(57)【要約】インクジェット装置及び方法が提供される。インクジェット印刷装置は、一体型インクジェットプリントヘッド（６０）内に２列のインクオリフィス（６２，６４）を含む。本方法は、非常に小さいインクの液滴を利用することを要せずに、紙の幅方向で１インチ当たりより多くのノズルでインクストリームを提供する。
2010527299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシックの一体型のガター式インクジェットプリントヘッドに２列のインクオリフィスを含む、インクジェット印刷装置。
【請求項２】
一方の列のインクオリフィスは、他方の列からオフセットされる、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項３】
各列は、略同数のノズルを有し、各列は、列のピッチの半分だけオフセットされる、請求項２に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項４】
オリフィスの各列は、２５．４mm（１インチ）当たり約６００個のノズルを有する、請求項２に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項５】
前記列のオリフィスは、０から２１．１６７μmの間の範囲でオフセットされる、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項６】
前記列は、１０００から１００００μmの間の範囲の距離で離間される、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項７】
各列のオリフィスは、当該装置の動作中における記録媒体の移動方向に整列される、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項８】
前記列は、４から６mmの間の範囲の量だけ離間される、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項９】
各一体型のプリントヘッドは、６００個以上のオリフィスを有する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１０】
前記一体型のプリントヘッドは、一体型ガターを有する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１１】
各一体型のプリントヘッドは、ヒータ、インクジェットオリフィス、ガター、偏向エア用の開口、及び、同一直線状エア用の開口を内蔵する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１２】
前記一体型のプリントヘッドは、１から６mmの間の範囲の厚さを有する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１３】
前記一体型のプリントヘッドは、５から２０mmの間の範囲の幅を有する、請求項１２に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１４】
前記一体型のプリントヘッドは、１０から６００mmの間の範囲の長さを有する、請求項１３に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１５】
２列のインクジェットオリフィスは、インクジェット供給路を共有する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１６】
前記一体型のプリントヘッドは、更に、ガター、前記ガターからの吸入用の流路、偏向エア流路及び同一直線状エア流路を提供する、請求項１５に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１７】
前記２列のオリフィスは、偏向エア供給流路を共有する、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１８】
前記２列のオリフィスは、偏向エア供給流路及び同一直線状エア供給流路を共有する、請求項１７に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１９】
偏向エア供給は、共通の供給流路から各列のオリフィスに向けられ、エアは、反対方向から各オリフィスから噴射されるインクストリームに供給される、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項２０】
偏向エアは、前記２列のインクジェットオリフィスの間の領域から離れる方向に、前記２列のインクジェットオリフィスの外側に位置するガターへと向けられる、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項２１】
前記一体型のプリントヘッドは、追加の列のインクオリフィスを含む、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項２２】
前記一体型のプリントヘッドは、追加の２列のインクオリフィスと追加の２つのガターを含む、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、デジタル制御される連続インクジェットプリントデバイスの分野に関し、より詳細には、複数の列のインクジェットオリフィスを有する連続インクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、選択された液滴の偏向が、オリフィスを出るジェットの非対称の加熱により達成される連続インクジェットプリントヘッドを開示する。
【０００３】
特許文献２は、選択された液滴の改善された偏向方法を教示する。この方法は、各ジェットを大小の液滴に分解し、液滴の飛翔方向に対して横断するエア若しくはガスを生成することを伴い、これにより、小さい液滴がガター若しくはインクキャッチャへと偏向される一方、大きな液滴はそれをバイパスして、所望の画像を書くために媒体上に着弾し、若しくは、その逆、即ち、大きな液滴がガターにより捕捉され、小さい液滴が媒体に着弾する。
【０００４】
特許文献３は、上述のプリントヘッドで使用できるCMOS及びMEMS技術を用いて、ノズルプレートを製作する方法を開示する。更に、特許文献４は、ページワイドのノズルプレートを製作する方法を開示し、ここで、ページワイドとは、約４インチの長さ以上のノズルプレートを意味する。ここで定義されるノズルプレートは、ノズルのアレイからなり、各ノズルは、ヒータがまわりに隣接して存在する出口オリフィスを有する。各ヒータをアドレス指定する論理回路及びヒータに電流を供給するためのドライバは、ヒータと同一の基板上に配置されてもよいし、若しくは、その外部であってもよい。
【０００５】
完全な連続のインクジェットプリントヘッドに対して、ノズルプレート及びその関連の電子部品の他、選択された液滴を偏向させる手段が必要とされ、選択されない液滴を収集するためのガター若しくはキャッチャ、インク再循環若しくは廃棄システム、種々のエア及びインクフィルタ、インク及びエア供給手段、及び、他のマウンチング及び位置合わせ用ハードウェアも必要とされる。
【０００６】
これらの知られた連続インクジェットプリントヘッドでは、ノズルプレート内のノズルは、ロバストな動作及び製造性のために直線に配列され、せいぜい約４２．３３ミクロン程度の近さで離間され、これは、１インチ当たり約６００個のノズルに対応する。これらのノズルアレイにより生成される液容積は、ノズルの出口オリフィスの径及びジェットの速度に依存する。典型的な容積は、数ピコリットルから何十ピコリットルの範囲である。
【０００７】
既に言及したように、選択した液滴の静電的な偏向に依存するもの（例えば、特許文献５）を含む、全ての連続インクジェットプリントヘッドは、インクガター若しくはキャッチャが、選択されない液滴を収集するために必要とされる。選択された液滴と選択されない液滴の間の角度方向の分離は、典型的には、数度のみであるので、かかるガターは、ノズルアレイに対して高度の注意を払ってアラインされる必要がある。アライメントプロセスは、典型的には、非常に労力のかかる手順であり、プリントヘッドのコストを実質的に増加させる。プリントヘッドのコストも、各ガターがその対応するノズルプレートに個々に一度に整列されなければならないので、増加する。
【０００８】
ガター若しくはキャッチャは、未選択の液滴を収集するためのナイフ状のエッジ若しくは他のタイプのエッジを含みうり、当該エッジは、一端から他端まで数十ミクロン内の直線でなければならない。ガターは、典型的には、ノズルプレートと異なる材料からなり、従って、異なる熱膨張係数を有し、従って、周囲温度が変化する場合、ガター及びノズルアレイは、プリントヘッドをフェールさせるほどのミスアライメントを起こす。ガターは、典型的には、アライメントスクリューを用いてあるフレームに取り付けられるので、アライメントは、プリントヘッド組立体が搬送中に起こりうるような衝撃を受けた場合に失われうる。ガターが、接着剤を用いてフレームに取り付けられる場合、ミスアライメントは、接着剤の硬化中に起こりうり、プリントヘッドの組み立て中のプリントヘッドの歩留まり損失をもたらす。
【０００９】
特許文献６は、一列のインクジェットオリフィスを含む一体型プリントヘッド部材を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】Chwalek他への米国特許第6,079,821号
【特許文献２】Jeanmaire他への米国特許第6,554,410号
【特許文献３】Anagnostopoulos他への米国特許第6,450,619号
【特許文献４】Anagnostopoulos他への米国特許第6,663,221号
【特許文献５】Simon他への米国特許第5,475,409号
【特許文献６】Anagnostopoulos他による米国特許出願公開第2006/0197810号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
インクジェットストリームを用いて、現在可能なレベル以上に紙上の幅方向で互いに近くに正確にプリントする必要がある。インクジェットの列は、隣接するオリフィスからのインク液滴間の分離の必要性によりどれだけ近くにできるかに関して制限される。マシン方向のインクジェットの列間のスペースは、第２の列のインクジェットに対する大きなスペースの搭載要件により制限される。それゆえに、１インチ当たり６００個のノズルの第２列のインクジェットは、アライメントされた１インチ当たり６００個のノズルにて前に印刷された材料にオーバーラップするように配設できない。これは、紙は、第１の列での第１のインクジェットにより濡れた後に、第２列のジェットに２０マイクロメートル内でアラインするほど十分には安定していないためである。第１の列から第２列のノズルへと紙が数センチの距離移動した後にパターンに対する正確なアライメントは、可能でない。ジェット自身の更なるアライメントは、達成及び維持が困難である。第２列のノズルが、第１列のノズルからのインク間にプリントするようにアラインされる場合、紙の幅方向のインチあたりのノズルのより大きな密度が達成されうる。
【００１２】
アライメントの問題がなく、インクの非常に小さい液滴を使用する必要もなく、従前可能であったレベル以上に、インクストリームの下方の紙に幅方向にインチあたりより多くのノズルからインクストリームを提供する方法に対する必要性がある。第２列のノズルが、第１のプリントヘッドにアラインされ、動作中にこのアライメントを維持し、紙の伸張が問題にならないほど第１のプリントヘッドに近くにある構成に対する必要性がある。
【００１３】
本発明の目的は、先行するプラクティスの欠点を克服することである。
【００１４】
本発明のその他の目的は、高品質のインクジェットプリントを形成する能力を提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、紙への連続的なインクストリームのより正確な配置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上記及び他の効果は、一体型のインクジェットに2列のインクオリフィスを含むインクジェット印刷装置により提供される。
【００１７】
本発明は、アライメントの問題がなく、インクの非常に小さい液滴を使用する必要もなく、従前可能であったレベル以上に、紙上に幅方向でインチあたりより多くのノズルでインクストリームを提供する方法を提供する。第２のプリントヘッドが第１のプリントヘッドにアラインされ、動作中にこのアライメントを維持し、紙の伸張が問題にならないほど第２のプリントヘッドが第１のプリントヘッドに近い構成が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】１インチ当たり６００個のノズルのインクジェットヘッドの概略的な部分断面図。
【図１Ｂ】１インチ当たり６００個のノズルのインクジェットヘッドの概略的な部分断面図。
【図２】プリントヘッドにおける１インチ当たり６００個のノズルに対する相対的な液滴位置を示す断面図。
【図３】ガター及びガターへの液滴の偏向を示す従来のプリントヘッドの拡大概略図。
【図４Ａ】本発明のデュアルガタープリントヘッドの断面図。
【図４Ｂ】本発明によるプリントヘッドのガター領域の部分断面図。
【図４Ｃ】本発明のプリントヘッドを使用する印刷システムの概略図。
【図５】単一のシリコンウエハ上の４つのデュアル一体型ガターデバイスの概略図。
【図６Ａ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｂ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｃ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｄ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｅ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｆ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｇ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｈ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図６Ｉ】シリコンウエハによるＡＪ用の製造プロセスの断面図。
【図７】デュアルガター用プリントヘッドの冗長の列を含むシリコンウエハの図。
【図８】本発明のデュアルガターデバイスにおけるオフセットノズルを含むシリコンウエハの図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、従来のインクジェット印刷用のプラクティス、装置及び方法に対して多くの利点を有する。本発明は、非常に小さいインク液滴を要せずに、紙の幅方向に１インチ当たり１２００ノズルもの密度を有することが可能であるので、高品質の画像を提供する。この数のノズルを使用する場合、高品質の印刷が可能である。更に、本発明の装置の動作中又はこれを用いた印刷時、例えば紙の移動のような、記録媒体の移動の方向にオリフィスがアラインされる実施例において、より高速な印刷速度を搬送することが可能である。更に、オリフィスが紙の移動にアラインされる実施例において、２つのアラインされたオリフィスの一方が詰まった場合、最初から１つのオリフィスしかない場合よりも品質の悪化が小さい。更に、ノズルの列が小さい距離だけ分離し、アライメントを保つので、画像品質が改善される。それゆえに、ノズルから噴射される際に液滴が広く離間されるようにノズルの各列において個々のノズルが十分に離間されるので、インク液滴は、紙に到達する前にエア内で衝突することがないだろう。例えば、単一のアレイの６００ｎｐｉのデバイスは、近傍の液滴が４２．３３ミクロンでなく８４．６６ミクロン離れ、従って、外広がりをもたらす空気力学作用が低減される態様で、３００ｎｐｉのデバイスと置換することができる。その他の本発明の効果は、近いノズル間隔により、より小さい液滴が必要とされる場合に比べてより多くのインクの効率的な搬送のために、約４ピコリットルのインク液滴を利用することができることである。これら及び他の効果は、以下の議論から明らかになるだろう。
【００２０】
図１Ａ及び１Ｂ並びに図２では、連続インクジェットストリームノズルプレート１０の構造が示される。プレートは、１から７までの数のオリフィス１２を備える膜（メンブレン）１４を含む。各ノズル１２まわりのヒータ、論理回路及びドライバは図示されていない。１インチ当たり６００個のノズルに対して、ノズル間の距離の間隔（ピッチ）は、約４２．３μmである。ノズル１２のボアは、約１０μmである。図１Ｂでは、図１ＡのラインＢ−Ｂ上の断面が示される。誘電膜１４は、シリコン基板１６の上部に成長され堆積した層を含む。誘電膜１４は、約２ミクロンの厚さであるが、約１から１０ミクロンまで厚さが変化でき、インク流路１８は、約１０μmの厚さの橋若しくはクロスバー２１により分離される。
【００２１】
図１Ａ及び１Ｂ並びに図２に示されるのは、１インチ当たり６００個のノズルに対して必要とされるものよりも小さくノズルの間隔を低減しようとするときに生ずる問題が図示されるプリントヘッドである。図２に示すように、ノズルプレートは、マニホルド２６の常態でひずみのないスチールに接触するように至らされる。インク３２は、２４にて加圧流体としてマニホルドに入り、ボア１２に通じる流路１８に入る。インクは、ジェットストリーム２２としてボア１２から出る。それは、液滴３４へと分解される。図２に示すように、ボア１２は、約２０μmの径を有する液滴３４でインクを放出するオリフィスを形成する。液滴間の間隔は、約２２μmである。それゆえに、ボアオリフィスのピッチが、１インチ当たり６００個のノズルに対する約４２．３μmの間隔から、１インチ当たり１２００個のノズルに対する約２１μmの間隔へと変更される場合、約２０μmの径を有する液滴は、乏しい印刷品質を起こす接触及びまぜ合せを生ずるだろう。この問題に対する１つの提案される解決策は、１インチ当たり約１２００個のノズルの実行印刷密度を有するように、印刷の幅方向で約２２μmだけ、マシン（紙）方向の２つの連続する１インチ当たり６００個のノズルをオフセットすることである。しかしながら、連続するプリントヘッドのアライメントは、困難であり、更に、紙は、第１のノズル列印刷から濡れるのでノズル間の距離に亘って安定でない。それゆえに、連続的なプリントヘッドを精度良く効率的に機械的にアラインすること、及び、使用中にこの精度を維持することの双方とも実際に不可能である。紙方向に連続したプリントヘッドを搭載するための機械的な要件は、一般的に、２から８センチの間の連続的なプリントヘッドの間隔を必要とする。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂでは、先行技術のガター構成を備えるプリントヘッド４０が図示される。この構成では、ストリーム４２内のプリントヘッドの液滴は、方向性エアストリーム４４により移動されて、小さい液滴４６が、捕捉のためのコアンダキャッチャ４９の外面へとエアストリーム４４により偏向される。大きい液滴４８は、偏向が小さく、図示しない印刷表面上へとプリントヘッドの外へ継続する。小さい液滴を含むインクは、キャッチャ４９に沿って流れ、毛管作用及び吸引５４により引かれ、好ましくは再利用される。図示のようなインクキャッチャを備えるこの種の印刷は、見て分かるように、かなりの調整及びスペースを必要とする。また、ガター用キャッチャとしてナイフエッジ若しくは傾斜部材を使用することが知られている。
【００２３】
図４Ａでは、本発明のデュアルガター及びデュアルオリフィスインクジェットヘッド６０が概略断面図で示される。モノリシックな一体型の構造は、一体型のモノリシックな構造を形成するために取り付けられ一体的に共に結合されるシリコンウエハを含む。プリントヘッドは、インク噴射用の２つのオリフィス６２，６４を有する。ノズルは、小さいサイズのインク液滴６６及び大きいインク液滴６８を放出する。大きい液滴は、高品質の画像を形成するための有用な液滴である。プリントヘッド６０は、偏向エア用の流路６９を含む。流路６９は、オリフィス６２，６４を出るインク液滴に反対方向の偏向エアを供給する。偏向エアは、小さい液滴の偏向後に別々の流路７２、７４内へと出る。除去されるべき小さい液滴６６は、ガター７９に向けられる。液滴は、直線エッジ７８により捕らえられ、ガター７９，７７により撤収される。ガターは、毛細作用及び吸引を提供して、インクを除去して再循環用タンクへとインクを運ぶ。インク液滴を連行するための同一直線状エア（コリニアエア：collinear  air）は、ダクト８２、８４を介して導入される。同一直線状エアの入口及び出口のためのこれらの同一のダクトも、ノズルに図示しない手段により洗浄溶剤を印加するため及び溶剤の除去のために利用される。他のエア及び流体ダクトも、ハンズフリーな洗浄プロセスのために採用されることができる。尚、ノズルは、液滴サイズを制御するためにヒータ８５を備える。図４Ａに示すように、本発明のプリントヘッドは、各ヘッドが同一のモノリシックシリコン部材上に形成されるので、マシン方向にヘッドの非常にコンパクトな構成を提供する。各ヘッドは、インク源と同様に、エア供給源及び真空源を共有する。偏向用のエアは、ノズル間に提供され、小さいインク液滴を、印刷のために利用されないように、ガター７９，７７内へとプリントヘッド開口の外側に方向付ける。使用時、プリントヘッドは、液体及びガスの供給のためのマニホルド（図示せず）に固定される。ポイント８３は、チップ上の電子部品への電気接続用のワイヤボンディング位置を表す。尚、インクジェットプリンタの有用な動作のためのプリントヘッドへの従来的な取り付け用設備は図示されず描画されていない。しかし、ノズル動作のための電子機器の制御、インク再利用のための設備、同一直線状エア及び偏向エア用のエアフローの調整は、本分野で良く知られており、上記の特許文献６や、Jeanmaireによる米国特許第7,152,964号、米国特許第6,899,410号及び米国特許第6,863,385号のような、インクジェットの特許や特許公開で良く取り扱われている。
【００２４】
図４Ｂでは、図４のプリントヘッドの出口開口用の代替構造が示される。代替構造１４０は、開口８１に対して示されているが、当然ながら、使用時、鏡像の画像ガター構造が、図４Ｂにおける開口８３に対して利用されるだろう。図４Ｂに示すように、ガターの端部は、紙上にプリントヘッドから発されることが意図されない液滴６６を捕まえるための細い一体形成の壁若しくはナイフエッジ１５２を有する。ガターは、壁１５２に向く端部にメニスカス１４３を有するインク１４２を有する。壁１５２の下方のガターの底部は、壁１５４の外側に当たりプリントヘッド１４０の底部まで下方に走るインクを吸引するための開口１４４を備え、そこでは、過剰のインク１４６は、貫通開口１４４を介して吸引され、インク液体１４２に結合する。ガターの底部からのインクは、インク１４８によりメニスカス１４３へと移動しているのが示されている。壁１５２は、ガターを形成するためにエッチングされるシリコンの層と一体的に形成される。好ましいＤＲＩＥエッチングプロセスは、非常に高い精度で１５２のような鉛直壁を形成することができる。壁は、典型的には、５から２５μｍの間の幅の上部幅１５４を有するだろう。壁１５２の上部１５４は、平らであろう。壁は、５０から３００μｍの間の深さを有し、プリントヘッドの長さで延在するだろう。
【００２５】
図４Ｃを参照するに、本発明の好ましい実現で使用される印刷装置が、図４Ａのプリントヘッドを利用して概略的に示される。プリンタ１６０は、インクジェットノズルアレイ８１，８３の一部として一体的に形成された一体型デフレクタガター壁１５４，１５４を含む。大きい容積のインク液滴６８及び小さい容積のインク液滴６６は、インク液滴形成プリントヘッド６０から噴射されたインクから形成される。大きい液滴６８は、噴射ストリーム経路１６２，１６３に沿って放出される。一体ガター構造７７，７９は、異なるサイズのインク液滴を分離するために一体型デフレクタガター構造を介してインク液滴に向かってガスを方向付けるために、入口プリナム１６４及び出口プリナム１６６を含む。マニホルド１６７は、プリントヘッド６０に取り付けられ、一体型シリコンプリントヘッドへの及び一体型シリコンプリントヘッドからの全ての流体を運ぶ。一体型デフレクタガター構造７９，７７は、また、出口プリナムに隣接して位置する液滴壁１５４を含む。壁１２の目的は、変異した小さい液滴をインターセプトしつつ、大きな液滴６８が液滴経路１６２，１６３に沿って移動し印刷ドラム１７２により運ばれる記録媒体１６８上へと連続することを可能とすることである。真空ポンプ１７４は、プリナム１６６と連通し、ガス流れ１７８用の吸込みを提供する。ガス流れ１７６に起因した力の印加は、インク液滴を小さい液滴の経路及び大きい液滴の経路へと分離する。ポンプ２２０は、エアを引き、フィルタ２１０は、ダスト及び塵粒子を除去する。
【００２６】
インク回収導管／通路７９，７７は、ナイフエッジ１５４，１５５により回収される液滴を受けるための一体壁ガター構造の出口プリナム１６６に接続される。インク回収導管７７，７８は、インク回収リザーバ１８２に連通し、後続する再利用のため、インク戻りライン１８４により、印刷されないインク液滴の回収を促進する。インク回収リザーバ１８２は、インクのスロッシングを低減若しくは防止さえもする連続気泡スポンジ若しくは連続気泡フォーム１８６を含む。真空導管１８８は、負圧源に結合されており、インク回収リザーバ１８２に連通でき、インク回収導管１６６の負圧を生成し、インク液滴の分離及びインク液滴の除去を改善する。しかし、インク回収導管１６６におけるガスの流量は、大きい液滴の通路を実質的に動揺しないように選択される。下側のプリナム１６６は、フィルタ１９２及びドレイン１９４に適合され、プリナム１６６におけるエアフローにより捕捉された誤って方向付けられたジェット、若しくは、インクミスチングから生まれた任意の流体を捕捉する。捕捉されたインクは、次いで、回収リザーバに戻される。
【００２７】
更に、プリナム１６４の一部は、ポンプ２２０及び調整室１９０からのガス流れの少量の部分をそらし、インク回収導管１６６内へ及びガス再利用ライン１７０内へと引かれるガス用の源を提供する。インク回収導管１６６内の６９での気圧は、インク回収導管１６６とプリナム１６４の設計の組み合わせで調整され、この際、一体型ガター構造１５５，１５４付近のプリントヘッド組立体における気圧が、印刷ドラム１７２付近の周囲大気圧に対して正であるように調整される。環境ダスト及び紙繊維は、一体壁７８に近づき付着することが防止され、インク回収導管１６６に入るのが追加的に防止される。
【００２８】
動作時、記録媒体１６８は、プリントヘッド／ノズルアレイ機構が固定状態のままである間、知られた態様で、印刷ドラム１７２により軸１６２，１６３を横切る方向に移送される。これは、コントローラ（図示せず）により知られた態様で達成できる。記録媒体１６８は、紙、ビニル、布、他の繊維材料等を含む広範な材料から選択されてもよい。
【００２９】
一体型ガター構造１５４，１５５の回収エアプリナム７２，７４は、ノズルアレイ６０上に一体に形成される。好ましい実施例では、オリフィス洗浄システム（図示せず）は、同一直線状エア構造２４内に組み込まれてもよい。洗浄は、構造８２，８４を介して注入された溶剤によりノズルアレイ６２，６４を浸すことによって達成されるだろう。使用済みの溶剤は、出口ポート８６，８８を介して洗浄溶剤に真空を引くことによって除去される。全ての他の一体型入口及び出口は、ハンズフリーな洗浄プロセスにおいて追加的に利用されてもよい。
【００３０】
本発明では、ガター構造は、ノズルアレイ６２，６４と一体に形成される。これは、インクジェットノズル６２，６４とナイフエッジの壁との間の精度を維持するためになされる。本発明の好ましい実施例では、ノズルアレイ６２，６４は、知られた半導体回路（ＣＭＯＳ）及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）製造技術を用いて、半導体材料（シリコン等）から形成される。かかる技術は、ここでの参照によりその内容が組み込まれる上記の特許文献３、４に開示されている。しかし、ノズルアレイは、本分野で従来知られている任意の製造技術を用いて任意の材料から作成されたガター構造と一体に形成されてもよいことは、特に想到され、それゆえに、本開示の範囲内である。
【００３１】
図５では、単一のシリコンウエハ９０上の４つのデュアル一体型ガターデバイスの表現が存在する。ブラケット９２は、カットライン９４上でチップから分離できる単一のデュアル一体型ガターデバイスを示す。プリントヘッドを含むウエハは、図中で、オリフィス９６の列が露出する態様で表現される。ウエハ９０の他の部分は、チップ内であるが、概略表現で指示される。流路９８は、同一直線状エアが出入りするための流路及び洗浄溶剤が出入りするための流路を表す。インク戻り９９は、ガターからインク供給源への通路を提供する（図示せず）。ウエハに入る偏向エア用の流路は１０２により指示される。
【００３２】
本発明のデュアル一体型ガターデバイスは、シリコン物品を形づくる任意の知られた技術により形成されてもよい。これらは、ＣＭＯＳ回路製造技術、ＭＥＭＳ製造技術及びその他を含む。好ましい技術は、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）であることが見出されている。というのは、このプロセスは、深い異方性のエッチングを提供し、他のシリコン製造方法では可能でない、シリコンウエハ内に良好に画成された流路の形成を、可能とするためである。後で非常に正確な態様で統合される幾つかのシリコンウエハをエッチングすることを伴うシリコン材料の生成のための技術は、プリントヘッドのノズル間の距離が精度良く制御されなければならないので、プリントヘッドの形成に対して特に望ましい。
【００３３】
積層チップ材料の形成のための方法及び装置は良く知られている。図６Ａ−６Ｉでは、製造プロセスの概略図が付与される。図６Ａでは、エッチングされていない単一のウエハ１１０が示される。図６Ｂは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によりシリコンウエハ表面上に堆積された二酸化シリコンの層を示す。図６Ｃでは、酸化層が、部分的なエッチング領域を定義するためにフォトリソグラフィを用いてパターンニングされる。図６Ｄでは、表面が、エッチングされる側でフォトレジストのパターン１１６で被覆され、エッチングが生ずる場所でフォットレジストに開口が定義される。図６Ｅでは、ウエハが、フォトレジストマスクを用いて深堀り反応性イオンエッチングプロセスを利用して部分的にエッチングされる。図６Ｆでは、更なるエッチングが実行された後、ウエハを貫通する穴１１５が形成されると共に、ウエハの部分１１４が除去される。図６Ｇでは、モノリシック構造の一層となる形成ウエハを回復するために、酸化膜が除去される。図６Ｈでは、その他のウエハ１１７がウエハ１１２に接着される。シリコンウエハ１１７は、同一のプロセスにより既にエッチングされている。図６Ｉでは、ウエハスケールの一体化を介した一体型ガターデバイスの製造の分解斜視図が示される。図示のように、エッチングされたウエハ１１１，１１３，２２９があり、これらは、モノリシック構造であるウエハスタック１３１を形成するために結合され、この場合、開口は、別々のウエハ１１，１１３，１１５での個々のエッチングにより既に形成されている。プリントヘッド１１９は、次いで、結合されたウエハスタックから切り出され、マニホルド１２１に固定される。マニホルド１２１は、プリントヘッドに供給されるために出入りするエア用の流路であろう開口１２３，１２５を有することが分かる。開口１２７は、マニホルドに流体を至らせるため若しくは吸引を提供するためのマニホルド内のオリフィスであるだろう。本発明のプリントヘッドは、一般的に、デュアルグリット一体型プリントヘッドに対する必要な流路を形成するためにエッチングによるウエハの少なくとも６つの層を必要とするだろう。
【００３４】
図７では、シリコンウエハ１２０が図示され、ここでは、穴の列は、形成された各プリントヘッド１２２が使用時の紙の通路にアラインされた２列の穴を備えるように、形成されている。ウエハ１２０からのプリントヘッドは、矢印１２４により指示される方向に通過する紙で利用されるので、対の穴は、各列で１インチ当たり約６００個のオリフィスでアラインされ形成されるだろう。穴の列は、約１ｍｍから１０ｍｍの間の距離により紙方向で互いに離間するだろう。好ましい間隔は、４−６ｍｍの間であり、この間隔は、隣接する液滴の到着間に数ミリ秒を提供し、これは、液滴間の合体を防止する理にかなった時間であると同時に、ノズル間の距離は、液滴間のミスアライメントを起こすほど紙が伸びるほど離れていない。図７は寸法通りでなく、ノズルパターンの図解のみが意図されることを理解されたい。
【００３５】
図８では、オフセットノズルパターンが示される。このパターンは、フォトリソグラフィでなされるので、正確なアライメント及びノズルの間隔を提供する。上述の如く、空気中の４ピコリットルの液滴の直径は約２１μｍであるノズルピッチと略等しいので、１インチ当たり１２００個のノズルの間隔を提供する一体化ノズルを形成することは不可能である。図８に示すようなノズルは、ピッチの０．５若しくはノズル間距離の半分だけオフセットされる。ウエハ１３０は、７つの一体型ガターデュアルロールプリントヘッドを含むように図示される。１３２のような各プリントヘッドは、オフセットした２列のノズルを含む。各列は、１インチ当たり６００個のノズルを有し、２つの列は、ノズルピッチの半分だけオフセットされ、ピッチは、ノズル間の距離である。プリントヘッド１３２は、２列のノズル１３４，１３６を含む。ノズルは、プリントヘッドを形成するためにライン１３８上で対間をカットすることにより離される。列のノズル間の間隔は、良好な印刷品質を生む任意の間隔であってもよい。過度に大きな距離による列の分離は、第１列のインクジェットにより濡れた後に紙の変化する特性の上述の問題を起こすだろう。１インチ当たり６００個のノズルにおけるオフセットした穴の列を有するプリントヘッドの穴は、１−１０ｍｍの距離で互いに離間されるだろう。好ましい間隔は、４−６ｍｍの間であるだろう。シリコン直接ウエハ接合の技術は本分野で良く知られている。１つの開示は、２００２年１月２０−２４日、米国ネバダ州のラスベガスにおける１５回IEEE  MEMSカンファレンスにおけるN.Miki他による“A  Study  of  Multi-stack  Silicon-Direct  Wafer  Bonding  for  3D  MEMS  Manufacturing”及びそこに列挙された文献である。
【００３６】
緊密に詰められた液滴のカーテンが横断する空気の流れを受けるとき、液滴は、“Aerodynamic  Error  Reduction  for  Liquid  Drop  Emitters”の名称で２００７年３月１９日に出願された米国特許出願番号第11/687,873号で議論されるスプレイと呼ばれる現象を体験する。スプレイ効果を低減する１つの方法は、液滴間の間隔を増加することである。デュアルガター構造は、単一の列の６００ｎｐｉの間隔に代えて３００ｎｐｉの間隔で単に２列のノズルを設けることによってスプレイ効果を最小化するために使用することができる。液滴間の距離は、いまや４２．３３ミクロンから８４．６６ミクロになるだろう。これは、スプレイを実質的でないものにするのに十分である。
【００３７】
本発明は、デュアルガター及び２列のノズルを含む１つのシリコンチップを備えるものとして議論されているが、追加の列のノズルを備える他の構造も可能であることは本発明の範囲内である。例えば、シリコンプリントヘッド構造は、４列のノズルと４つのガターを備えて製造されうる。これは、２列の代わりに、４列のノズル及びそれらに対応するガターを分離するために、製造されたウエハをスライスし、４列のオフセットノズルを供給する能力を有するマニホルドを構成することによってなされうる。より多くの列が、最大サイズのウエハの形成まで形成されうることが考えられる。更に、ガターは、ノズル及びインクストリームの外側のウエハの外面上に示されているが、チップは、インク除去用のガター及び吸引がノズル間の領域上であるように反対方向にエアを偏向するためのエアフローを備えて形成されうることは、本発明の範囲内である。かかるシステムは、図４Ａに示すようなプリントヘッドの外側でなく内側に向かう反対方向のインクストリームの偏向を有するだろう。図示のような２列のノズル及びガターは、３列のノズルを有するプリントヘッドを形成するために更に単一の列のノズルと単一のモノリシックシリコンプリントヘッドにおいて結合されうることも可能である。単一のガター及びノズルのプリントヘッドへの追加は、プリントヘッド上の３列のノズルを達成するだろう。任意の数のノズルがシリコンウエハ用の製造技術により形成されうることは明らかである。多数の一体型シリコンインクジェットノズル列での困難性は、ノズルに電子機器、流体及びガスを提供するための利用可能な小さいスペースである。本発明のプリントヘッドの各列に１０の、エア、吸引の源を導くマニホルド及び電子機器を製造するためにシリコンウエハ製造技術を利用することが必要でありうる。
【００３８】
本発明は、ある好ましい実施例を特に参照して詳説されているが、本発明の精神及び範囲内で変更及び修正を実現できることは理解されるだろう。
【符号の説明】
【００３９】
１０    ノズルプレート
１２    ノズル
１２    ボア
１４    誘電膜
１６    基板
１８    インク流路
２１    クロスバー
２２    ジェットストリーム
２６    マニホルド
３２    インク
３４    液滴
４０    プリントヘッド
４２    ストリーム
４４    エアストリーム
４６    小さい液滴
４８    大きい液滴
４９    キャッチャ
５２    サンプ
６０    インクジェットヘッド
６２    オリフィス
６４    オリフィス
６６    小さい液滴
６８    大きい液滴
６９    流路
７２    流路
７４    流路
７６    ガター
７７    ガター
７８    壁
８１    開口
８２    ダクト
８３    開口
８４    ダクト
８６    ダクト
８８    ダクト
９０    ウエハ
９２    ヒータ
９２    ブラケット
９４    ライン
９８    エア用流路
９９    インク戻り
１１０    ウエハ
１１１    ウエハ
１１２    酸化層
１１３    ウエハ
１１４    除去領域
１１５    穴
１１６    フォットレジスト
１１７    ウエハ
１１９    プリントヘッド
１２０    ウエハ
１２１    マニホルド
１２２    プリントヘッド
１２３    開口
１２５    開口
１２７    開口
１２９    ウエハ
１３０    ウエハ
１３１    ストック水
１３４    ノズル
１３６    ノズル
１３８    ライン
１４０    出口開口
１４２    インク
１４３    インク
１４３    メニスカス
１４４    開口
１４６    インク
１４８    インク
１５２    壁
１５４    壁上部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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