JP2003145772A

JP2003145772A - インクジェットプリントヘッド及びその形成方法

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Publication number: JP2003145772A
Application number: JP2002315857A
Authority: JP
Inventors: Matthew D Giere; マシュー・ディ・ギア; Colin C Davis; コリン・シー・デイビス; James A Feinn; ジェームス・エー・フィーン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: EP1308285B1; US6746107B2; JP4465145B2; DE60203083D1; US20030081071A1; EP1308285A2; EP1308285A3; DE60203083T2

Abstract

(57)【要約】【課題】きわめて高いノズル実装密度のインクジェッ
トプリントヘッド及びその形成方法を提供する。【解決手段】インクジェットプリントヘッド５４０
は、液滴生成器５４１とインク供給チャネル５４６とを
含む。各液滴生成器５４１は、ノズル５１３と気化室５
４７とを有する。少なくとも１つのインク供給チャネル
５４６が、各気化室５４７に流体的に結合され、インク
供給スロット５４３に流体的に結合されている。薄膜構
造５４４が基板５４２によって支持され、インク供給チ
ャネル薄膜壁５４４ａが各インク供給チャネル５４６の
第１の部分の形を定める。基板５４２によって支持され
たオリフィス層５４５が、液滴生成器５４１内のノズル
５１３と気化室５４７の形を定める。オリフィス層５４
５のインク供給チャネルオリフィス層壁５４５ｂは、各
インク供給チャネル５４６の第２の部分の形を定める。

Description

【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
ェットプリントヘッドに関し、より詳細には、きわめて
高いノズル実装密度を有するインクジェットプリントヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット印刷システムは、
プリントヘッドと、該プリントヘッドに液体インクを供
給するインク供給源と、プリントヘッドを制御する電子
制御部とを含む。プリントヘッドは、インク滴を、複数
のオリフィスまたはノズルから、例えば用紙などのプリ
ント媒体に向けて射出してプリント媒体にプリントす
る。一般に、オリフィスは、１つまたは複数のアレイで
配列され、その結果、プリントヘッドとプリント媒体と
が互いに対して移動されるときに、オリフィスからイン
クを適切に順序付けして射出することによってプリント
媒体に文字や他の画像がプリントされる。

【０００３】一般に、プリントヘッドは、薄膜抵抗など
の小さな電気ヒータで気化室内にある少量のインクを急
速に加熱することによって、インク滴をノズルから射出
する。インクの加熱によって、インクが気化し、ノズル
から射出される。一般に、インクの１つのドットごと
に、通常はプリンタの処理電子回路の一部分として配置
されているリモートプリントヘッド制御部が、プリント
ヘッドの外部の電源からの電流の活動化を制御する。こ
の電流は、選択された薄膜抵抗に流され、対応して選択
された気化室内のインクを加熱する。本明細書におい
て、薄膜抵抗は、発射抵抗器(firing resistor)とも呼
ばれる。本明細書において、液滴生成器は、ノズル、気
化室および発射抵抗器を含むように参照される。

【０００４】プリントヘッドダイの所定の領域内に配置
されているノズルの数は、ノズル実装密度と呼ばれる。
現在のインクジェットプリントヘッド技術は、約２０ノ
ズル／平方ミリメートルというノズル実装密度を可能に
した。しかしながら、高いプリント解像度に対応し、ま
た１プリントヘッド当たりの液滴生成器の数を増やして
プリントヘッドの液滴生成率を改善できるようにするた
めに、より高いノズル実装密度が必要とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の理由および本明
細書の発明の実施の形態の欄においてより詳細に示した
理由のために、インクジェットプリントヘッド上のきわ
めて多数の液滴生成器を可能にしてきわめて高いノズル
実装密度を有するインクジェットプリントヘッドが必要
とされている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様は、
インク供給スロットが形成された基板を含むインクジェ
ットプリントヘッドを提供する。インクジェットプリン
トヘッドは、液滴生成器とインク供給チャネルとを含
む。各液滴生成器は、ノズルと気化室とを有する。少な
くとも１つのインク供給チャネルが、各気化室に流体的
に結合され、インク供給スロットに流体的に結合されて
いる。薄膜構造が、基板によって支持され、各インク供
給チャネルの第１の部分の形を定める。基板によって支
持されたオリフィス層が、液滴生成器内のノズルと気化
室の形を定める。オリフィス層は、各インク供給チャネ
ルの第２の部分の形を定める。

【０００７】

【発明の実施の形態】好ましい実施形態の以下の詳細な
説明において、その好ましい実施形態の一部であり、発
明を実施することができる明確な実施形態を示す添付図
面を参照する。この点に関して、「上」、「下」、
「前」、「後ろ」、「先」、「後」などの方向を表す用
語は、説明する図の向きに対して使用される。本発明の
インクジェットプリントヘッドアセンブリおよびそれに
関連する構成要素は、多くの異なる向きに位置決めする
ことができる。したがって、向きのある用語は、例示の
ために使用されるものであり、決してそれに制限するも
のではない。他の実施形態を利用することができ、本発
明の範囲から逸脱することなく構造的または論理的な変
更を行うことができることを理解されたい。したがっ
て、以下の詳細な説明は、制限の意味に解釈されるべき
でなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義
される。

【０００８】図１に、インクジェットプリントシステム
１０の一実施形態を示す。インクジェットプリントシス
テム１０は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ
１２、インク供給アセンブリ１４、取付けアセンブリ１
６、媒体搬送アセンブリ１８および電子制御部２０を含
む。少なくとも１つの電源２２が、インクジェットプリ
ントシステム１０の様々な電気構成要素に電力を提供す
る。インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２は、
複数のオリフィスまたはノズル１３からプリント媒体１
９に向かってインク滴を射出してプリント媒体１９にプ
リントする少なくとも１つのプリントヘッドまたはプリ
ントヘッドダイ４０を含む。プリント媒体１９は、紙、
カード用紙、透過原稿、マイラなど、任意のタイプの適
切なシート材料である。一般に、ノズル１３は、１つま
たは複数の列またはアレイに配列され、それにより、イ
ンクジェットプリントヘッドアセンブリ１２とプリント
媒体１９が互いに移動するときにノズル１３から適切な
順序のインクを射出することにより、プリント媒体１９
に文字、記号および／または他の図形または画像がプリ
ントされる。

【０００９】インク供給アセンブリ１４は、プリントヘ
ッドアセンブリ１２にインクを供給し、かつインクを蓄
えるリザーバ１５を含む。したがって、インクが、リザ
ーバ１５からインクジェットプリントヘッドアセンブリ
１２に流れる。インク供給アセンブリ１４とインクジェ
ットプリントヘッドアセンブリ１２は、一方向インク送
出システムまたは再循環インク送出システムのどちらで
も構成することもできる。一方向インク送出システムで
は、プリント中に実質的にインクジェットプリントヘッ
ドアセンブリ１２に供給される全てのインクが消費され
る。しかしながら、再循環インク送出システムでは、プ
リント中にプリントヘッドアセンブリ１２に供給された
インクの一部分だけが消費される。したがって、プリン
ト中に消費されないインクは、インク供給アセンブリ１
４に戻される。

【００１０】一実施形態において、インクジェットプリ
ントヘッドアセンブリ１２とインク供給アセンブリ１４
は、インクジェットカートリッジまたはペンに一緒に収
容される。もう一実施形態において、インク供給アセン
ブリ１４は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ
１２と分かれており、供給管などのインタフェース接続
によってインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２
に接続される。いずれの実施形態においても、インク供
給アセンブリ１４のリザーバ１５を取り外し、交換しか
つ／または補充することができる。一実施形態におい
て、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２とイ
ンク供給アセンブリ１４が、インクジェットカートリッ
ジに一緒に収容されている場合、リザーバ１５は、カー
トリッジ内に配置されたローカルリザーバとカートリッ
ジとは別に配置された大きいリザーバと含む。それによ
り、離れた大きい方のリザーバが、ローカルリザーバを
補充するはたらきをする。したがって、離れた大きい方
のリザーバおよび／またはローカルリザーバを取り外
し、交換しかつ／または補充することができる。

【００１１】取付けアセンブリ１６は、インクジェット
プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１
８に対して位置決めし、媒体搬送アセンブリ１８は、プ
リント媒体１９をインクジェットプリントヘッドアセン
ブリ１２に対して位置決めする。これにより、インクジ
ェットプリントヘッドアセンブリ１２とプリント媒体１
９との間の領域のノズル１３の近くにプリントゾーン１
７が画定される。一実施形態において、インクジェット
プリントヘッドアセンブリ１２は、走査型プリントヘッ
ドアセンブリである。したがって、取付けアセンブリ１
６は、プリント媒体１９を走査するためにインクジェッ
トプリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ
１８に対して移動させるキャリッジを含む。もう一実施
形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブ
リ１２は、非走査型プリントヘッドアセンブリである。
したがって、取付けアセンブリ１６は、インクジェット
プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１
８に対する規定位置に固定する。これにより、媒体搬送
アセンブリ１８は、プリント媒体１９をインクジェット
プリントヘッドアセンブリ１２に対して位置決めする。

【００１２】電子制御部またはプリンタ制御部２０は、
一般に、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１
２、取付けアセンブリ１６および媒体搬送アセンブリ１
８と通信するとともにそれらを制御するプロセッサ、フ
ァームウェア、その他のプリンタ電子回路を含む。電子
制御部２０は、コンピュータなどのホストシステムから
データ２１を受け取り、データ２１を一時的に記憶する
メモリを含む。データ２１は、一般に、電子的経路、赤
外線経路、光学的経路、その他の情報転送経路に沿って
インクジェットプリントシステム１０に送られる。デー
タ２１は、例えば、プリントする文書および／またはフ
ァイルを表す。したがって、データ２１は、インクジェ
ットプリントシステム１０のプリントジョブを構成し、
１つまたは複数のプリントジョブコマンドおよび／また
はコマンドパラメータを含む。

【００１３】一実施形態において、電子制御部２０は、
インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２のノズル
１３からのインク滴の射出を制御する。それにより、電
子制御部２０は、プリント媒体１９に、文字、記号およ
び／または他の図形または画像を構成する射出インク滴
のパターンを定義する。射出インク滴パターンは、プリ
ントジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータ
によって決定される。

【００１４】一実施形態において、インクジェットプリ
ントヘッドアセンブリ１２は、１つのプリントヘッド４
０を含む。もう一実施形態において、インクジェットプ
リントヘッドアセンブリ１２は、幅広アレイまたはマル
チヘッドのプリントヘッドアセンブリである。１つの幅
広アレイの実施形態において、インクジェットプリント
ヘッドアセンブリ１２は、プリントヘッドダイ４０を搬
送する担体を含み、プリントヘッドダイ４０と電子制御
部２０との間の電気通信を提供し、プリントヘッドダイ
４０とインク供給アセンブリ１４との間の流体連通を提
供する。

【００１５】図２に、プリントヘッドダイ４０の一実施
形態の一部分を概略的に示す。プリントヘッドダイ４０
は、プリント要素または液滴射出要素（すなわち、液滴
生成器）４１のアレイを含む。プリント要素４１は、イ
ンク供給スロット４３が形成された基板４２上に形成さ
れている。したがって、インク供給スロット４３は、プ
リント要素４１に液体インクを供給する。各プリント要
素４１は、薄膜構造４４、オリフィス層４５、および発
射抵抗器４８を含む。薄膜構造４４には、基板４２に形
成されたインク供給スロット４３と連通するインク供給
チャネル４６が形成されている。オリフィス層４５は、
前面４５ａと、該前面４５ａに形成されたノズル口１３
とを有する。また、オリフィス層４５には、ノズル口１
３と薄膜構造４４のインク供給チャネル４６とに連通す
るノズルチャンバまたは気化室４７が形成されている。
発射抵抗器４８は、ノズルチャンバ４７内に位置決めさ
れている。リード４９は、発射抵抗器４８を、選択され
た発射抵抗器に印加する電流を制御する回路に電気的に
結合している。

【００１６】プリント中に、インク供給チャネル４６を
介してインク供給スロット４３からノズルチャンバ４７
にインクが流れる。ノズル口１３は、発射抵抗器４８と
動作可能に関連付けられ、それにより、発射抵抗器４８
が通電されたときに、ノズルチャンバ４７内のインクの
液滴が、ノズル口１３を通って（例えば、発射抵抗器４
８の平面と垂直に）プリント媒体に向かって射出され
る。

【００１７】プリントヘッドダイ４０の実施例には、サ
ーマルプリントヘッド、圧電プリントヘッド、曲げ張力
(flex-tensional)プリントヘッド、または当技術分野に
おいて既知の他のタイプのインクジェット射出装置があ
る。一実施形態において、プリントヘッドダイ４０は、
完全に一体化されたサーマルインクジェットプリントヘ
ッドである。したがって、基板４２は、例えばシリコ
ン、ガラスまたは安定重合体からなり、薄膜構造４４
は、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、タンタ
ル、ポリシリコンガラス、他の適切な材料のうちの１つ
または複数のパッシベーション層または絶縁層からな
る。また、薄膜構造４４は、発射抵抗器４８およびリー
ド線４９の形を定める導電体層を含む。この導電体層
は、例えば、アルミニウム、金、タンタル、タンタルア
ルミニウム、他の金属や合金からなる。

【００１８】一実施形態において、オリフィス層４５
は、マサチューセッツ州ニュートンのＭｉｃｏｒ−Ｃｈ
ｅｍ社から販売されているＳＵ８と呼ばれるスピンオン
エポキシを使用して作成される。オリフィス層４５をＳ
Ｕ８や他の重合体で作成する技術の例は、参照により本
明細に組み込まれた米国特許第６，１６２，５８９号に
詳しく説明されている。一実施形態において、オリフィ
ス層４５は、障壁層（例えば、ドライフィルムフォトレ
ジスト障壁層）および該障壁層の外側面に形成された金
属オリフィス層（例えば、ニッケル／金オリフィス板）
と呼ばれる別個の２つの層からなる。

【００１９】プリントヘッドアセンブリ１２は、任意の
適切な数Ｐのプリントヘッド４０を含むことができ、こ
こで、Ｐは少なくとも１である。プリント動作を行う前
に、データをプリントヘッド４０に送らなければならな
い。データは、例えば、プリントヘッド４０用のプリン
トデータと非プリントデータを含む。プリントデータに
は、例えば、ビットマッププリントデータなどの画素情
報を含むノズルデータがある。非プリントデータには、
例えば、コマンド／状況（ＣＳ）データ、クロックデー
タおよび／または同期データがある。ＣＳデータの状況
データには、例えば、プリントヘッドの温度または位
置、プリントヘッド解像度および／またはエラー通知が
ある。

【００２０】図３に、プリントヘッド４０の一実施形態
をブロック図の形で概略的に示す。プリントヘッド４０
は、基本要素５０にグループ分けされた複数の発射抵抗
器４８を含む。図３に示したように、プリントヘッド４
０は、Ｎ個の基本要素５０を含む。所定の基本要素にグ
ループ分けされる発射抵抗器４８の数は、基本要素によ
って異なってもよく、プリントヘッド４０内のそれぞれ
の基本要素に同じでもよい。それぞれの発射抵抗器４８
は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの関連したス
イッチ素子５２を有する。１つの電源線が、各基本要素
５０内の各抵抗器の各ＦＥＴ５２のソースまたはドレイ
ンに電力を提供する。基本要素５０内の各ＦＥＴ５２
は、ＦＥＴ５２のゲートに結合され個別に通電可能なア
ドレス線によって制御される。各アドレス線は、複数の
基本要素５０によって共用される。アドレス線は、所定
の時間に１つのＦＥＴ５２だけをオンにし、それにより
所定の時間に１つの発射抵抗器４８だけに電流を流し、
それに対応する選択された気化室内のインクを加熱する
ように制御される。

【００２１】図３に示した実施形態において、プリント
ヘッド４０内に、基本要素５０は、１列に基本要素がＮ
／２個ずつ２列に配列される。しかしながら、プリント
ヘッド４０の他の実施形態は、他の多くの適切な実施形
態で配列された基本要素を有する。後で図６を参照し
て、きわめて高いノズル実装密度を可能にする基本要素
の構成の例を説明する。

【００２２】図４に、プリントヘッドダイ１４０の一実
施形態の一部分を断面斜視図で示す。プリントヘッドダ
イ１４０は、液滴射出要素または液滴生成器１４１のア
レイを含む。液滴生成器１４１は、インク供給スロット
１４３が形成された基板１４２上に形成されている。イ
ンク供給スロット１４３は、液滴生成器１４１にインク
を供給する。プリントヘッドダイ１４０は、基板１４２
の上に薄膜構造１４４を含む。プリントヘッドダイ１４
０は、薄膜構造１４４の上にオリフィス層１４５を含
む。

【００２３】各液滴生成器１４１は、ノズル１１３、気
化室１４７および発射抵抗器１４８を含む。薄膜構造１
４４には、基板１４２に形成されたインク供給スロット
１４３と連通するインク供給チャネル１４６が形成され
ている。オリフィス層１４５には、ノズル１１３が形成
されている。また、オリフィス層１４５には、薄膜構造
１４４に形成されたノズル１１３およびインク供給チャ
ネル１４６と連通する気化室１４７が形成されている。
発射抵抗器１４８は、気化室１４７内に配置されてい
る。リード線１４９は、発射抵抗器１４８を、選択され
た発射抵抗器に印加する電流を制御する回路に電気的に
結合している。

【００２４】プリント中、インク３０は、インク供給チ
ャネル１４６によってインク供給スロット１４３からノ
ズル室１４７に流れる。各ノズル１１３は、対応する発
射抵抗器１４８と動作的に関連付けられ、それにより、
選択された発射抵抗器１４８が通電されたときに、気化
室１４７内のインク滴が、選択されたノズル１１３から
（例えば、対応する発射抵抗器１４８の平面に垂直に）
プリント媒体に向かって射出される。

【００２５】プリントヘッド１４０の例は、一般に、多
数の液滴生成器１４１（例えば、４００個以上の液滴生
成器）を含む。プリントヘッド１４０の一実施形態の例
は、プリントヘッド１４０がきわめて高い液滴生成速度
でインク滴を射出することを可能にするきわめて高いノ
ズル実装密度を有する。例えば、プリントヘッド１４０
の一実施形態の例は、約１２．７ミリメートル（約１／
２インチ）であり、ずれた４つのノズル列を含み、この
各列は、１つのプリントヘッド１４０当たり合計１，２
１６個のノズルになるように３０４個のノズルを含む。
もう一実施形態の例において、各プリントヘッド１４０
は、長さが約２５．４ミリメートル（約１インチ）で、
ずれた４つのノズル１１３の列を含み、各列は、１つの
プリントヘッド当たり合計２，１１２個になるように５
２８個のノズルを含む。これらの両方の実施形態の例に
おいて、各列のノズル１１３は、６００ｄｐｉ（ドット
／インチ）のピッチを有し、列は、４列すべてを使用し
て２４００ｄｐｉのプリント解像度を実現するようにず
らされている。プリントヘッド１４０のそのような実施
形態は、ノズル列の方向に２４００ｄｐｉのシングルパ
ス解像度でプリントし、複数パスでより高い解像度でプ
リントすることができる。また、プリントヘッド１４０
の走査方向に、より高い解像度でプリントすることがで
きる。

【００２６】薄膜構造１４４は、本明細書において、薄
膜メンブレン１４４とも呼ばれる。４つのずれたノズル
列を含む一実施形態の例において、２つの列が、ひとつ
の薄膜メンブレン１４４に形成され、２つの列が、別の
薄膜メンブレン１４４に形成される。

【００２７】図５に、プリントヘッド１４０の下側から
見た斜視図を概略的に示す。図５に示したように、単一
のインク供給スロット１４３が、２列のインク供給チャ
ネル１４６へのアクセスを提供する。一実施形態におい
て、各インク供給チャネル１４６のサイズは、ノズル１
１３のサイズより小さく、それにより、インク３０内の
粒子は、インク供給チャネル１４６によってろ過され、
ノズル１１３を詰まらせることがない。複数のインク供
給チャネル１４６が、それぞれの気化室１４７にインク
３０を供給するので、インク供給チャネル１４６が詰ま
っても気化室１４７の充填速度にはほとんど影響がな
い。したがって、一実施形態において、インク気化室１
４７よりもインク供給チャネル１４６の方が数が多い。

【００２８】インク供給スロット１４３が均一であるた
め、ノズル１１３をインク供給スロットの比較的近くに
形成することができる。図４および図５に示した一実施
形態において、インク供給スロット１４３は、シリコン
基板１４２をウェットエッチングすることによりシリコ
ン基板１４２に形成される。図４および図５に示してい
ないもう一実施形態において、インク供給スロット１４
３は、シリコン基板１４２をドライエッチングすること
により基板１４２に形成され、そのような類似のドライ
エッチングした実施形態を図９ないし図１１に示す。ウ
ェットエッチングは、シリコン結晶面間の選択性に依存
し、一般にシリコン基板１４２の底面から約５４度の角
度のシリコン結晶面に従い、それによりインク供給スロ
ット１４３内に約５４度のトレンチ壁が形成される。こ
れと対照的に、ドライエッチングは、シリコン結晶面間
の選択性に依存せず、したがって、特定のシリコン結晶
面に従わず、それにより、ドライエッチングでインク供
給スロット１４３内に実質的に直線のトレンチ壁を形成
することができる。一実施形態の例において、ドライエ
ッチングは、インク供給スロット１４３内にシリコン基
板１４２の底面から約８５度のトレンチ壁を形成する。

【００２９】したがって、ドライエッチングは、シリコ
ン結晶面間の選択性に依存しないので、ドライエッチン
グは、インク供給スロット１４３を作成するのに必要な
面積が少なく、インク供給スロットを比較的近くに配置
し、かつ幅を比較的狭くする（例えば、８０マイクロメ
ートル以下）ことができるので、きわめて高いノズル実
装密度プリントヘッドが可能になる。さらに、ウェット
エッチングプロセスの例は、インク供給スロット１４３
を形成するのに約１０時間かかり、これは、オリフィス
層１４５と薄膜構造１４４との間の付着力を実質的に低
下させる可能性がある。これと対照的に、ドライエッチ
ングプロセスの例は、インク供給スロット１４３を形成
するのに約３時間かかり、これは、オリフィス層１４５
と薄膜構造１４４との間の付着力を実質的にほとんど低
下させない。この結果、ドライエッチングによって、き
わめて高いノズル実装密度プリントヘッドの歩留まりを
高めることができる。

【００３０】インク供給スロットを形成する代表的なイ
ンク供給スロットエッチングプロセスは、本質的に高精
度で制御することは困難である。一般に、インク供給ス
ロットの端から端までの最小距離が大きいほど、製造性
と歩留まりを高めるためのプロセスの余裕が大きくな
る。さらに、抵抗器が過熱しないように薄膜抵抗の下に
基板から十分なシリコンがあるようにするために、イン
ク供給スロットのエッチング中に、薄膜抵抗器を切り取
ってはならない。

【００３１】図６に、プリントヘッドダイ２４０の一実
施形態の一部分を図形で示す。プリントヘッドダイ２４
０は、単一のプリントヘッドダイ基板２４２上に形成さ
れた２つの薄膜メンブレン２４４ａ、２４４ｂを含む。
ノズル列２５４ａ、２５４ｂが、薄膜メンブレン２４４
ａ上に形成されている。ノズル列２５４ｃ、２５４ｄ
は、薄膜メンブレン２４４ｂ上に形成されている。きわ
めて高いノズル密度を可能にするために、ノズル列２５
４ａ〜２５４ｄは、ずらされている。一実施形態の例に
おいて、ノズル例２５４ａ〜２５４ｄは、２４００ｎｐ
ｉ（ノズル／インチ）の４つのノズル列内のすべてのノ
ズルのノズル間隔を作るために縦方向にずらされてい
る。

【００３２】各ノズル列２５４は、Ｎ／４個の基本要素
２５０を含むが、図６に、各列２５４の１つの基本要素
２５０だけを示す（例えば、ノズル列２５４ａが基本要
素２５０ａを含み、ノズル列２５４ｂが基本要素２５０
ｂを含み、ノズル列２５４ｃが基本要素２５０ｃを含
み、ノズル列２５４ｄが基本要素２５０ｄを含む）。そ
れぞれのノズル列２５４にＮ／４個の基本要素２５０が
あるため、プリントヘッドダイ２４０にはＮ個の基本要
素がある。一実施形態の例において、Ｎが１７６のと
き、１つのノズル列２５４当たり４４個の基本要素があ
り、各薄膜メンブレン２４４ａ、２４４ｂに８８個の基
本要素があり、プリントヘッドダイ２４０に１７６個の
基本要素がある。

【００３３】ノズルアドレスは、Ｍ個のアドレス値を有
する。各基本要素２５０は、Ｍ’個のノズル２１３を含
み、ここで、Ｍ’は、最大Ｍであり、Ｍ’は、基本要素
によって異なる可能性がある。示した実施形態におい
て、各基本要素２５０は、１２個のノズルを含む。した
がって、基本要素２５０内の１２個すべてのノズルをア
ドレス指定するには１２個のノズルアドレス値が必要で
ある。ノズルアドレスは、ノズルをすべて発射すること
ができかつ所定の時間に基本要素２５０内の１つのノズ
ルだけを発射できるようにノズル発射順序を制御するた
めに、Ｍ個すべてのノズルアドレス値に循環される。

【００３４】例示的なプリントヘッドダイ２４０の例示
的なノズルレイアウトは、合計Ｎ／Ｍ＝１７６／１２＝
約１４．７の基本要素対アドレス比を有する。さらに、
各ノズル列２５４は、４４×１２ノズル＝５２８ノズル
を含み、その結果、プリントヘッドダイ２４０のノズル
の合計は４×５２８＝２，１１２個になる。２００１年
６月６日に出願された「ＰＲＩＮＴＨＥＡＤＷＩＴＨ
ＨＩＧＨＮＯＺＺＬＥＰＡＣＫＩＮＧＤＥＮＳ
ＩＴＹ」と題する米国特許出願番号０９／８７６，４７
０号に開示されているようなもう一実施形態の例におい
て、各ノズル列は、合計１５２個の基本要素の場合は３
８個の基本要素を含み、各基本要素は、各ノズル列内の
合計３０４個のノズルの場合は８個のノズルと、１つの
プリントヘッド当たり合計１，２１６個のノズルを含
む。この第２の実施形態の例において、すべてのノズル
をアドレス指定するためには８個のアドレスが必要であ
り、その結果、プリントヘッドダイの基本要素対アドレ
ス比はＮ／Ｍ＝１５２／８＝１９になる。このような例
示的なプリントヘッドノズルレイアウトによって達成さ
れるノズル実装密度はきわめて高いので、そのような高
い基本要素対アドレス比により、きわめて高い液滴生成
速度が可能になる。

【００３５】図６において、プリントヘッドダイ２４０
のノズルレイアウトは、実寸で示されておらず、むし
ろ、４つのノズル列２５４がどのように互いにずらさ
れ、スキップパターンがどのように動作するかが示され
ている。プリントヘッド２４０の他の実施形態は、他の
適切な数の互いにずれたノズル列２５４（例えば、２、
６、８など）を有する。各ノズル列２５４は、実施形態
の例において、約２１．２マイクロメートル（１／１２
００インチ）の横またはＸ軸方向の距離矢印Ｄ２で示さ
れた幅寸法を有する。各基本要素内の１２個のノズル
は、Ｘ軸方向に互いにずらされて配置されている。基本
要素２５０内の食違いの合計は、距離矢印Ｄ３で表さ
れ、これは、実施形態の例では、約１９．４マイクロメ
ートルである。矢印Ｄ３で表された基本要素２５０内の
食違いの合計は、最も内側の発射抵抗器から最も外側の
発射抵抗器まで測定され、走査軸の食違いの合計とも呼
ばれる。例えば、基本要素２５０ａにおいて、走査軸の
食違いの合計は、Ｘ軸方向に発射抵抗器４から発射抵抗
器３２まで測定される。走査軸に沿って、水平解像度
は、物理的なノズル位置ではなく、キャリッジ速度と発
射周波数（例えば、走査軸方向の２４００ｄｐｉの解像
度は、２０ｉｐｓ（インチ／秒）のキャリッジ速度と４
８ｋＨｚの発射周波数によって達成することができる）
によって決定される。例えば、距離Ｄ２が約２１．２マ
イクロメートル（１／１２００インチ）のときは、１２
００ｄｐｉのプリントに最適である。

【００３６】図６においてノズルの配置を表すそれぞれ
の図式のセルは、例示的な実施形態において約１０．６
マイクロメートル（１／２４００インチ）の、縦（Ｙ）
軸方向の矢印Ｄ１で表された距離を有する。それぞれの
図のセルは、横（Ｘ）軸方向に実寸で示されていない。
ノズル列２５４ａのノズルは、薄膜メンブレン２４４ａ
上のノズル列２５４ｂのノズルに対して約２１．２マイ
クロメートル（１／１２００インチ）だけＹ軸方向にず
らされている。同様に、ノズル列２５４ｃのノズルは、
薄膜メンブレン２４４ｂ上のノズル列２５４ｄのノズル
に対してＹ軸方向に約２１．２マイクロメートル（１／
１２００インチ）だけずらされている。さらに、ノズル
列２５４ａ、２５４ｂのノズルは、ノズル列２５４ｃ、
２５４ｄのノズルから約１０．６マイクロメートル（１
／２４００インチ）だけＹ軸方向にずらされている。こ
の結果、Ｙ軸に沿った縦方向の基本要素の食違いパター
ンにより、４つのノズル列２５４ａ〜２５４ｄのすべて
のノズルにＹ軸方向に２４００ｎｐｉのノズル間隔がで
きる。

【００３７】２つの薄膜メンブレン２４４ａ、２４４ｂ
は、プリントヘッド２４０の基板２４２の中心軸（２５
５で示した）に対して配置される。インクは、左インク
供給スロット２４３ａと右インク供給スロット２４３ｂ
と呼ばれる基板２４２に形成された溝を介して液滴生成
器に供給される。そのようなインクスロットの物理構造
は、図４と図５において符号１４３で示され、前に説明
されている。ノズル列２５４ａ、２５４ｂの液滴生成器
には、線２５６ａに沿った中心を有する左インク供給ス
ロット２４３ａによってインクが供給される。ノズル列
２５４ｃ、２５４ｄの液滴生成器には、線２５６ｂに沿
った中心を有する右インク供給スロット２４３ｂからイ
ンクが供給される。矢印Ｄ４で表した距離は、基板２４
２の中心から各インク供給スロット２４３の中心までの
距離（すなわち、中心線２５５、２５６ａ間ならびに中
心線２５５と中心線２５６ｂとの間）が示される。プリ
ントヘッド２４０の実施形態の例において、距離Ｄ４
は、約８９９．６マイクロメートルである。各薄膜メン
ブレン２４４上の列間隔は、矢印Ｄ５で示され、インク
供給スロット２４３の左側の基本要素２５０の中心から
インク供給スロット２４３の右側の基本要素２５０の中
心までのＸ軸方向の水平距離を表す。一実施形態の例に
おいて、列間隔Ｄ５は、約１６９．３マイクロメートル
である。

【００３８】以上の距離Ｄ１〜Ｄ５はすべて、実施形態
によって異なり、特定のパラメータおよび設計選択に大
きく依存し、上記の例の値は、プリントヘッドダイ２４
０の１つの実施態様の例に適した値を表す。

【００３９】一実施形態の例において、列間距離Ｄ５は
約１６９．３マイクロメートル、Ｄ２で示されたノズル
列２５４の幅は約２１．２マイクロメートル（１／１２
００インチ）であり、ノズル列２５４ａ、インク供給ス
ロット２４３ａおよびノズル列２５４ｂの端から端まで
の合計の幅は、約１９０．５マイクロメートルである。
この実施形態において、縦のＹ軸方向の距離Ｄ１が、約
１０．６マイクロメートル（１／２４００インチ）であ
り、またノズル列２５４ａ内のノズルが、ノズル列２５
４ｂ内のノズルに対してＹ軸方向に約２１．２マイクロ
メートル（１／１２００インチ）だけずらされてる場
合、インク供給スロット２４３ａの領域を含むインク供
給スロット２４３ａに沿ったノズル列２５４ａ、２５４
ｂ内のノズルのノズル実装密度は、約２５０ノズル／平
方ミリメートルである。本明細書の従来の技術の節で考
察したように、従来のインクジェットプリントヘッド技
術は、この実施形態の例で達成されている約２５０ノズ
ル／平方ミリメートルと比べて、インク供給スロットの
領域を含む１つのインク供給スロットから供給されるノ
ズルのノズル実装密度は、わずか約２０ノズル／平方ミ
リメートルしか達成できなかった。

【００４０】図６に示したプリントヘッドダイ２４０の
実施形態において、基本要素２５０ｄは、基本要素１と
呼ばれ、抵抗器１、５、９、１３、１７、２１、２５、
２９、３３、３７、４１、４５を含む。基本要素２５０
ｂは、基本要素２と呼ばれ、抵抗器２、６、１０、１
４、１８、２２、２６、３０、３４、３８、４２、４６
を含む。基本要素２５０ｃは、基本要素３と呼ばれ、抵
抗器３、７、１１、１５、１９、２３、２７、３１、３
５、３９、４３、４７を含む。基本要素２５０ａは、基
本要素４と呼ばれ、抵抗器４、８、１２、１６、２０、
２４、２８、３２、３６、４０、４４、４８を含む。こ
の抵抗器の番号付けと基本要素の番号付けの例は、本明
細書において、閲覧者をプリントヘッドダイ２４０の上
の抵抗器１と対向させるノズル２１３によってプリント
ヘッドダイ２４０を表す基準の向き(standard orientat
ion)と呼ばれる。したがって、この基準の向きにおい
て、右インク供給スロット２４３ｂの隣りの基本要素２
５０に関して、右上の基本要素は基本要素１であり、左
上の基本要素は基本要素３であり、右下の基本要素は基
本要素１７３であり、左下の基本要素は基本要素１７５
である。左インク供給スロット２４３ａの隣りの基本要
素２５０に関して、右上の基本要素は基本要素２であ
り、左上の基本要素は基本要素４であり、右下の基本要
素は基本要素１７４であり、左下の基本要素は基本要素
１７６である。

【００４１】発射抵抗器の番号付けは、右インク供給ス
ロット２４３ｂの隣りの発射抵抗器の上の発射抵抗器は
抵抗器１であり、右インク供給スロット２４３ｂの隣り
の下の発射抵抗器は抵抗器２１１１である。左インク供
給スロット２４３ａの近くの発射抵抗器に関して、上の
発射抵抗器は抵抗器２であり、下の発射抵抗器は抵抗器
２１１２である。発射抵抗器は、Ｙ軸方向に約４２．３
マイクロメートル（１／６００インチ）の縦方向間隔
で、インク供給スロット２４３のそれぞれの端に配置さ
れている。前に考察したように、各インク供給スロット
２４３の左側の発射抵抗器は、同じインク供給スロット
２４３の右側の発射抵抗器から約２１．２マイクロメー
トル（１／１２００インチ）だけずれている。左インク
供給スロット２４３ａの隣りの発射抵抗器はすべて、右
インク供給スロット２４３ｂの隣りの発射抵抗器に対し
て約１０．６マイクロメートル（１／２４００インチ）
だけずれている。プリントヘッド２４０によるプリント
動作の例において、上から下にプリントされた縦の線に
おけるインクドットの位置は、インクドットを縦の線の
上のドット１から下のドット２１１２まで発射した発射
抵抗器の数に対応する。

【００４２】クロストークとは、隣り合ったノズル間の
望ましくない流体干渉のことを指す。図６に示した超高
密度ノズルレイアウトのいくつかの態様は、クロストー
クを高める。最初に、ノズル列２５４内のノズル２１３
は、ピッチ６００ｎｐｉなどの高密度ピッチで配置さ
れ、そのため、ノズル２１３は、以前のノズルレイアウ
トの設計よりも近接して配置される。さらに、例のヘッ
ド２４０は、プリントヘッドに合計２，１１２個のノズ
ルを有する実施形態において最大４８ｋＨｚ、プリント
ヘッド内に合計１，２１６個のノズルを有する実施形態
においては最大７２ｋＨｚなど、きわめて高い液滴生成
周波数で動作するように設計されている。ノズル実装密
度のきわめて高く発射周波数がきわめて高い例では、そ
れに対応して、インク流束とインク補給速度がきわめて
高い。図４、図５および図６に示したインク供給スロッ
ト１４３／２４３の設計は、液滴生成器のインク補給速
度を上げる。

【００４３】ノズル列は、一般に、異なるノズル列内の
ノズルが流体的に妨害しないように十分な距離だけ離さ
れているので、従来のインクジェットプリントヘッド
は、ノズル列内の隣りの位置に配置された隣り合ったノ
ズル間のクロストークを考慮するだけでよい。ノズル実
装密度がきわめて高いインクジェットプリントヘッド２
４０では、ノズル列２５４内と、薄膜メンブレン２４４
上の隣りのインク供給スロット２４３の反対側に配置さ
れたノズル列内の両方の隣り合ったノズル間にクロスト
ークが存在する可能性がある。例えば、ノズル列２５４
ａ、２５４ｂ内のノズル２１３は、これらのノズルが両
方とも左インク供給スロット２４３ａからインクを供給
されるため、クロストークの視点から、隣り合ったノズ
ルであると見なされる。さらに、ノズル列２５４ｃ、２
５４ｄのノズル２１３は、これらのノズルが両方とも右
インク供給スロット２４３ｂからインクを供給されるの
で、クロストークの視点からは隣り合ったノズルである
とみなされる。

【００４４】例のプリントヘッド２４０において実施す
ることができる特定のクロストーク回避機能の詳細な考
察は、「ＰＲＩＮＴＨＥＡＤＷＩＴＨＨＩＧＨＮ
ＯＺＺＬＥＰＡＣＫＩＮＧＤＥＮＳＩＴＹ」と題す
る前述の米国特許出願に詳細に考察されている。クロス
トーク回避機能の１つは、ノズル発射の時間的分離を最
大にするために、隣り合ったノズルを続けて発射しない
ようにインクジェットプリントヘッド２４０のノズル発
射順序を制御するアドレスシーケンス順序でスキップパ
ターンを使用することである。この時間的な改良の他
に、クロストークをさらに減少させるために、隣り合っ
たノズル間に延在する半島(peninsulas)を形成すること
によって流体的分離を達成することができる。プリント
ヘッド２４０に実施される任意の適切なクロストーク低
減機能は、液滴生成器への横方向の流れを実質的に減少
させないことが好ましい。インク供給スロット２４３の
長さ方向に実質的なインクの流れがある場合でも、例え
ば６００ｎｐｉ以上のきわめて高いノズル実装密度を有
し、１８ｋＨｚ以上の高い周波数で動作するプリントヘ
ッド２４０は、必要なきわめて高い補給速度を生成する
のに十分な横方向のインクの流れを維持する必要があ
る。

【００４５】適切なスキップ発射パターンの１つの例
は、ＳＫＩＰ４であり、この場合、基本要素内の５番目
ごとのノズルが順番に発射される。例えば、ＳＫＩＰ４
のシーケンスは、５番目ごとのノズルを発射して１−２
１−４１−１３−３３−５−２５−４５−１７−３７−
９−２９−１−２１−などを生成する基本要素２５０ｄ
内のノズル発射シーケンスを生成する。

【００４６】すべてのノズルを発射することができるが
所定の時間に基本要素内の１つのノズルだけが発射され
るようにノズル発射順序を制御するために、ノズルアド
レスは、Ｍ個のすべてのノズルアドレスに循環される。

【００４７】１つのタイプのプリントヘッドの例は、ノ
ズル発射順序を制御するために、各ノズルにアドレス生
成器とハードコードアドレスデコーダを含む。このタイ
プのプリントヘッドでは、ノズルの発射シーケンスは、
プリントヘッドダイ上の適切な金属層を変化させるだけ
で修正することができる。したがって、このタイプのプ
リントヘッドにおいて、新しいノズル発射順序が必要な
場合は、１つまたは複数のマスクを変化させてノズル発
射シーケンスを決める金属層を変化させることによっ
て、設定されたノズル発射シーケンスを修正することが
できる。

【００４８】一実施形態において、ノズルアドレスによ
るノズル発射順序の制御は、プリントヘッドのノズル発
射順序を変更するためにプログラムすることができるプ
ログラム式ノズル発射順序制御部を有するプリントヘッ
ド電子回路によってプログラムすることができ、それに
より、新しい発射順序が必要な場合に新しいマスクを生
成する必要がなくなる。プログラム式ノズル発射順序制
御部を備えたそのようなインクジェットプリントヘッド
は、２００１年３月２日に出願された「ＰＲＯＧＲＡＭ
ＭＡＢＬＥＮＯＺＺＬＥＦＩＲＩＮＧＯＲＤＥＲ
ＦＯＲＩＮＫＪＥＴＰＲＩＮＴＨＥＡＤＡＳＳ
ＥＭＢＬＹ」と題する米国特許出願番号０９／７９８，
３３０号に示されている。

【００４９】図７に、プリントヘッド３４０の一部分の
簡略化した模式的な平面図を概略的に示す。図７に示す
プリントヘッド３４０の一部分は、３つの液滴生成器３
４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを含む。液滴生成器３４１
ａ〜３４１ｃはそれぞれ、ノズル３１３ａと抵抗器３４
８ａ、ノズル３１３ｂと抵抗器３４８ｂ、およびノズル
３１３ｃと抵抗器３４８ｃを含む。内側縁３４３ａと外
側端３４３ｂとを有するインク供給スロット３４３は、
液滴生成器３４１ａ〜３４１ｃに液体インクを供給す
る。図７に示すプリントヘッド３４０の一部分は、イン
ク供給スロット３４３と連通するインク供給チャネル３
４６ａ、３４６ｂ、３４６ｃを含む。液滴生成器３４１
ａ〜３４１ｃは、縦方向の軸に対して互いにずれて配置
され、それによりインク供給スロット３４３の内側縁３
４３ａから異なる距離を有する。図７に示す実施形態の
例において、液滴生成器３４１ａが、インク供給スロッ
トの内側縁３４３ａから最も遠くに配置され、液滴生成
器３４１ｃが、内側縁３４３ａの最も近くに配置されて
いる。

【００５０】インク供給スロットの内側縁３４３ａから
の液滴生成器３４１ａ〜３４１ｃの距離が異なるため、
対応するインク供給チャネル３４６ａ〜３４６ｃから各
液滴生成器３４１ａ〜３４１ｃまでのインクの流れに差
が生じる可能性がある。インク供給チャネル３４６ａ〜
３４６ｃは、各液滴生成器３４１ａ〜３４１ｃからイン
ク供給スロットの内側縁３４３ａまでの異なる距離を相
殺するために異なる開口形状を有する。図７に示す簡略
化した実施形態の例において、液滴生成器３４１ａは、
インク供給スロットの内側縁３４３ａから最も遠い距離
に配置されており、これに対応して、インク供給スロッ
ト３４３の外側縁３４３ｂから縦方向の軸に対して垂直
に広がる開口形状の幅がインク供給チャネル３４６ｂ、
３４６ｃの開口形状の幅よりも広いインク供給チャネル
３４６ａからインクを供給される。液滴生成器３４１ｃ
は、インク供給スロットの内側縁３４３ａの最も近くに
配置されており、これに対応して、インク供給スロット
の外縁３４３ｂから縦方向の軸に対して垂直に広がる開
口形状の幅がインク供給チャネル３４６ａ、３４６ｂの
開口形状の幅よりも狭いインク供給チャネル３４６ｃか
らインクを供給される。インク供給チャネル３４６ａ〜
３４６ｃは、開口形状が異なっても、インク供給スロッ
ト３４３とインク供給チャネル３４６との間の流体圧力
低下を実質的に一定に維持するために、実質的に同じ断
面積を有することが好ましい。

【００５１】一実施形態において、縦方向にずらして配
置された液滴生成器の設計において液滴生成器３４１の
すべての気化室の補充速度を均一にするために、図６お
よび図７に示すように、インク供給チャネル３４６ａ〜
３４６ｃの前縁から、対応する発射抵抗器３４８ａ〜３
４８ｃの中心まであるいは対応するノズル３１３ａ〜３
１３ｃの中心までの、それぞれ矢印Ｄ６ａ〜Ｄ６ｃで表
された、インク経路長と呼ばれる距離は、プリントヘッ
ド３４０のすべての液滴生成器３４１に実質的に一定で
ある。一実施形態において、インク供給チャネル３４６
の断面積と矢印Ｄ６で表したインク経路長は両方とも、
プリントヘッド３４０内のすべてのインク供給チャネル
に関して一定に保たれる。

【００５２】一実施形態の例において、図７に示すよう
に、インク供給チャネル３４６ａ〜３４６ｃの後縁は、
インク供給チャネル３４６の製造性を高めるために、イ
ンク供給スロット３４３の外側縁３４３ｂから同じ水平
距離を有する。インク供給チャネル３４６が、インク供
給スロット３４３の中心から遠くなると、インク供給チ
ャネル３４６を形成するために使用されるエッチングの
浸食速度が実質的に遅くなり、それにより特定のインク
供給チャネルが開通しないことがある。

【００５３】図７に示すプリントヘッド３４０の前述の
設計の特徴は、図６に示すようにずらされたきわめて高
いノズル実装密度の設計に関して均一な補充速度を可能
にする。

【００５４】図８に、プリントヘッド４４０の一実施形
態の一部分を、簡略化した模式的な平面図で示す。プリ
ントヘッド４４０は、８つの対応するノズル４１３ａ〜
４１３ｈを有する８つの液滴生成器４４１ａ〜４４１ｈ
を持つ基本要素４５０を含む。示したプリントヘッド４
４０の実施形態において、基本要素４５０内の３つ目ご
とのノズル４１３を順々に発射する発射パターンＳＫＩ
Ｐ２は、ノズル発射順序を制御するために各ノズルに示
したように、アドレスデコーダ内にハードコード化され
ている。この実施形態の例において、ノズル４１３ａ〜
４１３ｈに対応する発射シーケンスはそれぞれ、６、
３、８、５、２、７、４および１である（すなわち、ノ
ズルが、４１３ｈ、４１３ｅ、４１３ｂ、４１３ｇ、４
１３ｄ、４１３ａ、４１３ｆおよび４１３ｃの順序で発
射される）。図８に示す発射シーケンスは、縦方向に対
してずらされたノズル配置に対応し、ノズル４１３は、
ノズル４１３ｈがインク供給スロット４４３から最も遠
く、ノズル４１３ｅ、４１３ｂ、４１３ｇ、４１３ｄ、
４１３ａおよび４１３ｆがインク供給スロット４４３に
徐々に近くなり、ノズル４１３ｃがインク供給スロット
４４３に最も近くなるように、発射シーケンスの順にイ
ンク供給スロット４４３に次第に近づくようにずらされ
ている。

【００５５】インク供給チャネル４４６ａ〜４４６ｈの
対は、ノズル４１３ａ〜４１３ｈに対応する。さらに、
インク供給スロット４４３から遠くにあるノズル４１３
ほど、大きい幅を有する対応するインク供給チャネル４
４６を有する。図７に関して前に説明したように、イン
ク供給スロット４４３に近いノズル４１３に対応するイ
ンク供給チャネル４４６ほど幅が徐々に小さくなる。図
７に関する前の説明と同じように、プリントヘッド４４
０内のインク供給チャネル４４６の各対は、インク供給
チャネルの前縁からノズルの中心までの距離（すなわ
ち、インク経路長）やインク供給チャネルの断面積な
ど、プリントヘッド４４０内のすべてのインク供給チャ
ネルに一定のパラメータを有することが好ましい。

【００５６】図８に示す実施形態において、プリントヘ
ッド４４０は、オリフィスまたは障壁層４４５を含み、
このオリフィスまたは障壁層４４５は、液滴生成器４４
１ａ〜４４１ｈを、インク供給経路を共用しているがプ
リントヘッド基板上の、残りの液滴生成器４４１から流
体的に分離された対になった液滴生成器にグループ分け
するように構成される。例えば、基本要素４５０におい
て、液滴生成器４４１ａと４４１ｂは、インク供給チャ
ネル４４６ａ、４４６ｂを共用する第１のサブグループ
にグループ分けされる。気化室４４７ａは、オリフィス
層４４５に形成されたインク供給経路４４５ａに流体的
に結合されており、インク供給経路４４５ａは、１対の
インク供給チャネル４４６ａによってインク供給スロッ
ト４４３に流体的に結合されている。同様に、気化室４
４７ｂは、オリフィス層４４５に形成されたインク供給
経路４４５ｂに流体的に結合されており、インク供給経
路４４５ｂは、１対のインク供給チャネル４４６ｂによ
ってインク供給スロット４４３に流体的に結合されてい
る。また、インク供給経路４４５ａ、４４５ｂは流体的
に結合されているが、他のインク供給経路４４５ｃ〜４
４５ｈおよびそれらと対応する気化室４４７ｃ〜４４７
ｈからは流体的に分離されている。同様に、気化室４４
７ｃ、４４７ｄはそれぞれ、インク供給経路４４５ｃ、
４４５ｄと流体的に結合されており、インク供給経路４
４５ｃ、４４５ｄは、互いに流体的に結合されている
が、他のインク流体経路４４５ａ〜４４５ｂ、４４５ｅ
〜４４５ｈからは流体的に分離されている。気化室４４
７ｅ、４４７ｆはそれぞれ、インク供給経路４４５ｅ、
４４５ｆに流体的に結合されており、インク供給経路４
４５ｅ、４４５ｆは、互いに流体的に結合されているが
他のインク流体経路４４５ａ〜４４５ｄ、４４５ｇ〜４
４５ｈから流体的に分離されている。気化室４４７ｇ、
４４７ｈはそれぞれ、インク供給経路４４５ｇ、４４５
ｈに流体的に結合されており、インク供給経路４４５
ｇ、４４５ｈは、互いに流体的に結合されているが他の
インク流体経路４４５から流体的に分離されている。

【００５７】実施形態の１つの例において、液滴生成器
４４１の流体的に分離されたサブグループのグループ分
けは、表層キャビティを薄膜層（図８に示していない）
の上のオリフィス層４４５に形成し、それにより表層キ
ャビティの形を定める側壁が、ノズルのサブグループお
よび共用インク供給チャネルを取り囲むようにすること
によって実行される。オリフィス層４４５に形成された
側壁は、液滴生成器４４１およびインク供給チャネル４
４６の所定のサブグループのまわりに延在する外周部を
有する。このようにして、各サブグループのノズルは、
プリントヘッド４４０の基板（図８には示していない）
の上の他のサブグループのノズルと流体的に分離され、
さらに基板の下面のインク供給スロット４４３と共通に
流体的に結合される。

【００５８】図８に示す実施形態において、各ノズル４
１３は、対応する対のインク供給チャネル４４６からイ
ンクを供給され、所定のサブグループ内の他のノズル４
１３に対応する対のインク供給チャネル４４６からもイ
ンクを供給することができる。したがって、特定のノズ
ルと関連したインク供給チャネル４４６が塞がることが
あるが、隣り合ったインク供給チャネルからインクを引
くことによってインクの補充が維持または補足されるの
で、流体的に結合されたノズル４１３は、粒子の目詰ま
りにある程度耐えることができ、ノズルが動作し続ける
ことができる。

【００５９】図８に示すプリントヘッド４４０の実施形
態において、オリフィス層４４５の流体的に結合された
液滴生成器４４１のサブグループは、対で配列されてい
る。他の実施形態において、液滴生成器は、３つ、４
つ、およびさらに多数のサブグループにグループ化され
る。実施形態によっては、すべてのサブグループに同じ
数のノズルがないこともある。

【００６０】液滴生成器４４１をサブグループに構成す
るもう１つの利点は、図６に示すような高ノズル実装密
度のプリントヘッドでのクロストークを実質的に減少さ
せることができることである。特定のサブグループに含
まれないグループ化されていないノズル４１３間の接続
だけがインク供給スロット４４３内を通り、特定のサブ
グループに含まれないノズルとの流体干渉の可能性が最
少にされる。任意の特定のサブグループ内のノズル４１
３間のクロストークは、サブグループ内の液滴生成器４
４１が実質的に発射しないスキップ発射パターンを利用
することによって最少化される（例えば、図８に示す発
射パターンＳＫＩＰ２は、サブグループ内のノズルを連
続的に発射させない）。

【００６１】本発明によるプリントヘッドのいくつかの
実施形態は、接続された気化室の番号を、縦方向のずれ
たパターンの関数として選択することによって、インク
供給経路の接続を最適化する。例えば、発射パターンＳ
ＫＩＰ０では、基本要素内の各ノズルが、連続的な順序
で発射され（すなわち、１−２−３−４−５−６−７−
８−１−２−など）、その結果、隣り合ったノズルが連
続的に発射され、連続的に発射する隣り合ったノズルを
流体的に分離することによってクロストークを減少させ
るためには、分離された気化室が必要になる。１つの最
適化方法において、連続的に発射するノズルを接続せず
に、できるだけ多くのノズルのインク供給経路を結合す
ることによって、設計の補充性能と耐粒子性を最大にす
ることができる。スキップパターンが均一なプリントヘ
ッド構成の場合、接続されるノズルの最大数は、連続し
た発射の間にスキップされるノズルの数に１を加えたも
のである。例えば、発射パターンＳＫＩＰ０の場合、接
続されるインク供給経路の最大数は１であり、発射パタ
ーンＳＫＩＰ２の場合、接続されるインク供給経路の最
大数は３であり、発射パターンＳＫＩＰ４の場合、接続
されるインク供給経路の最大数は５である。

【００６２】スキップパターンが不均一なプリントヘッ
ド構成の場合は、インク供給経路を最大限に共用しなが
ら連続発射するノズルを流体的に分離する不均一なスキ
ップパターンのために上記の最適化方法が使用される
が、場所によってはインク供給経路を共用するノズルの
数を減少させなければならないことがあるので、実施す
るのが複雑になる。

【００６３】図２、図４および図５に示すように、イン
ク供給チャネル４６、１４６はそれぞれ、薄膜層４４、
１４４によって全体的に境界が定められる。これらの実
施形態において、インク供給チャネル４６／１４６は、
薄膜層４４／１４４をエッチング（例えば、プラズマエ
ッチング）することによって形成される。一実施形態の
例では、単一のインク供給チャネルマスクが使用され、
もう一実施形態では、様々な薄膜層を形成するためにい
くつかのマスキングおよびエッチングステップが使用さ
れる。

【００６４】インク供給チャネル４６／１４６が、薄膜
層４４／１４４によって全体的に境界が定められた実施
形態において、インク供給チャネルは、小さくかつきわ
めて正確に配置されたインク供給チャネルを形成するこ
とができる薄膜パターン形成プロセスによって形成され
る。薄膜層４４／１４４内に境界が定められたそのよう
な小さくかつきわめて正確に配置されたインク供給チャ
ネル４６／１４６は、インク供給チャネルの流体直径
（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｉａｍｅｔｅｒ）と、インク
供給チャネルからそれと関連した発射抵抗器４８／１４
８までの距離の正確な調整を可能にする。本明細書にお
いて、インク供給チャネルの流体直径は、インク供給チ
ャネル開口の断面積とインク供給チャネルの壁によって
境界が定められた濡れ縁との比として定義される。イン
ク供給チャネルを、シリコン基板４２／１４２の形成に
使用するようなシリコンのエッチングによって形成して
も、インク供給チャネルをそのように正確に形成し正確
に配置することはできない。

【００６５】図９ないし図１１は、プリントヘッド５４
０の一実施形態の一部分を概略的に示し、ここで、図９
は平面図であり、図１０は、図９の線１０−１０に沿っ
て切断した断面側面図であり、図１１は、プリントヘッ
ド５４０の底面図である。プリントヘッド５４０は、液
滴射出要素または液滴生成器５４１を含む。液滴生成器
５４１は、インク供給スロット５４３が形成された基板
５４２に形成される。インク供給スロット５４３は、液
滴生成器５４１にインクを供給する。プリントヘッド５
４０は、基板５４２の上に薄膜構造５４４を含む。プリ
ントヘッド５４０は、薄膜構造５４４と基板５４２の上
にオリフィス層５４５を含む。

【００６６】各液滴生成器５４１は、ノズル５１３、気
化室５４７および発射抵抗器５４８を含む。

【００６７】薄膜構造５４４には、インク供給チャネル
５４６の第１の部分の形状を決めるインク供給チャネル
薄膜壁５４４ａが形成されている。オリフィス層５４５
には、ノズル５１３が形成されている。オリフィス層５
４５は、気化室５４７が形成され、気化室オリフィス層
壁５４５ａによって境界が定められている。気化室５４
７は、ノズル５１３およびインク供給チャネル５４６と
連通している。オリフィス層５４５は、インク供給チャ
ネル薄膜壁５４４ａによって境界が定められていないイ
ンク供給チャネル５４６の第２の部分の形を定めるイン
ク供給チャネルオリフィス層壁５４５ｂを含む。薄膜構
造５４４とオリフィス層５４５によって形成され、イン
ク供給チャネル薄膜壁５４４ａとインク供給チャネルオ
リフィス層壁５４５ｂによって境界が定められたインク
供給チャネル５４６は、基板５４２に形成されたインク
供給スロット５４３と連通している。

【００６８】発射抵抗器５４８は、気化室５４７内に位
置決めされる。リード線５４９は、発射抵抗器５４８
を、選択された発射抵抗器への電流の印加を制御する回
路に電気的に結合する。プリントの際、インクは、薄膜
構造５４４とオリフィス層５４５によって形成されたイ
ンク供給チャネル５４６を介して、インク供給スロット
５４３から気化室５４７に流れる。各ノズル５１３は、
対応する発射抵抗器５４８と動作的に関連付けられ、そ
れにより、選択された発射抵抗器５４８が通電されたと
き、気化室５４７内のインク滴が、選択されたノズル５
１３（例えば、対応する発射抵抗器５４８の平面と垂
直）を通ってプリント媒体に向かって射出される。

【００６９】本明細書において、薄膜構造５４４は、薄
膜メンブレン５４４とも呼ばれる。したがって、インク
供給チャネル５４６が薄膜メンブレン５４４およびオリ
フィス層５４５によって境界が定められるので、インク
供給チャネル５４６は、部分的にメンブレンで境界が定
められたインク供給チャネルと呼ばれる。一実施形態に
おいて、オリフィス層５４５は、マサチューセッツ州ニ
ュートンのＭｉｃｏｒ−Ｃｈｅｍ社から販売されている
ＳＵ８と呼ばれるスピンオンエポキシを使用して作成さ
れる。オリフィス層５４５が、ＳＵ８や類似の重合体か
ら形成されるとき、薄膜メンブレン５４４とオリフィス
層５４５から形成されたインク供給チャネル５４６は、
それぞれ薄膜層４４、１４４によって全体的に境界が定
められ、図２、図４および図５に示すインク供給チャネ
ル４６、１４６に関して前に説明したように、薄膜パタ
ーニングプロセスで全体的にインク供給チャネルを形成
することによって可能な場合よりも小さくかつ正確に配
置されたインク供給チャネルを形成することができる。
部分的薄膜メンブレン５４４ならびにＳＵ８または他の
重合体オリフィス層５４５内に境界が定められているそ
のようなさらに小さくかつ正確に配置されたインク供給
チャネル５４６により、インク供給チャネル５４６の流
体直径と、インク供給チャネルからそれに関連する発射
抵抗器５４８までの距離とをより正確に調整することが
できる。

【００７０】前述のきわめて高いノズル実装密度と、２
００１年１０月３１日に出願された「ＩＮＫＪＥＴＰ
ＲＩＮＴＨＥＡＤＡＳＳＥＭＢＬＹＨＡＶＩＮＧ
ＶＥＲＹＨＩＧＨＤＲＯＰＲＡＴＥＧＥＮＥＲ
ＡＴＩＯＮ」と題する米国特許出願番号０９／９９９，
３５５号に記載されているプリントヘッド電子回路は、
少なくとも４００個の液滴生成器と、基本要素対アドレ
ス比が少なくとも１０対１の高液滴生成器カウントプリ
ントヘッドを可能にする。基本要素対アドレス比が少な
くとも１０対１であれば、少なくとも２０ｋＨｚの動作
周波数が可能になり、少なくとも２０００万個／秒のイ
ンク滴を生成する能力を有する。

【００７１】図６に示すプリントヘッド２４０の実施形
態の例において、プリントヘッド２４０は、２１１２個
の液滴生成器を含み、最大４８ｋＨｚで動作することが
できる。もう一実施形態の例において、プリントヘッド
２４０は、１２１６個の液滴生成器を含み、最大７２ｋ
Ｈｚの周波数で動作することができる。最大約４８ｋＨ
ｚで動作する２１１２個の液滴生成器の実施形態におい
て、基本要素が１７６個あり、アドレス値が１２個ある
ので、基本要素とアドレスの合計数が１８８の場合に、
基本要素対アドレス比は、約１４．７になる。最大約７
２ｋＨｚで動作する１２１６個の液滴生成器の実施形態
では、基本要素が１５２個あり、アドレス値が８個ある
ので、基本要素とアドレスの合計数が１６０の場合に、
基本要素対アドレス比は約１９対１になる。

【００７２】本明細書において、好ましい実施形態を説
明するために特定の実施形態を示し説明したが、当業者
は、示し説明した特定の実施形態に、本発明の範囲から
逸脱することなく同じ目的を達成するように算出された
様々な代替および／または同等な実施態様を代用するこ
とができることを理解されよう。機械技術、化学技術、
電気機械技術、電気技術およびコンピュータ技術におけ
る技能を有する当業者は、本発明をきわめて様々な実施
形態で実施することができることを容易に理解されよ
う。本出願は、本明細書において考察した好ましい実施
形態の任意の適用または変形を含むように意図される。
したがって、本発明は、明らかに、特許請求の範囲およ
びその等価物によってのみ制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットプリントシステムの一実施形態
を示すブロック図である。

【図２】プリントヘッドダイの一実施形態の一部分を示
す拡大概略断面図である。

【図３】基本要素内にグループ化された発射抵抗器を有
するインクジェットプリントヘッドの一実施形態の一部
分を示すブロック図である。

【図４】プリントヘッドダイの一部分の一実施形態の断
面斜視図である。

【図５】図４のプリントヘッドダイの一実施形態を底面
から見た断面斜視図である。

【図６】きわめて高いノズル実装密度を有するプリント
ヘッドのプリントヘッドダイノズルと基本要素のレイア
ウトの図である。

【図７】プリントヘッドの一実施形態の一部分の簡略化
した概略平面図である。

【図８】プリントヘッドの一実施形態の一部分の簡略化
した概略平面図である。

【図９】プリントヘッドの一実施形態の一部分の拡大上
面概略図である。

【図１０】線１０−１０に沿って切断した図９のプリン
トヘッドの拡大概略断面図である。

【図１１】図９と図１０のプリントヘッドの拡大概略底
面図である。

【符号の説明】

５１３ノズル５４０プリントヘッド５４１液滴生成器５４２基板５４３インク供給スロット５４４薄膜構造５４５オリフィス層５４６インク供給チャネル５４７気化室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者コリン・シー・デイビスアメリカ合衆国オレゴン州97330，コーバリス，ノース・ウェスト・メンロ 1835 (72)発明者ジェームス・エー・フィーンアメリカ合衆国カリフォルニア州92127, サン・ディエゴ，タートルバック・レーン 11366 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF37 AF38 AG12 AG15 AG16 AG33 AG46 AP02 AP12 AP14 AP33 AP51 AQ02 AQ03 AQ06 BA04 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク供給スロットが形成された基板
と、ノズルおよび気化室をそれぞれに備える液滴生成器と、少なくとも１つが各気化室に流体的に結合されかつ前記
インク供給スロットに流体的に結合されたインク供給チ
ャネルと、前記基板によって支持され、各インク供給チャネルの第
１の部分の形を定める薄膜構造と、前記基板によって支持され、前記液滴生成器内の前記ノ
ズルおよび前記気化室の形を定め、各インク供給チャネ
ルの第２の部分の形を定めるオリフィス層と、を含むイ
ンクジェットプリントヘッド。
【請求項２】前記オリフィス層が重合体を含む、請求
項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】前記オリフィス層がＳＵ８を含む、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。
【請求項４】各液滴生成器が、前記薄膜構造内に形成
された発射抵抗器を含む、請求項１に記載のインクジェ
ットプリントヘッド。
【請求項５】前記インク供給スロットが、前記インク
供給スロットの縦方向の長さに沿った第１の面および第
２の面を有し、第１の液滴生成器列が、前記インク供給
スロットの前記第１の面に沿って形成され、第２の液滴
生成器列が、前記インク供給スロットの前記第２の面に
沿って形成され、前記インク供給スロットが、内側縁を
有し、前記第１の液滴生成器列が、前記内側縁から異な
る距離を有し、前記インク供給チャネルが、前記異なる
距離を相殺する異なる開口形状を有する、請求項１に記
載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】前記インク供給チャネルが、実質的に一
定の断面積を有する、請求項５のインクジェットプリン
トヘッド。
【請求項７】前記インク供給チャネルがそれぞれ前縁
を含み、前記前縁から対応するノズルの中心までの距離
が、前記液滴生成器のそれぞれについて実質的に一定で
ある請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】前記インク供給スロットが、前記インク
供給スロットの縦方向の長さに沿った第１の面および第
２の面を有し、第１の液滴生成器列が、前記インク供給
スロットの第１の面に沿って形成され、第２の液滴生成
器列が、前記インク供給スロットの第２の面に沿って形
成され、前記第１の液滴生成器列が、サブグループで配
列され、前記オリフィス層が、前記基板の上の各サブグ
ループを互いに流体的に分離しているが、前記サブグル
ープが、前記基板の底面の前記第１のインク供給スロッ
トに共通に流体的に結合された、請求項１に記載のイン
クジェットプリントヘッド。
【請求項９】前記サブグループが、サブグループ内の
前記液滴生成器が連続的に発射しない場合にノズル間の
流体クロストークを最少にするように構成された、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】基板上にインクジェットプリントヘッ
ドを形成する方法であって、前記基板にインク供給スロットを形成するステップと、前記インク供給スロットに流体的に結合された複数のイ
ンク供給チャネルのそれぞれの第１の部分の形を定める
ステップを含む、前記基板上に薄膜構造を形成するステ
ップと、前記基板上にオリフィス層を形成するステップであっ
て、該形成ステップは、ノズルおよび気化室の形を定め
るステップと、前記インク供給スロットに流体的に結合
された複数のインク供給チャネルのそれぞれの第２の部
分の形を定めるステップとを含み、少なくとも１つのインク供給チャネルが各気化室に流体
的に結合されるインクジェットプリントヘッド形成方
法。
【請求項１１】前記オリフィス層が重合体を含む、請
求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド形成方
法。
【請求項１２】前記オリフィス層がＳＵ８を含む、請
求項１０または１１に記載のインクジェットプリントヘ
ッド形成方法。