JPH0929975A - オリフィスプレート製造方法 - Google Patents

オリフィスプレート製造方法

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JPH0929975A
JPH0929975A JP8182862A JP18286296A JPH0929975A JP H0929975 A JPH0929975 A JP H0929975A JP 8182862 A JP8182862 A JP 8182862A JP 18286296 A JP18286296 A JP 18286296A JP H0929975 A JPH0929975 A JP H0929975A
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channel
silicon wafer
wafer
orifice plate
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シー．ングイェン ハング
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    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりコストの低い、完全に再生可能なオリフ
ィスプレートを製造する。 【解決手段】 電鋳によってオリフィスプレートウエハ
の型を形成し、スタンプ材料をスタンプしてスタンプオ
リフィスプレートウエハを形成し、スタンプ形成された
オリフィスプレートウエハをラッピング及びダイシング
してオリフィスプレートを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には液体イ
ンクプリントヘッドに関し、更に詳細には、電鋳及びサ
ーマルプラスチックスタンピング技術によってサーマル
インクジェットプリントヘッドのオリフィスプレートを
製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】サーマ
ルインクジェットプリントヘッドを製造するある公知の
方法は、複数のインクフロー指向要素及び複数のロジッ
ク、ドライバ及び熱トランスデューサ要素を各シリコン
ウエハに形成し、次に位置合わせしてウエハに接着し、
そのウエハを例えばダイシングによって複数のプリント
ヘッドに分解することである。個々のプリントヘッドは
一つの共通のデザインのプリンタで使用され、該プリン
タにおいてプリントヘッドはタイプライターのようにシ
ートを横切って周期的に移動し、プリント画像を形成す
る。個々のプリントヘッドは並列に突き合わされて支持
基体に配置され、位置合わせされ、定位置に永久に固定
されてサーマルインクジェットプリントヘッドの長いア
レイ又はプリントヘッドのページ幅アレイを形成する。
【０００３】シリコンウエハのオリフィスプレートは優
れたプリント濃度及び正確な画像のプリントを提供する
が、シリコンは高価な材料でありインク保持機構、例え
ばチャネル及びインクリザーバを形成するためにエッチ
ングされなければならない。チャネルプレートは動的要
素を持たず、チャネルから射出するためにヒーターを通
過するインクを保持する物理的構成を単に提供するだけ
であることを考慮すると、エッチング工程は非常に無駄
でコストのかかる工程である。更に、シリコンウエハの
エッチングは複雑な工程であり、該工程はインク保持機
構を形成するための化学薬品の投入に依存している。結
果的に、シリコンオリフィスプレートは設計要求を満た
すものの、よりコストの低い、完全に再生可能なオリフ
ィスプレートが所望される。
【０００４】ラム（Lam)による米国特許第５，２５５，
０１７号はインクジェットオリフィスプレートを製造す
るためのマンドレルを形成するプロセスについて述べて
いる。マンドレルは基体、基体上の導電表面のパター
ン、及び該導電表面のパターン上の酸化層を含み、この
酸化層は電気めっきフィルムの導電表面のパターンへの
付着を減少させる。マンドレルはインクジェットオリフ
ィスプレートを電鋳するために使用される。
【０００５】ゼロックスディスクロージャージャーナル
（第６巻、第３号、１９８１年５月／６月) （Xerox Di
sclosure Journal, Vol.6, No.3, May/June 1981) の "
バイラミナインクジェット開口プレート形成（Bi-Lamin
ar Ink-Jet Aperture PlateFormation)" は、インクジ
ェット開口プレートのニッケル電鋳について述べてい
る。インクジェット開口プレートは、既に形成された開
口近傍への金属の付着を防ぎつつ元の層の上に別の層を
配置することによって強化される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の態様
に従うと、インクジェットプリントヘッドのオリフィス
プレートを製造する方法が提供されている。製造方法は
スタンプ可能な材料をスタンプしてスタンプオリフィス
プレートを提供するステップと、スタンプしたオリフィ
スプレートの一部を除去してインク保持機構を露出させ
るステップを含む。
【０００７】本発明の請求項２の態様では、請求項１の
態様において、前記スタンプステップはスタンプ材料を
オリフィスプレートマンドレルでスタンプすることを含
む。
【０００８】本発明の請求項３の態様では、請求項２の
態様において、インク保持機構を含むシリコンウエハか
らオリフィスプレートマンドレルを形成することを含
む。
【０００９】
【発明の実施の形態】液体インクプリントヘッドはサー
マルインクジェットプリンタ、例えば、ホーキンス等
（Hawakins et al.)による米国再発行特許第３２，５７
２号に述べられたような走査キャリッジタイプのプリン
タ又は米国特許第５，１９２，９５９号に述べられたよ
うなページ幅タイプのサーマルインクジェットプリンタ
を含む。部分幅アレイサーマルインクジェットプリンタ
も公知である。これらのサーマルインクジェットプリン
タの各タイプにおいて、プリントメカニズムは、一つ以
上のプリントヘッドを含むことができ、各プリントヘッ
ドは典型的にはチャネル素子及び該チャネル素子と組み
合わされた加熱素子から成る。チャネル素子及び加熱素
子は両方ともウエハとして形成されたシリコンから成
り、該ウエハ上にチャネル素子のインク保持機構が画定
されるか又はロジック、ドライバ及び熱トランスデュー
サ素子が形成される。走査タイプのインクジェットプリ
ンタの場合、単一のプリントヘッド素子が使用されて記
録媒体にインクを付着させるが、ページ幅タイプのイン
クジェットプリンタの場合は複数のプリントヘッド素子
が使用されてページ幅プリントバーを形成する。
【００１０】シリコンから成るチャネル素子を有するプ
リントヘッド素子の場合、インク保持機構、例えばイン
クチャネル及びインクリザーバは、典型的には方向依存
性エッチング、即ち異方性エッチングによってシリコン
ウエハの表面上に形成される。そのような従来技術のサ
ーマルインクジェットプリントヘッド素子が図１に例示
されており、ここでインクジェットプリントヘッド１０
は、正面１４に沿って並列に配置されたチャネル素子１
２、ノズル１８で終了する複数のインクジェットエジェ
クタ即ちチャネル１６を含む。チャネル素子１２はイン
クリザーバ又はインク充填孔２０を含み、インクは毛管
作用によってチャネル１６に充填されて後に記録媒体、
例えばシート又は透明シートに付着する。更に、チャネ
ル素子１２は正面１４に交差する突き合わせエッジ２２
を含む。ページ幅アレイにおいて、突き合わせエッジ２
２は隣接するプリントヘッド素子の突き合わせエッジに
接触する。
【００１１】チャネル素子１２に隣接し且つ該チャネル
素子の下に位置するのは下部電気基体即ち加熱素子２４
であり、突き合わせエッジ２８に交差する第２正面２６
を有する。加熱素子２４は複数のヒータ（図示せず）を
有し、これらのヒータはシリコン基体の上に並列にパタ
ーン形成されるため、個々のヒータは加熱素子２４がチ
ャネル素子１２に合わせられる際にチャネル１６のうち
の一つに関連する。加熱素子２４は個々のヒータを駆動
させる電子回路を有し、該電子回路は、例えばロジック
回路によって駆動される半導体ドライバから成る。ロジ
ック回路は複数の電極端子３２に接続し、該電極端子は
インクジェットプリンタの電子サブシステムからの信号
を受信する。厚膜絶縁層３２は加熱素子２４の回路の上
に付着される。厚膜絶縁層３２は上部基体と下部基体と
の間にはさまれたパッシベーション層である。パッシベ
ーション層３２は移動性イオン及びインクのあらゆる有
害なエフェクトから電子回路を保護する。
【００１２】チャネル素子１２は、例えば、ドレイク等
（Drake et al.) による米国特許第５，４１０，３４０
号の図４Ａに述べられたようなシリコンウエハに形成さ
れる複数のチャネル素子のうちの一つである。チャネル
１６及びインクリザーバ２０を含むチャネル素子１２の
インク保持機構は二面（１００面）シリコンウエハ３９
上に形成され、その一部が図２に例示されている。シリ
コンウエハを化学的に洗浄した後窒化シリコン層が該シ
リコンウエハの両側に付着される。次にチャネルウエハ
がフォトリソグラフィーでパターン形成されて複数のチ
ャネル溝４０及び一つ以上の充填孔４２を形成する。後
にシリコンウエハの単一のチャネル素子は隣接チャネル
素子から分離されて図１に例示されるようなプリントヘ
ッド素子１０を形成する。
【００１３】シリコンウエハが適切にエッチングされる
と、各チャネル素子は分離線４４に沿って隣接チャネル
素子から分離される。また、工程のこの段階で又は後の
段階でライン４６に沿って切り取ることで分離を行うこ
とも可能であり、従ってチャネルは開かれてインク射出
オリフィス即ちチャネル素子１２のノズルを形成する。
【００１４】複数のチャネル素子をシリコンウエハ上で
エッチングすることによってプリントヘッド素子を形成
するチャネル素子の大規模生産が可能になるが、チャネ
ルウエハを形成する工程は化学薬品の使用及び化学薬品
が個々のチャネル及びインク保持リザーバを適切に形成
するための一定の時間を含む。この工程は単純ではな
く、エッチング工程はシリコンウエハ全体に一貫して正
確に適用されなければならないため、欠陥を生じる可能
性がある。しかしながら、本発明ではエッチングしたシ
リコンチャネルウエハの一つを使用してプラスチックチ
ャネル素子を製造するため、個々にエッチングしたシリ
コンウエハよりも早く製造することができ、実質的にコ
ストを抑えて製造できる。
【００１５】本発明のプラスチックチャネル素子を製造
するために、電鋳工程によって形成されたマスターマン
ドレルが使用されてマスタースタンパを形成する。マス
タースタンパは実質的にはサーマルプラスチックスタン
ピング工程で使用されてプラスチックチャネルウエハを
製造する。プラスチックチャネルウエハは更に精製して
から現在使用されているエッチングしたシリコンチャネ
ルウエハに置き換えられる。スタンピングマンドレルを
電鋳し、サーマルプラスチックスタンピング技術を使用
することによってチャネルウエハの製造が簡単になり、
製造時間が減少するためだけでなく熱硬化性プラスチッ
クはシリコンよりも安価な材料であるためにコストが減
少する。
【００１６】本発明のプラスチックチャネル素子の製造
は、図２に例示されるようにチャネル及びインクリザー
バをパターン形成し、エッチングした前述のシリコンウ
エハの使用を含む。エッチングしたシリコンウエハが適
切に形成されると、インク保持機構を支持するシリコン
ウエハの表面は金属、例えば金又は銀で１００〜３００
Åの厚みにめっき又はスプレイされる。次にめっきされ
たシリコンウエハがニッケル又は公知の適切な金属で電
鋳される。
【００１７】チャネル４０及びインクリザーバ４２を支
持するシリコンウエハ３９の一部５０は図２の線３−３
に沿って切り取られた図３に例示されている。シリコン
基体５０を電鋳して電鋳層５２を形成することは任意の
公知の方法によって行われる。電鋳によって付着するこ
とができる任意の適切な金属が本発明の工程において使
用される。ニッケルが好ましいが、電鋳されうる他の金
属は銅、コバルト、鉄、銀、金、鉛、亜鉛、アルミニウ
ム、錫、ルビジウム、ウラン、パラジウム等及び黄銅や
ブロンズ等の合金を含む。そのような金属が使用された
場合、マンドレルからのシリコンウエハの分離はマンド
レルを加熱するか又はシリコンウエハを冷却することに
よって行われる。電鋳したマンドレルに引張応力を与え
るように電鋳を行うことによっても分離を促進すること
ができる。しかしながら、電鋳に先立ってシリコンウエ
ハ５０は離型剤で処理されるため、電鋳層、即ちマンド
レル５２が形成されてしまっても電鋳層５２はシリコン
ウエハ５０から容易に除去されることができる。ニッケ
ル電鋳マンドレルが形成されると、その厚みは約１０−
１５ミルで好ましくは１２ミルである。
【００１８】ニッケル電鋳マンドレル５２の形成に加え
て、第２マンドレル５４（図４参照）が前述の方法を使
用してパターン形成されていないシリコンウエハ５６上
に形成される。従って形成された第２マンドレル５４は
少なくとも一つのほぼ平坦な表面５８を含む。第２ニッ
ケルマンドレル５４を形成するために他の方法も使用さ
れ、その方法は、例えば、ほぼ平坦な表面を機械加工し
て金属ブランクを形成する。幾何学的形状又は構造のな
いほぼ平坦な表面を提供する任意の方法が使用されう
る。
【００１９】ニッケル電鋳マンドレル５２及び５４の各
々を形成した後、マンドレル５２及び５４は該マンドレ
ル形成のために使用されたシリコンウエハから除去され
る。除去されると、図５、６及び７に例示されるように
プラスチックチャネル／リザーバプレートが形成され
る。図５ではスタンプ材料６０、例えば熱可塑性樹脂シ
ートがスタンピングのためにマンドレル５２とマンドレ
ル５４との間に配置されている。熱可塑性樹脂シート６
０は熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から成ることが好ま
しく、これらはポリウレタン、ポリ酢酸ビニル及びマイ
ラーのような材料を含む。熱可塑性樹脂シートは利用さ
れる特定の熱可塑性材料に適したスタンプ圧力及びスタ
ンプ温度を使用してマンドレル５２とマンドレル５４と
の間でスタンプされる。各スタンプ動作において、２０
００ポンド／平方インチのスタンプ圧力が加えられた。
加熱した第１及び第２マンドレルの使用によって熱が加
えられた。圧力と熱の複数の組み合わせを使用すること
も勿論可能であり、その組み合わせにおいて選択される
圧力及び熱の量は使用される材料のタイプ、ブランク材
料の厚み及び当該技術者に公知の他のファクタに基づ
く。本発明では、ニッケルのマンドレルを形成する場
合、１〜３マイクロメートルの許容差を有する形状又は
インク保持機構が達成される。
【００２０】図６及び図７に例示されるように、スタン
プ工程が完了することによってプラスチックチャネルウ
エハ６２が二つのマンドレルの間に形成され、該チャネ
ルウエハ６２は必要なインク保持機構を有する。プラス
チックチャネルウエハ６２の厚みＴは約３０ミルが好ま
しい。
【００２１】プラスチックチャネルウエハ６２の単一の
チャネル素子６４が図７に例示されている。単一のチャ
ネル素子６４は複数のインク保持機構を画定し、該イン
ク保持機構はプリントヘッド１０のチャネル１８及びイ
ンク保持リザーバ２０にそれぞれ対応する複数のチャネ
ル６６及びインクリザーバ６８を含む。更なる精製を行
った後、単一のチャネル素子は図１のチャネル１８及び
インク保持リザーバ２０を有するシリコンチャネル素子
１２と同様に機能する。図７から分かるように、インク
保持リザーバ６８はインクオープニングを含まないた
め、プラスチックチャネルウエハ６２の上部分７０はイ
ンク保持リザーバ６８がインクを受けるのを妨げる。イ
ンクがチャネルを通過するためのインクオープニングを
形成するために除去工程が使用されて線７２で示される
位置まで上部分７０を除去することによってインクフィ
ードスロットを露出させる。
【００２２】除去工程例えば、図８に例示されるような
ラッピング工程はラッピング即ち研磨装置７４の使用を
含み、該装置はプラスチックチャネルウエハ６２と接触
するまで矢印７６の方向に移動する。ラッピング装置７
４は８０の方向に回転するラッピングホイール７８を含
み、該ラッピングホイールの接触表面８２上にプラスチ
ック研磨に適した研磨剤を含む。ラッピング装置７４は
プラスチックチャネルウエハ６２の上から線７２まで上
部分７０を除去するため、プラスチックチャネルウエハ
６２の各チャネル素子にある各インクリザーバのインク
フィードスロットを露出させる。プラスチックチャネル
ウエハの全体の厚みＴの約１／３が除去されることが好
ましいため、この実施の形態では完成したプラスチック
チャネルウエハは約２０ミルの厚みである。
【００２３】完成したプラスチックチャネルウエハ６２
は従来技術のシリコンチャネルウエハと機能上実質的に
同様である。製造におけるこの時点でシリコンウエハを
ダイシングして個々のチャネル素子を形成する公知の方
法が用いられて個々のプラスチックチャネル素子を形成
する。図９に例示されるように個々のプラスチックチャ
ネル素子が形成されると、プラスチックチャネル素子８
６を有するプリントヘッド素子８４が前述の加熱素子２
４のうちの一つと組み合わせられる。
【００２４】プリントヘッド８４の概略側面図である図
９では、プリントヘッド素子を介したインクのフローが
示されている。インクは除去工程で予め露出したインク
フィードスロット９０を介して誘導され、プリントコマ
ンドがヒータ９８によって受信されるまでインクリザー
バ９２、インクピット９４及びチャネル９６に留まる。
ヒータ９８はヒータピット１００の下に配置され、該ヒ
ータピットにもインクがある。プリント信号が始動する
とヒータ９８が駆動されてヒータピット１００内及び該
ピットの上に抑止するインクを蒸発させ始める。気泡が
形成されてチャネル素子８６によって画定されたノズル
からある量のインクを射出する。インクがチャネル９６
から射出されると、インクは毛管作用によって矢印１０
２の方向にフローし、次のインクの射出のためにチャネ
ル９６及びヒータピット１００に再充填される。
【００２５】本発明は特定の実施の形態に関連して述べ
られてきたが、多くの代替物、修正及び変更は当該技術
分野の技術者には明らかである。例えば、１インチ当た
りのチャネル数は熱硬化性プラスチックの材料の能力に
よって制限されるのではなく、シリコンウエハの材料及
びエッチング限界によって潜在的に制限されると思われ
る。例えば、３００チャネル／インチ、６００チャネル
／インチの密度又はより高い密度はこれらの密度がシリ
コンウエハ上にエッチングされうる限り達成されること
ができる。本発明は本明細書中で述べられたよりも大き
いチャネル素子の形成も含む。例えば、それぞれ分離さ
れ各加熱素子に組み合わせられた複数のシリコンチャネ
ル素子をシリコンプレート上に画定する代わりに、シリ
コンウエハをエッチングして並列に配置された複数の加
熱素子と協働する長いチャネル素子を形成することも可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタで使用される従来技術
のインクジェットプリントヘッド素子の概略正面図であ
る。
【図２】インクジェットプリントヘッドで使用される一
つのチャネル素子の概略部分正面図である。
【図３】図２の線３−３に沿ったチャネル素子の概略断
面図であり、第１マンドレルの電鋳を示す。
【図４】電鋳工程によってシリコンウエハ上に形成され
たほぼ平坦な第２マンドレルの概略側面図である。
【図５】第１マンドレルと第２マンドレルとの間に配置
され、スタンプされる熱可塑性ブランクを例示する。
【図６】第１マンドレルと第２マンドレルとの間で圧縮
中の熱可塑性ブランクの構造の概略的な表示である。
【図７】スタンプ後の大きな熱可塑性ウエハ上の複数の
熱可塑性オリフィスプレート素子を例示しており、一つ
のオリフィスプレート素子の拡大図が示されている。
【図８】オリフィスウエハの表面の一つから予め決めら
れた量の材料を除去する除去工程の概略側面図である。
【図９】加熱素子に組み合わせられたプラスチックチャ
ネル素子を例示するサーマルインクジェットプリントヘ
ッドの一部の断側面図である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリントヘッド素子 ３９ シリコンウエハ ５２、５４ マンドレル ６０ スタンプ材料

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インクジェットプリントヘッドで使用す
    るオリフィスプレートを製造する方法であって、 スタンプ材料をスタンプしてスタンプオリフィスプレー
    トを形成するステップを有し、 スタンプオリフィスプレートの一部を除去してインク保
    持機構を露出させるステップを有する、 オリフィスプレート製造方法。
  2. 【請求項２】 前記スタンプステップはスタンプ材料を
    オリフィスプレートマンドレルでスタンプすることを含
    む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 インク保持機構を含むシリコンウエハか
    らオリフィスプレートマンドレルを形成することを含
    む、請求項２記載の方法。
JP8182862A 1995-07-21 1996-07-12 オリフィスプレート製造方法 Withdrawn JPH0929975A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/505,430 US5617631A (en) 1995-07-21 1995-07-21 Method of making a liquid ink printhead orifice plate
US505430 1995-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0929975A true JPH0929975A (ja) 1997-02-04

Family

ID=24010279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8182862A Withdrawn JPH0929975A (ja) 1995-07-21 1996-07-12 オリフィスプレート製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5617631A (ja)
EP (1) EP0754554B1 (ja)
JP (1) JPH0929975A (ja)
DE (1) DE69630176T2 (ja)

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