(57)【要約】【課題】  ヒータのキャビテーション損傷のない熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを提供すること。【解決手段】  インクチャンバ、マニホールド及びインクチャンネルが形成された基板と、基板の表面から所定深さに形成されてインクチャンバを四角形に取り囲み、インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁とインクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、基板上に積層された複数の物質層から成り、インクチャンバと連結されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、インクチャンバの上部に位置するようにノズルプレートの内部に設けられ、ノズルと第１側壁の各々の間に配置されたヒータと、ノズルプレートの内部に設けられてヒータに電気的に接続される導体と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。そして、前記第１側壁の各々の内面に凹凸面が形成されるか、または前記第１側壁の各々にポケットが形成される。このような本発明によれば、キャビテーション発生点がヒータのエッジの外側に移動してヒータのキャビテーション損傷を防止しうる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドと、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルとが形成された基板と、
前記基板の表面から所定深さに形成されて前記インクチャンバを四角形に取り囲み、前記インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁と前記インクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、
前記基板上に積層された複数の物質層から成り、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、
前記インクチャンバの上部に位置するように前記ノズルプレートの内部に設けられ、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に配置されたヒータと、
前記ノズルプレートの内部に設けられて前記ヒータに電気的に接続される導体と、を備え、
前記第１側壁の各々の内面に凹凸面が形成されたことを特徴とする熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記第１側壁の各々の内面に複数の凸状突起が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記第１側壁の各々の内面に複数の凹状溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドと、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルとが形成された基板と、
前記基板の表面から所定深さに形成されて前記インクチャンバを四角形に取り囲み、前記インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁と前記インクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、
前記基板上に積層された複数の物質層から成り、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、
前記インクチャンバの上部に位置するように前記ノズルプレートの内部に設けられ、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に配置されたヒータと、
前記ノズルプレートの内部に設けられて前記ヒータに電気的に接続される導体と、を備え、
前記第１側壁の各々にポケットが形成されたことを特徴とする熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記ポケットの内面は凹凸面になされていることを特徴とする請求項４に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記ヒータは前記インクチャンバの幅方向にさらに長い直四角形に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記インクチャンネルは、前記第１側壁の各々に隣接する位置に二つ形成されたことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドと、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルとが形成された基板と、
前記基板の表面から所定深さに形成されて前記インクチャンバを四角形に取り囲み、前記インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁と前記インクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、
前記基板上に積層された複数の物質層から成り、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、
前記インクチャンバの上部に位置するように前記ノズルプレートの内部に設けられ、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に配置された主ヒータと、
前記主ヒータと前記第１側壁間に配置された補助ヒータと、
前記ノズルプレートの内部に設けられて前記主ヒータと補助ヒータとに電気的に接続される導体と、を備えることを特徴とする熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記主ヒータと前記補助ヒータ間にキャビテーション発生点が位置するように、前記補助ヒータの寸法及び前記補助ヒータと主ヒータ間の間隔が決まることを特徴とする請求項８に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記主ヒータと前記補助ヒータとは前記インクチャンバの幅方向にさらに長い直四角形に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記主ヒータの抵抗と前記補助ヒータの抵抗とが同じになるように、前記補助ヒータの幅と長さとが決まることを特徴とする請求項１０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記主ヒータと前記補助ヒータとは前記導体に共に接続されることを特徴とする請求項８に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドと、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルとが形成された基板と、
前記基板の表面から所定深さに形成されて前記インクチャンバを四角形に取り囲み、前記インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁と前記インクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、
前記基板上に積層された複数の物質層よりなり、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、
前記インクチャンバの上部に位置するように前記ノズルプレートの内部に設けられ、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に配置されたヒータと、
前記ヒータの長手方向の中心部に設けられた金属膜と、
前記ノズルプレートの内部に設けられて前記ヒータに電気的に接続される導体と、を備えることを特徴とする熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記ヒータは、その長さが半分になる線を基準として二つの部分に分けられ、前記二部分間に前記金属膜が形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記金属膜は、前記ヒータの外側のエッジ部位の長手方向の中心部の底面に形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
前記金属膜は、楔形状に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
前記第１側壁と前記第２側壁とは、前記インクチャンバを幅より長い直四角形に取り囲むことを特徴とする請求項１、４、８及び１３の何れか一項に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１８】
前記第１側壁と前記第２側壁とは、前記基板をなす物質とは異なる物質から成ることを特徴とする請求項１、４、８及び１３の何れか一項に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１９】
前記第１側壁と前記第２側壁とを成す物質は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項１８に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
前記ノズルプレートは、前記基板上に積層された複数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性のある金属物質から成る熱発散層とを含むことを特徴とする請求項１、４、８及び１３の何れか一項に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２１】
前記保護層は絶縁物質から成ることを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２２】
前記ヒータと導体とは前記保護層間に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２３】
前記ノズルは、出口側に行くほど断面積が狭くなるようにテーパ状になされていることを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２４】
前記熱発散層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ及びＡｕより成る群から選択した少なくとも一つの金属物質から成ることを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２５】
前記熱発散層は、電気メッキによって１０〜１００μｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２６】
前記熱発散層は、前記保護層に形成されたコンタクトホールを通じて前記基板の表面に接触されることを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２７】
前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層が形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２８】
前記シード層は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ及びＮｉより成る群から選択した少なくとも一つの金属物質から成ることを特徴とする請求項２７に記載の熱駆動方式の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】
本発明は熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに係り、さらに詳細にはヒータのキャビテーション損傷を防止できる構造を有する熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像に印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって大きく２つの方式に分類されうる。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリンタヘッドであり、他の一つは圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によってインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
【０００３】
前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでのインク液滴の吐出メカニズムをさらに詳細に説明すれば、次の通りである。抵抗発熱体から構成されるヒータにパルス状の電流が流れれば、ヒータから熱が発生しつつヒータに隣接したインクを瞬間的に加熱することによってインクが沸騰しつつバブルが生成され、生成されたバブルは膨脹してインクチャンバの内部に充填されたインクに圧力を加える。これにより、ノズル付近にあったインクがノズルを通じて液滴状にインクチャンバの外部に吐出される。
【０００４】
ここで、バブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とによって前記熱駆動方式は再びトップシューティング、サイドシューティング、バックシューティング方式に分類されうる。トップシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが直角をなす方式であり、そしてバックシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが相互に反対であるインク液滴吐出方式である。
【０００５】
このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、一般的に、次のような要件を満足しなければならない。第一に、可能なかぎりその製造が簡単で製造コストが低く、量産が可能でなければならない。第二に、高画質の画像を得るためには隣接したノズル間の干渉は抑制しつつも隣接したノズル間の間隔は可能なかぎり狭くしなければならない。すなわち、ＤＰＩ（Ｄｏｔｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を高めるためには多数のノズルを高密度に配置しなければならない。第三に、高速印刷のためには、インクチャンバからインクが吐出された後、インクチャンバにインクがリフィルされる周期が可能なかぎり短くなければならない。すなわち、加熱されたインクが速く冷却されて駆動周波数を高められなければならない。
【０００６】
図１は、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一例を示す概略的な部分切断斜視図であり、図２は図１に示した従来のインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す断面図である。
【０００７】
図１に示したインクジェットプリントヘッドは、基板上に多数の物質層が積層されてなされたベースプレート１０と、ベースプレート１０上に積層されてインクチャンバ２２とインク流路２４とを形成する流路プレート２０と、流路プレート２０上に積層されるノズルプレート３０と、から構成される。インクチャンバ２２の内部にはインクが充填され、インクチャンバ２２の下側にはインクを加熱してバブルを生成させるためのヒータ（図２の１３）が設けられている。インク流路２４は、インクチャンバ２２の内部にインクを供給するための通路であって、インク保存庫（図示せず）と連結されている。ノズルプレート３０にはそれぞれのインクチャンバ２２に対応する位置にインクの吐出される多数のノズル３２が形成されている。
【０００８】
前記のような構成の従来のインクジェットプリントヘッドの垂直構造を図２を参照して説明すれば、シリコンから成る基板１１上にはヒータ１３と基板１１間の断熱及び絶縁のための絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２は、基板１１上に主にシリコン酸化膜を蒸着することによってなる。絶縁層１２上にはインクチャンバ２２の内部のインク４１を加熱してバブル４２を発生させるためのヒータ１３が形成されている。このヒータ１３は、例えば、タンタル窒化物（ＴａＮ）またはタンタルアルミニウム合金（ＴａＡｌ）を絶縁層１２上に薄膜の形態に蒸着することによって形成される。ヒータ１３上にはここに電流を印加するための導線１４が設けられている。この導線１４は、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金から成る。
【０００９】
ヒータ１３及び導線１４上にはこれらを保護するための保護層１５が形成されている。保護層１５は、ヒータ１３と導線１４とが酸化されるか、またはインク４１と直接接触されることを防止するためのものであって主にシリコン窒化膜を蒸着することによって形成される。そして、保護層１５上にはインクチャンバ２２が形成される部位にタンタルのような金属物質から成るキャビテーション防止層１６が形成されている。
【００１０】
このように基板１１上に幾つかの物質層が積層されて形成されたベースプレート１０上にはインクチャンバ２２とインク流路２４とを形成するための流路プレート２０が積層されており、流路プレート２０上にはノズル３２が形成されているノズルプレート３０が積層されている。
【００１１】
前記のような構造を有する従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ヒータ１３にパルス状の電流が供給されてヒータ１３から熱が発生すればインクチャンバ２２の内部に充填されたインク４１が加熱されてバブル４２が生成される。生成されたバブル４２は膨脹し続け、これによりインクチャンバ２２の内部に充填されたインク４１に圧力が加えられてノズル３２を通じてインク液滴４１´が外部に吐出される。
【００１２】
しかし、前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおいて、膨脹されたバブル４２はヒータ１３からのエネルギー供給が中断されることによってその周囲のインク４１に熱が発散することによって急速に収縮する。このようにバブル４２が収縮して消滅する時、バブル４２が最終的に消滅する部位には非常に高い圧力が作用し、これにより、その部位のヒータ１３とヒータ１３を覆っている保護層１５とが損傷を受ける。これをキャビテーション損傷といい、バブル４２が最終的に消滅される部位、すなわちキャビテーション損傷が発生する部位をキャビテーション発生点という。このようなキャビテーション損傷は吐出サイクルごとに反復されて次第に激しくなり、これにより、バブル４２の発生様態が変わってプリントヘッドの正常な作動に対する信頼性が低下し、窮極的にプリントヘッドの寿命が短縮される。
【００１３】
従来にはこのようなキャビテーション損傷からヒータ１３とその保護層１５とを保護するために、前記のように厚いキャビテーション防止層１６をヒータ１３の上部に積層した。しかし、キャビテーション防止層１６をヒータ１３の上部に積層すれば、インクチャンバ２２の内部のインク４１の加熱にさらに多くのエネルギーが必要になり、これにより、プリントヘッドが過熱されてプリントヘッドの駆動周波数を高めるのに悪影響を及ぼす。
【００１４】
最近には前記のようなキャビテーション損傷の問題点を防止するための多様なヒータ構造が提案されており、図３及び図４にはこのようなヒータ構造の２実施形態が示されている。
【００１５】
図３に示したヒータ構造は、従来技術文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第４,５１４,７４１号明細書
【００１６】
図３を参照すれば、シリコン基板５５上に形成されたヒータ５０の両側には導体５７が連結されており、ヒータ５０の中心部には金属導電物質から成る導電領域５３が形成されている。このような構造のヒータ５０においては、その中心部ではバブルが形成されず、その周辺部で環状のバブルが形成され、このような環状のバブルが収縮して消滅する時にキャビテーション衝撃をヒータ５０の表面に分散させる。しかし、キャビテーション衝撃が分散されてもヒータ５０の表面に反復的に加えられれば、ヒータ５０の損傷を避けられない。また、所定量の液滴を吐出するためには、これに当る量だけのバブルが必要になるので、ヒータ５０の中心部からバブルが生成されないほどヒータ５０の全体寸法が大きくならなければならない。これにより、インクチャンバの寸法も大きくなるので、流体（インク）の挙動に悪影響を及ぼして高い駆動周波数を得難い。
【００１７】
図４に示したヒータ６２の両側には導体６５，６６が連結されており、ヒータ６２の中心には中空部７０が形成されている。すなわち、前記ヒータ６２は、中空部７０を取り囲む環状に形成され、中空部７０ではバブルが生成されない。しかし、このように環状に形成されたヒータ６２は、電流が均一に流れず発熱量が均一でない短所がある。また、中空部７０を形成させるためにヒータ６２の全体寸法が必要以上に大きくなるので、図３に示したヒータと同様に高い駆動周波数を得難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は前記従来技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特にキャビテーション発生点がヒータのエッジ外側に位置する構造を有することによってヒータのキャビテーション損傷を防止できる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を達成するための本発明による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、吐出されるインクが充填されるインクチャンバと、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドと、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインクチャンネルとが形成された基板と、前記基板の表面から所定深さに形成されて前記インクチャンバを四角形に取り囲み、前記インクチャンバの幅方向に配置された第１側壁と前記インクチャンバの長手方向に配置された第２側壁と、前記基板上に積層された複数の物質層から成り、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通形成されたノズルプレートと、前記インクチャンバの上部に位置するように前記ノズルプレートの内部に設けられ、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に配置されたヒータと、前記ノズルプレートの内部に設けられて前記ヒータに電気的に接続される導体と、を備える。
【００２０】
ここで、本発明の特徴によれば、前記第１側壁の各々の内面に凹凸面が形成される。前記凹凸面は、複数の凸状突起または複数の凹状溝を有しうる。
【００２１】
そして、本発明の他の特徴によれば、前記第１側壁の各々にはポケットが形成される。この場合、前記ポケットの内面は凹凸面になしうる。
【００２２】
前記特徴において、前記ヒータは、前記インクチャンバの幅方向にさらに長い直四角に形成されることが望ましく、前記インクチャンネルは前記第１側壁の各々に隣接する位置に二つが形成されることが望ましい。
【００２３】
また、本発明のさらに他の特徴によれば、前記ノズルと前記第１側壁の各々の間に主ヒータが配置され、前記主ヒータと前記第１側壁間に補助ヒータが配置され、前記導体は、前記主ヒータと補助ヒータとに電気的に接続される。
【００２４】
ここで、前記主ヒータと前記補助ヒータ間にキャビテーション発生点が位置するように、前記補助ヒータの寸法及び前記補助ヒータと主ヒータ間の間隔が決定され、前記主ヒータの抵抗と前記補助ヒータの抵抗とが同じになるように、前記補助ヒータの幅と長さとを決定しうる。
【００２５】
前記主ヒータと前記補助ヒータとは前記インクチャンバの幅方向にさらに長い直四角形に形成されることが望ましく、前記導体に共に接続されることが望ましい。
【００２６】
また、本発明のさらに他の特徴によれば、前記ヒータの長手方向の中心部に金属膜が設けられる。
【００２７】
ここで、前記ヒータは、その長さが半分になる線を基準として二つ部分に分けられ、前記二つの部分間に前記金属膜を形成しうる。
【００２８】
一方、前記金属膜は、前記ヒータの外側のエッジ部位の長手方向の中心部の底面に形成しうる。この場合、前記金属膜は、楔状に形成されることが望ましい。
【００２９】
前記特徴において、前記第１側壁と前記第２側壁とは、前記インクチャンバを幅より長い直四角形に取り囲むことが望ましい。
【００３０】
前記ノズルプレートは、前記基板上に積層された複数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性のある金属物質から成る熱発散層とを含むことが望ましい。
【００３１】
前記保護層は絶縁物質よりなり、前記ヒータと導体とは前記保護層間に形成されることが望ましい。
【００３２】
前記熱発散層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ及びＡｕより成る群から選択した少なくとも一つの金属物質よりなり、電気メッキによって１０〜１００μｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００３３】
前記熱発散層は、前記保護層に形成されたコンタクトホールを通じて前記基板の表面に接触されることが望ましい。
【００３４】
前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層が形成され、前記シード層はＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ及びＮｉより成る群から選択した少なくとも一つの金属物質から成りうる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、次のような効果を有する。
【００３６】
第一に、ヒータのキャビテーション損傷が防止されうるので、プリントヘッドの寿命が長くなり、プリントヘッドの正常な作動に対する信頼性を長期的に確保しうる。
【００３７】
第二に、従来とは違って厚いキャビテーション防止層が不要になり、ヒータの面積を広くする必要がないため、さらに少ないエネルギーでインクチャンバ内部のインクを加熱でき、プリントヘッドの駆動周波数を高められる。
【００３８】
第三に、エッチング阻止壁としての役割を行う側壁によって最適の寸法を有する直四角形のインクチャンバを形成でき、これにより、隣接したノズル間の間隔を狭くできて、高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩのインクジェットプリントヘッドを具現できる。
【００３９】
第四に、厚い金属から成る熱発散層によって放熱能力が向上するので、インク吐出性能と駆動周波数とが向上しうる。また、ノズルの長さを十分に長く確保できて、メニスカスをノズル内に維持できるので、安定したインクのリフィルが可能であり、吐出されるインク液滴の直進性が向上しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は同じ構成要素を表し、図面上で各構成要素のサイズは説明の明瞭性及び便宜のために誇張されていることもある。また、一層が基板や他の層の上に存在すると説明する時、その層は基板や他の層に直接接しつつその上に存在することもあり、その間に第３の層が存在することもある。
【００４１】
図５は、本発明による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。図５を参照すれば、チップ状態で製造されるインクジェットプリントヘッドの表面には多数のノズル１０８が２列に配置されており、その両側のエッジ部位にはワイヤーにボンディングされるボンディングパッド１０１が配置されている。図面では、前記ノズル１０８が２列に配置されているが、１列に配置されることもあり、解像度をさらに高めるために３列以上に配置されることもある。
【００４２】
図６は、図５のＡ部分を拡大して示す図面であって、本発明の第１実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図であり、図７及び図８は図６に示したＸ１−Ｘ１´線とＹ１−Ｙ１´線とによる本発明の第１実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【００４３】
図６ないし図８を共に参照すれば、インクジェットプリントヘッドはマニホールド１０２、インクチャンネル１０４、インクチャンバ１０６及びノズル１０８を含むインク流路を有する。
【００４４】
前記マニホールド１０２は、基板１１０の背面側に形成されてインクを蓄えているインク保存庫（図示せず）と連結される。したがって、前記マニホールド１０２は、インク保存庫からインクチャンバ１０６にインクを供給する役割を行う。前記マニホールド１０２は、基板１１０の背面をウェットエッチングまたは異方性ドライエッチングすることによって形成しうる。
【００４５】
ここで、前記基板１１０としては半導体素子の製造に広く使われるシリコンウェーハを使用しうる。
【００４６】
前記インクチャンネル１０４は、インクチャンバ１０６とマニホールド１０２間の基板１１０を垂直に貫通して形成される。前記インクチャンネル１０４は、インクチャンバ１０６の中心部に対応する位置に形成されうる。一方、前記インクチャンネル１０４は、インクチャンバ１０６のエッジ部位に形成され、またインクチャンバ１０６とマニホールド１０２とを垂直に連結可能ないかなる位置にも形成しうる。そして、前記インクチャンネル１０４は、円形や多角形など多様な断面形状を有しうる。また、インクチャンネル１０４は、インクの供給速度を考慮して一つまたは複数個設けうる。このようなインクチャンネル１０４は、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によってマニホールド１０２とインクチャンバ１０６間の基板１１０をドライエッチングすることによって形成しうる。
【００４７】
前記インクチャンバ１０６は、吐出されるインクが充填される空間であって、基板１１０の表面側に所定深さ、例えば１０〜８０μｍ程度の深さに形成される。そして、前記インクチャンバ１０６は、これを取り囲む側壁１１１，１１２によって画成される。前記側壁１１１，１１２は、インクチャンバ１０６を四角形、望ましくはノズル配列方向の幅が狭くてノズル配列方向と直交する方向の長い直四角形に取り囲むように形成される。このような側壁１１１，１１２は、インクチャンバ１０６の幅方向に形成されてインクチャンバ１０６の長さを規定する二つの第１側壁１１１と、インクチャンバ１０６の長手方向に形成されてインクチャンバ１０６の幅を規定する二つの第２側壁１１２と、から構成される。
【００４８】
前記のようにインクチャンバ１０６の幅が第２側壁１１２によって比較的狭く規定されることによってノズル１０８間の間隔を狭くでき、これにより、多数のノズル１０８をさらに高密度で配列でき、高解像度の画像を印刷できる高いＤＰＩのインクジェットプリントヘッドを具現しうる。
【００４９】
そして、前記第１側壁１１１の内面は凹凸面になされている。具体的に、第１側壁１１１の内面には少なくとも一つの、望ましくは複数の凸状突起１１３が形成される。これにより、インクチャンバ１０６内に形成されたバブルと隣接して対面する第１側壁１１１の内面の表面積がさらに広くなるので、キャビテーション発生点が後述するヒータ１２２のエッジを外れて第１側壁１１１側にさらに近く移動する。これについては後で詳細に説明する。
【００５０】
前記側壁１１１，１１２は、基板１１０を形成する物質とは異なる物質から成る。これは、基板１１０の等方性エッチングによるインクチャンバ１０６の形成過程で側壁１１１，１１２をエッチング阻止壁として機能させるためである。したがって、基板１１０がシリコンウェーハから成る場合には、前記側壁１１１，１１２はシリコン酸化物から成ることが望ましい。
【００５１】
前記側壁１１１，１１２は、基板１１０の表面をエッチングして所定深さのトレンチを形成した後、前記トレンチの内部にシリコン酸化物を満たすことによって形成しうる。そして、前記インクチャンバ１０６は、側壁１１１，１１２によって取り囲まれた基板１１０を後述するノズル１０８を通じて等方性エッチングすることによって形成しうる。この時、前記側壁１１１，１１２が前記のようにエッチング阻止壁としての役割を行うことによって、インクチャンバ１０６の側面は側壁１１１，１１２によって画成され、インクチャンバ１０６の底面は等方性エッチングによってほぼ曲面を形成する。
【００５２】
したがって、前記インクチャンバ１０６は、側壁１１１，１１２によって設計された寸法に非常に正確に形成しうる。すなわち、前記インクチャンバ１０６は、設計された体積を有するインク液滴の吐出に必要なインクを入れられる最適の体積を有する。
【００５３】
前記のようにインクチャンバ１０６、インクチャンネル１０４及びマニホールド１０２が形成されている基板１１０の上部にはノズルプレート１２０が設けられる。前記ノズルプレート１２０は、インクチャンバ１０６の上部壁を形成する。このノズルプレート１２０にはインクチャンバ１０６からインクの吐出されるノズル１０８がインクチャンバ１０６の中心部に対応する位置に垂直に貫通して形成される。
【００５４】
前記ノズルプレート１２０は、基板１１０上に積層された複数の物質層から成る。この物質層は、複数の保護層１２１，１２３，１２５を含み、望ましくは金属から成る熱発散層１２８をさらに含む。そして、前記保護層１２１，１２３，１２５間にはヒータ１２２と導体１２４とが設けられる。
【００５５】
第１保護層１２１は、ノズルプレート１２０を形成する複数の物質層のうち最下側の物質層であって基板１１０の上面に形成される。前記第１保護層１２１は、その上に形成されるヒータ１２２とその下の基板１１０間の絶縁とヒータ１２２の保護のための物質層であって、基板１１０の表面にシリコン酸化物またはシリコン窒化物を蒸着することによって形成しうる。
【００５６】
前記第１保護層１２１上にはインクチャンバ１０６の上部に位置してインクチャンバ１０６の内部のインクを加熱するヒータ１２２が形成される。前記ヒータ１２２は、ノズル１０８の両側に、すなわちノズル１０８と二つの第１側壁１１１それぞれの間に配置され、その形状は四角形、望ましくは第１側壁１１１と並ぶ方向にさらに長い直四角状に形成しうる。前記ヒータ１２２は、第１保護層１２１の全表面に不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタルＡｌ合金、ＴａＮ、Ｔｉ窒化物またはタングステンシリサイドのような抵抗発熱体を約０.０５〜１.０μｍほどの厚さに蒸着した後、これを所定形状、例えば直四角形にパターニングすることによって形成しうる。
【００５７】
前記のように直四角形のヒータ１２２がノズル１０８の両側に形成されると、ヒータ１２２の下側に形成されたバブルが消滅する過程で隣接した第１側壁１１１の影響を受けてキャビテーション発生点がヒータ１２２の外側エッジ部位に移動する。これについては後述する。
【００５８】
前記第１保護層１２１及びヒータ１２２上には第２保護層１２３が形成される。前記第２保護層１２３は、その上に設けられる熱発散層１２８とその下のヒータ１２２間の絶縁のために設けられる。前記第２保護層１２３も第１保護層１２１と同様にシリコン窒化物またはシリコン酸化物を約０.２〜１μｍほどの厚さに蒸着することによって形成しうる。
【００５９】
前記第２保護層１２３上にはヒータ１２２と電気的に連結されてヒータ１２２にパルス状の電流を印加する導体１２４が設けられる。前記導体１２４は、第２保護層１２３に形成された第１コンタクトホールＣ１を通じてヒータ１２２の両端部の各々に接続される。このような導体１２４は、導電性の良好な金属、例えばＡｌやＡｌ合金またはＡｕがやＡｇをスパッタリングによって約０.５〜２μｍほどの厚さに蒸着し、これをパターニングすることによって形成しうる。
【００６０】
第３保護層１２５は、前記導体１２４及び第２保護層１２３上に形成される。前記第３保護層１２５は、その下の導体１２４とその上に設けられる熱発散層１２８間の絶縁のためのものであって、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化物、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を約０.７〜３μｍほどの厚さに蒸着することによって形成しうる。一方、前記第３保護層１２５は、その絶縁機能を損傷しない範囲内で、前記導体１２４の上部とこれに隣接した部位にだけ形成し、その以外の部位、例えば少なくともヒータ１２２の上部には可能なかぎり形成しないことが望ましい。この場合、熱発散層１２８とヒータ１２２間の間隔及び熱発散層１２８と基板１１０間の間隔が狭くなることによって熱発散層１２８の放熱能力がさらに向上しうる。
【００６１】
一方、前記導体１２４は、第１保護層１２１上に形成されて前記ヒータ１２２に直接接続され、この場合、前記第２保護層１２３はヒータ１２２、導体１２４及び第１保護層１２１上に形成され、前記第３保護層１２５は省略しうる。
【００６２】
前記熱発散層１２８は、第３保護層１２５及び第２保護層１２３上に設けられ、第２保護層１２３と第１保護層１２１とを貫通して形成された第２コンタクトホールＣ２を通じて基板１１０の上面に接触する。前記熱発散層１２８は、熱伝導性の良好な金属物質、例えばＮｉ、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕのような金属物質から成る。そして、前記熱発散層１２８は、一つの金属層または複数の金属層よりなりうる。このような熱発散層１２８は、第３保護層１２５及び第２保護層１２３上に前記金属物質を電気メッキすることによって１０〜１００μｍほどに比較的厚く形成しうる。このために、第３保護層１２５及び第２保護層１２３上には前記金属物質の電気メッキのためのシード層１２７が設けうる。前記シード層１２７は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｕまたはＮｉのような導電性の良好な金属物質をスパッタリングによって約５００〜３０００Åほどの厚さに蒸着することによって形成しうる。そして、前記シード層１２７も一つの金属層または複数の金属層より構成しうる。
【００６３】
前記のように、金属から構成される熱発散層１２８は、メッキ工程によって形成されるので、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素と一体に形成され、また比較的厚く形成しうるので効果的に放熱しうる。
【００６４】
このような熱発散層１２８は、前記第２コンタクトホールＣ２を通じて基板１１０の上面に接触してヒータ１２２及びその周辺の熱を外部に発散する機能を行う。すなわち、インクが吐出された後にヒータ１２２及びその周辺に残留する熱は、熱発散層１２８を通じて基板１１０に伝導されて外部に発散される。したがって、インクが吐出された後にさらに速く放熱されるので、高い駆動周波数で安定した印刷が可能になる。
【００６５】
一方、前記のように熱発散層１２８は比較的厚く形成しうるので、ノズル１０８の長さを十分に長く確保できる。したがって、安定した高速印刷が可能になり、ノズル１０８を通じて吐出されるインク液滴の直進性が向上する。すなわち、吐出されるインク液滴が基板１１０に対して正確に垂直な方向に吐出しうる。
【００６６】
前記ノズルプレート１２０にはノズル１０８が貫通して形成される。前記ノズル１０８は、図示したように出口側に行くほど断面積が狭くなるテーパ状になされることが望ましい。このように、ノズル１０８の形状がテーパ状になされた場合には、インクの吐出後、インク表面のメニスカスがさらに速く安定する長所がある。このようなノズル１０８は、前記保護層１２５，１２３，１２１を反応性イオンエッチング法によって順次にエッチングした後、フォトレジストまたは感光性ポリマーを使用してノズル形状のメッキ枠を形成した後、電気メッキによって前記熱発散層１２８を形成した後にメッキ枠を除去することによって形成しうる。
【００６７】
図９は、図６に示した第１側壁の変形例を示すインクジェットプリントヘッドの平面図である。図９に示したプリントヘッドの平面構造は第１側壁１１１の内側面の形状を除いては、図６に示したプリントヘッドの構造と同じであり、その垂直構造も図７及び図８に示したものと同じである。
【００６８】
図９に示したプリントヘッドにおいては、インクチャンバ１０６を取り囲む第１側壁１１１の内面に少なくとも一つの、望ましくは複数の凹状溝１１４が形成される。このような凹状溝１１４によっても第１側壁１１１の内面の表面積が広くなるので、図６に示したプリントヘッドと同様にキャビテーション発生点がヒータ１２２のエッジを外れて第１側壁１１１側にさらに近く移動する。
【００６９】
図１０Ａないし図１０Ｃは、本発明の基本概念を説明するための図面であって、インクチャンバの境界条件によってキャビテーション発生点が移動する現象を示す図面である。図１０Ａないし図１０Ｄで、上側の絵は垂直断面図であり、下側の絵は平面図である。
【００７０】
図１０Ａは、側壁と底壁とを有していないインクチャンバにおいて、二つのヒータの下側に形成されたバブルが消滅する時のキャビテーション発生点の位置を表す。バブルが収縮して消滅する過程で、二つのバブルそれぞれの底面と外側の側面とではいかなる拘束もないので、インクが円滑に供給されるが、一方、二つのバブルの相互対向する側面ではインクが円滑に供給されない。すなわち、二つのバブル間の対称面がバブルの収縮に対して強い拘束として作用する。したがって、二つのバブルの各々は対称面側に、すなわち矢印方向に収縮するので、キャビテーション発生点は二つのヒータのそれぞれの内側のエッジ部位のＰ地点に位置する。
【００７１】
図１０Ｂは、ノズルと側壁とは有するが、底壁は有していないインクチャンバにおいて、二つのヒータの下側に形成されたバブルが消滅する時のキャビテーション発生点の位置を表す。バブルが収縮して消滅する過程で、二つのバブルそれぞれの底面ではいかなる拘束もないのでインクが円滑に供給され、二つのバブルの相互対向する側面ではノズルによってインクが比較的円滑に供給されるが、一方、二つのバブルそれぞれの外側の側面では側壁によってインクが円滑に供給されない。すなわち、側壁がバブルの収縮に対して強い拘束として作用する。したがって、二つのバブルは各々側壁側に、すなわち矢印方向に収縮するので、キャビテーション発生点はヒータと側壁間のＰ地点に位置する。
【００７２】
図１０Ｃは、インクチャンバの下側と横側とには各々側壁と底壁とが形成され、その上側にはノズルが形成されて下側の底壁の中心部にはインクチャンネルが形成された構造のインクジェットプリントヘッドを示す。このような構造においては、二つのヒータの下側に形成されたバブルの収縮に対して側壁が最も強い拘束として作用するだけでなく、底壁も比較的強い拘束として作用する。したがって、二つのバブルの各々は側壁側に、すなわち矢印方向に収縮するので、キャビテーション発生点は二つのヒータそれぞれの外側のエッジ部位のＰ１地点に位置する。
【００７３】
そして、前記のように側壁の内面に凸状突起または凹状溝が形成されると、バブルと隣接して対面する側壁の内面の表面積がさらに広くなるので、側壁はバブルの収縮に対してさらに強い拘束として作用する。したがって、側壁とバブル間を通じたインクの供給がさらに難しくなるので、キャビテーション発生点がヒータの外側のエッジを外れて側壁側にさらに近く移動してヒータと側壁間のＰ２地点に位置する。
【００７４】
このように本発明によれば、直四角形のヒータをノズルの両側に配置してキャビテーション発生点をヒータのエッジ部位に移動させ、側壁の内面を凹凸面に形成することによってキャビテーション発生点をヒータのエッジの外側に移動させる。したがって、ヒータのキャビテーション損傷を防止しうるので、プリントヘッドの寿命が長くなり、プリントヘッドの正常な作動に対する信頼性を長期的に確保しうる。また、従来とは違って厚いキャビテーション防止層が必要なくなるので、さらに少ないエネルギーでインクチャンバ内部のインクを加熱でき、プリントヘッドの駆動周波数を高められる。
【００７５】
図１１は、本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図であり、図１２は図１１に示したＸ２−Ｘ２´線による本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【００７６】
図１１と図１２とを参照すれば、本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構造は、第１側壁２１１の形状を除いては、図６に示したプリントヘッドの構造と同じである。したがって、下記では第１側壁２１１の形状及びその作用に対してだけ説明する。
【００７７】
インクチャンバ１０６を直四角形に取り囲む第１側壁２１１及び第２側壁２１２のうち、インクチャンバ１０６の幅方向に形成された二つの第１側壁２１１の各々にはインクチャンバ１０６の中心側に向って開いているポケット２１３が形成される。このようなポケット２１３は、ヒータ１２２の下側に形成されたバブルが収縮して消滅する時、キャビテーション発生点をヒータ１２２のエッジを外れて第１側壁２１１のポケット２１３側に移動させる作用を行う。
【００７８】
一方、前記ポケット２１３の内面は、前述した第１実施形態のように凹凸面からなしうる。すなわち、前記ポケット２１３の内面に複数の凸状突起や凹状溝を形成しうる。
【００７９】
図１３Ａないし図１３Ｄは、図１１と図１２とに示した本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹と収縮過程及びキャビテーション発生点の位置を示す単純化した図面である。
【００８０】
まず、図１３Ａを参照すれば、ヒータ１２２に電流が供給されれば、インクチャンバ１０６内のインクが加熱されてヒータ１２２の下側でバブルが生成される。
【００８１】
図１３Ｂを参照すれば、ヒータ１２２の下側に生成されたバブルは、ヒータ１２２を通じた継続的な熱エネルギーの供給によって成長するが、この過程でポケット２１３の凹形状によってポケット２１３の内側にも凸状形状に成長する。
【００８２】
図１３Ｃに示したように、ヒータ１２２に供給された電流が遮断されれば、ヒータ１２２が冷却しつつバブルは収縮する。この時、バブルのノズル１０８側の側面ではインクが比較的円滑に供給されるが、一方、ポケット２１３部位の第１側壁２１１とバブル間ではインクが円滑に供給されない。したがって、収縮されるバブルの中心点は、第１側壁２１１側に次第に移動する。
【００８３】
図１３Ｄを参照すれば、前記のように収縮するバブルの中心点の移動によって、バブルが最終的に収縮して消滅する部位、すなわち、キャビテーション発生点はヒータ１２２の外側エッジを外れてポケット２１３部位の第１側壁２１１とヒータ１２２間のＰ地点に位置する。したがって、ヒータ１２２のキャビテーション損傷を防止しうる。
【００８４】
図１４は、図１２に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造において、二つのインクチャンネルを設けた例を示す垂直断面図である。
【００８５】
図１４を参照すれば、インクチャンバ１０６の底部にはインクチャンバ１０６とマニホールド１０２とを連結する二つのインクチャンネル２０４が設けられる。前記二つのインクチャンネル２０４は各々、二つの第１側壁２１１に隣接した位置に配置される。このように、第１側壁２１１の付近にインクチャンネル２０４が形成されれば、バブルの底面側からインクがインクチャンネル２０４によって比較的円滑に供給される。したがって、図１０Ｂで説明したように、バブルの収縮に対して底壁の拘束が弱くなる代わりに第１側壁２１１の拘束が相対的に強くなるので、キャビテーション発生点は第１側壁２１１方向にさらに近く移動する。
【００８６】
前記のように、第１側壁２１１に隣接するように配置されたインクチャンネル２０４は、前記ポケット２１３と共にキャビテーション発生点をさらに確実にヒータ１２２のエッジの外側に位置させる。
【００８７】
一方、前記二つのインクチャンネル構造は、前述した第１実施形態にも適用しうる。
【００８８】
図１５は、本発明の第３実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図であり、図１６は、図１５に表示したＸ３−Ｘ３´線による本発明の第３実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【００８９】
図１５と図１６とを参照すれば、本発明の第３実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構造は、図６に示した本発明の第１実施形態によるプリントヘッドの構造と基本的に同じである。但し、前述した第１実施形態によるプリントヘッドでは第１側壁１１１の内面に凸状突起１１３が形成されるが、一方、本実施形態ではインクチャンバ１０６の上部に主ヒータ３２２だけでなく補助ヒータ３２３が設けられる点に差がある。したがって、下記では前記差異点を中心として説明する。
【００９０】
第１側壁１１１と第２側壁１１２とによって取り囲まれたインクチャンバ１０６の上部には、ノズル１０８の両側に二つの主ヒータ３２２が配置されており、また二つの主ヒータ３２２の各々とこれに隣接した第１側壁１１１間に補助ヒータ３２３が配置される。前記主ヒータ３２２は、第１側壁１１１と並ぶ方向にさらに長い直四角形に形成される。前記補助ヒータ３２３も直四角形に形成され、主ヒータ３２２と並んで配置される。前記主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とは前述した実施形態でのヒータと同じ物質より構成しうる。
【００９１】
前記主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とは、前記導体３２４に共に接続される。これは主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とに同時に電流を印加させるためのものである。そして、補助ヒータ３２３の幅と長さとは、主ヒータ３２２と抵抗が同じになるように決定される。これにより、主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とが同時に発熱するので、主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３それぞれの下側で独立的なバブルが同時に生成される。また、補助ヒータ３２３の寸法及び補助ヒータ３２３と主ヒータ３２２間の間隔は、主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３間にキャビテーション発生点が位置するように構成される。
【００９２】
以下では、前記補助ヒータ３２３の作用を説明する。前記導体３２４を通じて主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とに電流が印加されれば、前記のように主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３それぞれの下側で独立的なバブルが同時に生成される。このバブルは、継続的な熱エネルギーの供給によって成長し、ある程度以上の寸法になれば、相互に併合される。この時、併合されたバブルの中心点は、主ヒータ３２２の下側のバブルの中心点より第１側壁１１１にさらに近く移動する。供給された電流が遮断されれば、併合されたバブルは第１側壁１１１の影響を受けて第１側壁１１１側に、すなわち矢印方向に収縮し、バブルが最終的に収縮して消滅する部位、すなわちキャビテーション発生点は主ヒータ３２２のエッジを外れて主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３間に位置する。したがって、主ヒータ３２２と補助ヒータ３２３とのキャビテーション損傷を防止しうる。
【００９３】
図１７は、本発明の第４実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図であり、図１８は、図１７に表示したＹ２−Ｙ２´線による本発明の第４実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【００９４】
図１７と図１８とを参照すれば、本発明の第４実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構造も図６に示した本発明の第１実施形態によるプリントヘッドの構造と基本的に同じである。但し、前述した第１実施形態によるプリントヘッドでは、第１側壁１１１の内面に凸状突起１１３が形成されるが、一方、本実施形態ではノズル１０８の両側に配置された二つのヒータ４２２の各々が二つの部分４２２ａ，４２２ｂに分離され、それら間に金属膜４２３が設けられる点に差がある。したがって、下記では前記差異点を中心として説明する。
【００９５】
第１側壁１１１と第２側壁１１２とによって取り囲まれたインクチャンバ１０６の上部には、ノズル１０８の両側に二つのヒータ４２２が配置されており、前記二つのヒータ４２２各々は、その長さが半分になる線を基準として第１部分４２２ａと第２部分４２２ｂとに分離される。前記第１部分４２２ａと第２部分４２２ｂとは所定間隔離隔されており、これら間には金属膜４２３が形成される。前記金属膜４２３は、ヒータ４２２の二部分４２２ａ，４２２ｂを電気的に連結させる役割を行うものであって、ヒータ４２２の両端部に接続された導体１２４と同じ物質から成しうる。
【００９６】
前記導体１２４を通じてヒータ４２２に電流が印加されると、ヒータ４２２の二部分４２２ａ，４２２ｂのそれぞれの下側で独立的なバブルが同時に生成される。このバブルは、継続的な熱エネルギーの供給によって成長し、ある程度以上の寸法になると、互いに併合される。この時、併合されたバブルの中心点は、ヒータ４２２の第１部分４２２ａと第２部分４２２ｂ間に位置する。供給された電流が遮断されれば、併合されたバブルは収縮する。この時、収縮するバブルの中心点は、インクチャンバ１０６の幅方向には移動しないので、バブルは矢印方向に収縮する。したがって、バブルが最終的に収縮して消滅する部位、すなわちキャビテーション発生点はヒータ４２２の第１部分４２２ａと第２部分４２２ｂ間に、すなわち金属膜４２３の下側に位置する。したがって、ヒータ４２２のキャビテーション損傷を防止しうる。
【００９７】
図１９は、本発明の第５実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図であり、図２０は、図１９に表示したＸ４−Ｘ４´線による本発明の第５実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【００９８】
図１９と図２０とを参照すれば、本発明の第５実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構造も図６に示した本発明の第１実施形態によるプリントヘッドの構造と基本的に同じである。但し、前述した第１実施形態によるプリントヘッドでは、第１側壁１１１の内面に凸状突起１１３が形成されるが、一方、本実施形態ではノズル１０８の両側に配置された二つのヒータ１２２それぞれの底面に金属膜５２３が設けられる点に差がある。したがって、下記では前記差異点を中心として説明する。
【００９９】
第１側壁１１１と第２側壁１１２とによって取り囲まれたインクチャンバ１０６の上部には、ノズル１０８の両側に二つのヒータ１２２が配置されており、前記二つのヒータ１２２それぞれの底面には金属膜５２３が形成される。前記金属膜５２３は、ヒータ１２２の外側のエッジ部位の長手方向の中心部位の底面に形成される。そして、前記金属膜５２３は、ヒータ１２２の有効面積の減少を最小化するために楔状に形成されることが望ましい。
【０１００】
前記ノズル１０８の両側にヒータ１２２を配置すれば、前述したようにバブルが収縮して消滅する時にヒータ１２２の外側のエッジ部位にキャビテーション発生点が位置する。本実施形態では、キャビテーション発生点に前記のように金属膜５２３が設けられているので、前記金属膜５２３によってヒータ１２２が保護されてヒータ１２２のキャビテーション損傷を防止しうる。
【０１０１】
以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。例えば、本発明において、キャビテーション発生点を移動させる特徴は互いに組合わせられる。すなわち、本発明によるプリントヘッドは、凹凸面から成る第１側壁、ポケットが形成された第１側壁、補助ヒータ、二部分に分離されたヒータ及び楔状の金属膜のような特徴のうち２つ以上の特徴を共に備えうる。そして、本発明でプリントヘッドの各要素を構成するために使われる物質は、例示されていない物質を使用することもある。すなわち、基板は必ずしもシリコンではなくても、加工性の良い他の物質に代替でき、側壁、ヒータ、導体、保護層や熱発散層も同様である。また、各物質の積層及び形成方法も単に例示したものであって、多様な蒸着方法とエッチング方法とを適用しうる。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲によって決定しなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明はキャビテーション発生点がヒータのエッジ外側に位置する構造を有することによってヒータのキャビテーション損傷を防止できる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに利用しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの一例を示す概略的な部分切断斜視図である。
【図２】図１に示した従来のインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す断面図である。
【図３】従来のキャビテーション損傷を防止するためのヒータ構造の一例を示す平面図である。
【図４】従来のキャビテーション損傷を防止するためのヒータ構造の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【図６】図５のＡ部分を拡大して示す図面であって、本発明の第１実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図である。
【図７】図６に示したＸ１−Ｘ１´線とＹ１−Ｙ１´線とによる本発明の第１実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図８】図６に示したＸ１−Ｘ１´線とＹ１−Ｙ１´線とによる本発明の第１実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図９】図６に示した第１側壁の変形例を示すインクジェットプリントヘッドの平面図である。
【図１０Ａ】本発明の基本概念を説明するための図面であって、インクチャンバの境界条件によってキャビテーション発生点が移動する現象を示す図面である。
【図１０Ｂ】本発明の基本概念を説明するための図面であって、インクチャンバの境界条件によってキャビテーション発生点が移動する現象を示す図面である。
【図１０Ｃ】本発明の基本概念を説明するための図面であって、インクチャンバの境界条件によってキャビテーション発生点が移動する現象を示す図面である。
【図１１】本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図である。
【図１２】図１１に示したＸ２−Ｘ２´線による本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図１３Ａ】図１１及び図１２に示した本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹と収縮過程及びキャビテーション発生点の位置を示す単純化した図面である。
【図１３Ｂ】図１１及び図１２に示した本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹と収縮過程及びキャビテーション発生点の位置を示す単純化した図面である。
【図１３Ｃ】図１１及び図１２に示した本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹と収縮過程及びキャビテーション発生点の位置を示す単純化した図面である。
【図１３Ｄ】図１１及び図１２に示した本発明の第２実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹と収縮過程及びキャビテーション発生点の位置を示す単純化した図面である。
【図１４】図１２に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造において二つのインクチャンネル備えた例を示す垂直断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図である。
【図１６】図１５に表示したＸ３−Ｘ３´線による本発明の第３実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図である。
【図１８】図１７に示したＹ２−Ｙ２´線による本発明の第４実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面構造を示す平面図である。
【図２０】図１９に示したＸ４−Ｘ４´線による本発明の第５実施形態によるインクジェットプリントヘッドの垂直断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０４  インクチャンネル
１０６  インクチャンバ
１０８  ノズル
１１１、１１２  側壁
１１３  凸な突起
１２４  導体
Ｃ１、Ｃ２  コンタクトホール
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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