JPS5995156A - インク室の形成方法 - 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】 本発明はインク・ジェット・プリント・ヘッド用のイン
ク室の形成方法に関し、バブル駆動インク・ジェット・
プリント・ヘッド（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・ジェット・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４．２４３，９９４号、第４．２９
６，４２１号、第４，２５１，８２４号、第４，３１３
，１３４号、第４，３２５，７３５号、第４．３３０，
７８７号、第４．３３４，２３４号、第４．３３５，３
８９号、第４，３３６，５４８号、第４．３３８．６　
Ｌ　１号、第４．３３９．７６２号および第４，３４５
，２６２号しこ適１層に述べられている。そこに開示さ
れている基本概念は、インク含有毛ｔｆ１１＋管と、イ
ンクを放出するオリフィスを備えｔこオリフィス・プレ
ートと、オリフィ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、充分な址のエネ
ルギーンイ／りに与え、これによりインクσ〕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ィスからインク滴を隣接しｔこ
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・ヘッ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−ヒに置かれる。そのた
め正確に引かれた毛Ｑｉｌ管を有するオリフィス・プレ
ートを基板に取付けるにあたっては、抵抗器とインク毛
＋＋；ｉｌｌ・α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（ｓｏ
ｌｄｅｒ　ｇｌａｓｓ　）による接着、あるいはアノー
ド接着（ａｎｏｄｉｃ　ｂｏｎｄｉｎｇ　、　　詳、＋
４１１はたとえばＪｏｕｒｎａｌｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　５４（５）、　１９８３年５月、第
２４１９頁乃至第２４２８頁の”　Ａｎｏｄｉｃ　ｂｏ
ｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｓｕｒｆａｃｅ
ｓ”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
印字ヘッドの生産には多大な費用がかかる。

本発明によれば、モノリシック構造を持つインクジェッ
ト・プリント・ヘッ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（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（たとえばバブル駆動インク・ジェット
・〕°リフリントッドにおいては通常抵抗器が設けられ
た基板）を用意する。次に都電材料の基礎を基板Ｖこし
つかり取付ける。次にレジスト層を使用して基礎の上し
こ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しこ電気めっきをし
て金属を充填する。次いで壁の内部にあたるレジストの
上に金属のフラッシュ被覆（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
ィ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層と壁とを覆っているフラッシュ被覆上
に金属の第２の層を電気めっきにより形成する。次いで
フラッシュ被覆とレジストとを剥がし、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
オリフィスが設げられている。この空所は動作中インク
を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、七ノリシック構造を持つバブ
ル駆動インク・ジェット（バブル・ジェット）・プリン
ト・ヘッ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。基板の一ヒ面図で
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がデポジットサれている基板１１が
与えられる。また２本のインク供給用毛ＫＬｌｌ管１７
゜１９がインクを抵抗器に供給するため基板ｌｌを貫通
しているのがわかる。導電体２１．２３はそれぞれ抵抗
器１３．１５に成力を供給し、よｔこ導電体２５は共通
のアースになっている。これら抵抗器と導電体の上面の
−Ｅにはパツ／ベ−ンヨン層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ
　１ａｙｅｒ　）２７　　がある。上記の基板の作成に
あたってはバブル・ジェット技術でよ（知られている１
ｆ−意の材料と処理法とをほとんど使用することができ
るｈ瓢好ましい実施例Ｖこ於ては、基板としては、代表
的しこは厚さ０．７６２朋乃至ｔ、ｏ　１６ｍｍ　（３
０ミル乃至４０ミル）のガラス？選定し總抵抗藻１３．
１５は夫々約６０オームの抵抗を得るためほぼり０７６
２ｍｍｘ　ｇ、０７６２！ｌ１ｍ　（３ミル×３ミル）
であって、また高々的０．１２７ｍｍＸ（１，１６５１
ｍｍ　（５ミル×６５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２５はアル
ミニウム、ニッケル、および金のサンドウィッチ構造と
し、またパッシベーション層２７はほば゛’ｔ、ｓミク
ロンの厚さのＡｌ２Ｏ３・５ｉ０２　２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、パッシベーション層２７をマスクシ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
って、この上に形成される壁の基部とのかみ合いにより
、壁を基板にしっかり取り付けるため投げられるル９，
３０．および３１を作る（パッシベーション層２７を最
初にデポジットするとき、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、パッシベーショ
ン層として上記の材料を使用するときはデポジット後に
マスクしエツチングを行うのが史に都合のよいことがわ
かった）。才西孔ｆｒｄＳを構成した後、このＪ内孔部
を含む全パッシベーション層に金属の薄層な被せること
により（すなわち非導祇物上に金属膜を形成させる手段
であるフラッシュ被１夏処理を施して″））ｓ電性基礎
３３を形成する。代表的に＋１フラツシユ被俊はニッケ
ルの無１＆解めっきにより約２０００オングストローム
の厚さまで行う。フラッシュ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、ここでは無電解ニッケルめっきが好ましい
。

フラッシュ被覆の後、表面を適当なレジストで約０．０
５０８　ｍｍ　（２ミル）の厚さまで被覆する。たとえ
ば、厚３　ｆｌ、０４５７：Ｕｎ　（１，８ミル）の１
ｉｓｔｏｎ（デュポン社の峰録商標）のような乾燥薄ノ
漠（ｄｒｙ　ｆｉｂｎ）フォトレジストが極めてコ商当
である。ンχ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７Ｊ＜す断面図であり、残留
したレジスト７４３７　ｉ、Ｅ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
な形状及び位置を示す。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とイど共に完全に取囲み、また動作中混線しないよ
うに（つまり、隣接し／こオリフィスから、インクが飛
び出さない様にン２個の抵抗器を分離している壁の位置
を定める。

溶媒等による表面処理）に続いて、穴３５にニッケル、
銅および金のような金属で眠気めっきを施し基礎３３に
固着させる。めっきの厚さは代表的ニハレシスト層３７
の上面のすぐ下（断面図である第７図に示した周辺壁３
９と隔壁４１とから壁を得るには、０．０４５７２ｍｍ
　（１，８ミル）のＲ１５ｔｏｎ層に対して、パッシベ
ーション）リフの表面上約００３８１”　（１，５ミル
）まで行う。第７図に図示される様に、柄孔部２９，３
０、および３１は今や金属が充填され、壁を基板にしっ
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１．２７　ｍｍ　（５０ミル
）離れているインク・ジェット・ヘッドに対して代表的
には、周辺壁３９の好ましい厚８　Ｄ　Ｉ　ハ約１２７
Ｍｍ　（５０ミ／ｌ／　）であり、隔壁４１の好ましい
厚さＤ２は約ｒ）、１２７朋からｆｌ、２５１ｍ　（５
ミルから１０ミル）である。

しかしながら、当朶者にとっ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、
Ｎ〜孔部２９，３０．　ｘａよび３１は不必要になり、
周辺壁９３９と隔壁４１はフラッシュ被覆を施したパッ
シベーション層２７の平らな表面に直接固定することが
できる。この叩出は、電気めつきによって形成された周
辺壁と７ラツシユ被覆した表面との間の付着力が太き（
なれば、フラッシュ被覆それ自身が再び基礎として働（
からである。バブル・ジェット・ヘッドに関係するこの
接着強度については、周辺壁３９の厚さなある程度以上
にすれば、柄孔部２９．３０および３１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、強度を太き（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
ることがわかっている。同様に、バブル・ジェット・プ
リント・ヘッドはパッシベーション層を全（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、フラッシュ被覆した基礎を、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
め方法により基板にｉｆ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ッシベーション層２
７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
よって組立る代りに、モノリシッ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のフラッシュ被［４３、代表的にはニッ
ケル（銅または金もまた使用できる）な施してレジスト
３７の上に導電表面を形成する。第２のレジスト層を専
心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３
９の外表面の垂直方向への延長上にあり史に完全に抵抗
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４７．４８は、後に説明する様に、装置のオリフィ
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Ｉ）、０
２５４　ａｍから０．０７６２ｍｍ（ｌミルから３ミル
）の範囲であり、好ましい厚さは約（１，０５０８ｍｍ
　（２ミル）である。レジスト円柱４７．４８の代表的
な直径は約０．０７１１２　ｍｍから約０．１１１７６
　ｍｍ　（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った後、次の段階はノラ
ッ７ユ被覆４３のうちレジスト層４４やレジスト円柱４
７．４８によっ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′心気めっきして断面図
である第１ｏ図に示すオリフィス・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
めっきの厚さを加減することによりレジスト円柱４７　
、４８のめっきがかからない部分の直径をＡ　ｊ’ｆ（
１することができる。従ってこれによって装置に対する
所望のオリフィスの寸法を選択することができる。好ま
しい実施例では、オリフィス・プレート５１は代表的に
はニッケルで厚さはホホ０．０５５８８　ｍｍ　（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。オリフィス・プレー）５１０屯気め
っきに続いてレジス）　３７，４４，４７．および４８
を高温エツチング液、たとえば、５４．４°Ｃ（１３０
°Ｆ）のＩｎ１ａｎｄ　５ｐｅｃｉａｌｉｔｙ　Ｃｂｅ
ｍｉｃａ１社製のＡＰ−６２７のｌｏ〜２０％溶液ケ用
いて除去すムそしてフラッシュ被覆４３もエツチングで
除去される。か（して断面図を示す第１１図、及び−Ｆ
面図を示す第１２図かられかるように完全なモノリシッ
ク構造を持つバブル・ジェット・プリント・ヘッドが残
される。レジストとフラッシュ被覆を除去して残った空
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１９と
＆ｆｉより供給され、オリフィス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・ジェット用ヘッドの構成技
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
て同じ目標に位置会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　ｃｌ
ｅｖｉｃｅ　）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　１ｉｎ
ｅ　）や複数部品による組立品が無いため、非常に低原
価で大最生産が推進できる。

なお、当梁者にとっては、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（１９８
２年１１月２２日出願のＪａｍｅｓ　Ｈ。

Ｂｏｙｄｅｎ　　他による米国出願番号第４４３７１０
号、「ａ予想駆動インク・ジェット・プリンタ」を参照
）で駆動されるもののようなバブル拳ジェット・プリン
ト・ヘッ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個のオリフィスしかないプ
リント・ヘッドに限定されるものではな（唯一個のオリ
フィスを備える装置あるいは多くのオリフイスタＩＪＹ
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、オリフィス・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ィスを備え
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発射室の形成方
法を適用してバブル駆動インク・ジェット・プリント・
ヘッ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１
１図はＡＡ断面図である。 ｌｌ：基板、１３．１５：抵抗器、１７　、１９　：イ
／り供給用上ＨＩＪＷ、２７　：　ハンシベーション１
＠。 ２９　、３０．３１　：柄孔部、３３：導′「に性基礎
、３７．４４　ニレジスト層、３９：周辺壁、４１：隔
壁、４３：フラッシュ被覆、−１７，４８ニレジスト円
柱、５１ニオリフイス・プレート、６１．６２　：イン
ク室、６３，６５ニオリフイス。 出願人　横河化ニーレット・パンカード株式会社代理人
　弁理士　　長　谷　川　　次　　男ＦＩＧ　　／ Ｆ／θ　２ ＦＩ６．　４ ＦＩＧ　６ ＦＩＧ　７ Ｈθ８ ＦＩＧ　９ ＦＩＧ、　　１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　インク・ジェット・プリント・ヘッド用のイ
   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ィスを設けるべき泣面を残して除去
   し該除去された部分に前記インク室の土壁を形成する第
   ４の工程と、 前記第１＆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、 前記基板上にパッシベイション１−を形成し該パッシベ
   イション層上に第１の金稿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Ｉ―を形成する工
   ８乞前記第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、 前記側壁及び土壁は金属であることを特徴とするインク
   室の形成方法。