(57)【要約】高性能印刷用のインク滴発生器を高密度にスタガ配置したもの（１６５）を有するコンパクトなモノクロのインクジェットプリントヘッド（１５０）。本発明は、プリントヘッドのスペースを効率的に用いることによって、コストを削減しながら高解像度かつ高速の印刷を可能にする、高性能の設計を提供する。特に、本発明のコンパクトで高性能なプリントヘッド（１５０）は、熱暴走等の問題を最小にしながらコンパクトなプリントヘッド（１６０）上に多数のインク滴発生器（１６５）を配置することができるようにする、熱効率のよい態様をいくつか含む。好ましい実施形態において、コンパクトなプリントヘッド（１６０）上のインク滴発生器の密度は、１平方ミリメートル当たりインク滴発生器１０個よりも高く、コンパクトなプリントヘッド（１６０）は少なくとも３５０個のノズルを含む。インク滴発生器（１６５）は、少なくとも４つの互いに平行な列になるよう配置されている。それぞれの列は、隣接する列に対してスタガ配置されており（すなわち、ずらされており）、非スタガ配置よりも効果的な実効ピッチを提供する。本発明のインク滴発生器（１６５）は、高抵抗の抵抗器（５８０）と薄いパッシベーション（１０３４、１０３６）とを含み、熱効率を増大させる。１２ｋＨｚを超える高い噴出周波数で熱効率のよいインク滴発生器（１６５）から低重量のインク滴を噴出することによって、さらなる熱制御が行われる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あるカラーのインクを供給するインク供給装置（１１５）を含むインクジェットプリントヘッド（１５０）であって、
プリントヘッド基板（１６０）と、
前記インク供給装置（１１５）に液通し、前記プリントヘッド基板（１６０）１平方ミリメートル当たり約１０個よりも高い密度で前記プリントヘッド基板（１６０）に形成された、複数のインク滴発生器（１６５）であって、互いに略平行で横方向に間隔を置いて配置した軸に沿って、少なくとも４つのスタガ配置した軸グループで配置されている、複数のインク滴発生器（１６５）と、
を含むインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記インク滴発生器の密度が、前記プリントヘッド基板（１６０）１平方ミリメートル当たり前記インク滴発生器が約１１個〜１３個である、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】
前記複数のインク滴発生器（１６５）がそれぞれ、抵抗が少なくとも７０オームである薄膜抵抗器構造（５８０）を含む、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】
前記軸に沿って配置した前記複数のインク滴発生器（１６５）が、前記軸のそれぞれに対してスタガ配置されて、プリントヘッドの実効ピッチを、単一の軸に沿って配置した複数のインク滴発生器の約１／４まで小さくする、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５】
コンパクトなモノクロのインクジェットプリントヘッド（１５０）であって、
プリントヘッド基板（１６０）と、
前記プリントヘッド基板（１６０）上に配置され、コンパクトな領域内に配置された、少なくとも３５０個のインク滴発生器（５６０）と、
を含む、コンパクトなモノクロのインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記コンパクトな領域が、長さが約１２ミリメートルよりも短く、幅が約３ミリメートルよりも狭い、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】
第１の軸に沿って配置されて第１の軸グループを形成する、第１の複数のインク滴発生器（５６０）と、
第２の軸に沿って配置されて第２の軸グループを形成し、前記第１の軸グループに対してスタガ配置された、第２の複数のインク滴発生器（５６５）と、
第３の軸に沿って配置されて第３の軸グループを形成し、前記第１および第２の軸グループに対してスタガ配置された、第３の複数のインク滴発生器と、
をさらに含み、
前記第１、第２、および第３の軸が、互いに平行で、互いに横方向に間隔を置いて配置されている、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８】
コンパクトなモノクロのインクジェットプリントヘッド（１５０）であって、
プリントヘッド基板（１６０）と、
前記プリントヘッド基板（１６０）上に配置され、コンパクトな領域内に配置された、インク滴発生器（１６５）であって、
第１の軸に沿って配置されて第１の軸グループを形成する、第１の複数のインク滴発生器と、
第２の軸に沿って配置されて第２の軸グループを形成し、前記第１の軸グループに対してスタガ配置された、第２の複数のインク滴発生器（５６５）と、
第３の軸に沿って配置されて第３の軸グループを形成し、前記第１および第２の軸グループに対してスタガ配置された、第３の複数のインク滴発生器と、
を含み、
前記第１、第２、および第３の軸が、互いに平行で、互いに横方向に間隔を置いて配置されている、インク滴発生器（１６５）と、
を含む、インクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記コンパクトな領域が、長さが約１２ミリメートルよりも短く、幅が約３ミリメートルよりも狭い、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】
前記コンパクトな領域内に配置された、少なくとも３５０個のインク滴発生器を含む、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１１】
前記インク滴発生器がそれぞれ、高抵抗を有する薄膜抵抗器（５８０）を含む、請求項８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】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般的には熱インクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドに関し、より詳細には、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したものを有するコンパクトなモノクロのプリントヘッドを用いる、高性能印刷のシステムおよび方法に関する。
【０００２】
（関連技術）
熱インクジェット（ＴＩＪ）プリンタは、コンピュータの分野において普及しており広く用いられている。これらのプリンタは、Ｗ． Ｊ． ＬｌｏｙｄおよびＨ． Ｔ． Ｔａｕｂによって、「Ｉｎｋ Ｊｅｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｃｈａｐｔｅｒ １３ ｏｆ Ｏｕｔｐｕｔ Ｈａｒｄｃｏｐｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ （Ｅｄ． Ｒ． Ｃ． ＤｕｒｂｅｃｋおよびＳ． Ｓｈｅｒｒ， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ： Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９８８）、ならびに米国特許第４，４９０，７２８号および第４，３１３，６８４号において記載されている。インクジェットプリンタは、印刷媒体（紙等）にインクのみが当たるので、高品質の印刷を生成し、コンパクトで持ち運び可能であり、印刷が高速かつ静かである。
【０００３】
インクジェットプリンタは、アレイの特定の規定した位置に個々のドット（または画素）からなるパターンを印刷することによって、印刷画像を生成する。直線のアレイにおける小さなドットとして都合よく視覚化される、このようなドット位置は、印刷しているパターンによって規定される。したがって、印刷動作は、ドット位置のパターンをインクのドットで満たすことであると考えることができる。
【０００４】
インクジェットプリンタは、少量のインクを印刷媒体上に噴出することによってドットを印刷する。インク槽等のインク供給装置が、インク滴発生器にインクを供給する。インク滴発生器は、マイクロプロセッサその他のコントローラによって制御され、マイクロプロセッサによって命令されると、適当な時点でインク滴を噴出する。インク滴噴出のタイミングは、通常、印刷している画像の画素パターンに対応する。
【０００５】
一般にインク滴発生器は、気化すなわち発射チャンバ内にある少量のインクを急速に加熱することによって、オリフィス（ノズル等）を通してインク滴を噴出する。インク滴の気化は通常、小型の薄膜（または発射）抵抗器等、電気ヒータを用いて行われる。インク滴の噴出は、選択した発射抵抗器に通電して、選択した発射チャンバ内にあるインクの薄い層を過熱することによって、行われる。この過熱によって、インクのその薄い層が爆発的に気化し、プリントヘッドの関連するノズルを通ってインク滴が噴出する。
【０００６】
噴出したインク滴は、インク滴発生器を収容しているプリントヘッドアセンブリを支持する移動キャリッジアセンブリによって、印刷媒体上に配置される。キャリッジアセンブリは、印刷媒体表面の上方を横切り、印刷しているパターンに応じてプリントヘッドアセンブリを配置する。キャリッジアセンブリは、「走査軸」に沿ってプリントヘッドアセンブリと印刷媒体とを相対運動させる。一般的に、走査軸の方向は印刷媒体の幅と平行であり、キャリッジアセンブリを１回「走査」させるということは、キャリッジアセンブリがプリントヘッドアセンブリを１回、印刷媒体の幅をほぼ横切って移動させることを意味する。印刷媒体は通常、走査と走査との間で、「媒体（または紙）前進軸」に沿ってプリントヘッドに対して前進する。媒体前進軸は、走査軸と垂直である（そして一般的に、印刷媒体の長さに沿っている）。
【０００７】
プリントヘッドアセンブリが走査軸に沿って動くにつれて、断続的な線でできた１本のスウォースが生成される。このような断続的な線が重なり合うことによって、印刷画像のテキストまたは画像としての外観が作り出される。媒体前進軸に沿ったこのような断続的な線の密度を、媒体前進軸に沿った印刷解像度と呼ぶことが多い。したがって、媒体前進軸における断続的な線の密度が高くなるほど、その軸に沿った印刷解像度も高くなる。
【０００８】
媒体前進軸に沿った断続的な線の密度（したがって印刷解像度）は、プリントヘッド上のインク滴発生器の数を増やすことによって高くすることができる。このようにすると、印刷解像度が高くなり、印刷速度も上がる結果になる。さらに、いくつかの要因のため、プリントヘッドのサイズを大きくすることなくインク滴発生器の数を増やすことが望ましい。しかし、現在のプリントヘッド上の滴発生器の数を単に増やすだけでは、印刷動作中にプリントヘッドにおいて損失する熱量が非常に増大してしまう。このように熱損失が増大すると、望ましくないプリントヘッドの熱暴走が引き起こされる可能性がある。プリントヘッド上でこのような大きな熱暴走があると、プリントヘッドの動作に悪影響を与えてしまい、印刷品質の欠陥やプリントヘッドのサーマルシャットダウン、そしてプリントヘッド全体の故障までもが引き起こされる可能性がある。
【０００９】
大きな熱暴走を回避するのに用いることができる技術のひとつに、プリントヘッドの速度を下げることがある。しかしこの技術では、プリントヘッド上により多くのインク滴発生器を設けることの長所がなくなってしまう。大きな熱暴走を回避するのに用いることができる別の技術は、プリントヘッドのサイズを大きくすることである。しかし、この技術の主な欠点は、プリントヘッドのサイズを大きくすることによって、印刷システムのコストが上昇してしまうことである。これは受け入れることができない。印刷システムの価格は急速に低下しており、プリントヘッドを大きくしてコストが上昇した印刷システムでは、市場競争力がないからである。したがって、有害な熱暴走をこうむらない、コンパクトでノズル数が多く高性能なプリントヘッドを提供する方法が必要とされている。
【００１０】
（発明の概要）
上述の従来技術における限界を克服するために、かつ、本明細書を読み理解すれば明白になるその他の限界を克服するために、本発明は、高密度のインク滴発生器を有するコンパクトなモノクロのインクジェットプリントヘッドにおいて具体化される。本発明は、プリントヘッドのスペースを効率的に用いることによって、コストを削減しながら高解像度かつ高速の印刷を可能にする、高性能の設計を提供する。特に、本発明のコンパクトで高性能なプリントヘッドは、熱暴走等の問題を最小限にしながらコンパクトなプリントヘッド上に多数のインク滴発生器を配置することができるようにする、性能を向上させる態様をいくつか含む。
【００１１】
本発明のコンパクトでモノクロのインクジェットプリントヘッドによって、高解像度かつ高速の印刷を含む高性能印刷が可能になる。特に、印刷解像度と速度とを上げるのに用いる技術のひとつは、インク滴発生器の数を増やし、他のインク滴発生器のグループに対してスタガ配置し、インク滴発生器を高周波数で動作させることである。この、高密度のスタガ配置は、プリントヘッドの実効解像度を上げるのに役立つ。本発明は、コンパクトなプリントヘッド基板上に配置した、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したものを含む。それぞれのインク滴発生器は、プリントヘッド基板内に形成された、インク供給装置に液通した薄膜構造であり、ノズルを含む。インク滴発生器にはインクが供給され、適当な時点で加熱され、関連するノズルから噴出される。
【００１２】
好ましい実施形態において、コンパクトなプリントヘッド上のインク滴発生器の密度は、１平方ミリメートル当たりインク滴発生器１０個よりも高く、コンパクトなプリントヘッドは少なくとも３５０個のノズルを含む。インク滴発生器（および対応するノズル）は、少なくとも３つの互いに平行な列になるよう配置されている。それぞれの列は、隣接する列に対してスタガ配置されており（すなわち、ずらされており）、非スタガ配置よりも効果的なピッチを提供する。
【００１３】
本発明はまた、コンパクトなプリントヘッド上に高密度のインク滴発生器を配置することによって、そのような発生器を有するプリントヘッドに関連するコストを削減する。コンパクトな基板上に高密度のインク滴発生器を配置するのを容易にするために、本発明は、熱効率を改善する技術をいくつか含む。熱効率を改善する技術のひとつは、高抵抗の抵抗器と薄いパッシベーション層とを含む薄膜構造を有する、熱効率のよいインク滴発生器を設けることである。
【００１４】
コンパクトなプリントヘッド上にインク滴発生器を高密度に配置することによって、持ち運び可能で低コストのパッケージでの高性能印刷が提供される。具体的には、熱効率のよいインク滴発生器を用い、コンパクトなプリントヘッドの非常に優れた熱制御を行うことによって、本発明は、高速、高解像度、かつ高品質の印刷を行うことができる。本発明はまた、本発明のコンパクトなインクジェットプリントヘッドを用いた高性能印刷の方法も含む。
【００１５】
本発明の他の態様および利点とそのより完全な理解とは、以下の詳細な説明を、例として本発明の原理を説明する添付図面とともに読めば、明らかとなろう。さらに、本発明の範囲は、上記の発明の概要または下記の詳細な説明によってではなく、特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【００１６】
好ましい実施形態を説明する以下の説明および添付図面を参照すれば、本発明をさらに理解することができる。添付図面とともに好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読めば、他の特徴および利点が明白になろう。添付図面は、例として本発明の原理を説明する。
【００１７】
図面を通して、同じ参照番号は対応する部分を表す。
【００１８】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の以下の説明において、添付図面を参照する。添付図面は、説明の一部を形成し、添付図面において、例示として具体的な例が示され、それによって本発明を実施することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的変更を行ってもよいことが理解されなければならない。
【００１９】
Ｉ．一般的概観
本発明は、インク滴発生器を高密度にスタガ配置した、コンパクトなモノクロのプリントヘッドにおいて具体化される。この配置によって、本発明で高解像度かつ高速の印刷が行われる。印刷システムの最適性能を達成するために、本発明のいくつかの態様が重要である。
【００２０】
本発明の一態様は、ノズル数が多く高周波数で動作する、高解像度のプリントヘッドを用いることに関する。プリントヘッドの解像度（印刷したドキュメントの解像度ではなく）は、長さ１インチ（約２５．４ｍｍ）当たりのノズル数に従って判定される。これは、媒体前進軸に整列する方向、そして走査プリントヘッドの場合には走査軸を横切る方向で測定される。例示的実施形態において、本発明のプリントヘッドのノズルアレイのサイズは１／３インチ（約８．５ｍｍ）であり、媒体前進軸に沿って測定する組合わせ解像度は１インチ当たり１２００ドット（１２００ｄｐｉ）である。さらに、この例示的実施形態におけるプリントヘッドの動作周波数は、少なくとも１２キロヘルツ（ｋＨｚ）である。
【００２１】
本発明のプリントヘッドは、インク滴発生器をスタガ配置したものを用いて、印刷品質、速度、および解像度を上げる。特に、複数のインク滴発生器が、複数の軸に沿って配置され、印刷媒体の同じ部分を横切って走査するよう媒体前進軸方向に配置されている。軸（または軸グループ）に沿った複数のインク滴発生器は中心線を有し、すべての軸グループの中心線は、媒体前進軸と平行であり、媒体前進軸を横切る方向に互いに間隔を置いて配置されている。それぞれの軸グループのノズルは、他の軸グループに対してスタガ配置されており、少なくとも３つの軸グループの組合わせ解像度（媒体前進軸に沿って測定）が、単一の軸グループの解像度の２倍よりも大きいようになっている。スタガ配置にすることで、媒体前進軸における実効ノズル密度を上げることにより、より少ないパスでより高解像度の印刷が提供され、高解像度で高速印刷を行う。本発明のプリントヘッドのさらなる詳細については、ヒューレット・パッカード社の事件整理番号第１０９９２３１８−１号である、Ｊｏｅ Ｔｏｒｇｅｒｓｏｎその他による、本願と同日に出願された「Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｋ Ｊｅｔ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ Ｈａｖｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」という名称の、本願と同時係属の特許出願第　号において説明されている。
【００２２】
例示的実施形態において、プリントヘッドは４つの軸グループを含む。この４つの軸グループの中心線は、互いに平行であり、中心線を横切る方向に互いに間隔を置いて配置されている。それぞれの軸グループの軸ピッチ（すなわち解像度）は、約３００ｄｐｉである。本発明によるスタガ配置によって、４つの軸グループをすべて組み合わせたものの実効ピッチは１２００ｄｐｉになる（媒体軸に沿って測定）。好ましくは、４つの軸グループの端は、１／３００インチ（約８４．７μｍ）以内に整列しており、この４つの軸グループをすべて組み合わせたものの実効ピッチが、１回の印刷走査中にカバーされるスウォースについて、端から端までで１２００ｄｐｉになるようになっている。
【００２３】
本発明の別の態様は、多数のノズルをスペース効率よくレイアウトしたものを用いて、プリントヘッドのサイズを最小にし、比較的低コストの印刷システムにおいてこのプリントヘッドを用いることができるようにすることを含む。スペース効率のよいこのレイアウトは、非常にコンパクトに配置された２つの中央インク供給スロットと、共通の接地リード線を有するインク滴発生器の基本要素とを有する、高アスペクト比の基板を含む。本発明のさらに別の態様は、エネルギー効率のよいインク滴発生器設計を含む。熱インピーダンスが比較的低い保護層を有する、比較的高抵抗の抵抗器を用いることによって、生成される滴当たりの基板に伝わる熱エネルギー量は最小になる。
【００２４】
ＩＩ．構造上の概観
図１は、本発明を組み込んだ印刷システム全体のブロック図である。印刷システム１００は、印刷媒体１０２（紙であってもよい）上にインク等を印刷するのに用いることができる。印刷システム１００は、印刷データを生成するホストシステム１０５（コンピュータやマイクロプロセッサ等）に結合している。印刷システム１００は、コントローラ１１０、電源１２０、印刷媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、および複数のスイッチングデバイス１３５を含む。プリントヘッドアセンブリ１５０には、インク供給装置１１５が液通しており、プリントヘッドアセンブリ１５０に選択的にインクを供給する。印刷媒体搬送装置１２５は、印刷システム１００に対して印刷媒体１０２（紙等）を動かす手段を提供する。同様に、キャリッジアセンブリ１３０はプリントヘッドアセンブリ１５０を支持し、印刷媒体１０２の上方の、コントローラ１１０が指示する特定の位置にプリントヘッドアセンブリ１５０を動かす手段を提供する。
【００２５】
プリントヘッドアセンブリ１５０は、コンパクトなプリントヘッド構造１６０を含む。以下で詳細に説明するように、本発明のプリントヘッド構造１６０は、基板（図示せず）を含む複数のさまざまな層を含む。プリントヘッド基板は、例えばシリコン等のいかなる好適な材料（好ましくは熱膨張係数が小さい）でできている、単一のモノリシック基板であってよい。プリントヘッド構造１６０はまた、プリントヘッド基板内に形成した、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したもの１６５も含む。インク滴発生器を配置したもの１６５は熱効率のよい設計を含み、それによって、大きな熱暴走なしに、多数のインク滴発生器を比較的コンパクトなプリントヘッド基板上に配置することができる。さらに、インク滴発生器を配置したもの１６５はそれぞれ、プリントヘッドアセンブリ１５０からインク滴を噴出させる複数の素子を含む。コンパクトなプリントヘッド構造１６０はまた、スイッチングデバイス１３５にエネルギーを供給する電気的インターフェース１７０も含む。そしてスイッチングデバイス１３５は、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したもの１６５に電力を供給する。
【００２６】
印刷システム１００の動作中、電源１２０は、コントローラ１１０、印刷媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、およびプリントヘッドアセンブリ１５０に、制御した電圧を供給する。さらに、コントローラ１１０がホストシステム１０５から印刷データを受け取り、そのデータを処理して、プリンタ制御情報と画像データとにする。処理したデータ、画像データ、ならびにその他静的および動的に生成したデータは、印刷システム１００を効率的に制御するために、印刷媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、およびプリントヘッドアセンブリ１５０に供給される。
【００２７】
例示的印刷システム
図２は、本発明の高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを組み込んだ例示的印刷システムであり、説明の目的のためにのみ示す。図２に示すように、印刷システム２００は、印刷媒体を保持するトレイ２２２を含む。印刷動作が開始すると、印刷媒体が、好ましくはシートフィーダ２２６を用いて、媒体前進軸２２７の方向にトレイ２２２から印刷システム２００内へと搬送される。次にこの印刷媒体は、印刷システム２００内でＵ字方向に搬送され、入ってきたときと逆方向に、出力トレイ２２８に向かって出る。直線の紙経路等の他の印刷媒体経路もまた用いてもよい。
【００２８】
印刷媒体は、印刷システム２００内に入ると印刷ゾーン２３０内で一時停止し、次に、本発明の少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ１５０を支持するキャリッジアセンブリ１３０が、走査軸２３４の方向に印刷媒体を横切って動き（すなわち走査し）、その上にインク滴のスウォースを印刷する。プリントヘッドアセンブリ１５０は、キャリッジアセンブリ１３０に取外し可能に搭載されていても、永久的に搭載されていてもよい。さらに、プリントヘッドアセンブリ１５０はインク供給装置１１５に結合している。インク供給装置１１５は、内蔵されたインク供給装置（内蔵されたインク槽等）であってもよい。または、プリントヘッドアセンブリ１５０は、柔軟性を有する管路を介して、インク供給装置１１５に液通していてもよい。さらなる選択肢としては、インク供給装置１１５は、プリントヘッドアセンブリ１５０とは別個であるかまたはプリントヘッドアセンブリ１５０から分離可能で、キャリッジアセンブリ１３０に取外し可能に搭載されている、１つまたはそれよりも多いインク容器であってもよい。
【００２９】
図３は、本発明の高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを支持する、図２の印刷システムの例示的キャリッジアセンブリを示す。キャリッジアセンブリ１３０は、プリントヘッドアセンブリ１５０を支持する走査キャリッジ３２０を含む。プリントヘッドアセンブリ１５０は、走査キャリッジ３２０に取外し可能に搭載されていても、永久的に搭載されていてもよい。走査キャリッジ３２０にはコントローラ１１０が結合しており、プリントヘッドアセンブリ１５０に制御情報を提供する。
【００３０】
走査キャリッジ３２０は、走査軸２３４の直線経路方向に沿って可動である。ステッパモータ等のキャリッジモータ３５０が、位置コントローラ３５４（コントローラ１１０と連絡している）からのコマンドに従って、走査軸２３４に沿って走査キャリッジ３２０を搬送する。位置コントローラ３５４にはメモリ３５８が設けられて、位置コントローラ３５４が走査軸２３４に沿った自らの位置を知ることができるようにしている。位置コントローラ３５４は、印刷媒体１０２をインクリメントに搬送するプラテンモータ３６２（ステッパモータ等）に結合している。印刷媒体１０２は、印刷媒体１０２とプラテン３７０との間に加えられる圧力によって動く。印刷システム２００の電気的構成要素（キャリッジモータ３５０やプラテンモータ３６２等）を動かす電力、および、プリントヘッドアセンブリ１５０にインク滴を噴出させるエネルギーは、電源１２０が供給する。
【００３１】
通常、印刷動作は、印刷媒体１０２をトレイ２２２から供給し、プラテンモータ３６２を、したがってプラテン３７０を媒体前進軸２２７の方向に回転させて印刷媒体１０２を印刷ゾーン２３０内へと搬送することによって行われる。印刷媒体１０２が印刷ゾーン２３０内に正確に配置されると、キャリッジモータ３５０が、印刷媒体１０２の上方に走査軸２３４に沿って走査キャリッジ３２０およびプリントヘッドアセンブリ１５０を配置して（すなわち走査して）印刷を行う。１回の走査または複数回の走査の後、印刷媒体１０２は、プラテンモータ３６２によって媒体前進軸２２７に沿ってインクリメントに移動し、それによって、印刷媒体１０２の他の領域が印刷ゾーン２３０内に配置される。走査キャリッジ３２０が再び印刷媒体１０２を横切って走査し、インク滴のさらなるスウォースを印刷する。このプロセスは、所望の印刷データが印刷媒体１０２上に印刷されるまで繰り返され、印刷された時点で、印刷媒体１０２は出力トレイ２２８内に排出される。
【００３２】
ＩＩＩ．プリントヘッドの構成
本発明のコンパクトなプリントヘッドは、高解像度の印刷を高速で行う、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したものを含む。インク滴発生器を高密度に配置したものは、熱効率のよい設計を含み、それによって高密度のインク滴発生器をコンパクトなプリントヘッド基板上に配置することができる。好ましい実施形態において、コンパクトなプリントヘッド基板のインク滴発生器の密度は、１平方ミリメートル当たりインク滴発生器約１０個よりも高い。さらに、好ましい実施形態において、インク滴発生器は、少なくとも４つの軸に沿って各グループ（それぞれは、軸グループとして知られている）になるよう配置されており、それぞれの軸グループは複数のノズルを有する。それぞれの軸グループの複数のノズルの長さは約１／３インチであり、その結果、１平方ミリメートル当たり約１２個のノズルを有することになる。本発明の熱効率のよいインク滴発生器は、高抵抗と薄いパッシベーションを有する熱効率のよい抵抗器構造を含む、薄膜構造である。
【００３３】
本発明の別の態様は、コンパクトなプリントヘッド基板上に配置したインク滴発生器の数に関して少ない数の、プリントヘッドへの入力リード線を有することである。特に、インク滴発生器は、基本要素と呼ばれるグループになるよう配置されており、本発明において、プリンタからの接地接続の数は、基本要素の数よりも少ない。好ましい実施形態において、１６個の基本要素に対して接地接続が４つある。さらに、別の態様は、小さい滴重量かつ高い噴出周波数で噴出されているインク滴を有することである。例えば好ましい実施形態において、インク滴は、インク滴重量が約１５ナノグラムであり、１２キロヘルツ（ｋＨｚ）よりも高い噴出周波数で噴出される。
【００３４】
図４は、本発明のプリントヘッドアセンブリの斜視図であり、説明の目的のためにのみ示す。図２のプリンタ２００等の典型的な印刷システムとともに用いる典型的なプリントヘッドアセンブリを参照して、以下で本発明を詳細に説明する。しかし本発明は、いかなるプリントヘッドおよびプリンタの構成に組み込んでもよい。図１および図２を図４とともに参照して、プリントヘッドアセンブリ１５０は、熱インクジェットヘッド装置４０２とプリントヘッド本体４０４とからなる。熱インクジェットヘッド装置４０２は、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）アセンブリと通常呼ばれる柔軟性を有する材料であってもよく、相互接続パッド４１２を含んでいてもよい。相互接続パッド４１２は、例えば接着材料によって、プリントヘッドアセンブリ１５０（プリントカートリッジとも呼ばれる）に好適に固定される。接触パッド４０８は、キャリッジアセンブリ１３０上の電極（図示せず）に位置合わせされ、それと電気的に接触している。
【００３５】
高性能のノズル配置
図５Ａは、ノズルの配置を示す、本発明の例示的プリントヘッドの平面図である。図５Ａは簡略図であるということが注意されるべきである。例えば、図示のノズルの数は、例示的なまたは意図する市販の実施形態よりも非常に少なくなっている。例示的プリントヘッド５００は、複数のインク滴発生器を中に有するコンパクトな基板５１０、入力パッド５１５、およびオリフィス層５２０を含む。オリフィス層５２０は、複数のインク滴発生器に対応する複数のノズル５３０を含む。
【００３６】
図５Ａの例示的実施形態において、プリントヘッドの組合わせノズル解像度は、１インチ当たり約１２００ドット（１２００ｄｐｉ）である。言い換えれば、プリントヘッドの組合わせ（すなわち実効）ピッチは、基準軸Ｌに沿って測定して１／１２００インチ（約２１．２μｍ）である。プリントヘッドのノズルはそれぞれ、１２ｋＨｚを超えてもよい動作周波数で動作する。
【００３７】
高印刷解像度を達成するために、図５Ａに示す本発明の例示的プリントヘッドは、４つの軸グループ（図５Ａにおいてグループ１〜４として示す）になるよう配置されたノズルを有する。軸グループはそれぞれ、他の軸グループの中心線および基準軸Ｌと略平行な中心線（図５Ａに破線で示す）を有する。動作において、基準軸Ｌは媒体前進軸２２７に整列している。それぞれの軸グループは、基準軸Ｌに関して測定する軸ピッチＰを有する。それぞれの軸グループのノズルは、他の軸グループのノズルに対して、および基準軸Ｌに対して、スタガ配置されている。図５Ａに示すように、それぞれの軸グループはＰという軸ピッチを有し、この４つの軸グループをすべて組み合わせたものの実効ピッチは、基準軸Ｌに対してＰ／４（すなわち、いずれかの単一の軸グループのピッチの１／４）である。さらに、グループ１とグループ３とを組み合わせて、Ｐ／２という実効ピッチを提供してもよい。同様に、グループ２とグループ４とを組み合わせて、Ｐ／２という実効ピッチを提供してもよい。この例示的実施形態において、それぞれの軸グループの軸ピッチＰは１／３００インチであるが、３つまたはそれよりも多くの軸グループをスタガ配置して解像度を上げるこの技術は、いかなる軸ピッチに適用してもよい。それぞれの軸グループのノズルを略同一直線上にあるものとして示すが、１つの軸グループのノズルのうちのいくつかは、その軸グループの中心線からわずかに外れていてもよいことに注意するべきである。これは例えば、発射遅延を補償する必要があるときに行われてもよい。
【００３８】
図５Ｂは、オリフィス層を取り除いてインク滴発生器のスタガ配置を示した状態の、図５Ａのプリントヘッドの一部の平面図を示す。具体的には、プリントヘッド５００は、コンパクトな基板５１０上に配置したインク滴発生器５４０を含む。インク滴発生器５４０の上にあるノズル５３０は、グループ１、グループ２、グループ３、およびグループ４を含む軸グループになるよう配置されている。インク滴発生器の各軸グループは、基準軸Ｌに関して横方向に、互いに間隔を置いて配置されている。好ましい実施形態において、基準軸Ｌは媒体前進軸２２７と一直線をなしている。インク滴発生器の単一の軸グループは、印刷媒体の上方でのプリントヘッド５００の単一のパスについて、１を軸ピッチで割ったもの（１／Ｐ）として定義される、ある軸解像度を有する。例示的実施形態において、軸解像度（１／Ｐ）は約３００ｄｐｉである。このような、軸グループをスタガ配置したものを用いることによって、組み合わせた軸グループの実効解像度は、４つの軸グループすべてで動作するときには約４／Ｐに上がり、４つの軸グループのうちの適切に選択した２つで動作するときには約２／Ｐに上がる。
【００３９】
ある特定の軸グループの軸ピッチ（Ｐ）は、基準軸Ｌ上に投影した、または基準軸Ｌに従って測定した、互いに最も近い２つのインク滴発生器同士の間の中心間距離に等しい。好ましい実施形態において、Ｐは１／３００インチに略等しい。グループ１、２、３、および４は、いかなる最隣接の２つの軸グループについても、基準軸Ｌに沿って互いに対してＰ／４（すなわち、Ｐが１／３００インチに略等しい場合には、１／１２００インチ）だけスタガ配置されている。図５Ｂに示すように、これによって、Ｐ／４（例示的実施形態においては１／１２００インチ）に等しい組合わせ中心間距離（同様に、基準軸Ｌに沿って測定）が提供される。この配置では、グループ１と３との組合わせ中心間距離（Ｐ１３で表す）は、Ｐ／２、すなわち１／６００インチ（約４２．３μｍ）に等しい。グループ２と４との組合わせ中心間距離（Ｐ２４で表す）もまた、Ｐ／２に等しい。この高密度のスタガ配置によって、本発明のプリントヘッドがコンパクトなプリントヘッド設計において高性能の印刷を行うことができる。
【００４０】
図５Ｃは、プリントヘッド５００のさまざまな層を示す、図５Ａのプリントヘッド５００の一部切欠き等角図である。プリントヘッド５００はコンパクトなプリントヘッド基板５１０（シリコン等）を含み、その上にさまざまなデバイスおよび薄膜層が形成されている。プリントヘッド５００はまた、バリアー層５５０の上に配置されたオリフィス層５２０も含む。バリアー層５５０は、基板５１０の上にある。基板５１０は、高密度にスタガ配置されたインク滴発生器を含む。インク滴発生器は、第１のインク供給スロット５７０の周りに配置された、グループ１内の第１の複数のインク滴発生器５６０と、グループ２内の第２の複数のインク滴発生器５６５とを含む。この例示的実施形態において、第２のインク供給スロット５７２が設けられ、それによって、グループ３とグループ４とが第２のインク供給スロット５７２の周りに配置される。オリフィス層５２０内にはノズル５３０が形成され、それぞれのノズル５３０の下にインク滴発生器があるように配置されている。第１のインク供給スロット５７０を通じてインクがインク滴発生器に供給され、インク滴発生器において、インクが加熱されノズル５３０を通って噴出される。
【００４１】
オリフィス層５２０をバリアー層５５０に取り付けるのに、通常は積層プロセスが用いられる。図５Ｃはバリアー層５５０とオリフィス層５２０とを別個の層として示すが、代替実施形態においては、１つの一体化したバリアーおよびオリフィス層として形成することもできる。オリフィス層５２０とバリアー層５５０の両方が一緒になって、発射チャンバ５７５を形成している。発射チャンバ５７５において、抵抗器５８０がインクを加熱し、ついにはノズル５３０を通って液滴が吐出される。
【００４２】
コンパクトで細長いプリントヘッド基板
本発明は、コンパクトなプリントヘッド基板上に配置した、インク滴発生器を高密度に配置したものを含む。プリントヘッドは細長い（すなわち幅の狭い）形状であり、好ましい実施形態において、コンパクトなプリントヘッド基板は、幅が約３ミリメートルで長さが約１２ミリメートルの長方形である。このコンパクトなプリントヘッド基板上には、少なくとも３５０個のノズルが含まれており、好ましいノズルの数は４１６個である。好ましい実施形態において、その結果、１平方ミリメートル当たり約１２個のノズルを有するコンパクトなプリントヘッドができる。
【００４３】
プリントヘッド基板上に含まれるインク滴発生器は、少なくとも４つのスタガ列になるよう配置されたノズルからインクを噴出する。この列はそれぞれ１０４個のノズルを有し、ノズルの列はそれぞれ、長さが約１／３インチである。ノズルの４つの列は、２つの細長いインク供給スロットの周りに２つずつ配置されており、それぞれのインク供給スロットの幅は約２００ミクロンである。好ましくは、インク供給スロットはそれぞれ、プリントヘッドの中心から約６８０ミクロンのところに配置されている。
【００４４】
図６は、プリントヘッドのノズル層を取り除いてノズルの下にある抵抗器５８０のパターンが見えるようにした状態の、図５の例示的プリントヘッドの平面図である。本発明のノズルの下にはそれぞれ、対応する動作可能な抵抗器５８０がある。図６に示す抵抗器は、図を簡単にするために数を少なくしている。
【００４５】
抵抗器５８０は、非常にコンパクトなプリントヘッド基板５１０上に配置されており、抵抗器の密度が、プリントヘッド基板５１０の１平方ミリメートル当たり少なくとも抵抗器１０個であるようになっている。このように高密度に配置することによって、プリントヘッドのコストを、これよりも少ないノズルを有する多くの他のプリントヘッドよりも下げることができる。例示的実施形態において、プリントヘッド基板５１０の１平方ミリメートル当たり約１２個の抵抗器がある。インク供給スロットのいかなる領域も、抵抗器の密度の計算に含まれていることに注意するべきである。
【００４６】
図６に示すプリントヘッド基板５１０は細長いフォームファクタを有しており、基板５１０の長さは、基準軸Ｌに略整列している。好ましい実施形態において、幅が約３ミリメートル未満で長さが約１２ミリメートル未満の基板５１０上に、少なくとも３５０個のインク滴発生器が配置されている。好ましい実施形態において、基板５１０は４１６個の抵抗器を含み、幅が約２．９ミリメートルで長さが約１１．５ミリメートルである。
【００４７】
プリントヘッド基板５１０は、第１のインク供給スロット５７０と第２のインク供給スロット５７２とを含む、２つの細長いインク供給スロットを有する。インク供給スロット５７０、５７２はそれぞれ、２つの軸グループ内の抵抗器５８０に、インク供給装置からインクを供給する。例えば、図６に示すように、第１のインク供給スロット５７０はグループ１、２内の抵抗器にインクを供給し、第２のインク供給スロット５７２は、グループ３、４内の抵抗器にインクを供給する。インク供給スロット５７０、５７２はそれぞれ、基準軸Ｌと略平行な中心線（図６に破線で示す）を有する。この中心線は、インク供給スロット５７０、５７２のそれぞれを、そのそれぞれの長さに沿って略均等に分割している。インク供給スロット５７０、５７２の中心線は、基準軸Ｌと略平行な方向に、互いに間隔を置いて互いから横方向に配置されている。インク供給スロット５７０、５７２はそれぞれ、スロットの長さに略等しい長手方向の縁を２つ有する。特に、第１のインク供給スロット５７０は、それに隣接してグループ１の抵抗器が配置されている、第１の長手方向の縁６１０と、それに隣接してグループ２の抵抗器が配置されている、第２の長手方向の縁６２０とを含む。同様に、第２のインク供給スロット５７２は、グループ３、４がそれぞれの縁に隣接する、第３の長手方向の縁６３０と第４の長手方向の縁６４０とを含む。
【００４８】
プリントヘッド基板５１０の長さの両端には、それぞれの軸グループの抵抗器にエネルギーを供給する入力パッド５１５を有する端部がある。入力パッド５１５から送られている信号を、スイッチング回路（複数のトランジスタ等）が軸グループ内の抵抗器に結合する。この技術は、プリントヘッド基板５１０の幅を狭くするのに役立つ。
【００４９】
抵抗器５８０はそれぞれ、抵抗器５８０に電流パルスを供給するスイッチング回路（電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等）に結合されている。これらのスイッチング回路については、以下に詳細に説明する。抵抗器５８０とそのそれぞれのスイッチング回路とは、基本要素と呼ばれるグループに分けて配置されている（図６において数字１〜１６で示すように）。図６に示す例示的実施形態において、軸グループはそれぞれ、４つの基本要素に分けられている。好ましくは、基本要素はそれぞれ２６個のノズルを有し、軸グループ当たり全部で１０４個のノズルがある。簡単のために、図６では基本要素当たり４個の抵抗器（および対応するインク滴発生器）しか示していないが、大部分のプリントヘッドの設計では、基本要素当たり１０個よりも多い抵抗器（およびインク滴発生器）を有する傾向があることが理解される。
【００５０】
低インク滴重量
好ましくは、インク滴発生器を高密度に配置したものは低重量のインク滴を用いる。低重量のインク滴は、高重量のインク滴を用いて達成されるよりも小さく、より精細な解像度の印刷を提供する。低重量のインク滴を、インク滴発生器の高密度のアレイとともに用いることによって、本発明では、高い印刷速度で印刷解像度が高くなる。好ましい実施形態において、本発明は、重量が約１５ナノグラム（ｎｇ）であり、好ましくは１４〜１６ｎｇの範囲である、ブラックのインク滴を用いる。
【００５１】
高噴出周波数
一般的に、本発明の好ましい実施形態は、低重量のインク滴の使用を容易にしながらも高い印刷速度を維持するために、高い噴出周波数でインク滴発生器を動作させる。好ましくは、この噴出周波数はキロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲である。この高い噴出周波数を高密度のインク滴発生器のアレイと組み合わせることによって、高解像度での高速印刷が行われる。
【００５２】
好ましい実施形態において、本発明のインク滴発生器は、１２ｋＨｚを超える噴出周波数を用いる。好ましい周波数範囲は約１５〜１８ｋＨｚであり、好ましい値は１８ｋＨｚである。
【００５３】
プリントヘッド回路
本発明は、高性能ではあるが経済的なプリントヘッドを含む。このプリントヘッドは、コンパクトな設計を用いてコストを削減し、熱効率をよくして、コンパクトなプリントヘッド基板上で高性能の設計を用いることができるようにしている。特に、プリントヘッドを熱効率よく設計することによって、熱暴走を最小限に抑えながら、コンパクトなプリントヘッド基板上に高密度のインク滴発生器を配置することができる。本発明が高性能ではあるがコンパクトな設計を可能にする方法のひとつに、プリントヘッド回路が関わっている。具体的には、プリントヘッド回路は、それぞれのインク滴発生器を動作させるのに必要な電力が低く、発生する熱エネルギーが最小になるように設計されている。
【００５４】
技術のひとつは、特定の基本要素に基本要素電力リード線（その特定の基本要素に電力を供給する）を設けることを含む。基本要素電力リード線は、残りの基本要素それぞれの基本要素電力リード線それぞれとは別個に通電することができる。したがって、特定の基本要素内のそれぞれのスイッチング回路に関連する基本要素電力リード線すべてに、１つの特定の基本要素電力リード線が結合する。スイッチング回路がＦＥＴである好ましい実施形態において、特定の基本要素内のそれぞれのＦＥＴのソースまたはドレイン接続のそれぞれに、特定の基本要素選択リード線が結合する。
【００５５】
本発明の別の技術は、別個に通電することができるゲートリード線に関する。ゲートリード線はそれぞれ、複数の基本要素のそれぞれの単一のスイッチングデバイスに結合している。ゲートリード線の数は、１〜Ｎである（ただしＮは最大の基本要素における抵抗器の数である）。好ましい実施形態において、基本要素はそれぞれ２６個の抵抗器を有し（Ｎ＝２６）、したがって２６個のゲートリード線がある。スイッチングデバイスがＦＥＴである場合には、１つの基本要素内のＦＥＴそれぞれのゲートには、ゲートリード線のうちの１つが接続されている。特定のスイッチングデバイスが作動すると、電流パルスが基本要素電力リード線からスイッチング回路を通り、ヒータ抵抗器を通って流れ、帰線すなわち接地リード線を通って戻る。特定のスイッチングデバイスを作動させるために、そのスイッチングデバイスに関連するゲートリード線と基本要素電力リード線とを、同時に作動すなわち通電しなければならない。
【００５６】
プリントヘッドの動作中、ゲートリード線が一度に１つずつ、順次作動する。その結果、１つの特定の基本要素内では、一度に作動することができるスイッチングデバイスは１つのみである。しかし、基本要素のうちのいくつかまたはすべてを同時に動作させることができる。それぞれのゲートリード線が、複数の基本要素の１つのスイッチングデバイスに接続されているからである。好ましい実施形態において、それぞれの基本要素は、２６個のゲートリード線のそれぞれについて多くても１個のゲート接続を有する。印刷システムは、動作中にゲートリード線を通じて循環するので、１つの基本要素内では一度に１つのインク滴発生器しか動作できない。しかし、大部分のゲートリード線は基本要素間で共用されているので、複数の基本要素を同時に発射することができる。好ましい実施形態において、同時に動作することができる、走査軸において（すなわち、紙の軸を横切り、軸Ｌを横切って）重なり合っている基本要素が、少なくとも３つ、好ましくは４つある。これによって、単一の走査ではるかにより完璧により高解像度でカバーすることができる。
【００５７】
図７は、図５Ａに示すプリントヘッド５００の、基本要素の電源引き回しの例示的実施形態である。特定の基本要素に対して、第１の端において対応する基本要素の接触パッドに結合している１本の基本要素電力リード線がある。この基本要素の接触パッドは、入力パッド５１５のうちの１つであり（図７においてＰ１〜Ｐ１６で示す）、その特定の基本要素電力リード線に対応するスイッチングデバイスの縁に沿って結合している。例えば、図７に示すように、基本要素１２は、第１の端において基本要素１２の接触パッド７１０（入力パッド５１５の最上行の一番右側）として結合し、縁７２０に沿って基本要素１１のスイッチングデバイス（図示せず）に結合した、基本要素電力リード線７００を有する。例示的実施形態において、基本要素電力リード線はそれぞれ、その基本要素内のそれぞれのＦＥＴのソース接続かドレイン接続かのどちらかに接続している。このような接触パッド（Ｐ１〜Ｐ１６）を用いて、プリントヘッド５００上のそれぞれの基本要素に通電するのに必要なエネルギーを入力する。
【００５８】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明のプリントヘッド５００の接地接続リード線の２つの実施形態を示す。前述のように、インク供給スロット５７０、５７２はそれぞれ、長手方向の縁を２つ有する。抵抗器の４つの軸グループのうちの１つが、それぞれの長手方向の縁に隣接している。入力パッド５１５の数を減らすために、２つ以上の基本要素が同じ接地接続リード線を共用している。図８Ａの実施形態においても図８Ｂの実施形態においても、それぞれの軸グループの２つの端は共通に接続され、コンパクトなプリントヘッド基板５１０の両端に対して基板５１０の中央近くの抵抗器間の接地リード線の寄生抵抗の差を小さくしている。
【００５９】
図８Ａは、図５Ａに示すプリントヘッド５００の、接地接続リード線が単一である場合を示す例示的一実施形態である。本実施形態において、単一の接地接続リード線８１０を用いて、１６個の基本要素すべてを接地接続している。したがって、１６個の基本要素すべてが、単一の接地接続リード線によって接地接続される。または、図８Ｂは、図５Ａに示すプリントヘッド５００の、接地接続リード線が２つである場合を示す別の例示的実施形態である。この特定の実施形態においては、第１の接地接続リード線８２０と第２の接地接続リード線８３０とがある。２つの接地接続リード線８２０、８３０はそれぞれ、特定のインク供給スロットの周りの基本要素すべてを接地接続している。例えば、図８Ｂに示すように、第１の接地接続リード線８２０は、第１のインク供給スロット５７０の周りの基本要素を接地接続し、第２の接地接続リード線８３０は、第２のインク供給スロット５７２を取り囲む基本要素を接地接続している。
【００６０】
熱効率のよい薄膜抵抗器構造
本発明のインク滴発生器はそれぞれ熱効率がよく、コンパクトなプリントヘッド基板上にインク滴発生器を高密度で詰め込むことができる。この熱効率を達成するために、インク滴発生器はそれぞれ、各抵抗器に必要な電力を低くする薄膜抵抗器構造を含む。特に本発明は、高抵抗の抵抗器を用いて、抵抗器に通電するのに必要な電力を少なくし、薄いパッシベーション層を用いて、寄生エネルギー消費のために消費してしまう入力電力を少なくする。どちらの抵抗器構造も、プリントヘッドの必要電力を少なくし、必要電力が多くなることによる熱エネルギーの大きな増加をなくすことによって、印刷システムにおける高周波数の印刷の連射の使用を容易にする。言い換えれば、必要電力を少なくすることによって、たとえ抵抗器が多くなってもプリントヘッドが用いる電力を少なくし、それによって、そのプリントヘッドがより低い温度で動作できるようにし、熱暴走を減らすことができる。
【００６１】
特に、図９は、本発明の例示的インク滴発生器の一部切欠き斜視図である。インク滴発生器５４０は、コンパクトなプリントヘッド基板５１０の上に配置され、薄膜抵抗器構造５８０（図１０Ａおよび図１０Ｂに、より詳細に示す）を含む。抵抗器構造５８０の上には、バリアー層５５０とオリフィス層５２０とがある。この２つについては、以下でさらに説明する。薄膜抵抗器構造５８０の頂部とバリアー層５５０およびオリフィス層５２０とが、発射チャンバを形成する。発射チャンバにおいて、抵抗器構造５８０によってインクが気化し、オリフィス（ノズル５３０等）を通って噴出される。好ましくは、オリフィスの直径は約１０〜２０ミクロンの範囲内であり、例示的値は約１６ミクロンである。インク滴発生器５４０の構成要素および層はそれぞれ、別個に形成しても一体的に形成してもよく、このような構成要素および層を形成するさまざまな方法が当該技術分野において既知である。例えば、バリアー層５５０とオリフィス層５２０とは、別個に取り付けても一体的に形成してもよく、その後、下にあるコンパクトなプリントヘッド基板５１０に取り付けてもよい。
【００６２】
熱暴走を減らすのに本発明が用いる技術のひとつは、発射抵抗器５８０の抵抗を高くすることによって、抵抗器５８０を発射するのに必要な電力を少なくし、接続トレースの抵抗（すなわち寄生抵抗）の全抵抗に対する比が下がるようにすることである。この抵抗比は、接続トレースにおいて消費する電力と直接関係し、「寄生電力損失」として知られている。抵抗器５８０はそれぞれ、抵抗器５８０をさまざまな電気接続に接続する接続トレースを有する。従来の設計においては、接続トレースの抵抗は発射抵抗器５８０の抵抗の１／３以上までであってもよい。この寄生電力損失によって、入力エネルギーの１／３までが接続トレース内で消費されてしまう可能性がある。本発明においては、寄生電力損失がさらに重要になる。抵抗器の密度（コンパクトなプリントヘッドの単位面積当たりの抵抗器の数）が高く、接続トレース用のスペースが少なく、全必要電力が多くなっているからである。
【００６３】
本発明は、それぞれの発射抵抗器５８０の抵抗を高くし、それによって接続トレース内で消費される電力を少なくすることによって、寄生電力損失を低減する。好ましくは、それぞれの発射抵抗器５８０の抵抗は少なくとも７０オームであり、好ましい値は１００オームを超える。抵抗器５８０の厚さを薄くすることによって、または抵抗率の高い抵抗器材料を用いることによって、より高い抵抗を達成することができる。しかし、好ましい実施形態では、抵抗器の厚さと抵抗器材料の抵抗率とは変化せず、抵抗器経路の長さを長くしてより高い抵抗を得る。これは、抵抗器本体を複数のセグメントに分け、結合デバイスまたは導電リンクによってこれらのセグメント同士を直列に接続することによって達成される。この分割された抵抗器によって、発射抵抗器５８０の抵抗が高くなる。直列のセグメントのうちの前のセグメントに、それぞれのセグメントの抵抗が加わるからである。抵抗器の抵抗が高くなることによって、全抵抗も高くなり（接続トレースの抵抗をほぼ一定に保ちながら）、それによって寄生電力損失（トレース抵抗の全抵抗に対する比）が低減する。
【００６４】
図１０Ａは、図９に示す発射抵抗器の平面図である。この例示的実施形態において、発射抵抗器５８０は、第１のセグメント１００４と第２のセグメント１００８とを含む。第１のセグメント１００４と第２のセグメント１００８とは、結合デバイスまたは導体１０１２によって直列接続されている。第１のセグメント１００４に隣接して、電気信号を受け取る入力パッド１０１６が配置されており、第２のセグメント１００８に隣接して、電気信号を送る出力パッド１０２０が配置されている。この好ましい実施形態において、電流制御装置１０２１を用いて、そうでなければ結合デバイス１０１２において発生してしまう電流の密集を低減する。この電流制御装置１０２１は、他の場合には結合デバイス１０１２を通る直線的な電流経路を阻止する。図１０Ａに示す例示的実施形態において、電流制御装置１０２１は、第１のセグメント１００４と第２のセグメント１００８との間の結合デバイス１０１２に形成したノッチ１０２１である。
【００６５】
この例示的実施形態において、セグメント１００４、１００８はそれぞれ長さが約２４ミクロンであり、幅が約１３ミクロンである。これによって、全部で正方形が約４つということになり、それぞれの正方形の抵抗は約２９オームであり、その結果全抵抗は１３０オームになる（接続トレースを含む）。好ましくは、寄生抵抗は約７〜８パーセントの範囲であり、これは約５ナノグラム（ｎｇ）のインク滴重量に適合している。または、少なくとも８０オームの抵抗であれば、その結果、寄生抵抗は約１２パーセントになる。対向するセグメント同士の間の間隙１０２２の幅は、約３ミクロンである。
【００６６】
熱効率を改善するのに本発明が用いる別の技術は、薄膜抵抗器構造５８０上のパッシベーション層の熱抵抗を低くすることである。パッシベーション層が薄くなるということは、抵抗器に通電するのに必要なエネルギーが少なくなることを意味する。これは、インク滴発生器から消費されなければならない熱エネルギーが少なくなることを示し、その結果熱効率がよくなる。本発明は、パッシベーション層を薄くし、最小のエネルギー量で抵抗器５８０に通電してインク滴を噴出させることができるようにすることによって、これを達成する。好ましくは、このより薄いパッシベーション層で、抵抗器５８０に通電するのに必要なエネルギーは１．４マイクロジュール未満でよく、好ましいエネルギー範囲は、約０．８〜１．０マイクロジュールである。抵抗器５８０に通電するのに必要な電力はまた、トレース抵抗の全抵抗に対する比（寄生電力損失）の影響も受け、寄生電力損失がより低いということは、必要な電力が少ないということを一般的に意味する。本発明は、好ましくは、トレース抵抗の全抵抗に対する比が小さいこと（低い寄生電力損失）と薄いパッシベーション層との両方を用いることによって、プリントヘッド上の熱暴走を減らす。
【００６７】
図１０Ｂは、発射抵抗器５８０の薄膜構造を示す、図１０Ａの発射抵抗器の側面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す抵抗器５８０のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。この例示的実施形態において、抵抗器層１０２３はＴａＡｌでできており、コンパクトなプリントヘッド基板５１０（好ましくはシリコンでできている）の上に配置されたＰＳＧ層１０２４およびＦＯＸ層１０２６の上にある。好ましい実施形態において、抵抗器層１０２３の厚さは約９００オングストロームである。抵抗器層１０２３の一部の上には、ＡｌＳｉＣｕからなる導体層１０３２がある。
【００６８】
抵抗器層１０２３は、Ｓｉ３Ｎ４からなる第１のパッシベーション層１０３４とＳｉＣからなる第２のパッシベーション層１０３６とによって、損傷から保護されている。好ましい実施形態において、第１のパッシベーション層１０３４の厚さは２５７０オングストロームであり、第２のパッシベーション層１０３６の厚さは１２８０オングストロームである。第１のパッシベーション層１０３４と第２のパッシベーション層１０３６との組み合わせは、全パッシベーション層を構成する。好ましくは、全パッシベーション層の厚さは約５０００オングストローム未満に保たれ、好ましい範囲は約３５００〜４５００オングストロームである。このパッシベーション層の厚さでは、抵抗器層１０２３に通電するのに必要なエネルギーは１．４マイクロジュール未満である。
【００６９】
第２のパッシベーション層１０３６の上にはキャビテーション層１０４０がある。キャビテーション層１０４０は、抵抗器層１０２３とパッシベーション層１０３４、１０３６とを、インク滴のキャビテーションと崩壊とが原因の損傷から保護する。好ましくは、キャビテーション層１０４０は、厚さが３０００オングストロームのタンタル（Ｔａ）からなる。キャビテーション層１０４０の上には、バリアー層５５０（好ましくは厚さが約１４ミクロン）とオリフィス層５２０（好ましくは厚さが約２５ミクロン）とがある。キャビテーション層１０４０、バリアー層５５０、およびオリフィス層５２０が、発射チャンバ５７５を形成する。発射チャンバ５７５において、抵抗器層１０２３によってインクが気化し、オリフィス層５２０に形成したノズル５３０から噴出される。
【００７０】
本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で行った。これは、網羅的であること、すなわち本発明を開示した厳密な形式に限定することは意図されない。上記開示に鑑みて、多くの変更および変形が可能である。本発明の範囲は、本発明のこの詳細な説明によってではなく、併記の特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み込んだ印刷システム全体のブロック図である。
【図２】本発明のコンパクトで高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを組み込んだ例示的印刷システムを示す図であり、説明の目的のためにのみ示す。
【図３】本発明のコンパクトで高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを支持する、図２の印刷システムの例示的キャリッジアセンブリを示す図である。
【図４】本発明のプリントヘッドアセンブリの斜視図であり、説明の目的のためにのみ示す。
【図５Ａ】ノズルの配置を示す、本発明の例示的プリントヘッドの平面図である。
【図５Ｂ】オリフィス層を取り除いてインク滴発生器のスタガ配置を示した状態の、図５Ａのプリントヘッドの一部を示す平面図である。
【図５Ｃ】プリントヘッドのさまざまな層を示す、図５Ａのプリントヘッドの一部切欠き等角図である。
【図６】プリントヘッドのノズル層を取り除いてノズルの下にある抵抗器のパターンが見えるようにした状態の、図５の例示的プリントヘッドの平面図である。
【図７】図５Ａに示すプリントヘッド５００の、基本要素の電源引き回しの例示的実施形態の図である。
【図８Ａ】図５Ａに示すプリントヘッドの、接地接続リード線が単一である場合を示す、例示的一実施形態の図である。
【図８Ｂ】図５Ａに示すプリントヘッドの、接地接続リード線が２つである場合を示す、他の例示的実施形態の図である。
【図９】本発明の例示的インク滴発生器の一部切欠き斜視図である。
【図１０Ａ】図９に示す発射抵抗器の平面図である。
【図１０Ｂ】発射抵抗器の薄膜構造を示す、図１０Ａの発射抵抗器の側面図である。
【符号の説明】
１１５：インク供給装置
１５０：プリントヘッドアセンブリ
１６０：プリントヘッド構造
１６５：インク滴発生器
５６０：第１の複数のインク滴発生器
５６５：第２の複数のインク滴発生器
５８０：抵抗器
【図１】
2004505818.tif 000003
【図２】
2004505818.tif 000004
【図３】
2004505818.tif 000005
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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