(57)【要約】【課題】優れたインクジェット印刷ヘッドを提供する。【解決手段】インクジェット印刷ヘッドが提供される。この印刷ヘッドは、複数のノズルアセンブリと、複数のノズルアセンブリを覆うノズルプレートと、複数のノズルアセンブリにインクを供給するためのインク供給システムであって、ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備えた当該インク供給システムと、ノズルプレートの一部分に配置された少なくとも１つの圧力緩衝構造と、を備える。この圧力緩衝構造は、インク供給システム内のインクの圧力変動を緩衝する。【選択図】図１４
2011500374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルアセンブリと、
前記複数のノズルアセンブリを覆うノズルプレートと、
前記複数のノズルアセンブリにインクを供給するためのインク供給システムであって、前記ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備えた当該インク供給システムと、
前記ノズルプレートの前記一部分に配置され、それにより前記インク供給システム内のインクの圧力変動を緩衝する、少なくとも１つの圧力緩衝構造と、
を備えるインクジェット印刷ヘッド。
【請求項２】
前記少なくとも１つの圧力緩衝構造が、
前記ノズルプレートの前記一部分に画定された通気孔と、
前記通気孔を気密に覆う可撓性膜と、
を備える請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項３】
前記可撓性膜のヤング率が１０００ＭＰａ未満である請求項２に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項４】
前記可撓性膜がポリマー層で構成される請求項２に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項５】
前記ポリマー層が前記ノズルプレートを覆う請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項６】
前記ポリマー層が疎水性である請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項７】
前記ポリマー層が、酸化プラズマによる除去に対して抵抗性を有する、請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項８】
前記ポリマー層が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成される、請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項９】
前記インクジェット印刷ヘッドは、複数の前記圧力緩衝構造をさらに備え、
前記ポリマー層が、それぞれの通気孔を気密に覆うための複数の可撓性膜を画定する、
請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１０】
前記ノズルプレート１ｃｍ２当たり少なくとも１００個の圧力緩衝構造をさらに備える、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記ノズルアセンブリと前記圧力緩衝構造との距離が１００ミクロン未満である、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１２】
それぞれのノズルアセンブリは、
ノズル開口及びその中に画定されたインク入口を有し、前記インク入口がインク供給チャネルと流体連通するノズルチャンバと、
前記ノズル開口を通してインクを噴射するためのアクチュエータと、
を備える請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１３】
それぞれのノズルチャンバが、印刷ヘッド基板の表面上に形成され、
それぞれのノズルチャンバが、前記基板から離隔したルーフ、及び前記ルーフと前記基板の間に延びる側壁を備え、
前記ノズル開口が、前記ルーフ内に画定され、
それぞれのルーフが、ノズルプレートの一部分を画定する、
請求項１２に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１４】
前記ノズルチャンバが、複数の列として配列され、
ノズルチャンバのそれぞれの列が、前記列に隣接して縦に延びる関連するインク導管を有し、
前記インク導管が、前記ノズルプレートと前記基板の間に画定され、
前記インク導管が、前記少なくとも１つの導管壁によって少なくとも部分的に画定される、請求項１３に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１５】
前記インク導管が、複数の前記インクチャンバに、それぞれのノズルチャンバ内に画定された側壁インク入口を通してインクを供給する、請求項１４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１６】
前記インク導管が、１対の列で共有される、請求項１４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１７】
前記インク導管が、１つ又は複数のインク入口通路に接続され、
それぞれのインク入口通路が、前記インク導管から前記基板を通って延び、
それぞれのインク入口通路が、前記ノズルプレートと前記インク導管に対して実質的に垂直に延びる、請求項１４に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１８】
それぞれのインク入口通路は、前記ノズルプレート内のそれぞれ対応する圧力緩衝構造に対し位置調整される、請求項１７に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項１９】
それぞれのインク入口通路は、前記基板内に画定されたインク供給チャネルに接続され、前記インク供給チャネルが、前記基板の前記ノズルアセンブリとは反対側の面からインクを受け取る、請求項１７に記載のインクジェット印刷ヘッド。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上に形成された複数のノズルアセンブリであって、各ノズルアセンブリは、ノズル開口、及び前記ノズル開口を通してインクを噴射するためのアクチュエータを有する、当該複数のノズルアセンブリと、
前記アクチュエータのそれぞれに電気的に接続された駆動回路と、
前記複数のノズルアセンブリを覆うノズルプレートと、
前記複数のノズルアセンブリにインクを供給するためのインク供給システムであって、前記ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備えた当該インク供給システムと、
前記ノズルプレートの前記一部分に配置され、それにより前記インク供給システム内のインクの圧力変動を緩衝する、少なくとも１つの圧力緩衝構造と、
を備える印刷ヘッド集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタの分野に関し、具体的にはインクジェット印刷ヘッドの分野に関する。本発明は主に、高解像度印刷ヘッドの印刷品質及び信頼性を向上させるために開発された。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なるタイプの印刷が発明され、そのうちの多数が現在も使用されている。知られている印刷形態は、適切なマーキング媒体で印刷媒体にマークを付けるさまざまな方法を有する。一般的に使用される印刷形態には、オフセット印刷、レーザ印刷／複写装置、ドットマトリクス型インパクトプリンタ、感熱紙プリンタ、フィルムレコーダ、サーマルワックスプリンタ、染料昇華型プリンタ、ドロップオンデマンド型及び連続フロー型のインクジェットプリンタなどがある。費用、速度、品質、信頼性、構造及び動作の単純さなどを考えたとき、これらのタイプのプリンタはそれぞれ、それ自体の利点及び問題を有する。
【０００３】
近年、個々のそれぞれのインク画素を１つ又は複数のインクノズルから得るインクジェット印刷の分野が、主にその安価で汎用性のある性質のためにますます人気を集めている。
【０００４】
インクジェット印刷に関する多くの異なる技法が発明された。この分野を概観するためには、Ｊ  Ｍｏｏｒｅによる記事、「Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ」、Ｏｕｔｐｕｔ  Ｈａｒｄ  Ｃｏｐｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｒ  Ｄｕｂｅｃｋ及びＳ  Ｓｈｅｒｒ編、２０７〜２２０ページ（１９８８年）を参照されたい。
【０００５】
インクジェットプリンタ自体には、多くの異なるタイプがある。インクジェット印刷における連続インク流の利用は、少なくとも１９２９年まで遡るようであり、Ｈａｎｓｅｌｌの米国特許第１９４１００１号明細書は、単純な形態の連続流静電式インクジェット印刷を開示している。
【０００６】
Ｓｗｅｅｔの米国特許第３５９６２７５号明細書も、高周波静電界によってインクジェット流が、インク滴の分離を引き起こすように調節されるステップを含む、連続インクジェット印刷の方法を開示している。この技法は現在でも、Ｅｌｍｊｅｔ社及びＳｃｉｔｅｘ社を含むいくつかのメーカによって利用されている（Ｓｗｅｅｔ他の米国特許第３３７３４３７号明細書も参照されたい）。
【０００７】
圧電インクジェットプリンタも一般的に利用されているインクジェット印刷装置の一形態である。圧電システムは、ダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）動作モードを利用するＫｙｓｅｒ他の米国特許第３９４６３９８号明細書（１９７０年）、圧電結晶のスクイーズ（ｓｑｕｅｅｚｅ）動作モードを開示したＺｏｌｔｅｎの米国特許第３６８３２１２号明細書（１９７０年）、圧電動作のベンド（ｂｅｎｄ）モードを開示したＳｔｅｍｍｅの米国特許第３７４７１２０号明細書（１９７２年）、インクジェット流の圧電プッシュ（ｐｕｓｈ）モード作動を開示したＨｏｗｋｉｎｓの米国特許第４４５９６０１号明細書、及び剪断（ｓｈｅａｒ）モード型の圧電トランスデューサ要素を開示したＦｉｓｃｈｂｅｃｋの米国特許第４５８４５９０号明細書に開示されている。
【０００８】
最近、サーマル（ｔｈｅｒｍａｌ）インクジェット印刷が、極めて人気の高いインクジェット印刷形態となっている。サーマルインクジェット印刷技法は、Ｅｎｄｏ他の英国特許第２００７１６２号（１９７９年）及びＶａｕｇｈｔ他の米国特許第４４９０７２８号明細書に開示された技法を含む。上記の参照文献はともに、ノズルなどの狭められた空間内で気泡を発生させ、それによりこの狭い空間に接続された開口から適切な印刷媒体上にインクを噴射させる電熱アクチュエータの活動化に依存したインクジェット印刷技法を開示したものである。電熱アクチュエータを利用する印刷装置は、Ｃａｎｏｎ社、Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ社などのメーカによって製造されている。
【０００９】
以上のことから分かるとおり、多くの異なるタイプの印刷技術が使用可能である。理想的には、１つの印刷技術がいくつかの望ましい属性を有するべきである。これには、安価な構造及び動作、高速動作、安全な長期連続動作などが含まれる。それぞれの技術は、費用、速度、品質、信頼性、電力使用量、構造動作の単純さ、耐久性及び消耗部品の領域においてそれ自体の利点及び欠点を有する。
【００１０】
インクリザーバから何千もの多くのまとめられたノズルにインクを供給することは、高解像度ページ幅印刷における１つの特有な課題である。１つの問題は、ノズルが印刷を停止したときにインクの圧力サージを回避することである。印刷中に、それぞれのノズルは、ポンプのように動作し、それにより、それぞれのノズルチャンバにほとんど瞬時にインクが再充填される。親水性材料（例えば、窒化シリコン、二酸化シリコンなど）でノズルチャンバを形成することにより、印刷中にノズルチャンバを容易に再充填できるようになる。
【００１１】
しかしながら同じように、印刷中止時に、ノズル開口から印刷ヘッド面上にインクが溢出することがないということが重要である。この溢出（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）という性質は、印刷品質に対して悪影響を及ぼし、印刷ヘッド保守ステーションによる頻繁なクリーニングを必要とすることがある。比較的大量のインクが印刷中に印刷ヘッドのそれぞれのノズルに向かって移動する高解像度ページ幅印刷ヘッドにおいて、溢出は、特別な問題である。この移動する大量のインクはそれに応じた慣性を有しており、この慣性は、印刷中止時でさえ、インクがノズルから漏れ続ける原因となることがある。インク供給システム内のインクの運動量が大きくなると、溢出のリスクも高くなる。
【００１２】
このため、インク供給システムにおいてノズルに供給されているインクの圧力波を吸収する圧力緩衝構造が提案されている。本出願の出願人はこれまでに、インク供給ラインと流体連通し、インクの圧力波に対して緩衝効果を有する空気ボックスについて記載した。本質的には、印刷中止時に、インクの移動体に関連する圧力波を吸収できるように、インク供給システム内にいくらかの「弾力性（ｇｉｖｅ）」を与えることが望ましい。
【００１３】
しかしながら、に空気を使用して圧力サージを吸収することは、全体として満足のいくものではない。インクのガス放出（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）は、空気緩衝構造に関する特有な問題となる。インク中の気泡がインク供給ラインを詰まらせる原因となり、印刷ヘッドが致命的にインクを排出し始めることさえあり得るので、ガス放出は望ましくない。さらに、空気緩衝構造は、通常、インクジェットノズルの上流の比較的遠いところ、典型的にはＭＥＭＳ印刷ヘッドが取り付けられる成型インクマニフォルドにあるインク供給システムに組み込まれる。そのような空気緩衝構造のインクの下流はいずれも、かなりの運動量を依然としてもつことになり、この運動量が空気緩衝構造によって吸収されることはない。さらに、この問題は、印刷ヘッドの従来のスキャンと比べて大量のインクを運ぶページ幅印刷ヘッドに悪影響を及ぼす。
【００１４】
インクジェットノズルに供給されたインク内の圧力サージを吸収することができる、改良された緩衝構造を提供することが望ましい。ガス放出の問題を鑑みると、圧力サージを緩衝するための手段としての空気緩衝を回避することが望ましい。緩衝構造とインクジェットノズルの間のインクの分量を最小化し、それにより任意の緩衝システムの効果を向上させることがさらに望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第１９４１００１号
【特許文献２】米国特許第３５９６２７５号
【特許文献３】米国特許第３３７３４３７号
【特許文献４】米国特許第３９４６３９８号
【特許文献５】米国特許第３６８３２１２号
【特許文献６】米国特許第３７４７１２０号
【特許文献７】米国特許第４４５９６０１号
【特許文献８】米国特許第４５８４５９０号
【特許文献９】英国特許第２００７１６２号
【特許文献１０】米国特許第４４９０７２８号
【発明の概要】
【００１６】
第１の態様では、本発明は、
複数のノズルアセンブリと、
前記複数のノズルアセンブリを覆うノズルプレートと、
前記ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備え、前記複数のノズルアセンブリにインクを供給するためのインク供給システムと、
前記ノズルプレートの前記一部分に配置され、それにより前記インク供給システム内のインクの圧力変動を緩衝する、少なくとも１つの圧力緩衝構造と、
を備えるインクジェット印刷ヘッドを提供する。
【００１７】
任意選択で、前記少なくとも１つの圧力緩衝構造は、
前記ノズルプレートの前記一部分に画定された通気孔と、
前記通気孔を気密に覆う可撓性膜と、
を備える。
【００１８】
任意選択で、前記可撓性膜のヤング率が１０００ＭＰａ未満である。
【００１９】
任意選択で、前記可撓性膜がポリマー層で構成される。
【００２０】
任意選択で、前記ポリマー層が前記ノズルプレートを覆う。
【００２１】
任意選択で、前記ポリマー層が疎水性である。
【００２２】
任意選択で、前記ポリマー層が、酸化プラズマによる除去に対して抵抗性を有する。
【００２３】
任意選択で、前記ポリマー層が、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）で構成される。
【００２４】
他の態様では、印刷ヘッドは、複数の前記圧力緩衝構造を備え、前記ポリマー層が、それぞれの通気孔を気密に覆うための複数の可撓性膜を画定する。
【００２５】
他の態様では、印刷ヘッドは、前記ノズルプレート１ｃｍ２当たり少なくとも１００個の圧力緩衝構造を備える。
【００２６】
任意選択で、前記圧力緩衝構造と前記ノズルアセンブリのうち少なくとも１つとの間の距離が１００ミクロン未満である。
【００２７】
任意選択で、それぞれのノズルアセンブリは、
ノズル開口及びその中に画定されたインク入口を有し、前記インク入口がインク供給チャネルと流体連通するノズルチャンバと、
前記ノズル開口を通してインクを噴射するためのアクチュエータと、
を備える。
【００２８】
任意選択で、それぞれのノズルチャンバが、印刷ヘッド基板の表面上に形成され、それぞれのノズルチャンバが、前記基板から離隔したルーフ及び前記ルーフと前記基板の間に延びる側壁を備え、前記ノズル開口が、前記ルーフ内に画定され、それぞれのルーフが、ノズルプレートの一部分を画定する。
【００２９】
任意選択で、前記ノズルチャンバが、複数の列として配列され、ノズルチャンバのそれぞれの列が、前記列に隣接して縦に延びる関連するインク導管を有し、前記インク導管が、前記ノズルプレートと前記基板の間に画定され、前記インク導管が、前記少なくとも１つの導管壁によって少なくとも部分的に画定される。
【００３０】
任意選択で、前記インク導管が、複数の前記インクチャンバに、それぞれのノズルチャンバ内に画定された側壁インク入口を通してインクを供給する。
【００３１】
任意選択で、前記インク導管が、１対の列で共有される。
【００３２】
任意選択で、前記インク導管が、１つ又は複数のインク入口通路に接続され、それぞれのインク入口通路が、前記インク導管から前記基板を通って延び、それぞれのインク入口通路が、前記ノズルプレートと前記インク導管に対して実質的に垂直に延びる。
【００３３】
任意選択で、それぞれのインク入口通路は、前記ノズルプレート内のそれぞれ対応する圧力緩衝構造と整列される。
【００３４】
任意選択で、それぞれのインク入口通路は、前記基板内に画定されたインク供給チャネルに接続され、前記インク供給チャネルが、前記基板の前記ノズルアセンブリとは反対側の面からインクを受け取る。
【００３５】
別の態様では、
基板と、
前記基板上に形成され、ノズル開口及び前記ノズル開口を通してインクを噴射するためのアクチュエータをそれぞれが有する複数のノズルアセンブリと、
前記アクチュエータのそれぞれに電気的に接続された駆動回路と、
前記複数のノズルアセンブリを覆うノズルプレートと、
前記ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備え、前記複数のノズルアセンブリにインクを供給するためのインク供給システムと、
前記ノズルプレートの前記一部分に配置され、それにより前記インク供給システム内のインクの圧力変動を緩衝する、少なくとも１つの圧力緩衝構造と、
を備える印刷ヘッド集積回路が提供される。
【００３６】
第２の態様では、本発明は、
複数のノズルを有するインクジェット印刷ヘッドと、
少なくとも１つのインクリザーバと、
前記ノズルが受ける圧力変動を緩衝するための少なくとも１つの圧力緩衝構造を備え、前記少なくとも１つのインクリザーバから前記複数のノズルにインクを供給するためのインク供給システムと、を備えるインクジェットプリンタであって、
前記少なくとも１つの圧力緩衝構造と前記ノズルのうち少なくとも１つとの間の距離が１００ミクロン未満である、インクジェットプリンタを提供する。
【００３７】
任意選択で、前記少なくとも１つの圧力緩衝構造と前記ノズルのうち少なくとも１つとの間の距離が５０ミクロン未満である。
【００３８】
任意選択で、前記少なくとも１つの圧力緩衝構造と前記ノズルのうち少なくとも１つとの間の距離が２５ミクロン未満である。
【００３９】
任意選択で、前記印刷ヘッドが前記インク供給システムの一部分を備える。
【００４０】
任意選択で、前記インク供給システムが、少なくとも１００個の圧力緩衝構造を備える。
【００４１】
任意選択で、前記インク供給システムが、少なくとも５００個の圧力緩衝構造を備える。
【００４２】
任意選択で、前記インク供給システムが、少なくとも１０００個の圧力緩衝構造を備える。
【００４３】
任意選択で、前記印刷ヘッドが、
複数のノズルチャンバと、
前記複数のノズルチャンバを覆うノズルプレートと、
前記ノズルプレートの一部分によって画定された少なくとも１つの導管壁を備え、前記複数のノズルチャンバにインクを供給するためのインク供給システムと、
前記ノズルプレートの前記一部分に配置された少なくとも１つの圧力緩衝構造と、
を備える。
【００４４】
任意選択で、少なくとも１つの圧力緩衝構造が、
前記ノズルプレートの前記一部分に画定された通気孔と、
前記通気孔を気密に覆う可撓性膜と、
を備える。
【００４５】
任意選択で、前記可撓性膜のヤング率が１０００ＭＰａである。
【００４６】
任意選択で、前記可撓性膜がポリマー層で構成される。
【００４７】
任意選択で、前記ポリマー層が前記ノズルプレートを覆う。
【００４８】
任意選択で、前記ポリマー層が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成される。
【００４９】
別の態様では、インクジェットプリンタは、複数の前記圧力緩衝構造を備え、前記ポリマー層は、それぞれの通気孔を気密に覆うための複数の可撓性膜を画定する。
【００５０】
任意選択で、それぞれのノズルチャンバが、印刷ヘッド基板の表面上に形成され、それぞれのノズルチャンバが、前記基板から離隔したルーフ及び前記ルーフと前記基板の間に延びる側壁を備え、前記ルーフが、その中に画定されたノズル開口を有し、それぞれのルーフが、前記ノズルプレートの一部分を画定する。
【００５１】
任意選択で、前記ノズルチャンバが、複数の列として配列され、ノズルチャンバのそれぞれの列が、前記列に隣接して縦に延びる関連するインク導管を有し、前記インク導管が、前記ノズルプレートと前記基板の間に画定され、前記インク導管が、前記少なくとも１つの導管壁によって少なくとも部分的に画定される。
【００５２】
任意選択で、前記インク導管が、複数の前記インクチャンバに、それぞれのノズルチャンバ内に画定された側壁インク入口を通してインクを供給する。
【００５３】
任意選択で、前記インク導管が、１つ又は複数のインク入口通路に接続され、それぞれのインク入口通路が、前記インク導管から前記基板を通って延び、それぞれのインク入口通路が、前記ノズルプレートと前記インク導管に対して実質的に垂直に延びる。
【００５４】
任意選択で、それぞれのインク入口通路は、前記ノズルプレート内のそれぞれ対応する圧力緩衝構造と整列される。
【００５５】
任意選択で、それぞれのインク入口通路は、前記基板内に画定されたインク供給チャネルに接続され、前記インク供給チャネルが、前記基板の前記ノズルチャンバとは反対側の面からインクを受け取る。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】側壁インク入口を有するノズルチャンバを備えるノズルアセンブリのアレイの部分透視図である。
【図２】図１に示されたノズルアセンブリ単位セルの側面図である。
【図３】図２に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図４】犠牲フォトレジストスカフォルド上にルーフ材料を付着させた直後の部分的に形成されたインクジェットノズルアセンブリの側面図である。
【図５】図４に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図６】ノズルリムエッチング後の、図４に示されたノズルアセンブリの側面図である。
【図７】図６に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図８】ノズル開口及び圧力通気孔エッチングの後の、図６に示されたノズルアセンブリの側面図である。
【図９】図８に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図１０】ポリマー層の付着後の、図８に示されたノズルアセンブリの側面図である。
【図１１】図１０に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図１２】ノズル開口を再び画定するためにフォトパターニングした後の、図１０に記載されたノズルアセンブリの側面図である。
【図１３】図１２に示されたノズルアセンブリの透視図である。
【図１４】図１３に示されたノズルアセンブリのアレイの部分透視図である。
【図１５】インクジェットプリンタの透視図である。
【図１６】インクカートリッジを露出させた状態の図１５に示されたインクジェットプリンタの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
次に、添付図面を参照して、本発明の任意選択の実施形態を単に例として説明する。本発明は、任意のタイプの印刷ヘッドとともに使用することができる。本発明の出願人はこれまでに、非常に多数のインクジェット印刷ヘッドについて記載した。本発明の理解のために、このような印刷ヘッドの全てをここで説明する必要はない。とは言うものの、以下に、サーマル気泡形成型インクジェット印刷ヘッドに関して本発明を説明する。誤解を避けるために、本明細書で「インク」と称されるものは全て、任意の噴射可能な印刷用流体、例えば、従来のインク、インビジブルインク（ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ  ｉｎｋ）、定着剤及びその他の印刷可能流体を意味すると解釈されるべきである。
【００５８】
側壁ノズルチャンバ入口を有する印刷ヘッド
本発明の出願人はこれまでに、ノズルチャンバの側壁を通してインク導管からノズルチャンバにインクが供給されるサーマル気泡形成型インクジェット印刷ヘッドについて記載した。このような印刷ヘッドは、例えば、本発明の出願人による先の米国特許出願公開第２００７／００８１０４４号明細書に記載されており、その内容は本明細書に参照により組み込まれる。
【００５９】
図１を参照すると、複数のノズルアセンブリを備えた、既に開示された印刷ヘッド１の一部分が示されている。図２及び図３は、これらのノズルアセンブリのうちの１つのノズルアセンブリの断面図及び破断透視図を示す。
【００６０】
それぞれのノズルアセンブリは、ＭＥＭＳ製造技法によってシリコンウェーハ基板２上に形成されたノズルチャンバ２４を備える。ノズルチャンバ２４は、ルーフ２１と、ルーフ２１からシリコン基板２まで延びる側壁２２とによって画定される。図１に示されているように、それぞれのルーフは、印刷ヘッド１の噴射面を横切って広がるノズルプレート５６の部分によって画定される。ノズルプレート５６と側壁２２は同じ材料から形成され、この材料は、ＭＥＭＳ製造中に犠牲フォトレジストスカフォルドの上にＰＥＣＶＤによって付着させる。ノズルプレート５６と側壁２２は一般に、二酸化シリコン、窒化シリコンなどのセラミック材料から形成される。これらの硬質材料は、印刷ヘッドの頑丈さ対する優れた特性を有し、本来的に備わっているそれらの親水性は、毛管作用によってノズルチャンバ２４にインクを供給するのに有利である。
【００６１】
ノズルチャンバ２４の細部に戻ると、それぞれのノズルチャンバ２４のルーフにノズル開口２６が画定されることが分かる。ノズル開口２６はそれぞれ一般に楕円形であり、関連するノズルリム２５を有する。ノズルリム２５は、印刷中のインク滴の指向性を助け、またノズル開口２６から溢出するインクを少なくともある程度は低減させる。ノズルチャンバ２４からインクを噴射するアクチュエータは、ノズル開口２６の下に配置され、ピット８を横切って懸架されたヒータ要素２９である。ヒータ要素２９には、その下にある基板２のＣＭＯＳ層５の駆動回路に接続された電極９を通して電流が供給される。ヒータ要素２９に電流が流されると、ヒータ要素２９は周囲のインクを急速に過熱して気泡を形成し、気泡はノズル開口からインクを押し出す。ヒータ要素２９を懸架することによって、ノズルチャンバ２４にインクが注入されたときに、ヒータ要素２９はインク中に完全に浸される。より少ない熱がその下の基板２中へ放散し、より多くの入力エネルギーが気泡を生成するのに使用されるため、このことは印刷ヘッドの効率を向上させる。
【００６２】
図１に最も明らかに示されているように、ノズルは複数の列として配置され、印刷ヘッドに沿って縦に延びるインク供給チャネル２７はその列のそれぞれのノズルにインクを供給する。ノズルの列はそれぞれ、その列に沿って縦に延びる関連するインク導管２３を有する。インク導管２３は、ノズルプレート５６と基板２との間に画定される。インク導管２３は、インク供給チャネル２７からインク入口通路１５を通してインクを受け取り、それぞれのノズルチャンバの側壁２２内に画定された側壁入口を通して、それぞれのノズルチャンバ２４にインクを送達する。
【００６３】
本発明の出願人はこれまでに、どのようにして印刷ヘッド１のノズルプレート５６が、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）及び過フッ化ポリエチレン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＦＰＥ）などの疎水性材料の層でコーティングされ得るかについて記載した。この疎水性の外側層は、印刷ヘッドの保守に対する優れた特性を印刷ヘッド１に与えるとともに、ノズルプレートを横切って溢出する危険性を低くする。このような印刷ヘッド及びその製造方法は、２００７年３月１２日に出願された本発明の出願人による先の米国特許出願第１１／６８５，０８４号明細書に詳細に記載され、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。この疎水性にコーティングされた印刷ヘッドの製造に関するさらなる改良は、２００７年４月２７日に出願された本発明の出願人による先の米国特許出願第１１／７４０，９２５号明細書に記載され、その内容は相互参照として本明細書に組み込まれる。
【００６４】
圧力緩衝構造を組み入れる印刷ヘッド
次に、圧力緩衝構造を組み入れる印刷ヘッドに関する製造プロセスについて記載する。図４及び図５に示された製造段階において部分的に形成されたインクジェットノズルアセンブリは、本発明の出願人により既に詳細に記載された（その内容が参照として本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２００７／００８１０４４号明細書参照されたい）。説明を簡単にするために、印刷ヘッド１に関連して記載される類似の特徴は、以下の説明において同様の参照番号で記載される。
【００６５】
図４及び図５に示されるように、インクジェットノズルアセンブリは、ノズルチャンバ２４と、ルーフ２１及びそのルーフから基板２まで延びる側壁２２によって画定されたインク導管２３とを備える。ルーフ２１と側壁２２は、例えば、窒化シリコンルーフ材料２０を犠牲フォトレジストスカフォルド１６上に付着させることによって構築される。このフォトレジスト１６は、印刷ヘッド製造の後の段階における酸化プラズマによって除去されることになる。
【００６６】
図６及び図７を参照すると、次の段階で、ルーフ材料２０を２ミクロンだけエッチングすることによって、ルーフ２１内に楕円形のノズルリム２５を画定する。図７に最も明らかに示されているように、楕円形のリム２５は、２つの同軸のリムリップ２５ａ及び２５ｂを含む。
【００６７】
米国特許出願公開第２００７／００８１０４４号明細書に示されたプロセスでは、次の製造段階で、ノズルリム２５によって境界された残りのルーフ材料２０を貫通するまでエッチングすることによって、楕円形のノズル開口２６を画定する。しかしながら、本発明では、通気孔６０は、ノズル開口２６と同時にエッチングされる。図８及び図９に示されるように、通気孔６０は、ルーフ２１内に画定され、この製造段階ではなおもフォトレジストで満たされているインク入口通路１５のすぐ上に配置される。
【００６８】
図１０及び図１１を参照すると、次の製造段階では、ポリマー材料１００の薄い層（約１ミクロン）を、ルーフ２１（及び、実際にはノズルプレート５６全体）を覆って付着させる。ポリマー１００は、通気孔６０を覆い、またノズル開口２６を一時的に覆う。
【００６９】
このポリマー材料１００は、後段階でフォトレジストを容易にアッシングするための酸化プラズマにおけるアッシングに対して抵抗性を有することができる。しかしながら、２００７年４月２７日に出願された本発明の出願人による米国特許出願第１１／７４０，９２５号明細書に記載されるように、ポリマー１００のアッシングプロセスとの任意の相反性は、ポリマー１００の金属フィルム保護を採用することによって回避することができる。
【００７０】
ポリマー１００は、ある程度の可撓性又は弾性を有するべきである。任意選択で、ポリマー１００の剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は比較的低い。任意選択で、ポリマー１００は、１０００ＭＰａ未満、一般的には約５００ＭＰａ程度のヤング率を有する。任意選択で、ポリマー１００は、比較的疎水性でもあるべきである。本出願の出願人は、疎水性であり、アッシングに対して抵抗性を有し、且つ低い剛性を有するという上記の要件を満たすポリマー材料群を突き止めた。これらの材料は、一般的には、重合シロキサン類（ｐｏｌｙｍｒｉｚｅｄ  ｓｉｌｏｘａｎｅｓ）又はフッ化ポリオレフィン類（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｓ）である。より具体的には、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）及び過フッ化ポリエチレン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＦＰＥ）はともに特に有利であることが示されている。ＰＤＭＳは、好ましい材料である。これらの材料の他の利点は、一般的にノズルプレート５６を形成する二酸化シリコン、窒化シリコンなどのセラミックに対して優れた付着性を有することである。これらの材料の他の利点は、フォトパターニングが可能なことであり、このことはこれらの材料を、ＭＥＭＳプロセスにおいて使用するのに特に適したものにする。例えば、ＰＤＭＳはＵＶ光で硬化可能であり、このことにより、ＰＤＭＳの未露光領域を比較的に容易に除去することができる。
【００７１】
次に図１２及び図１３を参照すると、ポリマー１００を付着させた後、このポリマー層は、ノズル開口２６内に付着した材料を除去するようにフォトパターニングされる。フォトパターニングは、ノズル開口２６内のポリマー層１００の領域以外のポリマー層１００をＵＶ光で露光することを含むことができる。
【００７２】
したがって、図１２及び図１３に示されているように、それぞれの通気孔６０は、弾性的に変形可能なポリマー膜層１００によって気密に覆われて、それぞれのインク入口通路１５上のルーフ２１に圧力緩衝構造７０が形成される。次いで、標準的なＭＥＭＳ処理ステップ（インク供給チャネル２７のバックエッチング、ウェーハシンニング及びフォトレジスト１６のアッシング）で、図１４に示された印刷ヘッド２００が提供される。
【００７３】
図１４に示された印刷ヘッド２００のインク流の特性は、図１に示された印刷ヘッド１に比べて、圧力緩衝構造７０によって向上されている。これらの構造７０は、通気孔６０上の可撓性ポリマー層１００が圧力サージ中に外向きに隆起できるようにすることによって、インク内の圧力サージを吸収する。したがって、緩衝構造７０は、印刷中止時にノズル開口２６から溢出し得るインクの量を最小化する。この緩衝構造７０は、ポリマー１００の剛性が低い（例えば、ヤング率が１０００ＭＰａ未満）ときに特に効果的である。上述したように、ＰＤＭＳは、この点において特に効果的である。
【００７４】
さらに、これらの緩衝構造７０は、それぞれのノズルチャンバ２４に隣接して配置される。任意選択で、それぞれの緩衝構造は、１００ミクロン未満以内、任意選択で５０ミクロン未満以内、又は任意選択で２５ミクロン未満以内のノズルアセンブリ又はノズル開口２６内にある。したがって、緩衝構造７０とノズル開口２６の間にあるインクの量は、先行技術の緩衝構造に比べて比較的少ない。このことにより、緩衝効果が改善され、圧力サージに起因するインクの溢出が最小化される。
【００７５】
さらに、緩衝構造７０はＭＥＭＳ製造プロセスによって形成されるので、多数のこれらの構造を、単一の印刷ヘッド上に提供することができる。印刷ヘッド上に緩衝構造７０をこのように大規模に増やすことにより、一般的にはノズルチャンバ２４のさらに上流に含まれる緩衝構造の数がはるかに少ない先行技術の設計に比べて、圧力緩衝の効果が向上する。本出願の出願人によるページ幅印刷ヘッドの面積ノズル密度では、印刷ヘッド表面１ｃｍ２当たり少なくとも１０，０００個のノズルがあることになる。本発明によると、印刷ヘッドは、印刷ヘッド表面（又はノズルプレート）１ｃｍ２当たり少なくとも１００個、少なくとも５００個又は少なくとも１０００個の緩衝構造を有する。
【００７６】
本発明による印刷ヘッドの別の利点は、印刷ヘッドが、疎水性の印刷ヘッド面を有するという全ての利点を維持することである。さらに、圧力緩衝構造７０と結合された印刷ヘッド面の疎水性により、印刷ヘッド面の溢出が相乗的に最小化される。一方、圧力緩衝構造７０により、ノズル開口２６で受ける圧力サージが最小化され、一方、ノズルチャンバ２４の疎水性壁に匹敵する印刷ヘッド面の疎水性により、圧力サージがノズル開口２６に達する場合であっても、ノズル開口２６からのインク漏れが最小化される。本発明による印刷ヘッドによって提供されるこの相乗効果は、印刷ヘッド面の溢出を最小化する点で特に効果的であることが理解されよう。
【００７７】
自明なことであるが、本明細書に記載された印刷ヘッドを、インクジェットプリンタで使用することができる。図１５及び図１６は、本出願の出願人による米国特許出願公開第２００５／０１６８５４３号明細書に記載された典型的なページ幅インクジェットプリンタ２１０を示す。プリンタ２１０は、印刷ヘッド（図１５及び図１６には示されていない）と流体連通する複数のインクカートリッジ２１１を含む。インクカートリッジ２１１はそれぞれ、印刷ヘッド内の異なる色チャネルにインクを供給する。色チャネルは、典型的には１つ又は複数のノズルの列を含む。
【００７８】
幅広く記載された本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示された本発明に多数の変形及び／又は変更を加えることができるということを当業者なら理解するであろう。したがって本発明の実施形態は、あらゆる点で例示的なものであり、限定的なものではないとみなすべきである。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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