(57)【要約】【課題】インクジェットプリントヘッドのための優れたノズルアセンブリを提供する。【解決手段】インクジェットプリントヘッドのためのノズルアセンブリは、ノズル開口が画定されているルーフを有するノズルチャンバを含む。ルーフは、固定部に対し相対的に動作可能な可動部を備え、固定部に対する相対的な可動部の動きによってインクがノズル開口を通じて吐出される構成とされている。このノズルアセンブリは、また、可動部を動かすためのアクチュエータと、シール部材と、を含む。シール部材は、可動部と固定部との間を架け渡すブリッジとして構成されている。【選択図】図２２
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【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のためのノズルアセンブリであって、
ノズル開口が画定されているルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、固定部に対し相対的に動作可能な可動部を備え、前記固定部に対する相対的な前記可動部の動きによってインクが前記ノズル開口を通じて吐出される構成とされた当該ノズルチャンバと、
前記固定部に対し相対的に前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
前記可動部と前記固定部との間を架け渡すブリッジとして構成されたシール部材と、
を備えるノズルアセンブリ。
【請求項２】
前記シール部材が、高分子材料から成る、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項３】
前記高分子材料が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から成る、請求項２に記載のノズルアセンブリ。
【請求項４】
前記シール部材が、前記可動部と前記固定部との間にスペースを有しない、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項５】
前記シール部材が、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項６】
前記シール部材が、当該シール部材の外形に、少なくとも１つの山部と少なくとも１つの谷部のうち一方又は両方を備える、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項７】
前記シール部材が、クラウン部を備え、
前記クラウン部が、前記可動部に連結された前記シール部材の第１の端部、及び前記固定部に連結された前記シール部材の第２の端部から突出する、請求項４に記載のノズルアセンブリ。
【請求項８】
前記シール部材が波形である、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項９】
前記ノズル開口が前記可動部内で画定されている、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１０】
前記ノズル開口が前記固定部内で画定されている、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、熱湾曲アクチュエータであり、
当該熱湾曲アクチュエータは、
駆動回路に接続するための第１の能動素子と、
前記第１の素子と機械的に連携する第２の受動素子であって、前記第１の素子に電流が通るときに前記第１の素子が前記第２の素子に対し相対的に膨張することで、前記アクチュエータが湾曲する当該第２の受動素子と、
を備える、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の素子及び前記第２の素子がカンチレバービームである、請求項１１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１３】
前記熱湾曲アクチュエータが、前記ルーフの前記可動部の少なくとも一部を画定する、請求項１１に記載のプリントヘッド。
【請求項１４】
前記高分子材料が前記ルーフの大部分にコーティングされ、それによって、前記プリントヘッドのインク吐出面が疎水性となる、請求項２に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１５】
各ルーフが、前記プリントヘッドのノズルプレートの少なくとも一部を形成し、
各ルーフが、前記高分子コーティングによって各ノズルチャンバの内部表面に対して疎水性の外部表面を有する、請求項１３に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１６】
前記ノズルチャンバが、前記ルーフと基板との間を延びる側壁を備え、それによって、前記ルーフが前記基板から間隔を置いて配置される、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１７】
前記可動部が、前記アクチュエータの作動時に前記基板の方へ動くように構成される、請求項１５に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１８】
複数のノズルアセンブリを備えるインクジェットプリントヘッドであって、
各ノズルアセンブリが、
ノズル開口が画定されているルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、固定部に対し相対的に動作可能な可動部を備え、前記固定部に対する相対的な前記可動部の動きによってインクが前記ノズル開口を通じて吐出される構成とされた当該ノズルチャンバと、
前記固定部に対し相対的に前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
前記可動部と前記固定部とを相互に連結するシール部材と、
を備えており、
前記シール部材が、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する、インクジェットプリントヘッド。
【請求項１９】
前記プリントヘッドのノズルプレートが高分子コーティングを含む、請求項１８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
前記高分子コーティングが前記シール部材を含む、請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタの分野、特に、インクジェットプリントヘッドの分野に関する。本発明は主に、高解像度プリントヘッドの印刷品質及び信頼性を向上させるために開発された。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なるタイプの印刷が発明され、そのうちの多数が現在使用されている。公知の印刷形態には、当該のマーキング媒体を用いて印刷媒体にマークを付ける種々の方法がある。一般的に使用される印刷形態には、オフセット印刷、レーザ印刷及び複写装置、ドットマトリクス型インパクトプリンタ、感熱紙プリンタ、フィルムレコーダ、熱ワックスプリンタ、染料昇華型プリンタ、ドロップオンデマンド型及び連続フロー型の両方のインク噴射プリンタが含まれる。費用、速度、品質、信頼性、構造及び動作の単純性などを考慮すると、これらのタイプのプリンタにはそれぞれ、独自の利点及び問題がある。
【０００３】
近年、個々のインク画素がそれぞれ１つ又は複数のインクノズルに由来するインク噴射印刷の分野は、主にその低価格性及び汎用性のために、ますます人気が高まっている。
【０００４】
インク噴射印刷に関する多くの様々な技法が発明された。この分野を通覧するためには、論文「Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ」、著作：Ｊ  Ｍｏｏｒｅ、Ｏｕｔｐｕｔ  Ｈａｒｄ  Ｃｏｐｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｒ  Ｄｕｂｅｃｋ及びＳ  Ｓｈｅｒｒ編、２０７〜２２０ページ（１９８８）を参照されたい。
【０００５】
インク噴射プリンタはそれ自体が多くの様々なタイプで提供されている。インク噴射印刷におけるインクの連続ストリームの利用は、少なくとも、Ｈａｎｓｅｌｌによる米国特許第１，９４１，００１号が単純な形態の連続ストリーム静電インク噴射印刷を開示した１９２９年まで遡るようである。
【０００６】
Ｓｗｅｅｔによる米国特許第３，５９６，２７５号も、インク滴を分離させるために高周波静電場によってインク噴射ストリームを調節するステップを含む連続インク噴射印刷の方法を開示している。この技法は、Ｅｌｍｊｅｔ社及びＳｃｉｔｅｘ社を含むいくつかのメーカによって今なお利用されている（Ｓｗｅｅｔらによる米国特許第３，３７３，４３７号も参照されたい）。
【０００７】
圧電インク噴射プリンタも、一般的に利用されているインク噴射印刷装置の一形態である。圧電システムは、ダイアフラム動作モードを利用するＫｙｓｅｒらによる米国特許第３，９４６，３９８号（１９７０）、圧電結晶のスクィーズ（ｓｑｕｅｅｚｅ）動作モードを開示しているＺｏｌｔｅｎの米国特許第３，６８３，２１２号（１９７０）、圧電動作の湾曲モードを開示しているＳｔｅｍｍｅの米国特許第３，７４７，１２０号（１９７２）、インク噴射ストリームの圧電プッシュモード作動を開示しているＨｏｗｋｉｎｓの米国特許第４，４５９，６０１号、及び剪断モード型の圧電トランスデューサ素子を開示しているＦｉｓｃｈｂｅｃｋの米国特許第４，５８４，５９０号に開示されている。
【０００８】
近時、熱インク噴射印刷は、極めて普及したインク噴射印刷の形態となった。このインク噴射印刷技法には、Ｅｎｄｏらによる英国特許第２，００７，１６２号（１９７９）及びＶａｕｇｈｔらによる米国特許第４，４９０，７２８号に開示された技法が含まれる。上記の参照文献は共に、ノズルなどの狭窄したスペース内に気泡を発生させ、それによって、その限定されたスペースに連結された孔から関連印刷媒体上にインクを吐出させる、電熱アクチュエータの作動に依拠したインク噴射印刷技法を開示した。エレクトロサーマルアクチュエータを利用する印刷装置は、キャノン株式会社、Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ社などのメーカによって製造されている。
【０００９】
以上のことからわかるように、多くの異なるタイプの印刷技術が使用可能である。理想的には、印刷技術は、多くの望ましい属性を有するべきである。このような属性には、安価な構造及び動作、高速動作、安全で連続した長期動作などが含まれる。各技術は、コスト、速度、品質、信頼性、電力使用、構造動作の単純性、耐久性及び消耗品の領域において独自の利点及び欠点を有することがある。
【００１０】
本出願人は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を利用して組み立てられるインクジェットプリントヘッドを数多く記載している。その内容が参照により本明細書中に組み込まれる、本出願人による先の米国特許出願第１１／６８５，０８４号、米国特許出願第１１／７６３，４４３号及び米国特許出願第１１／７６３，４４０号に記載されるように、ＭＥＭＳインクジェットプリントヘッドは、可動部を有するノズルプレートを備えていてもよい。一般に、各可動部には、可動部の作動によって、プリントヘッドからインクが吐出されるように、ノズル開口が画定される。
【００１１】
このタイプのプリントヘッドの利点は、インクの液滴を吐出するのに必要なエネルギが、例えば従来の熱バブル形成プリントヘッドと比較すると少ないことである。以前、本出願人は、特定のアクチュエータのデザイン及び相補的な作動方法が、どのようにしてそのようなプリントヘッドからの効率の良い滴の吐出をもたらすかについて記載した（例えば、内容を参照により本明細書中に組み込む米国特許出願第１１／６０７，９７６号及び米国特許出願第１２／２３９，８１４号を参照のこと）。
【００１２】
しかしながら、「可動ノズル」プリントヘッドの問題は、プリントヘッドの可動部と、固定部との間に良好な流体シールを必要とすることにある。インクは、ノズル開口を通じてのみ吐出されるべきで、シールから漏れるべきではない。可動部と、固定部との間の距離が狭い場合、表面張力によってインクをノズルチャンバ内に保持することができる。しかしながら、流体シールとしてインクの表面張力を使用することには問題があり、通常、特にノズルチャンバ内のインクの圧力が上昇している場合には、信頼性の高いシールを実現することはできない。
【００１３】
本出願人による先の米国特許出願第１１／６８５，０８４号、米国特許出願第１１／７６３，４４３号及び米国特許出願第１１／７６３，４４０号に、ノズルプレートの可動部のメカニカルシールを製作する方法が記載されている。一般的には、ノズルプレート上に、可撓性のあるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層がコーティングされ、この層が、プリントヘッドの可動部と、固定部分との間でシーリング膜としての役割を果たす。さらに、ＰＤＭＳ層は、疎水性のインク吐出面となり、プリントヘッドのフルイディクス及び最終的には印刷品質の点においても大変望ましい。
【００１４】
可動ノズルを有するインクジェットプリントヘッド用の改良されたメカニカルシールを提供することが望ましい。特に、プリントヘッドの総合効率に与える影響が最小化する効果的なメカニカルシールを設けることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第１，９４１，００１号
【特許文献２】米国特許第３，５９６，２７５号
【特許文献３】米国特許第３，３７３，４３７号
【特許文献４】米国特許第３，９４６，３９８号
【特許文献５】米国特許第３，６８３，２１２号
【特許文献６】米国特許第３，７４７，１２０号
【特許文献７】米国特許第４，４５９，６０１号
【特許文献８】米国特許第４，５８４，５９０号
【特許文献９】英国特許第２，００７，１６２号
【特許文献１０】米国特許第４，４９０，７２８号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】論文「Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ」、著作：Ｊ  Ｍｏｏｒｅ、Ｏｕｔｐｕｔ  Ｈａｒｄ  Ｃｏｐｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｒ  Ｄｕｂｅｃｋ及びＳ  Ｓｈｅｒｒ編、２０７〜２２０ページ（１９８８）
【発明の概要】
【００１７】
第１の態様において、本発明は、インクジェットプリントヘッドのためのノズルアセンブリであって、
ノズル開口が画定されているルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、固定部に対し相対的に動作可能な可動部を備え、前記固定部に対する相対的な前記可動部の動きによってインクが前記ノズル開口を通じて吐出される構成とされた当該ノズルチャンバと、
前記固定部に対し相対的に前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
前記可動部と前記固定部との間を架け渡すブリッジとして構成されたシール部材と、
を備えるノズルアセンブリを提供する。
【００１８】
任意選択で、前記シール部材は、高分子材料から成る。
【００１９】
任意選択で、前記高分子材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から成る。
【００２０】
任意選択で、前記シール部材は、前記可動部と前記固定部との間にスペースを有しない。
【００２１】
任意選択で、前記シール部材は、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する。
【００２２】
任意選択で、前記シール部材は、外形に少なくとも１つの山部及び／又は少なくとも１つの谷部を含む。
【００２３】
任意選択で、前記シール部材は、クラウン部を備え、前記クラウン部は、前記可動部に連結された前記シール部材の第１の端部、及び前記固定部に連結された前記シール部材の第２の端部から突出する。
【００２４】
任意選択で、前記シール部材は波形である。
【００２５】
任意選択で、前記ノズル開口は、前記可動部内に画定される。
【００２６】
任意選択で、前記ノズル開口は、前記固定部内に画定される。
【００２７】
任意選択で、前記アクチュエータは、
駆動回路に接続するための第１の能動素子と、
第１の素子と機械的に協働する第２の受動素子であって、第１の素子を電流が通るとき、第１の素子が第２の素子に対して膨張し、結果としてアクチュエータが湾曲する、第２の受動素子と、
を備える熱湾曲アクチュエータである。
【００２８】
任意選択で、前記第１の素子及び前記第２の素子はカンチレバービームである。
【００２９】
任意選択で、前記熱湾曲アクチュエータは、前記ルーフの可動部の少なくとも一部を画定する。
【００３０】
任意選択で、高分子材料が前記ルーフの大部分にコーティングされ、それによって、前記プリントヘッドのインク吐出面が疎水性となる。
【００３１】
任意選択で、各ルーフは、プリントヘッドのノズルプレートの少なくとも一部を形成し、各ルーフは、前記高分子コーティングによって各ノズルチャンバの内部表面に対して疎水性の外部表面を有する。
【００３２】
任意選択で、前記ノズルチャンバは、前記ルーフと基板との間を延びる側壁を備え、それによって、前記ルーフは前記基板から間隔を置いて配置される。
【００３３】
任意選択で、前記可動部は、前記アクチュエータの作動時に前記基板の方へ動くように構成される。
【００３４】
さらなる態様において、本発明は、複数のノズルアセンブリを備えるインクジェットプリントヘッドであって、各ノズルアセンブリが、
ノズル開口が画定されるルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、固定部に対して可動な可動部を備え、それによって、前記固定部に対する前記可動部の動きによりインクが前記ノズル開口を通じて吐出される、ノズルチャンバと、
前記固定部に対して前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
前記可動部と前記固定部とを相互に連結するシール部材とを備え、
前記シール部材が、前記可動部の動きを容易にするように構成される非平面外形を有する、ノズルアセンブリを提供する。
【００３５】
任意選択で、前記プリントヘッドのノズルプレートは高分子コーティングを含む。
【００３６】
任意選択で、前記高分子コーティングは前記シール部材を含む。
【００３７】
第２の態様において、本発明は、
固定部と、
インクの吐出のための複数の可動部と、
複数のシール部材であって、各シール部材が、各々の可動部と前記固定部とを連結する、複数のシール部材とを備え、
各シール部材が、その各々の可動部と前記固定部との間を架け渡すブリッジとして構成される、インクジェットプリントヘッドを提供する。
【００３８】
任意選択で、ノズルプレートは、複数の可動部及び固定部を備える。
【００３９】
任意選択で、前記ノズルプレートは、可撓性のある高分子コーティングを含み、前記コーティングは、前記シール部材を含む。
【００４０】
任意選択で、前記高分子コーティングは疎水性である。
【００４１】
任意選択で、高分子コーティングはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から成る。
【００４２】
任意選択で、前記シール部材は、前記可動部と前記固定部との間にスペースを有しない。
【００４３】
任意選択で、前記シール部材は、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する。
【００４４】
任意選択で、各シール部材は、外形に少なくとも１つの山部及び／又は少なくとも１つの谷部を備える。
【００４５】
任意選択で、各シール部材はクラウン部を備え、前記クラウン部は、前記可動部に連結された前記シール部材の第１の端部、及び前記固定部に連結された前記シール部材の第２の端部から突出する。
【００４６】
任意選択で、各シール部材は波形である。
【００４７】
別の態様において、本発明は、複数のノズルアセンブリを備えるプリントヘッドであって、各ノズルアセンブリが、
ノズル開口が画定されるルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、前記固定部に対して可動な前記可動部のうちの１つを備え、それによって、前記固定部に対する前記可動部の動きによりインクがノズル開口を通じて吐出される当該ノズルチャンバと、
前記固定部に対して前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
を備え、
複数のシール部材のうちの１つが、前記可動部と前記固定部との間を橋渡しする、プリントヘッドを提供する。
【００４８】
任意選択で、前記ノズル開口は、前記可動部内に画定される。
【００４９】
任意選択で、前記ノズル開口は、前記固定部内に画定されている。
【００５０】
任意選択で、前記アクチュエータは、
駆動回路に接続するための第１の能動素子と、
第１の素子と機械的に協働する第２の受動素子であって、第１の素子を電流が通るとき、第１の素子が第２の素子に対して膨張し、結果としてアクチュエータが湾曲する、第２の受動素子とを備える、熱湾曲アクチュエータである。
【００５１】
任意選択で、前記第１の素子及び前記第２の素子はカンチレバービームである。
【００５２】
任意選択で、前記熱湾曲アクチュエータは、前記ルーフの可動部の少なくとも一部を画定する。
【００５３】
任意選択で、前記ノズルチャンバは、前記ルーフと基板との間を延びる側壁を備え、それによって、前記ルーフは前記基板から間隔を置いて配置される。
【００５４】
任意選択で、前記可動部は、前記アクチュエータの作動時に前記基板の方へ動くように構成される。
【００５５】
任意選択で、前記ルーフ及び前記側壁は、ＣＶＤによって堆積可能なセラミック材料から成り、前記セラミック材料は、窒化ケイ素、酸化ケイ素及び酸化窒化ケイ素を含む群から選択される。
【００５６】
さらなる態様において、本発明は、請求項１に記載のプリントヘッドを備えるインクジェットプリンタを提供する。
【００５７】
第３の態様において、本発明は、可動部と固定部との間を橋渡しするシール部材を有するインクジェットノズルアセンブリを製作する方法であって、
（ａ）ルーフでシールされたノズルチャンバを備える部分的に製作されたプリントヘッドを用意するステップと、
（ｂ）前記ルーフを通るビアをエッチングして、前記ビアの第１の側上の前記可動部、及び前記ビアの第２の側上の前記固定部を画定するステップと、
（ｃ）犠牲材料のプラグで前記ビアを施栓（ｐｌｕｇｇｉｎｇ）するステップと、
（ｄ）少なくとも前記プラグ上に可撓性材料の層を堆積するステップと、
（ｅ）前記プラグを除去して、前記可動部と前記固定部との間を橋渡しする前記シール部材を有する前記インクジェットノズルアセンブリを提供するステップとを含み、
前記シール部材が、前記可撓性材料から成る、方法を提供する。
【００５８】
任意選択で、前記可撓性のある材料は、高分子材料である。
【００５９】
任意選択で、前記可撓性のある材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から成る。
【００６０】
任意選択で、前記プラグは前記ビアを充填し、したがって、前記シール部材は前記ビア内にない。
【００６１】
任意選択で、前記プラグは、前記ビアから延びるヘッドを有し、前記ヘッドは、前記可撓性材料を堆積するための足場表面を呈する。
【００６２】
任意選択で、前記シール部材は、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する。
【００６３】
任意選択で、前記シール部材は、外形に少なくとも１つの山部及び／又は少なくとも１つの谷部を備える。
【００６４】
任意選択で、前記シール部材はクラウン部を備え、前記クラウン部は、前記可動部に連結された前記シール部材の第１の端部、及び前記固定部に連結された前記シール部材の第２の端部から突出する。
【００６５】
任意選択で、前記シール部材は波形である。
【００６６】
さらなる態様において、本発明は、前記犠牲材料の除去の前に前記ルーフを通るノズル開口をエッチングするステップをさらに含む方法を提供する。
【００６７】
任意選択で、前記ノズル開口は、前記可動部を通ってエッチングされる。
【００６８】
任意選択で、前記可動部は、熱湾曲アクチュエータを備える。
【００６９】
任意選択で、前記熱湾曲アクチュエータは、
駆動回路に接続するための第１の能動素子と、
第１の素子と機械的に協働する第２の受動素子であって、第１の素子を電流が通るとき、第１の素子が第２の素子に対して膨張し、結果としてアクチュエータが湾曲する、第２の受動素子とを備える。
【００７０】
任意選択で、前記可撓性のある材料は、疎水性の材料であり、前記可撓性のある材料の前記堆積は、前記ルーフの大部分に行われ、それによって、前記ルーフは相対的に疎水性になる。
【００７１】
任意選択で、前記ノズルチャンバは、前記ルーフと基板との間を延びる側壁を備え、それによって、前記ルーフは前記基板から間隔を置いて配置される。
【００７２】
任意選択で、前記可動部は、アクチュエータの作動時に前記基板の方へ動くように構成される。
【００７３】
任意選択で、前記可撓性層は、前記プラグの除去前に犠牲保護金属層で被覆される。
【００７４】
任意選択で、前記犠牲保護金属層は、前記プラグの除去後に除去される。
【００７５】
任意選択で、前記プラグは、前記ノズルアセンブリをオキシダイジングプラズマにさらすことによって除去される。
【００７６】
さらなる態様において、本発明は、可動部と固定部との間を橋渡しするシール部材を有するインクジェットノズルアセンブリを提供し、前記シール部材は、前記ノズルアセンブリのルーフ上に堆積される可撓性のある材料から成る。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ノズルチャンバの側壁が形成されている、第１のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図２】図４に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図３】ノズルチャンバがポリイミドで充填されている、第２のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図４】図３に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図５】コネクタポストがチャンバルーフに達するよう形成されている、第３のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図６】図５に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図７】導電性金属プレートが形成されている、第４のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図８】図７に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図９】熱湾曲アクチュエータの能動ビーム部材が形成されている、第５のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図１０】図９に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図１１】熱湾曲アクチュエータを備える可動ルーフ部が形成されている、第６のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図１２】図１１に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図１３】疎水性のポリマー層が堆積されフォトパターニングされている、第７のステップシーケンス後の、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図１４】図１３に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの斜視図である。
【図１５】完全に形成されたインクジェットノズルアセンブリの横断面図である。
【図１６】図１５に示す、インクジェットノズルアセンブリの切開斜視図である。
【図１７】図９及び図１０に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルアセンブリの概略横断面図である。
【図１８】図１７に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルの、チャンバルーフの可動部及び固定部を画定するためにビアをエッチングした後の、概略横断面図である。
【図１９】図１８に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルの、フォトレジストのプラグでビアを充填した後の概略横断面図である。
【図２０】図１９に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルの、ポリマー層及び保護金属層を堆積した後の概略横断面図である。
【図２１】図２０に示す、部分的に製作されたインクジェットノズルの、ノズル開口をエッチングした後の概略横断面図である。
【図２２】本発明によるインクジェットノズルアセンブリの概略横断面図である。
【図２３】別のシール部材の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
次に本発明の任意選択の実施形態について、添付の図面を参照して、単に例として説明する。
【００７９】
［可動部と固定部との間のスペースを充填するポリマーを含むノズルアセンブリ］
図１〜図１６は、その内容を参照により本明細書中に組み込む、本出願人の先の米国特許出願第１１／７６３，４４０号に記載されている、インクジェットノズルアセンブリ１００のＭＥＭＳ製造ステップのシーケンスを示す。図１５及び図１６に示す、完成したインクジェットノズルアセンブリ１００は、熱湾曲作動を利用し、それにより、ルーフの可動部が基板の方へ湾曲し、その結果インクが吐出する。
【００８０】
ＭＥＭＳ製造の出発点は、シリコンウエハの上部に形成されたＣＭＯＳ駆動回路を有する標準ＣＭＯＳウエハである。ＭＥＭＳ製造工程の最後に、このウエハは、各ＩＣが駆動回路及び複数のノズルアセンブリを備える、個々のプリントヘッド集積回路（ＩＣｓ）にダイス化される。
【００８１】
図１及び図２に示すように、基板１には、上部に電極２が形成されている。電極２は、インクジェットノズル１００のアクチュエータに電力を供給する一対の隣接する電極（正電極及びアース）のうちの１つである。電極は、基板１の上層のＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）から電力を受け取る。
【００８２】
図１及び図２に示す別の電極３は、隣接するインクジェットノズルに電力を供給する。概して、図は、ノズルアセンブリのアレイの１つである、ノズルアセンブリのＭＥＭＳ製造の諸ステップを示す。以下の説明では、これらのうち１つのノズルアセンブリの製造ステップに焦点を当てる。しかしながら、対応するステップが、ウエハ上に形成されるすべてのノズルアセンブリに対して同時に実施されることがもちろん認められる。図には隣接するノズルアセンブリの一部が示されているが、これは本目的においては無視してよい。したがって、電極３及び隣接するノズルアセンブリの全てのフィーチャについてここで詳しく述べることはしない。実際、明確化のために、隣接するノズルアセンブリに関しては、一部のＭＥＭＳ製造ステップは示されていない。
【００８３】
図１及び図２に示すステップのシーケンスでは、８ミクロンの二酸化ケイ素の層が、まず基板１上に堆積される。二酸化ケイ素の深さがインクジェットノズルのノズルチャンバ５の深さを画定する。図２に最も明確に示されるように、ＳｉＯ２層の堆積後、ＳｉＯ２層はエッチングされ、ノズルチャンバ５の側壁になる壁４が画定される。
【００８４】
図３及び図４に示すように、ノズルチャンバ５は、次いで、フォトレジスト又はポリイミド６で充填され、次の堆積ステップの犠牲足場としての役割を果たす。ポリイミド６を、標準技術を使用してウエハ上にスピンコーティングし、紫外線キュア及び／又はハードベークし、次いで、ＳｉＯ２壁４の上面に達するまで、化学機械平坦化（ＣＭＰ）を施す。
【００８５】
図５及び図６において、ノズルチャンバ５のルーフ部材７並びに電極２にまで延びる高導電性コネクタポスト８が形成される。まず、１．７ミクロンのＳｉＯ２層が、ポリイミド６及び壁４上に堆積される。このＳｉＯ２層がノズルチャンバ５のルーフ７を画定する。次に、標準の異方性ＤＲＩＥを使用して、一対のビアが、電極２に達するまで壁４に形成される。このエッチングにより、各々のビアを通して一対の電極２が露出する。次に、ビアは、無電解めっきを使用して、銅などの高導電性金属で充填される。堆積された銅ポスト８に、平坦な構造を設けるために、ＳｉＯ２ルーフ部材７上に達するまで、ＣＭＰが施される。無電解銅めっき時に形成された銅コネクタポスト８が、各々の電極２に接し、ルーフ部材７までのリニア導電路をもたらすことがわかる。
【００８６】
図７及び図８では、ルーフ部材７及びコネクタポスト８上に０．３ミクロンのアルミニウム層をまず堆積することによって、金属パッド９が形成される。いかなる高導電性金属（例えば、アルミニウム、チタン等）を使用してもよく、ノズルアセンブリの全体的な平坦度に大きく影響しすぎないよう約０．５ミクロン未満の厚さで堆積されるべきである。金属パッド９は、熱弾性能動ビーム部材の所定の「湾曲領域」内のコネクタポスト８及びルーフ部材７上に配置される。
【００８７】
図９及び図１０では、熱弾性能動ビーム部材１０がＳｉＯ２ルーフ７上に形成される。能動ビーム部材１０に融合されることによって、ＳｉＯ２ルーフ部材７の一部は、能動ビーム１０及び受動ビーム１６によって画定される機械的熱湾曲アクチュエータの下部受動ビーム部材１６として機能する。熱弾性能動ビーム部材１０は、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム及びアルミニウム合金などの、適切ないかなる熱弾性材料から成るものであってもよい。その内容を参照により本明細書中に組み込む、２００２年１２月４日出願の本出願人による先の米国特許出願第１１／６０７，９７６号に記載されるように、バナジウム−アルミニウム合金が、好ましい材料である。その理由は、熱膨張が大きい、密度が低い、及びヤング率が高いという有利な性質を併せ持つためである。
【００８８】
能動ビーム部材１０を形成するためには、１．５ミクロンの能動ビーム材料の層が、まず標準ＰＥＣＶＤによって堆積される。ビーム材料は、次いで、標準の金属エッチングを使用してエッチングされて、能動ビーム部材１０が画定される。金属エッチングの完了後、図９及び図１０に示すように、能動ビーム部材１０は、部分的なノズル開口１１と、コネクタポスト８を介し各端部において正電極及び接地電極２に電気的に接続されたビーム素子１２とを備える。平坦なビーム素子１２は、第１の（正電極）コネクタポストの上部から延び、１８０度湾曲して、第２の（接地）コネクタポストの上部に戻る。
【００８９】
さらに図９及び図１０を参照すると、金属パッド９が、電流の流れを容易にするために、潜在的に抵抗が高い領域に配置されている。一方の金属パッド９がビーム素子１２の湾曲領域に配置され、能動ビーム部材１０と、受動ビーム部材１６との間に挟まれている。他方の金属パッド９は、コネクタポスト８の上部と、ビーム素子１２の端部との間に配置される。
【００９０】
図１１及び図１２を参照すると、ＳｉＯ２ルーフ部材７は、次いで、ルーフのノズル開口１３及び可動部１４の全体を画定するためにエッチングされる。可動部１４は、熱湾曲アクチュエータ１５を備え、熱湾曲アクチュエータ１５自体は、能動ビーム部材１０及び下の受動ビーム部材１６からなる。ノズル開口１３は、作動時にノズル開口がアクチュエータと共に動くようにルーフの可動部１４内に画定される。参照により本明細書中に組み込む、本出願人による米国特許出願第１１／６０７，９７６号に記載されるように、ノズル開口１３が可動部１４に対して固定される構成も可能である。
【００９１】
ルーフの可動部１４の周囲の外周スペース又は間隙１７が、ルーフの固定部１８から可動部を分離する。この間隙１７によって、アクチュエータ１５の作動時に、可動部１４がノズルチャンバ５内及び基板１の方へ湾曲することが可能となる。
【００９２】
図１３及び図１４を参照すると、フォトパターニング可能な疎水性のポリマー１９の層が、次いで、ノズルアセンブリ全体の上に堆積され、ノズル開口１３を再画定するためにフォトパターニングされる。
【００９３】
ノズルアセンブリのアレイをコートするためのフォトパターニング可能なポリマーの使用に関しては、その内容を参照により本明細書中に組み込む、本出願人による２００７年３月１２日出願の先の米国特許出願第１１／６８５，０８４号及び２００７年４月２７日出願の米国特許出願第１１／７４０，９２５号に詳細に記載されている。一般に、疎水性のポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はパーフルオロポリエチレン（ＰＦＰＥ）である。このようなポリマーは、フォトパターニング可能であり、高い疎水性を有し、ヤング率が低いという理由から、特に好都合である。
【００９４】
上述の米国特許出願に説明されるように、疎水性のポリマーを組み込んだＭＥＭＳ製造ステップの正確な順序は、比較的柔軟である。例えば、疎水性のポリマー１９の堆積後にノズル開口１３をエッチングし、ノズルエッチング用のマスクとしてポリマーを使用することは十分に可能である。ＭＥＭＳ製造ステップの正確な順序の変更は、十分に当業者の手の届く範囲内に、さらに、本発明の範囲内に含まれることが認められる。
【００９５】
疎水性のポリマー層１９は、いくつかの機能を果す。第１に、疎水性のポリマー層１９は、間隙１７を充填して、ルーフ７の可動部１４と、固定部１８との間にメカニカルシールをもたらす。ポリマーが十分に低いヤング率を有していれば、作動時にインクが間隙１７を通じて漏れるのを防ぐ一方で、アクチュエータは依然として基板１の方へ湾曲することができる。第２に、ポリマーは、高い疎水性を有し、比較的親水性のノズルチャンバからプリントヘッドのインク吐出面２１上にインクが溢れる傾向を最小化する。第３に、ポリマーは保護層として機能し、プリントヘッドのメンテナンスを容易にする。
【００９６】
最後に、図１５及び図１６に示すように、インク供給流路２０が、基板１の裏側からノズルチャンバ５までエッチングされる。図１５及び図１６には、インク供給流路２０がノズル開口１３と並んで示されているが、もちろん、ノズル開口とずらして配置することもできる。
【００９７】
インク供給流路のエッチング後、ノズルチャンバ５を充填したポリイミド６が、例えば、Ｏ２プラズマを使用したアッシング（表側アッシング又は裏側アッシングの一方）によって除去されて、ノズルアセンブリ１００が形成される。
【００９８】
上述されていないが、その内容を参照により本明細書中に組み込む、本出願人による先の米国特許出願第１１／７４０，９２５号及び米国特許出願第１１／９４６，８４０号に記載されるように、ＭＥＭＳ加工の最終段階時に、ポリマー層１９を保護するために金属フィルム（例えば、チタン又はアルミニウム）を使用してもよい。一般に、保護金属フィルムはノズル開口１３のエッチング前にポリマー層１９上に堆積される。全てのエッチング及び酸化的フォトレジスト除去ステップ（「アッシングステップ」）の完了後、保護金属フィルムを簡単なＨＦ又はＨ２Ｏ２リンスを使用して除去してもよい。
【００９９】
［可動部と固定部との間のスペースをポリマーが橋渡しするノズルアセンブリ］
上述したノズルアセンブリ１００において、ポリマー層１９は、ルーフ７の可動部１４と、固定部１８との間の間隙を充填する。このポリマー層は良好なメカニカルシールをもたらし、容易に製造できるが、シールの構成は、必然的に、ノズルアセンブリの全体的な性能及び効率に影響を与える。
【０１００】
図１７〜図２２を参照すると、製造ステップの別のシーケンスが概略的に示されており、このシーケンスの結果、可動部１４と固定部１８との間を橋渡しするシーリング部材が改良される。簡略化のため、図１７〜図２２の概略図では、アクチュエータの詳細なフィーチャは示さない。しかしながら、この製造ステップの別のシーケンスの出発点である図１７は、図９及び図１０に示す、部分的に形成されたノズルアセンブリを概略的に表すことが認められるであろう。明確化のため、ノズルアセンブリの対応するフィーチャを指すために、同様の参照番号が使用される。
【０１０１】
次いで、図１７を参照すると、ポリイミド６で充填されたノズルチャンバ５を有する、部分的に形成されたノズルアセンブリが示される。熱湾曲アクチュエータ（図１７に図示せず）を備えるルーフ７が、ノズルチャンバ５上のカバーを形成する。
【０１０２】
図１８では、ビアがルーフ７内にエッチングされる。ビアは、ルーフ７の可動部１４と、固定部１８との間の間隙１７を画定する。
【０１０３】
次に、図１９を参照すると、間隙１７は、フォトレジストなどの犠牲材料のプラグ３０で充填されている。プラグ３０は、次のステップで、高分子シール部材の堆積のための犠牲足場としての役割を果たす。具体的には、プラグ３０の上面がシール部材の外形を画定する。プラグ３０の構成及びその上面の外形は、従来のフォトリソグラフィ技術によって制御してもよい。例えば、フォトレジスト露光時の集束パラメータを調整することによって、プラグ３０の傾斜した側壁を形成してもよい。
【０１０４】
プラグ３０の形成後、部分的に形成されたノズルアセンブリは、次いで、可撓性高分子材料の層１９でコーティングされる。一般に、高分子材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。図２０に示すように、ＰＤＭＳ層１９は、ノズルアセンブリの上面の外形に一致する。
【０１０５】
その後、ＰＤＭＳ層１９上に、保護アルミニウムフィルム３１が堆積される。アルミニウムフィルム３１は、ポリイミド６（図２２）の除去に使用される酸化プラズマからＰＤＭＳ層１９を保護する。
【０１０６】
次に図２１を参照すると、ノズル開口１３は、次いで、アルミニウムフィルム３１、ＰＤＭＳ層１９及びルーフ７を貫通するエッチングによって画定される。このエッチングにおいては、全３層を貫通してエッチングするために、別々の段階において別々のエッチング用化学薬品が必要となることがある。
【０１０７】
最後に、図２２を参照すると、ノズルアセンブリは、ポリイミド６及びフォトレジストプラグ３０を除去する、酸化プラズマ（例えば、Ｏ２プラズマ）にさらされる。ポリイミド６及びプラグ３０の酸化除去後に、ＨＦ又はＨ２Ｏ２で洗浄することによって、保護アルミニウム層３１が除去される。
【０１０８】
図２２に示す、完成したノズルアセンブリ２００は、ルーフ７の可動部１４と、固定部１８との間の間隙１７を橋渡しするシール部材３２を有する。重要なことに、シール部材３２は、間隙１７を充填せず、実際、可動部１４と、固定部１８との間にスペースは全くない。
【０１０９】
シール部材３２は、一端が可動部１４に連結され、他端が固定部１８に連結された、ブリッジの外形を有する。さらに、このブリッジは、ブリッジの各端部から突出する山部又はクラウン部３３を有する、ほぼ単一アーチ型ブリッジの形態をとる。もちろん、シール部材は、プラグ３０の上面の外形に応じて、代わりに可動部１４と、固定部１８との間を架け渡す単純ビームブリッジの形態をとってもよい。
【０１１０】
シール部材３２には、間隙１７が完全に高分子材料１９で充填される、図１５及び図１６に示す実施形態に勝るいくつかの利点がある。第１に、可動部１４と、固定部１８との間のポリマーの総量を減らすことによって、基板１に向かう、可動部１４の下方への運動のインピーダンスがより低くなる。加えて、シール部材の外形は、特に、可動部１４の下方への運動を容易にするように構成される。シール部材３２は、可動部１４と、固定部１８との間の距離よりも長い全長を有する可撓性ブリッジの形態をとるため、作動時の可動部１４のいかなる下方への運動にも、ブリッジ構造によりポリマー材料の最小限の曲げ又は伸びで容易に対応することができる。したがって、シール部材３２は、可動部１４の動きに対する最小限のインピーダンスをもたらし、一方でなお、優れたシールを提供する。可動部１４の動きに対するインピーダンスを最小化することによって、ノズルアセンブリ２００及びそのようなノズルアセンブリを備えるプリントヘッドの総合効率が改善する。
【０１１１】
もちろん、他の構成のシール部材３２も本発明の範囲内である。例えば、図２３に示すように、シール部材３２は、複数の山部４１及び谷部４２を有する波形構造４０であってもよい。波形構造４０は可動部１４の動きに容易に対応できることが認められるであろう。
【０１１２】
当業者であれば、広く記載された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明に対して特定の実施形態に示すような多くの変更及び／又は修正を加えることが可能であることが理解されるであろう。したがって、本実施形態はあらゆる点において例示的であり、限定的なものではないとみなすべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月26日(2011.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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のためのノズルアセンブリであって、
ノズル開口が画定されているルーフを備えるノズルチャンバであり、前記ルーフが、固定部に対し相対的に動作可能な可動部を備え、前記固定部に対する相対的な前記可動部の動きによってインクが前記ノズル開口を通じて吐出される構成とされた当該ノズルチャンバと、
前記固定部に対し相対的に前記可動部を動かすためのアクチュエータと、
前記可動部と前記固定部との間を架け渡すブリッジとして構成されたシール部材と、
を備えるノズルアセンブリ。
【請求項２】
前記シール部材が、高分子材料から成る、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項３】
前記高分子材料が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から成る、請求項２に記載のノズルアセンブリ。
【請求項４】
前記シール部材が、前記可動部と前記固定部との間にスペースを有しない、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項５】
前記シール部材が、前記可動部の動きを容易にするように構成された非平面外形を有する、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項６】
前記シール部材が、当該シール部材の外形に、少なくとも１つの山部と少なくとも１つの谷部のうち一方又は両方を備える、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項７】
前記シール部材が、クラウン部を備え、
前記クラウン部が、前記可動部に連結された前記シール部材の第１の端部、及び前記固定部に連結された前記シール部材の第２の端部から突出する、請求項４に記載のノズルアセンブリ。
【請求項８】
前記シール部材が波形である、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項９】
前記ノズル開口が前記可動部内で画定されている、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１０】
前記ノズル開口が前記固定部内で画定されている、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、熱湾曲アクチュエータであり、
当該熱湾曲アクチュエータは、
駆動回路に接続するための第１の能動素子と、
前記第１の素子と機械的に連携する第２の受動素子であって、前記第１の素子に電流が通るときに前記第１の素子が前記第２の素子に対し相対的に膨張することで、前記アクチュエータが湾曲する当該第２の受動素子と、
を備える、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
【国際調査報告】
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