JPH068446A - インクジェット・プリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】幅の広いインクジェット・プリントヘッドを、
オリフィス間のアラインメント精度が高くまた低コスト
で製造できるようにする。 【構成】ポリマー製のフィルム１０４にレーザ１１２を
用いてオリフィスを形成する。次にアラインメント・ス
テーション１１８において、インク加熱用抵抗体等を形
成したシリコン基板をフィルム１０４に位置合わせす
る。次に、加熱及び加圧ステーション１２２で、フィル
ムと基板を接着する。レーザを使ったテープへのオリフ
ィス形成加工は、テープの長手方向に高い精度で行うこ
とができるから、幅が広いプリントヘッドを高精度で製
造できる。また連続したテープ上に多数のプリントヘッ
ドを次々に作り、それを後で切離すことにより、プリン
トヘッドの製造単価を低く抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にインクジェット・
プリンタに関するものであり、とりわけインクジェット
・プリンタに用いられるプリント・カートリッジのノズ
ルまたはノズル部材、及び他のコンポーネントに関する
ものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】熱インクジェット・プリン
ト・カートリッジの動作は、小体積のインクを急速に加
熱してインクを気化させ、複数のオリフィスの１つから
噴射して、インク・ドットが用紙のような記録媒体にプ
リントされるようになっている。一般にオリフィスはノ
ズル部材上で１本または複数本の線形の配列をなすよう
に配置されている。プリントヘッドが記録媒体に対して
移動する際、各オリフィスから適正な順序でインクが噴
射されることによって、記録媒体に文字または他のイメ
ージがプリントされる。プリントヘッドが媒体を横断す
る毎に、媒体は通常は平行移動される。熱インクジェッ
ト・プリンタは、インクが記録媒体にぶつかるだけであ
るため、高速かつ静粛である。このプリンタは、質の高
いプリントが得られるし、コンパクトかつ手ごろな価格
にすることが可能である。

【０００３】先行技術による設計では、インクジェット
・プリントヘッドには一般に (1)インク・リザーバから
オリフィスに近接した各気化室にインクを供給するイン
ク・チャネル、 (2) 必要なパターンをなすようにオリ
フィスが形成されている金属ノズル部材、及び (3) 気
化室毎に１つずつ設けられた一連の薄膜抵抗器を含むシ
リコン基板が備わっている。

【０００４】単一のドットのインクをプリントするた
め、選択された薄膜抵抗器に外部電源からの電流が通さ
れる。これによって抵抗器が加熱され、更に気化室内の
隣接するインクの薄層が過熱して爆発的な気化を起こ
し、この結果、インク小滴が対応するオリフィスを通っ
て記録媒体に噴射される。

【０００５】１９８５年２月１９日に発行され、本願出
願人に譲渡された Buck 他に対する"Disopsable Inkjet
Head" と題する米国特許第４，５００，８９５号に
は、先行技術によるカートリッジの１つが開示されてい
る。

【０００６】インクジェット・プリントヘッドのノズル
部材またはオリフィス板はニッケルで形成されることが
多く、リソグラフィ式電鋳プロセスによって製造され
る。適切なリソグラフィ式電鋳プロセスの一例が、１９
８８年９月２７日に Lam 他に対して発行された、 "Thi
n Film Mandrel" と題する米国特許第４，７７３，９７
１号に解説されている。このようなプロセスでは、ノズ
ル部材のオリフィスは誘電体ディスクのまわりにニッケ
ルを重ねメッキすることによって形成される。

【０００７】このタイプの個別のプリントヘッドを組み
込んだ熱インクジェット・プリンタでは、あるメカニズ
ムによってプリントヘッドが通常は用紙である記録媒体
を横断している間に薄膜ヒータが選択的に付勢される。
記録媒体はプリントヘッドの移動経路に対して直角に段
階的に移動させられるので、記録媒体のほぼどんな位置
にでもプリントができるようになる。

【０００８】媒体上の各行毎のプリント速度を増し、プ
リンタの機械的複雑さを減らすため、媒体の全幅を横切
って延びるプリントヘッドの固定アレイを形成するよう
に、個別のプリントヘッドをいくつか並べて取り付ける
方法が知られている。個別のプリントヘッドのアレイの
うちで選択されたプリント部品を同時に付勢することに
よって、ドットによる完全な１行がプリントされる。そ
の行のプリントが済むと、媒体はプリントヘッドのアレ
イに対して直角に段階的に平行移動され、プリント・プ
ロセスが繰り返される。

【０００９】個別のプリントヘッドによるこのアレイ構
成の欠点には、電気的複雑さ、プリントヘッド相互間に
おける精確なアラインメントの困難さ、複数のプリント
ヘッドを設けることによるコストの増大などがある。

【００１０】明らかに、インクジェット・プリンタの解
像度が３００ドット／インチを超えて高くなっていく
と、媒体上にプリントされたドット間に満足の行く間隔
が得られるように、８インチ以上のアレイ上で個別のイ
ンクジェット・プリントヘッド間でアラインメントを取
るには、極めて精確な位置決めを行う必要がある。この
アラインメントは、製品の耐用年数に渡って、使用率、
温度、衝撃、及び振動のようなさまざま条件下におい
て、維持されなければならない。

【００１１】

【目的】本発明の目的は、プリントヘッド上のオリフィ
スの精確なアラインメントが、製品の寿命全体に渡っ
て、また広範囲な動作条件に対して、簡単かつ精密に維
持される、改良された幅広のプリントヘッドを提供する
ことにある。

【００１２】

【概要】本発明の実施例によれば、新規の、幅広のイン
クジェット・プリントヘッド及びこの幅広のインクジェ
ット・プリントヘッドを形成する方法が開示される。こ
こにおいて、インクを噴射する一連のオリフィスが、レ
ーザ融除（laser ablation）を用いて、 Kapton （商
標）E または Upilex （商標）テープのような可撓性の
あるテープに形成される。インクジェット・プリントヘ
ッドの個々のオリフィスからインク小滴を噴射すること
ができるようにするため、各オリフィスは、気化室及び
別個に付勢される薄膜ヒータに対応付けられている。テ
ープはプリントヘッドの全長に沿って連続したものとす
ることができるので、そのパターンは、オリフィス相互
の精確なアラインメントを取るのに苦労することもな
く、任意の長さまで延ばすことができる。

【００１３】従ってこの方法には、個別部品のプリント
ヘッドまたはノズル部材を線形アレイ内に並べて配置し
て幅広のインクジェット・プリントヘッドを形成するた
めの先行技術による方法の欠陥がない。

【００１４】ある実施例では、レーザ融除を用いて各オ
リフィスに対応付けられた気化室もテープ上に形成す
る。

【００１５】次に、付勢された抵抗器によって発生する
熱で、対応したオリフィスからインク小滴を噴射させる
ことができるように、各気化室及びオリフィスに対応し
た抵抗器を含むシリコン・ダイが、テープ上に気化室に
向かい合って配置される。各シリコン・ダイのオリフィ
スに対するアラインメントはオリフィス自体のアライン
メントに比べると公差が厳しくないので、各シリコン・
ダイを対応するオリフィス・アレイに対して適切にアラ
インメントを取るのは、比較的簡単な手順である。テー
プ自体は、シリコン・ダイの精確な位置決めを行うため
の光学式または物理的位置決め手段を含むように形成す
ることができる。

【００１６】ある実施例では、ヒータ抵抗器のそれぞれ
に対応したシリコン・ダイの電極と個別のプリントヘッ
ドのコネクタ端子を別個に接続してよい。別の実施例で
は、プリントヘッド上で必要な導電性トレースを制限す
るため、シリコン・ダイ自体に組み込まれるデコード回
路またはデマルチプレックス回路を用いて各種抵抗器に
対する信号の電気的分配が行われる。

【００１７】

【実施例】図１(a)には、本発明の実施例の１つに基づ
く、幅広のインクジェット・プリントヘッドの一部が示
されている。プリントヘッドは、その全体を参照番号１
０で識別する。プリントヘッド１０には、その中に単色
または多色の液体インクを貯えた１つ以上の発砲性材料
の小片を含むインク・リザーバ１２が設けられている。
液体インクを貯え分配する他の手段も、本発明の範囲内
において実現可能である。液体インクはノズル部材１８
に形成された各オリフィス・ホール１６に対応付けられ
た気化室に送られる。図１(a)のプリントヘッド１０の
長さは、プリントされる記録媒体の幅であることが望ま
しいが、プリントヘッド１０のノズル部材１８は、参照
番号２０で表示したグループのような単一のオリフィス
・グループしか含まなくてもかまわないし、あるいは任
意の数のオリフィス・グループを含んでもよい。プリン
トヘッドには、用途に応じて所望の幅にプリントするよ
うに拡大縮小できる。

【００１８】その動作に当たっては、各オリフィス・ホ
ール１６の後方にある気化室の加熱部材は電気パルスに
よって選択的に付勢される。例えば薄膜抵抗器のような
加熱部材によって電気的エネルギが熱に変換され、これ
によって加熱された抵抗器に接触しているインクが、イ
ンクの気泡を形成する。インクの気泡が気化室内で膨張
すると、ノズル部材１８上の対応するオリフィス・ホー
ル１６からインクの小滴が放出される。インクジェット
・プリントヘッド１０のヒータ抵抗器の付勢順序を適正
に選択することによって、放出されるインク小滴で、用
紙のような適当な記録媒体にパターンを形成することが
できる。図１(a)における気化室の詳細な構成及び他の
特徴については、後続の図に関連して詳述することにす
る。

【００１９】本発明の一実施例では、図１(a)において
参照番号２０で表示した単一のグループのような各オリ
フィス・グループは、ヒータ抵抗器を含む単一のシリコ
ン・ダイと対応付けられており、またここで１つのヒー
タ抵抗器が単一のオリフィスと気化室に対応付けられて
いる。プリントヘッド１０の全長に沿った各ヒータ抵抗
器は選択的に付勢しなければならないので、また、各シ
リコン・ダイにはオリフィス・ホール１６の単一のグル
ープ（例えばグループ２０）と対応付けられた、例えば
３００個の個別のヒータ抵抗器を含むことができるの
で、個々の電源リード線を外部エネルギ源に接続するた
め、各ヒータ抵抗器からプリントヘッド１０の接点への
個別のリード線を設けるのは現実的でないことがある。

【００２０】図１(a)には、シリコン・ダイ及びヒータ
抵抗器のそれぞれに対して信号の経路指定を行うのに比
較的わずかな導電性トレースしか必要としない、より実
際的な構造が示されている。図１(a)に示す実施例で
は、導電性トレース２２によって、任意の個数のヒータ
抵抗記２７を備える単一のシリコン・ダイ２３（図１
(b)）につながる直列データ経路が形成されている。各
シリコン・ダイには、単一接地リード線も接続される。
プリントヘッド１０またはノズル部材１８に、あるいは
外部に取り付けられたマルチプレクサ・チップ２４は、
プリンタによって外部で発生された直列データ信号を適
正に制御し、各シリコン・ダイ毎に、単一のオリフィス
・グループに対応付けられたシリコン・ダイ上に配置さ
れた適切なヒータ抵抗器に対して、直列データ・ストリ
ームを適正に分配するのに必要なクロック動作を行うこ
とができる。デマルチプレクサまたはデコード回路２５
は、図１(b)に示すような、ヒータ抵抗記２７を含む各
シリコン・ダイ２３に配置できる。利用し得る各種のマ
ルチプレクスや符号化方式については、従来のマルチプ
レクス技術や符号化技術を利用する技術分野の当業者で
あれば、すぐに判るだろう。

【００２１】マルチプレクサ２４に印加してその先の各
種シリコン・ダイに与える必要のあるプリント信号が、
プリントヘッド１０とインクジェット・プリンタ回路自
体のインターフェースを行うコネクタ２６を介して、プ
リントヘッド１０に印加される。コネクタ２６に印加さ
れる信号は、マルチプレクサ２４が各シリコン・ダイに
個々のヒータ・エレメントの選択的付勢をするために適
切に順序付けされた信号を印加するようにこのような信
号をマルチプレクスまたは符号化するように設計されて
いる限り、いかなる形態（例えば直列あるいは並列）で
あってもよい。

【００２２】導体２８によってコネクタ２６とマルチプ
レクサ２４が接続される。導体２２及び２８は、従来の
技法を用いてプリント回路（ＰＣ）基板３０に形成され
た導電性トレースから構成することができる。導体２６
及びマルチプレクサ２４は、従来の任意の方法でＰＣ基
板３０に取り付けられる。このようなコネクタ２６、マ
ルチプレクサ２４、及び導電性トレース２２及び２８
は、プリントヘッド１０の反対側に配置してもよい。

【００２３】マルチプレクサ２４からシリコン・ダイへ
の電気的接続部については、図２及び４に関連して後述
する。

【００２４】図２には、ノズル部材１８及びシリコン・
ダイを両方とも取り除いた図１(a)のプリントヘッド１
０の端部が示されている。図２には、ＰＣ基板上に、マ
ルチプレクサ２４から延びる、露出した導電性トレース
及び接触パッド３２が示されている。これらの接触パッ
ドは、最終的にはノズル部材１８に取り付けられたシリ
コン・ダイに信号を供給するノズル部材１８の背面の導
電性トレースと電気的に接触するように配置される。ノ
ズル部材１８の背面の導電性トレースは、図４に示すよ
うにトレース４４がシリコン・ダイ４２に接続されてい
る。

【００２５】図２には、各シリコン・ダイの縁のまわり
のインク・リザーバ１２から各シリコン・ダイの各ヒー
タ抵抗器を包囲する気化室に液体インクを供給するた
め、望ましい実施例において利用される手段も示されて
いる。シリコン・ダイは、図２のプリントヘッド１０の
下部における矩形の井戸状部３４のそれぞれに配置され
ている。各矩形の井戸状部３４内のスロット３６及び３
８はインク・リザーバ１２と通じており、インクはこの
スロット３６及び３８を通って流れることができるよう
になっている。一実施例では、スロット３６があるカラ
ー・インクと流動可能に通じ、スロット３８は別のカラ
ー・インクと流動可能に連通するようにすることができ
る。

【００２６】望ましい実施例では、シリコン・ダイは図
２の対応する井戸状部３４とアラインメントの取れるよ
うにノズル部材１８の背面に配置される。各シリコン・
ダイは、各シリコン・ダイの縁がスロット３６及び３８
を完全にカバーしてしまわないようなサイズになってい
る。この結果、インクが、インク・リザーバ１２から流
出して、スロット３６及び３８を通り、井戸状部３４内
に配置されたシリコン・ダイの縁をまわって、ノズル部
材１８の背面に形成された各気化室に達するようにでき
る。これは一般にレーザまたはドリルによって各シリコ
ン・ダイの中心を通るホールを形成することによって、
ダイの反対側の表面、及びホールのまわりに配置される
気化室にインクが供給されるようにする先行技術に対す
る改良点である。

【００２７】図３には、プリントヘッド１０に取り付け
る以前の図１(a)のノズル部材１８の前面が全体的に示
されている。ノズル部材１８は更に詳細に後述するレー
ザ融除を用いて形成されたオリフィス・ホール１６を有
する、可撓性のあるポリマー・テープ４０を含んでよ
い。

【００２８】図４には、シリコン・ダイ４２が図３に示
す対応するオリフィス・グループとアラインメントが取
れるように配置された、図３のテープの背面が示されて
いる。図４には、各シリコン・ダイ４２から接触パッド
４６まで伸びる導電性トレース４４も示されている。

【００２９】各シリコン・ダイ４２は、図２に示す対応
する井戸状部３４とアラインメントをとってはめ込まれ
るので、図４に示すテープ４０の背面は図２のプリント
ヘッド１０の底面４８とほぼ接する。

【００３０】図３及び図４において、テープ４０に沿っ
て伸びる破線は、プリントヘッド１０の底面４８に取り
付ける際のテープ４０の折り線を表示しているが、ここ
で図４の導電性トレース４４の接触パッド４６と図２の
ＰＣ基板３０に形成された接触パッド３２のアラインメ
ントがとれている。

【００３１】図２のプリントヘッド１０の底面４８にテ
ープ４０を取り付ける場合、プリントヘッド１０の所定
位置にテープ４０をしっかりと固定して、インク・リザ
ーバ１２とテープ４０の間からインクが漏れるのを防ぐ
シールが形成されなければならない。

【００３２】望ましい実施例では、図２に示すプリント
ヘッド１０の底面４８とテープ４０の間における境界線
５０及び５２にほぼ沿って、接着性封止が行われ、これ
によってその後で行われる取り付けの際には全ての井戸
状部３４とシリコン・ダイオード４２が密封される。後
述の望ましい実施例を利用すると、個別のシリコン・ダ
イや井戸状部３４のそれぞれのまわりにはシールを施す
必要がないが、全てのシリコン・ダイを包囲する単一の
シールが必要になる。図５及び６にはこのシールが詳細
に示されている。別の実施例として、プリントヘッド１
０の底面４８とテープ４０の間において、各シリコン・
ダイのまわりにも個々に接着性封止を行い、井戸状部３
４の外側からインクが漏れるのを防ぐようにしてもよ
い。

【００３３】図５は、ラインＡ−Ａに沿って描いた、図
１(a)のプリントヘッドを部分的に切り欠いた部分断面
側面図である。図５には、インク・リザーバ１２の下方
壁５３とＰＣ基板３０に接着によって固定されたノズル
部材が示されている。図５には、それぞれオリフィス・
グループと対応付けられた２つのシリコン・ダイ５６も
示されている。シリコン・ダイ５６上に形成されたヒー
タ抵抗器の選択的付勢によって、シリコン・ダイに対応
したオリフィスからインク小滴５８が放出されている様
子が図示されている。図５には、全体に可撓性のあるノ
ズル部材１８に対してその構造が元の状態を保つように
する性質を与え、ノズル部材１８をプリントヘッド１０
に沿って平面に維持し、図２及び５のインク・スロット
３６及び３８を形成するために設けられた支柱６２も示
されている。これらの支柱６２は、スロット３６及び３
８の異なるスロットに分配される２色またはもっと多く
の色のインクの間の障壁として利用することもできる。

【００３４】各シリコン・ダイ５６はそれに対応する井
戸状部に配置されている。図２では、井戸状部の１つを
井戸状部３４として表している。シリコン・ダイ５６の
背面は、ノズル部材１８に剛性に更に剛性を与える必要
がある場合、井戸状部３４に接着によって固定してもよ
い。

【００３５】図５では、インクはインク・リザーバ１２
から流出して、フィルタ・スクリーン６６を通り、更に
スロット３６及び３８を通って、シリコン・ダイ５６の
縁のまわりに流れていく。次に、インクは、それぞれシ
リコン・ダイ５６上に形成されたヒータ抵抗器に対応付
けられたノズル部材１８の背面に形成された気化室に入
る。スクリーン６６はステンレス鋼先を編んだものであ
ってよい。

【００３６】図６は、シリコン・ダイ５６の縁のまわり
のインク６７の流れ、及びインク・リザーバ１２の下方
壁５３にノズル部材１８を固定する方法を示すための、
図５の円形部分Ｂ−Ｂの拡大図である。

【００３７】図６で、インク・リザーバ１２の下方壁
が、ノズル部材１８の背面にほぼぶつかるように図示さ
れている。下方壁５３は、プラスチックまたはプリント
ヘッド１０内にインクを保持するのに適した任意の他の
材料から形成することが可能である。ヒータ抵抗器を含
むシリコン・ダイ５６の前面がノズル部材１８の背面に
面するようにノズル部材１８に取り付けられた単一のシ
リコン・ダイ５６も示されている。シリコン・ダイ５６
の背面は、図示のように、インク・リザーバ１２からの
インクにさらされ、支柱６２によって支持されている。

【００３８】インクがシリコン・ダイ５６の右側の縁７
２をまわって気化室に流入するようにするため、ノズル
部材１８の背面には、気化室７６に通じてインクをヒー
タ抵抗器７８に接触させるインク・チャネル７４が形成
されている。レーザ融除を用いて、インク・チャネル７
４と気化室７６に加えてオリフィス８０をノズル部材１
８に形成することができる。融除パターンは、ステップ
・アンド・リピート式プロセスで１枚または複数枚のマ
スクを用いて得ることができる。

【００３９】ヒータ抵抗器７８が付勢されると、気化室
内７６の液体インクの小部分が気化して気泡を形成し、
ノズル部材１８に形成された対応するオリフィス８０を
通してインク小滴８１を放出させる。同様の構成によっ
て、インクがシリコン・ダイ５６の左側の縁をまわって
流れ、シリコン・ダイ５６の左側の気化室に供給される
ようにする。

【００４０】望ましい実施例では、図６に示すように接
着剤８２を塗布することによって、ノズル部材１８とプ
リントヘッドの壁５３の間に液体封止及び強力な接着が
提供される。図６には、ある角度でカットされ更にエポ
キシのような接着剤８２が充填された、ノズル部材１８
に隣接する壁５３の周縁が示されている。この最初の封
止は、ノズル部材１８が図６に示すように取り付けられ
たときシリコン・ダイに外接する、図２に示す内側境界
線５０によって概略が示されている。

【００４１】更に良く接着するための第２の接着性封止
が、壁５３の底面にスロット８３を切削加工し更に接着
剤８２を充填することによって形成される。このスロッ
ト８３は、ノズル部材１８が図６に示すように取り付け
られたときシリコン・ダイに外接する、図２に示す外側
境界線５２として示されている。

【００４２】図７には、テープ４０の背面にシリコン・
ダイを取り付ける前の、可撓性のあるテープ４０を含ん
でよいところのノズル部材１８の背面の実施例の１つが
更に詳細に示されている。図７(b)は、図７(a)中の円で
囲んだ部分Ｃ−Ｃの拡大図である。図７のテープ４０の
前面が図３に示されている。図７には、インク・リザー
バ１２から気化室８５にインクを供給するため図２に示
すスロット３６及び３８と流動可能に通じているインク
・マニフォールド３６の幾何学形状が示されている。図
７の各気化室８５はオリフィス・ホール１６と対応して
いる。

【００４３】シリコン・ダイを図７のテープ４０の背面
に適切に固定すると、そのヒータ抵抗器を各気化室８５
に整列させ、またそのダイの縁がインク・マニフォール
ド８４の一部分を露出させて、インク・マニフォールド
８４が図２のスロット３６及び３８を介してインク・リ
ザーバ１２と流動可能に連通するようにしている。

【００４４】図８には、インク・マニフォールド８４の
一部が露出するようにしてシリコン・ダイ８６ａ及び８
６ｂをテープ４０の背面に取り付けた後の、テープの背
面を示す。

【００４５】もう１度図７を参照すると、ある実施例で
は、シリコン・ダイはテープ４０の導電性トレースをシ
リコン・ダイの電極に接続するための、導電性トレース
接触パッド８７に対応する縁に、１つまたは複数の電極
が形成されている。別の実施例では、導電性トレースの
端部を露出させるためテープにウインドウが形成されて
おり、更に自動内部リード線ボンダを用いて、トレース
の端部とシリコン・ダイの電極のボンディングがこのウ
インドウを介して行われる。このようなプロセスについ
ては、図１３に関連して更に詳細に述べる。ウインドウ
を利用すれば熱圧着を用いて信頼に足る接続を行うこと
ができるが、他に可能なボンディング法には、導電性エ
ポキシ、ハンダ、超音波ボンディング、また他の一般的
な任意の手段がある。

【００４６】シリコン・ダイは、エポキシまたは他の手
段を用いてテープ４０に接着して固定することができ
る。

【００４７】図９には、記録媒体に面したノズル部材１
８の前面の、部分的に切り欠いた断面図が示されてい
る。ノズル部材１８には、円錐台形状のオリフィス・ホ
ール１６が含まれている。図示の通り、ノズル部材１８
は図６に関して既に述べたようにインク・リザーバ壁５
３に固定されている。図１０には図９のノズル部材１８
の下側の一部が示されている。図１０には、ノズル部材
１８に形成されたオリフィス・ホール１６が示されてい
る。ノズル部材１８のこの底面には、図２のスロット３
６及び３８と気化室８５の間でインク・チャネル８８を
介して液体が流通できるようにするインク・マニフォー
ルド８４も形成されている。オリフィス・ホール１６、
気化室８５、インク・マニフォールド８４、及びインク
・チャネル８８は、レーザ融除またはマスクで画定され
たパターンでノズル部材の材料の一部を除去することを
伴う他のエッチング手段を用いて形成することが可能で
ある。ある実施例、個々の図のノズル部材１８は、 Kap
ton または Upilex のようなポリマー材料、あるいはこ
れに制限するわけではないが、テフロン、ポリアミド、
ポリメタクリル酸メチル、テレフタル酸ポリメチレン等
の他の各種ポリマー、またはその混合物をレーザ融除処
理することによって形成してもよい。レーザ融除は、エ
キシマ・レーザを用いて行うことができる。このような
プロセスについては、図１３に関連して更に詳細に解説
する。

【００４８】図１１には、図９のノズル部材１８の下側
に形成できるパターンの別の実施例が示されている。こ
の実施例では、図１０のインク・マニフォールド８４は
削除されており、インクは、インク・リザーバからイン
ク・チャネル８８の入り口部分に直接流入する。

【００４９】ノズル部材１８のインク・チャネル及び気
化室に関するパターンは本願出願人に譲渡された、 "Im
proved Inkjet Printhead" と題する米国特許出願第７
／８６４，８２２号に記載したような、各シリコン基板
に形成された別個の障壁層に形成することも可能であ
る。この障壁層は、フォトレジスト層または他のポリマ
ー層とし、従来のフォトリソグラフィ技法を用いて基板
上に形成できる。

【００５０】もう１度図９を参照すると、通常は接地電
位に接続されるところの、抵抗器グループ９４の共通導
体９１を有するシリコン基板９０または任意の他の適切
な基板が示されている。基板９０は、その表面に電極９
２及び導体９３も形成されている。電極９２は、共通導
体９１とそれに対応する電極９２の間に接続された薄膜
抵抗器９４を選択的に付勢するため、パルス電源に対し
て個々に接続できる。共通導体９１、電極９２、導体９
３、及び薄膜抵抗器９４は、当業者に周知の適切な材料
から形成してよい。共通導体９１及び電極９２は、図７
(a)のパッド８７に接触可能な、基板９０の縁の適切な
電極に接続してよい。別の実施例として、ノズル部材１
８を形成するテープの背面には図７(a)のパッド８７を
介した電気的接触ではなく、図９の個々の電極９２及び
導体９１を直接接触させる導体を設けてよい。

【００５１】図１(b)に関して既に述べたように、各シ
リコン・ダイには、入力信号をデコードするためデマル
チプレクサまたはデコーダを設けることができる。これ
によって必要とされるトレース／ダイ相互接続数が減少
し、製造及び信頼性に関する改善がなされる。

【００５２】個々の図、特に顕著には最も顕著なのは図
１(a)、３、及び４から、わかるように、単一のテープ
・ストリップ上に、任意の数のオリフィス・グループを
形成できる。この形成処理はステップ・アンド・リピー
ト式マスキング及びエッチングまたはレーザ融除手順に
よって簡単に行えるので、各グループ相互間の精確なア
ラインメントを取ることができる。また、この方法で、
気化室と各オリフィスとの精確なアラインメントを取る
ことができる。複数のオリフィス・グループを含むテー
プを所望の長さに形成することもできるし、あるいは連
続した反復パターンから所望の長さに切り取ることも可
能である。

【００５３】図１２には、本発明の幅広のプリントヘッ
ドを用いてプリントできる方法の概略を示す。ここで、
プリントヘッド１０はプリンタ内に固定され、プリント
ヘッド１０内の個々のヒータを選択的に付勢して記録媒
体９８上に文字またはイメージを形成する間、記録媒体
９８がプリントヘッド１０に対して移動する。比較的小
さなプリントヘッドでは、プリントヘッドを記録媒体９
８の幅に渡って走査させるため、プリンタに移送メカニ
ズムが組み込まれる。図１２には、プラテン９９、プラ
テン回転装置１００、ピンチ・ローラ１０１、及びプリ
ンタ本体１０２も示されている。

【００５４】図１３には、ノズル部材上でシリコン・ダ
イのアラインメントを取るための望ましい方法を含む、
ノズル部材の望ましい実施例を形成するための方法の１
つが示されている。

【００５５】出発材料は Kapton （商標）または Upile
x （商標）タイプのポリマー・テープ１０４であるが、
テープ１０４は後述の手順で使用するのに許容できる任
意の適切なポリマー・フィルムとしてよい。このような
フィルムのあるものは、テフロン、ポリイミド、ポリメ
タクリル酸メチル、ポリカーボネート、テレフタル酸ポ
リエチレン、またはその混合物を含んでよい。

【００５６】テープ１０４は通常はリール１０５に取り
付けられる長いストリップ状に作られる。テープ１０４
の側部に沿った送り穴１０６を用いて、テープ１０４の
正確で確実な移送が行われる。こうする代わりに、送り
穴１０６を省略し他のタイプの取り付け具でテープを移
送してもよい。

【００５７】望ましい実施例では、テープ１０４には、
従来の金属被着プロセス及びフォトリソグラフィ技法を
用いて形成された図７(a)に示すような銅の導電性トレ
ースが既に設けられている。導電性トレースの特定のパ
ターンは、その後にテープ１０４に取り付けられるシリ
コン・ダイに形成された電極に電気信号を分配する上で
の所望の方法によって決まる。

【００５８】ある実施例では、テープ１０４が図１３に
示すプロセスを受ける前に、テープ１０４には従来のフ
ォトリソグラフィ法を用いて図７(a)のトレースの端部
を露出する矩形のウインドウが形成される。

【００５９】望ましいプロセスでは、テープ１０４はレ
ーザ処理室に移送されて、Ｆ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、Ｋｒ
Ｃｌ、またはＸｅＣｌタイプのエキシマ・レーザ１１２
によって発生するようなレーザ放射１１０を用いて、１
枚あるいは複数枚のマスクから形成されるパターンをな
すようにレーザ融除される。マスクされたレーザ放射が
矢印１１４で示されている。

【００６０】望ましい実施例では、このようなマスク１
０８によって、例えばオリフィス・パターン・マスク１
０８の場合は複数のオリフィスを作り上げたり、気化室
パターン・マスク１０８の場合は複数の気化室を作り上
げるなど、テープ１０４上の拡大された領域についての
融除される全ての形状を画定する。こうする代わりに、
レーザ・ビームよりかなり大きい共通マスク基板に、オ
リフィス・パターン、気化室パターン、または他のパタ
ーンのようなパターンを並べて配置することもできる。
そうしておいて、このようなパターンを順次ビーム内に
送り込むことができる。このようなマスクに用いられる
マスキング材料は、例えば多層誘電体またはアルミニウ
ムのような金属から構成される、レーザの波長で反射が
大きなものが望ましい。

【００６１】１つ以上のマスクによって形成されるオリ
フィス・パターンは、その全体が図３に示すようなパタ
ーンにすることもできる。複数のマスク１０８を用い
て、図９ないし図１１に示すようにテーパ状の段付きオ
リフィスを形成することもできる。

【００６２】気化室も含むノズル部材の実施例では、１
枚または複数枚のマスク１０８を用いてオリフィスが形
成され、別のマスク１０８及びレーザ・エネルギー・レ
ベル（及び／またはレーザ発射回数）を用いて、テープ
１０４の厚みの一部に形成される気化室、インク・チャ
ネル、及びマニフォールドを画定する。

【００６３】このプロセスのためのレーザ・システムに
は、ビーム送り出し光学素子、アラインメント光学素
子、高精度かつ高速度のマスク・シャトル・システムを
含み、更にテープを取り扱い位置決めするためのメカニ
ズムを含む処理室を含む。望ましい実施例では、レーザ
・システムは、マスク１０８とテープ１０４の間に挿入
された精密レンズ１１５が、エキシマ・レーザ光をマス
ク１０８に形成されたパターンのイメージでテープ１０
４に投射する。

【００６４】精密レンズ１１５から送り出されるマスク
されたレーザ放射線を矢印１１６で表す。

【００６５】マスクは物理的にノズル部材から離れてい
るので、このような投射マスク構成はオリフィスの寸法
が高精度の場合に有利である。融除プロセスにおいて、
すすが自然に形成されて、放出され、融除されているノ
ズル部材から約１センチメートルの距離を移動する。マ
スクがノズル部材に接触しているかあるいはそれに近接
している場合、マスクに堆積するすすは、融除される特
徴を変形し、その寸法上の精度を低下させることになり
がちである。望ましい実施例では、投射レンズは融除さ
れるノズル部材から２センチメートル以上離れているの
で、このレンズまたはマスクへのすすの堆積が回避され
る。

【００６６】融除を行うと、周知の様に、オリフィスの
直径がレーザの入射する表面側で大きく出口表面側で小
さいテーパ状をなす、テーパ状壁面を持つ形状が形成さ
れる。ノズル部材に入射する光学エネルギー密度が約２
ジュール／平方センチメートル未満の場合は、テーパ角
はこの光学エネルギー密度の変動に従って大幅に変動す
る。エネルギー密度が制御できなければ形成されるオリ
フィスのテーパ角が大幅に変動するので、オリフィスの
出口直径が大幅に変動する。望ましい実施例では、融除
レーザ・ビームの光学エネルギーを精確にモニタして制
御するので一貫したテーパ角が得られ、従って出口直径
の再現性が得られる。一定したオリフィスの出口直径に
よって得られるプリントの質的利点以外に、テーパ形状
は、放出速度を増し、インク噴射の焦点合わせを向上さ
せる役に立ち、同時にその他の利点もあるので、オリフ
ィスの動作にとって有効である。テーパ形状は、オリフ
ィスの軸に対して、５ないし１５度の範囲の角度であっ
てよい。本願明細書に記載した望ましい実施例では、ノ
ズル部材に対するレーザ・ビームの揺動を必要とせず
に、迅速かつ精確な製作ができるようになる。その結
果、レーザ・ビームをノズル部材の出口表面ではなく入
り口表面に入射させても、正確な出口直径が得られる。

【００６７】レーザ融除のステップが済むと、ポリマー
・テープを一段先へ送って、このプロセスを繰り返す。
これをステップ・アンド・リピート式プロセスと呼ぶ。
テープ１０４に単一のパターンを形成するのに必要な全
処理時間は約数秒程度であろう。上述のように、単一の
マスク・パターンは、融除される形状をいくつかまとめ
たグループ全体をカバーすることにより、ノズル部材当
たりの処理時間を短縮することができる。

【００６８】レーザ融除プロセスには、精確なオリフィ
ス、気化室、及びインク・チャネルを形成するための他
の形態によるレーザ・ドリル加工に比べて顕著な利点が
ある。レーザ融除では、短パルスの強い紫外線が表面か
ら約１マイクロメートル以下の範囲の薄い材料表面層に
吸収される。望ましいパルス・エネルギーは約１００ミ
リジュール／平方センチメートルより大きく、パルスの
持続時間は約１マイクロ秒未満である。このような条件
下で、強い紫外線によって材料の化学的結合が光解離さ
れる。更に、吸収される紫外線のエネルギーは材料のわ
ずかな体積に集中するので、解離した断片を急速に加熱
して材料の表面から排除する。これらのプロセスは極め
て迅速に行われるので、熱がまわりの材料に伝わる時間
がない。その結果、周囲の領域は溶融もしないし別様の
損傷をうけることもなく、融除される形状の周囲は約１
マイクロメートルのスケールの精度で入射光ビームの形
状を再現することができる。更に、レーザ融除では、光
学エネルギー密度が融除される領域全体に渡って一定の
場合、層内にくぼんだ平面を形成するところのほぼ平坦
なな底面を有するチャンバを形成することもできる。こ
のようなチャンバの深さは、レーザの発射数、及びそれ
ぞれのパワー密度によって決まる。

【００６９】レーザ融除プロセスは、またインクジェッ
ト・プリントヘッドのためにノズル部材を形成する従来
のリソグラフィによる電鋳プロセスと比べても多くの利
点を持っている。例えば、レーザ融除プロセスは従来の
リソグラフィによる電鋳プロセスと比べると、一般に安
価で単純である。更に、レーザ融除プロセスを用いるこ
とによって、ポリマー・ノズル部材はかなり大きいサイ
ズ（すなわち、表面積が広い）になるように、また従来
の電鋳プロセスの場合には実際的ではないノズル形状に
なるように製造することができる。具体的には、露光強
度を制御するか、あるいは複数回の露光を行いここでの
各露光間にレーザ・ビームの向きを変えることによっ
て、独特なノズル形状を作り出すことができる。本願出
願人に譲渡された、 "A Process of Photo-Abrating at
Least One Stepped Opening Extending Through a Pol
ymer Material, and a Nozzle Plate Having Stepped O
peings" と題する米国出願第０７／６５８７２６号に
は、さまざまなノズル形状の例が解説されている。ま
た、電鋳プロセスに必要とされるほど厳密なプロセス制
御を行わなくても、精密なノズルの幾何学形状を形成す
ることができる。

【００７０】ポリマー材料によってノズル部材を形成す
るもう１つの利点は、さまざまなノズル長（Ｌ）対ノズ
ル直径（Ｄ）の比を持つオリフィスまたはノズルを簡単
に製造することができるということである。望ましい実
施例ではＬ／Ｄ比は１よりも大きい。その直径に対して
ノズル長を延ばす利点の１つは、気化室内でのオリフィ
ス−抵抗器間の位置決めがクリティカルでなくなること
にある。

【００７１】このようなノズル部材を使ってみると、イ
ンクジェット・プリンタ用のレーザ融除で作ったポリマ
ー・ノズル部材は従来の電鋳で作ったオリフィス・プレ
ートよりも優れた特性を持つ。例えばレーザ融除される
ポリマー・ノズル部材は水をベースにしたプリント・イ
ンクによる腐食に対する耐性が強く、また一般に親水性
である。更に、レーザ融除されるポリマー・ノズル部材
は比較的大きな可撓性を有しており、従って積層剥離し
にくい。更にまた、レーザ融除されるポリマー・ノズル
部材はポリマー基板に対して簡単に固定でき、また簡単
にこの基板と一体形成できる。

【００７２】望ましい実施例ではエキシマ・レーザを使
用するが、ほぼ同じ光学波長及びエネルギー密度を持つ
他の紫外線源を用いて融除プロセスを行うことも可能で
ある。このような紫外線源の波長は、好ましくは、融除
されるテープへの吸収率を高くすることができる１５０
ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である。更に、周囲の残りの材
料をほとんど加熱せずに融除した材料を迅速に排出する
には、エネルギー密度が約１００ミリジュール／平方セ
ンチメートルを超え、パルス長は、約１マイクロ秒未満
であることが望ましい。

【００７３】当業者には明らかなように、テープ１０４
にパターンを形成するための他の多くのプロセスを用い
ることもできる。このような他のプロセスには、光で画
定されたパターンに対する、化学エッチング、打ち抜き
加工、反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・ミ
リング、及びモールディングまたは鋳造等がある。

【００７４】このプロセスの次のステップは清掃ステッ
プである。ここでは、テープ１０４のレーザ融除された
部分がクリーニング機構１１７の下に配置される。クリ
ーニング・ステーション１１７では、標準的な業界のや
りかたに基づいて、レーザ融除による砕片が除去され
る。

【００７５】次に、テープ１０４は次のステーションに
送られる。これは Shinkawa Coorporation から市販さ
れている型式番号ＩＬ−２０の内部リード線ボンダのよ
うな従来の自動ＴＡＢボンダに組み込まれる光学アライ
ンメント・ステーション１１８である。ボンダは、オリ
フィスの形成に用いられたのと同じ方法及び／またはス
テップで形成されたノズル部材上のアラインメント（タ
ーゲット）・パターン及び抵抗器の形成に用いられたの
と同じ方法及び／またはステップ形成された基板上のタ
ーゲット・パターンに関して予めプログラムされてい
る。望ましい実施例では、ノズル部材の材料は半透明で
あるため、ノズル部材を通して基板上のターゲット・パ
ターンを見ることができる。ボンダは、次にノズル部材
に対してシリコン・ダイ１２０を自動的に位置決めし、
２つのターゲット・パターンのアラインメントを取る。
Shinkawa のＴＡＢボンダには、このようなアラインメ
ントの特徴がある。導電性トレースとオリフィスは、テ
ープ１０４上でアラインメントがとれておりまた基板電
極と加熱抵抗器は基板上でアラインメントがとれている
ので、ノズル部材のターゲット・パターンと基板のター
ゲット・パターンとのこの自動アラインメントによっ
て、オリフィスと抵抗器との精確なアラインメントが取
れるだけでなく、本質的にダイ１２０の電極とテープ１
０４に形成された導電性トレースの端部とのアラインメ
ントも取れる。

【００７６】従って、市販の装置を用いることにより、
シリコン・ダイ１２０とテープ１０４とのアラインメン
トは自動的に取れる。導電性トレースとノズル部材を一
体化することによって、このようなアラインメントの特
徴が達成できる。この一体化によって、プリントヘッド
のアセンブリ・コストが低下するだけでなく、プリント
ヘッドの材料費も低下する。

【００７７】自動ＴＡＢボンダは、次にギャング・ボン
ディング法を用いて、対応する基板の電極に導電性トレ
ースの両端をテープ１０４に形成されたウインドウを通
して押しつける。ボンダは、次に例えば熱圧着ボンディ
ングを用いて熱を加え、トレースの端部を対応する電極
に溶接する。超音波ボンディング、導電性エポキシ、ハ
ンダ・ペースト、または他の周知の手段のような他のタ
イプのボンディングを利用してもよい。

【００７８】テープ１０４は次に加熱及び加圧ステーシ
ョン１２２に送られる。上述のボンディング・ステップ
が済むと、シリコン・ダイ１２０は、次にテープ１０４
に対して下方へ押しつけられ、熱が加えられて、ダイ１
２０の上面の接着剤が硬化し、ダイ１２０がテープ１０
４に対して物理的に結合する。

【００７９】その後、テープ１０４が送られ、ここで巻
取りリール１２４に巻取ることもできる。次に、テープ
１０４を切断することによって、ページ幅の長さのよう
な任意の長さのノズル部材を形成することができる。

【００８０】これによって出来上がったノズル部材を次
にプリント・カートリッジ１０に位置決めし、図６にお
ける前述の接着シールを形成してノズル部材がプリント
・カートリッジにしっかりと固定し、ノズル部材とイン
ク・リザーバの間の基板まわりがインクを通さないよう
に封止し、インクからトレースを隔離するため基板付近
のトレースをカプセル化する。

【００８１】以上で、本発明の原理、望ましい実施例、
及び動作モードに関して説明を行った。しかし、本発明
は論述した特定の実施例に限定されるものと解釈しては
ならない。例えば上述の発明は熱インクジェット・プリ
ンタだけでなく、熱を使用しないタイプのインクジェッ
ト・プリンタに対しても使用できる。従って、上述の実
施例は制限ではなく例示とみなすべきであり、当業者で
あれば、本願特許請求の範囲で定義した本発明の範囲を
逸脱することなくこの実施例に変更を加えることができ
るのは明らかである。

【００８２】

【効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば広
い幅を持ったプリントヘッドを簡単に高精度で作成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプリントヘッドの外観とそ
の内部で使用されるデコーダを示す図。

【図２】図１に示すプリントヘッドの一部を示す図。

【図３】オリフィスの製造に使用される可撓性のあるテ
ープの上面図。

【図４】図３のテープの底面図。

【図５】図１に示すプリントヘッドの断面図。

【図６】図５に占めず断面図の部分拡大図。

【図７】図３のテープの製造工程のある段階のものの底
面図の部分拡大図。

【図８】図３のテープの製造工程の別の段階のものの底
面図の部分拡大図。

【図９】オリフィス・ホールと加熱抵抗器とのアライン
メントを示す図。

【図１０】図９中のノズル部材を下から見た図。

【図１１】図９中のノズル部材の別の実施例を下から見
た図。

【図１２】完成したプリントヘッドの一実施例をプリン
タに設置した状態を示す図。

【図１３】ノズル部材を形成してその上にシリコン・ダ
イを配置する方法の一例を示す図。

【符号の説明】

１０：プリントヘッド １２：インク・リザーバ １６：オリフィス・ホール １８：ノズル部材 ２２、２８：導電性トレース ２３：シリコン・ダイ ２４：マルチプレクサ ２５：デコード回路 ２６：コネクタ ２７、７８：ヒータ抵抗器 ３０：ＰＣ基板 ３２：導電性トレース及び接触パッド ３４：井戸状部 ３６、３８：スロット ４０：ポリマー・テープ ４２、５６、８６ａ、８６ｂ、１２０：シリコン・ダイ ４４：トレース ４６：接触パッド ４８：底面 ５０：内側境界線 ５２：外側境界線 ５３：下方壁 ５８：インク小滴 ６２：支柱 ６６：フィルタ・スクリーン ７４：インク・チャネル ８２：接着剤 ８４：インク・マニフォールド ８７：導電性トレース接触パッド ８８：インク・チャネル ９０：基板 ９１：共通導体 ９２：電極 ９３：導体 ９４：薄膜抵抗器 ９８：記録媒体 ９９：プラテン １００：プラテン回転装置 １０１：ピンチ・ローラ １０２：プリンタ本体 １０４：テープ １０５、１２４：リール １０６：送り穴 １０８：マスク １１２：エキシマ・レーザ １１５：精密レンズ １１７：クリーニング・ステーション １１８：光学アラインメント・ステーション １２２：加熱及び加圧ステーション

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下の(A)ないし(C)を設けてなるインクジ
   ェット・プリントヘッド： (A)複数のオリフィスのグループが形成されているスト
   リップ：前記ストリップの前面は記録を行うために記録
   媒体に面している； (B)インク・リザーバに連通している流体チャネル：前
   記チャネルはインクが前記オリフィスの近傍まで流動で
   きるようにする； (C)前記ストリップの背面に取り付けられた複数の基
   板：前記基板の各々は前記複数のグループの内の１つに
   対向し、前記基板の各々は前記オリフィスの近傍の前記
   インクの一部を蒸発させて前記インクを前記オリフィス
   から射出するために独立に付勢できる加熱手段を有す
   る。
2. 【請求項２】オリフィス配列の繰り返しパターンがステ
   ップ・アンド・リピート式レーザ融除プロセスを用いて
   ポリマー・フィルムの長手方向に形成されたプリントヘ
   ッドを設け、前記オリフィスはインクを射出するインク
   ジェット・プリントヘッド。
3. 【請求項３】以下のステップ(A)ないし(C)を設けてなる
   インクジェット・プリントヘッド製造方法： (A)ストリップ上にオリフィスのグループを複数形成す
   る； (B)インク・リザーバと連通する流体チャネルを形成す
   る：前記チャネルはインクが前記オリフィスの近傍まで
   流動できるようにする； (C)複数の基板を前記ストリップに取付ける：前記基板
   の各々は前記複数のグループの内の１つに対向し、前記
   基板の各々は加熱素子を含み、前記加熱素子の各々は前
   記オリフィスの１つに対応付けられて前記チャネル中の
   インクの一部を蒸発させて前記インクを対応するオリフ
   ィスから射出する。
4. 【請求項４】以下の(A)及び(B)を設けてなるインクジェ
   ット・プリントヘッド： (A)インク・オリフィスを含むノズル部材； (B)前記オリフィスの各々に対応付けられた加熱素子を
   含む基板：前記基板は前記基板上に形成され、また前記
   基板上に形成されたデコーダに結合された電極を有し、
   前記電極に印加された信号をデコードして前記加熱素子
   に分配する。