(57)【要約】【課題】  インクに加えられるエネルギー量の変化なしに複数サイズのインク滴を印刷することができるインクジェット・プリントヘッドを提供する。【解決手段】  インクジェット・プリントヘッドは、第１の量を有するインク滴を噴射するための第１の直径を有する第１ノズル（１０）と、第２の量を有するインク滴を噴射するための第２の直径を有する第２ノズル（１２）とを有する。第１の直径は第２の直径よりも大きく、かつ、第１の量は第２の量よりも多い。第１及び第２のヒータ−スイッチペアは、プリントヘッドの基板上で並列に接続される。第１のヒータ−スイッチペアは、対応する第１ノズルに隣接する第１ヒータ（１４）を含み、第２のヒータ−スイッチペアは、対応する第２ノズルに隣接する第２ヒータ（１６）を含む。第１スイッチ（１８）の面積は第２スイッチ（２０）の面積よりも大きい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷媒体に向けて噴射されるインク滴が通る複数のノズルを有するインクジェット・プリントヘッドであって、
前記複数のノズルが、第１の量を有するインク滴を噴射するための第１の直径を有する第１ノズルと、第２の量を有するインク滴を噴射するための第２の直径を有する第２ノズルとを含み、前記第１の直径が前記第２の直径よりも大きく、かつ、前記第１の量が前記第２の量よりも多く、
該プリントヘッドが、
複数の前記ノズルを有するノズルプレートと、
該ノズルプレートに近接して配置された基板と、
該基板上に配置され前記第１ノズルに近接する第１ヒータであって、該各第１ヒータが対応する前記第１ノズルと結合し、該各第１ヒータが電気的な抵抗材料を含み、かつ、第１の電流が前記電気的な抵抗材料を通って実質的に第１の方向に流れる際に熱を発生する、第１ヒータと、
前記基板上に配置され前記第１ヒータに近接する第１スイッチングデバイスであって、該各第１スイッチングデバイスが対応する前記第１ヒータに電気的に直列に接続され、該各第１スイッチングデバイスが前記基板上における第１スイッチの面積を占める、第１スイッチングデバイスと、
前記基板上に配置され前記第２ノズルに近接する第２ヒータであって、該各第２ヒータが対応する前記第２ノズルと結合し、該各第２ヒータが電気的な抵抗材料を含み、かつ、第２の電流が前記電気的な抵抗材料を通って実質的に前記第１の方向に流れる際に熱を発生する、第２ヒータと、
前記基板上に配置され前記第２ヒータに近接する第２スイッチングデバイスであって、該各第２スイッチングデバイスが対応する前記第２ヒータに電気的に直列に接続され、該各第２スイッチングデバイスが前記基板上における第２スイッチの面積を占める、第２スイッチングデバイスとを含み、
前記第１スイッチの面積が前記第２スイッチの面積よりも大きい、インクジェット・プリントヘッド。
【請求項２】
第１のヒータ電気抵抗を有する前記各第１ヒータと、第２のヒータ電気抵抗を有する前記各第２ヒータとを含み、
前記第１のヒータ電気抵抗が前記第２のヒータ電気抵抗よりも小さい、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
第１のスイッチ電気抵抗を有する前記各第１スイッチングデバイスと、第２のスイッチ電気抵抗を有する前記各第２スイッチングデバイスとを含み、
前記第１のスイッチ電気抵抗が前記第２のスイッチ電気抵抗よりも小さい、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
印刷媒体に向けて噴射されるインク滴が通る複数のノズルを有するインクジェット・プリントヘッドであって、
前記複数のノズルが、第１の量を有するインク滴を噴射するための第１の直径を有する第１ノズルと、第２の量を有するインク滴を噴射するための第２の直径を有する第２ノズルとを含み、前記第１の直径が前記第２の直径よりも大きく、かつ、前記第１の量が前記第２の量よりも多く、
該プリントヘッドが、複数の前記ノズルを有するノズルプレートと、該ノズルプレートに近接して配置された基板と、第１ヒータ−スイッチペアと、第２ヒータ−スイッチペアとを含み、
前記第１ヒータ−スイッチペアが、
前記基板上に配置され前記第１ノズルに近接する第１ヒータであって、該各第１ヒータが対応する前記第１ノズルと結合し、該各第１ヒータが前記基板上における第１ヒータの面積を占める電気的な抵抗材料を含み、第１の電流が当該各第１ヒータを通って流れる際に、該各第１ヒータが第１のヒータ電圧降下を発現する、第１ヒータと、
該第１ヒータに近接して前記基板上に配置され、かつ、前記第１ヒータに電気的に直列に接続された第１スイッチングデバイスであって、前記第１の電流が当該各第１スイッチングデバイスを通って流れる際に、該各第１スイッチングデバイスが第１のスイッチングデバイス電圧降下を発現する、第１スイッチングデバイスとを含み、
前記第２ヒータ−スイッチペアが、
前記基板上に配置され前記第２ノズルに近接する第２ヒータであって、該各第２ヒータが対応する前記第２ノズルと結合し、該各第２ヒータが前記基板上における第２ヒータの面積を占める電気的な抵抗材料を含み、第２の電流が当該各第２ヒータを通って流れる際に、該各第２ヒータが第２のヒータ電圧降下を発現する、第２ヒータと、
該第２ヒータに近接して前記基板上に配置され、かつ、前記第２ヒータに電気的に直列に接続された第２スイッチングデバイスであって、前記第２の電流が当該各第２スイッチングデバイスを通って流れる際に、該各第２スイッチングデバイスが第２のスイッチングデバイス電圧降下を発現する、第２スイッチングデバイスとを含み、
前記第１ヒータ−スイッチペアが、前記第２ヒータ−スイッチペアに電気的に並列に接続され、前記第１ヒータの面積が前記第２ヒータの面積よりも大きく、前記第１のスイッチングデバイス電圧降下が前記第２のスイッチングデバイス電圧降下に実質的に等しい、インクジェット・プリントヘッド。
【請求項５】
印刷媒体に向けて噴射されるインク滴が通る複数のノズルを有するインクジェット・プリントヘッドであって、
前記複数のノズルが、第１の量を有するインク滴を噴射するための第１の直径を有する第１ノズルと、第２の量を有するインク滴を噴射するための第２の直径を有する第２ノズルとを含み、前記第１の直径が前記第２の直径よりも大きく、かつ、前記第１の量が前記第２の量よりも多く、
該プリントヘッドが、
複数の前記ノズルを有するノズルプレートと、
該ノズルプレートに近接して配置された基板と、
第１ヒータ−スイッチペアであって、該第１ヒータ−スイッチペアにわたる第１の電圧を供給する第１の電圧源に接続された第１ヒータ−スイッチペアと、
第２ヒータ−スイッチペアであって、該第２ヒータ−スイッチペアにわたる第２の電圧を供給する第２の電圧源に接続され、該第２の電圧が前記第１の電圧よりも小さい第２ヒータ−スイッチペアとを含み、
前記第１ヒータ−スイッチペアが、
前記基板上に配置され前記第１ノズルに近接する第１ヒータであって、該各第１ヒータが対応する前記第１ノズルと結合し、該各第１ヒータが前記基板上における第１ヒータの面積を占める電気的な抵抗材料を含み、該各第１ヒータが第１の電気抵抗を有する、第１ヒータと、
前記第１ヒータに近接して前記基板上に配置され、かつ、前記第１ヒータに電気的に直列に接続された第１スイッチングデバイスとを含み、
前記第２ヒータ−スイッチペアが、
前記基板上に配置され前記第２ノズルに近接する第２ヒータであって、該各第２ヒータが対応する前記第２ノズルと結合し、該各第２ヒータが前記基板上において前記第１ヒータの面積よりも小さな第２ヒータの面積を占める電気的な抵抗材料を含み、該各第２ヒータが、前記第１の電気抵抗と実質的に等しい第２の電気抵抗を有する、第２ヒータと、
前記第２ヒータに近接して前記基板上に配置され、かつ、前記第２ヒータに電気的に直列に接続された第２スイッチングデバイスとを含む、インクジェット・プリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して複数サイズのインク滴を印刷するインクジェット・プリントヘッドに関する。更に詳細には、本発明は、複数サイズの加熱要素とスイッチング・トランシスタとを有し複数サイズのインク滴を印刷するインクジェット・プリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質の印刷出力と妥当なコストのために、インクジェット・プリンタの市場は現在拡大しつつある。インクジェット・プリンタの市場の要求が成長すると、改善された画質の予想はその要求のようになる。インクジェット・プリンタの設計の目的は、写真のような連続トーンの画像をもった画質に近づく画質を達成することである。写真品質の画像を達成する一つのアプローチは、インクジェット・プリンタが作る無彩色スケールレベルの数を増加させることである。
【０００３】
インクジェット・プリンタは、プリントヘッド内のノズルからのインク滴を噴射することによって紙上に画像を形成する。プリントヘッド内の加熱要素はインクを加熱し、ノズルからのインクに力を作用する泡を形成させる。複数サイズのインク滴の組合せを用いて画素を印刷することによって、インクジェット・プリンタによって作られる無彩色スケールレベルの数を増加させることができる。
【０００４】
複数サイズのインク滴を作る一つのアプローチは、複数サイズのノズルから滴を噴射することである。しかしながら、ヒータ抵抗のサイズにおいて対応する調整を行なわないで複数のノズルサイズを用いることは、エネルギー効率がよくない。ノズルから噴射されるインク滴のサイズとの関係で加熱要素のサイズを調整することによって、複数サイズの滴は更にエネルギー効率のよい方法で達成される。
【０００５】
しかしながら、インクジェット・プリントヘッドの加熱要素サイズを変えることは、インクに伝えられるエネルギーに望ましくない変化を引起す。エネルギーにおけるこれらの変化は、印刷画像の品質全体を低減させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、インクに加えられるエネルギー量における望ましくない変化なしに、複数サイズのインク滴を印刷することができるインクジェット・プリントヘッドが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の及び他の必要性は、印刷媒体に向けてインク滴を噴射するための複数のノズルを有するインクジェット・プリントヘッドによって満たされる。複数のノズルは、第１の量を有するインク滴を噴射するための第１の直径を有する第１ノズルと、第２の量を有するインク滴を噴射するための第２の直径を有する第２ノズルとを含む。第１の直径は第２の直径よりも大きく、かつ、第１の量は第２の量よりも多い。プリントヘッドは、複数のノズルを含むノズルプレートとノズルプレートに近接して配置される基板とを備える。
【０００８】
第１ヒータは第１ノズルに近接して基板上に配置され、各第１ヒータは対応する第１ノズルに結合される。各第１ヒータは、基板上において第１ヒータの面積が占める電気的な抵抗材料からなり、かつ、第１のヒータ電気抵抗を有する。第１の電流が電気的な抵抗材料を通って実質的に第１の方向に流れる際に、各第１ヒータは熱を発生する。第１のスイッチ電気抵抗を有する第１スイッチングデバイスは、対応する第１ヒータに直列に接続される。
【０００９】
第２ヒータは第２ノズルに近接して基板上に配置され、各第２ヒータは対応する第２ノズルに結合される。各第２ヒータは、基板上において第２ヒータの面積が占める電気的な抵抗材料からなり、かつ、第２のヒータ電気抵抗を有する。第２の電流が電気的な抵抗材料を通って実質的に第１の方向に流れる際に、各第２ヒータは熱を発生する。第２スイッチングデバイスは、基板上において近接する第２ヒータに電気的に直列に配置される。第１ヒータはそれぞれ、第１の方向における第１ヒータの長さと、第１の方向に直交する第２の方向における第１ヒータの幅とによって画成される基板上における第１ヒータの面積を占める。第２ヒータはそれぞれ、第１の方向における第２ヒータの長さと第２の方向における第２ヒータの幅とによって画成される基板上における第２ヒータの面積を占める。
【００１０】
本発明の好適な実施態様では、第１のヒータ電気抵抗は第２のヒータ電気抵抗より小さく、第１のスイッチ電気抵抗は第２のスイッチ電気抵抗より小さい。
本発明の他の実施態様では、各第１スイッチングデバイスにわたる電圧降下は、各第２スイッチングデバイスにわたる電圧降下に実質的に等しい。
また、本発明の好適な実施態様では、第２ヒータの幅は第１ヒータの幅より狭く、第２ヒータの長さは第１ヒータの長さより長く、第２ヒータの面積は第１ヒータの幅より小さい。
【発明の効果】
【００１１】
この本発明の特徴は、インクに加えられるエネルギー量におけるノズルからノズルへの望ましくない変化を低減する。ノズルからインクを放出するのに加えられるエネルギーにおけるノズルからノズルへの変化を低減させることによって、本発明は印刷品質を相当に高める。
【００１２】
ヒータの面積は、それが結合するノズルからインクを放出するためにヒータによって発生する熱エネルギーに比例するので、ヒータ面積をノズル直径に関連付けることによって、インクへの熱エネルギーのより効率的な移動が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の更なる利点は、図面と共に考察した際に好適な実施態様の詳細な説明を参照することによって明らかになり、これらの図面は、一定の尺度で描かれておらず、同様の参照文字は、幾つかの図面を通して同様の又は同類の要素を示す。
【００１４】
図１には、左側カラム６と右側カラム８に配列されたノズル列を備えたノズルプレート２を有するインクジェット・プリントヘッドが示される。図２は、ノズルプレート２におけるノズル列の拡大図を示す。ノズル列は第１ノズル１０と第２ノズル１２とを含み、カラム６と８の各々において、第１のノズル１０の位置と第２のノズル１２の位置とは交互になっている。左側カラム６の各第１ノズル１０は右側カラム８の第２ノズル１２と水平位置が一致しており、右側カラム８の各第１ノズル１０は左側カラム６の第２ノズル１２と水平位置が一致している。本発明の好適な実施態様では、各カラム内における隣接するノズル間の垂直間隔は、１／６００インチである。
【００１５】
図２に示すように、第１ノズル１０は、第２ノズル１２の直径Ｄ２より大きな直径Ｄ１を有する。以下、第１ノズル１０と第２ノズル１２は、大ノズル１０と小ノズル１２と記す。以下においてより詳細に議論するように、直径Ｄ１とＤ２は、ノズルから噴射されるインク滴の量を基にして決定される。
【００１６】
本発明の好適な実施態様では、大ノズル１０は、それぞれが約６ナノグラム（ｎｇ）の量を有するインク滴を噴射し、小ノズル１２は、それぞれが約２ｎｇの量を有するインク滴を噴射する。表１に示す大小のインク滴の組合せを使用することにより、本発明は８つの異なるドット密度を有する画素を印刷する。大ノズルと小ノズルは各垂直位置において水平位置が一致しているので、プリントヘッド１が紙を横切る間に、紙をプリントヘッド１に対して垂直に移動させる必要ないしに、大きな滴と小さな滴とが単一の画素位置に印刷できる。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１に示されるように、画素当たり３つのビットが８つのドット密度レベルを示している（２３＝８）。状態１はブランク画素であり、インクは噴射されない。状態２は最も淡く印刷されたグレースケールレベルであって、画素位置において単一の２ｎｇ滴の噴射によって達成される。状態３は同一の画素位置において二つの２ｎｇの滴を印刷することによって達成され、その結果、４ｎｇのインクによって形成された画素が得られる。状態３では、プリントヘッド１が最初に紙を横切って通過する間に第１の滴が印刷され、２回目に通過する間に第２の滴が印刷される。状態４は、画素位置において単一の６ｎｇの滴を印刷することによって達成される。状態５の画素は、プリントヘッド１の単一通過の間における２ｎｇの滴と６ｎｇの滴の噴射によって印刷される８ｎｇのインクによって形成される。表１を更に参照すると、状態６、７及び８は、プリントヘッド１が２回通過する間に印刷され、１０、１２及び１４ｎｇのインクによってそれぞれ形成される画素を示す。
【００１９】
インクジェット・プリントヘッド１の半導体基板４に形成された形状を、図３に示す。図４の断面図に示すように、基板４はノズルプレート２の下に配置される。電気的な抵抗材料の方形状の小片からなる第１ヒータ１４と第２ヒータ１６とが、基板上に配設される。本発明の好適な実施態様では、第１と第２のヒータ１４、１６は、約２８オーム／スクエアーのシート抵抗を有するＴａＡｌの薄いフィルムから形成される。ヒータ１４と１６を通って電流が流れる際に、これらは熱を発生する。ヒータ１４及び１６の直上にあるチャンバに、インクビア２２を通ってインクが供給される。ヒータ１４又は１６によってインクが加熱される際に、ノズル１０又は１２からインクを放出するインク泡が形成される。
【００２０】
小ノズル１２は小さなインク滴を噴射するので、インクを放出するのに小さな泡が必要である。ヒータの表面に特定のエネルギー密度が与えられ、ヒータによって形成されるインク泡のサイズは、ヒータのサイズに比例する。図３に示されるように、本発明の第２ヒータ１６は、第１ヒータ１４よりも面積が小さい。第１ヒータ１４は長さＬＨ１と幅ＷＨ１を有し、好適な実施態様では、約４４１平方ミクロンの面積を画成する。第２ヒータ１６は、長さＬＨ２と幅ＷＨ２によって画成される約２７６平方ミクロンの面積を有する。第１と第２のヒータ１４、１６はまた、以下において大ヒータ１４と小ヒータ１６と記す。同一のエネルギー密度が与えられると、大ヒータ１４は、小ヒータ１６が形成するよりも大きなインク泡を形成する。この設計は、両方のノズルサイズに対して単一のヒータサイズを用いる設計よりもエネルギー効率が高い。
【００２１】
電気的及び熱力学的に両立されるべき大ヒータ１４と小ヒータ１６に対して、これらは同一のエネルギー密度と電力密度とで作動しなければならない。また、下記においてより詳細に議論するように、大ヒータ１４と小ヒータ１６を同一の電圧源に接続するのが望ましい。一般に、大ヒータ１４によって発生する電力密度は、
ＰＤ１＝（Ｉ１２×ＲＨ１）／（Ａ１）                      （１）
で規定され、ここで、Ｉ１はアンペアーで表わされる大ヒータ１４を通る電流であり、ＲＨ１はオーム表わされる大ヒータ１４の抵抗であり、Ａ１は大ヒータ１４の面積である。同様に、小ヒータ１４によって発生する電力密度は、
ＰＤ２＝（Ｉ２２×ＲＨ２）／（Ａ２）                      （２）
で規定され、ここで、Ｉ２はアンペアーで表わされる小ヒータ１６を通る電流であり、ＲＨ２はオーム表わされる小ヒータ１６の抵抗であり、Ａ２は小ヒータ１６の面積である。ここで、ＰＤ１とＰＤ２とがほぼ等しいとすると、以下の関係を満たさなければ成らない。
（Ｉ１２×ＲＨ１）／（Ａ１）≒（Ｉ２２×ＲＨ２）／（Ａ２）    （３）
かつ、
（Ａ２／Ａ１）≒（Ｉ２２×ＲＨ２）／（Ｉ１２×ＲＨ１）        （４）
前述のように、ヒータ面積の比Ａ２／Ａ１は、大きな泡と小さな泡を形成するのに必要な相対的なエネルギーによって決定される。
【００２２】
本発明の好適な実施態様によれば、大ヒータ１４の電気抵抗ＲＨ１に対して小ヒータ１６の電気抵抗ＲＨ２を補正することによって、式（４）の関係が満たされる。この補正は、シート抵抗に対する
Ｒ∝（ヒータ長さ）／（ヒータ幅）                  （５）
の事実を利用することによって行なわれる。したがって、ＲＨ２は、小ヒータ１６の所望の面積Ａ２を維持しつつ
ＷＨ２<ＬＨ２                                        （６）
とすることにより増加する。本発明の好適な実施態様では、ＷＨ２は１１．７５ミクロンであり、かつ、ＬＨ２は２３．５ミクロンであり、その結果、面積Ａ２は２７６平方ミクロンとなる。好ましくは、各大ヒータ１４に対して、ＷＨ１とＬＨ１は２１ミクロンであり、その結果、面積Ａ１は４４１平方ミクロンとなる。したがって、抵抗ＲＨ２は、
ＲＨ２＝{（ヒータ長さ）／（ヒータ幅）}×（シート抵抗）
＝{２３．５ミクロン／１１．７ミクロン}×（２８オーム／スクエア−）
＝５６オーム                                          （７）
によって決定される。大ヒータ１４は正方形なので、ＲＨ１は単に２８オームである。
【００２３】
プリントヘッド１上のヒータ１４と１６に選択的に電圧を加えるためのスイッチング回路の概略図が、図５ａに示される。第１のヒータ−スイッチペア１７は、第２のヒータ−スイッチペア１９と並列に接続される。第１のヒータ−スイッチペア１７の各々は、第１スイッチングデバイス１８と直列の第１ヒータ１４の一つを含む。第２のヒータ−スイッチペア１９の各々は、第２スイッチングデバイス２０と直列の第２ヒータ１６の一つを含む。好適な実施態様では、第１及び第２のスイッチングデバイス１８及び２０は、基板４上に形成されたＭＯＳＦＥＴデバイスである。図５ａに示されるように、ヒータ−スイッチペア１７及び１９は同一の電圧源Ｖｄｄに接続される。
【００２４】
ＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイス１８の一つのゲート２４に、１０〜１２ボルトの電圧Ｖｇｓが印加されると、デバイス１８が動作可能となる。動作可能になると、デバイス１８は、デバイス１８とヒータ１４を通って電流Ｉ１が流れるのを許容する。大きなインク滴を噴射するための熱を発生するのは、電流Ｉ１の流れに対する第１ヒータの抵抗ＲＨ１である。このように、デバイス１８が動作可能となると、それは、ヒータ１４を作動させるために電流が流れる閉られたスイッチのように作用する。しかしながら、図５ｂに示されるように、動作可能になるとデバイス１８は限定された抵抗ＲＳ１を有する。電流Ｉ１が流れると、大ヒータ１４にわたる電圧降下ＶＨ１が発現し、抵抗ＲＳ１にわたる電圧降下ＶＳ１が発現する。
【００２５】
同様に、ＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイス２０の一つのゲート２６に、電圧Ｖｇｓが印加されると、デバイス２０が動作可能となる。動作可能になると、デバイス２０は、デバイス２０とヒータ１６を通って電流Ｉ２が流れるのを許容する。このように、デバイス２０が動作可能となると、ヒータ１６が作動する。小ヒータ１６にわたる電圧降下はＶＨ２である。デバイス２０は、電圧降下ＶＳ２がそれにわたって発現する限定された抵抗ＲＳ２を有する。
【実施例１】
【００２６】
図５ａと５ｂに示される回路は発明の一つの実施例を例示する目的で簡略化されていることが、認識されるであろう。本発明を組込んだプリントヘッドは、典型的には、図５ａに示される以外のスイッチングデバイスを含む。例えば、他のスイッチングデバイスは、多重プリンタ信号を復調するためのロジック回路に含まれていてもよい。このような回路は、典型的には、プリンタコントローラからプリントヘッドに印刷信号を送信するのに必要なＩ／Ｏ信号ラインの数を減少するために組込まれる。しかしながら、これら他のスイッチング回路は、ここで説明するような本発明の操作にかなりの影響を与えるようなことはない。したがって、このような回路の詳細な説明は、本発明の理解に必要ではない。
【００２７】
インクジェット・プリントヘッドの設計における一つの目的は、ヒータからヒータへの電力変化を最小にすることである。同じサイズのヒータによって生成されるインク泡のサイズが配列にわたって一致するように、各大ヒータ１４は他の全ての大ヒータ１４と同じ電力を消費し、かつ、各小ヒータ１６は他の全ての小ヒータ１６と同じ電力を消費する。インク泡を生成するための熱の発生において、同じサイズのヒータが異なる電力量を消費すれば、インク滴のサイズに望ましくない変化が生じる。インク滴のサイズにおけるこのような変化は、印刷品質を低下させる結果となる。
【００２８】
大ヒータと小ヒータの両方において、全てのヒータ１４及び１６にわたる電圧降下をほぼ等しくすることによって、本発明はヒータからヒータへの消費電力における変化を最小にする。ヒータ−スイッチペア１７と１９は並列に接続されるので、ヒータ１４と１６にわたる電圧降下を等しくするにはスイッチングデバイス１８と２０にわたる電圧降下を等しくする必要がある。この設計目的は、本発明の好適な実施態様において、スイッチ抵抗ＲＳ１とＲＳ２とを下記の関係とすることによって達成される。
ＲＳ１／ＲＳ２≒ＲＨ１／ＲＨ２                            （８）
ＲＨ１とＲＨ２の例示的な値は２８オームと５６オームであると従前においてそれぞれ決定されたので、式（７）の関係は、
ＲＳ１／ＲＳ２≒２８Ω／５６Ω＝０．５                （９）
となる。
【００２９】
一般に、スイッチングデバイス１８及び２０のようなＭＯＳＦＥＴデバイスの抵抗は、そのソース抵抗、ドレイン抵抗及びチャネル抵抗の合計である。ＭＯＳＦＥＴデバイスのソース及びドレインの抵抗は、デバイスのソース−ドレインの線幅によって少なくとも一部が決定される。下記において詳細に説明するように、本発明の好適な実施態様は、第１と第２のスイッチングデバイス１８及び２０のソース−ドレインの線幅を補正することによって式（９）の関係を達成する。
【００３０】
本発明の実施態様による、基板４上の隣接する第１と第２のＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイス１８及び２０の構造は、図６に示される。第１スイッチングデバイス１８は、幅Ｃを有するチャネル３２によってドレイン部３０から分離されたソース部２８を含む。第１スイッチングデバイス１８のソース−ドレインの線幅はＷＬ１で表わされ、第１スイッチングデバイス１８のチャネル長さはＬＳ１で表わされる。第２スイッチングデバイス２０は、チャネル３２によってドレイン部３６から分離されたソース部３４を含む。第２スイッチングデバイス２０のソース−ドレインの線幅とチャネル長さは、それぞれＷＬ２とＬＳ２で表わされる。
【００３１】
好ましくは、図２及び３に示されるように、近接するノズルとヒータは、垂直方向において１／６００インチ離間する。したがって、図６に示すように、スイッチングデバイス１８及び２０の隣接するペアが占める全幅は、２／６００インチ、すなわち約８４．７μｍである。この全幅は、
ＷＳ１＋ＷＳ２＝８４．７μｍ                          （１０）
によって割当てられ、ここで、
ＷＳ１＝４（ＷＬ１）＋４（Ｃ）                        （１１）
及び、
ＷＳ２＝４（ＷＬ２）＋４（Ｃ）                        （１２）
である。式（１０）、（１１）及び（１２）に基づいて、Ｃが２．５μｍであれば、ＷＬ１とＷＬ２との間の望ましい関係は、
ＷＬ１＋ＷＬ２＝１６．２μｍ                          （１３）
として表わされる。
【００３２】
図７は、式（９）及び（１３）の要求を満たす、好適なＭＯＳＦＥＴデバイス１８及び２０の概略的な解を示す。シミュレーション結果のよれば、ＷＬ１とＷＬ２の好適な値は、それぞれ１３．１と３．１μｍである。また、図７に示すように、ＬＳ１が約８００μｍに等しいときに、ＲＳ１の最小値４．３Ωが得られている。ＲＳ１が４．３Ωに等しければ、ＲＳ２が８．６に等しい場合に式（９）の関係が満たされる。図７について続けて述べると、ＲＳ２が８．６Ωに等しいときに、ＬＳ２が約５７０μｍとなる。そこで、式（１１）と（１２）によれば、ＷＳ１とＷＳ２は、それぞれ約６２．３μｍと２２．４μｍとなる。したがって、スイッチングデバイス１８及び２０の好適な実施態様に対する寸法値は、以下のようになる：ＷＬ１≒１３．１μｍ、ＷＬ２≒３．１μｍ、ＷＳ１≒６２．３μｍ、ＷＳ２≒２２．４μｍ、ＬＳ１≒８００μｍ、ＬＳ２≒５７０μｍ及びＣ≒２．５μｍ。
【実施例２】
【００３３】
図８ａに示す本発明の他の実施例では、第１及び第２の電圧源、Ｖｄｄ１とＶｄｄ２は、第１と第２のヒータ−スイッチペア１７及び１９を駆動するために与えられる。この実施態様では、第１のヒータ−スイッチペア１７は第１電圧源Ｖｄｄ１に対して並列に接続され、かつ、第２のヒータ−スイッチペア１９は第２電圧源Ｖｄｄ２に対して並列に接続される。異なる電圧源を用いて、ＲＨ２対して抵抗ＲＨ１を調整するのではなく電圧Ｖｄｄ２に対して電圧Ｖｄｄ１を調整することによって、ヒータ１４と１６によって発生する熱エネルギーがインク滴のサイズに合せて調整される。第２ヒータが作動すると、第１ヒータ１４が発生するより少ない熱エネルギーを第２ヒータ１６が発生するように、電圧Ｖｄｄ２は電圧Ｖｄｄ１より小さいのが好ましい。
【００３４】
この第２の実施例によれば、ヒータ１４及び１６は共に正方形であって、したがって同じ抵抗（ＲＨ１＝ＲＨ２）を有していてもよい。しかしながら、第１の実施態様のように、第２の実施例におけるヒータ１４と１６の面積は、好ましくは、４４１及び２７６平方ミクロンにそれぞれ維持される。上記で議論したように、このことは、二つの異なるサイズのインク滴を発生するための最も効率の高いエネルギー移動を提供する。好ましくは、第２の実施例の各大ヒータ１４に対して、ＷＨ１とＬＨ１は約２１ミクロンである。第２の実施例の各小ヒータ１６に対して、ＷＨ２とＬＨ２は好ましくは約１６．６ミクロンである。
【００３５】
垂直方向において交互に配置されたヒータ１４と１６を二つの異なる電圧源Ｖｄｄ１とｄｄ２に接続する第２の実施例の配線形状は、図９に示される。電圧源Ｖｄｄ１に接続される第１金属バス３８は、好ましくは、ヒータ１４及び１６と同じチップ層に位置する。バス３８は、大ヒータ１４の一方端に電圧Ｖｄｄ１を印加する金属トレース３８ａに接続される。大ヒータ１４の他方端は、同じ層にある金属トレース３８ｂに接続される。金属トレース３８ｂは、大ヒータ１４の下層に位置する第１スイッチングデバイス１８のドレイン４２に、バイアス４０を介して接続される。
【００３６】
第２金属バス４４は、電圧源Ｖｄｄ２に接続される。バス４４は、好ましくは、スイッチングデバイス１８及び２０を含む層のような、ヒータ１４及び１６を含む層の下のチップ層に位置する。バス４４は、ヒータ１４及び１６と同じ層に位置する金属トレース４６ａにバイアス４５を介して接続される。トレース４６ａは、小ヒータ１６の一方端に接続される。したがって、小ヒータ１６の一方端にバス４４、バイアス４５及びトレース４６ａを介して電圧Ｖｄｄ２が印加される。金属トレース４６ｂもヒータ１４及び１６と同じ層に位置し、小ヒータ１６の他方端に接続される。金属トレース４６ｂは、好ましくは第１スイッチングデバイス１８と同じ層に位置する第２スイッチングデバイス２０のドレイン５０に、バイアス４８を介して接続される。第１スイッチングデバイス１８のソース５２とゲート５４、ならびに、第２スイッチングデバイス２０のソース５６とゲート５８もまた、図９に示される。
【００３７】
このように、二つの金属層のみを用いて、図９の配線形状が、垂直方向において交互に位置する大ヒータ１４と小ヒータ１６に、二つの別個の電圧源レールＶｄｄ１とＶｄｄ２を提供する。図９はヒータ配線結合構造の一部分を例示し、残りのヒータ列を形成するために、図９に示されるパターンが垂直方向において繰返されることが認識されるであろう。
【００３８】
本発明の実施態様において修飾及び／又は変更が行なわれることが、前述の説明及び添付図面から、企図されかつ当業者に明らかになるであろう。例えば、本発明は、式（９）の関係に限定されるものではない。本発明の利益は、スイッチングデバイスの抵抗について他の比率を用いることによって実現化されてもよい。また、本発明は、上記実施例で決定されたサイズに限定されるものではない。本発明は、インク滴のサイズ、ノズル直径、ノズルとノズルの間隔、ヒータのサイズ及びスイッチングデバイスのサイズを、他のサイズに適合するように見積もってもよい。したがって、上述の説明及び添付図面に示された実施例１および２は、好適な実施態様の単なる例示であり、これらに限定されるものではないこと、ならびに、本発明の真の意図及び範囲は添付の請求の範囲を参照して決定されることが明白に企図される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好適な実施態様によるインクジェット・プリントヘッド
【図２】本発明の好適な実施態様によるプリントヘッドにおけるノズルプレート中のヒータの配列を示す図
【図３】本発明の好適な実施態様によるプリントヘッドにおける基板上のヒータとスイッチングデバイスの配列を示す図
【図４】本発明の好適な実施態様によるノズルプレートと基板構造の断面図
【図５ａ】本発明の実施例１における選択的にヒータに電圧を加えるためのスイッチング回路の概略図
【図５ｂ】本発明の実施例１のスイッチング回路に導入された抵抗の概略図
【図６】本発明の好適な実施態様によるプリントヘッド基板上の、隣接する第１及び第２のＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイスの構造を示す図
【図７】二つのデバイス線幅におけるデバイス抵抗対デバイス長さを示す、ＭＯＳＦＥＴデバイスの一次シミュレーションに基づくグラフ
【図８ａ】本発明の実施例２の概略図
【図８ｂ】本発明の実施例２の概略図
【図９】本発明の実施例２のヒータ配線結合構造の一部分を例示した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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