(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための装置であって、
下側のプレスカセットと上側のプレス板とを備えるプレスと、
離型剤と、
ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの少なくとも１つを含む可とう性の上板であって、前記ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの１つは２５μｍと１２，７００μｍとの間の厚さを有する可とう性の上板とを備え、
前記下側のプレスカセットは、複数の圧電素子の上に横たわりかつ覆っている未硬化の侵入型層を含むプリント・ヘッド・ジェット・スタック・サブアッセンブリを支持するように構成され、
前記離型剤および前記可とう性の上板は、前記未硬化の侵入型層と前記上側のプレス板との間へ挿入されており、
前記離型剤は、前記プリント・ヘッド・ジェット・スタック・アッセンブリと前記未硬化の侵入型層でのみ物理的に接触し、かつ前記複数の圧電素子は前記未硬化の侵入型層を介して露出しておらず、
前記未硬化の侵入型層は、液状タイプの熱硬化性樹脂であり、
前記プレスは、前記可とう性の上板を１０ｐｓｉと５００ｐｓｉとの間の圧力で前記侵入型層に接触させて保持し、前記未硬化の侵入型層を加熱により硬化させるように構成されている、装置。
【請求項２】
前記下側のプレスカセットが加熱されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可とう性の上板が、ガラス、シリコン、石英およびサファイアのうちの１つを含み、前記可とう性の上板が５００μｍと９００μｍとの間の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記可とう性の上板が、１ＭＰａと３００ＭＰａとの間の曲げ弾性率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記可とう性の上板が、１０ＭＰａと５０ＭＰａとの間の曲げ弾性率を有する、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット技術は、印刷産業において広く用いられている。ドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット技術を用いるプリンタは、サーマル・インク・ジェット技術、または圧電技術の何れかを用いることができる。圧電インクジェットは、サーマル・インク・ジェットよりも製造費用が高いにも関わらず、一般的に、より広範なインクを使用できかつコゲーションによる問題点を減じる、またはなくすることができるという理由で選好される。
【０００２】
圧電インク・ジェット・プリント・ヘッドは、典型的には、可とう性のダイヤフラムと、ダイヤフラムへ付着される圧電素子（即ち、トランスデューサまたはＰＺＴ）のアレイとを含む。圧電素子へ電圧が、典型的には電圧源へ電気接続される電極との電気接続を介して印加されると、圧電素子は曲がり、または偏向してダイヤフラムを屈曲させ、これにより、チャンバから一定量のインクがノズルを介して放出される。この屈曲はさらに、主インクリザーバから開口を介してチャンバへインクを引き込み、放出されたインクが置換される。
【０００３】
圧電インクジェット技術を採用するインク・ジェット・プリンタの印刷解像度を上げることは、設計エンジニアの目標である。圧電インク・ジェット・プリント・ヘッドの噴射密度を高めれば、印刷解像度を上げることができる。噴射密度を高める１つの方法は、ジェットスタック内部のマニホールドをなくすることである。この設計の場合、各ジェットにジェットスタックの背面を介する単一のポートを有することが好ましい。このポートは、インクがリザーバから各ジェットチャンバへ移送されるための通路として機能する。高密度プリントヘッドには多数のジェットが存在することから、各ジェットに１つという多数のポートがダイヤフラムを介して圧電素子間を垂直に通っていなければならない。
【０００４】
ジェットスタックを形成するためのプロセスは、ポリマーから各圧電素子間に侵入型層を形成すること、及びプロセスによっては、各圧電素子の頂部を覆う侵入型層を形成することを含む可能性がある。侵入型層が各圧電素子の頂部を覆って分配される場合、これは、導電性の圧電素子を露出させる際に除去される。次に、侵入型層へ、内部に開口を有するパターン化されたスタンドオフ層が装着されることが可能であり、各圧電素子の頂部は、これらの開口によって露出される。各圧電素子の頂部へは、導電エポキシ、導電ペーストまたは別の導電材料等の一定量（即ち、一微小液滴）の導体が個々に分配される。フレキシブルプリント回路（即ち、フレックス回路）またはプリント基板（ＰＣＢ）の電極は、各圧電素子とフレックス回路またはＰＣＢの電極との間の電気連通を促進するために、各導体微小液滴と接触して配置される。スタンドオフ層は、導電性微小液滴の流れを圧電素子頂部の所望されるロケーションへ封じ込めるように機能し、かつ侵入型層とフレックス回路またはＰＣＢとの間の接着材としても機能する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ジェットスタック形成の間は、侵入型層等のジェットスタック層をジェットスタックの表面に渡って均一な厚さに保つことが重要である。厚さの整合性は、ジェットスタックの厚さ変動、ＰＺＴの厚さ変動またはアタッチメントの厚さ変動によって生じる問題の軽減を促進できることから効果的である。侵入型層を均一な厚さに形成することは、完成されたプリントヘッド内のインク連通不良等の問題を減少させ、かつプリントヘッド内のインク漏れの発生率を下げることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための方法は、未硬化の誘電侵入型層を圧電素子アレイ上へ分配することと、未硬化の誘電侵入型層と上側のプレス板との間に可とう性の上板および離型剤を挿入することと、未硬化の誘電侵入型層を離型剤に接触させることと、未硬化の誘電侵入型層と離型剤との接触を保持しながら上側のプレス板を用いて未硬化の誘電侵入型層へ圧力を加えることを含み、未硬化の誘電侵入型層への圧力印加の間、可とう性の上板は曲がる。本方法はさらに、未硬化の誘電侵入型層と離型剤との接触を保持しかつ上側のプレス板を用いて未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えながら、誘電侵入型層を硬化することも含む。
【０００７】
別の実施形態において、インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための装置は、下側のプレスカセットおよび上側のプレス板を有するプレスと、離型剤と、ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの少なくとも１つを含む可とう性の上板とを含むことが可能であり、ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの１つは約２５μｍから約１２，７００μｍまでの間の厚さを有し、離型剤および可とう性の上板は、未硬化の侵入型層と上側のプレス板との間に挿入されるように構成される。
【０００８】
別の実施形態において、インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための方法は、未硬化の誘電侵入型層を圧電素子アレイ上へ分配することと、未硬化の誘電侵入型層と上側のプレス板との間に可とう性の上板および離型剤を挿入することと、未硬化の誘電侵入型層を離型剤に接触させることと、未硬化の誘電侵入型層と離型剤との接触を保持しながら上側のプレス板を用いて未硬化の誘電侵入型層へ圧力を加えることを含む方法であって、未硬化の誘電侵入型層への圧力印加の間、可とう性の上板は曲がる方法を用いて少なくとも１つのインク・ジェット・プリント・ヘッドを形成することを含む。本方法はさらに、未硬化の誘電侵入型層と離型剤との接触を保持しかつ上側のプレス板を用いて未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えながら、誘電侵入型層を硬化することも含む。本方法はさらに、少なくとも１つのプリントヘッドをプリンタのハウジング内へ取り付けることも含む可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図２】図２は、本教示の一実施形態による、製造過程のデバイスの中間圧電素子を示す斜視図である。
【図３】図３は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図４】図４は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図５】図５は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図６】図６は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図７】図７は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図８】図８は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図９】図９は、硬質の上板を用いて形成された侵入型層の厚さを描いたグラフである。
【図１０】図１０は、可とう性の上板を用いて形成された侵入型層の厚さを描いたグラフである。
【図１１】図１１は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１２】図１２は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１３】図１３は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１４】図１４は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１５】図１５は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１６】図１６は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１７】図１７は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１８】図１８は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図１９】図１９は、製造過程のデバイスのジェットスタックを含むインク・ジェット・プリント・ヘッドの形成を描いた断面図である。
【図２０】図２０は、ジェットスタックを含むプリントヘッドを示す断面図である。
【図２１】図２１は、本教示の一実施形態によるプリントヘッドを含む印刷デバイスである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これらの図面が示す詳細の中には、厳密な構造上の精度、ディテール及び縮尺を保持するというよりは発明的実施形態の理解を容易にするために単純化されて描かれたものがあり得る点を留意されたい。
【００１１】
本明細書において、「プリンタ」という用語は、任意の目的で印刷出力機能を実行する、デジタルコピー機、製本機械、ファックス機、多機能機械、静電写真デバイス、他等の任意の装置を含む。「ポリマー」という用語は、熱硬化性ポリイミド、熱プラスチック、樹脂、ポリカーボネート、エポキシ及び技術上既知である関連化合物を含む、長鎖分子から形成される広範な炭素ベース化合物のうちの任意のものを含む。
【００１２】
図１の斜視図では、圧電素子層１０は接着材１４によって転写キャリア１２へ分離可能式に接着されている。圧電素子層１０は、内部誘電体として機能するための例えばジルコン酸チタン酸鉛を約２５μｍから約１５０μｍまでの間の厚さで含むことができる。誘電層は、誘電層の各側面に導電素子を設けるために、両側を例えば無電解メッキ処理を用いてニッケルでメッキされることが可能である。ニッケルメッキされた誘電層１０は、本質的には、内部誘電体材料に渡って電位差を発生させる平行板キャパシタとして機能する。キャリア１２は、金属シート、プラスチックシートまたは別の転写キャリアを含むことが可能である。圧電素子層１０を転写キャリア１２へ付着する接着層１４は、ダイシングテープ、熱プラスチックまたは別の接着材を含むことが可能である。別の実施形態では、転写キャリア１２は、別の接着層１４が不要であるように、粘着性熱プラスチック層等の物質であることが可能である。
【００１３】
図１の構造体の形成後、図２に描かれているように、圧電素子層１０はダイシングされ、複数の個々の圧電素子２０が形成される。図２は４ｘ３アレイの圧電素子を描いているが、より大きいアレイが形成される可能性もあることを認識されたい。例えば、現行のプリントヘッドは、３４４ｘ２０アレイの圧電素子を有することも可能である。ダイシングは、ウェーハダイシングソー等のソーのような機械技術を用いて、ドライエッチングプロセスを用いて、レーザ・アブレーション・プロセス、他を用いて実行されてもよい。隣接する各圧電素子２０の完全な分離を保証するために、ダイシングプロセスは、接着材１４の一部を除去して転写キャリア１２上で停止した後に、または接着材１４を通過してキャリア１２内の途中までダイシングした後に終了することができる。
【００１４】
個々の圧電素子２０を形成した後、図２のアッセンブリは、図３の断面図に描かれているように、ジェット・スタック・サブアッセンブリ３０へ付着されることが可能である。図３の断面図は、図２の構造体のディテールをより良く示すために拡大されたものであり、１つの部分的な圧電素子２０及び２つの完全な圧電素子２０の断面を描いている。ジェット・スタック・サブアッセンブリ３０は、既知の技術を用いて製造されることが可能である。ジェット・スタック・サブアッセンブリ３０は、例えば、インレット／アウトレットプレート３２と、ボディプレート３４と、接着性ダイヤフラムの付着材３８を用いてボディプレート３４へ付着されるダイヤフラム３６とを含むことが可能である。ダイヤフラム３６は、後述するように、完成したデバイスにおいてインクを通すための複数の開口４０を含むことが可能である。図３の構造体は、さらに、プロセスにおけるこの時点で周囲空気を充填されることが可能な複数のボイド４２も含む。ダイヤフラムの付着材３８は、ダイヤフラム３６を介する開口４０が覆われるように、単一のポリマーシート等の材料の固体シートであってもよい。
【００１５】
一実施形態では、図２の構造体は、ダイヤフラム３６と圧電素子２０との間の接着材を用いてジェット・スタック・サブアッセンブリ３０へ付着されることが可能である。例えば、測定された一定量の接着材（個々には描かれていない）が圧電素子２０の上面上、ダイヤフラム３６上または双方の上の何れかへ分配される、スクリーン印刷される、ローラで延ばされる、他が可能である。一実施形態では、ダイヤフラム上へ、各圧電素子２０に一滴の接着材を置くことができる。接着材を付した後、ジェット・スタック・サブアッセンブリ３０及び圧電素子２０は互いに位置合わせされ、次いで圧電素子２０が接着材でダイヤフラム３６へ機械的に接続される。接着材は、その接着材が図３の構造体をもたらすことに適する技術によって硬化される。
【００１６】
続いて、図３の構造体から転写キャリア１２及び接着材１４が除去され、図４の構造体がもたらされる。
【００１７】
次には、図５に描かれているように、図４の構造体を覆って未硬化の誘電侵入型層５０が計量分配される。侵入型層は、例えば、Ｍｉｌｌｅｒ−Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から市販されているＥｐｏｎ（商標）８２８エポキシ樹脂（１００重量部）とＨｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）から市販されているＥｐｉｋｕｒｅ（商標）３２７７硬化剤（４９重量部）とを組み合わせたポリマーであってもよい。侵入型層５０は、ダイヤフラム３６の上面５２の露出された部分を覆いかつ硬化に続いて圧電素子２０を封入するに足る量で計量分配されることが可能である。侵入型層５０はさらに、図に描かれているように、ダイヤフラム３６内の開口４０も満たすことが可能である。ダイヤフラム３６内の開口４０を覆うダイヤフラムの付着材３８は、誘電充填材が開口４０を通過することを防止する。
【００１８】
侵入型層５０の硬化に先立って、均一な厚さを有する侵入型層５０を提供するためにレベリングプロセスが実行される。レベリングプロセスは、侵入型層５０を、侵入型層５０が各圧電素子２０を同じ材料厚さで覆うように分散すべく実行される。侵入型層５０がレベリングされない、またはそのレベリングが不良であれば、侵入型層５０は幾つかの圧電素子２０上で他の圧電素子２０上より厚くなる可能性がある。侵入型層５０は、圧電素子２０を露出させるべく除去される間のエッチング速度が比較的低いことから、レベリング不良から生じる僅かな厚さの増加も各圧電素子２０の露出を確実にするために処理時間を実質上増やす結果となる可能性があり、これにより生産スループットは下がり、コストは上がる。圧電素子２０を露出させるための侵入型層５０のエッチング時間は、厚さ４μｍのポリマー侵入型層を除去するために３０分を超える可能性がある。さらに、侵入型層の不均一な厚さは、完成したデバイスにおけるインク連通に問題を引き起こす可能性もある。
【００１９】
本教示のレベリングプロセスの一実施形態では、図６に描かれているように、図５のデバイスは支持面上へ置かれることが可能である。別の実施形態では、図４のデバイスは、侵入型層５０を計量分配する前に支持面上へ置かれることが可能であり、次に侵入型層５０が計量分配される。支持面は、スタック・プレス・ヒータ６０と、従来型の下側プレスカセット等の基板６２と、再使用が可能な、または使い捨てのライナ６４と、離型剤コーティング６６とを含むことが可能である。ライナ６４は、ポリマー、ポリイミドまたはプラスチックのシート等の材料を含むことが可能である。離型剤コーティング６６は、ジェットスタック３０の一部がライナ６４へ粘着することを防止するに足る厚さまでライナ６４上へ被覆されるフルオロポリマーの層を含むことが可能である。剥離剤コーティング６６は、スプレーコーティングまたはスキージ使用等の様々な技術によって塗布されてもよい。
【００２０】
レベリングプロセスはさらに、上側のプレス板６８と、可とう性の中間基板７０と、可とう性の平板（上板）７２と、離型剤７４とを含むことが可能である。離型剤７４は、可とう性の上板７２の表面へ塗布されるコーティングであってもよく、または離型剤７４は、フルオロポリマー等の離型化合物で被覆されて可とう性の上板７２と侵入型層５０との間へ挿入されるライナ（例えば、ポリマー、ポリイミド、プラスチック、金属）であってもよい。可とう性の中間基板７０は、例えば、厚さが約１ｍｍから約２５ｍｍまでの間であるシリコーンゴムの層であってもよい。可とう性の上板７２は、例えば、柔軟であるに足る薄さのガラスまたはシリコンウェーハであってもよい。一実施形態において、可とう性の上板７２は、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏ．（Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，ＫＹ）から市販されているＢｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）ガラスウェーハであってもよい。他の実施形態において、可とう性の上板は、石英、サファイア、金属、他等の材料から製造されてもよく、かつ導電体または電気絶縁体の何れであってもよい。可とう性の上板７２は、約２５マイクロメートル（μｍ）と約１２，７００μｍとの間、または約５００μｍと約９００μｍとの間、または約６５０μｍと約７５０μｍとの間であってもよく、例えば約７００μｍであってもよい。
【００２１】
一実施形態において、「可とう性の」上板は、硬質材料から製造されるが、破砕または永久変形のない軽度の曲りまたはたわみを見込むに足る薄さの上板であることが可能である。「可とう性の」上板は、約１メガパスカル（ＭＰａ）と約３００ＭＰａとの間、または約５ＭＰａと約１００ＭＰａとの間、または約１０ＭＰａと約５０ＭＰａとの間の、例えば約２５ＭＰａである曲げ強さ（即ち、撓み強さまたは破壊係数）を有する材料から形成されてもよい。別の実施形態において、可とう性の上板は、１０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ以下である曲げ強さを有する。硬質過ぎる、または可とう性過ぎる材料は何れも、侵入型層を十分にレベリングしない。可とう性の上板は、約１．０ナノメートル（ｎｍ）と約５．０μｍとの間の平坦度（ＰＶ値）を有してもよい。
【００２２】
レベリングを実行するために、可とう性の中間基板７０、可とう性の上板７２および離型剤７４は、上側のプレス板６８と侵入型層５０との間に挿入される。これは、離型剤７４、可とう性の上板７２および可とう性の中間基板７０をジェットスタックと位置合わせし、次いでこれらを侵入型層５０上へ置くことによって実行されることが可能である。別の実施形態では、可とう性の中間基板７０は場合により上側のプレス板６８へ付着されてもよく、可とう性の上板７２は場合により可とう性の中間基板７０へ付着されてもよく、かつ離型剤７４は場合により可とう性の上板７２へ付着されてもよい。
【００２３】
続いて、上側のプレス板６８は、圧電素子２０を覆う侵入型層５０へ向かって移動される。プレス下での物理的接触の後、図７に描かれているように、離型剤７４と侵入型層５０との間に圧力が確立され、このプレスは可とう性の上板７２を侵入型層５０に、約１０ｐｓｉと約５００ｐｓｉとの間、または約１００ｐｓｉと約３００ｐｓｉとの間、または約２２５ｐｓｉと約２７５ｐｓｉとの間の圧力で接触した状態に保持することができる。スタック・プレス・ヒータ６０は、ジェット・スタック・サブアッセンブリ３０を介する侵入型層５０への熱伝達によって侵入型層５０の硬化を急がせるために、約５０℃と約２５０℃との間の温度まで加熱されることが可能である。侵入型層５０は、圧力下で、約１０分間と約１２０分間との間の時間に渡って、または侵入型層５０を十分に硬化させるに足る持続時間に渡って加熱される。
【００２４】
侵入型層５０を計量分配しかつ硬化する間、ライナ６４は、侵入型材料が圧搾によるその平坦化の後に下側のカセット上へ流れ落ちることを防止する。ライナ６４は、レベリングプロセスの完了後に廃棄されて交換されることが可能であり、またはクリーニングされて再使用されることが可能である。ライナ６４はオプションであり、別の実施形態では、ライナ６４を使用せず、下側のプレスカセット６２が侵入型層の硬化後にクリーニングされることが可能である。
【００２５】
プレスから除去された後は、図８に描かれているものに類似するジェット・スタック・サブアッセンブリが残り得る。
【００２６】
プレスおよび硬化プロセスにおける硬質の上板と可とう性の上板との使用を比較する試験では、記述されているような可とう性の上板を用いると、硬質の上板を用いたプロセスよりも均一な上面を有する侵入型層５０が形成されることが発見された。プレスおよび硬化プロセスの間に硬質の上板を用いて圧電電極アレイ上に形成された侵入型層は、クラウンまたは凸形状を有することが発見された。図９は、硬質の上板を用いた結果を描いたものであり、結果として、厚さは、圧電アレイにおける行および列に依存して約０μｍ（即ち、露出された圧電電極）から約４μｍまで変動した。これに対して、図１０は可とう性の上板を用いた結果を描いていて、結果的に生じた侵入型層の厚さ変動は硬質の上板を用いて形成された侵入型層の変動の約半分である。
【００２７】
理論に制約される意図はなしに、上板の柔軟さは、可とう性の上板がＰＺＴアレイおよび基板に適合することからスタックアップにおける適合性を生み出す。可とう性の上板は、プレスを用いる圧力印加中にたわむことがあり、よって、基板６２の不均一な輪郭は平衡される。板は幾分か硬質であり、侵入型領域内へ、またはＰＺＴアレイ周辺への曲り込みは発生しない。硬質の上板を用いる場合に侵入型クラウンが発生する理由は知られていないが、ポリマーが硬化している間に支持面の基板６２がＰＺＴアレイに渡って十分かつ／または均一な支持を提供せず、よって、プレスおよび硬化プロセスの間にＰＺＴアレイ全体、例えばアレイの中心は硬質の上板に均一にプレスされなかったことが理由である可能性もある。基板６２に光学的平面を与えることは、侵入型層の均一性を高める場合があるが、断熱層として作用することにより、硬化プロセスの間に侵入型層へ加えられる熱を低減するものと思われ、これにより、侵入型層の硬化時間は長くなる。伝熱性基板は、硬化中の下側のプレスカセットから侵入型層への熱伝達を向上させるものと思われるが、この目的にとって十分であると思われる光学的平面、例えば磨きアルミニウムまたはモリブデンの光学的平面は製造が難しくかつ高価である。コストは、１２インチまで、またはこれを超えるまでの長さであるＰＺＴアレイを包含する可能性があるプリントヘッドのサイズ増大に伴ってより大きな要素となる。
【００２８】
図８の構造体を形成した後、プリントヘッドの処理は、例えば圧電素子２０の上面から侵入型層５０の第１の部分を除去しかつ隣接する圧電素子２０間に侵入型層の第２の部分を残すことによって継続することができる。一実施形態では、図１１に描かれているように、既知のフォトリソグラフィ技術を用いて、パターン化されたフォトレジストマスク等のパターン化されたマスク１１０が開口１１２を伴って形成される。開口１１２は、侵入型層５０の各圧電素子２０を覆っている一部を露出させ、かつさらに、図に描かれているように、各圧電素子２０の一部も露出させる。
【００２９】
別の実施形態において、パターン化されたマスク１１０は熱可塑性ポリイミドの層であることが可能である。例えば、パターン化されたマスク１１０は、レーザアブレーション、パンチ処理、エッチング、他を用いてパターン化されたＤｕＰｏｎｔ（登録商標）１００ＥＬＪの層であってもよい。ＤｕＰｏｎｔ  １００ＥＬＪは、典型的には２５μｍ（０．００１インチ）の厚さに製造されて提供されるが、利用可能であれば、例えば約２０μｍから約４０μｍまでの間である他の厚さも適切であると思われる。一実施形態では、熱積層プレスを用いて熱可塑性ポリイミドマスクがポリマー侵入型層５０の表面へ付着されることが可能である。一実施形態では、この付着は、約１８０℃と約２００℃との間の温度、例えば約１９０℃で発生してもよい。一実施形態では、この付着は、約９０ｐｓｉと約１１０ｐｓｉとの間の圧力、例えば約１００ｐｓｉで発生してもよい。付着プロセスは、約５分と約１５分との間の持続時間、例えば約１０分間に渡って実行されてもよい。
【００３０】
一実施形態において、マスクは、露出された侵入型層５０の除去に続いて侵入型層５０、圧電素子２０または他の構造体を持ち上げない、または別段で損傷しないほどの容易さで侵入型層５０から離れることができる材料製であることが可能である。プラズマエッチング等のエッチングの間の温度は、理論に制約される意図はなしにマスク材料を硬化し、固め、圧縮しかつ／またはガスを抜くことができかつ侵入型層５０からの除去をより困難にする１５０℃に達することが可能である。
【００３１】
マスクの開口１１２は、続いて例えばプリント基板（ＰＣＢ）電極と接触している銀エポキシとの電気接続が行われるポリマーおよび各圧電素子２０の上面のみを露出させるように位置合わせされることが可能である。開口１１２は、圧電素子２０と続いて形成される電極との間の電気抵抗を、機能デバイスを容認できる信頼性で提供する許容限度内とするに足るサイズであるべきである。開口自体は、円形、楕円形、正方形、長方形、他であってもよい。
【００３２】
続いて、露出された侵入型層５０を除去するために、図１１の構造体にプラズマエッチング等のエッチングが実行される。一実施形態において、プラズマエッチングは、処理時間を短縮するに足る条件下で実行されることが可能である。例えば、活性イオントラップ・プラズマモードは、酸素処理ガスと組み合わせて用いられてもよい。例えば、酸素ガスは、約１００ミリトルと約２００ミリトルとの間、例えば約１５０ミリトルの平衡チャンバ圧力を与えるに足る送出量でプラズマエッチ・チャンバへ導入されてもよい。プラズマは、約８００Ｗと１，０００Ｗとの間、例えば約９００Ｗの高周波（ＲＦ）電力で点火されることが可能である。活性イオンエッチ・プラズマモードでは、図１１のアッセンブリは２つの隣接する活性電極間に置かれることが可能である。２つの隣接する活性電極は、２つの接地電極間に置かれることが可能である。侵入型材料に依存して、エッチング時間は約１秒から約１時間までの範囲、例えば約５分と１５分との間、かつより具体的には、約５分と１０分との間であることが可能である。層厚さ２５μｍのＤｕＰｏｎｔ  １００ＥＬＪを用いる場合、処理時間は約１秒と約１５分との間、例えば約１秒と約１０分との間であってもよい。侵入型材料に依存して、活性イオン・トラップ・モード以外にも、反応性イオンエッチング、電子フリーエッチング、活性エッチング、電子フリー・イオン・トラップ等のモードを含むプラズマモードを用いることができ、モードは、プラズマチャンバ内のシェルフの構造（即ち、活性、接地および浮動）に依存する。
【００３３】
プラズマエッチングは、ニッケルメッキされたＰＺＴ圧電素子２０の表面から侵入型層５０を効率よく除去することができる。ニッケルメッキされたＰＺＴ圧電素子２０の表面は、比較的深くかつ狭い（即ちアスペクト比が高い）溝からの侵入型層５０の除去を困難にする高い表面粗さを有することが発見されている。ニッケルメッキ内の溝に残っている誘電材料は、圧電素子２０と、続いて圧電素子２０と電気結合されるＰＣＢ電極との間の電気抵抗を高める可能性がある。圧電素子２０のエッチング表面からの侵入型層５０の効率的な除去は、抵抗を下げ、かつデバイスの電気特性を向上させる。本明細書に記述されているようなマスキングされたプラズマエッチングの使用は、これらの溝から誘電材料を従来の除去方法よりも効率的に除去する。圧電素子２０内の比較的狭い溝からの侵入型層５０のエッチング速度は、隣接する比較的広い間隔の圧電素子２０間での侵入型層５０のエッチング速度より低い。マスキングされないプラズマエッチングは、隣接する圧電素子２０間での侵入型材料５０の過度の損失を招く場合があり、よって、圧電素子２０上に横たわるロケーションで侵入型材料５０を露出させかつ圧電素子２０間のロケーションで侵入型材料５０を保護するマスキングされたプラズマエッチングは、この損失を防止するために使用されることが可能である。
【００３４】
侵入型層５０をエッチングした後、パターン化されたマスク１１０は除去され、図１２の構造体が生じる。パターン化されたマスク１１０がパターン化されたフォトレジストマスクであれば、パターン化されたマスク１１０は標準的な技法を用いて除去されることが可能である。パターン化されたマスク１１０がＤｕＰｏｎｔ  １００ＥＬＪ等の熱可塑性ポリマーであれば、パターン化されたマスクは例えば引き剥がしによって除去されることが可能である。
【００３５】
別の実施形態において、図８の構造体のマスキングされないエッチングは、結果的に図１２に描かれているものに類似する、かつ概して図１２の構造体と同一機能の構造体が得られるように実行されることが可能である。上述のプラズマエッチングは、全ての圧電素子が各圧電素子への電気接触を行えるように十分に露出された時点でエッチングが停止するようなタイミングで実行されることが可能である。このマスキングされないエッチングは、圧電素子２０間の侵入型層厚さの一部を除去するが、エッチングは、デバイス性能に悪影響が出ないように、過度の量の侵入型層５０を除去する前に停止される。
【００３６】
別の実施形態では、結果的に図１２の構造体を得るために、図８の構造体にマスキングされた、またはマスキングされないレーザ・アブレーション・プロセスを実行し、圧電素子２０を覆う侵入型層５０を除去することができる。
【００３７】
マスキングされた、またはマスキングされない除去プロセスの何れかを用いて圧電素子２０が露出された後、図１３に描かれているように、パターン化された接着層１３０およびパターン化された取外し可能なライナ１３２を含むアッセンブリが図１２の構造体へ位置合わせされて付着される。接着剤１３０は、例えば、熱硬化性または熱可塑性のシートであってもよい。取外し可能なライナ１３２は、ポリイミド材料であっても、接着剤１３０から剥がすことができる別の材料であってもよい。接着層１３０および取外し可能なライナ１３２を含むアッセンブリは、内部に、圧電素子２０を露出させる予め形成された開口１３４のパターンを含む。接着剤１３０およびライナ１３２内の開口１３４は、付着に先立って、例えばレーザアブレーション、パンチ処理、エッチング、他を用いて形成されてもよい。開口１３４のサイズは、図示されているように侵入型層５０内の開口１１２のサイズに一致することを目標にされてもよいが、サイズの不一致が後続処理に悪影響を及ぼさない限り、それより僅かに大きくても、小さくてもよい。接着剤１３０と取外し可能なライナ１３２との組み合わされた厚さは、部分的に、後続処理後に圧電素子２０上に残る導体の量を決定する。接着剤１３０と取外し可能なライナ１３２との組み合わされた厚さは、約１５μｍと約１００μｍとの間であってもよく、別の適切な厚さであってもよい。
【００３８】
次に、図１４に描かれているように、図１３のアッセンブリへ導電ペースト等の導体１４０が、例えば取外し可能なライナ１３２をステンシルとして用いるスクリーン印刷プロセスによって装着される。あるいは、接着剤がアッセンブリ上へ計量分配されてもよい。
【００３９】
続いて、図１４の構造体から取外し可能なライナ１３２が、例えば引き剥がしによって除去され、よって図１５に描かれているものに類似する構造体が残る。
【００４０】
次に、複数のバイア１６２および複数のＰＣＢ電極１６４を有するＰＣＢ１６０が図１５のアッセンブリへ接着剤１３０を用いて付着され、結果的に図１６の構造体が得られる。導体１４０は、導電路がＰＣＢ電極１６４から導体１４０を介して圧電素子２０へ延びるように、圧電素子２０をＰＣＢ電極１６４へ電気的に結合する。
【００４１】
次に、ダイヤフラム３６を介する開口４０は、インクがダイヤフラムを介して通過できるように清浄化されることが可能である。開口の清浄化は、接着剤１３０、侵入型層５０及び開口４０を覆うダイヤフラム付着材３８の一部を除去することを含む。様々な実施形態では、化学的または機械的な除去技術が用いられてもよい。一実施形態において、特にインレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及びダイヤフラム３６が金属製である場合、セルフアライン式の除去プロセスは、図１７に描かれているように、レーザビーム１７０の使用を含むことが可能である。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び設計に依存して、場合によりダイヤフラム３６は、セルフアライン式のレーザ・アブレーション・プロセスのためにレーザビームをマスキングすることができる。この実施形態では、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ、固体レーザ、銅蒸気レーザ及びファイバレーザ等のレーザを用いることができる。ＣＯ２レーザ及びエキシマレーザは、典型的には、エポキシを含むポリマーをアブレートすることができる。ＣＯ２レーザは、低い動作コスト及び高い製造スループットを有することが可能である。図１７には２つのレーザビーム１７０が描かれているが、単一のレーザビームが１つまたは複数のレーザパルスを用いて各ホールを順々に開いてもよい。別の実施形態では、単一の動作において２つ以上の開口が生成されることも可能である。例えば、その表面にマスクを当てることができ、次に単一の幅広レーザビームが、単一の幅広レーザビームからの１つまたは複数のパルスを用いて２つ以上の開口、または全ての開口を開放する可能性もある。インレット／アウトレットプレート３２、ボディプレート３４及び恐らくはダイヤフラム３６によって形成されるマスクをオーバーフィルし得るＣＯ２レーザビームは、順次各開口４０を照射し、ダイヤフラム付着材３８、侵入型層５０及び接着剤１３０を介して延長された開口を形成することも可能であり、最終的に図１８の構造体が得られる。
【００４２】
続いて、図１９に描かれているように、インレット／アウトレットプレート３２へ有孔プレート１９０を接着材（個々には描かれていない）で付着することができる。有孔プレート１９０は、印刷中にインクが通って放出される複数のノズル１９２を含んでもよい。有孔プレート１９０が付着されると、ジェットスタック１９４が完成する。
【００４３】
続いて、例えば接着材等の流体密封シール式接続部２０１を用いてＰＣＢ１６０へマニホールド２００が接着され、結果的に図２０に描かれているようなインク・ジェット・プリント・ヘッド２０２が得られる。インク・ジェット・プリント・ヘッド２０２は、マニホールド２００内に一定量のインクを貯蔵するためのリザーバ２０４を含むことが可能である。リザーバ２０４からのインクは、ＰＣＢ１６０内のバイア１６２を介してジェットスタック１９４内のポート２０６へ送出される。図２０は単純化された図であり、図の左右に追加的な構造体を有してもよいことは理解されるであろう。例えば、図２０は２つのポート２０６を描いているが、ある典型的なジェットスタックは、例えば３４４ｘ２０アレイのポートを有することが可能である。
【００４４】
使用に際して、プリントヘッド２０２のマニホールド２００内のリザーバ２０４は、一定量のインクを含む。プリントヘッドの最初のプライミングは、インクをリザーバ２０４からＰＣＢ１６０内のバイア１６２、ジェットスタック１９４内のポート２０６を介してジェットスタック１９４内のチャンバ２０８へと流れ込ませるために使用されることが可能である。各電極１６４上へ印加される電圧２１０に反応して、各ＰＺＴ圧電素子２０は、デジタル信号に応答する適切な時間に偏向または変形する。圧電素子２０の偏向はダイヤフラム３６を屈曲させ、これによりチャンバ２０８内に圧力パルスが生じ、インクの一滴がノズル１９２から放出される。
【００４５】
これにより、上述の方法及び構造体は、インク・ジェット・プリンタのためのジェットスタック１９４を形成する。一実施形態では、ジェットスタック１９４は、図２０に描かれているようなインク・ジェット・プリント・ヘッド２０２の一部として使用されることが可能である。
【００４６】
図２１は、少なくとも１つのプリントヘッド２０２が取り付けられているプリンタハウジング２１２を含むプリンタを描いている。動作の間、インク２１４は、本教示の一実施形態に従って１つまたは複数のノズル１９２から噴出される。プリントヘッド２０２は、用紙、プラスチック、他等の印刷媒体２１６上へ所望される画像を生成するために、デジタル命令に従って動作される。プリントヘッド２０２は、スワス毎に印刷画像を生成するために、走査動作において印刷媒体２１６に対して前後に移動してもよい。或いは、プリントヘッド２０２が固定して保持されかつ印刷媒体２１６がそれと相対的に移動されて、単一の通過でプリントヘッド２０２と同じ幅の画像が生成されてもよい。プリントヘッド２０２は、印刷媒体２１６より狭い、またはこれと同幅であることが可能である。
【００４７】
先に論じたような圧電素子からエポキシ材を除去するプラズマエッチングが、先に論じた特有の実施形態に加えて他の構造体の形成中に実行され得ることを認識されたい。例えば、ＰＺＴ圧電構造体は、固体構造体との物理的接触からの損傷を防ぐ、圧電構造体へダンピングを供給する、他のために、ガスまたは液体が圧電構造体に接触することの防護として封入されてもよい。メッキされた、またはメッキされていないＰＺＴ圧電構造体は、物理的または電気的な接点を提供するために、先に記述したようなプラズマエッチングを用いて露出されてもよい。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための方法であって、
未硬化の誘電侵入型層を圧電素子アレイ上へ計量分配することと、
前記未硬化の誘電侵入型層と上側のプレス板との間に可とう性の上板および離型剤とを挿入することと、
前記未硬化の誘電侵入型層を前記離型剤と接触させることと、
前記未硬化の誘電侵入型層と前記離型剤との接触を保持しながら、前記上側のプレス板を用いて前記未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えることであって、前記可とう性の上板は前記未硬化の誘電侵入型層へ圧力を加える間にたわむ圧力を加えることと、
前記未硬化の誘電侵入型層と前記離型剤との接触を保持しかつ前記上側のプレス板を用いて前記未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えながら、前記誘電侵入型層を硬化することと、を含む方法。
〔２〕前記可とう性の上板と前記上側のプレス板との間に、約１ｍｍと約２５ｍｍとの間の厚さを有するシリコーンゴム層を挿入することと、
前記侵入型層の硬化の間に、前記シリコーンゴム層を前記可とう性の上板および前記上側のプレス板と接触させることとをさらに含む、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕前記可とう性の上板は、前記上板がたわむ間に、約２５μｍと約１２，７００μｍとの間の厚さおよびガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの少なくとも１つを含む組成を有する、前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕前記硬化された誘電侵入型層の第１の部分を除去して圧電素子のアレイを露出し、かつ隣接する圧電素子間に前記硬化された誘電侵入型層の第２の部分を残すことをさらに含む、前記〔１〕に記載の方法。
〔５〕約１０ＭＰａと約５０ＭＰａとの間の曲げ弾性率を有する可とう性の上板を提供することをさらに含む、前記〔１〕に記載の方法。
〔６〕インク・ジェット・プリント・ヘッドを形成するための装置であって、
下側のプレスカセットと上側のプレス板とを備えるプレスと、
離型剤と、
ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの少なくとも１つを含む可とう性の上板であって、前記ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの１つは約２５μｍと約１２，７００μｍとの間の厚さを有する可とう性の上板とを備え、
前記離型剤注文前記可とう性の上板は、未硬化の侵入型層と前記上側のプレス板との間へ挿入されるように構成される装置。
〔７〕前記ガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの１つは約５００μｍと約９００μｍとの間の厚さを有する、前記〔６〕に記載の装置。
〔８〕インク・ジェット・プリンタを形成するための方法であって、
少なくとも１つのインクジェット・プリントヘッドを、
未硬化の誘電侵入型層を圧電素子アレイ上へ計量分配することと、
前記未硬化の誘電侵入型層と上側のプレス板との間に可とう性の上板および離型剤とを挿入することと、
前記未硬化の誘電侵入型層を前記離型剤と接触させることと、
前記未硬化の誘電侵入型層と前記離型剤との接触を保持しながら、前記上側のプレス板を用いて前記未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えることであって、前記可とう性の上板は前記未硬化の誘電侵入型層へ圧力を加える間にたわむことと、
前記未硬化の誘電侵入型層と前記離型剤との接触を保持しかつ前記上側のプレス板を用いて前記未硬化の誘電侵入型層に圧力を加えながら、前記誘電侵入型層を硬化することと、を含む方法を用いて形成することと、
前記少なくとも１つのプリントヘッドをプリンタのハウジング内へ取り付けることと、を含む方法。
〔９〕前記可とう性の上板は、前記上板がたわむ間に、約２５μｍと約１２，７００μｍとの間の厚さおよびガラス、シリコン、石英、サファイアおよび金属のうちの少なくとも１つを含む組成を有する、前記〔８〕に記載の方法。
〔１０〕約１０ＭＰａと約５０ＭＰａとの間の曲げ弾性率を有する可とう性の上板を提供することをさらに含む、前記〔８〕に記載の方法。
【図１】
0005939898.tif 000002
【図２】
0005939898.tif 000003
【図３】
0005939898.tif 000004
【図４】
0005939898.tif 000005
【図５】
0005939898.tif 000006
【図６】
0005939898.tif 000007
【図７】
0005939898.tif 000008
【図８】
0005939898.tif 000009
【図９】
0005939898.tif 000010
【図１０】
0005939898.tif 000011
【図１１】
0005939898.tif 000012
【図１２】
0005939898.tif 000013
【図１３】
0005939898.tif 000014
【図１４】
0005939898.tif 000015
【図１５】
0005939898.tif 000016
【図１６】
0005939898.tif 000017
【図１７】
0005939898.tif 000018
【図１８】
0005939898.tif 000019
【図１９】
0005939898.tif 000020
【図２０】
0005939898.tif 000021
【図２１】
0005939898.tif 000022