JP6386559B2 - 高度な対称性を有するインクジェットノズル装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリントヘッド用のインクジェットノズル装置に関する。本装置は、チャンバー補充速度を最大化しながらも、液滴吐出軌道を改善し、装置間における流体干渉を最小化することを主な目的として開発された。

出願人は様々なＭｅｍｊｅｔ（登録商標）インクジェットプリンタ、例えば、国際公開第２０１１／１４３７００号、国際公開第２０１１／１４３６９９号及び国際公開第２００９／０８９５６７号に記載されているプリンタを開発し、その内容は引用として本明細書に組み込まれている。Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）インクジェットプリンタは、印刷媒体をプリントヘッドの先に単一パスで送り込む送り機構を組み合わせた据え付けページ幅のプリントヘッドを使用している。Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）プリンタはそれゆえに従来の走査型インクジェットプリンタよりも速い印刷スピードを提供する。

インクジェットプリントヘッドは、各々インクが供給される複数（典型的に数千）の個別インクジェットノズル装置で構成されている。各々のインクジェットノズル装置は、通常、ノズル開口部とこのノズル開口部からインクを吐出する作動装置を有するノズルチャンバーから構成されている。インクジェットノズル装置の設計空間は広く、様々な型の作動装置と様々な装置構成を含めて様々なノズル装置が特許文献に記載されている。

インクジェットノズル装置の設計における最も重要な基準の１つは、ノズル面に対しインク滴軌道が垂直と成ることである。各液滴が外側に垂直に吐出されると、液滴に続く尾部はノズルの縁をとらえて、その上に付着できない。液漏れ及び液滴の誤った導きの原因はこのようにして回避される。加えて、垂直軌道により、液滴尾部の分離によって形成される主サテライト滴を紙面上の主液滴の上に着面させ、サテライト滴を隠すことができる。印刷品質がこのようにして垂直液滴軌道により大幅に改善される。

Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）インクジェットプリンタは、インクを過熱して蒸気泡を発生させる発熱素子で構成されている加熱装置である。これらの気泡の膨張によりノズル開口部を通してインク滴に力が加わる。これらの液滴の垂直軌道を確保するために、気泡は対称的に膨張しなければならない。これにはノズル装置の設計における対称性が必要とされる。

発熱素子周囲の完璧な流体対称性を得ることは、発熱素子を導入口からノズルチャンバーの上に直接吊るさない限り不可能である。このような配置を有するインクジェットノズル装置は、例えば、米国特許第６，７５５，５０９号に記載されており、また前記のような装置を具えるプリントヘッドは米国特許第７，４４１，８６５号（例として、図２１Ｂ参照）に示されており、その内容は引用として本明細書に組み込まれている。しかしながら、発熱素子がチャンバー導入口の上に吊るされている装置は、比較的複雑な製造方法を必要とし、発熱素子を接着している装置より頑丈でない。更に、これらの装置は、インクの吐出の際に比較的高速の逆流がチャンバー導入口を通して生じ（非効率性をもたらす）、導入口とノズル開口部の配置のせいでチャンバー補充の際にプリントヘッド表面への潜在的な漏れも生じる。

米国特許第７，８５７，４２８号には、ノズルチャンバー列を具えるインクジェットプリントヘッドが記載されており、各ノズルチャンバーはこのノズルチャンバー列と平行に延びる共通インク供給流路からインクが供給される側壁入口部を有することが記載されている。このインク供給流路には流路床に画定された複数の導入口を介してインクが供給される。各ノズルチャンバーへの入口は、インクに乗じた気泡又は粒子を除くフィルタ−構造（例、ピラー）を有していてもよい。米国特許第７，８５７，４２８号に記載されている配置は、同じ列（又は一対の列）における全てのノズルチャンバーがそこから平行に延びる前記共通インク供給流路からインクが供給されるため、ノズルチャンバーへのインクの供給が冗長になる。しかし、米国特許第７，８５７，４２８号に記載されている配置は、チャンバー補充速度が比較的遅く、近接したノズルチャンバー間で流体干渉が生じるといった不利益がある。

加えて、米国特許第７，８５７，４２８号に記載されている配置は、米国特許第６，７５５，５０９号に記載されている配置に比べて液滴吐出にある程度の非対称性が必然的に導入される。発熱素子がチャンバー入口を除くチャンバー側壁によって横方向に取り付けられているため、発熱素子によって生じた気泡はこの非対称性によって歪められてしまう。言い換えると、気泡によって生じたいくつかのインパルスがチャンバー入口並びにノズル開口部からいくらかのインクを強制的に戻してしまう傾向にある。その結果、液滴吐出軌道が曲がり、効率が低下する。

側壁のチャンバー入口によって生じる非対称性に対処する１つの方法は、チャンバー入口を長くする及び／又は狭くして逆流に対する流体抵抗を大きくすることである。しかし、この方法は流動抵抗の増大によりチャンバー補充速度を必然的に低下させるため高速プリンタにおいては実行可能ではない。側壁のチャンバー入口によって生じる非対称性を補償する代替方法は、米国特許第７，７８０，２７１号（内容は引用として本明細書に組み込まれている）に記載されているように、ノズル開口部から発熱素子をオフセットさせることである。

高度な対称性を有しており、液滴吐出軌道を補正するために必要な何らかの代替方法の範囲を最小限にするようにしたインクジェットノズル装置を提供することが望ましい。高速印刷用に適したチャンバー補充速度が高いインクジェットノズル装置の提供が更に望ましい。近接したノズル装置間の流体干渉が最小限であるインクジェットプリントヘッドの提供は更に望ましい。

本発明によれば、床部、天井部、及び前記床部と前記天井部の間に延在する周囲壁を有する主チャンバーを具えるインクジェットノズル装置が提供されている。主チャンバーは：
前記天井部に画定されたノズル開口部を有する吐出チャンバー及びノズル開口部を通してインクを吐出する作動装置；
前記吐出チャンバーにインクを供給する副チャンバーであって、前記床部に画定された主チャンバー流入口を有する副チャンバー；及び
前記主チャンバーを仕切って前記吐出チャンバーと副チャンバーを画成する隔壁構造体であって、前記床部と前記天井部の間に延在する隔壁構造体を具え、
前記吐出チャンバーと前記副チャンバーは共通対称面にある；
で構成される。

本発明のインクジェットノズル装置は、高度な対称性を有し、前述した通り、液滴吐出軌道の曲がりを最小化するために不可欠である。前記の高度な対称性は、第一に、ノズル開口部、作動装置、隔壁構造体、及び共通対称面に沿った主チャンバー流入口の配置によって提供され、完璧な鏡面対称性をこの軸（便宜上装置のｙ軸とする）においてもたらす。ゆえに、ｘ軸に沿って吐出される液滴の傾きは無視できる程度となる。

第二には、隔壁構造体と周囲壁の先端部が液滴吐出中の気泡膨張がｙ軸に沿って等しく生じるように配置されている。それゆえ、隔壁構造の配置は吐出チャンバーの直交するｘ軸について高度な鏡面対称性を効果的に提供する。液滴吐出中において隔壁構造体を通る逆流の結果生じる液滴軌道の曲がりも、補正の必要がないほど小さくなる。；あるいは非湾曲吐出軌道の補正のため、米国特許第７，７８０，２７１号に記載されているように、ノズル開口部のわずかなｙオフセット調整のみが必要となる。（わずかなｙオフセット補正が必要かどうかは、液滴容量、液滴吐出速度、インク種、印刷品質必要条件などによる）。前述した記載から、本発明の前記インクジェットノズル装置が優れた液滴吐出軌道を有しており、効率（気泡インパルスからから気泡吐出へのエネルギー移行の関点）が良いという利点をもっていることが理解されよう。

本発明における前記インクジェットノズル装置の更なる利点は、米国特許第７，８５７，４２８号に記載の装置に比べてチャンバー補充速度が比較的高いことにある。副チャンバーは、通常、チップの裏側でより幅のあるインク供給流路に接続されている床部流入口を介してインクを受け入れることから、各ノズル装置はバルクインク供給源に効率良くアクセスできる。一方、米国特許第７，８５７，４２８号に記載の構成では、各ノズルチャンバーがＭＥＭＳレイヤ内に画定されている比較的狭いインク供給流路からインクを受け入れており、ある環境下（例、フルブリード印刷又は超高速印刷）ではインクが枯渇してしまうことがある。ＭＥＭＳレイヤ内のインク供給流路の枯渇は、チャンバー補充速度の不足、続く印刷品質の低下及び空又は部分的に空のノズルチャンバーでの作動装置の吐出によって引き起こされる作動装置の誤作動の増加を招く。

本発明の更なる利点は、各ノズル装置が主チャンバーの周囲壁によって近接した装置から効果的に流体隔離されていることにある。この周囲壁は通常は硬く、前記主チャンバーを囲む連続した壁であり、切れ間又は隙間がない。ゆえに、副チャンバーへの床部流入口がある以外は、近接した装置の間に屈曲した流路があるのみである。このことは、前述した装置形状によって生じる逆流の有利な減少と合わせて、近接した装置の間の流体干渉の可能性を最小化する。一方で、米国特許第７，８５７，４２８号に記載のノズル装置の構成では、側壁チャンバー入口と隣接するＭＥＭＳインク供給流路を介して流体干渉が生じる。

本発明によるインクジェットノズル装置の前記及び他の利点は、以下の詳細な説明から容易に明らかであろう。

好ましくは、前記隔壁構造体は単一の隔壁板から成る。好ましくは、この隔壁板は一対の側縁を有し、隔壁板の側面にある一対の吐出チャンバー入口を画定する各側縁と前記周囲壁との間に延びた隙間を有する。この吐出チャンバー入口は共通対称面を中心に対称的に配置されている。

隔壁板は、可能な限り吐出チャンバーの反対端の壁を有利に鏡映している。ゆえに、前記隔壁板と対向する壁は、隔壁板の側面に吐出チャンバー入口があるにも拘わらず、前記液滴吐出中の気泡インパルスに同じ反力を与える。

好ましくは、隔壁板は発熱素子より幅が広い。その幅寸法は、主チャンバーの便宜上のｘ軸に沿って画定される。好ましくは、隔壁板が主チャンバーの幅の少なくとも３０％、少なくとも４０％、又は少なくとも５０％を占めている。典型的には、隔壁板が主チャンバーの幅の半分を占めており、いずれかの側に隔壁板の側面にある吐出チャンバー入口がある。隔壁板には常にある幅寸法（前記ｘ軸に沿う）があり、厚み寸法（前記ｙ軸に沿う）よりも大きい。典型的には、隔壁板の幅は、隔壁板の厚みよりも少なくとも２倍大きい又は少なくとも３倍大きい。

好ましくは、ノズル開口部は細長く、縦軸が対称面と整列している。好ましくは、ノズル開口部は楕円形で、主軸が対称面に整列している。

好ましい実施形態では、作動装置が発熱素子を具えている。概して、本発明は、好ましい実施形態によれば、発熱素子作動装置に関連して説明している。しかしながら、本発明の利点は、この技術分野でよく知られているピエゾ作動装置又は米国特許第７，８１９，５０３号に記載されている熱屈曲作動装置（内容は引用として本明細書に組み込まれている）のようなその他のタイプの作動装置を用いて実現できることは自明である。特に、本明細書に記載しているチャンバー形状を用いた吐出チャンバーにおける圧力波の対称性の制約は、他のタイプの作動装置を用いて有利に実装できる。

作動装置は、吐出チャンバーの床部に接合しても、吐出チャンバーの天井部に接合しても、吐出チャンバー内に吊り下げてもよい。好ましくは、作動装置は、チャンバーの床部に取り付けた耐熱素子を具えている。

好ましくは、熱素子は細長く、長軸が対称面に整列している。好ましくは、熱素子は長方形である。

一実施形態では、ノズル開口部の重心が熱素子の重心と整列している。しかしながら、代替の実施形態では、ノズル開口部の重心が熱素子の長軸に沿って熱素子の重心からオフセットされていてもよい。このｙオフセットを用いて前記吐出チャンバーのｘ軸についての余剰非対称性を補正するようにしてもよい。

好ましくは、熱素子は隔壁構造体から周囲壁へ縦に延びている。有利なことに、熱素子の長さに沿った気泡の伝達が周囲壁と隔壁構造体によっておおむね均等に拘束されており、それによって気泡が対称的に広がる。

好ましくは、周囲壁と隔壁板は熱素子のそれぞれの電極の上に埋め込まれている。

好ましくは、周囲壁と隔壁構造体は同じ素材から成り、典型的には装置の製造中に一緒に蒸着されている。周囲壁と隔壁構造体は追加ＭＥＭＳ工程で規定してもよく、この素材は犠牲足場で画定された開放部内で蒸着されたものである（例えば、米国特許第７，８５７，４２８号に記載されている追加ＭＥＭＳ製造工程参照。内容は引用として本明細書に組み込まれている）。代替的に、周囲壁と隔壁構造体は差引ＭＥＭＳ工程で規定してもよい。ここではこの素材はブランケットレイヤとして蒸着され、次いでエッチングを行って周囲壁と隔壁構造体を画成する（例えば、米国特許第７，８１９，５０３号に記載されている差引ＭＥＭＳ製造工程参照。内容は引用として本明細書に組み込まれている）。製造を容易にするため、優れた天井部の平面性と頑強性、及びチャンバーの高さ、周囲壁と隔壁構造体のより正確な制御が米国特許第７，８１９，５０３号の図３から図５に記載された工程と同様の差引工程によって画成されることが好ましい。

周囲壁と隔壁構造体はポリマ−（例、ＳＵ−８などのエポキシ系フォトレジスト）やセラミックを含む適切な素材でできていてもよい。好ましくは、周囲壁と隔壁構造体は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択した素材から成る。

同様に、天井部もポリマ−やセラミックを含む適切な素材から成っていてもよい。天井部は前記周囲壁や隔壁構造体と同じ素材で成っていても異なる素材で成っていてもよい。典型的に、ノズル板は、各ノズル装置の天井部を画成するためにプリントヘッド内の複数のノズル装置に掛け渡す。ノズル板は、未塗装でもよく、また適した蒸着工程を用いてポリマ−塗装のような疎水性塗装剤で塗装してもよい（例えば、米国特許８，０１２，３６３号に記載のノズル板塗装工程参照。内容は引用として本明細書に組み込まれている）。

好ましくは、主チャンバーは概して平面が長方形である。好ましくは、周囲壁は、対称面に対して平行な一対のより長い側壁と、対称面に対し垂直な一対のより短い側壁を具える。

好ましくは、第一のより短い側壁が前記吐出チャンバーの壁端を画定し、第二のより短い側壁が前記副チャンバーの壁端を画定する。

吐出チャンバーと副チャンバーは、適切な相対容量を有していてもよい。吐出チャンバーは、副チャンバーに比べて容量が大きく、副チャンバーに比べて容量がより小さいか又は副チャンバーと容量が同じであってもよい。好ましくは、吐出チャンバーは前記副チャンバーよりも容量が大きい。

本発明は、上述した複数のインクジェットノズル装置を具えるインクジェットプリントヘッド又はプリントヘッド集積回路を提供する。

好ましくは、プリントヘッドは、その後側に沿って縦方向に延びた複数のインク供給流路を具え、前記プリントヘッドの前側の主チャンバー流入口の少なくとも一列がインク供給流路のそれぞれに繋がっている。好ましくは、各インク供給流路が少なくとも５０ミクロン又は少なくとも７０ミクロンの幅寸法を有する。好ましくは、各インク供給回路が、主チャンバー流入口よりも、少なくとも２倍、少なくとも３倍、又は少なくとも４倍幅が広い。

本発明の実施形態を、添付図面を参照し、例示としてのみここに記載する。
図１は、本発明に関するプリントヘッドの一部の断面透視図であり； 図２は、本発明に関するインクジェットノズル装置の平面図であり；及び 図３は、図１に示された前記インクジェットノズル装置の側断面図である。

図１から図３を参照すると、本発明によるインクジェットノズル装置１０を示す。インクジェットノズル装置は、床部１４、天井部１６、及び床部と天井部の間に延在する周囲壁１８を有する主チャンバー１２を具える。典型的には、床部は各プリントヘッドの各作動装置の駆動回路を含むＣＭＯＳレイヤ２０を覆う保護レイヤによって規定されている。図１は、ＣＭＯＳレイヤ２０を示しており、これは、層間絶縁（ＩＬＤ）レイヤを点在させた複数の金属レイヤを具える。

図１において天井部１６は、各ノズル装置１０の詳細が見てとれるように透明なレイヤとして示されている。典型的には、天井部１６は二酸化シリコン又は窒化シリコンのような素材から成る。

次に図２を参照すると、ノズルチャンバー装置１０の主チャンバー１２は、吐出チャンバー２２と副チャンバー２４を具える。吐出チャンバー２２は、天井部１６と前記床部１４に取り付けた断熱素子２８の形式の作動装置で規定されたノズル開口部２６を具える。副チャンバー２４は、床部１４内に画定された主チャンバー流入口３０（“床部流入口３０”）を具える。

主チャンバー流入口３０は、副チャンバー２４の壁端１８Ｂと繋がっており、一部重なり合っている。この構成は副チャンバー２４の毛管作用を最適化し、これによってプライミングの強化及びチャンバー補充速度が最適化される。

隔壁板３２は、主チャンバー１２を仕切って吐出チャンバー２２と副チャンバー２４とを画成している。隔壁板３２は、床部１４と天井部１６の間に延在している。図３に最も明確に示されているように、隔壁板３２の側端は、通常、屋根部のひび割れのリスクを最小化するために丸みを帯びている。（隔壁板３２の端が鋭角になっていると、屋根部１６に圧力が集中し、ひび割れのリスクが増大する。）

ノズル装置１０は、主チャンバー１２の便宜的ｙ軸に沿って延在する対称面を有する。この対称面は、図２において破線Ｓで示してあり、ノズル開口部２６、発熱素子２８、隔壁板３２、及び主チャンバー流入口３０を２分している。

副チャンバー２４は、いずれかの側に隔壁板３２が隣接した一対の吐出チャンバー入口３４を介して吐出チャンバー２２に流体連通している。各吐出チャンバー入口３４は、隔壁板３２と周囲壁１８のそれぞれの側端の間に延在する溝によって規定される。典型的には、隔壁板３２は、ｘ軸に沿って主チャンバー１２の幅のおよそ半分を占めているが、隔壁板の幅が吐出チャンバー２２における最適な補充速度と最適な対称性との間のバランスによって変わることは自明である。

ノズル開口部２６は、細長く、主軸が対称面Ｓに整列した楕円形をしている。発熱素子２８は、中央長軸が対称面Ｓに整列した細長い棒状の形をしている。ゆえに、発熱素子２８と楕円ノズル開口部２６は、互いにそのｙ軸に沿って整列している。

図２に示すように、ノズル開口部２６の重心は、発熱素子２８の重心に整列している。しかし、ノズル開口部２６の重心は、発熱素子２８の重心から発熱素子の長軸（ｙ軸）に対してわずかにオフセットしてもよいことは自明である。ノズル開口部２６をｙ軸に沿って発熱素子２８からオフセットさせることで、吐出チャンバー２２のｘ軸に対するわずかな非対称性を補うことができる。それでも、オフセットを施す場合、オフセットの範囲は通常、比較的小さくなる（例、１ミクロン未満）。

発熱素子２８は、吐出チャンバー２２の壁端１８Ａ（周囲壁１８の一方の壁で画定される）と隔壁板３２との間に延在している。図２に示すように、発熱素子２８は、壁端１８Ａと隔壁板３２との間の全間隔に渡って延在しているが、ほぼ全間隔（例、全間隔の９０から９９％）に渡って延在していてもよい。発熱素子２８が壁端１８Ａと隔壁板３２との間の全間隔に渡って延びていない場合、吐出チャンバー２２のｘ軸についての高い対称性を維持するために、発熱素子２８の重心を壁端１８Ａと隔壁板３２との間の中間点に一致させる。言い換えると、壁端１８Ａと発熱素子２８の一方の端との間の溝が、隔壁板３２と発熱素子の反対側の端との間の溝に等しくなるようにする。

発熱素子２８は、各端において、主チャンバー１２の床部１４を通って露出しているそれぞれの電極３６に、１つ又はそれ以上のバイア３７によって接続されている。通常、電極３６はＣＭＯＳレイア２０の上部金属レイアによって画定される。発熱素子２８は、例えば、チタン‐アルミニウム合金、窒化アルミニウムチタンなどでできている。一実施形態では、発熱器２８は、この技術分野で知られている１つ又はそれ以上の保護レイヤで被覆してもよい。適切な保護レイヤには、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、タンタルなどがある。

バイア２７は、発熱素子２８と電極３６間に電気的接続を提供する適切な導電材料で充填してもよい。発熱素子２８から電極３６への電気接続を形成するのに適した方法は、米国特許第８，４５３，３２９号に記載されており、内容は引用として本明細書に組み込まれている。

いくつかの実施形態においては、各電極３６の少なくとも一部が、壁端１８Ａと隔壁板３２の下にそれぞれ直接配置されている。この構成は、装置１０の全体的な対称性を有利に改善するのはもちろん、発熱素子２８が前記床部１４から剥離するリスクを最小化する。

図１に最も明確に示されているように、主チャンバー１２は、適切なエッチング工程（例、プラズマエッチング、ウェットエッチング、フォトエッチングなど）によって床部１４の上に蒸着したブランケットレイヤ材４０内に規定されている。隔壁板３２と周囲壁１８は、このエッチング工程によって同時に画成され、この工程によりＭＥＭＳ製造工程全体が簡略化される。ゆえに、隔壁板３２と周囲壁１８は、同じ素材から成り、これはプリントヘッドの使用に適切なエッチング可能なセラミック又はポリマ−素材でもよい。典型的には、この素材は二酸化シリコン又は窒化シリコンである。

図２に戻ると、主チャンバー１２は、概して２つの長辺と２つの短辺を有する長方形であることが見て取れる。前記２つの短辺は、吐出チャンバー２２の壁端１８Ａと１８Ｂ及び副チャンバー２４をそれぞれ画成し、一方、２つの長辺は吐出チャンバーと副チャンバーの連続する側壁を画成する。典型的に、吐出チャンバー２２は、副チャンバー２４より容量が大きい。

プリントヘッド１００は、複数のインクジェットノズル装置を具えていてもよい。図１のプリントヘッドの部分的断面図では、簡略して２つのインクジェットノズル装置１０のみを示している。プリントヘッド１００は、保護ＣＭＯＳレイヤ２０及びインクジェットノズル装置１０を含むＭＥＭＳレイヤを有するシリコン基板１０２によって画成される。図１に示すように、各主チャンバー流入口３０は、プリントヘッド１００の後側に画成されたインク供給流路と接続されている。このインク供給流路１０４は、概して主チャンバー流入口３０より幅が広く、又、効果的にはそこに流体連通している各主チャンバー１２にインクを供給するバルクインク源よりも幅が広い。各インク供給流路１０４は、前記プリントヘッド１００の前側に画成された１つ又はそれ以上のノズル装置１０の列と平行に延在している。典型的には、米国特許第７，４４１，８６５号の図２１Ｂに記載の構成に従い、各インク供給流路１０４は、一対のノズル列（簡略して図１では１つだけの列が示されている）にインクを供給する。

図１乃至３に示したノズル装置の構成の利点は、液滴吐出時及びその後のチャンバー補充時に認識できる。発熱素子２８がＣＭＯＳレイヤ２０の駆動回路からの吐出パルスによって作動すると、発熱素子付近のインクが急速に過熱され蒸発して気泡が生じる。気泡が膨張するにつれ、その気泡が圧力（“気泡インパルス”）を生みだし、その圧力がノズル開口部２６へ向けてインクを押し出す結果液滴吐出となる。隔壁板３２がなければ、この気泡は米国特許第７，７８０，２７１号に記載されているように非対称的に膨張する。非対称的気泡膨張は、膨張している気泡の一端が反力（典型的には、吐出チャンバーの片方の壁によって生じる）によって制限される一方で気泡の他端は制限されない。しかし、本発明においては、隔壁板３２が、吐出チャンバー２２の壁端１８Ａによって生じる反力にほぼ等しい反力を膨張する気泡に対し与える。ゆえに、インクジェットノズル装置１０によって形成される気泡は、吐出チャンバー２２における対向する２つの壁によって制限され、米国特許第７，７８０，２７１号及び米国特許第７，８５７，４２８号に記載された装置に比べて優れた対称性を有する。その結果、吐出されたインク滴はｘ軸及びｙ軸のいずれにおいても最小限の傾きとなる。

さらに、吐出チャンバー３４が主チャンバー１２の側壁に沿って配置されているため、如何なる逆流も最小限化される。気泡伝達時において、気泡インパルスの大部分はノズル開口部２６のほうへ向かい、その気泡インパルスの比較的わずかなベクトル成分だけが吐出チャンバー入口３４に到達する。ゆえに、吐出チャンバー入口３４を隔壁板３６の側面に沿って配置することは、液滴吐出時の逆流を最小限化する。

インクジェットノズル装置１０によって逆流が最小限化される一方、如何なるインクジェットノズル装置においても逆流を完全に排除することができないことは理解できよう。逆流は、気泡対称性と液滴軌道に影響を与えるだけでなく、潜在的に近接する装置の間でインクの逆流に関連する圧力波を介して生じる流体干渉を引き起こす。この圧力波は、近接の吐出していないノズルからプリントヘッド表面の上にインク漏れを生じさせ、印刷品質（例、誤った導き又は可変した液滴サイズによって生じるもの）を低下させ、及び／又はより頻繁なプリントヘッドの保守介入を必要とする可能性がある。

図１を参照すると、隣接したノズル装置１０の間の流体干渉は、第一に、装置間の複数の屈曲した流路によって最小限化される。如何なるインクの逆流も、１つの床部流入口３０を通して流下し、インク供給流路１０４へ流入し、及び他の近接した床部流入口３０に流れる。第二に、如何なる逆流からの前記圧力波も、インク供給流路１０４の比較的大きな容量によって勢いが弱められ、近接する装置間の干渉のリスクが更に最小限化される。

同様にして、各チャンバーへの補充時における流体干渉（このことは隣接するノズルに陰圧を生じさせ液滴サイズを変えることがある）もまた最小限化される。

一方で、各装置１０からそれぞれの床部流入口３０を介したインク供給流路１０４のバルクインク供給源へのアクセス性は、各主チャンバー１２の補充速度を有利に最大化する。インクは床部流入口３０を介してインク供給流路１０４から副チャンバー２４へ自由に流れることができるが、このインクの流れの勢いは隔壁板３２と同様に副チャンバー２４の屋根部及び側壁によって弱められる。ゆえに、副チャンバー２４は、例えば、米国特許第７，４４１，８６５号に記載されている装置に比べて、チャンバー補充時におけるプリントヘッド面での漏れを最小限化する重要な役割を担っている。

吐出チャンバー２２の重要な補充速度は、隔壁板３２の幅の調整によって制御でき、それに従い吐出チャンバー入口３４を狭くしたり又は広くしたりする。もちろん、吐出チャンバーの補充速度の最大化に対する液滴吐出時の逆流の最小化の間のトレードオフもあるであろう。この点について、隔壁板３２の最適幅をインクの粘度と表面張力、最大吐出頻度、液滴容量などのパラメーターによって‘調節する’ことは自明である。実際には、ある特定のプリントヘッドとインク用の隔壁板３２の最適幅は経験的に決定できる。本発明による前記インクジェットノズル装置１０の液滴吐出頻度に適した典型的なチャンバー補充速度は、１．５ｐＬ液滴容量を基準として、１０ｋＨｚよりも大きい又は１５ｋＨｚよりも大きい。

本発明については、ここまで実施例を記載してきたに過ぎず、詳細な変更は本発明の範囲で添付の特許請求に明記されていることが理解できよう。

Claims (19)

1. 床部、天井部、及び前記床部と天井部に渡って延在する周囲壁を有する主チャンバーを具えるインクジェットノズル装置において、前記主チャンバーが：
   前記天井部に規定されているノズル開口部と、当該ノズル開口部を通ってインクを吐出する作動装置を具える吐出チャンバーと；
   前記吐出チャンバーへインクを供給する副チャンバーであって、前記床部に画定された主チャンバー流入口を有する副チャンバーと；
   前記主チャンバーを区切って前記吐出チャンバーと前記副チャンバーとを画定する隔壁板であって、前記床部と前記天井部との間に延在する隔壁板と；を具え
   前記吐出チャンバーと副チャンバーとが、共通の中心面に対して、それぞれ左右対称であり；
   前記吐出チャンバーの容量が前記副チャンバーの容量より大きいことを特徴とするインクジェットノズル装置。
2. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記床部と前記天井部が前記吐出チャンバーと前記副チャンバーと共通であることを特徴とするインクジェットノズル装置。
3. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記共通の中心面が前記ノズル開口部、前記作動装置、前記隔壁板、及び前記主チャンバー流入口を２分していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
4. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記周囲壁が前記主チャンバーを封入しており、前記吐出チャンバーと前記副チャンバーの側壁を規定していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
5. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記隔壁板が一対の側端を有し、各側端と前記周囲壁との間に溝が延在して、前記隔壁板の横側にある一対の吐出チャンバー入口を規定しており、前記一対の吐出チャンバー入口が前記中心面に対して左右対称に配置されていることを特徴とするインクジェットノズル装置。
6. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記ノズル開口部が細長く、その長手方向軸が前記中心面に整列していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
7. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記開口部が楕円形であり、主軸が前記中心面に整列していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
8. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記作動装置が発熱素子を具えることを特徴とするインクジェットノズル装置。
9. 請求項８に記載のインクジェットノズル装置において、前記発熱素子が前記吐出チャンバーの床部に取り付けられていることを特徴とするインクジェットノズル装置。
10. 請求項８に記載のインクジェットノズル装置において、前記発熱素子が細長く、その長手方向軸が前記中心面に整列していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
11. 請求項１０に記載のインクジェットノズル装置において、前記ノズル開口部の重心が前記発熱素子の重心に整列していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
12. 請求項１０に記載のインクジェットノズル装置において、前記ノズル開口部の重心が前記発熱素子の長手方向軸に沿って発熱素子の重心からオフセットされていることを特徴とするインクジェットノズル装置。
13. 請求項１０に記載のインクジェットノズル装置において、前記発熱素子が前記隔壁板と前記周囲壁の間に縦方向に延在しており、前記発熱素子の重心が前記隔壁板と周囲壁の間の中間点に一致していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
14. 請求項１３に記載のインクジェットノズル装置において、前記発熱素子の幅よりも前記隔壁板の幅が広いことを特徴とするインクジェットノズル装置。
15. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記周囲壁と前記隔壁板が同じ素材でできていることを特徴とするインクジェットノズル装置。
16. 請求項１５に記載のインクジェットノズル装置において、前記周囲壁と前記隔壁板が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された素材でできていることを特徴とするインクジェットノズル装置。
17. 請求項１に記載のインクジェットノズル装置において、前記主チャンバーが平面図においてほぼ長方形であり、前記周囲壁が前記中心面に対して平行な一対のより長い側壁と前記中心面に対して垂直な一対のより短い側壁とを具えることを特徴とするインクジェットノズル装置。
18. 請求項１７に記載のインクジェットノズル装置において、第一のより短い側壁が前記吐出チャンバーの壁端を画定し、第二のより短い側壁が前記副チャンバーの壁端を画定していることを特徴とするインクジェットノズル装置。
19. インクジェットプリントヘッドが請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のインクジェットノズル装置を複数具えることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。

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