JPH1076645A - 表面活性剤を用いるインキプリント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト、速度、品質、信頼性、電力利用、構
造、および動作の単純性、耐久性等の点で有利である改
良型インクジェット印刷装置を提供すること。 【解決手段】 ドロップオンデマンド印刷用のインクジ
ェットプリントヘッドであって、複数のインク粒子噴出
オリフィスを有する基板と、オリフィスにインクを供給
するために、各オリフィスに接続しているインクチャネ
ルと、チャネル内のインクに、周囲圧よりも高い圧力を
加えるための圧力手段と、インクから独立している表面
張力低減剤の供給源と、選択的にアドレスされたオリフ
ィスに供給されたインクに、前記供給源から表面張力低
減剤を選択的に供給し、それによりアドレスされたイン
クとアドレスされなかったインクとのメニスカス位置の
間に違いを生じさせるためのインク粒子選択手段とを有
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、概して、ディジタ
ル制御印刷装置に関し、特に一つの基板上に複数のノズ
ルを集積し、その内部において表面張力低減技術によ
り、印刷のための液体粒子が選択される液体インクドロ
ップオンデマンド・プリントヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、衝撃を伴わず、騒音が低く、普通の紙に印刷でき、
トナーの転写を起こさず、定着を必要としないので、イ
ンクジェット印刷は、ディジタル制御電子印刷の分野に
おいて、優れた技術であると認識されてきた。インクジ
ェット印刷機構は、連続インクジェット、またはドロッ
プオンデマンド・インクジェットのどちらかに分類する
ことができる。１９７０年のカイサー他の米国特許第
３，９４６，３９８号は、圧電クリスタルに高い電圧を
掛け、上記クリスタルを歪ませ、インクタンクに圧力を
加え、必要なときにインク粒子を噴出させるドロップオ
ンデマンド・インクジェットプリンタを開示している。
他のタイプの圧電型ドロップオンデマンドプリンタは、
突出モード、分離モード、および圧写モードで圧電クリ
スタルを使用している。圧電型ドロップオンデマンドプ
リンタは、家庭用および事務所用プリンタとして、最高
７２０ｄｐｉの映像解像度で商業的に成功を収めてい
る。しかし、圧電印刷機構は、通常、複雑な高電圧駆動
回路および大型の圧電クリスタルアレイを必要とするの
で、この点が製作上および性能上の欠点となっている。

【０００３】１９７９年の遠藤他の英国特許第２，００
７，１６２号は、ノズル内で水性インクと熱的に接触し
ている電熱ヒータに、電力パルスを供給する電熱式ドロ
ップオンデマンド・インクジェットプリンタを開示して
いる。少量のインクを急速に蒸発させて、バブルを発生
させ、このバブルによりヒータの基板の縁部に沿って設
置されている小さな孔部からインクの粒子を噴出させ
る。この技術は、バブルジェット（日本のキャノン社の
商標）として知られている。

【０００４】１９８２年のボート他の米国特許第４，４
９０，７２８号は、同様に形成されたバブルにより、ヒ
ータ基板の平面に対して垂直な方向に粒子を噴出する電
熱粒子噴出システムを開示している。本明細書において
は、「熱インクジェット」という用語は、このシステム
および通常バブルジェット（商標）と呼ばれるシステム
の両方をさす。

【０００５】熱インクジェット印刷は、通常、各粒子を
排出するのに、約２マイクロ秒の間に、約２０マイクロ
ジュールを必要とする。各ヒータが１０ワットの能動電
力を消費するのはそれ自身望ましいことではなく、また
そのため特殊インクを必要とし、ドライバ回路が複雑に
なり、ヒータ素子の劣化を促進する。

【０００６】シエロ他の米国特許第４，２７５，２９０
号は、インクが所定の圧力でタンクに供給され、電気的
にエネルギーを与えられる抵抗を持つヒータからの熱に
より表面張力が低減するまで、表面張力によりオリフィ
ス内にインクが保持される液体インク印刷システムを開
示している。このシステムは、温度上昇と共に、表面張
力が変化する、好適には大きく変化するようなインクを
必要とする。

【０００７】シエロ他の米国特許第４，１６４，７４５
号も、インクが所定の圧力でタンクに供給されるが、イ
ンクの粘度が高いために、オリフィスから押し出されな
い（またはゆっくりとしか押し出されない）関連液体イ
ンク印刷システムを開示している。インクを解放したい
場合には（または大量のインクを解放したい場合に
は）、電気的にエネルギーを与えられる抵抗を持つヒー
タからの熱によりインクの粘度が低減され、それによ
り、インクがオリフィスから押し出され、紙のレシーバ
と接触する。このシステムは、温度上昇と共に、表面張
力が変化する、好適には大きく変化するようなインクを
必要とする。

【０００８】シエロ他の米国特許第４，１６６，２７７
号も、インクが所定の圧力でタンクに供給され、表面張
力によりオリフィス内にインクが保持される関連液体イ
ンク印刷システムを開示している。インクオリフィス上
にアレイの形で配置されている、一つまたはそれ以上の
電極に加えられた電圧により供給された静電力が、表面
張力より高くなり、選択したオリフィスからインクが排
出され、紙のレシーバに接触する。上記シエロの特許に
は、排出の程度は、「インクジェット」と比較すると、
非常に少なく、紙との接触がインク粒子を印刷するため
の主な手段である。このシステムは、複数の高電圧を制
御し、電極のアレイに伝えなければならないという欠点
がある。また、隣接電極間の電界が相互に干渉する。さ
らに、必要とする電界が、アークの発生を防止するのに
必要なレベルより高く、厚さまたは湿気のような紙のレ
シーバの変化する特性により、加えた電界が変化する恐
れがある。

【０００９】陣内他の米国特許第４，２９３，８６５号
の場合には、インクオリフィスの下に設けられている、
インクチャネル内の電気−機械的変換器に加えられる電
圧により、メニスカスが突出されるが、インク粒子を排
出させるには十分でない。さらに、電圧がインクオリフ
ィスの上の対向電極に加えられると、静電力により突出
したメニスカスからのインクが延びて、オリフィスから
インクの粒子が排出され、その後、上記インク粒子は紙
のレシーバへ移動する。突出していないメニスカスから
のインクは、静電力により排出されない。上記特許は、
インク粒子を排出するために、協力して動作する電気−
機械的変換器と静電界との種々の組み合わせも開示して
いる。この方法は、上記変換器のアレイを製造するのに
費用が掛かり、また困難であるという欠点がある。

【００１０】斉藤の米国特許第４，７５１，５３１号の
場合には、ヒータは、二つの対向する壁部の間に含まれ
ているインクのメニスカスの下に設置されている。上記
ヒータは、ヒータの近くに設置されている電極により加
えられた静電界と共に、インク粒子を排出させる。複数
のヒータ／電極のペアが使用されているが、オリフィス
のアレイは使用されていない。インク粒子を排出させる
ためにインクに加えられている力は、電界によるもので
あるが、この力だけではインク粒子を排出するには十分
でない。すなわち、電界がインク粒子を排出するだけ十
分に強くなる前に、ヒータ付近のインクの粘性による付
着および／または表面張力を低減するには、ヒータから
の熱も必要である。静電界だけを使用した場合には、高
電圧が必要になる。それ故、このシステムは、複数の高
電圧を制御し、電極のアレイに伝えなければならないと
いう欠点がある。また、オリフィスアレイがないので、
排出されたインク粒子の濃度が低くなり、制御もしにく
くなる。

【００１１】技術文献には他のインクジェット印刷シス
テムも記載されているが、現在は商業ベースでは使用さ
れていない。例えば、米国特許第４，７３７，８０３号
および第４，７４８，４５８号は、プリントヘッドノズ
ル内のインクに、熱パルスと静電誘引電界を同時に加え
てインク粒子を印刷シートに対して排出させる、インク
ジェット記録システムを開示している。

【００１２】上記各インクジェット印刷システムは、そ
れぞれ利点と欠点を持っている。しかし、例えば、コス
ト、速度、品質、信頼性、電力利用、構造および動作が
簡単であること、耐久性および消耗品の点で有利な、改
良型インクジェット印刷方法が必要とされていることは
広く知られている。

【００１３】本発明の一つの目的は、印刷に使用される
インク粒子を選択する機構が、選択されたインク粒子と
選択されなかったインク粒子との間に位置の差異を生じ
させ、この差異は、選択された粒子をインクの表面張力
から解放して、プリントヘッドのインク本体から分離さ
せるのには不十分であるが、選択されたインク粒子を分
離させるための別の手段がさらに設置されているドロッ
プオンデマンド・プリントヘッドを提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、選択さ
れたインク粒子と選択されなかったインク粒子との間の
位置に差異を生じさせる機構により、化学的界面活性剤
のような表面張力低減剤が選択されたインク粒子に供給
され；上記表面張力低減剤は、インクとは別途に供給さ
れる。

【００１５】本発明の好適な態様では、インク本体から
選択されたインク粒子を分離するための手段が、記録媒
体の方にインクを電気的に導く静電誘引力である。

【００１６】本発明の他の好適な態様では、インク本体
から選択されたインク粒子を分離するための手段によ
り、選択されたインク粒子が印刷用媒体と接触され、選
択されなかったインク粒子が印刷用媒体に接触されない
ように印刷用媒体が配置される。

【００１７】本発明の一つの特色は、プリントヘッド
が、温度により粘度および表面張力が特に影響を受けな
い特殊調合のインクを必要としないことである。

【００１８】本発明の他の特色は、ノズルが形成されて
いる基板において最低限度の熱しか放散しないプリント
ヘッドに対して、インク粒子選択用の手段を付与するこ
とである。

【００１９】本発明の目的および利点は、下記の好適な
実施の形態の詳細を読めばさらに明らかになるであろ
う。

【００２０】

【発明の実施の形態】添付の図面を参照しながら、本発
明の好適ないくつかの実施の形態を詳細に説明する。図
１は、本発明の一つの例示としての印刷装置を示す簡単
な概略ブロック図である。図２および図３は、ドロップ
オンデマンド・インクジェットプリントヘッドを示す断
面図である。図４から図１９は、好適な製造方法の各工
程における本発明のプリントヘッドを示す平面図であ
る。図２０は、本発明のプリントヘッドの他の実施の形
態を示す平面図である。図２１は、本発明のプリントヘ
ッドのさらに他の実施の形態を示す平面図である。図２
２および図２３は、本発明の他の好適な実施の形態によ
るドロップオンデマンド・インクジェットプリントヘッ
ドを示す断面図である。図２４および図２５は、本発明
のさらに他の好適な実施の形態のドロップオンデマンド
・インクジェットプリントヘッドを示す断面図である。

【００２１】以下に、本発明の装置の構成部品、または
本発明の装置に直接的に関与する部品を重点的に説明す
る。特に図示または説明しない要素は、当業者にとって
は周知の種々の形態をとることができることを理解され
たい。本発明の一つの重要な特徴は、印刷に使用するイ
ンク粒子を選択するのに必要となるエネルギーを低減す
るための新規の機構である。この機構は、選択したイン
ク粒子を確実にインク本体から分離し、記録媒体上に画
素を形成するための機構を、インク粒子を選択するため
の機構から分離することにより形成することができる。
インク粒子選択機構だけを、各ノズルに対する個々の信
号により駆動しなければならない。インク粒子分離機構
は、すべてのノズルに同時に適用する電界または環境で
あってもよい。インク粒子選択機構は、この機構により
選択されたインク粒子と、選択されなかったインク粒子
とを区別することができるように、選択されたインク粒
子の位置に十分な変化を起こさせるためだけに必要なも
のである。

【００２２】「インク粒子分離手段」という表題の下記
表示は、インク本体から選択されたインク粒子を分離
し、選択されたインク粒子が、確実に印刷媒体上に画素
を形成するための実行可能ないくつかの方法を示す。イ
ンク粒子分離機構は、選択されなかったインク粒子が決
して印刷媒体上に画素を形成しないように、選択された
インク粒子と選択されなかったインク粒子とを区別す
る。

【００２３】

【表１】

【００２４】他のインク粒子分離手段も使用することが
できる。好適なインク粒子分離手段は、目的とする用途
によって違ってくる。ほとんどの用途の場合には、方法
１である「静電誘引」、または方法２である「ＡＣ電
界」が最も適している。平滑なコーティングが行われて
いる紙またはフィルムが使用される用途、および非常な
高速が必要な用途の場合には、方法３である「近接」が
適している。高速と高品質を必要とするシステムの場合
には、方法４である「転写近接」を使用することができ
る。方法６である「磁気誘引」は、印刷媒体の表面が近
接印刷には粗すぎ、静電インク粒子分離に必要な高電圧
を使用したくない、ポータブル型の印刷システムに適し
ている。すべての状況に使用することができるハッキリ
とした「最善の」インク粒子分離手段は存在しない。

【００２５】図１は、本発明の好適な印刷システムの簡
単な略図である。プリントヘッド１０および記録媒体１
２は、画像ソース１４と関連しているが、この画像ソー
スは、スキャナまたはコンピュータからのラスタ画像デ
ータであってもよいし、ページ記述語によるアウトライ
ン画像データであってもよいし、他の形のディジタル画
像表現であってもよい。上記画像データは、画像処理ユ
ニット１６により、ピクセル−マップページ画像に変換
される。ページ記述語による画像データの場合には、上
記画像処理ユニットは、ラスター画像であってもよい
し、ラスタ画像データの場合には、ピクセル画像操作で
あってもよい。画像処理ユニット１６により作られた連
続調データは、ディジタル階調化ユニット１８により階
調化される。階調化されたビットマップ画像データは、
全ページまたはバンド画像メモリ２０に記憶される。制
御回路２２は、画像メモリ２０からデータを読出し、時
間と共に変化する電気パルスを、プリントヘッド１０の
一部である選択されたノズルに供給する。上記パルスは
適当な時間に、適当なノズルに供給され、その結果、選
択されたインク粒子が、画像メモリ２０のデータにより
指定された記録媒体１２上の適当な位置に画素を形成す
る。

【００２６】記録媒体１２は、媒体移送システム２４に
より、プリントヘッド１０を通って移動する。この媒体
移送システムは、媒体移送制御システム２６により電子
的に制御され、この媒体移送制御システムは、マイクロ
コントローラ２８により制御される。ページ幅プリント
ヘッドの場合には、固定プリントヘッドの前を記録媒体
を移動させるのが最も簡単な方法である。しかし、走査
印刷システムの場合には、相対ラスタ運動により、一つ
の軸（副走査方向）に沿ってプリントヘッドを移動さ
せ、直行する軸（主走査方向）に沿って記録媒体を移動
させるのが、通常最も簡単な方法である。マイクロコン
トローラ２８は、またインク圧調整器３０および制御回
路２２を制御することもできる。

【００２７】インクは、圧力が加えられた状態でインク
タンクに収容されている。静止状態の場合には（インク
粒子が排出されていない場合には）、インク圧は、イン
クの表面張力に打ち勝って、インク粒子を排出するほど
十分高くはない。一定のインク圧は、インク圧調整器３
０の制御の下で、インクタンク３２に圧力を加えること
により与えることができる。別の方法としては、大型の
印刷システムの場合には、インクタンク３２の表面を、
プリントヘッド１０の上方の適当な距離のところに位置
されることにより、インク圧を非常に正確に発生させ、
制御することができる。このインクレベルは、簡単なフ
ロート弁（図示せず）により調整することができる。

【００２８】インクは、インクチャネル装置３４によ
り、プリントヘッド１０の背面に分配される。インク
は、好適には、プリントヘッドのシリコン基板にエッチ
ングにより形成されたスロットおよび／または孔部を通
して、ノズルおよびアクチュエータが設置されている前
表面に流れることが好ましい。

【００２９】本発明のある種のタイプのプリンタの場合
には、選択されたインク粒子をインク本体から確実に分
離し、記録媒体１２の方へ移動させるのに、外部電界３
６が必要である。簡単な外部電界３６としては、インク
が容易に導電性になるような、定電界がある。この場
合、ペーパーガイド（またはプラテン）３８は、導電性
の材料で作ることができ、電界を発生させる一つの電極
として使用することができる。他の電極としては、プリ
ントヘッド１０それ自身を使用することができる。他の
実施の形態では、選択されたインク粒子と選択されなか
ったインク粒子とを区別するための手段として、印刷媒
体の近接を使用する。

【００３０】小さなインク粒子の場合には、インク粒子
に掛かる重力は非常に小さい。すなわち、表面張力の約
１０^-4である。それ故、ほとんどの場合、重力は無視す
ることができる。これにより、プリントヘッド１０およ
び記録媒体１２は、局部重力範囲から見て任意の方向に
向けることができる。このことはポータブル型のプリン
タの場合には、重要なことである。インク粒子分離装置
に対して適当に配置した場合、選択されたインク粒子は
移動して記録媒体１２上に画素を形成し、一方、選択さ
れなかったインク粒子は、インク本体の一部として残
る。

【００３１】図２および図３は、本発明の好適な実施の
形態のドロップオンデマンド・インクジェットプリント
ヘッド１０を示す断面図である。インク供給チャネル４
０は、（以下に詳細に説明するように）基板４２とオリ
フィスプレート４４との間に形成されている。オリフィ
スプレート４４は、複数のオリフィス４６を持ち、そこ
を通してインク供給チャネル４０からのインクが流れ
る。オリフィス４６はまたノズルとも呼ばれ、そうした
い場合には、オリフィスプレートの頂部上に設けること
ができる。チャネル４８はオリフィス４６に隣接して設
置されている。

【００３２】図２には、選択が行われる前のインクメニ
スカス５０が示されている。図３には、印刷のための選
択が行われた後の、突出しているインクメニスカス５０
が示されている。供給チャネル４０内のインクには、常
に大気圧以上の圧力が加えられていて、そのためインク
メニスカス５０は、定常的にオリフィスプレート４４上
に少し突出している。インク粒子を内部に止めておこう
とする表面張力の力は、インク粒子を外へ押し出そうす
るインク圧の力と平衡状態にある。

【００３３】本発明のインク粒子の選択は、図２のイン
クメニスカス５０上への界面活性剤としての蒸気５４
（図３参照）のような表面張力低減剤の物理的付着によ
り行われる。上記供給は、各オリフィス４６用の別途の
界面活性剤チャネル４８を使用して行われる。界面活性
剤用ヒータ５６付近のチャネル４８内の界面活性剤５２
から蒸発した分子は、蒸気としてインクメニスカス５０
まで移動し、このインクメニスカス上で凝縮する。図２
および図３の場合には、界面活性剤チャネルおよび関連
界面活性剤用ヒータは、インクメニスカス５０の左右両
方の側に設置されている。メニスカス５０上に上記のよ
うに付着した界面活性剤の分子は、インク粒子を内部に
引き留めようとする表面張力の力と、インク粒子を押し
出そうとするインク圧力との間の力のバランスを失わせ
る。そして、インクメニスカスはオリフィス４６からさ
らに突出する。図３に示すように、この段階でのインク
メニスカス５０が突出した状態のインク粒子は、印刷の
ために「選択」された状態にある。

【００３４】都合のよいことに、本発明の場合には、熱
をインクに移動させる必要もないし、界面活性剤の供給
が、インクの化学的特性により影響または制限を受ける
こともない。消費された界面活性剤５２は、インクがイ
ンク供給チャネルを通してオリフィス４６に供給される
のと類似の方法で、後で説明するように、外部のタンク
から供給され、界面活性剤チャネル４８を通して補給さ
れる。

【００３５】インク粒子をオリフィスから噴出させ、図
示してない紙のような印刷領域に印刷したい場合には、
界面活性剤ヒータ５６が作動し、それにより界面活性剤
の蒸気５４が発生する。この蒸気がインクメニスカス上
で凝縮すると、インクの表面張力が低下する。この場
合、加熱されることで、インクの表面張力が低下する必
要もないし、メニスカス５０への界面活性剤の供給時間
をインクの特性で調整する必要もない。

【００３６】凝縮した界面活性剤によりメニスカスの表
面張力が低下すると、表面張力の力とインク圧との間の
バランスが変化し、図３に示すように、メニスカスはオ
リフィスからさらに突出する。図３は、ヒータが動作し
た少し後であるが、インク粒子がオリフィス４６内に残
留しているインクから分離する前のインクメニスカス５
０の位置を示す。上記の突出したインクメニスカスは、
選択されたインク粒子と呼ばれる。

【００３７】表面張力低減剤の添加により、本発明の装
置が起こす表面張力の変化は、それだけでは、選択され
たインク粒子をオリフィス４６内に残留するインクから
分離したり、印刷領域に移動させるには十分でない場合
がある。この場合、オリフィス内に残留するインクから
インク粒子を分離するのを助けるために、電界のような
外力または環境を定常的に付加する。インク粒子が選択
されていない場合には、このような力はインク粒子を分
離させるには十分でない。この場合、上記電界も、分離
したインク粒子を図示してない印刷領域に移動させるの
を補助する作用を有している。

【００３８】＜製造法＞図２および図３のところで説明
したインクジェット装置は、すなわち、薄膜付着、写真
印刷術、エッチング、平坦化および焼きなましのよう
な、半導体装置に関連する処理により、有利に製造する
ことができる。好適な製造方法を図４から図１９に示
す。図４について説明すると、プリントヘッド１０に対
する半導体基板６０は、好適には、軽度にドーピングさ
れたｐ型またはｎ型シリコンであることが好ましく、図
に示すように、領域６２が、好適には、１平方センチ当
たり５Ｅ１６以上の濃度で、ほう素イオンによりドーピ
ングされ、５ミクロン以上の深さまでほう素イオンを拡
散させるのに十分な時間で９００−１２００℃で焼きな
まされる。当業者にとっては周知のように、５ミクロン
以上の深さまでイオンを拡散するには、１２００℃で４
時間加熱すれば十分である。図４に示すイオンの空間的
な分散は、選択的半導体ドーピング技術で通常行われる
ように、そこにはイオンが拡散しては困る領域、すなわ
ち、インクオリフィス４６および界面活性剤チャネル接
続部６８に、フォトレジスト層６４のパターンを形成す
ることによって行うことができる。図４および図５は、
ほう素でドーピングされた領域６２を図示している。そ
れ以降の図には、ほう素でドーピングされた領域６２は
図示されていないだけで、これらの図の中にも上記領域
は存在している。上記ドーピングされた領域は、図１８
で再び図示される。

【００３９】ある種の用途の場合には、基板６０が、イ
ンクジェット装置が形成される前に、インクジェット装
置から大きく離間した領域（図示せず）内に形成され
た、例えば、ＣＭＯＳ回路のような能動電子回路を持っ
ていると有利な場合がある。このようにして、後で説明
する抵抗ヒータのような本発明によるインクジェット電
気素子を、この回路に全体の一部として接続し、この回
路により制御することができる。その結果、半導体チッ
プを分離するために必要なワイヤボンドの数を最低限度
に少なくすることができる。

【００４０】次に、図５に示すように、フォトレジスト
が除去され、好適にはプラズマ強化ＣＶＤにより形成さ
れた酸化物であることが好ましい誘電体６６が、０．３
−３．０ミクロンの範囲の深さの層に均一に形成され
る。その後、誘電体６６は、従来のリソグラフィーおよ
びエッチング、好適には、ＣＨＦ３ガスを使用する反応
性イオンエッチングによりパターン状に形成され、その
結果、インクオリフィス４６、界面活性剤チャネル接続
部６８およびヒータリード開口部７０の壁部はほぼ垂直
になる。インクオリフィス４６および界面活性剤チャネ
ル接続部６８は、ほう素でドーピングされた領域６２に
対して対称的に配置され、ヒータリード開口部７０が、
インクオリフィス４６から正確な距離にその端部が設け
られるように、パターン状に形成される。この製造方法
の重要な特徴は、インクオリフィス４６から離間される
ヒータ（図１０）が、一つのマスクレベルで決定され、
マスク間の整合のずれによる変動の影響を受けないこと
である。

【００４１】図１６は、製造過程のこの段階における装
置を示す平面図である。ヒータリード開口部７０を図示
していない部位まで連続して延長できることを理解され
たい。その目的は、ヒータリードを、インクジェット装
置の付近から遠く離れた半導体基板に形成されるＣＭＯ
Ｓスイッチ部材に接続することができるようにすること
である。上記インクジェット装置の製造方法は、本明細
書に記載されている。

【００４２】次に、形成されるヒータの電気抵抗より実
質的に低い電気抵抗を持つ導電領域７６を形成するため
に、誘電体６６の開口部を、導電体７４、好適には、ア
ルミニウム、チタン、タングステン、銅およびケイ化物
の中のいずれかの金属、またはその合金で充填すること
が望ましい。電流が流れたとき、ヒータリードで放散す
る熱を少なくするために、上記材料の比抵抗は、好適に
は、１センチ当たり１０ミリオーム以下であることが好
ましい。

【００４３】図７は、例えば、３ミクロンのように、そ
の厚さが、好適には、誘電体６６の厚さより厚い導電体
７４を均一に付着させた後の装置を示す、図６の平面図
のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。次に、導電
体７４を誘電体６６の面上７８からその全体が除去され
る程度に、全体を平らにすることにより（図８）、上記
導電体がパターン状に形成される。上記の除去は、化学
−機械的研磨を行い、それにより面７８と同一平面上に
面８０を持つ電気的に絶縁された導電領域７６を形成す
ることが好ましい。ヒータリード開口部７０の導電領域
７６は、（形成される）ヒータ５６に電気を供給するた
めに、正しい位置に設置されたままになっているヒータ
リード８２を含み、一方、インクオリフィス４６および
界面活性剤チャネル接続部６８の導電領域７６はその後
除去され、一時的に防食平面化材としての働きをする。

【００４４】図９は、製造過程のこの段階における装置
を示す平面図である。ヒータリード８２は、インクジェ
ット装置の付近から遠く離れた半導体基板６０に製造さ
れたＣＭＯＳスイッチ部材に接続することができるよう
に、図示してない位置まで延長することができることを
理解されたい。

【００４５】図１０には、インクオリフィス４６の近く
のヒータリード８２の一部の間の領域を部分的に覆い、
ヒータリード８２に対する電気接点となるヒータ５６が
示されている。上記ヒータ５６は、好適には、ヒータリ
ード８２の比抵抗の約１０−１，０００倍の比抵抗を持
つ、例えば、インジウム錫酸化物のようなヒータ材料の
薄いフィルムを一回目に均一に塗布することで形成する
ことが好ましい。他の材料も容易に入手することができ
る。例えば、好適なヒータ材としては、厚さ５００オン
グストロームから１ミクロンのタングステン、タンタル
またはドーピングしたポリシリコンの薄いフィルム等が
あるが、これに限定されない。その後、均一に塗布され
たヒータ材は、従来のリソグラフィー法およびイオンミ
リングまたは反応性イオンエッチングにより、図１０に
示すように長方形に形成される。ヒータ５６に必要な抵
抗値は、ヒータ材および達成したい温度、および基板６
０上の内蔵ＣＭＯＳ回路により供給される使用可能な駆
動電流および電圧により異なる。ヒータ５６の抵抗値の
好適な範囲は１０−５００オームである。

【００４６】次に、インクオリフィス４６への界面活性
剤の供給源を形成するために、インクオリフィス４６の
近くに、界面活性剤チャネル４８を形成することが望ま
しい。図１１は、界面活性剤チャネル４８を供給するた
めの好適な方法を示す平面図である。すなわち、好適に
は１−３ミクロン、しかしこれに限定されない厚さの、
スピンオン・コーティングまたは多重スピンオン・コー
ティングにより塗布されたポリイミドであることが好ま
しい、チャネル誘電体８６の最初の塗布ステップと；そ
の後の従来のリソグラフィー、およびその後で行われる
酸素ガスを使用する、反応性イオンエッチングによる、
チャネル誘電体８６のパターン形成ステップとからなる
方法の平面図である。厚さを好適な上限の厚さにするた
めには、薄膜処理技術においては周知の中間金属マスク
を使用することを勧める。チャネル誘電体８６の塗布お
よびそのパターンの形成は、面８０および７８（図８）
が同一平面を形成していること、およびそのためチャネ
ル誘電体８６の面８８（図１２）もほぼ平面になってい
るために容易に行うことができる。図１３に示す界面活
性剤チャネル４８のパターンは、インクオリフィス４６
に最も近いチャネルの端部で狭くなっている。幅の広い
部分が狭い部分に変化しているために、ヒータ５６上で
装置が動作している間に、チャネルに供給される液体の
界面活性剤のメニスカスの位置をハッキリ決めることが
できる。この方法は流体力学の当業者にとっては周知で
ある。図１２および図１３は、それぞれ製造過程のこの
段階における装置の図１１の平面図のＢ−Ｂ線およびＡ
−Ａ線に沿って切断した断面図である。

【００４７】次に、図１４について説明すると、好適に
は、通常の化学溶媒に熔けるフォトレジストまたはポリ
メチルメタアクリレートのような材料であることが好ま
しい防食材９０が、界面活性剤チャネル４８、およびそ
の内部にチャネル誘電体８６がエッチングにより形成さ
れる他の領域内に供給され、これらの部分を満たす。図
１４および図１５に、防食材９０の位置を示すが、これ
らの図は、それぞれ図１１の平面図を線Ｂ−ＢおよびＡ
−Ａ線に沿って切断した断面図である。シリコン装置の
パッケージ技術で通常使用される保護材のダイシング
を、この目的のために使用することができる。防食材９
０は、例えば、スピンオン・コーティングにより均一に
塗布され、その後チャネル誘電体８６の表面８８から全
部除去するためにエッチングが行われる。防食材９０の
残りの部分の表面９２は、チャネル誘電体８６の面８８
とほぼ同一平面を形成している。表面８８および９２
は、その後の層、すなわち、頂部プレート９４の支持体
となる。

【００４８】その後、好適には同様にポリイミドである
ことが好ましい上記プレート９４が、図１４および図１
５に示すように、界面活性剤チャネル４８の頂部を形成
するために面８８および９２上に均一に塗布される。頂
部プレート９４は、図１６に示すように、インクオリフ
ィス４６の周囲から除去するためにパターン形成され、
それにより、インクオリフィス４６の近くの界面活性剤
チャネル４８の端部が露出される。中間金属マスク（図
示せず）を使用する従来のリソグラフィーにより上記層
のパターン形成を行うと、薄膜処理技術では周知のよう
に、マスクの劣化を防ぐのに有利である。好適には、酸
素をベースとする反応性イオンエッチングを使用するこ
とが好ましい、頂部プレート９４のパターン形成に使用
するエッチングは、誘電体６６上まで延びている防食材
９０およびチャネル誘電体８６を通して延長させること
ができ、それにより垂直にそれ自身で整合している界面
活性剤チャネル４８の端部の壁部を有利に形成すること
ができる。図１７は、図１１の装置の平面図をＡ−Ａ線
に沿って切断した断面図である。

【００４９】ここで、例えば、ＫＯＨのような結晶学エ
ッチングを使用して、半導体基板６０の背面からエッチ
ングを行うことにより、半導体基板６０に基板インクチ
ャネル４０および基板界面活性剤チャネル４８を形成す
る必要がある。そうすることにより、半導体基板６０が
シリコンである場合には、図１８に示すように、側壁部
が角度を持っているインクチャネルが形成される。基板
インクチャネル４０および基板界面活性剤チャネル４８
が角度を持っているのは、シリコン処理の当業者なら周
知のように、エッチングが面９２のところで終わってい
るからである。当業者にとっては周知のように、図１８
に示すように、このエッチングがほう素でドーピングさ
れた領域６２のところで終わっているので、これも図１
８に示すように、インクオリフィス４６および界面活性
剤チャネル接続部６８に誘電体６６用の下支えするサポ
ートを形成するのに有利である。もう一つの利点として
は、ＫＯＨエッチングにより、導電領域に接する導電領
域７６、すなわち、インクオリフィス４６および界面活
性剤チャネル接続部６８から、導電体７４が除去される
ということがある。ＫＯＨエッチングは、防食材９０の
ところで止まっていて、そのためヒータ５６およびヒー
タリード８２と接触しない。このことは、インクチャネ
ル４０および基板界面活性剤チャネル４８のエッチング
を行う前に、装置の全頂部を防食保護材料でコーティン
グするのに有利である。このような防食保護材料として
は、半導体パッケージステップで保護材をダイシングす
るために使用される材料があり、その目的は、エッチン
グ剤が装置の前表面と接触するのを防止することであ
る。

【００５０】基板インクチャネル４０および基板界面活
性剤チャネル４８の形成後に、半導体基板６０のエッチ
ング中に使用された防食剤９０および任意の別の防食保
護材料が、有機溶媒による溶解により除去される。特
に、防食剤９０が、界面活性剤チャネル４８から除去さ
れる。これでインクジェット装置の重要な部分の形成が
完了する。図１９は、完成したインクジェット装置の平
面図である。図中、黒い部分は、基板インクチャネル４
０および基板界面活性剤チャネル４８の位置を示す。し
かし、界面活性剤チャネルは、製造のこの段階での実際
の装置の平面図では、頂部プレート９４で覆われている
ので、目でみることはできないことを理解されたい。

【００５１】上記の好適な実施の形態で説明した装置お
よびその製造方法は種々に変更することができるし、薄
膜処理技術の当業者にとっては容易に理解できるだろ
う。例えば、これらの変更には、基板インクチャネル４
０の形状の変更も含むが、それに限定されない。例え
ば、基板インクチャネル４０の一部だけを、図２に示す
ように、基板内にまたは図１８に示すように基板を通し
て延長することができる。上記変更としては、誘電体６
６から頂部プレート９４およびチャネル誘電体８６がす
でに除去されている、インクオリフィス４６の周囲の領
域の形および位置の変更もある。図２０は上記の変更を
示す。図中インクオリフィス４６を取り巻いている領域
は、界面活性剤の蒸気５４を対称的に閉じこめるため
に、丸くなっている。図２１は、関連した実施の形態で
ある。この実施の形態の場合には、周囲の領域は、界面
活性剤の蒸気５４を対称的に閉じこめるために丸くなっ
ていて、メニスカス５０に供給される界面活性剤の蒸気
５４の量を増やし、界面活性剤の蒸気をさらに対称的に
供給するために、第二の界面活性剤チャネル９６および
ヒータが元の界面活性剤チャネル４８から１８０度回転
して配置されている。

【００５２】他の変更としては、ヒータ５６の位置を変
更しても、界面活性剤チャネル４８と第二の界面活性剤
チャネル９６のような、一つまたは複数の界面活性剤チ
ャネルに対して依然としてヒータの熱を伝導できるよう
にする変更もある。図２２および図２３には、界面活性
剤チャネル４８および９６の頂部に設置された別のヒー
タ１００が示されている。上記界面活性剤チャネルにつ
いては、インク粒子選択前（図２２）およびインク粒子
選択後（図２３）が示されている。

【００５３】本発明に開示した他の装置の実施の形態の
場合にも、特に複数のオリフィスを持つプリントヘッド
で隣接しているオリフィス４６の間での、界面活性剤の
蒸気の広がりを少なくする目的で、界面活性剤の蒸気５
４の拡散を閉じこめるために、図２４および図２５に示
すように、インクオリフィス４６を取り囲む壁部１０２
が形成される。図２４および図２５は、傾斜を持つ壁部
である。両方の図は、インク粒子選択前（図２４）とイ
ンク粒子選択後（図２５）を示す。

【００５４】他の変更としては、ヒータ５６と界面活性
剤５２との間の熱の移動の効率を増大するためのヒータ
位置の変更もある。この場合、ヒータ５６は、界面活性
剤チャネル４８の中央に位置していて、その結果、界面
活性剤５２は頂面および底面の両方でヒータ５６に接触
する。

【００５５】本発明の装置の製造方法の特殊な好適な実
施の形態について詳細に説明してきたが、この方法は種
々に変更することができること、またそのような変更は
薄膜処理技術の当業者にとっては容易に思いつくことで
きることを理解されたい。同様に、本装置の本質および
動作原理から逸脱しないで、装置の配置を種々に変更す
ることができるが、そのような変更は本発明の範囲およ
び実行の範囲内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一つの例示としての印刷装置を示す
簡単な概略ブロック図である。

【図２】 ドロップオンデマンド・インクジェットプリ
ントヘッドを示す断面図である。

【図３】 ドロップオンデマンド・インクジェットプリ
ントヘッドを示す断面図である。

【図４】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す断面図である。

【図５】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す断面図である。

【図６】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す平面図である。

【図７】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す断面図である。

【図８】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す断面図である。

【図９】 好適な製造方法の一工程における本発明のプ
リントヘッドを示す平面図である。

【図１０】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す平面図である。

【図１１】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す平面図である。

【図１２】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１３】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１４】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１５】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１６】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す平面図である。

【図１７】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１８】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す断面図である。

【図１９】 好適な製造方法の一工程における本発明の
プリントヘッドを示す平面図である。

【図２０】 本発明のプリントヘッドの他の実施の形態
を示す平面図である。

【図２１】 本発明のプリントヘッドのさらに他の実施
の形態を示す平面図である。

【図２２】 本発明の他の好適な実施の形態によるドロ
ップオンデマンド・インクジェットプリントヘッドを示
す断面図である。

【図２３】 本発明の他の好適な実施の形態によるドロ
ップオンデマンド・インクジェットプリントヘッドを示
す断面図である。

【図２４】 本発明のさらに他の好適な実施の形態のド
ロップオンデマンド・インクジェットプリントヘッドを
示す断面図である。

【図２５】 本発明のさらに他の好適な実施の形態のド
ロップオンデマンド・インクジェットプリントヘッドを
示す断面図である。

【符号の説明】

１０ プリントヘッド １２ 記録媒体 １４ 画像ソース １６ 画像処理ユニット １８ ディジタル階調化ユニット ２０ 画像メモリ ２２ 制御回路 ２４ 媒体移送システム ２６ 媒体移送制御システム ２８ マイクロコントローラ ３０ インク圧調整器 ３２ インクタンク ３４ インクチャネル装置 ３６ 外部電界 ３８ プラテン ４０ 基板インクチャネル ４２ 基板 ４４ オリフィスプレート ４６ 基板オリフィス ４８ 基板界面活性剤チャネル ５０ インクメニスカス ５２ 界面活性剤 ５４ 界面活性剤の蒸気 ５６ 界面活性剤用ヒータ ６０ 半導体基板 ６２ ほう素イオンドーピング領域 ６４ フォトレジスト層 ６６ 誘電体 ６８ 界面活性剤チャネル接続部 ７０ ヒータリード開口部 ７４ 導電体 ７６ 導電領域 ７８ 面 ８０ 面 ８２ ヒータリード ８６ チャネル誘電体 ８８ 面 ９０ 防食材 ９２ 面 ９４ 頂部プレート ９６ 第二の界面活性剤チャネル １００ ヒータ １０２ 壁部 １０６ ヒータ

フロントページの続き (72)発明者 プラナブ・バグチ アメリカ合衆国・ニューヨーク・14580・ ウェブスター．ハンツマン．ウェイ・３ (72)発明者 デヴィッド・リー・クラーク アメリカ合衆国・ニューヨーク・14534・ ピッツフォード・ピッツフォード・ヒル ズ・レーン・５エス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドロップオンデマンド印刷用のインクジ
   ェットプリントヘッドであって、 （ａ）複数のインク粒子噴出オリフィスを有する基板
   と、 （ｂ）前記オリフィスにインクを供給するために、前記
   各オリフィスに接続しているインクチャネルと、 （ｃ）前記チャネル内のインクに、周囲圧よりも高い圧
   力を加えるための圧力手段と、 （ｄ）インクから独立している表面張力低減剤の供給源
   と、 （ｅ）選択的にアドレスされたオリフィスに供給された
   インクに、前記供給源から表面張力低減剤を選択的に供
   給し、それによりアドレスされたインクとアドレスされ
   なかったインクとのメニスカス位置の間に違いを生じさ
   せるためのインク粒子選択手段とを有することを特徴と
   するプリントヘッド。