JP2003211672A - 熱インクジェット印刷装置およびその動作方法 - Google Patents
熱インクジェット印刷装置およびその動作方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液滴発生器が高密度であり印刷スループット
が高いが、プリントヘッド内で過剰な熱発生がない、コ
ンパクトなプリントヘッドを提供する。 【解決手段】 本発明の一実施例によれば、分割された
ヒータ抵抗器と、薄膜パッシベーション層と、低ヒータ
抵抗器起動エネルギーとを用いて高密度のインク滴発生
器を有するプリントヘッドが実現された熱インクジェッ
ト印刷装置が提供される。
が高いが、プリントヘッド内で過剰な熱発生がない、コ
ンパクトなプリントヘッドを提供する。 【解決手段】 本発明の一実施例によれば、分割された
ヒータ抵抗器と、薄膜パッシベーション層と、低ヒータ
抵抗器起動エネルギーとを用いて高密度のインク滴発生
器を有するプリントヘッドが実現された熱インクジェッ
ト印刷装置が提供される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にインクジェ
ット印刷装置に関し、より詳細には、プリントヘッドか
らインクを噴出する高密度のインク滴発生器を提供す
る、熱インクジェット印刷装置用のインクジェットプリ
ントヘッドに関する。
ット印刷装置に関し、より詳細には、プリントヘッドか
らインクを噴出する高密度のインク滴発生器を提供す
る、熱インクジェット印刷装置用のインクジェットプリ
ントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット印刷技術は、比較的よく
開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィッ
クスプロッタ、複写機、ファクシミリ等の市販製品は、
インクジェット技術をうまく用いてハードコピーの印刷
出力を作成している。この技術の基本原理は、例えば、
Hewlett-Packard Journal, Vol.36, No.5 (1985年5月),
Vol.39, No.4 (1988年8月), Vol.39, No.5 (1988年10
月), Vol.43, No.4 (1992年8月), Vol.43, No.6 (1992
年12月), Vol.45, No.1 (1994年2月)の各版における様
々な論文において、開示されている。インクジェット装
置についてはまた、Ｗ．Ｊ． ＬｌｏｙｄとＨ．Ｔ．Ｔ
ａｕｂがＯｕｔｐｕｔ ＨａｒｄｃｏｐｙＤｅｖｉｃｅ
ｓ（R. C. Durbeck and S. Sherr, ed., Academic Pres
s, San Diego, 1988, chapter 13）において説明されて
いる。
開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィッ
クスプロッタ、複写機、ファクシミリ等の市販製品は、
インクジェット技術をうまく用いてハードコピーの印刷
出力を作成している。この技術の基本原理は、例えば、
Hewlett-Packard Journal, Vol.36, No.5 (1985年5月),
Vol.39, No.4 (1988年8月), Vol.39, No.5 (1988年10
月), Vol.43, No.4 (1992年8月), Vol.43, No.6 (1992
年12月), Vol.45, No.1 (1994年2月)の各版における様
々な論文において、開示されている。インクジェット装
置についてはまた、Ｗ．Ｊ． ＬｌｏｙｄとＨ．Ｔ．Ｔ
ａｕｂがＯｕｔｐｕｔ ＨａｒｄｃｏｐｙＤｅｖｉｃｅ
ｓ（R. C. Durbeck and S. Sherr, ed., Academic Pres
s, San Diego, 1988, chapter 13）において説明されて
いる。
【０００３】インクジェット印刷用の熱インクジェット
プリンタは、通常１つ以上の、平行移動して往復運動す
るプリントカートリッジを含む。プリントカートリッジ
においては、液滴発生器によって、小さなインク滴が、
英数字文字、グラフィックス、または画像を配置するこ
とが所望される媒体に向かって噴出される。このような
カートリッジは通常、インク滴が噴出される複数の小さ
なノズルを有する、オリフィス部材すなわちオリフィス
板を有する、プリントヘッドを含む。ノズルの下にはイ
ンク噴射チャンバがある。インク噴射チャンバは、イン
クがインク噴出器によってノズルを通って噴出される前
にその中に存在している封入容器である。インクは、イ
ンク容器と流体連通するインクチャネルを通ってインク
噴射チャンバに供給される。インク容器は、プリントカ
ートリッジの容器部に含まれていてもよく、プリントヘ
ッドから間隔を置いて配置された別個のインク容器内に
含まれていてもよい。
プリンタは、通常１つ以上の、平行移動して往復運動す
るプリントカートリッジを含む。プリントカートリッジ
においては、液滴発生器によって、小さなインク滴が、
英数字文字、グラフィックス、または画像を配置するこ
とが所望される媒体に向かって噴出される。このような
カートリッジは通常、インク滴が噴出される複数の小さ
なノズルを有する、オリフィス部材すなわちオリフィス
板を有する、プリントヘッドを含む。ノズルの下にはイ
ンク噴射チャンバがある。インク噴射チャンバは、イン
クがインク噴出器によってノズルを通って噴出される前
にその中に存在している封入容器である。インクは、イ
ンク容器と流体連通するインクチャネルを通ってインク
噴射チャンバに供給される。インク容器は、プリントカ
ートリッジの容器部に含まれていてもよく、プリントヘ
ッドから間隔を置いて配置された別個のインク容器内に
含まれていてもよい。
【０００４】熱インクジェットプリンタにおいて用いる
ノズルを通るインク滴の噴出は、インク噴射チャンバ内
に存在するインクを、インク噴射チャンバ内に配置した
ヒータ抵抗インク噴出器に選択的に電気パルスを付勢し
て、素早く加熱することによって行われる。ヒータ抵抗
器からの熱エネルギー出力の開始時には、気化インクの
気泡が、ヒータ抵抗器表面またはその保護層上の各場所
で核形成を行う。気化インクの気泡が急速に膨張するこ
とによって、液体インクがノズルを通って押し出され
る。いったん電気パルスが終了してインク滴が噴出され
ると、インク噴射チャンバには、インクチャネルおよび
インク容器からのインクが再充填される。
ノズルを通るインク滴の噴出は、インク噴射チャンバ内
に存在するインクを、インク噴射チャンバ内に配置した
ヒータ抵抗インク噴出器に選択的に電気パルスを付勢し
て、素早く加熱することによって行われる。ヒータ抵抗
器からの熱エネルギー出力の開始時には、気化インクの
気泡が、ヒータ抵抗器表面またはその保護層上の各場所
で核形成を行う。気化インクの気泡が急速に膨張するこ
とによって、液体インクがノズルを通って押し出され
る。いったん電気パルスが終了してインク滴が噴出され
ると、インク噴射チャンバには、インクチャネルおよび
インク容器からのインクが再充填される。
【０００５】信頼性の高い体積のインク滴を１つ噴出す
るのに必要な最少電気エネルギーを、「ターンオン・エ
ネルギー」と呼ぶ。ターンオン・エネルギーは、噴出プ
ロセスの熱的および機械的非効率性に打ち勝って、ある
量のインク（一般的に、噴射チャンバの設計パラメータ
によって決まる）をプリントヘッドのノズルから噴出す
るのに十分な大きさの気泡を形成するのに、十分な量の
エネルギーである。従来技術の熱インクジェットプリン
トヘッドは、ターンオン・エネルギーよりもわずかに大
きい噴射エネルギーで動作し、均一な大きさの液滴が確
実に噴出される。加えるエネルギーがターンオン・エネ
ルギーよりもかなり大きいと、一般的に、液滴の大きさ
は大きくならないが、プリントヘッド内に過剰な熱が堆
積してしまう。
るのに必要な最少電気エネルギーを、「ターンオン・エ
ネルギー」と呼ぶ。ターンオン・エネルギーは、噴出プ
ロセスの熱的および機械的非効率性に打ち勝って、ある
量のインク（一般的に、噴射チャンバの設計パラメータ
によって決まる）をプリントヘッドのノズルから噴出す
るのに十分な大きさの気泡を形成するのに、十分な量の
エネルギーである。従来技術の熱インクジェットプリン
トヘッドは、ターンオン・エネルギーよりもわずかに大
きい噴射エネルギーで動作し、均一な大きさの液滴が確
実に噴出される。加えるエネルギーがターンオン・エネ
ルギーよりもかなり大きいと、一般的に、液滴の大きさ
は大きくならないが、プリントヘッド内に過剰な熱が堆
積してしまう。
【０００６】ヒータ抵抗器からの電力が除去された後、
気化の気泡は、噴射チャンバ内で、小さいが激しい方法
で崩壊する。プリントヘッド内の、気化の気泡が崩壊す
る周辺にある構成要素は、気化の気泡が崩壊するときに
流体の機械的応力（キャビテーション）を受けやすく、
それによって、インクがインク噴射チャンバの各構成要
素に衝突する。ヒータ抵抗器は、キャビテーションから
の損傷を特に受けやすい。通常、１つ以上の保護層が抵
抗器および隣接する構造の上に配置されて、抵抗器をキ
ャビテーションやインクによる化学的な攻撃から保護し
ている。インクに接触する保護層のひとつは、崩壊する
インクのキャビテーションによる摩耗からの保護を行
う、機械的に硬質のキャビテーション層である。別の層
としてパッシベーション層があるが、これは通常、キャ
ビテーション層とヒータ抵抗器およびその関連する構造
との間に配置されて、化学的な攻撃からの保護を行う。
熱インクジェットのインクは、化学的反応性が高く、ヒ
ータ抵抗器およびその電気的相互接続をそういったイン
クに長くさらしておくと、ヒータ抵抗器および電気導体
が劣化したり故障してしまう。しかし前述の保護層は、
こういった層が断熱特性を有しているために、インク滴
を噴出するのに必要なヒータ抵抗器の固有ターンオン・
エネルギーを増大してしまう。
気化の気泡は、噴射チャンバ内で、小さいが激しい方法
で崩壊する。プリントヘッド内の、気化の気泡が崩壊す
る周辺にある構成要素は、気化の気泡が崩壊するときに
流体の機械的応力（キャビテーション）を受けやすく、
それによって、インクがインク噴射チャンバの各構成要
素に衝突する。ヒータ抵抗器は、キャビテーションから
の損傷を特に受けやすい。通常、１つ以上の保護層が抵
抗器および隣接する構造の上に配置されて、抵抗器をキ
ャビテーションやインクによる化学的な攻撃から保護し
ている。インクに接触する保護層のひとつは、崩壊する
インクのキャビテーションによる摩耗からの保護を行
う、機械的に硬質のキャビテーション層である。別の層
としてパッシベーション層があるが、これは通常、キャ
ビテーション層とヒータ抵抗器およびその関連する構造
との間に配置されて、化学的な攻撃からの保護を行う。
熱インクジェットのインクは、化学的反応性が高く、ヒ
ータ抵抗器およびその電気的相互接続をそういったイン
クに長くさらしておくと、ヒータ抵抗器および電気導体
が劣化したり故障してしまう。しかし前述の保護層は、
こういった層が断熱特性を有しているために、インク滴
を噴出するのに必要なヒータ抵抗器の固有ターンオン・
エネルギーを増大してしまう。
【０００７】ヒータ抵抗器が発生するエネルギーのうち
のいくらかは、運動量や液滴の温度上昇として噴出した
インク滴が取り去るのではなく、プリントヘッドや残っ
ているインクにおける熱として残る。温度が上昇する
と、インク滴の大きさが変化してしまう可能性があり、
ある温度になると、プリントヘッドはもはやインクを噴
出しなくなる。従って、印刷動作中に発生してプリント
ヘッド内に残る熱の量を制御することが重要である。よ
り多くの抵抗器を、より高い起動周波数で起動し、より
高密度でプリントヘッド内に詰め込むにつれて、プリン
トヘッドが保持する熱はかなり多くなる。従って、より
高い周波数およびより高密度の液滴発生器を実現するに
は、プリントヘッドに入力されるエネルギー量を低減し
なければならない。
のいくらかは、運動量や液滴の温度上昇として噴出した
インク滴が取り去るのではなく、プリントヘッドや残っ
ているインクにおける熱として残る。温度が上昇する
と、インク滴の大きさが変化してしまう可能性があり、
ある温度になると、プリントヘッドはもはやインクを噴
出しなくなる。従って、印刷動作中に発生してプリント
ヘッド内に残る熱の量を制御することが重要である。よ
り多くの抵抗器を、より高い起動周波数で起動し、より
高密度でプリントヘッド内に詰め込むにつれて、プリン
トヘッドが保持する熱はかなり多くなる。従って、より
高い周波数およびより高密度の液滴発生器を実現するに
は、プリントヘッドに入力されるエネルギー量を低減し
なければならない。
【０００８】従来技術のインクジェットプリントヘッド
のヒータ抵抗器は、半導体基板の酸化物層上に配置され
た薄膜抵抗材料を含む。この酸化物層の上に電気導体が
パターニングされ、それぞれの薄膜ヒータ抵抗器へのお
よびそこからの電気的経路を提供する。高密度（ＤＰＩ
−１インチ当たりのドット数−が高い）プリントヘッド
において多数のヒータ抵抗器が用いられると、電気導体
の数が多くなってしまうことがあるので、ヒータ抵抗器
をプリンタ内に配置される回路に接続するのに必要な導
体の数を減らすための、様々な多重化技術が導入されて
いる。例えば、米国特許番号第５，５４１，６２９号
「Printhead with Reduced Interconnections to a Pri
nter」および米国特許第５，１３４，４２５号「Ohmic
Heating Matrix」を参照されたい。それぞれの電気導体
は、導電率はよいが、ヒータ抵抗器の経路内に不所望な
量の抵抗を与えてしまう。この不所望な寄生抵抗によっ
て、それがなければヒータ抵抗器が利用できる電気エネ
ルギーの一部が無駄に消費され、それによって、プリン
トヘッドの熱利得の一因となってしまう。ヒータ抵抗が
小さい場合には、気化インクの気泡が核形成するために
引き出す電流が比較的多くなり、その結果、ヒータ抵抗
器に供給されるエネルギー量と比べて、電気導体の寄生
抵抗において浪費されるエネルギー量がかなり大きくな
ってしまう。すなわち、ヒータ抵抗器の抵抗と電気導体
（およびその他の構成要素）の寄生抵抗との比が小さす
ぎる場合には、プリントヘッドの効率（および温度）
が、浪費したエネルギーによって悪影響を受ける。
のヒータ抵抗器は、半導体基板の酸化物層上に配置され
た薄膜抵抗材料を含む。この酸化物層の上に電気導体が
パターニングされ、それぞれの薄膜ヒータ抵抗器へのお
よびそこからの電気的経路を提供する。高密度（ＤＰＩ
−１インチ当たりのドット数−が高い）プリントヘッド
において多数のヒータ抵抗器が用いられると、電気導体
の数が多くなってしまうことがあるので、ヒータ抵抗器
をプリンタ内に配置される回路に接続するのに必要な導
体の数を減らすための、様々な多重化技術が導入されて
いる。例えば、米国特許番号第５，５４１，６２９号
「Printhead with Reduced Interconnections to a Pri
nter」および米国特許第５，１３４，４２５号「Ohmic
Heating Matrix」を参照されたい。それぞれの電気導体
は、導電率はよいが、ヒータ抵抗器の経路内に不所望な
量の抵抗を与えてしまう。この不所望な寄生抵抗によっ
て、それがなければヒータ抵抗器が利用できる電気エネ
ルギーの一部が無駄に消費され、それによって、プリン
トヘッドの熱利得の一因となってしまう。ヒータ抵抗が
小さい場合には、気化インクの気泡が核形成するために
引き出す電流が比較的多くなり、その結果、ヒータ抵抗
器に供給されるエネルギー量と比べて、電気導体の寄生
抵抗において浪費されるエネルギー量がかなり大きくな
ってしまう。すなわち、ヒータ抵抗器の抵抗と電気導体
（およびその他の構成要素）の寄生抵抗との比が小さす
ぎる場合には、プリントヘッドの効率（および温度）
が、浪費したエネルギーによって悪影響を受ける。
【０００９】ある物質が電気の流れに抵抗する能力は、
抵抗率と呼ばれる特性である。抵抗率は、抵抗器を作る
のに用いた材料の関数であって、抵抗器を形成するのに
用いた抵抗膜の厚さの、抵抗器の形状によって決まるも
のではない。抵抗率と抵抗とは、以下の関係にある。 Ｒ＝ρＬ／Ａ ただし、Ｒ＝抵抗（オーム）、ρ＝抵抗率（オーム−ｃ
ｍ）、Ｌ＝抵抗器の長さ、およびＡ＝抵抗器の断面積で
ある。熱インクジェット印刷の用途において通常用いら
れる薄膜抵抗器については、ヒータ抵抗器の解析および
設計において通常シート抵抗（Ｒsheet）として知られ
ている特性が、通常用いられる。シート抵抗は、抵抗率
を膜抵抗器の厚さで割ったものであり、抵抗とシート抵
抗とは以下の関係にある。 Ｒ＝Ｒsheet（Ｌ／Ｗ） ただし、Ｌ＝抵抗材料の長さ、およびＷ＝抵抗材料の幅
である。従って、形状が長方形および正方形であれば、
与えられた材料でできた、膜厚の固定した薄膜抵抗器の
抵抗は、簡単に長さと幅とから計算される。
抵抗率と呼ばれる特性である。抵抗率は、抵抗器を作る
のに用いた材料の関数であって、抵抗器を形成するのに
用いた抵抗膜の厚さの、抵抗器の形状によって決まるも
のではない。抵抗率と抵抗とは、以下の関係にある。 Ｒ＝ρＬ／Ａ ただし、Ｒ＝抵抗（オーム）、ρ＝抵抗率（オーム−ｃ
ｍ）、Ｌ＝抵抗器の長さ、およびＡ＝抵抗器の断面積で
ある。熱インクジェット印刷の用途において通常用いら
れる薄膜抵抗器については、ヒータ抵抗器の解析および
設計において通常シート抵抗（Ｒsheet）として知られ
ている特性が、通常用いられる。シート抵抗は、抵抗率
を膜抵抗器の厚さで割ったものであり、抵抗とシート抵
抗とは以下の関係にある。 Ｒ＝Ｒsheet（Ｌ／Ｗ） ただし、Ｌ＝抵抗材料の長さ、およびＷ＝抵抗材料の幅
である。従って、形状が長方形および正方形であれば、
与えられた材料でできた、膜厚の固定した薄膜抵抗器の
抵抗は、簡単に長さと幅とから計算される。
【００１０】今日利用できる熱インクジェットプリンタ
の大部分は、抵抗が３５Ωから４０Ωの正方形のヒータ
抵抗器を用いている。これよりも抵抗値が大きい抵抗器
を用いることがもし可能であれば、気化インクの気泡が
核形成するのに必要なエネルギーが、より高電圧および
低電流で薄膜ヒータ抵抗器に伝達されるだろう。寄生抵
抗において浪費されるエネルギーは低減し、ヒータ抵抗
器に電力を供給する電源をより小型で安価なものにする
ことができるだろう。
の大部分は、抵抗が３５Ωから４０Ωの正方形のヒータ
抵抗器を用いている。これよりも抵抗値が大きい抵抗器
を用いることがもし可能であれば、気化インクの気泡が
核形成するのに必要なエネルギーが、より高電圧および
低電流で薄膜ヒータ抵抗器に伝達されるだろう。寄生抵
抗において浪費されるエネルギーは低減し、ヒータ抵抗
器に電力を供給する電源をより小型で安価なものにする
ことができるだろう。
【００１１】インクジェットプリンタのユーザが、プリ
ンタからの印刷出力において精細な細部を求め出すにつ
れて、媒体上に配置するインク滴の解像度を高くする技
術が推進されてきた。解像度を測定する方法として一般
的なもののひとつは、印刷媒体の選択した寸法内に付着
されるインクドットの最大数を測定するというものであ
り、これは一般的に１インチ当たりのドット数（ＤＰ
Ｉ）として表される。ＤＰＩを上げるためには、液滴を
小さくしなければならない。インク滴が小さくなるとい
うことは、それぞれの液滴の液滴重量が小さくなり液滴
体積が小さくなるということを意味する。液滴重量の小
さいインク滴を作成するには、プリントヘッドの構造を
小さくしなければならない。液滴が小さくなり、その結
果ドットが小さくなるということは、合理的な印刷速
度、すなわち１分当たり印刷されるページ数、を維持す
るためには、より多くのドットがより高速で媒体上に配
置されなければならない、ということを意味する。印刷
速度を上げるためには、液滴発生器のヒータ抵抗器をよ
り高速で起動する必要がある。従って、インクジェット
プリントヘッドの設計者は、より高い周波数で動作して
いるプリントヘッドのより小さな面積にわたって、より
多くの液滴発生器（関連するヒータ抵抗器と共に）を配
置する、という問題に取り込むことになる。こういった
要求事項によって、より高密度の熱と、より高い温度が
生み出される。熱の問題を解決する方法の１つは、熱放
散器およびヒートシンクとしての半導体基板の大きさを
増大する、というものであった。しかしこの方法では、
コストが許容できないほど高くなってしまう。加工した
半導体材料のコストは、面積が増大するにつれて幾何級
数的に上昇して行くからである。更に、同じ製造設備で
性能レベルが様々なプリントヘッドを製造することがで
きるように、シリコン基板の大きさを一定に維持する強
い誘因がある。ヒータ抵抗器の起動速度を遅くすること
によってプリントヘッドの温度を制御することができる
−加熱パルスのデューティサイクルを小さくすることが
できる−が、そうすると、１分当たりの印刷送出ページ
数が少なくなり、その印刷装置のユーザには許容できな
くなってしまう。従って、液滴発生器が高密度であり印
刷スループットが高いが、プリントヘッド内で過剰な熱
発生がない、コンパクトなプリントヘッドを可能にする
解決法が、必要とされている。
ンタからの印刷出力において精細な細部を求め出すにつ
れて、媒体上に配置するインク滴の解像度を高くする技
術が推進されてきた。解像度を測定する方法として一般
的なもののひとつは、印刷媒体の選択した寸法内に付着
されるインクドットの最大数を測定するというものであ
り、これは一般的に１インチ当たりのドット数（ＤＰ
Ｉ）として表される。ＤＰＩを上げるためには、液滴を
小さくしなければならない。インク滴が小さくなるとい
うことは、それぞれの液滴の液滴重量が小さくなり液滴
体積が小さくなるということを意味する。液滴重量の小
さいインク滴を作成するには、プリントヘッドの構造を
小さくしなければならない。液滴が小さくなり、その結
果ドットが小さくなるということは、合理的な印刷速
度、すなわち１分当たり印刷されるページ数、を維持す
るためには、より多くのドットがより高速で媒体上に配
置されなければならない、ということを意味する。印刷
速度を上げるためには、液滴発生器のヒータ抵抗器をよ
り高速で起動する必要がある。従って、インクジェット
プリントヘッドの設計者は、より高い周波数で動作して
いるプリントヘッドのより小さな面積にわたって、より
多くの液滴発生器（関連するヒータ抵抗器と共に）を配
置する、という問題に取り込むことになる。こういった
要求事項によって、より高密度の熱と、より高い温度が
生み出される。熱の問題を解決する方法の１つは、熱放
散器およびヒートシンクとしての半導体基板の大きさを
増大する、というものであった。しかしこの方法では、
コストが許容できないほど高くなってしまう。加工した
半導体材料のコストは、面積が増大するにつれて幾何級
数的に上昇して行くからである。更に、同じ製造設備で
性能レベルが様々なプリントヘッドを製造することがで
きるように、シリコン基板の大きさを一定に維持する強
い誘因がある。ヒータ抵抗器の起動速度を遅くすること
によってプリントヘッドの温度を制御することができる
−加熱パルスのデューティサイクルを小さくすることが
できる−が、そうすると、１分当たりの印刷送出ページ
数が少なくなり、その印刷装置のユーザには許容できな
くなってしまう。従って、液滴発生器が高密度であり印
刷スループットが高いが、プリントヘッド内で過剰な熱
発生がない、コンパクトなプリントヘッドを可能にする
解決法が、必要とされている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、液滴
発生器が高密度であり印刷スループットが高いが、プリ
ントヘッド内で過剰な熱発生がない、コンパクトなプリ
ントヘッドを提供することにある。
発生器が高密度であり印刷スループットが高いが、プリ
ントヘッド内で過剰な熱発生がない、コンパクトなプリ
ントヘッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】液滴発生器が高密度のイ
ンクジェットプリントヘッドは、その上に多数のヒータ
抵抗器が少なくとも１平方ミリメートル当たり６個の密
度で配置される所定面積を有する少なくとも１つの表面
を有する半導体基板を含む。半導体基板のその少なくと
も１つの表面の一部の上には、多数のヒータ抵抗器のそ
れぞれの上に、厚さが３５５０Åから４３５０Åの範囲
であるパッシベーション層が配置される。
ンクジェットプリントヘッドは、その上に多数のヒータ
抵抗器が少なくとも１平方ミリメートル当たり６個の密
度で配置される所定面積を有する少なくとも１つの表面
を有する半導体基板を含む。半導体基板のその少なくと
も１つの表面の一部の上には、多数のヒータ抵抗器のそ
れぞれの上に、厚さが３５５０Åから４３５０Åの範囲
であるパッシベーション層が配置される。
【００１４】
【発明の実施の形態】プリントヘッドを高温にすること
なく、高密度の液滴発生器と高スループットとを実現す
るためには、エネルギー入力の制御および低減を図らな
ければならない。この目的のために、いくつか独特の改
良を行って、ヒータ抵抗器およびプリントヘッドの効率
を改良した。
なく、高密度の液滴発生器と高スループットとを実現す
るためには、エネルギー入力の制御および低減を図らな
ければならない。この目的のために、いくつか独特の改
良を行って、ヒータ抵抗器およびプリントヘッドの効率
を改良した。
【００１５】熱発生の原因は主に２つある。ヒータ抵抗
器それ自体、および、半導体基板上に配置された、通電
用薄膜導体と薄膜グランド帰還導体との合成抵抗であ
る。従来技術のヒータ抵抗器はそれぞれ、基板上の薄膜
導体の寄生抵抗を含めて約４０Ωの抵抗を有している。
液滴発生器用の高密度なヒータ抵抗器であれば、高密度
の薄膜導体が存在し、それに伴う寄生抵抗も存在する。
従来技術の実施においては、それぞれのヒータ抵抗器に
関連する寄生抵抗は１０Ωに達し得る。これは、ヒータ
抵抗器接続全体の抵抗のうちのかなりの割合であり、半
導体基板の抵抗熱を引き起こすかなりの原因である。本
発明の特徴のひとつは、より高抵抗のヒータ抵抗器を用
いるということである。熱インクジェットプリンタの用
途において用いる高抵抗のヒータ抵抗器を得るにはいく
つかの技術があるが、本発明の好適な実施例は、薄膜抵
抗器の形状を変えることを利用して、より高抵抗のヒー
タ抵抗器を得る。
器それ自体、および、半導体基板上に配置された、通電
用薄膜導体と薄膜グランド帰還導体との合成抵抗であ
る。従来技術のヒータ抵抗器はそれぞれ、基板上の薄膜
導体の寄生抵抗を含めて約４０Ωの抵抗を有している。
液滴発生器用の高密度なヒータ抵抗器であれば、高密度
の薄膜導体が存在し、それに伴う寄生抵抗も存在する。
従来技術の実施においては、それぞれのヒータ抵抗器に
関連する寄生抵抗は１０Ωに達し得る。これは、ヒータ
抵抗器接続全体の抵抗のうちのかなりの割合であり、半
導体基板の抵抗熱を引き起こすかなりの原因である。本
発明の特徴のひとつは、より高抵抗のヒータ抵抗器を用
いるということである。熱インクジェットプリンタの用
途において用いる高抵抗のヒータ抵抗器を得るにはいく
つかの技術があるが、本発明の好適な実施例は、薄膜抵
抗器の形状を変えることを利用して、より高抵抗のヒー
タ抵抗器を得る。
【００１６】いったん電気エネルギーがヒータ抵抗器と
結合して、それによって熱エネルギーに変換されると、
その熱エネルギーは、最も効率的な方法でインクに結合
しなければならない。本発明の他の特徴は、ヒータ抵抗
器からの熱エネルギーがインクと結合する効率を改良す
ることである。
結合して、それによって熱エネルギーに変換されると、
その熱エネルギーは、最も効率的な方法でインクに結合
しなければならない。本発明の他の特徴は、ヒータ抵抗
器からの熱エネルギーがインクと結合する効率を改良す
ることである。
【００１７】本発明を用いることができる、例示的イン
クジェット印刷装置であるプリンタ１０１を、図１Ａの
斜視図に概略的に示す。グラフィックスプロッタ、複写
機、およびファクシミリ等の印刷装置もまた、本発明を
有益に用いることができる。プリンタのハウジング１０
３は、印刷プラテンを含む。印刷プラテンのところに
は、当業者に公知の機構によって、紙等の入力印刷媒体
１０５が運搬されてくる。プリンタ１０１内のキャリッ
ジは、ブラックまたはカラーのインクのインク滴を噴出
することができるプリントカートリッジを、１つまたは
１組保持している。他の実施例では、１つ以上の流体連
通した軸外のインク容器から時折補充される半永久的プ
リントヘッド機構、または、プリントカートリッジ内で
利用できる２つ以上のカラーインクとそれぞれのカラー
について指定されたインク噴出ノズルとを有する単一の
プリントカートリッジ、または、単一のカラーのプリン
トカートリッジまたは印刷機構、を含んでもよい。本発
明は、少なくともこういった選択肢が用いるプリントヘ
ッドに適用することができる。本発明において用いるこ
とができ２つのプリントカートリッジ１１０、１１１を
搭載するキャリッジ１０９を、図１Ｂに示す。キャリッ
ジ１０９は通常、プリンタ内の摺動バーまたは同様の機
構によって支持され、この摺動バーに沿って物理的に進
み、キャリッジ１０９が印刷媒体１０５を横切って平行
移動して往復運動する、すなわち左右に走査する。走査
軸Ｘを、図１Ａにおいて矢印で示す。キャリッジ１０９
が走査するにつれて、１組のプリントカートリッジ１１
０、１１１のプリントヘッドから所定の印刷幅(print s
wath)パターンで媒体１０５上にインク滴が選択的に噴
出され、ドットマトリクス操作を用いて画像または英数
字文字を形成する。一般的に、ドットマトリクス操作は
ユーザのコンピュータ（図示せず）によって決定され、
命令がプリンタ１０１内のマイクロプロセッサをベース
にした電子制御装置に送られる。他の技術は、ユーザの
コンピュータ内のデータをラスター化したものを、その
ラスター化したデータをプリンタの制御命令と共にプリ
ンタに送る前に、使用する。この動作は、ユーザのコン
ピュータ内に常駐している、プリンタが駆動するソフト
ウェアの制御下にある。プリンタは、命令とラスター化
したデータとを解釈して、どの液滴発生器を噴射するか
決定する。インク滴の飛翔経路の軸Ｚを矢印で示す。１
回分の印刷が完了すると、矢印で示す印刷媒体軸Ｙに沿
って適当な距離だけ媒体１０５を動かして、次の印刷に
備える。本発明はまた、プリントヘッドが固定され（ペ
ージ幅のアレイ等）媒体が１つ以上の方向に動くもの、
媒体が固定されプリントヘッドが１つ以上の方向に動く
もの（平面プロッタ等）等、プリントヘッドと媒体とを
相対運動させるのに他の手段を用いるインクジェットプ
リンタにも、適用することができる。更に、本発明は、
フォーマットの大きな装置、複写機、ファクシミリ、フ
ォトプリンタ、等を含む様々な印刷システムに適用する
ことができる。
クジェット印刷装置であるプリンタ１０１を、図１Ａの
斜視図に概略的に示す。グラフィックスプロッタ、複写
機、およびファクシミリ等の印刷装置もまた、本発明を
有益に用いることができる。プリンタのハウジング１０
３は、印刷プラテンを含む。印刷プラテンのところに
は、当業者に公知の機構によって、紙等の入力印刷媒体
１０５が運搬されてくる。プリンタ１０１内のキャリッ
ジは、ブラックまたはカラーのインクのインク滴を噴出
することができるプリントカートリッジを、１つまたは
１組保持している。他の実施例では、１つ以上の流体連
通した軸外のインク容器から時折補充される半永久的プ
リントヘッド機構、または、プリントカートリッジ内で
利用できる２つ以上のカラーインクとそれぞれのカラー
について指定されたインク噴出ノズルとを有する単一の
プリントカートリッジ、または、単一のカラーのプリン
トカートリッジまたは印刷機構、を含んでもよい。本発
明は、少なくともこういった選択肢が用いるプリントヘ
ッドに適用することができる。本発明において用いるこ
とができ２つのプリントカートリッジ１１０、１１１を
搭載するキャリッジ１０９を、図１Ｂに示す。キャリッ
ジ１０９は通常、プリンタ内の摺動バーまたは同様の機
構によって支持され、この摺動バーに沿って物理的に進
み、キャリッジ１０９が印刷媒体１０５を横切って平行
移動して往復運動する、すなわち左右に走査する。走査
軸Ｘを、図１Ａにおいて矢印で示す。キャリッジ１０９
が走査するにつれて、１組のプリントカートリッジ１１
０、１１１のプリントヘッドから所定の印刷幅(print s
wath)パターンで媒体１０５上にインク滴が選択的に噴
出され、ドットマトリクス操作を用いて画像または英数
字文字を形成する。一般的に、ドットマトリクス操作は
ユーザのコンピュータ（図示せず）によって決定され、
命令がプリンタ１０１内のマイクロプロセッサをベース
にした電子制御装置に送られる。他の技術は、ユーザの
コンピュータ内のデータをラスター化したものを、その
ラスター化したデータをプリンタの制御命令と共にプリ
ンタに送る前に、使用する。この動作は、ユーザのコン
ピュータ内に常駐している、プリンタが駆動するソフト
ウェアの制御下にある。プリンタは、命令とラスター化
したデータとを解釈して、どの液滴発生器を噴射するか
決定する。インク滴の飛翔経路の軸Ｚを矢印で示す。１
回分の印刷が完了すると、矢印で示す印刷媒体軸Ｙに沿
って適当な距離だけ媒体１０５を動かして、次の印刷に
備える。本発明はまた、プリントヘッドが固定され（ペ
ージ幅のアレイ等）媒体が１つ以上の方向に動くもの、
媒体が固定されプリントヘッドが１つ以上の方向に動く
もの（平面プロッタ等）等、プリントヘッドと媒体とを
相対運動させるのに他の手段を用いるインクジェットプ
リンタにも、適用することができる。更に、本発明は、
フォーマットの大きな装置、複写機、ファクシミリ、フ
ォトプリンタ、等を含む様々な印刷システムに適用する
ことができる。
【００１８】プリンタ１０１内でＺ方向から見たインク
ジェットキャリッジ１０９およびプリントカートリッジ
１１０、１１１を、図１Ｂに示す。キャリッジおよびプ
リントカートリッジをこの方向から見ると、それぞれの
カートリッジのプリントヘッド１１３、１１５を見るこ
とができる。好適な実施例において、インクはそれぞれ
のプリントヘッド１１３、１１５の本体部内に収容さ
れ、内部通路を通ってそれぞれのプリントヘッドへと送
られる。マルチカラー印刷に適合した本発明の実施例に
おいて、それぞれのカラー（シアン、マゼンタ、および
イエロー）について１つずつ、計３グループのオリフィ
スが、プリントヘッド１１５の穴が開いたオリフィス板
表面上に配置される。柔軟性を有するポリマーテープ１
１７上の電気接続および関連する導電トレース（図示せ
ず）を通じてプリントヘッド１１５に伝達される、プリ
ンタからの命令の制御の下で、それぞれのカラーについ
てインクが選択的に吐出される。好適な実施例におい
て、テープ１１７は通常、図示のようにプリントカート
リッジの縁の回りを囲むように曲げて固定される。同様
の方法で、単一のカラーのインクであるブラックが、カ
ートリッジ１１０のインク収容部内に収容され、プリン
トヘッド１１３における単一グループのオリフィスに送
られる。プリンタからの制御信号は、ポリマーテープ１
１９上に配置された導電トレース上でプリントヘッドに
結合する。
ジェットキャリッジ１０９およびプリントカートリッジ
１１０、１１１を、図１Ｂに示す。キャリッジおよびプ
リントカートリッジをこの方向から見ると、それぞれの
カートリッジのプリントヘッド１１３、１１５を見るこ
とができる。好適な実施例において、インクはそれぞれ
のプリントヘッド１１３、１１５の本体部内に収容さ
れ、内部通路を通ってそれぞれのプリントヘッドへと送
られる。マルチカラー印刷に適合した本発明の実施例に
おいて、それぞれのカラー（シアン、マゼンタ、および
イエロー）について１つずつ、計３グループのオリフィ
スが、プリントヘッド１１５の穴が開いたオリフィス板
表面上に配置される。柔軟性を有するポリマーテープ１
１７上の電気接続および関連する導電トレース（図示せ
ず）を通じてプリントヘッド１１５に伝達される、プリ
ンタからの命令の制御の下で、それぞれのカラーについ
てインクが選択的に吐出される。好適な実施例におい
て、テープ１１７は通常、図示のようにプリントカート
リッジの縁の回りを囲むように曲げて固定される。同様
の方法で、単一のカラーのインクであるブラックが、カ
ートリッジ１１０のインク収容部内に収容され、プリン
トヘッド１１３における単一グループのオリフィスに送
られる。プリンタからの制御信号は、ポリマーテープ１
１９上に配置された導電トレース上でプリントヘッドに
結合する。
【００１９】図２からわかるように、ローラ２０７、プ
ラテンモータ２０９、および牽引装置（図示せず）を含
む媒体前進機構によって、単一の媒体シートが、入力ト
レイからプリントヘッドの下にあるプリンタの印刷領域
内に前進する。好適な実施例において、インクジェット
プリントカートリッジ１１０、１１１は、キャリッジモ
ータ２１１によって、媒体の入ってくるＹ方向に垂直な
±Ｘ方向に、プラテン上の媒体１０５を横切って、イン
クリメントに引っ張られる。プラテンモータ２０９とキ
ャリッジモータ２１１とは通常、媒体およびカートリッ
ジ位置制御装置２１３の制御下にある。このような位置
決めおよび制御装置の一例は、米国特許第５，０７０，
４１０号「Apparatus and Method Using a Combined Re
ad/WriteHead for Processing and Storing Read Signa
ls and for Providing Firing Signals to Thermally A
ctuated Ink Ejection Elements」において説明されて
いるのを見いだすことができる。従って、媒体１０５
は、プリントカートリッジ１１０、１１１がインク滴を
噴出して、プリンタの液滴噴射制御装置２１５および電
源２１７に入力されたデータが要求するとおりにドット
を媒体上に配置することができるように、位置決めされ
る。こういったインクのドットは、プリントカートリッ
ジ１１０、１１１がキャリッジモータ２１１によって媒
体を横切って平行移動するにつれて、プリントヘッドに
おける選択したオリフィスから、走査方向と平行な帯状
に吐出されたインク滴から形成される。プリントカート
リッジ１１０、１１１が媒体１０５上の１回分の印刷の
端まで来て行程の終わりに達すると、媒体は、従来技術
で、位置制御装置２１３およびプラテンモータ２０９に
よってインクリメントに前進する。いったんプリントカ
ートリッジが摺動バー上でＸ方向の横断の終わりに達す
ると、これらのプリントカートリッジは、支持機構に沿
って戻り、印刷を継続するか、印刷せずに戻るかのどち
らかである。媒体は、プリントヘッドのインク噴出部の
幅またはその何分の一かであってノズル同士の間の間隔
に関係する大きさと同等のインクリメントな量だけ前進
してもよい。媒体の制御、プリントカートリッジの位置
決め、およびインクの画像または文字を作り出すための
正しいインク噴出器の選択は、位置制御装置２１３によ
って決定される。制御装置を、従来技術の電子ハードウ
ェア構造によって実施して、従来技術のメモリ２１６か
ら動作命令を与えてもよい。いったん媒体の印刷が完了
すると、媒体はプリンタの出力トレイ内に吐き出され
て、ユーザが取る。
ラテンモータ２０９、および牽引装置（図示せず）を含
む媒体前進機構によって、単一の媒体シートが、入力ト
レイからプリントヘッドの下にあるプリンタの印刷領域
内に前進する。好適な実施例において、インクジェット
プリントカートリッジ１１０、１１１は、キャリッジモ
ータ２１１によって、媒体の入ってくるＹ方向に垂直な
±Ｘ方向に、プラテン上の媒体１０５を横切って、イン
クリメントに引っ張られる。プラテンモータ２０９とキ
ャリッジモータ２１１とは通常、媒体およびカートリッ
ジ位置制御装置２１３の制御下にある。このような位置
決めおよび制御装置の一例は、米国特許第５，０７０，
４１０号「Apparatus and Method Using a Combined Re
ad/WriteHead for Processing and Storing Read Signa
ls and for Providing Firing Signals to Thermally A
ctuated Ink Ejection Elements」において説明されて
いるのを見いだすことができる。従って、媒体１０５
は、プリントカートリッジ１１０、１１１がインク滴を
噴出して、プリンタの液滴噴射制御装置２１５および電
源２１７に入力されたデータが要求するとおりにドット
を媒体上に配置することができるように、位置決めされ
る。こういったインクのドットは、プリントカートリッ
ジ１１０、１１１がキャリッジモータ２１１によって媒
体を横切って平行移動するにつれて、プリントヘッドに
おける選択したオリフィスから、走査方向と平行な帯状
に吐出されたインク滴から形成される。プリントカート
リッジ１１０、１１１が媒体１０５上の１回分の印刷の
端まで来て行程の終わりに達すると、媒体は、従来技術
で、位置制御装置２１３およびプラテンモータ２０９に
よってインクリメントに前進する。いったんプリントカ
ートリッジが摺動バー上でＸ方向の横断の終わりに達す
ると、これらのプリントカートリッジは、支持機構に沿
って戻り、印刷を継続するか、印刷せずに戻るかのどち
らかである。媒体は、プリントヘッドのインク噴出部の
幅またはその何分の一かであってノズル同士の間の間隔
に関係する大きさと同等のインクリメントな量だけ前進
してもよい。媒体の制御、プリントカートリッジの位置
決め、およびインクの画像または文字を作り出すための
正しいインク噴出器の選択は、位置制御装置２１３によ
って決定される。制御装置を、従来技術の電子ハードウ
ェア構造によって実施して、従来技術のメモリ２１６か
ら動作命令を与えてもよい。いったん媒体の印刷が完了
すると、媒体はプリンタの出力トレイ内に吐き出され
て、ユーザが取る。
【００２０】プリントヘッド内で見いだされるインク滴
発生器の一例を、図３の拡大斜視断面図に示す。図示の
ように、液滴発生器は、ノズル、噴射チャンバ、および
インク噴出器を含む。液滴発生器の他の実施例は、１つ
よりも多いノズル、噴射チャンバ、および／またはイン
ク噴出器を連係させたものを用いる。液滴発生器は、イ
ンク源に流体連通している。
発生器の一例を、図３の拡大斜視断面図に示す。図示の
ように、液滴発生器は、ノズル、噴射チャンバ、および
インク噴出器を含む。液滴発生器の他の実施例は、１つ
よりも多いノズル、噴射チャンバ、および／またはイン
ク噴出器を連係させたものを用いる。液滴発生器は、イ
ンク源に流体連通している。
【００２１】図３において、インク噴射チャンバ３０１
の好適な実施例を、ノズル３０３および分割したヒータ
抵抗器３０９と対応させて示す。通常、多くの個別のノ
ズルがオリフィス板３０５上に所定のパターンで配置さ
れ、インク滴が制御されたパターンで吐出されるように
なっている。一般的に、媒体は、オリフィス板の外面を
含む平面と平行な位置に維持される。ヒータ抵抗器は、
外部コンピュータからのデータ入力、または液滴噴射制
御装置２１５および電源２１７と関連するプリンタに結
合された他のデータ源を含むプロセスにおいて、起動の
ため選択される。インクは開口部３０７を経由して噴射
チャンバ３０１に供給されて、分割したヒータ抵抗器３
０９から開放された熱エネルギーによって気化インクの
気泡が作り出された後にオリフィス３０３から吐出され
たインクを補充する。インク噴射チャンバ３０１は、オ
リフィス板３０５、層になった半導体基板３１３、およ
びバリアー層３１５によって作り出される各壁と境界を
接している。好適な実施例において、カートリッジのハ
ウジングの容器内に収容された流体のインクは、毛管現
象による力で流れて噴射チャンバ３０１を充填する。
の好適な実施例を、ノズル３０３および分割したヒータ
抵抗器３０９と対応させて示す。通常、多くの個別のノ
ズルがオリフィス板３０５上に所定のパターンで配置さ
れ、インク滴が制御されたパターンで吐出されるように
なっている。一般的に、媒体は、オリフィス板の外面を
含む平面と平行な位置に維持される。ヒータ抵抗器は、
外部コンピュータからのデータ入力、または液滴噴射制
御装置２１５および電源２１７と関連するプリンタに結
合された他のデータ源を含むプロセスにおいて、起動の
ため選択される。インクは開口部３０７を経由して噴射
チャンバ３０１に供給されて、分割したヒータ抵抗器３
０９から開放された熱エネルギーによって気化インクの
気泡が作り出された後にオリフィス３０３から吐出され
たインクを補充する。インク噴射チャンバ３０１は、オ
リフィス板３０５、層になった半導体基板３１３、およ
びバリアー層３１５によって作り出される各壁と境界を
接している。好適な実施例において、カートリッジのハ
ウジングの容器内に収容された流体のインクは、毛管現
象による力で流れて噴射チャンバ３０１を充填する。
【００２２】図４において、噴射チャンバ３０１および
関連する構造の断面図を示す。この好適な実施例におい
て、基板３１３は、シリコンでできた半導体ベース４０
１を含む。このベース４０１は、熱酸化と蒸着のどちら
かを用いて処理されて、その上に二酸化ケイ素でできた
薄い層４０３およびリン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）で
できた薄い層４０５が形成される。この二酸化ケイ素と
ＰＳＧとは、厚さが約１７０００Åの電気絶縁層を形成
し、次にその上に、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）
の抵抗材料でできた層４０７が堆積される。このタンタ
ルアルミニウム層は、厚さ約９００Åまで堆積されて、
抵抗率が、平方当たり２７．１Ωから平方当たり３１．
５Ωの範囲、好ましくは平方当たり２９．３Ωの値にな
っている。好適な実施例において、この抵抗層は、マグ
ネトロンスパッタリング技術を用いて従来技術で堆積さ
れ、次にマスキングをしてエッチングを行い、領域４０
９、４１１等の抵抗材料でできた不連続で電気的に独立
した領域を作り出す。次に、アルミニウムケイ素銅（Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金の導体でできた層４１３が、タン
タルアルミニウム層領域４０９、４１１の上に厚さ約５
０００Åまで、従来技術によりマグネトロンスパッタリ
ングで堆積され、エッチングされて、不連続で独立した
電気導体（導体４１５、４１７等）および相互接続領域
を設ける。ヒータ抵抗器および接続導体を保護するため
に、導体層と抵抗層の上面に複合材料層が堆積される。
パッシベーション材料でできた二重の層は、厚さが２３
５０Åから２８００Åの範囲の窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）
でできた第１の層４１９と、これを覆う厚さが１０００
Åから１５５０Åの範囲の不活性の炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）でできた第２の層４２１とを含む。この並外れて薄
いパッシベーション層（４１９、４２１）は、その下に
ある材料に良好に接着すると共に、その下にある材料を
インクによる腐蝕から良好に保護する。この層はまた、
電気的絶縁も行う。本発明にとって重要なことである
が、このパッシベーション層の厚さが低減されることに
より、基板内へかなりの熱が流れるのとは対照的に、ヒ
ータ抵抗器からチャンバ３０１内のインクへの熱流が増
大される。ヒータ抵抗器３０９および関連する電気接続
にわたる領域が次にマスキングされ、厚さが２５００Å
から３５００Åの範囲のタンタルでできたキャビテーシ
ョン層４２３が、従来技術によりスパッタリングで堆積
される。柔軟性を有する導電テープ１１９（または１１
７）との電気的相互接続が所望される領域においては、
キャビテーション層に金の層４２５を選択的に付け加え
てもよい。熱インクジェット用途用の半導体処理の例
を、米国特許第４，８６２，１９７号、「Process for
Manufacturing Thermal Inkjet Printhead and Integra
ted Circuit(IC) Structures Produced Thereby」にお
いて見いだすことができる。他の熱インクジェットの半
導体処理は、米国特許第５，８８３，６５０号「Thin-F
ilm Printhead Device for an Ink-JetPrinter」におい
て見いだすことができる。
関連する構造の断面図を示す。この好適な実施例におい
て、基板３１３は、シリコンでできた半導体ベース４０
１を含む。このベース４０１は、熱酸化と蒸着のどちら
かを用いて処理されて、その上に二酸化ケイ素でできた
薄い層４０３およびリン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）で
できた薄い層４０５が形成される。この二酸化ケイ素と
ＰＳＧとは、厚さが約１７０００Åの電気絶縁層を形成
し、次にその上に、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）
の抵抗材料でできた層４０７が堆積される。このタンタ
ルアルミニウム層は、厚さ約９００Åまで堆積されて、
抵抗率が、平方当たり２７．１Ωから平方当たり３１．
５Ωの範囲、好ましくは平方当たり２９．３Ωの値にな
っている。好適な実施例において、この抵抗層は、マグ
ネトロンスパッタリング技術を用いて従来技術で堆積さ
れ、次にマスキングをしてエッチングを行い、領域４０
９、４１１等の抵抗材料でできた不連続で電気的に独立
した領域を作り出す。次に、アルミニウムケイ素銅（Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金の導体でできた層４１３が、タン
タルアルミニウム層領域４０９、４１１の上に厚さ約５
０００Åまで、従来技術によりマグネトロンスパッタリ
ングで堆積され、エッチングされて、不連続で独立した
電気導体（導体４１５、４１７等）および相互接続領域
を設ける。ヒータ抵抗器および接続導体を保護するため
に、導体層と抵抗層の上面に複合材料層が堆積される。
パッシベーション材料でできた二重の層は、厚さが２３
５０Åから２８００Åの範囲の窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）
でできた第１の層４１９と、これを覆う厚さが１０００
Åから１５５０Åの範囲の不活性の炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）でできた第２の層４２１とを含む。この並外れて薄
いパッシベーション層（４１９、４２１）は、その下に
ある材料に良好に接着すると共に、その下にある材料を
インクによる腐蝕から良好に保護する。この層はまた、
電気的絶縁も行う。本発明にとって重要なことである
が、このパッシベーション層の厚さが低減されることに
より、基板内へかなりの熱が流れるのとは対照的に、ヒ
ータ抵抗器からチャンバ３０１内のインクへの熱流が増
大される。ヒータ抵抗器３０９および関連する電気接続
にわたる領域が次にマスキングされ、厚さが２５００Å
から３５００Åの範囲のタンタルでできたキャビテーシ
ョン層４２３が、従来技術によりスパッタリングで堆積
される。柔軟性を有する導電テープ１１９（または１１
７）との電気的相互接続が所望される領域においては、
キャビテーション層に金の層４２５を選択的に付け加え
てもよい。熱インクジェット用途用の半導体処理の例
を、米国特許第４，８６２，１９７号、「Process for
Manufacturing Thermal Inkjet Printhead and Integra
ted Circuit(IC) Structures Produced Thereby」にお
いて見いだすことができる。他の熱インクジェットの半
導体処理は、米国特許第５，８８３，６５０号「Thin-F
ilm Printhead Device for an Ink-JetPrinter」におい
て見いだすことができる。
【００２３】好適な実施例において、噴射チャンバ３０
１およびインク供給チャネルの側面は、ポリマーのバリ
アー層３１５によって画定される。このバリアー層は、
好ましくは、インクの腐食作用に対して略不活性であ
り、基板３１３およびその様々な保護層の上に従来技術
を用いて施される、有機ポリマープラスチックでできて
いる。プリントヘッド用途に有用な構造を実現するため
に、バリアー層を次にフォトリソグラフィーによって所
望の形状に画定し、次にエッチングを行う。好適な実施
例において、バリアー層３１５は、プリントヘッドをオ
リフィス板３０５と共に組み立てた後の厚さが約１５μ
ｍである。
１およびインク供給チャネルの側面は、ポリマーのバリ
アー層３１５によって画定される。このバリアー層は、
好ましくは、インクの腐食作用に対して略不活性であ
り、基板３１３およびその様々な保護層の上に従来技術
を用いて施される、有機ポリマープラスチックでできて
いる。プリントヘッド用途に有用な構造を実現するため
に、バリアー層を次にフォトリソグラフィーによって所
望の形状に画定し、次にエッチングを行う。好適な実施
例において、バリアー層３１５は、プリントヘッドをオ
リフィス板３０５と共に組み立てた後の厚さが約１５μ
ｍである。
【００２４】オリフィス板３０５は、バリアー層３１５
によって基板３１３に固定される。プリントカートリッ
ジによっては、オリフィス板３０５を金メッキしたニッ
ケルで構成して、インクの腐蝕効果に対抗するものがあ
る。他のプリントカートリッジにおいては、オリフィス
板を通常の電気的相互接続構造として用いることができ
るポリアミド材料で構成する。他の実施例においては、
オリフィス板とバリアー層とを基板上に一体的に形成す
る。
によって基板３１３に固定される。プリントカートリッ
ジによっては、オリフィス板３０５を金メッキしたニッ
ケルで構成して、インクの腐蝕効果に対抗するものがあ
る。他のプリントカートリッジにおいては、オリフィス
板を通常の電気的相互接続構造として用いることができ
るポリアミド材料で構成する。他の実施例においては、
オリフィス板とバリアー層とを基板上に一体的に形成す
る。
【００２５】本発明の好適な実施例において、より高い
抵抗値を有するヒータ抵抗器を用いて、上述の過剰な熱
発生の問題、特に寄生抵抗における不所望のエネルギー
消費の問題をいくらか克服する。より高い抵抗値のヒー
タ抵抗器を実施するということは、ヒータ抵抗器の形状
を変えることを実施すること、具体的には、幅よりも長
さの方が大きい２つのセグメントを設けることを実施す
ることである。頂部から噴射する（ヒータ抵抗器を含む
平面に対して垂直にインク滴を噴出する）プリントヘッ
ドにおける最適気泡核形成のためには、１つのコンパク
トな点に配置されたヒータ抵抗器３０９を有することが
好ましいので、これらの抵抗器セグメントは、図５に示
すように、互いに長辺同士を向かい合わせて配置されて
いる。図示のように、ヒータ抵抗器セグメント５０１
は、その長辺のうちの１つがヒータ抵抗器セグメント５
０３の長辺と略平行になるように配置されている。電流
Ｉinは、抵抗器セグメント５０１に、抵抗器セグメント
５０１の短辺（幅）の縁のうちの１つにおいて配置され
た導体５０５を経由して入力される。この電流は、好適
な実施例において、「短絡バー」５１１と名付けた結合
装置によって、抵抗器セグメント５０３の短辺（幅）の
縁のうちの１つにおいて配置された、抵抗器セグメント
５０３の入力と結合している。短絡バーは、ヒータ抵抗
器セグメント５０１の出力と、ヒータ抵抗器セグメント
５０３の入力との間に配置された、導体膜の一部であ
る。電流Ｉoutは、ヒータ抵抗器セグメント５０３の出
力に接続された導体５１５を経由して、電源に帰還す
る。図示のように、電流源または電流シンクがない状態
では、Ｉin＝Ｉoutである。ヒータ抵抗器セグメント５
０１、５０３の出力はそれぞれ、入力ポートからヒータ
抵抗器セグメントの反対側の短辺（幅）の縁のところに
配置されている。
抵抗値を有するヒータ抵抗器を用いて、上述の過剰な熱
発生の問題、特に寄生抵抗における不所望のエネルギー
消費の問題をいくらか克服する。より高い抵抗値のヒー
タ抵抗器を実施するということは、ヒータ抵抗器の形状
を変えることを実施すること、具体的には、幅よりも長
さの方が大きい２つのセグメントを設けることを実施す
ることである。頂部から噴射する（ヒータ抵抗器を含む
平面に対して垂直にインク滴を噴出する）プリントヘッ
ドにおける最適気泡核形成のためには、１つのコンパク
トな点に配置されたヒータ抵抗器３０９を有することが
好ましいので、これらの抵抗器セグメントは、図５に示
すように、互いに長辺同士を向かい合わせて配置されて
いる。図示のように、ヒータ抵抗器セグメント５０１
は、その長辺のうちの１つがヒータ抵抗器セグメント５
０３の長辺と略平行になるように配置されている。電流
Ｉinは、抵抗器セグメント５０１に、抵抗器セグメント
５０１の短辺（幅）の縁のうちの１つにおいて配置され
た導体５０５を経由して入力される。この電流は、好適
な実施例において、「短絡バー」５１１と名付けた結合
装置によって、抵抗器セグメント５０３の短辺（幅）の
縁のうちの１つにおいて配置された、抵抗器セグメント
５０３の入力と結合している。短絡バーは、ヒータ抵抗
器セグメント５０１の出力と、ヒータ抵抗器セグメント
５０３の入力との間に配置された、導体膜の一部であ
る。電流Ｉoutは、ヒータ抵抗器セグメント５０３の出
力に接続された導体５１５を経由して、電源に帰還す
る。図示のように、電流源または電流シンクがない状態
では、Ｉin＝Ｉoutである。ヒータ抵抗器セグメント５
０１、５０３の出力はそれぞれ、入力ポートからヒータ
抵抗器セグメントの反対側の短辺（幅）の縁のところに
配置されている。
【００２６】好適な実施例において、それぞれの分割さ
れたヒータ抵抗インク噴出器の抵抗が公称で１４０Ωで
あり、電源電圧が１０．８ボルト±１％である場合に
は、図５のヒータ抵抗器の平面図での設計寸法は、２
０．５μｍと２４．０μｍとの間であるヒータ抵抗器セ
グメントの長さｌRと、９．０μｍと１１．０μｍとの
間である幅ｗRとを含む。短絡バーは、約２０．５μｍ
の長さｌSと、約２０μｍの幅ｗSとを含む。短絡バーの
カット用の設計中央値は、切り欠きの深さｄCが２．２
μｍと４．２μｍとの間であり、切り欠きの幅ｗCが
１．５μｍと５．０μｍとの間である。好適な実施例に
ついてのカット形状は、角を丸めてある、すなわちＵ字
型の切り欠きであり、半径の小さい各点において押し寄
せる電流を増大させてしまう鋭い不連続部分を避けてい
る。しかし、設計者の好みで、他のカット形状を用い
て、他の性能上の利点を得てもよい。
れたヒータ抵抗インク噴出器の抵抗が公称で１４０Ωで
あり、電源電圧が１０．８ボルト±１％である場合に
は、図５のヒータ抵抗器の平面図での設計寸法は、２
０．５μｍと２４．０μｍとの間であるヒータ抵抗器セ
グメントの長さｌRと、９．０μｍと１１．０μｍとの
間である幅ｗRとを含む。短絡バーは、約２０．５μｍ
の長さｌSと、約２０μｍの幅ｗSとを含む。短絡バーの
カット用の設計中央値は、切り欠きの深さｄCが２．２
μｍと４．２μｍとの間であり、切り欠きの幅ｗCが
１．５μｍと５．０μｍとの間である。好適な実施例に
ついてのカット形状は、角を丸めてある、すなわちＵ字
型の切り欠きであり、半径の小さい各点において押し寄
せる電流を増大させてしまう鋭い不連続部分を避けてい
る。しかし、設計者の好みで、他のカット形状を用い
て、他の性能上の利点を得てもよい。
【００２７】図６は、好適な実施例のプリントヘッド上
で見いだされる液滴発生器の集積駆動ヘッドマトリクス
回路を示す、電気的概略図である。この構成により、液
滴噴射制御装置２１５からの印刷命令に応答して噴射す
べき液滴発生器および電源２１７を選択することができ
る。それぞれのインク噴出ヒータ抵抗器は、オリフィス
板のノズルの１つに対応して配置されており、それぞれ
は、プリンタによってプリントヘッドに向けられた印刷
命令内のイネーブル信号によって、電気的マトリクス内
で識別される。それぞれの液滴発生器は一般的に、ヒー
タ抵抗器（例えば、抵抗器６０１）と、それに関連する
噴射チャンバおよびオリフィス板とを含む。ヒータ抵抗
器は、切り換え装置（例えば、トランジスタ６０３）に
よって、電源に結合されている。共通の電気接続は、基
本要素選択(primitive select)（ＰＳ（ｎ））リード６
０５、基本要素共通（ＰＧ（ｎ））リード６０７、およ
びアドレス相互接続Ａ１、Ａ２、Ａ３（Ａｎまで）６０
９を含む。それぞれの切り換え装置（例えば６０３）
は、基本要素選択リード６０５と基本要素共通リード６
０７との間でそれぞれのヒータ抵抗器（例えば６０１）
と直列に接続されている。アドレス相互接続６０９（例
えばアドレスＡ３）は、切り換え装置（例えば６０３）
の、装置を導通状態と非導通状態との間で切り換える制
御ポートに接続されている。導通状態においては、切り
換え装置６０３は、基本要素選択リード６０５からヒー
タ抵抗器６０１を通って基本要素共通リード６０７に至
る回路を完成し、基本要素選択リードＰＳ１が電力源に
結合するとヒータ抵抗器に通電する。
で見いだされる液滴発生器の集積駆動ヘッドマトリクス
回路を示す、電気的概略図である。この構成により、液
滴噴射制御装置２１５からの印刷命令に応答して噴射す
べき液滴発生器および電源２１７を選択することができ
る。それぞれのインク噴出ヒータ抵抗器は、オリフィス
板のノズルの１つに対応して配置されており、それぞれ
は、プリンタによってプリントヘッドに向けられた印刷
命令内のイネーブル信号によって、電気的マトリクス内
で識別される。それぞれの液滴発生器は一般的に、ヒー
タ抵抗器（例えば、抵抗器６０１）と、それに関連する
噴射チャンバおよびオリフィス板とを含む。ヒータ抵抗
器は、切り換え装置（例えば、トランジスタ６０３）に
よって、電源に結合されている。共通の電気接続は、基
本要素選択(primitive select)（ＰＳ（ｎ））リード６
０５、基本要素共通（ＰＧ（ｎ））リード６０７、およ
びアドレス相互接続Ａ１、Ａ２、Ａ３（Ａｎまで）６０
９を含む。それぞれの切り換え装置（例えば６０３）
は、基本要素選択リード６０５と基本要素共通リード６
０７との間でそれぞれのヒータ抵抗器（例えば６０１）
と直列に接続されている。アドレス相互接続６０９（例
えばアドレスＡ３）は、切り換え装置（例えば６０３）
の、装置を導通状態と非導通状態との間で切り換える制
御ポートに接続されている。導通状態においては、切り
換え装置６０３は、基本要素選択リード６０５からヒー
タ抵抗器６０１を通って基本要素共通リード６０７に至
る回路を完成し、基本要素選択リードＰＳ１が電力源に
結合するとヒータ抵抗器に通電する。
【００２８】マトリクス内の液滴発生器のヒータ抵抗器
のそれぞれの行は、１つの基本要素とみなされ、関連す
る基本要素選択リード６０５、例えば図６において６１
１で示すヒータ抵抗器の行についてはＰＳ１、に電力を
供給することによって、選択的に噴射の準備をさせるこ
とができる。ここでは３つのヒータ抵抗器のみを示して
いるが、設計者の目的および他のプリンタやプリントヘ
ッドの制約が課す制限と矛盾しなければ基本要素１つの
中にいかなる数のヒータ抵抗器が含まれていても良い、
ということが理解されるべきである。同様に、基本要素
の数は、設計者による設計上の選択事項である。基本要
素のヒータ抵抗器に均一なエネルギーを供給するために
は、一度に通電するのは基本要素当たり１つの直列切り
換え装置のみであるのが好ましい。しかし、同時にいか
なる数の基本要素を選択して作動させてもよい。従っ
て、ＰＳ１やＰＳ２等の、イネーブルにされた各基本要
素選択は、電力とイネーブル信号のうちの１つとの両方
を、ヒータ抵抗器に配給する。マトリクスについての他
のイネーブル信号の１つは、Ａ１、Ａ２、等の、それぞ
れの制御相互接続６０９が供給するアドレス信号であ
り、好ましくは、一度に制御相互接続のうちの１つのみ
が作動する。それぞれのアドレス相互接続６０９は、マ
トリクスの列におけるすべての切り換え装置に結合さ
れ、その相互接続が作動する、すなわち切り換え装置を
オンにする電圧レベルである場合には、その列のすべて
の切り換え装置が導通状態になるようになっている。あ
るヒータ抵抗器について、基本要素選択およびアドレス
相互接続が共に同時に作動する場合、その抵抗器は通電
され、素早く加熱を行い、関連するインク噴射チャンバ
内のインクを気化する。
のそれぞれの行は、１つの基本要素とみなされ、関連す
る基本要素選択リード６０５、例えば図６において６１
１で示すヒータ抵抗器の行についてはＰＳ１、に電力を
供給することによって、選択的に噴射の準備をさせるこ
とができる。ここでは３つのヒータ抵抗器のみを示して
いるが、設計者の目的および他のプリンタやプリントヘ
ッドの制約が課す制限と矛盾しなければ基本要素１つの
中にいかなる数のヒータ抵抗器が含まれていても良い、
ということが理解されるべきである。同様に、基本要素
の数は、設計者による設計上の選択事項である。基本要
素のヒータ抵抗器に均一なエネルギーを供給するために
は、一度に通電するのは基本要素当たり１つの直列切り
換え装置のみであるのが好ましい。しかし、同時にいか
なる数の基本要素を選択して作動させてもよい。従っ
て、ＰＳ１やＰＳ２等の、イネーブルにされた各基本要
素選択は、電力とイネーブル信号のうちの１つとの両方
を、ヒータ抵抗器に配給する。マトリクスについての他
のイネーブル信号の１つは、Ａ１、Ａ２、等の、それぞ
れの制御相互接続６０９が供給するアドレス信号であ
り、好ましくは、一度に制御相互接続のうちの１つのみ
が作動する。それぞれのアドレス相互接続６０９は、マ
トリクスの列におけるすべての切り換え装置に結合さ
れ、その相互接続が作動する、すなわち切り換え装置を
オンにする電圧レベルである場合には、その列のすべて
の切り換え装置が導通状態になるようになっている。あ
るヒータ抵抗器について、基本要素選択およびアドレス
相互接続が共に同時に作動する場合、その抵抗器は通電
され、素早く加熱を行い、関連するインク噴射チャンバ
内のインクを気化する。
【００２９】好適な実施例において、合計で４３２個の
液滴発生器が、それぞれ１４４個の液滴発生器からなる
３つのカラーのグループに分けてプリントヘッド上に配
置される。配置は、走査方向Ｘに１２００ＤＰＩの解像
度が達成されるように行う。図７Ａは、本発明を用いる
ことができる、プリントヘッドのオリフィス板の外面７
０１を示す。オリフィス板を固定する半導体基板の寸法
は、幅寸法ａが公称で７．９ｍｍ（走査方向Ｘに沿っ
て）、高さ寸法ｂが、０．４％の公差内に保たれる、公
称で８．７ｍｍとして示す。液滴発生器のノズルは、イ
エローのグループ７０３、シアンのグループ７０５、お
よびマゼンタのグループ７０７という、それぞれ１４４
個のノズルからなる略平行な行にして示す。それぞれの
カラーのグループ内では、ヒータ抵抗器は８つの基本要
素に組織されている。カラーのグループのうちの１つ、
例えばイエローのグループを考えると、オリフィス板と
噴射チャンバを画定するバリアー層とを取り除いた状態
の、このグループのヒータ抵抗器の一部拡大図を、図７
Ｂに示す。好適な実施例において、ヒータ抵抗器（例え
ば、ヒータ抵抗器７１２）は、細長いインク供給スロッ
ト７１１の両長辺上に配置されている。このインク供給
スロットは、ヒータ抵抗器を含む基板の上面から底面ま
で延びており、そこを通って、インクはプリントカート
リッジの残部に供給される。細長いインク供給スロット
７１１の一方の直線状の縁７１３には、４つの基本要
素、例えば１、３、５、７の番号が付いた基本要素を配
置して示す。これらは、図６に示すように電気的に結合
している。２、４、６、８の番号が付いた他の４つの基
本要素は、細長いインク供給スロット開口部７１１の他
方の直線状の縁７１５に配置されている。
液滴発生器が、それぞれ１４４個の液滴発生器からなる
３つのカラーのグループに分けてプリントヘッド上に配
置される。配置は、走査方向Ｘに１２００ＤＰＩの解像
度が達成されるように行う。図７Ａは、本発明を用いる
ことができる、プリントヘッドのオリフィス板の外面７
０１を示す。オリフィス板を固定する半導体基板の寸法
は、幅寸法ａが公称で７．９ｍｍ（走査方向Ｘに沿っ
て）、高さ寸法ｂが、０．４％の公差内に保たれる、公
称で８．７ｍｍとして示す。液滴発生器のノズルは、イ
エローのグループ７０３、シアンのグループ７０５、お
よびマゼンタのグループ７０７という、それぞれ１４４
個のノズルからなる略平行な行にして示す。それぞれの
カラーのグループ内では、ヒータ抵抗器は８つの基本要
素に組織されている。カラーのグループのうちの１つ、
例えばイエローのグループを考えると、オリフィス板と
噴射チャンバを画定するバリアー層とを取り除いた状態
の、このグループのヒータ抵抗器の一部拡大図を、図７
Ｂに示す。好適な実施例において、ヒータ抵抗器（例え
ば、ヒータ抵抗器７１２）は、細長いインク供給スロッ
ト７１１の両長辺上に配置されている。このインク供給
スロットは、ヒータ抵抗器を含む基板の上面から底面ま
で延びており、そこを通って、インクはプリントカート
リッジの残部に供給される。細長いインク供給スロット
７１１の一方の直線状の縁７１３には、４つの基本要
素、例えば１、３、５、７の番号が付いた基本要素を配
置して示す。これらは、図６に示すように電気的に結合
している。２、４、６、８の番号が付いた他の４つの基
本要素は、細長いインク供給スロット開口部７１１の他
方の直線状の縁７１５に配置されている。
【００３０】各アドレス選択ラインは、プリンタ内に配
置された液滴噴射制御装置２１５に従って、柔軟性を有
するテープ１１７または１１９の電気導体を経由して、
順次オンになるが、これは、印刷が左から右への場合に
はＡ１からＡｎへ、印刷が右から左への場合にはＡｎか
らＡ１へという順番である（どの抵抗器を通電するかを
命令するデータから独立して）。液滴噴射制御装置２１
５内のメモリから引き出した印刷データは、基本要素選
択ラインのいかなる組み合わせもオンにする。
置された液滴噴射制御装置２１５に従って、柔軟性を有
するテープ１１７または１１９の電気導体を経由して、
順次オンになるが、これは、印刷が左から右への場合に
はＡ１からＡｎへ、印刷が右から左への場合にはＡｎか
らＡ１へという順番である（どの抵抗器を通電するかを
命令するデータから独立して）。液滴噴射制御装置２１
５内のメモリから引き出した印刷データは、基本要素選
択ラインのいかなる組み合わせもオンにする。
【００３１】アドレスラインＡ１−Ａｎに印加する噴射
信号を、図８のタイミング図に示す。アドレスライン信
号の振幅をｙ軸で示し、時間をｘ軸で示す。１噴射サイ
クル（１／Ｆ）中に、それぞれの基本要素におけるそれ
ぞれのアドレスが噴射される。従って、１噴射サイクル
中に、それぞれの基本要素におけるそれぞれのヒータ抵
抗器を１度通電することができる。それぞれの噴射サイ
クルは、複数の噴射間隔（ｔFI）からなっている。好適
な実施例において、１つのプリントヘッドの噴射間隔
は、それぞれのヒータ抵抗器についてのいくつかの噴射
間隔を含み、パルス時間（ｔPW）プラス不感時間からな
っている。このパルス時間は、ターンオン・エネルギー
を超えるエネルギーが選択したヒータ抵抗器に印加され
る時間量である。好適な実施例において、このパルス時
間は１．４μｍｓｅｃ±０．１μｍｓｅｃである。残り
の時間である不感時間は、アドレスライン（例えば、Ａ
１）上の１つのパルスの終わりから、次のアドレスライ
ン（Ａ２）上の次に連続して起こるパルスの始まりまで
の間の時間間隔である。不感時間の長さによって、プリ
ントカートリッジのキャリッジ１０９が次の噴射位置
（必要ならば）に動く時間が提供されると共に、本発明
の特徴の１つとして、その間にプリントヘッドにエネル
ギーが印加されない、冷却期間が提供される。更に、そ
れぞれのヒータ抵抗器は、常に印刷用に選択されている
わけではない。選択は、印刷する文字または画像の関数
として行われ、媒体に関するプリントカートリッジの特
定の位置に関して選択される適当なアドレスラインおよ
び基本要素ラインによって選択されるものである。従っ
て、電源２１７は、常にプリントヘッドに電力を供給し
ているわけではない。
信号を、図８のタイミング図に示す。アドレスライン信
号の振幅をｙ軸で示し、時間をｘ軸で示す。１噴射サイ
クル（１／Ｆ）中に、それぞれの基本要素におけるそれ
ぞれのアドレスが噴射される。従って、１噴射サイクル
中に、それぞれの基本要素におけるそれぞれのヒータ抵
抗器を１度通電することができる。それぞれの噴射サイ
クルは、複数の噴射間隔（ｔFI）からなっている。好適
な実施例において、１つのプリントヘッドの噴射間隔
は、それぞれのヒータ抵抗器についてのいくつかの噴射
間隔を含み、パルス時間（ｔPW）プラス不感時間からな
っている。このパルス時間は、ターンオン・エネルギー
を超えるエネルギーが選択したヒータ抵抗器に印加され
る時間量である。好適な実施例において、このパルス時
間は１．４μｍｓｅｃ±０．１μｍｓｅｃである。残り
の時間である不感時間は、アドレスライン（例えば、Ａ
１）上の１つのパルスの終わりから、次のアドレスライ
ン（Ａ２）上の次に連続して起こるパルスの始まりまで
の間の時間間隔である。不感時間の長さによって、プリ
ントカートリッジのキャリッジ１０９が次の噴射位置
（必要ならば）に動く時間が提供されると共に、本発明
の特徴の１つとして、その間にプリントヘッドにエネル
ギーが印加されない、冷却期間が提供される。更に、そ
れぞれのヒータ抵抗器は、常に印刷用に選択されている
わけではない。選択は、印刷する文字または画像の関数
として行われ、媒体に関するプリントカートリッジの特
定の位置に関して選択される適当なアドレスラインおよ
び基本要素ラインによって選択されるものである。従っ
て、電源２１７は、常にプリントヘッドに電力を供給し
ているわけではない。
【００３２】好適な実施例において、アドレスラインが
まずオンになり、次に所望のパルス時間の間、基本要素
選択ラインがオンになる。本発明を用いているプリント
カートリッジが、媒体上に素早くインクのドットを（特
に８ｎｇの重量範囲である小さな液滴について）付着す
ることができるようにするためには、ヒータ抵抗器を高
速で通電しなければならない。本発明を用いているプリ
ントカートリッジを用いる印刷装置の動作モード次第で
は、噴射速度は、１８ｋＨｚよりも大きく設定すること
ができる（ドラフト印刷モードについて）。公称では、
噴射速度は１５ｋＨｚに設定されている。電力は、選択
したヒータ抵抗器に供給されると、そのヒータ抵抗器の
抵抗値、電源電圧、およびパルス時間によって制限され
る。好適な実施例において、噴射パルスは１．０から
１．４μジュールの範囲である。約１．４μｓｅｃのパ
ルスにおいてターンオン・エネルギーを超える十分なエ
ネルギーを実現するために、パッシベーション層の厚さ
を上述のように低減した。このように薄いシリコンをベ
ースにしたパッシベーション層は、これまでは失敗して
きたが、導体層４１３の処理を改善して面取りを行うこ
とによって、より薄いパッシベーション層を用いること
が可能になった。
まずオンになり、次に所望のパルス時間の間、基本要素
選択ラインがオンになる。本発明を用いているプリント
カートリッジが、媒体上に素早くインクのドットを（特
に８ｎｇの重量範囲である小さな液滴について）付着す
ることができるようにするためには、ヒータ抵抗器を高
速で通電しなければならない。本発明を用いているプリ
ントカートリッジを用いる印刷装置の動作モード次第で
は、噴射速度は、１８ｋＨｚよりも大きく設定すること
ができる（ドラフト印刷モードについて）。公称では、
噴射速度は１５ｋＨｚに設定されている。電力は、選択
したヒータ抵抗器に供給されると、そのヒータ抵抗器の
抵抗値、電源電圧、およびパルス時間によって制限され
る。好適な実施例において、噴射パルスは１．０から
１．４μジュールの範囲である。約１．４μｓｅｃのパ
ルスにおいてターンオン・エネルギーを超える十分なエ
ネルギーを実現するために、パッシベーション層の厚さ
を上述のように低減した。このように薄いシリコンをベ
ースにしたパッシベーション層は、これまでは失敗して
きたが、導体層４１３の処理を改善して面取りを行うこ
とによって、より薄いパッシベーション層を用いること
が可能になった。
【００３３】従って、分割したヒータ抵抗器装置を用い
て、より高いヒータ抵抗、より薄いパッシベーション
層、およびより低いヒータ抵抗器起動エネルギーを得る
プリントヘッドによって、液滴発生器が高密度であり印
刷スループットが高いが、プリントヘッド内で過剰な熱
発生がない、コンパクトなプリントヘッドを実現するこ
とができる。
て、より高いヒータ抵抗、より薄いパッシベーション
層、およびより低いヒータ抵抗器起動エネルギーを得る
プリントヘッドによって、液滴発生器が高密度であり印
刷スループットが高いが、プリントヘッド内で過剰な熱
発生がない、コンパクトなプリントヘッドを実現するこ
とができる。
【００３４】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００３５】[実施態様１]少なくとも１印刷方向におい
て少なくとも１２００ｄｐｉを実現する高密度の液滴発
生器を有するインクジェットプリントヘッドであって、
所定の領域を有する少なくとも１つの表面を有する半導
体基板（３１３）と、前記少なくとも１つの表面上に、
少なくとも１平方ミリメートル当たり６個の密度で配置
され、それぞれが、１．０から１．４μジュールの間の
エネルギーパルスを印加されるとインク滴を噴出するよ
うになっている、複数のヒータ抵抗器（３０９）と、前
記半導体基板の前記少なくとも１つの表面の一部の上
に、３５５０Åから４３５０Åの範囲の厚さで、前記複
数のヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置され、それによ
って、有害なプリントヘッド温度を回避する、パッシベ
ーション層（４１９、４２１）とを備えて成るインクジ
ェットプリントヘッド。
て少なくとも１２００ｄｐｉを実現する高密度の液滴発
生器を有するインクジェットプリントヘッドであって、
所定の領域を有する少なくとも１つの表面を有する半導
体基板（３１３）と、前記少なくとも１つの表面上に、
少なくとも１平方ミリメートル当たり６個の密度で配置
され、それぞれが、１．０から１．４μジュールの間の
エネルギーパルスを印加されるとインク滴を噴出するよ
うになっている、複数のヒータ抵抗器（３０９）と、前
記半導体基板の前記少なくとも１つの表面の一部の上
に、３５５０Åから４３５０Åの範囲の厚さで、前記複
数のヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置され、それによ
って、有害なプリントヘッド温度を回避する、パッシベ
ーション層（４１９、４２１）とを備えて成るインクジ
ェットプリントヘッド。
【００３６】[実施態様２]前記パッシベーション層が、
２３５０Åから２８００Åの範囲の厚さの、前記複数の
ヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置された、窒化ケイ素
を含む第１のサブ層（４１９）と、１０００Åから１５
５０Åの範囲の厚さで、前記第１のサブ層と同一の広が
りを持つように配置された、炭化ケイ素を含む第２のサ
ブ層（４２１）とをさらに備えて成ることを特徴とす
る、実施態様１に記載のインクジェットプリントヘッ
ド。
２３５０Åから２８００Åの範囲の厚さの、前記複数の
ヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置された、窒化ケイ素
を含む第１のサブ層（４１９）と、１０００Åから１５
５０Åの範囲の厚さで、前記第１のサブ層と同一の広が
りを持つように配置された、炭化ケイ素を含む第２のサ
ブ層（４２１）とをさらに備えて成ることを特徴とす
る、実施態様１に記載のインクジェットプリントヘッ
ド。
【００３７】[実施態様３]２５００Åから３５００Åの
範囲の厚さで、前記パッシベーション層の少なくとも一
部の上に配置された、キャビテーション層（４２３）を
さらに備えて成ることを特徴とする、実施態様１に記載
のインクジェットプリントヘッド。
範囲の厚さで、前記パッシベーション層の少なくとも一
部の上に配置された、キャビテーション層（４２３）を
さらに備えて成ることを特徴とする、実施態様１に記載
のインクジェットプリントヘッド。
【００３８】[実施態様４]前記複数のヒータ抵抗器の各
ヒータ抵抗器が、２つの直列に結合した抵抗セグメント
（５０１、５０３）をさらに備えて成ることを特徴とす
る、実施態様１に記載のインクジェットプリントヘッ
ド。
ヒータ抵抗器が、２つの直列に結合した抵抗セグメント
（５０１、５０３）をさらに備えて成ることを特徴とす
る、実施態様１に記載のインクジェットプリントヘッ
ド。
【００３９】[実施態様５]前記複数のヒータ抵抗器の各
ヒータ抵抗器がさらに、平方当たり２７．１Ωから平方
当たり３１．５Ωの範囲の抵抗率を有する平らな抵抗シ
ートを備え、前記２つの直列に結合した抵抗セグメント
のうちの少なくとも１つが、２０．５μｍから２４．０
μｍの範囲の長さ寸法を有し、前記２つの直列に結合し
た抵抗セグメントのうちの前記少なくとも１つが、９．
０μｍから１１．０μｍの範囲の幅寸法を有することを
特徴とする、実施態様４に記載のインクジェットプリン
トヘッド。
ヒータ抵抗器がさらに、平方当たり２７．１Ωから平方
当たり３１．５Ωの範囲の抵抗率を有する平らな抵抗シ
ートを備え、前記２つの直列に結合した抵抗セグメント
のうちの少なくとも１つが、２０．５μｍから２４．０
μｍの範囲の長さ寸法を有し、前記２つの直列に結合し
た抵抗セグメントのうちの前記少なくとも１つが、９．
０μｍから１１．０μｍの範囲の幅寸法を有することを
特徴とする、実施態様４に記載のインクジェットプリン
トヘッド。
【００４０】[実施態様６]実施態様１に記載の高密度液
滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドを備え
て成るインクジェットプリントカートリッジ（１１０、
１１１）。
滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドを備え
て成るインクジェットプリントカートリッジ（１１０、
１１１）。
【００４１】[実施態様７]所定数の液滴発生器を選択し
て媒体（１０５）上にインクのドットを配置するプロセ
ッサ（２１５）と、前記所定数の液滴発生器に電力を供
給する電源（２１７）と、前記所定数の液滴発生器に関
連する所定数のヒータ抵抗器（３０９）を支持する基板
（３１３）とを有する熱インクジェット印刷装置の動作
方法であって、前記所定数のヒータ抵抗器のヒータ抵抗
器１つについて、前記基板に、１．３μｓｅｃから１．
５μｓｅｃの範囲のパルス時間（ｔPW）の間、１０．７
ボルトから１０．９ボルトの範囲の電圧を供給してイン
ク滴を噴出するステップ、を備えて成る方法。
て媒体（１０５）上にインクのドットを配置するプロセ
ッサ（２１５）と、前記所定数の液滴発生器に電力を供
給する電源（２１７）と、前記所定数の液滴発生器に関
連する所定数のヒータ抵抗器（３０９）を支持する基板
（３１３）とを有する熱インクジェット印刷装置の動作
方法であって、前記所定数のヒータ抵抗器のヒータ抵抗
器１つについて、前記基板に、１．３μｓｅｃから１．
５μｓｅｃの範囲のパルス時間（ｔPW）の間、１０．７
ボルトから１０．９ボルトの範囲の電圧を供給してイン
ク滴を噴出するステップ、を備えて成る方法。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、液滴発生器が高密度であり印刷スループット
が高いが、プリントヘッド内で過剰な熱発生がない、コ
ンパクトなプリントヘッドを提供することができる。
とにより、液滴発生器が高密度であり印刷スループット
が高いが、プリントヘッド内で過剰な熱発生がない、コ
ンパクトなプリントヘッドを提供することができる。
【図１Ａ】本発明を用いることができる、例示的印刷装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの印刷装置において用いることができ
る、プリントカートリッジのキャリッジ装置の斜視図で
ある。
る、プリントカートリッジのキャリッジ装置の斜視図で
ある。
【図２】図１Ａのプリンタの機能的要素の概略図であ
る。
る。
【図３】図１Ａのプリントカートリッジのプリントヘッ
ドにおいて用いることができる、液滴発生器の拡大斜視
断面図である。
ドにおいて用いることができる、液滴発生器の拡大斜視
断面図である。
【図４】本発明において有用な液滴発生器を形成する材
料層を示す、図３の液滴発生器の断面立面図である。
料層を示す、図３の液滴発生器の断面立面図である。
【図５】本発明を用いたプリントヘッドにおいて有用な
短絡バーを用いた、分割したヒータの平面図である。
短絡バーを用いた、分割したヒータの平面図である。
【図６】本発明において用いることができる、ヒータ抵
抗器のアドレス構成の電気的概略図である。
抗器のアドレス構成の電気的概略図である。
【図７Ａ】図１Ａのプリントカートリッジのプリントヘ
ッドが用いることができる、プリントヘッドのオリフィ
ス板の平面図である。
ッドが用いることができる、プリントヘッドのオリフィ
ス板の平面図である。
【図７Ｂ】図１Ａのプリントカートリッジのプリントヘ
ッドが用いることができる、プリントヘッド基板の平面
図である。
ッドが用いることができる、プリントヘッド基板の平面
図である。
【図８】本発明において用いることができる、ヒータ抵
抗器起動のタイミング図である。
抗器起動のタイミング図である。
１０５：媒体
１１０：プリントカートリッジ
１１１：プリントカートリッジ
２１５：プロセッサ、液滴噴射制御装置
２１７：電源
３０９：ヒータ抵抗器
３１３：基板
４１９：第１のサブ層
４２１：第２のサブ層
４２３：キャビテーション層
５０１：抵抗セグメント
５０３：抵抗セグメント
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 トッド・エイ・クレランド
アメリカ合衆国オレゴン州コーバリス ノ
ウスウエスト・アッシュウッド・ドライブ
2930
(72)発明者 ロバート・シィ・マズ
アメリカ合衆国オレゴン州コーバリス ノ
ウスウエスト・アロウッド・サークル
4133
(72)発明者 デイル・アール・オーフトン
アメリカ合衆国オレゴン州アルバニー ノ
ウスウエスト・スクワイア・ストリート
2798
Ｆターム(参考） 2C057 AF54 AF65 AG12 AG39 AG41
AG46 AM16 AM21 BA03 BA13
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも１つの印刷方向において少な
くとも１２００ｄｐｉのインクのドットを媒体上に付着
させる熱インクジェット印刷装置であって、 前記媒体上にインクのドットを配置するために所定数の
液滴発生器を選択するプロセッサと、 前記所定数の液滴発生器に電気エネルギーのパルスを供
給する電源と、 補充インクと、前記所定数の液滴発生器が選択される、
プリントヘッド内の複数の液滴発生器と、を有するプリ
ントカートリッジと、を備え、前記プリントヘッドが所
定の領域を有する少なくとも１つの表面を有する半導体
基板と、 前記複数の液滴発生器に対応して、前記少なくとも１つ
の表面上に少なくとも１平方ミリメートル当たり６個の
密度で配置され、それぞれが、１．０から１．４μジュ
ールの間のエネルギーパルスを印加されるとインク滴を
噴出するようになっている、複数のヒータ抵抗器と、前
記半導体基板の前記少なくとも１つの表面の一部分の上
に、３３５０Åから４３５０Åの範囲の厚さで、前記複
数のヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置され、それによ
って有害なプリントヘッド温度を回避する、パッシベー
ション層と、 をさらに備えて成る熱インクジェット印刷装置。 - 【請求項２】 前記電源がパルス発生器をさらに備え、
それによって、電気エネルギーのパルスが前記選択され
た所定数の液滴発生器のそれぞれに印加され、前記パル
スが１．３μｓｅｃから１．５μｓｅｃの間持続する、
請求項１に記載の熱インクジェット印刷装置。 - 【請求項３】 前記パッシベーション層が、前記複数の
ヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置された２３５０Åか
ら２８００Åの範囲の厚さの窒化ケイ素を含む第１のサ
ブ層と、１０００Åから１５５０Åの範囲の厚さで前記
第１のサブ層と同一の広がりを持つように配置された炭
化ケイ素を含む第２のサブ層とをさらに備えて成る、請
求項１に記載の熱インクジェット印刷装置。 - 【請求項４】 ２５００Åから３５００Åの範囲の厚さ
で前記パッシベーション層の少なくとも一部分の上に配
置された、キャビテーション層をさらに備えて成る、請
求項１に記載の熱インクジェット印刷装置。 - 【請求項５】 前記複数のヒータ抵抗器の各ヒータ抵抗
器が、直列に結合した２つの抵抗セグメントをさらに備
えて成る、請求項１に記載の熱インクジェット印刷装
置。 - 【請求項６】 前記複数のヒータ抵抗器の各ヒータ抵抗
器が、平方当たり２７．１Ωから平方当たり３１．５Ω
の範囲の抵抗率を有する平らな抵抗シートをさらに備
え、前記直列に結合した２つの抵抗セグメントのうちの
少なくとも１つが、２０．５μｍから２４．０μｍの範
囲の長さ寸法を有し、前記直列に結合した２つの抵抗セ
グメントのうちの少なくとも１つが、９．０μｍから１
１．０μｍの範囲の幅寸法を有する、請求項５に記載の
熱インクジェット印刷装置。 - 【請求項７】 前記プロセッサおよび前記電源が、前記
複数のヒータ抵抗器の少なくとも１つからインク滴を噴
出させるために、１．０μジュールから１．４μジュー
ルの範囲の量のエネルギーを選択的に送る液滴発生器エ
ネルギー源を備えている、請求項１に記載の熱インクジ
ェット印刷装置。 - 【請求項８】 媒体上にインクのドットを配置するため
に所定数の液滴発生器を選択するプロセッサと、前記所
定数の液滴発生器に電力を供給する電源と、前記所定数
の液滴発生器に関連する所定数のヒータ抵抗器を支持す
る基板とを有する熱インクジェット印刷装置の動作方法
であって、 前記所定数のヒータ抵抗器のうちの１つのヒータ抵抗器
のために、前記基板に、１．３μｓｅｃから１．５μｓ
ｅｃの範囲のパルス時間の間、１０．７ボルトから１
０．９ボルトの範囲の電圧を供給してインク滴を噴出さ
せるステップ、 を備えて成る方法。 - 【請求項９】 インクのドットを媒体上に高密度に付着
させる熱インクジェット印刷装置であって、 前記媒体上にインクのドットを配置するために所定数の
液滴発生器を選択するプロセッサと、 前記所定数の液滴発生器に電気エネルギーのパルスを供
給する電源と、 補充インクと、前記所定数の液滴発生器が選択される、
プリントヘッド内の複数の液滴発生器と、を有するプリ
ントカートリッジと、を備え、前記プリントヘッドが少
なくとも１平方ミリメートル当たり６個の密度で、前記
複数の液滴発生器に対応して複数のヒータ抵抗器が配置
された、所定の領域を有する少なくとも１つの表面を有
する半導体基板であって、前記複数のヒータ抵抗器の各
ヒータ抵抗器は、直列結合した２つの抵抗セグメントを
さらに有し、前記複数のヒータ抵抗器の各ヒータ抵抗器
が、平方当たり２７．１Ωから平方当たり３１．５Ωの
範囲の抵抗率を有する平らな抵抗シートをさらに有し、
前記直列結合した２つの抵抗セグメントのうちの少なく
とも１つが、２０．５μｍから２４．０μｍの範囲の長
さ寸法を有し、前記直列に結合した２つの抵抗セグメン
トのうちの少なくとも１つが、９．０μｍから１１．０
μｍの範囲の幅寸法を有する、前記半導体基板と、 前記半導体基板の前記少なくとも１つの表面の一部分の
上に、３３５０Åから４３５０Åの範囲の厚さで、前記
複数のヒータ抵抗器のそれぞれの上に配置されたパッシ
ベーション層と、 をさらに備えて成る熱インクジェット印刷装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US386028 | 1999-08-30 | ||
| US09/386,028 US6139131A (en) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | High drop generator density printhead |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3588459B2 JP3588459B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=23523856
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000257629A Expired - Lifetime JP3526822B2 (ja) | 1999-08-30 | 2000-08-28 | 高密度の液滴発生器を有するプリントヘッド |
| JP2003038757A Expired - Fee Related JP3588459B2 (ja) | 1999-08-30 | 2003-02-17 | 熱インクジェット印刷装置およびその動作方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000257629A Expired - Lifetime JP3526822B2 (ja) | 1999-08-30 | 2000-08-28 | 高密度の液滴発生器を有するプリントヘッド |
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|---|---|
| US (1) | US6139131A (ja) |
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| JP (2) | JP3526822B2 (ja) |
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| JP2002527272A (ja) | 1998-10-16 | 2002-08-27 | シルバーブルック リサーチ プロプライエタリイ、リミテッド | インクジェットプリンタに関する改良 |
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