JPH09118017A - Method for forming nozzle structure of ink-jet print head - Google Patents

Method for forming nozzle structure of ink-jet print head

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JPH09118017A
JPH09118017A JP24554296A JP24554296A JPH09118017A JP H09118017 A JPH09118017 A JP H09118017A JP 24554296 A JP24554296 A JP 24554296A JP 24554296 A JP24554296 A JP 24554296A JP H09118017 A JPH09118017 A JP H09118017A
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スティーヴン・ロバート・コンプリン
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Gary Raymond Williams
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a highly automated ink jet printing head. SOLUTION: A composite structure containing a nozzle layer 10 and an adhesive layer 24 is provided and a polymeric sacrifice layer 28 is applied to the adhesive layer. Laser ablation is applied to the coated composite structure to form one or more nozzle 20 to the structure and, subsequently, the sacrifice layer is removed. This sacrifice layer is pref. composed of a water-soluble polymer and most pref. composed of polyvinyl alcohol and water is injected to the sacrifice layer until the sacrifice layer is substantially removed from the adhesive layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット印刷
ヘッドに関し、特にインクジェット印刷ヘッド用のノズ
ル構造体のための改善された製造技術に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to inkjet printheads and, more particularly, to improved manufacturing techniques for nozzle structures for inkjet printheads.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット・プリンタ用の印刷ヘッ
ドは、種々の構成要素が一体的なインクリザーバと協働
して所望の印刷品質を達成するために精密に製作され
る。そうした精密性にも拘わらず、インクリザーバを備
える印刷ヘッドは、リザーバ内の供給インクが使い果た
されると捨てられる。従って、こうしたアセンブリの種
々の構成要素を比較的安価に抑える必要性があり、それ
によって、アセンブリ寿命が1つの要因とされる全般的
な頁当たりの印刷コストで、市場における他のプリンタ
形態に対しての競争力を保持できるようになる。
Printheads for ink jet printers are precisely manufactured so that various components cooperate with an integrated ink reservoir to achieve a desired print quality. Despite such precision, printheads with ink reservoirs are discarded when the supply of ink in the reservoir is exhausted. Therefore, there is a need to keep the various components of such an assembly relatively inexpensive, so that the overall cost of printing per page, in which assembly life is a factor, relative to other printer configurations on the market. Will be able to maintain its competitiveness.

【0003】一般に、インクや、リザーバ及び印刷ヘッ
ドの製造に使用される材料は、印刷ヘッド・アセンブリ
の製造コストの最も大きな部分を占めていない。それよ
りはむしろ、印刷ヘッドの種々の構成要素自体の製作に
おける労働集約段階である。こうして、印刷ヘッド製作
コストを下げる努力は、印刷ヘッド・アセンブリが使用
されるインクジェット・プリンタの頁当たりの印刷コス
トに最も大きな効果を及ぼす。
In general, the inks and materials used to manufacture the reservoirs and printheads do not make up the largest portion of the manufacturing cost of the printhead assembly. Rather, it is a labor intensive stage in the manufacture of the various components of the printhead itself. Thus, efforts to reduce printhead fabrication costs have the greatest effect on the print cost per page of inkjet printers in which the printhead assembly is used.

【0004】印刷ヘッドの製作コストを下げるための1
つの方法は、高度に自動化された製造技術を用いること
である。これによって、製造の各段階を手作業で行うよ
うな高度に熟練された技術に支払う費用が節約される。
製作コストを削減する他の方法は、そうした自動化され
た製造工程の全てに渡る歩留まりを改善することであ
る。印刷ヘッドをより高い比率で製作すれば、単位印刷
ヘッド当たりの値段を低減し、それによって、より多数
の商品に渡って製造コストを分散させるようにする。工
程の歩留まりは、1つのパーツを製造にするのに要求さ
れる工程段階数が減少するにつれて増大する傾向にある
ので、印刷ヘッド製造に要する工程段階数を低減する
か、或いは、複雑で低い歩留まり工程段階をより簡素で
より高い歩留まり工程段階で置き換えることが望まし
い。
1 for reducing the manufacturing cost of the print head
One way is to use highly automated manufacturing techniques. This saves money on highly skilled techniques such as manually performing each stage of manufacturing.
Another way to reduce manufacturing costs is to improve yields across all such automated manufacturing processes. Making printheads at a higher rate reduces the cost per printhead, thereby distributing the manufacturing cost across a larger number of items. Process yields tend to increase as the number of process steps required to make a single part decreases, either reducing the number of process steps required to manufacture a printhead, or producing a complex, low yield. It is desirable to replace the process steps with simpler and higher yield process steps.

【0005】インクジェット印刷ヘッドは、1)インク
の成分を励起するための複数の抵抗要素を含む基板と、
2)励起されたインクの動きを方向付けるための集積さ
れたフロー(流れ)機能構造/ノズル層とを備える2つ
か或いは3つの主要構成要素から、しばしば、形成され
る。印刷ヘッドのフロー機能構造はノズル層内に含ませ
るか、或いはノズル層または基板に添付された分離層内
に含ませることが可能である。印刷段階の間、協働しな
ければならない個々別々の機能は上記構成要素に含ま
れ、これら構成要素は使用前に相互に結合される。一般
に、一体構造体とするために印刷ヘッドのこれら構成要
素を結合するために使用されるものは接着剤である。
Inkjet printheads include: 1) a substrate containing a plurality of resistive elements for exciting components of the ink;
2) Often formed from two or three major components with integrated flow functional structures / nozzle layers for directing the movement of the excited ink. The flow functional structure of the printhead can be included in the nozzle layer or in a separate layer attached to the nozzle layer or substrate. The individual functions, which must cooperate during the printing phase, are included in the above components, which are connected to one another before use. Generally, it is the adhesive that is used to join these components of the printhead together into a unitary structure.

【0006】これら構成要素の1つのための製造段階が
終了する前に、当該1つの構成要素に接着剤が付与され
たならば、その接着剤層は次なる種々の製造段階の間に
生成された破片屑を保持する可能性がある。そうした破
片屑は、しばしば、除去することが難しく、除去のため
には少なくとも余分な工程段階を要し、印刷ヘッドのコ
ストを増大してしまう。更に、もしそうした破片屑が完
全に除去されなければ、基板とノズル層との間の接着剤
結合が損なわれる可能性があり、その結果として、印刷
ヘッドは、適切に機能しないか、或いは期待された有効
寿命を果たすことがないかの何れかとなる。
If an adhesive is applied to the one component before the manufacturing stage for one of these components is completed, the adhesive layer is formed during the next various manufacturing stages. May hold debris. Such debris is often difficult to remove, requiring at least an extra process step for removal, increasing the cost of the printhead. Moreover, if such debris is not completely removed, the adhesive bond between the substrate and the nozzle layer can be compromised, resulting in printheads that do not function properly or are expected. It will either not fulfill its useful life.

【0007】上記各種の機能構造が上記のような1つの
構成要素に形成された後、当該1つの構成要素に接着剤
が付与されたならば、結合面として使用されるべくその
構成要素の各種部分に接着剤が位置付けられていること
と、接着剤が存在することによって機能が抑制されてし
まう該構成要素の各種部分から接着剤が除去されている
こととを確保すべく更なる労働集約的な段階が要求され
る。これらの余分な段階は印刷ヘッドのコストに追加さ
れるばかりか、構成要素上に対する接着剤の位置付けに
関する誤りは、印刷ヘッド製造方法から製品の歩留まり
を低減することになる。
After the above-mentioned various functional structures are formed on one component as described above, if an adhesive is applied to the one component, the various components are to be used as a bonding surface. Further labor intensive to ensure that the adhesive is located in the parts and that the adhesive is removed from the various parts of the component whose function is suppressed by the presence of the adhesive. Different stages are required. Not only are these extra steps added to the cost of the printhead, but misalignment of the adhesive on the components will reduce product yield from the printhead manufacturing process.

【0008】例えば、もし接着剤がインク用のフローチ
ャネル等々の構成要素の一部内に残留されたならば、そ
のフローチャネルの適切な機能は妨げられることとな
り、印刷ヘッドは使用不可能となる。代替的には、もし
接着剤が構成要素間の結合面を充分に覆うことがなけれ
ば、これら構成要素は分離する可能性があり、その完成
されたアセンブリからのインク漏れを許容する。これら
双方の状態は製品歩留まりを低減し、それによって、上
述されたように製作された印刷ヘッドのコストが上昇す
ることになる。
For example, if the adhesive remains in some of the components such as the flow channel for the ink, the proper functioning of that flow channel will be hindered and the printhead will be rendered unusable. Alternatively, if the adhesive does not sufficiently cover the bonding surfaces between the components, these components may separate, allowing ink leakage from the completed assembly. Both of these conditions reduce product yield, which increases the cost of printheads made as described above.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上に述べた
問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、高度
に自動化されたインクジェット印刷ヘッドの製造方法を
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a highly automated method for manufacturing an ink jet print head.

【0010】本発明の他の目的は、接着剤の整合及び除
去のための追加的な工程段階を要することがないインク
ジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ink jet print head that does not require additional process steps for alignment and removal of adhesive.

【0011】本発明の更なる目的は、各種構成要素を相
互に結合するために使用される接着剤が、引き続く工程
段階の間、破片屑等を引き付けて保持することがない、
インクジェット印刷ヘッドの製造方法を提供することで
ある。
A further object of the invention is that the adhesive used to bond the various components together does not attract and hold debris or the like during subsequent process steps.
A method of manufacturing an inkjet printhead is provided.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した目的やその他の
目的は、本発明に従ってのインクジェット印刷ヘッド・
ノズル部材を形成する方法によって解決される。本発明
においては、ノズル層及び接着剤層を含む複合的な構造
体が提供されており、その接着剤層には重合体から成る
犠牲的な重合体犠牲層が塗布又は被覆される。その塗布
された複合的な構造体は、レーザ・アブレーション又は
レーザ融蝕によって、1つ或いはそれ以上のノズルが形
成される。ノズル形成後に、犠牲層は除去される。
SUMMARY OF THE INVENTION The foregoing and other objects are met by an inkjet printhead according to the present invention.
This is solved by a method of forming a nozzle member. In the present invention, a composite structure comprising a nozzle layer and an adhesive layer is provided, the adhesive layer being coated or coated with a sacrificial polymeric sacrificial layer of polymer. The coated composite structure is laser ablated or laser ablated to form one or more nozzles. After forming the nozzle, the sacrificial layer is removed.

【0013】上記犠牲層は、好ましくは、その犠牲層に
水のジェットを仕向けることによって当該犠牲層の略々
全てが接着剤層から除去されてしまうポリビニルアルコ
ール等の、水溶性重合物質であることが好ましい。
The sacrificial layer is preferably a water soluble polymeric material, such as polyvinyl alcohol, in which substantially all of the sacrificial layer is removed from the adhesive layer by directing a jet of water at the sacrificial layer. Is preferred.

【0014】臨界的なレーザ融蝕段階の間、複合的構造
体に対するレーザ融蝕によって生成するスラグ及び他の
破片屑は、しばしば、接着剤層よりは、むしろ犠牲層に
接着する。犠牲層は水溶性であるので、簡単な水洗技法
によって容易に除去され得て、除去の結果、それに接着
した破片屑はそれと共に運び去られることとなる。この
ように、ノズル構造体は、綿密な清浄工程を利用するこ
となく、構造的或いは作動的問題を引き起こし得る破片
屑から解放される。更に、接着剤は、レーザ融蝕によっ
てノズルが製作される前にノズル構造体に直に付与され
得ることによって、製造工程を簡素化している。
During the critical laser ablation step, the slag and other debris produced by laser ablation of the composite structure often adheres to the sacrificial layer rather than the adhesive layer. Since the sacrificial layer is water-soluble, it can be easily removed by simple water washing techniques, with the result that the debris adhered to it will be carried away with it. In this way, the nozzle structure is free from debris that can cause structural or operational problems without the use of a thorough cleaning process. Moreover, the adhesive can be applied directly to the nozzle structure before the nozzle is manufactured by laser ablation, thus simplifying the manufacturing process.

【0015】本発明の更なる目的及び長所等は添付図面
を参照しての好適実施例の詳細な説明によって明らかと
なる。
Further objects and advantages of the present invention will be apparent from the detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】添付図面中、図1には、印刷ヘッ
ド複合構造体のノズル層10の主要特徴が示されてい
る。ノズル層10は、ポリイミド、ポリエステル、フル
オロカーボンポリマー、或いはポリカーボネート等の重
合体物質であり、好ましくは約15から約200ミクロ
ンまでの間の厚みであり、最も好ましくは約75ミクロ
ンから約125ミクロンまでの間の厚みである。
1 of the drawings, the main features of a nozzle layer 10 of a printhead composite structure are shown. Nozzle layer 10 is a polymeric material such as polyimide, polyester, fluorocarbon polymer, or polycarbonate, preferably having a thickness of between about 15 and about 200 microns, and most preferably of about 75 microns to about 125 microns. It is the thickness between.

【0017】ノズル層10が形成される物質は、多くの
ノズル層が次から次ぎへと連続工程或いは半連続工程で
形成可能な、重合体物質の連続的な長尺ストリップの形
態で供給され得る。複数の製造段階を通じて、重合体物
質の長尺ストリップの取り扱い及び該長尺ストリップの
確動的な移送を補助するために、スプロケット孔又は穴
12をそのストリップに設けることができる。
The material from which the nozzle layer 10 is formed can be provided in the form of continuous strips of polymeric material, many nozzle layers of which can be formed in successive or semi-continuous steps. . Sprocket holes or holes 12 may be provided in the strip to aid in handling and positive transfer of the strip of polymeric material through multiple manufacturing steps.

【0018】幾つかの重要な機能構造が、以下により詳
細に説明する種々の工程によって、そのノズル層10内
に形成され得る。インク・リザーバ(不図示)からイン
クを受けるインク配分チャネル14があり、そこからイ
ンクが複数のフローチャネル16へ供給される。これら
フローチャネル16はインク配分チャネル14からイン
クを受け取って、それをバブルチャンバー18の下側の
抵抗要素(不図示)へ供給する。
Several important functional structures can be formed in the nozzle layer 10 by various processes described in more detail below. There is an ink distribution channel 14 that receives ink from an ink reservoir (not shown), from which ink is supplied to a plurality of flow channels 16. These flow channels 16 receive ink from the ink distribution channel 14 and supply it to a resistive element (not shown) below the bubble chamber 18.

【0019】1つ以上の抵抗要素を励起するに及んで、
インク成分は気化され、機械的エネルギーをインクの一
部に分け与えることによって、ノズル層10における対
応するノズル20を通じてインクを噴出させる。ノズル
20から出るインクは印刷媒体に衝突して、英数字及び
グラフィック像になる複数のインクスポットから成る所
定パターンを生み出す。
Exciting one or more resistive elements,
The ink components are vaporized and impart mechanical energy to a portion of the ink to eject the ink through the corresponding nozzles 20 in the nozzle layer 10. The ink exiting the nozzles 20 impinges on the print medium to produce a predetermined pattern of ink spots that result in alphanumeric and graphic images.

【0020】ノズル層10が形成されているストリップ
材は、図2に概略的に示されるように、大きなリール2
2上に設けることが可能である。(日本の)ウべ社、及
び、デラウェア州、ウィルミントン、E. I. duPont de
Numours & Co.社等の幾つかの製造業者がノズル層の製
造に適した材料を"UPILEX"或いは"KAPTON"として(商
標)、それぞれ、商業的に供給している。より好適なノ
ズル層材料は、図3に示されるように、接着層24が載
せられたポリイミド・テープから形成される。
The strip material on which the nozzle layer 10 is formed, as shown schematically in FIG.
It is possible to provide it on 2. Ube Company (Japan) and EI duPont de, Wilmington, Del.
Several manufacturers, such as Numours & Co., provide commercially suitable materials for making nozzle layers, either as "UPILEX" or "KAPTON" (trademark), respectively. A more preferred nozzle layer material is formed from a polyimide tape with an adhesive layer 24 thereon, as shown in FIG.

【0021】接着層24は、好ましくは、熱可塑性高分
子材料を含み得るあらゆるB段階の状態である材料があ
る。こうしたB段階の状態であり得る熱硬化樹脂の例と
しては、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、ユリア
樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿素樹脂、フラン樹脂、
ポリウレタン、珪素樹脂が含まれる。適合する高分子の
熱可塑性材料或いはホットメルト材料は、エチレン酢酸
ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリプロピレン、
ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、並びにポリ
ウレタンが含まれる。
The adhesive layer 24 is preferably any B-staged material that may include thermoplastic polymeric materials. Examples of the thermosetting resin that can be in the B-stage state include phenol resin, resorcinol resin, urea resin, epoxy resin, ethylene urea resin, furan resin,
Includes polyurethane and silicone resin. Suitable polymeric thermoplastic or hot melt materials are ethylene vinyl acetate, ethylene ethyl acrylate, polypropylene,
Includes polystyrene, polyamide, polyester, as well as polyurethane.

【0022】最も好適な実施例において、接着層24
は、アリゾナ州、キャンドラーのRogers社から市販され
ている、ラミネートの"RFLEX R1100"或いは"RFLEX R100
0"に使用されているようなフェノールブチラール接着剤
である。図2の符号Aが付された位置におけるノズル層
10及び接着層24の複合構造体は、図3に示される断
面形態を有する。殆どの用途において、接着層24の厚
みは約1ミクロンから約25ミクロンまでの間である。
In the most preferred embodiment, the adhesive layer 24
Is a laminated "RFLEX R1100" or "RFLEX R100" from Rogers, Inc. of Candler, Arizona.
2 is a phenol butyral adhesive as used in 0 ". The composite structure of nozzle layer 10 and adhesive layer 24 in the position labeled A in FIG. 2 has the cross-sectional morphology shown in FIG. In most applications, the thickness of adhesive layer 24 is between about 1 micron and about 25 microns.

【0023】接着層24には、図4に示されるように、
犠牲層28が塗布されている。犠牲層28としては、薄
層で塗布可能であり且つ接着層24或いはノズル層10
と相互作用しない溶媒によって除去可能であるあらゆる
高分子材料を用いることが出来る。好適な溶媒としては
水であり、ポリビニルアルコールはまさに適切な水溶性
犠牲層28の一例である。
The adhesive layer 24, as shown in FIG.
The sacrificial layer 28 is applied. As the sacrificial layer 28, a thin layer can be applied, and the adhesive layer 24 or the nozzle layer 10 can be applied.
Any polymeric material that can be removed by a solvent that does not interact with it can be used. Water is the preferred solvent and polyvinyl alcohol is just one example of a suitable water-soluble sacrificial layer 28.

【0024】犠牲層として使用可能な市販のポリビニル
アルコールとしては、Air ProductsInc.社から入手可能
な"AIRVOL 165"、Emulsitone Inc.社から入手可能な"EM
S1146"、Aldrich社から入手可能な種々のポリビニルア
ルコール樹脂が含まれる。犠牲層28は、最も好適に
は、少なくとも約1ミクロンの厚みであり、ノズル層1
0を形成するポリイミドのキャリヤーシート上の接着層
24上に好ましくは塗布される。
Commercially available polyvinyl alcohols that can be used as sacrificial layers include "AIRVOL 165" available from Air Products Inc. and "EM" available from Emulsitone Inc.
S1146 ", including various polyvinyl alcohol resins available from Aldrich. Sacrificial layer 28 is most preferably at least about 1 micron thick and nozzle layer 1
It is preferably applied onto an adhesive layer 24 on a carrier sheet of polyimide forming 0.

【0025】押出、ロール塗布、はけ塗、ナイフ塗布、
吹付、浸漬、或いは塗布業界又は被覆業界で知られる他
の技法等の方法は、こうした複合ストリップ26に犠牲
層28を塗布するために採用出来る。
Extrusion, roll coating, brush coating, knife coating,
Methods such as spraying, dipping, or other techniques known in the coating or coating industry can be employed to apply sacrificial layer 28 to such composite strips 26.

【0026】図2に示されるように、犠牲層28は塗布
ローラ34等によって複合ストリップ26上に塗布され
得る。(図2の)位置Bにおいての複合ストリップ26
は、図4に示されるような断面形状を有することにな
り、接着層24がノズル層10と犠牲層28との間に配
置されている。
As shown in FIG. 2, the sacrificial layer 28 may be coated on the composite strip 26 by a coating roller 34 or the like. Composite strip 26 in position B (of FIG. 2)
Has a cross-sectional shape as shown in FIG. 4, and the adhesive layer 24 is disposed between the nozzle layer 10 and the sacrificial layer 28.

【0027】ノズル層10の図1に示される、配分チャ
ネル14、フローチャネル16、バブルチャンバー1
8、ノズル20等の各種機能構造は、好ましくは、複合
ストリップ26を所定のパターンにレーザ融蝕すること
によって形成される。ノズル層10中に各種のフロー機
能構造又は流れ機能構造を作り出すレーザビーム36
は、F2、ArF、KrCl、KrF、或いはXeCl
エキシマレーザ、或いは周波数逓倍YAGレーザ等のレ
ーザ38によって発生させることが可能である。
Distribution channel 14, flow channel 16, bubble chamber 1 shown in FIG. 1 of nozzle layer 10.
Various functional structures, such as 8, nozzles 20, are preferably formed by laser ablating the composite strip 26 in a predetermined pattern. A laser beam 36 that creates various flow features or flow features in the nozzle layer 10.
Is F2, ArF, KrCl, KrF, or XeCl
It can be generated by a laser 38 such as an excimer laser or a frequency doubled YAG laser.

【0028】図4での複合構造体に対するレーザ融蝕
は、約100ミリジュール/平方センチメートルから約
5,000ミリジュール/平方センチメートルまでの間
のパワーであって、好ましくは約1,500ミリジュー
ル/平方センチメートルのパワーで達成される。レーザ
融蝕工程の間、約150ナノメートルから約400ナノ
メートルまでの間の波長、そして最も好ましくは約24
8ナノメートルの波長を有するレーザビームが約1ナノ
秒から約200ナノ秒までの間継続する、そして最も好
ましくは約20ナノ秒の間継続するパルス状の形態で適
用される。
Laser ablation for the composite structure in FIG. 4 has a power of between about 100 millijoules / square centimeter and about 5,000 millijoules / square centimeter, preferably about 1,500 millijoules / square centimeter. Achieved with the power of. During the laser ablation process, wavelengths between about 150 nanometers and about 400 nanometers, and most preferably about 24 nanometers.
A laser beam having a wavelength of 8 nanometers is applied in a pulsed form that lasts from about 1 nanosecond to about 200 nanoseconds, and most preferably lasts about 20 nanoseconds.

【0029】ノズル層10の特殊な機能構造は、該ノズ
ル層に各種のフロー機能構造を正確に位置付けるために
使用されるマスク40を通じて、レーザビーム36の所
定数のパルスを当てることによって形成される。以下に
より明確にされるように、多くのエネルギーパルスが、
より大きな横断深さに渡って材料が削除されることにな
るノズル層10におけるノズル20の部分に要求され得
て、より少ないエネルギーパルスが、フローチャネル1
6等のほんの一部の材料がノズル層10の横断深さから
除去されるべく要求され得る。
The special functional structure of the nozzle layer 10 is formed by applying a predetermined number of pulses of a laser beam 36 through a mask 40 which is used to precisely position various flow functional structures on the nozzle layer. . As will be made clearer below, many energy pulses are
Fewer energy pulses may be required in the portion of the nozzle 20 in the nozzle layer 10 where material will be removed over a greater transverse depth, resulting in less flow channel 1.
Only some material, such as 6, may be required to be removed from the transverse depth of nozzle layer 10.

【0030】ノズル層10における種々の機能構造の側
部境界は、マスク40によって画定され、このマスク4
0は、該マスク40中の定まった複数の位置に設けられ
た複数孔にレーザビーム36が通過することを許容し、
該マスク40の他の複数の位置において複合ストリップ
26へのレーザビーム36の到達を禁止するものであ
る。レーザビーム36がストリップ26と接触すること
を許容するマスク40の複数の部分は、ノズル層10中
に形成が所望される種々の機能構造の形状に対応したパ
ターンに配置されている。
The lateral boundaries of the various functional structures in the nozzle layer 10 are defined by a mask 40, which mask 4
0 allows the laser beam 36 to pass through a plurality of holes provided at a plurality of fixed positions in the mask 40,
The laser beam 36 is prohibited from reaching the composite strip 26 at a plurality of other positions of the mask 40. The portions of the mask 40 that allow the laser beam 36 to contact the strip 26 are arranged in a pattern that corresponds to the shape of the various functional structures desired to be formed in the nozzle layer 10.

【0031】犠牲層28を含む複合ストリップ26のレ
ーザ融蝕工程の間、スラグ及び他の破片42が形成され
る。これら破片42の少なくとも一部はストリップ26
上に落ちて付着する可能性がある。本発明において、ス
トリップ26の上層は犠牲層28を含むので、これら破
片42は接着層24よりは犠牲層28に落ちて付着する
ことになる。
During the laser ablation process of the composite strip 26 including the sacrificial layer 28, slag and other debris 42 is formed. At least some of these pieces 42 are strips 26
May fall on and adhere. In the present invention, since the upper layer of the strip 26 includes the sacrificial layer 28, these debris 42 will fall and adhere to the sacrificial layer 28 rather than the adhesive layer 24.

【0032】もし複合ストリップ26に犠牲層28がな
ければ、破片42は接着層24上に落ちて付着すること
となる。ひとたび接着層24に付着してしまうと、破片
42を除去することは難しく、複雑な洗浄手続きが要求
されるか或いは使用不可能な製品となる。本発明は、こ
れら破片42をより容易に除去するばかりではなく、使
用不可能製品を低減することによって歩留まりをも増大
可能としている。
If the composite strip 26 did not have the sacrificial layer 28, the debris 42 would fall onto and adhere to the adhesive layer 24. Once attached to adhesive layer 24, debris 42 is difficult to remove, resulting in a product that requires complex cleaning procedures or is unusable. The present invention not only makes it easier to remove these debris 42, but it also increases yield by reducing unusable products.

【0033】複合ストリップ26のレーザ融蝕が完了し
た後、位置Cにおける該ストリップ26の、バブルチャ
ンバー18の1つを通るような断面形態は、図5に示す
通りである。図5から理解出来るように、ノズル層10
は犠牲層28によって保護されている接着層24を依然
として含んでいる。破片42が犠牲層28の露出表面上
に示されている。フローチャネル16、バブルチャンバ
ー18、並びにノズル20の相対寸法も図5に示されて
いる。
After laser ablation of the composite strip 26 is complete, the cross-section of the strip 26 at position C, as seen through one of the bubble chambers 18, is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, the nozzle layer 10
Still includes an adhesive layer 24 protected by a sacrificial layer 28. Debris 42 is shown on the exposed surface of sacrificial layer 28. The relative dimensions of the flow channel 16, bubble chamber 18, and nozzle 20 are also shown in FIG.

【0034】犠牲層28が水溶性であれば、犠牲層28
及びその上の破片42の除去は、水源46から水噴射4
4をストリップ26に仕向けることによって達成可能で
ある。代替的には、犠牲層28が溶解するに充分な時
間、ストリップ26を水中に浸漬することによって犠牲
層28を除去することが可能である。犠牲層28を除去
するために使用される水の温度は、約20℃から約90
℃の範囲が可能である。より高い水温は、ポリビニルア
ルコールの犠牲層28を溶解するために要求される時間
を減少する傾向にある。犠牲層28を溶解するために使
用される溶媒の温度及び種類は、好ましくは、犠牲層2
8として使用選択された材料の溶解レートを高めるべく
選択される。
If the sacrificial layer 28 is water-soluble, the sacrificial layer 28
And the debris 42 thereon is removed from the water source 46 by the water jet 4
This can be achieved by directing 4 to strip 26. Alternatively, the sacrificial layer 28 can be removed by immersing the strip 26 in water for a time sufficient for the sacrificial layer 28 to dissolve. The temperature of the water used to remove the sacrificial layer 28 ranges from about 20 ° C to about 90 ° C.
A range of ° C is possible. Higher water temperatures tend to reduce the time required to dissolve the sacrificial layer 28 of polyvinyl alcohol. The temperature and type of solvent used to dissolve the sacrificial layer 28 is preferably the sacrificial layer 2.
8 is selected to enhance the dissolution rate of the material selected for use.

【0035】接着層から除去された破片42及び犠牲層
28は、ストリップ26から除去される水性の廃汽中に
含有される。犠牲層28の除去後の位置Dにおける接着
剤塗布された複合構造体は、図6に示すような断面形態
を有する。図6から理解出来るように、この構造体はノ
ズル層10及び接着層24を含むが、先立って接着層2
4上に塗布された犠牲層28は除去されている。カッテ
ィングブレード(刃)56で相互に分離されたノズル層
10の切断材50が、次いで、シリコン・ヒータ基板上
に取り付けられる。接着層24がノズル層10をそのシ
リコン基板上に取り付けるために使用される。
The debris 42 and sacrificial layer 28 removed from the adhesive layer are contained in the aqueous waste steam removed from the strip 26. The adhesive-coated composite structure at position D after removal of the sacrificial layer 28 has a cross-sectional morphology as shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, this structure includes the nozzle layer 10 and the adhesive layer 24, but prior to the adhesive layer 2
The sacrificial layer 28 applied on the substrate 4 has been removed. The cutting materials 50 of the nozzle layer 10 separated from each other by a cutting blade 56 are then mounted on a silicon heater substrate. Adhesive layer 24 is used to mount nozzle layer 10 on its silicon substrate.

【0036】ノズル層10のレーザ融蝕中に形成された
破片42は犠牲層28に付着されるので、犠牲層28の
除去で、レーザ融蝕工程中に形成されたそうした破片4
2の略々全ても除去される。水溶性の犠牲層28が使用
されているので、犠牲層28及び破片42の除去には綿
密で時間がかかる操作が要求されない。更に、レーザ融
蝕中に犠牲層28が存在することで、破片42が接着層
24に接触して付着することを効果的に防止している。
従って、上述の手続きによれば、レーザ融蝕に先行し
て、接着層24は基板よりはむしろノズル層10に付着
され得て、印刷ヘッド製造工程を簡略化している。
Since the debris 42 formed during the laser ablation of the nozzle layer 10 adheres to the sacrificial layer 28, removal of the sacrificial layer 28 causes such debris 4 formed during the laser ablation process.
Almost all of the two are also removed. Since the water-soluble sacrificial layer 28 is used, the removal of the sacrificial layer 28 and the debris 42 does not require careful and time-consuming operation. Further, the presence of the sacrificial layer 28 during laser ablation effectively prevents debris 42 from contacting and adhering to the adhesive layer 24.
Thus, according to the procedure described above, the adhesive layer 24 may be deposited on the nozzle layer 10 rather than the substrate prior to laser ablation, simplifying the printhead manufacturing process.

【0037】ノズル層10をシリコン基板に取り付ける
前に、該シリコン基板に非常に薄い接着促進剤を塗布す
ることが好ましい。接着促進剤の量としてはノズル層1
0側の接着剤との相互作用が為されるに充分な量とすべ
きであるが、基板側の電気的要素等の機能構造との相互
作用が為される量よりは少なくすべきである。ノズル層
10のシリコン基板に対する接着は、好ましくは、該シ
リコン基板側に接着層24が対向するように配置するこ
とによって行われ、それから加熱された圧盤によってノ
ズル層10をシリコン基板に対して圧縮する。
Prior to attaching the nozzle layer 10 to a silicon substrate, it is preferable to apply a very thin adhesion promoter to the silicon substrate. Nozzle layer 1 is used as the amount of the adhesion promoter.
The amount should be sufficient to interact with the 0-side adhesive, but should be less than the amount with which it interacts with functional structures such as electrical elements on the substrate side. . Adhesion of the nozzle layer 10 to the silicon substrate is preferably performed by arranging the adhesive layers 24 facing each other on the silicon substrate side, and then the nozzle layer 10 is compressed to the silicon substrate by a heated platen. .

【0038】代替的には、接着促進剤を接着層24の露
出表面に対して、犠牲層28の塗布前に塗布するか、或
いは、犠牲層28の除去後に塗布することが可能であ
る。シリコン基板或いは接着層に対する接着促進剤の塗
布には、スピニング、吹付、ロール塗布、はけ塗等の公
知の技術を用いることが可能である。特に好適な接着促
進剤は、ミシガン州、ミッドランドのDow Corning社か
ら入手可能な"DOW CORNING Z6032 SILANE"等の反応性シ
ラン配合物である。
Alternatively, the adhesion promoter can be applied to the exposed surface of the adhesive layer 24 before the sacrificial layer 28 is applied or after the sacrificial layer 28 is removed. Known techniques such as spinning, spraying, roll coating, and brush coating can be used to apply the adhesion promoter to the silicon substrate or the adhesive layer. A particularly suitable adhesion promoter is a reactive silane formulation such as "DOW CORNING Z6032 SILANE" available from Dow Corning, Midland, Mich.

【0039】本発明の好適実施例は上述した通りである
一方、本発明の精神から逸脱することなく、本発明に関
しての種々の変更、各種パーツの再配置及び置き換え等
が可能であることは、当業者には理解出来るであろう。
While the preferred embodiment of the present invention is as described above, it is possible to make various changes, rearrangement and replacement of various parts of the present invention without departing from the spirit of the present invention. One of ordinary skill in the art would understand.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】印刷ヘッドの複合構造体におけるノズル層の、
実寸大ではない、上面図である。
FIG. 1 of the nozzle layer in a printhead composite structure,
It is a top view not to scale.

【図2】本発明の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
FIG. 2 is a process block diagram showing a manufacturing method of the present invention.

【図3】ノズル層が形成されている複合構造体の、実寸
大ではない、断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view, not to scale, of a composite structure having a nozzle layer formed therein.

【図4】犠牲層を含む前記複合構造体の、実寸大ではな
い、断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the composite structure including a sacrificial layer, not to scale.

【図5】ノズル形成のためのレーザ融蝕が施された後の
複合構造体におけるノズル形態の、実寸大ではない、断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view, not to scale, of a nozzle configuration in a composite structure after laser ablation for nozzle formation.

【図6】犠牲層除去後の完成された複合構造体の、実寸
大ではない、断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view, not to scale, of the completed composite structure after removal of the sacrificial layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ノズル層 12 スプロケット孔 14 配分チャネル 16 フローチャネル 18 バブルチャンバー 20 ノズル 22 リール 24 接着層 26 複合ストリップ 28 犠牲層 36 レーザビーム 38 レーザ 40 マスク 42 破片 44 水噴射 46 水源 10 Nozzle Layer 12 Sprocket Hole 14 Distribution Channel 16 Flow Channel 18 Bubble Chamber 20 Nozzle 22 Reel 24 Adhesive Layer 26 Composite Strip 28 Sacrificial Layer 36 Laser Beam 38 Laser 40 Mask 42 Fragment 44 Water Spray 46 Water Source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン・ロバート・コンプリン アメリカ合衆国 40515 ケンタッキー、 レキシントン、エスコンディダ・ウェイ 2201 (72)発明者 アショク・マーシー アメリカ合衆国 40515 ケンタッキー、 レキシントン、ウッドフィールド・サーク ル 2376 (72)発明者 ゲーリー・レイモンド・ウィリアムス アメリカ合衆国 40517 ケンタッキー、 レキシントン、ピムリコ・パークウェイ 3218 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Stephen Robert Complin United States 40515 Kentucky, Lexington, Escondida Way 2201 (72) Inventor Ashok Mercy United States 40515 Kentucky, Lexington, Woodfield Circle 2376 (72) Inventor Gary Raymond Williams United States 40517 Kentucky, Lexington, Pimlico Parkway 3218

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクジェット印刷ヘッド・ノズル部材
を製造する方法であって、 ノズル層及び接着層を含む複合構造体を準備し、 前記接着層に高分子の犠牲層を塗布し、 前記塗布された複合構造体に対してレーザ融蝕を施し
て、1つ以上のノズルを形成し、 前記複合構造体から前記高分子の犠牲層を除去する、 諸段階を含む方法。
1. A method for manufacturing an inkjet print head / nozzle member, comprising: preparing a composite structure including a nozzle layer and an adhesive layer; applying a polymeric sacrificial layer to the adhesive layer; Laser ablating the composite structure to form one or more nozzles and removing the polymeric sacrificial layer from the composite structure.
【請求項2】 前記ノズル層は高分子材料を含む、請求
項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the nozzle layer comprises a polymeric material.
【請求項3】 前記ノズル層は、ポリイミド、ポリエス
テル、フルオロカーボンポリマー、並びにポリカーボネ
ートから成るグループから選択される、請求項2に記載
の方法。
3. The method of claim 2, wherein the nozzle layer is selected from the group consisting of polyimides, polyesters, fluorocarbon polymers, and polycarbonates.
【請求項4】 前記ノズル層は、約15ミクロンから約
200ミクロンまでの間の厚みである、請求項1に記載
の方法。
4. The method of claim 1, wherein the nozzle layer is between about 15 microns and about 200 microns thick.
【請求項5】 前記接着層は、フェノール樹脂、レソル
シノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン尿
素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹
脂、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエス
テル、ポリウレタン樹脂、並びにアクリル樹脂から成る
グループから選択される、請求項1に記載の方法。
5. The adhesive layer comprises a phenol resin, resorcinol resin, urea resin, epoxy resin, ethylene urea resin, furan resin, polyurethane resin, silicone resin, ethylene vinyl acetate, ethylene ethyl acrylate,
The method of claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of polypropylene, polystyrene, polyamide, polyester, polyurethane resin, and acrylic resin.
【請求項6】 前記接着層はフェノールブチラールであ
る、請求項5に記載の方法。
6. The method of claim 5, wherein the adhesive layer is phenol butyral.
【請求項7】 前記犠牲層は、前記接着層及び前記ノズ
ル層に対して相互作用することなく且つ溶解しない溶媒
によって溶解され得る、請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the sacrificial layer can be dissolved by a solvent that does not interact with and dissolves the adhesive layer and the nozzle layer.
【請求項8】 前記犠牲層は水溶性ポリマーである、請
求項7に記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein the sacrificial layer is a water soluble polymer.
【請求項9】 前記犠牲層はポリビニルアルコールであ
る、請求項8に記載の方法。
9. The method of claim 8, wherein the sacrificial layer is polyvinyl alcohol.
【請求項10】 前記犠牲層を溶解するに充分な時間の
間、前記複合構造体を水中に浸すことによって、該複合
構造体から前記犠牲層を除去する段階を更に含む、請求
項8に記載の方法。
10. The method of claim 8, further comprising removing the sacrificial layer from the composite structure by immersing the composite structure in water for a time sufficient to dissolve the sacrificial layer. the method of.
【請求項11】 前記犠牲層が前記接着層から実質的に
除去されるまで、水の噴射を前記犠牲層に仕向けること
によって、前記複合構造体から前記犠牲層を除去する段
階を更に含む、請求項8に記載の方法。
11. The method further comprises removing the sacrificial layer from the composite structure by directing a jet of water at the sacrificial layer until the sacrificial layer is substantially removed from the adhesive layer. Item 8. The method according to Item 8.
【請求項12】 前記高分子の犠牲層は、約1ミクロン
から約5ミクロンまでの間の厚みである、請求項1に記
載の方法。
12. The method of claim 1, wherein the polymeric sacrificial layer is between about 1 micron and about 5 microns thick.
【請求項13】 前記レーザ融蝕は、エキシマレーザ及
び周波数逓倍YAGレーザから成るグループから選択さ
れるレーザによって行われる、請求項1に記載の方法。
13. The method of claim 1, wherein the laser ablation is performed by a laser selected from the group consisting of excimer lasers and frequency doubled YAG lasers.
【請求項14】 前記レーザ融蝕は、約100ミリジュ
ール/平方センチメートルから約5,000ミリジュー
ル/平方センチメートルまでの間のパワーで行われる、
請求項1に記載の方法。
14. The laser ablation is performed at a power of between about 100 millijoules / square centimeter and about 5,000 millijoules / square centimeter.
The method of claim 1.
【請求項15】 前記レーザ融蝕は、約150ナノメー
トルから約400ナノメートルまでの間の波長で行われ
る、請求項1に記載の方法。
15. The method of claim 1, wherein the laser ablation is performed at a wavelength between about 150 nanometers and about 400 nanometers.
【請求項16】 前記レーザ融蝕は、約1ナノ秒から約
200ナノ秒までの間継続するパルス状レーザ出力にお
けるレーザエネルギーを適用することによって行われ
る、請求項1に記載の方法。
16. The method of claim 1, wherein the laser ablation is performed by applying laser energy at a pulsed laser power that lasts from about 1 nanosecond to about 200 nanoseconds.
【請求項17】 前記ノズル層は、複数のノズル及びフ
ロー機能構造を含む、請求項1に記載の方法。
17. The method of claim 1, wherein the nozzle layer comprises a plurality of nozzles and flow functional structures.
【請求項18】 前記接着層への前記犠牲層の塗布に先
行して、該接着層に接着促進剤を付与する段階を更に含
む、請求項1に記載の方法。
18. The method of claim 1, further comprising applying an adhesion promoter to the adhesive layer prior to applying the sacrificial layer to the adhesive layer.
【請求項19】 前記接着促進剤は反応性シラン配合物
である、請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein the adhesion promoter is a reactive silane formulation.
【請求項20】 請求項1に記載された方法によって形
成された前記ノズル部材をシリコン基板に取り付ける方
法であって、 前記シリコン基板に接着促進剤を付与し、 前記接着層が前記シリコン基板に対向するように配置し
て、加熱された圧盤によって前記ノズル部材を前記シリ
コン基板に対して圧縮することによって、前記ノズル部
材を前記シリコン基板に取り付ける、諸段階を含む方
法。
20. A method for attaching the nozzle member formed by the method according to claim 1 to a silicon substrate, wherein an adhesion promoter is applied to the silicon substrate, and the adhesion layer faces the silicon substrate. And attaching the nozzle member to the silicon substrate by compressing the nozzle member against the silicon substrate by a heated platen.
【請求項21】 前記定着剤は反応性シラン配合物であ
る、請求項20に記載の方法。
21. The method of claim 20, wherein the fixative is a reactive silane formulation.
【請求項22】 高分子材料で1つ以上のインクジェッ
ト・ノズルを形成する方法であって、 前記高分子材料の表面に接着層を塗布し、 前記接着層に高分子から成る犠牲層を塗布することによ
って、三層複合体を形成し、 前記複合体に一つ以上の孔をレーザ融蝕する、諸段階を
含む方法。
22. A method of forming one or more ink jet nozzles of polymeric material, the method comprising: applying an adhesive layer to the surface of the polymeric material, and applying a sacrificial layer of polymer to the adhesive layer. Thereby forming a three-layer composite and laser ablating one or more holes in the composite.
【請求項23】 前記高分子材料は、ポリイミド、ポリ
エステル、フルオロカーボンポリマー、並びにポリカー
ボネートから成るグループから選択される、請求項22
に記載の方法。
23. The polymeric material is selected from the group consisting of polyimides, polyesters, fluorocarbon polymers, and polycarbonates.
The method described in.
【請求項24】 前記接着層は、フェノール樹脂、レソ
ルシノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、エチレン
尿素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、
エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステ
ル、並びにポリウレタン樹脂、並びにアクリル樹脂から
成るグループから選択される、請求項22に記載の方
法。
24. The adhesive layer comprises a phenol resin, a resorcinol resin, a urea resin, an epoxy resin, an ethylene urea resin, a furan resin, a polyurethane resin, a silicone resin,
23. The method of claim 22, selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate, ethylene ethyl acrylate, polypropylene, polystyrene, polyamides, polyesters, and polyurethane resins, and acrylic resins.
【請求項25】 前記犠牲層はポリビニルアルコールで
ある、請求項22に記載の方法。
25. The method of claim 22, wherein the sacrificial layer is polyvinyl alcohol.
【請求項26】 前記犠牲層が前記接着層から実質的に
除去されるまで、水の噴射を前記犠牲層に仕向けること
によって、前記接着層から前記犠牲層を除去する段階を
更に含む、請求項25に記載の方法。
26. The method further comprising removing the sacrificial layer from the adhesive layer by directing a jet of water at the sacrificial layer until the sacrificial layer is substantially removed from the adhesive layer. The method according to 25.
【請求項27】 前記レーザ融蝕は、エキシマレーザ及
び周波数逓倍YAGレーザから成るグループから選択さ
れるレーザによって行われる、請求項22に記載の方
法。
27. The method of claim 22, wherein the laser ablation is performed by a laser selected from the group consisting of excimer lasers and frequency doubled YAG lasers.
【請求項28】 前記接着層への前記犠牲層の塗布に先
行して、該接着層に接着促進剤を付与する段階を更に含
む、請求項22に記載の方法。
28. The method of claim 22, further comprising applying an adhesion promoter to the adhesive layer prior to applying the sacrificial layer to the adhesive layer.
【請求項29】 前記接着促進剤は反応性シラン配合物
である、請求項22に記載の方法。
29. The method of claim 22, wherein the adhesion promoter is a reactive silane formulation.
【請求項30】 請求項22に記載された方法によって
形成された前記高分子材料をシリコン基板に取り付ける
方法であって、 前記シリコン基板に接着促進剤を付与し、 前記シリコン基板に前記接着層が対向するように配置し
て、加熱された圧盤によって前記高分子材料を前記シリ
コン基板に対して圧縮することによって、前記高分子材
料を前記シリコン基板に取り付ける、諸段階を含む方
法。
30. A method for attaching the polymer material formed by the method according to claim 22 to a silicon substrate, wherein an adhesion promoter is applied to the silicon substrate, and the adhesion layer is formed on the silicon substrate. A method comprising attaching the polymeric material to the silicon substrate by facing and compressing the polymeric material against the silicon substrate by a heated platen.
【請求項31】 前記接着促進剤は反応性シラン配合物
である、請求項22に記載の方法。
31. The method of claim 22, wherein the adhesion promoter is a reactive silane formulation.
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