JPH0226864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインク・ジエツト・プリント・ヘツド
用のインク室の形成方法に関し、バブル駆動イン
ク・ジエツト・プリント・ヘツド（bubble−
drivenink jet print head）用に特に適するもの
である。

バブル駆動インク・ジエツト・プリントに関す
る技術的背景は、米国出願番号第292841号および
次のアメリカ特許すなわち第4243994号、第
4296421号、第4251824号、第4313124号、第
4325735号、第4330787号、第4334234号、第
4335389号、第4336548号、第4338611号、第
4339762号および第4345262号に適確に述べられて
いる。そこに開示されている基本概念は、インク
含有毛細管と、インクを放出するオリフイスを備
えたオリフイス・プレートと、オリフイスに極く
近く置かれたインク加熱機構（一般には抵抗器）
とを備えている装置である。動作中、インク加熱
機構は速やかに加熱され、充分な量のエネルギー
をインクに与え、これによりインクの小部分を蒸
発させ毛細管内に気泡を生成する。この気泡が今
度は圧力波を作り出しオリフイスからインク滴を
隣接した書き込み面に押し出す。インクに与える
エネルギーを制御することにより、インク蒸気が
オリフイスから逃げ出す前に気泡を速やかに崩壊
させることができる。

しかしながら、上記の引用文のいずれに於て
も、プリント・ヘツドは複数の部品から成る構造
である。たとえば、抵抗器はほとんどの場合基板
上に置かれる。そのため正確に引かれた毛細管を
有するオリフイス・プレートを基板に取付けるに
あたつては、抵抗器とインク毛細管とを正しく位
置合わせするために多大の注意を払わねばならな
い。一般に、この取付けは接着剤やソルダー・ガ
ラス（solder glass）による接着、あるいはアノ
ード接着（anodic bonding、詳細はたとえば
Journal of Applied Physics 54(5)、1983年５
月、第2419頁乃至第2428頁の“Anodic bonding
of imperfect surfaces”と題された論文及び同
論文中の参考文献を参照されたい）で行なわれて
いる。このように複数部品から成る組立体を細心
に扱わなければならないため、このような印字ヘ
ツドの生産には多大な費用がかかる。

本発明によれば、モノリシツク構造を持つイン
クジエツト・プリント・ヘツド用インク室の形成
方法が与えられる。本方法によれば複数部品組立
体を組立てるために接着剤を使用する必要が無く
なる。この方法の概念は比較的標準的な集積回路
技術や印刷回路処理技術で製作可能な層状構造を
与えることである。まず最初に、所定の構造を有
する基板（たとえばバルブ駆動インク・ジエツ
ト・プリント・ヘツドにおいては通常抵抗器が設
けられた基板）を用意する。次に導電材料の基礎
を基板にしつかり取付ける。次にレジスト層を使
用して基礎の上にインク発射室の周辺壁及びイン
ク発射室間の隔壁となる壁を位置決めする。この
壁の位置は、個々の抵抗器を取り囲みそれらの間
を水力学的に隔離するように定められる。次に壁
が形成されるべき部分に電気めつきをして金属を
充填する。次いで壁の内部にあたるレジストの上
に金属のフラツシユ被覆（flash coat）を施す。
続いて第２のレジスト層を使用して所要のオリフ
イスとその部分の外形とを確定する（つまり、第
２のレジスト層を所要の形にエツチングするので
ある）。次にレジストの第１層と壁とを覆つてい
るフラツシユ被覆上に金属の第２の層を電気めつ
きにより形成する。次いでフラツシユ被覆とレジ
ストとが剥がし、金属の第２の層と壁とで確定さ
れる空所を残す。この金属の第２の層にオリフイ
スが設けられている。この空所は動作中インク抵
抗器等に供給するインク室を形成する。

以下、図面に基いて本発明の実施例を詳細に説
明する。

本発明の実施例によれば、モノリシツク構造を
持つバブル駆動インク・ジエツト（バブル・ジエ
ツト）・プリント・ヘツド用のインク室の形成方
法が与えられる。この方法を例示するためには、
比較的標準的な基板と抵抗器との組合せから始め
るのが最も良い。基板の上面図である第２図及び
そのAA断面図である第１図（以下の断面図は全
てAA断面図である）に示すように、２個の薄膜
抵抗器１３，１５がデポジツトされている基板１
１が与えられる。また２本のインク供給用毛細管
１７，１９がインクを抵抗器に供給するため基板
１１を貫通しているのがわかる。導電体２１，２
３はそれぞれ抵抗器１３，１５に電力を供給し、
また導電体２５は共通のアースになつている。こ
れら抵抗器と導電体の上面の上にはパツシベーシ
ヨン層（passivation layer）２７がある。上記
の基板の作成にあたつてはバブル・ジエツト技術
でよく知られている任意の材料と処理法とをほと
んど使用することができるが、好ましい実施例に
於ては、基板としては、代表的には厚さ0.762mm
乃至1.016mm（30ミル乃至40ミル）のガラスを選
定した。抵抗器１３，１５は夫々約60オームの抵
抗を得るためほぼ0.0762mm×0.0762mm（３ミル×
３ミル）であつて、また高々約0.127mm×0.1651
mm（５ミル×6.5ミル）までのタンタル・アルミ
ニウムを選定した。導電体２１，２３、および２
５はアルミニウム、ニツケル、および金のサンド
ウイツチ構造とし、またパツシベーシヨン層２７
はほぼ1.5ミクロンの厚さのAl₂O₃・SiO₂2層複合
体を使用している。

第１図と第２図とに示した基板抵抗体組合せの
構造に対し、パツシベーシヨン層２７をマスクし
HFで腐食して、上面図である第３図および断面
図である第４図に示すように柄孔部（footerすな
わち、へこみであつて、この上に形成される壁の
基部とのかみ合いにより、壁を基板にしつかり取
り付けるため設けられる）２９，３０、および３
１を作る（パツシベーシヨン層２７を最初にデポ
ジツトするとき、これらのへこみができるように
マスクすることもできたのであるが、パツシベー
シヨン層として上記の材料を使用するときはデポ
ジツト後にマスクしエツチングを行うのが更に都
合のよいことがわかつた）。柄孔部を構成した後、
この柄孔部を含む全パツシベーシヨン層に金属の
薄層を被せることにより（すなわち非導電物上に
金属膜を形成させる手段であるフラツシユ被覆処
理を施して）導電性基礎３３を形成する。代表的
には、フラツシユ被覆はニツケルの無電解めつき
により約2000オングストロームの厚さまで行う。
フラツシユ被覆には真空蒸着のような他の技術も
同様に使用することができると共に、銅や金のよ
うな異なる材料も同様に使用することができる。
しかしながら、ここでは無電解ニツケルめつきが
好ましい。

フラツシユ被覆の後、表面を適当なレジストで
約0.0508mm（２ミル）の厚さまで被覆する。たと
えば、厚さ0.04572mm（1.8ミル）のRiston（デユ
ポン社の登録商標）のような乾燥薄膜（dry
film）フオトレジストが極めて適当である。次に
レジストをマスクし、露光し、現像する。第５図
は現像後の構造を示す断面図であり、残留したレ
ジスト層３７および壁の位置を定めている穴３５
とが示されている。第６図にはマスクＭの適切な
形成及び位置を示す。つまりこの様なマスキング
により、抵抗器１３，１５とインク供給用毛細管
１７，１９とを共に完全に取囲み、また動作中混
線しないように（つまり、隣接したオリフイスか
らインクが飛び出さない様に）２個の抵抗器を分
離している壁の位置を定める。

活性化エツチング（activating etch、すなわ
ち電気めつきの差性を良くするための酸、アルカ
リ、溶媒等による表面処理）に続いて、穴３５に
ニツケル、銅および金のような金属で電気めつき
を施し基礎３３に固着させる。めつきの厚さは代
表的にはレジスト層３７の上面のすぐ下（断面図
である第７図に示した周辺壁３９と隔壁４１とか
ら壁を得るには、0.04572mm（1.8ミル）のRiston
層に対して、パツシベーシヨン層の表面上約
0.0381mm（1.5ミル）まで行う。第７図に図示さ
れる様に、柄孔部２９，３０、および３１は今や
金属が充填され、壁を基板にしつかりと固定して
いる。一般に、周辺壁３９及び隔壁４１の厚さ
は、夫々所望の抵抗器間隔に応じて広範に変化し
得る。抵抗器の中心間隔が1.27mm（50ミル）離れ
ているインク・ジエツト・ヘツドに対して代表的
には、周辺壁３９の好ましい厚さD1は約1.27mm
（50ミル）であり、隔壁４１の好ましい厚さD2は
約0.127mmから0.254mm（５ミルから10ミル）であ
る。

しかしながら、当業者にとつて以下のことは明
らかであろう。すなわち、周辺壁３９に充分な厚
さを与えると、柄孔部２９，３０、および３１は
不必要になり、周辺壁３９と隔壁４１はフラツシ
ユ被覆を施したパツシベーシヨン層２７の平らな
表面に直接固定することができる。この理由は、
電気めつきによつて形成された周辺壁とフラツシ
ユ被覆した表面との間の付着力が大きくなれば、
フラツシユ被覆それ自身が再び基礎として働くか
らである。バブル・ジエツト・ヘツドに関係する
この接着強度については、周辺壁３９の厚さをあ
る程度以上にすれば、柄孔部２９，３０および３
１を設けなくとも充分な付着力が得られることが
判明した。しかしながら、実際上は、強度を大き
くすると共に小形にするためには、本実施例に示
した通り柄孔部を設けるのが有利であることがわ
かつている。同様に、バブル・ジエツト・プリン
ト・ヘツドはパツシベーシヨン層を全く設けない
で作り上げることができることも充分考えられ
る。この場合には、フラツシユ被覆した基礎を、
上記の方法、すなわち、柄孔部を用るか、あるい
は用いないかのいずれかの方法により基板に直接
取付けることができる。基礎の目的は直接であろ
うとあるいはパツシベーシヨン層２７のような介
在層を用いて間接的にであろうと、壁を基板に強
固に取付けることであり、また複数部品を接着に
よつて組立る代りに、モノリシツク構造を得るた
めの標準的な方法で組立てを行なうことである。

さて、断面図である第８図に示すように、壁を
構成した後、表面に第２のフラツシユ被覆４３、
代表的にはニツケル（銅または金もまた使用でき
る）を施してレジスト３７の上に導電表面を形成
する。第２のレジスト層を導電表面上に形成した
後マスクをかけてエツチングを行なうことによ
り、断面図である第９図に示す構成を得る。上述
のプロセスにより、第９図に示す様に、残留した
第２のレジスト層は２種類ある。すなわち一方は
周辺壁３９の外表面の垂直方向への延長上にあり
更に完全に抵抗器を取り囲んでいる境界４５を有
するレジスト層４４である。またもう一方は抵抗
器１３，１５上にそれぞれ位置する二つのレジス
ト円柱４７，４８である。レジスト円柱４７，４
８は、後に説明する様に、装置のオリフイスの形
状を定めるために使用される。レジスト層４４及
びレジスト円柱４７，４８の代表的な厚さは約
0.0254mmから0.0762mm（１ミルから３ミル）の範
囲であり、好ましい厚さは約0.0508mm（２ミル）
である。レジスト円柱４７，４８の代表的な直径
は約0.07112mmから約0.11176mm（約2.8ミルから約
4.4ミル）の範囲にある。

二度目の活性化エツチングを行つた後、次の段
階はフラツシユ被覆４３のうちレジスト層４４や
レジスト円柱４７，４８によつてマスクされてい
ない部分をレジスト層よりわずかに頭を出す厚さ
まで電気めつきして断面図である第１０図に示す
オリフイス・プレート５１を作ることである。こ
のレジスト層の上面をこえてはみ出しためつきの
厚さを加減することによりレジスト円柱４７，４
８のめつきがかからない部分の直径を調節するこ
とができる。従つてこれによつて装置に対する所
望のオリフイスの寸法を選択することができる。
好ましい実施例では、オリフイス・プレート５１
は代表的にはニツケルで厚さはほぼ0.05588mm
（2.2ミル）である。ただし本発明の概念を逸脱す
ることなしに他の金属あるいは合金および他の厚
さを使用することができる。オリフイス・プレー
ト５１の電気めつきに続いてレジスト３７，４
４，４７、および４８を高温エツチング液、たと
えば、54.4℃（130゜F）のInland Speciality
Chemical社製のAP−627の10〜20％溶液を用い
て除去する。そしてフラツシユ被覆４３もエツチ
ングで除去される。かくして断面図を示す第１１
図、及び上面図を示す第１２図からわかるように
完全なモノリシツク構造を持つバブル・ジエツ
ト・プリント・ヘツドが残される。レジストとフ
ラツシユ被覆を除去して残つた空所は抵抗器１３
と１５とにそれぞれ対応するインク液滴発射用の
インク室６１と６２とを形成する。これらのイン
ク室に対してインクはインク供給毛細管１７と１
９とにより供給され、オリフイス６３と６５とよ
りインク液滴が発射される。

上記の方法が従来のバブル・ジエツト用ヘツド
の構成技術よりすぐれている第１の点は、インク
室構造の各層を、各マスク上に設けられる位置合
わせ用マーク等を用いて同じ目標に位置合わせす
ることができ、その結果標準のマスク合せ装置
（mask aligning device）を使用できることであ
る。その上、以前の技法による装置のように接着
材線（glue line）や複数部品による組立品が無
いため、非常に低原価で大量生産が推進できる。

なお、当業者にとつては、本発明の概念はまた
抵抗器駆動ではない、たとえば、レーザーまたは
電子線（1982年11月22日出願のJames H.
Boyden他による米国出願番号第443710号、「電子
線駆動インク・ジエツト・プリンタ」を参照）で
駆動されるもののようなバブル・ジエツト・プリ
ント・ヘツド等にも適用できることが理解できる
はずである。また、本発明の概念は２個のオリフ
イスしかないプリント・ヘツドに限定されるもの
ではなく唯一個のオリフイスを備える装置あるい
は多くのオリフイス列を備える装置にも同様に適
用できることが明らかである。更に、この概念
は、レジスト円柱４７と４８の垂直方向の向きを
変えるだけで、オリフイス・プレートの上面に垂
直な方向以外の多様な方向に向いたオリフイスを
備えた装置を作るために適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１２図は本発明のインク室の形
成方法を適用してバブル駆動インク・ジエツト・
プリント・ヘツドを作成する各工程を示す図であ
り、うち第２図、第３図、第６図及び第１２図は
上面図、第１図、第４図、第５図、第７図、第８
図、第９図、第１０図及び第１１図はAA断面図
である。 １１：基板、１３，１５：抵抗器、１７，１
９：インク供給用毛細管、２７：パツシベーシヨ
ン層、２９，３０，３１：柄孔部、３３：導電性
基礎、３７，４４：レジスト層、３９：周辺壁、
４１：隔壁、４３：フラツシユ被覆、４７，４
８：レジスト円柱、５１：オリフイス・プレー
ト、６１，６２：インク室、６３，６５：オリフ
イス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インク・ジエツト・プリント・ヘツド用のイ
   ンク室の形成方法において、 所定の構造が形成された基板上に第１のレジス
   ト層を形成する第１の工程と、 前記第１のレジスト層の所定部分を除去し該除
   去された部分に前記インク室の側壁を形成する第
   ２の工程と、 前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を
   形成する第３の工程と、 前記側壁上及び前記側壁で囲まれる領域上の前
   記第２のレジスト層をオリフイスを設けるべき位
   置を残して除去し該除去された部分に前記インク
   室の上壁を形成する第４の工程と、 前記第１及び第２のレジストを除去する第５の
   工程とを有することを特徴とするインク室の形成
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のインク室の形成
   方法において、 前記基板上にパツシベイシヨン層を形成し該パ
   ツシベイシヨン層上に第１の金属層を形成する工
   程を前記第１の工程の前に設け、 前記第１のレジスト層上に第２の金属層を形成
   する工程を前記第２及び第３の工程の間に設ける
   ことを特徴とするインク室の形成方法。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のインク室の形成
   方法において、 前記側壁及び上壁は金属であることを特徴とす
   るインク室の形成方法。