JP3526851B2 - プリントヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書において開示する技
術の例示的な用途のひとつは、インクジェットプリント
の用途である。インクジェットプリンタは、マークまた
はプリンティングを配置する媒体に接近して保持される
表面内の複数の小さなノズルすなわちオリフィスを通し
て、少量のインクを吐出することによって動作する。こ
のようなノズルは、媒体の特定の位置に関して所定数の
ノズルからインク滴を吐出する結果、所望の文字または
画像の一部が生成されるような方法で、表面内に配置さ
れている。基板または媒体の位置を制御して動かし、イ
ンク滴をまた吐出することによって、所望の文字または
画像のさらに多くの画素が生成され続ける。選択したカ
ラーのインクを個々の配置ノズルと結合して、オリフィ
スを選択的に発射することで、そのインクジェットプリ
ンタによるマルチカラー画像を生成することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱インクジェットプリンタにおい
ては、インク溶媒の沸点を上回り気相のインク泡が生じ
る温度までインクを急速に加熱する結果として、インク
滴を吐出する。インクの急速な加熱は、典型的には０．
５ないし５マイクロ秒の間、方形波の電流を抵抗器に流
すことによって、行うことができる。それぞれのノズル
は、小さなインク発射チャンバに結合している。インク
発射チャンバはインクで満たされており、そのインクと
熱的に結合した、個々にアドレス可能な加熱要素の抵抗
器を有する。気泡は、核を形成し大きくなるにつれて、
ある体積のインクを押しのける。このインクはノズルか
ら押し出され、媒体上にデポジットされる。次に気泡は
つぶれ、インクは、押しのけられた体積分だけインク供
給チャネルを通って、より大きなインク槽から補充され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ヒータ抵抗器が停止
し、発射チャンバからインクが吐出された後、インクは
発射チャンバに逆流して（flows back）、吐出されたイ
ンクが空けた（vacated）分の体積を満たす。インクを
チャンバにできるだけ速く再補充し、それによってプリ
ントヘッドのノズルが非常に急速に発射できるようにす
ることが望ましい。

【０００４】

【課題を解決するための手段】基板の第１の部分を貫い
て形成され内縁を有するインク供給スロットを有する基
板を含むプリントヘッドを説明する。基板上に、内縁か
らの距離がさまざまである列になった滴発生器の群が形
成される。それぞれの滴発生器は、滴発生器をインク供
給スロットに流体的に結合する、関連する１つまたはそ
れよりも多いインク供給開口部を含む。インク供給開口
部は、このさまざまな距離をオフセットするのに役立
つ、さまざまな開口部の幾何学的形状を有する。

【０００５】本発明のこれらおよびその他の特徴および
利点は、添付図面に示す本発明の例示的実施形態の以下
の詳細な説明から、より明白になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のプリントヘッド
構造を組込み可能な１つのタイプのインクジェットプリ
ントカートリッジ１０の斜視図である。図１のプリント
カートリッジ１０は、かなりの量のインクをその本体１
２内に収容するタイプのものであるが、他の好適なプリ
ントカートリッジは、プリントヘッド上に搭載されてい
るか、管を経由してプリントヘッドに接続されているか
のどちらかである外部インク供給容器からインクを受け
取るタイプのものであってもよい。

【０００７】インクはプリントヘッド１４に供給され
る。プリントヘッド１４は、インクをインク噴出チャン
バ内に運び、それぞれのチャンバはインク噴出要素を含
む。接点１６に電気信号が供給されてインク噴出要素が
個々に通電され、インク滴が関連するノズル１８を通っ
て噴出される。従来のプリントカートリッジの構造およ
び動作は、非常によく知られている。

【０００８】例示的な用途において、本発明は、プリン
トカートリッジのプリントヘッド部またはプリンタ内に
固定されたプリントヘッドに関するものであり、したが
って、インクをプリントヘッドに供給するインク送出シ
ステムとは関係がない。本発明はまた、その中にプリン
トヘッドが組み込まれる特定のプリンタとも、関係がな
い。

【０００９】本発明の例示的な用途はプリントシステム
においてであるが、本発明はこれに限定されない。これ
は、本発明が非プリント用途、特に、例えば薬の滴を噴
出する医療用途等、精密に制御された流体滴の噴出を利
用する用途においても有用性を見出すことができるから
である。

【００１０】図２は、図１のプリントヘッドの一部の、
２−２線による拡大断面図である。プリントヘッドは、
典型的には、多くのノズル、例えば３００個またはそれ
以上のノズルと、それに関連するインク噴出チャンバと
を有する。単一のシリコンウエハー上に多くのプリント
ヘッドを形成してから従来技術を用いて互いに分離する
ことができる。

【００１１】図２において、シリコン基板２０の上に、
さまざまな薄膜層２２が形成されている。これらの薄膜
層２２を、以下「メンブレン（membrane）」と呼ぶこと
もある。薄膜層２２には、抵抗器２４を形成する抵抗層
が含まれる。他の薄膜層は、基板２０から絶縁したり、
ヒータ抵抗器要素から基板２０への熱伝導経路を提供し
たり、抵抗器要素への導線（electrical conductors）
を提供したりする等のさまざまな機能を果たす。抵抗器
２４の一方の端に通じている１本の導線２５を示す。抵
抗器２４の他方の端にも、同様の導線が通じている。実
際の実施形態においては、チャンバ内の抵抗器および導
線は、上にある各層で覆い隠されてしまう。

【００１２】薄膜層２２を完全に貫いて、インク供給穴
２６が形成される。

【００１３】薄膜層２２の表面上にオリフィス層２８が
デポジットされエッチングされて、１個の抵抗器２４当
たり１個のインク噴出チャンバ３０を形成する。ノズル
３４は、マスクおよび従来のフォトリソグラフィー技術
を用いたレーザアブレーションによって形成してもよ
い。

【００１４】シリコン基板２０をエッチングして、１行
のインク供給穴２６の長さに沿って延びるトレンチ３６
を形成し、インク槽からのインク３８がインク供給穴２
６に入ってインクをインク噴出チャンバ３０に供給する
ようになっている。

【００１５】例示的な一実施形態において、それぞれの
プリントヘッドは長さが約１２．７ミリメートル（約１
／２インチ）であり、互いに食い違いになっている４行
のノズルを含む。それぞれの行は３０４個のノズルを含
み、１個のプリントヘッド当たり全部で１２１６個のノ
ズルがある。それぞれの行におけるノズルのピッチは６
００ｄｐｉであり、行同士は互い違いに設けられてお
り、すべての（both）行を用いて２４００ｄｐｉのプリ
ント解像度を提供する。したがってプリントヘッドは、
ノズルの行の方向に沿ってシングルパスで約２５．４ミ
リメートル（１インチ）当たり２４００ドット（２４０
０ｄｐｉ）の解像度でプリントすることができ、マルチ
パスではそれよりも高い解像度でプリントすることがで
きる。プリントヘッドの走査方向に沿ってもまた、それ
よりも高い解像度でプリントすることができる。

【００１６】動作において、ヒータ抵抗器２４に電気信
号が供給され、インクの一部を気化してインク噴出チャ
ンバ３０内に気泡を形成する。この気泡は、関連するノ
ズル３４を通って媒体上にインク滴を進ませる。次にイ
ンク噴出チャンバ３０は、毛管作用によって再補充され
る。

【００１７】図３は、トレンチ３６およびインク供給穴
２６を示す、図２におけるプリントヘッドを下方から見
た斜視図である。図３の特定の実施形態において、単一
のトレンチ３６は、２行のインク供給穴２６へのアクセ
スを提供する。

【００１８】一実施形態において、それぞれのインク供
給穴２６のサイズはノズル３４のサイズよりも小さく、
インク内の粒子がインク供給穴２６によってフィルタを
かけられ、ノズル３４を詰まらせないようになってい
る。インク供給穴２６のひとつが詰まっても、チャンバ
３０の再補充速度にはほとんど影響がない。これは、そ
れぞれのチャンバ３０にインクを供給するインク供給穴
２６が多数あるからである。一実施形態において、イン
ク噴出チャンバ３０よりもインク供給穴２６のほうが数
が多い。

【００１９】図４は、図２の４−４線による断面図であ
る。図４は個々の薄膜層を示している。図４の特定の実
施形態において、シリコン基板２０の図示の部分は、厚
さが約１０マイクロメートル（ミクロン）である。

【００２０】従来の技術を用いて、シリコン基板２０の
上に厚さが１．２マイクロメートルのフィールド酸化物
層４０を形成する。次に、酸化物層４０の上に厚さが
０．５マイクロメートルのＰＳＧ層４２を施す。

【００２１】ＰＳＧ層４２の代わりに、ＢＰＳＧまたは
ＢＴＥＯＳ層を用いて、ＰＳＧ層４２のエッチングと同
様の方法でエッチングしてもよい。

【００２２】次にＰＳＧ層４２の上に、例えばタンタル
アルミニウム（ＴａＡｌ）でできた、厚さが０．１マイ
クロメートルの抵抗層が形成される。他の既知の抵抗層
もまた、用いてもよい。抵抗層は、エッチングすると、
抵抗器２４を形成する。ＰＳＧ層４２および酸化物層４
０は、抵抗器２４とシリコン基板２０との間の絶縁を行
い、シリコン基板２０をエッチングするときにエッチン
グストップを提供し、張り出した部分４５の機械的支持
を行う。ＰＳＧ層４２および酸化物層４０はまた、通電
信号を抵抗器２４に結合するのに用いるトランジスタ
（図示せず）のポリシリコンのゲートも絶縁する。

【００２３】プリントヘッドの１タイプにおいて、裏側
のマスク（トレンチ３６を形成するための）を完全にイ
ンク供給穴２６に整列させることは困難である。したが
って、製造工程は、シリコン基板２０にインク供給穴２
６を妨げさせる危険を冒すのではなく、張り出した部分
４５を可変に提供するように、設計されている。

【００２４】抵抗器への電気接続を提供する抵抗層の上
にあるアルミニウムと銅との合金等のパターニングした
金属層を、図４には示していないが図２に示す。ＡｌＣ
ｕおよびＴａＡｌ内にトレースをエッチングして、第１
の抵抗器寸法（例えば、幅）を規定する。ＡｌＣｕ層を
エッチングして、抵抗部にＡｌＣｕトレースが２つの端
で接触するようにすることによって、第２の抵抗器寸法
（例えば、長さ）を規定する。抵抗器および導線を形成
するこの技術は、当該分野において周知である。

【００２５】抵抗器２４およびＡｌＣｕ金属層の上に、
厚さが０．５マイクロメートルの窒化ケイ素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）層４６を形成する。この層４６は、絶縁およびパ
ッシベーションを行う。窒化ケイ素層４６をデポジット
する前に、ＰＳＧ層４２をエッチングし、ＰＳＧ層４２
を、インク供給穴２６から引き戻し、いかなるインクと
も接触しないようにする。ＰＳＧ層４２はある種のイン
クおよび、トレンチ３６を形成するのに用いるエッチン
グ液に傷つけられやすいので、このことは重要である。

【００２６】層をエッチングバックしてその層をインク
から保護することはまた、プリントヘッドにおけるポリ
シリコン層および金属層にも適用されてもよい。

【００２７】窒化ケイ素層４６の上に、厚さが０．２５
マイクロメートルの炭化ケイ素（ＳｉＣ）でできた層４
８を形成して、さらなる絶縁およびパッシベーションを
行う。窒化ケイ素層４６および炭化ケイ素層４８によっ
て、ＰＳＧ層４２がインクおよびエッチング液から保護
される。窒化ケイ素や炭化ケイ素の代わりに、他の誘電
体層を用いてもよい。

【００２８】炭化ケイ素層４８および窒化ケイ素層４６
をエッチングして、ＡｌＣｕトレースの一部を露出し、
次に形成する接地線（図４の視界外）と接触するように
する。

【００２９】炭化ケイ素層４８の上に、厚さが０．６マ
イクロメートルのタンタル（Ｔａ）でできた接着層５０
を形成する。このタンタルはまた、抵抗器要素の上の気
泡キャビテーションバリアーの機能も果たす。この層５
０は、窒化ケイ素／炭化ケイ素層の開口部を通して、Ａ
ｌＣｕ導電トレースと接触する。

【００３０】タンタル層５０の上に、金（図示せず）が
デポジットされエッチングされて、ＡｌＣｕトレースの
うちのいくつかに電気的に接続される接地線を形成す
る。このような導線は、従来のものであってもよい。

【００３１】ＡｌＣｕおよび金の導線は、基板表面上に
形成されたトランジスタに結合してもよい。このような
トランジスタは、米国特許第５，６４８，８０６号にお
いて説明されている。導線は、終わりが、シリコン基板
２０の縁に沿った電極であってもよい。

【００３２】フレキシブル回路（図示せず）は導線を有
する。これらの導線は、シリコン基板２０上の電極に接
着され、その終わりが、プリンタに電気接続するための
接触パッド１６（図１）である。

【００３３】インク供給穴２６は、薄膜層を貫くエッチ
ング、例えばプラズマエッチング、によって形成され
る。一実施形態において、単一の供給穴マスクが用いら
れる。他の実施形態において、さまざまな薄膜層を形成
するときには、いくつかのマスキング工程およびエッチ
ング工程が用いられる。

【００３４】利点のひとつは、インク供給穴を薄膜パタ
ーニングプロセスによって形成して、小さく非常に正確
に配置した供給穴を形成することができるようにする、
ということである。これは、供給穴の水力直径および、
供給穴から関連する抵抗器までの距離を精密に調整する
ために、重要である。一方、シリコンを貫いてエッチン
グすることによるインク供給穴の形成は、それほど正確
ではない。

【００３５】次に、オリフィス層２８をデポジットして
形成し、その後、トレンチ３６をエッチングする。他の
実施形態において、トレンチエッチングは、オリフィス
層２８の製造前に行われる。一実施形態において、オリ
フィス層２８は、米国マサチューセッツ州ニュートン市
のMicro-Chem社が販売しているＳＵ８と呼ばれるスピニ
ングした（spun-on）エポキシを用いて製造してもよ
い。米国特許第６，１６２，５８９号において、ＳＵ８
その他ポリマーを用いてバリアー／オリフィス層２８を
製造する例示的な技術が説明されている。一実施形態に
おいて、オリフィス層は約２０マイクロメートルであ
る。他の実施形態において、層２８は、２つの別個の
層、すなわち、ドライフィルムフォトレジストバリアー
層等のバリアー層と、バリアー層の外面上に形成する、
ニッケル／金のオリフィス板等の金属オリフィス層とで
形成してもよい。バリアー／オリフィス層２８の他の実
施形態もまた、用いてもよい。

【００３６】必要ならば、シリコン基板２０からインク
への熱の伝わりをより良好にするために、裏側に金属を
デポジットしてもよい。

【００３７】例示的実施形態の各要素の代表的寸法は、
以下のようであってもよい。インク供給穴２６は１０マ
イクロメートル×２０マイクロメートル、インク噴出チ
ャンバ３０は２０マイクロメートル×４０マイクロメー
トル、ノズル３４は直径１６マイクロメートル、ヒータ
抵抗器２４は１５マイクロメートル×１５マイクロメー
トル、そしてマニホルド３２の幅は約２０マイクロメー
トルである。各寸法は、用いるインク、動作温度、プリ
ント速度、所望解像度およびその他の要因次第で変わ
る。

【００３８】図１ないし図４のプリントヘッドは例示的
なプリントヘッドであるが、本発明は他のタイプのプリ
ントヘッドとともに使用してもよく、図１ないし図４に
関して上述したもの以外のパラメータまたは材料を用い
て使用してもよい。

【００３９】図５は、本発明の１態様を示す、プリント
ヘッドの一部の概略平面図である。本発明のこの態様に
よれば、それぞれがノズルを有する滴発生器の群（本例
においては、滴発生器とノズルとがそれぞれ対になって
いる）は、インク経路を共用しているが、バリアー／オ
リフィス材料２８を用いて、基板の頂面上で、同じ列の
残りの滴発生器から流体的に隔離されている。したがっ
て、ノズル３４Ａ、３４Ｂは第１のサブグループに分類
されて、インク供給穴２６Ａ、２６Ｂを共用する。同様
に、ノズル３４Ｃ、３４Ｄは第２のサブグループに分類
されて、インク供給穴２６Ｃ、２６Ｄを共用する。例示
的実施形態において、この分類は、薄膜層２２に隣接し
てバリアー／オリフィス層２８に表面下の凹みを形成
し、その凹みを規定している側壁が、分類したノズル
と、共用されているインク供給穴とを取り囲むようにす
ることによって行われる。したがって、バリアー層２８
に形成する側壁２８Ｂの周囲は、第１のサブグループの
ノズルとインク供給穴とを囲んで広がり、バリアー層に
形成する側壁２８Ｃの周囲は、第２のサブグループのノ
ズルとインク供給穴とを囲んで広がる。

【００４０】図６は、図５の６−６線による概略断面図
であり、さらに、第２のサブグループを形成している表
面下の凹み２８Ｃ１を示す。それぞれのサブグループの
ノズルは、シリコン基板２０の最上面で、他のサブグル
ープのノズルから流体的に隔離されているが、共通して
基板底部の供給スロット３６に接続されている。

【００４１】図７は、他の態様を示す概略図である。プ
リントヘッドの一部の概略平面図である図７は、基板上
に形成した１列になった滴発生器の群を示し、それぞれ
の滴発生器は、ノズルと抵抗器とを含む。この概略図に
おいては、３つの滴発生器２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃがあ
り、これらはそれぞれ、ノズル３４Ａと抵抗器２４Ａ、
ノズル３４Ｂと抵抗器２４Ｂ、およびノズル３４Ｃと抵
抗器２４Ｃを含む。この態様については、用途次第で、
滴発生器を、図５および図６に関して上述したようなサ
ブグループに分類して、互いに他のサブグループから流
体的に隔離しても、サブグループに分類しなくてもよ
い。この１列になった群内の滴発生器は、垂直軸に関し
て互い違いに設けられており、基板内に形成したインク
供給スロットの内縁３６Ａからの距離がさまざまであ
る。したがって、本例については、滴発生器２９Ａが内
縁３６Ａから一番遠くに配置され、滴発生器２９Ｃが内
縁から一番近くに配置されている。このように距離がさ
まざまであることによって、対応するインク供給開口部
からそれぞれの滴発生器までのインクの流れに差異を生
じることができる。さまざまな距離が互いに食い違いに
なるのに役立つように、それぞれの滴発生器に関連する
インク供給穴２６の開口部の幾何学的形状もまたさまざ
まである。インク供給スロットの内縁から一番遠い距離
に配置された滴発生器２９Ａについては、インク供給穴
は、アレイ軸３１から滴発生器に向かって延びる向きの
長さが比較的長い。これに関連して、滴発生器２９Ｃに
ついてのインク供給穴２６−３は、比較的長さが短い。
それでもやはり、それぞれのインク供給穴の水力直径は
実質的に同じであり、インク供給スロットとインク供給
開口部との間の流体圧力低下が実質的に一定に維持され
る。開口部の水力直径は、その開口部の断面積と潤辺長
との比として定義される。

【００４２】図８は、本発明の各態様を実施するインク
ジェットプリントヘッド１４の構成の代表的な実施形態
の概略図である。約２５．４ミリメートル（１インチ）
当たり６００ノズル（６００ｎｐｉ）のピッチである、
２列６０、７０の滴発生器またはノズルが、基板上の、
バリアー構造２８と薄膜層２２のメンブレンとのそば
に、形成される。メンブレンは中心軸９８を有し、両方
の列は、中心軸の互いに反対側に配置されている。プリ
ントヘッド１４は、走査（Ｙ）軸に沿って駆動される走
査プリントヘッドキャリッジを有するプリントシステム
において利用してもよい。両方の列６０、７０は、中心
軸に関して互いと食い違いになっており、１２００ｎｐ
ｉのノズルアレイを作り出している。プリントヘッド１
４はまた、他のプリントシステム、例えば本質的に固定
された、ページワイドの（page-wide）プリントヘッド
構成、において用いてもよい。その場合、プリント媒体
がプリントヘッドに関して動いて、プリントヘッドとプ
リント媒体との間の相対運動を与える。

【００４３】隣接するノズル同士の間の不所望な流体的
相互作用を、クロストークと呼ぶ。図８に示す構成のい
くつかの態様は、クロストークの問題（challenging）
を回避する。第１に、１つのノズル列内のノズルは、６
００ｎｐｉというピッチ等の高密度のピッチで配置され
ているという事実によって、ノズル同士は、これまでの
多くの構成におけるよりも接近して配置される。このこ
とに関連する事実として、発射周波数の目標を下げずに
ノズル密度を上げることによって、インクの流量（flux
rates）を多くし、したがって再補充速度を速くする必
要が生じる。従来、クロストークの観点から考慮に入れ
られる隣接のものは、１つのノズル列内で隣接するノズ
ルだけであった。ノズル列同士は、一般的に、十分な距
離だけ離れていて、流体的に相互作用することはないか
らである。図示の構成において、隣接するノズルは、同
じノズル列内と、供給スロットすなわちトレンチ３６の
反対側に配置された列内の両方に見出される。したがっ
て、クロストークの低減は、１次元だけではなく、２次
元において考えることができる。

【００４４】「列内」の接近に取り組むためには、典型
的にはスキップパターンが発射シーケンスに組み込まれ
て、隣接するノズル同士が連続して発射されないように
し、したがって発射同士の時間的隔たりが最大になるよ
うにする。このような時間的な改善に加えて、通常隣接
するノズル同士の間に延びる半島状の突起物の形であ
る、流体的な隔離を用いて、クロストークをさらに低減
してもよい。このクロストークの低減は、再補充を犠牲
にして行われる。ダイの長さに沿ってかなりのインクが
流れる、ということがわかっている。そのようなものと
して、クロストークの低減の特徴（features）によっ
て、横方向の流れの可能性が低減し、そして、再補充速
度が潜在的に遅くなってしまう可能性がある。再補充速
度が遅くなってしまうと、ノズルが高密度、例えば６０
０ｎｐｉ以上、の設計については特に問題がある。

【００４５】薄膜メンブレンは、非常に薄い（約１マイ
クロメートルないし２マイクロメートル）ので、割れや
すい。薄膜内の生来の応力、製造における応力（manufa
cturing stresses）、またはプリントヘッドを落とすこ
とで、割れが始まる可能性がある。割れは、いったん形
成されると、ダイの電気的に機能する領域まで広がって
しまう可能性があるので、形成されないようにしておく
ことが望ましい。

【００４６】プリントヘッドの構成が粒子に対して耐性
があることもまた、望ましい。粒子に対して耐性がある
構成（particle tolerant architectures：ＰＴＡ）で
は、コンタミナントを捕らえながらもインクは発射チャ
ンバに流入できるようにすることによって、信頼性が改
善される。

【００４７】図８の構成は、多数の利点を有する。従来
のものとの相違のひとつにおいて、図５および図６に関
して一般的に上述したように、滴発生器のノズルのサブ
グループは、インク経路を共用するが、バリアー／オリ
フィス材料２８に形成した凹みを用いて、同じ列内の残
りのノズルから隔離されている。したがって、図８に示
すように、列６０は、１列になった滴発生器６３Ａ、６
３Ｂ、６３Ｃ、・・・６３Ｎのアレイを含み、列７０
は、１列になった滴発生器７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、・
・・７３Ｎのアレイを含む。それぞれの滴発生器は、ノ
ズルと、発射チャンバと、発射抵抗器とを含む。滴発生
器６３Ａ、６３Ｂはそれぞれ、ノズル６２Ａ、６２Ｂと
発射チャンバ６４Ａ、６４Ｂとを含み、本発明の１態様
によれば、滴発生器のサブグループまたはノズルのサブ
グループ、この例示的場合においては、１対、を形成す
るように配置されている。他の実施形態において、滴発
生器は３つずつ、４つずつ、またはそれよりも多くを集
めたサブグループに分類してもよい。さらに、すべての
サブグループが同数のノズルから成っている必要はな
い。

【００４８】例示的な滴発生器６３Ａ、６３Ｂのサブグ
ループは、隔離されたインク供給路６５によって供給を
受ける。インク供給路６５は、発射チャンバ６４Ａに供
給を行う分岐経路６５Ａと、発射チャンバ６４Ｂに供給
を行う分岐経路６５Ｂとを有する。１列のサブグループ
のそれぞれについての供給路は、その列の他の滴発生器
についての供給路から流体的に隔離されている。１対の
インク供給穴６６Ａが第１の分岐経路６５Ａに供給を行
い、１対のインク供給穴６６Ｂが第２の分岐経路６５Ｂ
に供給を行う。インク供給路は、側壁周囲６８を有する
バリアー構造２８内に形成した凹みまたは開口部と、薄
膜層２２に形成したインク供給穴とによって規定され
る。バリアー開口部によって、ノズル６２Ａ、６２Ｂの
サブグループを列６０内の他のノズルのインク供給路か
ら隔離しながら、インク供給穴６６Ａ、６６Ｂを「共
用」することができる。

【００４９】この例示的実施形態において、この分類と
インク経路の構成とは、列６０内の他の滴発生器のノズ
ルについて、および第２の列７０内のノズルの各対につ
いて、繰り返される。したがって、列７０の滴発生器７
３Ａ、７３Ｂはそれぞれ、ノズル７２Ａ、７２Ｂと発射
チャンバ７４Ａ、７４Ｂとを含んで、滴発生器またはノ
ズルのサブグループを形成する。このサブグループは、
インク供給路７５によって供給を受ける。インク供給路
７５は、発射チャンバ７４Ａに供給を行う分岐経路７５
Ａと、発射チャンバ７４Ｂに供給を行う分岐経路７５Ｂ
とを有する。１対のインク供給穴７６Ａが第１の分岐経
路７５Ａに供給を行い、１対のインク供給穴７６Ｂが第
２の分岐経路７５Ｂに供給を行う。インク供給路は、側
壁周囲７８を有する、バリアー構造２８内に形成した凹
みと、薄膜層２２に形成したインク供給穴とによって規
定される。バリアー開口部によって、ノズル７２Ａ、７
２Ｂの対を列７０内の他のノズルのインク供給路から隔
離しながら、インク供給穴７６Ａ、７６Ｂを「共用」す
ることができる。

【００５０】バリアー構造２８はさらに、２列６０、７
０のノズルを分離する中央リブ部２８Ａを規定して、列
の流体的な隔離および薄膜メンブレンの支持を行う。図
９は、バリアー構造２８の中央リブ部２８Ａと、薄膜構
造２２を貫いて形成されてインク供給スロットまたはト
レンチ３６との液通を行う例示的インク供給穴６６Ｂ、
７６Ｂの、概略断面図を示す。例示的ノズル６２Ａ、７
２Ａを、それぞれ発射チャンバ６４Ｂ、７４Ｂの上方
の、中央リブ部に関して互いに反対側に示す。

【００５１】ノズルのインク供給路同士を接続すること
によって、クロストークを低減する根本原理である、別
個の（singulated）各ノズルを用いる場合には実現でき
ない再補充の利点および粒子に対する耐性の利点が提供
される。この例示的実施形態において、プリントヘッド
の電気的レイアウトは、プリントヘッドが隣接するノズ
ル同士を同時に発射することができないような設計にな
っている。典型的には、ノズルの発射順は、ダイ上の
（on-die）駆動回路によって決定される。熱インクジェ
ットの用途においては、ダイの回路は、発射順がプログ
ラム可能であるように設計されているものもある。他の
用途においては、発射順は、ダイ上の回路の設計におい
て「ハードウェアに組み込まれ」ている。どちらの場合
でも、発射抵抗器の物理的レイアウトは走査軸において
互い違いになっており、プリント中においては、垂直線
が直線に（vertical line straightness）なることがで
きるようになっている。また、プリンタのドライバまた
はコントローラを、隣接するノズル同士が同時に発射す
ることができないように構成してもよい。いかなるノズ
ルの再補充にかかる時間も、ほんの少しの割合しか占め
ない（refilling onlya small percentage of the tim
e）ので、隔離された発射チャンバに関連するインク供
給穴は、インクの流れを供給するのにかかる時間がほん
の少しの割合しか占めず（only providing ink flux a
small percentage of time）、したがってピーク効率で
動作しているわけではない。

【００５２】ノズルのインク供給路同士を流体的に接続
すると、１つのノズルは、そのノズルに接続した各ノズ
ルに関連するインク供給穴を通って引き出されるインク
を用いて再補充することができ、各インク供給穴をより
効率的に利用することができ、再補充速度を速くするこ
とができる。この特徴を、図１０に示す。図１０は、イ
ンク供給路７５Ａ、７５Ｂに接続したノズル７２Ａ、７
２Ｂの対を概略的に示す。ノズル７２Ａを発射すると、
インクは、矢印７７Ａで示すようにインク供給穴７６Ａ
から発射チャンバ７４Ａに流れ、また、矢印７７Ｂで示
すように第２のインク供給穴７６Ｂからも流れる。ノズ
ル７２Ｂを発射すると、インクは、矢印７９Ａで示すよ
うにインク供給穴７６Ｂから発射チャンバ７４Ｂに流
れ、また、矢印７９Ｂで示すように第１のインク供給穴
７６Ａからも流れる。

【００５３】ノズル同士の接続を用いることによって、
ある程度粒子に対する耐性が提供される、という事実か
ら、さらなる利点が生じる。すなわち、特定のノズルに
関連するインク供給穴が詰まっても、隣接するインク供
給穴からインクを引き出してそのノズルが動作を継続す
ることができるようにすることによって、再補充を維持
または補足することができる。

【００５４】他の特徴として、本実施形態においてメン
ブレンの中心軸９８に沿ったリブ部２８Ａが提供する、
連続するバリアー／オリフィス材料の特徴を用いるとい
うことがある。これには、軸に関して互いに反対側にあ
るノズル同士を、流体的に隔離するという効果がある。
この中央リブの特徴は、流体的な隔離の他に、バリアー
／オリフィス材料が連続して延びているために、薄膜構
造２２を含むメンブレンとバリアー／オリフィス層２８
とに強度および剛性が加わり、それによって割れに対す
る頑丈さが増大するという利点を有する。

【００５５】図８の構成は、製造の観点からいくつかの
利点を提供する。ＳＵ８等のポリマー材料を用いて製造
するバリアー／オリフィス構造２８についての例示的な
バリアー／オリフィス材料現像プロセス中に、クロスリ
ンクしていない（un-crosslinked）バリアー／オリフィ
ス材料が現像剤流体によって除去されて、すべての流れ
はノズルの穴を通るようになる。そのようなものとし
て、クロスリンクしていないバリアー／オリフィス材料
の量を減らすことによって、処理を簡単にする。量を減
らすことによって実現される利点の他に、構成上の利点
もある。ＳＵ８材料の例についての現像剤流体はスピニ
ングされる（spun on）ので、すべてのノズルが互いに
流体的に接続される設計によって、現像剤流体はダイの
長さに沿って流れることができる。これは、流体が個々
のダイの縁およびウエハーの縁まで容易に流れることが
できるという効果を有する。この結果、バリアー／オリ
フィス材料の特徴の可変性が、１つのダイ内においても
ウエハー全体にわたっても、増大する。ダイの長さに沿
ったノズル同士の接続の連続性を中断すると、このよう
な可変性の源が少なくなってしまう。バリアー／オリフ
ィス構造２８を形成するこの例示的処理中の製造歩留ま
りは、ノズルの、互いに別個のサブセットを作成するこ
とによって、改善することができる。すべての発射チャ
ンバが接続されている場合には、層２８を形成する材料
の残留物を、ダイの端にあるノズルから効果的に洗い落
とすことがより困難になる。

【００５６】１列のノズルをサブグループに分けて構成
することの他の利点は、クロストークが低減されるとい
うことである。ある特定の分類の外にある、分類されて
いないノズル同士は、インク槽を通してのみ接続される
ため、ある特定の分類の外にあるノズルと流体的に相互
作用する可能性は最小になる。用いるスキップ発射パタ
ーンによって、１つのサブグループ内のノズル同士が決
して連続して発射されないという状況が作り出される、
という事実によって、いかなる特定の分類内のノズル同
士のクロストークも、最小になる。スキップ発射パター
ンについては、図１１のプリントヘッドの概略図に関し
て説明する。

【００５７】典型的には、スキップパターンが発射シー
ケンスに組み込まれて、１つの基本要素（primitive）
内のノズル同士が連続して発射されないようにする、す
なわち、１つの基本要素内で発射を時間的に配分するよ
うにする。本実施形態において、図８に示すように、バ
リアー／オリフィス材料を用いて、ノズルの対同士が隔
離される。スキップパターンは演繹的に決定されるの
で、抵抗器の対は、連続して発射するチャンバ同士を分
離するバリアー構造が確実にできるような方法で作られ
る。

【００５８】図１１は、８個のノズル６２Ａ〜６２Ｈを
含む基本要素１００を、対応する発射シーケンス６、
３、８、５、２、７、４、１とともに示す。基本要素と
は、所与の列内のノズルの１群である。接続するチャン
バ数を互い違いのパターンの関数として選択することに
よって、インク供給路同士の接続を、図示の実施形態を
越えて最適化してもよい。「スキップなし」の構成にお
いて、すなわち、１つの基本要素内での発射順が連続的
（１、２、３、４、・・・）であり、隣接するノズルが
連続して発射される場合、隔離されたチャンバが望まし
い。これは、すぐ隣のもの同士が連続して発射され、流
体的な隔離が必要だからである。「スキップ１」のパタ
ーンにおいて、例えばこの基本要素内での発射順は１、
３、５、７、２、４、６、８であり、すぐ隣のもの同士
は決して連続して発射されない。したがって、このよう
にノズル同士が時間的に隔離されているので、ノズルの
インク供給路同士を２つずつ対にして接続することがで
きる。接続したノズル同士の発射は時間的に分離されて
いるので、問題を生じるクロストークの可能性は低くな
り、インク供給路同士を接続することによる、再補充の
利点および粒子に対する耐性の利点を獲得することがで
きる。この同じ原理を拡張することによって、連続して
発射されるノズル同士を接続することなく、できるだけ
多くのノズルのインク供給路同士を接続することによっ
て、ある設計についての再補充の性能および粒子に対す
る耐性を、最大にすることができる。典型的に用いられ
る一定のスキップパターンについて、以下のとおりであ
る。

【００５９】接続するノズルの最大数＝連続する発射同
士の間でスキップするノズル数＋１

【００６０】

【表１】

【００６１】図１１において、基本要素１００内の各ノ
ズルの発射順を示す。この設計では、スキップ２の発射
パターンを利用する。本実施形態において、スキップパ
ターンは、プリントヘッドの電気的レイアウトによって
決定され、したがって、バリアー／オリフィス構造の検
査（inspection）のみによって決定することはできな
い。対になっている片方のノズルは、決してもう片方の
ノズルと連続して発射されない。図１１はまた、時間的
に分離するロスなしに、基板上の３つずつの群のノズル
を接続する機会（opportunity）も説明する。図１１に
おいて、群１１０Ａはノズル６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを
含み、群１１０Ｂはノズル６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆを含
み、群１１０Ｃはノズル６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉを含
む。スキップパターンが一定でない構成については、連
続して発射されるノズル同士は流体的に隔離されるが、
インク供給路を最大限共用するという同じ原理は守られ
るが、場所によっては、インク供給路を共用するノズル
の数を少なくする必要があるという事実によって複雑に
なる。

【００６２】図１２は、本発明の各態様を実施するプリ
ントヘッド１０のうちの１つまたはそれよりも多くを用
いることができるプリントシステム３００を示す、非常
に簡略化した概略図である。システムは、キャリッジを
キャリッジ走査軸に沿って駆動する、キャリッジ駆動装
置３０２を含む。キャリッジ内には、プリントヘッド１
０が搭載されている。媒体駆動システム３０４が、プリ
ント媒体をプリントゾーンに関して配置し、そのプリン
ト媒体を、入力媒体源から媒体出力位置またはトレイに
運ぶことができる。典型的にはプリントシステムの外部
にあるプリントジョブソース３０６が、プリントジョブ
用のジョブデータを提供する。プリントジョブソース３
０６に制御装置３０８が応答し、キャリッジ駆動装置３
０２と媒体駆動システム３０４とを制御して、プリント
ジョブをプリントする。制御装置３０８はまた、プリン
トヘッド１０に発射信号を供給して、プリントヘッド１
０の動作を制御する。プリントヘッド１０は一般的に、
プリントヘッドのエレクトロニクス１０Ａを含む。プリ
ントヘッドのエレクトロニクス１０Ａは、制御装置３０
８からの発射信号に応答して、滴発生器１０Ｂを含む滴
発生器の抵抗器に通電する。滴発生器１０Ｂには、流体
源１０Ｃが流体、例えば液体インク、を供給する。流体
源１０Ｃは、プリントヘッド１０のハウジング内に収容
されている流体槽であってもよい。任意に外部流体供給
容器３１０を設けて、流体経路３１２を通じて流体源１
０Ｃに補充してもよい。流体経路３１２は、プリント動
作中にプリントヘッドに接続される流体管路であっても
よく、再補充動作中のみに用いられる一時的な（間欠in
termittent）接続であってもよい。

【００６３】実施形態によっては、プリントヘッド１０
のエレクトロニクス１０Ａと制御装置３０８とが一緒に
なってスキップ発射パターンを提供し、より典型的な実
施形態においては、内蔵のプリントヘッドのエレクトロ
ニクスが、スキップ発射パターンを提供するように構成
されている。この例示的実施形態において、プリントヘ
ッドのエレクトロニクス１０Ａは、スキップ発射パター
ンを実施して発射パルスが滴発生器に確実に提供され
て、列になった１つの群（すなわち、１つの基本要素）
内の滴発生器が一度に１つずつ作動するように、かつ同
じサブグループ内の例えば対になっている２つの滴発生
器で連続して作動するものがないようになっている。こ
の目的に好適な、または容易に適合できる、プリントヘ
ッドのエレクトロニクスは、例えば、２００１年３月２
日出願のSchloeman他の係属中の米国特許出願第０９／
７９８，３３０号「PROGRAMMABLE NOZZLE FIRING ORDER
FORINKJET PRINTHEAD ASSEMBLY」、１９９９年２月１
９日出願のＢａｒｂｏｕ他の係属中の米国特許出願第０
９／２５３，３７７号「SYSTEM AND METHOD FOR CONTRO
LLING FIRING OPERATIONS OF AN INKJET PRINTHEAD」、
米国特許第５，６４８，８０６号、および米国特許第
５，６４８，８０５号において説明されている。

【００６４】図８の構成では、スキップパターンをバリ
アー／オリフィス層構造の設計と組み合わせることによ
って、手際よく（smart）ノズルのクロストークを除去
することができる。この構成では、共用できるようにす
ることによって、インク供給穴の詰まりに対する耐性が
増大する。さらに、この構成では、バリアー／オリフィ
ス構造の構成が行うメンブレンの強化によって、製造歩
留まりを改善することができる。さらに、この構成で
は、１つのダイ内においてもウエハー全体にわたって
も、バリアー／オリフィス構造の特徴をより一定にする
ことができる。

【００６５】図８に示すように、１つの基本要素内のノ
ズル同士は、走査（Ｙ）軸において互い違いになってお
り、垂直線の直線性が改善される。互い違いの設計にお
けるすべてのチャンバについて、再補充速度が一定にな
るように促進するために、インク供給穴の前縁から発射
抵抗器の中央までの距離、インク供給穴の断面積、およ
びインク供給穴の潤辺長は、プリントヘッド上のすべて
の発射チャンバについて、定数として保持されるべきで
ある。距離Ｄ１（図１０）は、この、インク供給穴７６
Ａの前縁からノズル７２Ａの発射チャンバ中央までの距
離を示す。

【００６６】さらに、製造性（manufacturability）お
よび歩留まりを改善するために、インク供給穴の後縁
（back edge）を、メンブレンの中心軸９８に向かって
延ばすことが望ましい。さらに、トレンチのエッチング
中に、抵抗器の薄膜の「アンダーカット」が確実に起こ
らないようにするために、最も内側の抵抗器の縁と最も
外側のインク供給穴との間で、間隔Ｄ２（図８）、この
例示的実施形態においては２０μｍが維持される。薄膜
２２の下がアンダーカットになると、抵抗器の下のシリ
コンがなくなり、抵抗器は過熱になりやすくなる。さら
に、製造性を改善するために、最も外側のインク供給穴
の前縁から、メンブレンの反対側にある最も外側のイン
ク供給穴の前縁まで（すなわち、メンブレンの幅）、約
８０μｍ以上の距離Ｄ３（図８）を維持することが望ま
しい。このような設計上の目標はすべて、図８に示す例
示的実施形態において達成することができ、図８では、
距離Ｄ３を７６．１μｍで実施している。製造性および
歩留まりを考慮して、各例示的実施形態について、８０
μｍという最小距離Ｄ３が選択される。インク供給スロ
ットを形成する典型的なトレンチエッチングプロセスで
は、非常に精密に制御することは生来的に困難である。
最小距離Ｄ３をより大きく、例えば８０μｍにすると、
マージン（margin）がより大きくなる。公称最小距離を
小さくすると、目標のトレンチ突破開口（target trenc
h break through opening）を行うことがより困難にな
り、トレンチがかなりオーバーエッチングされる場合に
は、薄膜層の下に全くシリコンが残らない可能性があ
る。

【００６７】薄膜メンブレンは割れやすいが、メンブレ
ンの幅を狭くすると、割れに対するマージンができる。
各試験によって、幅が１００μｍまでのメンブレンのほ
うが、幅が４００μｍまでのメンブレンよりも信頼性が
高い、ということがわかっている。図８に示すメンブレ
ンの例示的幅は、約７６μｍである。さらに、メンブレ
ンの中心に沿って延びるバリアーリブ２８Ａによって、
壊れやすいメンブレンに強度が加わり、それによって割
れに対する頑丈さが増大する。

【００６８】バリアー／オリフィス構造２８と薄膜層２
２とは、それぞれの滴発生器について、薄膜２２および
バリアー／オリフィス層２８を貫いて多数のインク経路
を作成することができるように、設計されている。図８
の例示的実施形態において、１個の発射チャンバ当たり
２個のインク供給穴がある。さらに、これらの穴が両方
ともコンタミナントで詰まっても、インクは隣接するイ
ンク供給穴を通って発射チャンバ内に供給することがで
きる。

【００６９】図８のプリントヘッドは、互い違いでノズ
ルの実装密度の高い設計について、再補充速度を一定に
することができるように、設計されている。これは、供
給穴の断面積、インク供給穴の潤辺長、およびインク経
路長の各パラメータによって達成することができ、これ
らのパラメータは、公称ではすべての発射チャンバにつ
いて定数として保持される。これらのパラメータをすべ
て、図１０に示す。例えば、供給穴７６Ａの断面積は、
この供給穴の壁によって規定される潤辺長７６Ａ１内の
面積Ａである。供給穴７６Ｂの断面積は、この供給穴の
壁によって規定される潤辺長７６Ｂ１内の面積Ｂであ
る。面積Ａは面積Ｂと等しく、潤辺長７６Ａ１の全長
は、潤辺長７６Ｂ１の全長と等しい。さらに、両方の供
給穴の内縁からそれぞれの発射チャンバ中央までの距離
も等しい、すなわちＤ１である。

【００７０】このプリントヘッドの構成によって、ノズ
ルの実装密度の高いプリントヘッドが可能になり、その
結果、ノズルが低コストになる。さらに、このプリント
ヘッドの構成によって、２つのレベル、すなわち、１個
の発射チャンバ当たり多数のインク供給穴を用いるこ
と、および、各滴発生器を別個に分類することから、粒
子に対する耐性が可能になる。

【００７１】それぞれのメンブレン上のノズルの各列が
互いに食い違いになって非常に高密度のノズルを作成す
る状態で、単一のダイ上に複数の薄膜メンブレンを作成
することができる。図１３は、他のプリントヘッド２０
０の構成の概略図である。プリントヘッド２００は、２
つのメンブレン２１０、２２０と４列のノズル列２３
０、２３２、２３４、２３６とを有して、２４００ｎｐ
ｉのノズルアレイを可能にしている。したがって、ノズ
ル列２３０、２３２はメンブレン２１０上に形成され、
ノズル列２３４、２３６はメンブレン２２０上に形成さ
れる。図１３は、それぞれの列についてノズルの基本要
素を１つ示すのみであり、したがって、それぞれの列は
さらなるノズルの基本要素を含む。図１３は縮尺率が一
定ではなく、４つの列がどのように互い違いになってい
るのか、およびスキップパターンがどのように機能する
か、を示すものである。本実施形態において、それぞれ
の列の幅寸法（Ｙ軸に沿って）は約２１マイクロメート
ル（１／１２００インチ）であり、それぞれの基本要素
は、８個の互い違いになったノズルを有する。例えば、
基本要素２（列２３０）は偶数番号をつけたノズル２、
４、６、８、１０、１２、１４、１６を有し、この列内
での各ノズルのＹ軸に関する位置は、図示のように互い
違いになっている。

【００７２】２つのメンブレン２１０、２２０は、この
プリントヘッドの基板の中心軸２０２を中心として位置
しており、それぞれ、基板内に形成したトレンチを通し
てインクが供給されている。メンブレン２１０は、中心
が線２０４に沿っているトレンチによって供給を受け、
メンブレン２２０は、中心が線２０６に沿っているトレ
ンチによって供給を受ける。本実施形態について、ダイ
中心２０２からそれぞれのトレンチ２０４、２０６の中
央までの距離Ｄ４は、９５０μｍである。さらに、それ
ぞれのメンブレン上の列間隔は、１６９．３μｍであ
る。もちろん、これらの寸法は、ある特定の実施につい
てのものであり、用途に特有のパラメータおよび設計の
選択次第で変わる。

【００７３】それぞれのセル（cell）は、垂直（Ｘ）軸
における寸法が約１０．６マイクロメートル（１／２４
００インチ）である。これらのセルは、水平（Ｙ）軸に
おける縮尺率が一定ではない。また、メンブレン２１０
上で、列２３０のノズルは、列２３２のノズルに関して
Ｘ軸方向に約２１マイクロメートル（１／１２００イン
チ）食い違っている。同様に、メンブレン２２０上で、
列２３４のノズルは、列２３６のノズルに関してＸ軸方
向に約２１マイクロメートル（１／１２００インチ）食
い違っている。さらに、列２３４のノズルは、列２３
０、２３２のノズルから、Ｘ軸方向に約１０．６マイク
ロメートル（１／２４００インチ）食い違っている。し
たがって、基本要素のＸ軸方向の互い違いのパターンに
よって、この４列のノズルすべてのノズル間隔が、１／
２４００ｎｐｉとなる。

【００７４】典型的な用途において、プリントヘッド
は、走査（Ｙ）軸に沿って駆動されるキャリッジ上に搭
載してもよい。それぞれの基本要素において、各ノズル
は、Ｙ軸に沿って互い違いになっている。それぞれの基
本要素において、各ノズルは、上述のスキップパターン
で発射される。例えば、スキップ２のパターンを用いて
もよい。スキップ２のパターンでは、ノズル２が発射さ
れ、ノズル４、６がスキップされ、ノズル８が発射さ
れ、ノズル１０、１２がスキップされ、ノズル１４が発
射され、ノズル１６、２がスキップされ、ノズル４が発
射され、ノズル６、８がスキップされ、ノズル１０が発
射され、ノズル１２、１４がスキップされ、ノズル１６
が発射され、ノズル２、４がスキップされ、ノズル６が
発射され、ノズル８、１０がスキップされ、ノズル１２
が発射される。基本要素２についてのスキップ２の発射
順は、２、８、１４、４、１０、１６、６、１２であ
る。

【００７５】図５および図６に関して上述した、１列内
のノズルをサブグループに分類すること、および、図７
に関して上述した、供給穴から抵抗器中心までの距離と
供給穴の有効水力直径とを考慮することを、図１３の構
成に用いて、ノズルの実装密度が非常に高いプリントヘ
ッドを容易に得ることができる。

【００７６】図８および図１３の実施形態は、列になっ
た群（基本要素）を用いており、プリントヘッドのエレ
クトロニクスがそれぞれの群内で一度に１つのみのノズ
ルを発射するが、本発明の各態様はまた、所与の基本要
素内のいくつかまたはすべてのノズルが同時に発射され
る用途においても用いてもよい。

【００７７】上述の実施形態は、本発明の原理を表すこ
とができる可能性のある具体的な実施形態を単に示すの
みである。当業者であれば、本発明の範囲および精神か
ら逸脱することなく、これらの原理にしたがって、他の
配置を容易に工夫することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本明細書において説明するプリントヘッドのう
ちのいかなる１つを組み込んでもよい、プリントカート
リッジの一実施形態の斜視図である。

【図２】本発明の各態様によるプリントヘッドの一実施
形態の一部の斜視図である。

【図３】図２に示すプリントヘッドの下側の斜視図であ
る。

【図４】図２の４−４線による断面図である。

【図５】本発明の１態様を示す、図１のプリントヘッド
の一部の概略断面図である。

【図６】図５の６−６線による拡大断面図である。

【図７】本発明の他の態様のプリントヘッドの一部の概
略平面図である。

【図８】本発明の各態様を実施するインクジェットプリ
ントヘッドの構成の代表的な実施形態の概略平面図であ
る。

【図９】図８の９−９線による概略断面図である。

【図１０】それぞれインク供給路に接続した、互いに隣
接するノズルの対の概略拡大平面図である。

【図１１】スキップ発射パターンを示す、プリントヘッ
ドの概略平面図である。

【図１２】本発明の各態様によるプリントヘッドを用い
るプリントシステムのブロック図である。

【図１３】２４００ｎｐｉのノズルアレイを可能にす
る、他のプリントヘッドの構成の概略図である。

【符号の説明】

１４ プリントヘッド ２０ シリコン基板 ２２ 薄膜層（薄膜の組） ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 抵抗器（噴出要素） ２６−１、２６−２、２６−３ インク供給穴（インク
供給開口部） ２８ オリフィス層（バリアー／オリフィス構造） ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ 滴発生器 ３１ アレイ軸 ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ ノズル ３６ トレンチ（インク供給スロット） ３６Ａ 内縁 ２１０ メンブレン（第１の薄膜メンブレン） ２２０ メンブレン（第２の薄膜メンブレン） ２３０ ノズル列（第１のノズル列） ２３２ ノズル列（第２のノズル列） ２３４ ノズル列（第３のノズル列） ２３６ ノズル列（第４のノズル列）

───────────────────────────────────────────────────── 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 ローレンス・エイチ・ホワイト 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・サーティー ンス・ストリート 2210 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の第１の部分を貫いて形成された、
   内縁を有するインク供給スロットを有する基板と、 該基板上に形成され、前記内縁からの距離がさまざまで
   ある、列になった滴発生器の群であって、各滴発生器
   は、該滴発生器を前記インク供給スロットに流体的に結
   合する、関連する１つまたはそれよりも多いインク供給
   開口部を含み、該インク供給開口部は、前記さまざまな
   距離になるのに役立つさまざまな幾何学的形状を有す
   る、群と、 を含むプリントヘッド。
2. 【請求項２】 前記さまざまな開口部の幾何学的形状
   は、前記それぞれの滴発生器と前記関連するインク供給
   開口部との間を測定した長さを含み、該両者間の流体路
   抵抗を等しくするのに役立つ、前記インク供給開口部の
   さまざまな長さを含む、請求項１に記載のプリントヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記インク供給開口部は、水力直径が略
   一定であり、これにより、前記インク供給スロットと前
   記インク供給開口部との流体圧力低下が略一定に維持さ
   れる、請求項１または２に記載のプリントヘッド。
4. 【請求項４】 前記インク供給開口部は、前記インク供
   給スロットの上にある薄膜の組に形成される、請求項１
   ないし３のいずれか１項に記載のプリントヘッド。
5. 【請求項５】 前記薄膜の組は、前記滴発生器の列の軸
   を横切る方向の幅寸法が、８０μｍないし１００μｍの
   範囲にある、請求項４に記載のプリントヘッド。
6. 【請求項６】 前記それぞれのインク供給開口部の一端
   は、アレイ軸に整列している、請求項１ないし５のいず
   れか１項に記載のプリントヘッド。
7. 【請求項７】 前記それぞれのインク供給開口部の他端
   は、対応する滴発生器からの距離が一定である、請求項
   ６に記載のプリントヘッド。
8. 【請求項８】 前記それぞれの滴発生器は、抵抗器とノ
   ズルとを含む、請求項１ないし７のいずれか１項に記載
   のプリントヘッド。
9. 【請求項９】 前記インク供給開口部は、前記アレイ軸
   に整列する第１の寸法と、前記アレイ軸を横切る第２の
   寸法とを有し、前記第１の寸法と前記第２の寸法との比
   はさまざまであり、これによりそれぞれの滴発生器と関
   連する１つまたはそれよりも多いインク供給開口部との
   間の流体路抵抗を一定にするのに役立つ、請求項６また
   は７に記載のプリントヘッド。
10. 【請求項１０】 前記基板の第１の表面上に複数の薄膜
    層が形成され、該層のうちの少なくとも１つは、それぞ
    れの滴発生器についての噴出要素を形成し、 前記インク供給開口部は、前記薄膜層を貫いて形成さ
    れ、 前記基板の前記スロットは、該基板の第２の表面から、
    該基板を通って、前記薄膜層に形成した前記インク供給
    開口部までのインク経路を提供し、 前記薄膜層の上に、バリアー／オリフィス構造が形成さ
    れ、該構造は複数行のインク噴出チャンバを規定し、該
    それぞれのチャンバは内部にインク噴出要素を有し、前
    記バリアー／オリフィス構造はさらに、それぞれのイン
    ク噴出チャンバについてのノズルを規定し、 前記行のうちの第１のものは、該行のうちの第２のもの
    と互い違いになっていて、スウォース方向において有効
    ノズル密度を増大し、 前記インク供給開口部の前縁から対応するインク噴出要
    素までの距離は、該要素のそれぞれについて一定であ
    り、前記インク供給開口部のそれぞれは、断面積が略同
    一であり潤辺長が略同一である、請求項１ないし９のい
    ずれか１項に記載のプリントヘッド。
11. 【請求項１１】 前記ノズルはさらに、複数の互い違い
    になった列になるように配置されている、請求項１０に
    記載のプリントヘッド。
12. 【請求項１２】 前記複数の互い違いになった列は、４
    つの互い違いになったノズル列から成っている、請求項
    １１に記載のプリントヘッド。
13. 【請求項１３】 前記複数の薄膜層は第１および第２の
    薄膜メンブレンに形成され、前記第１のメンブレンは、
    第１および第２の互い違いになったノズル列を支持し、
    前記第２のメンブレンは、第３および第４の互い違いに
    なったノズル列を支持する、請求項１２に記載のプリン
    トヘッド。
14. 【請求項１４】 前記第１および第２の薄膜メンブレン
    はそれぞれ、前記ノズル列を横切る方向の幅寸法が１０
    ０μｍを超えない、請求項１３に記載のプリントヘッ
    ド。
15. 【請求項１５】 前記基板を貫く前記少なくとも１つの
    開口部は、前記第１のメンブレンの一部の下に形成され
    た第１の開口部と、前記第２のメンブレンの一部の下に
    形成された第２の開口部とを含む、請求項１３に記載の
    プリントヘッド。
16. 【請求項１６】 前記それぞれのノズル列は、６００ｎ
    ｐｉのピッチである、請求項１２ないし１５のいずれか
    １項に記載のプリントヘッド。
17. 【請求項１７】 前記それぞれのノズル列およびノズル
    行によって、前記４つの列におけるすべてのノズルのノ
    ズル間隔が１／２４００ｎｐｉとなる、請求項１６に記
    載のプリントヘッド。