JPH11216872A - インクジェット式プリントヘッドの製造方法 - Google Patents

インクジェット式プリントヘッドの製造方法

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JPH11216872A
JPH11216872A JP10324905A JP32490598A JPH11216872A JP H11216872 A JPH11216872 A JP H11216872A JP 10324905 A JP10324905 A JP 10324905A JP 32490598 A JP32490598 A JP 32490598A JP H11216872 A JPH11216872 A JP H11216872A
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ピー フィッシャー アーモン
J John Peter
ジェイ ジョン ピーター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第一のインク流路基板と第二の加熱用要素基
板とを信頼性高く整列することを確実にする工程により
製造される、インクジェット式印刷装置用プリントヘッ
ドを提供する。 【解決手段】 少なくとも一つの実質的に平坦な表面を
有する第一の基板を設ける。その表面上に加熱要素の列
を形成する。それらの加熱要素には、電極から電流パル
スが印加される。基板表面上に絶縁層を設ける。次い
で、その絶縁層に化学的または機械的処理を施し、それ
により加熱要素が露出される。少なくとも一つのインク
液だめおよび一つのインク流路を有するインク流路基板
を形成する。流路基板上にキーまたはキー溝を形成し、
それに対応するキー溝を絶縁層上に形成する。キーおよ
びキー溝を整列用ガイドとして用いて、インク流路基板
を加熱要素基板に接着固定することによって、インク流
路および加熱要素を適切に配置する。

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式プ
リントヘッドに関し、特にサーマルインクジェット式プ
リントヘッドおよびその改良された製造工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明が係わるインクジェット式印刷シ
ステムは一般的に、サーマルインクジェット式またはバ
ブルインクジェット式のどちらかに分類される。サーマ
ルインクジェット式プリントヘッドは通常、インクを内
部に含む一つ以上の流路を有する。その流路の一方の端
部には小さなインク供給チャンバが接続され、反対側の
端部には、ノズルと称される開口部が設けられる。通常
は抵抗である熱エネルギー発生器が、各流路においてノ
ズルの近くに、所定の距離離されて設置される。それら
の抵抗には電流パルスが個別に印加され、それによりイ
ンクが一瞬の間気化されて気泡を形成する。気泡が膨張
するにしたがいインクはノズルから隆起し、表面張力に
よって保持されてメニスカスを形成する。気泡がつぶれ
始めると、未だ流路内のノズルと気泡の間にあるインク
は、つぶれる気泡側へと移動する。それによりノズルに
てインクの体積収縮が発生し、結果的に隆起したインク
が小滴として分離する。気泡が膨張する際に生じるイン
クのノズルから外への加速によって、用紙などの記録媒
体へ向かって実質的に一直線の方向への運動量および速
度が、小滴に作用される。上述のタイプのシステムが米
国特許第４，４６３，３５９号、第４，８４９，７７４
号、および第５，１９２，９５９号にて説明されてお
り、これらの特許を本願に引用して援用する。
【０００３】インク流路を形成する第一の基板と、加熱
電極を含みプリントヘッドを完成させる第二の基板とを
接合させる方法が、サーマルインクジェット式プリント
ヘッドを製造する好適な技術である。例えば、米国再発
行特許第３２，５７２号（本願に引用して援用する）に
おいては、複数のインクジェット式プリントヘッドを二
枚のシリコンウェハから形成する方法が開示される。複
数セットの加熱要素およびそれらに個別に作用する電極
が、一方のウェハの表面上に形成され、それらに対応す
る複数の並列した流路が、他方のウェハの表面上に異方
性エッチングにより形成される。各流路は、多岐管に接
続されている。充填孔（fill hole）および整列用開口
が、流路が形成されたウェハの反対側の表面にエッチン
グされる。さらに整列用マークが、加熱要素を有するウ
ェハ表面の所定の箇所に設けられる。流路を有するウェ
ハ表面は、整列用開口および整列用マークを通じて、加
熱用要素と整列される。そして、二つのウェハは接着さ
れる。整列され接着された二枚のウェハを裁断すること
により、複数の個別のプリントヘッドが得られる。
【０００４】次いで、流路のノズルがドーターボードの
縁に並列するように、各プリントヘッドは、電極または
ドーターボードの縁部に固着されて設置される。プリン
トヘッドの電極は、ドーターボード上の対応する電極に
ワイヤボンディングされる。プリントヘッドを含むドー
ターボードは、インク供給カートリッジ上に設置され
る。適切に機能するにはもちろん、各加熱要素および各
インク流路が精密に整列されていることが重要である。
米国再発行特許第３２，５７２号に開示される製造工程
の概観から明白であるとおり、プリントヘッドの製造に
おいては、個々の構成品を適切に整列することに主な重
点が置かれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の主な課題は、改
良された新しいサーマルインクジェット式プリントヘッ
ドを提供することである。
【０００６】本発明の利点は、第一のインク流路基板と
第二の加熱要素基板とを信頼性高く整列することを確実
にする工程により製造される、改良された新しいプリン
トヘッドを提供できる点である。
【０００７】本発明のさらなる課題および利点は、部分
的には以下に述べられ、また部分的には以下の説明から
明白であり、もしくは本発明の実施によっても明らかに
なる。本発明の課題および利点は、請求項に記載された
手段および組み合わせによって実現および達成できる。
【０００８】本発明の目的にしたがって前述の課題を達
成するために、以下に説明される実施形態および概略の
とおりのサーマルインクジェット式プリントヘッドが提
供される。本発明のサーマルインクジェット式プリント
ヘッドでは、インク流路を含む第一の基板が、加熱ユニ
ットを含む第二の基板に接着される。加熱ユニットとそ
れらに対応する各インク流路との整列は、二つの基板に
形成され対で作用するキーおよびキー溝要素によって達
成される。本発明は、プリントヘッドおよびウェハ薄片
（wafer scale）のどちらにも使用することができる。
さらにキーおよびキー溝による整合システムは、いずれ
の必要な裁断作業の事前に実施されるウェハ整合の際に
使用してもよいし、個々のプリントヘッドの加熱要素と
インク流路要素とを整合するために使用してもよい。
【０００９】好適な実施形態においては、インク流路基
板および加熱ユニット基板の整合面は、実質的に同一平
面上にある。またこれらの基板は、第一の直線的キー溝
チャンネルと、第一のキー溝チャンネルに直交する第二
の直線的キー溝チャンネルと、第一の整合キーリッジ
（key ridge）と、第二の整合キーリッジとを含む。こ
れらのキーリッジは、キー溝チャンネルと対で作用す
る。
【００１０】他の形態においては、一方の基板は、他方
の基板の対応する側壁に重なる横面の側壁または背壁を
含むよう形成される。それにより、左右および／または
前後の整列が可能になる。本発明のこの形態は、キー溝
チャンネルおよびキーリッジ要素に追加して使用するこ
ともできるし、またはそれらの代替品として使用するこ
ともできる。
【００１１】新規の発明である本発明のプリントヘッド
は、以下の方法によって製造できる。この方法は、
（ａ）少なくとも一つの一般的に平坦な表面を有する第
一の加熱要素基板を設けるステップと、（ｂ）前記平坦
な表面上に加熱要素の列を形成し、前記基板上に電極の
パターンを形成することにより各前記加熱要素に対して
個別作用を実施できるようにするステップと、（ｃ）前
記平坦な表面上に絶縁層を設けるステップと、（ｄ）前
記絶縁層をフォトパターニング（photo-patterning）し
て前記加熱要素を露出するステップと、（ｅ）少なくと
も一つのインク液だめおよび一つのインク流路を有する
インク流路基板を形成するステップと、（ｆ）前記イン
ク流路基板上にキーを形成し、それに対応するキー溝を
前記加熱要素基板上に形成して、整列機構を備えるステ
ップと、（ｇ）前記整列機構を用いて、前記インク流路
基板を前記加熱要素基板に接着固定することによって、
前記インク流路および前記加熱要素の適切な配置を達成
するステップと、を有する。
【００１２】本発明の特に好適な形態においては、イン
ク流路基板は成形されたプラスチック片である。このプ
ラスチック流路基板は、所望の形のシリコンプレフォー
ムを作成するステップと、そのシリコンプレフォームを
ニッケルなどの金属を用いて電気メッキして金属型を作
成するステップと、その金属型内でプラスチック流路基
板を成形するステップと、を含む工程によって形成され
る。この工程は、米国特許第５，６１７，６３１号（本
願に引用して援用する）に、さらに詳細に説明される。
【００１３】なお、本発明の好ましい態様を以下に示
す。
【００１４】（１）請求項１に記載の方法において、前
記第一の基板はシリコンによって構成されることを特徴
とするインクジェット式プリントヘッドの製造方法。
【００１５】（２）請求項１に記載の方法において、前
記絶縁層はポリアミドによって構成されることを特徴と
するインクジェット式プリントヘッドの製造方法。
【００１６】（３）請求項１に記載の方法において、前
記処理はフォトパターニングであることを特徴とするイ
ンクジェット式プリントヘッドの製造方法。
【００１７】（４）請求項１に記載の方法において、前
記インク流路板はプラスチックによって構成されること
を特徴とするインクジェット式プリントヘッドの製造方
法。
【００１８】（５）請求項１に記載の方法において、少
なくとも前記キーは前記インク流路板の両端部に配置さ
れ、前記基板の側壁と共同で垂れ下がる部材を形成する
ことを特徴とするインクジェット式プリントヘッドの製
造方法。
【００１９】（６）請求項１に記載の方法において、前
記接着固定された前記第一の基板および前記流路板は裁
断され、複数のより小さいプリントヘッドユニットを形
成することを特徴とするインクジェット式プリントヘッ
ドの製造方法。
【００２０】（７）請求項１に記載の方法において、前
記キーは前記流路板上に形成され、前記キー溝は前記基
板の前記絶縁層に形成されることを特徴とするインクジ
ェット式プリントヘッドの製造方法。
【００２１】（８）請求項１に記載の方法において、前
記キーは直線的なリッジによって構成され、前記キー溝
は直線的なチャンネルによって構成されることを特徴と
するインクジェット式プリントヘッドの製造方法。
【００２２】（９）サーマルインクジェット式プリント
ヘッドにおいて、インクを受ける複数の流路を含む第一
の成形プラスチック構成品と、複数の電子的な作用が施
される加熱要素を含む第二のシリコン基板とを有し、前
記プラスチック構成品は前記シリコン基板と整合され、
前記加熱要素および前記インクを受ける複数の流路が適
切に整列されることにより、前記流路内のインクの気化
が可能であり、前記プラスチック構成品には垂れ下がる
縁部、対面するリッジ、またはそれらの組み合わせが含
まれ、これらは前記基板の対応する側壁、凹部、または
それらの組み合わせと共同で、前記プラスチック構成品
と前記シリコン基板との適切な整列を達成することを特
徴とするプリントヘッド。
【００２３】（１０）上記（９）に記載のプリントヘッ
ドにおいて、ポリイミド層が前記シリコン基板の整合面
を形成することを特徴とするプリントヘッド。
【００２４】（１１）上記（１０）に記載のプリントヘ
ッドにおいて、前記凹部は前記ポリイミド層に形成され
ることを特徴とするプリントヘッド。
【００２５】（１２）上記（９）に記載のプリントヘッ
ドにおいて、少なくとも二つの直交するリッジおよびそ
れらと対で作用する凹部を含むことを特徴とするプリン
トヘッド。
【００２６】（１３）サーマルインクジェット式プリン
トヘッドにおいて、インクを受ける複数の流路を含む第
一の成形プラスチック構成品と、複数の電子的に配置さ
れる加熱要素を含む第二のシリコン基板とを有し、前記
プラスチック構成品は前記シリコン基板と整合され、前
記加熱要素および前記インクを受ける複数の流路が適切
に整列されることにより、前記流路内のインクの気化が
可能であり、前記プラスチック構成品には垂れ下がる縁
部、対面するリッジ、またはそれらの組み合わせが含ま
れ、これらは前記基板の対応する側壁、凹部、またはそ
れらの組み合わせと共同で、前記プラスチック構成品と
前記シリコン基板との適切な整列を達成することを特徴
とするプリントヘッド。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明は、図に示し説明する新規
のパーツ、構造、配置、組み合わせ、および改良点に存
する。本明細書に含まれその一部をなす添付の図面は、
本発明の一つの実施形態を図解し、以下の説明と共に本
発明の原理を明確にする。
【００２８】以下、添付の図面に図解された具体例であ
る本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２９】なお、本発明は好適な実施形態に関連して
説明されるが、本発明をその実施形態に限定することは
意図しない。反対に、請求項によって規定される本発明
の精神と範囲に含まれる全ての代替形態、修正および変
形を含むことを意図している。
【００３０】図１および図２に、ジェットノズル７が形
成された前面５を有する基板３を含むプリントヘッド１
を表す。基板３は、成形されたプラスチック構成品であ
ることが好ましい。さらに、ヒータ基板９が備えられ
る。ヒータ基板は完成状態において、米国特許第４，８
５１，３７１号（本願に引用して援用する）にてさらに
詳細に説明される加熱要素（図示せず）を含む。絶縁層
１１が、プラスチック基板３とヒータ基板９との間に、
パターンがつけられた中間面を形成する。好ましくはポ
リイミドであるこの絶縁層は、電子回路を移動性イオン
およびインクから保護する不動態化層である。
【００３１】新規の発明である本発明の整列機構は、斜
視図にて描かれている。基板３の垂下側面１３（キー）
は、ヒータ基板９の側壁（キー溝）との側部整列手段を
形成する。さらに、図２に明解に示すように、溝１５
（キー溝）が絶縁層１１内に形成され、それと対で整合
するリッジ１７（キー）が基板３に形成される。これら
により、前後の整列がなされる。この整列機構は、個々
のプリントヘッドの製造に際して特に有益である。さら
に詳細に言えば、キーおよびキー溝のシステムを設けた
結果、適切に成形されたプラスチック基板またはエッチ
ングされたシリコン基板は、クリップまたは接着固定を
通じて精密に整合できる。
【００３２】基板３は、当業者に周知のポリイミド、ポ
リウレタン、ポリ酢酸ビニル、マイラー（商品名）また
は他の熱可塑性高分子材料によって形成されることが好
ましい。ヒータ基板は、シリコンによって作成されるこ
とが好ましい。もちろん、上述の材料に限定されること
はなく、当業者に周知のいずれの材料を含むことも可能
である。
【００３３】次に図３および図４を参照しながら、本発
明をウェハ薄片の製造に適用した場合を説明する。好適
な製造方法においては、個々のプリントヘッド１は、一
体構造のインク流路ウェハ２１が一体構造のヒータウェ
ハ２３に接着された積層体２０を形成することにより得
られる。それらのウェハの整列は、二つのウェハに設け
られ互いにかみ合うリッジ（キー）および凹部（キー
溝）によって達成される。ウェハは接着結合後、米国特
許第５，２１８，７５４号、第４，７８９，４２５号、
および第４，８２９，３２４号（これらの特許を本願に
引用し援用する）に記載の工程にしたがい裁断される。
裁断作業は、プラスチックウェハを貫通する切断２５を
含む。裁断作業によって、図１にさらに明確に示すとお
り垂下整列（キーおよびキー溝）構造１３が形成され
る。さらに詳細に言えば、ウェハ薄片におけるリッジお
よび凹部の配列が、プリントヘッドユニットの整列用垂
下側壁となる。後面からの第二のさいの目状切断部７
（dicing cut）により、最終的分離が実施される。ま
た、切り欠き２９および溝３１を、インク流路ウェハ２
１およびヒータウェハ２３の絶縁層の各々に施すことが
図に示される。それにより、それらのウェハの整列が達
成される。
【００３４】特に図４に関して言えば、ウェハを個々の
ユニット１に分離するために必要なさいの目状切断の位
置を含んだ、ウェハ積層体２０の側面図が示される。さ
らに詳細に説明すると、上面の切り欠き２９および溝３
１が、底面のさいの目状切断３３に加えて実施される。
それにより、第一のプリントヘッドユニット１および第
二のユニット１’の双方に、電気的ボンディングパッド
領域が形成される。
【００３５】図５、図６、および図７には、新規の発明
であるプリントヘッド４０の他の実施形態が示されてい
る。この実施形態では、左右および前後の整列の両方の
場合において、整列機構（キーおよびキー溝）は絶縁層
４１および４７のフォトエッチングのみによって形成さ
れる。さらに詳しく説明すると、薄いポリイミド層４１
および厚いポリイミド層４７が、上部に位置するインク
流路基板４８と共同で、インク液だめ領域４３およびノ
ズル開口部４５の双方を形成するよう設けられる。プリ
ントヘッド４０は、後部にキーおよびキー溝構造４９を
備え、それが前後の整列用機構となる。プリントヘッド
はまた、長手方向のキーおよびキー溝構造５１を有す
る。これにより、上部のインク流路基板４８および下部
の加熱基板４２は、プリントヘッドユニット製品に対し
て決定的に整列される。個々のプリントヘッドモジュー
ルがこのように確実に製造されることによって、組み上
げられたプリントヘッド内に、適切に整列されたインク
ジェットノズルが含まれることがさらに確実になる。
【００３６】要点をまとめると、本発明は、製造時にイ
ンク流路およびヒータ要素が正確に整列されることを保
証する機械的な整列構造を用いることによって、サーマ
ルインクジェット式プリントヘッドを製造する優れた方
法を提供する。詳しく説明すると、キー溝は、シリコン
製ヒータ基板の絶縁層に、フォトパターニングまたは機
械的エッチングよって作成されることが好ましい。成形
プラスチックインク流路には整列用キーが設けられ、そ
れが一つの要素、すなわちシリコン製ヒータユニットの
精密裁断された縁部に垂れ下がる側壁となる。流路列内
のプラスチックリッジが、ヒータ基板上のポリイミドに
設けられたキー溝にはまることによって、前後の整列が
なされる。ヒータウェハの精密エッジを、セクションご
とに裁断する代わりにグループごとに裁断することによ
って、複数列のさいの目状のウェハ薄片集合体が得られ
る。
【００３７】プラスチックとシリコンとの間に熱膨張に
よるずれが通常生じるため、流路サイズおよび整列は、
装置の動作温度に適していなければならない。したがっ
て、複数のプラスチック流路列とシリコン製ヒータウェ
ハとを整列する際の温度は、装置動作温度でなければな
らない。
【００３８】さいの目状に分離するさいの目状切断は、
金属の切断プレートを高い送り速度にて用いることによ
り実施される。ノズルの切削に必要な装置に比べて、そ
れほど高価な切断装置は必要ない。
【００３９】このように、本発明にしたがえば、前述の
課題、目的、および利点を十分に達成するサーマルイン
クジェット式プリントヘッドおよびその製造方法が提供
される。本発明は特定の実施形態に関連して説明された
が、上記の説明から多くの代替形態、修正、および変形
が当業者にとって明らかになろう。したがって、請求項
によって規定される本発明の精神および広い範囲に含ま
れるそれらの全ての代替形態、修正および変形を含むこ
とを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 個別のインクジェット式プリントヘッドを示
す斜視図である。
【図２】 図１のプリントヘッドを示す断面図である。
【図３】 個々のユニットへの分割が前後でなされるウ
ェハとその切断位置を示す前面図である。
【図４】 左右へ分割されるウェハとその切断位置を示
す側面図である。
【図５】 本発明のプリントヘッドの他の実施形態を示
す斜視図である。
【図６】 図５のプリントヘッドを示す断面図である。
【図７】 図５のヒータ基板を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１’，４０ プリントヘッド、３，４８ インク流
路基板、９，４２ ヒータ基板、１１，４１，４７ 絶
縁層、１３ 垂下側面、１５ 溝、１７ リッジ、２０
ウェハ積層体、２５ 切断部、２７ さいの目状切断
部、２９ 切り欠き、３１ 溝、４３ インク液だめ領
域、４９ 後部キーおよびキー溝構造、５１ 長手方向
キーおよびキー溝構造。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インクジェット式印刷装置内で使用する
    プリントヘッドの製造方法において、 （ａ）少なくとも一つの実質的に平坦な表面を有する基
    板を設けるステップと、 （ｂ）前記表面上に加熱要素の列を形成し、前記基板上
    に電極を形成することにより各前記加熱要素に対して作
    用を実施できるようにするステップと、 （ｃ）前記平坦な表面上に絶縁層を設けるステップと、 （ｄ）前記絶縁層を処理して前記加熱要素を露出させる
    ステップと、 （ｅ）少なくとも一つのインク液だめおよび一つのイン
    ク流路を有するインク流路板を形成するステップと、 （ｆ）前記流路板上にキーまたはキー溝を形成し、それ
    に対応するキーまたはキー溝を前記絶縁層上に形成する
    ステップと、 （ｇ）前記キーおよびキー溝を整列用ガイドとして用い
    て、前記インク流路板を前記基板に接着固定することに
    よって、前記インク流路および前記加熱要素の適切な配
    置を達成するステップと、を有するインクジェット式プ
    リントヘッドの製造方法。
JP10324905A 1997-11-17 1998-11-16 インクジェット式プリントヘッドの製造方法 Pending JPH11216872A (ja)

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