一体的排出溝を備える側流装置プリントヘッド
本発明は、側流装置ノズルプレート（４２）と、このプレートの少なくとも一つのインクノズルと、ノズルプレートと一体的で排出溝（３２）を含む一体的上部構造（４６，４８，５２，５４）とを有するインクジェットプリントヘッドを提供する。このインクジェットプリントヘッドを使用する方法も、開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねインクジェット印刷装置の分野、詳しくは、多数のノズルを単一の基板に一体化し、電気機械的手段により印刷用の液滴が選択される液体インクプリントヘッドに関連する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷は、その非衝撃式および低騒音という特徴やシステム単純性などのため、デジタル制御による電子印刷分野で優位に立つものと認識されている。これらの理由から、インクジェットプリンタは、家庭およびオフィスでの使用や他の分野において商業的な成功を収めている。インクジェット印刷機構は、連続式（ＣＩＪ）またはドロップ・オン・デマンド式（ＤＯＤ）に分類される。１９７０年にＫｙｓｅｒ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献１には、必要に応じて圧電結晶に高電圧を印加し、結晶を屈曲させ、インク容器に圧力を印加し、液滴を噴射するＤＯＤインクジェットプリンタが開示されている。圧電ＤＯＤプリンタでは、家庭およびオフィス用プリンタについて７２０ｄｐｉより高いイメージ解像度で商業的な成功を収めている。しかし、圧電印刷機構は通常、複雑な高電圧駆動回路構成および比較的大きい圧電結晶アレイを必要とし、プリントヘッドの長さばかりでなく、プリントヘッドの単位長さあたりのノズルの数に関して、これは不都合である。一般的に、圧電プリントヘッドは多くても数百本のノズルを含む。
【０００３】
１９７９年にＥｎｄｏ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献２においては、ノズルの水性インクと熱接触状態にあるヒータへ電力パルスを印加する電熱的ドロップ・オン・デマンド式インクジェットプリンタが開示されている。少量のインクが急速に蒸発して気泡を形成し、こうしてヒータ基板のエッジに沿った小孔からインクの滴を排出させる。この技術は、サーマルインクジェットまたはバブルジェット（登録商標）として知られている。
【０００４】
サーマルインクジェット印刷においては、一般的に、気泡の急速な形成を引き起こす４００℃近くの温度までインクを加熱するのに充分なエネルギー衝撃をヒータが発生させる必要がある。この装置で要求される高い温度は、特殊なインクの使用を必要とし、ドライバ電子機器を複雑にし、空洞化および焦げつきによりヒータ要素の劣化を促進する。焦げつきとは、破片となってヒータを被覆するインク燃焼副産物が蓄積したものである。このような被覆破片はヒータの熱効率を妨げて、プリントヘッドの動作寿命を短くする。また、各ヒータの高い能動的電力消費は、低コストで高速のページ幅プリントヘッドの製造の妨げとなる。
【０００５】
連続インクジェット印刷そのものは、少なくとも１９２９年まで遡る。この技術は、１９２９年にＨａｎｓｅｌｌに発行された下記特許文献３に開示されている。
【０００６】
１９６８年３月にＳｗｅｅｔ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献４には、印刷されるインク滴が選択的に帯電して記録媒体へ偏向される連続インクジェットノズルのアレイが開示されている。この技術は、複偏向連続インクジェット印刷として知られ、ＥｌｍｊｅｔおよびＳｃｉｔｅｘを含む数社のメーカーで使用されている。
【０００７】
１９６８年１２月にＨｅｒｔｚ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献５には、連続インクジェット印刷において印刷箇所の光学密度を可変にする方法が開示されている。帯電した滴ストリームの静電気分散は、小孔を通過する小滴の数を調整するのに役立つ。この技術は、Ｉｒｉｓ製のインクジェットプリンタで使用されている。
【０００８】
１９８２年８月２４日にＣａｒｌ Ｈ．Ｈｅｒｔｚの名で発行された下記特許文献６には、「小滴への電荷を制御するための方法および装置およびこれを取り入れたインクジェット記録装置」という名称の発明が開示されている。この文献においては、小滴への静電電荷を制御するためのＣＩＪシステムが開示されている。電界を持つ静電帯電トンネルに配置される滴形成点で加圧液体ストリームを中断させることにより、小滴が形成される。小滴の形成は、所望される所定の電荷がどのようなものであれ、これに対応する電界中の点で実施される。実際に液滴を偏向させるには、帯電トンネルに加えて偏向プレートが使用される。特許文献６のシステムでは、生成された小滴を帯電させ、これを、次に排出溝または印刷媒体へ偏向させる必要がある。帯電・偏向機構は、その構造が比較的大きく、プリントヘッドあたりのノズルの数を著しく制限する。
【０００９】
上述したような従来の連続インクジェット技術は、ストリーム内で滴が形成される点の近くに設けられた、一形状または別の形状の静電帯電トンネルを利用する。トンネル内では、個々の滴が選択的に帯電する。選択された滴は帯電し、大きな電位差を間に持つ偏向プレートが存在することで、下流へ偏向される。インクストリームは、「非印刷」モードと「印刷」モードとの間で偏向されるので、帯電滴を傍受して非印刷モードを確立するのに通常は排出溝（「捕捉部」と呼ばれることもある）が使用されるのに対して、印刷モードでは未帯電の滴が記録媒体に自由に衝突する。
【００１０】
最近、上述した静電帯電トンネルを不要にする新規の連続インクジェットプリンタシステムが開発された。これは、さらに、（１）小滴形成と（２）小滴偏向の機能をより良い形で結合するものである。このシステムは譲受人を同じくするＪａｍｅｓ Ｃｈｗａｌｅｋ、Ｄａｖｅ Ｊｅａｎｍａｉｒｅ、Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｅ Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓの名で出願された「非対称的加熱滴偏向による連続インクジェットプリンタ」という名称の下記特許文献７に開示され、その内容は参考としてここに取り入れられている。この特許文献には、連続インクジェットプリンタにおいてインクを制御するための装置が開示されている。この装置は、インク送出流路と、インク送出流路との連通状態にある加圧インク供給源と、インク送出流路に開口するボアを含み連続インクストリームがそこから流出するノズルとを有する。ヒータによって弱い熱パルスをストリームに周期的に印加すると、ノズルから離間した位置で、印加された熱パルスと同時にインクストリームが複数の小滴に細分される。小滴は、（ノズルボア内の）ヒータからの増加熱パルスにより偏向されるが、このヒータは選択的操作区分、つまりノズルボアの一部分のみと関連する区分を有する。特定ヒータ区分の選択的操作とは、ストリームへの非対称的な熱印加と呼ばれていたものに相当する。ここでは区分を交互に使用すると、この非対称的な熱が供給される方向が交互することで、（記録媒体へ向かう）「印刷」方向と（「捕捉部」に戻る）「非印刷」方向との間においてインク滴の偏向などを行う。下記特許文献７には、プリントヘッドあたりのノズルの数、プリントヘッドの長さ、電力使用量、有効インクの特性に関連する先行技術の問題を克服するための重大な改良が行われた液体印刷システムが提供されている。
【００１１】
熱が非対称的に印加された結果、ジェットの偏向が生じ、その規模は、ノズルの幾何学的および熱的な性質、印加される熱の量、印加される圧力、インクの物理的、化学的、熱的性質などいくつかの要因に左右される。溶剤ベース（特にアルコールベース）のインクはかなり良好な偏向パターンを持ち、非対称な加熱が行われる連続インクジェットプリンタでは高いイメージ品質を達成するが、水性インクには問題が多い。水性インクはあまり偏向せず、そのためその動作はロバストでない。非対称的に加熱される連続的インクジェット印刷システムでのインク小滴偏向の規模を向上させるため、譲受人を同じくするＤｅｌａｍｅｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ．の名で１９９９年１２月２２日に出願された米国特許出願第０９／４７０，６３８号には、側流特徴を強化することにより、またインク送出流路での幾何学的障害物によりインク滴の偏向を向上させた、特に水性インクのための連続インクジェットプリンタが開示されている。
【００１２】
後に説明する発明は、低コストの製造、および好ましくはページ幅を持つプリントヘッドに適した連続インクジェットプリントヘッドの構成に関する下記特許文献７および下記特許文献８の成果に基づいている。
【００１３】
後に説明する発明は、ページ幅プリントヘッドであるとは見なされないインクジェットプリントヘッドに使用されてもよいが、例えばコスト、サイズ、速度、品質、信頼性、小型のノズルオリフィスサイズ、小さな小滴サイズ、低い電力使用量、動作構造の単純性、耐久性、製造可能性について長所を提供する改良型インクジェット印刷システムの必要性は、依然として広く認識されている。これに関して、ページ幅で高解像度のインクジェットプリントヘッドの製造可能性については、特に、長期にわたって必要性が存在する。ここで、「ページ幅」の語は、約４インチの最短長のプリントヘッドを指す。高解像度とは、各インク色について、最低で１インチあたり約３００ノズルから最高で１インチあたり約２４００ノズルまでのノズル密度を意味する。
【００１４】
印刷速度の上昇に関してページ幅プリントヘッドを充分に利用するには、多数のノズルが含まれなければならない。例えば、従来の走査型プリントヘッドは、インク色あたり数百のノズルを有するに過ぎない。写真の印刷に適した４インチページ幅のプリントヘッドは、数千のノズルを有するべきである。機械的にページ上で左右に移動させる必要があるため走査型プリントヘッドは減速するが、ページ幅プリントヘッドは静止したままで用紙が移動する。理論的には１回の通過でイメージが印刷され、ゆえに印刷速度をかなり上昇させる。
【００１５】
ページ幅・高生産性インクジェットプリントヘッドを実現する際には、二つの主な問題が存在する。第一は、ノズルが、中心間の間隔で１０から８０マイクロメートル程度に互いに近接していなければならないことである。第二は、外部回路への数千の接合部または他のタイプの接続部を設けようとすることは現在では非実用的なので、ヒータおよび各ノズルを制御する電子機器へ電力を提供するドライバが各ノズルに一体化されなければならないことである。
【００１６】
これらの難題を解決する方法の一つは、ＶＬＳＩ技術を利用してシリコンウェハにプリントヘッドを構築することと、ノズルを備える同じシリコン基板にＣＭＯＳ回路を一体化することである。
【００１７】
Ｓｉｌｖｅｒｂｒｏｏｋの特許文献８で提案されているようなカスタムプロセスが、プリントヘッドを製作するために開発されているが、コストおよび製造性の観点から見て、従来のＶＬＳＩ設備にほぼ規格通りのＣＭＯＳプロセスを使用する回路を最初に製作することが好ましい。次に、ノズルおよびインク流路の製作のため、別のＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）設備にウェハを後処理で取り付ける。
【００１８】
下記特許文献９においては、複数のノズルを有する連続インクジェットプリントヘッドが開示されている。このプリントヘッドは、プリントヘッドの動作を制御するために形成された集積回路を含むシリコン基板であって、インク流路が形成されたシリコン基板と、シリコン基板を被覆する単数または複数の絶縁層であって、ボアが形成されるとともにインク流路と連通する単数または複数の絶縁層とを有する。シリコン基板は、シリコン、二酸化ケイ素、他の材料、またはフィルム層の組合せで形成されるインク流路とボアとの間のブロック構造と、インク流路とボアとの間に設けられて、インク流路からのインクにブロック構造の周囲を流通させるとともにボアからオフセットした箇所でアクセス開口部へ流入させて、ボアへ流入する液体インクに側流成分を付与するアクセス開口部とを各ノズルに含む。
【００１９】
また、下記特許文献９には、プリントヘッドの動作を制御するために形成された一連の集積回路を有するシリコン基板に形成された流路に加圧状態の液体インクを提供することと、シリコン基板を被覆する単数または複数の絶縁層に形成されたボアにインクを流入させることと、インク小滴の方向を制御するため、ヒータ要素の周囲を流れるインクを非対称的に加熱することと、ボアの直下でシリコン基板に形成されたブロック構造の周囲にインク流を設けることにより確立されるインクジェットまたはストリームに側流成分を付与することとを有する、連続インクジェットプリントヘッドの作動方法も開示されている。
【００２０】
さらに、下記特許文献９には、プリントヘッドの動作を制御するための集積回路を有するシリコン基板を設けて、シリコン基板に単数または複数の絶縁層が形成され、シリコン基板に形成された回路に電気的に接続された電気導体が単数または複数の絶縁層に形成されることと、単数または複数の絶縁層にボアを形成することと、ボアと連通するためのインク流路をシリコン基板に形成することと、シリコン基板に形成されたインク流路から単数または複数の絶縁層に形成されたボアまでのインクの側流を制御するためのシリコン基板のブロック構造を形成することとを有する、連続インクジェットプリントヘッドの形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第３，９４６，３９８号明細書
【特許文献２】英国特許第２，００７，１６２号明細書
【特許文献３】米国特許第１，９４１，００１号明細書
【特許文献４】米国特許第３，３７３，４３７号明細書
【特許文献５】米国特許第３，４１６，１５３号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３４６，３８７号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０７９，８２１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８８０，７５９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４３９，７０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
小型であり、再循環インクが大気と接触するのを防止し、より高いイメージ品質および高い印刷速度を提供する連続インクジェット印刷のための改良型側流プリントヘッドの必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、側流ノズルプレートと、このプレートの少なくとも一つのインクノズルと、排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッドに関連する。インクジェットプリントヘッドを使用する方法も開示される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、連続インクジェット技術において先行のプリントヘッドを超えるいくつかの長所を有する。一体的排出溝上部構造を備える側流装置プリンタの利用により、インクジェットヘッドの下を移動する用紙にインクジェットのノズルが近接するので、印刷品質が改良された構造が得られる。プリントヘッドへ流入する唯一の空気は充分に制御された共線空気なので、また滴はほとんどが包囲構造内で移動するので、印刷滴は未制御の空気流に当たらず、ゆえに滴配置の精度が上昇する結果となる。また、インクジェットノズルから用紙への出口が近接しているため、用紙に達するまでの滴の偏向が少なくなることで、より良質なイメージが得られる。以上および他の長所は、以下の説明から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適な実施形態によるプリントヘッドの概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態によるプリントヘッドの概略断面図である。
【図３Ａ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｂ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｃ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｄ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｅ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｆ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｇ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｈ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｉ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
側流ノズル構成は周知であり、参考として取り入れられている米国特許第６，３８２，７８２号（Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）を含むいくつかの特許に示されている。側流インクジェットが示されている他の特許は、米国特許第６，４９７，５１０号（Ｄｅｌａｍｅｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ．）および米国特許第６，４３９，７０３号（Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）である。側流インクジェットでは、ノズルプレートの差分加熱に応じて印刷および非印刷滴のストリームが分離される。側流分離ノズルにおける印刷滴と非印刷滴との間の分離角度は、わずか数度である。そのため、長いプリントヘッドについては特に、排出溝エッジの良好な制御とともに、ノズルアレイと排出溝のエッジとの間で非常に正確な整合が行われることが望ましい。単一の部材で製作されるものであれ、整合および接合された多数のシリコンウェハで製作されるものであれ、ノズルの下および周囲に上部構造を設けると所望の精度が得られることが分かっている。ここで使用する場合、上部構造とはノズルの下および周囲に配置されるプリントヘッドの一部を意味する。
【００２７】
本発明の上部構造は、正確に形成されてノズルプレートに正確に整合および接合されるため、滴分離のための時間および距離を短縮する。好適な上部構造は、一体的上部構造を形成するようにエッチング加工されて一緒に接合されたシリコンのウェハから形成される。共線空気を運搬して非選択小滴を排出するための上部構造流路は、２から３ｍｍの厚さであることが好ましい。これにより、ノズルから約３ｍｍから４ｍｍに過ぎない移動距離の後で、一般的には上部構造の底部エッジより約１ｍｍ下で印刷滴が用紙に到達できる。ノズルから用紙への距離が短いため、滴が誤誘導される距離が短くなり、用紙の適切な箇所に衝突しないことは少なくなる。
【００２８】
上述した長所のほかにも、一体的上部構造は、比較的汚れた大気がノズルプレートの表面および出口オリフィスそのものと接触してジェットの誤誘導を招くことを防止する。また、制御された大気をノズルの周囲へ常に提供するばかりでなく、出口オリフィスおよびその周囲を洗浄するための溶剤および他の洗浄流体を、共線空気流路およびノズルを介して導入および導出するという選択肢も提供する。さらにＵＶインクが使用される場合には、上部構造が光線シールドとなるため、インクを硬化させる漏出ＵＶ硬化光線に各出口オリフィスおよびその周囲のインクが露出されて、完全または部分的に閉塞したノズルとなることはない。
【００２９】
図１は、本発明による上部構造１２を有するプリントヘッドの図である。側流装置は、インクの小滴１６，１８を放出するノズルアレイ１４で構成される。ノズルアレイ１４の各ノズルは、印刷滴ストリーム１８および非印刷滴ストリーム２２を放出する。流路２４，２６は、共線空気流路２８へ空気を送出する。非印刷滴は、ナイフエッジ壁３４の後方で排出溝３２に入る。非印刷滴から回収されたインクは、周知の方法でリサイクルのため流路３６を戻る。側流ノズル構成は、二組のヒータ３８，４２を有する。米国特許第６，３８２，７８２号に示されているような、周知の方法で作動するこれらのヒータの作用により、印刷滴の放出方向を非印刷滴と異なるようにすることができる。印刷滴ストリーム１８と非印刷滴ストリーム２２との間の角度４４は、比較的狭く、高い動作周波数では一般的に２°から３°である。そのため、一定の比例による図ではないが、ストリーム分割の角度４４が狭いので二つの滴ストリームの上部構造１２内での分岐は制限されるため、非印刷滴のための排出溝３２と印刷滴のための出口との配置精度が非常に重要である。図に示される「Ａ」において測定された上部構造１２の高さは、２から３ｍｍである。図１に示されているように、四つの層４６，４８，５２，５４が設けられている。上部構造１２から用紙５６までの距離「Ｂ」は、０．５から１．５ｍｍである。このようにノズル１４と用紙５６との間の距離が短いことで、空気ストリームにより滴が誤誘導される時間が短くなる、つまり正しい角度４４でノズルから出ないために、用紙への印刷滴の付着が不正確になることが減少する。さらに、上部構造内にある間の滴は未制御の空気流から保護されているので、指向性および用紙への最終的な付着の精度が充分に維持される。
【００３０】
図２には、本発明の上部構造を備える側流プリントヘッドの別の実施形態が示されている。プリントヘッド６０は、同じ構造については図１のものと同様の数字で示されている。プリントヘッド６０は、コアンダ排出溝６２を備える。非印刷小滴２２はコアンダ排出溝６２と衝突するように誘導されて、排出溝６２から落下して吸入流路３６へ移動し、ここで吸引および毛管現象により非印刷滴インク２２がリサイクルのため回収される。非印刷小滴インクは、符号６４で排出溝６２の底部に移動し、ここで流路に入り、新月形６６となって吸引および毛管現象により流路３６へ吸入される。シリコンエッチング加工によって丸みを帯びたエッジを形成するのは困難なので、この構造はあまり好適ではないと考えられる。ウェハ５５の層は薄いので、距離Ｂの０．５から１．５ｍｍの距離と「Ａ」の２〜３ｍｍの距離が、コアンダ排出溝６２の使用によって著しく影響を受けることはない。
【００３１】
本発明のプリントヘッドは、シリコン製品を成形するための周知の技術のいずれによっても形成される。これらは、ＣＭＯＳ回路製造技術、マイクロ電気機械構造製造技術（ＭＥＭＳ）その他を含む。好適な技術は、深堀反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスであることが分かっている。他のシリコン製造技術と比較すると、このプロセスは、このデバイスに必要とされるような大きなエッチング奥行（１０マイクロメートル超）を持つ高アスペクト比構造の製造を可能にするため、好適である。後できわめて正確な方法で組み立てられるいくつかのシリコンウェハのエッチング加工を伴う、ノズルプレートおよび排出溝を含むシリコン集積構造の製造技術は、相互に正確に整合された複数ノズルアレイ連続インクジェット（ＣＩＪ）プリントヘッドの製造に特に望ましい。シリコンウェハをエッチング加工、接合、整合する方法および装置は周知である。図３Ａ〜３Ｉには製造プロセスの簡単な図が挙げられている。図３Ａには、シリコンにエッチング加工された模様を持たない単一のウェハ１１０が示されている。図３Ｂでは、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）二酸化ケイ素膜の層１１２がウェハ１１０に蒸着されている。図３Ｃでは、部分的にエッチング加工されたエリアを形成するように、フォトリソグラフィを用いて層１１２がパターン形成されている。図３Ｄでは、エッチング加工される側において表面がフォトレジスト１１６でコーティングされて、エッチング加工が行われるフォトレジスト１１６の開口部を画定するようにパターン形成されている。図３Ｅでは、フォトレジストマスクを用いた深堀反応性イオンエッチングプロセスを利用して、ウェハ１１０が部分的にエッチング加工されている。図３Ｆでは、酸化物ハードマスクを用いてさらにエッチング加工が実行された後で、１１４でウェハの一部が除去されるとともに、ウェハに孔１１５が形成される。図３Ｇでは、上部構造の一層となる形成ウェハに戻すため、酸化膜が除去されている。図３Ｈでは、別のウェハ１１７がウェハ１１０に接合されている。シリコンウェハ１１７はすでに同じプロセスによってエッチングされている。図３Ｉには、ウェハ・スケール・インテグレーションを介した本発明のプリントヘッドの製造についての拡大斜視図が挙げられている。図示のように、別々のウェハ１１１，１１３，１２９に個別エッチング加工により開口部が形成された構造であるウェハ積層体１１７を形成するように組み立てられた、エッチング加工ウェハ１１１，１１３，１２９およびノズルプレートウェハ１３０が設けられる。このアセンブリは、独自の一体的排出溝を各々が備える同一の側流装置ノズルアレイを多数含む。次に、さいの目状の個々の装置１２８がマニホルド１２１に固定されてプリントヘッド１１９を形成する。プリントヘッドへ供給される流入および流出空気の流路となる開口部１２３，１２５をマニホルド１２１が有することが分かる。開口部１２７は、マニホルドへ流体を運ぶため、または排出溝からの回収インクを吸引するためのマニホルドのオリフィスである。この図６Ｉは例示的なものに過ぎないことに言及しておく。図１に示された本発明のプリントヘッドは、概して、一体的排出溝シリコンプリントヘッドに必要な流路を形成するためエッチング加工による少なくとも４層のプレートまたはウェハを必要とする。
【符号の説明】
【００３２】
１２ 上部構造、１４ ノズルアレイ、１６ インク滴、１８ 印刷滴ストリーム、２２ 非印刷滴ストリーム、２８ 共線空気流路、３２ 排出溝、３４ ナイフエッジ壁、３６ 吸入流路、３８，４２ ヒータ、４４ 角度、４６，４８，５２，５４ 層、５５ ウェハ、５６ 用紙、６０ プリントヘッド、６２ コアンダ排出溝、６４ 排出溝底部、６６ 新月形、１１０ 単一のウェハ、１１１，１１３ エッチング加工ウェハ、１１２ 二酸化ケイ素膜、１１４ シリコンウェハ、１１５ 孔、１１６ フォトレジスト、１１７ シリコンウェハ、１１９ プリントヘッド、１２１ マニホルド、１２３ マニホルド開口部、１２５，１２７ 開口部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねインクジェット印刷装置の分野、詳しくは、多数のノズルを単一の基板に一体化し、電気機械的手段により印刷用の液滴が選択される液体インクプリントヘッドに関連する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷は、その非衝撃式および低騒音という特徴やシステム単純性などのため、デジタル制御による電子印刷分野で優位に立つものと認識されている。これらの理由から、インクジェットプリンタは、家庭およびオフィスでの使用や他の分野において商業的な成功を収めている。インクジェット印刷機構は、連続式（ＣＩＪ）またはドロップ・オン・デマンド式（ＤＯＤ）に分類される。１９７０年にＫｙｓｅｒ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献１には、必要に応じて圧電結晶に高電圧を印加し、結晶を屈曲させ、インク容器に圧力を印加し、液滴を噴射するＤＯＤインクジェットプリンタが開示されている。圧電ＤＯＤプリンタでは、家庭およびオフィス用プリンタについて７２０ｄｐｉより高いイメージ解像度で商業的な成功を収めている。しかし、圧電印刷機構は通常、複雑な高電圧駆動回路構成および比較的大きい圧電結晶アレイを必要とし、プリントヘッドの長さばかりでなく、プリントヘッドの単位長さあたりのノズルの数に関して、これは不都合である。一般的に、圧電プリントヘッドは多くても数百本のノズルを含む。
【０００３】
１９７９年にＥｎｄｏ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献２においては、ノズルの水性インクと熱接触状態にあるヒータへ電力パルスを印加する電熱的ドロップ・オン・デマンド式インクジェットプリンタが開示されている。少量のインクが急速に蒸発して気泡を形成し、こうしてヒータ基板のエッジに沿った小孔からインクの滴を排出させる。この技術は、サーマルインクジェットまたはバブルジェット（登録商標）として知られている。
【０００４】
サーマルインクジェット印刷においては、一般的に、気泡の急速な形成を引き起こす４００℃近くの温度までインクを加熱するのに充分なエネルギー衝撃をヒータが発生させる必要がある。この装置で要求される高い温度は、特殊なインクの使用を必要とし、ドライバ電子機器を複雑にし、空洞化および焦げつきによりヒータ要素の劣化を促進する。焦げつきとは、破片となってヒータを被覆するインク燃焼副産物が蓄積したものである。このような被覆破片はヒータの熱効率を妨げて、プリントヘッドの動作寿命を短くする。また、各ヒータの高い能動的電力消費は、低コストで高速のページ幅プリントヘッドの製造の妨げとなる。
【０００５】
連続インクジェット印刷そのものは、少なくとも１９２９年まで遡る。この技術は、１９２９年にＨａｎｓｅｌｌに発行された下記特許文献３に開示されている。
【０００６】
１９６８年３月にＳｗｅｅｔ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献４には、印刷されるインク滴が選択的に帯電して記録媒体へ偏向される連続インクジェットノズルのアレイが開示されている。この技術は、複偏向連続インクジェット印刷として知られ、ＥｌｍｊｅｔおよびＳｃｉｔｅｘを含む数社のメーカーで使用されている。
【０００７】
１９６８年１２月にＨｅｒｔｚ ｅｔ ａｌ．に発行された下記特許文献５には、連続インクジェット印刷において印刷箇所の光学密度を可変にする方法が開示されている。帯電した滴ストリームの静電気分散は、小孔を通過する小滴の数を調整するのに役立つ。この技術は、Ｉｒｉｓ製のインクジェットプリンタで使用されている。
【０００８】
１９８２年８月２４日にＣａｒｌ Ｈ．Ｈｅｒｔｚの名で発行された下記特許文献６には、「小滴への電荷を制御するための方法および装置およびこれを取り入れたインクジェット記録装置」という名称の発明が開示されている。この文献においては、小滴への静電電荷を制御するためのＣＩＪシステムが開示されている。電界を持つ静電帯電トンネルに配置される滴形成点で加圧液体ストリームを中断させることにより、小滴が形成される。小滴の形成は、所望される所定の電荷がどのようなものであれ、これに対応する電界中の点で実施される。実際に液滴を偏向させるには、帯電トンネルに加えて偏向プレートが使用される。特許文献６のシステムでは、生成された小滴を帯電させ、これを、次に排出溝または印刷媒体へ偏向させる必要がある。帯電・偏向機構は、その構造が比較的大きく、プリントヘッドあたりのノズルの数を著しく制限する。
【０００９】
上述したような従来の連続インクジェット技術は、ストリーム内で滴が形成される点の近くに設けられた、一形状または別の形状の静電帯電トンネルを利用する。トンネル内では、個々の滴が選択的に帯電する。選択された滴は帯電し、大きな電位差を間に持つ偏向プレートが存在することで、下流へ偏向される。インクストリームは、「非印刷」モードと「印刷」モードとの間で偏向されるので、帯電滴を傍受して非印刷モードを確立するのに通常は排出溝（「捕捉部」と呼ばれることもある）が使用されるのに対して、印刷モードでは未帯電の滴が記録媒体に自由に衝突する。
【００１０】
最近、上述した静電帯電トンネルを不要にする新規の連続インクジェットプリンタシステムが開発された。これは、さらに、（１）小滴形成と（２）小滴偏向の機能をより良い形で結合するものである。このシステムは譲受人を同じくするＪａｍｅｓ Ｃｈｗａｌｅｋ、Ｄａｖｅ Ｊｅａｎｍａｉｒｅ、Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｅ Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓの名で出願された「非対称的加熱滴偏向による連続インクジェットプリンタ」という名称の下記特許文献７に開示され、その内容は参考としてここに取り入れられている。この特許文献には、連続インクジェットプリンタにおいてインクを制御するための装置が開示されている。この装置は、インク送出流路と、インク送出流路との連通状態にある加圧インク供給源と、インク送出流路に開口するボアを含み連続インクストリームがそこから流出するノズルとを有する。ヒータによって弱い熱パルスをストリームに周期的に印加すると、ノズルから離間した位置で、印加された熱パルスと同時にインクストリームが複数の小滴に細分される。小滴は、（ノズルボア内の）ヒータからの増加熱パルスにより偏向されるが、このヒータは選択的操作区分、つまりノズルボアの一部分のみと関連する区分を有する。特定ヒータ区分の選択的操作とは、ストリームへの非対称的な熱印加と呼ばれていたものに相当する。ここでは区分を交互に使用すると、この非対称的な熱が供給される方向が交互することで、（記録媒体へ向かう）「印刷」方向と（「捕捉部」に戻る）「非印刷」方向との間においてインク滴の偏向などを行う。下記特許文献７には、プリントヘッドあたりのノズルの数、プリントヘッドの長さ、電力使用量、有効インクの特性に関連する先行技術の問題を克服するための重大な改良が行われた液体印刷システムが提供されている。
【００１１】
熱が非対称的に印加された結果、ジェットの偏向が生じ、その規模は、ノズルの幾何学的および熱的な性質、印加される熱の量、印加される圧力、インクの物理的、化学的、熱的性質などいくつかの要因に左右される。溶剤ベース（特にアルコールベース）のインクはかなり良好な偏向パターンを持ち、非対称な加熱が行われる連続インクジェットプリンタでは高いイメージ品質を達成するが、水性インクには問題が多い。水性インクはあまり偏向せず、そのためその動作はロバストでない。非対称的に加熱される連続的インクジェット印刷システムでのインク小滴偏向の規模を向上させるため、譲受人を同じくするＤｅｌａｍｅｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ．の名で１９９９年１２月２２日に出願された米国特許出願第０９／４７０，６３８号には、側流特徴を強化することにより、またインク送出流路での幾何学的障害物によりインク滴の偏向を向上させた、特に水性インクのための連続インクジェットプリンタが開示されている。
【００１２】
後に説明する発明は、低コストの製造、および好ましくはページ幅を持つプリントヘッドに適した連続インクジェットプリントヘッドの構成に関する下記特許文献７および下記特許文献８の成果に基づいている。
【００１３】
後に説明する発明は、ページ幅プリントヘッドであるとは見なされないインクジェットプリントヘッドに使用されてもよいが、例えばコスト、サイズ、速度、品質、信頼性、小型のノズルオリフィスサイズ、小さな小滴サイズ、低い電力使用量、動作構造の単純性、耐久性、製造可能性について長所を提供する改良型インクジェット印刷システムの必要性は、依然として広く認識されている。これに関して、ページ幅で高解像度のインクジェットプリントヘッドの製造可能性については、特に、長期にわたって必要性が存在する。ここで、「ページ幅」の語は、約４インチの最短長のプリントヘッドを指す。高解像度とは、各インク色について、最低で１インチあたり約３００ノズルから最高で１インチあたり約２４００ノズルまでのノズル密度を意味する。
【００１４】
印刷速度の上昇に関してページ幅プリントヘッドを充分に利用するには、多数のノズルが含まれなければならない。例えば、従来の走査型プリントヘッドは、インク色あたり数百のノズルを有するに過ぎない。写真の印刷に適した４インチページ幅のプリントヘッドは、数千のノズルを有するべきである。機械的にページ上で左右に移動させる必要があるため走査型プリントヘッドは減速するが、ページ幅プリントヘッドは静止したままで用紙が移動する。理論的には１回の通過でイメージが印刷され、ゆえに印刷速度をかなり上昇させる。
【００１５】
ページ幅・高生産性インクジェットプリントヘッドを実現する際には、二つの主な問題が存在する。第一は、ノズルが、中心間の間隔で１０から８０マイクロメートル程度に互いに近接していなければならないことである。第二は、外部回路への数千の接合部または他のタイプの接続部を設けようとすることは現在では非実用的なので、ヒータおよび各ノズルを制御する電子機器へ電力を提供するドライバが各ノズルに一体化されなければならないことである。
【００１６】
これらの難題を解決する方法の一つは、ＶＬＳＩ技術を利用してシリコンウェハにプリントヘッドを構築することと、ノズルを備える同じシリコン基板にＣＭＯＳ回路を一体化することである。
【００１７】
Ｓｉｌｖｅｒｂｒｏｏｋの特許文献８で提案されているようなカスタムプロセスが、プリントヘッドを製作するために開発されているが、コストおよび製造性の観点から見て、従来のＶＬＳＩ設備にほぼ規格通りのＣＭＯＳプロセスを使用する回路を最初に製作することが好ましい。次に、ノズルおよびインク流路の製作のため、別のＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）設備にウェハを後処理で取り付ける。
【００１８】
下記特許文献９においては、複数のノズルを有する連続インクジェットプリントヘッドが開示されている。このプリントヘッドは、プリントヘッドの動作を制御するために形成された集積回路を含むシリコン基板であって、インク流路が形成されたシリコン基板と、シリコン基板を被覆する単数または複数の絶縁層であって、ボアが形成されるとともにインク流路と連通する単数または複数の絶縁層とを有する。シリコン基板は、シリコン、二酸化ケイ素、他の材料、またはフィルム層の組合せで形成されるインク流路とボアとの間のブロック構造と、インク流路とボアとの間に設けられて、インク流路からのインクにブロック構造の周囲を流通させるとともにボアからオフセットした箇所でアクセス開口部へ流入させて、ボアへ流入する液体インクに側流成分を付与するアクセス開口部とを各ノズルに含む。
【００１９】
また、下記特許文献９には、プリントヘッドの動作を制御するために形成された一連の集積回路を有するシリコン基板に形成された流路に加圧状態の液体インクを提供することと、シリコン基板を被覆する単数または複数の絶縁層に形成されたボアにインクを流入させることと、インク小滴の方向を制御するため、ヒータ要素の周囲を流れるインクを非対称的に加熱することと、ボアの直下でシリコン基板に形成されたブロック構造の周囲にインク流を設けることにより確立されるインクジェットまたはストリームに側流成分を付与することとを有する、連続インクジェットプリントヘッドの作動方法も開示されている。
【００２０】
さらに、下記特許文献９には、プリントヘッドの動作を制御するための集積回路を有するシリコン基板を設けて、シリコン基板に単数または複数の絶縁層が形成され、シリコン基板に形成された回路に電気的に接続された電気導体が単数または複数の絶縁層に形成されることと、単数または複数の絶縁層にボアを形成することと、ボアと連通するためのインク流路をシリコン基板に形成することと、シリコン基板に形成されたインク流路から単数または複数の絶縁層に形成されたボアまでのインクの側流を制御するためのシリコン基板のブロック構造を形成することとを有する、連続インクジェットプリントヘッドの形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第３，９４６，３９８号明細書
【特許文献２】英国特許第２，００７，１６２号明細書
【特許文献３】米国特許第１，９４１，００１号明細書
【特許文献４】米国特許第３，３７３，４３７号明細書
【特許文献５】米国特許第３，４１６，１５３号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３４６，３８７号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０７９，８２１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８８０，７５９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４３９，７０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
小型であり、再循環インクが大気と接触するのを防止し、より高いイメージ品質および高い印刷速度を提供する連続インクジェット印刷のための改良型側流プリントヘッドの必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、側流ノズルプレートと、このプレートの少なくとも一つのインクノズルと、排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッドに関連する。インクジェットプリントヘッドを使用する方法も開示される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、連続インクジェット技術において先行のプリントヘッドを超えるいくつかの長所を有する。一体的排出溝上部構造を備える側流装置プリンタの利用により、インクジェットヘッドの下を移動する用紙にインクジェットのノズルが近接するので、印刷品質が改良された構造が得られる。プリントヘッドへ流入する唯一の空気は充分に制御された共線空気なので、また滴はほとんどが包囲構造内で移動するので、印刷滴は未制御の空気流に当たらず、ゆえに滴配置の精度が上昇する結果となる。また、インクジェットノズルから用紙への出口が近接しているため、用紙に達するまでの滴の偏向が少なくなることで、より良質なイメージが得られる。以上および他の長所は、以下の説明から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適な実施形態によるプリントヘッドの概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態によるプリントヘッドの概略断面図である。
【図３Ａ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｂ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｃ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｄ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｅ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｆ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｇ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｈ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【図３Ｉ】シリコンウェハからのプリントヘッド上部構造の形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
側流ノズル構成は周知であり、参考として取り入れられている米国特許第６，３８２，７８２号（Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）を含むいくつかの特許に示されている。側流インクジェットが示されている他の特許は、米国特許第６，４９７，５１０号（Ｄｅｌａｍｅｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ．）および米国特許第６，４３９，７０３号（Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）である。側流インクジェットでは、ノズルプレートの差分加熱に応じて印刷および非印刷滴のストリームが分離される。側流分離ノズルにおける印刷滴と非印刷滴との間の分離角度は、わずか数度である。そのため、長いプリントヘッドについては特に、排出溝エッジの良好な制御とともに、ノズルアレイと排出溝のエッジとの間で非常に正確な整合が行われることが望ましい。単一の部材で製作されるものであれ、整合および接合された多数のシリコンウェハで製作されるものであれ、ノズルの下および周囲に上部構造を設けると所望の精度が得られることが分かっている。ここで使用する場合、上部構造とはノズルの下および周囲に配置されるプリントヘッドの一部を意味する。
【００２７】
本発明の上部構造は、正確に形成されてノズルプレートに正確に整合および接合されるため、滴分離のための時間および距離を短縮する。好適な上部構造は、一体的上部構造を形成するようにエッチング加工されて一緒に接合されたシリコンのウェハから形成される。共線空気を運搬して非選択小滴を排出するための上部構造流路は、２から３ｍｍの厚さであることが好ましい。これにより、ノズルから約３ｍｍから４ｍｍに過ぎない移動距離の後で、一般的には上部構造の底部エッジより約１ｍｍ下で印刷滴が用紙に到達できる。ノズルから用紙への距離が短いため、滴が誤誘導される距離が短くなり、用紙の適切な箇所に衝突しないことは少なくなる。
【００２８】
上述した長所のほかにも、一体的上部構造は、比較的汚れた大気がノズルプレートの表面および出口オリフィスそのものと接触してジェットの誤誘導を招くことを防止する。また、制御された大気をノズルの周囲へ常に提供するばかりでなく、出口オリフィスおよびその周囲を洗浄するための溶剤および他の洗浄流体を、共線空気流路およびノズルを介して導入および導出するという選択肢も提供する。さらにＵＶインクが使用される場合には、上部構造が光線シールドとなるため、インクを硬化させる漏出ＵＶ硬化光線に各出口オリフィスおよびその周囲のインクが露出されて、完全または部分的に閉塞したノズルとなることはない。
【００２９】
図１は、本発明による上部構造１２を有するプリントヘッドの図である。側流装置は、インクの小滴１６，１８を放出するノズルアレイ１４で構成される。ノズルアレイ１４の各ノズルは、印刷滴ストリーム１８および非印刷滴ストリーム２２を放出する。流路２４，２６は、共線空気流路２８へ空気を送出する。非印刷滴は、ナイフエッジ壁３４の後方で排出溝３２に入る。非印刷滴から回収されたインクは、周知の方法でリサイクルのため流路３６を戻る。側流ノズル構成は、二組のヒータ３８，４２を有する。米国特許第６，３８２，７８２号に示されているような、周知の方法で作動するこれらのヒータの作用により、印刷滴の放出方向を非印刷滴と異なるようにすることができる。印刷滴ストリーム１８と非印刷滴ストリーム２２との間の角度４４は、比較的狭く、高い動作周波数では一般的に２°から３°である。そのため、一定の比例による図ではないが、ストリーム分割の角度４４が狭いので二つの滴ストリームの上部構造１２内での分岐は制限されるため、非印刷滴のための排出溝３２と印刷滴のための出口との配置精度が非常に重要である。図に示される「Ａ」において測定された上部構造１２の高さは、２から３ｍｍである。図１に示されているように、四つの層４６，４８，５２，５４が設けられている。上部構造１２から用紙５６までの距離「Ｂ」は、０．５から１．５ｍｍである。このようにノズル１４と用紙５６との間の距離が短いことで、空気ストリームにより滴が誤誘導される時間が短くなる、つまり正しい角度４４でノズルから出ないために、用紙への印刷滴の付着が不正確になることが減少する。さらに、上部構造内にある間の滴は未制御の空気流から保護されているので、指向性および用紙への最終的な付着の精度が充分に維持される。
【００３０】
図２には、本発明の上部構造を備える側流プリントヘッドの別の実施形態が示されている。プリントヘッド６０は、同じ構造については図１のものと同様の数字で示されている。プリントヘッド６０は、コアンダ排出溝６２を備える。非印刷小滴２２はコアンダ排出溝６２と衝突するように誘導されて、排出溝６２から落下して吸入流路３６へ移動し、ここで吸引および毛管現象により非印刷滴インク２２がリサイクルのため回収される。非印刷小滴インクは、符号６４で排出溝６２の底部に移動し、ここで流路に入り、新月形６６となって吸引および毛管現象により流路３６へ吸入される。シリコンエッチング加工によって丸みを帯びたエッジを形成するのは困難なので、この構造はあまり好適ではないと考えられる。ウェハ５５の層は薄いので、距離Ｂの０．５から１．５ｍｍの距離と「Ａ」の２〜３ｍｍの距離が、コアンダ排出溝６２の使用によって著しく影響を受けることはない。
【００３１】
本発明のプリントヘッドは、シリコン製品を成形するための周知の技術のいずれによっても形成される。これらは、ＣＭＯＳ回路製造技術、マイクロ電気機械構造製造技術（ＭＥＭＳ）その他を含む。好適な技術は、深堀反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスであることが分かっている。他のシリコン製造技術と比較すると、このプロセスは、このデバイスに必要とされるような大きなエッチング奥行（１０マイクロメートル超）を持つ高アスペクト比構造の製造を可能にするため、好適である。後できわめて正確な方法で組み立てられるいくつかのシリコンウェハのエッチング加工を伴う、ノズルプレートおよび排出溝を含むシリコン集積構造の製造技術は、相互に正確に整合された複数ノズルアレイ連続インクジェット（ＣＩＪ）プリントヘッドの製造に特に望ましい。シリコンウェハをエッチング加工、接合、整合する方法および装置は周知である。図３Ａ〜３Ｉには製造プロセスの簡単な図が挙げられている。図３Ａには、シリコンにエッチング加工された模様を持たない単一のウェハ１１０が示されている。図３Ｂでは、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）二酸化ケイ素膜の層１１２がウェハ１１０に蒸着されている。図３Ｃでは、部分的にエッチング加工されたエリアを形成するように、フォトリソグラフィを用いて層１１２がパターン形成されている。図３Ｄでは、エッチング加工される側において表面がフォトレジスト１１６でコーティングされて、エッチング加工が行われるフォトレジスト１１６の開口部を画定するようにパターン形成されている。図３Ｅでは、フォトレジストマスクを用いた深堀反応性イオンエッチングプロセスを利用して、ウェハ１１０が部分的にエッチング加工されている。図３Ｆでは、酸化物ハードマスクを用いてさらにエッチング加工が実行された後で、１１４でウェハの一部が除去されるとともに、ウェハに孔１１５が形成される。図３Ｇでは、上部構造の一層となる形成ウェハに戻すため、酸化膜が除去されている。図３Ｈでは、別のウェハ１１７がウェハ１１０に接合されている。シリコンウェハ１１７はすでに同じプロセスによってエッチングされている。図３Ｉには、ウェハ・スケール・インテグレーションを介した本発明のプリントヘッドの製造についての拡大斜視図が挙げられている。図示のように、別々のウェハ１１１，１１３，１２９に個別エッチング加工により開口部が形成された構造であるウェハ積層体１１７を形成するように組み立てられた、エッチング加工ウェハ１１１，１１３，１２９およびノズルプレートウェハ１３０が設けられる。このアセンブリは、独自の一体的排出溝を各々が備える同一の側流装置ノズルアレイを多数含む。次に、さいの目状の個々の装置１２８がマニホルド１２１に固定されてプリントヘッド１１９を形成する。プリントヘッドへ供給される流入および流出空気の流路となる開口部１２３，１２５をマニホルド１２１が有することが分かる。開口部１２７は、マニホルドへ流体を運ぶため、または排出溝からの回収インクを吸引するためのマニホルドのオリフィスである。この図６Ｉは例示的なものに過ぎないことに言及しておく。図１に示された本発明のプリントヘッドは、概して、一体的排出溝シリコンプリントヘッドに必要な流路を形成するためエッチング加工による少なくとも４層のプレートまたはウェハを必要とする。
【符号の説明】
【００３２】
１２ 上部構造、１４ ノズルアレイ、１６ インク滴、１８ 印刷滴ストリーム、２２ 非印刷滴ストリーム、２８ 共線空気流路、３２ 排出溝、３４ ナイフエッジ壁、３６ 吸入流路、３８，４２ ヒータ、４４ 角度、４６，４８，５２，５４ 層、５５ ウェハ、５６ 用紙、６０ プリントヘッド、６２ コアンダ排出溝、６４ 排出溝底部、６６ 新月形、１１０ 単一のウェハ、１１１，１１３ エッチング加工ウェハ、１１２ 二酸化ケイ素膜、１１４ シリコンウェハ、１１５ 孔、１１６ フォトレジスト、１１７ シリコンウェハ、１１９ プリントヘッド、１２１ マニホルド、１２３ マニホルド開口部、１２５，１２７ 開口部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側流装置ノズルプレートと、排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記排出溝が前記ノズルプレートの表面から２から３ｍｍの距離にある、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】
前記上部構造が、前記ノズルから前記インク出口孔の底部まで１５０から３００μｍの高さを持つ、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】
前記ノズルの列からインクが噴射される共線空気流路の幅が１００から１０００μｍ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５】
前記上部構造が、共線空気の開口部と、非選択インク滴を前記排出溝から除去する流路と、選択インク滴が前記プリントヘッドから出る際の出口オリフィスのみを有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記排出溝と前記ノズルプレートと上部構造とが相互に一体的である、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記排出溝がナイフエッジまたは薄壁を有する、請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記排出溝がコアンダ排出溝を有する、請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記上部構造が、エッチング加工されてから結合されて一体的構造を形成するシリコンウェハを有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
側流ノズルプレートと、前記プレートの少なくとも一つのインクノズルと、前記ノズルプレートと一体的な排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッドを用意することと、
前記少なくとも一つのインクノズルから連続的にインクを排出することと、
選択された非印刷滴を捕捉することと、
選択された印刷滴に前記上部構造の出口通路を通過させることと、
前記上部構造の前記出口の下に用紙を通過させることと、
選択された前記印刷滴を前記用紙と接触させることと、
を有する印刷方法。
【請求項１１】
前記ノズルプレートの前記表面から前記用紙までの距離が１５ｍｍより短い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノズルプレートの前記表面から前記用紙までの距離が２ｍｍより長い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記上部構造が、共線空気を前記上部構造に誘導する通路を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記共線空気の流れが毎秒５から５０メートルの速度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
選択された滴が０．６から１６ピコリットルの体積を持つ、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記上部構造に導入される唯一のガスが共線空気流ガスである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１】
側流装置ノズルプレートと、排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記排出溝が前記ノズルプレートの表面から２から３ｍｍの距離にある、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】
前記上部構造が、前記ノズルから前記インク出口孔の底部まで１５０から３００μｍの高さを持つ、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】
前記ノズルの列からインクが噴射される共線空気流路の幅が１００から１０００μｍ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５】
前記上部構造が、共線空気の開口部と、非選択インク滴を前記排出溝から除去する流路と、選択インク滴が前記プリントヘッドから出る際の出口オリフィスのみを有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記排出溝と前記ノズルプレートと上部構造とが相互に一体的である、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記排出溝がナイフエッジまたは薄壁を有する、請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記排出溝がコアンダ排出溝を有する、請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記上部構造が、エッチング加工されてから結合されて一体的構造を形成するシリコンウェハを有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
側流ノズルプレートと、前記プレートの少なくとも一つのインクノズルと、前記ノズルプレートと一体的な排出溝を含む上部構造とを有するインクジェットプリントヘッドを用意することと、
前記少なくとも一つのインクノズルから連続的にインクを排出することと、
選択された非印刷滴を捕捉することと、
選択された印刷滴に前記上部構造の出口通路を通過させることと、
前記上部構造の前記出口の下に用紙を通過させることと、
選択された前記印刷滴を前記用紙と接触させることと、
を有する印刷方法。
【請求項１１】
前記ノズルプレートの前記表面から前記用紙までの距離が１５ｍｍより短い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノズルプレートの前記表面から前記用紙までの距離が２ｍｍより長い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記上部構造が、共線空気を前記上部構造に誘導する通路を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記共線空気の流れが毎秒５から５０メートルの速度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
選択された滴が０．６から１６ピコリットルの体積を持つ、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記上部構造に導入される唯一のガスが共線空気流ガスである、請求項１０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【公表番号】特表２０１０−５３５１１６（Ｐ２０１０−５３５１１６Ａ）
【公表日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１９２００（Ｐ２０１０−５１９２００）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００８８１８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１７６１１
【国際公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００８８１８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１７６１１
【国際公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
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