP62500204 A JP 62500204A JP 50020487 A JP50020487 A JP 50020487A JP H0729437 B2 JPH0729437 B2 JP H0729437B2
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般に熱インクジェット・プリントに関し、詳
しくはプリント・ヘッドの寿命を延ばす改良された構造
のインクジェット・プリント・ヘッド障壁及びオリフィ
ス板に関する。本発明は又、この障壁とオリフィス板を
製造するための新規な製造法に関する。
しくはプリント・ヘッドの寿命を延ばす改良された構造
のインクジェット・プリント・ヘッド障壁及びオリフィ
ス板に関する。本発明は又、この障壁とオリフィス板を
製造するための新規な製造法に関する。
発明の背景 熱インクジェット・プリントの分野では、インクジェッ
ト・オリフィスの近傍に位置する限定された容量のイン
クに制御され且つ局所化された熱伝達を付与する方法が
公知である。この熱伝達は上記容量のインクを蒸発せし
め、且つ膨張せしめることによって、印加媒体上に文字
を印字する間、オリフィスからインクを射出するのに十
分な熱量である。上記の所定のインク容量は一般に複数
個のインク貯めを内蔵するように構成されたいわゆる障
壁内に備蓄されている。これらのインク貯めは同一数の
複数個のヒータ抵抗体と、インクを射出するための同一
数の複数個のオリフィス・セグメントとの間に配設され
ている。
ト・オリフィスの近傍に位置する限定された容量のイン
クに制御され且つ局所化された熱伝達を付与する方法が
公知である。この熱伝達は上記容量のインクを蒸発せし
め、且つ膨張せしめることによって、印加媒体上に文字
を印字する間、オリフィスからインクを射出するのに十
分な熱量である。上記の所定のインク容量は一般に複数
個のインク貯めを内蔵するように構成されたいわゆる障
壁内に備蓄されている。これらのインク貯めは同一数の
複数個のヒータ抵抗体と、インクを射出するための同一
数の複数個のオリフィス・セグメントとの間に配設され
ている。
これらのインク貯めの１つの目的は膨張するインク気泡
と圧力波とを内に含むことによりインクの射出効率を高
めることである。付加的にインク貯め壁は崩壊するイン
ク気泡により生ずるキャビテーションを緩和するために
利用される。この圧力波現象の詳細に関しては、本明細
書の参考文献であるF.G.Hammitt著“Cavitatin and Mul
tiphase Flow Phenomena"（McGraw−Hill,1980年刊,167
ページ以降）を参照することができる。
と圧力波とを内に含むことによりインクの射出効率を高
めることである。付加的にインク貯め壁は崩壊するイン
ク気泡により生ずるキャビテーションを緩和するために
利用される。この圧力波現象の詳細に関しては、本明細
書の参考文献であるF.G.Hammitt著“Cavitatin and Mul
tiphase Flow Phenomena"（McGraw−Hill,1980年刊,167
ページ以降）を参照することができる。
これら従来のインクジェット・プリント・ヘッド組立体
の有効寿命は、オリフィスから噴射の際インク気泡が崩
壊するときに機構内に発生する圧力波によるキャビテー
ションに帰因する損耗によって限定されていた。この圧
力波は個々のヒータ抵抗体に相当な、反復的な力をか
け、ひいてはインクジェット動作が反復された後、上記
抵抗体の１つ又は複数個を損耗せしめ、最終的に故障さ
せる原因となる。上述の抵抗体の損耗と故障の問題に加
え、上記の種類の従来型のインクジェット・プリント・
ヘッド組立体は、リストン＆バクレル（RISTON and VAC
REL）CP4.の商標で知られるような重合体材料を用いて
製造されてきた。これらの重合体材料は多くの点でその
真価が実証されてきたものの、インクジェット・プリン
ト・ヘッド動作中、崩壊するインク気泡による圧力波に
帰因する相当の損耗現象により、時として許容限度を越
えた高い故障率を呈することがあった。更に、プリンタ
が厳しい環境及び／又は損耗にさらされるある種の用途
では、上記の重合体材料は下層の基板担持体から隆起し
て持上がり、それ故プリント・ヘッド組立体が動作不能
になる場合があることが知られている。
の有効寿命は、オリフィスから噴射の際インク気泡が崩
壊するときに機構内に発生する圧力波によるキャビテー
ションに帰因する損耗によって限定されていた。この圧
力波は個々のヒータ抵抗体に相当な、反復的な力をか
け、ひいてはインクジェット動作が反復された後、上記
抵抗体の１つ又は複数個を損耗せしめ、最終的に故障さ
せる原因となる。上述の抵抗体の損耗と故障の問題に加
え、上記の種類の従来型のインクジェット・プリント・
ヘッド組立体は、リストン＆バクレル（RISTON and VAC
REL）CP4.の商標で知られるような重合体材料を用いて
製造されてきた。これらの重合体材料は多くの点でその
真価が実証されてきたものの、インクジェット・プリン
ト・ヘッド動作中、崩壊するインク気泡による圧力波に
帰因する相当の損耗現象により、時として許容限度を越
えた高い故障率を呈することがあった。更に、プリンタ
が厳しい環境及び／又は損耗にさらされるある種の用途
では、上記の重合体材料は下層の基板担持体から隆起し
て持上がり、それ故プリント・ヘッド組立体が動作不能
になる場合があることが知られている。
発明の開示 本発明の基本的な目的はこれらの種類のインクジェット
・プリント・ヘッド組立体の有効寿命を高めることであ
る。この目的は、インク気泡の崩壊により生ずる圧力波
の強さを軽減し、一方、同時に障壁とオリフィス板の構
造上の一体性（integrity）及びこれら部材の材料の強
度を改善することにより達成される。更に外口オリフィ
スの円滑な傾斜構造という新規な構造により、達成可能
な最大動作周波数fmaxが高まる。
・プリント・ヘッド組立体の有効寿命を高めることであ
る。この目的は、インク気泡の崩壊により生ずる圧力波
の強さを軽減し、一方、同時に障壁とオリフィス板の構
造上の一体性（integrity）及びこれら部材の材料の強
度を改善することにより達成される。更に外口オリフィ
スの円滑な傾斜構造という新規な構造により、達成可能
な最大動作周波数fmaxが高まる。
圧力波の強さの低減、障壁の強度と一体性の増強、及び
fmaxの上昇は複数個の別個の部分を有する不連続金属層
を含む新規の障壁及びオリフィス板形状によってもたら
される。これらの個別部分には、プリント・ヘッド組立
体から射出するインクの流れ方向に対して軸方向に心合
せされた対応する複数個の中央空洞領域を形成するよう
に、領域構造が与えられている。この中央空洞領域はそ
れぞれ中央空洞領域の直径よりも相当小さい寸法の幅を
有する一対の狭窄インク流ポートと連結している。更
に、上記個別部分はプリント・ヘッド組立体内の反射音
波を軽減して隣接するオリフィス間のクロストークを軽
減し、もって最大動作周波数と作成されるプリント品質
を高める機能を果たす波形（scalloped）構造の外壁を
有している。
fmaxの上昇は複数個の別個の部分を有する不連続金属層
を含む新規の障壁及びオリフィス板形状によってもたら
される。これらの個別部分には、プリント・ヘッド組立
体から射出するインクの流れ方向に対して軸方向に心合
せされた対応する複数個の中央空洞領域を形成するよう
に、領域構造が与えられている。この中央空洞領域はそ
れぞれ中央空洞領域の直径よりも相当小さい寸法の幅を
有する一対の狭窄インク流ポートと連結している。更
に、上記個別部分はプリント・ヘッド組立体内の反射音
波を軽減して隣接するオリフィス間のクロストークを軽
減し、もって最大動作周波数と作成されるプリント品質
を高める機能を果たす波形（scalloped）構造の外壁を
有している。
連続金属層は不連続金属部の層と隣接し且つ不連続金属
層内の空洞と軸方向に心合わされた複数個の出口オリフ
ィスを含む。これらのオリフィスの直径は不連続層内の
空洞の直径よりも小さく、且つ前記オリフィスは更に先
細の出口オリフィスを画定し且つ空洞の周辺に延在する
傾斜構造壁を含んでいる。
層内の空洞と軸方向に心合わされた複数個の出口オリフ
ィスを含む。これらのオリフィスの直径は不連続層内の
空洞の直径よりも小さく、且つ前記オリフィスは更に先
細の出口オリフィスを画定し且つ空洞の周辺に延在する
傾斜構造壁を含んでいる。
出口オリフィスのこのような先細構造によってインクジ
ェット・プリント・ヘッドの連続的な円滑な動作を妨害
する気泡の「飲み込み（gulping）」が抑制される。こ
の「飲み込み」とは泡崩壊過程中の気泡吸引現象であ
る。
ェット・プリント・ヘッドの連続的な円滑な動作を妨害
する気泡の「飲み込み（gulping）」が抑制される。こ
の「飲み込み」とは泡崩壊過程中の気泡吸引現象であ
る。
不連続金属層により画定される空洞から延びるインク流
ポートの幅を制限することによって、プリント・ヘッド
組立体内の圧力波の力に対する耐性が高まる。この特徴
により組立体内の個々のヒータ抵抗体に対する「飲み込
み」及びキャビテーション（ひいてはキャビテーション
に帰因する損耗）の量を最小限に抑制する。更にこれら
のインク流ポートの幅が限定されていることにより、イ
ンク噴射の効率が高まり、インク貯めを再充填する時間
が限定され、更にキャビテーションによる損傷が軽減さ
れる。更に、重合体材料ではなく層状のニッケルの障壁
構造を用いることにより、プリント・ヘッド組立体の全
体的な強度と一体性は大幅に高まる。
ポートの幅を制限することによって、プリント・ヘッド
組立体内の圧力波の力に対する耐性が高まる。この特徴
により組立体内の個々のヒータ抵抗体に対する「飲み込
み」及びキャビテーション（ひいてはキャビテーション
に帰因する損耗）の量を最小限に抑制する。更にこれら
のインク流ポートの幅が限定されていることにより、イ
ンク噴射の効率が高まり、インク貯めを再充填する時間
が限定され、更にキャビテーションによる損傷が軽減さ
れる。更に、重合体材料ではなく層状のニッケルの障壁
構造を用いることにより、プリント・ヘッド組立体の全
体的な強度と一体性は大幅に高まる。
従って本発明の目的は熱インクジェット・プリント・ヘ
ッド組立体内の個々の抵抗ヒータに対するキャビテーシ
ョンに帰因する損耗を軽減することにより、プリント・
ヘッド組立体の寿命を延ばすことである。
ッド組立体内の個々の抵抗ヒータに対するキャビテーシ
ョンに帰因する損耗を軽減することにより、プリント・
ヘッド組立体の寿命を延ばすことである。
本発明の別の目的はインクジェット・プリント・ヘッド
組立体の障壁とオリフィス板部分の強度と一体性を高め
ることにより上記機構の寿命を延ばすことである。
組立体の障壁とオリフィス板部分の強度と一体性を高め
ることにより上記機構の寿命を延ばすことである。
本発明の更なる目的はインクジェット・プリント・ヘッ
ド組立体の達成可能な最大動作周波数fmaxを増大するこ
とである。
ド組立体の達成可能な最大動作周波数fmaxを増大するこ
とである。
本発明の特徴は障壁内の個々のインク貯めとオリフィス
板の出口オリフィスとの間に延在するなめらかに傾斜が
つけられた（smoothly contoured）壁を設けることにあ
る。この傾斜構造壁は先細オリフィス口を形成し、イン
ク気泡崩壊の速さ及び後継のインクジェット動作への妨
害を抑制する機能を果たす。
板の出口オリフィスとの間に延在するなめらかに傾斜が
つけられた（smoothly contoured）壁を設けることにあ
る。この傾斜構造壁は先細オリフィス口を形成し、イン
ク気泡崩壊の速さ及び後継のインクジェット動作への妨
害を抑制する機能を果たす。
本発明の別の特徴は個々の加工段階が比較的少なくて済
む、ニッケル障壁層およびオリフィス板の組立体の製造
のための経済的且つ信頼性のある製造方法を提供するこ
とである。
む、ニッケル障壁層およびオリフィス板の組立体の製造
のための経済的且つ信頼性のある製造方法を提供するこ
とである。
本発明の別の特徴は後述の電鋳加工（electroforming p
rocess）を用いて障壁とオリフィス板の厚さを精密に制
御することである。
rocess）を用いて障壁とオリフィス板の厚さを精密に制
御することである。
本発明の上述の目的及び特徴と他の目的及び特徴を添付
図面に基づく本発明の詳細な説明により以下明らかにす
る。
図面に基づく本発明の詳細な説明により以下明らかにす
る。
図面の簡単な説明 第1A図ないし第1H図は本発明に従って障壁層とオリフィ
ス板を作るのに用いられるプロセス段階のシーケンスを
説明する概略断面図である。
ス板を作るのに用いられるプロセス段階のシーケンスを
説明する概略断面図である。
第２図は２つの隣接したインク貯め空洞および出口オリ
フィスを含む、本発明に従った障壁層およびオリフィス
板組立体の等角透視図である。
フィスを含む、本発明に従った障壁層およびオリフィス
板組立体の等角透視図である。
第３図は障壁層およびオリフィス板組立体がどのように
して熱インクジェット・プリント・ヘッド組立体の薄膜
抵抗構造にマウントされているかを説明する断面等角透
視図である。
して熱インクジェット・プリント・ヘッド組立体の薄膜
抵抗構造にマウントされているかを説明する断面等角透
視図である。
本発明を実施する最良の態様 さて第１図を参照すると、第1A図には代表的な厚さが30
乃至60ミル（mil）であり、第1B図に示すようなポジ型
のフォトレジスト層12をデポジットするための準備とし
て上表面を研磨されているステンレス鋼基板10が示され
ている。ポジ型のフォトレジスト層12は第1C図に示すよ
うなフォトレジスト・マスク14を形成するため当業者に
は公知の従来のマスキング、エッチング及び関連するフ
ォト・リトグラフ処理段階にて処理される。ポジ型のフ
ォトレジスト・マスクと従来のフォトリソグラフを用い
てマスク部14は紫外線に露光され、そこで重合すること
により第1C図に示すようにステンレス鋼基板10の表面上
にそのまま残る。フォトレジスト層12の残りの非露光部
は従来のフォトレジスト化学現像剤を用いて現像され
る。
乃至60ミル（mil）であり、第1B図に示すようなポジ型
のフォトレジスト層12をデポジットするための準備とし
て上表面を研磨されているステンレス鋼基板10が示され
ている。ポジ型のフォトレジスト層12は第1C図に示すよ
うなフォトレジスト・マスク14を形成するため当業者に
は公知の従来のマスキング、エッチング及び関連するフ
ォト・リトグラフ処理段階にて処理される。ポジ型のフ
ォトレジスト・マスクと従来のフォトリソグラフを用い
てマスク部14は紫外線に露光され、そこで重合すること
により第1C図に示すようにステンレス鋼基板10の表面上
にそのまま残る。フォトレジスト層12の残りの非露光部
は従来のフォトレジスト化学現像剤を用いて現像され
る。
次に、第1C図の構造は電鋳金属デポジット・ステーショ
ンに送られ、そこで第1D図に示すような第１のニッケル
の連続層16がデポジットされ且つ実際にはオリフィス板
の出口オリフィス19になるように下方に突出するなめら
かな傾斜構造壁18が形成される。この傾斜構造18ができ
るわけは、電鋳形成された第１のニッケル層16がフォト
レジスト・マスク14の外縁と重なるという事実による。
これが起る理由は、フォトレジストマスク14の外縁を通
して何らかの電鋳反応が生じることに拠るものである。
その理由はフォトレジスト・マスク14の厚さが３ミクロ
ンと小さく且つ、電鋳処理がマスク14の少なくとも周囲
で薄いマスク14に浸透し、図のように先細の傾斜構造を
形成するという事実に拠る。
ンに送られ、そこで第1D図に示すような第１のニッケル
の連続層16がデポジットされ且つ実際にはオリフィス板
の出口オリフィス19になるように下方に突出するなめら
かな傾斜構造壁18が形成される。この傾斜構造18ができ
るわけは、電鋳形成された第１のニッケル層16がフォト
レジスト・マスク14の外縁と重なるという事実による。
これが起る理由は、フォトレジストマスク14の外縁を通
して何らかの電鋳反応が生じることに拠るものである。
その理由はフォトレジスト・マスク14の厚さが３ミクロ
ンと小さく且つ、電鋳処理がマスク14の少なくとも周囲
で薄いマスク14に浸透し、図のように先細の傾斜構造を
形成するという事実に拠る。
電鋳はより一般的には電気めっきの適用として知られて
いる。電気めっきはめっきすべき部位をめっき溶液と陽
極を含むタンク（図示せず）内に入れることにより達成
される。
いる。電気めっきはめっきすべき部位をめっき溶液と陽
極を含むタンク（図示せず）内に入れることにより達成
される。
めっき溶液は当該部位にめっきされるべき金属イオンを
含み、陽極は同じ金属の切片である。めっきされる部位
は陰極と称される。次に直流電流が陽極と陰極の間に通
電され、それにより溶液内の金属イオンは陰極方向に移
動し、陰極上にデポジットされる。陽極は、金属が陰極
上にデポジットされるのと同じ速さで溶解する。このシ
ステム（これも図示せず）は電気めっきセルと称する。
含み、陽極は同じ金属の切片である。めっきされる部位
は陰極と称される。次に直流電流が陽極と陰極の間に通
電され、それにより溶液内の金属イオンは陰極方向に移
動し、陰極上にデポジットされる。陽極は、金属が陰極
上にデポジットされるのと同じ速さで溶解する。このシ
ステム（これも図示せず）は電気めっきセルと称する。
陽極において金属原子は電子を失ない陽イオンとしてめ
っき溶液内に入る。陰極においては逆の現象が生じ、め
っき溶液内の金属イオンは陰極から電子を引出し、金属
被覆として陰極にデポジットされる。陽極及び陰極にお
ける化学反応は次の通りである。なお、Ｍはめっきされ
る金属を表わす。
っき溶液内に入る。陰極においては逆の現象が生じ、め
っき溶液内の金属イオンは陰極から電子を引出し、金属
被覆として陰極にデポジットされる。陽極及び陰極にお
ける化学反応は次の通りである。なお、Ｍはめっきされ
る金属を表わす。
陽極:M M+＋e- 陰極:M+＋e- Ｍ 電鋳は電気めっきと同様であるが、電鋳処理においては
物体は金属で電気めっきされ、その後めっきは物体から
分離される。めっき自体が完成品であり、多くの場合、
物体すなわちこの処理における基板10は何度も再利用可
能である。以下の説明から明らかになるように、取外さ
れためっきは基板表面とその上のマスクの基本的な形状
を保存している。
物体は金属で電気めっきされ、その後めっきは物体から
分離される。めっき自体が完成品であり、多くの場合、
物体すなわちこの処理における基板10は何度も再利用可
能である。以下の説明から明らかになるように、取外さ
れためっきは基板表面とその上のマスクの基本的な形状
を保存している。
第1E図に示す次の段階では、代表的には厚さ３ミルの積
層されたフォトレジスト層20が第１のニッケル層16の上
表面にデポジットされ、その後、被覆された構造はフォ
トリトグラフ・マスキング及び現像ステーションに送ら
れ、そこで図に示すように第１のフォトレジスト・マス
ク14上に第２のフォトレジスト・マスク22が形成され、
第１のスティンレス鋼の層16の傾斜構造壁部18を覆う。
この第２のフォトレジスト・マスク22はほぼ垂直の厚み
を有する垂直の側壁24を含み、これらの急勾配の壁は第
1G図に示す次の電鋳段階において、これら垂直の境界を
越えて電鋳が行なわれることを阻止する。
層されたフォトレジスト層20が第１のニッケル層16の上
表面にデポジットされ、その後、被覆された構造はフォ
トリトグラフ・マスキング及び現像ステーションに送ら
れ、そこで図に示すように第１のフォトレジスト・マス
ク14上に第２のフォトレジスト・マスク22が形成され、
第１のスティンレス鋼の層16の傾斜構造壁部18を覆う。
この第２のフォトレジスト・マスク22はほぼ垂直の厚み
を有する垂直の側壁24を含み、これらの急勾配の壁は第
1G図に示す次の電鋳段階において、これら垂直の境界を
越えて電鋳が行なわれることを阻止する。
第1G図に示す第２のめっき又は電鋳段階においては、第
２の不連続的なニッケル層26が図に示すように第１ニッ
ケル層16の上表面上に形成され、勝つ第１と第２のニッ
ケル層16,26の組合わせた厚さは約0.1016mm（約４ミ
ル）である。すなわち層16の厚さは約0.0635mm（約0.00
25インチ）であり、層26の厚さは約0.0381mmないし約0.
0508mm（約0.0015ないし約0.0020インチ）である。第２
のフォトレジスト・マスク22の形状は、図示のようにイ
ンク流ポート35と37の間にそれぞれ延在するアーチ状の
空洞壁31と33を含む、第1H図に示す不連続層と波形（sc
allpoed）層形状を与えるように形成されている。不連
続金属層26の波形壁部30は反射音波を軽減し、これによ
り隣接するオリフィス32間のクロストークを軽減する役
割を果たす。
２の不連続的なニッケル層26が図に示すように第１ニッ
ケル層16の上表面上に形成され、勝つ第１と第２のニッ
ケル層16,26の組合わせた厚さは約0.1016mm（約４ミ
ル）である。すなわち層16の厚さは約0.0635mm（約0.00
25インチ）であり、層26の厚さは約0.0381mmないし約0.
0508mm（約0.0015ないし約0.0020インチ）である。第２
のフォトレジスト・マスク22の形状は、図示のようにイ
ンク流ポート35と37の間にそれぞれ延在するアーチ状の
空洞壁31と33を含む、第1H図に示す不連続層と波形（sc
allpoed）層形状を与えるように形成されている。不連
続金属層26の波形壁部30は反射音波を軽減し、これによ
り隣接するオリフィス32間のクロストークを軽減する役
割を果たす。
上述の電鋳処理を採用する重要な利用は、ニッケル層の
厚さを所望の任意の寸法に精密に制御可能であるという
ことである。この特徴は、現在ある供給業者から、選択
的に間隔を置いた厚さでしか入手できないVACREL and R
ISTON重合体を使用した場合と対照的である。
厚さを所望の任意の寸法に精密に制御可能であるという
ことである。この特徴は、現在ある供給業者から、選択
的に間隔を置いた厚さでしか入手できないVACREL and R
ISTON重合体を使用した場合と対照的である。
第1G図に示すように障壁およびオリフィス板複合構造28
が完成すると、第1G図の構造は化学的除去ステーション
に送られ、そこでこの構造は適当なフォトレジスト除去
液に浸漬され、そこで第１と第２のフォトレジスト・マ
スク22と24の双方が除去され、これらを担持するステン
レス鋼基板10と分離される。この基板10は好適に上述の
第１と第２の電鋳段階を通して担体又は「取っ手（hand
le）」として用いられており、後続の電鋳処理において
再利用可能である。さて、このようにして完成した障壁
およびオリフィス板組立体28は金めっき槽に送られ、そ
こでニッケル表面に厚さ約20マイクロメータの金の薄膜
を形成するため約１分間槽内に浸漬される準備ができて
いる。
が完成すると、第1G図の構造は化学的除去ステーション
に送られ、そこでこの構造は適当なフォトレジスト除去
液に浸漬され、そこで第１と第２のフォトレジスト・マ
スク22と24の双方が除去され、これらを担持するステン
レス鋼基板10と分離される。この基板10は好適に上述の
第１と第２の電鋳段階を通して担体又は「取っ手（hand
le）」として用いられており、後続の電鋳処理において
再利用可能である。さて、このようにして完成した障壁
およびオリフィス板組立体28は金めっき槽に送られ、そ
こでニッケル表面に厚さ約20マイクロメータの金の薄膜
を形成するため約１分間槽内に浸漬される準備ができて
いる。
この金めっき自体は本技術において公知でありインクに
よる腐食を防止するための不活性被覆を備え、且つ下層
のまた支持用の薄膜抵抗担体基板上に形成されるはんだ
パッドに後に熱音波的に（thermosonic）（熱及び超音
波エネルギ）ボンディングのための優れたボンディング
材を与えるために好適に利用される。このように、金属
オリフィス板と障壁に金めっきして不活性被覆を形成で
きることにより、この構造には、障壁を下層の薄膜抵抗
基板の不活性上層と結合するために後に用いられるはん
だ処理と高度の適合性がもたらされる。すなわち、金め
っきされていないニッケルは表面酸化を生じ、これが強
力なはんだ付けを妨げるのである。更に、従来型の重合
体障壁材料を用いると、その上に金めっきができず、は
んだ付けに適合しない。
よる腐食を防止するための不活性被覆を備え、且つ下層
のまた支持用の薄膜抵抗担体基板上に形成されるはんだ
パッドに後に熱音波的に（thermosonic）（熱及び超音
波エネルギ）ボンディングのための優れたボンディング
材を与えるために好適に利用される。このように、金属
オリフィス板と障壁に金めっきして不活性被覆を形成で
きることにより、この構造には、障壁を下層の薄膜抵抗
基板の不活性上層と結合するために後に用いられるはん
だ処理と高度の適合性がもたらされる。すなわち、金め
っきされていないニッケルは表面酸化を生じ、これが強
力なはんだ付けを妨げるのである。更に、従来型の重合
体障壁材料を用いると、その上に金めっきができず、は
んだ付けに適合しない。
さて第２図を参照すると、複合された障壁およびオリフ
ィス板組立体28の出口オリフィスを通して上方をみた等
角透視図が示されている。傾斜付き壁18は出口オリフィ
スの開口と第２のニッケル層26との間に延び、この傾斜
構造を備えていない従来型の障壁板構造と比較すると、
インクジェット・プリント・ヘッドの達成可能な最大動
作周波数fmaxを増大する機能を果たす。更に、このニッ
ケル−ニッケル構造の障壁とオリフィス板及びその形状
は、「飲込み」を防止し、キャビテーションを軽減し、
且つこれまで待ち望まれていた優れたはんだ付適性を備
えた高収率の製造を支援する役割を果たす。
ィス板組立体28の出口オリフィスを通して上方をみた等
角透視図が示されている。傾斜付き壁18は出口オリフィ
スの開口と第２のニッケル層26との間に延び、この傾斜
構造を備えていない従来型の障壁板構造と比較すると、
インクジェット・プリント・ヘッドの達成可能な最大動
作周波数fmaxを増大する機能を果たす。更に、このニッ
ケル−ニッケル構造の障壁とオリフィス板及びその形状
は、「飲込み」を防止し、キャビテーションを軽減し、
且つこれまで待ち望まれていた優れたはんだ付適性を備
えた高収率の製造を支援する役割を果たす。
狭窄インク流ポート58の幅は約0.0381mm（約0.0015イン
チ）又はインク貯め59の直径の約1/2以下とする。この
直径は一般に0.0762mmないし0.127mm（0.003ないし0.00
5インチ）の範囲である。出力インク射出オリフィス32
の直径は約0.0635mm（約0.0025インチ）である。
チ）又はインク貯め59の直径の約1/2以下とする。この
直径は一般に0.0762mmないし0.127mm（0.003ないし0.00
5インチ）の範囲である。出力インク射出オリフィス32
の直径は約0.0635mm（約0.0025インチ）である。
さて第３図を参照すると、複合された障壁およびオリフ
ィス板28が薄膜抵抗体構造38の真上に配置されている。
この構造38は厚さが代表的には約0.508mm（約20ミル）
で、二酸化シリコンの薄い表面不活性層42を上に有する
下層シリコン基板40を含んでいる。電気抵抗材料より成
る層44がSiO2層42の表面にデポジットされており、この
抵抗材料は一般にはタンタル−アルミニウム又は窒化タ
ンタルである。次に公知の金属導体デポジション及びマ
スキング技術を用い、アルミニウムの導電パターン46が
図のように抵抗層44の頂部に形成され、且つ例えば一対
の開口47と49を含んでおり、これらの開口は第３図で50
と52で示す一対の電気能動抵抗性ヒータ素子（抵抗体）
を画定している。
ィス板28が薄膜抵抗体構造38の真上に配置されている。
この構造38は厚さが代表的には約0.508mm（約20ミル）
で、二酸化シリコンの薄い表面不活性層42を上に有する
下層シリコン基板40を含んでいる。電気抵抗材料より成
る層44がSiO2層42の表面にデポジットされており、この
抵抗材料は一般にはタンタル−アルミニウム又は窒化タ
ンタルである。次に公知の金属導体デポジション及びマ
スキング技術を用い、アルミニウムの導電パターン46が
図のように抵抗層44の頂部に形成され、且つ例えば一対
の開口47と49を含んでおり、これらの開口は第３図で50
と52で示す一対の電気能動抵抗性ヒータ素子（抵抗体）
を画定している。
上部表面不活性層53が導電トレース・パターン46の真上
に設けられ、この不活性層は好適には炭化シリコンSiC
又は窒化シリコンSi3N4のような高度に不活性の材料よ
り成っており、それにより、ヒータ抵抗体50及び52と、
これら抵抗体上にあるインク貯め内のインクとの良好な
物理的隔離をもたらす機能を果たす。
に設けられ、この不活性層は好適には炭化シリコンSiC
又は窒化シリコンSi3N4のような高度に不活性の材料よ
り成っており、それにより、ヒータ抵抗体50及び52と、
これら抵抗体上にあるインク貯め内のインクとの良好な
物理的隔離をもたらす機能を果たす。
次に、はんだの層（又はパッド）55が不活性層53の上側
の表面とニッケル障壁層26の底表面との間に配置され、
前述したように下層の不活性層53と上層のニッケル障壁
26の金めっきされた表面との優良な結合をもたらす。
の表面とニッケル障壁層26の底表面との間に配置され、
前述したように下層の不活性層53と上層のニッケル障壁
26の金めっきされた表面との優良な結合をもたらす。
熱インクジェット・プリントの分野では公知のように、
アルミニウム導体46に付与される電気パルスによってヒ
ータ素子50と52の抵抗加熱がもたらされ、これによって
これらヒータ素子50と52からの熱エネルギが表面不活性
層53を介してニッケル層26内のインク貯め中のインクへ
と伝達される。
アルミニウム導体46に付与される電気パルスによってヒ
ータ素子50と52の抵抗加熱がもたらされ、これによって
これらヒータ素子50と52からの熱エネルギが表面不活性
層53を介してニッケル層26内のインク貯め中のインクへ
と伝達される。
シリコン基板40はこの分野では公知の従来のシリコン・
ダイ・ボンディング技術を用いてマニホルド・ヘッダ
（図示せず）に結合される。このヘッドは好適に、リー
ドフレーム（これも図示せず）から既に押抜きされた導
電リード46を受けるように予備形成された、選択された
プラスチック材料から成っている。このリード・フレー
ムはこの分野では、係属中のGary Hansonの米国出願番
号801,038号（現在は本出願人に譲渡されている）の明
細書に開示されている形式の、テープ自動化ボンディン
グ（tape automated bonding,TAB）フレキシブル回路と
して公知である。
ダイ・ボンディング技術を用いてマニホルド・ヘッダ
（図示せず）に結合される。このヘッドは好適に、リー
ドフレーム（これも図示せず）から既に押抜きされた導
電リード46を受けるように予備形成された、選択された
プラスチック材料から成っている。このリード・フレー
ムはこの分野では、係属中のGary Hansonの米国出願番
号801,038号（現在は本出願人に譲渡されている）の明
細書に開示されている形式の、テープ自動化ボンディン
グ（tape automated bonding,TAB）フレキシブル回路と
して公知である。
動作時には熱は不活性層53を介して伝達され、障壁とオ
リフィス板構造28の空洞内に貯められているインクを急
激に加熱する。それによりこの空洞内に貯蔵されている
インクは沸騰状態まで急激に加熱され、出口オリフィス
32を通して膨張する。しかし、膨張するインク気泡がそ
れに引続きインクジェット・オリフィスにてキャビテー
ションの間に崩壊するとき、先細の出口オリフィスの傾
斜構造、および狭窄インク流ポートの幅が縮減されてい
ることにより、インク気泡の崩壊が減速され、もってキ
ャビテーションの強さ及びそれに帰因する損傷が軽減さ
れる。この後者の特徴の結果、このキャビテーションに
帰因する抵抗ヒータ素子50と52へ向かう下向きの圧力に
対する著しい耐性がもたらされる。
リフィス板構造28の空洞内に貯められているインクを急
激に加熱する。それによりこの空洞内に貯蔵されている
インクは沸騰状態まで急激に加熱され、出口オリフィス
32を通して膨張する。しかし、膨張するインク気泡がそ
れに引続きインクジェット・オリフィスにてキャビテー
ションの間に崩壊するとき、先細の出口オリフィスの傾
斜構造、および狭窄インク流ポートの幅が縮減されてい
ることにより、インク気泡の崩壊が減速され、もってキ
ャビテーションの強さ及びそれに帰因する損傷が軽減さ
れる。この後者の特徴の結果、このキャビテーションに
帰因する抵抗ヒータ素子50と52へ向かう下向きの圧力に
対する著しい耐性がもたらされる。
このように熱インクジェット・プリント・ヘッド用の新
規な障壁とオリフィス板組立対及びその新規な製造法を
これまで説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸
脱することなく本発明の上述の実施例には多くの変更が
可能である。
規な障壁とオリフィス板組立対及びその新規な製造法を
これまで説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸
脱することなく本発明の上述の実施例には多くの変更が
可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−161242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−94767（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−3152（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭64−6275（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に置かれた複数の発熱素子と、該各
発熱素子上に形成されインクジェットプリント動作中に
該発熱素子から熱エネルギーを浮け取る複数の独立した
インク溜めを有する熱インクジェットプリントヘッドに
おいて、 前記基板上に取り付けられ、前記発熱素子に整列される
インク溜めを形成する複数の空洞と、インク供給源から
インクを前記空洞内に流入させる前記空洞の直径よりも
小さい幅を有するインク流入口とを有する障壁層と、 前記障壁層上に取り付けられると共に、前記障壁層の各
空洞に対応して設けられたインク通路を備えるオリフィ
ス層とからなり、 前記オリフィス層のインク通路は、前記障壁層に取り付
けられる側を最大径とし、前記オリフィス層の外表面側
を最小径としてなめらかな傾斜状に変化する内壁面を備
えることを特徴とする熱インクジェットプリントヘッ
ド。 - 【請求項２】前記障壁層は、前記インク流入口の外側
に、スカラップ状の壁面を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の熱インクジェットプリントヘッ
ド。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US80116985A | 1985-11-22 | 1985-11-22 | |
| US801,169 | 1985-11-22 | ||
| PCT/US1986/002525 WO1987003364A1 (en) | 1985-11-22 | 1986-11-21 | Ink jet barrier layer and orifice plate printhead and fabrication method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6188975A Division JPH09183228A (ja) | 1985-11-22 | 1994-07-19 | 熱インクジェットプリントヘッドの障壁層とオリフィス板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63502015A JPS63502015A (ja) | 1988-08-11 |
| JPH0729437B2 true JPH0729437B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=25180378
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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