JPH0994968A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな構成で廉価且つ高品位の品質が
得られるインクジェットプリントヘッドを提供すること
を目的とするものである。 【解決手段】本発明のインクジェットプリントヘッド
は、各々がその中に点火素子を備えている複数のインク
蒸発室、の他にインク送り溝を備えた細長い縁部分、截
頭端部、前記蒸発室内の点火素子を選択的に作動させる
回路構成要素を備えている中心内側部分を備えている基
板、および前記基板をプリントヘッドに固定して取り付
けるプリントヘッド上の取り付け手段、からコンパクト
に構成されて成り、コンパクトな構成で廉価且つ高品位
の品質が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にインクジェッ
トおよび他の形式のプリンタに関するものであり、更に
詳細には、インクジェットプリンタのプリントヘッド部
分に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントカートリッジは
小体積のインクを蒸発させ、インクのドツトを紙のよう
な記録媒体の上に印刷するように、発射室から複数のオ
リフィスの一つを通して放出させることにより動作す
る。典型的には、オリフィスは一つ以上の線状ノズル配
列を成して配置されている。インクを各オリフィスから
正しい順序で放出すると文字または他の画像が紙を横断
するスウォースを成して印刷される。

【０００３】インクジェットプリントヘッドは一般にイ
ンクをインク溜めからオリフィスに近接している各蒸発
室（すなわち、発射室）に供給するインク溝、オリフィ
スが中に形成されているノズル部材、および蒸発室あた
り一つずつの一連の薄膜抵抗器を備えているシリコン基
板を備えている。

【０００４】熱インクジェットプリンタでインクの単一
ドットを印刷するには、外部電源から電流を所定の薄膜
抵抗器を通して流す。抵抗器は加熱され、代わって蒸発
室内の隣接インクの薄層が過熱して爆発的蒸発を生じ、
その結果、インクの小滴が関連オリフィスを通して紙の
上に放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Johnson に与えられた
“Thermal Ink Jet Common-Slotted Ink Feed Printhea
d”という名称の米国特許第4,683,481 号に記されてい
るインクジェットプリントヘッドでは、インクはインク
溜めから基板に形成された細長い穴を通して各種蒸発室
に送られる。次にインクは基板とノズル部材との間の障
壁層に形成されているマニホールド区域に流れ、次いで
複数のインク溝に、最後に各種蒸発室に流入する。この
構成は、基板の全長に沿ってフレックス回路への側方電
気相互接続がある、「中心」送り構成として分類するこ
とができる。インクは中心位置から蒸発室に送られ、次
いで外向きに、発射抵抗器を備えている蒸発室内に配送
される。

【０００６】この形式のインク送り構成の幾つかの短所
は基板に穴をあける製造時間が必要であること、および
必要な基板面積が少なくとも穴の面積だけそしてまた構
造の完全性を得るための穴の両端の余分な基板だけ増大
することである。また、穴を形成すると、基板が比較的
脆くなり、ハンドリングが一層困難になり、このような
従来のプリントヘッド構成では、増大する解像度および
処理量に必要な広いスウォース、高いノズル密度、およ
び一層低い動作温度を有するコンパクトで安定な基板を
備えるプリントヘッドの能力を制限している。

【０００７】一方、印刷解像度はカートリッジプリント
ヘッド基板上に形成されるインク放出オリフィスおよび
加熱抵抗器の密度によって決まり、最近の回路製作法は
かなりな数の抵抗器を単一プリントヘッド基板状に設置
することができるが、しかし、基板に加えられる抵抗器
の数はプリントヘッドをプリンタ装置の外部駆動器回路
に電気的に接続するのに使用される導電性構成部品の数
および位置により制限される。特に、ますます多くなる
発射抵抗器の数のため対応して多数の相互接続パッド、
リード、接地などが必要である。構成要素および相互接
続でのこの増大と結果としての基板サイズの増大のた
め、ますます製造／生産コストが上がり、製造プロセス
中に欠陥が生ずる確率が増し、高周波数動作中に発生す
る熱が増大すると言う問題点があった。

【０００８】本発明は、前述した従来インクジェットプ
リントヘッドの問題点を解消し、コンパクトな構成で廉
価且つ高品位の品質が得られるインクジェットプリント
ヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
各々がその中に点火素子を備えている複数のインク蒸発
室、の他にインク送り溝を備えた細長い縁部分、截頭端
部、前記蒸発室内の点火素子を選択的に作動させる回路
構成要素を備えている中心内側部分を備えている基板、
および前記基板をプリントヘッドに固定して取り付ける
プリントヘッド上の取り付け手段、からコンパクトに構
成されて成ることを特徴とするインクジェットプリント
ヘッドによって達成される。

【００１０】本発明インクジェットプリントヘッドは、
発射抵抗器を備えているプリントヘッド基板状に直接パ
ルス駆動回路を効率よく組み込んだ熱インクジェットプ
リントヘッドであって、駆動回路をプリントヘッド基板
上にこのように組み込むと、プリントヘッドをプリンタ
装置に電気的に接続するのに必要な相互接続部品の数が
減少する。これにより生産効率および動作効率が向上す
る。

【００１１】更に高効率の集積印刷システムを作るた
め、有意の研究が改良トランジスタ構造およびそれらを
構造の完全性が良好で熱制御特性が改善された高解像度
コンパクト基板に組み込む独特の方法を開発した。駆動
器構成要素、アドレス線、接地線、および発射抵抗器の
共通基板への組み込みは特殊多層接続回路を基本として
いるので、駆動トランジスタは発射抵抗器および印刷シ
ステムの他の部分と連絡することができる。代表的に
は、この接続回路は複数の別々の導電層を備えている。

【００１２】解像度および印刷品位を上げるには、プリ
ントヘッドノズルを共に密接して設置し、「縁送り」イ
ンク溝構造を通して供給される。発射抵抗器および関連
オリフィスは共に、関連回路を主として基板の中間部分
に設置して、基板の外縁の全長に沿って共に密接して設
置されている。プリンタの処理量を増すには、更に多く
のノズルをプリントヘッド上に設置して半インチの印刷
スウォースを印刷するノズル配列を作ることにより印刷
スウォースの幅を大きくする。

【００１３】更に詳細に説明すれば、本発明はインク溝
構造用の一対の細長い縁部分、基板回路用中心内側部
分、および取り付け用および電気的相互接続用の一対の
截頭端部を備えたコンパクト基板を考えている。インク
溝構造は各々がその中に発射抵抗器を備えている複数の
インク蒸発室の他に、基板の下側から基板の両縁の周り
を蒸発室までのインク通路を通して連絡するインク送り
溝をも、備えている。中心内側部分は中心送りスロット
のようないかなるインク溝構造をも備えず、それにより
基板の構造安定性を高め、またプリミティブ選択作動
線、アドレス線、接地線、およびトランジスタを含む各
種基板多重化回路構成要素を備えている。截頭端部はＥ
ＳＤ装置の他にプリンタ回路線に結合接続する相互接続
をも備えている。インクジェットプリントヘッドのコス
トはシリコンウェーハから得られる高効率ダイのため、
もはや中心インク送りスロットを設ける必要のない基板
部分のため、および以前には基板の二つの半部を共に保
持する必要があった基板端部のため、かなり減少してい
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】一般的に言って本発明は高発射周
波数で動作するインクジェットプリントヘッドにおける
インク溜めとインク放出室との間のインク配送システム
の改善を行なうものである。好適実施例では、インク溝
および蒸発室を備えている障壁層が長方形基板とオリフ
ィスの配列を備えたノズル部材との間に設置されてい
る。設置基板はヒータ素子の二つの線状配列を備え、ノ
ズル部材の各オリフィスは蒸発室およびヒータ素子と関
連している。障壁層のインク溝には、基板の縁の周りを
流れるインクがインク溝におよび蒸発室に入るように、
全般的に基板の二つの対向縁に沿って走るインク入り口
がある。ヒータ素子の代わりに圧電素子を使用すること
ができる。

【００１５】更に詳細に述べれば、本発明の特徴は、イ
ンク溜め、各室にインク発射素子がある複数の個別イン
ク発射室を備えている基板、前記溜めを前記インク発射
室に接続するインク溝であって第１の端で前記溜めと接
続され、第２の端で二次溝に接続されている一次溝を備
えているインク溝、前記二次溝を前記発射室に接続して
発射室の高周波数再充填を可能とする各発射室用の別々
の入り口通路、隣接関係を成し、プリミティブを形成
し、該プリミティブ内の一つの発射室だけが一度に作動
する一群の発射室、前記発射素子に接続されている前記
基板上の第１の回路手段、および前記第１の回路手段に
接続され、発射信号を９kHz より大きい周波数で前記イ
ンク発射素子に伝える前記カートリッジ上の第２の回路
手段、から成るプリントカートリッジのノズルオリフィ
スの配列に用いるインク配送システムを備えている。

【００１６】図１を参照すると、参照数字10は全般に図
解目的で簡単にしてある本発明の一実施例によるプリン
トヘッドを組み込んだインクジェットプリントカートリ
ッジを指している。インクジェットプリントカートリッ
ジ10はインク溜め12およびプリントヘッド14を備えてお
り、プリントヘッド14はテープ自動化結合（ＴＡＢ）を
使用して形成されている。プリントヘッド14（今後「Ｔ
ＡＢヘッド組立体14」という）は、たとえば、レーザ削
摩によりフレキシブルポリマーフレキシブル回路18の中
に形成された２平行列の偏り穴またはオリフィス17から
成るノズル部材16を備えている。

【００１７】フレキシブル回路18の裏面は通常の写真平
板エッチングまたはめっきプロセスによりその上に形成
された導電線路36を備えている。これら導電線路36はプ
リンタと相互接続するように構成された大きい接触パッ
ド20で終わっている。プリントカートリッジ10は、フレ
キシブル回路18の前面にある接触パッド20がプリンタ電
極に接触して外部で発生した付勢信号をプリントヘッド
に与えるようにプリンタに設置されるように構成されて
いる。

【００１８】窓22および24がフレキシブル回路18を貫い
て広がり、導電線路36の他の端をヒータ抵抗器を備えた
シリコン基板の電極に接合するのを容易にするのに使用
される。窓22および24には封入剤が詰められて線路の下
層部分および基板を保護している。

【００１９】図１のプリントカートリッジ10では、フレ
キシブル回路18はプリントカートリッジの「鼻」の後縁
の上に曲がり、鼻の後壁25の長さのほぼ半分広がってい
る。フレキシブル回路18のこの垂れ下り部分は向こう縁
の窓22を通して基板電極に接続される導電線路36を引き
回すのに必要である。接触パッド20はこの壁に固定され
ているフレキシブル回路18に設置されており、導電線路
36は曲げの上方を通り、フレキシブル回路の窓22、24を
通して基板電極に接続されている。

【００２０】図２はプリントカートリッジから取り外
し、ＴＡＢヘッド組立体14の窓22および24に封入剤を詰
める前の図１のＴＡＢヘッド組立体14の前面図を示して
いる。ＴＡＢヘッド組立体14はフレキシブル回路18の裏
面に固定された、複数の個別に付勢される薄膜抵抗器を
備えたシリコン基板28（図示せず）を備えてている。各
抵抗器は全般的に単一オリフィス17の後に設置され、順
次にまたは同時に一つ以上の接触パッド20に加えられる
一つ以上のパルスにより選択的に付勢されるとオーミッ
クヒータとして動作する。

【００２１】オリフィス17および導電線路36はどんな大
きさ、数、およびパターンのものでもよく、各図は本発
明の特徴を簡単且つ明瞭に示すように構成してある。各
特徴の相対的寸法は明瞭にするため大幅に調整してあ
る。

【００２２】図２乃至図４に示すフレキシブル回路18の
オリフィス17のパターンは反復実行プロセスでレーザま
たは他のエッチング手段と組み合わせてマスキングプロ
セスにより形成することができ、これについては当業者
はこの開示を読めば容易に理解するであろう。図16は、
後に詳細に説明することにするが、このプロセスの別の
詳細を示している。ＴＡＢヘッド組立体14およびフレキ
シブル回路18に関する更に他の詳細を下に示す。

【００２３】図５は図１のインクジェットプリントカー
トリッジの簡略概要斜視図である。図６は図５の簡略概
要プリントカートリッジから取り外したテープ自動化結
合（ＴＡＢ）プリントヘッド組立体（今後「ＴＡＢヘッ
ド組立体という」の前面の斜視図である。

【００２４】図７は図６のＴＡＢヘッド組立体14の裏面
を示し、フレキシブル回路18の裏面に取り付けたシリコ
ンダイまたは基板28を示し、インク溝および蒸発室を備
えた基板28の上に形成された障壁層30の一方の縁をも示
している。図９はこの障壁層30を更に詳細に示してお
り、これについては後に説明する。障壁層30の縁に沿っ
て図示されているのはインクをインク溜め12から受け取
るインク溝32への入り口である。フレキシブル回路18の
裏面に形成されている導電線路36はフレキシブル回路18
の反対側にある接触パッド20（図６に示してある）で終
わっている。窓22および24はフレキシブル回路18の他方
の側から導電線路36の端および基板電極40（図８に示し
てある）にアクセスできるようにして結合を容易にして
いる。

【００２５】図８は図７の線Ａ−Ａに沿って取った側面
断面図であり、導電線路36の端と基板28に形成された電
極40との接続を示している。図８でわかるように、障壁
層30の一部42は導電線路36の端を基板28から絶縁するの
に使用されている。また図８にはフレキシブル回路18、
障壁層30、窓22および24、および各種インク溝32の入り
口の側面図が示されている。インクの小滴46は各インク
溝32に関連するオリフィス穴から放出されて図示されて
いる。

【００２６】図９は図１のプリントカートリッジ10を示
し、ＴＡＢヘツド組立体14を除去してＴＡＢヘツド組立
体14とプリントヘッド本体との間のシールを行なうのに
使用される突端パターン50を明らかにしている。図10は
突端区域を拡大斜視図で示してある。図11は突端区域を
拡大上面図で示している。突端の特性を明瞭にするため
誇張してある。図10および図11に図示してあるのはイン
クをインク溜め12からＴＡＢヘッド組立体14の裏面に流
すプリントカートリツジ10にある中心スロット52であ
る。

【００２７】プリントカートリッジ10に形成されている
突端パターン50は（ＴＡＢヘッド組立体14が所定位置に
あるとき基板を取り囲むように）内側隆起壁54におよび
壁開口55および56を横断して施されるエポキシ接着剤
（図示せず）のビードがＴＡＢヘツド組立体14を突端パ
ターン50に対して所定位置に押し込んだときプリントカ
ートリッジ10の本体とＴＡＢヘツド組立体14の裏面との
間のシールを形成するように構成されている。使用する
ことができる他の接着剤にはホットメルト、シリコー
ン、紫外線硬化可能な接着剤、およびそれらの混合物が
ある。更に、接着剤のビードを施すとは対照的にパター
ン化された接着剤の膜を突端に設置することができる。

【００２８】接着剤（図示せず）を施してから図７のＴ
ＡＢヘッド組立体14が正しく設置され、図10の突端パタ
ーン50の上に押し下げられると基板28の二つの短端が壁
開口55および56の表面部分57および58により支持され
る。接着剤90に関する別の詳細を図15に示す。突端パタ
ーン50の構成は、基板28を表面部分57および58により支
持すると、フレキシブル回路18の裏面が隆起壁54のわず
か上になってプリントカートリッジ10の平らな上面59と
ほぼ同一面になるようになっている。ＴＡＢヘッド組立
体14が突端50の上に押し下げられるにつれて、接着剤は
押しつぶされる。内側隆起壁54の上から、接着剤は内側
隆起壁54と外側隆起壁60との間の溝にこぼれ、幾らかは
スロット52の方にこぼれる。壁開口55および56から、接
着剤はスロット52の方向に内向きに押しつぶされ、外側
隆起壁60の方に外向きにおしつぶされ、これにより接着
剤の更に外側への変位が阻止される。接着剤の外向き変
位はインクのシールとして働くばかりでなく、突端50の
近くにある導電線路を下側から封入して線路をインクか
ら保護する。

【００２９】図12は図５の完成プリントカートリッジ10
の一部を示し、斜線により、ＴＡＢヘッド組立体14とプ
リントカートリッジ10の本体との間のシールを形成する
下層の接着剤90（図示せず）の場所を示している。図12
で接着剤は全般にオリフィス17の配列を取り巻く破線の
間に設けられており、そこでは外側破線62は図９の外側
隆起壁60の境界内にわずかに入り、内側破線64は図９の
内側隆起壁54の境界内にわずかに入っている。接着剤は
また壁開口55および56（図９）を通して押しづぶされ、
基板上の電極に進む線路を封入しているように示してあ
る。図12の線Ｂ−Ｂに沿って取ったこのシールの断面を
図15にも示してあり、後に説明することにする。

【００３０】基板28を囲む接着剤90により形成されるこ
のシールはインクをスロット52および基板の側面の周り
から障壁層30に形成されている蒸発室に流すが、インク
がＴＡＢヘッド組立体14の下からしみでないようにす
る。したがって、この接着剤シールはＴＡＢヘッド組立
体1 をプリントカートリッジ10に機械的に強く結合し、
流体シールを行い、線路の封入を行なう。接着剤シール
は従来技術より硬化しやすく、シール剤の線が観察しや
すいのでプリントカートリッジ本体とプリントヘッドと
の間の漏洩を検出するのがはるかに容易である。接着剤
シール90に関する更に他の詳細を図15に示してある。

【００３１】図13は図７のフレキシブル回路18の裏面に
固定されてＴＡＢヘツド組立体14を形成しているシリコ
ン基板28の前面斜視図である。シリコン基板28には、通
常の写真平板法を用いて、障壁層30に形成されている蒸
発室72を通して露出している図13に示した２列または２
行の薄膜抵抗器70が形成されている。

【００３２】一実施例では、基板28は約２分の１インチ
の長さで、ヒータ抵抗器70を300 個備えており、したが
ってインチあたり600 ドットの解像度が可能である。ヒ
ータ抵抗器70は代わりに、圧電ポンプ式素子または他の
通常の素子のような、他のどんな形式のインク放出素子
でもよい。従って、各図のすべてにおける素子70を代わ
りの実施例においてはプリントヘッドの動作に影響を及
ぼさずに圧電素子と考えて良い。また基板28に形成され
ているのはフレキシブル回路18の裏面に形成されている
導電線路36（破線で示してある）に接続するための電極
74である。

【００３３】デマルチプレクサ78が、図13では破線の輪
郭で示してあるが、やはり基板28に形成されて、電極74
に加えられる到来多重信号を多重分離し、その信号を各
薄膜抵抗器70に分配する。デマルチプレクサ78は薄膜抵
抗器70よりはるかに少ない電極74を使用することができ
るようにする。少ない電極が基板とのすべての接続を、
図６に示すように、基板の短い端部から作ることができ
るようにしているので、これら接続は基板の長辺の周り
のインク流を妨害しない。デマルチプレクサ78は電極74
に加えられる符号化信号を復号するどんなデコータでも
よい。デマルチプレクサには電極74に接続される入力リ
ード（簡単にするため図示してない）および各種抵抗器
70に接続される出力リード（図示せず）がある。デマル
チプレクサ78の回路を下に更に詳細に説明する。

【００３４】また基板の表面に通常の写真平板法を使用
して形成されているのは障壁層30であり、これはフォト
レジストまたは或る他のポリマーの層でよく、その中に
蒸発室72およびインク溝80が形成されている。障壁層30
の一部42は導電線路36を、先に図６に関して説明したよ
うに、下層基板28から絶縁している。

【００３５】障壁層30の上面を図７に示すフレキシブル
回路18の裏面に接着剤で貼りつけるために、ポリイソプ
レンフォトレジストのような、薄い接着剤層84（図示せ
ず）を障壁層30の上面に施す。障壁層30の上面を他に粘
着性にすることができれば、別の接着剤層は不必要であ
る。次に得られた基板構造をフレキシブル回路18の裏面
に関して抵抗器70がフレキシブル回路18に形成されてい
るオリフィスと一直線になるように設置する。この整列
工程は電極74を導電線路36の端と本来的に一直線にす
る。線路36を次に電極74に結合する。この整列結合プロ
セスを図16に関して後に更に詳細に説明する。整列し結
合した基板／フレキシブル回路構造を次に圧力を加えな
がら加熱して接着剤層84を硬化し、基板構造をフレキシ
ブル回路18の裏面に堅く貼りつける。

【００３６】図14は図１１の基板構造を薄い接着剤層84
を介してフレキシブル回路18の裏面に固定した後の、単
一蒸発室72、薄膜抵抗器70、および角錐台形オリフィス
17の拡大図である。基板28の側縁を縁86として示してあ
る。動作中、インクはインク溜め12から基板28の側縁86
の周りを流れ、矢88で示すように、インク溝80におよび
関連蒸発室72に流入する。薄膜抵抗器70を付勢すると、
隣接インクの薄層が過熱し、爆発的蒸発を発生し、その
結果、インク小滴をオリフィス17を通して放出する。蒸
発室72は次に毛細管作用により再充填される。

【００３７】好適な実施例では、障壁層30は厚さ約１ミ
ルであり、基板28は厚さ約20ミルであり、フレキシブル
回路18は厚さ約２ミルである。

【００３８】図15に示すのは図12の線Ｂ−Ｂに沿って取
った側方立面断面図であり、内側隆起壁54および壁開口
55、56に加えられた、基板28の周りの接着剤シール90の
一部、およびインク溝および蒸発室92および94を備えた
障壁層30の上面に薄い接着剤層84によりフレキシブル回
路18の中心部に接着剤で固定されている基板28を示して
いる。プリントヘッドカートリッジ10のプラスチック本
体の一部も、図９および図10に示す隆起壁54を含めて、
図示されている。

【００３９】図15はまたインク88がインク溜め12からプ
リントカートリッジ10に形成された中心スロットを通っ
て流れ、および基板28の縁の周りをインク溝80を通って
蒸発室92および94に流入する仕方を示している。薄膜抵
抗器96および98はそれぞれ蒸発室92および94の中に示し
てある。抵抗器96および98が付勢されると、蒸発室92お
よび94の中のインクが、放出インク滴101 および102 で
示してあるように、放出される。

【００４０】インクが基板28の縁86の周りを流れてイン
ク溝80に直接流入する縁送り特徴には、基板内を長さ方
向に走る細長い中心穴またはスロットを形成してインク
を中心マニホルドにおよび究極的にインク溝の入り口に
流入させる従来の中心送りプリントヘッド構成に比較し
て多数の長所がある。一つの長所は基板またはダイ28幅
を、基板に細長い中心穴またはスロットが存在しないた
め、狭くすることができるということである。基板を狭
くすることができるばかりでなく、基板構造が今度は中
心インク送り穴がなくて亀裂または破壊のおそれが少な
いため、縁送り基板の長さを、同じノズル数に対して、
中心送り基板より短くすることができる。基板28がこの
ように短くなることにより図10の突端50を短くすること
ができ、したがって、プリントカートリッジの鼻を短く
することができる。これはプリントカートリッジ10を、
鼻の輸送経路の下に紙を横断して一つ以上のピンチロー
ラを使用し、紙を回転プラテンに対して押しつけるプリ
ンタに、およびやはり一つ以上のローラ（スターホイー
ルともいう）を輸送経路上方に使用してプラテンの周り
の紙の接触を維持するプリンタに、設置するとき重要で
ある。プリントカートリッジの鼻が短いと、スターホイ
ールをピンチローラに密接して設置し、プリントカート
リッジの鼻の輸送経路に沿う紙とローラとの接触を確実
によくすることができる。他に、基板を小さくすること
により、ウェーハあたり更に多数の基板を形成すること
ができ、したがって基板あたりの材料コストが下がる。

【００４１】縁送り特徴の他の長所は基板にスロットを
エッチしないことにより製造時間が節約され、ハンドリ
ング中基板が破壊しにくくなるということである。更
に、基板は、基板の背後を横断しておよび基板の縁の周
りを流れるインクが熱を基板の背後から遠くへ引き出す
働きをするため、一層多くの熱を放散することができ
る。

【００４２】縁送り構成には多数の性能長所もある。マ
ニホールドばかりでなく、基板スロットをも排除するこ
とにより、インクの流れに関する制約が少ないので、イ
ンクを一層急速に蒸発室に流入させることができる。こ
の一層急速なインク流はプリントヘツドの周波数応答を
改善し、所定数のオリフィスから一層高い印刷速度が可
能になる。更に、一層急速なインク流は蒸発室のヒータ
素子が点火されるにつれて、インク流の変動により生ず
る近所の蒸発室間のクロストークが減少する。

【００４３】他の実施例では、インク溜めは、各々が異
なる色のインクを備えている二つの別々のインク源を備
えている。この代わりの実施例では、図15の中心スロッ
ト52は、破線103 により示すように、二分されているの
で、中心スロット52の各側は別々のインク源と連絡して
いる。したがって、蒸発室の左直線配列は一つの色を放
出するように作ることができ、一方蒸発室の右直線配列
は異なる色のインクを放出するように作ることができ
る。この概念は、異なるインク溜めが基板の４辺の各々
に沿うインク溝にインクを送る４色プリントヘッドを作
るのに使用することさえできる。したがって、上に説明
した２縁送り構成の代わりに、好適には正方形基板を使
用して、４縁構成を使用することになる。

【００４４】仕上がりプリントヘッドを作るために、Ｔ
ＡＢヘッド組立体をプリントカートリッジ10に設置し、
先に説明した接着剤シール90を形成してノズル部材をプ
リントカートリッジに堅く固定し、ノズル部材とインク
溜めとの間の基板の周りに耐インクシールを形成し、突
端の近辺にある線路を封入して線路をインクから隔離す
るようにする。次に、フレキシブルＴＡＢヘッド組立体
上の周辺点を通常のメルトスルー式結合プロセスにより
プラスチックプリントカートリッジ10に固定し、ポリマ
ーフレキシブル回路18を、図１に示すように、プリント
カートリッジ10の表面と相対的に同一平面のままとす
る。

【００４５】解像度および印刷品位を上げるには、プリ
ントヘッドノズルを共に密接して設置しなければならな
い。これにはヒータ抵抗器および関連オリフィスの両者
を共に密接して設置する必要がある。図16を参照する
と、上に説明したように、ＴＡＢヘッド組立体のノズル
部材16のオリフィス17が全般に図16に示すようにオリフ
ィス17の二つの主列を成して配置されている。理解を明
瞭にするため、オリフィス17に、ノズル部材16の外面か
ら見てＴＡＢヘッド組立体の上右から始まり下左で終わ
り、それにより奇数番号が一つの列に配置され、偶数番
号が第２の列に配列される、図示のような番号が割り当
てられている。もちろん、他の付番慣例に従うことがで
きるが、この付番体系に関連するオリフィス17の発射順
序の説明に長所がある。各列にあるオリフィスおよび抵
抗器はノズル部材の長手方向に１/300インチ離して設置
されている。一つの列のオリフィスおよび抵抗器は他の
列のオリフィスおよび抵抗器からノズル部材の長手方向
に１/600インチだけ偏っており、したがつて、インチあ
たり600 ドット（600dpi）の印刷を行なう。

【００４６】本発明の一実施例では、オリフィス17は、
説明したように二つの主列を成して位置合わせされてい
るが、更に各列内で偏りパターンを成して配置され、図
16に示すように基板28に設置されている偏り抵抗器70に
合わせてある。抵抗器の単一行または列内で、小さい偏
りＥが抵抗器間に設けられている。この小さい偏りＥに
よりＴＡＢヘッド組立体が記録媒体を横断して走査して
いるとき隣接抵抗器70をわずかに異なる時刻に発射させ
て隣接蒸発室130 間のクロストーク効果を更に極小にす
ることができる。したがって、抵抗器が22の異なる時刻
に発射しても、偏りのため異なるノズルから放出された
インク滴を印刷媒体上の同じ水平位置に置くことができ
る。抵抗器70は電気的駆動回路（図16には図示してな
い）に結合され、20個の抵抗器から成る４組のプリミテ
ィブ（P1、P2、P13 、およびP14 ）および22個の抵抗器
から成る10組のプリミティブ、すなわち全部で300 個の
抵抗器、から構成される14組のプリミティブのグループ
に組織されている。14組の抵抗器プリミティブ（および
関連オリフィス）を図24に示す。

【００４７】説明したように、好適な実施例の発射ヒー
タ抵抗器70は20個または22個の抵抗器から成る14組のプ
リミティブグループに組織されている。各抵抗器は（１
から30までの番号が付いており、図16のオリフィス17に
対応する）はその制御入力アドレス選択（Ａ１−Ａ22）
を他の13個の抵抗器と共有しているそれ自身のＦＥＴ駆
動トランジスタにより制御されていることがわかる。各
抵抗器は共通ノードプリミティブ選択（PS1 −PS14）に
より他の19個あるいは21個の抵抗器に結合されている。
その結果、特定の抵抗器に点火するにはその「アドレス
選択」端子に制御電圧をおよびその「プリミティブ選
択」端子に電源を加える必要がある。これによりプリミ
ティブ選択線およびグループ戻り線が一度に多くとも一
つの抵抗器に確実に電流を供給する。そうでなければ、
ヒータ抵抗器に分配されるエネルギは同時に点火される
抵抗器70の数の関数になるであろう。図17は、個々のヒ
ータ抵抗器およびそのＦＥＴ駆動トランジスタの概略図
であり、図17に示すように、アドレス選択線およびプリ
ミティブ選択線はまた不必要な静電気放電を排出するト
ランジスタおよび選択されないすべてのアドレスをオフ
状態にするプルダウン抵抗器を備えている。表１は発射
抵抗器／オリフィスとアドレス選択線およびプリミテイ
ブ選択線との間の相関を示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】アドレス選択線はプリンタに設置されてい
る発射順序カウンタに従いＴＡＢヘッド組立体インター
フェース回路を経由して順次オンに成り、左から右へ印
刷するときＡ１からＡ22へ、右から左へ印刷するときＡ
22からＡ１へ、（どの抵抗器を付勢すべきかを指示する
データに関係なく）移り変わる。プリンタ記憶装置から
検索された印刷データはプリミティブ選択線のどんな組
合せをもオンにする。プリミティブ選択線は（アドレス
選択線の代わりに）好適な実施例に使用されてパルス幅
を制御する。駆動トランジスタが高電流を伝えている間
にアドレス選択線を使用不能にするとなだれ破壊を生
じ、その結果ＭＯＳトランジスタに物理的損傷を生ず
る。したがつて、アドレス選択線は電力がプリミティブ
選択線に加えられる前に「セット」され、アドレス選択
線が変わる前に電力がオフになる。

【００５０】プリンタからの印刷命令に応答して、各プ
リミティブは関連するプリミティブ選択相互接続に電力
を加えることにより選択的に点火される。ヒータ抵抗器
あたり一様なエネルギを供給するには、プリミティブあ
たり一度に一つだけの抵抗器を付勢する。しかし、どん
な数のプリミティブ選択をも同時に使用可能にすること
ができる。各使用可能プリミティブ選択はしたがって電
力および一つのイネーブル信号を共に駆動トランジスタ
に配送する。他のイネーブル信号はその一つだけが一度
に活動する各アドレス選択線により供給されるアドレス
信号である。各アドレス選択線はすべてのスイッチング
トランジスタに結合されているので、このようなスイッ
チング装置はすべて相互接続が使用可能であるとき導電
性である。

【００５１】プリミティブ選択相互接続線およびヒータ
抵抗器用アドレス選択線が共に同時に活動している場合
には、その特定のヒータ抵抗器を付勢する。したがっ
て、特定の抵抗器を点火するには制御電圧をその「アド
レス選択」端子に、電源をその「プリミティブ選択」端
子に加える必要がある。アドレス選択線の一つだけが一
度に使用可能である。これによりプリミティブ選択線お
よびグループ戻り線が一度に多くとも一つの抵抗器に電
流を確実に供給する。そうでない場合には、ヒータ抵抗
器に配送されるエネルギは同時に点火される抵抗器70の
関数となるであろう。図18はプリントカートリッジが左
から右へ走査しているときの点火順序を示す。走査が右
から左の場合には点火順序が逆になる。抵抗器の点火周
波数を図18にＦとして示してある。周期の約10％の短い
休止期間１/ Ｆがサイクル間に許容される。この休止期
間はアドレス選択サイクルがプリンタキャリッジの速度
変化のため重なるのを防止する。

【００５２】ＴＡＢヘッド組立体駆動器回路用相互接続
には別々のプリミティブ選択相互接続およびプリミティ
ブ共通相互接続がある。好適な実施例の駆動器回路は14
組のプリミティブ、14組のプリミティブ共通、および22
本のアドレス選択線から構成され、したがって、300 個
の発射抵抗器を制御するには50個相互接続が必要であ
る。ヒータ抵抗器およびＦＥＴ駆動器トランジスタを共
に共通の基板上に組み込むと、トランジスタを抵抗器お
よびシステムの他の個性要素に電気的に接続するために
基板上に導電回路の別の層が必要となる。そのため基板
内に熱発生の集中が生ずる。

【００５３】図１および図２乃至図４を参照すると、プ
リントカートリッジ10はプリンタに設置するように設計
されているので、フレキシブル回路18の前面にある接触
パッド20は外部発生付勢信号をＴＡＢヘッド組立体に結
合するプリンタ電極に接触する。フレキシブル回路18の
裏面にある線路36にフレキシブル回路の前面からアクセ
スするには、穴（ヴァイア）をフレキシブル回路の前面
を貫いて形成し、線路の端を露出させる。次に線路の露
出端を、たとえば、金でめっきして図２乃至図４にフレ
キシブル回路の前面に示してある接触パッド20を形成す
る。好適な実施例では、接触またはインターフェースパ
ッド20に表２に掲げた機能が割り当てられている。図19
は図２乃至図４のＴＡＢヘッド組立体上のインターフェ
ースパッドの位置を示している。

【００５４】

【表２】

【００５５】図20はＴＨＡをプリントカートリッジに取
り付けたときの偶数番号ノズル２から300 および奇数番
号ノズル１から299 の相対位置を示している。

【００５６】図21−図22は基板の両截頭端部202 、204
の拡大図であり、ＥＳＤ装置206 および相互接続接合20
8 を示している。

【００５７】図23−図24は基板の各種回路部分の寸法、
電気抵抗、および識別を示す概略図の他に関連データ表
をも含んでいる。当業者は基板上のすべての回路により
かなりな熱が発生することを認めるであろう。更に詳細
に述べれば、各発射抵抗器には発射のため選択されれば
300 ミリアンペアが必要である。Ｆの12kHz 発射周波数
に対して、および図18の点火図を参照して、22本のアド
レス線がすべて各パルス幅が2.3 マイクロ秒のデューテ
ィーサイクルで作動されると、2.3 ×22は結果を83マイ
クロ秒で割ったものに等しく、61％デューティーサイク
ルを生ずる。それ故、すべてのプリミティブが同時に点
火されているとき基板を通して約25アンペアの電流（30
0 ミリアンペア×14×0.61）を流すことが可能である。
縁送り構成の冷却特性はそれ故正常動作中の基板の過熱
を回避するのに非常に役立つ。

【００５８】また、本発明の構成では基板の最大幅を決
定するのは相互接続に必要な幅であり、それにより蒸発
区画内の300 個の発射抵抗器を選択的に作動させるため
わずか52個の相互接続を設けるために基板上の多重化を
行なうことが非常に重要であった。

【００５９】図25−図26は本発明の基板ダイについて高
い生産高を得るためにシリコンウェーハを切断する寸法
を示している。幅５mmの除外地帯212 の中に突出してい
る210 のようなダイの幾つかは多層基板の重要な構成要
素がこのような除外地帯に存在する場合は使用できない
が、それでも本発明は、本発明の現在時点での好適な実
施例と同じ300 ノズル、600dpiを有する中心送りインク
溝構成の予想生産高よりもかなり良い生産高を与える。

【００６０】特定の例示実施例を図示し説明してきた
が、当業者は「特許請求の範囲」に規定する本発明の精
神および範囲から逸脱することなく本発明の方法、構
造、および装置に各種修正、変更、および追加を行なう
ことができることを認めるであろう。なお、本発明のイ
ンクジェットプリンタヘッドの実施態様を列挙すると、
概ね以下の通りである。

【００６１】1) 各々がその中に点火素子を備えている
複数のインク蒸発室、の他にインク送り溝を備えた細長
い縁部分、截頭端部、前記蒸発室内の点火素子を選択的
に作動させる回路構成要素を備えている中心内側部分を
備えている基板、および前記基板をプリントヘッドに固
定して取り付けるプリントヘッド上の取り付け手段、か
らコンパクトに構成されて成ることを特徴とするインク
ジェットプリントヘッド。

【００６２】2) 上記1)のプリントヘッドであって、イ
ンク蒸発室がインクジェット発射室を備えているプリン
トヘッド。

【００６３】3) 上記1)のプリントヘッドであって、イ
ンク蒸発室が熱インクジェット発射室を備えているプリ
ントヘッド。

【００６４】4) 上記2)のプリントヘッドであって、細
長い縁部分が基板の第１の縁に沿って長手方向に広がる
第１列の発射室、および基板の第１の縁とは反対の第２
の縁に沿って長手方向に広がる第２列の発射室を備えて
いるプリントヘッド。

【００６５】5) 上記2)のプリントヘッドであって、イ
ンク送り溝は基板の下側から基板の少なくとも一つの縁
の周りに発射室までインク送りスロットを備えているプ
リントヘッド。

【００６６】6) 上記4)のプリントヘッドであって、イ
ンク送り溝は第１列の発射室と連絡している第１のイン
ク送りスロット、および第２列の発射室と連絡している
第２のインク送りスロットを備えているプリントヘッ
ド。

【００６７】7) 上記6)のプリントヘッドであって、
前記第１および第２のインク送りスロットは前記基板の
下側から前記基板の前記それぞれの周りに前記第１列お
よび第２列の発射室まで、それぞれ、広がっている請求
項６に記載のプリントヘッド。

【００６８】8) 上記1)のプリントヘッドであって、截
頭部分は回路構成要素をプリンタに接続する相互接続を
備えているプリントヘッド。

【００６９】9) 上記8)のプリントヘッドであって、截
頭部分は静電気放電装置を備えているプリントヘッド。

【００７０】10) 上記9)のプリントヘッドであって、
相互接続は基板の端子端に隣接して設置されているプリ
ントヘッド。

【００７１】11) 上記1)のプリントヘッドであって、
中心内側部分の回路構成要素は多重化回路を備えている
プリントヘッド。

【００７２】12) 上記1)のプリントヘッドであって、
中心内側部分の回路構成要素は点火素子用作動線を備え
ているプリントヘッド。

【００７３】13) 上記1)のプリントヘッドであって、
中心内側部分の回路構成要素は点火素子用アドレス線を
備えているプリントヘッド。

【００７４】14) 上記1)のプリントヘッドであって、
中心内側部分の回路構成要素は接地線を備えているプリ
ントヘッド。

【００７５】15) 上記1)のプリントヘッドであって、
中心内側部分の回路構成要素はトランジスタを備えてい
るプリントヘッド。

【００７６】16) 上記1)のプリントヘッドであって、
更に取り付け手段をその上に有するプリントカートリッ
ジを備えているプリントヘッド。

【００７７】17) 上記16) のプリントヘッドであっ
て、プリントカートリッジはインク送り溝を形成する壁
手段を備えているプリントヘッド。

【００７８】18) 上記1)のプリントヘッドであって、
基板の中心内側部分にはどんなインク送り溝も存在しな
いプリントヘッド。

【００７９】19) 複数の発射室を備えているコンパク
トなインクジェットプリントヘッドにおいて、ウェーハ
から切断した細長い縁部分を有する基板であって、前記
縁部分はインクを基板の下側から基板の両縁の周りを前
記発射室まで伝えるインク送り溝を形成しており、前記
基板はインク送り溝を備えず且つ多重化回路を備えてい
る中心内側部分がある基板、および 前記基板上にあ
り、前記多重化回路に接続されてプリンタから伝えられ
る信号を受け、各発射室内の個々の発射抵抗器を選択的
に作動させる相互接続であり、その数は発射室の数より
少ない相互接続、から構成されているインクジェットプ
リントヘッド。

【００８０】20) シリコンウェーハまたは類似のもの
から製作された複数のインクジェットプリントヘッド基
板上のインク送り溝が部分的に基板の縁により形成され
ており、前記縁はウェーハから切断されたダイの周辺境
界の一部であるインクジェットプリントヘッド基板を具
備して成るインクジェットプリントヘッド。

【００８１】

【発明の効果】以上、記述した本発明インクジェットプ
リントヘッドは、下記のような新規な効果を奏するもの
である。即ち、本発明インクジェットプリントヘッド
は、発射抵抗器を備えているプリントヘッド基板状に直
接パルス駆動回路を効率よく組み込んだ熱インクジェッ
トプリントヘッドであるので、プリントヘッドをプリン
タ装置に電気的に接続するのに必要な相互接続部品の数
を減少させるとこが可能になり、これにより生産効率お
よび動作効率を向上させることが可能になった。

【００８２】更に、改良トランジスタ構造を熱制御特性
が改善された高解像度コンパクト基板に組み込み、駆動
器構成要素、アドレス線、接地線、および発射抵抗器の
共通基板への組み込みは特殊多層接続回路を基本として
いるので、駆動トランジスタは発射抵抗器および印刷シ
ステムの他の部分と、複数の別々の導電層を備えている
接続回路によって連絡することが可能になった。

【００８３】各プリントヘッドノズルを密接して設置
し、「縁送り」インク溝構造を通してインクを供給し、
発射抵抗器および関連オリフィスを共に、関連回路を主
として基板の中間部分に設置して、基板の外縁の全長に
沿って密接して設置する一方、プリンタの処理量を増す
ために、更に多くのノズルをプリントヘッド上に設置し
て半インチの印刷スウォースを印刷するノズル配列を作
ることにより、印刷スウォースの幅を大きくして解像度
および印刷品位を上げることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるインクジェットプリン
トカートリッジの斜視図である。

【図２】図１のプリントカートリッジから取り外したテ
ープ自動化結合（ＴＡＢ）プリントヘッド組立体（今後
「ＴＡＢヘッド組立体」という）の前面の斜視図であ
る。

【図３】図１のプリントカートリッジから取り外したテ
ープ自動化結合（ＴＡＢ）プリントヘッド組立体（今後
「ＴＡＢヘッド組立体」という）の前面の斜視図であ
る。

【図４】図１のプリントカートリッジから取り外したテ
ープ自動化結合（ＴＡＢ）プリントヘッド組立体（今後
「ＴＡＢヘッド組立体」という）の前面の斜視図であ
る。

【図５】図解の目的で図１のインクジェットプリントカ
ートリッジの簡略概要斜視図を示す。

【図６】図５のプリントカートリッジから取り外したテ
ープ自動化結合（ＴＡＢ）プリントヘッド組立体（今後
「ＴＡＢヘッド組立体」という）の前面の斜視図であ
る。

【図７】図６のＴＡＢヘッド組立体の裏面の斜視図であ
り、シリコン基板がその上に取り付けられ、導電リード
が基板に取り付けられている状態である。

【図８】図７の線Ａ−Ａに沿って採った断面で表す側方
立面図であり、導電リードのシリコン基板上の電極への
取り付けを示している。

【図９】ＴＡＢヘッド組立体を取り外した状態の図１の
インクジェットプリントカートリッジの斜視図である。

【図１０】図９のインクジェットプリントカートリッジ
の突端領域の斜視図である。

【図１１】図９のインクジェットプリントカートリッジ
の突端領域の上部平面図である。

【図１２】図５のインクジェットプリントカートリッジ
の一部の斜視図であり、インクカートリッジ本体とＴＡ
Ｂヘッド組立体との間に形成されたシールの構成を示
す。

【図１３】図６のＴＡＢヘッド組立体の裏面に取り付け
られている、ヒータ抵抗器、インク溝、および蒸発室を
備えた基板構造の上部斜視図である。

【図１４】ＴＡＢヘッド組立体の一部の、部分的に切り
払った、上部斜視図であり、オリフィスと蒸発室、ヒー
タ抵抗器、および基板の縁との関係を示している。

【図１５】図１２の線Ｂ−Ｂに沿って取った概略断面図
であり、ＴＡＢヘッド組立体とプリントカートリッジと
の間の接着剤シールの他に基板の縁の周りのインク流経
路をも示している。

【図１６】プリントヘッド上のオリフィスおよび関連ヒ
ータ抵抗器の一配置の図である。

【図１７】一ヒータ抵抗器およびその関連アドレス線、
駆動トランジスタ、プリミティブ選択線、および接地線
の概略図である。

【図１８】プリンタキャリッジが左から右へ移動してい
るときのアドレス選択線に対する発射順序の概略図であ
る。

【図１９】ＴＡＢヘッド組立体上の接触パッドの配置を
示す図である。

【図２０】プリントカートリッジに取り付けたＴＨＡを
示す拡大斜視図である。

【図２１】発射抵抗器＃１および＃２を有する基板の一
端を示し、相互接続を識別している。

【図２２】発射抵抗器＃299 および＃300 を有する、図
２１の基板の反対の端を示し、相互接続を識別してい
る。

【図２３】基板概略および基板の幅に沿う方向に取った
データを示す。

【図２４】基板概略および基板の長さに沿う方向に取っ
たデータを示す。

【図２５】個々のダイが切断されてウェーハから分離さ
れる前のシリコンウェーハを示す。

【図２６】シリコンウェーハを個々のダイに切断する概
略およびデータを示す。

【符号の説明】

10 インクジェットプリントカートリッジ 12 インク溜め 14 プリントヘッド 16 ノズル 17 オリフィス 18 ポリマーフレキシブル回路 20 接触パッド 36 線路 70 ヒータ抵抗器 A1〜 アドレス選択 P1〜 プリミティブ PS1 〜 プリミティブ選択

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィンスロップ・ディー・チルダース アメリカ合衆国カリフォルニア州サンディ エゴ オカルト・コート 17015 (72)発明者 ポール・エイチ・マックレランド アメリカ合衆国オレゴン州マンマウス カ ーバー・ロード 20225 (72)発明者 ケニース・イー・トゥルーバ アメリカ合衆国オレゴン州コーヴァリス ノース・ウエスト・フェイアー・オーク ス・ドライヴ 5755

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々がその中に点火素子を備えている複
   数のインク蒸発室、の他にインク送り溝を備えた細長い
   縁部分、 截頭端部、 前記蒸発室内の点火素子を選択的に作動させる回路構成
   要素を備えている中心内側部分を備えている基板、およ
   び前記基板をプリントヘッドに固定して取り付けるプリ
   ントヘッド上の取り付け手段、 からコンパクトに構成されて成ることを特徴とするイン
   クジェットプリントヘッド。