JP5788984B2 - 熱抵抗式流体噴射アセンブリ - Google Patents

Description

インクジェット印刷装置は、ドロップ・オン・デマンド（DOD）で流体液滴を噴射する流体噴射装置の１例である。従来のDODインクジェットプリンターでは、プリントヘッドが、一枚の紙などの印刷媒体に複数のノズルを通じて流体液滴（たとえばインク）を噴射することによって該印刷媒体に画像を印刷する。ノズルは、一般に、１以上のアレイをなすように配列されて、プリントヘッドと印刷媒体が互いに対して移動するときにノズルからインクを適切な順番で吐出することによって、印刷媒体に文字や他の画像が印刷されるようになっている。

DODインクジェットプリンターの１例は、サーマルインクジェット（TIJ）プリンターである。TIJプリンターでは、プリントヘッドは、流体が充填されたチャンバー内に、流体を気化させて、急速に膨張するバブル（気泡）を生成する抵抗加熱素子（抵抗性発熱体）を備えており、該バブルは、流体液滴をプリンターノズルからが押し出すように作用する。該加熱素子を流れる電流は、熱を発生して、チャンバー内の流体のほんの一部を気化させる。該加熱素子が冷めると、蒸気泡（気泡ともいう）が崩壊し、リザーバ（インク槽）からチャンバーへとより多くの流体が引き込まれて、別の液滴をノズルを通じて噴射する準備ができる。

残念ながら、TIJプリントヘッドの噴射メカニズムの熱効率及び電気効率が悪い（すなわち、蒸気泡を生成するために流体を過熱する）ために、TIJプリンターには、コストが高くなり、かつ、全体的な印刷品質が低下するといういくつかの欠点がある。たとえば、１つの欠点は、抵抗加熱素子の噴射面における残渣の堆積物（koga）によって、インクジェットペンの寿命期間にわたって噴射性能が劣化してしまうことである。別の欠点は、（たとえば、印刷されるページのスループット（印刷ページの処理量乃至処理速度）を維持しつつ画像解像度を高くするために）液滴噴射速度または液滴発射速度を大きくすると、プリントヘッドが過熱して、噴射を阻害するベーパーロック（vapor lock：蒸気閉塞）現象が引き起こされ、また、プリントヘッドが潜在的なダメージを受けることである。別の欠点は、熱効率が悪い抵抗加熱素子を駆動する大きな電子装置及び電力バスが、TIJプリントヘッドにおいて高価なシリコンスペースを占めることである。

（追って補充）

１実施形態にしたがう、流体噴射アセンブリを組み込むのに適したインクジェットペンの１例を示す。 １実施形態にしたがう、流体噴射アセンブリの一部の断面図である。 １実施形態にしたがう、流体噴射アセンブリを図２Ａから９０°回転させたときの該流体噴射アセンブリの一部の断面図である。 １実施形態にしたがう、動作中の流体噴射アセンブリの一部の断面図である。 １実施形態にしたがう、部分的に示されている電気回路に電気的に並列に結合された抵抗加熱素子を示す。 １実施形態にしたがう、３次元抵抗構造の一部の１例の拡大断面図である。 １実施形態にしたがう、図４Ｂ及び図４Ｃとは異なる数の抵抗素子を有する抵抗構造のトップダウンビューである。 １実施形態にしたがう、図４Ａ及び図４Ｃとは異なる数の抵抗素子を有する抵抗構造のトップダウンビューである。 １実施形態にしたがう、図４Ａ及び図４Ｂとは異なる数の抵抗素子を有する抵抗構造のトップダウンビューである。 １実施形態にしたがう、抵抗素子の幅が抵抗素子間の間隔（の大きさ）と同じではない抵抗素子を有する抵抗構造のトップダウンビューである。 １実施形態にしたがう抵抗構造のトップダウンビューであり、抵抗素子の幅と抵抗素子間の間隔との違いに関する構成が、図６Ｂ〜図６Ｄの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造のトップダウンビューであり、抵抗素子の幅と抵抗素子間の間隔との違いに関する構成が、図６Ａ、図６Ｃ及び図６Ｄの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造のトップダウンビューであり、抵抗素子の幅と抵抗素子間の間隔との違いに関する構成が、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｄの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造のトップダウンビューであり、抵抗素子の幅と抵抗素子間の間隔との違いに関する構成が、図６Ａ〜図６Ｃの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造の断面図であり、櫛の歯構造の高さが、図７Ｂ及び図７Ｃの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造の断面図であり、櫛の歯構造の高さが、図７Ａ及び図７Ｃの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう抵抗構造の断面図であり、櫛の歯構造の高さが、図７Ａ及び図７Ｂの抵抗構造とは異なっている。 １実施形態にしたがう、櫛の歯構造のかどが面取りされている抵抗構造の断面図である。 １実施形態にしたがう、基本的な流体噴射装置のブロック図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。

課題及び解決策（ソリューション）の概要
上記のように、サーマルインクジェット（TIJ）装置には、一般にTIJプリントヘッド噴射メカニズムの熱効率及び電気効率の悪さに関連する種々の欠点がある。熱効率及び電気効率の悪さは、より具体的には、TIJ抵抗加熱素子の核生成面（nucleation surface。すなわち、蒸気泡が形成される抵抗体／流体境界）における温度の不均一性として表され、この不均一性によって、より多くのエネルギーを加熱素子に送る必要が生じる。しかしながら、温度の不均一性の問題を克服するためにTIJ抵抗加熱素子への噴射エネルギーを増やすと、他の種々の問題が引き起こされる。

そのような問題の１つは、TIJプリントヘッドにおける流体液滴噴射レート（すなわち、噴射速度）に影響を与えるということである。噴射速度が速いと、画像解像度が高くなり、または、ページスループットがより速くなり、あるいは、それらの両方が達成されるので有利である。しかしながら、TIJ抵抗加熱素子の核生成面から流体（たとえばインク）へのエネルギーの伝達効率が悪いために、プリントヘッドの温度を上昇させる残留熱（余熱）が生じる。液滴噴射レートを高くすると、所与の時間期間にわたって加熱素子を通じて送られるエネルギー量が多くなる。したがって、液滴噴射レートを高くすることによってさらなる残留熱が生じ、これに対応してプリントヘッドの温度が上昇することによって、結果的に、噴射を阻害するベーパーロック現象（過熱状態）が生じ、及び、プリントヘッドが潜在的なダメージを受けることになる。したがって、抵抗加熱素子の表面からインクへのエネルギーの伝達効率が悪いために、液滴噴射レートを制限するかまたは調整することが必要になるが、これは、たとえば高速タイプの出版市場では大きなデメリットである。

TIJ抵抗加熱素子の表面からインクへのエネルギーの伝達効率の悪さはまた、インクジェット印刷システムの総コストを高くする。熱効率が悪いTIJ抵抗からなる大きな抵抗列を駆動するためのより多くのエネルギーを送るためには、大きなFET及び電力バスが必要である。それらのより大きなデバイス及びバスは、貴重なシリコンスペースを占有するだけでなく、それらに関連する電気的寄生も、結局のところ、プリントヘッドのダイシュリンク（プリントヘッドダイのサイズ縮小）量を制限することになる。したがって、効率の悪いTIJ抵抗を支持するためにより大きなシリコンのフットプリント（占有面積）が必要であるが、これは、シリコンが、依然として、多くのインクジェット印刷システムの総コストの大きな割合を占めることを意味している。

TIJ抵抗の核生成面における温度の不均一性を克服するために該TIJ抵抗に対する噴射エネルギーを増やすと、該TIJ抵抗の表面が高温になることに関連する別の問題も生じる。核生成面における温度の全体的な増加によって、液滴の重量、液滴の速度、液滴の飛しょう経路、及び、液滴の形状などの、噴射された流体液滴のいつかの所望の特性が維持されるが、コゲーション（kogation）が増えるという悪影響もある。コゲーションは、該抵抗体（抵抗器）の表面上の残渣（koga）の堆積物である。時間とともに、コゲーションは、液滴の重量、液滴の速度、液滴の飛しょう経路、及び、液滴の形状など流体液滴の特性に悪影響を与え、最終的に、TIJ印刷システムの全体的な印刷品質を低下させる。

TIJ抵抗加熱要素における熱効率の悪さ及び不均一性の問題に対する従来の解決策は、TIJ抵抗と噴射流体（インク）の両方を改良乃至変更することを含んでいる。しかしながら、そのような解決策にはいくつかの欠点がある。たとえば、宙吊りにされた抵抗体（抵抗器）構成によれば、流体中に浸した薄膜抵抗体の両側から加熱することができるので、該流体にさらされた抵抗体の表面積が大きくなることによって、熱／エネルギーの伝達効率を向上させることができる。しかしながら、壊れやすい薄膜梁（thin film beam）は、液滴噴射中の激しい核生成事象にさらされると信頼性のないものになりえ、また、コストを高くする特殊な製造工程を必要とする。別の例は、抵抗体の効率を意図的に改善し、及び、TIJ抵抗体に共通のホットスポット（hot spot）を除去するところの中央領域が除去されたドーナツ型の抵抗体である。しかしながら、曲線状の「ドーナツ」形状に伴う電気経路長の変化によって電流集中（current crowding）及び電流密度の均一性に関する問題が生じ、これらは、最終的に、抵抗器全体にわたって温度の不均一をもたらすホットスポットを生じる。コゲーションの問題に対する従来の解決策は、プリントヘッドの寿命期間にわたって反応性がより低い化学結合（化合）を決定するためにインク配合物（ink formulation）を調整することを本質的に含んでいる。しかしながら、この解決策は、コストを大幅に高くすると共に、TIJプリントヘッドに使用可能な流体／インクの可用性を限定する可能性があり、これによって、TIJ印刷システムに利用できる印刷市場が制限される。

本開示のいくつかの実施形態は、TIJ抵抗体の核生成面における温度の不均一性に関連するTIJ装置の欠点（たとえば、熱効率及び電気効率の悪さ）を克服するのに役立つものであり、一般に、幅及び間隔（以下では、該間隔を、物理的な実体として特定するためにスペースないし空間として参照する場合がある。その場合、該間隔は抵抗素子間にわたる該スペース乃至空間の幅に相当する）が個々に設定されて並列（乃至平行）に延在する抵抗素子（抵抗素子は抵抗体素子ともいう。以下同じ）からなる複数の抵抗素子を使用するTIJ抵抗構造を用いて、核生成面（全体）における温度の均一性を達成する。結果的に生成されるTIJ抵抗構造は、それぞれの隆起部すなわち「櫛の歯」の間に形成されたくぼみ（または凹部乃至溝）すなわちチャンネルを有する３次元構造である。該３次元構造の表面、及び抵抗素子のさまざまに変わりうる幅及び間隔は、TIJ抵抗の核生成面における温度の均一性の向上だけでなく、抵抗体材料の単位面積当たりの核生成面の領域（または面積）の増加に寄与する。核生成面の領域（以下、核生成面領域ともいう）が大きくなり、かつ、核生成面における温度の均一性が向上すると、TIJ抵抗構造と流体の間のエネルギーまたは熱の伝達効率が大きく向上する。熱効率及び（温度の）均一性が向上すると、流体の各液滴を噴射するのに必要なエネルギー量が小さくなり、その結果、たとえば、ベーパーロック現象を生じることなく液滴噴射レートを高める能力やFETを少なくし及び電力バスの幅を小さくして、より積極的なダイシュリンク及びシリコンコストの低減を可能にする能力やコゲーションを低減してTIJプリントヘッドの寿命期間にわたる液滴噴射性能を改善する能力などの多くの利益が得られることになる。

１実施形態では、熱抵抗式流体噴射アセンブリは、第１及び第２の電極が形成された絶縁基板を備えている。さまざまな幅の個別の抵抗素子からなる（たとえば、少なくとも２つの抵抗素子の幅が異なる）複数の抵抗素子が、該基板上に並列乃至平行に配列されて、第１の端部において該第１の電極に、第２の端部において該第２の電極にそれぞれ電気的に結合されている。

別の実施形態では、流体噴射装置は、複数の抵抗素子を含む抵抗構造を有する流体噴射アセンブリを備えている。該抵抗構造の最上層は、該抵抗素子によって加熱されたときに流体を気化させるために、くぼんだチャンネルによって分離された（突き出た）隆起部を有する平坦ではない（すなわち凹凸のある）核生成面として形成されている。各隆起部の幅は、核生成面の下にある関連する抵抗素子（のたとえばサイズ）に適合乃至合致している。

別の実施形態では、熱抵抗構造は、並列に結合されて、一様ではない幅を有する（たとえば、少なくとも２つの抵抗素子の幅が等しくない）複数の抵抗素子を備えている。任意の２つの抵抗素子の間にはスペース（間隔）がある。隆起部が各抵抗素子の上に形成され、かつ、チャンネルが該スペースのそれぞれの上に形成されるように、薄膜キャビテーション層（thin film cavitation layer）が、該抵抗素子及び該スペースの上に形成され、この場合、該キャビテーション層は、該抵抗素子からの熱を伝達(伝導)して、チャンバー内の流体を気化し、及び、該チャンバーから流体液滴を噴射するための核生成面を形成する。

例示的な実施形態
図１は、１実施形態にしたがう、本明細書に開示されている流体噴射アセンブリ１０２を組み込むのに適したインクジェットペン１００の１例を示している。この実施形態では、流体噴射アセンブリ１０２は、流体液滴噴射プリントヘッド１０２として開示される。インクジェットペン１００は、ペンカートリッジ本体１０４、プリントヘッド１０２、及び、電気的接触部（電気接点ともいう）１０６を備えている。プリントヘッド１０２内の個々の流体液滴発生器２００（たとえば図２参照）は、電気的接続部１０６において供給される電気信号によってエネルギーを与えられて、選択されたノズル１０８から流体の液滴を噴射する。該流体を、種々の印刷可能な流体、インク、前処理組成物（pre-treatment composition）、定着液などの、印刷処理で使用される任意の適切な流体とすることができる。いくつかの例では、該流体を、印刷用流体以外の流体とすることができる。ペン１００は、カートリッジ本体１０４内に自身の流体供給源を含むことができ、または、ペン１００は、たとえば、チューブ（管）を介してペン１００に接続された流体槽（流体貯留槽ともいう）などの外部供給源（不図示）から流体を受け取ることができる。自身に流体供給源を含むペン１００は、一般に、該供給源の流体がなくなると使い捨てにすることができる。

図２Ａは、本開示の１実施形態にしたがう、流体噴射アセンブリ１０２の一部の断面図である。図２Ｂは、本開示の１実施形態にしたがう、図２Ａと同じ流体噴射アセンブリ１０２の一部を９０°回転させたときの断面図である。この部分的な流体噴射アセンブリ１０２は、単独の流体液滴発生器アセンブリ２００として示されている。液滴発生器アセンブリ２００は、硬質もしくは剛性の床基板（底部にある基板。フロア基板）２０２、及び、ノズル出口２０６（該ノズル出口を通って流体液滴が噴射される）を有する、最上部にある硬質もしくは剛性の（または可撓性のある）ノズルプレート（ノズル板ともいう）２０４を備えている。基板２０２は、典型的には、上面に酸化物層２０８を有するシリコン基板である。薄膜スタック（薄膜積層体）２１０は、一般に、酸化物層、複数の個々の抵抗加熱／噴射素子２１２を画定する金属層、導電性電極トレース２１４（図２Ｂ）、パッシベーション層２１６、及び、キャビテーション層（たとえばタンタルからなるタンタルキャビテーション層）２１８を含んでいる。図３〜図８に関してより詳細に説明されているように、薄膜スタック２１０は、それぞれの隆起部すなわち「櫛の歯」の間に形成されたくぼみ（または凹部乃至溝）すなわちチャンネルを有する３次元抵抗構造３００を形成する。

流体液滴発生器アセンブリ２００はまた、側壁２２０Ａ及び２２０Ｂ（これらを合わせて側壁２２０と呼ぶ）などのいくつかの側壁を備えている。側壁２２０は、床基板２０２をノズルプレート２０４から分離する。床基板２０２、ノズルプレート２０４、及び側壁２２０は、ノズル出口２０６を通じて流体液滴として噴射されることになる流体を含む流体チャンバー（流体室ともいう）２２２を画定する。側壁２２０Ｂは、最終的にノズル出口２０６を通じて液滴として噴射される流体を受け入れるための流体入口２２４を有している。流体入口２２４が配置されるのは側壁２２０Ｂには限られない。別の実施形態では、たとえば、流体入口２２４を、他の側壁２０８内や床基板２０２内に配置することができ、あるいは、流体入口２２４を、異なるいくつかの側壁２２０内または基板２０２内に配置された複数の流体入口から構成することができる。

図２Ｃは、本開示の１実施形態にしたがう、動作中の流体噴射アセンブリ１０２の一部の断面図である。動作中、液滴発生器２００は、抵抗素子２１２に電流を流すことによって、流体２２６の液滴をノズル２０６を通じて噴射する。個々の抵抗加熱素子２１２は、図２Ｄの部分的な電気回路図に概略的に示されているように、導電性の電極トレース２１４間に並列に電気的に結合されている。抵抗素子２１２を流れる電流２３２は、熱を発生させて、噴射チャンバー２２２内の抵抗構造３００の表面（すなわち、蒸気泡が形成される抵抗加熱素子２１２のすぐ近の、タンタルキャビテーション層２１８と流体との境界面）において流体２２６のごく一部を気化させる。電流パルスが供給されると、抵抗素子２１２が発生した熱によって急速に膨張する蒸気泡２２８が生成され、該蒸気泡によって、小さな流体液滴２３０が噴射チャンバーノズル２０６から押し出される。抵抗素子２１２が冷めると、蒸気泡はすぐに崩壊して、より多くの流体２２６が入口２２４を通じて噴射チャンバー２２２内へと引き込まれ、これによって、ノズル２０６から別の液滴２２６を噴射する準備が整うことになる。

図３は、本開示の１実施形態にしたがう、３次元抵抗構造３００の一部の１例の拡大断面図である。任意の抵抗構造３００内の抵抗素子２１２の数は可変である。６個または７個の抵抗素子２１２を有する抵抗構造３００を用いて、抵抗構造３００の核生成面（全体）における温度の均一性の大幅な改善が達成されている（この結果、熱効率及び電気効率がかなり高くなる）が、構造３００内の素子２１２の数は、要求される核生成面の面積（乃至領域）並びに抵抗素子の幅、間隔及び高さの選択に基づいて、この範囲を大きくはずれて変わりうる。

抵抗構造３００内の各抵抗素子２１２の間には間隔（またはスペース）３０２がある。一般に、各抵抗素子２１２の幅３０４と（隣り合う任意の）２つの素子２１２間の間隔３０２は可変である。抵抗素子２１２の幅及び間隔３０２は、本質的に、構造３００内に存在する素子２１２の数に依存して変わる。たとえば、ある特定の幅を有する所与の抵抗構造３００において、構造３００内の素子２１２の数が増えると、素子の幅３０４及び／または素子２１２間の間隔３０２は小さくなるだろう。しかしながら、素子の幅３０４及び間隔３０２はさらに、構造３００内の素子２１２の数とは無関係に構造３００にわたって個々のレベルでも変わりうる。たとえば、７個の抵抗素子２１２を含む抵抗構造３００において、それぞれの素子すなわち７個の全ての素子が、互いに異なる幅３０４を有しうる。個々の抵抗素子２１２と同様に、抵抗素子２１２間の間隔３０２もまた、構造３００内の素子２１２の数とは無関係に構造３００にわたって個々のレベルで変わりうる。さらに、抵抗構造３００内にある各抵抗素子２１２は、変わりうる高さ３０６を有する櫛の歯構造を形成する。したがって、抵抗構造３００内には３つの可変の寸法が存在する。それらには、各抵抗素子２１２の幅、（隣り合う任意の）２つの抵抗素子２１２間の間隔３０２、及び、各抵抗素子２１２に関連する各櫛の歯構造の高さ３０６が含まれる。

一般に、櫛の歯構造にわたって素子の幅、間隔及び高さが可変であることによって、適合された熱プロフィール（thermal profile）を提供することができる。抵抗素子２１２の数が可変であり、抵抗素子２１２の幅３０４及び間隔３０２が可変であり、及び、櫛の歯構造の高さ３０６が可変であることによって、抵抗素子２１２と流体２２６の間の熱エネルギー伝達効率を改善し、及び、抵抗構造３００の核生成面（全体）における温度分布をかなりの程度制御することが可能であり、これによって、温度の均一性を最大にすることが可能になる。より具体的には、図３に示すように、３次元抵抗構造３００において、抵抗素子２１２の結合された領域当たりの核生成面領域３０８が大きくなり、これによって、流体２２６への熱エネルギー伝達量が増加する（及び、プリントヘッドの残留熱エネルギー損失が小さくなる）。増大した核生成面領域３０８、及び、アクティブな抵抗素子２１２に対する該領域の近さを制御することができる能力（すなわち、幅３０４、間隔３０２、及び櫛の歯構造の高さ３０６を変えること）は、抵抗構造３００の全表面領域にわたる熱エネルギー分布及び温度の均一性をかなりの程度制御することを可能にする。

抵抗素子２１２の幅３０４及び間隔３０２の特定の寸法及び相対的な寸法、並びに、櫛の歯構造の高さ３０６は、抵抗構造３００の表面（全体）における熱効率及び温度の均一性の向上に対する寄与を通じて、液滴発生器２００の流体液滴噴射性能に種々の影響を与える。たとえば、流体液滴噴射性能（すなわち、液滴の所望の重量、液滴の速度、液滴の軌跡、液滴の形状）は、抵抗素子２１２の幅３０４及び間隔３０２が小さくなるにつれて向上する傾向がある。現在のところ、抵抗素子２１２の幅３０４と抵抗素子２１２の間隔３０２の両方について、０．２５マイクロメートル（μｍ）〜３．００マイクロメートルの範囲が、性能の面で最も有利であると考えられている。現在のところ効果的であると考えられている高さ３０６の範囲は０．２５マイクロメートル〜１．００マイクロメートルである。しかしながら、これらの範囲は、（これらの範囲に）限定することを意図したものではなく、関連する製造技術の進歩に応じてより広い範囲（たとえば、下限がより低い）が考慮される。したがって、重要な利益が、たとえば０．１マクロメートル近辺などのさらに小さな寸法において得られる可能性がある。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、本開示のいくつかの実施形態にしたがう、それぞれ異なる数の抵抗素子２１２を有する抵抗構造３００のトップダウンビュー（上から見下ろしたときの図）である。上記したように、特定の数の抵抗素子２１２が示されている抵抗構造３００は、単なる例であって、抵抗構造３００に存在することができる素子２１２の数に制限があることを示すことを意図したものではない。それゆえ、各構造３００内の素子２１２の数は例示したもの以外のいろいろな数でありうる。したがって、図４Ａの抵抗構造３００は２つの抵抗素子２１２を有しているが、これは例示である。図４Ｂ及び図４Ｃでは、抵抗構造３００は、それぞれ、３つの抵抗素子２１２、４つの抵抗素子２１２を有している。図４Ａ〜図４Ｃは、抵抗構造３００がさまざまな数の抵抗素子２１２を有することができることを明らかにすることに加えて、素子２１２の幅３０４及び素子間の間隔３０２が、構造３００内に存在する素子２１２の数に依存してどのように変わるかを示すことが意図されている。抵抗素子２１２の数が２つから４つに増えると、素子の幅３０４と素子２１２間の間隔３０２は小さくなる。

図４Ａ〜図４Ｃの抵抗構造３００は、素子２１２の幅３０４と間隔３０２が等しい例を示しているが、他の実施形態では、幅３０４と間隔３０２は等しくない。たとえば、図５は、本開示の１実施形態にしたがう、抵抗素子２１２の幅３０４が抵抗素子２１２間の間隔３０２と同じ大きさではない抵抗素子２１２を有する抵抗構造３００のトップダウンビューである。この例では、素子２１２の幅３０４は互いに等しく、かつ、素子２１２間の間隔３０２は互いに等しいが、幅は間隔とは等しくない。具体的には、素子の幅３０４は間隔３０２よりも大きい（広い）。しかしながら、他の実施形態では、素子２１２の幅３０４は、素子間の間隔３０２よりも小さい（狭い）。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、本開示のいくつかの実施形態にしたがう抵抗構造３００のトップダウンビューであり、それらの抵抗構造３００の抵抗素子２１２の幅３０４及び抵抗素子２１２間の間隔３０２の構成はそれぞれ異なっている。図６Ａに示す実施形態では、抵抗構造３００の表面において７個の抵抗素子２１２が６個の間隔３０２によって分離されている。素子２１２の幅３０４は、構造３００の端に向かうにしたがって広くなり、中央に向かうにしたがって狭くなっている。間隔３０２は、構造３００全体にわたって均一である。図６Ｂに示す実施形態でも、抵抗構造３００の表面において７つの抵抗素子２１２が６個の間隔３０２によって分離されている。しかしながら、素子２１２の幅３０４は、構造３００の端に向かうにしたがって狭くなり、素子２１２の中央に向かうにしたがって広くなっている。間隔３０２は、この場合も、構造３００全体にわたって均一である。図６Ｃに示す実施形態では、抵抗構造３００の表面において４個の抵抗素子２１２が３個の間隔３０２によって分離されている。この場合は、素子２１２の幅３０４と素子間の間隔３０２の両方が、構造３００の中央に向かうにしたがって狭くなり、構造３００の端に向かうにしたがって広くなっている。図６Ｄに示す実施形態では、抵抗構造３００の表面において５個の抵抗素子２１２が４個の間隔３０２によって分離されている。この場合は、素子２１２の幅３０４は、構造３００の中央に向かうにしたがって狭くなり、構造３００の端に向かうにしたがって広くなっており、一方、素子間の間隔３０２は、構造３００の中央に向かうにしたがって広くなり、構造３００の端に向かうにしたがって狭くなっている。したがって、抵抗構造３００全体にわたって最適な温度均一性を達成し、かつ、抵抗構造３００と流体２２６の間の最適な熱エネルギー伝達効率を達成するために、抵抗構造３００にわたって、抵抗素子２１２、幅３０４及び間隔３０２の実質的に任意の構成が可能である。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、本開示のいくつかの実施形態にしたがう、櫛の歯構造の高さ３０６がさまざまな寸法をとりうることを示す抵抗構造３００の断面図である。高さ３０６は、櫛の歯構造の最上部７００における抵抗構造３００の表面（すなわち、タンタルキャビテーション層２１８の表面）から、櫛の歯構造の底部７０２における抵抗構造３００の表面までの距離である。抵抗素子２１２の幅３０４及び間隔３０２と同様に、櫛の歯構造の高さ３０６も可変である。幅３０４、間隔３０２、及び櫛の歯構造の高さ３０６を変えることによって、核生成面領域３０８の大きさ、及び、抵抗素子２１２に対する該領域の近さ（すなわち近接度）を制御することができる。したがって、高さ３０６の寸法が可変であることもまた、抵抗構造３００の表面全体における温度均一性及び熱エネルギー伝達効率を最適化するのに役立つ。さらに、高さ３０６の制限もしくは最小化を利用して、抵抗器の寿命を制御または調整するのに役立てることもできる。

図７Ａに示す実施形態では、抵抗構造３００の櫛の歯構造の高さ３０６は１例としての上限値を有するものとして示されており、図７Ｂに示す実施形態では、高さ３０６は１例としての下限値を有するものとして示されている。上記したように、現在のところ、０．２５マイクロメートル〜１．００マイクロメートルの範囲内の高さ３０６が、最大の性能利益をもたらすものと考えられているが、この範囲外の高さを用いた場合でも利益が得られる場合があるので、この範囲は限定することを意図したものではない。たとえば、場合によっては高さ３０６を０．０マイクロメートルに制限する（すなわち、核生成面を平坦にする）ことが、抵抗器の寿命の最適化に効果を有する場合がある。図７Ｃは、櫛の歯構造の高さ３０６が構造３００の表面にわたって変化する抵抗構造３００を示している。このように、特定の抵抗構造３００にわたって抵抗素子の幅３０４及び間隔３０２を変化させることができるのと同様に、櫛の歯構造の高さ３０６を変化させることもできる。

図８は、本開示の１実施形態にしたがう抵抗構造３００の断面図であり、該抵抗構造の櫛の歯構造は、面取りされた（すなわち傾斜が付くように切られた）かどを有している。櫛の歯構造の（すなわち、タンタルキャビテーション層２１８の表面における）面取りされたかど８００は、抵抗構造３００の核生成面領域を増大させる。さらに、面取りされたかど８００によって、それぞれの抵抗素子２１２のまわりの核生成面領域の近接度（近さ）が調整され、これによって、構造３００の表面にわたってさらなる温度均一性がもたらされる。ベベル（面取りされたかど）８００がない場合には、櫛の歯構造のとがったかどは、抵抗素子２１２からより遠くに離れるため、抵抗素子２１２に対する近さがより均一である核生成面領域よりも温度のばらつきが大きくなる。図８に示すように、下にあるパッシベーション層２１６の輪郭を、面取りされた角８００の形状に沿った（すなわち、該形状を追従する）形状とすることもできる。さらに、薄膜蒸着プロセスに概ね起因して、櫛の歯構造の急勾配の垂直な側壁上の薄膜の厚さは、典型的には、最上部の水平な面の薄膜の厚さの約半分である。このように垂直な側壁における薄膜の被覆範囲が異なることによって、抵抗素子２１２からチャンネルすなわち間隔３０２までの熱伝導距離（thermal path length）が短くなるが、これは、抵抗素子からチャンネルすなわち間隔３０２へと横方向に熱が伝達するのを促進する。

図９は、本開示の１実施形態にしたがう、基本的な流体噴射装置のブロック図である。流体噴射装置９００は、電子制御装置（電子コントローラ）９０２及び流体噴射アセンブリ１０２を備えている。流体噴射アセンブリ１０２を、本開示において説明し、及び／または図示し、及び／または考慮されている流体噴射アセンブリ１０２の任意の実施形態とすることができる。電子制御装置９０２は、典型的には、アセンブリ１０２と通信し及び該アセンブリ１０２を制御して、正確乃至的確に流体液滴を噴射するためのプロセッサ、ファームウェア、及び、他の電子機器回路を備えている。

１実施形態では、流体噴射装置９００をインクジェット印刷装置とすることができる。この場合、流体噴射装置９００は、流体噴射アセンブリ１０２に流体を供給するための流体／インク供給及びアセンブリ９０４、噴射された流体液滴のパターンを受けるための媒体を供給する媒体搬送（もしくは媒体供給）アセンブリ９０６、及び、電源９０８を備えることもできる。一般に、電子制御装置９０２は、コンピュータなどのホストシステムからデータ９１０を受けとる。このデータは、たとえば、印刷される文書及び／またはファイルを表しており、１以上の印刷ジョブコマンド及び／またはコマンドパラメータを含む印刷ジョブを構成する。電子コントローラ９０２は、該データから、文字、及び／または、シンボル（記号）、及び／または、他のグラフィックスもしくは画像を形成する液滴の噴射パターンを画定乃至決定する。

Claims (15)

1. 熱抵抗式流体噴射アセンブリであって、
   絶縁基板と、
   前記基板に形成された第１及び第２の電極と、
   前記基板上に並列に配置されかつ互いから隔置された個々の抵抗素子からなる複数の抵抗素子であって、それぞれの抵抗素子が、第１の端部において前記第１の電極に電気的に結合され、第２の端部において前記第２の電極に電気的に結合されてなる、複数の抵抗素子と、
   それぞれの抵抗素子に関連付けられている３次元櫛の歯構造
   を備え、
   前記櫛の歯構造の各々は、関連付けられている抵抗素子の上に形成された隆起部、及び、該関連付けられている抵抗素子の少なくとも一方の側のスペースに形成されたチャンネルを有し、それぞれの前記櫛の歯構造のかどが面取りされている、アセンブリ。
2. ２つの前記抵抗素子毎に設けられた該２つの抵抗素子間のスペースの幅が互いに等しい、請求項１の熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
3. ２つの前記抵抗素子毎に設けられた該２つの抵抗素子間のスペースのうちの少なくとも２つのスペースの幅が等しくない、請求項１の熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
4. 前記抵抗素子は抵抗構造を形成し、前記抵抗素子の幅は、前記抵抗構造の端に向かうにしたがって広くなり、該抵抗構造の中央に向かうにしたがって狭くなる、請求項１〜３のいずれかの熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
5. 前記抵抗素子は抵抗構造を形成し、前記抵抗素子の幅は、前記抵抗構造の端に向かうにしたがって狭くなり、該抵抗構造の中央に向かうにしたがって広くなる、請求項１〜３のいずれかの熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
6. 前記櫛の歯構造の各々は、前記隆起部の最上部から前記チャンネルの最上部にわたる高さを有する、請求項１〜５のいずれかの熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
7. それぞれの前記櫛の歯構造の高さが等しい、請求項６の熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
8. 少なくとも２つの前記櫛の歯構造の高さが等しくない、請求項６の熱抵抗式流体噴射アセンブリ。
9. 複数の抵抗素子を有する抵抗構造を備える流体噴射アセンブリと、
   平坦ではない核生成面
   を備える流体噴射装置であって、
   前記核生成面は、前記抵抗素子によって加熱されたときに流体を気化させるために、くぼんだチャンネルによって分離された隆起部を有し、かつ、前記抵抗構造の最上層として形成され、
   それぞれの前記隆起部の幅は、前記核生成面の下にある関連する抵抗素子に適合し、
   それぞれの前記隆起部における前記最上層のかどが面取りされていることからなる、流体噴射装置。
10. 少なくとも２つの前記隆起部の幅が等しくない、請求項９の流体噴射装置。
    
11. 前記最上層は、キャビテーション層及びその下にあるパッシベーション層から構成され、それぞれの前記隆起部における前記キャビテーション層及び前記パッシベーション層のかどが面取りされている、請求項９または１０の流体噴射装置。
12. それぞれの前記隆起部の垂直な側壁における前記最上層の厚さは、水平な面における前記最上層の厚さの約半分である、請求項９〜１１のいずれかの流体噴射装置。
13. 並列に結合された抵抗素子からなる複数の抵抗素子であって、少なくとも２つの抵抗素子の幅が異なる、複数の抵抗素子と、
    ２つの前記抵抗素子毎に設けられた該２つの抵抗素子間のスペースと、
    隆起部が各抵抗素子の上に形成され、かつ、チャンネルが各スペースの上に形成されるように、前記抵抗素子及び前記スペースの上に形成された薄膜層
    を備え、
    前記薄膜層は、前記抵抗素子からの熱を伝導して、チャンバー内の流体を気化させ、及び、該チャンバーから流体液滴を噴射させるために核生成面を形成し、
    それぞれの前記隆起部に対応する前記薄膜層のかどが面取りされている、熱抵抗構造。
14. 前記薄膜層は、キャビテーション層及びその下にあるパッシベーション層から構成され、それぞれの前記隆起部に対応する前記キャビテーション層及び前記パッシベーション層のかどが面取りされている、請求項１３の熱抵抗構造。
15. それぞれの前記隆起部の垂直な側壁における前記薄膜層の厚さは、水平な面における前記薄膜層の厚さの約半分である、請求項１３または１４の熱抵抗構造。

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