JPH04226764A - サーマルインクジェット印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット印刷、
より詳細にはインクジェット印字ヘッドに含まれている
ノズル形成チャンネルの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷の場合、印字ヘッド
は、通常、一端がインク供給室に通じ、他端にノズルと
呼ばれる開口をもつ１個以上のインク充満チャンネルを
有しており、ノズルから記録媒体たとえば紙へインク滴
を放出してイメージを形成する。インクは、滴の形で放
出される前に、各ノズルの所でメニスカスを形成する。 滴が放出されたあと、インクがノズルへサージし、再び
メニスカスを形成する。高品質印字ヘッドアレーに不可
欠の重要な性質はジェットの方向精度が高いことである
。これは、インク滴を正確にコピー用紙上の所望の場所
に置くことができることを保証する。ジェットの方向精
度が悪いと、文字が歪んだり、中間調の絵画的イメージ
に目障りな縞模様が付いたりする。

【０００３】インクジェットを誤った方向に向ける主原
因は、ノズルアレーを含む印字ヘッド前壁面の不適切な
湿潤に関係がある。ジェットの方向精度に悪い影響を及
ぼす要因の１つは印字ヘッドアレーの前壁面上に堆積し
たインクと放出されるインク滴との相互作用である。イ
ンクの再充填サージの際にインクが流出したり、あるい
は印字ヘッドから滴を放出するとき付随して小滴が飛び
散るために、印字ヘッドの前壁面にインクが堆積するこ
とがある。前壁面上に堆積したインクがチャンネル内の
インク（詳細には、ノズル開口に形成されたインクのメ
ニスカス）と接触すると、インクのメニスカスがゆがむ
結果、インク滴に作用する力に不均衡が生じ、ジェット
が誤った方向に向けられる。また、長期間使用したあと
は、アレーの前壁面が酸化したり、乾燥したインク膜で
覆われたりするので、この湿潤現象は手に負えなくなる
。これは、印字ヘッドが生成可能なイメージの品質が次
第に劣化することにつながる。ジェットの方向精度を良
好に保つには、前壁面の湿潤を抑制することが望ましい
。上記の代替案として、もし湿潤を予測のつく一様なや
り方で制御することができれば、ジェットの誤方向は問
題にならないであろう。しかし、一様な湿潤を実現し、
維持することは困難である。

【０００４】サーマルインクジェット印刷の場合、ノズ
ルに近いチャンネル内にノズルから所定の距離の所に熱
エネルギー発生器、通常は抵抗器が配置される。抵抗器
は電流パルスで個別にアドレスされ、インクを瞬時に蒸
発させて、インク滴を放出する気泡を形成する。気泡が
成長すると、インクはノズルから膨れ出て、インクの表
面張力によりメニスカスの状態になる。急激に膨張する
気泡は、チャンネルを満たしているインクの柱をノズル
に向かって押し出す。電流パルスが終わると、抵抗器が
急激に冷えて、気泡が崩壊し始める。しかし、爆発する
気泡から衝撃を受けた大部分のインクの柱は、慣性のた
めに前方へ動き続け、ノズルからインク滴として放出さ
れる。気泡が崩壊し始めると、ノズルと気泡の間のチャ
ンネル内にあるインクが崩壊中の気泡に向かって動き始
めるので、ノズルの所でインクの収縮が起こり、膨れ出
たインクが滴として分離する。気泡が成長する間のイン
クの加速により、インク滴に記録媒体たとえば紙に向か
う実質上直線方向の運動量と速度が与えられる。このと
きサーマルインクジェット印字ヘッドのノズルを含む前
壁面上に堆積したインクが、上に述べたすべての問題を
引き起こす。

【０００５】インクジェット印字ヘッドはノズルアレー
を有しており、方向依存性エッチング（ＯＤＥ）技術を
使用してシリコンウェーハから作ることができる。シリ
コンウェーハを使用する利点は、シリコンウェーハ上に
ノズルなどの構造を非常に精密に作れるからである。さ
らに、それらの構造は低コストで効率的に製作すること
が可能である。得られたノズルは一般に三角形の断面を
有する。上記の　ＯＤＥ　　技術を使用して作られたサ
ーマルインクジェット印字ヘッドは、一般に、下面に複
数のノズル形成チャンネルが配置されたチャンネル板と
、上面に複数の抵抗発熱体が作られたヒーター板から成
り、前記複数の抵抗発熱体は、チャンネル板の下面とヒ
ーター板の上面とを接合したとき、各チャンネル内に１
個の発熱体が置かれるように配列されている。ヒーター
板の上面は、一般に、個々の発熱体を露出させる凹部を
作るためパターニングされた絶縁層を有する。この絶縁
層は「ピット層」と呼ばれ、チャンネル板とヒーター板
の間にはさまれている。したがって、ノズルを含む壁面
は３つの層、すなちわチャンネル板、ピット層およびヒ
ーター板を有する。このような構造を用いた印字ヘッド
の例が米国特許第４，７７４，５３０　号に開示されて
いる。

【０００６】サーマルインクジェット技術、特に上記の
ようなシリコンチャンネル板とヒーター板から成るサー
マルインクジェット印字ヘッドにおいては、各チャンネ
ルの内壁は湿潤性を有する（湿潤可能である）。チャン
ネル内のインクとチャンネルの湿潤性表面の間の表面張
力は、常に、チャンネル内のインクの前面を出口ノズル
へ向けて前方へ押している。インクがチップの前壁面上
に流出するのを防ぐためインク供給マニホルドに負圧が
加えられているが（インク供給源をノズルの下に置くこ
とにより）、再充填過程の際にインクの流出が生じて印
字ヘッドの前壁面を湿潤させる結果、前に述べたジェッ
トの誤方向の問題を起きる。さらに、インクの前面は、
通常、ほぼ各チャンネルの出口ノズルにあるので、不使
用期間中にチャンネル内のインクが急速に乾燥する。

【０００７】上記の問題は、これまで、印字ヘッドのノ
ズルを含む前壁面から余剰インクを拭き取り、不使用期
間中にインクが乾燥するのを防止するためノズルを蓋締
めし、そして保湿する働きをする保守装置を設置するこ
とによって対処されてきた。インクは一般に乾燥速度が
高いので、ノズルを蓋締めした場合でも、ある程度の乾
燥が起きるのを防ぐことは難しい。もしインクの前面を
なんらかの方法で各チャンネルの中央に一貫して保持す
ることができれば、インクの再充填サージの際のインク
の流出やチップ前壁面の湿潤、すなわちそれに付随する
ジェットの誤方向の問題は起こらないであろう。それに
加えて、インクの乾燥速度も非常に遅くなるであろう。 もしそうならば、保守装置を簡単化することができるし
、呼び水、拭き取り、パージ、そして蓋締めも必要でな
くなるかも知れない。

【０００８】米国特許第４，７２８，３９２　号および
同第４，８０１，９５５　号は、前部チャンネルと一直
線に並んだ前部ノズルを有する電気空気圧式インクジェ
ット印字ヘッドを開示している。前部チャンネルの表面
および前部ノズルの内面と外面が撥インク層で被覆され
ている。さらに、後部ノズルの前壁面も撥インク層で被
覆されている。前部チャンネルは先細のテーパーが付い
ている。

【０００９】米国特許第４，４２２，０８６　号は、導
管の第１および第２部分に接続された２個の同一室、前
記２個の室を連絡するチャンネル、および前記チャンネ
ルを印字ヘッドに接続する通路を備えたインクジェット
印字ヘッドを開示している。接続チャンネルおよび通路
の横断面は前記２個の室より小さい。

【００１０】米国特許第４，５５５，０６２　号、同第
４，５８３，６９０　号および同第４，６４３，９４８
　号は、ノズルを含む表面に防湿潤剤を塗布したインク
ジェットプリンタを開示している。

【００１１】米国特許第４，７５１，５３２　号は、２
　個の板部材の間に保持されたインクに熱エネルギーと
静電界を加えて板部材で形成された開口からインクを放
出する形式の静電サーマルインクジェット印字ヘッドを
開示している。すぐれた品質の印刷を行うため、表面張
力はメニスカスを所望の形状に保つという重要な機能を
果たさなければならない。板部材のノズルを含む表面は
、異なる表面張力が得られるように処理される。前記表
面はシリコンタイプまたはフルオロカーボンタイプの樹
脂で処理することができる。発明者は、ノズル周囲の領
域がインク液に付着したままであることを要求している
。

【００１２】米国特許第４，６２３，９０６　号は、イ
ンクジェットノズルのための表面皮膜を開示している。 皮膜は、窒化シリコンの第１層と、配合物に類別される
中間層と、窒化アルミニウムの最上層とから成っている
。発明者は、この構造が、ガラスまたはシリコンから作
られたノズルを含む表面に湿潤性の低い窒化アルミニウ
ム層を接着するのを助けるためのものであると述べてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は
、高いインクジェット方向精度を有するインクジェット
印字ヘッドを提供することである。

【００１４】本発明の第２の目的は、インク再充填サー
ジの際に、ノズルを含む表面にインクが流出する可能性
の少ないインクジェット印字ヘッドを提供することであ
る。

【００１５】本発明の第３の目的は、不使用期間中にノ
ズル内のインクが乾燥する可能性の少ないインクジェッ
ト印字ヘッドを提供することである。

【００１６】本発明の第４の目的は、保守の仕事が少な
くて済むインクジェット印字ヘッドを提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記その他の目的を達成
し、かつ上に述べた短所を克服するために、本発明は、
非湿潤性壁面と段構造をもつ少なくとも１個のノズル形
成チャンネルを有するインクジェット印字ヘッドを提供
する。段構造はチャンネル内に配置されており、チャン
ネル入口の断面積はノズル出口の断面積より大きい。チ
ャンネルの非湿潤性壁面は、湿潤性のチャンネル壁面の
場合に一般に起こることであるが、毛管作用でインクが
出口ノズルへ向かって動くのを防止する。インク供給源
に加える正の圧力を制御することにより、チャンネルの
段部分に近い、ノズル出口から離れた位置に、チャンネ
ル内のインクのメニスカスが置かれるように制御するこ
とができる。起動器たとえば抵抗発熱体に電流を流すと
、チャンネルの出口ノズルからインク滴が放出されるが
、メニスカスの自然の位置が出口ノズルから離れている
ので、チャンネルを再充填するためインクが前方へ押し
寄せたとき、出口ノズルからインクが流出することはな
い。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面を参照して発明を詳細に説明
する。諸図面を通じて、同じまたは対応する部品は同じ
参照番号で表示してある。本発明は、非湿潤性表面をも
つチャンネル内の液体の性質をサーマルインクジェット
プリンタ技術に適用して、保守および滴の方向精度にお
いて著しい改善がみられる改良型サーマルインクジェッ
トプリンタを提供する。詳しく述べると、本発明は、印
字ヘッドのノズル形成チャンネル内のインクのメニスカ
スの自然の位置がチャンネルの出口ノズルから離れてい
るように、現在入手可能なインクジェット印字ヘッドの
構造を改造する。ここで使用する用語「自然の位置」と
は、インクを蒸発させるため電熱トランスジューサに電
流パルスを流す前のメニスカスの位置を言う。メニスカ
スとノズル出口の間の距離は、インクの再充填サージの
際に印字ヘッドのノズルを含む面にインクが流出するの
を防止すると共に、不使用期間中にチャンネル内のイン
クが乾燥する時間を遅らせる働きをする。

【００１９】図１の（Ａ），（Ｂ）は、液体２が満たさ
れた容器１の中に置かれた２本の管３，４を示す。管３
の直径は管４の直径より大きい。したがって、管３に生
じたメニスカス５の曲率半径Ｒは管４に生じたメニスカ
ス５の曲率半径より大きい。図１の（Ａ）に示した管は
湿潤性内壁面を有するのに対し、図１の（Ｂ）に示した
管は非湿潤性内壁面を有する。各管３，４のメニスカス
５の位置および向きは図示の通りである。湿潤性チャン
ネルの場合、インクの表面は凹面であるが（図１の（Ａ
）参照）、非湿潤性チャンネルの場合、インクの表面は
凸面である（図１の（Ｂ）参照）。上記２つのケースの
表面と結びついた付加圧力は、 Ｐ＝２ａ／Ｒ である。ここでａは表面張力（単位面積当たりの表面エ
ネルギー）であり、Ｒは曲率半径である。Ｒが小さくな
ればなるほど、付加圧力Ｐは大きくなる。凸面の場合は
、Ｒが正であるから、付加圧力Ｐも正である。凹面の場
合は、それらは負である。したがって、チャンネルの内
面が湿潤性の場合には、特別の外力が作用しなければ、
液体源から湿潤性チャンネルを通って液体が上昇し、メ
ニスカス５のレベルは容器１内の液体２のレベルより上
になるのに対し、チャンネルの内面が非湿潤性の場合に
は、メニスカス５のレベルは容器１内の液体２のレベル
より下になる。これが、湿潤性チャンネルを使用する現
在のサーマルインクジェット印字ヘッドのインクマニホ
ルドにおいて、液体がノズルから連続的に流出するのを
防ぐために負圧を加える理由である。

【００２０】図２は、従来のサーマルインクジェット印
字ヘッドのノズル形成チャンネルの長手方向に沿った断
面図である。ノズル形成チャンネル６の第１端７はイン
ク供給マニホルドに接続され、第２端９はノズルを形成
している。電熱トランスジューサ８はチャンネル６の第
１端と第２端の間に配置されており、チャンネル長さの
約１／３に及ぶ場合がある。通常の使用状態の下で、イ
ンク供給マニホルド内のインクに、たとえばインク供給
容器をプリンタのノズル９の水平レベルより少し下に置
くことにより小さい負圧（Ｐ＜０）が与えられる。上記
状態の下で、ノズル９に隣接するチャンネル６の第２端
に、メニスカス５が生じるであろう。トランスジューサ
８に電流パルスを加えると、トランスジューサ８に接す
るインクが瞬間的に蒸発してインク滴をノズル９から放
出する。前に述べたように、トランスジューサ８が冷却
すると、毛管作用によりインク供給マニホルドからイン
クが移動してきて、チャンネル６の空虚になった部分を
再充填する。このインク再充填サージにより、ある量の
インクが印字ヘッドのノズルを含む面の上に流出する。 印字ヘッドの前壁面に堆積したインクは、ジェットを誤
った方向に向けるという問題を起こすおそれがあるので
、拭き取りや清掃などにより印字ヘッドを保守する必要
がある。また、メニスカス５すなわちチャンネル内のイ
ンクの前面はノズル９の所にあり、そのため不使用期間
中に乾燥し易く、別の保守が必要である。

【００２１】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１の
実施例に係るサーマルインクジェット印字ヘッドのノズ
ル形成チャンネル１０の長手方向に沿った断面図である
。チャンネル１０の第１端７はインク源に接続すること
ができ、第２端はノズルを形成している。従来のサーマ
ルインクジェットチャンネルと異なり、チャンネル１０
の内面は非湿潤性物質で被覆されており、さらに第１端
と第２端の間に段構造１１が設けられている。チャンネ
ルの第１端の直径ｄ１　は第２端すなわちノズル形成端
の直径ｄ２　より大きい。したがってチャンネル１０の
第１端７の断面積は第２端９の断面積より大きい。チャ
ンネルの直径が減少すると、非湿潤性チャンネル内のメ
ニスカスと結びついた付加圧力Ｐが増大するので、段構
造１１を使用して、チャンネル１０を前部セクション１
２とそれより小さい直径および断面積の後部セクション
１３とに分割している。この段構造１１、前部セクショ
ン１２および後部セクション１３によって、メニスカス
５がノズル９から距離をおきた、ノズル９とトランスジ
ューサ８の中間に位置するように、チャンネル１０内の
インクのメニスカス５の位置を制御することができる。

【００２２】インクを後部セクション１３に押し入れる
ために必要な正の圧力をＰ１　、インクを前部セクショ
ン１２に押し入れるために必要な正の圧力をＰ２　と仮
定すると、Ｐ２　＞Ｐ１　である。もしインク供給源に
中間の圧力Ｐ０　（Ｐ２　＞Ｐ０　＞Ｐ１　）を加えれ
ば、チャンネル１０内のインクの前面すなわちメニスカ
ス５は押されて、段構造１１の上に保持されるであろう
。インク乾燥速度を大幅に遅くするために、前部セクシ
ョン１２の長さ（ノズル９と段構造１１間の長さ）を約
　１００μ程度にすべきである。図３の（Ａ）〜（Ｃ）
に示した段構造１１は、チャンネル１０の表面のゆるや
かな傾斜であり、チャンネル１０の前部セクションすな
わち下流部分１２と後部セクションすなわち上流部分１
３とを分けている。 上記の代わりに、チャンネルの後部セクションを、イン
クをチャンネルに押し入れるため呼び水圧力が必要な径
違い断面にしてもよい。呼び水の後、チャンネル内のイ
ンク上の圧力はＰ０　に維持され、インクのメニスカス
は段構造１１の所に留まる。

【００２３】図４は、段構造が緩傾斜段１１でなく急傾
斜段１４である本発明の第２の実施例の断面図である。 急傾斜段１４はチャンネル１０の縦軸に対し約９０　度
の角度で伸びている。急傾斜段でインクのメニスカス５
すなわち前面の位置をより精密に制御することができる
ので、急傾斜段１４は緩傾斜段１１よりも好ましい。段
構造の最適な寸法は、多くの模型または実験によって明
確に決定することができる。

【００２４】図５は、本発明に係るヒーター板２８とチ
ャンネル板３１から成るサーマルインクジェット印字ヘ
ッドのノズル形成チャンネルを通る縦断面図である。サ
ーマルインクジェット印字ヘッドは、ノズル出口２７と
抵抗発熱体３４の間に急傾斜段１４が生じるようにチャ
ンネル２０の後部セクションが拡大されていることを除
き、前に引用した米国特許第４，７７４，５３０　号に
開示されている印字ヘッドに類似している。印字ヘッド
の残りの構造は上記米国特許第４，７７４，５３０　号
に開示されているものと同じである。以下、サーマルイ
ンクジェット印字ヘッドの構成部品について説明するが
、チャンネル板３１のさまざまな溝、チャンネルおよび
通し孔を形成する方法や、サーマルインクジェット印字
ヘッドの製造に使用することができる材料の詳しい説明
が、米国特許第４，４６３，３５９　号、同第４，６０
１，７７７　号、同第４，８６３，５６０　号、同第４
，８５１，３７１　号に記載されている。そのほか、こ
れらの特許文献には、基本的な方向依存性エッチング（
ＯＤＥ）技術や、チャンネル板３１を製作するためシリ
コンウェーハに溝や通し孔を形成するフライス削りなど
の他の技術も開示されている。また、これらの特許文献
には、ヒーター板２８を製作するため基板たとえばシリ
コンウェーハの上に電気構造を作る基本的な半導体技術
も開示されている。したがって、特定のインクジェット
印字ヘッドについて説明するが、本発明は、滴を作るた
め用いられるインク柱のメニスカスをノズル出口から離
すことが望ましい他のインクジェット印字ヘッド構造に
も適用することがてきる。

【００２５】ヒーター板２８はその第１表面にパターニ
ングされた複数の発熱体３４とアドレッシング電極３３
を有する。上の基板すなわちチャンネル板３１は一の方
向に伸びて第２端が基板の前端面２９を貫通している複
数の平行な溝２０を有する。溝２０の他端すなわち第１
端は傾斜壁２１で終わっている。チャンネル２０のイン
ク供給マニホルドとして使用される内部凹部２４の床４
１に、インク充填孔２５として使用される貫通開口が形
成されている。チャンネル板３１の第１表面（溝が設け
られた表面）がヒーター板２８に位置合わせされて、接
着されると、チャンネル板の溝とヒーター板２８によっ
て形成された各チャンネルの中に、対応する１個の発熱
体３４が配置される。制御された正の圧力状態の下で、
インクは充填孔２５を通り、内部凹部２４と基板２８に
よって形成されたマニホルドに入り、厚膜絶縁層１８に
形成された細長い凹部３８を通り抜け、急傾斜段１４ま
でチャンネル２０を満たす。厚膜絶縁層１８は、たとえ
ば　Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）　、Ｒｉｓｔｏｎ（　登
録商標）　、Ｐｒｏｂｉｍｅｒ　５２（登録商標）　ま
たはポリイミドなど、厚膜有機材料構造から作ることが
できる。以下、厚膜絶縁層１８について詳しく説明する
。従来の印字ヘッドと異なり、本発明の印字ヘッドを使
用する前に、各チャンネル２０の内面を非湿潤性にする
ため、マニホルド２４から非湿潤性塗料がチャンネル２
０に強制的に通される。この非湿潤化の結果、メニスカ
スは、毛管作用によってノズル２７の所まで動かされず
に、図４に示すように、調整されて段構造１４の所に位
置する。

【００２６】下の基板すなわちヒーター板２８上のアド
レッシング電極３３は電極端子３２で終わっている。印
字ヘッドを永久的に取り付けるための娘基板１９上の電
極にワイヤボンディングできるように電極端子３２をさ
らすため、上の基板すなわちチャンネル板３１の寸法は
下の基板の寸法より小さい。絶縁層１８は、後で述べる
ように、上の基板と下の基板にまさまれた厚膜保護層で
ある。チャンネル２０の後部セクションが出口ノズル２
７を有する前部セクションより大きな断面積をもつよう
に、マニホルド２４およびノズル出口２７に向かってピ
ットが伸びていることを除き、印字ヘッドの構造は前に
引用した米国特許第４，７７４，５３０　号に開示され
ている印字ヘッドに類似している。そのほか、チャンネ
ル２０の内面が非湿潤性であることが、前記米国特許第
４，７７４，５３０　号に記載されている印字ヘッドと
は異なる。

【００２７】さらに図５には、インクがマニホルド２４
からチャンネル２０の傾斜壁２１をまわって流れる様子
が示してある（矢印２３）。米国特許第４，６３８，３
３７　号に開示されているように、片面研磨　（１００
）シリコンウェーハの研磨面上に、複数組の気泡発生用
発熱体３４とアドレッシング電極３３がパターンニング
される。複数の組のアドレッシング電極３３、抵抗物質
の発熱体３３および共通帰線３５をパターニングする前
に、ウェーハの研磨面に約２μの厚さの二酸化シリコン
のアンダーグレーズ層３９が塗布される。抵抗物質は、
化学気相蒸着（ＣＶＤ　）によって堆積させることがで
きる、ドーピングした多結晶シリコンでもよいし、硼化
ジルコニウム（ＺｒＢ２）など他の周知の抵抗物質でも
よい。共通帰線３５とアドレッシング電極３３は、一般
に、アンダーグレーズ層３９の上および発熱体３４の縁
の上に蒸着されたアルミニウムリード線である。チャン
ネル板３１を接合して印字ヘッドを作ったあと娘基板１
９の電極（図示せず）にワイヤボンディングするための
ゆとりを見越して、共通帰線の端およびアドレッシング
電極の端子が所定の位置に設置される。共通帰線３５と
アドレッシング電極３３は、０．５　〜３μの厚さに堆
積される（好ましい厚さは　１．５μである）。

【００２８】好ましい実施例においては、ポリシリコン
発熱体を用いて、高温蒸気の中でポリシリコンから二酸
化シリコンの熱酸化層１７を成長させている。熱酸化層
１７は、一般に、導電性インクから発熱体３４を保護し
、かつ絶縁するため、０．５　〜１μの厚さに成長させ
る。そのあとアドレッシング電極３３と共通帰線３５を
パターニングし蒸着するために、ポリシリコン発熱体の
縁の所の熱酸化層が除去される。電極保護のため、複数
組の発熱体およびアドレッシング電極を含むウェーハの
全面にわたって、厚さ２μの燐ドープ　ＣＶＤ　　二酸
化シリコン層１６が堆積される。保護層１６は、さらさ
れた電極をインクから保護するイオンバリヤの役目を果
たす。 上に述べた燐ドープ　ＣＶＤ　　二酸化シリコン膜のほ
かに、たとえばボリイミド、プラズマ窒化物など他のイ
オンバリヤ、あるいはそれらの組合せを使用してもよい
。厚さが　１０００　Å〜　１０　μのとき（１μが好
ましい）、有効なイオンバリヤ層が得られる。あとで娘
基板の電極とワイヤボンディングするため、アドレッシ
ング電極３３と共通帰線３５の端部の保護層１６が、エ
ッチングで除去される。この二酸化シリコン膜のエッチ
ングはウェットエッチング法またはドライエッチング法
のどちらでもよい。代わりに、プラズマ蒸着窒化シリコ
ン（Ｓｉ３Ｎ４　）で、電極を保護してもよい。

【００２９】次に、保護層１６の上に、　１０　〜　１
００μ（　２５　　〜　５０　μが好ましい）　の厚さ
の厚膜絶縁層１８たとえば　Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）
　、Ｒｉｓｔｏｎ（　登録商標）　、Ｐｒｏｂｉｍｅｒ
　５２（登録商標）　またはポリイミドが形成される。 チャンネル板３１をヒーター板２８に接着したとき形成
されるチャンネル２０の後部セクションがチャンネル２
０の前部セクションより大きな断面積を有するように、
絶縁層１８が写真平版法で処理され、発熱体３４（凹部
を形成する）の上および発熱体の前後の絶縁層１８の部
分がエッチングで除去される。さらに、マニホルド２４
からインクチャンネル２０へのインク通路となる細長い
凹部３８を形成するため、厚膜絶縁層１８が除去される
。したがって、この細長い凹部３８では、保護層１６の
みが電極をインクから保護している。各チャンネル２０
に隣接して置かれたヒーター板２８のある長さの部分か
ら、すべての絶縁層１８または厚さの一部のみを除去し
てもよい。絶縁層１８の除去する部分は、発熱体３４か
ら凹部３８までずっと、または凹部３８のほぼ途中まで
伸びていてもよい。また、インクのメニスカスをノズル
２７と発熱体３４の間に置くために、ノズル２７と発熱
体３４の間の絶縁層の部分を除去してある。先に述べた
ように、不使用期間中にチャンネル２０内のインクが乾
燥するに要する時間を有効に遅らせるため、段構造は、
緩傾斜段または急傾斜段のいずれであれ、ノズル２７か
ら　１００μの所に設けるべきである。発熱体３４に電
流パルスが流れたとき、一定のインクがノズル２７から
放出されるように、段構造はノズル２７と発熱体３４の
間になければならない。

【００３０】絶縁層１８をエッチングしたあと、方向依
存性エッチング技術によって作られたインクマニホルド
２４、インク充填孔２５および複数の平行な溝を有する
チャンネル３１がヒーター板２８に接合され、各発熱体
３４が対応するチャンネル２０の中に配置される。

【００３１】ノズル形成チャンネル２０を非湿潤性にす
るため、非湿潤性塗料をインクマニホルド２４からすべ
てのチャンネル２０に強制的に通すことにより、または
チャンネル板とヒーター板を接合する前にチャンネルの
表面に非湿潤性塗料を個別に塗布することにより、すべ
てのチャンネル壁が非湿潤性にされる。シリコンやポリ
イミドまたはチャンネルの内壁を作っているその他の材
料に良好に付着するものであれば、どんな非湿潤性塗料
を使用してもよい。好ましい非湿潤性塗料としては、　
Ｕｎｅｌｋｏ　Ｃｏｒｐ．　から販売されている　Ｒａ
ｉｎ−Ｘ　（エタノールに溶解し、数パーセントの硫酸
で酸性化したポリジメチルシロクサン）、ポリテトラフ
ルオロエチレン、Ｌ１６６８　およびフッ素化ダイヤモ
ンド状炭素などがある。もちろん、その他の非湿潤性塗
料を本発明に使用することができる。

【００３２】上記の実施例は、チャンネル２０の後部セ
クションの近くのヒーター板２８の部分から絶縁層１８
の一部分を除去することによって段構造を作っているが
、他の方法を使用して、図５に示した形式の印字ヘッド
に段構造を作ることもできる。たとえば、チャンネル２
０の前部セクションの断面積が後部セクションの断面積
より小さくなるように、チャンネル２０の前部セクショ
ンの近くに絶縁層１８の部分を構築することができる。 しかし、ヒーター板の構築部分はチャンネル板３１の下
面にある各チャンネル形成溝に正確に適合しなければな
らないので、チャンネル板３１をヒーター板２８に位置
合わせすることは難しい。第２の代替案として、方向依
存性エッチング技術を用いて、チャンネル板３１のチャ
ンネル形成溝の後部セクションを拡大してもよい。 方向依存性エッチング技術を使用してチャンネル形成溝
の後部セクションの寸法を拡大する方法は、チャンネル
板ウェーハに追加マスクを塗布し、エッチング工程を実
施する必要があり、したがって、図５について説明した
方法ほど簡単でなく、実施も容易でない。抵抗発熱体３
４の上にある絶縁層１８の部分は除去しなければならな
いから、絶縁層１８の付加部分の除去は、ただ発熱体３
４の上から絶縁層を除去するため使用するマスクの開口
寸法を拡大する必要があることを除き、特別な調整工程
なしに、実施することができる。

【００３３】

【発明の効果】インクジェット印字ヘッドの出口ノズル
と電熱トランスジューサ（または、他の起動手段）の間
に段構造を設けることにより、インクの前面すなわちメ
ニスカスを、出口ノズルから所定の距離だけ離れたチャ
ンネル内に正確に位置決めすることができる。この距離
は、インク再充填サージの際に印字ヘッドのノズルを含
む面にインクが流出することを防止し、かつ不使用期間
中にノズル形成チャンネル内のインクが乾燥する可能性
を少なくする。本発明に従って製造されたサーマルイン
クジェット印字ヘッドは、段構造の無い、湿潤性チャン
ネルを使用する従来の印字ヘッドと同じやり方で制御し
、起動させることが可能であることがわかった。したが
って、本発明を使用するサーマルインクジェット印字ヘ
ッドの制御ハードウェアやソフトウェアを変更する必要
はない。そのほかに、本発明を使用するサーマルインク
ジェット印字ヘッドから放出されるインク滴の速度は、
通常の湿潤型サーマルインクジェット印字ヘッドから放
出されるインク滴の速度より大きいことがわかった。本
発明に従って作られた印字ヘッドの場合、発熱体を起動
させる前、インクはチャンネルのノズルの所まで完全に
達していないので、ノズルと発熱体間のインクの量は、
通常の湿潤型印字ヘッドの場合より少ない。この結果、
本発明により、発熱体が起動されて生じた一時的気泡が
与える力は従来より少量のインクに加わるので、印字ヘ
ッドのノズルから放出されるインクはより大きな速度を
もっている。インク滴が方向を誤らせる力を受けにくく
なることと、要望があれば、印字ヘッドを記録媒体から
さらに離れた位置に置くことができるので、インク滴の
速度は大きいほうが望ましい。印字ヘッドを記録媒体か
らさらに離れた位置に配置することができれば、インク
滴が記録媒体に当たったとき、インクが印字ヘッドの前
面に飛び散る可能性が少なくなる。また、印字ヘッドの
前で記録媒体（紙）を湾曲したプラテンの上で搬送する
場合、インク滴の速度が増したことにより、インク滴が
移動しなければならない距離の差によって生じる誤差が
少なくなる。

【００３４】また、サーマルインクジェット印字ヘッド
のノズル形成チャンネル内に、段構造と非湿潤性表面を
設けることにより、印字ヘッドで作成されるテキストの
品質が向上し、しかもより小さい径のノズルを有する印
字ヘッドの使用が容易になることがわかった。また、よ
り小さい径のノズルを有する印字ヘッドの使用により、
より細密な印字を可能にするより小さい滴がノズルから
放出されるので、でき上ったテキストの品質が向上する
。通常のサーマルインクジェット印字ヘッドの印字密度
は　３００　　ドット／インチ（ｓｐｉ）である。サー
マルインクジェット印字ヘッドで作成されるテキストの
品質を向上させる試みとして、６００　ｓｐｉ　の密度
の印字が可能な印字ヘッドを製造する方法を提案した。 ６００　ｓｐｉ　の密度の印字をするため使用した構造
の１つは、３００　ｓｐｉ　印字ヘッドに使用するのと
同じヒーター板（すなわち、３００　ｓｐｉ　の密度を
有する発熱体の配列を含むヒーター板）を使用している
が、チャンネル板は従来のチャンネル板より狭い断面積
の溝を有する。３００　ｓｐｉ　の密度の従来の大きさ
のインク滴より小さいインク滴を出力できる上記印字ヘ
ッドを２個、各印字ヘッドのノズルがジクザグ配置にな
るように配列した。この組合せ印字ヘッドは　６００　
ｓｐｉの密度のインクスポット線を描いた。さらに、本
発明に係るノズル形成チャンネルを有する印字ヘッドは
チャンネルの前部セクションを再充填する必要がないの
で、前部セクションが従来の構造よりも小さく作られて
いることは、本発明に従って製造された印字ヘッドに全
く影響を与えない。以上述べたように、本発明は従来入
手可能であったサーマルインクジェット印字ヘッドより
高い密度で、より小さいインクスポットを生成可能な印
字ヘッドを容易に製造することができる。

【００３５】以上、特定の好ましい実施例について説明
したが、発明は記載した実例に限定されない。たとえば
、他の材料を使用してインクジェット印字ヘッドを製造
することもでき、もしそれらの材料が非湿潤性であれば
、非湿潤物質で被覆する必要はない。そのほか、この分
野の専門家は特許請求の範囲および発明の精神に包含さ
れる別の実施例や修正態様を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液体容器に挿入された直径の異なる２本の管の
断面図である。図１の（Ａ）は管が湿潤性である場合の
メニスカスの位置を示し、図１の（Ｂ）は管が非湿潤性
である場合のメニスカスの位置を示す。

【図２】一定の直径と湿潤性内面を有する従来のサーマ
ルインクジェット印字ヘッドのノズル形成チャンネルの
長手方向に沿った断面図である。

【図３】チャンネルの入口がチャンネルの出口より大き
な断面積をもつ段付き構造を有するサーマルインクジェ
ット印字ヘッドの長手方向に沿った断面図である。図３
の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ非湿潤性チャンネル表面
の場合にインク供給マニホルドが異なる圧力を受けたと
きのチャンネル内のメニスカスの位置を示す。

【図４】本発明の第２の実施例に係るサーマルインクジ
ェット印字ヘッドのノズル形成チャンネルの長手方向に
沿った断面図である。

【図５】チャンネル板とヒーター板から作られたサーマ
ルインクジェット印字ヘッドの長手方向に沿った断面図
である。矢印はインク供給マニホルドからノズルへ流れ
るインクの経路を示す。

【符号の説明】

１　　液体容器 ２　　液体 ３，４　　管 ５　　メニスカス ６　　ノズル形成チャンネル ７　　チャンネルの第１端 ８　　電熱トランスジューサ ９　　チャンネルの第２端 １０　　ノズル形成チャンネル １１　　段構造（緩傾斜段） １２　　前部セクション １３　　後部セクション １４　　段構造（急傾斜段） １６　　保護層 １７　　熱酸化層 １８　　絶縁層 １９　　娘基板 ２０　　チャンネルの後部セクション ２１　　傾斜壁 ２３　　インクの流れる経路 ２４　　内部凹部（マニホルド） ２５　　インク充填孔 ２７　　ノズル出口 ２８　　ヒーター板 ２９　　前壁面 ３１　　チャンネル板 ３２　　端子 ３３　　アドレッシング電極 ３４　　抵抗発熱体 ３５　　共通帰線 ３８　　細長い凹部 ３９　　アンダーグレーズ層 ４１　　内部凹部の床

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インク供給マニホルドに接続可能な第
   １端と、出口ノズルを形成している第２端と、非湿潤性
   の内面を有し、前記第１端が前記第２端の断面積より大
   きな断面積を有するように前記第１端と前記第２端の間
   の前記内面に段構造が設けられている、少なくとも１個
   のチャンネルと、前記第１端と前記段構造の間に配置さ
   れていて、前記出口ノズルからインク滴を放出させる起
   動手段、を備えていることを特徴とするインクジェット
   印字ヘッド。