JPS5989168A - オリフイスウエ−ハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明Ｉｎｋ、　、４−リフイスクエーノ・の製造方法
、更に具体的にはインク・ジェット記録装置に使用する
ノズルのオリフィスウェーハの製造方法に関する。

インク・ジェット記録装置において、液体インクは圧力
下で非常に小さな万リフイスを有するノズル装置へ−ｔ
ｊえられ、非常に微細なかつ連続したインク・ジェット
がオリフィスを通して噴射される。オリフィス素子が、
液体通過路を有しかつ圧力を加えられた液体インクの源
へ接続されるノズル・ブロックへ固定されたノズル装置
は知られている。記録のために最も望ましいジェット流
は、オリフィスの縦横比即ちオリフィスの直径対長さの
比が非常に小さく、例えば１より少ないオーダである時
に発生されることが発見された。これは、オリフィス素
子が極度に小さくなければならないことを意味する。こ
のような小さなオリフィス素子の処理は、組立工程にお
いて困難であった。更に、極度に小さなオリフィス素子
をノズル構成体へ付加することは、特Ｋｌｉ置合わせの
点で１つの問題を提起する。ストリーム噴射の方向は、
インク・ジェット記録装置においてジェット制御素子と
共に組立てられた時ｆ（正確に配置されねばならないか
らである。オリフィス素子の配列がノズル構成体＆で関
して非常に微小な誤差を有しても、ジェット流の方向に
非常に大きな誤差を生じる。この訃差は、記録装置素子
の汚染を惹起し、もしくは記録装置において正確な位置
合わせを達成するため複雑な構造を必要とするに至る。

本究明の目的は、インク・ジェット記録装置のノズル装
置角で使用するオリフィス素子の製造方法を提供するこ
とである。

ノズル装置は、支持ブロックと本発明のオリフィスウェ
ーハとより成る。ブロックは液体インクの源へ接続可能
な流体通路を有し、この流体通路はブロックの平坦表面
ＶＣある開孔で終っている。

オリフィスウェーハは、その本体部分に固着された環状
オリフィス素子を含み、オリフィス素子の環状端部表面
及びウェーハ本体表面は共通平面を形成し、オリフィス
素子中の開孔軸はこの共通表面に垂直ｒ（なっている。

ウェーハの共通表面は、支持ブロックの平坦面へ接着さ
れ、オリフィス素子の開化とブロック中の液体開孔は整
列している。

１１′Ｌ置づけ表示（水平面及び垂直面を有する溝の形
態であることが望ましい。）は、オリフィス素子をノズ
ル・ブロック中の流体開孔と整列させるため、ブロック
中に形成される。ブロック中の開孔は、オリフィス開孔
より大きい力５、オリフィス素子の環の直径よりも小さ
く、流体防止シールがブロック中の流体開孔の周り、及
びオリフィス素子とノズル・ブロックとの間に達成され
る。この事は、圧縮されたインクがブロックへ与えられ
る時オリフィス装置の周υで漏れが生じないことを保証
する。ノズル装置の正確な照準のために、ノズル・ブロ
ックには基準面が設けられる。ウエーノｈの共通表面と
、ウェーハが接着されるブロックの表面とは、この基準
面と平行している。このような構成において、ノズル装
置は、インク・ジェット記録装置の支持構成体中に載せ
られた時、容易にかつ手早く高い正確度で位置合わせを
行うことができる。

本発明に従って、ウェーハを製作するための方法は、ガ
ラス又は繊維質のまっすぐな細長い管をカプセル化物質
で囲み、それを管の軸に垂直の簿い断片として切断する
ことより成る。予め位置合わせされたノズル装置に望ま
れる正確度を達成するため、カプセル化物質は、少なく
とも２つの平坦な直角外部位置づけ表面を有するようＩ
／ｃ機械加工されたセラミック・ブロックの形式をとる
。ブロックの第３表面は、２つの外部位置づけ表面に平
行な２つの直角平坦内部位置づけ表面を有する溝を有す
る様に機械加工される。所望の外部直径及び厚てに予じ
め引抜かれた１本の管が、溝の中に置かれて、管の周囲
が溝の長さにわたって双方の内部位置づけ表面々接触す
るようにされる。カプセル化は、管と内部位置づけ表面
との接触を保ちつつ、溝の空間を凝固物質で充填するこ
とによって完了する。実施例において、管はガラスでｓ
ｂ、充填物質は管の上部の溝に置かれた接着用ガラスで
らυ・加熱されると（真空中が望ましい）、融解した接
着用ガラスは管の周囲の空間へ流れてそこを充填する。

冷却した後、管と凝固充填物質よ構成るブｒ」ツクは、
ウェーハ・ブロックの外部１〃置づけ表面に垂直の平面
ＶＣ清って、薄い断片へ切断される（オリフィス素子の
究極的な所望の長さよシ厚いことが望ましい）。管は溝
の内部で外部位置づけ表面に関して正確に配列されてい
るから、外部位置づけ表面に対しで垂直に切断すること
は、オリフイ′、７．素子の開化がウエーノ・表面に対
して正確に直角で１且つ共通平面を有することを保証す
る。

かくて、オリフィス素子の正確な位置合わせは、切断ツ
ールを管の中実軸と整列させるため、時間のかかる労力
を要することなく容易に達成される。

更に精密なノズル装置を製作する方法は、ノズル・ブロ
ックを形成することを考慮するものである。このノズル
・ブロックは、平行で平坦な前面及び、背面を有するセ
ラミックであることが望ましく、背面は位置合わせのた
めの基準面を形成する。

圧力を加えられた流体の源へ接続するための流体通路は
、ノズル・ブロック中に形成さハ、ブロックの前面にあ
る開孔は、環状オリフィス素子の外側直径よシも小であ
るが、オリフィス素子中の開孔よりも犬である。オリフ
ィスウェーハ・はノズル・ブロックの前面へ固着され、
オリフィス素子の開孔は通路の流体開化と整列される。

このため、オリフィス素子及びウエーノ＼本体の環状端
表面をノズル・ブロックの前面へ接着することによって
、流体防止シールがノズル・ブロックの前面の開孔の周
シで形成される。本究明の実施例において、接着は、ノ
ズル・ブロックの前面へ接着用ガラスの薄い被覆を与え
ることによって達成される。被覆は、少なくともウェー
ハの而と同一平面のノズル・ブロックの前面部分及び通
路開孔の周囲を完全に包む。ウェーハが正しく整列され
、その共通平面をはんだ用ガラスの層と接触はせた後、
その組立体が加熱されると、接着用ガラスは融解し、そ
れが冷却されると、ウェーハ及びオリフィス素子はノズ
ル・ブロックの前面へ接着される。次いで、ウェーハは
、／ズル・ブロック上の背面と平行ＶＣなるように、機
械加工で所望の厚きにされる。

この７Ｊ（は、オリフィス素子が所望の縦横比を有し、
かつノズル・ブロックの基準面に関して正確に位ｉＦｆ
合わせでれることを保証する。

かくて、大きさ及び方向の位置合わせに関して非常に正
確なノズル装置が提供されることが明らかである。更ｒ
（、実施するのに比較的容易であシ、かつ取扱い易い部
情を使用してオリフィス素子の正確なｒ立置づけ基準を
提供するノズル装置を製造する方法が提供てれる。

第１図のノズル装置２ｏは、平行な前面２２及び背面２
６を有するノズル・ブロック２１を含む。

ａ体通？’８２４　（第１０図参照）はノズル・ブロッ
ク２１の下部に形成され、前面２２の開孔２５で終端す
る１つの端部と、背面２３で終端する第２の端部２６と
を有する。通路２４の第２部分２６は、圧力下［４る液
体インクの源へ接続するための管を受取るよう拡大され
るのが望ましい。流体通路２４は、ブロック２１の背面
から生じるように示されるが、圧縮液体インク源への接
続は、ブロック２１の側面における開孔を介してなされ
てもよいことが明ら〃）である。位置づけ溝２７及び２
８は、ブロック２１の側面２９及び３０に形成される。

位置づけ溝２８及び２９の垂直面６１及び水平面６２は
、前面２２ＶＣおける開孔２５ｖｃ関してｘ−ｙ座標基
準点として働く。

本発明のオリフィスウェーハ３３　ｕ、、該’：’工一
ハに固定されかつ接着層３５Ｖｃよってノズル・ブロッ
ク２１の前面ヘウェーハと共に接着されたオリフィス素
子３４を含む。オリフィス素Ｆ３４６′ｉ、ノズル・ブ
ロック２１中の開孔２５と整列された開孔３６を有する
。第１１図で分るように、オリフィス開化３６は、開孔
２５よシ実質的に小さな直径を有しく開孔２５も接着層
６５中へ延長される）、オリフィス素子６４の外側直径
は、開孔２５の直径よシ実質的に大きい。以下の説明で
明らかになるように、開１Ｌ６６はノズル・ブロック２
１の背面２３へ垂直の中実軸を有する。背面２３はノズ
ル装置２０のために基準面として働く。

オリフィスウェーハ３３を製作する方法は、次の如くで
ある。

実質的に正方形横断面を有するセラミック・つ工−ハ・
ブロック４３（第２図〜第５図参照）が、正確に直交し
た側面４４と底面４５とを有するように機械加工される
。位置づけ溝４６（正方形横断面を有するのが望ましい
）が、ブロック４６の上部に設けられる。溝４６の設置
は、内部表面４７が外部表面４４と平行になり、底面４
８が外部底面４５と平行になるようＫなされる。次の処
理スデツプは、まっすぐな１本のオリフィス管４９を溝
４６へ置き、この管の周囲が内部位置づけ表面４７及び
４８と接触するようにすることである。

オリフィス管４９はウェーハ・ブロック４６より長いこ
とが望ましく、その両端がウェーハ・ブロック４３の終
端表面５０及び５１を越えて延長される。オリフィス管
４９は、その全長にわたって実質的に均一の外部直径を
有するように前もって伸長されている。この外部直径は
、前述した如くノズル・ブロック２１の前面２２　ＶＣ
ｉ、る開孔２５の直径より大でろ７−ｏ更に、管４９Ｖ
Ｃ’ｌ）る開孔３６は、ノズル・ブロック２１の前面２
２にある開孔２５の直径より幾分小さい所望のサイズに
製造されている。ガラス引抜用の各種の装置が使用され
てよく、かつ先行技術として周知である。とれらは本発
明の１部を形成しない。管４９を溝４６へ配置した後、
終端プレート５２及び５３が、ウェーハ・ブロック４６
の前面５０及び背面５１を越えて延長される管にゆるや
かＶＣ（＝Ｊけられる。端末プレート５２．５３及び管
は内部１ケ置付は表面４７及び４８ｖＣ接触するように
管４９を保持する。

ブロック４３は、管４９が溝４６の内部表面４７及び４
８と接触を保つように、垂直状態からやや傾けられる。

管４９を内部位置づけ表面４７及び４８と接触させる他
の方法は、管の直径と実質的に同じ大きさｒ（溝４６を
カットするが、管４９に沿った１つ以上の地点でセラミ
ックを使用するくさび形を溝４６に設けることである。

これらの方法は、管がまっすぐでない場合に使用されて
よい。

次いで、溝４６は粉末状の接着用ガラスか、又は寸断し
た繊維で充填され、管の外側の空間が実質的に満たされ
る。セラミックのカバープレート５４が、ウェーハ・ブ
ロックの上部表面５５に置かれ、接着用ガラスで充填さ
れた溝４６を完全に閉じる。次ｒ（組立体は、空室ｖｃ
、＠かれ１、第５図に示される如く、やや傾斜状態にさ
れる。次に組立体は、接着用ガラスのみを融解する温度
（例えば、４６０℃へ加熱され、ウェーハ・ブロック４
３Ｖｃおける管４９のカプセル化が完了する。加熱は、
接着用ガラスが管４９ＶＣよつで占有されない空間を充
填するのＶＣ必要な時間だけ（例えば、３０分）なされ
、その間に管はその全長にわたって内部位置づけ表面４
７及び４Ｂと接触を保つようｖｃ−ｙれる。

加熱に続いて、全体の組立体は冷却され、接着用ガラス
は凝固し、ガラス管４９をウェーハ・ブロック４３へ固
着する。オリフィス管４９の直径に対する溝４６の幅は
変えることができるから、望ましい幅としては、接着用
ガラスが融解する時に毛細管現象が起って、溝の両端間
の領域でより完全な（７１着が生じるような幅である。

空温へ冷却された後、ウェーハ・ブロック・オリフィス
管組立体は、第６図に示される如く、ウエーノ蔦６３へ
切断される準備が完了する。切断は、組立体に関して移
動可能な、均一に間隔を設けられた複数個の鋸５６を使
用してなされるのが望ましい。第１図のオリフィス素子
ろ４の正確な位置合わせを達成するため、鋸は、ウェー
ハ・ブロック４３の外部表面４４及び４５に垂直な平面
ＶＣＧって切断するようＶＣなされる。セット及びカッ
トは、当技術分野における周知の各種の方法でなされて
よいが、ウェーハ・ブロック４ろの組立体を集団鋸の作
業片固定台へ載せるのが望ましい。組立体は、表面４４
及び４５が銅面に対して正確ＶＣ垂直となるよう調節す
ることができる。セットした後、このブロックは銅面と
平行に送られ、切断が生じる。回転鋸が示されているが
、往復鋸も使用されでよい。

ウェーハ本体、本発明に従って１個宛切断されても」：
いが、第５図に示される如く、集団鋸を使用して各ウェ
ーハを同時に切断するのが望ましい。何故ならば、それ
によシウエーノ・の全長を通じて均一の厚さが得られる
からである。もし切断が、１本刃鋸てなされると、ウェ
ーハは切断の過程で均一な厚さでないように切断される
おそれがあり、個々のウェーハを均一の厚さに保証する
ために、追加的な仕上げ工程が必要となろう。

更に、ブロックから端部のウェーハを切断することは放
棄されてよい。何故ならば、管４９の端部はこれら端部
ウェーハのウェーハ本体の外に延長されているからであ
る。更に前述した如く、溝４６及び管４９の相対的太き
ｉｖｃ依存して、接着用ガラス充填材は、ウェーノドブ
ロックの端部に近い領域において、管によって占有され
ない空間を完全に満たさず、領域中で十分な緊密接着を
与えないかも知れない。

前述した如くウェーハは、オリフィス素子５４の開孔６
６の最終的な所望の長さよシ厚い大きさに切断される。

最大精度のためには、）〆ル・ブロック２１の前面２２
へ接着されるべき側面ｖｃ　６るウェーハ６６の表面は
、ラップ仕上げされて研磨される。

第７０〜第１０図から分るように、ブロック２１の上に
ウェーハを載せる工程は次のようである。

均一な厚さの接着材の薄い層が、ノズル・ブロック２１
の前面２２へ付着される。接着材は接着用ガラスである
ことが望ましい。接着用ガラスは、刷毛で塗布されてよ
い。その場合、塗布は溝２７及び２Ｂの整列表面３２の
端部より幾分下にある前面２２の下部においてのみなさ
れる。接着用ガラス層ろ５は、遠心力作用を受けるコロ
イド懸濁液から接着用ガラス粒子を堆積する方法によっ
て製作されてもよい。その場合、全体の表面２２が被覆
されてよく、又は上の部分がマスクされ、次いで底層Ｊ
：、ＶＣのみ粘着性被覆を残すように除去されてよい。

接着用ガラス層を表面２２上に堆積する遠心力利用方法
によって、非常に薄い均一層が、直接的に達成される。

しかし、接着用ガラス層が塗布によってなされるならば
、第９図の＃１１５７で示される如く、層は所望の厚さ
へ研削され、層が均一となりかつノ゛ズル・ブロック２
１　（７）背面２３と実質的ｒ（平行ＶＣなるようにさ
れる。接着層６５を研削した後に、オリフィス・ウェー
ハろ６がそのＬｒ（置かれ、オリフィス素子ろ４の開孔
６６が開孔２５と整列される。整列は、溝２７の垂直面
ろ１、及び溝２７及び２８の水平面６２を基準として正
確ＶＣなきれる。これらの面は、開孔３６の中心を開孔
２５内で正確ｖｃ位置づける。次にウェーハ６６は、ブ
ロック２１へ軽く重ねられる。組立体は、接着用ガラス
の接着層３５を融解するような温度へ加熱きれる。ウェ
ーハ３６をブロック２１へ重ねることは、接着用ガラス
が融解した時、それがオリフィス素子ろ４の開孔３６へ
突出きれないよう、相対的に軽くなてれなければならな
い。

合理的な加熱時間の後（約３０分）、組立体は冷却され
る。層６５の接着用ガラスは、ウェーノｈ３６をノズル
・ブロック２１の前面２２へ強固ＶＣ接着する。この接
着は、開孔２５の周囲及びオリフィス素子とブロック２
１との間に流体防止シールを与える。冷却に続いて、オ
リフィス・ウェーノ・３ろはラップ仕上げされ、開孔３
６の所望の縦横、比が得られるよう、所望の浮石へ研削
される。オリフィスウェーハ３３の外面の研削は、ノズ
ル・ブロック２１の背面２３に平行した線５８に？Ｆｊ
ってなされる。この事は、オリフィス素子６４の開化３
６が、ノズル・ブロック２１の背面２３ＶＣ関して正確
に位置合わせされることを保証する。かくて、完成した
ノズル装置組立体がインク・ジェット記録装置へ載せら
れる時、オリフィス素子６４は、背面２３及び表面６１
．３２１／ＣＪ：つて形成されるＸ−Ｙ位置を基準とし
てノズル・ブロック２１を位置づけることにより、正確
ｖｃ　（Ｂ−、置合わせでれる。

かくて、オリフィスの大きさ及び方向の精度が高いノズ
ル装置が提供され小ことが分る。更に、製作方法は比較
的に簡単である。オリフィス素子を大型ウェーハ素子の
一体的な１部として形成することによって、オリフィス
・ブロック２１中の開孔２５と対向するオリフィス素子
及びその位置の取扱いが、容易に管理される。更に、位
置づけ溝を使用することにより、オリフィス開孔ろ６は
、比較的容易な方式で非常に正確ＶＣ位置づけられ得る
。

各種の物質が、本発明に従ってノズル装置を製造するた
めに使用きれ得るが、本発明を実施する望捷しい物質は
、ノズル・ブロック２３、ウェーハ本体ろろ、カバー・
プレート５４を形成するだめの機械加工可能なセラミッ
クである。前述した如く、オリフィス素子ろ４は、ガラ
ス管から形成をれ、充填物質及び接着物質は、接着用ガ
ラスである１、これら特定物質の選択は、それらの膨張
併数が１１１χ、Ｊ的に近接する」：うになされればよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って製作されたオリフィスウェーハ
が取付けられたノズル装置の斜視図、第２図〜第５図は
本発明のオリフィスウェーハ製造工程を示す一連の図、
第６図は第２図から第５図までに示された方法に従って
製作されたオリフィスウェーハの正面図、第７図〜第１
０図は第６図のウェーハ素子をノズル・プロンクー・組
込むステップを示す一連の図である。 ２０・・・・ノズル装置、２１・・・・ノズルＯブロッ
ク、２５・・・・開孔、２６・・・・通路、２７．２８
・・・・位置づけ溝、３３・・・・オリフィスウェーハ
）、６４・・・・オリフィス素子、３５・・・・接着層
、６６・・・・開孔、４１・・・・開孔、４３・・・・
ウェーノー・ブロック、４６・・・・溝、４９・・・・
オリフィス管、５０１５１・・・・端面、５２．５３・
・・・終端プレート、５４・・・・カバー・プレート。 第７図　　　　　　　　　第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウェーハブロックに溝を設け、該溝Ｋｍ状オリフィス素
   子となる開口を有する細長い管を入れ、該溝の残９の空
   間を凝固充填剤で充満固定し、該ウェーハブロックを両
   断面が平行な平坦面となるように切断することにより、
   環状オリフィス素子の周囲をウェーハで保持して成るオ
   リフィスウェーハの製造方ｌ去。