(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット・プリンタのためのインクジェット・プリントカートリッジであって、
複数のインク・オリフィスが内部に形成されたノズル部材と、その裏面に形成される導電性回路とを具備する可撓性回路と、
複数の加熱素子及び関連するインク放出室を含む基板であって、該基板が前記可撓性回路の裏面の前記ノズル部材上に取付けられ、各加熱素子が関連するインク・オリフィスに近接して配設され、前記ノズル部材の裏面が前記基板の二つ以上の外端縁を越えて広がっている、基板と、
前記ノズル部材の裏面に近接して配設され、入口スロットを領域と内側隆起壁とで囲む突端部であって、前記内側隆起壁が接着剤支持面及び接着剤支持面上に形成された接着剤ダムを有するとともに壁開口部を有し、前記壁開口部が支持面を有し前記領域と連続する突端部と、
前記ノズル部材を前記突端部に固着するために前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に配設される、接着剤から形成される接着剤層と、
を備え、
前記可撓性回路は、前記ノズル部材付近の窓を有し、
前記窓は前記可撓性回路を貫通して延伸し、前記導電性回路の端部と前記基板上の電極との結合を容易にするために使用され、
前記領域は複数の接着剤隆起部を有し、
前記接着剤が前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に配設されて、前記基板が前記スロット内の基板支持面に支持されると、前記接着剤は、前記内側隆起壁の開口部を通って前記領域の前記接着剤隆起部によって停止され、前記窓を部分的に埋め、次いで、前記複数の接着剤隆起部の間の領域を埋め始めることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項２】
前記接着剤層が、接着剤支持面、接着剤ダム及び前記壁開口部内の支持面に沿って配設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・プリントカートリッジ。
【請求項３】
前記入口スロットがインクレザーバ躯体部と流体連通していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項４】
前記接着剤層が前記突端部と前記ノズル部材の裏面との間に流体液封を形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項５】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配して前記接着剤の滲出を制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項６】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配して前記接着剤の厚さを制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項７】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配してノズル板の歪みを制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項８】
前記接着剤支持面の幅が約0.15〜0.2mm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・プリントカートリッジ。
【請求項９】
前記接着剤ダムの頂点とノズル板の底部との間における前記接着剤層の厚さが約0.025 〜0.17mm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・プリントカートリッジ。
【請求項１０】
前記接着剤ダムの頂点が、前記接着剤支持面の約0.10〜0.15mm上方に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・プリントカートリッジ。
【請求項１１】
前記接着剤ダムの幅が約0.10〜0.15mm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・プリントカートリッジ。
【請求項１２】
前記突端部が前記内側壁開口部に対向する外側壁に形成された接着剤隆起部を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項１３】
前記突端部が前記支持面に隣接して下向きに傾斜する溝を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・プリントカートリッジ。
【請求項１４】
前記ノズル部材が可撓性ポリマー材料から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・プリントカートリッジ。
【請求項１５】
インクジェット・プリントシステムにおいて、
プリンタ枠体と、
前記プリンタ枠体に取付けられてプリント領域を横断して移動するキャリッジと、
前記キャリッジに着脱自在に取付けられたプリントカートリッジであって、
複数のインク・オリフィスが内部に形成されたノズル部材と、その裏面に形成される導電性回路とを具備する可撓性回路、
複数の加熱素子及び関連するインク放出室を含む基板であって、前記基板は前記ノズル部材の裏面に取付けられ、各加熱素子は関連するインク・オリフィスに近接して配設され、前記ノズル部材の前記裏面が前記基板の二つ以上の外端縁を越えて広がっている、基盤、
前記ノズル部材の裏面に近接して設けられ、インクレザーバと流体連通する入口スロットを内側隆起壁と領域とで囲む突端部であって、前記内側隆起壁が接着剤支持面及び接着剤支持面上に形成された接着剤ダムを有するとともに壁開口部を有し、前記壁開口部が支持面を有し前記領域と連続している、突端部、及び、
前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に設けられ、前記ノズル部材を前記突端部に固着させる接着剤層、
を有するプリントカートリッジと、
を備え、
前記可撓性回路は、前記ノズル部材付近の窓を有し、
前記窓は前記可撓性回路を貫通して延伸し、前記導電性回路の端部と前記基板上の電極との結合を容易にするために使用され、
前記領域は複数の接着剤隆起部を有し、
前記接着剤が前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に配設されて、前記基板が前記スロット内の基板支持面に支持されると、前記接着剤は、前記内側隆起壁の開口部を通って前記領域の前記接着剤隆起部によって停止され、前記窓を部分的に埋め、次いで、前記複数の接着剤隆起部の間の領域を埋め始めることを特徴とするインクジェット・プリントシステム。
【請求項１６】
前記接着剤層が前記突端部と前記ノズル部材の裏面の間に流体液封を形成していることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット・プリントシステム。
【請求項１７】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配して前記接着剤の滲出を制御することを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット・プリントシステム。
【請求項１８】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配して前記接着剤の厚さを制御することを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット・プリントシステム。
【請求項１９】
前記接着剤支持面が、前記接着剤を前記接着剤支持面上の複数の位置に分配してノズル板の歪みを制御することを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット・プリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にインクジェット及び別の形式のプリンタに関するものであり、特にインクジェット・プリンタのプリントヘッド部分に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット・プリンタは大きな支持を獲得して来た。これらプリンタは編集者 R.C. Durbeck 及び S. Sherr による1988年にサンディエゴのアカデミック・プレスから発行された「Output Hardcopy Devices 」の第13章「Ink Jet Devices 」及び米国特許第 4,490,728号及び第 4,313,684号において夫々W.J.Lloyd 及びH.T.Taubによって記述されている。、W.J. Lloydk 及び H.T．Taubによって記述されている。インクジェット・プリンタはインクが紙を打つだけなので、高品質のプリントを作り出し、コンパクトで携帯可能で、迅速に且つ静かにプリントする。
【０００３】
インクジェット・プリンタは印刷媒体に対して限定された配列の特定の位置に各ドットのパターンをプリントすることによってプリントされたイメージを形成する。その各位置は直線配列で小さなドットであるので都合良く目視される。その各位置は「ドットロケーション」、「ドットポジション」又は「画素」と言われる。従って印刷作動はインクのドットによってドット位置パターンを埋め込むにつれて目視することが可能になる。
【０００４】
インクジェット・プリンタはインクの微小な液滴を前記印刷媒体上に放出することによって各ドットをプリントし、且つ通常夫々放出ノズル群を有する一個以上のプリントヘッドを支持する可動キャリッジを具備する。前記キャリッジは前記印刷媒体の表面上方を横断し、前記ノズルはマイクロコンピュータ又は別のコントローラの指令に従って適切な時期にインク液滴を放出するよう制御され、そこで前記インク液滴を適用するタイミングがプリントされる前記イメージの画素パターンに対応するように意図されている。
【０００５】
通常のプリントヘッド（即ち、シリコン基板、該基板上に設けられた各構造体、及び前記基板に対する各接続手段）はインク液（即ち、溶解された着色剤又は溶媒中に分散された顔料）を使用する。前記プリントヘッドはインク・レザーバからのインク液を受容する各発射室の配列を組み込んだ前記プリントヘッド基板に取り付けられる精密に形成された各ノズルの配列を有する。前記各発射室は前記ノズルの反対側にインクジェット発射室抵抗器として知られている薄膜抵抗器を有しているので、前記インク液が前記抵抗器と前記ノズルとの間に集液される。インク液滴の発射は通常マイクロプロセッサの制御のもとで行われ、その信号は電気回路により抵抗器素子に伝えられる。電気プリントパルスがインク発射室抵抗器を加熱すると、その次のインクの小部分が蒸発し、インク液滴を前記プリントヘッドから放出する。適正に配置された前記各ノズルはドットマトリックス・パターンを形成する。前記各ノズルの作動を適正に連続させることは前記プリントヘッドが紙面上を移動するにつれて前記紙の上に文字又はイメージをプリントさせる。
【０００６】
前記各ノズルを収容したインクカートリッジはその上にプリントすべき前記媒体の幅を横断して繰り返し移動される。前記媒体を横断する前述した移動の増分指定数になる毎に、前記各ノズルは前記制御マイクロプロセッサのプログラム出力に従って前記インクを放出するか又は放出を停止する。前記媒体を横断する前記各移動が完了する毎に前記インク・カートリッジの列を成して配置されたノズルの数にノズルの中心間距離を乗じたものにほぼ等しい幅のスウォースをプリントすることができる。このような移動又はスウォースが完了するたびに、前記媒体は前方にスウォースの幅を移動し、インクカートリッジが次のスウォースを開始する。信号の正しい選択及びタイミングによって所望するプリントが前記媒体上に得られる。
【０００７】
カラー・インクジェット・プリンタはプリントキャリッジに取付けられた複数、通常二個又は四個のプリントカートリッジを使用して色の全スペクトルを発生させる。四個のカートリッジを具備する前記プリンタにおいて、前記各プリントカートリッジはシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックである通常使用される各基本色の異なったカラーインクを収容する。二個のカートリッジを具備する前記プリンタにおいて、一方のカートリッジは通常ブラックインクを収容し、他方のカートリッジは各基本色のシアン、マゼンタ及びイエローを収容する三区分化されたカートリッジである。
前記各基本色は所望する色の液滴をドット位置に付着させることにより前記媒体上に作られる一方、二次色又は濃淡色は適正に確立した光学原理に基づいて前記二次色を作る二つ以上の前記基本色の重ねプリントによって、同じドット位置上に種々の基本カラーインクから成る多数の液滴を付着させることにより前記媒体上に作られる。
【０００８】
感熱式インクジェット・プリントリカートリッジは小量の前記インクを急速に加熱して前記インクを蒸発させ、紙のシートのような前記記録媒体上にインク液滴をプリントするように前記インクが前記複数のオリフィスの一つを経て放出可能なように作動する。通常前記各オリフィスはノズル部材内に一個以上の直線配列を以て配設される。前記各オリフィスからの正しい順序のインク放出は前記プリントヘッドが前記紙に対して移動するにつれて文字又は他のイメージを前記紙上にプリントさせる。前記紙は通常前記プリントヘッドが前記紙を横断する毎に改行する。前記感熱式インクジェット・プリンタは前記インクが前記紙を打つだけであるから高速で且つ静かである。これらのプリンタは高品質のプリントを作り、コンパクト且つ余裕のある構成をもたらす。
【０００９】
インクジェット・プリントヘッドは一般に、インク・レザーバからオリフィスに近い各蒸発室にインクを供給する各インク溝と、前記オリフィスが所望するパターンに形成される金属オリフィス板又はノズル部材と、前記蒸発室毎に一個の抵抗器を配設される一連の薄膜抵抗器を収容するシリコン基板と具備する。
【００１０】
前記インクの単一ドットをプリントするために、外部電源からの電流が選択された前記一個の薄膜抵抗器に与えられると、前記抵抗器は加熱され、前記蒸発室内で隣接するインクの薄層を過熱して爆発的な蒸発をもたらし、その結果、前記インクの液滴を関連する前記オリフィスを通して前記紙上に放出させる。
【００１１】
「Thermal Ink Jet Common-slotted Ink Feed Printhead 」と言う発明の名称でＪohnsonに与えられた米国特許第4,683,481 号に記述されているインクジェット・プリントヘッドにおいて、前記インクはインクレザーバから前記基板に形成された細長い穴を通して前記各蒸発室に供給される。その後、前記インクは前記基板と前記ノズル部材との間のバリア層に形成されたマニホールド領域に流れ、最後に複数のインク室に流入し、最後に前記各蒸発室に流入する。
この装置は中央供給方式に分類され、これによって前記インクは中央位置から前記各蒸発室内に送液された後、前記各蒸発室内の外方に向けて分配される。前記インクが前記中央スロット内に流入するが、前記中央送給構成の前記基板の側面の周りを流動しないように前記インクレザーバに対して前記基板の裏面を液封するために、前記基板の穴を囲みながら前記基板自体と前記インクレザーバ躯体部との間に液封が形成される。
【００１２】
通常前記インク液封は前記インクレザーバ躯体部にある流体溝の周りに接着剤のビードを分配させ、且つ前記接着剤のビードが前記基板に形成された前記穴を囲むように前記接着剤のビードの上に前記基板を設置することによって達成される。その後、前記接着剤は制御された熱風の吹き付けによって前記基板及び前記接着剤を加熱し、それによって前記接着剤を硬化させる。この方法は熱が前記接着剤を加熱する前に比較的厚い前記基板を貫通しなければならないので、可成り多くの時間と熱エネルギを必要とする。更に前記液封ラインが前記基板の下にあるので、インク漏れの原因を診断することが困難になる傾向にあった。
【００１３】
「Ink Delivery System for an Inkjet Printhead 」と言う発明の名称で Keefe等に与えられた米国特許第5,278,584 号、及び「Inproved Ink Delivery System for an Inkjet Printhead」と言う発明の名称で1994年１月11日に出願された米国特許出願第08/179,866号に記述されているインクジェット・プリントヘッドにおいて、前記インクは前記基板の各端縁の周りを流れて前記各インク溝に直接流入した後、前記各インク溝を通って前記各蒸発室に流入する。
この端縁供給方式は前述した中央供給プリントヘッド方式よりも多くの利点を有している。その一つの利点は前記基板に前記細長い中心穴又はスロットが存在しないために、前記基板又はダイの幅が狭くできると言うことである。前記基板を狭くできるばかりでなく、前記基板が前記中央インク供給穴がなく亀裂又は破断し難いために、前記端縁供給基板の長さも同数の前記ノズルに対し前記中心供給基板よりも短縮される。前述した基板の短縮化はより短い前記突端部を可能にさせ、従って前記プリントカートリッジの筒口を短かくすることが可能になる。
このことは前記プリントカートリッジの短縮化された前記筒口によってスターホイールがピンチローラに近接して配設されて前記筒口の移送経路に沿った前記紙とローラの良好な接触が保証されるので、前記プリントカートリッジが前記プリンタに取付けられる場合重要である。前記端縁供給方式には多数の性能上の利点がある。
【００１４】
「Integrated Nozzle Member and TAB Circuit for Inkjet Prithead」と言う発明の名称で1992年４月12日に出願された米国特許出願第07/862,668号において、インクジェット・プリントカートリッジ用の新規なノズル部材及び該ノズル部材の形成方法が開示されている。その上に形成された導電性回路を有する可撓性テープはその中にエキシマレーザ溶発によってノズル又はオリフィスが形成されている。
前記オリフィス及び前記導電性回路を有して得られたノズル部材はその上に前記各オリフィスに関連させた加熱素子を収容する基板を取付けていた。しかる後、前記ノズル部材の裏面に形成された前記導電性回路は前記基板上の電極に接続され、前記加熱素子に付勢供給信号を与える。別の層としてあるいは前記ノズル部材自体に形成されるバリア層は前記各オリフィスを囲む各蒸発室、及びインクレザーバと前記各蒸発室との間に流体連通をもたらすインク流出溝を具備する。
【００１５】
前記可撓性回路自体に前記各オリフィスを設けることによって、従来の電鋳オリフィス板の欠点が克服されている。更に前記各オリフィスは前記導電性回路の端末に対する前記基板上の前記各電極の揃設が前記加熱素子を前記各オリフィスと整列するよう前記ノズル部材上の前記導電性回路と揃設されるように形成される。
この一体化されたノズルとタブ回路方式はニッケルから成り、「 Thin Film Mandrel」と言う発明の名称で特許された米国特許第4,773,971 号に記述されているようなリトグラフ式電鋳プロセスにより製作されたインクジェット・プリントヘッド用オリフィス板よりも優れている。このようなインクジェット・プリントヘッド用オリフィス板は応力、めっき厚さ、ディスク直径及び過剰めっき比のような各パラメータの微妙な釣合を必要とするような幾つかの欠点を有し、ノズルの形状及び大きさ、基板からのオリフィス板の層間剥離、及びインクによる腐食に対する設計選択を本来的に制限する。
【００１６】
「Adhesive Seal for an Inkjet Printhead 」と言う発明の名称で1992年４月２日に出願された米国特許出願第07/864,896号において、プリントカートリッジに対して一体化されたノズルとタブ回路を液封する手順が開示されている。オリフィスの配列を収容するたノズル部材はその上にヒータ素子が形成され、該ノズル部材の裏面に固着される基板を具備する。前記ノズル部材の各オリフィスは前記基板上に形成された単一の加熱素子と関連している。前記ノズル部材の裏面は前記基板の外縁を越えて拡張している。
インクは前記ノズル部材と前記基板との間のバリア層内の流体溝によってインクレザーバから前記各オリフィスに供給される。前記バリア層内の前記流体溝は前記基板の二つ以上の外縁の周りを流れる前記インクを受け取ることができ（端縁供給方式）、又は他の実施態様において前記基板の中央の穴を通って流れる前記インクを受取ることができる（中央供給方式）。何れの実施態様においても、前記ノズル部材は該ノズル部材の裏面と躯体部との間で前記基板を囲みながらインク液封を形成することによって、前記インクレザーバ躯体部に対して接着状態で液封される。
【００１７】
前記ノズル部材と前記インクレザーバ躯体部との間に直接的に液封を施す方法及び装置は前記基板の裏面と前記インクレザーバ躯体部との間に液封を施す従来の方法よりも多くの利点を有する。一つの利点はこのような液封が端縁インク供給を可能にすることである。他の利点は、前記ノズル部材が前記基板上の各電極と接触するためにその底面に形成された導電性回路を有する実施態様において、前記接着剤液封が前記インクと接触する前記基板近傍の前記導電性回路を封じ込んで保護するように作用することである。
又前記液封剤が前記接着剤であるので、前記ノズル部材は前記インクレザーバ躯体部に直接的に固定されて前記プリントヘッドと前記インクジェット・プリントカートリッジ間に一層強固な結合を形成させる。更に前記液封剤が容易に目視可能であるので、前記液封剤における液漏れを容易に検出できることである。他の利点は薄いノズル部材が前記液封剤と前記熱源との間で前記液封剤を硬化するために使用されるので、前記前記液封剤を硬化するために時間を要しないことである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、製造中に従来のプリントカートリッジの前記突端部は、前記接着剤を前記ノズル内に入れて該ノズルを詰まらせることなく、又はタブ結合窓に前記接着剤のボイドを形成することなく、ダイ又は前記基板に対する端縁液封を制御することに困難を有する幾つかの欠点があった。過剰の前記接着剤、又は変化するダイの配置によって生ずる窓を通した前記接着剤の膨張を制御することも非常に困難であった。これらの問題は全て感熱式インクジェット・プリントカートリッジを製造するとき極めて高い製造ロスを招いた。「Inkjet Cartridge  Design for Facilitating the Adhesive Sealing of a Printhead to an Ink Reservoir 」と言う発明の名称で1995年３月６日に出願された米国特許出願第08/398,849号に、前述の諸問題を軽減する改良された突端部が開示されている。
【００１９】
しかしながら、前記改良された突端部は、前記プリントカートリッジに対して前記ノズル部材を液封する接着プロセスによって生ずる応力のために、前記ノズル部材の曲げによってもたらされる前記ノズル部材に形成される前記微小凹部の問題を取り扱っていない。前記ノズル部材の前記凹部は前記ノズルを歪め、前記ノズルから放出された前記インクに軌道誤差をもたらす。
前記TAB ヘッド組立体が前記記録媒体を横断して走査すると、前記インクの前記軌道誤差は前記プリントされたドットの位置に影響を与え、プリント品質に影響を及ぼすことになる。
【００２０】
本発明は前述した従来技術の問題点を解消し、前記ノズル部材における前記凹部及びそれに付随する前記ノズル軌道誤差を減らすところの前記プリントカートリッジに前記TAB ヘッド組立体を接着状態で取付けるために改良された突端部を具備して成るインクジェット・プリントカートリッジを提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的はインクジェット・プリンタのためのインクジェット・プリントカートリッジであって、その中に形成された複数のインク・オリフィスを有するノズル部材と、複数の加熱素子及び関連するインク放出室を収容する基板と、前記ノズル部材の裏面に近接して配設され、入口スロットを囲む内側隆起壁を具備する突端部と、前記ノズル部材を前記突端部に固着するために前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に配設される接着剤層とを具備して成り、更に前記基板が前記ノズル部材の裏面に取付けられ、前記各加熱素子が関連するインク・オリフィスに近接して配設され、前記ノズル部材の裏面が前記基板の二つ以上の外端縁にわたり拡張し、前記内側隆起壁が接着剤支持面及びその上に形成された接着剤ダムを有し且つその中に壁開口部を有し、前記壁開口部が支持面を有することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジによって達成される。
【００２２】
【作用】
本発明のインクジェット・プリントカートリッジにおいて、そこに形成された前記複数のインク・オリフィスを有する前記ノズル部材は前記複数の加熱素子及び前記関連するインク放出室を収容し、且つ前記ノズル部材の裏面に取付けられる前記基板を具備して成り、前記各加熱素子は前記基板の二つ以上の前記外縁にわたり拡張している前記ノズル部材の裏面に前記関連するインク放出室及び前記インク・オリフィスに近接して配設される。前記突端部は前記ノズル部材の裏面の近くに配設される部分であり且つ前記入口スロットを囲む前記内側隆起壁を具備し、前記内側隆起壁は前記接着剤支持面及びその上に形成された前記接着剤ダムを有し且つその中に前記各壁開口部を有し、該各壁開口部は支持面を有する。前記接着剤層は前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に設けられて前記ノズル部材を前記突端部に固着する。更に本発明は前記プリンタの枠体に取付けられたプリント領域を横断する前記キャリッジ及び該キャリッジに着脱自在に取付けられた前記プリントカートリッジを具備するインクジェット・プリントシステムも備えている。
【００２３】
本発明は更に、前記複数のオリフィスを収容し且つ前記基板の二つ以上の前記外縁にわたり拡張している前記ノズル部材の裏面に前記複数の加熱素子及び前記関連するインク放出室を収容する前記基板を固着する各ステップから成る前記ノズル部材を前記インクジェット・プリントカートリッジ躯体部に固着する方法も備えている。即ち、前記スロットを囲む前記内側隆起壁を具備する前記突端部を設け、前記内側隆起壁は前記接着剤支持面とその上に形成された前記接着剤ダム且つその中に前記壁開口部を有し、前記壁開口部は前記支持面を有することである。更に前記接着剤支持面上及び前記壁開口部の支持面を横断して前記入口スロットを囲むように前記接着剤を分配することであり、その後、前記接着剤が前記基板を囲み前記ノズル部材の裏面を前記突端部に固着するように前記突端部に対して前記ノズル部材の裏面を配設することである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェット・プリントカートリッジの一実施態様について添付した図面に基づき以下に詳述する。図１の参照数字10は実例となる目的で簡略化した本発明の一実施態様に基づくインクジェット・プリントカートリッジを全体的に示したものである。
前記インクジェット・プリントカートリッジ10はインクレザーバ12及びプリントヘッド14を具備し、前記プリントヘッド14はテープ自動化ボンディング（TAB)を使用して形成される。前記プリントヘッド14（以後、TAB ヘッド組立体14と称する）は、例えばレーザ溶発によって可撓性ポリマーから成る可撓性回路18に形成された平行な二列の偏芯穴又はオリフィス17から成るノズル部材16を具備する。
【００２５】
前記可撓性回路18の裏面は通常の写真リトグラフィックエッチング及び又はめっきプロセスを利用してその上に形成された導電性回路36を具備する。前記導電性回路36はプリンタと相互接続するように設計された大きな各接触パッド20によって終端している。前記インクジェット・プリントカートリッジ10は前記可撓性回路18の前面にある前記接触パッド20が前記プリンタの電極に接触して外部で発生した付勢信号を前記プリントヘッド14に送信するように前記プリンタに設置される。
【００２６】
各窓22,24 は前記可撓性回路18を貫通して延伸して前記導電性回路36の他端とヒータ抵抗器を収容するシリコン基板28上の電極40との結合を容易にするために使用される。前記各窓22,24 はカプセル用材料が充填されて前記可撓性回路18及び前記シリコン基板28の下にある部分を保護する。
【００２７】
図１の前記インクジェット・プリントカートリッジ10において、前記可撓性回路18は前記インクジェット・プリントカートリッジ10の筒口の後方端部上を屈曲して前記筒口の後方壁25の約半分の長さに延伸する。前記可撓性回路18のこの屈曲部は、前記一方の窓22を通して前記基板電極40に接続される前記導電性回路36の経路指定のために必要である。前記各接触パッド20は前記後方壁に固定される前記可撓性回路18上に配設され、前記導電性回路36は前記屈曲部を通り、前記可撓性回路18における前記各窓22,24 を通して前記基板電極40に接続される。
【００２８】
図２は図１の前記インクジェット・カートリッジ10から取外され、前記TAB ヘッド組立体14の前記各窓22,24 が前記カプセル用材料を充填される前の前記TAB ヘッド組立体14の平面を示している。前記TAB ヘッド組立体14は前記可撓性回路18の裏面に取付けられ個別に付勢される複数の薄膜抵抗器を収容するシリコン基板28（図示せず）を具備する。前記各抵抗器は一般に一個のオリフィス17の後ろに配設され、一個以上の前記接触パッド20に順次又は同時に印加される一個以上のパルスによって選択的に付勢されると、抵抗ヒータとして作動する。
前記オリフィス17及び前記導電性回路36は如何なる寸法、個数及びパターンから成り、本発明の特徴を簡単に且つ明瞭に示すために種々の図が作成されている。種々の特徴点の相対寸法は明瞭にするため大幅に調整されている。
【００２９】
図２に示す前記可撓性回路18上の前記オリフィス17のパターンは、ステップ・アンド・リピートプロセスにおけるレーザ又は他のエッチング手段と組み合わせたマスキングプロセスによって形成され、それは本発明の明細書を読めば当業者によって容易に理解されるであろう。詳細に後述する図19はこのプロセスの付加的な細部を示す。前記TAB ヘッド組立体14及び前記可撓性回路18に関する更に他の詳細が以下に記される。
図５は図１の前記インクジェット・プリントカートリッジ10の概略斜視図である。図６は図５で概略を図示した前記インクジェット・プリントカートリッジ10から除去された前記TAB ヘッド組立体14の前面の展開図である。
【００３０】
図７は図６の前記可撓性回路18の裏面に取付けられた前記シリコン・ダイ又は基板28、更に各インク溝及び各蒸発室を収容する前記基板28上に形成されたバリア層30の一方端縁を夫々示しながら前記TAB ヘッド組立体14の裏面を示している。図８は前記基板28の一部であり後述する前記バリア層30を更に詳細に示す。
前記インクレザーバ12から前記インクを受容する前記各インク溝32への入口が前記バリア層30の一方端縁に沿って図示されている。前記可撓性回路18の裏面上に形成された前記導電性回路36は前記可撓性回路18の反対側にある前記各接触パッド20（図６を参照）で終端している。前記各窓 22,24は前記可撓性回路18の他面から前記導電性回路36及び基板電極40（図８を参照）の各端部に対するアクセスを可能にして接続を容易にする。
【００３１】
図８は図７のＡ−Ａ線に沿って切断した側断面を示し、前記基板８上に形成された前記各電極40に対する前記導電性回路36の各端部の接続を示す。図８に示されているように前記バリア層30の一部42は前記導電性回路36の各端部を前記基板28から絶縁するために使用される。更に図８に前記可撓性回路18、バリア層30、各窓22,244及び種々のインク溝32の入口の側面が示される。各インク液滴46は前記各インク溝32に関連する前記各オリフィス穴から放出されていることが示されている。
【００３２】
図９は前記TAB ヘッド組立体14と前記プリントヘッド本体との間の液封化で使用される突端部50を明示するために前記TAB ヘッド組立体14を取外した状態の図１の前記プリントカートリッジ10を示す。図10及び図11に前記プリントカートリッジ10における中央スロット52が示され、該中央スロット52は前記インクが前記インクレザーバ12から前記TAB ヘッド組立体14の裏面５に流出することを可能にする。
【００３３】
図10は前記突端部50を拡大した斜視図である。図11は前記突端部50を拡大した平面図である。図13は図11のＣ−Ｃ線に沿って切断した内側隆起壁54及び溝61の断面図である。図12は付着された接着剤90の位置の概略を示す拡大した平面図である。図14は付着された前記接着剤90の位置を図10のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。
【００３４】
従来の突端部は前記ノズル部材16を前記プリントカートリッジ10の前記突端部50に対して液封する接着プロセスによって生ずる応力のために、前記ノズル部材16及び前記可撓性回路18の曲げ又は変形によって前記TAB ヘッド組立体14の前記ノズル部材16及び前記可撓性回路18に形成される微小凹部の問題を取り上げていなかった。
前記ノズル部材16の前記微小凹部は前記オリフィス17を歪ませ、前記オリフィス17から放出される前記インク液滴の軌道の誤差をもたらす。前記TAB ヘッド組立体14が前記記録媒体を横断して走査すると、前記インク液滴の軌道誤差はプリントされたドットの位置に影響を及ぼし、従ってプリント品質に影響する。
【００３５】
前記構造用接着剤の厚さ及び前記内側隆起壁54の両側面にわたる前記接着剤の滲出量を制御することに重点を置いた実験が行われた。応答変数は前記接着剤と前記インク液との境界面に最も近い前記可撓性回路にかかる応力、及び前記接着剤と前記ノズル部材との間の前記可撓性回路の歪み（微小凹部）であった。
当初、前記接着剤の厚さt は単に前記内側隆起壁54の接着剤支持面53に置かれる前記接着剤の量により調節された。各実験は前記接着剤の厚さが7.7 ミルから31.6ミル（平均で）に減少すると、歪みは24ミクロンから17ミクロン（平均で）に減少することを示した。従って接着剤結合ラインの細いペンは制御されない滲出量によってさえも約30％少ない歪みを示した。この実験は前記接着剤結合ラインの太さが小さくなるにつれて前記ノズル部材及び前記可撓性回路の歪み又は微小凹部の量が減少することを示した。前記実験は前記接着剤の厚さが80％減少すると前記微小凹部が約30％減少することを示した。
【００３６】
前記実験は前記接着剤の滲出量が前記インク溝を横断する前記ノズル部材及び前記可撓性回路の歪み（微小凹部）に最も影響することをより重大に示した。前記歪みは前記接着剤の厚さが最小で且つ前記滲出の半径が零になると最小になった。従って最大の利得は前記接着剤の滲出部を排除される点まで制御することにより達成される。更に前記滲出部を制御するために前記前記接着剤の滲出部の厚さは該滲出部が前記接着剤結合の全幅に影響を及ぼしていることよりも重要であったようである。
【００３７】
前記接着剤支持面53の幅は約0.15〜0.20mmである。接着剤ダムの頂点は前記接着剤支持面53の上方約0.10〜0.15mmにあり、該接着剤ダムの幅は約0.10〜0.15mmである。接着剤層の厚さは前記接着剤ダムの頂点とノズル板の底面との間で約0.025 〜0.17 mm である。
【００３８】
図15は前記TAB ヘッド組立体14と前記プリントカートリッジ10の前記内側隆起壁54との間の接着剤液封の詳細を示す。図16は前記接着剤結合ラインの太さ、前記接着剤滲出部90A,90b 及び前記可撓性回路18と前記ノズル部材16の歪み（微小凹部）を更に詳細に示す。前記突端部50は接着剤結合の厚さｔ（図16）を減らすために前記内側隆起壁54を隆起させることにより、且つ前記インク溝の側面にある前記内側隆起壁54の上方に前記接着剤支持面53からの前記接着剤90の流れを阻止するように接着剤ダム53′を作ることにより一部変更される。前記接着剤結合の厚さは前記接着剤ダム53′の頂点と前記ノズル部材16の底面との間の寸法を言う。
【００３９】
前記突端部50は前記内側隆起壁54の前記接着剤支持面53に沿って前記接着剤から成るビード90の最適な配置が前記内側隆起壁54の前記ノズル部材16の側にある前記接着剤滲出部90A を制御可能にする。図14を参照すれば、前記溝61に近い前記接着剤のビード90は前記内側隆起壁54の前記ノズル部材16の側にある前記接着剤滲出部90A の量を少なくする。前記接着剤のビード90は前記ノズル部材16と前記内側隆起壁54との間に所要の接着度を維持しながら、最小量の前記接着剤滲出部90A のために位置決めされる。
【００４０】
図12及び図14を参照すれば、前記プリントカートリッジ10の前記筒口に形成された前記突端部50は、前記内側隆起壁54の前記接着剤支持面53に沿い且つ前記内側隆起壁53の壁開口部55を横断し、( 前記TAB ヘッド組立体14が所定位置にあると前記基板を囲むように）接着剤隆起部57に隣接して停止するように分配されたエポキシ樹脂接着剤のビード90が、前記TAB ヘッド組立体14の前記突端部50に対する所定位置への圧入で前記プリントカートリッジ10の前記突端部50と前記TAB ヘッド組立体14の裏面との間にインク液封を形成するように構成されている。
下にある前記接着剤90の位置は前記TAB ヘッド組立体14と前記プリントカートリッジ10の前記突端部50との間に接着剤液封を形成する。使用できる他の接着剤はホットメルト、シリコーン、UV硬化接着剤及びそれらの混合物である。更に、前記接着剤のビード90に代わりパターン化された接着剤薄膜を前記突端部50に配設することもできる。
【００４１】
図７の前記TAB ヘッド組立体14は図12及び図14に示されているように前記接着剤が分配された後、図10及び図11に示す前記突端部50の上に適正に配置しされ、押し下げられると、前記基板28の二つの短い端縁は基板支持面58に支持される。
前記接着剤90の位置を示す更なる詳細は図12及び図18に示される。前記突端部50は前記基板28を前記基板支持面58によって支持されると、前記可撓性回路18の裏面は前記内側隆起壁54の頂点よりも僅か上にあって前記プリントカートリッジ10の平坦な上面と略同一面になるように構成される。
前記TAB ヘッド組立体14が前記突端部50の上に押し下げられると、前記接着剤90が押し潰される。前記接着剤90は前記内側隆起壁54にある前記壁開口部55（図10及び図11）を通って滲み出して前記基板28上の前記電極42に至る前記導電性回路36を封じ込む。更に前記接着剤90は前記各窓22,24 の略半分を通って上方に滲み出し、該各窓22,24 の上面に一致する。図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した前記液封の断面は後述する図19にも示されている。
【００４２】
前記接着剤90は前記内側隆起壁54の頂点から前記内側隆起壁54と外側隆起壁60との間の前記溝61の中に溢れ出る。前記内側隆起壁54の前記壁開口部55から前記接着剤90は前記各窓22，24を通って上方に滲み出し、溢出溝51の方向に内側に滲み出し、更に前記外側隆起壁60に向けて外側に滲み出す。前記外側隆起壁60は前記接着剤90の更なる外方への移動を阻止する。前記接着剤90の外方移動はインク液封として役立つばかりでなく、前記各窓22,24 の近くにある下からの前記導電性回路36を封じ込めて該導電性回路36を前インクから保護する。
【００４３】
下向きに傾斜する端縁又は角度を付けた前記溢出溝51が設けられている。前記溢出溝51の目的は前記接着剤90が過剰に供給されると、その過剰接着剤が前記溢出溝51上に溢れ出させることである。前記溢出溝51は前記余剰接着剤を前記各ノズル17から遠くに運び、それによってノズル詰まりの発生を阻止する。これは前記プリントカートリッジ10の機能を害なわずに、前記接着剤量におけるより大きな変動の分配を許容する。これは極めて低い製造ロスをもたらし、前記プリントカートリッジ10の全製造コストを大幅に減少させる。
【００４４】
前記過剰接着剤又は前記基板設置の変化によって生ずる前記TAB ヘッド組立体14の前記各窓22,24 を通る前記接着剤90の膨張を制御するために、前記構造用接着剤90は前記各接着剤隆起部57の各突出端縁により停止される。前記TAB ヘッド組立体14が前記突端部50に配設されると、前記接着剤90は上方に滲み出され、前記TAB ヘッド組立体14の前記各窓22,24 の裏面を部分的に埋め、次いで前記各接着剤隆起部57の間の利用可能な領域56を埋め始める。本来前記各接着剤隆起部57の間の前記利用可能な領域56が前記接着剤90で埋め尽くされるまで、前記接着剤90は前記各窓22,24 を通して滲み出さない。従って大量の接着剤が供給されると、前記各接着剤隆起部57の間の前記区域56が前記各窓22,24 を通した前記接着剤の膨張を増加させることなく埋まり始める。
【００４５】
前記基板28を囲む前記接着剤90によって形成されるこの液封は前記インクが前記スロット52から前記基板28の側面を回って前記バリア層30に形成された前記蒸発室72まで流出することを可能にするが、前記インクが前記TAB ヘッド組立体14の下からの滲み出しを阻止する。従って前記接着剤液封90は前記TAB ヘッド組立体14と前記プリントカートリッジ10との強い機械的結合をもたらし、流体液封及び回路の封じ込みをもたらす。更に前記接着剤液封90は硬化し易く、液封剤ラインが容易に観察されるので、前記プリントカートリッジ躯体部と前記プリントヘッドとの間の漏れを検出することが一層容易である。前記接着剤90に関する更なる詳細は図19に示されている。
【００４６】
図17は図７の前記可撓性回路18の裏面に固着されて前記TAB ヘッド組立体14を形成する前記シリコン基板28の前面斜視図である。前記シリコン基板28は通常の写真リトグラフィック技法を使用してその上に形成された、図１２に基板28のバリア層30に形成された蒸発室72を通して露出しているように示してある、二列又は二段の薄膜抵抗器70を形成し、該薄膜抵抗器70は前記基板28の前記バリア層30に形成された前記蒸発室72を通し露出して図示されている。
【００４７】
一実施態様において、前記基板28は長さが約1/2 インチで、300 個のヒータ抵抗器70を収容し、従ってインチ当たり600 ドットの解像度を可能にしている。前記ヒータ抵抗器70は圧電ポンプ式素子又は別の通常の素子のようなインク放出素子であっても良い。従って全ての図面における前記素子70は変更実施例において前記プリントヘッドの作動に影響を与えない圧電素子であると理解して良い。更に前記基板28の上に形成されているのは前記可撓性回路18の裏面に形成された前記導電性回路36（破線で示してある）に接続するための各電極74が形成されている。
【００４８】
図17に破線で示してたデマルチプレクサ78も前記基板28の上に形成されて、前記電極74に与えられる結合された各入力信号を各出力信号群に再生し、前記各薄膜抵抗器70に分配する。前記デマルチプレクサ78は前記薄膜抵抗器70よりも遙に少ない前記電極74の使用を可能にする。前記電極74を少なくすることは前記基板28に対する全ての接続を、図６に示すように前記基板28の短い端部から行なうことができるので、これらの接続が前記基板28の長い側面を回る前記インクの流出を妨げない。
前記デマルチプレクサ78は前記電極74に与えられる符号化された信号を復号するためのデコーダであれば良い。前記デマルチプレクサ78は前記電極74に接続される入力リード（簡単にするため図示せず）を有し、前記各抵抗器70に接続される出力リード（図示せず）を有する。前記デマルチプレクサ78の回路を以下に詳述する。
【００４９】
前記バリア層30も通常の写真リトグラフィック技法を使用して前記基板28の表面に形成され、該バリア層30はフォトレジスト又は他のポリマーから成る層であり、その中に前記各蒸発室72及び前記各インク溝80が形成される。前記バリア層30の一部42は図８に関して説明したように、下にある前記基板28から前記各導電性回路36を絶縁している。
【００５０】
前記バリア層30の上面84を図８に示す前記可撓性回路18の裏面に加熱、結合する。得られた基板構造は次に前記各抵抗器70を前記可撓性回路18に形成された前記各オリフィス17に整列するように前記可撓性回路18の裏面に対して配設される。更にこの整列プロセスは本来前記各電極74を前記各導電性回路36の端末部と整列させるものである。
しかる後、前記各導電性回路36は前記各電極74に結合される。この整列及び結合プロセスを図20に関連して詳細に後述する。整列され結合された前記基板28及び前記可撓性回路18の構造体は次に前記可撓性回路18の裏面に加圧されながら加熱されて前記可撓性回路18の前記基板28の構造体を強固に固定される。
【００５１】
図18は図17の基板構造体が薄い接着剤層84を介して前記可撓性回路18の裏面に固定された後の単一の前記蒸発室72、薄膜抵抗器70及び台形状のオリフィス17の拡大して示す斜視図である。前記基板28の側端縁は側端縁86として示されている。
作動時に前記インクは前記インクレザーバ12から前記基板28の前記側端縁86の周りを流出し、矢印88で示したように前記インク溝80及び前記関連する蒸発室72に流入する。前記薄膜抵抗器70の付勢によって、その付近にある前記インクの薄層が過熱され、爆発的な蒸発を生じ、その結果、前記インク液滴が前記オリフィス17を通して放出される。その後、前記蒸発室72は毛管作用により前記インクが再充填される。
【００５２】
好ましい実施態様において、前記バリア層30は約１mil の厚さであり、前記基板28は約20mil の厚さであり、前記可撓性回路18は約２mil の厚さである。
前記内側隆起壁54及び前記壁開口部56に供給されて前記基板28を囲む前記接着剤液封90の一部、及び前記インク溝80とインク蒸発室92,94 を収容する前記バリア層30の上面を前記可撓性回路18の中央領域に熱結合された前記基板28を示す図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した側断面図が図19に示されている。
【００５３】
更に図19は前記インク88が前記インクレザーバ12から前記プリントカートリッジ10に形成された前記中心スロット52を通り、前記基板28の前記側端縁86を回り、前記インク溝80を通って前記蒸発室92,94 に流入する状態を示している。前記薄膜抵抗器96,98 が夫々前記各蒸発室92,94 の内部に示されている。前記各抵抗器96,98 が付加勢されると、前記各蒸発室92,94 内の前記インクは前記インクの各射出滴101,102 によって示されているように放出される。
【００５４】
前記インクが前記基板28の前記側端縁86の周りを流出して前記インク溝80に直接流入する前記端縁供給方式は、前記基板28内を長さ方向に延伸する細長い中心穴又はスロットを形成して前記インクを中央マニホールドに流出させ、終わりに前記インク溝の入口に流入させる従来の中央供給方式よりも多数の利点を有する。
その一つの利点は、前記基板又はダイ28に前記細長い中央穴又はスロットがないために、前記基板又はダイ28の幅を狭くできると言うことである。前記基板28は狭幅化が可能になるだけでなく、前記端縁供給基板の長さは、その基板構造体が前記中央供給穴がなくて亀裂又は破断し難いために、前記中央供給基板よりも同数の前記ノズルに対して短縮化される。前記基板28の短縮化は図10におけるより短い前記突端部50を可能にし、従って前記プリントカートリッジ10の前記筒口をより短くすることが可能になる。
このことは回転可能なプラテンに前記紙を押し着けるために前記紙を横断する前記筒口の移送経路の下方に一個以上の前記ピンチローラを使用し、且つ前記プラテンの周りに前記紙の接触を維持させるために前記筒口の移送経路の上方に一個以上のローラ、所謂スターホイールを使用するプリンタに前記プリントカートリッジ10を設置する場合重要である。前記プリントカートリッジの短い筒口によって、前記スターホイールは前記ピンチローラに一層近接して配設することが可能になり、前記筒口の移送経路に沿って前記紙と前記ローラとの良好な接触が保証される。更に前記基板28を小さくすることによって、ウェーファ当たりより多数の基板が形成され、従って基板当たりの材料費を低減させる。
【００５５】
縁送給形体の他の長所は、スロットを基板内にエッチさせないことにより製造時間が節約され、且つ基板がハンドリング中に破壊する傾向が少ない。更に、基板の裏面を横断し、基板の縁の周りを流れるインクが熱を基板の裏面から遠くへ引出す作用をするので、基板は更に多量の熱を消費できる。
【００５６】
更に前記端縁供給方式に対し多数の動作上の利点がある。前記基板内の前記スロットと同様に前記マニホールドを除去すれば前記インクの流れを妨げるものがないので、前記インクは前記蒸発室内により迅速に流入できる。この一層迅速なインクの流れは前記プリントヘッドの周波数応答が向上し、与えられた個数のオリフィスでより早いプリント速度が得られる。更により迅速なインク流は前記蒸発室内の前記ヒータ素子が付勢されると、前記インク流の変化によって生ずる前記各蒸発室間の近傍のクロストークを減らす。
【００５７】
図20は前記TAB ヘッド組立体14の好ましい実施態様を形成するための一方法を示す。出発材料は例えば商品名がKapton又はUpilexタイプのポリマーテープ104 であるが、前記テープ104 は以下に記述する手順で使用することに対応可能な如何なるポリマーフィルムも適用される。このようなフィルムはテフロン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド・ポリエチレンテレフタレート、又はそれらの混合物から成る。
前記テープ104 は通常リール105 に長尺のストリップス状に供給される。前記テープ104 の両側に沿ったスプロケット孔106 は前記テープ104 を正確に且つ確実に移送するために使用される。代わりに、前記スプロケット孔106 を省略し、他の形式の手段で移送することも可能である。
【００５８】
好ましい実施態様において、前記テープ104 は図２〜図４、及び図７〜図８に示したような通常の金属溶着プロセス又は写真リトグラフィックプロセスを使用してその上に形成された前記導電性銅回路36を既に具備する。前記導電性銅回路36の特定のパターンは電気信号をシリコンのダイに形成された電極に分配することが望まれる方法によって決定され、続いて前記テープ104 上に取付けられる。
【００５９】
好ましいプロセスにおいて、前記テープ104 はレーザ処理室に移送され、F2, ArF,KrCl,KrF, 又はXeClタイプのエキシマレーザ112 により発生されるレーザ放射を使用して一個以上のマスク108 により画成されるパターンでレーザ溶発される。マスクされたレーザ放射は矢印114 によって示される。
【００６０】
好ましい実施態様において、前記マスク108 は例えばオリフィス・パターンマスク108 の場合の多数のオリフィス、及び蒸発室パターンマスク108 の場合の多数の蒸発室を包含する全ての溶発された形態を前記テープ104 の延伸領域に対して画成する。
代わりに、前記オリフィス・パターン、蒸発室パターン、又は他のパターンのような各パターンはレーザビームよりも可成り大きな共通マスク基板に並行して配設することもできる。その後このようなパターンは前記レーザビーム内に順次移動させることができる。このようなマスクに使用されるマスク材料は好ましくはレーザ波長に非常に強く反射する例えば多層誘電体又はアルミニウムのような金属から成る。
【００６１】
前記一個以上のマスク108 により画成される前記オリフィス・パターンは図17に概略が示されている。多重マスク108 は図18に示すような段付オリフィステーパを形成するために使用される。
一実施態様において、別々のマスク108 が図１〜図３に示す前記各窓22，24のパターンを画成するが、好ましい実施態様では前記各窓22，24は前記テープ104 が図20に示すプロセスを受ける前に、通常の写真リトグラフィック技法を使用して形成される。
【００６２】
前記ノズル部材の変更例において、前記ノズル部材は更に各蒸発室を具備し、一個以上の前記マスク108 が前記各オリフィスを形成するために使用され、別の前記マスク108 及びレーザエネルギレベル（及び又はレーザショットの数）が前記テープ104 の厚さ部分を通して形成される前記各蒸発室、インク溝、及びマニホールドを画成するために使用される。
【００６３】
この目的のためのレーザシステムは一般にビーム放射光学装置、整合光学装置、高精度高速マスク連続往復システム、及び前記テープ104 を走行及び位置決めするための機構を具備する処理室を具備して成る。好ましい実施態様において、前記レーザシステムは前記マスク108 と前記テープ104 との間に挿設された精密レンズ115 がエキシマレーザ光を前記マスク108 上に画成されたパターンの像として前記テープ104 の上に投射する投射マスク構造を使用する。
【００６４】
前記レンズ115 から出ているマスクされたレーザ放射は矢印116 により示される。このような投射マスク構造は前記マスクが前記ノズル部材から物理的に遠くにあるので、高精度オリフィス寸法のためは有利である。前記溶発プロセスで煤が当然に形成され、放出され、溶発されている前記ノズル部材から約１cmの距離を飛行する。前記マスクが前記ノズル部材と接触あるいは前記マスク部材に近接していると、前記マスク上に堆積した前記煤が溶発された各形態を歪め、その寸法精度を下げる傾向がある。好ましい実施態様において、前記投射レンズは溶発中の前記ノズル部材から２cmを超えて配設され、それによって前記レンズ又は前記マスク上の前記煤の堆積を回避している。
【００６５】
前記溶発は前記オリフィスの直径が前記レーザを入射させる表面で大きく、出口表面で小さいように先細になったテーパ壁を有する形態を形成するために周知である。光学エネルギ密度が約２Ｊ／cm2 未満のであるので、前記テーパの角度は前記ノズル部材に入射する前記光学エネルギ密度の変動によって相当変動する。前記エネルギ密度が制御不能であると、形成された前記オリフィスはテーパ角度において可成り変化し、その結果、前記出口オリフィス直径も相当変動する。このような変化は放出されるインク滴の体積及び速度に有害な変動をもたらし、プリント品質を下げる。
好ましい実施態様では、溶発用レーザビームの光学エネルギは精密に監視され、制御されて一定したテーパ角度を達成し、それによって再現可能な出口直径を達成される。前記テーパは他の利点をもたらすと同様に前記インクの放出速度を増し、より集中した放出をもたらすように作用するので、前記オリフィス出口直径が一定であることから生ずるプリント品質の利益に加えて、前記テーパは前記オリフィスの作動に有利である。前記テーパは前記オリフィスの軸芯に対して５度〜15度の範囲に設定される。ここに記述された好ましいプロセス実施例において、前記ノズル部材に対して前記レーザビームを振動させる必要なしに迅速で精密な製作を可能にする。そのプロセスは前記レーザビームが前記ノズル部材の出口表面よりもむしろ入口表面に入射しても正確な出口直径を形成する。
【００６６】
前記レーザ溶発プロセスプの後、前記ポリマーテープ104 は寸動し、前記プロセスが繰り返される。これをステップ・アンド・リピート・プロセスと言う。前記テープ104 上に単一のパターンを形成するために必要な全処理時間は約数秒である。前述したように、単一のマスクパターンは溶発された諸形態形から成る拡張されたグループを包含してノズル部材当たりの処理時間を減らせる。
【００６７】
前記レーザ溶発プロセスは精密なオリフィス、蒸発室、及びインク溝を形成するためのレーザ穿孔の他の種類よりも明らかな利点を有する。レーザ溶発において、強い紫外光の短いパルスが表面の約１μｍ以下にある材料の薄い表面層に吸収される。好ましいパルスエネルギは約100 ｍＪ／cm2 以上、であり、パルス持続時間は約１μｓより短い。これらの条件のもとで、強い紫外光が材料内の化学結合を光解離させる。更に、吸収された紫外エネルギは材料の小さい体積に集中するので、解離された断片を急速に加熱し、それらを材料の表面から遠くに放出させる。
これらのプロセスは急速に行われるので、熱が周囲の材料に伝わる時間が無く、その結果、周囲の領域は溶融あるいは損傷することがなく、溶発された諸形態の周辺は約１μｍのスケールの精度で入射光ビームの形状を再生することができる。更に前記レーザ溶発は光学エネルギ密度が溶発中の領域を横断して一定であれば、層内に凹んだ平面を形成する略平坦な底面を有する室も形成できる。このような室の深さはレーザショットの数及び各々のパワー密度によって決まる。
【００６８】
更に前記レーザ溶発プロセスはインクジェット・プリントヘッド用ノズル部材を形成するための通常のリトグラフィック電鋳プロセスに比べて多数の利点を有する。例えば、前記レーザ溶発プロセスは一般に通常のリトグラフィック電鋳プロセスより廉価で簡単である。加えて、前記レーザ溶発プロセスを使用することによって、ポリマーノズル部材は可成り大きなサイズ（即ち、より大きな表面積を有する）で且つ通常の電鋳プロセスでは実用的でないノズル形状を以て作製される。特に、独特のノズル形状は露出強さを制御することにより、又は各露出の間でレーザビームの向きを変えて多数の露出を行なうことにより作製される。
多様なノズル形状の例は「 A Process of Photo-Ablating at laser One Stepped Opening Extending Trough a Polymer Material,and a Nozzle PlateHaving Stepped Openings 」と言う発明の名称で同時係属出願され、現譲受人に譲渡され、ここに参考のため組み入れた米国特許出願第07/658,726号に記述されている。更に精密なノズル形状は電鋳プロセスに求められているような厳しいプロセス制御なしに形成することができる。
【００６９】
ポリマー材料をレーザ溶発することにより前記ノズル部材を形成することの別の利点は前記オリフィス又は前記ノズルをノズル長さ( L)対ノズル直径(D) の種々の比で容易に作製できることにある。好ましい実施態様において、L/D 比は１より大きい。前記ノズルの長さL をその直径D に対して大きくすることの一つの利点は前記蒸発室における前記オリフィスと前記抵抗器との位置決めがあまり重要でなくなると言うことにある。
【００７０】
使用中、前記インクジェット・プリンタ用のレーザ溶発されたノズル部材は通常の電鋳オリフィス板より優れた諸特性を有する。例えば、レーザ溶発で形成された前記ポリマーノズル部材は水を主成分とする印刷インクによる腐食に非常に良く耐え、一般に疎水性である。更に、レーザ溶発で形成された前記ポリマーノズル部材はは比較的低い弾性係数を有するので、前記ノズル部材と下にある前記基板又は前記バリア層との間に生ずる応力は前記ノズル部材と前記バリア層とを剥離させる傾向が少ない。更に、レーザ溶発で形成された前記ポリマーノズル部材はポリマー基板に容易に固定することができ、又は前記ポリマー基板と共に形成できる。
【００７１】
前記エキシマレーザが好ましい実施態様において使用されるが、略同様の光波長及びエネルギ密度を有する他の紫外光源が溶発プロセスを行なうために使用される。好ましくはこのような紫外光源の波長は溶発すべきテープに非常に良く吸収される150nm 〜400nm の範囲にある。更に、前記エネルギ密度はパルス長を約１μｓよりも短くして約100 ｍＪ以上に設定して、周囲に残存する材料を本質的に加熱せずに溶発された材料の迅速排除を達成させる。
当業者によって理解されるように、前記テープ104 にパターンを形成するための多数の別のプロセスが更に使用される。このような別のプロセスは化学エッチング、スタンピング、反応イオンエッチング、イオンビームミリング、及び光画成パターン上への塑造又は鋳造である。
【００７２】
前記溶発プロセスの次のプロセスは清浄化プロセスであり、前記テープ104 のレーザ溶発された部分が清浄化ステーション117 の下に配置される。前記清浄化ステーション117 で前記レーザ溶発による屑は標準的な産業上の手段に従って除去される。
【００７３】
しかる後、前記テープ104 は次のステーションに向けて寸動される。このステーションは通常の自動TAB ボンダに組込まれている光学整合ステーション118 であり、前記自動TAB ボンダは例えば市販されているSinkawa Co. 製の型番IL-20 の内部リードボンダである。前記ボンダは前記オリフィスを形成するために使用された方法と同じような方法で形成された前記ノズル部材上の整合（目標）パターン、及び前記抵抗器を形成するために使用された方法と同じ方法で形成された前記基板上の目標パターンによって予めプログラムされている。
好ましい実施態様において、前記ノズル部材の材料は前記基板上の目標パターンが前記ノズル部材を通して目視できるように半透明である。前記ボンダは次に前記ノズル部材に対してシリコンダイ120 を前記二つの目標パターンを整合するように自動的に位置決めする。このような整合形態が前記Sinkawa Co. のボンダである。
【００７４】
前記各導電性回路と前記各オリフィスが前記テープ104 上に整合され、前記各基板電極と前記各加熱抵抗器が前記基板上で整合されるので、前記ノズル部材の目標パターンと前記基板の目標パターンとの自動整合は前記オリフィスと前記抵抗器とを精密に整合させるだけでなく、更に前記ダイ120 上の前記電極と前記テープ104 に形成された前記導電性回路の端末部をも整合させる。従って二つの目標パターンが整列すると、前記テープ104 及び前記シリコンダイ120 上の全てのパターンは前記二つの目標パターンが整合すると互いに整合される。
従って前記テープ104 に対する前記シリコンダイ120 の整合は市販されている機器だけを使用して自動的に行われる。前記導電性回路を前記ノズル部材と一体化することによって、このような整合形態が可能である。このような一体化は前記プリントヘッドの組立コストを下げるばかりでなく前記プリントヘッドの材料コストをも同様に下げる。
【００７５】
前記自動TAB ボンダは前記テープ104 に形成された前記各窓を通して前記導電性回路の端末部を関連する前記基板電極上に押し下げるためにギャング・ボンディング法を使用する。前記ボンダは例えば熱圧縮結合を使用することによって熱を加えて前記導電性回路の端末部を関連する前記電極に溶着する。その結果得られた構造体の一実施態様の側面概要が図８に示されている。別のタイプの結合は例えば超音波ボンディング、導電エポキシ、はんだペースト、又は他の周知の手段を使用できる。
【００７６】
次に前記テープ104 は加熱及び圧縮ステーション122 に向けて寸動され、前記シリコンダイ120 を前記テープ104 に向けて押し下げ、熱を加えて前記ダイ120 を前記テープ104 に物理的に結合させる。その後、前記テープ104 を寸動させ、随意に巻取りリール124 に巻取る。次に前記テープ104 は切断されて互いに前記各TAB ヘッド組立体を分離させる。
【００７７】
その結果得られた前記TAB ヘッド組立体は次に前記プリントカートリッジ10に設置され、前述した接着剤液封90が前記ノズル部材を前記プリントカートリッジに強固に固定させるために形成され、前記ノズル部材と前記インクレザーバとの間の前記基板の周りに耐インク液封を設け、且つ前記導電性回路を前記インクから隔離するように前記突端部の付近にある前記導電性回路を封じ込む。
【００７８】
前記可撓性TAB ヘッド組立体上の周辺の点が次に通常のメルトスルータイプのボンディング・プロセスによってプラスチック製プリントカートリッジ10に固定され、前記ポリマーの可撓性回路18を図１に示すように前記プリントカートリッジ10の表面と相対的に一致する維持する。
【００７９】
図21は本発明を組み入れたカラーインクジェット・プリンタ130 を示す。特に前記インクジェット・プリンタ130 は後方にスライダ・ロッド134 及び前方にスライダ・バー（図示せず）を支持する可動キャリッジ組立体132 を具備する。後方の前記スライダ・ロッド134 及び前方の前記スライダ・バー（図示せず）は前記プリンタ130 の枠体（図示せず）に取付けられる。更に前記インクジェット・プリンタ130 は多数の紙シート又は他の適正なインク受容媒体138 が収容されている入力トレー136 、及びプリント済み媒体を受容する上方出力トレー138 を具備する。前記可動キャリッジ132 は多数の着脱可能なプリントカートリッジ10を受容するための単一あるいは多数の個別カートリッジ受け部142 を具備する。
【００８０】
これまでに本発明の原理、好ましい実施態様、及び作動状態を説明したが、本発明は説明した特定の各実施態様に限定されるものと解釈されるべきでない。一例として、本発明は感熱タイプのインクジェット・プリンタと同様に感熱タイプでないインクジェット・プリンタに関連して使用することもできる。従って上述した各実施態様は限定的ではなく例示として見做されべきであり、各変更例は本発明の請求項により特定される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって想到し得るものと認識されるすべきである。
なお、本発明に基づくインクジェット・プリントカートリッジの各実施態様を列挙すると概ね以下の通りである。
【００８１】
1)  インクジェット・プリンタのためのインクジェット・プリントカートリッジであって、その中に形成された複数のインク・オリフィスを有するノズル部材と、複数の加熱素子及び関連するインク放出室を収容する基板と、前記ノズル部材の裏面に近接して配設され、入口スロットを囲む内側隆起壁を具備する突端部と、前記ノズル部材を前記突端部に固着するために前記ノズル部材の裏面と前記内側隆起壁との間に配設される接着剤層とを具備して成り、更に前記基板が前記ノズル部材の裏面に取付けられ、前記各加熱素子が関連するインク・オリフィスに近接して配設され、前記ノズル部材の裏面が前記基板の二つ以上の外端縁にわたり拡張し、前記内側隆起壁が接着剤支持面及びその上に形成された接着剤ダムを有し且つその中に壁開口部を有し、前記壁開口部が支持面を有することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８２】
2)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤層が接着剤支持面及び接着剤ダム及び前記壁開口部内の支持面に沿って配設されることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８３】
3)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記入口スロットがインクレザーバ躯体部と流体連通していることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８４】
4)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤層が前記突端部と前記ノズル部材の裏面との間に流体液封を形成することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８５】
5)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配して前記接着剤の滲出を制御できることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８６】
6)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配して前記接着剤の厚さを制御できることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８７】
7)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配して前記ノズル板の歪みを制御できることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８８】
8)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤支持面が幅を約0.15〜0.2mm とすることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００８９】
9)  上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤層が前記接着剤ダムの頂点と前記ノズル板の底部との間の厚さを約0.025 〜0.17mmとすることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９０】
10) 上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤ダムの頂点が前記接着剤支持面の上方に約0.10〜0.15mmにあることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９１】
11) 上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記接着剤ダムが約0.10〜0.15mmの幅を有することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９２】
12) 上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記突端部が前記内側壁開口部に対向する外壁に形成された接着剤隆起部を具備することを特徴とするのインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９３】
13) 上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記突端部が前記支持面に隣接して下向きに傾斜する溝を具備することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９４】
14) 上記1)のインクジェット・プリントカートリッジであって、前記ノズル部材が可撓性ポリマー材料から成ることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジ。
【００９５】
15) ノズル部材をインクジェット・プリントカートリッジ躯体部に取付ける方法であって、複数の加熱素子及び関連するインク放出室を収容した基板を複数のオリフィ収容する前記ノズル部材において前記基板の二つ以上の外端縁にわたり広がっている裏面に貼設し、入口スロットを囲む内側隆起壁を具備する突端部を設け、前記内側隆起壁が接着剤支持面及びその上に形成された接着剤ダムを有し且つその中に壁開口部を有し、前記壁開口が支持面を有し、前記接着剤支持面上に及び前記壁開口部の前記支持面を横断して前記入口スロットを囲むように前記接着剤を分配し、しかる後、前記接着剤が前記基板を囲み且つ前記ノズル部材の裏面を前記突端部に固着するように前記ノズル部材の裏面を前記突端部に対して位置決めすることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【００９６】
16) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記接着剤を分配することが更に前記接着剤の滲出を制御するために前記接着剤を分配する最適な位置を決定することを含むインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【００９７】
17) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記接着剤を分配することが更に前記接着剤の厚さを制御するために前記接着剤を分配する最適な位置を決定することを含むインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【００９８】
18) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記接着剤を分配することが更に前記ノズル板の歪みを制御するために前記接着剤を分配する最適な位置を決定することを含むインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【００９９】
19) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記突端部を設けることにおいて前記入口スロットがインクレザーバ躯体部と流体連通していることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【０１００】
20) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記ノズル部材の裏面を前記突端部に対して位置決めすることにおいて前記接着剤層が前記突端部と前記ノズル部材の裏面との間に流体液封を形成することを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【０１０１】
21) 上記15) のインクジェット・プリントカートリッジの製造方法であって、前記ノズル部材の裏面を前記突端部に固着することにおいて、前記ノズル部が可撓性ポリマー材料から成ることを特徴とするインクジェット・プリントカートリッジの製造方法。
【０１０２】
22) インクジェット・プリントシステムにおいて、プリンタ枠体、前記プリンタ枠体に取付けられてプリント領域を横断して移動するキャリッジ、前記キャリッジに着脱自在に取付けられ、その中に複数のインク・オリフィスが形成されたノズル部材、複数の加熱素子及び関連するインク放出室収容して前記ノズル部材の裏面に取付けられる基板、関連するインク・オリフィスに近接して配設される各加熱素子、前記基板の二つ以上の外端縁にわたり広がっている前記ノズル部材の前記裏面、前記ノズル部材の裏面に近接して設けられ、インクレザーバと流体連通する入口スロットを囲む内側隆起壁を有する突端部であって、前記内側隆起壁が接着剤支持面及びその上に形成された接着剤ダムを有し、その中に壁開口部を有し、前記壁開口部は支持面を有しているものである前記突端部、及び前記ノズル抜部材の裏面と前記内側隆起壁との間に設けられ、前記ノズル部材を前記突端部に固着させる接着剤層を夫々具備するプリントカートリッジ、を有するインクジェット・プリントシステム。
【０１０３】
23) 上記22) のインクジェット・プリントシステムであって、前記接着剤層が前記突端部と前記ノズル部材の裏面の間に流体液封を形成しているプリントカートリッジ。
【０１０４】
24) 上記22) のインクジェット・プリントシステムであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配して前記接着剤の滲出を制御できるプリントカートリッジ。
【０１０５】
25) 上記22) のインクジェット・プリントシステムであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配して前記接着剤の厚さを制御できるプリントカートリッジ。
【０１０６】
26) 上記22) のインクジェット・プリントシステムであって、前記接着剤支持面が前記接着剤をその上の多数の位置に分配してノズル板の歪みを制御できるプリントカートリッジ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のによるインクジェット・プリントカートリッジの斜視図である。
【図２】本発明のによるインクジェット・プリントカートリッジの自動化TAB ヘッド組立体の裏面を拡大して示す部分平面図である。
【図３】本発明のによるインクジェット・プリントカートリッジの自動化TAB ヘッド組立体の他の裏面を拡大して示す部分平面図である。
【図４】本発明のによるインクジェット・プリントカートリッジの自動化TAB ヘッド組立体の別の裏面を拡大して示す部分平面図である。
【図５】図１のカートリッジの自動化TAB ヘッド組立体の前面斜視図である。
【図６】図１のカートリッジの自動化TAB ヘッド組立体の上方平面図である。
【図７】シリコン基板をその上に取付け且つ導電リードを基板に取付けた状態の自動化TAB ヘッド組立体の裏面の斜視図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線に沿って切断した側面図である。
【図９】自動化TAB ヘッド組立体を取り外した状態の図１のインクジェット・プリントカートリッジの斜視図である。
【図１０】図９のインクジェット・プリントカートリッジの突端部の斜視図である。
【図１１】図９のインクジェット・プリントカートリッジの突端部の突端部の上方平面図である。
【図１２】自動化TAB ヘッド組立体を突端部に設置する前の粘着剤ビードの位置を一般的に示す突端部の上方平面図である。
【図１３】突端部の内側壁および溝の構成を示す図11のＣ−Ｃ線に沿って切断した側面図である。
【図１４】接着剤ビードの位置を一般的に示す図12のＤ−Ｄ線に沿って切断した側面図である。
【図１５】自動化TAB ヘッド組立体とカートリッジとの間の接着剤液封を示す図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した概略断面図である。
【図１６】粘着剤結合ラインの厚さ、接着剤滲出量及びび可撓性回路の微小凹部を示す図１の一部の拡大断面図である。
【図１７】図６の自動化TAB ヘッド組立体の裏面に取付けられたヒータ抵抗器、インク溝、及び蒸発室を備えている基板構造の上方斜視図である。
【図１８】蒸発室、ヒータ抵抗器、及びび基板の端縁に対するオリフィスの関係を示す自動化TAB ヘッド組立体の一部を破断した上方斜視図である。
【図１９】自動化TAB ヘッド組立体とカートリッジとの間の接着剤液封の他に基板の端縁の周りのインク流路を示す図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した概略断面図である。
【図２０】好ましい自動化TAB ヘッド組立体を形成するため使用しプロセスを示す斜視図である。
【図２１】本発明を組込んだインクジェット・プリンタを示す斜視図である。
【符号の説明】
10…インクジェット・プリントカートリッジ
12…インクレザーバ
14…自動化TAB ヘッド組立体
16…ノズル部材
17…インク・オリフィス
18…可撓性回路
28…基板
30…バリア層
32…インク溝
50…突端部
54…内壁
55…壁開口部
58…基板支持面
60…外側隆起壁
70…加熱素子
72…インク蒸発室
90…接着剤ビード
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004167735.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0004167735.tif 000018
【図１８】
0004167735.tif 000019
【図１９】
0004167735.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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