JP4465145B2

JP4465145B2 - 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: JP4465145B2
Application number: JP2002315857A
Authority: JP
Inventors: マシュー・ディ・ギア; コリン・シー・デイビス; 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: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: EP1308285B1; US6746107B2; JP2003145772A; DE60203083D1; US20030081071A1; EP1308285A2; EP1308285A3; DE60203083T2

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１６、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１９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１４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１８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１９との間の領域のノズル１３の近くにプリントゾーン１７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１６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１８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１２、取付けアセンブリ１６および媒体搬送アセンブリ１８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４０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１３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４８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−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４５をＳＵ８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４０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１４０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１４４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１，２１６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５２８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１１３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１４７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１４３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２４０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２４４ａ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２５４ａ〜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、２４００ｎｐｉ（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２５０ｂ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「ＰＲＩＮＴＨＥＡＤＷＩＴＨＨＩＧＨＮＯＺＺＬＥＰＡＣＫＩＮＧＤＥＮＳＩＴＹ」と題する米国特許出願番号０９／８７６，４７０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３８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（１／１２００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４８ｋＨｚ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、１２００ｄｐｉ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（２５５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２４２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２４０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（１／１２００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２５４ｂ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、２５４ｂ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２５０ｂは、基本要素２と呼ばれ、抵抗器２、６、１０、１４、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、３５、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 orientation)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２５０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２４０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２５４ａ、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、２５４ｄ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、「ＰＲＩＮＴＨＥＡＤＷＩＴＨＨＩＧＨＮＯＺＺＬＥＰＡＣＫＩＮＧＤＥＮＳＩＴＹ」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１−２１−４１−１３−３３−５−２５−４５−１７−３７−９−２９−１−２１−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「ＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥＮＯＺＺＬＥＦＩＲＩＮＧＯＲＤＥＲＦＯＲＩＮＫＪＥＴＰＲＩＮＴＨＥＡＤＡＳＳＥＭＢＬＹ」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３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを含む。液滴生成器３４１ａ〜３４１ｃはそれぞれ、ノズル３１３ａと抵抗器３４８ａ、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３４６ａ、３４６ｂ、３４６ｃを含む。液滴生成器３４１ａ〜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３４３ａ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〜３４８ｃの中心まであるいは対応するノズル３１３ａ〜３１３ｃ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４４０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ＳＫＩＰ２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、４１３ｄ、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４４６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４４０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４４１ａ〜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４４７ｂ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〜４４５ｈおよびそれらと対応する気化室４４７ｃ〜４４７ｈからは流体的に分離されている。同様に、気化室４４７ｃ、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４４５ｃ、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４４７ｅ、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４４５ｅ、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〜４４５ｈ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、４４５ｈに流体的に結合されており、インク供給経路４４５ｇ、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４４６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４１３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４１３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４１３間のクロストークは、サブグループ内の液滴生成器４４１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ＳＫＩＰ０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４８／１４８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５４０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５４０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５４５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５４７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５１３（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、２００１年１０月３１日に出願された「ＩＮＫＪＥＴＰＲＩＮＴＨＥＡＤＡＳＳＥＭＢＬＹＨＡＶＩＮＧＶＥＲＹＨＩＧＨＤＲＯＰＲＡＴＥＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ」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７２ｋＨｚの周波数で動作することができる。最大約４８ｋＨｚ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７２ｋＨｚ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

Claims

インク供給スロットが形成された基板と、該基板上に形成され、前記インク供給スロットに連通するインク供給チャネルが形成され、各インク供給チャネルの一方の境界を定める薄膜壁を含む薄膜構造と、該薄膜構造上に形成され、前記インク供給チャネルと連通する気化室及び該気化室と連通したノズル口が形成されたオリフィス層とからなり、前記薄膜構造上の前記気化室内に位置決めされて形成された発熱抵抗器と、前記気化室及びノズルからなる構造の液滴生成器とを備え、
前記オリフィス層は、前記液滴生成器内の前記ノズル及び前記気化室の形を定め、各インク供給チャネルの他方の境界を定めるオリフィス壁を含み、
前記インク供給スロットが、前記基板の長手方向に沿って溝状の穴として形成され、前記インク供給スロットの一方側のみに液滴生成器列が形成されている場合に前記インク供給スロットが内側縁を有し、前記インク供給スロットの内側縁から各液滴生成器列までの距離が異なる距離であって、インク補充速度を均一にするために、前記ノズルの中心から前記インク供給チャネルの内側縁までの距離を同じにして開口面積を同じにすべく、前記インク供給チャネルが異なる開口形状を有し、かつ前記インク供給チャネルが前記インク供給スロットの内側縁側に位置する前縁を有し、該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一定である、インクジェットプリントヘッド。
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。
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。