JPH10235874A - インクジェットプリンタ用プリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プリント品質を劣化させるインクしぶきを低減
するプリントヘッド。 【解決手段】本発明では、インクしぶきを低減するた
め、噴射されたインク滴の形状に着目し、長く伸びるテ
ール部分が原因であることを見出し、オリフィスの開口
の形状を改変する。好適には、非円形が好ましく、一実
施例では、互いに対向する二つの三日月部分を覆った砂
時計型の開口を設けることで著しくインクしぶきを低減
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、オリフィス
の設計を改良したインクジェット・プリンタのプリント
ヘッドに関し、より詳細には、インクしぶきあるいはイ
ンクスプレイ(ink spray)を低減する特性を有する開口
部を有するプリントヘッドのオリフィスの設計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット・プリンタは、制御され
た方法でインクの滴を噴射して滴が媒体上の所望の位置
に降下させるようにすることによって、紙等の媒体上に
文字およびイメージを形成する。かかるプリンタは、そ
の最も簡単な形式において、インク滴を媒体上に配置す
ることができるような位置に媒体を移動し配置する機
構、インクの流れを制御してインクの滴を媒体に噴射す
るプリントカートリッジ、および適当な制御ハードウェ
アおよびソフトウェア、として概念化することができ
る。インクジェット・プリンタ用の従来のプリントカー
トリッジは、インクを蓄え必要に応じて供給するインク
収容部およびプリンタ制御ソフトウェアによって指示さ
れるようにインク滴を加熱し噴射するプリントヘッドを
含む。通常、プリントヘッドは、半導体のベース、イン
クの流れのチャネルでハニカム状になった障壁材料構造
およびインク滴が噴射できるようなパターンに配置され
た小さい穴またはオリフィスがあけられたオリフィスプ
レートを含む積層構造である。

【０００３】インクジェット・プリンタの１種におい
て、噴射機構は、半導体基板に形成され、障壁層内に形
成された複数のインク発射チャンバのうちの１つとオリ
フィスプレート内の複数のオリフィスのうちの１つとそ
れぞれ連結している複数の加熱抵抗素子から成る。各加
熱抵抗素子は、別個に通電されてインクの一部を急速に
気化して気泡にし、次にその気泡がオリフィスからイン
クの滴を噴射するように、プリンタの制御ソフトウェア
に接続されている。インクは、障壁層内のそれぞれの加
熱抵抗素子のまわりに形成された発射チャンバに流入
し、加熱抵抗素子の通電を待つ。インク滴が噴出してイ
ンク気泡がつぶれた後、オリフィスを横切ってメニスカ
スが形成される点まで、発射チャンバをインクが再充填
される。そこを通ってインクが流入して発射チャンバを
再充填される障壁層チャネルの形状および収縮によっ
て、インクが発射チャンバを再充填する速度およびイン
クのメニスカスの原動力の両方が確立される。プリン
タ、プリントカートリッジおよびプリントヘッドの構造
のさらなる詳細は、１９８５年５月号のヒューレット・
パッカード・ジャーナル、第３６巻第５号および１９９
４年２月号のヒューレット・パッカード・ジャーナル、
第４５巻第１号において見出される。

【０００４】プリントカートリッジの設計者が直面する
問題の１つは、高速のプリント速度を達成しながら高い
プリント品質を維持する、ということである。発射チャ
ンバ内のインクの急速な沸騰のために滴がオリフィスか
ら噴射されると、噴出されたインクの質量の大部分は、
媒体に向かう滴に濃縮されている。しかし、噴射された
インクのほんの一部は、滴からオリフィスの表面の開口
部へと延びるテール部分にある。テール部分に見出され
るインクの速度は、一般的に滴に見出されるインクの速
度よりも低く、滴の軌跡の間のある時点で、テール部分
の多くが滴から切り離される。切り離されたテール部分
のインクのうちのいくらかは、噴射された滴に再び加わ
り、すなわち滴のひずみとして残り、プリントされた材
料上にぎざぎざの縁を作り出す。テール部分内の噴射さ
れたインクのうちのいくらかは、プリントヘッドに戻
り、プリントヘッドのオリフィスプレートの表面上にイ
ンクだまり(puddle)を形成する。切り離されたテール部
分内のインクのうちのいくらかは、小滴(subdroplets)
（「しぶき、スプレー」）を形成し、これはインク滴の
一般的な方向に進みランダムに広がる。このしぶきは、
媒体上に到着してインクでかすんだバックグランドを作
り出すことが多い。

【０００５】しぶきによる不利益な結果を低減するため
に、プリント動作の速度を低減した者もいたが、これで
は、プリンタが与えられた時間内にプリントできるペー
ジ数が減ってしまう。しぶきの問題はまた、障壁層内の
インク発射チャンバおよび連結するインク供給管路の構
成または幾何学的形状を最適化することによって取り組
まれてもきた。オリフィスの幾何学的形状もまたしぶき
に影響を及ぼす。

【０００６】オリフィスプレートを製造する従来の方法
の１つは、前もって製造されたマンドレル上への無電解
めっき技術を利用する。かかるマンドレルを図１に示す
（正確な縮尺率で描かれたものではない）。図１におい
て、基板１０１は、シリコンまたはガラスで構成された
少なくとも１つの平らな表面を有する。基板１０１の平
らな表面上には、通常クロムまたはステンレス鋼の膜で
ある、導電層１０３が配置されている。プレーナ・マグ
ネトロン法等の真空ポジション法(vacuum deposition p
rocess)を用いて、この導電膜１０３を被着してもよ
い。他の真空デポジション法を用いて、絶縁層１０５を
被着してもよい。これは通常窒化ケイ素であり、プラズ
マ・エンハンストＣＶＤ（化学蒸着）法等の真空デポジ
ション法によって被着される。絶縁層１０５は、望まし
くは非常に薄く、通常約０．３０μｍの厚さを有する。
絶縁層１０５は、フォトレジストマスクでマスクされ、
紫外線に露光され、プラズマエッチング法に導入され
て、導電層１０３上の前もって選択された位置にある絶
縁材料の「ボタン」を除いて大部分の絶縁層が除去され
る。もちろん、これらの位置は、マンドレルの頂部に作
り出されるオリフィスプレートのそれぞれのオリフィス
の位置になるように前もって定められている。

【０００７】この再利用可能なマンドレルは、電着浴槽
内に配置され、そこで導電層１０３はカソードとして確
立し、典型的にはニッケルのベース材料はアノードとし
て確立する。電着処理の間、ニッケル金属がアノードか
らカソードへと運ばれ、ニッケル（層１０７として示
す）が、導電層１０３の導電領域に付着する。ニッケル
金属がマンドレルのそれぞれの導電プレートから均一に
めっきされるため、絶縁ボタン１０５の表面にいったん
到達すると、ニッケルは絶縁層を、均一で予測可能なパ
ターンに重畳めっきされる。めっき時間を含むめっき処
理のパラメータは注意深く制御され、絶縁層のボタン１
０５の上に形成されるニッケル層１０７の開口部が、絶
縁表面において所定の直径（典型的には、約４５μｍ）
になるようにしている。この直径は、通常絶縁層のボタ
ン１０５の直径の１／３から１／５であり、それによっ
て、ニッケル１０７の頂部層がオリフィスプレートの内
側表面において有する開口部の直径ｄ２が、結果とし
て、オリフィスプレートの外側表面におけるオリフィス
開口部となる開口部の直径ｄ１の約３から５倍になるよ
うにしている。無電解めっき処理が完了すると、新しく
形成されたオリフィスプレートがマンドレルから除去さ
れ、オリフィスに耐食性を与えるために金めっきされ
る。金属のオリフィスプレートの製造のさらなる説明
は、米国特許第４，７７３，９７１号、第５，１６７，
７７６号、第５，４４３，７１３号および５，５６０，
８３７号に見出すことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述に参照したものの
多くは、結果として商業的に成功した生産および製品と
なったが、それぞれの個々のオリフィス間の間隔を小さ
くして、プリントヘッドおよびその関連するオリフィス
プレートが用いられるプリンタからより高品質のプリン
トイメージを生み出すことが要求されている。このよう
にオリフィス同士の間隔をより小さくすることによっ
て、１つのオリフィスの穴の内径ｄ２が、隣接するオリ
フィスの内径ｄ２と重なり合ってしまう。この重なり合
い、すなわち干渉は、オリフィスプレートにおいて非円
形のオリフィスが用いられ、その長軸が発射抵抗素子の
列と同じ方向を向いている場合には悪化する。従って、
非円形のオリフィスがより密にパッキングされることが
防止され、より高解像度でプリントし、インク滴に関連
するしぶきを低減し、インク滴の軌跡を改良することを
課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、オリフィスプ
レートのオリフィスからインクを噴射するインク噴射器
を利用するインクジェット・プリンタ用のプリントヘッ
ドを包含する。オリフィスプレートは、オリフィスプレ
ートを通って、インク噴射器に対向するオリフィスプレ
ートの第１の表面から、第１の表面と略平行であるオリ
フィスプレートの第２の表面へと延びる、少なくとも１
つのオリフィスを有する。オリフィスは、第２の表面に
おいて、第２の表面と平行な第１の線形寸法(lineal di
mension)および第２の表面と平行で第１の線形寸法と垂
直な第２の線形寸法を有する、開口部を含む。さらに、
第１の線形寸法は、第２の線形寸法よりも大きい。第２
の表面におけるオリフィスの開口部は、１点において第
２の寸法の距離だけ間隔をおいて配置され、他のすべて
の点において第２の寸法よりも大きい距離だけ間隔をお
いて配置された、第２の表面の少なくとも２つの交差し
ない縁によって画定される。

【００１０】

【実施例】従来のプリントヘッドの断面図を図２に示
す。薄膜抵抗素子２０１が、半導体基板２０３の表面に
作り出され、典型的には半導体基板２０３の表面上の金
属化層(metalization)（図示せず）によって電気的入力
に接続されている。さらに、加熱抵抗素子２０１の上に
は、化学的および機械的に腐食、破損される(attack)こ
とから保護する様々な層を配置してもよいが、わかりや
すくするために、図２には示していない。シリコン基板
２０３の表面には、障壁材料の層２０５が選択的又は一
部に配置されており、それによって加熱抵抗素子２０１
のまわりに開口部又はインク発射チャンバ２０７を残
し、これにより、加熱抵抗素子２０１が稼動されてイン
クがオリフィス２０９を通って噴射する前に、インクは
発射チャンバに蓄積される。障壁層２０５の障壁材料
は、従来では、E. I. Dupont De Nemours and Company
（デュポン社）から入手可能なParad（商標）または同
等の材料である。オリフィス２０９は、オリフィスプレ
ートの内側表面からオリフィスプレートの外側表面へと
延びるオリフィスプレート１０７の穴で、前述のように
オリフィスプレートの一部として形成することができ
る。

【００１１】図３は、オリフィスプレート１０７の外側
表面２１３からオリフィス２０９を見た、従来のプリン
トヘッドの平面図である（図２の断面Ａ−Ａを示す）。
インクをより大きいインク源（図示せず）からインク発
射チャンバに供給するインク供給チャネル３０１が、障
壁層２０５内に存在する。図４は、インクがオリフィス
２０９から噴射されてから２２マイクロ秒後における、
インク滴４０１内のインクの構造を示す。従来のオリフ
ィスプレート（円形のオリフィス開口部が用いられてい
る）において、インク滴４０１は、少なくともオリフィ
スプレート１０７内のオリフィス２０９まで戻って延び
ているのを見ることができる長いテール部分４０３を維
持している。

【００１２】滴４０１がオリフィスプレートを離れて、
滴を噴射した蒸発されたインクの気泡がつぶれた後、毛
細管力によってインクがインク源からインク供給チャネ
ル３０１を通って引き出される。減衰が不十分なシステ
ムにおいては、インクが発射チャンバ内に非常に急速に
逆流するので、発射チャンバ２０７がいっぱいになりす
ぎ、それによって膨張したメニスカスが作り出される。
このメニスカスは次に、落ち着くまでに何周期かその平
衡位置を中心として往復する。メニスカスの膨張中に滴
が噴射されれば、膨張メニスカス内の余分なインクが、
インク滴の体積につけ加わる。周期のうちのメニスカス
が収縮する部分の間で滴が噴射されれば、収縮メニスカ
スによって滴の体積が小さくなる。プリントヘッドの設
計者は、インク再充填チャネルの流体抵抗を増大させる
ことによって、インクの再充填およびメニスカスの系の
減衰を改良し最適化してきた。典型的には、この改良
は、インク再充填チャネルを長くしたり、インク再充填
チャネルの断面積を小さくしたり、またはインクの粘度
を増大させることによって達成されてきた。インクの再
充填の流体抵抗をこのように増大させると、再充填時間
が長くなり、滴噴出の速度やプリント速度が低減する結
果となることが多い。

【００１３】メニスカスのシステムを簡単に分析する
と、例えば図５に示す機械モデルになる。図５におい
て、噴射される滴の質量と同等の質量５０１が、オリフ
ィスの有効半径の逆数に比例するばね定数Ｋを有するば
ね５０５によって、固定構造５０３に連結されている。
質量５０１はまたチャネルの流体抵抗その他インクチャ
ネルの特性に関係する減衰機能又はダンピング機能５０
７によっても固定構造５０３に連結されている。本構成
において、滴の重量質量(weight mass)５０１は、オリ
フィスの直径に比例する。従って、メニスカスの特性お
よび性能を制御しようと思えば、インクチャネルを最適
化するか又は機械モデルにおいてばね５０５のばね定数
を調整することによって、減衰機能５０７の減衰係数(f
actor)を調整することができる。

【００１４】滴４０１がオリフィスから噴射されると、
滴の質量の大部分は滴４０１の先頭に含まれ、最大速度
はこの質量内に見出される。残りのテール部分４０３は
インクの質量のうちの少数を含み、その速度分布は、イ
ンク滴の先頭付近の位置におけるインク滴の先頭とほぼ
同じものから、オリフィスの開口部に最も近いところに
位置するインク滴内に見出されるインクの速度よりも低
い速度までの範囲である。滴の通過中のある時点で、テ
ール部分内のインクは、テール部分が滴から分離する点
まで伸ばされる。テール部分内に残るインクの一部は、
プリントヘッドのオリフィスプレート１０７に引き戻さ
れ、そこで通常、オリフィスを取り囲むインクだまりを
形成する。こういったインクだまりは、次のインク滴を
誤った方向に向かわせることによって、プリントされた
材料の品質を低下させる。インク滴のテール部分の他の
部分は、インク滴が媒体上にデポジットされる前に、イ
ンク滴の先頭に吸収される。最後に、インク滴のテール
部分において見出されるインクのうちのいくらかは、プ
リントヘッドにも戻らず、インク滴にも残ったり吸収さ
れたりせず、ランダムな方向に広がる微細な小滴のしぶ
き又はスプレーを作り出す。このしぶきのうちのいくら
かは、プリントが行われている媒体に達し、それによっ
て、インク滴が形成するドットにぎざぎざの縁を作り出
し、媒体上に不所望のスポットを配置してしまい、それ
によって所望のプリントされた材料の明瞭度が低減され
る。かかる望まれないの結果を図６のプリントドットを
拡大した表示に示す。

【００１５】オリフィス開口部２０９の、外部環境への
出口面積が、噴射されるインク滴の滴重量を確定すると
いうことが確認されている。さらに、メニスカスの復原
力（モデルにおいては定数Ｋ）が、一部分は、オリフィ
ス開口部の縁同士の近接によって決定されるということ
が確認されている。従って、メニスカスの堅さ(stiffne
ss)を増大するためには、オリフィスの穴の側面および
開口部は、できる限り互いに近接するようにするべきで
ある。これは、もちろん、滴に対して与えられた滴重量
（これはオリフィスの出口面積によって決定される）を
維持する必要と矛盾する。非円形の幾何学的形状によっ
てメニスカスに加わる復原力が大きくなると、インク滴
のテール部分がより早く、よりオリフィスプレートに近
いところで分離し、それによってインク滴のテール部分
がより短くなり、しぶきがかなり低減される結果とな
る。

【００１６】しぶきを低減するのに利用することができ
る非円形のオリフィスの中には、長軸および短軸を有し
長軸が短軸よりも寸法が大きく両軸がオリフィスプレー
トの外面に平行な、細長い開口部のものがある。かかる
細長い構造は、長方形および平行四辺形、または、楕円
や平行な辺を持つ「レーストラック」構造等の長円形で
あってもよい。モデル番号ＨＰ５１６４９Ａのプリント
カートリッジ（ヒューレット・パッカード・カンパニー
から入手可能）内に収容されたインク、およびＨＰ５１
６４９Ａのカートリッジ内で用いられるオリフィス開口
部領域の面積と等しいオリフィス開口部面積を用いて、
長軸対短軸の比が２対１から５対１である楕円が、所望
のメニスカスの堅さおよびおよびテール部分の短いイン
ク滴の噴射を示すことを見出した。

【００１７】図７Ａおよび図７Ｂは、様々なタイプのオ
リフィスの穴の寸法を示すオリフィスプレートの外面の
平面図である。図７Ａは、外側の寸法において半径ｒを
有し、外側の寸法ｒと発射チャンバへの開口部の間に半
径でｒ2の差がある円形のオリフィスを示す。ＨＰ５１
６４９Ａのカートリッジにおいて、ｒ＝１７．５ミクロ
ンであり、ｒ²＝４５ミクロンである。これによって、
オリフィスプレートの外面における開口部面積（ｒ²・
π）は９６２平方ミクロンとなる。図７Ｂは、長軸／短
軸の比が２対１に等しい楕円の外部オリフィス開口部の
幾何学的形状を示す。同じ滴重量を維持するために、オ
リフィス開口部の外面積は９６２平方ミクロンに維持さ
れる。従って、楕円の面積を求める式（Ａ＝π・ａ・
ｂ）より、楕円の長軸および短軸（ａ、ｂ）は、２：１
の楕円については、それぞれ２８．５ミクロンおよび１
２．４ミクロンである。

【００１８】上で示唆したとおり、テール部分の切り離
しをよりよくしてその後のしぶきを低減するのに主に寄
与する要因は、楕円の短軸の大きさを小さくすることで
ある。両軸の比が２：１から約５：１の範囲内で、しぶ
きの低減が観察された。１つの問題は、これも上で触れ
たが、楕円のオリフィスの表面の開口部には、オリフィ
スの内面において（インク発射チャンバにおいて）それ
よりも大きい対応する開口部があるということである。
こういった内部の開口部は、プリント解像度を改良する
ためにオリフィスが互いに接近して配置されると、重な
り合い干渉する。この干渉は、１つの発射チャンバから
のインクが隣接する発射チャンバに吹き込まれたり、そ
の他微細ではあるが悪影響の形をとる。

【００１９】干渉の問題を解決するために、楕円は主軸
方向において湾曲し、本質的に三日月や上弦・下弦の月
(quarter moon)の形状を作り出している。この三日月の
形状であれば、オリフィス開口部全体の面積は一定のま
までありながら、短軸の寸法は維持されて有効長軸が短
くなる。三日月のオリフィス開口部の形状を用いれば、
適切なしぶきの低減は達成され続ける。しかし三日月の
形状であれば、この形のプリントヘッドで実現されるプ
リントの品質に、別の問題が導入される。オリフィスプ
レートを離れるインク滴の軌跡は、オリフィスプレート
の表面に垂直ではなく、オリフィス開口部の負の曲率半
径方向に向かって垂直から遠ざかる方向に傾いている。

【００２０】オリフィス開口部の形状を三日月にした場
合の軌跡の問題を解決するために、三日月の突出部が互
いから遠ざかって対向する状態で２つの三日月の形状を
重ねることによって、対称になる別の形状が作り出され
る。かかる形状を図８に示す。この修正されたオリフィ
ス開口部の形状は、「砂時計」の形状であるとみなされ
ている。好適な実施例において、修正された短軸（ｂ
H）は２６μｍに設定され、修正された長軸（ａH）は６
９μｍで確立された。修正された短軸を規定する縁は、
約４７μｍの曲率半径（ｒH）を有する。この独特のオ
リフィス開口部の形状では、固定したオリフィス開口部
面積に要求される必要な長軸の寸法を低減しながら、短
軸の開口部が狭く維持される。長軸の寸法を低減するこ
とによって、そうでない場合にオリフィス開口部面積が
同じ楕円で実現することができるものよりも、オリフィ
ス同士の間隔をより接近させることができる。さらに、
オリフィス開口部を砂時計の形状にすることによって、
長軸に関しても短軸に関しても対称となり、インク滴の
軌跡の誤差の問題が克服される。砂時計の形状のオリフ
ィス開口部がもたらす、従来技術の円形の開口部よりも
優れた改良は、図９Ｂを図９Ａと比較することによって
理解することができる。図９Ｂの非常に拡大した文字
は、図９Ａのプリントに見られるような無関係の滴がほ
とんどない。

【００２１】前述のとおり、オリフィスプレートは従
来、マンドレル上でニッケルまたは同様の金属を電気め
っきし、次にオリフィスプレートを金等の耐化学性の材
料でめっきすることによって形成される。所望の最終結
果、すなわち円形のオリフィス開口部の形状の非導電性
のボタンを利用することが、以前から知られている。し
かし、砂時計の形状のオリフィス開口部を作り出すため
には、砂時計の形状よりもはるかに単純な形状を有する
ボタンを用いることができる、ということが確認されて
いる。オリフィスプレートの電気めっき中には、ベース
の金属が導電表面（自身の表面を含む）からそれぞれの
応じられる(available)方向に均一に成長するために、
非導電性のボタンの形状の細部は、ベースの金属の成長
によって不明瞭になる。同様に、ボタンの形状の細部
は、ベースの金属が成長するにつれて全く異なる形状に
変形されうる。ベースの金属１０７が、非導電性の絶縁
ボタン１０５の頂部の表面の上に成長する図１に再び注
目されたい。平面図で見ると、ベースの金属１０７が絶
縁ボタン１０５の頂部の表面の上に成長するにつれて、
ボタン１０５の輪郭の細部は、不明瞭になったり他の形
状に変形されうる。

【００２２】所望のベースの金属の成長と等しい直径を
有する一群の円を利用した解析技術を、所望のオリフィ
スの形状の外側の輪郭と同一平面内でその接線方向に実
施することができることが見出された。円の円周上の、
接点と対向し同じ直径線(diameter line)を共有する点
を、一群の円の同様の点と互いにつなぐと、非導電性の
ボタンがとらねばならない形状が明らかになる。代替の
方法では、最初の形状の外側の輪郭上のすべてまたは代
表的な数の点からひいた半径の弧を用いる。それぞれの
弧の半径（最初の輪郭の点の接線方向にひいた線と垂
直）の終点は、めっき処理の完了後結果として生じるオ
リフィスの形状上の点を規定する。図１０はこの一連の
円を用いた技術の理解を助かるために示すものである。

【００２３】図１０において、砂時計の形状のオリフィ
ス開口部を１００１として識別する。ベースの金属の所
望の成長に等しい半径を有する一連の円を円１００３で
表す。非導電性のボタンの輪郭を１００５で示す。一連
の円の各円は、砂時計の形状の縁に沿った点において砂
時計のオリフィスの形状と接している。それぞれの円の
直径を直接横切る点をとってそういった点をつないでい
くと、非導電性のボタンの形状が得られる。もっと複雑
なオリフィスの形状を扱う場合には、非導電性のボタン
の形状はオリフィスの形状と同一である必要はないとい
うことがわかった。砂時計の形状１００１の突出部にお
いては、その形状を規定するのに必要な円の数が減少す
る。

【００２４】図１１は、オリフィスの開口部１００１を
作り出すのに必要な構成円を示す。接点に対向する円周
上の点をつなぐと、所望の砂時計のオリフィス開口部を
作り出すのに必要な最小限のボタンの輪郭が得られる。
こういった輪郭の構成には、長軸の末端を形成する縁を
作り出す弧１１０１と弧１１０３および短軸の末端を形
成する縁を作り出す放物線の部分１１０５、１１０７が
含まれる。ボタンの輪郭の残りの部分よりも円の直径の
方が所望のオリフィスの形状に近い限り、オリフィスプ
レートを電気めっきすることによって作り出される砂時
計のオリフィスの形状は、識別された弧および放物線の
部分以外は、ボタンの輪郭から独立している。

【００２５】このように輪郭から独立していることを、
本発明の一実施例に用いて、オリフィスプレートの障壁
材料への接合を改良して、発射チャンバにより大きい体
積のインクが入るように設計することができる。図１２
は、非導電性のマンドレルのボタンの形状がオリフィス
の表面の穴の形状から部分的に独立している場合に得ら
れるプリントヘッドを示す。わかりやすくするために、
オリフィス開口部１００１およびボタンの形状１２０１
を実線で示すが、オリフィスの穴１１０１はオリフィス
プレートの外面上に配置され、ボタンの形状はオリフィ
スプレートの内面上に配置されている。インク発射チャ
ンバに始まりオリフィスプレートの表面の開口部まで横
切るオリフィスの穴を見ていくと、オリフィスの穴は、
ボタンの形状１２０１から砂時計の形状の開口部１００
１に変わっていく。本実施例において、障壁層材料の構
成を破線で示す。障壁材料１２０３のアイランドによっ
て、発射チャンバ１２０５へのインク入口は２つのイン
クチャネル１２０７、１２０９に分割され、発射チャン
バ１２０５の残りは、障壁材料の壁１２１１、１２１
３、１２１５等によって規定される。障壁層材料とオリ
フィスプレートの間の接触面積の改良は、障壁アイラン
ド１２０３のまわりの（そして仮想の円形のボタンの輪
郭を表すさらなる破線で示す）ゾーンにおいて実現され
る。このように接触面積が改良されるのは、そうでない
場合には円形になる部分でボタンの形状を四角にして、
四角に実施した障壁材料により合致するようにし、オリ
フィスプレートのミスアライメントが起こった場合であ
っても基板における長方形の断面が変わらないようにし
た結果である。さらに、四角に実施することによって、
発射チャンバ内のインク体積が増大する。従って、本発
明によって、オリフィス同士の間隔を小さくして、しぶ
きを低減し、インク滴の軌跡を改良することができる。

【００２６】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。 （実施態様１）インクが噴射されるオリフィスを含むイ
ンクジェット・プリンタ用のプリントヘッドにおいて、
インク噴射器とオリフィスプレートを含み、前記オリフ
ィスプレートは、前記オリフィスプレートを貫通して、
前記オリフィスプレートの前記インク噴射器と逆側の第
１の表面から前記第１の表面と前記オリフィスプレート
の第２の表面まで延長した少なくとも１つのオリフィス
を有し、前記オリフィスは、前記第２の表面と平行な第
１の線形寸法を備え、前記第２の表面に平行で前記第１
の線形寸法に垂直な第２の線形寸法を備える開口を有す
るものであり、前記第１の線形寸法は、前記第２の線形
寸法より大きいものであり、前記第２の表面における前
記オリフィスの前記開口はさらに前記第２の表面の少な
くとも第１と第２の非交差エッジによって画定され、こ
れらエッジは、一点において前記第２の線形寸法の距離
だけ間隔があいており、残りの点位置においては前記第
２の線形寸法の最小寸法より大きい距離だけ間隔があい
ていることを特徴とするインクジェットプリンタ用プリ
ントヘッド。 （実施態様２）前記オリフィスはさらに前記第１の表面
において、前記第２の表面における前記開口部の幾何学
的形状と一致せず異なる幾何学的形状を有する第２の開
口部を含むことを特徴とする前項１記載のプリントヘッ
ド。 （実施態様３）前記インク噴射器はさらに前記少なくと
も１つのオリフィスと連結した所定のチャンバ形状のイ
ンク噴射チャンバを含み、前記所定のチャンバ形状が前
記所定のチャンバ形状の一部に合致する少なくとも第１
の部分および前記第１の開口部の幾何学的形状の一部に
合致する少なくとも第２の部分を有することを特徴とす
る前項１記載のプリントヘッド。 （実施態様４）インクが噴射されるオリフィスを含むイ
ンクジェット・プリンタ用のプリントヘッドを操作する
方法において、ある質量のインクに速度を与えるステッ
プと、前記第２の表面において、前記第２の表面と平行
な第１の線形寸法および前記第２の表面と平行で前記第
１の線形寸法と垂直な第２の線形寸法を有する開口部を
含むオリフィスから前記質量のインクを噴射させるステ
ップを含むプリントヘッドの動作方法であって、前記第
１の線形寸法は、前記第２の線形寸法よりも大きく、前
記第２の表面における前記オリフィスの前記開口部はさ
らに、一点において前記第２の寸法の距離だけ間隔をお
いて配置され、他のすべての点において前記第２の寸法
の前記最小値よりも大きい距離だけ間隔をおいて配置さ
れた、前記第２の表面の第１および第２の交差しないエ
ッジによって画定されるインクジェット・プリンタ用の
プリントヘッドを操作する方法。 （実施態様５）前記質量のインクを噴射する前記段階が
さらに前記第２の表面において、第１の幾何学的形状を
有する第１の開口部および、前記第１の表面において、
第２の幾何学的形状を有する第２の開口部を含むステッ
プを含み、前記第１の幾何学的形状と前記第２の幾何学
的形状が一致せず異なることを特徴とする、前項４に記
載のプリントヘッドを操作する方法。 （実施態様６）インクジェット・プリンタ用のプリント
ヘッドの製造方法において、第１の表面および前記第１
の表面と略平行である第２の表面およびそこを通って前
記第１の表面から前記第２の表面へと延びる少なくとも
１つのオリフィスを有するオリフィスプレートを形成
し、前記オリフィスは、前記第２の表面において、前記
第２の表面と平行な第１の線形寸法および前記第２の表
面と平行で前記第１の線形寸法と垂直な第２の線形寸法
で形成される開口部を含み、前記第１の線形寸法は、前
記第２の線形寸法よりも大きく、前記開口部は、一点に
おいて前記第２の寸法の距離だけ間隔をおいて配置さ
れ、他のすべての点において前記第２の寸法よりも大き
い距離だけ間隔をおいて配置された前記第２の表面の少
なくとも第１および第２の非交差のエッジによって画定
されるものであり、前記オリフィスプレートの前記第１
の表面に、それによってインクが前記少なくとも１つの
オリフィスの前記開口部から噴射されるインク噴射器を
取り付けることを含むインクジェットプリンタ用のプリ
ントヘッドの製造方法。 （実施態様７）前記取り付ける段階がさらに前記少なく
とも１つのオリフィスと連結した所定のチャンバ形状の
インク噴出チャンバを形成する段階を含み、前記所定の
チャンバ形状が、前記インク噴出チャンバの前記チャン
バ形状の一部に合う少なくとも第１の部分および前記第
１の開口部の第１の幾何学的形状の一部に合う少なくと
も第２の部分を有する形状に形成されていることを特徴
とする前項６に記載のインクジェット・プリンタ用のプ
リントヘッドの製造方法。 （実施態様８）オリフィスプレートを形成する前記ステ
ップがさらに、前記第２の表面において、第１の幾何学
的形状を有する第１の開口部および、前記第１の表面に
おいて、第２の幾何学的形状を有する第２の開口部を含
む段階を含み、前記第１の幾何学的形状と前記第２の幾
何学的形状が一致せず異なることを特徴とする、前項６
に記載のインクジェット・プリンタ用のプリントヘッド
の製造方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】オリフィスプレートを形成するマンドレルと当
該マンドレル上に形成されたオリフィスプレートの断面
図。

【図２】従来のプリントヘッドの断面図。

【図３】図２のオリフィスプレートの平面図。

【図４】従来のプリントヘッドの断面図。

【図５】プリント機構のインク滴−メニスカスの系の理
論モデルを示す図。

【図６】インク噴射後のインク滴の形状を示す図。

【図７Ａ】従来のオリフィスプレートの平面図。

【図７Ｂ】本発明のオリフィスプレートの平面図。

【図８】本発明の一実施例であるオリフィスプレートの
平面図。

【図９Ａ】従来のプリントヘッドによるプリント結果を
示す図。

【図９Ｂ】本発明の一実施例によるプリント結果を示す
図。

【図１０】本発明の構成を解析した図。

【図１１】本発明の構成を解析した図。

【図１２】本発明の他の実施例であるオリフィスプレー
トの平面図。

【符号の説明】

１０７：オリフィスプレート ２０１：加熱抵抗素子 ２０７、１２０５：インク発射チャンバ １００１：オリフィス開口部 ３０１、１２０７、１２０９：インクチャネル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクが噴射されるオリフィスを含むイン
   クジェット・プリンタ用のプリントヘッドにおいて、イ
   ンク噴射器とオリフィスプレートを含み、前記オリフィ
   スプレートは、前記オリフィスプレートを貫通して、前
   記オリフィスプレートの前記インク噴射器と逆側の第１
   の表面から前記第１の表面と前記オリフィスプレートの
   第２の表面まで延長した少なくとも１つのオリフィスを
   有し、前記オリフィスは、前記第２の表面と平行な第１
   の線形寸法を備え、前記第２の表面に平行で前記第１の
   線形寸法に垂直な第２の線形寸法を備える開口を有する
   ものであり、前記第１の線形寸法は、前記第２の線形寸
   法より大きいものであり、前記第２の表面における前記
   オリフィスの前記開口はさらに前記第２の表面の少なく
   とも第１と第２の非交差エッジによって画定され、これ
   らエッジは、一点において前記第２の線形寸法の距離だ
   け間隔があいており、残りの点位置においては前記第２
   の線形寸法の最小寸法より大きい距離だけ間隔があいて
   いることを特徴とするインクジェットプリンタ用プリン
   トヘッド。