JP2001038905A - 金属珪窒酸化物の発熱抵抗体を搭載したインク送出プリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の抵抗体材料よりもバルク抵抗率が高
く、電流消費量が少なく、プリントヘッドの動作温度が
低く、低コストの高電圧／低電流の電源を用いることが
でき、動作特性の信頼性、安定性が向上し、かつ使用耐
久性も高い発熱抵抗体素子を搭載したサーマルインクジ
ェット用のプリントヘッドを提供する。 【解決手段】 支持構造部材と、オンデマンド方式でイ
ンクを吐出する金属珪窒酸化物（例えばＭ_13-50Ｓｉ
_18-40Ｏ_4-35Ｎ_10-50）から構成された発熱抵抗体素子と
を含むサーマルインクジェット用の高効率のインク送出
プリントヘッド（８０、１９６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク送出システ
ム一般に関するもので、詳しくは、信頼性が高く、長寿
命で、生産コストが低く、プリントヘッドの動作温度が
低く、かつ印字効率が全体的に高いことを特徴とするサ
ーマルインクジェットプリントヘッドに関する。これら
の諸特徴は、以下の本明細書中に詳しく説明するよう
に、プリントヘッド内に特殊な合金組成物から作られる
新規な発熱抵抗体素子(以下の記載においては、「発
熱」を省略して単に抵抗体素子という)を少なくとも１
つ配置して用いることによって達成される。

【０００２】

【従来の技術】電子印字技術の分野においては、顕著な
開発が進められてきており、インクを高速で正確に適用
できる様々な高効率印字システムが、現在存在してい
る。そのなかでも、サーマルインクジェットシステムは
特に重要である。サーマルインクジェット技術を用いる
印字ユニットは基本的に、複数の薄膜発熱抵抗体を搭載
した基板（好ましくはシリコン（Ｓｉ）および／または
その他これに匹敵する材料でできている）、及びこれと
液通する少なくとも１つのインク室を含む装置である。
基板と抵抗体とは、従来「プリントヘッド」として特徴
づけられる構造内に保持されている。抵抗体を選択的に
起動することによって、インク室内のインクが熱励起さ
れ、プリントヘッドから吐出される。代表的なサーマル
インクジェットシステムについては、次に述べる、バッ
ク（Ｂｕｃｋ）ほかの米国特許第４，５００，８９５
号、ベーカー（Ｂａｋｅｒ）ほかの米国特許第４，７７
１，２９５号、キーフェ（Ｋｅｅｆｅ）ほかの米国特許
第５，２７８，５８４号の各公報、およびヒュウレット
パッカードジャーナル（Hewlett-Packard Journal）、3
9−4号（Vol.39,No.4）、(1988年８月)に記載されてい
る。

【０００３】上述のインク送出システム（および同様の
サーマルインクジェット技術を用いた印字ユニット）は
通常、インクカートリッジを形成するためにインク送出
制御方式を内蔵するインク貯留ユニット（以後、単にイ
ンク貯留ユニットと呼ぶ、例えば、インク送出制御方式
内蔵タイプのハウジング、容器、管）を備えている。標
準的なインクカートリッジにおいては、インク貯留ユニ
ットはカートリッジの構成部材に直接取り付けられてお
り、一体的で分割できない構造を取っている。このよう
な供給インクは、例えばベーカー（Ｂａｋｅｒ）ほかの
米国特許第４，７７１，２９５号に示されているよう
に、「搭載」」式印字ユニットとみなされる。しかし他
の場合には、インク貯留ユニットはプリンタ内の離れた
位置に設けられ、このインク貯留ユニットは、少なくと
も１つのインク送液管路を用いて、プリントヘッドと動
作的に接続され液通している。こういったシステムは、
従来「オフ・アクシス」式印字ユニットとして知られて
いる。代表的な、しかし限定的でないオフ・アクシス式
インク送出システムについては、本願の出願人による
「内外フィルム層で形成された二重袋を有するインク送
出制御型インク貯留システム（AN INK CONTAINMENT SYS
TEM INCLUDING A PLURAL-WALLED BAG FORMED OFINNER A
ND OUTER FILM LAYERS）」（Ｏｌｓｅｎ他）という名称
の現在出願中の米国特許出願第０８／８６９，４４６号
（１９９７年６月５日出願）、および「フリーインク滴
のインクジェットペンの制御機構（REGULATOR FOR A FR
EE-INK INKJET PEN）」（Ｈａｕｃｋ他）という名称の
本願出願人により出願中の米国特許出願第０８／８７
３，６１２号（１９９７年６月１１日出願）を参考とし
て挙げることができる。本発明は、搭載システムとオフ
・アクシス式システムの両方に（および、以下の説明か
ら容易に明白となるように、少なくとも１つのインク噴
出抵抗体を含むプリントヘッドと直接であれ離れていて
であれ液通する少なくとも１つのインク貯留容器を含む
ものであればその他いかなるタイプにも）適用すること
ができる。

【０００４】いずれのインク送出システムであっても、
考慮すべき重要な要因として、プリントヘッドの動作中
にオンデマンド方式でインクを吐出させるのに用いる特
定の抵抗体素子に関するプリントヘッドの動作効率が挙
げられる。「動作効率」という用語は、多くの異なる項
目を包含する。その中にはたとえば、内部温度レベル、
インク送出速度、吐出頻度(frequency)、エネルギー消
費量（例えば電流消費量）等が含まれるが、これらに限
定されない。サーマルインクジェットプリントヘッドに
おいてインク吐出に用いる典型的かつ従来技術の抵抗体
素子は、多くの組成物から作られる。例えばタンタル
（Ｔａ）単体とアルミニウム（Ａｌ）単体との混合物
（「ＴａＡｌ」としても知られている）、窒化タンタル
（Ｔａ₂Ｎ）及びその他これに匹敵する材料を挙げるこ
とができるが、これらに限定されない。標準的なインク
送出抵抗体システムについては、Ｗｒｉｇｈｔほかの米
国特許第４，５３５，３４３号、Ｌｌｏｙｄほかの米国
特許第４，６１６，４０８号、およびＨｅｓｓほかの米
国特許第５，１２２，８１２号などの各公報の詳細な記
術を参照することができる。

【０００５】しかし、サーマルインクジェットプリント
ヘッドに用いる抵抗体素子の化学的および物理的特性
は、プリントヘッド全体の動作効率に直接影響する。抵
抗体素子（およびそれに関連する抵抗体材料）ができる
だけエネルギー効率がよく、かつ低電流レベルで動作す
ることができることが特に重要である。電流量を多く必
要とする抵抗体化合物は、一般的に不利なことが多い。
不利な点としては、例えば、そのプリンタユニット内
で、高コスト、高電流の電源が必要である、ということ
などが挙げられる。同様に、抵抗体に取り付けたプリン
トヘッド内の電気的「相互接続構造（interconnecting
structure）」（回路トレース等）に高レベルの電流が
通ると、相互接続構造に「渦電流抵抗」が発生し、一層
電気的効率が悪くなることも不利な点である。渦電流抵
抗があると、そこを通る電流レベルが高くなるほどエネ
ルギー損失は大きくなるが、電流レベルが低くなればこ
のようなエネルギー損失は低減する。同様に、抵抗体素
子において必要な電流量が大きく、上述の「渦電流抵
抗」があると、その結果（１）プリントヘッド全体にお
ける温度が高くなり（特に、その上にプリントヘッドの
構成要素が配置される基板すなわち「ダイ」に関して
（これについては以下で更に説明する））、かつ（２）
プリントヘッドの信頼性／寿命のレベルが下がる。

【０００６】ＴａＡｌやＴａ₂Ｎを含む従来技術の抵抗
体材料は、上述のタイプのサーマルインクジェット印字
システムにおいては十分に機能していたが、しかしなが
ら、上記の不利な点を伴うことも考慮すべき重要なこと
であり、改良しなければならないことである。このよう
な点から、従来から高効率／低電流の動作が可能な、す
べてのタイプのサーマルインクジェット印字システムに
おいて用いるのに適した抵抗体システムが、依然として
望まれていた。

【０００７】本発明は、従来のサーマルインクジェット
用のプリントヘッドに望まれている解決課題を本質的に
改良した、新規な抵抗体素子を提供することによって、
以下の必要特性を満たすものである。本発明の抵抗体素
子は、これらの課題について明確な多くの利点を提供す
る。その利点には以下のものが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。（１）必要な電流量が低減
し、その結果電気的効率が改善される。（２）特に基板
すなわち「ダイ」の温度を中心に、プリントヘッドの動
作温度が低くなる。（３）プリントヘッド内でのより好
ましい温度条件が一般に促進される（これは、必要な電
流量が低減し、それに対応して、抵抗体に取り付けられ
た「相互接続構造」の電流による渦電流がもたらす熱損
失が減少する結果である）。（４）より低コスト、高電
圧／低電流の電源を用いることができる、等多数の経済
的利点がある。さらに、（５）プリントヘッドおよび抵
抗体素子に関して全体として信頼性、安定性、および寿
命のレベルが改善される。（６）抵抗に課される絶対限
界(absolute limits)である抵抗体の「ホットスポッ
ト」の発生可能性などの、加熱効率にかかわる諸問題点
が回避される。（７）ＴａＡｌやＴａ₂Ｎ等の従来技術
の抵抗体材料と比較して、以下に規定する「バルク抵抗
率」が高くなる。（８）上に挙げたように動作温度が低
下するので、所与のプリントヘッド内により多くの抵抗
体を配することができる。（９）電流拡散にかかわる諸
問題点が低減する。（１０）一般的に、長期安定な優れ
た動作性能が得られる。以下の説明から容易に明らかに
なるように、本発明の抵抗体素子の製作に供するために
選択する新規な材料は、上記およびその他の重要な利点
を提供する。従って、本明細書に説明する構造は、従来
技術のシステムと比較して、サーマルインクジェットプ
リントヘッドの設計の技術の本質的な進歩を構成する。

【０００８】以下に提供する詳細な情報によれば、本発
明は、構造、構成材料、および機能的能力が類のない１
つまたは複数の新規な抵抗体素子を有する、サーマルイ
ンクジェットプリントヘッドを含む。また、本発明のプ
リントヘッドを用いるインク送出システムと、そのプリ
ントヘッドを作る製造方法もまた、本発明に包含され
る。こういった成果のそれぞれについて、以下でかなり
詳細にあらましを述べる。従って、本発明はここでも、
サーマルインクジェット技術におけるかなりの進歩を表
しており、それによって、いかなる印字システムにおい
ても重要な目的である、高レベルの動作効率、優れた画
像品質、高速スループット、および長寿命が保証され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改善
した動作効率を特徴とする、高効率のサーマルインクジ
ェットプリントヘッドを提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、優れた熱安定性の高
い内部構造を用いる、高効率のサーマルインクジェット
プリントヘッドを提供することである。

【００１１】本発明の別の目的は、電流の必要量が低減
する結果電気的効率が改善されることを特徴とする少な
くとも１つまたは複数の加熱抵抗体を内部で用いる、高
効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを提供す
ることである。

【００１２】本発明の別の目的は、特にその上に抵抗体
および相互接続構造が配置される基板すなわち「ダイ」
に関してプリントヘッドの動作温度が低くなることを特
徴とする少なくとも１つまたは複数の発熱抵抗体を用い
る、高効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを
提供することである。

【００１３】本発明の別の目的は、少なくとも１つの発
熱抵抗体を用いることによって、前述のようにプリント
ヘッド内での好ましい温度条件を促進し、その結果印字
が高速になったり、画像品質がより良好になったりす
る、高効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを
提供することである。

【００１４】本発明の別の目的は、従来のシステムと比
較して単位面積当たり用いる発熱抵抗体の数が増加した
高効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを提供
することである。

【００１５】本発明の更なる目的は、より低コスト、高
電圧／低電流の電源を印字システム内で用いることがで
きるとともに、これに限定されない多くの経済的利点を
も具備したことを特徴とする、少なくとも１つまたは複
数の加熱抵抗体を用いる、高効率のサーマルインクジェ
ットプリントヘッドを提供することである。

【００１６】本発明の更なる目的は、抵抗に課される絶
対限界である抵抗体の「ホットスポット」発生可能性に
かかわる加熱効率の諸問題点の回避をも特徴とする、少
なくとも１つの加熱抵抗体を用いる、高効率のサーマル
インクジェットプリントヘッドを提供することである。

【００１７】本発明の更なる目的は、上述の利点をすべ
て提供することができ、限定なしで多数の異なる形状、
大きさ、および向きに構成されることもまた特徴とす
る、少なくとも１つまたは複数の加熱抵抗体を用いる、
高効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを提供
することである。

【００１８】本発明の更なる目的は、プリントヘッド内
で更なる材料層や構成要素を用いることを必要としな
い、上に挙げた各目的を満たした、高効率のサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドを提供することである。

【００１９】本発明の更なる目的は、その有益な各特徴
によって、高速動作と安定した印字画像の生成を特徴と
する印字システムがもたらされる、高効率のサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドを提供することである。

【００２０】本発明の更なる目的は、大量生産規模で経
済的な方法で容易に製造することができる構造を有す
る、高効率のサーマルインクジェットプリントヘッドを
提供することである。

【００２１】本発明の更なる目的は、本明細書に記載す
る有益な特性、特徴、および利点を有するサーマルイン
クジェットプリントヘッドを製造する、高速かつ効率的
な製造方法を提供することである。

【００２２】本発明の更なる目的は、本明細書の有益な
特性、特徴、および利点を有するサーマルインクジェッ
トプリントヘッドを可能な限り少ない工程段階数で製造
する、高速かつ効率的な方法を提供することである。

【００２３】本発明の更なる目的は、（１）インク送出
制御方式内蔵型のインク貯留容器を搭載したカートリッ
ジタイプのユニット、および（２）本発明のプリントヘ
ッドが少なくとも１つ以上の送液管路を用いて離れて配
置したインク貯留容器と動作的に接続された、上述のオ
フ・アクシス式システム、を含む幅広く様々な異なるイ
ンク送出システムに容易に適用することができる、上述
のタイプの特殊なプリントヘッドを提供することであ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を満たし、か
つ従来技術のシステムよりも優れた利点を多数提供す
る、新規かつ高効率のサーマルインクジェットプリント
ヘッドは、以下のプリントヘッドによって達成された。

【００２５】即ち、支持構造部材と、プリントヘッド内
に配置された、インクをオンデマンド方式で吐出する、
少なくとも１つの金属珪窒酸化物の組成物から構成され
る、少なくとも一つの抵抗体素子とを含むことを特徴と
するインク送出プリントヘッド。

【００２６】上述のように、本発明のプリントヘッドと
それに含まれるインク液滴送出システムは、従来技術の
システムと比較して多くの利点を特徴とする、少なくと
も１つの抵抗体素子（または、単に「抵抗体」というこ
ともある）を用いる。こういった利点には、繰り返しに
なるが、電気的効率の増大（例えば電流消費量の低
減）、基板すなわち「ダイ」の温度の低下を含むプリン
トヘッド構造内でのより好ましい温度条件の促進、およ
び全体としての信頼性、寿命、および安定性のレベルが
高くなることが含まれる。本発明に関連するこれらの利
点やその他のさらなる利点は、以下の発明の実施の形態
の項の説明によって一層明らかにする。

【００２７】

【発明の実施の形態】はじめに付言しておくべきことし
ては、本発明は、本明細書において特に明言しない限
り、いかなるタイプ、大きさ、または配置の内部のプリ
ントヘッド構成要素にも限定されないことである。同様
に、本項および以下の他の項に挙げる数値パラメータ
は、最適の結果をもたらすように意図した好適な実施形
態を構成するものであって、いかなる点においても本発
明を限定するものではない。本明細書において提供する
化学式および構造を列挙したものはすべて、本発明にお
いて用いることができるタイプの材料を一般的に示すよ
うに意図されている。本発明に用いる下記一般式に含ま
れる例示化合物のリストも、例示の目的のために提示し
たものであって、これらに限定する意図のものではな
い。

【００２８】本発明およびその新たな展開技術は、発明
の実施の形態の項において説明する、（１）少なくとも
１つの支持構造部材と、（２）近接したインク材料をプ
リントヘッドから熱的に吐出するのに十分な熱を通電に
より提供する、プリントヘッド内に配置された少なくと
も１つのインク吐出用抵抗体素子と、を備えたすべての
タイプのサーマルインクジェット印字システムに適用す
ることができる。従って、本発明は、特定のプリントヘ
ッドや支持構造向けであるとみなさるものではなく、い
かなる用途、使い方、およびインク組成にも限定されな
い。同様に、「抵抗体素子」および／または「抵抗体」
という要素は、形状、材料の内容、または寸法の特性に
かかわらず、単一の抵抗体または抵抗体の集合体の両方
を包含している。

【００２９】本発明の主な目的は、プリントヘッド構造
の安定性、経済性、信頼性、および寿命を改善すること
である。わかりやすくするために、そして本発明を適切
に説明するために、発明の実施の形態の項において具体
的な材料および工程をいくつか挙げるが、これらは限定
する意図のものではなく、例示の目的で挙げたものと解
釈して欲しい。

【００３０】本発明は、特に明言しない限り、いかなる
特定の組み立て技術（任意の所与の材料のデポジット方
法も含めて）にも限定されないこともまた理解された
い。例えば、本説明を説明するのに用いられる「形成」
「適用」「送出」「配置」等の用語は、本発明のプリン
トヘッドの組立を含むいかなる製造方法も広く包含する
ものとする。これらの本発明の諸工程は、薄膜製造技術
やスパッタリングによるデポジット法によって、当該構
成要素（抵抗体素子を含む）を前もって製造しておくこ
と、及びその後それを特定の支持構造部材に当業者に既
知の接着剤を用いて接着することまでにわたる。この点
において、本発明は、本明細書において特に明言しない
限り、「特定の生産方法向け」に限定されるものではな
い。

【００３１】前述のように、インク送出システムにおい
て用いる、１つまたは複数の新規な抵抗体素子を含む、
高効率で耐久性のあるプリントヘッドが提供される。
「インク送出システム」という用語は、供給インクを中
に収容した「自給」タイプのカートリッジユニットを含
む、幅広く様々な異なる装置を含むが、それらに限定さ
れないものとする。またこの用語は、１つまたは複数の
管路部材によって、離れて配置された、タンク、容器、
ハウジング、その他同等の構造の形のインク貯留ユニッ
トに接続されたプリントヘッドを用いる、「オフ・アク
シス」の形態の印字ユニットも包含する。本プリントヘ
ッドに関してどのインク送出システムを用いるかにかか
らわず、本発明は、動作がより効率的かつ高速になると
いうことを含む、上に挙げた利点を提供することができ
る。

【００３２】以下の説明は、本発明の簡潔かつ一般的な
概観を構成するものである。本発明の特定の実施形態、
最良の形態、その他重要な特徴については、発明の実施
の形態の項において再び説明する。本説明を通じて用い
るすべての科学用語は、本明細書において特に定義しな
い限り、本発明に関係する当業者が考える伝統的な意味
に従って解釈されるものとする。

【００３３】本発明は、機能的特性が改善された、すな
わち、電流消費量の低減とプリントヘッド内の好適な温
度条件による効率的な動作特性とをもたらす新規な抵抗
体を含むインクジェットプリントヘッドに関する。その
結果、例えば、インク噴出サイクルの間で起こる冷却の
程度がより大きくなり、ピーク動作温度が低減し、エネ
ルギー消費量が低減し、単位面積当たりより多数の抵抗
体を用いることができる。本システムの構成要素および
新規な特徴を以下に説明する。本プリントヘッドを生産
するために、まず、その上に本発明の抵抗体素子を固定
する支持構造部材を設ける。支持構造部材は、通常シリ
コン単体（Ｓｉ）から最適に製造される基板を含むが、
本発明はもっぱらこの材料のみに限定されるものではな
く、以下の記述のように多数の代替材料も用いられる。
支持構造部材の上には、少なくとも１つまたは複数の材
料の層があってもよく、そういった層には、例えば二酸
化ケイ素（ＳｉＯ₂）から作られる電気絶縁ベース層が
挙げられるが、これに限定されない。従って、本明細書
において用いる「支持構造部材」という用語は、（１）
その上にベース層またはその他材料が配置されていない
場合には、基板単独、および（２）その上に抵抗体があ
るまたはその他の方法で配置される複合構造部材を形成
する、基板およびその上の何らかの他の材料層を包含す
るものとする。この点について、「支持構造部材」とい
う表現は一般的に、その上に抵抗体素子が配置される／
形成される材料（どんなものであっても）の層（１つま
たは複数）を含むものとする。

【００３４】好適な、しかし限定的でない１実施形態に
おいて、プリントヘッドの一部として、具体的にそこを
貫く開口部すなわち「オリフィス」を少なくとも１つ含
む、少なくとも１つの材料層も設けられる。このオリフ
ィスを含む材料層は、「オリフィス板」、「オリフィス
構造」、「頂層」等と言ってもよい。更に、この目的の
ために、単一のまたは多数の材料層を限定的でなく用い
てもよく、「オリフィス板」、「オリフィス構造」等の
用語は、単一の層と多数の層の両方の実施形態を包含す
るように規定される。本発明の抵抗体素子は、以下に説
明するように、オリフィスを含む材料層と支持構造部材
との間に配置される。繰り返すが、こういった構成要素
に関する更なる詳細な情報、すなわち何からできている
か、どのように配置するか、そしてどのような組み立て
／製造方法なのかについては、以下の発明の実施の形態
の項においてあらましを述べる。

【００３５】引き続き上述のプリントヘッドの構成要素
について、プリントヘッド内の、支持構造とオリフィス
を含む層との間に、少なくとも１つの抵抗体素子が配置
され、プリントヘッドから要求に応じてインクが吐出さ
れる。この抵抗体は、添付の図面において示すように、
インク供給容器と液通しており、効果的な印字を行える
ようになっている。同様に、この抵抗体は、好適な１実
施形態において具体的に支持構造上に配置されており、
抵抗体の支持構造上への配置に関する「配置」、「位置
決め」、「設置」、「方向付け」、「動作可能に取り付
け」、「形成」等の用語は、（１）抵抗体を基板の上面
上に直接、間に入る材料層がない状態で固定するか、ま
たは、（２）抵抗体を「基板」が支持するが、１つまた
は複数の中間材料層（絶縁ベース層を含む）が基板と抵
抗体との間に設置される、状況を包含する。この２つの
状況は、同等であるとみなし、本発明の特許請求の範囲
内に包含されるものとする。

【００３６】本発明の新規な特徴によれば、抵抗体素子
（本明細書においては、上述のように、単に「抵抗体」
ともみなす）は、少なくとも１つの組成物から作られて
おり、この組成物を、本明細書においては「金属珪窒酸
化物」化合物と呼んでいる。このような材料は基本的
に、所望の特性を有する金属珪窒酸化物を形成するため
に、１つまたはそれより多い金属（Ｍ）、シリコン（Ｓ
ｉ）、酸素（Ｏ）、および窒素（Ｎ）でできた合金を含
む。一般的見地から、本発明の金属珪窒酸化物は、「Ｍ
ＳｉＯＮ」という組成式で表され、化学式としては「Ｍ
_WＳｉ_XＯ_YＮ_Z」で表される。ただし「Ｍ」は前述の少な
くとも１つの金属、「Ｗ」は１３−５０（最適値は２０
−３５）、「Ｓｉ」はシリコン、「Ｘ」は１８−４０
（最適値は２４−３４）、「Ｏ」は酸素、「Ｙ」は４−
３５（最適値は６−３０）、「Ｎ」は窒素、「Ｚ」は１
０−５０（最適値は１８−４０）である。ただし、前述
の数字は限定する意図のものではなく、例示の目的のた
めに本明細書において提示するものである。同様に、上
に挙げた数および範囲を限定的でなく様々に組み合わせ
て本発明に用いることができる。従って、本発明は、そ
の最も一般的な形において、プリントヘッドにおける支
持構造部材とオリフィスを含む層との間に設置された、
少なくとも１つの金属とシリコン、酸素及び窒素の組み
合わせからなる抵抗体構造を包含する、ということが理
解されるべきである。本明細書に記す特定の具体的な材
料、割合、製造技術等は、特に明言しない限り、代表的
なものであり、限定するものではない。

【００３７】上に挙げた化学式には、限定的でなく多く
の異なる金属（Ｍ）が含まれてよい。しかし、最適の結
果になるよう設計した好適な実施形態において、遷移金
属（例えば、周期表のＩＩＩＢからＩＩＢ族の金属）が
最良であり、この族における最適な金属には、タンタル
単体（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、
モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム
（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびこれらの混合物
が含まれるが、これらに限定されない。また、上に挙げ
た化学式に適用できる見込みがある他の金属（Ｍ）に
は、ルーチンの予備試験で選択される非遷移金属（例え
ばアルミニウム（Ａｌ））が含まれるが、繰り返すが、
少なくとも１つまたは複数の遷移金属が好ましい。本明
細書で説明する一般化学構造に含まれる具体的な化学式
は多数あるが、最適の結果になる多くの金属珪窒酸化物
には、Ｗ₁₇Ｓｉ₃₆Ｏ₂₀Ｎ₂₇、Ｗ₂₂Ｓｉ₃₀Ｏ₁₀Ｎ₃₇、Ｗ₁₇
Ｓｉ₃₃Ｏ₁₇Ｎ₃₃、Ｗ₁₉Ｓｉ₃₁Ｏ₂₇Ｎ₂₃、Ｗ₁₅Ｓｉ₃₅Ｏ₉
Ｎ₄₁、Ｗ₂₁Ｓｉ₂₉Ｏ₃₃Ｎ₁₇、Ｗ_{1 4}Ｓｉ₃₆Ｏ₆Ｎ₄₄、Ｗ₂₃
Ｓｉ₃₁Ｏ₁₅Ｎ₃₁、Ｗ₂₇Ｓｉ₂₇Ｏ₂₇Ｎ₁₈、Ｗ₂₀Ｓｉ₃₃Ｏ₇
Ｎ_{4 0}、Ｗ₃₂Ｓｉ₂₇Ｏ₁₄Ｎ₂₇、Ｗ₃₅Ｓｉ₂₅Ｏ₂₀Ｎ₂₀、Ｗ₂₉
Ｓｉ₂₉Ｏ₈Ｎ₃₃、Ｗ₄₄Ｓｉ₂₂Ｏ₁₁Ｎ₂₂、Ｗ₅₀Ｓｉ₁₉Ｏ₁₉
Ｎ₁₂、Ｗ₄₀Ｓｉ₂₅Ｏ₅Ｎ₃₀、Ｔａ₂₀Ｓｉ₃₆Ｏ₁₀Ｎ₃₄、Ｔ
ａ₁₇Ｓｉ₃₃Ｏ₁₇Ｎ₃₃、Ｔａ₁₉Ｓｉ₃₁Ｏ₂₇Ｎ₂₃、Ｔａ₁₅Ｓ
ｉ₃₅Ｏ₉Ｎ₄₁、Ｔａ₂₁Ｓｉ₂₉Ｏ₃₃Ｎ₁₇、Ｔａ₁₄Ｓｉ₃₆Ｏ₆
Ｎ₄₄、Ｔａ₂₃Ｓｉ₃₁Ｏ₁₅Ｎ₃₁、Ｔａ₂₇Ｓｉ₂₇Ｏ₂₇Ｎ₁₈、
Ｔａ₂₀Ｓｉ₃₃Ｏ₇Ｎ₄₀、Ｔａ₃₂Ｓｉ₂₇Ｏ₁₄Ｎ₂₇、Ｔａ₃₅
Ｓｉ₂₅Ｏ₂₀Ｎ_{2 0}、Ｔａ₂₉Ｓｉ₂₉Ｏ₈Ｎ₃₃、Ｔａ₄₄Ｓｉ₂₂
Ｏ₁₁Ｎ₂₂、Ｔａ₅₀Ｓｉ₁₉Ｏ₁₉Ｎ₁₂、Ｔａ ₄₀Ｓｉ₂₅Ｏ₅Ｎ
₃₀、およびこれらの混合物が含まれるが、これらに限定
されない。繰り返すが、これらの材料は例としてのみ挙
げており、いかなる点においても本発明を限定しないも
のとする。

【００３８】本明細書において説明する金属珪窒酸化物
の抵抗体は、サーマルインクジェットプリントヘッドに
適用できる新規かつ効果的なインク吐出システムを作り
出す。前述のように、この抵抗体は、多くの重要な特徴
的な利点を有している。そのとくに重要な利点の１つ
は、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）や窒化タンタル
（Ｔａ₂Ｎ）の混合物／合金でできた抵抗体など従来技
術の材料と比較して、バルク抵抗率が比較的高くなる、
ということである。本発明のこの態様については以下で
より詳細にあらましを述べるが、「バルク抵抗率」（ま
たは、より簡単に「抵抗率」）という用語は、本明細書
においては従来の定義どおりであり、たとえばCRC物理
及び化学ハンドブック、55巻（CRC Handbook of Chemis
try and Physics,55th ed.）,Chemical Rubber Publish
ing Company / CRC Press,Cleveland、Ohio,(1974-197
5),p.F-108に記載されているように、「１立方センチメ
ートルの物質を電気が2枚の平行面に垂直方向に流れる
ときの抵抗値」に等しいように定められた、諸物質の抵
抗値の尺度となる比例係数である。一般に、バルク抵抗
率（または前述の抵抗率）は、次式に従って決まる。 ρ＝Ｒ・（Ａ／Ｌ） ただし、Ｒは当該材料の抵抗、Ａは抵抗体の断面積、Ｌ
は抵抗体の長さ、である。

【００３９】バルク抵抗率／抵抗率の値は通常、マイク
ロオーム−センチメートルすなわち「μΩ−ｃｍ」で表
す。様々な理由から、サーマルインクジェットの印字ユ
ニットに用いる抵抗体の部材は、バルク抵抗率が高い値
であることが望ましい。この理由としては、例えば、そ
のような特性を有する部材は、前述の従来技術の抵抗材
料と比較して高レベルの電気的および熱的効率を提供す
ることができるためである。一般公知の物性値、物理公
式、その他の上述の情報によれば、本発明に関連する本
金属珪窒酸化物材料の好適かつ代表的なバルク抵抗率の
値は、約１４００−３００００μΩ−ｃｍ（最適値＝約
３０００−１００００μΩ−ｃｍ）であるが、本発明は
この抵抗値の範囲に限定されるものではない。比較の目
的のために、例えばＴａＡｌおよび／またはＴａ₂Ｎで
できた、大きさ、形状、構造が本発明のものト同じ従来
技術の抵抗材料の抵抗体の代表的なバルク抵抗率の値
は、約２００−２５０μΩ−ｃｍであり、本発明に用い
る金属珪窒酸化物よりもかなり低い。この点において、
本発明の利点は明白であり、容易に理解できることでも
ある。

【００４０】プリントヘッド内の本発明に用いる抵抗体
素子の向き、厚さ、その他関係する各パラメータに関す
る更なる情報については、以下の発明の実施の形態の項
において説明するが、特に関連する様々な要因について
は、ここで更に説明する価値がある。例えば、少なくと
も１つの金属珪窒酸化物材料から作られる抵抗体はそれ
ぞれ、例示的かつ好ましい（限定的でない）厚さが約３
００−４０００Åである。しかし、いかなる与えられた
抵抗体の厚さも、最終的にはルーチンに行うパイロット
による予備試験によって決定され、それに従って変更や
修正が行われることもある。このような予備試験におい
ては、考慮中のプリントヘッドのタイプや構造などの多
数の要因が含まれる。以下に添付の図面によって説明す
るように、本発明に用いる抵抗体はそれぞれ、最適に
は、オリフィスを含む材料層の少なくとも１つの開口部
と少なくとも部分的にまたは（好ましくは）完全に軸方
向に整列（例えば整合）し、高速かつ正確で効果的なイ
ンクジェット印字を行えるようになっている。

【００４１】本発明の好ましい実施の形態の項では、プ
リントヘッド内で支持構造部材上に抵抗体素子を設ける
製造技術や、その他の形成方法による製造技術につい
て、更に具体的なデータを提供する。本発明は、いかな
る特定の製造技術にも限定されないものとし、以下にあ
らましを述べるように、多数のアプローチが適用可能で
ある。特に重要なのは、少なくとも１つのスパッタリン
グ工程を用いることであり、これについては、次の項に
おいて詳細に述べる。

【００４２】本発明によれば、「インク送出システム」
が同様に提供され、このシステムにおいては、インク貯
留容器が、金属珪窒酸化物の抵抗体を含む上述のプリン
トヘッドと、動作可能に接続され液通している。以下に
具体的に説明するように、プリントヘッドおよびインク
貯留容器に関して「動作可能に接続」という用語は、
（１）インク貯留容器が直接プリントヘッドに取り付け
られて「搭載」供給インクを有するシステムを作る、
「自給」タイプのカートリッジユニット、および（２）
少なくとも１つの管路部材（または同様の構造）によっ
て、離れて配置された、タンク、容器、ハウジング、そ
の他同等の構造の形のインク貯留ユニットに接続された
プリントヘッドを用いる、「オフ・アクシス」形態の印
字ユニット、を含むがこれに限定されないものとする。
本発明の新規なプリントヘッドの構造は、いかなる特定
のインク貯留容器と共に用いることにも、その容器とプ
リントヘッドとの近接度にも、容器とプリントヘッドを
互いに取り付ける方法にも、限定されるものではない。

【００４３】最後に、本発明はまた、新規な金属珪窒酸
化物の抵抗体を組み込んだ本発明のプリントヘッドの製
造方法をも包含するものとする。本発明に一般的に用い
られる製造段階は、前記した材料および構成要素を含
み、前述の概要に、参照文献とともに説明したが、ここ
でさらに述べるなら、基本的な生産段階としては、以下
のとおりである。（１）支持構造部材（前記）を設ける
段階と、（２）少なくとも１つの金属珪窒酸化物組成物
（前記）からなる、少なくとも１つの抵抗体素子をその
上に形成する段階と、（３）そこを貫く開口部を少なく
とも１つ含む、少なくとも１つの材料層を設ける（この
構造に関する前述の説明および定義を参照）段階と、
（４）プリントヘッドを作るために、開口部を有する材
料層を、基板および抵抗体素子の上方の所定位置に固定
する段階と、である。抵抗体素子の基板上への配置に関
する「形成」、「製造」、「作る」等の用語は、以下の
二つの場合を包んでおり、この二つは同じ結果をもたら
すものとする。すなわち、（Ａ）前に規定したように、
支持構造上に１つまたは複数の金属層製造段階を用いて
抵抗体構造を作り出す（スパッタリングが好ましい）、
または、（Ｂ）当該抵抗体素子を前もって製造し、その
後それを、化学的または物理的取り付け手段（はんだ付
け、接着剤による付着、等）を用いて支持構造上に固定
する。

【００４４】抵抗体素子はまた、継続的に使用中に好ま
しくない抵抗値の変動が生じないように「安定化」を行
ってもよい。多くの異なる安定化方法を、限定的でなく
用いることができる。しかし、好適な実施形態におい
て、抵抗体安定化は、以下によって行うことができる。
すなわち、（１）金属珪窒酸化物の抵抗体素子を約８０
０−１０００℃まで、限定的でない約１０秒から数分の
時間の間、加熱する。または、（２）その抵抗体素子の
「ターンオンエネルギー」よりも約２０−５００％大き
いエネルギーを有するパルス（適用できる電圧および電
流のパラメータは、抵抗体の抵抗値と上述のエネルギー
から容易に決定される）、すなわちパルス幅約０．６−
１００μｓｅｃ（マイクロ秒）、パルス電圧約１０−１
６０ボルト、パルス電流約０．０３−０．２アンペア、
パルス周波数約５−１００ｋＨｚで、約１×１０²から
１×１０⁷パルスの電気エネルギーを、抵抗体素子に与
える。限定的でないが代表的な（例えば、好適な）例に
おいて、ターンオンエネルギーが２．０μＪである３０
μｍ×３０μｍの３００Ωの金属珪窒酸化物の抵抗体に
ついて、典型的な安定化パルス処理工程は、以下のパラ
メータを含む。すなわち、前述のターンオン値よりも８
０％大きいエネルギーレベル、４６．５ボルト、０．０
７７アンペア、パルス幅１μｓｅｃ、パルス周波数５０
ｋＨｚ、１×１０ ³パルス。しかし、繰り返すが、こう
いった数字は例示の目的のためのみに提供されるもので
あり、ルーチンの予備パイロット試験を通じて本発明の
範囲内で変えてもよい。

【００４５】完成したプリントヘッドは、抵抗体に供給
された複数の連続した電気インパルスに応答して、イン
ク供給容器（プリントヘッド／抵抗体と液通している）
から印字画像を生成するように設計されている。本明細
書においてあらましを述べる本発明の新規な特徴によれ
ば、選択した金属珪窒酸化物の化合物を用いることによ
って、印字システムにおける電流の消費量が全体として
低減され、それによって、電源コストの低減やプリント
ヘッド内での熱プロファイルがより好ましいものになる
ことを含む、多くの利点が作り出される。金属珪窒酸化
物の材料に関連する具体的な化学組成物、数値パラメー
タ、好適なバルク抵抗率の値（約１４００−３００００
μΩ−ｃｍ）、その他前述のデータは、完全に本方法に
適用することができる。同様に、所望の抵抗体素子を支
持構造上に形成する段階は、好適な、しかし限定的でな
い厚さが約３００−４０００Å（繰り返すが、これはル
ーチンの予備試験に従って必要に応じて変化する）の抵
抗体をその上に製造することを含む。

【００４６】最後に、そこを貫くオリフィス（例えば、
開口部）を少なくとも１つ含む、少なくとも１つの材料
層を、基板および抵抗体の上方の所定位置に取り付け
（例えば、施す、送出する、等）て、オリフィスが抵抗
体と互いに部分的にまたは（好ましくは）完全に軸方向
に整列（例えば整合）するようにすることによって、製
造工程が完了する。繰り返すが、インク送出中、このオ
リフィスによって、インク材料がオリフィスを貫いて通
り、プリントヘッドの外へ出る。この工程の結果とし
て、完成したプリントヘッドは、（１）支持構造部材
と、（２）そこを貫く開口部を少なくとも１つ有する、
支持構造部材の上方に配置されそこから間隔をおいて配
置された、少なくとも１つの材料層と、（３）プリント
ヘッド内の、支持構造部材とオリフィスを含む層との間
に配置した、プリントヘッドから要求に応じてインクを
吐出する、少なくとも１つの抵抗体素子であって、少な
くとも１つの上で規定した金属珪窒酸化物の組成物から
なる、抵抗体素子と、を含む。本発明が提供する上述の
多くの利点は、本プリントヘッドにおいて金属珪窒酸化
物の抵抗体システムを用いることに直接起因する。

【００４７】本発明は、サーマルインクジェット技術に
おける重要な進歩を表し、信頼性、速度、寿命、安定
性、および電気的／熱的効率を改善した、高品質の画像
を生成する。本明細書において説明する新規な構造、構
成要素、および方法は、多くの重要な利点を提供する。
こういった利点には例えば以下のものがあるが、これら
に限定されない。（１）電流の要求量が低減し、その結
果電気的効率が改善される。（２）特に基板すなわち
「ダイ」に関して、プリントヘッドの動作温度が低くな
る。（３）プリントヘッド内でのより好ましい温度条件
が一般的に促進される（これは、電流の要求量が低減
し、それに対応して、抵抗体に取り付けられた「相互接
続構造」からの電流をベースにした寄生熱損失が低減す
る結果である）。（４）より低コスト、高電圧／低電流
の電源を用いることができる、等多数の経済的利点があ
る。（５）プリントヘッドおよび抵抗体素子に関して全
体として信頼性、安定性、および寿命のレベルが改善さ
れる。（６）抵抗に課される絶対限界である、抵抗体の
「ホットスポット」を引き起こす可能性のある、加熱効
率の諸問題が回避される。（７）ＴａＡｌやＴａ₂Ｎ等
の従来技術の抵抗体材料と比較して、以下に規定する
「バルク抵抗率」が高くなる。（８）上に挙げたように
動作温度が低下するので、与えられたプリントヘッド内
により多くの抵抗体を配置することができる。（９）電
気移動における諸問題が低減する。（１０）一般的に、
動作性能が優れ、長期間になる。本発明のこれらのおよ
び他の恩恵、目的、特徴、および利点は、以下の図面の
簡単な説明および発明の実施の形態から容易に明白とな
ろう。

【００４８】添付の図面は概略的であり、代表的なもの
を示すのみである。これらの図面は、いかなる点におい
ても本発明の範囲を限定しないものとする。同様に、複
数の図面にわたって用いる参照番号は、考慮中の図面に
おいて共通の内容を構成するものとする。

【００４９】［発明のとくに好ましい実施の形態］本発
明によって、エネルギー効率が改善され熱的性質が最適
化された、インク送出システム用の高効率なサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドが開示される。この新規な
プリントヘッドは、内部温度の低減、電流の要求量が最
小限であり、それによってより低コストの電源を用いる
ことができるようになること、システムにおけるエネル
ギー損失の低減（以下で更に説明）、および、長期間に
わたる高度な可変性(versatility)および信頼性を含
む、多くの重要な特徴を有している。こういった利点は
すべて、本抵抗体素子を作るのに用いる特別な材料（す
なわち、少なくとも１つの金属珪窒酸化物の化合物）に
直接起因している。従って、本明細書において説明する
新規な抵抗体は、従来技術の抵抗体構造、特にタンタル
とアルミニウムとの混合物（「ＴａＡｌ」）および／ま
たは窒化タンタル（「Ｔａ₂Ｎ」）から製造されるもの
に言及する、よりも優れた多数の利点を提供する。本明
細書において用いる「サーマルインクジェットプリント
ヘッド」という用語は、インク材料を熱的に励起して印
字媒体材料（紙、金属、プラスチック等）に送出するの
に用いる加熱抵抗体を内部に少なくとも１つ有するプリ
ントヘッドであればいかなるタイプのプリントヘッドも
限定なしに包含するよう、広く解釈されるものとする。
この点において、本発明は、いかなる特定のサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドの設計や抵抗体の形状／構
造にも限定されないものとし、熱工程を用いてインクを
要求に応じて吐出する上述の抵抗体構造を含んでさえい
れば、多くの異なる構造や内部の構成要素の配置が可能
である。

【００５０】同様に、前述のように、本発明のプリント
ヘッドは、（１）プリントヘッドと動作可能に接続され
液通している、内部に自給式供給インクを有する搭載カ
ートリッジタイプのユニット、および（２）１つまたは
複数の送液管路を用いて、プリントヘッドと動作可能に
接続され液通している、離れて配置したインク貯留容器
を用いた、「オフ・アクシス」式ユニット、を含む、多
くの異なるインク送出システムに適用できるものと考え
られる。しかしながら、本発明のプリントヘッドは、そ
れぞれのインク保管装置に向けた「特定のシステム用」
であるとみなすべきではない。本発明を明確に完全に理
解できるようにするために、以下の詳細な説明を４つの
節に分ける。すなわち、（１）「Ａ．サーマルインクジ
ェット技術の概観」、（２）「Ｂ．抵抗体素子およびプ
リントヘッド内での関連する構造の概観」、（３）
「Ｃ．本発明の新規な抵抗体素子」、および（４）
「Ｄ．新規なプリントヘッドを用いたインク送出システ
ムおよびそれに関連する製造方法」である。

【００５１】Ａ．サーマルインクジェット技術の概観 繰り返しになるが、本発明は、（１）プリントヘッド
と、（２）プリントヘッドに関連する少なくとも１つの
加熱抵抗体と、（３）内部に供給インクを有し、プリン
トヘッドと動作可能に接続され液通しているインク貯留
容器とを含む、幅広く様々なインク送出システムに適用
可能である。インク貯留容器は、プリントヘッドに直接
取り付けられていても、「オフ・アクシス」式システム
において前述のように１つまたは複数のインク移動管路
を用いて離れてプリントヘッドに接続されていてもよ
い。「動作可能に接続」という表現は、プリントヘッド
とインク貯留容器について用いる場合には、同等な構造
であるこの２つの変形の両方を包含するものとする。

【００５２】本発明の完全な理解を容易にするために、
まずサーマルインクジェット技術を概観する。サーマル
インクジェットのカートリッジユニットの形の代表的な
インク送出システムを図１に参照番号１０で示す。カー
トリッジ１０は例示の目的のために示したものであり、
限定的ではない、ということが理解されるべきである。
カートリッジ１０は図１においては概略的なフォーマッ
トで示しており、カートリッジ１０およびその様々な特
徴（ならびに同様のシステム）についてのより詳細な情
報は、すべてその参照によって本明細書に組み込まれ
る、Ｂｕｃｋほかの米国特許第４，５００，８９５号、
Ｂａｋｅｒほかの米国特許第４，７７１，２９５号、Ｋ
ｅｅｆｅほかの米国特許第５，２７８，５８４号、Hewl
ett-Packard Journal,Vol.39,No.4（１９８８年8月）に
おいて提供されている。

【００５３】引き続き図１を参照して、カートリッジ１
０はまず、ハウジング１２の形のインク貯留容器１１を
含む。上述のように、ハウジング１２は本発明のインク
保管ユニットを構成するものとし、「インク貯留ユニッ
ト」、「インク保管ユニット」、「ハウジング」、「容
器」、および「タンク」という用語はすべて、機能的お
よび構造的見地から同等であるとみなす。ハウジング１
２は更に、頂壁１６、底壁１８、第１の側面パネル２
０、および第２の側面パネル２２を含む。図１の実施形
態において、頂壁１６と底壁１８は互いに略平行であ
る。同様に、第１の側面パネル２０と第２の側面パネル
２２も互いに略平行である。

【００５４】ハウジング１２は更に、前壁２４と、最適
には図示のように前壁２４と平行な後壁２６とを含む。
前壁２４、後壁２６、頂壁１６、底壁１８、第１の側面
パネル２０、および第２の側面パネル２２によって、ハ
ウジング１２内の内部チャンバすなわちコンパートメン
ト３０（図１においてはファントム画法の線で示す）が
取り囲まれている。これは、自由な（例えば「自由に流
れる」）形か多セルのフォームタイプの構造かどちらか
である供給インク組成物３２を保持するように設計され
ている。インク組成物３２に関しては、限定なしに多く
の異なる材料を用いてもよい。従って、本発明は「特定
のインク向け」ではない。インク組成物はまず、少なく
とも１つの着色剤を含む。繰り返すが、本発明はいかな
る特定の着色剤またはその混合物にも限定されないもの
とする。多くの異なる材料が「着色剤」という用語に包
含されるであろうが、本説明においては、カラーとブラ
ックの両方の染料製品に焦点を合わせる。当該インク組
成物において用いるのに適した代表的なブラックの染料
としては、ここに挙げて本明細書に含めるヒンダゴラ
（Ｈｉｎｄａｇｏｌｌａ）の米国特許第４，９６３，１
８９号公報に挙げられている。代表的なカラーの染料材
料は、これもここに引用して本明細書に含められる、当
業者には周知の標準テキストでもある、The Society of
Dyers and Colourists, Yorkshire, England(1971)出
版の「カラーインデックス（Color Index）」,４巻、第
３版に説明されている。上記カラーインデックスに記載
され、ここで用いるのにも適した代表的な化学染料は、
以下の染料を示すことができるがこれらに限定されな
い。Ｃ．Ｉ．ダイレクト・イエロー１１、Ｃ．Ｉ．ダイ
レクト・イエロー８６、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・イエロー
１３２、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・イエロー１４２、Ｃ．
Ｉ．ダイレクト・レッド９、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・レッ
ド２４、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・レッド２２７、Ｃ．Ｉ．
ダイレクト・レッド２３９、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブル
ー９、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブルー８６、Ｃ．Ｉ．ダイ
レクト・ブルー１８９、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブルー１
９９、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブラック１９、Ｃ．Ｉ．ダ
イレクト・ブラック２２、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブラッ
ク５１、Ｃ．Ｉ．ダイレクト・ブラック１６３、Ｃ．
Ｉ．ダイレクト・ブラック１６９、Ｃ．Ｉ．アシッド・
イエロー３、Ｃ．Ｉ．アシッド・イエロー１７、Ｃ．
Ｉ．アシッド・イエロー２３、Ｃ．Ｉ．アシッド・イエ
ロー７３、Ｃ．Ｉ．アシッド・レッド１８、Ｃ．Ｉ．ア
シッド・レッド３３、Ｃ．Ｉ．アシッド・レッド５２、
Ｃ．Ｉ．アシッド・レッド２８９、Ｃ．Ｉ．アシッド・
ブルー９、Ｃ．Ｉ．アシッド・ブルー６１：１、Ｃ．
Ｉ．アシッド・ブルー７２、Ｃ．Ｉ．アシッド・ブラッ
ク１、Ｃ．Ｉ．アシッド・ブラック２、Ｃ．Ｉ．アシッ
ド・ブラック１９４、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・イエロー
５８、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・イエロー１６２、Ｃ．
Ｉ．リアクティブ・イエロー１６３、Ｃ．Ｉ．リアクテ
ィブ・レッド２１、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・レッド１５
９、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・レッド１８０、Ｃ．Ｉ．リ
アクティブ・ブルー７９、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・ブル
ー２１６、Ｃ．Ｉ．リアクティブ・ブルー２２７、Ｃ．
Ｉ．リアクティブ・ブラック５、Ｃ．Ｉ．リアクティブ
・ブラック３１、Ｃ．Ｉ．ベーシック・イエロー１３、
Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー６０、Ｃ．Ｉ．ベーシック
・イエロー８２、Ｃ．Ｉ．ベーシック・ブルー１２４、
Ｃ．Ｉ．ベーシック・ブルー１４０、Ｃ．Ｉ．ベーシッ
ク・ブルー１５４、Ｃ．Ｉ．ベーシック・レッド１４、
Ｃ．Ｉ．ベーシック・レッド４６、Ｃ．Ｉ．ベーシック
・レッド５１、Ｃ．Ｉ．ベーシック・ブラック１１、お
よびこれらの混合物。こういった材料は、米国ニュージ
ャージー州イーストハノーバー市のサンド社（Sandoz C
orporation）、米国ニューヨーク州Ardsleyのチバガイ
ギー社（Ciba-Geigy）を含むが、これらに限らず、多く
の製造会社から市販されている。

【００５５】「着色剤」という用語はまた、水に基本的
には不溶性で分散剤（例えばアクリル化合物）と会合さ
せることによって可溶性にした着色剤（すなわち、顔
料）を基本的に含む、当業者に既知の顔料分散ぶつをも
包含した用語である。顔料分散物に用いることができる
具体的な顔料は当業者に既知であり、この点において、
本発明はいかなる特定の化学組成の顔料にも限定される
ものではない。このような顔料の例には、上記カラーイ
ンデックスに挙げられている以下の化合物が含まれる。
すなわち、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７、Ｃ．Ｉ．ピ
グメントブルー１５、およびＣ．Ｉ．ピグメントレッド
２である。こういったおよびその他の顔料と組み合わせ
るのに適した分散剤材料には、これもまた当業者に既知
のモノマーやポリマーが含まれる。代表的な市販の分散
剤は、DAXADという商標で米国マサチューセッツ州レキ
シントンのグレース社（W. R. Grace and Co.）が販売
している製品からなる。好適なしかし限定的でない実施
形態において、関係するインク組成物は、合計で約２−
７重量％の着色剤を含む（単一の着色剤を使おうと複数
組み合わせたものを使おうと）。しかし用いる着色剤の
量は、そのインク組成物を最終的に何の目的のために用
いているか、およびインク内の他の成分によって、必要
に応じて変更してもよい。

【００５６】本発明において用いるのに適したインク組
成物はまた、他のインク成分の担体媒体および主な溶媒
として本質的に機能する、インク「ビヒクル」も含む。
インクビヒクルとして多くの異なる材料を用いてもよ
く、本発明はこの目的のためにいかなる特定の製品にも
限定されない。好適なインクビヒクルは、水に他の成分
（例えば有機溶媒等）を組み合わせたものから成る。こ
ういった有機溶媒には、２−ピロリドン、１，５−ペン
タンジオール、Ｎ−メチルピロリドン、２−プロパノー
ル、エトキシ化グリセロール、２−エチル−２−ヒドロ
キシメチル−１，３−プロパンジオール、シクロヘキサ
ノール、およびその他溶媒および／または湿潤剤用で当
業者に既知のものを含むが、これらに限定されない。こ
ういった化合物はすべて、関係するインク組成物に関す
る予備パイロット調査によって決定する様々な組み合わ
せで用いてもよい。しかし、好適な実施形態において、
インク調合物は合計で約７０−８０重量％の組み合わせ
たインクビヒクルを含み、通常その合計したインクビヒ
クルのうちの少なくとも約３０重量％の水を含有してい
る（このバランスは、いかなる上に挙げた有機溶剤単独
またはそれらの組み合わせも含む）。代表的なインクビ
ヒクルは、約６０−８０重量％の水と約１０−３０重量
％の１つまたは複数の有機溶剤を含む。

【００５７】インク組成物はまた、様々な量の多数のオ
プションの成分を含んでもよい。例えば、オプションの
殺生物剤を加えて最終のインク製品内でいかなる微生物
も成長しないようにしてもよい。この目的に適した代表
的な殺生物剤は、英国マンチェスター市のインペリアル
・ケミカル・インダストリーズ（Imperial ChemicalInd
ustries）によってPROXEL GXLの商標で販売されている
製品、米国コネティカット州Danburyのユニオン・カー
バイド(Union Carbide)によってUCARCIDの商標で販売さ
れている製品、および米国ニュージャージー州Piscataw
ayのHuls America Inc.によってNUOSEPTの商標で販売さ
れている製品を含む。好適な実施形態において、殺生物
剤を用いる場合には、最終的なインク組成物は通常、約
０．０５−０．５重量％、好ましくは約０．３０重量
％、の殺生物剤を含む。

【００５８】インク組成物に用いる他のオプションの成
分として、少なくとも１つの緩衝剤が含まれる。必要か
つ所望されるならばインクのｐＨを安定化させるために
緩衝剤を１つまたは多数（組み合わせて）用いてもよ
い。好適な実施形態において、インク組成物の最適ｐＨ
は、約４−９の範囲である。この目的に適した代表的な
緩衝剤は、ｐＨ調節用で当業者に既知のホウ酸ナトリウ
ム、ホウ酸、およびリン酸塩などの緩衝材料が挙げられ
る。いかなる特定の緩衝剤およびその使用量（および一
般的に緩衝剤を用いるという決定）も、特定のインク組
成物に関する予備パイロット調査に従って決定される。
必要ならば、更なる成分（例えば界面活性剤）もまたイ
ンク組成物内に存在してもよい。繰り返しになるが、そ
の参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，
１８５，０３４号において挙げられているものを含む多
くの他のインク材料を、インク組成物３２として用いて
もよい。

【００５９】図１に戻って、前壁２４はまた、外部に配
置され外向きに延びているプリントヘッド支持構造３４
も含む。プリントヘッド支持構造３４は、略長方形の中
央凹み５０を含む。中央凹み５０は、図１に示すインク
出口ポート５４を有する底壁５２を含む。インク出口ポ
ート５４は、ハウジング１２を完全に貫いて通り、その
結果、ハウジング１２内部のコンパートメント３０と連
絡して、インク材料がコンパートメント３０からインク
出口ポート５４を通って流出することができるようにな
っている。中央凹み５０内にはまた、長方形で上向きに
延びている搭載フレーム５６も配置されている。搭載フ
レーム５６の機能については、以下で説明する。図１に
概略的に示すように、搭載フレーム５６はプリントヘッ
ド支持構造３４の前面６０と略同じ高さ（同一平面上）
である。搭載フレーム５６は特に、２つの細長い側壁６
２、６４を含む。

【００６０】引き続き図１において、インクカートリッ
ジ１０のハウジング１２には、図１において該して参照
番号８０で示すプリントヘッドがしっかりと固定されて
いる（例えば、外向きに延びているプリントヘッド支持
構造部材３４に取り付けられている）。プリントヘッド
８０の新規な特徴については次節において具体的に説明
するが、背景情報としてここでプリントヘッド８０を概
観しておく。従来技術によれば、プリントヘッド８０は
実際には、互いにしっかりと固定された（これもまたか
なり重要な、両者間に配置したある種の副構成要素で）
２つの主構成要素を含む。プリントヘッド８０を作るの
に用いる第１の主構成要素は、基板８２（以下に更に説
明する抵抗体素子の「支持構造部材」として機能する）
から成る。基板８２は、好ましくは、シリコン（Ｓ
ｉ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）の上に炭化シリコン（Ｓ
ｉＣ）の層を載せたもの、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、様々
な金属（例えばアルミニウム単体（Ａｌ）等）を含む
（がこれらに限定されない）多数の材料から製造され
る。図１の従来技術のプリントヘッド８０において基板
８２の上面８４には、標準の薄膜製造技術を用いて、
「インク吐出器」として機能する、少なくとも１つの、
好ましくは複数の、個別に通電可能な薄膜抵抗体８６
（本明細書においては「抵抗体素子」とも言う）が固定
されている。または、抵抗体８６は、次節（節「Ｂ」）
において説明し図４に示す基板８２上に予め形成された
少なくとも１つの絶縁層に付着させてもよい。しかし、
わかりやすくするためおよび便宜上、本説明のこの節に
おいては、抵抗体８６を図１のように基板８２上に直接
接触させて示してある。

【００６１】従来技術のサーマルインクジェット技術に
よれば、抵抗体８６は通常、タンタル単体（Ｔａ）とア
ルミニウム単体（Ａｌ）との既知の混合物（「ＴａＡ
ｌ」）、タンタル単体（Ｔａ）と窒素（Ｎ）とを化合さ
せて作った窒化タンタル（「Ｔａ₂Ｎ」）、またはその
他これらの匹敵する材料から製造される。以下の「Ｃ」
節において示すように、本発明は、ＴａＡｌやＴａ₂Ｎ
（またはその他既知のサーマルインクジェット抵抗体の
組成物）でできたものに取って代わる新規な抵抗体の構
造および材料を使用することを含む。本明細書において
本抵抗体素子は、多くの重要な利点を提供する特別な材
料から製造される。このような利点には、電流消費量が
低減される（その結果より好ましい／低い内部温度プロ
ファイルとなる）、より低コストの電源を用いることが
できる、全体として信頼性、寿命、安定性、および動作
効率のレベルが上がる、ということが含まれる。こうい
った利点すべておよび利点を達成する方法については、
「Ｃ」節において再び概説する。

【００６２】図１の概略図においては、わかりやすくす
るために拡大フォーマットで表した少数の抵抗体８６し
か図示していない。多数の重要な材料層が同様に抵抗体
８６の上下に存在してもよく、これらについては以下の
「Ｂ」節において十分に説明する。基板８２の上面８４
上にはまた、標準のフォトリソグラフィー薄膜技術を用
いて、複数の金属導電トレース９０もまた設けられてい
る。金属導電トレース９０は通常、金（Ａｕ）および／
またはアルミニウム（Ａｌ）から作られ（金属導電トレ
ース９０は、本明細書においては「バス部材」「細長い
導電回路要素」、「相互接続構造」、または単に「回路
要素」とも言う）、抵抗体８６と電気的に連絡してい
る。回路要素９０は同様に、上面８４上の基板８２の両
端９４、９５に配置された多数の金属のパッド状接触領
域９２と連絡している。金属のパッド状接触領域９２
は、上述の回路要素９０と同じ材料でできていてもよ
い。こういった構成要素はすべて組み合わせて、本明細
書においては集合的に「抵抗体装置」９６と言うが、こ
の機能については更に以下に概説する。しかし、図１の
概略図においては、わかりやすくするために拡大フォー
マットで表した少数の回路要素９０しか図示していない
ことに注意されたい。同様に、添付の図面すべてにおい
て、抵抗体８６を単純化した「正方形」のフォーマット
で概略的に示しているが、こういった抵抗体８６は、図
１に表すものから「スプリット」構造、細長構造、およ
び／または「蛇状」構造に至るまで、多くの異なる形
状、大きさ、および設計で構成してもよいことを理解さ
れたい。このような構造の多様性は、前述したように次
節において詳細に説明する本発明の抵抗体にも、適用で
きるものとする。

【００６３】抵抗体装置９６を構成するのに多くの異な
る材料および設計構造を用いることができ、本発明は、
本明細書において特に明言しない限り、この目的のため
にいかなる特定の要素、材料、および構造にも限定され
ない（例えば、「Ｃ」節を参照）。しかし、好適で代表
的な、しかし限定的でない実施形態において、抵抗体装
置９６は長さが約０．５インチであり、同様に約３００
個の抵抗体８６を含んでおり、従って１インチ当たり約
６００ドット（約６００ＤＰＩ）の解像度を可能にして
いる。このような値は非限定的に変更してもよく、１つ
または複数の金属珪窒酸化物の化合物から作る本発明の
新規な抵抗体素子は、プリントヘッド上に約６００−１
２００個の抵抗体を有するシステムの生産を可能にす
る。この場合、印字解像度は約１２００ｄｐｉ（例え
ば、「真の」１２００ｄｐｉ、または、１２００ｄｐｉ
のピッチになるよう６００ｄｐｉの抵抗体を少なくとも
２行またはそれよりも多い行並べてセットしたもの）と
なる。その上に抵抗体８６を含む基板８２は、好ましく
は、幅が、搭載フレーム５６の両側壁６２、６４間の距
離「Ｄ」よりも短い「Ｗ」（図１）である。その結果、
基板８２の両側にインク流路が形成され、中央凹み５０
のインク出口ポート５４から流出するインクが、最終的
には抵抗体８６に接触できるようになっている。ここで
もまた、基板８２は、考慮中のインクカートリッジ１０
のタイプによって、多くの他の構成要素（図示せず）が
その上にあってもよい、ということにも注意すべきであ
る。例えば、基板８２は同様に、抵抗体８６の動作を精
密に制御する複数のロジックトランジスタや、米国特許
第５，２７８，５８４号に記載されている従来技術の構
造の「デマルチプレクサ」を含んでもよい。このデマル
チプレクサは、多重化された入信号を分離し、その後こ
れらの信号を様々な抵抗体８６に分配するのに用いられ
る。この目的のためにデマルチプレクサを用いることに
よって、基板８２上に形成される回路（例えば、接触領
域９２および回路要素９０）が簡単になり、その量も減
る。

【００６４】基板８２には、（抵抗体８６と、次節にお
いて概説するインクバリアー層を含む、間にある多数の
介在材料層とで）プリントヘッド８０の第２の主構成要
素がしっかりと固定されている。すなわち、図１に示す
ようにオリフィス板１０４が設けられている。オリフィ
ス板１０４は、選択したインク組成物を指定印字媒体材
料（例えば、紙）に分配するのに用いられる。一般的
に、オリフィス板１０４は、１つまたは複数の金属組成
物（例えば、金メッキしたニッケル（Ｎｉ）等）から製
造されるパネル部材１０６（図１において概略的に示
す）から成る。典型的な、しかし限定的でない代表的実
施形態において、オリフィス板１０４は長さ「Ｌ」が約
５−３０ｍｍであり、幅「Ｗ₁」が約３−１５ｍｍであ
る。しかし、本発明は、本明細書において特に明言しな
い限り、いかなる特定のオリフィス板のパラメータにも
限定されないものとする。

【００６５】オリフィス板１０４は更に、そこを貫く参
照番号１０８で示す開口部（すなわち、「オリフィ
ス」）を少なくとも１つ、好ましくは複数含む。図１に
おいて、このオリフィス１０８は拡大して示されている
が、代表的な実施形態における、各オリフィス１０８の
直径は約０．０１−０．０５ｍｍである。完成したプリ
ントヘッド８０において、上に挙げた構成要素はすべて
組み立てられ、各オリフィス１０８が、基板８２上の少
なくとも１つの抵抗体８６と互いに部分的にまたは（好
ましくは）完全に軸方向に整列（例えば略「整合」）す
るようになっている。その結果、所与の抵抗体８６に通
電することによって、所望のオリフィス１０８を通って
インクが吐出される。本発明は、オリフィス板１０４の
いかなる特定の大きさ、形状、または寸法特性にも限定
されないものとし、同様に、オリフィス１０８のいかな
る数または配置にも限定されないものとする。図１に表
す例示的な実施形態では、オリフィス１０８は、オリフ
ィス板１０４に結合したパネル部材１０６上に２列（１
１０、１１２）に配置されている。オリフィス１０８の
この配置を用いる場合には、抵抗体装置９６（例えば、
基板８２）上の抵抗体８６もまたこれに対応した２列
（１１４、１１６）に配置され、抵抗体８６の２列（１
１４、１１６）がオリフィス１０８の２列（１１０、１
１２）と略整合するようになっている。このタイプの金
属オリフィス板システムに関する更なる一般的情報は、
例えば、本明細書の一部としてここに引用するＢｕｃｋ
ほかの米国特許第４，５００，８９５号公報に提供され
ている。

【００６６】背景として、金属オリフィス板を含む上述
のシステムに加えて、代替の印字ユニットでは、非金属
の有機ポリマー組成物から構成されたオリフィス板構造
を実際に用いている、ということにもまた注意された
い。こういった構造は通常、代表的には厚さが約１．０
−２．０ミルであるが、これに限定されない。これに関
連して、「非金属」という用語は、いかなる金属単体、
金属合金、または金属アマルガム／混合物も含まない生
成物を包含する。「有機ポリマー」という表現は、発明
の実施の形態の項において用いる場合には常に、化学的
サブユニットが繰り返される、長鎖の炭素を含む構造を
含むものとする。この目的のために、多数の異なるポリ
マー組成物を用いてもよい。例えば、非金属オリフィス
板部材は、以下の組成物から製造することができる。す
なわち、ポリテトラフルオロエチレン（例えばテフロン
（商標））、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
チレンテレフタラレート、またはそれらの混合物。同様
に、サーマルインクジェット印字システムにおいて非金
属有機ポリマーをベースにしたオリフィス板部材を構成
するのに適した代表的な市販の有機ポリマー（例えばポ
リイミドベース）の組成物は、米国デラウェア州ウィル
ミントン市のデュポン社（E. I. Du Pont de Nemours &
Company）によって「KAPTON」という商標名で販売され
ている製品である。非金属有機ポリマーオリフィス板の
システムの使用に関する更なるデータは、米国特許第
５，２７８，５８４号（ここに引用して本明細書に含ま
せる）において提供されている。同様に、本節において
概説したものに加えて、他のオリフィス構造もまた用い
てもよい。この、他のオリフィス構造には、オリフィス
構造としてプリントヘッドのバリアー層を用いるものも
含む。このような実施形態においては、バリアー層が、
次節において説明するオリフィス板／構造として実際に
機能する、少なくとも１つの開口部を有する材料層を構
成する。

【００６７】引き続き図１において、カートリッジ１０
には薄膜タイプのフレキシブル回路部材１１８が同様に
設けられている。回路部材１１８は、完成したインクカ
ートリッジ１０において、外向きに延びているプリント
ヘッド支持構造部材３４を「くるむ」よう設計されてい
る。回路部材１１８の構成部材には、ポリテトラフルオ
ロエチレン（例えばテフロン（商標））、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、ま
たはそれらの混合物、などが用いられるが、これらに限
定されることなく、他の多くの異なる材料を用いること
もできる。同様に、フレキシブル回路部材１１８を構成
するのに適した代表的な市販の有機ポリマー（例えばポ
リイミドベース）の組成物は、前述の、米国デラウェア
州ウィルミントン市のデュポン社（E. I. Du Pont de N
emours & Company）によって「KAPTON」という商標名で
販売されている製品である。フレキシブル回路部材１１
８は、従来技術の接着材料（例えば、この目的で当業者
に既知のエポキシ樹脂組成物）を用いた接着剤による付
着によって、プリントヘッド支持構造３４に固定されて
いる。以下で説明するように、フレキシブル回路部材１
１８によって、電気信号をプリンタユニットから基板８
２上の抵抗体８６に送出することができる。薄膜タイプ
のフレキシブル回路部材１１８は更に、頂面１２０およ
び底面１２２（図１）を含む。回路部材１１８の底面１
２２上には、複数の金属（例えば、金メッキした銅の）
回路トレース１２４が形成されており、図１において点
線で示す。回路トレース１２４は、既知の金属デポジッ
トおよびフォトリソグラフィー技術技術を用いて、底面
１２２に施される。フレキシブル回路部材１１８の底面
１２２上には、多くの異なる回路トレースパターンを用
いてもよく、具体的なパターンは、考慮中のインクカー
トリッジ１０および印字システムのタイプによって決ま
る。また、回路部材１１８の頂面１２０上の位置１２６
には、複数の金属（例えば、金メッキした銅の）接触パ
ッド１３０が設けられている。接触パッド１３０は、回
路部材１１８を貫く開口部すなわち「通路」（図示せ
ず）を経由して、回路部材１１８の底面１２２上の、接
触パッド１３０の下にある回路トレース１２４と連絡し
ている。プリンタユニットにおけるインクカートリッジ
１０の使用中、パッド１３０は対応するプリンタ電極に
接触して、プリンタユニットから接触パッド１３０へ、
回路部材１１８上のトレース１２４へ、そして最終的に
は抵抗体装置９６へと電気制御信号すなわち「インパル
ス」が送出される。抵抗体装置９６とフレキシブル回路
部材１１８との間の電気的連絡については、以下に再び
概説する。

【００６８】薄膜タイプのフレキシブル回路部材１１８
の中央領域１３２内には、ウインドウ１３４が配置され
ており、このウインドウ１３４は、中にオリフィス板１
０４を収容するような大きさになっている。図１におい
て概略的に示すように、ウインドウ１３４は、長さ方向
上縁１３６および長さ方向下縁１３８を含む。ウインド
ウ１３４内の長さ方向上下縁１３６、１３８には、部分
的にビームタイプの(beam-type)リード線１４０が配置
されており、こういったリード線１４０は、代表的な実
施形態においては金メッキした銅であり、フレキシブル
回路部材１１８の底面１２２上に配置された回路トレー
ス１２４の終端（例えば、接触パッド１３０と反対側の
端）を構成している。リード線１４０は、はんだ付け、
熱圧着、等によって、抵抗体装置９６に関連する基板８
２の上面８４上の接触領域９２に電気的に接続するよう
に設計されている。その結果、フレキシブル回路部材１
１８上の回路トレース１２４を経由して、接触パッド１
３０から抵抗体装置９６まで電気的連絡が確立される。
そうすると、プリンタユニットからの電気信号すなわち
インパルスが、基板８２上の細長い導電回路要素９０を
経由して抵抗体８６へと伝わり、抵抗体８６を要求に応
じて加熱（通電）することができる。

【００６９】本発明は、図１に示し上述した（短縮した
概略フォーマットで示す）具体的なプリントヘッド８０
に限定されないものとし、多くの他のプリントヘッドの
設計もまた、本発明に従って用いるのに適している、と
いうことを強調することが重要である。繰り返すが、図
１のプリントヘッド８０は例示の目的のために提供する
ものであり、いかなる点においても本発明を限定しない
ものとする。同様に、非金属有機ポリマータイプのオリ
フィス板システムが所望される場合には、オリフィス板
１０４およびフレキシブル回路部材１１８は、米国特許
第５，２７８，５８４号に記載されているような単一ユ
ニットとして製造することができる、ということにも注
意すべきである。

【００７０】完成したプリントヘッド８０を作成する最
後の主な段階には、オリフィス板１０４をプリントヘッ
ド８０の下にある部分（以下で説明するインクバリアー
層を含む）上の所定位置に物理的に取り付けて、オリフ
ィス１０８が基板８２上の抵抗体８６と互いに部分的に
または完全に軸方向に整列させることが含まれる。これ
もまた以下に更に詳細に概説するように、こういった構
成要素の取り付けも、同様に、従来技術の接着材料（例
えば、この目的で当業者に既知のエポキシおよび／また
はシアノアクリレート接着剤）を用いて行うことができ
る。この段階において、インクカートリッジ１０の構築
が完了する。そうすると、印字画像１５２を選択した印
字媒体材料１５０上に生成するために、インク組成物３
２を要求に応じて印字媒体材料１５０に送出することが
できる。印字媒体材料１５０に関して、多くの異なる組
成物を用いることができる。こういった多くの異なる組
成物には、紙、プラスチック（例えば、ポリエチレンテ
レフタレート、およびその他これに匹敵するポリマー化
合物）、金属、ガラス、等が含まれるが、これらに限定
されない。更に、カートリッジ１０を、電気インパルス
／信号をカートリッジユニット１０に送出する適当なプ
リンタユニット１６０（図１）内に配置するかもしくは
位置決めし、画像１５２の要求に応じて印字を行うこと
ができるようにしてもよい。限定なしに、多くの異なる
プリンタユニットを、本発明のインク送出システム（カ
ートリッジ１０を含む）に関して用いることができる。
しかし、本発明のプリントヘッドおよびインク送出シス
テムと共に用いるのに適した例示的プリンタユニット
は、以下の製造モデル番号で米国カリフォルニア州パロ
アルト市のヒューレット・パッカード社が製造販売する
もの、すなわち、デスクジェット（DESKJET）４００
Ｃ、５００Ｃ、５４０Ｃ、６６０Ｃ、６９３Ｃ、８２０
Ｃ、８５０Ｃ、８７０Ｃ、１２００Ｃ、および１６００
Ｃを含むが、これらに限定されない。

【００７１】図１に関して上述したインクカートリッジ
１０は、「搭載」供給インクを含む「自給式」インク送
出システムを含む。本発明は同様に、プリントヘッド
と、そのプリントヘッドからは離れて配置されているが
動作可能に接続され液通している、インク貯留容器内に
保管された供給インクとを用いる、他のシステムと共に
用いてもよい。液通は、通常１つまたは複数の管状の管
路を用いて行われる。このようなシステム（「オフ・ア
クシス」式装置としても知られている）の例は、本願の
出願人による「内外フィルム層で形成された二重袋を有
するインク送出制御形インク貯留システム（AN INK CON
TAINMENT SYSTEM INCLUDING A PLURAL-WALLED BAG FORM
ED OF INNER AND OUTER FILM LAYERS）」（Ｏｌｓｅｎ
他）という名称の現在出願中の米国特許出願第０８／８
６９，４４６号（１９９７年６月５日出願）、および
「フリーインク滴のインクジェットペンの制御機構（RE
GULATOR FOR A FREE-INK INKJET PEN）」（Ｈａｕｃｋ
他）という名称の本願出願人により出願中の米国特許出
願第０８／８７３，６１２号（１９９７年６月１１日出
願）を参考として本明細書の中に挙げておく。図２およ
び図３において示すように、選択したサーマルインクジ
ェットプリントヘッドに離れて動作可能に接続するよう
に設計された（好ましくは重力送りまたはその他これに
匹敵するものをベースにして）タンク状のインク貯留容
器１７０を含む、代表的なオフ・アクシス式インク送出
システムが示されている。繰り返すが、「インク貯留ユ
ニット」、「インク保管ユニット」、「容器」、「ハウ
ジング」、および「タンク」という用語は、本実施形態
において同等とみなすものとする。インク貯留容器１７
０は、本体部１７４と、そこを貫く入口／出口ポート１
７８を有するパネル部材１７６とを含む外部シェルすな
わちハウジング１７２の形に構成されている（図２およ
び図３）。本実施形態は、ハウジング１７２に関してい
かなる特定の組み立て方法にも限定されないが、パネル
部材１７６は、最適には、本体部１７４とは別個の構造
として作られる。その後パネル部材１７６は、既知の熱
溶接工程または従来技術の接着剤（例えば、エポキシ樹
脂またはシアノアクリレート化合物）を用いて、図３に
示すように本体部１７４に固定される。しかし、好適な
実施形態において、パネル部材１７６は、インク貯留容
器１７０／ハウジング１７２の一部とみなすものとす
る。

【００７２】引き続き図３を参照して、ハウジング１７
２はまた、内部に、供給インク組成物３２を保管する内
部チャンバすなわちキャビティ１８０も有する。加え
て、ハウジング１７２は更に、外向きに延びている管状
部材１８２を含む。管状部材１８２は、パネル部材１７
６を貫いて通り、好適な実施形態においては、パネル部
材１７６と一体的に形成されている。「管状」という用
語は、本説明においては、そこを貫く少なくとも１つま
たはそれ以上の中央通路を含み、中央通路を外壁で取り
囲んだ構造を包含するように定義される。管状部材１８
２は、図３に示すように、内部に入口／出口ポート１７
８を組み込んでおり、それによってハウジング１７２の
内部の内部キャビティ１８０にアクセスが提供される。

【００７３】ハウジング１７２のパネル部材１７６内に
配置された管状部材１８２は、ハウジング１７２の外側
に配置された外側部分１８４と、内部キャビティ１８０
内のインク組成物３２内に配置された内側部分１８６と
を有する（図３）。管状部材１８２の外側部分１８４
は、接着材料（例えば、従来技術のシアノアクリレート
またはエポキシ化合物）、摩擦係合、等によって、図３
に概略的に示すポート１７８内に配置された管状インク
移動管路１９０に、動作可能に取り付けられている。図
３の実施形態において、インク移動管路１９０は、上に
挙げた方法を用いて管状材料１８２の外側部分１８４内
のポート１７８の内部に取り付けられた第１の端１９２
を含む。インク移動管路１９０は更に、プリントヘッド
１９６に動作可能に離れて取り付けられた第２の端１９
４を含む。プリントヘッド１９６は、図１に示すプリン
トヘッド８０に関連するものを含む多数の異なる設計、
構造、およびシステムを含んでもよい。プリントヘッド
８０は、プリントヘッド１９６と同等であるとみなすも
のとする。こういった構成要素すべてが、選択したプリ
ンタユニット（プリンタユニット１６０を含む）内の、
インク送出システム全体のタイプ、大きさ、および全体
構造によって決まる所定の位置に、適切に搭載されてい
る。また、インク移動管路１９０は、インクの移動を促
進する少なくとも１つのオプションの従来設計のインラ
インポンプ（図示せず）を含んでもよいことにも注意す
べきである。

【００７４】図１ないし図４に表すシステムおよび構成
要素は、本質的に例示的なものである。実際には、考慮
中の特定の装置によって、更なる動作構成要素が含まれ
る場合もある。上記で提供した情報は、本発明およびそ
の様々な実施形態を限定しないものとする。代わりに、
図１ないし図４のシステムは必要に応じて変形してもよ
く、専ら、多くの異なる構成要素の配置を用いているイ
ンク送出システムに、本発明を適用することができる、
ということを示すために提供するものである。この点に
おいて、特定のインク送出システム、インク貯留容器、
および関係データについてのいかなる説明も、代表的で
あるとのみみなすものとする。

【００７５】Ｂ．抵抗体素子およびプリントヘッド内で
の関連構造の概観 本節では、背景情報用に、特に加熱抵抗体および関係す
る構成要素に言及して、典型的なプリントヘッド（上述
のプリントヘッド８０を含む）の内側部分を包括的に説
明する。以下の説明は、いかなる点においても本発明を
限定しないものとし、例示的目的のためのみに行うもの
である。同様に、繰り返しになるが、本発明は、少なく
とも支持構造部材と、その上の、インク組成物を選択的
に加熱して印字媒体材料に送出するのに用いられる少な
くとも１つの抵抗体素子とを含むものであれば、幅広く
様々な異なるサーマルインクジェットシステムおよびプ
リントヘッドのユニットに適用できる可能性があること
を理解されたい。

【００７６】図４には、プリントヘッド８０用の部材１
９８の断面を示す。参照の目的のために、部材１９８
は、図１に表す円で囲んだ領域２００内に包含される構
成要素および構造を含む。図４に示す構成要素は、組み
立てた構造で示す。同様に、図４において設けられた様
々な層は必ずしも同一縮尺で描かれたものではなく、わ
かりやすくするために拡大している、ということを理解
されたい。図４の断面図は、代表的な抵抗体８６（本明
細書においては、上述したように「抵抗体素子」とも表
す）を、抵抗体８６の上下に配置される様々な材料層
（オリフィス板１０４を含む）と共に概略的に示す。こ
ういった構造すべて（および本節において概説するその
他の層）は、ここに引用して本明細書に含める、ライト
（Ｗｒｉｇｈｔ）ほかの米国特許第４，５３５，３４３
号、ロイド（Ｌｌｏｙｄ）の米国特許第４，６１６，４
０８号、およびヘス（Ｈｅｓｓ）ほかの米国特許第５，
１２２，８１２号において同様に説明され十分に記載さ
れている（適用できる組み立て技術と共に）。しかし、
わかりやすくするために、および十分可能な開示を行う
ために、以下の更なる情報を提供する。

【００７７】引き続き図４を参照して、プリントヘッド
８０（すなわち、部分１９８）はまず、最適にはシリコ
ン単体（Ｓｉ）から作られる基板２０２を含む。この目
的のために用いられるシリコンは、単結晶であっても、
多結晶であっても、アモルファスであってもよい。基板
２０２に関しては、他の任意の材料を用いることができ
る。このような材料には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化
シリコン（ＳｉＮ）の上に炭化シリコン（ＳｉＣ）の層
を載せたもの、様々な金属（例えばアルミニウム単体
（Ａｌ）等（このような組成物の混合物と共に）が挙げ
られるが、これらに限定されない。好適な代表的実施形
態において、基板２０２は厚さ「Ｔ」が約５００−９２
５μｍであるが、この範囲（および本明細書において提
供する他の範囲および数値パラメータすべて）は、特に
明言しない限り、ルーチンの予備試験に従って必要に応
じて変化する。基板２０２の大きさは、考慮中のプリン
トヘッドシステムのタイプによって、かなり変化してよ
い。しかし、代表的な実施形態において（そして図１を
参照して）、基板２０２の例示的幅「Ｗ」は約３−１５
ｍｍであり、長さ「Ｌ₁」は約５−４０ｍｍである。ち
なみに、図４の基板２０２は、前節「Ａ」に述べた基板
８２と同等であるが、わかりやすくするために本節にお
いては基板８２の番号を変更している。

【００７８】次に、基板２０２の上面２０４上には、オ
プションの誘電体ベース層２０６が配置されている。誘
電体ベース層２０６は、基板２０２を図４に示す抵抗体
８６から電気的に絶縁するように設計されている。本明
細書において通常用いる「誘電体」という用語は、電気
絶縁体そのもの、及び印加された電界をパワーの散逸(p
ower dissipation)が最少の状態で維持することができ
る材料を含む。

【００７９】標準のサーマルインクジェットシステムに
おいて、ベース層２０６は好ましくは二酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ₂）でできている。この二酸化ケイ素は、米国特許
第５，１２２，８１２号に記載されているように、伝統
的に、基板２０２がシリコン（Ｓｉ）から作られた場合
に、基板２０２の上面２０４上に形成される。ベース層
２０６を形成するのに用いる二酸化ケイ素は、シラン、
酸素、およびアルゴンの混合物内で上面２０４を約３０
０−４００℃の温度に加熱することによって製造され
た。この工程については、これも同様にここに引用して
本明細書に組み込まれるＳｃｈｅｕの米国特許第４，５
１３，２９８号に更に記載されている。化学蒸着法（Ｃ
ＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、減圧ＣＶＤ
（ＬＰＣＶＤ）、および層規定／形成に用いるマスキン
グ／イメージング(imaging)工程を含む、本明細書にお
いて説明する熱酸化工程およびその他基本的な成膜技術
は、当業者に既知であり、背景情報の目的のためにその
参照によって本明細書に組み込まれるディー．エリオッ
ト（Elliott,D.J.）著,「集積回路の製造技術（Integra
ted Circuit Fabrication Technology）」,McGraw-Hill
Book Company,New York(1982)(ISBN No.0-07-019238-
3)の１−４０、４３−８５、１２５−１４３、１６５−
２２９、および２４５−２８６ページに記載されてい
る。代表的なしかし限定的でない実施形態において、ベ
ース層２０６は（もし用いる場合には）、厚さＴ₀（図
４）が、米国特許第５，１２２，８１２号において概説
しているように、約１００００−２４０００Åである。

【００８０】この点において、その上にベース層２０６
を有する基板２０２は、本明細書において集合的に「支
持構造」２０８と表す、ということが理解されるべきで
ある。本明細書において用いる「支持構造」という用語
は、（１）その上にベース層２０６が用いられていない
場合には、基板２０２単独、および（２）その上に抵抗
体素子８６があるかまたはその他の方法で配置される複
合構造を形成する、基板およびその上の何らかの他の材
料、を包含するものとする。この点について、「支持構
造」という用語は一般に、その上に抵抗体素子が配置さ
れる材料（どんなものであっても）の層（１つまたは複
数）を含むものとする。

【００８１】図４に示すプリントヘッド８０に関連する
残りの層および製造段階は、以下（例えば、節「Ｃ」参
照）に述べるもの以外は本質的に従来技術であり、繰り
返すが、ライト（Ｗｒｉｇｈｔ）ほかの米国特許第４，
５３５，３４３号、ロイド（Ｌｌｏｙｄ）の米国特許第
４，６１６，４０８号、およびヘス（Ｈｅｓｓ）ほかの
米国特許第５，１２２，８１２号に記載されている。引
き続き図４を参照して、支持構造部材２０８上に、すな
わち、ベース層２０６の上面２１２か、ベース層２０６
を用いていない場合には基板２０２の上面２０４上に直
接配置／形成された、抵抗層２１０（本明細書において
は「抵抗材料層」とも表す）が設けられている。この点
において、抵抗層２１０、従来技術のシステムにおいて
用いられる抵抗体８６、または本発明の抵抗体素子が、
「位置決め」、「設置」、「配置」、「方向付け」、
「動作可能に取り付け」、「形成」、その他支持構造２
０８に固定されていると言う場合には、多数の状況を包
含するものとする。こういった状況には、（１）間にい
かなる介在材料層もない状態で、抵抗層２１０／抵抗体
８６が基板２０２の上面２０４上に直接固定されている
状況、または（２）抵抗層２１０／抵抗体８６が基板２
０２によって支持され、それにもかかわらず１つまたは
複数の中間材料層（例えば、ベース層２０６等および任
意の他のもの）が基板２０２と抵抗体８６／抵抗層２１
０との間に配置されている状況、が含まれる。こういっ
た代替は両方とも、本特許請求の範囲と同等であり、そ
の中に包含されるものとする。抵抗層２１０は、従来技
術においてシステム内に抵抗体（図４に示す抵抗体素子
８６を含む）を作り出す、すなわち「形成する」のに用
いられており、この目的のために用いる各段階について
は、本節で後述する。通常の従来技術のサーマルインク
ジェットプリントヘッドにおいて、抵抗層２１０（およ
び、抵抗体８６を含む、それから作られる抵抗体素子）
の厚さ「Ｔ₁」は約２５０−１００００Åである。

【００８２】標準のプリントヘッドシステムにおいて、
抵抗層２１０を製造するのに、限定なしに、多数の異な
る材料が用いられている。例えば、前述のように、この
目的に適した代表的組成物は、米国特許第５，１２２，
８１２号に記載されているように薄膜抵抗体製造につい
ては当業者に既知のアルミニウム単体（Ａｌ）およびタ
ンタル単体（Ｔａ）の混合物（例えば、「ＴａＡｌ」）
を含むが、これに限定されない。この材料は通常、図４
のシステムにおけるベース層２０６の上面２１２上にア
ルミニウムおよびタンタル粉体のプレスした粉体ターゲ
ットをスパッタリングすることによって形成される。好
適な実施形態において、繰り返すが以後「ＴａＡｌ」と
示す最終的な混合物は、約４０−６０原子百分率（Ａ
ｔ．％）のタンタル（約５０Ａｔ．％＝最適）および約
４０−６０原子百分率（Ａｔ．％）のアルミニウム（約
５０Ａｔ．％＝最適）から成る。

【００８３】抵抗層２１０において抵抗材料として用い
られてきた他の組成物としては、以下のものを例示でき
るが、これらに限定されない。すなわち、リンをドープ
した多結晶シリコン（Ｓｉ）、窒化タンタル（Ｔａ
₂Ｎ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、臭化ハフニウム（Ｈｆ
Ｂｒ₄）、ニオブ単体（Ｎｂ）、バナジウム単体
（Ｖ）、ハフニウム単体（Ｈｆ）、チタン単体（Ｔ
ｉ）、ジルコニウム単体（Ｚｒ）、イットリウム単体
（Ｙ）、およびそれらの混合物が挙げられる。次ぎの節
「Ｃ」に記す情報と同様に、上に挙げた材料、構成要
素、および構造からはっきりと本質的に差異のある抵抗
体システムを提供したことが、本発明の新規な特徴であ
る。繰り返しになるが、本明細書に説明した本発明の特
別なシステムは、従来技術のプリントヘッドにおいて用
いられているものと比較して、電流の消費量の低減や、
より長期間にわたる安定性など、多くの利点および改良
点を有している。

【００８４】従来技術のサーマルインクジェットプリン
トヘッドにおける抵抗層２１０は、多数の異なる技術
（考慮中の抵抗材料による）を用いて所定位置に設ける
ことができる。こういった技術は、金属材料が関係する
場合のスパッタリング工程から、様々なデポジット法
（減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法を含む）にわたり、これ
らについては上で概説しており、ここでもまた本明細書
の中に引用して取り入れられるディー．エリオット（El
liott,D.J.）著,「集積改組の製造技術（Integrated Ci
rcuit Fabrication Technology）」,McGraw-Hill Book
Company,New York(1982)(ISBN No.0-07-019238-3)の１
−４０、４３−８５、１２５−１４３、１６５−２２
９、および２４５−２８６ページに説明されている。例
えば、米国特許第５，１２２，８１２号に記載されてい
るように、ＬＰＣＶＤ技術は特に、層２１０に関連する
抵抗材料としてリンをドープした多結晶シリコンを施す
のに用いるのに適している。

【００８５】通常のサーマルインクジェットプリントヘ
ッドは、製造しているプリントヘッドのタイプおよび全
体的な容量によって、約３００個まで、またはそれより
も多く、の個々の抵抗体８６（図１）を含む。しかし、
本発明に関連する新規な抵抗体８６を用いると、その結
果として、必要かつ所望されるならば約６００−１２０
０個もの抵抗体８６をプリントヘッド構造内に有しう
る。プリントヘッド８０における個々の抵抗体８６（図
１）に関連するアーキテクチャは、考慮中のインク送出
システムのタイプに従って必要に応じてかなり変わりう
るが、例示的な「正方形」の抵抗体８６（抵抗層２１０
から作成される）は、長さが約５−１００μｍであり、
幅が約５−１００μｍである（が、これらに限定されな
い）。しかし、本発明は、プリントヘッド８０における
抵抗体８６に関して、いかなる所与の寸法にも限定され
ないものとする。同様に、抵抗体８６はインク組成物３
２を、考慮中の装置および送出されているインクのタイ
プによって、少なくとも約３００℃またはそれよりも高
い温度まで加熱することができる。

【００８６】引き続き図４を参照して、従来技術のサー
マルインクジェットシステムによる、抵抗層２１０から
の個々の抵抗体８６の形成について次に説明する。すな
わち、抵抗層２１０の上面２１６上に導電層２１４が配
置される。図４に示す導電層２１４は、互いに離れた２
つの部分２２０を含む。それぞれの部分２２０の内側の
端２２２が実際に抵抗体８６の「境界」を形成してお
り、これについては以下で更にあらましを述べる。導電
層２１４（およびその部分２２０）は、抵抗層２１０の
上面２１６上に直接配置された少なくとも１つの導電金
属から作られ、ディー．エリオット（Elliott,D.J.）
著,「集積回路の製造技術（Integrated Circuit Fabric
ation Technology）」、McGraw-Hill Book Company,New
York(1982)(ISBN No.0-07-019238-3)の１−４０、４３
−８５、１２５−１４３、１６５−２２９、および２４
５−２８６ページにおいて一般的に説明されている従来
技術のフォトリソグラフィー、スパッタリング、金属デ
ポジット、その他既知の技術を用いてパターニングされ
ている。導電層２１４を作るのに適した代表的な金属
（およびそれらの混合物）については、本節で後に挙げ
る。

【００８７】前述し図４に示すように、導電層２１４
（米国特許第５，１２２，８１２号においてかなり詳細
に記載されている）は、それぞれが内側の端２２２を有
する２つの部分２２０を含む。内側の端２２２同士の間
の距離によって、図１および図４に示す抵抗体８６を作
り出す境界が規定される。特に、抵抗体８６は、導電層
２１４の２つの部分２２０の内側の端２２２に及ぶ（例
えば、それらの間にある）抵抗層２１０の部分より成っ
ている。抵抗体８６の境界は、図４において垂直破線２
２４で示す。

【００８８】米国特許第５，１２２，８１２号において
触れているように、抵抗体８６は、導電層２１４の２つ
の部分２２０同士の間の「導電ブリッジ」として動作
し、電気的見地からこの２つを効果的に連結している。
その結果、プリンタユニット１６０（前述）からの電気
インパルスすなわち信号の形の電気が、抵抗体８６が形
成した「ブリッジ」構造を通ると、抵抗層２１０／抵抗
体８６を製造するのに用いた材料の抵抗特性に従って、
熱が発生する。技術的見地から、抵抗層２１０の上に導
電層２１４が存在することによって、抵抗材料が（カバ
ーされると）かなりの量の熱を発生する能力が本質的に
奪われる。すなわち、抵抗が最小の通路を通って流れる
電流が導電層２１４に閉じこめられ、それによって発生
する熱エネルギーが最小になる。従って、抵抗層２１０
は、図４に示す２つの部分２２０の間で「露出」してい
る所では、「抵抗体」（例えば、抵抗体８６）として効
果的に機能するだけである。

【００８９】本発明は、導電層２１４およびその部分２
２０に関するいかなる特定の材料、構造、寸法等にも限
定されないものとし、本システムは、「特定の導電層向
け」ではない。多くの異なる組成物を用いて導電層２１
４を製造することができる。こういった組成物は、以下
の代表的材料を含むが、これらに限定されない。すなわ
ち、アルミニウム単体（Ａｌ）、金単体（Ａｕ）、銅単
体（Ｃｕ）、タングステン単体（Ｗ）、およびシリコン
単体（Ｓｉ）。これらのうち、アルミニウム単体が好ま
しい。更に（米国特許第５，１２２，８１２号において
あらましを述べているように）、導電層２１４は、オプ
ションとして、銅単体および／またはシリコン単体を含
む様々な材料すなわち「ドーパント」と組み合わせた特
定の組成物から作られてもよい（導電層２１４における
主構成要素として他の組成物が用いられると仮定し
て）。導電層２１４における主な組成物としてアルミニ
ウム単体を用いる（「ドーパント」として銅単体が加え
られる）場合には、銅は特に、電気移動法に関連する諸
問題を制御するよう意図されている。アルミニウムをベ
ースにしたシステムにおいてシリコン単体を（単独であ
ろうと銅と組み合わせてであろうと）添加物として用い
る場合には、シリコンによって、アルミニウムとシステ
ム内の他のシリコンを含む層との間の副反応が効果的に
防止される。導電層２１４を作るのに用いる例示的で好
適な材料は、約９５．５重量％のアルミニウム単体、約
３．０重量％の銅単体、および約１．５重量％のシリコ
ン単体を含むが、本発明は、例示の目的のためのみに提
供されたこれらの材料に限定されるものではない。導電
層２１４全体の厚さ「Ｔ₂」（およびこれに関連する図
４に示す２つの部分２２０）に関して、この構造に適し
た代表的値は約２０００−１００００Åである。しか
し、好適な厚さの範囲を含む上に提供した情報すべて
は、考慮中のインク送出システムおよびその所望の能力
を含む予備パイロット試験に従って、必要に応じて変え
てもよい。

【００９０】引き続き図４を参照して、導電層２１４の
２つの部分２２０および抵抗体８６の上方に、オプショ
ンの第１のパッシベーション(不働体化)層２３０が配置
される。すなわち、第１のパッシベーション層２３０
は、（１）導電層２１４に関連するそれぞれの部分２２
０の上面２３２、および（２）抵抗体８６の上面２３
４、の上に直接配置／デポジットされる。第１のパッシ
ベーション層２３０（予備パイロット試験によって決定
されて用いる場合）の主な機能は、カートリッジ１０内
で用いられるインク３２の腐食作用から抵抗体８６（お
よび上に挙げた他の構成要素）を保護することである。
第１のパッシベーション層２３０の保護機能は、抵抗体
８６に関して特に重要である。これは、この構造に対す
るいかなる物理的損傷も、その基本的動作能力を劇的に
悪化させる可能性があるからである。第１のパッシベー
ション層２３０に関して、多数の異なる材料を用いるこ
とができる。こういった材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂
Ｏ₃）、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むが、これら
に限定されるものではない。好適な実施形態において、
最適にはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）技術を用いて施
される窒化ケイ素が用いられ、導電層２１４に関連する
各部分２２０の上面２３２および抵抗体８６の上面２３
４にこの窒化ケイ素が供給される。これは、従来技術の
ＰＥＣＶＤ装置を用いて行って、ここでもまたその参照
によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，１２
２，８１２号に記載されているように、圧力約２トー
ル、温度約３００−４００℃でシランとアンモニアとの
混合物を分解する結果として生じる窒化ケイ素を施して
もよい。本発明は、いかなる所与構造材料でできたパッ
シベーション層２３０にも限定されずまた、制限されな
いものとするが、上に挙げた化合物であれば、結果が最
良になる。同様に、第１のパッシベーション層２３０に
関連する例示的な厚さ「Ｔ ₃」は、約１０００−１００
００Åである。しかしこの値は、考慮中のプリントヘッ
ドシステムを含むルーチンの予備テストに従って変わっ
てもよい。

【００９１】次に、保護性を極力発揮できるように設計
された好適な実施形態において、オプションの第２のパ
ッシベーション層２３６が、上述の第１のパッシベーシ
ョン層２３０の上面２４０上に直接配置される。第２の
パッシベーション層２３６（その使用は、これもまた、
予備パイロット試験によって決定されるものとする）
は、好ましくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）から製造される
が、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）、または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）もまた、
この目的のために用いてもよい。第２のパッシベーショ
ン層２３６を第１のパッシベーション層２３０上にデポ
ジットするのに多数の異なる技術を用いることができる
（本明細書において説明する様々な材料層すべてについ
て言えることであるが）が、プラズマＣＶＤ技術（ＰＥ
ＣＶＤ）であれば、この段階において最適の結果が得ら
れる。例えば炭化ケイ素を用いる場合には、代表的な実
施形態において、ＰＥＣＶＤ工程は、約３００−４５０
℃の温度でシランとメタンとを組み合わせたものを用い
て行われる。第２のパッシベーション層２３６は、前述
のインク組成物３２の腐食効果に対して更なる化学的バ
リアーを提供することによって、第１のパッシベーショ
ン層２３０の保護能力を増大するのに用いられる。本発
明は、第２のパッシベーション層２３６に関していかな
る特定の寸法にも限定されないものとするが、この構造
の代表的な厚さ「Ｔ₄」は、約１０００−１００００Å
である。その結果、（１）第１のパッシベーション層２
３０と、（２）第２のパッシベーション層２３６とから
成る、非常に効果的な「二重パッシベーション構造」２
４２が作り出される。

【００９２】引き続き図４を参照して、代表的なプリン
トヘッド８０の次の層には、第２のパッシベーション層
２３６の上面２５２に施される、オプションの導電性キ
ャビテーション層２５０が含まれる。キャビテーション
層２５０（その使用は、これもまた、予備パイロット試
験によって決定される）によって、プリントヘッド８０
における下にある構造に関して更に程度の高い保護が行
われる。すなわち、キャビテーション層２５０を用いる
ことによって、第１および第２のパッシベーション層２
３０、２３６およびその下の抵抗体８６を含むがそれら
に限定されない、プリントヘッド８０においてキャビテ
ーション層２５０の下にある材料層に、物理的損傷に対
する耐久性が与えられる。キャビテーション層２５０の
保護機能に従って、キャビテーション層２５０は、最適
には、以下の好適な材料を含むがそれらに限定されない
選択した金属でできている。すなわち、タンタル単体
（Ｔａ）、モリブデン単体（Ｍｏ）、タングステン単体
（Ｗ）、およびそれらの混合物／合金が挙げられる。図
４の実施形態において、キャビテーション層２５０を第
２のパッシベーション層２３６の上面上の所定位置にデ
ポジットするのに、多数の異なる技術を用いることがで
きるが、この段階は、最適には、ディー．エリオット
（Elliott,D.J.）著,「集積回路の製造技術（Integrate
d Circuit Fabrication Technology）」、McGraw-Hill
Book Company, New York(1982)(ISBN No.0-07-019238-
3)の１−４０、４３−８５、１２５−１４３、１６５−
２２９、および２４５−２８６ページに説明されている
標準のスパッタリング法および／またはその他適用可能
な方法に従って行われる。同様に、最適の結果を提供す
るように設計された、限定的でない例示的実施形態（考
慮中の構造を含む予備パイロット試験に従って変更され
る）において、キャビテーション層２５０の好適な厚さ
「Ｔ₅」は約１０００−６０００Åである。

【００９３】この段階において、プリントヘッド８０内
で多数の更なる構成要素が用いられる。これらについ
て、特に図４を参照して説明する。この情報は、背景情
報用に提供されるものであり、いかなる点においても本
発明を限定しないものとする。図４に示し米国特許第
４，５３５，３４３号に概説されているように、キャビ
テーション層２５０の上面２５６上の所定位置に、オプ
ションの第１の接着層２５４が施される。第１の接着層
２５４は、限定なしに多数の異なる組成物を含んでもよ
い。この目的に適した代表的な材料は、従来技術のエポ
キシ樹脂材料、標準のシアノアクリレート接着剤、シラ
ンのカップリング剤、等を含むが、それらに限定される
ものではない。繰り返すが、第１の接着層２５４は、上
にあるバリアー層（後述）に関して用いてもよい多数の
材料がキャビテーション層２５０に関して実質的に「自
己接着性」であるという点において、これもまた「オプ
ション」であるとみなされる。従って、第１の接着層２
５４の使用は、考慮中のプリントヘッドの構成要素を含
むルーチンの予備試験に従って決定されるものとする。
第１の接着層２５４を用いる場合には、スピンコート、
ロールコート、およびその他この目的に適した既知の適
用方法を含むがこれらに限定されない従来技術の工程に
よって、キャビテーション層２５０の上面２５６に施さ
れてもよい。第１の接着層２５４は本質的にオプション
であってもよいが、予防的理由のための「デフォルト」
手段として用いて、上にあるバリアー層（後述）をしっ
かりと所定位置に保持することを自動的に保証すること
ができる。実際に第１の接着層２５４を用いる場合に
は、その例示的な厚さ「Ｔ₆」は約１００−１０００Å
である。

【００９４】次にプリントヘッド８０内に、本明細書に
おいてインクバリアー層２６０と特徴付けられる特殊な
組成物が設けられる。バリアー層２６０は、第１の接着
層２５４（用いる場合には）の上面２６２上、または第
１の接着層２５４を用いない場合にはキャビテーション
層２５０の上面２５６上の所定位置に施される。バリア
ー層２６０によって、多数の重要な機能が提供される。
こういった機能には、その下の構成要素をインク組成物
３２の腐食効果から更に保護すること、および印字シス
テムにおける隣接する抵抗体８６同士の間の「クロスト
ーク」を最小限にすること、を含むが、これらに限定さ
れない。特に重要なのは、回路要素９０／抵抗体８６
（図１）を互いにおよびプリントヘッド８０の隣接する
その他の各部分から電気的に絶縁し、こういった構成要
素に対する短絡および物理的損傷を防止するという、バ
リアー層２６０が有する保護機能である。特にバリアー
層２６０は、電気的絶縁体、および、回路要素９０をカ
バーし回路要素９０がインク材料（本実施形態において
はインク組成物３２）と接触しないようにする「シーラ
ント」として機能する。バリアー層２６０はまた、物理
的衝撃および摩耗による損傷から、その下の構成要素を
保護する。こういった利点によって、プリントヘッド８
０が長期間安定して動作することが保証される。同様
に、図４に示すバリアー層２６０のアーキテクチャー的
特徴および特性によって、プリントヘッド８０内に別個
の「発射チャンバ」２６４が精密に形成しやすくなる。
発射チャンバ２６４は、プリントヘッド８０内に、イン
ク材料（すなわち、インク組成物３２）が抵抗体８６に
よって加熱され次に気泡の核形成および印字媒体材料１
５０上への吐出が起こる特定領域を含む。

【００９５】インクバリアー層２６０に関して多くの異
なる化学組成物を用いてもよいが、高誘電性有機化合物
（例えば、ポリマーやモノマー）が好ましい。この目的
に適した代表的な有機材料は、市販のアクリル樹脂のフ
ォトレジスト、光による画像形成が可能な(photoimagea
ble)ポリイミド、熱可塑性接着剤、およびその他インク
バリアー層に用いるのに当分野で既知のこれらに匹敵す
る材料を含むが、これらに限定されない。例えば、イン
クバリアー層２６０を製造するのに適した、代表的な、
しかし限定的でない化合物は、以下のとおりである。
（１）ビスフェノールの半アクリル酸エステルを含むド
ライフォトレジストフィルム、（２）エポキシモノマ
ー、（３）アクリルおよびメラミンモノマー（例えば、
米国デラウェア州ウィルミントン市のデュポン社（E.
I. Du Pont de Nemours & Company）が「Vacrel」の商
標で販売しているもの）、およびエポキシアクリル樹脂
モノマー（例えば、米国デラウェア州ウィルミントン市
のデュポン社（E. I. Du Pont deNemours & Company）
が「Parad」の商標で販売しているもの）。バリアー層
に関する更なる情報は、米国特許第５，２７８，５８４
号に提示されており、本明細書の一部としてここに引用
しておく。本発明は、いかなる特定のバリアー組成物お
よびバリアー層２６０を所定位置に適用する方法にも限
定されない。好適な適用方法に関して、バリアー層２６
０は伝統的に、高速円心スピンコート装置、スプレーコ
ートユニット、ローラコート装置、等によって供給され
る。しかし、いかなる所与の状況に対する特定の適用方
法も、考慮中のバリアー層２６０によって決まる。

【００９６】引き続き図４を参照して、この図において
断面図で示すバリアー層２６０は、上述のように発射チ
ャンバ２６４を形成するために互いから離れて配置し
た、２つの部分２６６、２７０から成る。発射チャンバ
２６４の底２７２には、抵抗体８６およびその上にある
各層（第１のパッシベーション層２３０、第２のパッシ
ベーション層２３６、およびキャビテーション層２５０
を含む）が配置されている。抵抗体８６から、上に挙げ
た各層２３０、２３６、および２５０を通って、発射チ
ャンバ２６４内のインク材料（例えば、インク組成物３
２）に熱が加えられる。バリアー層２６０に関連する最
終的な厚さおよびアーキテクチャは、用いているプリン
トヘッドのタイプをベースにして必要に応じて変わって
もよいが、バリアー層２６０の代表的な厚さ「Ｔ₇」は
約５−３０μｍであることが望ましいが、これに限定さ
れない。

【００９７】次に、オプションの第２の接着層２８０
が、インクバリアー層２６０の上面２８２上に配置され
て設けられる。第２の接着層２８０に関して用いるのに
適した代表的な材料は、従来技術のエポキシ樹脂材料、
標準のシアノアクリレート接着剤、シランのカップリン
グ剤、等を含むが、それらに限定されるものではない。
第２の接着層２８０もまた、上にあるオリフィス板１０
４（後述）に関して用いてもよい多数の材料がバリアー
層２６０に関して本質的に「自己接着性」であるという
点において、「オプション」であるとみなされる。従っ
て、第２の接着層２８０の使用は、考慮中のプリントヘ
ッドの特定の構成要素を含むルーチンの予備試験に従っ
て決定されるものとする。第２の接着層２８０を用いる
場合には、スピンコート、ロールコート、およびその他
この目的に適した既知の適用方法を含むがこれらに限定
されない従来技術の工程によって、バリアー層２６０の
上面２８２に施されてもよい。第２の接着層２８０は本
質的にオプションであってもよいが、予防的理由のため
の「デフォルト」手段として用いて、上にあるオリフィ
ス板１０４（後述）をしっかりと所定位置に保持するよ
う自動的に保証することができる。実際に第２の接着層
２８０を用いる場合には、その例示的な厚さ「Ｔ₈」は
約１００−１０００Åである。

【００９８】第２の接着層２８０は、実際に、米国特許
第５，２７８，５８４号（ここに引用して本明細書に組
み込まれる）に記載されている非硬化のポリイソプレン
のフォトレジスト化合物や、（１）ポリアクリル酸、ま
たは（２）選択したシランのカップリング剤、の使用を
含んでもよい、ということもまた注意すべきである。
「ポリアクリル酸」という用語は、[ＣＨ₂ＣＨ（ＣＯＯ
Ｈ）_n]（ただしｎ＝２５−１００００）という基本的化
学構造を有する化合物を含むものと定義する。ポリアク
リル酸は、米国ミシガン州ミッドランド市のダウケミカ
ル社を含む多数の供給者から市販されている。第２の接
着層２８０に関して用いるのに適した多数のシランのカ
ップリング剤は、米国ミネソタ州ミッドランド市のダウ
ケミカル社（Dow Chemical Corporation）が販売する商
品（製品番号６０１１、６０２０、６０３０、および６
０４０）、および米国コネティカット州DanburyのOSI S
pecialties社が販売する商品（製品番号「Silquest」Ａ
−１１００）を含むが、これらに限定されない。しかし
上に挙げた材料は、繰り返すが、例示的目的のためのみ
に提供されるものであり、いかなる点においても本発明
を限定しないものとする。

【００９９】最後に、図４に示すように、オリフィス板
１０４が、第２の接着層２８０の上面２８４に、または
第２の接着層２８０を用いない場合にはバリアー層２６
０の上面２８２上に施される。オリフィス板１０４に関
して上述した様々な材料（金メッキしたニッケル（Ｎ
ｉ）でできた構造の使用を含む）に加えて、オリフィス
板１０４に関して、例えばロジウム単体（Ｒｈ）でコー
ティングしたニッケル単体（Ｎｉ）でできた金属構造を
含む、かなりの数の更なる組成物を用いることができ
る。同様に、オリフィス板１０４は、米国特許第５，２
７８，５８４号（上述）において概説するポリマー組成
物からできていてもよい。図４に示し前述したように、
オリフィス板１０４のオリフィス１０８は、抵抗体８６
の上方に配置され、抵抗体８６と部分的にまたは（好ま
しくは）完全に軸方向に整列（例えば整合）し、インク
組成物がプリントヘッド８０から効果的に吐出できるよ
うになっている。同様に、好適なしかし限定的でない実
施形態において、オリフィス板１０４の代表的な厚さ
「Ｔ₉」は約１２−６０μｍである。

【０１００】この時点において、同様に、オリフィス板
１０４に関して多数の異なる構造を用いてもよい、とい
うことに注意すべきであり、本発明は、少なくとも１つ
の開口部すなわちオリフィスを限定なしに含む、いかな
る単一のまたは多数の材料層（金属、プラスチック、等
でできた）も包含するものとする。オリフィスを含む材
料層（単数または複数）は、「オリフィス板」、「オリ
フィス構造」、「頂層」等と言ってもよい。更に、ここ
でもまた、限定なしに単一のまたは多数の材料層をこの
目的のために用いてもよく、「オリフィス板」、「オリ
フィス構造」等の用語は、単一の層の実施形態と多層の
実施形態の両方を含むよう規定される。従って、この構
造に関して用いる「層」という用語は、その単数の使用
と複数の使用の両方を包含するものとする。そこを貫く
開口部（インク吐出のために用いる）を有する材料層
は、オリフィス板１０４に関して前述したように、支持
構造部材の上方に配置される。代替のオリフィス構造
（例えば、そこを貫く開口部を少なくとも１つ有する材
料層）の更なる一例は、オリフィス板１０４および接着
層２８０がない状態で、図４に示すバリアー層２６０が
単独で用いられる状況を含む。言い換えれば、インクバ
リアー材料とオリフィス板／構造の両方として機能する
ことができるバリアー層２６０が選択される。従って、
「そこを貫く開口部を少なくとも１つ含む少なくとも１
つの材料層」という表現は、限定なしで伝統的な金属ま
たはプラスチックのオリフィス板、単独のまたは他の層
と組み合わせたバリアー層、等を含む多くの変形を含む
ものと解釈されたい。同様に、支持構造部材（例えば、
基板）に関してオリフィスを含む層について用いる「上
方に配置」および「上方の所定位置に」という表現は、
多数の状況を含むことができる。こういった状況は、
（１）オリフィスを含む層が、支持構造部材の上方にそ
こから間隔をおいて配置される（間に１つまたは複数の
材料層がある可能性がある）状況、および（２）オリフ
ィスを含む層が、支持構造部材の上方に、間にいかなる
介在材料層もない状態で、支持構造部材上に直接配置さ
れている状況を含む。同様に、「オリフィスを含む層」
および「そこを貫く開口部を少なくとも１つ含む材料
層」という表現は、同等であるとみなすものとする。

【０１０１】Ｃ．本発明の新規な抵抗体素子 本発明が上記した利点をもたらす元となった、本発明の
新規な特徴および構成要素を次に説明する。繰り返しに
なるが、これら利点は、プリントヘッド内での全体的な
電流消費量が低減される（それによって一般的にプリン
トヘッドの熱プロファイルが改善され、その内部温度が
低減する）ことから、プリントヘッドの全寿命期間にわ
たって安定性の程度が高くなることまでにわたる。こう
いった目的はすべて、以下に更に概説する本質的に「自
動的」な方法で達成される。これは同様に、大量生産規
模でのサーマルインクジェットプリントヘッドの効率的
製造と両立するものである。従って、本発明は、インク
印字技術における重要な進歩を表し、それによって、高
レベルの動作効率、優れた印字品質、および長寿命が保
証される。

【０１０２】こういった目標を達成するために、そこか
ら作る抵抗層２１０および抵抗体８６は、上に挙げた従
来技術の材料（ＴａＡｌおよびＴａ₂Ｎを含む）および
抵抗体素子の製造において伝統的に用いられている他の
既知の化合物とははっきりと区別することができる、特
別な材料からできている。特に、本節において説明する
抵抗体素子（例えば、抵抗体８６／抵抗層２１０）を作
るのに用いる本発明の特別な組成物は、本明細書におい
て「金属珪窒酸化物」化合物と呼ぶ。このような材料
は、所望の特性を有する酸窒化物の組成物を形成するた
めに、基本的に、少なくとも１つまたは複数の金属
（Ｍ）、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、および窒素
（Ｎ）の合金から成っている。この合金は、用いている
製造工程のタイプ、次の熱処理、および次の電気パルス
処理（以下で更に説明）を含む様々な実験的要因によっ
て、アモルファス、一部結晶質、ナノクリスタル(nanoc
rystalline)、微晶質、多結晶、および／または相偏析
の(phase-segegated)性質を有するものでできていても
よい。一般的見地から、本発明の金属珪窒酸化物は、組
成式「ＭＳｉＯＮ」で表され、より詳細には化学式「Ｍ
_WＳｉ_XＯ_YＮ_Z」、（ただし「Ｍ」は前述の少なくとも１
つの金属、「Ｗ」は１３−５０（最適値は２０−３
５）、「Ｓｉ」はシリコン、「Ｘ」は１８−４０（最適
値は２４−３４）、「Ｏ」は酸素、「Ｙ」は約４−３５
（最適値は６−３０）、「Ｎ」は窒素、「Ｚ」は１０−
５０（最適値は１８−４０）で表される。前述の数字は
非制限的なものであり、例示の目的のためのみに本明細
書において提供するものである。幾分異なったしかし代
表的な様式で表せば、本金属珪窒酸化物材料（例えば、
組成式「ＭＳｉＯＮ」）は、ＭＳｉＯＮから構成される
様々な物質の組成を示しており、本発明に好適な以下の
原子百分率（Ａｔ．％）の値を有する。（１）１５−４
０原子百分率（Ａｔ．％）の選択した金属（一種でも複
数種でもよい）の金属元素（Ｍ）（２種以上の金属元素
を用いる場合には、前述の範囲は各元素の合計を表
す）、（２）２５−４５Ａｔ．％のシリコン（Ｓｉ）、
（３）１５−４０Ａｔ．％の酸素（Ｏ）、および（４）
２０−５０Ａｔ．％の窒素（Ｎ）。繰り返すが、こうい
った値は単に代表的なものであり、いかなる場合でも本
発明を限定しないものとする。

【０１０３】更に、本発明によれば、上に挙げた数字お
よび範囲はすべて、限定なしに様々に組み合わせて用い
ることができる。この点について、本発明は、その最も
広く適用され、かつ進歩性の高い形態は、プリントヘッ
ド内の支持構造（上で規定）とオリフィスを含む層との
間に配置された、少なくとも１つの金属をシリコン、酸
素、および窒素と組み合わせたものから作られた、抵抗
体素子８６を包含している。本明細書に概説する具体的
な材料、割合、製造技術、等は、例示的であり限定する
ものではない。

【０１０４】上に挙げた組成式の範囲内で、限定なしに
多くの異なる金属元素（Ｍ）を含んでもよい。しかし、
最適の結果になるよう設計した好適な実施形態では、遷
移金属元素（例えば、周期表のＩＩＩＢからＩＩＢ族の
金属）が最良であり、この族における最適な金属元素に
は、タンタル単体（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、クロ
ム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびこれ
らの混合物が含まれるが、これらに限定されない。ま
た、上に挙げた組成式に適用できる見込みがある他の金
属元素（Ｍ）には、ルーチンの予備試験で選択される非
遷移金属（例えばアルミニウム（Ａｌ））も含まれる
が、この場合でも、遷移金属元素を少なくとも一つ含ん
でいることが好ましい。遷移金属元素（とりわけ上述し
た元素）によって最良の結果がもたらされる理由は、完
全にわかっているわけではないが、理由について次に説
明する。基本的に、当該抵抗率範囲内の遷移金属を含む
無秩序合金（特に「好適な範疇」内のもの）について
は、電子の伝わる仕組みは、モット（Mott,N.）著,「非
晶質材料の電気伝導（Conduction in Non-Crystalline
Materials）」,ClarendonPress;Oxford,England,pp.14-
16(1993)に記載されているように、ｓ、ｐ電子から空の
ｄ状態（バンド）への遷移をベースにしている。この伝
わる仕組みを、上に挙げた組成物の範囲と結びつける
と、高温において性能が低下することなく動作できる安
定な抵抗体になる。析出工程を、もし必要ならば、熱お
よび電気処理（以下で更に説明）で制御することによっ
て、抵抗率の安定性と抵抗の温度係数（ＴＣＲ）の両方
を同様に制御することができる。ＴＣＲは通常、−７０
０から＋２００ｐｐｍ／Ｃの範囲である。熱および電気
処理によって、以下の変化が起こるが、このような材料
に起こる変化は、例示の目的のためのみに本明細書にお
いて挙げるものであり、抵抗体がうまく動作するのに必
ずしも必要であるというわけではない。その変化として
は、アモルファスの網状組織の構造的弛緩、相偏析（ア
モルファスと結晶質）、ナノクリスタル形成、微結晶生
成、および結晶成長。このような材料の変化に伴って、
抵抗率、ＴＣＲ、伝わる仕組み、等も変化する可能性が
あり、抵抗体の性能にとって利点となる可能性がある
（好適な場合）。

【０１０５】本明細書において説明する一般化学構造に
含まれる具体的な化学式を多数作成することができる
が、最適の結果になる多くの金属珪窒酸化物には、Ｗ₁₇
Ｓｉ₃₆Ｏ₂₀Ｎ₂₇、Ｗ₂₂Ｓｉ₃₀Ｏ₁₀Ｎ₃₇、Ｗ₁₇Ｓｉ₃₃Ｏ₁₇
Ｎ₃₃、Ｗ₁₉Ｓｉ₃₁Ｏ₂₇Ｎ₂₃、Ｗ ₁₅Ｓｉ₃₅Ｏ₉Ｎ₄₁、Ｗ₂₁
Ｓｉ₂₉Ｏ₃₃Ｎ₁₇、Ｗ₁₄Ｓｉ₃₆Ｏ₆Ｎ₄₄、Ｗ₂₃Ｓｉ₃₁Ｏ₁₅
Ｎ ₃₁、Ｗ₂₇Ｓｉ₂₇Ｏ₂₇Ｎ₁₈、Ｗ₂₀Ｓｉ₃₃Ｏ₇Ｎ₄₀、Ｗ₃₂
Ｓｉ₂₇Ｏ₁₄Ｎ₂₇、Ｗ₃₅Ｓｉ_{2 5}Ｏ₂₀Ｎ₂₀、Ｗ₂₉Ｓｉ₂₉Ｏ₈
Ｎ₃₃、Ｗ₄₄Ｓｉ₂₂Ｏ₁₁Ｎ₂₂、Ｗ₅₀Ｓｉ₁₉Ｏ₁₉Ｎ₁₂、Ｗ ₄₀
Ｓｉ₂₅Ｏ₅Ｎ₃₀、Ｔａ₂₀Ｓｉ₃₆Ｏ₁₀Ｎ₃₄、Ｔａ₁₇Ｓｉ₃₃
Ｏ₁₇Ｎ₃₃、Ｔａ₁₉Ｓｉ_{3 1}Ｏ₂₇Ｎ₂₃、Ｔａ₁₅Ｓｉ₃₅Ｏ₉Ｎ
₄₁、Ｔａ₂₁Ｓｉ₂₉Ｏ₃₃Ｎ₁₇、Ｔａ₁₄Ｓｉ₃₆Ｏ₆Ｎ_{4 4}、Ｔ
ａ₂₃Ｓｉ₃₁Ｏ₁₅Ｎ₃₁、Ｔａ₂₇Ｓｉ₂₇Ｏ₂₇Ｎ₁₈、Ｔａ₂₀Ｓ
ｉ₃₃Ｏ₇Ｎ₄₀、Ｔａ ₃₂Ｓｉ₂₇Ｏ₁₄Ｎ₂₇、Ｔａ₃₅Ｓｉ₂₅Ｏ
₂₀Ｎ₂₀、Ｔａ₂₉Ｓｉ₂₉Ｏ₈Ｎ₃₃、Ｔａ₄₄Ｓｉ_{2 2}Ｏ
₁₁Ｎ₂₂、Ｔａ₅₀Ｓｉ₁₉Ｏ₁₉Ｎ₁₂、Ｔａ₄₀Ｓｉ₂₅Ｏ
₅Ｎ₃₀、およびこれらの混合物が含まれるが、これらに
限定されない。繰り返すが、これらの材料は例としての
み挙げており、いかなる点においても本発明を限定しな
いものとする。また、以下に概説する好適な製造工程
（および、おそらく他の適用可能な製造方法）によれ
ば、完成した金属珪窒酸化物抵抗体８６内には、検出可
能な量の多数の金属不純物が存在してもよい、というこ
とも注意すべきである。このような金属不純物は、実際
にどの金属が最終製品に含まれるように意図されている
かにかかわらず、例えば、イットリウム（Ｙ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはそれら
を組み合わせたものを含んでもよい。このような不純物
金属は、総量でも完成した構造のごくわずかの部分しか
占めない（このような不純物の添加を、当該実施形態に
おいて意図していない場合を仮定）。不純物としては、
通常、抵抗体構造全体の約１−３重量％またはそれより
も少ししか含まれず（もし存在するならば）、上述の望
ましい特性に悪影響を与えることはなく、場合によって
は利点となることがある。このような不純物は、デポジ
ット方法に応じて、存在することもしないこともある。

【０１０６】本発明の金属珪窒酸化物抵抗体は、サーマ
ルインクジェットプリントヘッドにおいて用いる新規な
インク吐出システムを構成する。上述のように、これら
は、上に挙げた多数の重要な進歩を特徴とする。最も重
要な要因の１つは、タンタルとアルミニウムとの混合物
（ＴａＡｌ）や窒化タンタル（Ｔａ₂Ｎ）でできた抵抗
体を含む従来技術の材料と比較して、バルク抵抗率が比
較的高くなる、ということである。「バルク抵抗率」
（または、より簡単に「抵抗率」）という用語は、本明
細書においては従来の定義どおりであり、「ＣＲＣ化学
及び物理ハンドブック、５５版（CRC Handbook of Chem
istry and Physics,55th ed.）」,Chemical Rubber Pub
lishing Company / CRC Press,Cleveland、Ohio,（１９
７４−１９７５），ｐ．Ｆ−１０８において示されてい
るように、「１立方センチメートルの物質を電気が通る
ときの抵抗値に相当し、諸物質の抵抗率の指標となる比
例係数」を含むものとする。一般に、バルク抵抗率ρ
は、次式に従って決まるものとする。 ρ＝Ｒ・（Ａ／Ｌ） ただし、Ｒは当該材料の抵抗、Ａは抵抗体の断面積、そ
してＬは抵抗体の長さである。

【０１０７】また、バルク抵抗率の値は通常、マイクロ
オーム−センチメートルすなわち「μΩ−ｃｍ」で表
す。上述のように、様々な理由から、サーマルインクジ
ェット印字ユニットにおいて用いる抵抗体構造において
はバルク抵抗率が高い値であることが望ましい。その理
由としては、例えば、そのような特性を有する構造は、
従来技術の抵抗化合物と比較して高レベルの電気的およ
び熱的効率を提供することができる、ことが含まれる。
例示した実施形態、一般的な物理特性パラメータ、組成
式、及びその他の上述の情報によれば、本発明に用いる
金属珪窒酸化物材料およびそれから作られる抵抗体の好
適なバルク抵抗率の値は、１４００−３００００μΩ−
ｃｍ（最適値は３０００−１００００μΩ−ｃｍ）であ
る。しかし、本発明は本明細書において挙げる代表的な
値に限定されないものとする。比較の目的のために、大
きさ、形状、および寸法の特徴が本発明のものと同等な
ＴａＡｌおよび／またはＴａ₂Ｎの組成物およびそれか
ら作られる抵抗体の代表的なバルク抵抗率の値を示す
と、それらは、２００−２５０μΩ−ｃｍである。これ
らの数字は、本発明に用いる抵抗体の上述の値よりもか
なり低い。この点で、本発明の利点は明白であり、容易
に理解いできるものであるが、このような利点について
以下で更に説明する。

【０１０８】１種または複数種の金属珪窒酸化物材料か
ら作られる抵抗体素子は、図１に概略的に示す「正方
形」タイプの構造、および前述の「スプリット」または
「蛇状」構造に限定されることなく、いろいろの形状、
大きさ、等で設計してもよい。従って、本発明は、「特
定の抵抗体構成向け」とみなすべきものではない。本明
細書において説明する特別の金属珪窒酸化物の式を用い
て作るそれぞれの抵抗体８６全体の厚さ「Ｔ₁」に関し
て、この目的のために限定なしに多数の異なる厚さの値
を用いてもよい。抵抗体素子８６ｂに関するいかなる所
与の厚さの値の選択も、ルーチンの予備パイロット試験
をベースにしており、用いられているプリントヘッドの
所望の大きさ／タイプ、用いるよう選択する金属珪窒酸
化物（単数または複数）、等を含む、多数の要因が含ま
れる。しかし、代表的で好適な実施形態において、それ
ぞれの抵抗体８６（および最初の抵抗層２１０）の厚さ
「Ｔ ₁」（図４）は３００−４０００Å（最適値は５０
０−２０００Å）である。本発明において用いる抵抗体
８６の他の大きさの特性は、節「Ａ」および「Ｂ」にお
いて上述したものと同じである。同様に、以下に説明し
添付の図面に示すように、本抵抗体はそれぞれ、最適に
は、オリフィスを含む材料層（例えば、オリフィス板１
０４）の少なくとも１つの開口部１０８と部分的にまた
は（好ましくは）完全に軸方向に整列（例えば「整
合」）し、高速かつ正確で効果的なインクジェット印字
を行えるようになっている。この関係を図４に示し、抵
抗体８６の長さ方向の中心軸「Ａ」が、オリフィス板１
０４を貫くオリフィス１０８の長さ方向の中心軸
「Ａ₁」と略完全に軸方向に整列し、同一の広がりを持
っている。この好適な構造的設計によれば、抵抗体８６
が吐出するインク材料は、オリフィス１０８を上向きお
よび外向きに通り、最終的に所望の印字媒体材料１５０
に送出される。

【０１０９】最後に、本発明は、金属珪窒酸化物を含む
抵抗層２１０およびそれから作られる抵抗体８６を製造
するいかなる特定の方法にも限定されないものとする。
しかし、スパッタリング技術を用いて最初に抵抗材料を
支持構造２０８（上で規定）に施すことが、非限定的な
方法で好ましい。これについての一般的な説明は、ディ
ー．エリオット（Elliott,D.J.）著,「集積回路の製造
技術（Integrated Circuit Fabrication Technolog
y）」,McGraw-Hill Book Company,New York(1982)(ISBN
No.0-07-019238-3)、３４６−３４７頁に記載されてい
る。例として、本発明の金属珪窒酸化物の組成物は、以
下の３つの基本的スパッタリング法に従って支持構造２
０８上に析出して抵抗層２１０／抵抗体８６を作ること
ができる。すなわち、（１）所望の金属珪窒酸化物材料
から作られた（例えば、本節において上に挙げたものを
含む選択した「ＭＳｉＯＮ」組成物でできた）単一のス
パッタリングのターゲットを用いる、（２）窒素および
酸素を含む混合気体（アルゴン／窒素／酸素（Ａｒ／Ｎ
₂／Ｏ₂）を組み合わせたもの）の存在下で、所望の金属
−シリコン（「ＭＳｉ」）組成物でできた反応的スパッ
タリング可能の２成分系合金のターゲットを用いる、ま
たは（３）窒素および酸素を含む混合気体（アルゴン／
窒素／酸素（Ａｒ／Ｎ₂／Ｏ₂）を組み合わせたもの）の
存在下で、それぞれ所望の金属（Ｍ）およびシリコン
（Ｓｉ）材料の２つの単体のターゲットを用いて反応性
共スパッタリング(co-sputtering)を行わせる、が挙げ
られる。

【０１１０】この工程において、多数の異なるスパッタ
リング装置を用いてもよい。このようなスパッタリング
装置は、以下の代表例を含むが、これらに限定されるも
のではない。（Ａ）島津製作所の子会社である英国ハン
プシャー州ハヴァントのノルディコ（Nordiko）社が販
売する装置（モデル番号「Ｎｏｒｄｉｋｏ９５５
０」）、および（Ｂ）東京電子（Tokyo Electronics）
社の子会社である米国アリゾナ州ギルバートのアリゾナ
東京電子（Tokyo Electron Arizona）社が販売する装置
（製品番号「Ｅｃｌｉｐｓｅ Ｍａｒｋ−ＩＶ」）。本
発明において用いられるこれらのおよび他のこれらと同
等のスパッタリング装置に対して用いられる反応条件
は、以下のとおりである（ルーチンの予備試験に従って
必要に応じて変更される）が、本発明はここに例示した
条件に限定されるものではない。すなわち、（ｉ）気体
圧力は２−４０ｍトール、（ｉｉ）スパッタリング雰囲
気中の気体は、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋ
ｒ）、酸素（Ｏ₂）、および／または窒素（Ｎ₂）である
が、選択する気体材料は、用いているスパッタリング法
によって決まる、（ｉｉｉ）ターゲット電力もまたルー
チンの予備実験によって決定されるターゲット全体の大
きさによって決まる、１００−５０００ワット（通常の
ターゲットの大きさは、約３−１３インチの範囲であ
る）、（ｉｖ）ターゲット−基板の間隔は１−６イン
チ、および（ｖ）電源のタイプは、ＲＦ、ＤＣ−パル
ス、またはＤＣのいずれでもよいなどがあげられる。

【０１１１】上述のスパッタリング技術は、これもま
た、多数の要因に従って必要に応じて変化することを理
解されたい。これらの要因は、作られている金属珪窒酸
化物の抵抗体のタイプや、その他外部の考慮すべき事柄
を含むが、これらに限定されない。同様の変化はまた、
通常は適当なターゲットメーカが行う所望のスパッタリ
ングターゲットの製造においても、可能である。例えば
ＷＳｉＯＮ組成物（すなわち、タングステン珪窒酸化物
材料）を用いる抵抗体システムに関して用いてもよい、
代表的な、しかし限定的でないスパッタリングターゲッ
トについて、次に説明する。単一のターゲットをスパッ
タリングする場合において（上述のスパッタリングのオ
プション（１）を参照）、タングステン単体（Ｗ）、窒
化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、および二酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂）の粉体の混合物から、効果的なターゲットを作るこ
とができる。しかし、ターゲット、スパッタリング法、
等を含む上述の情報、形態の例、及びその他のデータの
すべては限定するものではなく、ただ代表的な例であ
り、必要に応じて所望のとおり変更されるものである。

【０１１２】以上の諸情報の最後として、多数のオプシ
ョンの「安定化」段階を用いることによって、完成した
金属珪窒酸化物の抵抗体８６においても初期に起こりう
る抵抗の変化を制御したり、最小限にとどめたりするこ
とが可能なことを挙げておく。このような変化（もし起
こるならば）は通常、抵抗体８６を最初に電気エネルギ
ーで「発射」または「律動的に動かす」時に見られ、そ
の後抵抗体８６は安定する。安定性を改善することは抵
抗体の寿命が増大するので望ましいことである。抵抗体
の安定化の目的のために、多数の技術を用いてもよい
（オプションとして「必要に応じ」て）。その１つの方
法は、抵抗体８６／抵抗層２１０を、約８００−１００
０℃の温度まで加熱する、すなわち「アニール」するこ
とである。これは好ましくは、約１０秒から数分という
長さで代表される、ただしこれに限定されない時間（ル
ーチンの予備実験の試験を用いて決定することができ
る）の間行われる。加熱は、多数の従来技術の焼成装
置、ラピッドサーマルアニール装置、またはその他標準
的な加熱装置を用いて行ってもよい。代替の工程におい
て、抵抗体８６（初期製造後）は、安定化効果を有する
一連の高エネルギーパルスを受ける。限定的でない実施
形態において、これは通常、それぞれが考慮中の抵抗体
素子の「ターンオンエネルギー」よりも約２０−５００
％大きいエネルギーを有する、約１×１０²から１×１
０⁷パルスの電気エネルギーを、パルス幅約０．６−１
００μｓｅｃ（マイクロ秒）、パルス電圧約１０−１６
０ボルト、パルス電流約０．０３−０．２アンペア、パ
ルス周波数約５−１００ｋＨｚで、抵抗体素子（単数ま
たは複数）に与えることによって行われる。限定的でな
いが代表的な（例えば、好適な）例において、ターンオ
ンエネルギーが２．０μＪである３０μｍ×３０μｍの
３００Ωの金属珪窒酸化物の抵抗体について、典型的な
安定化パルス処理工程は、前述のターンオン値よりも８
０％大きいエネルギーレベル、４６．５ボルト、０．０
７７アンペア、パルス幅１μｓｅｃ、パルス周波数５０
ｋＨｚ、１×１０³パルスである。しかし、繰り返す
が、こういった数字は例示の目的のためのみに提供され
るものであり、ルーチンの予備パイロット試験を通じて
本発明の範囲内で変えてもよい。このようにして、抵抗
体の安定化が行われ、抵抗の不所望の変動が実質的に防
止される。本明細書において説明する抵抗体の安定化
は、典型的には、抵抗の変化を約１−２％またはそれよ
りも小さい最小限の値に低減する。しかし本発明は、い
かなる特定の安定化方法にも限定されないものとし、安
定化は、一般的概念として、本発明の新規な態様を構成
する（上に概説した特定の安定化方法と共に）。本節に
おいて説明する抵抗体の安定化が、本工程を実施する必
要はなく、その代わりに状態および材料の保証として用
いられる、ということに着目して欲しい。

【０１１３】また、別の実施形態では、従来技術の熱ま
たは化学的酸化／窒化方法を用いて金属−シリコン（Ｍ
Ｓｉ）薄膜を所望の金属珪窒酸化物製品に変換してもよ
い。最初の金属−シリコン薄膜は、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、減圧ＣＶＤ（Ｌ
ＰＣＶＤ）、スパッタリング、等を含む、多数の技術を
用いて支持構造２０８（上に規定）に施してもよい。こ
ういった方法は当業者には周知であり、繰り返すが、デ
ィー．エリオット（Elliott,D.J.）著,「集積回路の製
造技術（Integrated Circuit Fabrication Technolog
y）」,McGraw-HillBook Company,New York(1982)(ISBN
No.0-07-019238-3)の１−４０、４３−８５、１２５−
１４３、１６５−２２９、および２４５−２８６ページ
に説明されている。しかし前述のように、上記のスパッ
タリング法が好ましい。

【０１１４】サーマルインクジェット印字システムに金
属珪窒酸化物抵抗体を用いることによって、ＴａＡｌお
よびＴａ₂Ｎを含む従来技術の抵抗化合物と比較して、
多くの重要な利点が提供される。繰り返すが、こういっ
た利点には例えば以下のものがあるが、これらに限定さ
れない。（１）電流の要求量が低減し、その結果電気的
効率が改善される（本発明の抵抗体は、典型的には、電
流の要求量を、標準の抵抗化合物と比較して少なくとも
約７０％またはそれ以上低減する）。（２）特に基板す
なわち「ダイ」に関して、プリントヘッドの動作温度が
低くなる。（３）プリントヘッド内でのより好ましい温
度条件が一般的に促進される（これは、電流の要求量が
低減し、それに対応して、抵抗体に取り付けられた「相
互接続構造」からの電流をベースにした寄生熱損失が低
減する結果である）。（４）より低コスト、高電圧／低
電流の電源を用いることができる、等多数の経済的利点
がある。（５）プリントヘッドおよび抵抗体素子に関し
て全体として信頼性、安定性、および寿命のレベルが改
善される。（６）抵抗に課される絶対限界である、抵抗
体の「ホットスポット」を引き起こす可能性のある、加
熱効率の諸問題が回避される。（７）ＴａＡｌやＴａ₂
Ｎ等の従来技術の抵抗体材料と比較して、上に規定する
「バルク抵抗率」が高くなる。（８）上に挙げたように
動作温度が低下するので、所与のプリントヘッド内によ
り多くの抵抗体を配置することができる。（９）電気移
動における諸問題が低減する。（１０）一般的に、動作
性能が優れ、長期間になる。この点において、本発明
は、サーマルインクジェット技術において本質的な進歩
を表し、高度の動作効率、印字品質、および寿命に寄与
する。

【０１１５】Ｄ．新規なプリントヘッドを用いたインク
送出システムおよびそれに関連する製造方法 上に提供した情報に従って、熱的安定性および効率が高
度な類のないプリントヘッド８０が開示される。この構
造に関連する利点（本金属珪窒酸化物材料から作られる
新規な抵抗体８６によって提供される）については、こ
れより前の節において要約している。本明細書において
説明する構成要素に加えて、本発明はまた、（１）本プ
リントヘッドを用いて構成される「インク送出システ
ム」、および（２）上の節「Ａ」−「Ｃ」において挙げ
ている特別の材料および構造を用いるプリントヘッドを
製造する新規な方法、も包含するものとする。従って、
節「Ａ」−「Ｃ」におけるすべてのデータは、本節（節
「Ｄ」）にも適用される。

【０１１６】本発明のインク送出システムを製造するた
めに、本発明のプリントヘッドと動作可能に接続され液
通しているインク貯留容器が設けられる。「インク貯留
容器」という用語は、上に規定し、内部に供給インク
（インク組成物３２を含む）を保持するよう設計された
いかなるタイプのハウジング、タンク、またはその他の
構造も含むことができる。「インク貯留容器」、「イン
ク保管容器」、「ハウジング」、「チャンバ」、および
「タンク」という用語はすべて、機能的および構造的見
地から同等であるとみなすものとする。インク貯留容器
は、例えば、図１の自給式カートリッジ１０において用
いられるハウジング１２、または図２および図３の「オ
フ・アクシス」式システムに関連するハウジング１７２
を含むことができる。同様に、「動作可能に接続」とい
う表現は、図１に示すようにプリントヘッドが直接イン
ク貯留容器に取り付けられている、または図３に示すよ
うに「オフ・アクシス」の方法で離れてインク貯留容器
に接続された状態、を包含するものとする。繰り返す
が、図１に表すタイプの「搭載」システムの例は、Ｂａ
ｋｅｒ他への米国特許第４，７７１，２９５号において
提供されており、「オフ・アクシス」式インク送出ユニ
ットについては、本願の出願人による「内外フィルム層
で形成された二重袋を有するインク送出制御形インク貯
留システム（AN INK CONTAINMENT SYSTEM INCLUDING A
PLURAL-WALLED BAG FORMED OF INNER ANDOUTER FILM LA
YERS）」（Ｏｌｓｅｎ他）という名称の現在出願中の米
国特許出願第０８／８６９，４４６号（１９９７年６月
５日出願）、および「フリーインク滴のインクジェット
ペンの制御機構（REGULATOR FOR A FREE-INK INKJET PE
N）」（Ｈａｕｃｋ他）という名称の本願出願人により
出願中の米国特許出願第０８／８７３，６１２号（１９
９７年６月１１日出願）に記載されている。ここに引用
したこれらの出願および特許はすべて、本明細書に取り
入れられる。このような参考文献は、本プリントヘッド
（例えば、プリントヘッド８０または１９６）の適当な
インク貯留容器への「動作可能な接続」を説明しその裏
付けを与え、繰り返すが、節「Ａ」−「Ｃ」において挙
げたデータおよび利点は、その参照によって本節（節
「Ｄ」）に組み込まれる。このデータは、抵抗体８６／
抵抗層２１０に関連する代表的な金属珪窒酸化物構成材
料および数値パラメータを含む。また、本インク送出シ
ステムは更に、そこを貫く開口部（例えば、オリフィ
ス）を少なくとも１つ有する少なくとも１つの材料層を
更に含み、これは図４のプリントヘッド８０における抵
抗体８６／支持構造２０８の上方の所定位置に固定され
て、開口部が抵抗体８６と互いに部分的にまたは（好ま
しくは）完全に軸方向に整列（例えば「整合」）するよ
うになっている。繰り返すが、この開口部／オリフィス
は、インク材料がそこを貫いて通り、プリントヘッド８
０の外へ出るように設計されている。オリフィスを含む
材料層（例えば、オリフィス１０８を有するオリフィス
板１０４またはその他同等の構造）に関して用いること
ができる構造のタイプに関する更なる情報は、節「Ｂ」
において説明している。

【０１１７】本方法に関して、節「Ａ」−「Ｂ」におい
て説明した支持構造２０８が最初に設けられる。「支持
構造」という用語は前に規定しており、繰り返すが、基
板２０２単独、またはベース層２０６を含むがこれに限
定されない少なくとも１つの更なる材料層を有する基板
２０２を含んでもよい。次に、上で節「Ｂ」および
「Ｃ」において説明したように、抵抗体（単数または複
数）８６が支持構造２０８上に形成される。同様に、支
持構造２０８上に抵抗層２１０／抵抗体８６を「形成」
するということは、（１）抵抗層２１０／抵抗体８６を
基板２０２の上面２０４上に直接、間に入る材料層がな
い状態で固定する、または、（２）抵抗層２１０／抵抗
体８６を基板２０２が支持するが、１つまたは複数の中
間材料層（例えば、ベース層２０６およびその他）が基
板２０２と抵抗層２１０／抵抗体８６との間に設置され
た状態を包含する。この各状態は、同等であるとみな
し、本発明の特許請求の範囲内に包含されるものとす
る。抵抗層２１０は従来、システム内の抵抗体（図４に
示す抵抗体８６を含む）を作り出すすなわち「形成す
る」のに用いられており、この目的のために用いる各段
階については、上の節「Ｂ」および「Ｃ」において説明
されている。同様に、代替の実施形態において、抵抗体
８６の「形成」はまた、抵抗体８６を前もって製造し、
次に、接着剤、はんだ付け、等を含む化学的または物理
的手段を用いて支持構造２０８に固定された状態を含ん
でもよい。上述のように、抵抗層２１０（および、抵抗
体８６を含む、そこから作られる抵抗体素子）の厚さ
「Ｔ₁」は約３００−４０００Åであり、バルク抵抗率
は、約１４００−３００００μΩ−ｃｍである。繰り返
すが、金属珪窒酸化物の抵抗体８６の他の特性、特徴、
および利点は、節「Ｂ」および「Ｃ」において説明して
いる。

【０１１８】最後に、開口部を少なくとも１つ有する少
なくとも１つの材料層（例えば、代表的な限定的でない
実施形態における、オリフィス１０８を有するオリフィ
ス板１０４）が設けられ、その後プリントヘッド８０に
おける抵抗体８６（図４）の上方の所定位置に取り付け
られて、開口部／オリフィスが抵抗体８６と互いに部分
的にまたは（好ましくは）完全に軸方向に整列（例えば
整合）するようになっている。繰り返すが、この開口部
によって、関係するインク組成物がそこを貫通し、プリ
ントヘッド８０の外へ出る。本発明のこの態様を含む更
なるデータは、節「Ｂ」において説明している。

【０１１９】結論として、本発明は、多くの利点を特徴
とする新規なプリントヘッド構造を含む。こういった利
点は、上で詳細に説明し、サーマルインクジェット技術
において本質的な進歩を構成する。本発明の好適な実施
形態を本明細書において説明したが、当業者が本発明の
範囲内にある様々な変形を行ってもよく、これら変形が
本発明の範囲内にあることが予期される。例えば、本発
明は、本明細書において特に明言しない限り、上述の一
般的指針内のいかなる特定のインク送出システム、動作
パラメータ、数値、寸法、インク組成物、および構成要
素の向きにも限定されないものとする。従って、本発明
は、添付の特許請求の範囲によってのみ解釈されるもの
とする。

【０１２０】さらに、くりかえしになるが、本発明の範
囲を以下に明確化しておく。 （１）支持構造部材と、オンデマンド方式でインクを吐
出する、プリントヘッド内に配置され、少なくとも１つ
の金属珪窒酸化物の組成物から構成される抵抗体素子の
少なくとも一つのと、を含むことを特徴とするインク送
出プリントヘッド。 （２）金属珪窒酸化物の組成物が、一般式Ｍ_WＳｉ_XＯ_Y
Ｎ_Z（ただしＭは少なくとも１つの金属元素、Ｗは１３
〜５０の整数、Ｘは１８〜４０の整数、Ｙは４〜３５の
整数、およびＺは１０〜５０の整数）で表されることを
特徴とする上記（１）に記載のインク送出プリントヘッ
ド。 （３）該一般式中のＭが、タンタル、タングステン、ク
ロム、モリブデン、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、およびそれらの混合物からなる群から選択される少
なくとも１つの金属元素であることを特徴とする、上記
（２）に記載のインク送出プリントヘッド。 （４）支持構造部材、該部材を貫通する少なくとも一つ
の開口部を含む少なくとも１つの材料層、及び該支持構
造部材と該材料層との間に配置されてオンデマンド方式
でインクを吐出する、少なくとも１つの金属珪窒酸化物
の組成物から構成される少なくとも１つの抵抗体素子
（８６）からなるプリントヘッドと、該プリントヘッド
と動作可能に接続され、かつ液通しているインク貯留容
器と、から構成されていて、印字画像の生成に用いるこ
とを特徴とするインク送出システム。 （５）前記プリントヘッド内に設ける前記抵抗体素子に
用いる前記金属珪窒酸化物が、一般式Ｍ_WＳｉ_XＯ_YＮ
_Z（ただしＭは少なくとも１つの金属元素、Ｗは１３〜
５０の整数、Ｘは１８〜４０の整数、Ｙは４〜３５の整
数、およびＺは１０〜５０の整数）で表されることを特
徴とする、上記（４）に記載のインク送出システム。 （６）オンデマンド方式でインクを吐出する、少なくと
も１つの抵抗体素子を備えており、かつ該抵抗体素子が
少なくとも１つの金属珪窒酸化物の組成物から構成され
ているプリントヘッドと、前記抵抗体素子と液通状態で
行われる少なくとも１つのインク組成物の供給と、から
なり、印字画像の生成に用いることを特徴とするインク
送出システム。 （７）支持構造部材を設ける段階と、少なくとも１つの
金属珪窒酸化物から構成される少なくとも１つの抵抗体
素子を、前記支持構造部材上に形成する段階と、該部材
を貫通する少なくとも一つの開口部を含む少なくとも１
つの材料層を設ける段階と、前記プリントヘッドを作成
するために、前記開口部を含む前記材料層を、前記支持
構造および前記抵抗体素子の上方の所定位置に固定する
段階とを含むことを特徴とする、インク送出システムに
用いるプリントヘッドの製造方法。 （８）支持構造部材を設ける段階と、少なくとも１つの
金属珪窒酸化物からなる少なくとも１つの抵抗体素子
を、前記支持構造部材上に形成する段階と、抵抗の変動
を制御するために、前記抵抗体素子を安定化する段階
と、を含むことを特徴とする、インク送出システムに用
いるインク送出プリントヘッドの製造法。 （９）前記抵抗体素子を８００〜１０００℃に加熱して
前記抵抗体素子を安定化することを特徴とする、上記
（８）に記載のインク送出プリントヘッドの製造方法。 （１０）前記抵抗体素子の安定化が、パルス幅が０．６
〜１００μｓｅｃ、パルス周波数が５〜１００ｋＨｚ、
パルス電圧が１０〜１６０ボルト、及びパルス電流が
０．０３〜０．２アンペアである１×１０²〜１×１０⁷
パルスの電気エネルギーを前記抵抗体素子に印加するこ
とを特徴とする上記（８）に記載のインク送出プリント
ヘッドの製造方法。

【０１２１】

【発明の効果】新規な金属珪窒酸化物を発熱抵抗体とす
る本発明のサーマルインクジェット用のプリントヘッド
は、明細書中に示したように（１）消費電流の低減、
（２）プリントヘッドの動作温度の低下、（３）プリン
トヘッド内の渦電流による熱損失の低減、（４）電源装
置の低コスト化と、高電圧／低電流化、（５）プリント
ヘッドおよび抵抗体素子の信頼性、安定性、および寿命
のレベルの向上、（６）発熱抵抗体のホットスポットの
回避、（７）高いバルク抵抗率、（８）発熱抵抗体素子
の配置可能数の増加、（９）電気拡散損失の低減、及び
（１０）長期安定な動作性能、などにおいて優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成要素および方法と共に用いるのに
適した、インクカートリッジの形の代表的なインク送出
システムの、概略分解斜視図である。図１のインクカー
トリッジは、本発明のプリントヘッドに直接取り付けら
れたインク貯留容器を有し、「搭載」型供給インクが設
けられている。

【図２】同様に本発明のプリントヘッドに動作可能に接
続することができる、代替の「オフ・アクシス」式イン
ク送出システムに用いられる、インク貯留容器の概略斜
視図である。

【図３】図２のインク貯留容器の３−３線に沿った部分
断面図である。

【図４】図１の円で囲んだ領域の（組み立てたフォーマ
ットでの）４−４線に沿った概略拡大断面図である。こ
の図は、代表的なしかし限定的でない実施形態におけ
る、新規な抵抗体素子およびそれに関連する材料層を特
に参照して、本発明の構成要素を示したものである。

【符号の説明】

１２ インク貯留容器 ３２ インク ８０ プリントヘッド １０４ 材料層 １０８ 開口部 １７２ インク貯留容器 １９６ プリントヘッド ２０２ 支持構造 ２０８ 支持構造

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持構造部材と、 オンデマンド方式でインクを吐出する、プリントヘッド
   内に配置され、少なくとも１つの金属珪窒酸化物の組成
   物から構成される、少なくとも一つの抵抗体素子とを含
   むことを特徴とする、インク送出プリントヘッド。