(57)【要約】【課題】  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】  吐出されるインクが充填されるインクチャンバが表面側に形成され、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が背面側に形成された基板と、基板上に積層され、絶縁物質より成る多数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性がある金属物質より成る熱発散層を含み、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、ノズルプレートの保護層の間に設けられ、ノズルを中心に互いに対称に配置されてインクチャンバ内部のインクを加熱する２つのヒーターと、ヒーターに電流を印加する導体とを備え、インクチャンバとマニホールドとの間にはインクチャンバとマニホールドとを連結する２つのインクチャンネルがノズルを中心に互いに対称に形成される。これにより、プリントヘッドの駆動周波数が向上する。【選択図】  図５
2005014601.tif 000002
【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が表面側に形成され、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が背面側に形成された基板と、
前記基板上に積層され絶縁物質より成る多数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性がある金属物質より成る熱発散層を含み、前記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、
前記ノズルプレートの前記保護層の間に設けられ、前記ノズルを中心に互いに対称に配置され、前記インクチャンバ内部のインクを加熱する２つのヒーターと、
前記ヒーターに電流を印加する導体とを備え、
前記インクチャンバと前記マニホールドとの間には前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結する２つのインクチャンネルが前記ノズルを中心に互いに対称に形成されることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記ノズルは前記インクチャンバの中心部に対応する位置に形成され、前記インクチャンネルはそれぞれ前記ヒーターが配置された側に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記インクチャンネルは前記基板の表面に並んで形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記インクチャンネルは前記インクチャンバと同一平面上に形成されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記基板は下部シリコン基板と、絶縁層と、上部シリコン基板とが順次に積層されたＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記下部シリコン基板には前記マニホールドが形成され、前記上部シリコン基板には前記インクチャンバ及びインクチャンネルが形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記保護層は前記基板上に順次に積層された第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒーターは前記第１保護層と前記第２保護層との間に設けられ、前記導体は前記第２保護層と前記第３保護層との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記多数の保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側に行く程断面積が縮小されるテーパー形状より成ることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記熱発散層は少なくとも一つの金属層より成り、前記金属層それぞれはニッケル、銅、アルミニウム及び金より成る群から選択されたいずれか一つの金属物質より成ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記熱発散層は電気鍍金により１０μｍ〜１００μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記保護層上には前記熱発散層の電気鍍金のためのシード層が形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記シード層は少なくとも一つの金属層より成り、前記金属層それぞれは銅、クロム、チタン、金及びニッケルより成る群から選択されたいずれか一つの金属物質より成ることを特徴とする請求項１２に記載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】
本発明はインクジェットプリントヘッドに係り、特に２つのインクチャンネルをノズルを中心に互いに対称的に形成することにより吐出されるインク液滴の直進性を向上させ、駆動周波数を増大し得るバックシューティング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の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。こうしたインクジェットプリントヘッドはインク液滴の吐き出しメカニズムにより広く２つの方式に分類し得る。その一つは熱源を用い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り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トヘッドであり、他の一つは圧電体を使用してその圧電体の変形によりインクに加えられる圧力により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吐出メカニズムをより詳細に説明すれば次の通りである。抵抗発熱体より成るヒーターにパルス状の電流が流れれば、ヒーターで熱が発生しながらヒーターに隣接したインクはほぼ３００℃に瞬間的に加熱される。これによりインクが沸騰しながらバブルが生成され、生成されたバブルは膨張してインクチャンバ内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の形態でインクチャンバ外へ吐出される。
【０００４】
一方、こうした熱駆動方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向により再びトップシューティング方式、サイドシューティング方式及びバッグシューティング方式に分類される。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一な方式であり、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成す方式であり、バッグ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方向であるインク吐出方式を言う。
【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に次のような要件を満足しなければならない。第一に、できるだけその製造が簡単で製造費用が低廉であり、大量生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の間の干渉を抑制しながらも隣接したノズルの間の間隔はできるだけ狭くしなければならない。即ち、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できなければならない。第三に、高速印刷のためには、インクチャンバからインク吐出後、インクチャンバにインクがリフィルされる周期ができるだけ短くなければならない。即ち、加熱されたインクとヒーターの冷却が早くなされて駆動周波数を高めることができなければならない。
【０００６】
図１は、従来のトップシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの構成を示した概略的な部分切断斜視図であり、図２は図１に示されたインクジェットプリントヘッドの垂直方向の構造を示した断面図である。
【０００７】
先ず、図１を参照すれば、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成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を画成する隔壁２０と、隔壁２０上に積層されるノズルプレート３０より構成される。インクチャンバ２２内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ー１３（図２）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としてインク貯蔵庫（図示せず）と連結されている。ノズルプレート３０には各々のインクチャンバ２２に対応する位置にインクの吐出が行われる多数のノズル３２が形成されている。
【０００８】
前記のようなインクジェットプリントヘッドの垂直方向の構造を図２を参照して説明すれば、シリコンより成る基板１１上にはヒーター１３と基板１１間の断熱と絶縁のための絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２上にはインクチャンバ２２内のインクを加熱してバブルを発生させるためのヒーター１３が形成されている。このヒーター１３はタンタル窒化物ＴａＮ又はタンタル−アルミニウム合金などを絶縁層１２上に薄膜の形態で蒸着することにより形成される。ヒーター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はアルミニウム又はアルミニウム合金等のような良好な導電性を有する金属物質よりなる。
【０００９】
ヒーター１３と導線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はヒーター１３と導線１４とが酸化したり、インクと、直接、接触することを防止するためのものであり、主にシリコン窒化膜を蒸着することにより形成される。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キャビテーション防止層１６が形成されている。
【００１０】
一方、基板１１上に数個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を形成するための隔壁２０が積層されている。そして、隔壁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】
前記のような構造のインクジェットプリントヘッドで、保護層１５上に形成されたキャビテーション防止層１６はバブルが消滅する時に発生するキャビテーション圧力がヒーター１３の中央部位に集中してヒーター１３を損傷させることを防止するためのものである。しかし、保護層１５上に前記のようなキャビテーション防止層１６を形成すれば、プリントヘッドの製造工程数が増加し、又ヒーター１３から発生した熱をインクに十分に伝達できないという問題点がある。
【００１２】
一方、最近ではヒーターの寿命を確保するためにインク流路の構造を非対称的に作って、キャビテーションがヒーター側ではない他の所に生じるようにするか、広い面積に分布させてその圧力を下げようとする努力が進められている。
【００１３】
図３は、従来技術文献に開示された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３を参照すれば、インクジェットプリントヘッドはヒーター５０とノズル５２とがインクチャンバ５４の中心部から外れた位置に配置された非対称的な構造になっている。図面で、参照符号５６はインクチャンバ５４の内部にインクを供給するための通路であるインク流路を示す（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６，４４３，５６４号明細書
【００１４】
こうした構造はインクチャンバ５４に充填されたインクの流れに変化をもたらし、これによりバブルの消滅により発生するヒーター５０の損傷を減らすことができる。しかし、前記のように非対称的構造を有するインクジェットプリントヘッドでは、ノズル５２を通じて吐出されるインク液滴の直進性が劣り、インクのリフィルを妨害する流体の流れが発生してプリントヘッドの駆動周波数が低下するという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、２つのインクチャンネルをノズルを中心に互いに対称に形成することにより吐出されるインク液滴の直進性を向上させ、駆動周波数を増大し得る改善された構造のインクジェットプリントヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために本発明に係る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が表面側に形成され、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が背面側に形成された基板と、前記基板上に積層され絶縁物質より成る多数の保護層と、前記保護層上に積層され熱伝導性を有する金属物質より成る熱発散層を含み、前記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、前記ノズルプレートの前記保護層の間に設けられ、前記ノズルを中心に互いに対称に配置されて前記インクチャンバ内部のインクを加熱する２つのヒーターと、前記ヒーターに電流を印加する導体とを備え、前記インクチャンバと前記マニホールドとの間には前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結する２つのインクチャンネルが前記ノズルを中心に互いに対称に形成される。
【００１７】
ここで、前記ノズルは前記インクチャンバの中心部に対応する位置に形成され、前記インクチャンネルはそれぞれ前記ヒーターが配置された側に形成されることが望ましい。
【００１８】
前記インクチャンネルは前記基板の表面に並んで形成される。この際、前記インクチャンネルは前記インクチャンバと同一平面上に形成されることが望ましい。
【００１９】
前記基板は下部シリコン基板と、絶縁層と、上部シリコン基板とが順次に積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌiｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板とし得る。ここで、前記下部シリコン基板には前記マニホールドが形成され、前記上部シリコン基板には前記インクチャンバ及びインクチャンネルが形成される。
【００２０】
前記保護層は前記基板上に順次に積層された第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒーターは前記第１保護層と前記第２保護層との間に設けられ、前記導体は前記第２保護層と前記第３保護層との間に設けられることが望ましい。
【００２１】
前記多数の保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が形成されることが望ましい。
【００２２】
前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側に行く程断面積が小されるテーパー状より成ることが望ましい。
【００２３】
前記熱発散層は少なくとも一つの金属層より成り、前記金属層それぞれはニッケル、銅、アルミニウム及び金より成る群から選択されたいずれか一つの金属物質から構成し得る。ここで、前記熱発散層は電気めっき処理により１０μｍ〜１００μｍの厚さで形成し得ることが望ましい。
【００２４】
前記保護層上には前記熱発散層の電気めっきのためのシード層が形成されることが望ましい。ここで、前記シード層は少なくとも一つの金属層より成り、前記金属層それぞれは銅、クロム、チタン、金及びニッケルより成る群から選択されたいずれか一つの金属物質より構成し得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るインクジェットプリントヘッドによると、２つのインクチャンネルをノズルを中心に互いに対称に形成することにより２つヒーターで生成されるバブルの生成及び消滅周期が同一になり、２つヒーターで生成されるバブルの大きさが同一になる。又、吐出されるインク液滴の方向性が除去されて液滴の直進性が向上され、インク液滴吐出後にはインク表面のメニスカスが対称的に後退する。そして、インク液滴吐出後、インクチャンバ内ではインクが停滞せずにヒーター表面の冷却が早くなされる。これにより、プリントヘッドの駆動周波数が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付した図面に基づき本発明に係る望ましい実施例を詳細に説明する。図面で同一な参照符号は同一な要素を指し、図面上で各要素の大きさや厚さは説明の明瞭性のために便宜上誇張されていることがある。又、一つの層が基板や他の層の上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に、直接、接しながら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。
【００２７】
図４は本発明の望ましい実施例による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４を参照すれば、インクジェットプリントヘッドはインク吐出部１０３が２列に配置され、各インク吐出部１０３と電気的に連結されるボンディングパッド１０１が配置されている。図面ではインク吐出部１０３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３列以上に配置されることもある。
【００２８】
図５は図４のＡ部分を拡大して示した平面図であり、図６は図５に示されたＶＩ−ＶＩ’線に沿って見たインクジェットプリントヘッドの垂直方向の構造を示した断面図である。
【００２９】
図５及び図６を参照すれば、本発明に係るインクジェットプリントヘッドは基板１００と、前記基板１００の上部に積層されるノズルプレート１２０を備える。
【００３０】
前記基板１００には表面側に吐出されるインクが充填されるインクチャンバ１０６が形成され、背面側に前記インクチャンバ１０６にインクを供給するためのマニホールド１０２が形成されている。前記インクチャンバ１０６及びマニホールド１０２は各々基板１００の表面及び背面をエッチングして形成されるため、その形状は多様に変形し得る。一方、前記マニホールド１０２はインクを入れているインク貯蔵庫（図示せず）と連結される。
【００３１】
前記インクチャンバ１０６と前記マニホールド１０２との間にはインクチャンバ１０６とマニホールド１０２とを連結する第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂが基板１００の表面に形成されている。こうしたインクチャンネル１０５ａ，１０５ｂはインクチャンバ１０６と同一平面上で基板１００の表面に並んで形成されてインクチャンバ１０６の両側壁を貫通する。そして、前記インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂ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たノズル１０４を中心として互いに対称になるように形成されている。そして、前記インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂもインクチャンバ１０６と同様に基板１００の表面をエッチングして形成されるため、その形状は多様に変形し得る。
【００３２】
一方、前記基板１００には下部シリコン基板１００ａと絶縁層１００ｂと上部シリコン基板１００ｃとが順次に積層されたＳＯＩ基板が使用し得る。こうしたＳＯＩ基板１００が使用される場合、インクチャンバ１０６及びインクチャンネル１０５ａ，１０５ｂは上部シリコン基板１００ｃに形成され、マニホールド１０２は下部シリコン基板１００ａに形成される。
【００３３】
前記インクチャンバ１０６、マニホールド１０２及び第１、第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂが形成された基板１００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及び第１、第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂの上部壁を成し、インクチャンバ１０６の中心部に対応する位置にはインクチャンバ１０６からインクの吐出を行うノズル１０４が垂直に貫通されて形成される。
【００３４】
前記ノズルプレート１２０は基板１００上に積層された多数の物質層よりなる。この物質層は第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６と熱発散層１２８とを含む。そして、第１保護層１２１と第２保護層１２２との間には第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂが設けられ、第２保護層１２２と第３保護層１２６との間には前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂに各々電気的に連結される第１及び第２導体１１２ａ，１１２ｂが設けられる。
【００３５】
前記第１保護層１２１はノズルプレート１２０を成す多数の物質層の中一番下側の物質層であって基板１００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第１、第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂとその下の基板１００との絶縁と、前記第１、第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂの保護のための物質層としてシリコン酸化物やシリコン窒化物から構成し得る。
【００３６】
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、インクチャンバ１０６の内部のインクを加熱する第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂが形成される。ここで、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂはノズル１０４を中心に前記ノズル１０４の両側に互いに対称に配置される。この際、前記第１ヒーター１０８ａは第１インクチャンネル１０５ａ側に配置され、前記第２ヒーター１０８ｂは第２インクチャンネル１０５ｂ側に配置される。
【００３７】
前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂは同一な抵抗値を有するようにその材質及び大きさが互いに同一なことが望ましい。前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂは不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタル−アルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物又はタングステンシリサイドのような発熱抵抗体から構成される。こうした第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂは第１保護層１２１の全面に前記発熱抵抗体を所定厚さで蒸着した後、これをパターニングすることにより形成し得る。具体的には、ポリシリコンは不純物であり、例えば燐（Ｐ）のソースガスと共に低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりほぼ０．７〜１μｍの厚さに蒸着され、タンタル−アルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物又はタングステンシリサイドはスパッタリングや化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によりほぼ０．１μｍ〜０．３μｍの厚さに蒸着される。こうした発熱抵抗体の厚さは、第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂの幅と長さとを考慮して適正な抵抗値を有するように他の範囲に決定し得る。次に、第１保護層１２１の全表面に蒸着された発熱抵抗体はフォトマスクとフォトレジストとを用いた写真工程とフォトレジストパターンをエッチングマスクとするエッチング工程とによりパターニングされる。一方、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂは図５に示した四角形状の以外にも多様な形状に形成し得ることもある。
【００３８】
前記のように、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂが各々ノズル１０４を中心に互いに対称である第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂ側に配置されれば、２つヒーター１０８ａ，１０８ｂで生成されるバブルの生成及び消滅周期が同一になる。又、２つヒーター１０８ａ，１０８ｂで生成されるバブルの寸法が同一になり、インク液滴が吐出後にはメニスカスが対称的に後退する。そして、吐出される液滴の方向性が除去されて液滴の直進性が向上され、インクの吐出後、インクチャンバ１０６内でインクが停滞しないためヒーター１０８ａ，１０８ｂの表面の冷却を増大し得る。
【００３９】
前記第２保護層１２２は第１保護層１２１とヒーター１０８ａ，１０８ｂ上に設けられる。前記第２保護層１２２はその下に設けられるヒーター１０８ａ，１０８ｂとその上に設けられる導体１１２ａ，１１２ｂとの絶縁のための物質層であり、第１保護層１２１と同様にシリコン酸化物又はシリコン窒化物等で構成し得る。
【００４０】
前記第２保護層１２２上には第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂと各々電気的に連結されて前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂにパルス状の電流を印加する第１及び第２導体１１２ａ，１１２ｂが設けられる。ここで、前記導体１１２ａ，１１２ｂの一端は第２保護層１２２に形成されたコンタクトホール（図示せず）を通じて各々第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂに接続され、その他端部はボンディングパッド１０１に電気的に連結される。こうした導体１１２ａ，１１２ｂは導電性が良好な金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金又は金や銀から構成し得る。
【００４１】
前記第３保護層１２６は導体１１２ａ，１１２ｂと第２保護層１２２上に設けられる。ここで、前記第３保護層１２６はＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化物、シリコン酸化物又はシリコン窒化物から構成し得る。
【００４２】
前記第３保護層１２６上には熱発散層１２８が設けられ、この熱発散層１２８の一部は基板１００の上面に接触する。前記熱発散層１２８は少なくとも一つの金属層より成ることが望ましい。この際、前記金属層各々は熱伝導性が良好な金属物質、例えばニッケル、銅、アルミニウム又は金等から構成し得る。こうした熱発散層１２８は第３保護層１２６及び基板１００の上面に前記の金属物質を電気めっきを行うことにより１０μｍ〜１００μｍ程度の比較的厚膜に形成される。このため、第３保護層１２６及び基板１００の上面には前記金属物質の電気めっきのためのシード層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）１２７が設け得る。前記シード層１２７は少なくとも一つの金属層からなることが望ましい。この際、前記金属層の各々は良好な電気伝導性を有する金属物質、例えば銅、クロム、チタン、金又はニッケル等から構成し得る。
【００４３】
前記のように、金属より成る熱発散層１２８は鍍金工程により形成されるため、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することができ、又比較的厚膜に形成し得るため効果的な放熱をなし得る。
【００４４】
こうした熱発散層１２８は基板１００の上面に接触されてヒーター１０８ａ，１０８ｂ及びその周辺の熱を基板１００に伝達する役割を果たす。即ち、インク吐出後にヒーター１０８ａ，１０８ｂ及びその周辺に残留する熱は熱発散層１２８を通じて基板１００に伝達されて外部に発散される。従って、インク吐出後により早い放熱が成され、ノズル１０４の周囲の温度が低下するため、高作動周波数で安定した印刷が可能になる。
【００４５】
一方、前記のように熱発散層１２８は比較的厚膜に形成されうるため、ノズル１０４が長さを十分に長く確保できる。従って、安定的な高速印刷が可能になり、ノズル１０４を通じて吐出されるインク液滴の直進性が向上される。即ち、吐出されるインク液滴が基板１００の表面に対して正確に垂直な方向に吐出し得る。
【００４６】
前記ノズルプレート１２０には下部ノズル１０４ａと上部ノズル１０４ｂとより成るノズル１０４がインクチャンバ１０６の中心部に対応する位置に貫通されて形成される。前記下部ノズル１０４ａはノズルプレート１２０の第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６を貫通する柱状で形成される。そして、前記上部ノズル１０４ｂは熱発散層１２８を貫通して形成されるが、この上部ノズル１０４ｂの形状は柱状よりなることもできるが、示されたように出口側に行く程断面積が縮まれるテーパー状より成ることが望ましい。このように、上部ノズル１０４ｂの形状がテーパー状より成る場合には、インク吐出後にインク表面のメニスカスがより早く安定される長所がある。
【００４７】
以下では図７Ａ乃至図７Ｄを参照して本発明に係るインクジェットプリントヘッドでインクが吐出されるメカニズムを説明する。
【００４８】
先ず、図７Ａを参照すれば、インクチャンバ１０６とノズル１０４の内部にインク１３１が充填された状態で、導体１１２ａ，１１２ｂを通じて第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂにパルス状の電流が印加されると、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂで熱が発生する。このように発生した熱は前記ヒーター１０８ａ，１０８ｂ下の第１保護層１２１を通じてインクチャンバ１０６の内部のインク１３１に伝達される。これにより、インクチャンバ１０６の内部には図７Ｂに示したようにインク１３１が沸騰して各々第１バブル及び第２バブル１３２ａ，１３２ｂが生成される。次いで、生成されたバブル１３２ａ，１３２ｂは継続的な熱の供給により膨張し、これによりノズル１０４の内部のインク１３１はノズル１０４外にはみ出す。この過程で、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂに各々対応する第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂがノズル１０４を中心に互いに対称に形成されているので、前記第１及び第２ヒーター１０８ａ，１０８ｂにより各々生成される第１及び第２バブル１３２ａ，１３２ｂはその生成時点及び大きさが同一になる。
【００４９】
次いで、図７Ｃを参照すれば、前記第１及び第２バブル１３２ａ，１３２ｂが最大に膨張した時点で印加した電流を遮断すれば、第１及び第２バブル１３２ａ，１３２ｂは収縮して消滅する。この際、インクチャンバ１０６内には負圧がかかってノズル１０４の内部のインク１３１は再びインクチャンバ１０６側に戻る。これと同時にノズル１０４外にはみ出した部分は慣性力により液滴１３１’の形態にノズル１０４の内部のインク１３１と分離されて吐出される。
【００５０】
インク液滴１３１’が分離された後でノズル１０４の内部に形成されるインク１３１の表面のメニスカスはインクチャンバ１０６側に後退する。この際、本発明では厚いノズルプレート１２０により十分に長いノズル１０４が形成されるため、メニスカスの後退はノズル１０４内でのみ成され、インクチャンバ１０６内にまで後退しない。従って、インクチャンバ１０６の内部に外気が流入されることが防止され、メニスカスの初期状態への復帰も早くなって、インク液滴１３１’の高速吐出を安定して維持できる。又、インク液滴１３１’の吐出後、ヒーター１０８ａ，１０８ｂとその周辺に残留する熱が熱発散層１２８を通じて基板１００又は外部に発散されるため、ヒーター１０８ａ，１０８ｂとノズル１０４及びその周辺の温度がより早く低下する。
【００５１】
一方、この過程では、第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂがノズル１０４を中心に互いに対称に形成されているので、前記第１及び第２バブル１３２ａ，１３２ｂが収縮して消滅する時点が同一になり、インク液滴１３１’吐出後にはインク１３１の表面のメニスカスが対称的に後退する。又、吐出されるインク液滴１３１’の方向性が除去されて液滴１３１’の直進性が向上する。
【００５２】
次に図７Ｄを参照すれば、インクチャンバ１０６の内部の負圧が消えれば、ノズル１０４の内部に形成されているメニスカスに作用する表面張力によりインク１３１は再びノズル１０４の出口端部側に上昇する。この際、上部ノズル１０４ｂがテーパー形状より成る場合には、インク１３１の上昇速度がより速くなる長所がある。これにより、インクチャンバ１０６の内部は第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂを通じて供給されるインク１３１で再び充填される。この過程で、前記第１及び第２インクチャンネル１０５ａ，１０５ｂはノズル１０４を中心に互いに対称に形成されているので、インクチャンバ１０６内ではインク１３１が停滞しない。従って、ヒーター１０８ａ，１０８ｂの表面が早く冷却される。次いで、インク１３１のリフィルが完了されて初期状態に復帰すれば、前記の過程が反復される。
【００５３】
以上で本発明の望ましい実施形態を詳細に説明してきたが、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、本発明でプリントヘッドの各要素を構成するため使用される物質は例示しない物質が使用されうる。併せて、本実施形態で例示した具体的な数値はプリントヘッドが正常に作動し得る範囲内でいくらでも例示した範囲を外れて調整可能である。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、例えば印刷用インクの微少の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インクジェットプリントヘッドに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のインクジェットプリントヘッドの部分切開斜視図である。
【図２】図１に示されたインクジェットプリントヘッドの垂直方向の構造を示した断面図である。
【図３】従来の他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４】本発明の実施形態による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】図４に示されたＡ部分を拡大して示した平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ’線に沿って見たインクジェットプリントヘッドの垂直方向の断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドでインクが吐出されるメカニズムを説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドでインクが吐出されるメカニズムを説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドでインクが吐出されるメカニズムを説明するための図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドでインクが吐出されるメカニズムを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  基板
１００ａ  下部シリコン基板
１００ｂ  絶縁層
１００ｃ  上部シリコン基板
１０２  マニホールド
１０４  ノズル
１０４ａ  下部ノズル
１０４ｂ  上部ノズル
１０５ａ，１０５ｂ  第１及び第２インクチャンネル
１０６  インクチャンバ
１０８ａ，１０８ｂ  第１及び第２ヒーター
１１２ａ，１１２ｂ  第１及び第２導体
１２０  ノズルプレート
１２１，１２２，１２６  第１，第２及び第３保護層
１２７  シード層
１２８  熱発散層
【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７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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