JP4549642B2 - スロット付き基板ならびにそれを形成するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、スロット付き基板ならびにそれを形成するための方法およびシステムに関する。

インクジェットプリンタおよび他の印刷装置は、世の中のいたるところで使われるようになっている。これらの印刷装置は、印刷工程においてインクを供給するためにスロット付きの基板を用いることがある。そのような印刷装置は手頃な価格で数多くの望ましい機能を提供することができる。しかしながら、さらに低価格でさらに多くの機能が要求されており、製造業者は引き続き効率を改善することが求められている。消費者は、さらに高い印刷画像解像度、リアルな色、および毎分のページ数、すなわち印刷量の増加を求めている。

消費者の要求を実現する１つの方法は、流体吐出装置、プリンタ、および他の印刷装置に組み込まれるスロット付き基板を改善することによる。現在、種々のスロット付き基板は、製造するのに時間とコストがかかっている。

したがって、本発明の目的は、望ましい特性を有するスロット付き基板のための迅速かつ経済的な製造方法を提供することである。

以下に説明される実施形態は、基板内にスロットを形成するための方法およびシステムに関する。この工程のいくつかの実施形態が、プリントヘッドダイまたは他の流体吐出装置に組み込まれることができる基板内の流体供給スロットを形成する事例に沿って説明される。

プリントヘッドダイにおいて一般的に用いられるように、基板は超小型電子回路を有する半導体基板を含むことができ、超小型電子回路は、基板内に組み込まれるか、基板上に配置されるか、および／または裏面あるいは背面の反対側にある薄膜表面上に基板によって支持され得る。流体供給スロットによって、流体、一般的にはインクが、インク供給源またはインク溜めから、プリントヘッド内の吐出室に収容される流体吐出素子まで供給されることができるようになる。

いくつかの実施形態においては、この流体吐出素子への流体の供給は、流体供給スロットを、それぞれ個々の吐出室にインクを供給する１つまたは複数のインク供給通路に接続することにより達成することができる。流体吐出素子は一般に、流体を加熱し、吐出室内の圧力を高める加熱素子または発射抵抗体を含む。その流体の一部は発射ノズルを通して吐出され、吐出された流体は流体供給スロットからの流体によって補われる。吐出過程の副産物として、インク内にバブルが形成され得る。バブルが流体供給スロット内に蓄積する場合、そのバブルが吐出室のいくつかまたは全てへのインクの流れを遮断することがあり、それによりプリントヘッドの故障を引き起こす。

流体供給スロットは複合スロットを含むことができ、複合スロットは１つの溝と、多数のスロット、または多数の穴とを含む。その溝は基板内に形成され、同じく基板内に形成された多数の穴、または多数のスロットに接続することができる。複合スロットの穴はインク供給源からインクを受け取り、そのインクを溝に供給し、その溝が種々のインク吐出室にインクを供給することができる。複合スロットは、バブルの蓄積を低減し、および／またはバブルが複合スロットから移動するのを促すように構成され得る。

複合スロットは細くすることができ、そして複合スロットを基板上に互いに近接して配置することができる高いアスペクト比を有するので、材料コストが削減され、製品サイズが縮小される。

基板材料が種々の穴の間に延在し、基板強度を強化するので、複合スロットにより、基板は同じような大きさの従来のスロットに比べてはるかに高い強度を維持できるようになる。この構成は、任意の実用的な長さの複合スロットを形成するために、一定の比率で拡大縮小することができる。さらに、複合スロットは、形成工程において除去される材料が少ないので、はるかに迅速に形成することができる。

本発明によれば、基板内に流体供給スロットを形成するための方法およびシステムを提供することができる。スロットは、スロット付き基板の強度が既存の技術よりも高くなるようにしながら、流体供給スロットに接続される種々の流体吐出素子にインクを供給することができる。この流体供給スロットは、基板の第１の表面内に収容され、第２の表面から基板を貫通する複数のスロットに接続された溝から構成される複合的な構成を有することができる。本発明によれば、複数のスロットを含む種々のスロット間に基板材料を残し、それによりスロット付き基板の構造的な完全性を高めることができる。これは特に、他の方法では基板が壊れやすく、変形しやすい傾向を有するようになる、長いスロットの場合に有益である。また、本発明によれば、ほとんどの任意の所望の長さの複合インク供給スロットが形成されるように拡大縮小することもできる。さらに、本発明によれば、所与の長さのスロット当たりの除去される材料が少ないので、より迅速に形成することもできる。そのスロットは低コストで、迅速に形成することができ、しかも既存の技術よりも高いアスペクト比を有することができる。それらのスロットは、所望どおりの長さに形成することができ、そしてダイの脆性を低減し、スロットがダイ上で互いに近接して配置され得る有益な強度特性を有することができる。

図面全体を通して、同じ構成要素が類似の特徴および構成要素を参照するために用いられる。

図１は、例示的なスロット付き基板を利用することができるプリンタ１００の一実施形態を示す。ここに示されるプリンタは、インクジェットプリンタの形態で具体化される。プリンタ１００は、そうである必要はないが、商標「DeskJet（デスクジェット）」としてヒューレットパッカード社によって製造されるインクジェットプリンタシリーズを代表とすることができる。プリンタ１００は、白黒、および/または白黒およびカラーで印刷することができる。用語「プリンタ」は、印刷媒体上に、インクまたは他の顔料を含む材料のような流体を吐出する任意のタイプのプリンタまたは印刷装置を指している。例示的な目的を果たすためにインクジェットプリンタが示されるが、説明される実施形態の態様は、ファクシミリ装置、写真複写機、および他の流体吐出装置のような、スロット付きの半導体基板を用いる他の形態の画像形成装置において実施できることに留意されたい。

図２は、本明細書に説明される本発明の技術を実施するために利用することができるプリンタ１００の一実施形態における種々の構成要素を示す。プリンタ１００は、１つまたは複数のプロセッサ１０２を含むことができる。プロセッサ１０２は、印刷媒体（たとえば、紙、透明媒体等）上にプリントヘッドをまっすぐに配置するための媒体の移動、およびキャリッジの動きのような種々のプリンタ動作を制御することができる。

プリンタ１００は、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１０４、ＲＯＭ１０６（消去不可）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０８を有することができる。ＥＥＰＲＯＭ１０４およびＲＯＭ１０６を有するプリンタ１００が示されるが、ある特定のプリンタはメモリ構成要素のうちの１つのみを含む場合がある。さらに、図には示されないが、通常、システムバスが印刷装置１００内の種々の構成要素を接続する。

プリンタ１００は、一実施形態においてＲＯＭ１０６に格納された永久メモリモジュールとして実施されるファームウエア構成要素１１０を有することもできる。ファームウエア１１０は、ソフトウエアと同様にプログラムされて試験され、プリンタ１００とともに配布される。ファームウエア１１０は、プリンタ１００内のハードウエアの動作を調整するように実現されることができ、そのような動作を実行するために用いられるプログラミング構成体を含む。

この実施形態では、プロセッサ１０２は種々の命令を処理して、プリンタ１００の動作を制御し、他の電子装置および計算装置と通信する。メモリ構成要素、ＥＥＰＲＯＭ１０４、ＲＯＭ１０６、およびＲＡＭ１０８は、構成情報、フォント、テンプレート、印刷されるデータ、およびメニュー構造情報のような種々の情報および／またはデータを格納する。この実施形態には示されないが、ある特定のプリンタは、ＥＥＰＲＯＭ１０４およびＲＯＭ１０６の代わりに、またはそれに加えて、フラッシュメモリ素子を含むこともできる。

また、プリンタ１００は、図２の実施形態に示されるように、ディスクドライブ１１２、ネットワークインターフェース１１４、およびシリアル／パラレルインターフェース１１６を含むことができる。ディスクドライブ１１２は、印刷されるデータ、またはプリンタ１００によって保持される他の情報のための追加的な記憶装置を提供する。ＲＡＭ１０８およびディスクドライブ１１２の両方を有するプリンタ１００が示されるが、ある特定のプリンタは、そのプリンタの記憶装置の要件に基づいて、ＲＡＭ１０８またはディスクドライブ１１２のいずれかを含むことができる。たとえば、安価なプリンタは、少量のＲＡＭ１０８を含み、ディスクドライブ１１２を備えなくてもよく、それによりプリンタの製造コストを削減する。

ネットワークインターフェース１１４は、図示された実施形態において、プリンタ１００とデータ通信ネットワークとの間の接続を提供する。ネットワークインターフェース１１４によって、共通のデータ通信ネットワークに接続される装置が、そのネットワークを介してプリンタ１００に印刷ジョブ、メニューデータおよび他の情報を送信できるようになる。同様に、シリアル／パラレルインターフェース１１６は、プリンタ１００と別の電子装置または計算装置との間に直接、データ通信経路を提供する。ネットワークインターフェース１１４およびシリアル／パラレルインターフェース１１６を有するプリンタ１００が示されるが、ある特定のプリンタは１つのインターフェース構成要素のみを含むことができる。

また、プリンタ１００は、図２の実施形態に示されるように、ユーザインターフェースおよびメニューブラウザ１１８、ならびに表示パネル１２０も含むことができる。ユーザインターフェースおよびメニューブラウザ１１８によって、プリンタ１００のユーザは、プリンタのメニュー構造をナビゲートできるようになる。ユーザインターフェース１１８は、プリンタ１００のユーザによって操作されるインジケータまたは一連のボタン、スイッチ、または他の選択可能な制御手段とすることができる。表示パネル１２０はグラフィック表示装置であり、プリンタ１００の状態に関する情報、およびメニュー構造を通してユーザが利用できる現在のオプションに関する情報を提供する。

また、このプリンタ１００の実施形態は、印刷ジョブに対応する印刷データにしたがって、紙、プラスチック、繊維等のような印刷媒体に流体（たとえば、液体インク）を選択的に塗着するように構成された機構を含むプリントエンジン１２４も含む。

プリントエンジン１２４は、プリントキャリッジ１４０を含むことができる。そのプリントキャリッジは、プリントヘッド１４４およびプリントカートリッジ本体１４６を含む１つまたは複数のプリントカートリッジ１４２を含むことができる。さらに、プリントエンジンは、プリントカートリッジに、そして最終的にはプリントヘッドを介して印刷媒体に流体を供給するための１つまたは複数の流体源１４８を含むことができる。

例示的な実施形態
図３および図４は、プリンタ１００のいくつかの実施形態において利用され得る、プリントキャリッジ１４０内の例示的なプリントカートリッジ（１４２ａおよび１４２ｂ）を示す。そのプリントキャリッジは、１つのみのプリントカートリッジが示されているが、４個のプリントカートリッジを保持するように構成される。多くの他の例示的な構成が実現可能である。図３は、流体源１４８ａに対して上部で接続するように構成されたプリントカートリッジ１４２ａを示し、一方、図４は、流体源１４８ｂに下部で接続するように構成されたプリントカートリッジ１４２ｂを示す。限定はしないが、自給式の流体供給源を有するプリントカートリッジを含む他の例示的な構成も実施可能である。

図５は、例示的なプリントカートリッジ１４２を示す。そのプリントカートリッジは、プリントヘッド１４４およびカートリッジ本体１４６から構成される。他の例示的な構成は、当業者には理解されよう。

図６は、図５の線ａ−ａに沿って見た例示的なプリントカートリッジ１４２の一部を表す断面を示す。その断面は、プリントヘッド１４４に供給するための流体６０２を収容するカートリッジ本体１４６を示す。この実施形態では、プリントカートリッジは、プリントヘッドに１色の流体またはインクを供給するように構成される。前述のように、他の実施形態では、他の例示的なプリントカートリッジが単一のプリントヘッドに多色および／または黒色インクを供給することができる。他のプリンタは、それぞれ１色または黒色インクを供給することができる多数のプリントカートリッジを利用することができる。この実施形態では、多数の異なる流体供給スロットが設けられており、３つの例示的なスロットが６０４ａ、６０４ｂ、および６０４ｃで示される。他の例示的な実施形態は、流体供給源を分割し、３つの流体供給スロット６０４ａ〜６０４ｃがそれぞれ別の流体供給源を受け取るようにすることができる。他の例示的なプリントヘッドは、ここに示される３つよりも少ないか、またはそれよりも多いスロットを利用することができる。

種々の流体供給スロット６０４ａ〜６０４ｃは、それぞれ基板６０６の一部を貫通する。この例示的な実施形態では、シリコンを適切な基板とすることができる。いくつかの実施形態において、基板６０６は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのような結晶性基板を含む。他の適切な基板の例には、特にガリウムヒ素、ガラス、シリカ、セラミック、または半導体材料が含まれる。その基板は種々の構造を含むことができ、それは当業者には理解されよう。

基板６０６は、第１の表面６１０と第２の表面６１２とを有する。基板上には、この実施形態では発射抵抗体６１４を含む、独立して制御可能な流体滴発生器が配置される。この例示的な実施形態では、抵抗体６１４は、基板６０６の上側にある薄膜層の積層構造の一部である。薄膜層は、さらに障壁層６１６を含むことができる。

障壁層６１６は、特にフォトレジストポリマー基板を含むことができる。障壁層上には、限定はしないが、ニッケル基板を含むことができるオリフィス板６１８が配置される。オリフィス板は複数のノズル６１９を有し、そのノズルを通して、種々の抵抗体６１４によって加熱された流体が印刷媒体（図示せず）上に印刷するために吐出され得る。先行する層上には、種々の層が形成されるか、堆積されるか、または取り付けられることができる。ここに与えられる構成は、実施可能な一構成にしかすぎない。たとえば、別の実施形態では、オリフィス板および障壁層は一体に構成される。

図５および図６に示された例示的なプリントカートリッジは、使用中の通常の向きとは逆である。使用のために配置されるとき、流体は、カートリッジ本体１４６からスロット６０４ａ〜６０４ｃのうちの１つまたは複数のスロットに流れ込むことができる。その流体は、スロットから流体供給通路６２０を通って移動し、最終的に吐出室６２２に流れ込む。吐出室は、抵抗体６１４と、ノズル６１９と、その中にある所与の容積の空間とから構成され得る。他の構成も実施可能である。所与の吐出室内の抵抗に電流が流されるとき、その流体は沸点まで加熱されて膨張し、ノズル６１９から流体の一部が吐出できるようになる。その後、吐出された流体は、流体供給経路６２０からのさらに別の流体によって補われ得る。種々の実施形態は他の吐出機構も利用することができる。

図７の実施形態は、プリントヘッド（図示せず）の一部を含むオリフィス板６１８上から見た図を示す。多数のノズル６１９を含むオリフィス板６１８は、破線で示されるプリントヘッドのいくつかの下側をなす構造体上に配置される。下側をなす構造体は、流体供給通路（流体チャネル）６２０に接続され、さらにまた、スロット６０４ａ〜ｃに接続される吐出室６２２を含む。ここに示される吐出室は１つのスロットに沿って概ね直線的に配列されるが、他の例示的な実施形態は他の構成を用いる。たとえば、いくつかの実施形態では、互い違いに配列された吐出室が用いられ、所与のスロット長に関連付けられた吐出室の数を増やすことができる。

図８、図８ａ及び図８ｂは、基板６０６ｄ内に形成されたスロット（６０４ｄ、６０４ｅ、および６０４ｆ）を示す。図８は基板の上から見た図を示し、一方、図８ａおよび図８ｂは基板を通る断面を示す。図示された基板６０６ｄは厚みｔ（図８ａに示される）を有する。説明される実施形態は、種々の厚みの基板で問題なく動作することができる。たとえば、特定の実施形態では、厚みｔは、約１００μｍ未満から少なくとも約２０００μｍまでの範囲を有することができる。他の例示的な実施形態は、この範囲外の厚みを有することができる。いくつかの例示的な実施形態の基板の厚みｔは、約６７５μｍにすることができる。

図８は、基板６０６ｄの第１の表面６１０ｄ上から見た図を示す。ここに示された図は、図７に示されたものと類似しているが、オリフィス板を含む基板上の層が示されていない点が異なる。図７の場合と同様に、図８では、基板６０６ｄの第１の表面６１０ｄは、薄膜表面または薄膜側面を含む。スロット（６０４ｄ、６０４ｅ、および６０４ｆ）は、複合スロットと呼ぶことができる。なぜなら、この実施形態では、スロットが基板内に形成され、多数のスロット８０４に接続される個々の溝（８０２ｄ、８０２ｅ、および８０２ｆ）によって少なくとも部分的に包含されるためである。各スロット８０４は、基板の背面６１２ｄから基板を貫通し、溝（８０２ｄ、８０２ｅ、および８０２ｆ）のうちの１つと接続することができる。

これは、図８に示された実施形態の一部の断面を示す図８ａおよび図８ｂにおいてより容易に見ることができる。これらの図面はそれぞれ、複合スロット６０４ｆを横断し、その長軸に沿って見た断面を示す。図８ａは、スロット６０４ｆの一部を示しており、溝８０２ｆがスロット８０４に隣接している。

図８ｂは、複合スロット６０４ｆの第２の断面図である。この図面では、溝８０２ｆを見ることができるが、この断面を貫通するスロットはない。代わりに、複合スロットを形成した後に残される基板材料（概して８０６で示される）によって、基板は、他の方法で実施可能な場合よりもはるかに高い強度を維持できるようになる。この基板材料８０６は、とりわけスロットの両側において基板材料を接続または強化するための役割を果たすことがある補強基板として機能することができる。そのような補強によって、スロット付き基板を強化できるとともに、基板の変形を抑えることもできる。

多くの既存の技術によって、基板の厚みにわたって形成される、概ね一定の幅および長さを有する流体供給スロットが形成される。基板材料の全てを除去することは、特に長いスロットが形成される場合には、スロット付き基板の強度を大きく下げる。

これらの既存の技術を用いて単一の基板内に多数のスロットが形成されるとき、スロット間に残される基板材料は、スロットを形成する前に基板が有することができる概ね平坦な形状から歪むか、または曲がるようになることが多い。そのような歪みは、とりわけプリントヘッドに集積される際に基板が受けるねじり応力の結果として生じるようになる。たとえば、ねじり応力は、基板の長軸に平行な軸に対する理想的な形状からのずれに対するスロット付き基板の抵抗力によって判定することができる。基板の長軸はスロットの長軸に概ね平行である。歪みまたは変形は、基板を弱くし、処理中に壊れやすくする。

また、歪みおよび／または変形は、基板をダイ、または他の流体吐出装置に集積するのをより難しくする。基板は、しばしば他の異なる基板に結合され、プリントヘッドおよび最終的にはプリントカートリッジを形成する。これらの異なる基板は、既存の技術によって製造されるスロット付き基板よりも硬く、それによりそのスロット付き基板がそれらの異なる基板の形状に変形する可能性がある。

プリントヘッドの歪みはその幾何学的形状を変化させ、その場合に、流体がスロット付き基板の歪んだ部分に配置された吐出室から吐出される。例示的なスロット付き基板は、そのような変形に対してより抵抗力があり、多くのプリントヘッドにおいて望ましい平坦な形状をより良好に保持できる。説明される実施形態は特に、基板の第１の表面に直交する軸に沿った変形または曲げに対して抵抗力を有することができる。この変形への抵抗力は、望ましい集積されたプリントヘッドを提供することができる。

大量の基板材料を除去することにより生じる歪み以外に、基板材料を除去する作業はコストと時間がかかる。さらに、より長いスロットが形成される場合には、これらの歪みが大きくなる傾向があることはさらに理解されよう。これに対して、説明される実施形態は、多数のスロット間に残る基板材料がスロット付き基板を補強し、基板の所与の長さ当たりに除去される材料を少なくすることができるので、任意の所望の長さに拡大縮小することができる。

さらに、これら現在の技術の多くは、スロットがインクを供給する吐出室に適度にインクを供給するために、望まれる幅よりも太いスロットを形成する。説明される実施形態は、既存の技術よりも細い複合スロットを有することができ、および／または既存の技術よりも高いアスペクト比を有する。そのようなスロットによれば、除去される基板材料を少なくし、必要とされる機械加工を少なくすることができ、そしてより強度の高いスロット付き基板を提供することができる。

スロット形成中に除去される基板材料の量を削減するために他の試みがなされているが、これらの技術のいくつかでは、スロット内のバブルの蓄積が性能の妨げになる。これらの既存の技術のいくつかは、スロット内にバブルが蓄積しやすい領域を生み出すことがある。これによりプリントヘッドが誤動作するようになり、これらの技術の採用が妨げられている。本実施形態は、不連続の複合スロットに関する機械加工および強度の利点を提供しながら、バブルの蓄積を低減することができる。

再び、図８ａおよび図８ｂを参照すると、この実施形態では、スロット８０４に隣接する領域における溝８０２ｆの幅ｗ_１は、その溝がスロットからさらに離れた場所の幅ｗ_２よりも広いことが見てとれる。この実施形態では、溝は一対の側壁（８０５ｐおよび８０５ｑ）を有することによりそのような形状を達成する。この図面に示されるように、個々の側壁は長軸を含み、第１の表面に直交する面に対して平行でない、輪郭の少なくとも一部を有することができる。図８は、第１の表面６１０ｄ上から見た図を示しており、側壁８０５ｐおよび８０５ｑが概ね正弦曲線に見える。他の例示的な形状は、当業者であれば理解されよう。

ここに示された概ね正弦曲線形状のようないくつかの側壁形状によって、スロット８０４から最も離れている溝８０２ｆの領域が、溝の最小幅ｗ_２を有するようになり、スロットに隣接するそれらの領域が溝の最大幅ｗ_１を有するようになる。これにより、スロット８０４に隣接するより幅が広い領域に向けて任意のバブルが移動または移行するのを促すことができる。さらに、この実施形態では、スロット８０４の幅ｗ_３は、溝８０２ｆの最大幅よりも広くすることができる。これにより、バブルを溝からスロット内にさらに移動させることができる。

バブルの移動は、少なくとも部分的に、インク供給スロット内のバブルが持つエネルギー状態によって影響を及ぼされる。バブルは、インク内に存在する他のバブル、および／または溶液から現れる蒸気と融合することにより、一般的に質量が増加する可能性がある。もしバブルがインク供給スロット内の物理的な環境により閉じ込められたら、バブルのエネルギー状態が上昇する可能性がある。このモデルによれば、そのエネルギー状態は、バブルにかかる外力と、それと組み合わされるバブルが受ける表面張力とを含む。これらの要素は、バブルの蒸気圧と釣り合う。

高いエネルギー状態は、バブルがそのエネルギー状態を下げることができる物理的な場所に移動する傾向を生み出すことができる。バブルがより低いエネルギー状態を達成できるようになる場所に到達するために、バブルが、より高いエネルギー状態を通過するのに必要な中間領域を削減および／または排除することにより、バブルがより低いエネルギー状態に向かって移動する傾向を高めることができる。この例示的な実施形態では、少なくとも部分的には、バブルが薄膜から背面に移動する際にバブルのエネルギー状態が概ね減少していくような複合スロット環境を設けることにより、バブルの移動を促すことができる。

バブルの移動および／またはバブルのエネルギー状態は、浮力によっても影響を及ぼされることがある。バブルに作用する浮力は、バブルが押し退ける気体の重量に概ね等しい。浮力は、流体内でバブルを上方に移動させる。説明される実施形態のうちのいくつかでは、スロット付き基板は、印刷装置において、背面が薄膜表面上に配置されるように向けられることができる。その際、インクは概ねプリントカートリッジ本体から背面を通って薄膜表面に向かって流動することができ、最終的にはノズルから吐出される。バブルは概ねインク流とは逆方向に移動することがある。説明される実施形態は、所望のようにバブルが移動する傾向を高めることができる。

図８ａおよび図８ｂに示された実施形態では、溝の深さｘは概ね一定のままであるが、溝の幅は変えられる。これにより、溝は可変の断面積を有することができる。この実施形態において示されるように、溝８０２ｆの断面積は、図８ａに示されるようにスロット８０４の近くでより大きくなり、図８ｂに示されるようにスロットから離れるほど小さくなる。

説明される実施形態では、溝は種々の寸法を有することができる。いくつかの例示的な実施形態では、長さは約１００μｍから少なくとも約２５，４００μｍの範囲を有することができる。例示的な一実施形態では、長さは約８５００μｍにすることができる。溝は３０μｍから約３００μｍの幅を有することができ、いくつかの実施形態では２００μｍが用いられる。溝は約５０μｍから約５００μｍの範囲の深さを有することができる。溝の深さは、基板６０６の厚みｔに対して示すこともできる。いくつかの実施形態では、個々の溝は基板の厚みの約１０％〜約８０％の範囲の深さを有することができる。

図８ａおよび図８ｂに示されるような溝８０２ｆは、浅い棚部８０８も含むことができる。溝のこの部分によって、種々のインク供給通路６２０（図６に示される）が、既知のおよび／または均一な長さを有することができるようになる。他の例示的な実施形態では、溝は浅い棚部を含む場合もあれば、含まない場合もある。浅い棚部を含むいくつかの例示的な実施形態では、浅い棚部の幅は溝の最小幅の５％〜１５０％にすることができる。他の実施形態では、浅い棚部の幅は溝の最小幅未満、またはそれと同じにすることができる。いくつかの例示的な実施形態では、浅い棚部の幅は、溝の最小幅の約８０％にすることができる。

種々のスロット８０４は、広い範囲の寸法および形状を有することができる。いくつかの例示的な実施形態では、約３０μｍ〜約３００μｍの範囲の直径を有する円筒形スロットを利用することができる。一実施形態では、その直径を約２００μｍにすることができる。他の実施形態では、断面が楕円形または長方形を示すスロットを利用することができる。例示的な一実施形態では、個々のスロット８０４は、約１．５×１０^５（１５０，０００）μｍ^２の断面積を有することができる。他の実施形態は、約５０００μｍ^２〜約３．８×１０^６μｍ^２の範囲の断面積を有するスロットを利用することができる。

説明される実施形態は、印刷中に溝の全ての部分に適度なインクを供給するために満足のいくインク流を提供することができる。例示的な一実施形態では、上述のような例示的な溝は、１０個のスロットによってインクを供給され得る。個々のスロットは、平均２．０×１０^５μｍ^２の断面積を有することができる。

図９および図１０は、その中に複合スロット（６０４ｇ、６０４ｈおよび６０４ｉ）が形成された基板６０６ｇの斜視図を示す。複合スロットはそれぞれ、溝（８０２ｇ−ｉ）と複数のスロット（８０４ｇ−ｉ）とから構成され得る。

図９は、基板のわずかに下から見た、第１の表面６１０ｇを示す斜視図であり、一方、図１０は基板のわずかに上から見た斜視図であり、第２の表面６１２ｇを見ることができる。図９および図１０に示されるように、基板６０６ｇは印刷中の最も一般的な向きと同じように向けられており、そこでは第１の表面が印刷媒体に面し、かつ概ね平行である。この向きでは、インクは、第２の表面６１２ｇに取り付けられるカートリッジ本体１４６（図５に示される）から、複合スロットを通って流れ、最終的には、第１の表面６１０ｇに取り付けられるオリフィス板から吐出され得る。

読者が本実施形態を理解しやすくするために、各図面内の基板６０６ｇの右側の一部が破断されており、複合スロット６０４ｇおよび６０４ｈと比較して、複合スロット６０４ｉの異なる部分を見ることができるようにしてある。断面９０２上で見ることができる複合スロットの部分は、２つの溝（８０２ｇおよび８０２ｈ）と、２つのスロット（それぞれ８０４ｇおよび８０４ｈ）を示す。

この実施形態では、表面９０２上に示された溝の領域は、溝の最も広い部分になる。これは、溝がスロット（図１０に示される８０４ｉ）に隣接しない断面９０４上に示される溝８０２ｉの部分とは対照をなすことができる。スロット間に残る基板の領域は、補強構造８０６ｉを含むことができる。

補強構造８０６ｉは、スロット付き基板６０６ｇの強度を高めることができる。たとえば、図１０は複合スロット６０４ｉを含む７個のスロット８０４ｉを示す。スロット間には補強領域または構造８０６ｉが配置され、その部分では、基板材料がスロットの完成時に残される。これらの構造は、複合スロットの両側において基板材料の変形を低減することができる。他にも利点はあるが、結果的に形成されたスロット付き基板は、補強構造８０６ｉが存在しなかった場合よりも、基板６０６ｇの第１の表面６１０ｇの少なくとも一部の面内または面外の曲げに対して強くすることができる。

この実施形態に示されるように、各溝（８０２ｇ〜８０２ｉ）は、溝の長さに対して概ね同じ深さを有する。したがって、表面９０２上に示されるようなスロット８０４ｇ−ｈに隣接する領域、または表面９０４上に示されるようなスロット８０４ｉからさらに離れた領域は、等しい深さを有することができる。しかしながら、表面９０４上に示される溝８０２ｉの断面は、表面９０２上に示される溝８０２ｇおよび８０２ｈの断面よりも狭く、かつ小さな面積を有する。

この実施形態に示されるように、各溝は、図８に関連して前述されたように、浅い棚領域（それぞれ８０８ｇ−ｉ）をさらに有する。浅い棚領域は、スロットから個々の発射室（図６に示す）までの均一で、および／または既知の長さのインク供給通路（図６に示す）を設けることができるようにする。

図８、図９、および図１０に示される実施形態は、少なくとも部分的に、スロット８０４への接近距離に基づいて、溝の幅および／または断面を変更することによりバブルの蓄積を低減することができる。図１１〜図１５に示された実施形態は、少なくとも部分的に、溝の深さを変更することにより、バブルの蓄積の発生を低減することができる。

図１１は、第１のステップにおいて基板６０６ｊの第１の表面６１０ｊ内に形成されるか、または収容される溝８０２ｊの長軸に沿って見た断面図を示す。この例示的な実施形態では、溝８０２ｊは概ね均一な幅ｗ（図１２ａおよび図１２ｂに示す）を有する。しかしながら、図面に見ることができるように、溝の深さ（ｘ_１およびｘ_２）は、交互に並ぶ相対的に深い領域１１０２と相対的に浅い領域１１０４との間で変化する。溝は、一対の概ね相対する端部壁（１１０５ｒおよび１１０５ｓ）によって部分的に画定され得る。いくつかの実施形態では、個々の端部壁１１０５ｒの輪郭の大部分は、溝の長軸に対して垂直ではない。ここに示されたように、端部壁は概ね弧状である。この形状は、以下に詳細に説明されるように、バブルを移動しやすくすることができる。

図１２、図１２ａおよび図１２ｂは、第２のステップにおいて基板内に形成され、溝８０２ｊを背面６１２ｊに接続する多数のスロット８０４ｊを示す。溝８０２ｊおよびスロット８０４ｊは、複合スロット６０４ｊを形成することができる。溝８０２ｊの長軸に沿って見たこの断面図では、スロットは概ね、より深い溝領域１１０２に隣接する溝に接続され、そこでは隣接するスロット８０４ｊ間に浅い領域１１０４が存在する。これは、図１２に示される図を横断する断面図を示す図１２ａおよび図１２ｂにおいてより明確に見ることができる。図１２ａおよび図１２ｂは、図８ａおよび図８ｂに示される図と類似した図を示す。

図１２ａは、図１２の線ｃ−ｃに沿って見た断面図を示す。図１２ｂは、図１２の線ｄ−ｄに沿って見た断面図を示す。これらの図面はそれぞれ、図５の線ａ−ａに沿って見た図６の断面図に類似している。図１２ａは、スロット８０４ｊに隣接し、かつ接続される、図１２に示される溝８０２ｊの部分を示す。図１２ｂは、図１２ａに示される図よりも種々のスロット８０４ｊに対してもっと末端の溝８０２ｊの部分を示す。ここに示される実施形態では、溝８０２ｊはその長さにわたって概ね均一な幅ｗを有するので、図１２ａに示される部分の幅は、図１２ｂに示される部分の幅に概ね等しい。しかしながら、この実施形態では、溝の深さは図面に示されるように変化し、図１２ａに示されるような深さｘ_１は、図１２ｂに示されるような深さｘ_２よりも深い。

これらの実施形態では、溝８０２ｊおよび／または複合スロット６０４ｊの長軸を横断する種々の断面は、変化する断面積を有することができ、変化する断面形状も有することができる。たとえば、図１２ａおよび図１２ｂに示された実施形態では、溝の断面はそれぞれ概ね長方形として表され得る。個々の長方形は同じ幅を有するが、異なる高さを有することができ、それゆえ、異なる形状を有することができる。他の例示的な実施形態では、他の形状の種々の特徴を組み合わせることができる。

図１１および図１２に示されるように、溝８０２ｊはスロット８０４ｊ以前に形成された。しかしながら、他の実施形態では、様々な順序で形成され得る。たとえば、スロットを基板の厚み内の途中まで形成することができ、その後、スロットに結合または接続するように溝が形成される。

他の実施形態では、基板の厚み全体を通してスロットを形成し、その後スロットに対して溝を形成して、複合スロットを形成してもよい。当業者であれば、他の適当な構成を理解されよう。

ここまで説明された例示的な実施形態では、基板材料を除去し、複合流体供給スロットを形成するための除去ステップを含んでいた。しかしながら、他の例示的な実施形態では、スロット形成工程において基板に材料が加えられる種々のステップを含むことができる。たとえば、一実施形態では、スロットが形成された後に、堆積ステップによって新たな材料層を追加することができ、その材料層を通して溝を形成し、複合スロットが形成される。他の実施形態では、複合スロットを洗浄するか、さらに仕上げるために１つまたは複数のステップを含むこともできる。これらの付加的なステップは、説明されたステップの中間段階で、またはそのステップの後に行うことができる。

図１２〜図１５は、説明される実施形態が複合スロット６０４ｊ内にバブルが蓄積されるのを低減することができる、実施可能な態様のいくつかの例を示す。図１２は、プリントカートリッジ（図６に示す）または他の流体吐出装置に組み込まれる基板６０６ｊのための向きを表す。この向きでは、流体は、カートリッジ本体１４６から背面または上側表面６１２ｊに収容され、スロット８０４ｊを通過して、溝８０２ｊに供給され得る。溝は、第１の表面または薄膜表面６１０ｊ上に配置される種々の吐出室（図６に示す）に流体を供給することができる。

流体が発射室から吐出されるとき、バブルが生成される可能性がある。そのようなバブルは複合スロット６０４ｊに入る可能性がある。たとえば、図１２は、溝８０２ｊの薄膜表面６１０ｊ付近にある一群のバブル１２０２を示す。図１３では、バブル１２０２が上方に移動し、溝の底部（上側表面１３０２）で基板に接触している。それから明らかなように、この上側表面１３０２は、接続するスロット８０４ｊに向かって全体として傾斜している。

図１４は、溝８０２ｊの形状に沿ってある上向きの角度で移動しているバブル１２０２を示す。この動きによって、バブル１２０２はスロット８０４ｊの下の位置に移動している。図１５は、スロット８０４ｊを通って移動し、基板から出ようとしているバブルを示す。

図１１〜図１５に示された実施形態、および図８に示された実施形態は、単一の構成を用いて溝内のバブルの蓄積を低減するが、他の例示的な実施形態では、種々の構成を組み合わせることができる。たとえば、図８に示される溝の幅を変更することが、図１１〜図１５に示される溝の深さを変更することと組み合わされて、複合的な構成を生み出し、バブルの蓄積を低減することができる。

例示的な方法
図１６は、例示的なスロット付き基板を形成するための方法を記述する流れ図である。ステップ１６０２は基板内に溝（トレンチ）を形成する。種々の技術を用いて溝を形成することができる。いくつかの例示的な実施形態では、レーザ加工を用いて溝が形成される。例示的な一実施形態では、レーザ加工を用いて、基板の薄膜側を含む第１の表面上に溝を形成することができる。この特定の実施形態では、溝を形成する前に、障壁層を堆積することができる。これにより、スロット付き基板上で、より均一な障壁層厚が保持されるようになる。

種々の適切なレーザ加工は、当業者には理解されよう。市販されている１つの適切なレーザ加工装置には、アイルランドのダブリンのXsil社によって製造されているＸｉｓｅ２００レーザ加工ツールが含まれ得る。

ステップ１６０４は基板内に複数のスロットを形成する。そのスロットは、溝の少なくとも一部に接続し、基板を貫通する複合スロットを形成することができる。溝は、バブルがその溝からスロットに移動するのを促すように構成され得る。スロットは種々の方法で形成され得る。たとえば、サンドドリリング（sand drilling）を用いてスロットを形成することができる。サンドドリリングは、機械的な切削工程であり、ターゲット材料が、高圧エアフローシステムから供給される酸化アルミニウムのような粒子によって除去される。サンドドリリングは、サンドブラスト、研磨砂加工、および砂研磨と呼ばれる場合もある。

サンドドリリングに対する代替形態として、他の例示的な実施形態では、レーザ加工、ドライエッチングおよび／またはウエットエッチングのようなエッチング工程、機械加工等のうちの１つまたは複数の技術を用いて、スロットを形成することができる。機械加工は、基板材料を除去するために一般的に用いられる種々の鋸およびドリルを利用することを含むことができる。複合または混成の工程を用いて、複合溝を含むスロットまたは溝を形成することができる。代案として、または上記に加えて、スロットを形成するために用いられるのとは異なる工程を用いて溝を形成することができる。

結論
説明された実施形態は、基板内に流体供給スロットを形成するための方法およびシステムを提供することができる。スロットは、スロット付き基板の強度が既存の技術よりも高くなるようにしながら、流体供給スロットに接続される種々の流体吐出素子にインクを供給することができる。記載された流体供給スロットは、基板の第１の表面内に収容され、第２の表面から基板を貫通する複数のスロットに接続された溝から構成される複合的な構成を有することができる。記載された実施形態は、複数のスロットを含む種々のスロット間に基板材料を残し、それによりスロット付き基板の構造的な完全性を高める。これは特に、他の方法では基板が壊れやすく、変形しやすい傾向を有するようになる、長いスロットの場合に有益である。記載された実施形態は、ほとんどの任意の所望の長さの複合インク供給スロットが形成されるように拡大縮小することができる。また、記載された実施形態は、所与の長さのスロット当たりの除去される材料が少ないので、より迅速に形成することもできる。そのスロットは低コストで、迅速に形成することができ、しかも既存の技術よりも高いアスペクト比を有することができる。それらのスロットは、所望どおりの長さに形成することができ、そしてダイの脆性を低減し、スロットがダイ上で互いに近接して配置され得る有益な強度特性を有することができる。

本発明は、構造的な特徴および方法論的なステップに固有の言語で説明されてきたが、「特許請求の範囲」によって規定される本発明が、説明された特定の特徴および方法に必ずしも限定されないことは理解されたい。むしろ、特定の特徴および方法は、請求される本発明を実施するための好ましい形態として開示される。

例示的なプリンタの正面図である。 例示的なプリンタの種々の構成要素を示すブロック図である。 例示的な一実施形態によるプリントキャリッジの斜視図である。 例示的な一実施形態によるプリントキャリッジの斜視図である。 例示的な一実施形態によるプリントカートリッジの斜視図である。 例示的な一実施形態によるプリントカートリッジの上側部分の断面図である。 例示的な一実施形態によるプリントヘッドの平面図である。 例示的な一実施形態による基板の平面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による基板の斜視図である。 例示的な一実施形態による基板の斜視図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 図１２の線ｃ−ｃに沿って見た断面図である。 図１２の線ｄ−ｄに沿った見た断面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による基板の断面図である。 例示的な一実施形態による方法のステップを表す流れ図である。

符号の説明

100 プリンタ
144 プリントヘッドダイ
604 流体供給スロット
606 基板
610 第１の表面
612 第２の表面
802 溝
804 スロット
805ｐ、805ｑ 側壁（溝壁）
806 補強構造
1102 深い溝領域
1302 上側表面

Claims (12)

1. 相対する第１の表面（６１０）および第２の表面（６１２）によって画定された厚みを有する、プリントヘッドに流体を供給するためのプリントヘッド基板（６０６）であって、
   前記第１の表面（６１０）に収容され、前記基板（６０６）の厚み全体よりも短い距離だけ内部に延在する溝（８０２）であって、複数の溝側壁（８０５）および溝底面（１１０２）によって画定することができる溝（８０２）と、
   前記第２の表面（６１２）から前記基板（６０６）内に延在し、前記溝（８０２）の底面（１１０２）と接続する複数のスロット（８０４）とを備えており、該複数のスロットと１つの溝とが、前記基板（６０６）を貫通する１つの複合スロット（６０４）を形成しており、前記溝（８０２）が、前記溝（８０２）の長軸を横断して見た場合、前記スロットの近くでより大きくなり、前記スロットから離れるとより小さくなるように変化する断面積を有する、プリントヘッド基板（６０６）。
2. 印刷装置（１００）であって、
   請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）を組み込む印刷装置。
3. 前記溝（８０２）が、当該溝（８０２）の前記長軸を横断して見た場合、前記スロット（８０４）から離れた部分よりも、前記スロット（８０４）に近い部分において幅が広い、請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）。
4. プリントヘッド基板（６０６）であって、
   前記複数のスロット（８０４）のそれぞれの幅は、前記溝（８０２）の最大幅よりも広い、請求項３に記載のプリントヘッド基板。
5. 前記側壁（８０５）が、正弦曲線形状を有する、請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）。
6. 前記溝（８０２）が、均一な幅を有し、当該溝（８０２）の深さが、当該溝（８０２）の前記長軸を横断して見た場合、前記スロットの近くでの相対的に深い領域と前記スロットから離れた相対的に浅い領域との間で変化する、請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）。
7. プリントヘッドに流体を供給するための基板（６０６）内に流体供給スロット（６０４）を形成する方法であって、
   基板の第１の表面（６１０）内に溝を形成すること（１６０２）と、
   前記基板の第２の表面（６１２）内に、前記溝の底面の少なくとも一部に接続する複数のスロットを形成すること（１６０４）とを含み、該複数のスロットと１つの溝とが、前記基板を貫通する複合スロットを形成し、前記溝が、当該溝の長軸を横断して見た場合、前記スロットの近くでより大きくなり、前記スロットから離れるとより小さくなるように変化する断面積を有する、方法。
8. 前記溝を形成すること（１６０２）が、溝をレーザ加工することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記複数のスロットを形成すること（１６０４）が、レーザ加工、ドライエッチング、ウエットエッチング、サンドドリリング、および機械ドリル加工のうちの１つまたは複数を含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記基板の前記スロット間の領域が、補強構造（８０６）を含み、当該補強構造（８０６）のそれぞれが、前記補強構造（８０６）が前記溝（８０２）に最も近い表面（１３０２）と、前記溝（８０２）から離れた表面（６１２）とを有し、
    前記溝（８０２）に最も近い前記表面（１３０２）が、前記スロットに向かって傾斜する表面を有しており、
    前記基板（６０６）は、前記補強構造（８０６）が存在しなかった場合に比べて、前記基板（６０６）の第１の表面（６１０）の少なくとも一部の平面内または平面外への曲げに強い、請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）。
11. 前記溝に最も近い前記表面（１３０２）が、弧状である請求項１０に記載の基板。
12. 前記基板の前記スロット間の領域が、補強構造（８０６）を含み、
    前記基板（６０６）は、前記補強構造（８０６）が存在しなかった場合よりも、前記基板（６０６）の長軸に平行な軸の周囲のねじれに強い、請求項１に記載のプリントヘッド基板（６０６）。

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