JP3400487B2 - インクジェットプリンタとその印字ヘッド - Google Patents

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・
プリンタに関し、特にインクジェット・プリンタで使用
される印書カートリッジ用のノズルもしくはオリフィス
部材及びその他の部品に関する。

【０００２】

【従来技術と発明が解決しようとする課題】感熱式イン
クジェット印書カートリッジは少量のインクを急激に加
熱してインクを蒸発させ、オリフィスを通して放出させ
て用紙のような記録媒体に当てるように動作する。多数
のオリフィスがパターン形成されて配列されている場合
は、各オリフィスからインクが適宜の順序で放出される
ことによって、印書ヘッドが用紙に対して移動されると
用紙に字号又はその他の画像が印書される。一般に用紙
は印書ヘッドが用紙に対して移動する毎にシフトされ
る。インクだけが用紙に当たるので、感熱式インクジェ
ット・プリンタの動作は迅速且つ静かである。これらの
プリンタの印書性能は高く、小型で携帯式にすることが
できる。

【０００３】設計の一例では印書ヘッドは次の部品を備
えている。すなわち、１）インク溜と、インクをオリフ
ィスの近傍の蒸発ポイントに供給するためのインク管
路、２）個々のオリフィスが必要なパターンで形成され
たオリフィス板、及び３）インク管路の壁の一つを形成
する基体上に形成され、各々のオリフィスの下に一つづ
つ備えられた一連の薄膜ヒータ、である。各ヒータは薄
膜抵抗と、適当な電線を備えている。単一ドットのイン
クを印書するため、外部の電源からの電流が選択された
ヒータに導通される。ヒータは抵抗加熱され、ひいては
隣接するインクの薄層を過熱して、爆発的に蒸発せし
め、その結果インク滴が関連するオリフィスを通して用
紙上に放出される。

【０００４】従来の印書カートリッジの一例が１９８５
年２月１９日に付与され、本件出願人に譲渡されたバッ
ク他の米国特許明細書第４，５００，８９５号「使い捨
てインクジェット・ヘッド」に記載されている。

【０００５】このようなプリンタでは、印書性能は印書
カートリッジに実装された印書ヘッド内のオリフィスの
物理的な特性に左右される。例えば、印書ヘッド内のオ
リフィスの形状がインク滴の放出のサイズ、軌道及び速
度に影響を及ぼす。更に、印書ヘッド内のオリフィスの
形状は蒸発室に供給されるインクの流れに影響を及ぼ
し、場合によってはインクが隣接するオリフィスから放
出される態様にも影響を及ぼす。インクジェット・プリ
ンタ用のオリフィス板はニッケル製であり、リソグラフ
による電鋳工程によって製造される場合が多い。適当な
リソグラフ電鋳工程の一例は１９８８年９月２７日にラ
ム他に付与された米国特許明細書第４，７７３，９７１
号「薄膜マンドレル」に記載されている。このような工
程では、オリフィス板内のオリフィスは誘電体のディス
クの周囲にニッケルをメッキすることによって形成され
る。

【０００６】インクジェット印書ヘッド用のオリフィス
板を形成するこのような電鋳工程には幾つかの欠点があ
る。その一つはこの工程では応力及び板の厚さ、ディス
クの直径及びメッキ率のようなパラメタを精密に平衡さ
せることが必要であることである。別の欠点はこのよう
な電鋳工程では生来、ノズルの形状とサイズに関して設
計上の選択肢が限定されることである。

【０００７】電鋳により形成されたオリフィス板、及び
インクジェット・プリンタ用の印書ヘッドのその他の部
品を使用する際には、インクによる腐食が問題になるこ
とがある。一般に、このようなオリフィス板の防食性は
２つのパラメタにより左右される。すなわち、インクの
化学成分と、オリフィス板の電気メッキされたニッケル
面上の水酸化層の形成である。水酸化層がないと、ニッ
ケルはインクによって腐食することがある。特に、イン
クジェット・プリンタに広く利用されているような水性
インクの場合にこの傾向が強い。オリフィス板の腐食は
金メッキを施すことによって最小限に抑えることができ
るが、このようなメッキはコストが高い。

【０００８】電鋳によるインクジェット・プリンタ用の
オリフィス板の更に別の欠点は、完成した印書ヘッドが
使用中に剥離を生ずる傾向があることである。通常は、
剥離はオリフィス板とその基体との間に小さい間隙が形
成されることに端を発し、その原因はオリフィス板とそ
の基体との熱膨張率の差である場合が多い。剥離は印書
ヘッドの材料とインクとの相互作用によって一層強ま
る。例えば、インクジェット印書ヘッド内の材料は水性
インクに長く晒されると膨張し、そのために印書ヘッド
の内部構造の形状が変化することがある。

【０００９】オリフィス板の剥離は部分的なものでも、
印書結果に歪みを生じることがある。例えば、オリフィ
ス板の部分的な剥離によって通常はインク滴放出速度が
低下するか、極めて不規則になる。更に、部分的な剥離
によって気泡の累積部位が生じ、これがインク滴の放出
を妨げる場合がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下にインクジェット印
書カートリッジ用の新規のノズル部材と、ノズル部材を
形成する方法を開示する。好ましい実施例では、導体ト
レースを形成した可撓性テープに、ノズルあるいはオリ
フィスが形成される。好ましい方法では、ノズルもしく
はオリフィスはエクサイマ・レーザ切除方式によって形
成される。また、エクサイマ・レーザの代わりに、周波
数逓倍ＹＡＧレーザを用いてもよい。

【００１１】この結果形成されたオリフィスおよび導体
トレースを有するノズル部材は、その後、各オリフィス
に対応する発熱素子を含む基板上に、実装される。ノズ
ル部材の裏面に形成された導体トレースは、基板上の電
極に接続され、発熱素子に励起信号を供給する。分離し
た層あるいはノズル部材に形成された障壁層は、蒸発
室、各オリフィスの囲い、及びインク供給源と蒸発室と
の間を液体的に連通するインク通路を備えている。基板
上の発熱素子の励起は、対応する蒸発室内でインクを気
化し、気化されたインクは、ノズル部材のオリフィスを
通して吐出される。

【００１２】可撓性回路上にオリフィスを形成すること
によって、従来の電鋳により形成されたオリフィスプレ
ートの欠点が解消される。さらにオリフィスは、基板上
の電極の配列が導体トレースの端部に対応するよう、ノ
ズル部材の導体トレースおよび発熱素子に対して整列し
て形成される。

【００１３】

【実施例】図１を参照すると、参照番号１０は本発明の
一実施例に従った印書ヘッドを組み入れたインクジェッ
ト印書カートリッジを概略的に示している。インクジェ
ット印書カートリッジ１０はインク溜１２と、印書ヘッ
ド１４とを備え、印書ヘッド１４はテープ自動接合方式
（ＴＡＢ）を利用して形成される。印書ヘッド１４（以
後“ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４”と呼ぶ）は例えば
レーザ切除によって可撓ポリマー・テープ１８内に形成
された２列の縦のオフセット穴、すなわちオリフィス１
７から成るノズル部材１６を備えている。テープ１８は
３Ｍコーポレーションから市販されているカプトンTMか
ら購入できる。別の適当なテープはユピレックスTM又は
これと同様のテープでよい。

【００１４】テープ１８の裏面には従来のフォトリソグ
ラフ・エッチング及びメッキ工程の双方又は一方によっ
て導電トレース３６が形成されている。これらの導電ト
レースはプリンタと接続されるように設計された大型の
接点パッド２０で終端している。印書カートリッジ１０
は、テープ１８の表面の接点パッド２０がプリンタの電
極と接触して、外部で発生された励起信号を印書ヘッド
に送るようにプリンタ内に装着されるように設計されて
いる。

【００１５】図示した種々の実施例では、トレースはテ
ープ１８の裏面に形成されている（記録媒体と対面する
面の反対側）。これらのトレースにテープ１８の表面か
らアクセスするため、テープ１８の正面を通して穴（管
路）を形成して、トレースの端部を露出させなければな
らない。露出されたトレースの端部はその後、例えば金
によってメッキされ、テープ１８の表面上に示した接点
パッド２０が形成される。

【００１６】ウインドゥ２２と２４がテープ１８を貫い
て延在し、シリコン基体を含むヒータ抵抗体上の電極と
導電トレースの他端との結合を容易にするために利用さ
れる。ウインドゥ２２及び２４にはトレースと基体の下
にある部分を保護するために詰物が詰められる。

【００１７】図１の印書カートリッジ１０内で、テープ
１８は印書カートリッジの“筒口”の背後エッジで曲折
され、筒口の背壁の長さの約半分に亘って延びている。
テープ１８のこのフラップ部分が必要であるのは、基体
の電極に接続される導電トレースの経路を遠隔端部のウ
インドゥ２２を通して指定するためである。図２は印書
カートリッジから取り外し、ＴＡＢヘッド・アセンブリ
１４内のウインドゥ２２及び２４に詰物を詰める前の図
１のＴＡＢヘッド・アセンブリ１４の正面図である。Ｔ
ＡＢヘッド・アセンブリ１４の背面には個々に励起可能
な複数個の薄膜抵抗を含むシリコン基体２８（図３に示
す）が固定されている。各抵抗体は単一のオリフィス１
７のほぼ後に配置され、単数又は複数の接点パッド２０
に順次、又は同時に印加される単一又は複数のパルスに
よって選択的に励起されると、抵抗性ヒータとして機能
する。オリフィス１７と導電トレースのサイズ、個数及
びパターンは任意でよく、本発明の機構を簡略且つ明瞭
に示すために幾つかの形状で示してある。それぞれの形
状の相対寸法は明解にするために大幅に修正してある。

【００１８】図２に示したテープ１８のオリフィス・パ
ターンはステップアンドリピート方式のレーザ又はその
他のエッチング手段と共にマスキング工程を利用して形
成される。このことは本明細書を読んだ専門家には容易
に理解できよう。後に詳細に説明する図１２は上記の工
程を補足的に詳細に示している。

【００１９】図３は図２のＴＡＢヘッド・アセンブリの
裏面を図示しており、テープ１８の裏面に取付けられた
シリコン・ダイスすなわち基体２８を示し、更にインク
管路と蒸発室とを含む基体２８に形成された障壁層３０
を示している。図６は障壁層３０をより詳細に図示して
おり、これについては後述する。障壁層３０のエッジに
沿ってインク溜１２（図１）からインクを受容するイン
ク管路３２の入口が示されている。テープ１８の背面に
形成された導電トレース３６は図３にも示され、トレー
ス３６はテープ１８の反対側の接点パッド２０（図２）
で終端している。ウインドゥ２２及び２４によって、接
合を容易にするためにテープ１８の反対側からトレース
３６と基体の電極の端部にアクセスすることができる。

【００２０】図４は図３のＡ−Ａ線に沿って断面図を示
しており、導電トレース３６の端部と基体３０に形成さ
れた電極４０との接続状態を図示している。図４に示す
ように、障壁層３０の部分４２は導電トレース３６の端
部を基体２８から絶縁するために利用される。図４には
更にテープ１８と、障壁層３０と、ウインドゥ２２及び
２４と、種々のインク管路３２の入口の側面図も示され
ている。インク滴４６が各々のインク管路３２と関連す
るオリフィス穴から放出される態様が図示されている。

【００２１】図３のＴＡＢアセンブリ１４の裏面は、図
５に示すように基体２８の周囲を囲み、テープ１８の裏
面とインク溜１２との間にインク漏れ止めを形成する接
着シールによってインク溜１２のインク開口部に対して
密封されている。

【００２２】図５は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面の側面
図であり、基体２８を囲む接着シール５０の一部と、イ
ンク管路と蒸発室５４，５６とを含む障壁層３０の上面
の薄い接着層５２によってテープ１８の中央部に接着に
より固定された基体２８を示している。印書ヘッドカー
トリッジ１０のプラスチック体の一部も図示されてい
る。薄膜抵抗体５８と６０はそれぞれ蒸発室５４内に図
示されている。図５は更にインクがインク溜１２から印
書カートリッジ１０に形成された中央スロット６４を通
って流れ、又、基体２８のエッジの周囲を蒸発室５４及
び５６へと流れる態様をも示している。抵抗体５８と６
０とが励起されると、蒸発室５４，５６内のインクの一
部が放出され、これは放出されたインク滴６６及び６８
で示されている。

【００２３】図６は図２のテープ１８の裏面に固定され
てＴＡＢヘッド・アセンブリ１４を形成するシリコン基
体２８の正面の平面図である。シリコン基体２８には従
来のフォトリソグラフ技術を用いて図６に示す縦２列の
薄膜抵抗７０が形成され、これは障壁層３０に形成され
た蒸発室７２を通して露出されている。一実施例では、
基体２８の長さは約1/2 インチであり、３００個のヒー
タ抵抗体７０を備えていることにより、インチ当たり６
００ドットの解像度が可能になる。基体２８には図２の
テープ１８の裏面に形成された（点線で示した）導電ト
レース３６に接続するための電極７４も形成されてい
る。

【００２４】電極７４に印加された多重化入り信号をデ
マルチプレクスし、且つ信号を種々の薄膜抵抗７０へと
配分するために、図６に点線で示したデマルチプレクサ
７８も基体２８上に形成されている。デマクチプレクサ
７８によって薄膜抵抗７０よりも大幅に少ない数の電極
７４しか使わなくともよくなる。デマクチプレクサ７８
は電極７４に印加される符号化された信号を復号するた
めの任意のデコーダでよい。

【００２５】基体２８の表面には従来のフォトリソグラ
フ技術を用いて障壁層３０も形成され、これは蒸発室７
２とインク管路８０とが内部に形成されたフォトレジス
ト層又はその他のポリマー体でよい。障壁層３０の部分
４２は図４に関連して前述したように、導電トレース３
６を下にある基体２８から絶縁する。

【００２６】障壁層３０の上面を図３に示したテープ１
８の裏面に接着により固定するために、未硬化のフォト
レジスト層のような薄い接着層８４が障壁層３０の上面
に加えられる。障壁層３０の上面をその方の方法で接着
面にすることが可能ならば、別個の接着層は必要ない。
その結果生じた基体構造は次に、抵抗体７０が導電トレ
ース３６の端部と位置合わせされるようにテープ１８の
裏面に対して位置決めされる。この位置合わせ段階によ
って必然的に電極７４と導電トレース３６の端部とも位
置合わせされる。次にトレース３６が電極７４と接合さ
れる。位置合わせされ、接合された基体／テープ構造は
次に加熱され、同時に接着層８４を硬化させ、且つ基体
構造をテープ１８の裏面にしっかりと固定するために圧
力が加えられる。

【００２７】図７は図６の基体構造が薄い接着層８４を
介してテープ１８の裏面に固定された後の、単一の蒸発
室７２と、薄膜抵抗７０とオリフィス１７との拡大図で
ある。基体２８の側部エッジはエッジ８６で示されてい
る。動作時には、インクは図１のインク溜１２から基体
２８の側部エッジ８６の周囲を経て、関連する蒸発室７
２へと流れる。薄膜抵抗７０が励起されると、隣接する
インクの薄層が過熱して爆発性の蒸発を誘発し、その結
果、インク滴がオリフィス１７を通って放出される。そ
の後、蒸発室７２は毛管現象によって再充填される。好
ましい実施例では、障壁層３０の厚さは約１ミルであ
り、基体２０の厚さは約２０ミルであり、テープ１８の
厚さは約２ミルである。

【００２８】図８は本発明の一実施例に従ったＴＡＢヘ
ッド・アセンブリ１４のひとつのインク放出室の、図１
のＣ−Ｃ線に沿った断面の側面図である。この断面図は
障壁層３０に積層されたレーザ切除されたポリマー・ノ
ズル部材９０を示しており、これは図６に示したものと
同一のノズルでよい。基体２８上の薄膜抵抗７０が励起
されると、蒸発室７２内のインク滴の一部が蒸発し、イ
ンク滴９１がオリフィス１７を通って放出される。

【００２９】図９はポリマーから成るレーザ切除された
ノズル部材９２を使用したインク放出室の別の実施例の
断面の側面図である。前述の実施例と同様に、蒸発室７
２はノズル部材９２と、基体２８と障壁層３０とによっ
て囲まれている。しかし、前述の実施例とは異なり、ヒ
ータ抵抗体９４は基体２８上にではなく、ノズル部材９
２の下表面に取付けられている。それによって印書ヘッ
ドの構造が一層簡略になる。ノズル部材９２の底面に形
成された（図３に示したような）導電トレースによって
電気信号が抵抗体に送られる。

【００３０】ここで説明する種々の蒸発室もノズル部材
の形成と同様にレーザ切除によって形成される。より詳
細に述べると、選択された構造の蒸発室はポリマー・テ
ープのようなポリマー層の上にリソグラフ・マスクを置
き、次にポリマー層のリソグラフ・マスクによってカバ
ーされていない領域をレーザ光線によって切除すること
により形成することができる。実際には、蒸発室を含む
ポリマー層を結合してノズル部材の単一部品の近傍に形
成し、又は一体に形成することができる。

【００３１】図１０は一つのポリマー層内に形成され
た、レーザにより除去されたオリフィスと、インク管路
とを有するノズル部材９６と、蒸発室９８を示す断面の
側面図である。図１０に示すようにレーザ切除によるノ
ズル部材の一体部品としての蒸発室の形成は、入射レー
ザ光線の光エネルギ密度が切除される領域全体に亘って
一定であるならば、ほぼ平坦な底部を有する凹部を有す
る室を形成するレーザ切除の特性によって著しく促進さ
れる。このような室の深さはレーザの照射回数とそれぞ
れの照射のエネルギ密度とによって決まる。図１０の抵
抗体７０のような抵抗体がノズル部材自体の上に形成さ
れる場合は、基体２８も一緒に除去してもよい。

【００３２】図１１は基体を上に取付ける前の図１０の
ノズル部材９６の裏面を示している。蒸発室９８と、イ
ンク管路９９と、インク・マニホルド１００とはノズル
部材９６の厚みの一部に亘って形成され、一方、図２の
オリフィス１７のようなオリフィスはノズル部材の厚み
全体に亘って形成されている。インク溜からのインクは
ノズル部材９６の裏面に取付けられた基体（図示せず）
の側部の周囲を流れ、その後、インク・マニホルド１０
０内を流れて、インク管路９９と蒸発室９８へと流入す
る。前述したように接合用に利用されるウインドゥ２２
と２４も図示されている。単一のノズル部材９６内にオ
リフィスとインク通路のパターンを形成するために複数
のリソグラフ・マスクを利用することができる。

【００３３】図１２は図３のＴＡＢヘッド・アセンブリ
１４の実施例か、又は図１１のノズル部材９６を使用し
て形成されたＴＡＢヘッド・アセンブリのいずれかを形
成する方法を示している。最初の材料はカプトンTM又は
ユピレックスTM形のポリマー・テープ１０４であるが、
テープ１０４は下記の手順に使用できる任意の適当なポ
リマー薄膜でもよい。このような薄膜はテフロン、ポリ
イミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネー
ト、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン・テレフ
タレート、又はこれらの混合から成るものでよい。

【００３４】テープ１０４は代表的にはリール１０５上
の長い条片として形成される。テープ１０４の側部にそ
ったスプロケット穴１０６はテープ１０４を正確且つ安
全に移送するために利用される。或いは、スプロケット
穴１０６を省き、別の種類の固定手段を設けて移送して
もよい。

【００３５】好ましい実施例では、テープ１０４には図
３に示すように従来のフォトリソグラフ及び金属溶着工
程を用いて形成された導電性の銅トレース３６を予め備
えてある。導電トレースの特定のパターンは、後にテー
プ１０４に取付けられるシリコン・ダイス上に形成され
た電極に電気信号を送るための所望の方法に左右され
る。

【００３６】好ましい工程では、テープ１０４はレーザ
処理室に送られ、Ｆ2 、ＡｒＦ、ＫｒＣＬ又はＸｅＣＬ
形のエクサイマ・レーザ１１２によって発生されるレー
ザ放射１１０を用いて単数、又は複数のマスク１０８に
よって規定されるパターンでレーザにより切除される。
マスキングを利用したレーザ放射線は矢印１１４で示し
てある。

【００３７】好ましい実施例では、このようなマスク１
０８は、例えばオリフィス・パターン形成マスク１０８
の場合には複数のオリフィスを囲み、蒸発室形成マスク
１０８の場合は複数の蒸発室を囲んで、テープ１０４が
延在する領域に関して切除される全ての形状を確定す
る。あるいは、オリフィス・パターン、蒸発室パターン
又はその他のパターンのようなパターンをレーザ光線よ
りも大幅に大きい共通のマスク基板上に並置してもよ
い。次にこのようなパターンに連続的にレーザ光線を照
射する。このようなマスクに使用されるマスキング材料
は例えば多層誘電体又はアルミニウムのような金属から
成る、レーザ波長で反射性が高い材料であることが好ま
しい。

【００３８】単数又は複数のマスク１０８によって確定
されるオリフィス・パターンは図２に概略的に示されて
いる。図８ないし図１０に示すように段階付きのオリフ
ィス・テーパを形成するために複数のマスク１０８を使
用してもよい。

【００３９】一実施例では、別個のマスク１０８が図２
及び図３に示したウインドゥ２２，２４のパターンを確
定するが、好ましい実施例では、テープ１０４を図１２
に示した工程に送る前に従来のフォトリソグラフ方式を
用いてウインドゥ２２，２４が形成される。ノズル部材
が蒸発室をも含む図１０と図１１の実施例では、オリフ
ィスを形成するために単一又は複数のマスク１０８が使
用され、テープ１０４の厚みの一部に亘って形成される
蒸発室、インク管路及びマニホルドを形成するためには
別のマスク１０８とレーザ・エネルギ密度が使用されよ
う。この目的のためのレーザ・システムは更にビーム伝
達用の光学系と、位置合わせ用の光学系と、高精度且つ
高速度のマスク往復システムと、テープ１０４を処理
し、位置決めする機構を含む処理室とを備えている。好
ましい実施例では、レーザ・システムは投射式マスク構
造を使用しており、これはマスク１０８とテープ１０４
との間に挟装された精密レンズ１１５がエクサイマ・レ
ーザ光線をマスク１０８に確定されたパターンの画像で
テープ１０４に投射するものである。レンズ１１５から
出るマスキングされたレーザ放射線は矢印１１６で示し
てある。このような投射式マスク構造は、マスクがノズ
ル部材から物理的に離れているので、オリフィス寸法の
精度が高くなるという利点を備えている。切除工程では
当然すすが発生し、放出され、切除されるノズル部材か
ら約１ｃｍの距離を移動する。マスクがノズル部材と接
触しているならば、又はその近傍にあるならば、マスク
上にすすが形成されることにより切除された形状が歪
み、寸法上の精度が低下する傾向がある。好ましい実施
例では、投射レンズは切除されるノズル部材から２ｃｍ
以上離れているので、ノズル部材又はマスク上にすすが
形成されることが回避される。

【００４０】切除方式はテーパ壁を備えた構造を作製す
るための方法として公知である。すなわち、テーパはレ
ーザが入射する表面ではオリフィスの直径が大きく、レ
ーザの出口表面では小さいような先細構造である。テー
パ角度は平方センチ当たり２ジュール未満のエネルギ密
度の場合はノズル部材に入射される光学エネルギの密度
によって大幅に変動する。エネルギ密度が制御されなけ
れば、形成されたオリフィスのテーパ角度は大幅に変化
し、その結果、出口オリフィスの直径が大幅に変化す
る。このような変化によって、放出されるインク滴の容
量と速度が不都合に変化し、ひいては印書性能が低下す
る。好ましい実施例では、テーパ角度を一定にし、再現
性が高い出口の直径を達成するために、切除用レーザ光
線の光エネルギは正確にモニタされ、制御される。オリ
フィスの出口直径が一定であることによる印書性能に関
する利点に加えて、テーパを設けることによりオリフィ
スの動作にも利点が得られる。何故ならば、テーパは放
出速度を高め、焦点がより正確に定められたインク放出
が成されると共に、その他の利点が得られる機能を備え
ているからである。テーパ角度はオリフィスの軸に対し
て５ないし１５度の範囲でよい。ここに説明する好まし
い実施例の工程によって、ノズル部材に対してレーザ光
線を揺動する必要なく急速且つ精確な製造が可能であ
る。この工程ではレーザ光線がノズル部材の出口表面で
はなく入口表面に入射する場合でも精確な出口の直径が
得られる。

【００４１】レーザ切除の段階の後、ポリマー・テープ
１０４が一段階前進せしめられ、この工程が反復され
る。これはステップアンドリピート工程と呼ばれる。テ
ープ１０４上に単一のパターンを形成するのに必要な時
間は全体で数秒間にできる。前述したように、ノズル部
材毎の処理時間を短縮するために、単一のマスク・パタ
ーンが延長した群の切除される形状を囲むことができ
る。

【００４２】レーザ切除工程は精密オリフィス、蒸発室
及びインク管路を形成する他の形式のレーザ切削方法と
比較して特有の利点を備えている。レーザ切除方式で
は、強烈な紫外線の短いパルスが材料の薄い表面層の約
１マイクロメートル未満の表面内に吸収される。好まし
いパルス・エネルギは平方ｃｍ当たり約１００ミリジュ
ール以上であり、パルスの継続期間は約１マイクロ秒よ
りも短い。このような条件で、強烈な紫外線が材料の化
学的結合を光学的に分解する。更に、吸収された紫外線
エネルギは、分解した破片を急激に加熱し、これらの破
片を材料の表面から放出するように小さい容積の材料に
集中される。これらの工程は極めて迅速に行われるの
で、熱が周囲の材料に伝導する時間がない。その結果、
周囲の領域は融解又はその他の損傷を受けず、切除され
た構造の輪郭は約１マイクロメートルの精度で入射光線
の形状を精密に再現することができる。その上、レーザ
切除は切除される領域全体に亘って光エネルギが一定で
あるならば、層内に溝形成された平面を形成するほぼ平
坦な底面を有する室を形成することもできる。このよう
な室の深さはレーザ照射の回数と、それぞれの照射のエ
ネルギ密度によって決まる。

【００４３】レーザ切除工程は更にインクジェット印書
ヘッド用のノズル部材を形成する従来のリソグラフ電鋳
工程と比較して多くの利点を備えている。例えば、レー
ザ切除工程は一般に従来のリソグラフ電鋳工程よりも安
価で、簡単である。更に、レーザ切除工程を採用するこ
とによって、ポリマーのノズル部材は大幅に大きいサイ
ズ（すなわち、より大きい表面積を有するノズル部材）
と、従来の電鋳工程では実現できないノズルの形状の部
材として製造することが可能になる。より詳細に述べる
と、曝射強度を制御し、又はそれぞれの曝射の間にレー
ザ光線の向きを変更するように複数回の曝射を行うこと
によってユニークな形状のノズルを製造することができ
る。多様なノズルの形状の例は本件の出願人に譲渡さ
れ、本明細書に参考文献として引用されている係属出願
連続番号第０７／６５８７２６号「ポリマー材料を通し
て延びる少なくとも一つの段付の開口部を光切除する方
法と、段付の開口部を有するノズル板」に記載されてい
る。更に、電鋳工程に必要な厳密な工程管理を行わずに
精密な形状のノズルを形成することができる。

【００４４】ポリマー材料をレーザによって切除するこ
とによりノズル部材を形成する別の利点は、オリフィス
もしくはノズルを従来よりも大きいノズル長（Ｌ）とノ
ズル直径（Ｄ）比で容易に製造できることにある。好ま
しい実施例では、Ｌ／Ｄ比は１以上である。ノズル長を
その直径と比較して延長する利点の一つは蒸発室内のオ
リフィス−抵抗体の位置決めがそれほど厳密でなくとも
済むことにある。

【００４５】使用の際には、インクジェット・プリンタ
用のレーザ切除されたポリマー製ノズル部材は従来の電
鋳によるオリフィス板よりも優れた特性を発揮する。例
えば、レーザ切除されたポリマー製ノズル部材は水性イ
ンクによる腐食に対する耐性が高く、基本的に嫌水性で
ある。更に、レーザ切除によるポリマー製ノズル部材は
弾性係数が比較的低いので、ノズル部材と下層の基体又
は障壁層との間に組込まれた応力がノズル部材と障壁層
との剥離を生じる傾向が減少する。更に、レーザ切除に
よるポリマー製ノズル部材はポリマー基体に容易に取付
け、又はこれと一体に形成することができる。

【００４６】好ましい実施例ではエクサイマ・レーザが
使用されているが、切除工程を実施するには光波長とエ
ネルギ密度とがほぼ同じ別の紫外線光源を使用してもよ
い。このような紫外線光源の波長は切除されるテープの
吸収度を高めるため１５０ｎｍないし４００ｎｍである
ことが好ましい。更に、周囲の切除されない材料がほと
んど加熱しないように切除される材料の迅速な放出を達
成するには、エネルギ密度は平方ｃｍ当たり約１００ミ
リジュール以上であり、パルス長は約１マイクロ秒より
短いことが必要であろう。

【００４７】この分野の専門家には理解されるように、
テープ１０４上にパターンを形成するその他の多くの工
程を使用することもできる。このようなその他の工程に
は化学エッチング、打刻、反応性イオン・エッチング、
イオンビーム・フライス及び光で形成したパターンの鋳
造、又は鍛造などの方法がある。

【００４８】工程の次の段階は清掃段階であり、この段
階ではテープ１０４のレーザ切除された部分が清掃ステ
ーション１１７に配置される。清掃ステーション１１７
ではレーザ切除から出る塵埃が標準的な産業上の手段に
よって除去される。

【００４９】次にテープ１０４は次のステーションに送
られる。これはシンカワ・コーポレーションからモデル
番号ＩＬ−２０で市販されている内部リード接合装置の
ような従来の自動ＴＡＢ接合装置に組み込まれた光学式
位置合わせステーション１１８である。接合装置にはオ
リフィスを製造するのに用いたと同じ方法及び（又は）
段階で製造されたノズル部材上の位置合わせ（標的）パ
ターンと、抵抗体を製造するのに用いたと同じ方法及び
（又は）段階で製造された基体上の標的パターンとが予
めプログラムされている。好ましい実施例では、ノズル
部材の材料は半透明であるので、ノズル部材を通して基
体上の標的パターンを観察することができる。次に接合
装置は２つの標的パターンを調心するように、シリコン
・ダイス１２０をノズル部材に対して自動的に位置決め
する。シンカワのＴＡＢ接合装置はこのような調心機能
を備えている。ノズル部材の標的パターンと基体の標的
パターンとのこのような自動調心によって、オリフィス
と抵抗体とを精密に位置合わせできるだけではなく、ダ
イス１２０上の電極をテープ１０４に形成された導電ト
レースの端部とも自ずと位置合わせできる。何故なら
ば、トレースとオリフィスはテープ１０４内で位置合わ
せされ、基体電極と加熱用抵抗とは基体内で位置合わせ
されるからである。従って、２つの標的パターンが調心
されると、テープ１０４とシリコン・ダイス１２０上の
全てのパターンは互いに調心される。

【００５０】このように、テープ１０４に対するシリコ
ン・ダイス１２０の位置合わせは市販の装置を使用する
だけで自動的に行われる。導通トレースとノズル部材と
を一体に形成することによってこのような調心機能が得
られる。このような一体化によって印書ヘッドの組立て
コストが低減するだけではなく、印書ヘッドの材料のコ
ストも低減する。

【００５１】次に自動ＴＡＢ接合装置は導電トレースの
端部をテープ１０４に形成されたウインドゥを通して関
連する基体電極へと下方に押圧するために連動接合方式
を利用する。そこで接合装置は例えば熱圧縮接合方式に
よって、加熱してトレースの端部を関連する電極へと溶
接する。その結果形成される構造の一実施例の側面図が
図４に示されている。例えば超音波接合、導電性エポキ
シ、はんだ付けペースト又はその他の公知の手段のよう
な別の種類の接合方法も利用できる。

【００５２】次にテープ１０４は加熱及び圧縮ステーシ
ョン１２２に前進せしめられる。図６及び図７に関連し
て前述したように、シリコン基体上に形成された障壁層
３０の上面には接着層８４がある。上記の接合段階の
後、シリコン・ダイス１２０はテープ１０４に対して押
圧され、接着層８４を硬化するために加熱され、ダイス
１２０がテープ１０４に対して物理的に接合される。

【００５３】その後、テープ１０４は前進せしめられ、
必要ならば巻取りリール１２４に巻取られる。テープ１
０４を後にカットして、個々のＴＡＢ印書ヘッド・アセ
ンブリを互いに切り離すことができる。

【００５４】その結果得られたＴＡＢヘッド・アセンブ
リは次に印書カートリッジ１０上に配置され、ノズル部
材を印書カートリッジにしっかりと固定するために図５
の接着シールが形成されて、ノズル部材とインク溜との
間の基体周囲をインク漏れがないように密封し、トレー
スをインクから隔絶するために基体から延びるトレース
を封入する。

【００５５】次に可撓ＴＡＢヘッド・アセンブリの周辺
ポイントが従来の融解形の接合工程によってプラスチッ
クの印書カートリッジ１０に固定されて、ポリマー・テ
ープ１８が図１に示すように印書カートリッジ１０の表
面とほぼ同一面にあるようにされる。

【００５６】これまで本発明の原理と、好ましい実施例
と、動作態様とを説明してきた。しかし、本発明は前述
の特定の実施例に限定されるものではない。例えば、前
述の発明は感熱式ではないインクジェット・プリンタと
組み合わせても利用でき、又、感熱式のインクジェット
・プリンタにも利用できる。従って、以下の請求項に記
載する本発明の範囲から離れることなくこれらの実施例
には専門家によって多くの修正が可能であることが理解
されよう。

【００５７】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、以下のよう
な利点がある。 （１）オリフィスの製造工程は極めて迅速に行われるの
で、熱が周囲の材料に伝導せず、その結果、周囲の領域
は融解又はその他の損傷を受けず、切除された構造の輪
郭は約１マイクロメートルの精度で入射光線の形状を精
密に再現することができる。その上、レーザ切除は切除
される領域全体に亘って光エネルギが一定であるなら
ば、層内に溝形成された平面を形成するほぼ平坦な底面
を有する室を形成することもできる。 （２）一般に従来のリソグラフ電鋳工程よりも安価で、
簡単である。更に、レーザ切除工程を採用することによ
って、ポリマーのノズル部材は大幅に大きいサイズと、
従来の電鋳工程では実現できないノズルの形状の部材と
して製造することが可能になる。更に、電鋳工程に必要
な厳密な工程管理を行わずに精密な形状のノズルを形成
することができる。 （３）ポリマー材料をレーザによって切除することによ
り、オリフィスもしくはノズルを従来よりも大きいノズ
ル長（Ｌ）とノズル直径（Ｄ）比で容易に製造でき、そ
の結果蒸発室内のオリフィス−抵抗体の位置決めがそれ
ほど厳密でなくとも。 （４）レーザ切除されたポリマー製ノズル部材は水性イ
ンクによる腐食に対する耐性が高く、基本的に嫌水性で
ある。更に、レーザ切除によるポリマー製ノズル部材は
弾性係数が比較的低いので、ノズル部材と下層の基体又
は障壁層との間に組込まれた応力がノズル部材と障壁層
との剥離を生じる傾向が減少する。更に、レーザ切除に
よるポリマー製ノズル部材はポリマー基体に容易に取付
け、又はこれと一体に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインクカートリッジの
斜視図である。

【図２】ノズル部材の正面図である。

【図３】発熱素子を実装した基板を取り付けた状態のノ
ズル部材の背面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】発熱素子を実装した基板の底面側の斜視図であ
る。

【図７】要部を切断して示す印字ヘッドのオリフィス部
分の拡大斜視図である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線断面図である。

【図９】ノズル部材に発熱素子を配置した実施例を示す
図８の対応断面図である。

【図１０】ノズル部材の更に他の実施例を示す図８の対
応断面図である。

【図１１】インク通路、蒸発室を形成したテープの裏面
側を示す斜視図である。

【図１２】印字ヘッドの製造工程を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０：インクカートリッジ １２：インク溜め １４：印刷ヘッド １７：オリフィス １８：可撓性ポリマーテープ ２０：接触パッド ２２、２４：ウインドウ ２８：基板 ３０：障壁層 ３２：インクチャネル ３６：導電性トレース ４０、７４：電極 ７０：加熱抵抗器 ７８：デマルチプレクサ ９０：接着シール ９２、９４：蒸発室

フロントページの続き (72)発明者 サイタイ・ラム アメリカ合衆国カリフォルニア州プリー ザントン・カンプドライブ3861 (72)発明者 ポール・エイチ・マックルランド アメリカ合衆国オレゴン州モンマウス・ カーバーロード20225 (72)発明者 ウイリアム・ジェイ・ロイド アメリカ合衆国ミシガン州ピジョン・ピ ー・オー・ボックス843 (72)発明者 ウィンスロープ・ディー・チルダーズ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンデ ィエゴ・オクルトコート17015 (56)参考文献 特開 平４−14457（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−188257（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−121842（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/135 B41J 2/16

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリンタ用のインクジェット印書ヘッド
   を形成する方法において、前記印書ヘッド用のノズル部材である可撓性絶縁テープ
   であって電気信号をインク放出素子に伝えるための導体
   を含み、該導体が、前記テープに設けられた貫通ウイン
   ドゥから前記テープの裏面に沿い、前記プリンタ内の電
   源端子に接続するための、前記テープの表面上の遠隔領
   域に設けられた接触パッドへ、と延びている、前記可撓
   性絶縁テープのストリップに、該テープを貫通してオリ
   フィスを形成し、該テープの裏面に該テープの厚みの一
   部にわたってインク管路を形成する ステップと、前記インク放出素子を前記オリフィスの各々に近接して
   配置し、前記インク放出素子と前記導体とを前記貫通ウ
   インドゥにおいて接合によって接続して前記印書ヘッド
   を形成する ステップと、 を備えて成る方法。
2. 【請求項２】 オリフィスを形成する前記ステップが、
   前記可撓性絶縁テープを所望のオリフィスパターンにレ
   ーザ切除するステップを備えて成ることを特徴とする、
   請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記可撓性絶縁テープは、ポリマー材か
   ら構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 オリフィスを形成する前記ステップが、 レーザと前記テープとの間に、前記オリフィスに対応す
   るパターンを有する第１のマスキング手段を提供するス
   テップと、 前記テープを前記第１のマスキング手段を通してレーザ
   放射に晒すステップと、 を備えて成ることを特徴とする、請求項１に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 関連する印書カートリッジ上にそれぞれ
   実装されることになる複数のノズル部材が、前記オリフ
   ィスと前記インク管路とのレーザ切除を行う第１のステ
   ーションと、前記導体と前記インク放出素子用の電極と
   の位置合わせと接合とを前記貫通ウインドゥにおいて行
   う後続のステーションとで、ステップ・アンド・リピー
   ト方法を使用して単一の可撓性テープ上に形成されるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 インク放出素子を配置する前記ステップ
   が、各々が前記オリフィスの１つと関連している複数の
   加熱抵抗を含む基板を前記ノズル部材の底部面に取付け
   るステップを備えて成ることを特徴とする、請求項１に
   記載の方法。