JPH08230192A - 熱インクジェット式プリントヘッドの製造方法 - Google Patents

熱インクジェット式プリントヘッドの製造方法

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JPH08230192A
JPH08230192A JP4231796A JP4231796A JPH08230192A JP H08230192 A JPH08230192 A JP H08230192A JP 4231796 A JP4231796 A JP 4231796A JP 4231796 A JP4231796 A JP 4231796A JP H08230192 A JPH08230192 A JP H08230192A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】インクを蒸発させる発熱抵抗体とノズルとのア
ラインメントを正確かつ容易に行うことができ、しか
も、キャビテーション損傷を少なくし、インク供給速度
も高速化する。 【解決手段】発熱抵抗体１５を囲むように位置する環状
のフレームを設け、その環状フレームの内側に金属層を
めっき成長させてノズル部１７を形成することにより、
自動的に発熱抵抗体とノズルとのアラインメントがとれ
るようにした。これにより、大規模のプリントヘッドの
製造も可能となる。めっきを可能とするためインク保持
部１１とノズル部１７とは直接接続されており、その間
に位置する梁の上に発熱抵抗体１５が設けられている。
これにより、泡のつぶれによるキャビテーション力が、
供給されるインクにより吸収され、またインク供給も早
いという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット式プリ
ントヘッドとその製造方法に係り、特に、ノズルのセル
フアラインメントの可能なプリントヘッドとその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来技術】従来の熱インクジェット式プリントヘッド
２を、第２図に示す。熱インクジェットにおいて技術的
に解決すべき課題として、組み立ての問題、即ちノズル
板１の脱離の問題がある。従来では各ノズル板１は、第
３Ａ図に示すように、エポキシにより、抵抗構造３に個
別に装着される。これは非常にコストのかかる工程であ
り、且つ種々の問題を起こす可能性をもっている。例え
ば、この作業ではノズル板１のアラインメントがうまく
いかないことがよくある。従来技術を簡単に示す第３Ａ
図では細かい部分は省略してある。熱インクジェットプ
リントヘッド２の種々の構成要素は、それぞれ熱膨張率
が違うので、接着剤が硬化するとき、ノズル板が脱離し
ようとする傾向がある。このような接着の問題があるた
め、従来の熱インクジェットプリントヘッドでは、ノズ
ルの数が制限されてしまうという欠点があった。
【０００３】従来の熱インクジェットプリントヘッド２
では、インクの補充速度も問題になる。補充速度によっ
てプリント速度が制限される。第３Ｂ図に示した従来の
熱インクジェットプリントヘッド２では、インクは、イ
ンクの流れを制限する摩擦の大きな溝７を通ってノズル
６に達する。
【０００４】ここに従来例として引用する「モノリシッ
クインクジェットプリントヘッド」と称する米国特許第
４，４３８，１９１号（本願出願人の出願に係る、特開
昭５９−９５１５６号）に記載した発明では、上記した
問題を一部解決しうる「モノリシックインクジェットプ
リントヘッド」が提案されている。しかしながら、この
プリントヘッドの製造には、新たに次のような問題が生
じる。即ち、インク穴の形成、加熱室（firing chambe
r）その他の場所からのドライフィルム残えきの除去、
ノズルの正確なアラインメント、その他様々な製造上の
問題である。また、従来のモノリシックプリントヘッド
のノズルは散開（diverge）させることができなかっ
た。
【０００５】また、従来のインクジェットプリントヘッ
ドには泡がつぶれることにより、また補充インクのため
に抵抗に衝撃が与えられる。このキャビテーション（点
食）の力が繰り返し加わることにより、抵抗が破壊して
しまうという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明に係る、ノズル
とインク保持部（ink well）とを一体的に形成したモノ
リシック熱インクジェット式プリントヘッド及びその製
造方法は、上記した従来のプリントヘッドにおけるノズ
ルの取り付けやインク流の問題を解決するものである。
【０００７】また、本発明は、製造費を削減し、信頼性
を高めるという目的を達成しようとするものである。製
造費削減の一部は、発熱手段とノズルとの位置合わせの
困難を全て除くという製造工程の自動化により達成され
る。信頼性改善の一部は、抵抗の寿命が延びたことと、
プリントヘッドのインクの流れがスムーズになったこと
により達成される。本発明によって初めて、熱インクジ
ェット式プリントヘッドにおいて、ページ幅のプリント
ヘッドアレーを構成することが可能になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴として、第
１図に示すように、自動的にアラインメントが行われる
ノズル１９が設けられている。従来の方法では、第２図
に図示したノズル板１が中心からずれてしまう（ミスア
ライン）ことがあった。ミスアラインのために、ドット
が広がり、プリントが斜めになったりする。こうした欠
点が本発明によって除去される。
【０００９】本発明のモノリシリックプリントヘッド２
０は、抵抗の故障を少なくする。第２図に示す従来の熱
インクジェットプリントヘッドでは、泡のつぶれ、及び
インクの補充のために抵抗に衝撃が与えられる。第１図
に示すモノリシック熱インクジェットプリントヘッド２
０ではつぶれる泡は、補充されるインクとぶつかるよう
になっている。このため、インクがキャビテーション力
をほとんど吸収する。残りのキャビテーション力は、抵
抗等の発熱手段を上に載置したカンチレバー梁（cantil
ever beam。以下、張り出し部とも言う）によって吸収
される。延性ニッケルにより構成したカンチレバー梁
は、インク保持部の中に浮かんでいるような形に形成さ
れる。抵抗に加わる機械的力は、インクそれ自体と同
様、カンチレバー梁のフレキシビリティにより緩衝され
る。
【００１０】また本発明によれば、プリント速度がイン
クの補充速度によって制限されることはない。第１図に
示すように、インク保持部１１は加熱要素１５に直接的
に接続されている。この直接的な接続によりインク流へ
の抵抗が軽減される。このため、プリント速度がインク
の補充速度によって制限されることがなくなる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
説明する。第１図は、本発明方法により製造された実施
例に係る、一体的に形成された（integrated）ノズル及
びインクつぼ（ink well、以下インク供給部、又はイン
ク保持部と言う）を有するモノリシック熱インクジェッ
ト式プリントヘッドの断面図を示している。第４図はモ
ノリシックプリントヘッド２０の平面図を示している。
インク保持部は基板１０内にあってインクを保持・供給
する。発熱手段（加熱要素）である抵抗層１５はインク
を蒸発させる。ガス状のインク（水蒸気、グリコール及
びインク色素粒子）は、ノズル部１７に移動する。コン
パウンドボア（compound bore：例えば、中心を共通に
し且つ異なる内径の連続的な曲面を有する穴）ノズル１
９は、累積したガス状インクの圧力によってインクをノ
ズルから放出させるべく、該ガス状インクを導くもので
ある。
【００１２】熱障壁、すなわち断熱層２１は、ニッケル
のカンチレバー梁（張り出し部）１２や、ニッケル基板
４０に熱が流れるのを防止する。このような組み合わせ
により、抵抗層１５からの熱はインクを加熱し、プリン
トヘッド２０内でむだになってしまうことがない。（所
定の）パターンに形成された導体層２３は、カンチレバ
ー梁１２上を除き、抵抗層１５を短絡する。保護層２５
は、ノズル１９を形成するためのニッケルめっき工程
中、導体２３による短絡を防ぐ働きをする。保護層２５
はまた、各層の化学的機械的損傷をも防護する。導体層
２７は、ノズル１９を構成せしめるための面を形成すべ
く、製造工程中に被着される。つまり、ノズル１９はそ
の面の上に構成される。
【００１３】モノリシック熱インクジェット式プリント
ヘッド２０を製造する工程は、いくつかの段階からな
る。第５Ａ図に示すガラスまたはシリコンの基板１０上
に、約１０００オングストローム（約０．１μｍ）の導
体層３０をスパッタリング技術を用いて被着させる。導
体層３０に通電することにより、その表面をニッケルめ
っきを施しうるような面とする処理を行う。次に、第５
Ｂ図に示すように、ドライフィルムマスク３２を導体層
３０に被せる。このマスク３２は、直径２から３ミル
（約５０μｍから７５μｍ）で、第１図のカンチレバー
梁１２及び第９図の１３の位置決めを行う。第５Ｃ図は
マスク３２が取りうる様々な別実施例を示す。マスク３
８は、第４図に示すプリントヘッド２０に対応する。マ
スク３４は第１０図に示すプリントヘッド６０に対応す
る。
【００１４】次に、電気めっきにより、露出した基板１
０に、１から１．５ミル（約２５μｍから３８μｍ）の
ニッケル層４０を形成する。カンチレバー梁１２はこの
ようにして形成される。めっき終了後、ドライフィルム
マスク３８を除去して、第６Ｂ図に示すカンチレバー梁
１２を露出させる。保持部１１も、多段階の工程により
形成される。まず、スパッタリングにより、保護金属層
４２を被着させる。この層は金からなり、厚さは１００
０オングストローム（０．１μｍ）である。次に、マス
ク４４により保持部の位置を決める。それから、シリコ
ンにはＫＯＨ、ガラスにはＨＦといった化学的なウェッ
トエッチング工程により保持部１１を形成する。保持部
４２とマスク層４４を除去すると、第６Ｃ図に示すよう
な構造となる。
【００１５】次にＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ法：low pres
sure chemical vapor deposition）によるＳｉＯ2 また
その他の誘電材料によりなる断熱層２１を被着させる。
これは、第１図、第７図に示すように、保持部１１の内
側、ニッケルめっき層４０の上、カンチレバー梁１２の
まわりに、１．５μｍの厚さで被着される。断熱層２１
は、抵抗層２１が効率よく働くのを助ける。断熱層２１
の上には、第１図の第７Ａ図に示すようにタンタルアル
ミニウム等の材料より成る抵抗層１５が１０００オング
ストローム（０．１μｍ）から３０００オングストロー
ム（０．３μｍ）の厚さに被着される。次に、厚さ５０
００オングストローム（０．５μｍ）の金またはアルミ
ニウムからなる導体層２３が、抵抗層１５に選択的にパ
ターン付けされ、抵抗層１５の一部を短絡させる。導体
層２３は、カンチレバー梁にはなく、したがって、カン
チレバー梁では抵抗層１５が働くことができる。導体層
２３の上には、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）やＳｉ3
Ｎ4 その他の誘電材料より成る保護層がＬＰＣＶＤ法を
用いて被着される。この層は化学的機械的損傷からプリ
ントヘッドを保護する。
【００１６】導体層２７は１０００から５０００オング
ストローム（０．１から０．５μｍ）の厚さで保護層２
５に被着される。これはスパッタリングによって形成さ
れる。導体層２７は、電気めっきでノズル１９を形成す
る面をなす。次に第７Ｂ図に示すように、ウェットエッ
チング工程で、導体層２７の所定部分をエッチングし、
残りの導体層２７だけが、形成されるノズルの基底部に
位置するようにする。
【００１７】次に、ドーナツ状のドライフィルムブロッ
ク５２を導体層２７にラミネートする。これらブロック
５２はノズル１９を形成するためのフレームをなす。本
実施例においては、ノズル１９は二段階のめっき工程で
構成される。最初の工程が終了したときには、第８Ａ図
に示すようになっている。ノズル１９のベースが、１．
５から２．０ミル（約３８から５１μｍ）の厚さで導体
層２７に電気めっきにより形成され、この厚さは（最終
的）なノズル１９の高さと等しくなっている。次に、ガ
ラス板またはその他の平板状の誘電材料５６を、第８Ｂ
図に示すようにノズル１９に押し付ける。この板５６
は、ニッケルめっき工程の第２段階において、ノズル１
９の鋳型として作用する。さらに、電気めっき工程を続
けて、第８Ｃ図に示すようにノズル１９を形成する。ノ
ズル１９が完成した後、板５６を除去する。この結果、
第１図に示すようなプリントヘッド２０が構成される。
【００１８】なおノズル１９は、他の方法を用いて形成
してもよい。例えば、板５６を使用せず、一段階のめっ
き工程でノズル１９を構成することもできる。
【００１９】第９図は、プリントヘッド２０の他の実施
例を示す。この形のノズル１９は、コンパウンドボアと
も称すべきものである。これは、ノズル１９から放出さ
れるインク流を調整する。コンパウンドボアノズルから
放出されるインク流は、直径が小さく、広がりがごくわ
ずかである。カンチレバー梁（張り出し部）１３は、中
心に向けて突出しており、発熱体１５がこの張り出し部
１３の上に載置されている。このプリントヘッドの実施
例は、第１図に示すプリントヘッド２０と同じ方法で形
成される。工程での主な相違は、層４０を基板１０にめ
っきするとき用いられるマスクの型である。カンチレバ
ー梁１２用のマスク３８の代わりに、マスク３４又は３
６のようなマスクを使用する。
【００２０】上記した本発明の実施例において、プリン
トヘッドはインクを射出するものであり、このインクは
水、グリコール、色素粒子を含有するものであるものと
して説明したが、他の物質を射出するのに用いることも
できることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係るプリントヘッドは、上述の
ように、ノズル部とインク保持部とが一体的に形成され
ており、発熱体はその間に位置する張り出し部に載置さ
れているので、泡のつぶれ等によるキャビテーション力
が補充インクによって緩衝され、発熱体の受ける損傷が
極めて小さくなり、寿命が飛躍的に延びるという効果が
得られる。それにより、信頼性の高いプリントヘッドを
提供しうるという効果が得られる。また、ノズル部とイ
ンク保持部とが直接的に接続されているので、インクの
補充速度が速くなり、プリント速度自体の高速化を図る
ことができると言う効果が得られる。また、本発明に係
るプリントヘッドの製造方法は、発熱体及びノズルの位
置決めを別々に行うのでなく、製造工程において、自ず
と両者の位置が一致するようになっているので、原理的
に位置ずれが生じにくく、ミスアラインによるドットの
広がりや傾斜が防止され、従来のような細心な位置合わ
せ作業が必要ないので製造コストの低減を図ることがで
きるという効果が得られる。また、広い範囲にわたって
多数のノズルを有するようなプリントヘッドを製造しう
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る熱インクジェット式プリ
ントヘッドの断面図。
【図２】従来例に係る熱インクジェット式プリントヘッ
ドの斜視図。
【図３Ａ】従来例に係る熱インクジェット式プリントヘ
ッドの断面図。
【図３Ｂ】図３Ａに示すプリントヘッドの一部断面図。
【図４】本発明の実施例に係るプリントヘッドのノズル
を除いた状態を示す平面図。
【図５Ａ】本発明の実施例に係る製造工程に於ける基板
を示す断面図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す基板にマスクを被せた状態を示
す断面図。
【図５Ｃ】本発明の実施例に係るマスクの形状を示すた
めの平面図。
【図６Ａ】カンチレバー梁（張り出し部）と保持部との
形成の工程を示す断面図。
【図６Ｂ】カンチレバー梁（張り出し部）と保持部との
形成の工程を示す断面図。
【図６Ｃ】カンチレバー梁（張り出し部）と保持部との
形成の工程を示す断面図。
【図７Ａ】抵抗層と保護層との形成を示す断面図。
【図７Ｂ】ノズルを形成するための導体層とドーナツ形
の枠とを示す断面図。
【図８Ａ】ノズルを形成する工程を示す断面図。
【図８Ｂ】ノズルを形成する工程を示す断面図。
【図８Ｃ】ノズルを形成する工程を示す断面図。
【図９】別実施例に係る熱インクジェット式プリントヘ
ッドの断面図。
【図１０】図９に示すプリントヘッドの平面図。
【符号の説明】
１０：基板 １１：インク保持部 １５：抵抗発熱体 １７：ノズル部
【手続補正書】
【提出日】平成８年３月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項７ 】前記ノズルを形成する工程は、前記種層か
らノズルを形成する層を途中までめっき成長させる第一
の工程と、その層からからさらに前記フレームをおおう
ようにめっき成長させ、該フレームの内側に奥から先端
に向かってその口径が次第に狭くなるような形状のノズ
ル開口を形成する第二の工程とからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項に記載のインクジェット・プリ
ントヘッドの製造方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】インク保持部と接続すべく基板内に抵抗発
    熱体を設け、該基板上に前記抵抗発熱体を囲むように位
    置する環状のフレームを設け、前記環状のフレームから
    内側に金属層をオリフィス開口を残してめっき成長させ
    ることによりノズル部を形成する工程を有することを特
    徴とする熱インクジェット式プリントヘッドの製造方
    法。
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