JPH11129482A - インクジェットプリントヘッド及びフィルタ要素の製造方法 - Google Patents

インクジェットプリントヘッド及びフィルタ要素の製造方法

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JPH11129482A
JPH11129482A JP24814798A JP24814798A JPH11129482A JP H11129482 A JPH11129482 A JP H11129482A JP 24814798 A JP24814798 A JP 24814798A JP 24814798 A JP24814798 A JP 24814798A JP H11129482 A JPH11129482 A JP H11129482A
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JP
Japan
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ink
filter
substrate
inlet
printhead
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JP24814798A
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Roger G Markham
ジー．マークハム ロジャー
John R Andrews
アール．アンドリュース ジョン
Gary A Kneezel
エー．ニーゼル ギャリー
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Xerox Corp
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    • Y10T83/0524—Plural cutting steps

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混入物質がチャネルに入ることを防ぎ、破損
することなく取扱い及び処理ステップを可能にする強度
の大きいフィルタを提供する。 【解決手段】 レーザ融除可能な物質がフィルタ１４と
して用いられるが、このフィルタ１４は基体のインク入
口側に位置合わせされ接着される。好適な実施の形態に
おいて、薄いポリマーフィルム４８がマスクまたはスク
リーンを貫通して融除され、インク注入領域に小さな穴
の微細なアレイを生成する。フィルム４８はチャネル基
体にラミネートされ、一つまたは一つ以上のインク入口
２５を覆うフィルタ１４を形成する。基板はそれからダ
イスされ、フィルタ１４を備える一つまたは一つ以上の
インク入口２５を各々が含む、個々のダイプリントヘッ
ドモジュールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ンタに関し、より詳細には、インク入口を覆うフィルタ
を有するサーマルインクジェットプリントヘッド及びフ
ィルタを形成するレーザ融除製造工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な、熱で作動するドロップオンデ
ィマンドインクジェットプリントシステムは熱エネルギ
ーパルスを用い、インクが充填されたチャネルの中で、
プリントシステムのプリントヘッドのチャネルオリフィ
スから液滴を放出させる蒸気泡を生成する。このような
プリントヘッドは、比較的小さなインク供給チャンバ
（またはリザーバ）と一端で連絡し、反対側の端にオリ
フィスを含む、ノズルとも称される一つまたは一つ以上
のインクが充填されたチャネルを含む。熱エネルギー発
生装置は通常抵抗器であるが、熱エネルギー発生装置か
ら上流側へ一定距離をおいたノズル付近のチャネル内に
配置される。この抵抗器は電流パルスで個別に指定（ア
ドレス）され、瞬間的にインクを気化させインク液滴を
放出させる泡を生成する。わずかな負圧を受けメニスカ
スが各ノズルに形成され、インクがノズルから漏れるの
を防ぐ。
【０００３】これらのサーマルインクジェットプリント
ヘッドの中には、２枚のシリコン基体を結合して形成さ
れるものがある。１つの基体は加熱要素と関連電子部品
のアレイを含み（それゆえに加熱板と称される）、第２
基体は複数のノズル画定チャネルと供給源からインクを
チャネルに提供するインク入口とを含む流体方向づけ部
である（それゆえに、この基体はチャネル板と称され
る）。チャネル板は典型的には方向依存エッチング法に
よって製造される。
【０００４】これらのプリントヘッドから放出される液
敵の液滴指向性は、プリントヘッドチャネルに入り込ん
でくる外部からの粒子によって著しく影響されうる。
【０００５】ダイモジュール、つまり基体に対するイン
ク入口の寸法は、インクチャネルよりずっと大きい。従
って、インクマニホールドまたはマニホールド源からイ
ンクチャネルまでのインクフロー経路に沿ったある点で
インクを濾過するフィルタ機構を備えることが望まし
い。いかなるフィルタ法であってもインクフロー経路中
の空気の混入も最小にしなくてはならない。
【０００６】クニーゼル(Kneezel) らの米国特許第4,86
4,329 号は、ウエハの大きさのフィルタを、複数のプリ
ントヘッドを含む位置合わせされ接着されたウエハにラ
ミネートする製造工程によって作られ、プリントヘッド
の入口上に配置される平らなフィルタを有するサーマル
インクジェットプリントヘッドを開示している。個々の
プリントヘッドは分割(sectioning)操作によって得られ
るが、この操作は２つまたは２つ以上の接着ウエハとフ
ィルタを切断する。フィルタは、織金網スクリーンまた
は所定の孔寸法を有するニッケル電鋳スクリーンが好ま
しい。フィルタはプリントヘッドの一つの面全体を覆う
ので、比較的大きな接触面積が層剥離を防止し、漏れの
ないシールを可能にするのに都合がよい。対象となる粒
子を濾過して取り除くことができるように十分に小さな
孔寸法を有する電鋳スクリーンフィルタは、結果的に非
常に薄く取り扱いまたは洗浄ステップ中に破損しやすい
フィルタとなる。また、好適なニッケルの実施の形態
は、ある種のインクとは適合せずフィルタの腐食を引き
起こす。最後に、この手法を用いる際の材料の選択は限
られている。織金網スクリーンは、シリコンインク入口
とそれに対応するインクマニホールドの開口部との両方
を確実にシールすることが難しい。更に、腐食に対する
保護のために金などの金属でメッキすることはコストを
高くする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、 １）チャネルを塞ぐのに十分な大きさの微粒子物質がプ
リントヘッドチャネルに入ることを防ぎ、 ２）インクジェットプリントヘッドのインク液滴指向性
を高め、 ３）破損することなしに取扱い及び処理ステップを行う
ことができる増大した強度を有し、 ４）インクフロー経路に沿う空気の混入を最小限にし、 ５）製造工程中、複数の基体に効果的に適用できる、 フィルタを提供することが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記のフィルタを達成す
るために、レーザ融除可能な物質がフィルタとして用い
られるが、このフィルタは基体のインク入口側に位置合
わせされ接着される。好適な実施の形態において、薄い
ポリマーフィルムがマスクまたはスクリーンを貫通して
融除され、インク入口領域に小孔の微細なアレイを形成
する。フィルムはチャネル基体にラミネートされ、一つ
または一つ以上のインク入口を覆うフィルタを形成す
る。次に基体をダイスし、各々フィルタを備える一つま
たは一つ以上のインク入口を含む、個々のダイプリント
ヘッドモジュールを形成する。
【０００９】別の実施の形態においては、ポリマーフィ
ルムが最初に基体に被着され、ダイシングが続き、その
次に小孔レーザ融除が行われる。
【００１０】更にもう一つの実施の形態において、レー
ザ融除されたフィルタは、インク供給カートリッジのマ
ニホールドにダイモジュールを接合するテープシールの
一部として製造される。
【００１１】上記の実施の形態の全てにおいて、レーザ
融除工程はフィルムを貫通するテーパ付の孔を形成する
ために制御することができる。テーパ付孔はより低いフ
ローインピーダンスを有するより厚いフィルムの使用を
可能にし、取扱い及び処理に耐えるようにフィルタの強
度を増大する。
【００１２】より詳細には、本発明は基体の表面の一つ
にインク入口と、複数のノズルと、内部インク供給マニ
ホールドにノズルを連結する個別のチャネルであって、
前記マニホールドは前記インク入口を介してインクが供
給されるチャネルと、インク液滴を要求に応じて放出す
る選択的に指定可能な加熱要素と、を含む改良されたイ
ンクジェットプリントヘッドに関し、前記改良されたイ
ンクジェットプリントヘッドが、インク入口全体がフィ
ルタで覆われるように、所定の大きさを有し、インク入
口を含むプリントヘッドに接着される概ね平らなフィル
タを含み、前記フィルタがレーザ融除工程によって形成
されるフィルタを貫通する複数のテーパ付孔を有する。
【００１３】本発明はまた混入物質がインクジェットプ
リントヘッドのインク供給入口に入るのを防ぐフィルタ
要素を製造する方法に関し、融除レーザの出力放射経路
に薄いポリマーフィルムを配置するステップと、、レー
ザとこのフィルムとの間に光伝送システムを配置するス
テップであって、前記システムがフィルタ要素の望まし
い孔寸法と一致する光伝送パターンを有するステップ
と、わずかにテーパ付けした孔がポリマーフィルムの部
分に形成されるようにレーザ出力を制御するステップで
あって、前記の部分の大きさが望ましいフィルタ要素の
大きさに一致しているステップと、フィルタ要素をイン
ク供給入口に接着するステップと、を含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１及び２において、本発明の教
示により製造され、レーザ融除されたフィルタ１４及び
破線で示される加熱板１６を含むサーマルインクジェッ
トプリントヘッド１０が示される。パターニングされた
フィルム層１８は、例えば、リストン（Riston、登録商
標名）、ヴァクレル（Vacrel、登録商標名）、またはポ
リイミドなどの物質を含み破線で示され、チャネル板と
加熱板との間にはさまれる。ホーキンス(Hawkins) の米
国特許第4,774,530 号に開示され、本明細書中で完全な
形で援用されるように、厚いフィルム層は各加熱要素３
４上の材料をエッチングして除去し、ピット２６に加熱
要素を配置する。材料はインクチャネル２０の閉端２１
とリザーバ２４との間で除去され、チャネル２０をリザ
ーバ２４と流体連通する深溝（トレンチ）３８を形成す
る。図示の目的のために、液滴１３が、プリントヘッド
の正面２９のノズル２７から吐出された後の軌道１５に
続いて示されている。
【００１５】図１を参照すると、チャネル板１２は加熱
板１６またはパターニングされた厚いフィルム層１８に
永久的に接着されるが、このパターニングされた厚いフ
ィルム層１８は場合により加熱板の上面１９上の加熱要
素及びアドレス電極の上に被着され、前記米国特許第4,
774,530 号で教示されるようにパターニングされる。チ
ャネル板はシリコンで、加熱板はホーキンスらの米国再
発行特許第32,572号に開示されるようないかなる絶縁材
料または半導体材料でもよい。図示の本発明の実施の形
態は、エッジシューター型プリントヘッドについて説明
されているが、クニーゼル（Kneezel)らの米国特許第4,
864,329 号に開示されるようなルーフシューター形状プ
リントヘッド（図示せず）に容易に用いることができ
る。このルーフシューター形状プリントヘッドではイン
ク入口が加熱板の中にあり、本発明の一体型フィルタを
同様の方法で製造することができる。米国特許第4,864,
329号の図８及び９の説明が本明細書中で援用される。
【００１６】図１のチャネル板１２は、加熱板１６に結
合されるとインクリザーバを形成する一つの面に、破線
で示されるエッチングされた凹部（recess）２４を含
む。破線で示され三角形の断面を有する複数の同一の平
行な溝２０が、溝端部の一方が正面２９を貫いた状態
で、チャネル板の同じ面で（方向依存エッチング法を用
いて）エッチングされる。溝のもう一方の閉端２１（図
２）は凹部２４に隣接している。チャネル板及び加熱板
が結合されダイスされると、正面２９を貫く溝の貫通は
オリフィスつまりノズル２７を形成する。溝２０はまた
リザーバ２４をノズルと（深溝３８を介して）接触させ
るインクチャネルの役割も果たす。図２に示されるチャ
ネル板のリザーバの開底部はインク入口２５を形成し、
部分的に図２に示されるインクカートリッジ２２のイン
ク供給源からの、マニホールドを介したリザーバのイン
クの供給を維持する手段を与える。カートリッジマニホ
ールドは粘着層２３によってインク入口にシールドされ
る。
【００１７】本発明のフィルタ１４は、第１の実施の形
態において、及び下記に論じられるように、細かいフィ
ルタを形成する薄いポリマーフィルムを貫通するレーザ
融除孔、及びその後、例えば、米国特許第4,678,529 号
で開示され、内容が本明細書中で援用されている粘着転
写法によって、フィルタをチャネル板１２の充填孔側に
接着することによって製造された。
【００１８】図３を参照すると、大直径出力ビームがエ
キシマレーザ４２によって発生され、複数の孔４５を有
し、インク入口２５を覆うのに十分な総面積を有するマ
スク４４に向けられる。孔はわずか2.5 ミクロンという
小さい直径を有し、密に配置することができる。マスク
４４を通過する放射はポリマーフィルム４８に複数のテ
ーパ付孔４６を形成するが、このポリマーフィルム４８
は好適な実施の形態においては、カプトン（Kapton）ま
たは、使用されるインクの化学的適合性に合わせて選択
された他のポリマーフィルムである。融除されたフィル
ム４８は、こうしてフィルタ１４に加工され、その後入
口２５と位置合わせされ入口２５の上にラミネートする
ことができる。フィルタの大きさは、入口２５を横切っ
て適切にシールすることができるほど大きく、接着層２
３をエッジに接着させるのに十分なエッジ面を有してい
なければならない。付加的なフィルタは１つのステップ
及び繰り返し工程によって形成される。好適な実施の形
態において、フィルム４８は厚さが２０ミクロンで、孔
４６はテーパが５度で直径が５ミクロンである。（図に
おいては説明する目的でテーパは誇張されている。）更
に、好適な実施の形態において、フィルムはほぼチャネ
ルウエファの大きさであり、ウエファ上の複数のダイの
インク入口に対応する一連の融除された孔を含む。
【００１９】図４及び５に示される第２の実施の形態に
おいて、テープシール５０がカートリッジマニホールド
をインク入口にシールするために用いられる。シール５
０は上記で説明された工程によって融除され、シールの
外形だけでなくフィルタ１４’も形成する。テープシー
ルはその次に入口２５と位置合わせされ、チャネル板１
２の最上面に接着される。
【００２０】図６に示される第３の実施の形態におい
て、ポリマーフィルム４８’はまずチャネル板１２にラ
ミネートされ、ウエファは個別のプリントヘッドにダイ
スされる。各プリントヘッドはその後、チャネル板最上
面を望ましいマスキング放射パターンと位置合わせして
フィルタ１４を製造するように配置される。
【００２１】第４の実施の形態において、図１及び２の
変形が図７及び８に示される。この実施の形態では、レ
ーザ４２とフィルム４８との間に配置された第一マスク
５２を用いて、露光が達成される。マスク５２は図２に
示されるマスク４４の孔より比較的大きく、望ましいフ
ィルタ孔の大きさより大きい、孔５３を有する。マスク
５２を介しての露光は、孔の融除が部分的のみであり、
基底部４６Ｂを有する凹部４６Ａを残すように制御され
る。部分的に融除されたフィルム４８はその次により小
さい孔５５を有する第二マスク５４を挿入し、孔４６の
レーザ融除を完成することによって更に融除される。こ
の実施の形態は、最小孔寸法及び最大フィルム厚さを維
持する一方、流体抵抗を更に低減する。孔の大きさ次第
で、複数の小直径孔を、マスク５２によって形成された
より大きく部分的に融除された孔または切り取り部の各
々の中で形成することができる。
【００２２】長方形のアレイはおよそ２５％の開いた領
域を生成することができ、長方形の密に充填されたアレ
イは≧５０％の開いた領域を有するフィルタを生成する
ことができる。そのような大きな開いた領域を有し、孔
寸法が小さな（≦１２μｍ）フィルタは、小さな粒子が
チャネルに入ることから保護し、フローインピーダンス
を最小にする点で他の方法より有利である。
【００２３】本明細書中で開示された実施の形態は好適
なものであるが、この教示から種々の代謝物、変更物、
変形、及び改良物が当業者によって作製されうることが
理解される。しかし、そのような代謝物、変更物、変
形、及び改良物は添付の特許の請求項に含まれることを
意図したものである。例えば、示されない実施の形態に
おいて、フィルタは一度に一つのダイモジュールに適用
され、ウエハ規模ではない。これは第２の実施の形態の
より一般的なケースであり、フィルタはマニホールドへ
の流体シールを形成する同じ部材ではなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】インク入口に接着された本発明のフィルタを含
む、インクジェットプリントヘッドモジュールの概略等
角図である。
【図２】インク入口に流体連絡するインクマニホールド
を更に含む、図１のプリントヘッドの断面図である。
【図３】図１及び２のフィルタを形成するための、薄い
ポリマーフィルムのマスクを貫通するレーザ融除であ
る。
【図４】フィルタがシールテープの中に形成されるよう
に改変された、図１のプリントヘッドの断面端面図であ
る。
【図５】図４のフィルタを形成するための、シールテー
プのマスクを貫通するレーザ融除である。
【図６】プリントヘッドのチャネル板に既に接着された
ポリマーフィルムのマスクを貫通するレーザ融除であ
る。
【図７】ポリマーフィルムの部分的な孔融除を行うため
の、第一マスクを貫通するレーザ融除である。
【図８】最終フィルタを形成するフィルムのレーザ孔融
除を完成するための、第二マスクを貫通するレーザ融除
である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリントヘッド １２ チャネル板 １３ インク液滴 １４ フィルタ ２０ チャンネル ２３ 粘着層 ２５ インク入口 ２７ ノズル ３４ 加熱要素 ４６ テーパ付孔 ４８ 薄いポリマーフィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン アール．アンドリュース アメリカ合衆国 14550 ニューヨーク州 フェアポート ビタースウィート ロー ド 28 (72)発明者 ギャリー エー．ニーゼル アメリカ合衆国 14580 ニューヨーク州 ウェブスター ウッダード ロード 1819

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヘッドの表面の一つにインク入口と、複
    数のノズルと、内部インク供給マニホールドにノズルを
    連結する個別のチャネルであって、前記マニホールドが
    前記インク入口を介してインクを供給されるチャネル
    と、インク液滴を要求に応じて放出する選択的にアドレ
    ス可能な加熱要素とを有する改良されたインクジェット
    プリントヘッドであり、 インク入口全体がフィルタで覆われるように、所定の大
    きさを有しインク入口を含むプリントヘッドに接着され
    る概ね平らなフィルタであって、レーザ融除工程によっ
    て形成されるフィルタを貫通する複数のテーパ付の孔を
    有するフィルタを含む、 改良されたインクジェットプリントヘッド。
  2. 【請求項２】 前記プリントヘッド表面を前記マニホー
    ルドに接着する接着層を更に含み、前記フィルタがレー
    ザ融除によって前記接着層内に形成される、請求項１に
    記載のフィルタを有するインクジェットプリントヘッ
    ド。
  3. 【請求項３】 接着された材料の２つまたはそれ以上の
    層を分割することによって得られるインクジェットプリ
    ントヘッドであって、 ２つまたは２つ以上の概ね平らな基体であって、それぞ
    れ第一及び第二の平行な面を有し、基体のうち少なくと
    も一つの基体の第一の面が基体に形成された複数のセッ
    トの凹部を有し、前記凹部のセットが、複数のセットの
    通路と、各インクチャンネルの一端が関連マニホールド
    と連結する各々のインクチャネルのセットを有する細長
    いインクチャネルのセットとを形成するように、基体の
    第一の面が位置合わせされ共に接着され、基体の第二の
    面が複数の入口を有する凹部を含み、各入口が流体を方
    向づける通路のセットの１つと連通している基体と、 所定の厚さと、テーパ付の直径の流体通過孔とを有する
    概ね平らなフィルタであって、フィルタが入口を有する
    第二の基体面にラミネートされ、フィルタの外周がフィ
    ルタがラミネートされる基体の外周と同じか大きいフィ
    ルタと、 接着された基体と接着された基体にラミネートされたフ
    ィルタを同時に分割することによって得られ、前記接着
    された基体及びラミネートされたフィルタの同時の分割
    がダイシングによって達成されるフィルタを含む、複数
    の個別のインクジェットダイモジュールであって、開い
    たチャネルの端がインク放射ノズルの役割を果たすよう
    に、前記ダイシングが同時に複数のインクジェットダイ
    モジュールを形成し、各インクチャネルセットのインク
    入口に連結する端と反対側の端を開き、フィルタを含む
    前記個別のダイモジュールが続いてインクマニフォルド
    に接着されるインクジェットダイモジュールと、 を含むインクジェットプリントヘッド。
  4. 【請求項４】 混入物質がインクジェットプリントヘッ
    ドのインク供給入口に入るのを防ぐフィルタ要素を製造
    する方法であって、 チャネル板に形成された少なくとも一つのインク供給入
    口の上に薄いポリマーフィルムを接着するステップと、 レーザとフィルムとの間に光伝送システムを配置するス
    テップであって、前記システムがフィルタ要素の望まし
    い孔サイズと一致する光伝送パターンを有するステップ
    と、 わずかにテーパ付けした孔がインク入口部の上部にある
    ポリマーフィルムの部分に形成されるようにレーザ出力
    を制御するステップと、 を含むフィルタ要素を製造する方法。
JP24814798A 1997-09-10 1998-09-02 インクジェットプリントヘッド及びフィルタ要素の製造方法 Pending JPH11129482A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US926692 1997-09-10
US08/926,692 US6139674A (en) 1997-09-10 1997-09-10 Method of making an ink jet printhead filter by laser ablation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11129482A true JPH11129482A (ja) 1999-05-18

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