(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリントヘッドの結晶基板（２１）に形成されたインク給送スロット（３１）によって、インクがカートリッジ本体のリザーバから前記プリントヘッドの流体小滴発生基礎構造（２３）に送られ、送られたインクが前記流体小滴発生基礎構造（２３）の一部をなすノズルから選択的に噴射されるインクジェットプリントヘッドの製造方法であって、
前記結晶基板（２１）の正面に、薄膜スタック（２５）を形成し、かつ前記結晶基板（２１）の背面に酸化物層を形成するステップと、
前記結晶基板（２１）の酸化物層に狭い開口部（４２）を形成し、該開口部（４２）を通してエッチングにより前記結晶基板（２１）に細いスロット（４８）を形成するステップと、
前記細いスロット（４８）にエッチングを施して、アンカ・グルーブ（３３）のアンカ・キャビティ（３４）を形成するとともに、該アンカ・キャビティ（３４）の最大幅が前記開口部の最小幅を超えるように形成するステップと、
前記結晶基板（２１）に前記インク給送スロット（３１）を形成し、前記薄膜スタック（２５）上に、インクチャネル及びオリフィス構造（２７）を形成してノズル（１７）を有する前記流体小滴発生基礎構造（２３）を形成するステップと、
前記インクチャネル及びオリフィス構造（２７）および前記薄膜スタック（２５）を含む前記流体小滴発生基礎構造（２３）の一部を形成するステップとにより、前記プリントヘッド（１３）を形成し、
該プリントヘッド（１３）を接着剤によりカートリッジ本体（１１）に取付けることを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記結晶基板の正面における流体小滴発生基礎構造の一部は、＜１００＞結晶方向を備えたシリコン基板の正面に薄膜スタック（２５）を形成して構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記細いスロット（４８）の形成に、前記結晶基板（２１）の背面に乾式反応性イオン・エッチングを施すステップが含まれることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記細いスロット（４８）のエッチングに、湿式エッチングを施すステップが含まれることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項５】
さらに、前記結晶基板の正面に湿式エッチングを施して、トレンチ領域を形成するステップが含まれることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項６】
さらに、前記結晶基板に流体給送スロットを形成するステップが含まれることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記請求項１〜６のうちいずれか１項に従って製造されたインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
カートリッジ本体に取付けられるインクジェットプリントヘッドであって、正面に薄膜スタック（２５）を、背面に酸化物層（４１）を形成し、該酸化物層（４１）に開口部（４２）を形成した結晶基板と、
前記結晶基板の薄膜スタック（２５）上に、インクチャネル及びオリフィス構造（２７）を形成した、ノズル（１７）を有する流体小滴発生基礎構造（２３）と、
前記酸化物層（４１）の開口部（４２）を通して前記結晶基板（２１）の背面に形成された細いスロット（４８）にエッチングを施して形成されたアンカグルーブ（３３）のアンカ・キャビティ（３４）とで、
プリントヘッド（１３）を形成し、
前記アンカ・キャビティ（３４）の最大幅が前記開口部の最小幅を超えるように形成され、前記溝としてのアンカ・グルーブ（３３）に充填された接着剤により、前記結晶基板（２１）の背面の酸化物層（４１）をカートリッジ本体（１１）に取付けることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記流体小滴発生基礎構造に、熱式小滴噴射構造を備えることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記アンカ・キャビティ（３４）がほぼダイヤモンド形状の断面を備えることを特徴とする請求項８または９に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記結晶基板（２１）が、＜１００＞結晶方向を備えたシリコン基板を備えることを特徴とする請求項８〜１０のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記アンカ・キャビティ（３４）が湿式エッチングによって形成されることを特徴とする、請求項８〜１１のうちいずれか１項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、インク・ジェット印刷装置のような流体噴射装置に関するものであり、詳しくは、カートリッジ本体に接着剤によって取り付けられるその一部に、接着剤保持アンカ・グルーブが形成された流体噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インク・ジェット印刷技術は、比較的高度に発展している。コンピュータのプリンタ、グラフィックス・プロッタ及びファクシミリ機のような市販製品には、印刷媒体を作成するためのインク・ジェット・テクノロジが導入されてきた。インク・ジェット・テクノロジに対するヒューレット・パッカード社の貢献については、例えば、Hewlett-Packard Journal，Vol．３６，No．５（１９８５年５月）、Vol．３９，No．５（１９８８年１０月）、Vol．４３，No．４（１９９２年８月）、Vol．４３，No．６（１９９２年１２月）、及びVol．４５，No．１（１９９４年２月）における個々の論文に記載がある。
【０００３】
一般に、インク・ジェット・イメージは、インク・ジェット・プリントヘッドとして知られるインク小滴発生装置によって噴射されるインク小滴が、印刷媒体上の正確な位置に付着することによって形成される。一般に、インク・ジェット・プリントヘッドは、例えば、印刷媒体の表面上を横切る可動プリント・キャリッジに支持された、プリント・カートリッジ本体に取り付けられている。インク・ジェット・プリントヘッドは、マイクロコンピュータまたは他のコントローラのコマンドに従って、適切な時間にインク小滴を噴射するように制御されるが、この場合、インク小滴の吹き付けタイミングは、印刷されるイメージのピクセル・パターンに対応するように意図されている。
【０００４】
典型的なヒューレット・パッカード社製インクジェット・プリントヘッドには、さらにインク噴射加熱抵抗器を設ける薄膜基礎構造に取り付けられているインク障壁構造に取り付けられるか、または、それと一体化された、オリフィスに精密に形成されたノズル・アレイ、及び抵抗器を使用可能にするための装置が含まれている。インク障壁構造によって、関連インク噴射抵抗器上に配置されたインク室を含むインク・チャネルが形成されており、オリフィス構造内のノズルは、関連インク室とアライメントがとられている。インク小滴発生領域は、インク室と、インク室に隣接した薄膜基礎構造及びオリフィス構造の一部によって形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
インク・ジェット・プリントヘッドに関して考慮すべき事項は、プリント・カートリッジ本体に対するプリントヘッドの取り付けの信頼性である。
よって、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、プリントヘッドの取り付けの信頼性の高い流体噴射装置を提供するとともに、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体噴射装置の製造方法は、上記目的を達成するために、流体噴射装置の製造方法であって、結晶基板の第１の表面に流体小滴発生構造の一部を形成するステップと、前記結晶基板の第２の表面に狭いスロットを形成するステップと、前記狭いスロットにエッチングを施して、それぞれ、アンカ・キャビティ及び前記アンカ・キャビティと前記第２の表面の間に延びる開口部を含む、アンカ・グルーブを前記結晶基板に形成するステップが含まれており、前記アンカ・キャビティの最大幅が前記開口部の最小幅を超えるようにした。
上記流体噴射装置の製造方法は、結晶基板の第１の表面における流体小滴発生構造の一部の形成に、＜１００＞結晶配向の薄膜スタックをシリコン基板上に形成するステップを含むことができる。
上記流体噴射装置の製造方法は、狭いスロットの形成に、前記第２の表面に乾式反応性イオン・エッチングを施すステップを含むことができる。
上記流体噴射装置の製造発明は、前記狭いスロットのエッチングに、前記狭いスロットの湿式エッチングを施すステップを含むことができる。
上記流体噴射装置の製造方法は、さらに、前記第１の表面に湿式エッチングを施して、トレンチ領域を形成するステップを含むことができる。
上記流体噴射装置の製造方法は、さらに、前記基板に流体給送スロットを形成するステップを含むことができる。
【０００７】
本発明の流体噴射装置は、上記目的を達成するために、流体噴射装置の製造方法であって、結晶基板の第１の表面に流体小滴発生構造の一部を形成するステップと、前記結晶基板の第２の表面に狭いスロットを形成するステップと、前記狭いスロットにエッチングを施して、それぞれ、アンカ・キャビティ及び前記アンカ・キャビティと前記第２の表面の間に延びる開口部を含む、アンカ・グルーブを前記結晶基板に形成するステップが含まれており、前記アンカ・キャビティの最大幅が前記開口部の最小幅を超えるようにした流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
上記流体噴射装置は、結晶基板の第１の表面における流体小滴発生構造の一部の形成に、＜１００＞結晶配向の薄膜スタックをシリコン基板上に形成するステップを含む流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
上記流体噴射装置は、狭いスロットの形成に、前記第２の表面に乾式反応性イオン・エッチングを施すステップを含む流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
上記流体噴射装置は、前記狭いスロットのエッチングに、前記狭いスロットの湿式エッチングを施すステップを含む流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
上記流体噴射装置は、さらに、前記第１の表面に湿式エッチングを施して、トレンチ領域を形成するステップを含む流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
上記流体噴射装置は、さらに、前記基板に流体給送スロットを形成するステップを含む流体噴射装置の製造方法に従って製造することができる。
【０００８】
本発明の流体噴射装置は、基板と、前記基板の第１の表面に形成された流体小滴発生構造と、前記基板の第２の表面に形成され、それぞれ、アンカ・キャビティ、及び、前記アンカ・キャビティと前記第２の表面の間に延びる開口部を含んでいる、複数のアンカ・グルーブが含まれており、前記アンカ・キャビティの最大幅が前記開口部の最小幅を超えることを特徴とする。
上記流体噴射装置は、前記流体小滴発生構造に、熱式小滴噴射構造を備えることができる。
上記流体噴射装置は、前記アンカ・キャビティがほぼダイヤモンド形状の断面を備えることができる。
上記流体噴射装置は、前記基板に、＜１００＞結晶配向を備えたシリコン基板を備えることができる。
上記流体噴射装置は、前記アンカ・キャビティが湿式エッチングによって形成させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の利点及び特徴は、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明から、当業者には容易に理解されるであろう。
図１は、本発明の流体小滴噴射装置を組み込むことが可能な、あるタイプのインク・プリント・カートリッジ１０に関する斜視図である。プリント・カートリッジ１０には、カートリッジ本体１１、プリントヘッド１３及び電気接点１５が含まれている。カートリッジ本体１１には、プリントヘッド１３に供給されるインクまたは他の適合流体が納められており、接点１５に電気信号が加えられると、インク小滴発生器が個別に作動して、選択されたノズル１７から流体小滴が噴射される。プリント・カートリッジ１０は、その本体１１内にかなりの量のインクを納めた使い捨てタイプとすることが可能である。もう１つの適合するプリント・カートリッジは、プリント・カートリッジに取り付けられた、または、チューブのような導管によってプリント・カートリッジに流体的に接続された外部インク供給源からインクを受け取るタイプとすることが可能である。
【００１０】
開示の構造は、インク小滴の噴射に関して解説されるが、当然明らかなように、他の流体の小滴噴射にも用いることが可能である。
【００１１】
図２及び図３を参照すると、プリントヘッド１３には、シリコン基板２１及びシリコン基板２１の正面２１ａに形成された流体小滴発生基礎構造２３が含まれている。流体小滴発生基礎構造２３によって、例えば、熱式インク小滴発生器を含む熱式インク小滴噴射基礎構造が得られる。インク小滴発生器には、例えば、ヒータ抵抗器、噴射室及びノズルが含まれている。説明に役立つ例を挙げると、プリントヘッド１３は、縦方向基準軸Ｌに沿って縦方向に延びており、ノズル１７は、基準軸Ｌとアライメントのとれたコラム状アレイをなすように配置することが可能である。
【００１２】
流体小滴発生構造２３には、例えば、インク小滴噴射加熱抵抗器、及び、駆動回路及びアドレス指定回路のような関連電気回路要素が設けられる、薄膜層からなる集積回路薄膜スタック２５が含まれる。薄膜スタック２５には、インク噴射室、インク・チャネル及びノズル１７を統合したインク・チャネル及びオリフィス基礎構造２７が配置されている。インク・チャネル及びオリフィス構造２７は、ＳＵ８と呼ばれる感光性回転塗布エポキシから造られた集積構造とすることが可能である。あるいはまた、インク・チャネル及びオリフィス構造２７は、インク障壁層及びオリフィス板から構成される積層構造とすることが可能である。
【００１３】
インク２９は、シリコン基板２１に形成された１つ以上のインク給送スロット３１によって、カートリッジ本体１１のリザーバから流体小滴発生基礎構造２３に送られる。あるいはまた、インクは、基板２１のエッジまわりに送ることも可能である。各インク給送スロット３１は、プリントヘッドの縦軸Ｌに沿って延び、インク小滴発生器は、細長いインク給送スロット３１の片側または両側に配置することが可能である。各インク給送スロット３１は、さらに、シリコン基板２１の背面２１ｂに配置された酸化物表面４１の背面から、シリコン基板２１の正面２１ａに延びている。
【００１４】
プリント・ヘッド１３には、さらに、その背面２１ｂに隣接して、酸化物層４１内のシリコン基板の一部に形成された、ミクロ機械加工されたアンカ・グルーブ３３が含まれている。プリントヘッドは、アンカ・グルーブ３３を部分的または完全に充填した接着剤３５によって、カートリッジ本体に取り付けられ、酸化物層４１とカートリッジ本体１１の間に接着層を形成している。接着層３５及びアンカ・グルーブ３３は、プリントヘッドとカートリッジ本体の間の接着を改善することが可能な連結構造を形成している。
【００１５】
図４〜図６に示すように、各アンカ・グルーブ３３には、さらに詳述すると、シリコン基板の背面２１ｂに隣接したシリコン基板の拡大アンカ・キャビティ３４と、拡大キャビティ３４と接着界面を形成する酸化物層４１の背面間に延びる流入開口部４２が含まれている。拡大アンカ・キャビティ３４は、最大幅Ｗ２を有し流入開口部４２の対応する最小幅Ｗ１より広い。換言すれば、キャビティ幅Ｗ２は、対応する位置にある開口部の幅Ｗ１より広い。流入開口部は、さらに詳述すると、酸化物層４１及び基板２１の背面２１ｂに形成されている。例えば、各アンカ・グルーブ３３の拡大キャビティ３４は、断面がほぼダイヤモンド形状であり、酸化物層の背面において、アンカ・グルーブの開口部から隔てて広がる壁面を含んでいる。より一般的には、各アンカ・グルーブ３３は、最大内部幅Ｗ２がグルーブの流入開口部の最小幅Ｗ１より広いグルーブまたはスロットからなり、流入開口部は、プリントヘッドの接着表面とアンカ・キャビティ３４の間に延びている。こうした接着界面は、酸化物層を省略すると、酸化物層４１の背面、または、シリコン基板の背面２１ｂが含まれる。
【００１６】
図５及び図６に示されるように、アンカ・グルーブ３３は、接着剤のアンカ・グルーブへの浸入を容易にするため、あるいは、カートリッジ本体１１に対するプリントヘッドの接着結合を改善するため、異なる開口部幅Ｗ１と、その全長に沿った対応するキャビティ幅Ｗ２を備えることが可能である。換言すれば、アンカ・グルーブ３３は、開口部幅Ｗ１及びキャビティ幅Ｗ２の異なるセクションまたは部分を備えることが可能である。
【００１７】
アンカ・グルーブ３３は、異なる長さを備えることが可能であり、さまざまな構成が可能である。例えば、図７Ａに示すように、複数のアンカ・グルーブ３３は、縦方向基準軸Ｌに対してほぼ平行なアンカ・グルーブのオフセットした列をなすように構成することが可能である。アンカ・グルーブは、例えば、インク給送スロット３１端部の領域において、縦方向基準軸Ｌに対してほぼ直交して配置することも可能である。アンカ・グルーブは、さらに、図７Ｂに示すように、プリントヘッドの縦方向の長さの大部分に沿って延びることも可能である。
【００１８】
図８〜図１４には、図２〜図６のプリントヘッドの製作に利用可能なさまざまなステップの例が示されている。
【００１９】
図８の場合、例えば、加熱抵抗器を含む薄膜層に集積回路薄膜スタック２５が、＜１００＞結晶方向を備えたシリコン基板２１の正面２１ａに形成されており、酸化物層４１が、シリコン基板２１の背面２１ｂに形成されている。薄膜スタック２５及び酸化物層４１は、例えば、集積回路技法によって形成することが可能である。酸化物層４１は、代替案として、炭化珪素または窒化珪素のような適合するマスキング材料に置き換えることも可能である。薄膜スタック２５には、シリコン基板２１の上部表面２１ａの選択領域２２が露出するように、パターン形成を施すことが可能である。これらの露出領域２２には、さらに詳述するように、インク給送スロットを形成することが可能な領域が含まれている。あるいはまた、薄膜スタック２５は、シリコン基板２１の正面２１ａ全体のほぼ全てを被うことが可能である。
【００２０】
図９の場合、薄膜スタック２５及び上部表面２１ａの露出領域２２の上に、フォトレジスト層４３が被着させられ、酸化物層４１上にフォトレジスト層４５が被着させられている。
【００２１】
図１０の場合、フォトレジスト層４５には、狭い開口部４６が形成され、酸化物層４１には、フォトレジスト層４５の対応する開口部４６とアライメントがとれるように、狭い開口部４２が形成されている。
【００２２】
図１１の場合、シリコン基板２１の背面２１ｂに、深い反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）のようなサブトラクティブ・エッチング・プロセスが施されて、シリコン基板２１に細いスロット４８が形成されている。説明に役立つ例として、深い反応性イオン・エッチングは、ポリマ堆積ドライ・エッチング・プロセスを利用して実施される。細いスロット４８は、ほぼ垂直な壁面を備えることが可能である。
【００２３】
あるいはまた、細いスロット４８は、レーザ・アブレーションによって形成することが可能である。
【００２４】
図１２に示すように、フォトレジスト層４３、４５は、除去され、基板２１は、ＴＭＡＨまたはＫＯＨのようなウェット・エッチングを施されて、シリコン基板２１の上部表面２１ａの露出領域にトレンチ４７が形成され、シリコン基板２１の背面２１ｂにミクロ機械加工によるアンカ・グルーブ３３の拡大キャビティ３４が形成される。選択的異方性ウェット・エッチングによって、ほぼダイヤモンド形状の再流入断面形状（re-entrant cross-sectional profile）が得られる。
【００２５】
図１３の場合、例えば、吹き付け加工、化学エッチング、または、レーザ・アブレーションによって、シリコン基板にインク給送スロット３１が形成されている。
【００２６】
図１４の場合、集積回路薄膜スタック２５上に、インク・チャネル及びオリフィス構造２７が形成されている。次に、接着剤によって、プリントヘッドをプリント・カートリッジ本体に取り付けることが可能である。
【００２７】
図１５は、開示のプリント・カートリッジ１０を用いることが可能なインク・ジェット印刷システム１１０の典型的な実施例に関する斜視図である。印刷システム１１０には、走査キャリッジ１１３内に少なくとも１つのプリント・カートリッジ１０が取り付けられたプリンタ部分１１１が含まれている。プリンタ部分１１１には、印刷媒体１１７を受けるための媒体トレイ１１５が含まれている。印刷媒体が、プリンタ部分１１１のプリント・ゾーンをステップ通過する際、プリント・カートリッジ１０は、走査キャリッジによって印刷媒体を横切ることになる。プリンタ部分１１１は、プリント・カートリッジ１０のプリントヘッドの小滴発生器を選択的に起動して、印刷媒体にインクを付着させ、印刷を達成する。
【００２８】
上述のようにしてインク・ジェット印刷、並びに、医用装置のような他の小滴噴射用途に役立つ流体小滴噴射装置及び、こうした流体小滴噴射装置を製造する技法が開示された。
【００２９】
上記では、本発明の特定の実施態様が解説され、例示されたが、当業者であれば、付属の請求項に定義された本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、さまざまな修正及び変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインク・ジェット・プリントヘッドを組み込むことが可能なプリント・カートリッジの斜視図である。
【図２】プリントヘッドの側面図である。
【図３】プリントヘッドの横断面図である。
【図４】プリントヘッドのアンカ・グルーブを例示した断面図である。
【図５】プリントヘッドのあるアンカ・グルーブ例の一部を表した平面図である。
【図６】図５のアンカ・グルーブの詳細な断面図である。
【図７】７Ａはプリントヘッドのアンカ・グルーブの構成を例示した平面図であり、７Ｂはプリントヘッドのアンカ・グルーブのもう１つの構成を例示した平面図である。
【図８】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図９】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１０】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１１】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１２】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１３】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１４】プリントヘッドの製造における個々の段階を例示した横断面図である。
【図１５】プリントヘッドを用いることが可能な印刷システムの一例を表した斜視図である。
【符号の説明】
２１  結晶基板
２１ａ  基板の第１の表面
２１ｂ  基板の第２の表面
２５  流体小滴発生構造
３１  流体供給スロット
３３  アンカ・グルーブ
３４  アンカ・キャビティ
４２  開口部
４８  スロット
【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】
0003853283.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003853283.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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