JP4490093B2 - コンパクトなインクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

本発明は包括的にインクジェットプリントに関し、より詳細には、高密度で実装されたノズルを有する薄膜インクジェットプリントヘッドに関する。

インクジェットプリントの技術は、比較的十分に開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックプロッタ、およびファクシミリ機等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術で実施されている。インクジェット技術に対するヒューレット・パッカード社の貢献については、例えば、すべて参照により本明細書に援用される、Hewlett-Packard Journal,Vol.36,No.5(May 1985)、Vol.39,No.5(October 1988)、Vol.43,No.4(August 1992)、Vol.43,No.6(December 1992)、およびVol.45,No.1(February 1994)におけるさまざまな論文で説明されている。

一般的に、インクジェット画像は、インクジェットプリントヘッドとして知られているインク滴発生装置が放出するインク滴をプリント媒体上に正確に配置することによって、形成される。通常、インクジェットプリントヘッドは、プリント媒体表面の上を横切る可動プリントキャリッジ上に支持され、マイクロコンピュータその他コントローラのコマンドに従って適切な時点においてインク滴を噴射するよう制御される。この場合、インク滴を塗布するタイミングは、プリントしている画像の画素のパターンに対応するよう意図される。

典型的なヒューレット・パッカードのインクジェットプリントヘッドは、インクバリアー層に取り付けたオリフィス板に正確に形成した、ノズルのアレイを含む。インクバリアー層は、インク発射ヒータ抵抗器と該抵抗器を作動させるための装置とを実装する、薄膜下部構造に取り付けられている。インクバリアー層は、関連するインク発射抵抗器の上方に配置したインクチャンバを含むインクチャネルを画定し、オリフィス板のノズルは、関連するインクチャンバに整列している。インクチャンバと、薄膜下部構造およびオリフィス板のうちのインクチャンバに隣接する部分とによって、インク滴発生器領域が形成される。

薄膜下部構造は、通常、シリコン等の基板から構成される。この基板上に、薄膜インク発射抵抗器、抵抗器を作動させるための装置、および、プリントヘッドへの外部電気接続のために設けるボンディングパッドへの相互接続、を形成するさまざまな薄膜層が形成される。インクバリアー層は、通常、ドライフィルムとして薄膜下部構造に貼り合わされ、かつ、感光性で紫外線および熱のいずれによっても硬化可能なように設計された、ポリマー材料である。スロット供給構成のインクジェットプリントヘッドでは、１つまたは複数のインク槽から、基板に形成した１つまたは複数のインク供給スロットを通じて、さまざまなインクチャンバにインクが供給される。

オリフィス板、インクバリアー層、および薄膜下部構造の物理的配置の一例が、上で引用したHewlett-Packard Journal（February 1994）の４４ページに記載されている。インクジェットプリントヘッドのさらなる例については、ともに参照により本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第４，７１９，４７７号および同第５，３１７，３４６号に記載されている。
米国特許第４，７１９，４７７号明細書 米国特許第５，３１７，３４６号明細書 米国特許第５，４６９，１９９号明細書 Hewlett-Packard Journal,Vol.36,No.5(May 1985) Hewlett-Packard Journal,Vol.39,No.5(October 1988) Hewlett-Packard Journal,Vol.43,No.4(August 1992) Hewlett-Packard Journal,Vol.43,No.6(December 1992) Hewlett-Packard Journal,Vol.45,No.1(February 1994)

薄膜インクジェットプリントヘッドで考慮すべき事柄として、例えば、用いるインク滴発生器および／またはインク供給スロットが多くなるにつれて、基板の大きさおよび／または基板の脆性が増す、ということがある。したがって、コンパクトであるが多数のインク滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドが必要とされている。

当業者であれば、以下の詳細な説明を図面とともに読めば、開示する本発明の利点および特徴を容易に理解しよう。

以下の詳細な説明およびいくつかの図面において、同じ要素は同じ参照番号で識別される。

図１−４には、本発明を用いることができるインクジェットプリントヘッド１００の、正確な縮尺率で描かれていない概略的な平面図および斜視図を示す。インクジェットプリントヘッド１００は、一般的に、（ａ）シリコン等の基板を含み、その上にさまざまな薄膜層が形成された、薄膜下部構造すなわちダイ１１と、（ｂ）薄膜下部構造１１上に配置されたインクバリアー層１２と、（ｃ）インクバリアー１２の上面に薄層状に取り付けられた、オリフィス板すなわちノズル板１３とを含む。

薄膜下部構造１１は、例えば従来の集積回路技術によって形成された、集積回路ダイを含む。図５に概略的に示すように、薄膜下部構造１１は一般的に、シリコン基板１１１ａ、ＦＥＴゲートおよび絶縁層（または誘電体層。以下同じ）１１１ｂ、抵抗器層１１１ｃ、および第１の金属化（metallization）層（または金属被膜層。以下同じ）１１１ｄを含む。シリコン基板１１１ａならびにＦＥＴゲートおよび絶縁層１１１ｂの上部には、本明細書においてより詳細に説明する駆動ＦＥＴ回路等の能動デバイスが形成されている。ＦＥＴゲートおよび絶縁層１１１ｂは、ゲート酸化物層、ポリシリコンゲート、および、抵抗器層１１１ｃに隣接する絶縁層を含む。薄膜ヒータ抵抗器５６は、抵抗器層１１１ｃおよび第１の金属化層１１１ｄのそれぞれのパターニングによって形成される。薄膜下部構造はさらに、例えば窒化ケイ素層と炭化ケイ素層とを含む複合パッシベーション層１１１ｅと、少なくともヒータ抵抗器５６の上にある、タンタルの機械的パッシベーション層１１１ｆとを含む。タンタル層１１１ｆの上には、金の導電層１１１ｇがある。

インクバリアー層１２は、熱および圧力によって薄膜下部構造１１に貼り合わされたドライフィルムで形成されており、感光されて、ヒータ抵抗器５６の上方に配置されたインクチャンバ１９と、インクチャネル２９とを形成する。金の層内の、薄膜下部構造１１の長手方向に間置された反対側にある両端部には、外部電気接続のために係合可能な金のボンディングパッド７４が形成されており、ボンディングパッド７４はインクバリアー層１２に覆われていない。例示として、バリアー層の材料には、デラウェア州ウィルミントン市のＥ．Ｉ．デュポン ド ヌムール アンド カンパニー（E.I. duPont de Nemours and Company）から入手可能な「パラド（Ｐａｒａｄ）」ブランドのフォトポリマーのドライフィルムなどの、アクリラート（acrylate）をベースにしたフォトポリマーのドライフィルムが含まれる。同様のドライフィルムとしては、「リストン（Riston）」ブランドのドライフィルムなどのデュポンのその他の製品や、他の化学製品供給者が製造するドライフィルムがある。オリフィス板１３は、例えば、ポリマー材料から構成され、例えば本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第５，４６９，１９９号（参照によって本明細書に援用される）において開示されているようにレーザー・アブレーションでオリフィスを形成した、平らな基板を含む。オリフィス板はまた、ニッケル等のめっきをした金属を含んでもよい。

図３に示すように、インクバリアー層１２内のインクチャンバ１９は、より詳細には、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器５６の上方に配置されており、それぞれのインクチャンバ１９は、バリアー層１２に形成したチャンバ開口部の相互に接続された縁すなわち壁によって規定される。インクチャネル２９は、バリアー層１２に形成したさらなる開口部によって画定され、それぞれのインク発射チャンバ１９と一体的に結合している。インクチャネル２９は、隣接するインク供給スロット７１の供給縁に向かって開いており、そのようなインク供給スロットからインクを受け取る。

オリフィス板１３はオリフィスすなわちノズル２１を含む。オリフィスすなわちノズル２１は、それぞれのインクチャンバ１９の上方に配置され、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器５６、関連するインクチャンバ１９、および関連するオリフィス２１が整列してインク滴発生器４０を形成するようになっている。ヒータ抵抗器はそれぞれ、公称の抵抗が少なくとも１００オーム、例えば約１２０または１３０オームであり、図９に示すような分割された（セグメント化された）抵抗器から構成されてもよい。ヒータ抵抗器５６は、金属化領域５９によって接続された２つの抵抗器領域５６ａ、５６ｂから成っている。この抵抗器構造によって、面積が同じ単一の抵抗器領域よりも大きな抵抗が提供される。

開示するプリントヘッドを、バリアー層と、別個のオリフィス板とを有するものとして説明するが、プリントヘッドを、例えば複数の露光プロセスで露光され次に現像される単一のフォトポリマー層を用いて製造することが可能な、一体的なバリアー／オリフィス構造で実施してもよい、ということが理解されるべきである。

インク滴発生器４０は、列状アレイ、すなわち群６１をなすように配置されている。これらは、基準軸Ｌに沿って延びており、基準軸Ｌに対して横方向、すなわち、それを横切って、互いから隔置されている。それぞれのインク滴発生器の群のヒータ抵抗器５６は、基準軸Ｌに略整列しており、基準軸Ｌに沿った所定の中心同士の間隔すなわちノズルピッチＰを有する。ノズルピッチＰは、１／３００インチなどの１／６００インチ以上であってもよい。インク滴発生器の列状のアレイ６１はそれぞれ、例えば１００個またはそれよりも多くのインク滴発生器（すなわち、少なくとも１００個のインク滴発生器）を含む。

例示として、薄膜下部構造１１は矩形であってもよく、その互いに反対側の縁５１、５２は長さ寸法がＬＳの長手方向の縁であり、長手方向に隔置された、互いに反対側にある縁５３、５４は、薄膜下部構造１１の長さＬＳよりも短い幅すなわち横寸法ＷＳのものである。薄膜下部構造１１の長手方向の広がりは、基準軸Ｌに平行とすることができる縁５１、５２に沿っている。使用の際、基準軸Ｌを、一般的に媒体前進軸（media advance axis）と呼ばれているものと整列させることができる。便宜上、薄膜下部構造の、長手方向に隔置された両端部もまた、そのような両端部における縁を指すのに用いる参照番号５３、５４で表される。

インク滴発生器のそれぞれの列状のアレイ６１のインク滴発生器４０を略同一直線上にあるものとして示すが、アレイをなすインク滴発生器４０のうちのいくつかのインク滴発生器４０は、例えば発射遅延を補償するために、列の中央線からわずかに外れてもよい、ということが理解されるべきである。

それぞれのインク滴発生器４０がヒータ抵抗器５６を含む限り、ヒータ抵抗器は、それに応じて、インク滴発生器の列状のアレイに対応する列状の群すなわちアレイをなすように配置される。便宜上、ヒータ抵抗器のアレイすなわち群を、同じ参照番号６１で表す。

図１ないし図４のプリントヘッド１００の薄膜下部構造１１は、より詳細には、基準軸Ｌに整列し基準軸Ｌに対して横切る方向に互いから隔置されている、２つのインク供給スロット７１を含む。インク供給スロット７１はそれぞれ、インク滴発生器の４つの列６１に供給を行う。４つの列６１のインク滴発生器はそれぞれ、２つのインク供給スロット７１の対向する側部に配置されており、薄膜下部構造における関連するインク供給スロットによって形成される縁に向かって、インクチャネルが開いている。このようにして、それぞれのインク供給スロットの互いに反対側にある縁が供給縁を形成し、２つのインク供給スロットはそれぞれ、デュアル（dual）縁インク供給スロットを構成する。具体的な実施として、図１ないし図４のプリントヘッド１００はモノクロのプリントヘッドであり、両方のインク供給スロット７１がブラック等の同じ色のインクを供給し、インク滴発生器の４つの列６１がすべて同じ色のインク滴を生成するようになっている。

インク供給スロットのいずれかの側の列同士の間の列ピッチすなわち間隔ＣＰは、６３０マイクロメートル（μｍ）以下（すなわち、最大でも６３０μｍ）であり、両インク供給スロットの中央寄りの列同士の間の列ピッチすなわち間隔ＣＰ’は、８００μｍ以下（すなわち、最大でも８００μｍ）である。

基準軸Ｌに沿った、１つの列から隣接する列までのノズルのジグザグ（または千鳥）配置すなわちオフセットされたノズルピッチと、インク滴体積とは、より詳細には、基準軸Ｌに沿った、１／３００インチから１／６００インチの範囲であるノズルピッチＰの１／４である、単一パスのモノクロのドット間隔を可能にするよう構成されている。滴体積は、染料をベースにしたインクについては３から７ピコリットルの範囲（特定の例では、約５ピコリットル）であってもよく、顔料をベースにしたインクについては１２から１９ピコリットル（特定の例では、約１６ピコリットル）であってもよい。１／３００インチのノズルピッチであれば、所与の横切る方向において隣接するノズルの列同士の間の基準軸Ｌに沿ったジグザグ配置すなわちオフセットは、１／１２００インチであってもよい。言い換えれば、左から２番目の列は、基準軸Ｌに沿った選択した方向に沿って、最も左の列に対して１／１２００インチだけずれている。左から３番目の列は、基準軸Ｌに沿った選択した方向に沿って、左から２番目の列に対して１／１２００インチだけずれている。左から４番目の列は、基準軸Ｌに沿った選択した方向に沿って、左から３番目の列に対して１／１２００インチだけずれている。

したがって、ノズルピッチＰが１／３００インチであれば、１２００ｄｐｉの単一パスのプリント解像度に対応する、１／１２００インチの単一パスのドット間隔が提供される。ノズルピッチＰが１／６００インチであれば、１／２４００ｄｐｉの単一パスのプリント解像度に対応する、１／２４００の単一パスのドット間隔が提供される。

それぞれが、少なくとも１００個の（例えば、１０４個の）、１／３００インチのノズルピッチＰであるインク滴発生器を有する４つの列状アレイ６１を有する実施例の場合、より詳細には、例示として、薄膜下部構造１１の長さＬＳは、約１１．６５ミリメートルであってもよく、薄膜下部構造の幅ＷＳは、約２．９５ミリメートルから約３．２９ミリメートルの範囲内というような、約３．２９ミリメートル以下であってもよい。一般的に、薄膜下部構造の長さ／幅のアスペクト比（すなわち、ＬＳ／ＷＳ）は、３．５よりも大きくすることができる。

１列当たり１００個から１０４個のインク滴発生器を有する特定の実施例において、プリントヘッドは、ノズル実装密度（packing density）が１ｍｍ^２当たりノズル１０．４３個から１ｍｍ^２当たりノズル１２．１０個の範囲である。より一般的には、プリントヘッドのノズル実装密度は、少なくとも１ｍｍ^２当たりノズル１０．４３個である。

インク滴発生器はそれぞれ、約１５ｋＨｚから約１８ｋＨｚの範囲である最大周波数で、駆動回路によって駆動されることができる。例えば、インク滴発生器の代表的な列状のアレイ６１について図６に概略的に示すように、インク滴発生器４０の列状のアレイ６１にはそれぞれ、プリントヘッド１００の薄膜下部構造１１内に形成された、列状のＦＥＴ駆動回路アレイ８１が隣接し関連付けられている。それぞれのＦＥＴ駆動回路アレイ８１は、複数のＦＥＴ駆動回路８５を含む。複数のＦＥＴ駆動回路８５は、それぞれがヒータ抵抗器リード線５７ａによってそれぞれのヒータ抵抗器５６に接続された、ドレイン電極を有する。それぞれのＦＥＴ駆動回路アレイ８１および関連するインク滴発生器のアレイには、列状のグランドバス１８１が関連付けられており、グランドバス１８１には、関連するＦＥＴ駆動回路アレイ８１のすべてのＦＥＴ駆動回路８５のソース電極が電気的に接続されている。ＦＥＴ駆動回路のそれぞれの列状のアレイ８１および関連するグランドバス１８１は、関連するインク滴発生器の列状アレイ６１に沿って長手方向に延び、関連する列状アレイ６１と少なくとも長手方向に同一の広がりを有する。図１および２に概略的に示すように、それぞれのグランドバス１８１は、プリントヘッド構造の一方の端部にある少なくとも１つのボンディングパッド７４と、プリントヘッド構造の他方の端部にある少なくとも１つのボンディングパッド７４とに、電気的に接続される。

グランドバス１８１とヒータ抵抗器リード線５７ａとは、本明細書においてさらに説明するヒータ抵抗器リード線５７ｂならびにＦＥＴ駆動回路８５のドレインおよびソース電極と同様に、薄膜下部構造１１の金属化層１１１ｃ（図５）内に形成される。

ＦＥＴ駆動回路のそれぞれの列状アレイのＦＥＴ駆動回路８５は、デコーダ論理回路３５の関連する列状アレイ３１によって制御される。デコーダ論理回路３５は、適切なボンディングパッド７４（図６）に接続された隣接するアドレスバス３３上のアドレス情報を復号する。本明細書においてさらに説明するように、アドレス情報は、インク発射エネルギーによりエネルギーが与えられる（または通電される）インク滴発生器を識別し、デコーダ論理回路３５はこのアドレス情報を利用して、アドレス指定するすなわち選択するインク滴発生器のＦＥＴ駆動回路をオンにする。

図７に概略的に示すように、それぞれのヒータ抵抗器５６の一方の端子は、基本選択トレース（primitive select trace）によって、インク発射基本選択信号ＰＳを受け取るボンディングパッド７４に接続されている。このようにして、それぞれのヒータ抵抗器５６の他方の端子が、関連するＦＥＴ駆動回路８５のドレイン端子に接続されているので、関連するデコーダ論理回路３５によって制御される関連するＦＥＴ駆動回路がオンである場合に、インク発射エネルギーＰＳがヒータ抵抗器５６に供給される。

インク滴発生器の代表的な列状アレイ６１について図８に概略的に示すように、インク滴発生器の列状アレイ６１のインク滴発生器を、隣接するインク滴発生器からなる４つの基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄに編成することができ、ある特定の基本群のヒータ抵抗器５６は、４つの基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄのうちの同じものに電気的に接続され、特定の基本群のインク滴発生器が、同じインク発射基本選択信号ＰＳに並列に切り替え可能に結合するようになっている。ある列状アレイにおけるインク滴発生器の数Ｎが４の整数倍である特定の例の場合、それぞれの基本群は、Ｎ／４個のインク滴発生器を含む。参考までに、基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、横方向の縁５３から横方向の縁５４に向かって順番に配置されている。

図８は、より詳細には、関連する滴発生器の列状アレイ６１および関連するＦＥＴ駆動回路８５の列状アレイ８１（図６）の、基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄの概略平面図を示す。基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄは、例えば、関連するＦＥＴ駆動回路のアレイ８１とグランドバス１８１との上にあって、それらから絶縁されている金の金属化層１１１ｇ（図５）内のトレースによって実施される。基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄはそれぞれ、金属化層１１１ｃ内に形成された抵抗器リード線５７ｂ（図８）と、基本選択トレースと抵抗器リード線５７ｂとの間に延びる相互接続バイア５８（図８）とによって、４つの基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄに電気的に接続されている。

第１の基本選択トレース８６ａは、第１の基本群６１ａに沿って長手方向に延びていて、それぞれ第１の基本群６１ａのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８（図９）によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第２の基本選択トレース８６ｂは、第２の基本群６１ｂに沿って延びている部分を含み、それぞれ第２の基本群６１ｂのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第２のトレース８６ｂは、第１の基本選択トレース８６ａの、第１の基本群６１ａのヒータ抵抗器５６とは反対の側に、第１の基本選択トレース８６ａに沿って延びる、さらなる部分を含む。第２の基本選択トレース８６ｂは略Ｌ字型であり、第２の部分は第１の部分よりも幅が狭く、第２の基本選択トレース８６ｂのより幅の広い部分よりも狭い第１の基本選択トレース８６ａをバイパスするようになっている。

第１および第２の基本選択トレース８６ａ、８６ｂは、第１および第２の基本群６１ａ、６１ｂと少なくとも長手方向に概ね同一の広がりを有し、それぞれ、第１および第２の基本選択トレース８６ａ、８６ｂに最も近い横方向の縁５３に配置されたそれぞれのボンディングパッド７４に適切に接続されている。

第４の基本選択トレース８６ｄは、第４の基本群６１ｄに沿って長手方向に延びていて、第４の基本群６１ｄのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第３の基本選択トレース８６ｃは、第３の基本群６１ｃに沿って延びている部分を含み、第３の基本群６１ｃのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第３の基本選択トレース８６ｃは、第４の基本選択トレース８６ｄに沿って延びる、さらなる部分を含む。第３の基本選択トレース８６ｃは略Ｌ字型であり、第２の部分は第１の部分よりも幅が狭く、第３の基本選択トレース８６ｃのより幅の広い部分よりも狭い第４の基本選択トレース８６ｄをバイパスするようになっている。

第３および第４の基本選択トレース８６ｃ、８６ｄは、第３および第４の基本群６１ｃ、６１ｄと少なくとも長手方向に概ね同一の広がりを有し、それぞれ、第３および第４の基本選択トレース８６ｃ、８６ｄに最も近い横方向の縁５４に配置されたそれぞれのボンディングパッド７４に適切に接続されている。

特定の例として、インク滴発生器の列状アレイ６１の基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄは、インク滴発生器の列状アレイに関連するＦＥＴ駆動回路およびグランドバスの上にあり、関連する列状アレイ６１と長手方向に同一の広がりを有する領域に含まれている。このようにして、インク滴発生器の列状アレイ６１の４つの基本要素の４つの基本選択トレースが、そのアレイに沿って、プリントヘッド基板の両端に向かって延びる。より詳細には、プリントヘッド基板の長さの１／２の部分に配置された第１の対をなす基本群６１ａ、６１ｂの第１の対をなす基本選択トレースは、そのような第１の対をなす基本群に沿って延びる領域に含まれており、プリントヘッド基板の他方の１／２の長さの部分に配置された第２の対をなす基本群６１ｃ、６１ｄの第２の対をなす基本選択トレースは、そのような第２の対をなす基本群に沿って延びる領域に含まれている。

参照しやすくするために、ヒータ抵抗器５６と関連するＦＥＴ駆動回路８５とをボンディングパッド７４に電気的に接続する、基本選択トレース８６と関連するグランドバスとを、総称して電力トレースと呼ぶ。これもまた参照しやすくするために、基本選択トレース８６は、ハイ側または非接地の電力トレースと呼ぶことができる。

一般的に、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗（すなわち、オン抵抗）は、電力トレースによって形成される寄生経路により、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５にあらわれる寄生抵抗の変動を補償して、ヒータ抵抗器に供給されるエネルギーの変動を少なくすよう構成される。具体的には、電力トレースは、経路上の位置とともに変動する寄生抵抗をＦＥＴ回路に与える寄生経路を形成し、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗は、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗とＦＥＴ駆動回路に与えられる電力トレースの寄生抵抗との組み合わせが、インク滴発生器同士の間でわずかしか変動しないように選択される。したがって、全てのヒータ抵抗器５６の抵抗がほぼ同じである限り、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗は、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５に与えられる関連する電力トレースの寄生抵抗の変動を補償するよう構成される。このようにして、電力トレースに接続されているボンディングパッドにほぼ等しいエネルギーが供給される限り、それぞれのヒータ抵抗器５６にほぼ等しいエネルギーを供給することができる。

図９および図１０を参照してより具体的に説明する。ＦＥＴ駆動回路８５はそれぞれ、シリコン基板１１１ａ（図５）に形成されたドレイン領域フィンガー８９の上方に配置された、複数の電気的に相互接続されたドレイン電極フィンガー８７と、ドレイン電極８７と互いに組み合うように、すなわち交互に配置され、シリコン基板１１１ａに形成されたソース領域フィンガー９９の上方に配置された、複数の電気的に相互接続されたソース電極フィンガー９７とを含む。それぞれの端部において相互接続されたポリシリコンのゲートフィンガー９１が、シリコン基板１１１ａ上に形成された薄いゲート酸化物層９３上に配置されている。ＰＳＧ層（phosphosilicate glass layer：ホスホシリケートガラス層）９５が、ドレイン電極８７およびソース電極９７をシリコン基板１１１ａから分離している。複数の導電性ドレイン接点８８がドレイン電極８７をドレイン領域８９に電気的に接続し、複数の導電性ソース接点９８がソース電極９７をソース領域９９に電気的に接続する。

それぞれのＦＥＴ駆動回路が占める面積は好ましくは小さく、それぞれのＦＥＴ駆動回路のオン抵抗は好ましくは小さく、例えば１４または１６オーム以下（すなわち、最大でも１４または１６オーム）である。そのためには、効率的なＦＥＴ駆動回路が必要である。例えば、オン抵抗Ｒｏｎを、次式のようにＦＥＴ駆動回路の面積Ａに関連付けることができる。
Ｒｏｎ ＜ （２５０，０００ オーム・マイクロメートル^２）／Ａ
ただし面積Ａはマイクロメートル^２（μｍ^２）で表している。これは例えば、厚さが８００オングストローム以下（すなわち、最大でも８００オングストローム）の、またはゲート長が４μｍよりも小さい、ゲート酸化物層９３で実現することができる。また、ヒータ抵抗器の抵抗が少なくとも１００オームであれば、ヒータ抵抗器の抵抗がそれよりも小さい場合と比べて、ＦＥＴ回路をより小型にすることができる。ヒータ抵抗器の値が大きほど、寄生物とヒータ抵抗器との間でのエネルギー配分の点から、より大きなＦＥＴターンオン抵抗に耐えることができるからである。

特定の例として、ドレイン電極８７、ドレイン領域８９、ソース電極９７、ソース領域９９、およびポリシリコンのゲートフィンガー９１は、基準軸Ｌにほぼ直交して、または、それを横切って、グランドバス１８１の長手方向の範囲（長さ）まで延びていてもよい。また、それぞれのＦＥＴ回路８５について、図６に示すように、ドレイン領域８９およびソース領域９９の基準軸Ｌを横切る範囲（長さ）は、ゲートフィンガーの基準軸Ｌを横切る範囲（長さ）と同じであり、これによって、基準軸Ｌを横切るアクティブ領域（動作領域）の範囲が画定される。参照しやすくするために、ドレイン電極フィンガー８７、ドレイン領域フィンガー８９、ソース電極フィンガー９７、ソース領域フィンガー９９、およびポリシリコンのゲートフィンガー９１の範囲（長さ）は、そのような素子がストリップ状またはフィンガー状に長く幅が狭い限り、そのような素子の長手方向の範囲（長さ）と呼ぶことができる。

例示として、ＦＥＴ回路８５のそれぞれのオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触の部分の長手方向の範囲すなわち長さを制御することによって、個々に構成される。連続して非接触の部分には、電気接点８８がない。例えば、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触の部分は、ヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域８９の端部で始まってもよい。特定のＦＥＴ回路８５のオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触の部分の長さが長くなるにつれて大きくなり、この長さは、特定のＦＥＴ回路のオン抵抗を決定するために選択される。

他の例として、それぞれのＦＥＴ回路８５のオン抵抗を、ＦＥＴ回路の大きさを選択することによって構成してもよい。例えば、ＦＥＴ回路の基準軸Ｌを横切る長さを、オン抵抗を規定するために選択することができる。

特定のＦＥＴ回路８５についての電力トレースが適度にまっすぐな経路によってプリントヘッド構造の長手方向に離れた端部のうちの最も近いもの上のボンディングパッド７４へとルーティングされている、典型的な実施例の場合、プリントヘッドの最も近い端部からの距離とともに寄生抵抗は大きくなり、ＦＥＴ駆動回路８５のオン抵抗は、そのような最も近い端部からの距離とともに小さくなり（ＦＥＴ回路をより効率的にする）、電力トレースの寄生抵抗の増大を相殺するようになっている。特定の例として、ヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端部で始まるそれぞれのＦＥＴ駆動回路８５のドレインフィンガーの連続して非接触の部分に関して、そのような部分の長さは、プリントヘッド構造の長手方向に離れた端部のうちの最も近いものからの距離とともに短くなる。

それぞれのグランドバス１８１は、ＦＥＴ回路８５のドレイン電極８７およびソース電極９７と同じ薄膜金属化層で形成されており、ソースおよびドレイン領域８９、９９とポリシリコンのゲート９１とから構成されているそれぞれのＦＥＴ回路のアクティブ領域（動作領域）は、有利なことに、関連するグランドバス１８１の下に延びている。これによって、グランドバスおよびＦＥＴ回路アレイが占める領域をより狭くすることができ、それによって、より狭く、したがってより安価な薄膜下部構造が可能になる。

また、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触の部分がヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端部で始まる実施例では、それぞれのグランドバス１８１の、基準軸Ｌを横切って関連するヒータ抵抗器５６に向かう範囲（長さ）は、ドレインフィンガーの連続して非接触の部分の長さが長くなるにつれて大きく（長く）なってもよい。ドレイン電極は、そのようなドレインフィンガーの連続して非接触の部分にわたって延びる必要がないからである。言い換えれば、ドレイン領域の連続して非接触の部分の長さに応じて、グランドバス１８１がＦＥＴ駆動回路８５のアクティブ領域（動作領域）の上にある量を多くすることによって、グランドバス１８１の幅Ｗを広くすることができる。これは、グランドバス１８１およびその関連するＦＥＴ駆動回路アレイ８１が占める領域の幅を広くすることなく行われるが、この理由は、グランドバスとＦＥＴ駆動回路８５のアクティブ領域（動作領域）との重なりの量を多くすることによって広くするからである。実際には、いかなる特定のＦＥＴ回路８５においても、ドレイン領域の非接触の部分とほぼ等しい長さだけ、基準軸Ｌを横切ってグランドバスがアクティブ領域（動作領域）に重なってもよい。

ドレイン領域の連続して非接触の部分がヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端部で始まり、プリントヘッド構造の最も近い端部からの距離とともにそのようなドレイン領域の連続して非接触の部分の長さが短くなる特定の例の場合、ドレイン領域の連続して非接触の部分の長さの変動に伴ってグランドバス１８１の幅Ｗが変化すなわち変動するので、図８に示すように、グランドバスの幅Ｗ１８１を、プリントヘッド構造の最も近い端部に近づくにつれて広くしている。ボンディングパッド７４に近づくにつれて共有電流の量が多くなるので、このような形状にすることにより、有利なことに、ボンディングパッド７４に近づくにつれてグランドバスの抵抗が小さくなる。

グランドバスの抵抗はまた、グランドバス１８１の一部分を、デコーダ論理回路３５同士の間の長手方向に隔置された領域に横方向に延ばすことによっても、小さくすることができる。例えば、そのような一部分は、デコーダ論理回路３５が形成されている領域の幅だけアクティブ領域（動作領域）を越えて横方向に延びていてもよい。

インク滴発生器の列状アレイに関連する以下の回路部を、図６および８において幅の値の後に続く参照番号によって示される、以下の幅を有するそれぞれの領域内に含めることができる。

これらの幅は、基準軸Ｌに整列したプリントヘッド基板の長手方向の範囲（長さ）と直交方向すなわち横方向に測定される。

図１１は、上述のプリントヘッドを用いることができるインクジェットプリント装置２０の１例を示す概略斜視図である。図１１のインクジェットプリント装置２０はシャーシ１２２を含む。シャーシ１２２は、通常、成形プラスチック材料でできたハウジングすなわち筐体１２４で取り囲まれている。シャーシ１２２は、例えばシートメタルで形成されており、垂直パネル１２２ａを含む。適応型プリント媒体ハンドリングシステム１２６によって、プリント媒体のシートがプリントゾーン１２５を通って個別に供給される。プリント媒体ハンドリングシステム１２６は、プリント（印刷）前のプリント媒体を保管する供給トレイ１２８を含む。プリント媒体は、紙、カード用紙、透明シート（OHP用紙）、マイラー（登録商標）などの任意のタイプの適切なプリント可能なシート材料とすることができるが、便宜上、図示の実施形態は、プリント媒体として紙を用いるものとして説明する。ステッパモータによって駆動される駆動ローラ１２９を含む、一連の従来のモータによって駆動されるローラを用いて、プリント媒体を供給トレイ１２８からプリントゾーン１２５内に移動させることができる。プリント後、駆動ローラ１２９は、プリントされたシートを、１対の格納式（または、開閉式または伸縮式）出力乾燥ウイング部材１３０上に移動させる。ウイング部材１３０は、プリントされたシートを受け取るよう広がった状態で示されている。ウイング部材１３０は、新しくプリントされたシートを、出力トレイ１３２内でまだ乾いている途中の、すべての以前にプリントされたシートの上方で短時間保持し、その後、曲線の矢印１３３で示すように枢軸的に（旋回して）両側に退避し、新しくプリントされたシートを出力トレイ１３２内に落とす。プリント媒体ハンドリングシステムは、摺動式長さ調節アーム１３４や封筒供給スロット１３５などの、レターサイズ、リーガルサイズ、Ａ４サイズ、封筒サイズ等を含むさまざまな大きさのプリント媒体に対応する、一連の調節機構を含んでもよい。

図１１のプリンタはさらに、プリンタコントローラ１３６を含む。プリンタコントローラ１３６は、マイクロプロセッサとして概略的に示されている、シャーシの垂直パネル１２２ａの後ろ側に支持されたプリント回路基板１３９上に配置されている。プリンタコントローラ１３６は、パーソナルコンピュータ等のホスト装置（図示せず）から命令を受け取り、プリントゾーン１２５を通るプリント媒体の前進、プリントキャリッジ１４０の移動、およびインク滴発生器４０への信号印加、を含む、プリンタの動作の制御を行う。

キャリッジ走査軸と平行な長手方向の軸を有するプリントキャリッジ摺動ロッド１３８がシャーシ１２２に支持されて、プリントキャリッジ１４０のかなり部分を支持し、キャリッジ走査軸に沿った並進運動すなわち走査を往復して行うようにする。プリントキャリッジ１４０は、第１および第２の可動インクジェットプリントヘッドカートリッジ１５０、１５２（それぞれ「ペン」、「プリントカートリッジ」、または「カートリッジ」と呼ばれる場合がある）を支持する。プリントカートリッジ１５０、１５２はそれぞれプリントヘッド１５４、１５６を含む。プリントヘッド１５４、１５６はそれぞれ、プリント媒体のうちのプリントゾーン１２５内にある部分の上に略下向きにインクを噴出する、略下向きのノズルを有する。プリントカートリッジ１５０、１５２は、より詳細には、クランプレバー（clamping levers）、ラッチ部材、またはふた１７０、１７２を含むラッチ機構によって、プリントキャリッジ１４０内に留められている。

参考として、プリント媒体は、カートリッジ１５０、１５２のノズルの下方にあってノズルによって横切られるプリント媒体の部分の接線に平行な媒体軸に沿って、プリントゾーン１２５を通って前進する。図９に示すように、媒体軸とキャリッジ軸とが同一平面上にある場合には、この２つは互いに垂直である。

プリントキャリッジの背部にある回転防止機構が、例えば、シャーシ１２２の垂直パネル１２２ａと一体的に形成された、水平に配置された枢転（旋回）防止バー１８５と係合して、プリントキャリッジ１４０が摺動ロッド１３８を中心として前方に枢転（旋回）しないようにする。

例示として、プリントカートリッジ１５０はモノクロのプリントカートリッジであり、プリントカートリッジ１５２は、３色のプリントカートリッジである。

プリントキャリッジ１４０は、従来の方法で駆動することができるエンドレスベルト１５８によって、摺動ロッド１３８に沿って駆動される。リニアエンコーダのストリップ１５９を利用して、例えば従来の技術にしたがって、キャリッジ走査軸に沿ったプリントキャリッジ１４０の位置を検知する。

以上、本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲および思想から逸脱することなく、それらの実施形態にさまざまな変形および変更を施すことが可能である。

本発明を用いたインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器および基本選択トレースのレイアウトを示す、正しいスケーリングで描かれていない略平面図である。 図１のインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器およびグランドバスのレイアウトを示す、正しいスケーリングで描かれていない略平面図である。 図１のインクジェットプリントヘッドの一部切欠き略斜視図である。 図１のインクジェットプリントヘッドを示す、正しいスケーリングで描かれていない略部分平面図である。 図１のプリントヘッドの薄膜下部構造の、一般化した各層の略図である。 図１のプリントヘッドの代表的なＦＥＴ駆動回路アレイとグランドバスのレイアウトを概略的に示す部分平面図である。 図１のプリントヘッドのヒータ抵抗器とＦＥＴ駆動回路の電気的接続を示す、略電気回路図である。 図１のプリントヘッドの代表的な基本選択トレースの略平面図である。 図１のプリントヘッドの、ＦＥＴ駆動回路とグランドバスの例示的な実施例の略平面図である。 図９のＦＥＴ駆動回路の略横断立面図である。 本発明のプリントヘッドを用いることができるプリンタの、正しいスケーリングで描かれていない略斜視図である。

Claims (8)

1. インクジェットプリントヘッドであって、
   複数の薄膜層を含むプリントヘッド基板と、
   前記プリントヘッド基板内に形成され且つ長手方向の範囲に沿って延在する、複数のインク滴発生器が並置された複数列状アレイと、
   約１５ｋＨｚから約１８ｋＨｚまでの範囲内の周波数においてそれぞれの前記インク滴発生器にエネルギーを与えるための、前記プリントヘッド基板内に形成されたドライブ回路と、
   前記ＦＥＴ駆動回路に対して電力を供給するための電力トレース
   とを備え、
   前記プリントヘッド基板内に形成され且つそれぞれが前記インク滴発生器の前記列状アレイに隣接する、ＦＥＴ駆動回路の列状アレイと、前記ＦＥＴ駆動回路のアクティブ領域に重なるグランドバスとを、前記ドライブ回路が含み、該アクティブ領域がそれぞれ、前記ＦＥＴ駆動回路のソース領域とドレイン領域とゲート領域とを含み、
   前記ＦＥＴ駆動回路の各々の寄生抵抗と、前記電力トレースの寄生抵抗とを組み合わせた抵抗の変動が、前記インク滴発生器どうしの間で低減されるように、前記ＦＥＴ駆動回路の各々の寄生抵抗が選定されていることにより、前記ＦＥＴ駆動回路は、前記電力トレースによって与えられる寄生抵抗の変動を補償し、及び、
   前記プリントヘッド基板は、１平方ミリメートル当たりに少なくとも１０．４３個のインク滴発生器という、インク滴発生器実装密度を有することからなる、インクジェットプリントヘッド。
2. 前記ＦＥＴ駆動回路の各々は、（２５０，０００オーム・マイクロメートル^２）／Ａよりも小さなオン抵抗を有し、該Ａは、マイクロメートル^２で表した前記ＦＥＴ駆動回路の面積であることからなる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
3. 前記ＦＥＴ駆動回路の各々は、最大でも１６オームのオン抵抗を有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 前記ＦＥＴ駆動回路の列状アレイの各々は、最大でも１８０マイクロメートルの幅を有する領域内に含まれる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 前記ＦＥＴ駆動回路の列状アレイの各々は、最大でも２５０マイクロメートルの幅を有する領域内に含まれる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 前記複数のインク滴発生器が並置された複数列状アレイは、複数のインク滴発生器が並置された４列状アレイを含み、該インク滴発生器の各列状アレイは、所定間隔だけ互いに離れた少なくとも１００個のインク滴発生器を有し、
   前記ＦＥＴ駆動回路の複数の列状アレイは、ＦＥＴ駆動回路の４列状アレイを含むことからなる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記インク滴発生器の前記４列状アレイは、最大でも６３０マイクロメートルだけ互いに離れた第１の列状アレイ及び第２の列状アレイと、最大でも６３０マイクロメートルだけ互いに離れた第３の列状アレイ及び第４の列状アレイとを含むことからなる、請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 前記プリントヘッド基板の側縁部に近づくにつれて広くなる幅を、前記グランドバスの各々が有している、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。

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