(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリントヘッド内のインク圧を調整するシステムであって、
第１のインクチャネルを画定するベースを有するプリントヘッドであって、前記第１のインクチャネルの一部がインクを蓄えるための容積を画定し、前記第１のインクチャネルは、インク滴が該プリントヘッドから噴射される発射チャンバと流体連通しているプリントヘッドと、
前記チャンバからインク滴を噴射するために、前記チャンバ内の前記インクを加熱するために発射チャンバ内に配置されたヒーターと、
その間にインクを蓄えるための容積を画定する前記第１のインクチャネル内に取付けられている少なくとも２つの可撓性フラップであって、該２つのフラップの第１のフラップが該２つのフラップの第２のフラップから間隔をあけられている２つの可撓性フラップと、
起動されると前記フラップ間のある量のインクを加熱し、前記第１のフラップを閉位置まで変形させ、前記第２のフラップを開位置まで変形させることによって、前記ある量のインクを前記第２のフラップを通過して移動させる、前記２つのフラップ間に配置されている加熱要素と、
前記プリントヘッドの前記ベースにある第２のインクチャネルであって、前記第２のインクチャネルの一部がインクを蓄えるための容積を画定し、前記第２のインクチャネルはその中に搭載されている可撓性インクフラップを含み、前記第２のインクチャネルは発射チャンバと流体連通して、前記第２のインクチャネルの前記フラップが変形して、前記発射チャンバからのインク滴の噴射に応答して該チャネルを介する流路を制限する位置に前記フラップの先端を移動させることを特徴とするインク圧調整システム。
【請求項２】
前記第１のインクチャンネルは第１のインク供給源に流体連通され、前記第２のインクチャンネルは前記第１のインク供給源より染料の濃度が低い第２のインク供給源に流体連通されており、前記発射チャンバ内のインクの濃度を変化させるために、前記加熱要素を用いて前記第１のインクチャンネルから前記第１のインク供給源を選択的に吸入吐出することによって、プリントグレースケールを変化させることを特徴とする、請求項１に記載のインク圧調整システム。
【請求項３】
前記可撓性フラップは微細加工処理によって構成されている、請求項１に記載のインク圧調整システム。
【請求項４】
前記可撓性フラップはレーザー切削処理によって構成されている、請求項１に記載のインク圧調整システム。
【請求項５】
インクジェットプリントヘッド内の液圧を制御する方法であって、
流体通路を含むプリントヘッドを提供するステップであって、前記流体通路はインクを蓄えるための容積を画定し、前記流体通路は、ヒーターによってインク滴が前記プリントヘッドから噴射されるノズルを有する発射チャンバと流体連通しているステップと、
間隔をあけられた２つの可撓性弁部材を前記流体通路内の前記プリントヘッドに取り付けるステップと、
前記２つの弁部材間に加熱要素を搭載するステップと、
インクが前記流体通路を介して、前記ヒーターによる噴射のために前記発射チャンバ内に流れるように、前記加熱要素によって誘発された前記通路内の圧力変化に応じて前記弁部材を移動させるステップと、
インクを蓄えるための別の容積を画定する第２の流体通路内の前記プリントヘッドに第３の可撓性弁部材を取り付けるステップであって、前記第２の流体通路は前記発射チャンバと流体連通しているステップと、
インクが前記第２の流体通路を介して流れるように、前記第３の可撓性弁部材を、前記発射チャンバ内の前記ヒーターによって誘発されて開位置に移動させ、前記通路内の圧力変化に応答して閉位置に移動させて、前記第２の流体通路を介するインクの流れを制限するステップと、
を備えるインクジェットプリントヘッド内の液圧を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリントヘッド中の流体の流れと圧力を制御するインク圧調整システムおよびインクジェットプリントヘッド内の液圧を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは、小さいインク滴を形成し、プリント媒体にむけて噴射するペンを含む。このペンはプリンタ内の往復運動するキャリッジに取り付けられる。かかるペンはインク滴が噴射される非常に小さいノズルを備えるオリフィスプレートを有するプリントヘッドを含む。ノズルに隣接して噴射の前にインクが蓄えられるインクチャンバが設けられる。インクは、インク供給源と連結しているインクチャネルを介してインクチャンバに供給される。インク供給源はたとえばペンのインク貯蔵部に蓄えられるか、あるいは遠隔の場所からペンに供給される。
【０００３】
ノズルからのインク滴の噴射は隣接するインクチャンバ内のある量のインクを急速に加熱することによって行なわれる。このサーマルプロセスによってインクチャンバ内のインクが加熱され、気泡が形成される。サーマルインクジェット気泡の形成は「核形成」(nucleation)として知られている。インク蒸気の急速な膨脹によってインク滴がオリフィスから押し出される。この過程は「発射 (firing)」と呼ばれる。チャンバ中のインクはたとえば制御信号に応答する抵抗器によって加熱することができる。この抵抗器はノズルに隣接して設けられる。
【０００４】
インクジェットプリントヘッドは典型的にはインクチャネルからインクチャンバにインクを引き込む毛管作用の力に依存するものである。ここでは、「背圧」という用語はプリントヘッド内の部分真空を意味する。背圧は正の向きに考えられ、したがって、背圧の増大は部分真空の増大を表わす。毛管作用の力がレギュレータによって発生するわずかな正方向の背圧に打ち勝つ。チャンバからインクが噴射されると、チャンバは毛管作用の力によって補給され、システムは次のインク滴を噴射可能な状態となる。
【０００５】
空のチャンバを充填インクが流入するとき、この移動するインクの慣性のよってインクの一部がオリフィスの外側に突出する。ペン内のインクは一般にわずかに正方向の背圧に保たれるため、インクの突出部分はただちにインクチャンバ内に戻る。この往復運動は数回繰り返されるうちに減少し、最終的には停止する、すなわち減衰する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
インクがオリフィスから盛り上がるときにインク滴が発射されると、噴射されたインク滴はダンベル状を形成し、またその移動速度は低い。逆にインクがノズルから後退するときにインクが噴射されると、噴射されるインク滴は槍状を成し、その移動速度は不適切に高くなる。チャンバ内でのインクの運動はこれら２つの両極端の間で減衰していき、良好な形状のインク滴が生成され最適なプリント品質が得られるようになる。
【０００７】
プリント速度（すなわちインク滴の噴射速度）は、チャンバ内のインクの運動がインク滴の発射の間に減衰しうるように低速でなければならない。インクの運動が十分減衰されるのに必要な期間を減衰期間と呼ぶ。
【０００８】
減衰期間に起因するプリント速度の低下を少なくするために、インクチャンバの形状が工夫されてきた。インクチャンバは盛り上がった充填インク(refilling ink)を急速に減衰させるためにインクチャンバの充填速度を低減するように圧縮される。一般に、チャンバの長さと面積はチャンバ充填インクの往復運動を小さくする（したがって、減衰期間を短くする）ように構成される。しかし、プリントヘッドから減衰期間をなくすことはできなかった。したがって、プリント速度は減衰期間に適応したものでなければならず、さもなければプリントやイメージに問題が生じる。
【０００９】
また、インクジェットプリントヘッドにはインク滴の噴射時にインクの「逆流 (blowback)」が生じやすいという問題がある。逆流は発射時にチャンバ内のインクの一部が隣接するチャネル部分に押し戻されるときに発生する。逆流はチャンバがチャネルと常に連結しており、したがって発射時にチャンバ内のインクの大部分がプリントヘッドから噴射されず、むしろチャネルへ逆流することによって生じるものである。
【００１０】
逆流によってチャンバからのインク滴の噴射に用いられるべきエネルギ（「ターンオンエネルギー」又はTOE）の一部が浪費される。これは実際にはチャンバ内の全インク量の一部だけしか噴射されないためである。したがって、逆流を低減すれば、TOEが低減され、インクジェットペンの熱効率が向上する。さらに、TOEが高いとプリントヘッドの加熱が過剰になる。プリントヘッドの加熱が過剰になるとインクに溶解した空気から気泡が生じ、インク気泡の先駆核 (prenucleation)形成が生じる。気泡および先駆核形成はプリント品質を低下させる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクジェットプリントヘッド内の流体流と液圧を制御するシステムを提供する。本発明の一実施例において、プリントヘッド内の液体の流れと圧力はインクジェットペンのプリントヘッドに取り付けられた、あるいはそれと一体となった受動的弁装置によって制御される。
【００１２】
本発明の一実施例では、この弁装置は少なくとも１つの小型の受動的弁部材を含む。この弁部材は発射チャンバに隣接するインクチャネル内に配置された弾性変形可能なフラップからなる。このフラップはインク発射チャンバに出入りするインクの流れと圧力を調整する位置に出入りするように可撓性を有している。
【００１３】
弁部材は、インク滴の発射中にインクチャンバをチャネルからほぼ隔離する位置にまで変形可能である。このようにインクチャンバを隔離することによってインクの逆流を低減する。噴射中、チャンバ内のインクは変形した弁部材によって阻止されてインクチャネルに戻ることができず、ノズルから出るしかない。インクの逆流を低減することによってペン内の液圧の調整が改善され、TOEが低減される。
【００１４】
さらに、このように変形する弁部材を用いることによって、インクチャンバは充填後、ただちに隔離され、それによってインクの減衰期間が短縮される。すなわち、インクチャンバを隔離することによって、ノズルからの盛り上がったインクの後退距離が制限され、インクの往復運動が少なくなる。
【００１５】
本発明は、微細加工、低コストが実現可能であり、またウェハを用いたバッチ処理の使用や、繰り返し精度を得ることを可能にするものである。
【００１６】
【実施例】
図１において、本発明の弁装置はインクジェットプリンタペン10に内蔵されている。このペンはインク貯蔵器24を画定するペン本体12を含む。インク貯蔵器24はある量のインクを保持するように構成されている。プリントヘッド20がペン本体12の底部14にはめ込まれ、インク貯蔵器24からのインク滴の噴射が制御される。プリントヘッド20はプリント時にインクをある制御されたパターンで発射するための一群のノズル22を画定する。各ノズル22はプリントヘッド20のベースに画定された発射チャンバと連結している。
【００１７】
供給管（図示せず）がインク貯蔵器24（図１）からプリントヘッド20によって画定されるインクチャネル128aおよび128b（図２）にインクを導入する。インクチャネルはその中を移動するインクが各発射チャンバ132（図２）と連結するように構成される。
【００１８】
各発射チャンバ132は対応する薄膜抵抗器を有する。かかる抵抗器は外部のマイクロプロセッサおよび対応するドライバによって印加される電流によって選択的に駆動（加熱）される。各抵抗器への導電性駆動線はペン本体12（図１）の外部に取り付けられた回路26に設けられている。抵抗器駆動線の端部の回路接触パッド18（拡大して示す）はキャリッジ（図示せず）に取り付けられた整合回路上に設けた同様のパッドと係合する。
【００１９】
弁部材110がインクジェットペン10（図１および図２）のプリントヘッド20内に取り付けられる。より詳細には、弁部材110はプリントヘッドのインクチャネル128aおよび128bに接続あるいは一体化される。この弁部材はインク供給源と発射チャンバ132との間に配置される。
【００２０】
インクチャネル128aおよび128bはそれぞれ弁装置の上流側および下流側のインクチャネルを画定する。これらのインクチャネルはインク供給源から発射チャンバに流れるインクの連続的な通路からなる。より詳細には、ペンのインク貯蔵器24内、あるいはペン10から離れた場所にあるインク供給源がこのインクチャネル128aと連結する。
【００２１】
本発明の好適な一実施例では、弁部材110は次に説明するようにインクチャネル内の開位置あるいは閉位置に移動可能で弾性変形可能な材料から作られる。
【００２２】
弁部材110は１つの固定された端部114においてチャネル128bの下側表面116に接続されている。弁部材110の自由端部118はチャネル128bの下側表面116、あるいは同チャネルの対向する上側表面119に向かう方向に移動可能である。
【００２３】
弁部材110が変形した位置にあるとき、自由端部118は上側表面119に接触しており、この弁部材は閉位置（図２に実線で示す）にある。弁部材が閉位置にあるとき、インクチャネル128bから発射チャンバ132へのインクの流れは大幅に低減される。弁部材110が非変形位置すなわち緩和位置にあるとき、自由端部118は下側表面116に向かって移動し、開位置（図２に破線で示す）に入る。弁110が開位置にあるとき、インクはインクチャネル128bから発射チャンバ132に流れる。
【００２４】
発射チャンバ132と弁部材110との間のインクチャネル128b内のインク圧があらかじめ選択されたレベルより高くなると、この液圧に押されて弁部材110は閉位置に入る。すなわち、弁部材の自由端部118が湾曲して上側表面119に接触し、それによって発射チャンバ132（図２）へのインクの流れを大幅に低減する。
【００２５】
発射チャンバ132と弁部材110との間のインク流路内のインク圧があらかじめ選択されたレベルより低くなると、弁部材110は開位置に戻る。その結果、弁部材110の自由端部118は下側表面116に向かって戻り、それによってインク供給源から発射チャンバ132へのインクの流れが可能になる。弁部材110は、この弁部材が通常は閉位置にあり、開位置に向かって変形可能であるように製造することも可能であることに注目されたい。
【００２６】
好適には、インク発射チャンバ132の両側にそれに隣接して２つの弁部材110が配置される。発射チャンバ132の両側に配置された２つの弁部材110によって、発射チャンバは弁部材110が変形して閉位置に入るときインクチャネル128bから隔離される。しかし、チャンバがインクチャネルとの間に単一の接続部を有する設計においては、単一の弁部材を使用することができると考えられる。
【００２７】
発射処理中にインク発射チャンバを隔離することによって抵抗器の通電時のインクの逆流が低減され、それによってプリントヘッド内の液体の流れおよび圧力の調整がさらに改善される。好適には、各発射チャンバ132には少なくとも１つの弁部材110と接続する。
【００２８】
弁部材110は従来の薄膜積層技術（図４ａ〜図４ｃに示す）を用いて製造することができる。製造出発材料はメッキされた金属基板あるいはポリマー基板138より構成することができる（図４ａ）。メッキされた金属基板は、ニッケルからなるものが好適であり、ポリマー基板としてはポリイミドからなるものが好適である。
【００２９】
比較的厚い犠牲 (sacrificial)フォトレジスト層130のパターンが、好適には厚さが約20μm、（図４ｃに示す弁部材110の断面に直角に測定した）幅が25μm、長さ（図４ａ）が40μmである基板138上に設けられる。犠牲層130の寸法は弁部材110の所望の寸法によって決まる。犠牲層130は後に除去され、弁部材110が基板138から離れて自由に動くようにする。基板の露出された面はインクチャネル128の下側表面116になる（図２）。
【００３０】
薄い導体層134が基板138および犠牲層130の上に均一に塗布される（図４ａ）。導体層134は好適には従来のスパッタリング技術で被着されたチタンおよび金あるいは同じくスパッタリングによって被着されたクロムおよび銅で構成される。チタン（あるいはクロム）は接着剤として機能し、金（あるいは銅）はメッキ処理中に導電体として機能する。層134の厚さは好適には約1000Åである。
【００３１】
導体層134の上に第２の犠牲フォトレジスト層136が塗布され、弁部材110の長さ、幅および高さを画定するようにパターニングされる（図４ｂ）。次に、好適にはニッケルからなる弁部材110が導体層134の露出部分を覆うようにメッキされる。弁部材110の被着に続いて、フォトレジスト層136および層134の露出部分が除去される（図４ｃ）。次に、フォトレジスト層130が除去され、これによって弁部材110の一端が自由に動くことができる。
【００３２】
インクチャネルは弁部材110と同時に製造することができ、またインクチャネルに適合する表面上に別途製造してもよい。
【００３３】
図２に示す弁部材110の製造はレーザー切削技術(laser ablation techniques)を用いて行なうこともできる（図８）。好適なレーザー切削製造処理によれば、適当な基板138がレーザー処理チャンバに搬送され、弁部材110と発射チャンバ132が１つあるいはそれ以上のマスクおよびレーザー放射線を用いてレーザ切削される。レーザー放射線は、F2、ArF、KrCl、KrFあるいはXeCl型のエキシマーレーザーによって生成することができる。この処理を行なうためのレーザーシステムは一般にビーム供給光学システム、位置合わせ光学システム、高精度、高速マスクシャトルシステム、および基板138の取り扱いと位置決めを行なう機構を含むプロセスチャンバを含む。
【００３４】
より詳細には、弁部材110は好適にはポリイミドあるいは他の適当なポリマー材料からなる基板138をレーザー処理チャンバ内にレーザービームに対して比較的大きな半角(half-angle)を形成して位置決めすることによって製造することができる。この半角は使用されるレーザーのエネルギーレベルによって決まる。たとえば、800 mJ/cm2のXeClレーザーを用いる場合、半角は好適には約６である。好適な半角はレーザーエネルギー源の減少とともに増大する。弁部材はくさび111の幅の広い方の端部がインクチャネル128の下側表面116と一体となるようなほぼくさび状を成すように切削される（図８）。
【００３５】
レーザー切削によって弁部材110が画定された後、インクチャネル128が完全に画定される。基板がレーザービームに対してほぼ90゜の角度を成して配置され、次にインクチャネル128が厚さ約25μm、幅約25μm、長さ約40μmになるように切削される。弁部材110は上側方向（すなわち、インクチャネル128の上側表面に向かう方向）あるいは下側方向（すなわち、インクチャネル128の下側表面116に向かう方向）に変形可能である。
【００３６】
レーザー切削処理の最後のステップは洗浄ステップであり、基板138のレーザー切削された部分が洗浄ステーション（図示せず）の下に配置される。洗浄ステーションでは、レーザー切削によって生じた切り屑が当該技術分野における標準的な方法で除去される。
【００３７】
弁部材およびインクジェットチャネルの形成のためのレーザー切削処理には従来のリソグラフィック電鋳処理に比べて多くの利点がある。たとえば、レーザー切削処理は一般的に従来のリソグラフィック電鋳処理に比べ、低コストでしかも簡単である。さらに、レーザー切削を用いることによって、弁部材およびチャネルを従来の電鋳処理では実際上得られなかった形状とすることができる。
【００３８】
本実施例ではエキシマーレーザーを用いるが、ほぼ同じ波長およびエネルギー密度を有する他の紫外線光源を用いてこの切削処理を実行することも可能である。かかる紫外線光源の波長は150nmから400nmの範囲内とし、被切削基板内での吸収を大きくすることが好適である。さらに、切削された材料をその周囲に残った材料を基本的に加熱することなく、高速に噴射するためには、エネルギー密度を約100ミリジュール/平方センチメートルより高く、パルス長を約１マイクロ秒より短くしなければならない。
【００３９】
本発明の他の好適な実施例では、弁部材210が発射チャンバ232の側壁に一体に接続される（図３）。好適には、弁部材210はその一端（固定端部）214において発射チャンバの壁220に取り付けられる。この弁部材の第２の端部すなわち自由端部218は発射チャンバ232の内部に向かう方向すなわちインクチャネル228bに向かう方向に変形可能となる。
【００４０】
弁部材210は、常開位置（図３の破線で示す）あるいは常閉位置（図３の実線で示す）に製造することができる。発射チャンバ232内のインク圧が発射チャンバに隣接するインクチャネル228b内の液体インク圧以下であるとき、弁部材210は開位置にあり、インクはインク流路から発射チャンバに流れる。発射チャンバ232内の液圧があらかじめ選択されたレベルを越えて増加すると、弁部材210が屈曲して閉位置に入り、弁部材の自由端部218はインクチャネル228bに向かって移動し、これによって発射チャンバからインク流路へのインクの流れはほぼ阻止される。
【００４１】
図３に示す弁部材210の実施例は薄膜積層技術（図５ａ〜図５ｄに示す）を用いて製造することができる。図５ａおよび図５ｃは弁部材210の好適実施例の側面図であり、図５ｂおよび図５ｄはそれに対応するこの弁部材の平面図である。弁部材210はメッキされた金属基板あるいはポリマー基板238の上部をメッキすることによって製造することができる（図５ａ）。適切なメッキ金属基板としてはニッケルからなるものが好適であり、適切なポリマー基板としてはポリイミドからなるものが好適である。
【００４２】
基板238上に薄い犠牲フォトレジスト層230が約１μmの厚さにで塗布され、これをパターニングして弁部材210の長さが画定される（図５ａ）。犠牲層230は後に除去され、弁部材210は基板238から離れて自由に動く。
【００４３】
基板238の露出部分および犠牲層230の上に薄い導体層234が均一に塗布される（図５ａ）。導体層234としては、上述した実施例において導体層134に関連して説明したものと同じ寸法を有し、同じ材料からなるものが好ましい。導体層134の弁部材210にならない部分はフォトレジスト層236を用いてパターニングされ、適当なエッチング剤(etchant)を用いて除去される（図５ａ）。
【００４４】
犠牲フォトレジスト層236は弁部材210の高さと幅を画定する（図５ａおよび図５ｃ）。犠牲層236の厚さは好適には弁部材210の所望の高さより約５μm厚い。次に、弁部材210が被着され、好適には、従来のメッキ技術によって被着されたニッケルからなる（図５ｃおよび図５ｄ）。次に、フォトレジスト層230および236が除去され、これによって弁部材210は左右方向に湾曲することができる（図５ｃおよび図５ｄ）。
【００４５】
レーザー切削技術を用いて図３に示す弁部材210の実施例を製造することも可能である。好適な処理においては、適当な基板238がレーザー処理チャンバーに搬送され、１あるいはそれ以上のマスクとレーザー放射線を用いて弁部材210と発射チャンバ232がレーザー切削される（図９）。レーザー放射線はF2、ArF、KrCl、KrFあるいはXeCl型のエキシマーレーザーによって生成することができる。この処理を行なうためのレーザーシステムは一般にビーム供給光学システム、位置合わせ光学システム、高精度、高速マスクシャトルシステム、および基板238の取り扱いと位置決めを行なう機構を含むプロセスチャンバを含む。
【００４６】
より詳細には、基板がレーザービームに対して垂直に配置された状態で、弁部材210がレーザー放射線を用いてレーザーマスクを介して画定される。また、それに隣接するインクチャネルも他のマスクを用いて同じ切削処理中に画定されるか弁のパターンを含む共通のマスク上にチャネルのパターンをそれに並べて配置することができる。弁およびチャネルのパターンは、レーザービーム内に順次移動させることができる。かかるマスクに用いるマスキング材料としては、好適にはたとえば多層誘電体あるいはアルミニウム等の金属からなる選択されたレーザー波長において高い反射性を有するものが好適である。次に、基板238が反転され、基板の裏側がレーザー切削され弁部材210がインクチャネル228から切り離される。
【００４７】
本発明の他の実施例では２あるいはそれ以上の弁部材がたとえば抵抗器あるいは圧電変換器等のアクチュエータ源と組み合わせられる（図６ａおよび図６ｂ）。このような組み合わせでは、弁部材をプリントヘッドのインクチャネル328b内に構成して、あらかじめ選択された量のインク等の液体をこのチャネルを介して吸入吐出することができる。
【００４８】
より詳細には、抵抗器300あるいは他のアクチュエータが２つの弁部材310、320の間に配設される。これらの弁部材はこれらが通常開位置に向かって変形可能である非変形の閉位置に位置するように製造される。すなわち、この弁部材の自由端部311は通常インクチャネル328aの下側表面316に接触しており、その結果、インクチャネル中のインクの流れが大幅に低減される。２つの弁部材310および320の間のチャネル328aにはあらかじめ選択された量のインクが蓄えられる。
【００４９】
インクの吸入吐出動作は、２つのステップからなる。まず、抵抗器300が加熱されるとインク気泡330が形成される。インク気泡330が膨脹するにつれて下流側の弁部材320が膨脹する気泡によって生じる液圧のために開位置に屈曲する。開位置では、弁310と弁320の間に蓄えられたインクが弁部材320を通過してインクチャンバ332に向かって流れる（図６ａ）。
【００５０】
インク気泡330の膨脹によって弁部材320が開き、インクが下流側に（すなわちインクチャンバ332に向かって）流れると、２つの弁部材310および320の間のインクチャネル内の液圧が低下する。この圧力降下によって勾配が生じ、上流側の弁部材310が開位置に湾曲し、下流側の弁部材320が閉じる（図６ｂ）。上流側弁部材310が開くと、２つの弁部材の間に画成されたインク流路の容積がインクによって再充填される。このインクは抵抗器300が再度起動されるまで弁部材310および320の間のインク流路328bに蓄えられる。
【００５１】
吸入吐出されるインクの量は、抵抗器300のエネルギレベルとインクチャネル328bの形状によって決まる。たとえば、25μmの抵抗器、幅25μm、高さ25μm、長さ50μmのインク流路の場合には、約20 plのインク吸入排出量が得られる。
【００５２】
本発明の他の実施例では、３あるいはそれ以上の弁部材410、420、430を用いてインクジェットプリントヘッド20内の液体の流れを制御しながら、同時にグレースケールプリント能力を向上させる（図７）。
【００５３】
グレースケールプリント能力の向上によってより鮮明ではっきりとしたイメージが生成される。本発明の好適な一実施例では、インク滴中のインク染料装填量を変更することによって、インクジェットプリントヘッド内の液体の流れの制御によってプリントグレースケールを変化させることを可能とする。
【００５４】
特に、２つのインクチャネル428cおよび428dは１つのインク発射チャンバ432と連結している。第１のインクチャネル428cは、低染料装填インク供給源とも連結しており、第２のインクチャネル428dは高染料装填インク供給源とも連結している。
【００５５】
弁部材410、420および430は、第１のインクチャネル428cおよび第２のインクチャネル428d内に配置される。弁部材410、420および430は、非変形状態では閉位置をとるように製造される。すなわち、各弁部材410、420および430におけるインクの流れは弁部材410、420および430が変形するまでまたは開位置をとるまで、ほぼ遮断される。第２の高染料装填インクチャネル428d内には少なくとも２つの弁部材420、430が配置され、その間に抵抗器等の加熱素子440が配置されている。発射チャンバ内のインクの濃度は第２のインクチャネル428dからの高染料装填インクを選択的に吸入吐出することによって（すなわち、抵抗器440に通電することによって）変更される。第１のインクチャネル428cを流れる低染料装填インクが発射チャンバ432に入ると、ある量の高染料装填インクが第２のインクチャネル428dから発射チャンバに吸入される。吸入される高染料装填インクの量と吸入吐出機構のはたらきは上述した実施例において説明したものと同様である。高染料装填インクと低染料装填インクが発射チャンバ内で混合し、その混合物がノズル422から噴射される。
【００５６】
以上、本発明の原理を好適な実施例を参照しながら図示および説明したが、本発明の構成およびその細部にはかかる原理から逸脱することなくさらに変更を加えることができることは明らかである。たとえば、弁部材は単独で使用することが可能であり、あるいはさまざまな数の弁部材の組み合わせをインクジェットプリントヘット内のさまざまな位置で使用して本発明の各代替実施例を参照して上述したものと同様の結果を得ることも可能である。
【００５７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
（実施態様１）
インクジェットプリントヘッド内のインク圧を調整するシステムであって、流体通路（128a、128b）を含むプリントヘッド（20）と、前記流体通路はある量のインクを蓄えるための容積を画定し、前記流体通路はさらに前記プリントヘッドからインク滴を噴射するノズル（22）を有する発射チャンバ（132）と連結するものであり、前記プリントヘッドに取り付けられ、前記流体通路内に配置された第１の可撓性弁部材（110）とを含み、前記弁部材は、前記流体通路内の圧力勾配に応じて、インクが前記流体通路を流れる開位置および前記流体通路中のインクの流れが制限される閉位置まで変形することを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様２）
前項１に記載のシステムであって、前記第１の弁部材はさらに前記流体通路（128a、128b）に設置され、前記流体通路内の圧力勾配に応じて、前記流体通路内のインクの流れを制限する位置までおよびその位置から離れるように湾曲する弾性的可撓性を有するフラップ（110）からなることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様３）
前項２に記載のシステムであって、前記フラップ（110）の第１の端部（114）は前記の流体通路（128a、128b）の表面（116、119）に一体に接続されていることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様４）
前項１に記載のシステムはさらに第２の可撓性弁部材を含み、前記第２の可撓性弁部材は、前記流体通路（128a、128b）に設置され、前記流体通路内の圧力勾配に応答して前記流体通路内のインクの流れを制限する位置までおよびその位置から離れるように湾曲する弾性的可撓性を有するフラップ（110）からなることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様５）
前項２に記載のシステムであって、前記の弁部材（110）は発射チャンバ（132）内に配置され、前記の弁部材は前記プリントヘッド（20）からインク滴が噴射されるとき前記流体通路（128a、128b）内のインクの流れがほぼ遮断される位置まで湾曲することを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様６）
前項１に記載のシステムであって、前記の第１の弁部材（110）は微細加工処理によって製造されることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様７）
前項１に記載のシステムであって、前記の第１の弁部材（110）はレーザー切削処理によって製造されることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様８）
インクジェットプリントヘッド内の液圧を制御するシステムであって、第１のインクチャネル（428d）を画定するベースを有するプリントヘッド（20）と、前記第１のインクチャネルの一部が高染料装填インクを蓄えるための容積を画定し、前記第１のインクチャネルはさらに前記プリントヘッドからインク滴が噴射される発射チャンバ（432）と連結するものであり、前記プリントヘッドの前記ベース内に画定された第２のインクチャネル（428c）と、前記第２のインクチャネルの一部が低染料装填インクを蓄えるための容積を画定し、前記第２のインクチャネルは前記発射チャンバと連結している第２のインクチャネル（428c）と、その間にインクを蓄えるための容積を画定する前記第１のインクチャネル内に取り付けられた少なくとも２つの弾性的可撓性を有するフラップ（420、430）と、前記第１のフラップ（420）は前記第２のフラップ（430）から間隔をおいて配置されるものであり、前記第２のインクチャネル（428c）内に取り付けられた少なくとも１つの弾性的可撓性を有するフラップ（410）と、前記の第１のインクチャネル内の前記２つのフラップの間に配置された加熱素子（440）とからなり、前記加熱素子が稼動されると前記フラップの間のある量のインクを加熱し、前記第１のフラップを閉位置まで変形させ、前記第２のフラップを開位置まで変形させることによって、前記のインク量を前記第２のフラップを通過して移動させることを特徴とするインク圧調整システム。
（実施態様９）
インクジェットプリントヘッド内の液圧を制御する方法であって、流体通路（128a、128b）を含むプリントヘッド（20）を設け、前記プリントヘッドは、前記流体通路はある量のインクを蓄えるための容積を画定し、前記流体通路は前記プリントヘッドからインク滴を噴射するノズル（22）を有する発射チャンバ（132）と連結するものであり、
前記流体通路内の前記プリントヘッドに第１の可撓性弁部材（110）を取り付け、
前記通路内の圧力の変化に応じて、前記第１の可撓性弁部材を前記流体通路内をインクが流れる開位置と前記流体通路内のインクの流れが制限される閉位置に移動させることを特徴とするインク圧調整方法。
（実施態様１０）
前項９に記載の方法はさらに前記流体通路（128a、128b）内の前記プリントヘッド（20）に第２の弁部材（110）を取り付け、前記通路内の圧力の変化に応じて、前記第２の可撓性弁部材（110）を前記流体通路内をインクが流れる開位置と前記流体通路内のインクの流れが制限される閉位置に移動させるステップを含むことを特徴とするインク圧調整方法。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、インクジェットプリントヘッド内のインクの圧力を調整する手段によって、噴射後のインクの逆流を防ぎ、インクの充填を効率よくおこなうことによって均一なインク滴を連続的に噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を備えるインクジェットプリンタペンの斜視図。
【図２】本発明の一実施例の拡大部分断面図。
【図３】本発明の他の実施例の拡大部分断面図。
【図４ａ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図４ｂ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図４ｃ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図５ａ】図３の実施例の製造工程を表す図。
【図５ｂ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図５ｃ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図５ｄ】図２の実施例の製造工程を表す図。
【図６ａ】本発明の他の実施例の拡大部分断面図。
【図６ｂ】本発明の他の実施例の拡大部分断面図。
【図７】本発明の他の実施例の拡大部分断面図。
【図８】本発明の一実施例のレーザー切削を用いた製造を示す拡大斜視図。
【図９】弁装置の一実施例のレーザー切削を用いた製造を示す拡大斜視図。
【符号の説明】
10：インクジェットプリンタペン
12：ペン本体
18：回路接触パッド
20：プリントヘッド
22：ノズル
24：インク貯蔵器
110：弁部材
128、128a、128b：インクチャネル
130：犠牲フォトレジスト層
132：発射チャンバ
134：導体層
136：第２の犠牲フォトレジスト層
138：基板
210：弁部材
228、228b：インクチャネル
230：犠牲フォトレジスト層
232：発射チャンバ
234：導体層
236：フォトレジスト層
238：基板
300：抵抗器
310、320：弁部材
328a、328b：インクチャネル
330：インク気泡
332：インクチャンバ
410、420、430：弁部材
422：ノズル
428c、428d：インクチャネル
432：インク発射チャンバ
440：加熱素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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