(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、互いに対向する弧と互いに対向する放物線の部分とを有する開口を設けることで製造容易に著しくインクしぶきを低減した。【選択図】図１０
2005096479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクしぶきが低減されて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とを含み、
前記オリフィスプレートは、
該オリフィスプレートを貫通しており、該オリフィスプレートの前記インク噴射器側の第１の表面から、該第１の表面に平行な該オリフィスプレートの第２の表面に及ぶ少なくとも１つのオリフィスを有し、
前記オリフィスは、第１の幾何学的形状を有する第１の開口部を前記第２の表面において、および、第２の幾何学的形状を有する第２の開口部を前記第１の表面において含み、
前記第１の開口部は、前記第２の表面と平行な第１の線形寸法と、該第２の表面に平行で前記第１の線形寸法に垂直な第２の線形寸法とを備え、
前記第１の線形寸法は、前記第２の線形寸法より大きく、
前記第１の開口部はさらに、前記第２の表面上のすくなくとも第１および第２の非交差縁と第３および第４の非交差縁とによって画定され、
これら第１、第２の非交差縁は、それぞれの一点間においては前記第２の線形寸法の距離だけ間隔があいており、残りの点間においては前記第２の線形寸法より大きい距離だけ間隔があいている弧であり、
これら第３、第４の非交差縁は、それぞれの一点間においては前記第１の線形寸法の距離だけ間隔があいており、残りの点間においては前記第１の線形寸法以下の距離だけ間隔があいている放物線の部分であり、
前記第１の幾何学的形状と前記第２の幾何学的形状とが一致せず非相似となることを特徴とする、インクジェット・プリンタ用のプリントヘッド。
【請求項２】
前記オリフィスプレートの前記第１の開口部はさらに、砂時計形状を有する請求項１記載のプリントヘッド。
【請求項３】
インクしぶきが低減された、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の表面と、
前記第１の表面と平行である第２の表面と、
オリフィスプレートを貫通して前記第１の表面から前記第２の表面へと及ぶ少なくとも１つのオリフィスと
を有するオリフィスプレートを形成するステップであって、
前記オリフィスは、第１の幾何学的形状を有する第１の開口部を前記第２の表面に、第２の幾何学的形状を有する第２の開口部を前記第１の表面に有し、
前記第１の開口部は、前記第２の表面と平行な第１の線形寸法と、前記第２の表面と平行で前記第１の線形寸法と垂直で前記第１の線形寸法より小さな第２の線形寸法とを有し、
さらに、前記第１の開口部は、それぞれの一点間においては前記第２の線形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の線形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の表面上の相互に交差しない少なくとも第１および第２の弧と、それぞれの一点間においては前記第１の線形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１の線形寸法以下の距離だけ間隔をおいて配置された、前記第２の表面上の相互に交差しない第３、第４の放物線の部分とによって画定され、前記第１の幾何学的形状と前記第２の幾何学的形状とが一致せず非相似となるステップと、
前記オリフィスプレートの前記第１の表面に、前記少なくとも１つのオリフィスの前記開口部からインクを噴射させるインク噴射器を取り付けるステップと
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。
【請求項４】
前記第１の開口部を砂時計形状に形成するステップをさらに含む請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記取り付けるステップがさらに、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ステップをさらに含む請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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１９９４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 process)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で重畳めっきする。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１０５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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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つの交差しない弧と、１点において第１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１の寸法以下の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つの放物線の部分とによって画定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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５０７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(factor)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。かかる望ましくない結果を図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(stiffness)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ＨＰ５１６４９Ａ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。ＨＰ５１６４９Ａ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１２．４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、考え方として、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。かかる形状を具体的に実現したものを図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（ｂH）は２６μｍに設定され、修正された長軸（ａH）は６９μｍ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１００１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、１２１３、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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】
【００２７】
１０７：オリフィスプレート
１００１：オリフィス開口部
１１０１，１１０３：弧
１１０５，１１０７：放物線の部分
２０１：加熱抵抗素子
２０７、１２０５：インク発射チャンバ
３０１、１２０７、１２０９：インクチャネル
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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