インクジェットプリントヘッド用の一体的な微細加工されたガター
本発明は、一体式のガターシステムを有するモノリシックなプリントヘッドを含んで成るインクジェットプリントヘッドであって、前記ガターシステムがインク流に近接する端壁を備えており、前記壁のインク方向に近接する側面が、前記プリントヘッドを通るインク方向に対してほぼ平行であるインクジェットプリントヘッドを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット印刷ヘッドの分野に関する。本発明は、特に、改良されたガターを有するインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
Chwalekらに発行された米国特許第６，０７９，８２１号明細書には、選択された液滴の偏向を、オリフィスから出るジェットの非対称加熱により達成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。
【０００３】
Jeanmaireらによる米国特許第６，５５４，４１０号明細書には、選択された液滴の改良された偏向方法が教示されている。この方法は、各ジェットを小さな液滴と大きな液滴に分裂させること、および、液滴の飛行方向に対して空気またはガスの直交流を生じさせることを含み、空気またはガスの直交流が生じることによって、小さな液滴は、ガターまたはインクキャッチャーの方に偏向し、一方、大きな液滴は、ガターまたはインクキャッチャーを回避して媒体に当たり、所望の画像またはその反転像を描く。すなわち、大きな液滴はガターにより捕獲され、小さな液滴は媒体に到達する。
【０００４】
Anagnostopoulosらに発行された米国特許第６，４５０，６１９号明細書には、上記のプリントヘッドに使用できるＣＭＯＳおよびＭＥＭＳ技術を使用したノズルプレートの製造方法が開示されている。さらに、Anagnostopoulosらに発行された米国特許第６，６６３，２２１号明細書には、ページ幅のノズルプレートの製造方法が開示されており、ここで、ページ幅とは、ノズルプレートの長さが約４インチまたはそれよりも長いことを意味する。ノズルプレートは、ここで定義するように、ノズルのアレイから成り、各ノズルは出口オリフィスを有し、出口オリフィスの周りにヒーターが近接して存在する。各ヒーターをアドレスする論理回路およびヒーターに電流を供給するドライバーは、ヒーターと同じ支持体上に位置していても、その外部に存在してもよい。
【０００５】
完全に連続的なインクジェットプリントヘッドの場合、ノズルプレートおよびその関連する電子機器に加えて、選択された液滴を偏向する手段が必要とされ、選択されなかった液滴を集めるためのインクガターまたはキャッチャー、インク再循環または廃棄システム、様々なエアフィルターおよびインクフィルター、インクおよび空気供給手段並びに他の取り付けおよび位置合わせ用のハードウェアが必要とされる。
【０００６】
これらの連続式インクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルプレート中のノズルは、一直線上に配列されており、ノズルは１インチ当たり約１５０〜２４００個であり、出口オリフィスの直径に応じて約１００ピコリットルほどの大きな液滴乃至１ピコリットルほどの小さな液滴を生じる。
【０００７】
先に述べたように、選択された液滴の静電偏向に依存するもの（例えば、Simonらに発行された米国特許第５，４７５，４０９号明細書を参照）を包含する全ての連続式インクジェットプリントヘッドは、選択されなかった液滴を集めるのにインクガターまたはキャッチャーを必要とする。かかるガターは、ノズルアレイに対して慎重に位置合わせされなくてはならない。なぜなら、選択された液滴と選択されなかった液滴の間の角度分離が、通常、たった数度であるからである。位置合わせプロセスは、通常、非常に面倒な手続きであり、プリントヘッドのコストをかなり増加させる。プリントヘッドのコストは、各ガターがそれに対応するノズルプレートに対してそれぞれ一つ一つ位置合わせされなくてはならないことからさらに増加する。
【０００８】
上記のガターまたはキャッチャーは、選択されなかった液滴を集めるのに、ナイフエッジまたは他の何らかのタイプの縁部を含むことがあり、その縁部は、端から端までの数十ミクロンで真っ直ぐでなければならない。ガターは、通常、ノズルプレートとは異なる材料から作られるため、ガターとノズルプレートは異なる熱膨張係数を有し、周囲温度が変化すると、ガターとノズルアレイとは、プリントヘッドの機能不全をもたらすのに十分な配列のずれを生じることがある。ガターは、通常、位置合わせねじを使用してあるフレームに取り付けられ、位置合わせは、輸送中に生じうる衝撃がプリントヘッドアセンブリに加わった場合に失われることがある。ガターが接着剤を使用してフレームに取り付けられる場合には、接着剤が硬化する際の接着剤の硬化中に配列のずれが生じることがあり、プリントヘッド集成中のプリントヘッドの歩留まり低下をもたらす。
【０００９】
米国特許出願第２００６／０１９７８１０号明細書（Anagnostopoulosら）には、一列のインクジェットオリフィスを含む一体的なプリントヘッド要素が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，０７９，８２１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５５４，４１０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４５０，６１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６６３，２２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４７５，４０９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０１９７８１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
プリントヘッドを形成するように組み合わされる微細加工シリコンウエハから形成することのできるモノリシックなプリントヘッドに対して有効なガター配置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を解消することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、高品質な連続式インクジェット印刷品質を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、改良された一体式のプリントヘッドを提供することである。
【００１５】
本発明は、一体式のガターシステムを有するモノリシックなプリントヘッドを含んで成るインクジェットプリントヘッドであって、前記ガターシステムがインク流に近接する端壁を備えており、前記端壁のインク方向に近接する側面が、前記プリントヘッドを通るインク方向に対して概して平行であるインクジェットプリントヘッドを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のガター壁を使用したインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図２】図２は、連続式インクジェットプリンターの概略図である。
【図３】図３は、本発明のインクジェット用ガターの拡大概略図である。
【図４】図４は、上記ガターを有するガタープリントヘッドの概略側面図である。
【図５】図５は、幾つかのプリントヘッドを含むシリコンウエハの図である。
【図６Ａ−６Ｈ】図６Ａ〜６Ｈは、シリコンウエハのエッチングを示す図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、シリコンウエハを組み合わせて一体式のガタープリントヘッドを製造することを示す説明図である。
【図７】図７は、溝を有するガターの上面図である。
【図８】図８は、内側壁溝を有するガターの上面図である。
【図９】図９は、外側壁溝を有するガターの上面図である。
【図１０】図１０は、内側および外側壁溝を有するガターの上面図である。
【図１１】図１１は、成形リブを有するガターの上面図である。
【図１２】図１２は、成形リブを有するガターの斜視図である。
【図１３】図１３は、壁に延びるリブを有するガターの図である。
【図１４】図１４は、壁に延びるリブを有するガターの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、従来のやり方と比べて多くの利点を提供する。本発明のモノリシックな一体式のプリントヘッドは、選択されなかった液滴と選択された液滴との分離の改善を提供する。本発明のプリントヘッドにおいて、選択されなかった液滴はよりガターに到達しやすい。本発明の一実施態様において、選択されなかった液滴は、それらが壁の外側に当たった場合であっても、ガター内に引き込まれる。本発明のガター壁は、シリコンウエハからの形成が可能であるため、その構造は、液滴のためのナイフエッジまたは角度の付いたキャッチャーの形成を必要としない。本発明の構造は、典型的なシリコンエッチング技術、例えば深掘反応性イオンエッチング（deep reactive ion etching）（ＤＲＩＥ）技術により形成することができる。本発明のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１８】
図１には、本発明の壁１２を備えたガターを有することのできるモノリシックな一体式のガタープリントヘッドが示されている。この一体式のプリントヘッドは、当該プリントヘッドに入る偏向空気のためのダクト開口部２６と、偏向空気を２２において除去するための吸引部とを備えている。プリントヘッドは、また、プリントヘッドに入り、ダクト２２へ除去されるべき共線状空気のためのダクト開口部を２４に有する。開口部２６を通って入る偏向空気の一部は開口部２５を通って出て、共線状空気によるポスト偏向（post deflection）をもたらす。ノズルアレイ１８のインクオリフィスは、インク液滴の連続的な流れを放出する。液滴は、２６で入ってくる偏向空気によって小さな液滴２８の流れと大きな液滴の流れに分けられる。図示されているようなプリントヘッドは、シリコン材料の幾つかの層から形成される。これらの層は、ノズルプレート３６と、プレート３８，４２，４４，４６，４８および５０である。一実施態様において、プレート３６は厚さ約３００μｍであり、層３８は厚さ約４５０μｍであり、シリコン層４２は厚さ４５０μｍであり、シリコン層４４は厚さ４５０μｍであり、シリコン層４６は厚さ６５０μｍであり、層４８は厚さ６５０μｍであり、ガター層５０は厚さ４５０μｍである。しかしながら、これらの寸法は、意図する特定の用途に応じて変わる。例えば、これらの寸法は、特定のノズル構造、噴出させるインクのタイプなどに応じて変わるであろう。各個々のプレートまたはウエハに構造および孔を形成するための個別のエッチングの後に、個々の層を組み合わせてモノリシックな一体式のガターユニットにする。特に興味深いのはガタープレート５０であり、用いられるエッチング技術が非常に薄い壁の形成を可能にしたために、ガタープレート５０においては、壁１２がこの層と一体的に形成されている。ガターダクト１４は、概して、約１００〜３００μｍの高さを有し、改善されたキャピラリー流をもたらす。小さな液滴インク２８はガターダクト１４内に集められ、ダクト２７を通じて吸引により回収される。
【００１９】
図１および２を参照すると、本発明の好ましい実施態様において使用される印刷装置（典型的には、インクジェットプリンターまたはプリントヘッド）が概略的に示されている。プリンター１６０は、インクジェットノズルアレイ１８の一部として一体的に形成された一体的偏向ガター壁１２を含む。大容量のインク液滴３２および小容量のインク液滴２８は、噴出流経路１６２に実質的に沿うインク液滴形成機構／プリントヘッド１０から噴出されたインクから形成される。一体的ガター構造体１６６は、ガスを、一体的偏向ガター構造体を通って、異なるサイズのインク液滴を分けるためにインク液滴へ向けて偏向させるための入口プレナム１６４および出口プレナム１６６を含む。一体的ガターは、ガター１６の外側端に近接して位置する薄い壁１２を含む。壁１２の目的は、変位した小さな液滴２８を捕獲するとともに、大きな液滴３２を、プリントドラム１７２により担持された記録媒体１６８へ液滴経路１６２に沿って移動させ続けることである。真空ポンプ１７４は、インク回収管路１６６と連通しており、ガス流１７８のためのシンクを提供する。ガス流１７６による力が加わることで、インク液滴が小さな液滴の経路と大きな液滴の経路に分かれる。ポンプ２２０が空気を引き込み、一方、フィルター２１０は塵埃粒子を除去する。
【００２０】
インク回収ダクト２７は、偏向器１２により回収された液滴を受容するための一体的壁ガター構造１６の出口プレナム１６６に接続されている。インク回収管路２７は、インク回収溜め１８２と連通しており、インク戻り配管１８４による印刷されなかったインク液滴の、その後の再利用のための回収を容易にする。インク回収溜め１８２には、連続気泡スポンジまたはフォーム１８６が入れられ、連続気泡スポンジまたはフォーム１８６は、ノズルアレイ１８が急速に走査される用途でのインクのスロッシングを防止する。インク回収導管１６６内に負圧を生じさせるために、負圧源に接続された真空導管１８８をインク回収溜め１８２と連通させることができ、生じた負圧によって、インク液滴の分離およびインク液滴の除去が改善される。しかしながら、インク回収導管１６６内のガス流速は、大きな液滴の経路を著しく乱さないように選択される。インク回収導管１６６には、インクの霧化により生じるいかなるインク流、または、プレナム１６６内の空気流により捕獲された誤った方向に導かれたジェットを捕獲するために、フィルター１９２およびドレイン１９４が備え付けられている。捕獲されたインクは次に、回収溜めに戻される。
【００２１】
さらに、入口プレナム１６４の一部は、ポンプ２２０およびコンディショニングチャンバ１９０からのガス流のほんの一部の流れを変え、インク回収導管１６６に引き込まれ、次いでガス再循環配管１７０に引き込まれるガスの供給源を提供する。ガター壁１２におけるおよびインク回収導管１６６におけるガス圧は、一体的ガター１６の近傍のプリントヘッドアセンブリにおけるガス圧が、プリントドラム近傍の周囲空気圧に対して正であるように、インク回収導管１６６およびプレナム１６４の構造と関連して調節される。そのため、環境粉塵および紙繊維が一体的壁１２に接近および付着することが妨げられ、そしてさらに、インク回収導管１６６に入ることが妨げられる。
【００２２】
作動時には、記録媒体１６８は、周知の方式でプリントドラム７２により軸１６２を横断する方向に搬送される。記録媒体１６８の搬送は、液滴サイズを制御するために、プリントヘッド／ノズルアレイ機構（図示せず）の移動と調和させる。これは、周知の方式で、図示されていないコントローラを使用して実現できる。記録媒体１６８は、紙、ビニル、布、他の繊維材料などを含む様々な材料から選択できる。
【００２３】
一体的ガター構造１６の回収空気ダクト２７は、ノズルアレイ１８に一体的に形成されている。好ましい実施態様において、共線状空気構造ダクト２４にオリフィスクリーニングシステム（図示せず）が組み込まれていても良い。クリーニングは、ノズルアレイ１８に、構造体２４を通って注入された溶剤をあふれさせることにより達成することができる。使用済みの溶剤は、出口２４２を通じてクリーニング溶剤を真空引きすることにより除去される。
【００２４】
本発明において、ガター構造は、ノズルアレイ１８と一体的に形成される。これは、インクジェットノズル１８と壁１２の間の精度を保つために行われる。本発明の好ましい実施態様において、ノズルアレイ１８は、周知の半導体作製技術（ＣＭＯＳ回路作製技術、微小電気機械構造（micro-electro mechanical structure）（ＭＥＭＳ）作製技術など）を使用して半導体材料（シリコンなど）から形成される。かかる方法は、米国特許第６，６６３，２２１号および第６，４５０，６１９号明細書で説明されており、これらの特許明細書の全内容は本明細書に援用する。しかしながら、当該技術分野で従来知られている任意の作製法を使用して任意の材料からノズルアレイをガター構造と一体的に形成することができるものが特に考えられ、従って、本発明の範囲内にある。
【００２５】
図３は、本発明に係る壁１２およびガター１６の拡大図である。回収されるべき小さな液滴２８は、壁１２の内側で受け取られる。受け取られた液滴は、壁１２に対してメニスカス５４を形成する。インクは、次に、プリントヘッドからインクが引き出される所まで、５２で流れる。壁１２は非常に薄く、プレート５０の底部と一体的な部分を成している。図４は、本発明の壁１２を有するガター１７の別の拡大図である。ガター１７は、壁１２の外側５６に誤って当たった小さなインク液滴２８を回収するための回収孔５８を備えている。壁に当たった後の液滴は、ガターの下方へ流れ落ち、ガターの下方に流れ落ちた液滴は、回収のためにインクを引き出す回収ダクト２７において吸引およびキャピラリー力または毛細管力の作用により回収孔５８に引き込まれる。ガターの底部にある回収孔へのインクの移動を促進するために、壁の外側にキャピラリー通路を設けることが可能である。ノズルのアレイを含むシリコン構造体中のノズルアレイの下方に一連の回収孔が存在してもよい。インク回収孔の数は、一般的に、ノズルの数に対応する。開口部ノッチ６４は、流れからの小さな液滴２８のより早い時点での引き込みを可能にするために形成された部分である。開口部ノッチ６４は、孔３２の出口への共線状の空気と大きな液滴３２の流れにおいて、より早い時点で、移動させるべき小さな液滴２８を主孔６２から出して主孔内の空気の流れから離すことを可能にする。壁１２は、上面１３を含む。
【００２６】
本発明の一体的なガターの付いた装置は、シリコン物品を成形するための周知の方法のうちのいずれによっても形成できる。それらの方法としては、ＣＭＯＳ回路作製法、微小電気機械構造作製法（ＭＥＭＳ）などが挙げられる。好ましい方法は、深掘反応性イオンエッチ（ＤＲＩＥ）法であることが分かった。このプロセスは、他のシリコン形成法と比べて、この装置に必要とされる大きなエッチ深さ（＞１０マイクロメートル）で高アスペクト比構造体の製造を可能にする。幾つかのシリコンウエハをエッチングすることを含み、シリコンウエハを次いで極めて精密な方式で一体化するシリコン材料の作製法は、プリントヘッドのノズル間の距離が正確に制御されるため、プリントヘッドの形成にとって特に望ましい。さらに、正確な方式でシリコン構造体中への流体および空気の操作のための溝が必要である。
【００２７】
積層チップ材料を形成するための方法及び装置は周知である。図６Ａ〜６Ｉには、製造プロセスについての簡単な説明図が示されている。図６Ａには、シリコンにフィーチャーがエッチングされていない単一のウエハ１１０が示されている。図６Ｂでは、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）二酸化ケイ素膜の層１１２がウエハ上に堆積されている。図６Ｃでは、酸化物層は、部分的にエッチングされる領域を画定するためにフォトリソグラフィーを使用してパターン化されている。図６Ｄでは、表面は、エッチングされるべき側でフォトレジスト１１６のパターンによりコーティングされており、フォトレジストの開口部が、エッチングが起こる場所を画定している。図６Ｅでは、ウエハ１１０は、フォトレジストマスクを用いる深掘反応性イオンエッチングプロセスを使用して部分的にエッチングされている。図６Ｆでは、酸化物ハードマスクを使用してさらなるエッチングを行った後、ウエハに形成された孔１１５と、ウエハの除去された部分が１１４で示されている。図６Ｇでは、形成されたウエハを回収するために酸化物膜が除去されており、形成されたウエハはモノリシックな構造の１つの層になる。図６Ｈでは、別のウエハ１１７がウエハ１１０に結合している。シリコンウエハ１１７は、同じプロセスにより既にエッチングされたものである。図６Ｉには、ウエハスケールインテグレーションによる一体的ガター装置の作製の展望拡大図が示されている。図示されているように、エッチングされたウエハ１１１，１１３および１１５があり、これらのウエハは結合して、別個のウエハ１１１，１１３および１１５の個別のエッチングにより開口部が形成されているモノリシックな構造体であるウエハ１１７を形成している。プリントヘッド１１９は、次に、マニホールド１２１に取り付けられる。マニホールド１２１が、プリントヘッドに供給されるべき空気の出入りのための通路となる開口部１２３および１２５を有することが見られる。開口部１２７は、マニホールド中のオリフィスになって、流体をマニホールドに向けさせるか、あるいは、吸引を提供する。図６Ｉは単なる例示である。図１に示したような本発明のプリントヘッドは、一般的に、一体的なガター壁シリコンプリントヘッドのための必要な通路を形成するエッチングが施された少なくとも６層のプレートまたはウエハを必要とする。
【００２８】
図５には、１つのシリコンウエハ積層体２５０にある８つの一体的ガター装置が示されている。括弧６３は、線９４および９６で積層体から分離することのできる１つの装置を示している。プリントヘッドを含むウエハ積層体は、ノズルアレイ１８の列が露出する方式で図中に示されている。ウエハ９０のその他の部分はチップ内にあるが、略図で示されている。通路９８は、共線状の空気が入り、および、クリーニング溶剤が出入りするための通路である。インク返送路９９は、ガターから図示されていないインク供給器への経路を提供する。偏向空気がウエハに入るための通路が１０２で示されている。
【００２９】
図７，８，９および１０は、使用することのできる様々なガターの実施態様を示した本発明のガターの上面図である。図７には、リブ６８を有するガター５０が示されている。リブの間隔は、概して、ノズル間の間隔に対応するが、リブの各対の間に１つよりも多くのノズルが存在するようにリブが配置されていてもよい。図７のガターは、インク回収孔５８を備えている。リブ６８は、壁まで延びているものとして示されている。しかしながら、リブが孔５８の領域まで延びていることが可能である。リブ６８の１つの利点は、インク液滴が当たった領域からインクを引き出す通路６７がより小さいため、引き出すのを助けるキャピラリー力を有することである。リブは、液滴がガターに当たった際の液滴の飛び散りの制御も助ける。
【００３０】
図８には、壁１２に窪みが設けられたガター７０の一部が示されている。窪み７２は、好ましくはキャピラリーサイズであり、壁１２の内側からのインクの排出を助ける。ガターの底部にも、図示されていないインク引き出し通路へのインクの移動を助けるキャピラリー通路７４が設けられている。図９には、壁１２の外側５６にキャピラリー通路８２が設けられているガター配置８０の一部が示されている。これらのキャピラリー通路８２は、壁５６の外側に当たったインクのガターの底部への移動を助け、ガターの底部においてインク回収孔５８を通じてインクが引き込まれる。
【００３１】
図１０には、本発明のガター９０の別の実施態様が示されている。実施態様９０は、壁１２の内側にキャピラリー開口部９４が設けられており、壁１２の外側表面５６にキャピラリー溝９２が設けられたインクジェットガターの部分図である。ガター１６には、さらに、キャピラリー溝９８がガターの底部に設けられており、図示されていない回収溝にインクが引き込まれる。キャピラリー溝９８は、壁１２の内側にあるキャピラリー溝９４に対応するように示されているが、実施態様によっては、それらのキャピラリーは互いに対応している必要はない。内側９６および外側５６の両方に開口部９４および９２を有するこの壁１２によって、回収されるべきインクが、回収孔５８を通じて壁の下方に送られることとなり、また、キャピラリー９８および９４の助けによってインクが図示されていない回収通路に送られることとなる。
【００３２】
図１１および１２は、ガターからのインク流の制御を助けるために成形リブ１０２が備え付けられたガターを示す実施態様である。リブ１０２は、壁１２の方に向いている端部１０６で、リブ１０２間に狭幅の開口部１０４を有するような形状に作られている。１０４においてこの流れが狭まることによって、回収通路への吸引に加えてキャピラリー流れの増大が促進される。一般的に、ノズルアレイは、再利用されるべき液滴がリブ１０２間の開口部１０４の近くに当たるように位置する。必要に応じて、プレート４８の壁１０３に、過度に偏向された印刷されなかった液滴からのインクを回収通路２７へ案内するように成形された１つまたは２つ以上の溝１０５を設けることができる。使用される場合には、壁１０３の溝１０５は、幅５〜２５μｍ、深さ５〜２５μｍのものであることができ、プレート４８の壁１０３の高さまで延びていることができる。典型的には、壁１０３は、壁１２と比べた場合、インク流れからさらに離れている。
【００３３】
図１３および図１４には、リブ１６が壁１２と組み合わさるようにリブ１６が延びている本発明の別の実施態様が示されている。インクジェットオリフィスは、再利用のために除去されたインク液滴が、リブが幅広くなっている所に形成された通路１１８に入るように位置合わせされる。リブが幅広くなって狭幅の通路１１８を形成している。本発明のこの実施態様には幾つかの利点がある。１つの利点は、狭幅の通路１１８が傾斜した底部１１４を有することである。底部の傾斜は、深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）形成技術に依存する。なぜなら、狭幅の開口部は、幅広い開口部の場合の速い速度ではエッチングされないからである。従って、リブ１１６間の通路１１７は、リブ１１６のより薄い箇所ほど、リブが狭くなって深くエッチングされていない領域１１８における端部よりも深く、かつ、幅が広い。この利点は、通路端１１８内に当たったインクジェット液滴が集められる場合に、インクジェット液滴が傾斜領域１１４に当たった場合と同じようには飛び散らないということである。リブ１１６間の細長く狭い領域１１８は、インクが集められガターの方に移動する領域からインクを引き出すことも助ける。狭い幅は、キャピラリー効果を促進し、通路内での吸引を増進する。細長く狭い領域における通路の部分は、壁に近接していない通路の部分よりも１０〜４０％小さい深さを有する。
【００３４】
本発明の壁の内側または外側に位置する溝並びにガターの底部に位置する溝は、インクの流れを促進し、好ましくは改善された流れまたはキャピラリー流をもたらすいかなる好適なサイズを有してもよい。ガターの底部にある溝の場合に好ましいサイズは、幅が１０〜５０μｍおよび深さが５０〜３００μｍである。回収のためのインクの最良の移動に最適なサイズは、幅が１５〜２５μｍおよびギャップが７５〜１２５μｍである。壁の溝は、好適には、深さが５〜２５μｍおよび幅が５〜２５μｍである。最良のインク回収に好ましい範囲は、深さが５〜１５μｍおよび幅が５〜１５μｍである。キャピラリー溝は、回収されるべきインクに対して、その回収されるべきインクがガターに到達した後に、消泡効果を提供する。
【００３５】
一体的な壁の幅は、十分な構造強度を提供するのに十分ないかなる好適なものであってもよい。一般的に、壁は、インクジェットヘッドにおける使用のための構造強度を維持したままできるだけ小さく作られる。この壁は、一般的に、５〜２５μｍの幅および１００〜３００μｍの高さを備える。この壁は、長さが１インチから数インチのモノリシックなインクジェットヘッドの長手方向に延びる。壁の上部に当たるインクの量が最小限に抑えられるとともに、長い寿命を得るために十分な構造強度を維持したまま、インクの良好な捕獲をもたらすため、この壁の好ましい幅は約１０〜２０μｍであり、好ましい高さは１５０〜２００μｍである。本発明の壁およびプリントヘッドは、染料インクおよび顔料インクの両方を包含する如何なるタイプのインクとともに使用できる。
【符号の説明】
【００３６】
９ ガター
１０ プリントヘッド
１２ 壁
１４ ガターダクト
１６ ガター
１７ ガター
１８ ノズルアレイ
２２ 空気ダクト
２４ ダクト
２６ ダクト開口部
２７ 吸引
２８ 小さな液滴
３２ 大きな液滴
３６ ノズルプレート
３８ プレート
４２ プレート
４４ プレート
４６ プレート
４８ プレート
５０ プレート
５６ 壁
５８ インク回収孔
６１ プリントヘッド
６２ 主孔
６３ 括弧
６４ ノッチ
６８ リブ
７０ ガター
７２ 窪み
７４ キャピラリー通路
８０ ガターの配置
８２ キャピラリー通路
９０ ガター
９２ キャピラリー開口部
９４ チップ線
９６ チップ線
９８ 通路
９９ インク返送路
１００ ガター
１０２ リブ
１０４ 開口部
１０６ 端部
１１０ ウエハ
１１１ ウエハ
１１２ 酸化物膜
１１３ ウエハ
１１４ ウエハ
１１５ ウエハ
１１６ フォトレジスト
１１７ ウエハ
１１８ 開口部
１１９ プリントヘッド
１２１ マニホールド
１２３ 開口部
１２５ 開口部
１２７ 開口部
１６０ プリンター
１６１ 積層されたサブ層
１６２ 噴出経路
１６４ インクジェットプレナム
１６６ 回収管路
１６８ 記録媒体
１７０ ガス再循環配管
１７２ プリントドラム
１７４ 真空ポンプ
１７６ ガス流
１７８ ガス流
２１０ フィルター
２２０ ポンプ
２５０ シリコンウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット印刷ヘッドの分野に関する。本発明は、特に、改良されたガターを有するインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
Chwalekらに発行された米国特許第６，０７９，８２１号明細書には、選択された液滴の偏向を、オリフィスから出るジェットの非対称加熱により達成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。
【０００３】
Jeanmaireらによる米国特許第６，５５４，４１０号明細書には、選択された液滴の改良された偏向方法が教示されている。この方法は、各ジェットを小さな液滴と大きな液滴に分裂させること、および、液滴の飛行方向に対して空気またはガスの直交流を生じさせることを含み、空気またはガスの直交流が生じることによって、小さな液滴は、ガターまたはインクキャッチャーの方に偏向し、一方、大きな液滴は、ガターまたはインクキャッチャーを回避して媒体に当たり、所望の画像またはその反転像を描く。すなわち、大きな液滴はガターにより捕獲され、小さな液滴は媒体に到達する。
【０００４】
Anagnostopoulosらに発行された米国特許第６，４５０，６１９号明細書には、上記のプリントヘッドに使用できるＣＭＯＳおよびＭＥＭＳ技術を使用したノズルプレートの製造方法が開示されている。さらに、Anagnostopoulosらに発行された米国特許第６，６６３，２２１号明細書には、ページ幅のノズルプレートの製造方法が開示されており、ここで、ページ幅とは、ノズルプレートの長さが約４インチまたはそれよりも長いことを意味する。ノズルプレートは、ここで定義するように、ノズルのアレイから成り、各ノズルは出口オリフィスを有し、出口オリフィスの周りにヒーターが近接して存在する。各ヒーターをアドレスする論理回路およびヒーターに電流を供給するドライバーは、ヒーターと同じ支持体上に位置していても、その外部に存在してもよい。
【０００５】
完全に連続的なインクジェットプリントヘッドの場合、ノズルプレートおよびその関連する電子機器に加えて、選択された液滴を偏向する手段が必要とされ、選択されなかった液滴を集めるためのインクガターまたはキャッチャー、インク再循環または廃棄システム、様々なエアフィルターおよびインクフィルター、インクおよび空気供給手段並びに他の取り付けおよび位置合わせ用のハードウェアが必要とされる。
【０００６】
これらの連続式インクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルプレート中のノズルは、一直線上に配列されており、ノズルは１インチ当たり約１５０〜２４００個であり、出口オリフィスの直径に応じて約１００ピコリットルほどの大きな液滴乃至１ピコリットルほどの小さな液滴を生じる。
【０００７】
先に述べたように、選択された液滴の静電偏向に依存するもの（例えば、Simonらに発行された米国特許第５，４７５，４０９号明細書を参照）を包含する全ての連続式インクジェットプリントヘッドは、選択されなかった液滴を集めるのにインクガターまたはキャッチャーを必要とする。かかるガターは、ノズルアレイに対して慎重に位置合わせされなくてはならない。なぜなら、選択された液滴と選択されなかった液滴の間の角度分離が、通常、たった数度であるからである。位置合わせプロセスは、通常、非常に面倒な手続きであり、プリントヘッドのコストをかなり増加させる。プリントヘッドのコストは、各ガターがそれに対応するノズルプレートに対してそれぞれ一つ一つ位置合わせされなくてはならないことからさらに増加する。
【０００８】
上記のガターまたはキャッチャーは、選択されなかった液滴を集めるのに、ナイフエッジまたは他の何らかのタイプの縁部を含むことがあり、その縁部は、端から端までの数十ミクロンで真っ直ぐでなければならない。ガターは、通常、ノズルプレートとは異なる材料から作られるため、ガターとノズルプレートは異なる熱膨張係数を有し、周囲温度が変化すると、ガターとノズルアレイとは、プリントヘッドの機能不全をもたらすのに十分な配列のずれを生じることがある。ガターは、通常、位置合わせねじを使用してあるフレームに取り付けられ、位置合わせは、輸送中に生じうる衝撃がプリントヘッドアセンブリに加わった場合に失われることがある。ガターが接着剤を使用してフレームに取り付けられる場合には、接着剤が硬化する際の接着剤の硬化中に配列のずれが生じることがあり、プリントヘッド集成中のプリントヘッドの歩留まり低下をもたらす。
【０００９】
米国特許出願第２００６／０１９７８１０号明細書（Anagnostopoulosら）には、一列のインクジェットオリフィスを含む一体的なプリントヘッド要素が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，０７９，８２１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５５４，４１０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４５０，６１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６６３，２２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４７５，４０９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０１９７８１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
プリントヘッドを形成するように組み合わされる微細加工シリコンウエハから形成することのできるモノリシックなプリントヘッドに対して有効なガター配置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を解消することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、高品質な連続式インクジェット印刷品質を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、改良された一体式のプリントヘッドを提供することである。
【００１５】
本発明は、一体式のガターシステムを有するモノリシックなプリントヘッドを含んで成るインクジェットプリントヘッドであって、前記ガターシステムがインク流に近接する端壁を備えており、前記端壁のインク方向に近接する側面が、前記プリントヘッドを通るインク方向に対して概して平行であるインクジェットプリントヘッドを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のガター壁を使用したインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図２】図２は、連続式インクジェットプリンターの概略図である。
【図３】図３は、本発明のインクジェット用ガターの拡大概略図である。
【図４】図４は、上記ガターを有するガタープリントヘッドの概略側面図である。
【図５】図５は、幾つかのプリントヘッドを含むシリコンウエハの図である。
【図６Ａ−６Ｈ】図６Ａ〜６Ｈは、シリコンウエハのエッチングを示す図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、シリコンウエハを組み合わせて一体式のガタープリントヘッドを製造することを示す説明図である。
【図７】図７は、溝を有するガターの上面図である。
【図８】図８は、内側壁溝を有するガターの上面図である。
【図９】図９は、外側壁溝を有するガターの上面図である。
【図１０】図１０は、内側および外側壁溝を有するガターの上面図である。
【図１１】図１１は、成形リブを有するガターの上面図である。
【図１２】図１２は、成形リブを有するガターの斜視図である。
【図１３】図１３は、壁に延びるリブを有するガターの図である。
【図１４】図１４は、壁に延びるリブを有するガターの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、従来のやり方と比べて多くの利点を提供する。本発明のモノリシックな一体式のプリントヘッドは、選択されなかった液滴と選択された液滴との分離の改善を提供する。本発明のプリントヘッドにおいて、選択されなかった液滴はよりガターに到達しやすい。本発明の一実施態様において、選択されなかった液滴は、それらが壁の外側に当たった場合であっても、ガター内に引き込まれる。本発明のガター壁は、シリコンウエハからの形成が可能であるため、その構造は、液滴のためのナイフエッジまたは角度の付いたキャッチャーの形成を必要としない。本発明の構造は、典型的なシリコンエッチング技術、例えば深掘反応性イオンエッチング（deep reactive ion etching）（ＤＲＩＥ）技術により形成することができる。本発明のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１８】
図１には、本発明の壁１２を備えたガターを有することのできるモノリシックな一体式のガタープリントヘッドが示されている。この一体式のプリントヘッドは、当該プリントヘッドに入る偏向空気のためのダクト開口部２６と、偏向空気を２２において除去するための吸引部とを備えている。プリントヘッドは、また、プリントヘッドに入り、ダクト２２へ除去されるべき共線状空気のためのダクト開口部を２４に有する。開口部２６を通って入る偏向空気の一部は開口部２５を通って出て、共線状空気によるポスト偏向（post deflection）をもたらす。ノズルアレイ１８のインクオリフィスは、インク液滴の連続的な流れを放出する。液滴は、２６で入ってくる偏向空気によって小さな液滴２８の流れと大きな液滴の流れに分けられる。図示されているようなプリントヘッドは、シリコン材料の幾つかの層から形成される。これらの層は、ノズルプレート３６と、プレート３８，４２，４４，４６，４８および５０である。一実施態様において、プレート３６は厚さ約３００μｍであり、層３８は厚さ約４５０μｍであり、シリコン層４２は厚さ４５０μｍであり、シリコン層４４は厚さ４５０μｍであり、シリコン層４６は厚さ６５０μｍであり、層４８は厚さ６５０μｍであり、ガター層５０は厚さ４５０μｍである。しかしながら、これらの寸法は、意図する特定の用途に応じて変わる。例えば、これらの寸法は、特定のノズル構造、噴出させるインクのタイプなどに応じて変わるであろう。各個々のプレートまたはウエハに構造および孔を形成するための個別のエッチングの後に、個々の層を組み合わせてモノリシックな一体式のガターユニットにする。特に興味深いのはガタープレート５０であり、用いられるエッチング技術が非常に薄い壁の形成を可能にしたために、ガタープレート５０においては、壁１２がこの層と一体的に形成されている。ガターダクト１４は、概して、約１００〜３００μｍの高さを有し、改善されたキャピラリー流をもたらす。小さな液滴インク２８はガターダクト１４内に集められ、ダクト２７を通じて吸引により回収される。
【００１９】
図１および２を参照すると、本発明の好ましい実施態様において使用される印刷装置（典型的には、インクジェットプリンターまたはプリントヘッド）が概略的に示されている。プリンター１６０は、インクジェットノズルアレイ１８の一部として一体的に形成された一体的偏向ガター壁１２を含む。大容量のインク液滴３２および小容量のインク液滴２８は、噴出流経路１６２に実質的に沿うインク液滴形成機構／プリントヘッド１０から噴出されたインクから形成される。一体的ガター構造体１６６は、ガスを、一体的偏向ガター構造体を通って、異なるサイズのインク液滴を分けるためにインク液滴へ向けて偏向させるための入口プレナム１６４および出口プレナム１６６を含む。一体的ガターは、ガター１６の外側端に近接して位置する薄い壁１２を含む。壁１２の目的は、変位した小さな液滴２８を捕獲するとともに、大きな液滴３２を、プリントドラム１７２により担持された記録媒体１６８へ液滴経路１６２に沿って移動させ続けることである。真空ポンプ１７４は、インク回収管路１６６と連通しており、ガス流１７８のためのシンクを提供する。ガス流１７６による力が加わることで、インク液滴が小さな液滴の経路と大きな液滴の経路に分かれる。ポンプ２２０が空気を引き込み、一方、フィルター２１０は塵埃粒子を除去する。
【００２０】
インク回収ダクト２７は、偏向器１２により回収された液滴を受容するための一体的壁ガター構造１６の出口プレナム１６６に接続されている。インク回収管路２７は、インク回収溜め１８２と連通しており、インク戻り配管１８４による印刷されなかったインク液滴の、その後の再利用のための回収を容易にする。インク回収溜め１８２には、連続気泡スポンジまたはフォーム１８６が入れられ、連続気泡スポンジまたはフォーム１８６は、ノズルアレイ１８が急速に走査される用途でのインクのスロッシングを防止する。インク回収導管１６６内に負圧を生じさせるために、負圧源に接続された真空導管１８８をインク回収溜め１８２と連通させることができ、生じた負圧によって、インク液滴の分離およびインク液滴の除去が改善される。しかしながら、インク回収導管１６６内のガス流速は、大きな液滴の経路を著しく乱さないように選択される。インク回収導管１６６には、インクの霧化により生じるいかなるインク流、または、プレナム１６６内の空気流により捕獲された誤った方向に導かれたジェットを捕獲するために、フィルター１９２およびドレイン１９４が備え付けられている。捕獲されたインクは次に、回収溜めに戻される。
【００２１】
さらに、入口プレナム１６４の一部は、ポンプ２２０およびコンディショニングチャンバ１９０からのガス流のほんの一部の流れを変え、インク回収導管１６６に引き込まれ、次いでガス再循環配管１７０に引き込まれるガスの供給源を提供する。ガター壁１２におけるおよびインク回収導管１６６におけるガス圧は、一体的ガター１６の近傍のプリントヘッドアセンブリにおけるガス圧が、プリントドラム近傍の周囲空気圧に対して正であるように、インク回収導管１６６およびプレナム１６４の構造と関連して調節される。そのため、環境粉塵および紙繊維が一体的壁１２に接近および付着することが妨げられ、そしてさらに、インク回収導管１６６に入ることが妨げられる。
【００２２】
作動時には、記録媒体１６８は、周知の方式でプリントドラム７２により軸１６２を横断する方向に搬送される。記録媒体１６８の搬送は、液滴サイズを制御するために、プリントヘッド／ノズルアレイ機構（図示せず）の移動と調和させる。これは、周知の方式で、図示されていないコントローラを使用して実現できる。記録媒体１６８は、紙、ビニル、布、他の繊維材料などを含む様々な材料から選択できる。
【００２３】
一体的ガター構造１６の回収空気ダクト２７は、ノズルアレイ１８に一体的に形成されている。好ましい実施態様において、共線状空気構造ダクト２４にオリフィスクリーニングシステム（図示せず）が組み込まれていても良い。クリーニングは、ノズルアレイ１８に、構造体２４を通って注入された溶剤をあふれさせることにより達成することができる。使用済みの溶剤は、出口２４２を通じてクリーニング溶剤を真空引きすることにより除去される。
【００２４】
本発明において、ガター構造は、ノズルアレイ１８と一体的に形成される。これは、インクジェットノズル１８と壁１２の間の精度を保つために行われる。本発明の好ましい実施態様において、ノズルアレイ１８は、周知の半導体作製技術（ＣＭＯＳ回路作製技術、微小電気機械構造（micro-electro mechanical structure）（ＭＥＭＳ）作製技術など）を使用して半導体材料（シリコンなど）から形成される。かかる方法は、米国特許第６，６６３，２２１号および第６，４５０，６１９号明細書で説明されており、これらの特許明細書の全内容は本明細書に援用する。しかしながら、当該技術分野で従来知られている任意の作製法を使用して任意の材料からノズルアレイをガター構造と一体的に形成することができるものが特に考えられ、従って、本発明の範囲内にある。
【００２５】
図３は、本発明に係る壁１２およびガター１６の拡大図である。回収されるべき小さな液滴２８は、壁１２の内側で受け取られる。受け取られた液滴は、壁１２に対してメニスカス５４を形成する。インクは、次に、プリントヘッドからインクが引き出される所まで、５２で流れる。壁１２は非常に薄く、プレート５０の底部と一体的な部分を成している。図４は、本発明の壁１２を有するガター１７の別の拡大図である。ガター１７は、壁１２の外側５６に誤って当たった小さなインク液滴２８を回収するための回収孔５８を備えている。壁に当たった後の液滴は、ガターの下方へ流れ落ち、ガターの下方に流れ落ちた液滴は、回収のためにインクを引き出す回収ダクト２７において吸引およびキャピラリー力または毛細管力の作用により回収孔５８に引き込まれる。ガターの底部にある回収孔へのインクの移動を促進するために、壁の外側にキャピラリー通路を設けることが可能である。ノズルのアレイを含むシリコン構造体中のノズルアレイの下方に一連の回収孔が存在してもよい。インク回収孔の数は、一般的に、ノズルの数に対応する。開口部ノッチ６４は、流れからの小さな液滴２８のより早い時点での引き込みを可能にするために形成された部分である。開口部ノッチ６４は、孔３２の出口への共線状の空気と大きな液滴３２の流れにおいて、より早い時点で、移動させるべき小さな液滴２８を主孔６２から出して主孔内の空気の流れから離すことを可能にする。壁１２は、上面１３を含む。
【００２６】
本発明の一体的なガターの付いた装置は、シリコン物品を成形するための周知の方法のうちのいずれによっても形成できる。それらの方法としては、ＣＭＯＳ回路作製法、微小電気機械構造作製法（ＭＥＭＳ）などが挙げられる。好ましい方法は、深掘反応性イオンエッチ（ＤＲＩＥ）法であることが分かった。このプロセスは、他のシリコン形成法と比べて、この装置に必要とされる大きなエッチ深さ（＞１０マイクロメートル）で高アスペクト比構造体の製造を可能にする。幾つかのシリコンウエハをエッチングすることを含み、シリコンウエハを次いで極めて精密な方式で一体化するシリコン材料の作製法は、プリントヘッドのノズル間の距離が正確に制御されるため、プリントヘッドの形成にとって特に望ましい。さらに、正確な方式でシリコン構造体中への流体および空気の操作のための溝が必要である。
【００２７】
積層チップ材料を形成するための方法及び装置は周知である。図６Ａ〜６Ｉには、製造プロセスについての簡単な説明図が示されている。図６Ａには、シリコンにフィーチャーがエッチングされていない単一のウエハ１１０が示されている。図６Ｂでは、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）二酸化ケイ素膜の層１１２がウエハ上に堆積されている。図６Ｃでは、酸化物層は、部分的にエッチングされる領域を画定するためにフォトリソグラフィーを使用してパターン化されている。図６Ｄでは、表面は、エッチングされるべき側でフォトレジスト１１６のパターンによりコーティングされており、フォトレジストの開口部が、エッチングが起こる場所を画定している。図６Ｅでは、ウエハ１１０は、フォトレジストマスクを用いる深掘反応性イオンエッチングプロセスを使用して部分的にエッチングされている。図６Ｆでは、酸化物ハードマスクを使用してさらなるエッチングを行った後、ウエハに形成された孔１１５と、ウエハの除去された部分が１１４で示されている。図６Ｇでは、形成されたウエハを回収するために酸化物膜が除去されており、形成されたウエハはモノリシックな構造の１つの層になる。図６Ｈでは、別のウエハ１１７がウエハ１１０に結合している。シリコンウエハ１１７は、同じプロセスにより既にエッチングされたものである。図６Ｉには、ウエハスケールインテグレーションによる一体的ガター装置の作製の展望拡大図が示されている。図示されているように、エッチングされたウエハ１１１，１１３および１１５があり、これらのウエハは結合して、別個のウエハ１１１，１１３および１１５の個別のエッチングにより開口部が形成されているモノリシックな構造体であるウエハ１１７を形成している。プリントヘッド１１９は、次に、マニホールド１２１に取り付けられる。マニホールド１２１が、プリントヘッドに供給されるべき空気の出入りのための通路となる開口部１２３および１２５を有することが見られる。開口部１２７は、マニホールド中のオリフィスになって、流体をマニホールドに向けさせるか、あるいは、吸引を提供する。図６Ｉは単なる例示である。図１に示したような本発明のプリントヘッドは、一般的に、一体的なガター壁シリコンプリントヘッドのための必要な通路を形成するエッチングが施された少なくとも６層のプレートまたはウエハを必要とする。
【００２８】
図５には、１つのシリコンウエハ積層体２５０にある８つの一体的ガター装置が示されている。括弧６３は、線９４および９６で積層体から分離することのできる１つの装置を示している。プリントヘッドを含むウエハ積層体は、ノズルアレイ１８の列が露出する方式で図中に示されている。ウエハ９０のその他の部分はチップ内にあるが、略図で示されている。通路９８は、共線状の空気が入り、および、クリーニング溶剤が出入りするための通路である。インク返送路９９は、ガターから図示されていないインク供給器への経路を提供する。偏向空気がウエハに入るための通路が１０２で示されている。
【００２９】
図７，８，９および１０は、使用することのできる様々なガターの実施態様を示した本発明のガターの上面図である。図７には、リブ６８を有するガター５０が示されている。リブの間隔は、概して、ノズル間の間隔に対応するが、リブの各対の間に１つよりも多くのノズルが存在するようにリブが配置されていてもよい。図７のガターは、インク回収孔５８を備えている。リブ６８は、壁まで延びているものとして示されている。しかしながら、リブが孔５８の領域まで延びていることが可能である。リブ６８の１つの利点は、インク液滴が当たった領域からインクを引き出す通路６７がより小さいため、引き出すのを助けるキャピラリー力を有することである。リブは、液滴がガターに当たった際の液滴の飛び散りの制御も助ける。
【００３０】
図８には、壁１２に窪みが設けられたガター７０の一部が示されている。窪み７２は、好ましくはキャピラリーサイズであり、壁１２の内側からのインクの排出を助ける。ガターの底部にも、図示されていないインク引き出し通路へのインクの移動を助けるキャピラリー通路７４が設けられている。図９には、壁１２の外側５６にキャピラリー通路８２が設けられているガター配置８０の一部が示されている。これらのキャピラリー通路８２は、壁５６の外側に当たったインクのガターの底部への移動を助け、ガターの底部においてインク回収孔５８を通じてインクが引き込まれる。
【００３１】
図１０には、本発明のガター９０の別の実施態様が示されている。実施態様９０は、壁１２の内側にキャピラリー開口部９４が設けられており、壁１２の外側表面５６にキャピラリー溝９２が設けられたインクジェットガターの部分図である。ガター１６には、さらに、キャピラリー溝９８がガターの底部に設けられており、図示されていない回収溝にインクが引き込まれる。キャピラリー溝９８は、壁１２の内側にあるキャピラリー溝９４に対応するように示されているが、実施態様によっては、それらのキャピラリーは互いに対応している必要はない。内側９６および外側５６の両方に開口部９４および９２を有するこの壁１２によって、回収されるべきインクが、回収孔５８を通じて壁の下方に送られることとなり、また、キャピラリー９８および９４の助けによってインクが図示されていない回収通路に送られることとなる。
【００３２】
図１１および１２は、ガターからのインク流の制御を助けるために成形リブ１０２が備え付けられたガターを示す実施態様である。リブ１０２は、壁１２の方に向いている端部１０６で、リブ１０２間に狭幅の開口部１０４を有するような形状に作られている。１０４においてこの流れが狭まることによって、回収通路への吸引に加えてキャピラリー流れの増大が促進される。一般的に、ノズルアレイは、再利用されるべき液滴がリブ１０２間の開口部１０４の近くに当たるように位置する。必要に応じて、プレート４８の壁１０３に、過度に偏向された印刷されなかった液滴からのインクを回収通路２７へ案内するように成形された１つまたは２つ以上の溝１０５を設けることができる。使用される場合には、壁１０３の溝１０５は、幅５〜２５μｍ、深さ５〜２５μｍのものであることができ、プレート４８の壁１０３の高さまで延びていることができる。典型的には、壁１０３は、壁１２と比べた場合、インク流れからさらに離れている。
【００３３】
図１３および図１４には、リブ１６が壁１２と組み合わさるようにリブ１６が延びている本発明の別の実施態様が示されている。インクジェットオリフィスは、再利用のために除去されたインク液滴が、リブが幅広くなっている所に形成された通路１１８に入るように位置合わせされる。リブが幅広くなって狭幅の通路１１８を形成している。本発明のこの実施態様には幾つかの利点がある。１つの利点は、狭幅の通路１１８が傾斜した底部１１４を有することである。底部の傾斜は、深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）形成技術に依存する。なぜなら、狭幅の開口部は、幅広い開口部の場合の速い速度ではエッチングされないからである。従って、リブ１１６間の通路１１７は、リブ１１６のより薄い箇所ほど、リブが狭くなって深くエッチングされていない領域１１８における端部よりも深く、かつ、幅が広い。この利点は、通路端１１８内に当たったインクジェット液滴が集められる場合に、インクジェット液滴が傾斜領域１１４に当たった場合と同じようには飛び散らないということである。リブ１１６間の細長く狭い領域１１８は、インクが集められガターの方に移動する領域からインクを引き出すことも助ける。狭い幅は、キャピラリー効果を促進し、通路内での吸引を増進する。細長く狭い領域における通路の部分は、壁に近接していない通路の部分よりも１０〜４０％小さい深さを有する。
【００３４】
本発明の壁の内側または外側に位置する溝並びにガターの底部に位置する溝は、インクの流れを促進し、好ましくは改善された流れまたはキャピラリー流をもたらすいかなる好適なサイズを有してもよい。ガターの底部にある溝の場合に好ましいサイズは、幅が１０〜５０μｍおよび深さが５０〜３００μｍである。回収のためのインクの最良の移動に最適なサイズは、幅が１５〜２５μｍおよびギャップが７５〜１２５μｍである。壁の溝は、好適には、深さが５〜２５μｍおよび幅が５〜２５μｍである。最良のインク回収に好ましい範囲は、深さが５〜１５μｍおよび幅が５〜１５μｍである。キャピラリー溝は、回収されるべきインクに対して、その回収されるべきインクがガターに到達した後に、消泡効果を提供する。
【００３５】
一体的な壁の幅は、十分な構造強度を提供するのに十分ないかなる好適なものであってもよい。一般的に、壁は、インクジェットヘッドにおける使用のための構造強度を維持したままできるだけ小さく作られる。この壁は、一般的に、５〜２５μｍの幅および１００〜３００μｍの高さを備える。この壁は、長さが１インチから数インチのモノリシックなインクジェットヘッドの長手方向に延びる。壁の上部に当たるインクの量が最小限に抑えられるとともに、長い寿命を得るために十分な構造強度を維持したまま、インクの良好な捕獲をもたらすため、この壁の好ましい幅は約１０〜２０μｍであり、好ましい高さは１５０〜２００μｍである。本発明の壁およびプリントヘッドは、染料インクおよび顔料インクの両方を包含する如何なるタイプのインクとともに使用できる。
【符号の説明】
【００３６】
９ ガター
１０ プリントヘッド
１２ 壁
１４ ガターダクト
１６ ガター
１７ ガター
１８ ノズルアレイ
２２ 空気ダクト
２４ ダクト
２６ ダクト開口部
２７ 吸引
２８ 小さな液滴
３２ 大きな液滴
３６ ノズルプレート
３８ プレート
４２ プレート
４４ プレート
４６ プレート
４８ プレート
５０ プレート
５６ 壁
５８ インク回収孔
６１ プリントヘッド
６２ 主孔
６３ 括弧
６４ ノッチ
６８ リブ
７０ ガター
７２ 窪み
７４ キャピラリー通路
８０ ガターの配置
８２ キャピラリー通路
９０ ガター
９２ キャピラリー開口部
９４ チップ線
９６ チップ線
９８ 通路
９９ インク返送路
１００ ガター
１０２ リブ
１０４ 開口部
１０６ 端部
１１０ ウエハ
１１１ ウエハ
１１２ 酸化物膜
１１３ ウエハ
１１４ ウエハ
１１５ ウエハ
１１６ フォトレジスト
１１７ ウエハ
１１８ 開口部
１１９ プリントヘッド
１２１ マニホールド
１２３ 開口部
１２５ 開口部
１２７ 開口部
１６０ プリンター
１６１ 積層されたサブ層
１６２ 噴出経路
１６４ インクジェットプレナム
１６６ 回収管路
１６８ 記録媒体
１７０ ガス再循環配管
１７２ プリントドラム
１７４ 真空ポンプ
１７６ ガス流
１７８ ガス流
２１０ フィルター
２２０ ポンプ
２５０ シリコンウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体式のガターシステムを有するモノリシックなプリントヘッドを含んで成るインクジェットプリントヘッドであって、前記ガターシステムがインク流に近接する端壁を備えており、前記壁のインク方向に近接する側面が、前記プリントヘッドを通るインク方向に対してほぼ平行であるインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記壁が、ほぼ平行な両側面と、前記インクジェットプリントヘッドのインク噴出オリフィスの方に向いている露出縁部とを有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記露出縁部が、前記壁の平行な両側面に対してほぼ垂直である、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記壁の少なくとも１つの側面が溝を有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記溝がキャピラリーサイズのものである、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
約５０〜３００μｍの深さと１０〜５０μｍの幅を有する溝が前記壁に近接してガターの底部に存在する、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７】
前記溝が、５〜２５μｍの深さおよび５〜２５μｍの幅を有する、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記壁が幅５〜２５μｍの露出縁部を有する、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記ガターが、前記壁に近接して前記ガターを通るインク移動方向に少なくとも１つのオリフィスを備えている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記ガターが、リブによって複数のインク輸送通路に分けられている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記リブが前記壁まで延びている、請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記リブ間の通路が前記壁に近づくにつれて幅が狭くなっている、請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記通路が、前記壁から離れている部分におけるよりも前記壁に近い通路の狭幅部分における深さがより浅い、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記通路が１０〜１００μｍの幅を有する、請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記インクジェットプリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、前記通路が前記複数のオリフィスの成す平面内に位置する、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
前記インクジェットプリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、狭くなっている通路が前記複数のオリフィスの成す平面内に位置する、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
前記プリントヘッドが、複数のシリコン微細加工部品から構成されたモノリシックな単一集成体を含む、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１８】
前記プリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、前記壁が、当該壁を通過するインク流の間に位置するオープンスロットを含む、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１９】
壁に近接する通路の部分の深さが、壁に近接していない通路の部分の深さよりも１０〜４０％浅い、請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
溝が、プリントヘッドの液滴出口に向かって前記壁の外側にある、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２１】
インクの噴出のための少なくとも１つのオリフィスとガターシステムとを含んで成るインクジェットプリントヘッドを用意し、
前記プリントヘッドから少なくとも１つのインクジェット流を噴出させること、
オリフィスからの前記少なくとも１つのインク流の方向を、前記インク流を横切る少なくとも１つの空気流によって、前記オリフィスからの前記少なくとも１つのインク流の方向を制御して、印刷に使用されるべきでないインク液滴を前記ガターに入れ、印刷に使用されるべき液滴を主クレームから排出させること、
を含み、前記インク方向に近接する壁の側面が前記プリントヘッドを通るインク方向にほぼ平行である、インクジェット印刷方法。
【請求項２２】
前記壁が、前記インクジェットプリントヘッドのインク噴出オリフィスに向いている露出縁部に対してほぼ平行な両側面を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記露出縁部が、前記壁の平行な両側面に対してほぼ垂直である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記壁の少なくとも１つの側面が溝を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
約５０〜３００μｍの深さと１０〜５０μｍの幅を有する溝が前記壁に近接してガターの底部に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記プリントヘッドが、複数のシリコン微細加工部品から構成されたモノリシックな単一集成体を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記プリントヘッドが、複数のインクジェットオリフィスを有し、前記壁が当該壁を通過するインク流の間に位置するオープンスロットを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記溝が、前記ガターシステム内に位置する少なくとも１つの回収孔と流体連通している、請求項２０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２９】
前記ガターシステムがプリントヘッドを通るインク方向に対してほぼ平行であり、かつ、前記端壁から間隔を置いて位置するさらなる壁を含み、前記さらなる壁は溝を含む、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１】
一体式のガターシステムを有するモノリシックなプリントヘッドを含んで成るインクジェットプリントヘッドであって、前記ガターシステムがインク流に近接する端壁を備えており、前記壁のインク方向に近接する側面が、前記プリントヘッドを通るインク方向に対してほぼ平行であるインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記壁が、ほぼ平行な両側面と、前記インクジェットプリントヘッドのインク噴出オリフィスの方に向いている露出縁部とを有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記露出縁部が、前記壁の平行な両側面に対してほぼ垂直である、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記壁の少なくとも１つの側面が溝を有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記溝がキャピラリーサイズのものである、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
約５０〜３００μｍの深さと１０〜５０μｍの幅を有する溝が前記壁に近接してガターの底部に存在する、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７】
前記溝が、５〜２５μｍの深さおよび５〜２５μｍの幅を有する、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記壁が幅５〜２５μｍの露出縁部を有する、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記ガターが、前記壁に近接して前記ガターを通るインク移動方向に少なくとも１つのオリフィスを備えている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記ガターが、リブによって複数のインク輸送通路に分けられている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記リブが前記壁まで延びている、請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記リブ間の通路が前記壁に近づくにつれて幅が狭くなっている、請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記通路が、前記壁から離れている部分におけるよりも前記壁に近い通路の狭幅部分における深さがより浅い、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記通路が１０〜１００μｍの幅を有する、請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記インクジェットプリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、前記通路が前記複数のオリフィスの成す平面内に位置する、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
前記インクジェットプリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、狭くなっている通路が前記複数のオリフィスの成す平面内に位置する、請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
前記プリントヘッドが、複数のシリコン微細加工部品から構成されたモノリシックな単一集成体を含む、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１８】
前記プリントヘッドが複数のインクジェットオリフィスを有し、前記壁が、当該壁を通過するインク流の間に位置するオープンスロットを含む、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１９】
壁に近接する通路の部分の深さが、壁に近接していない通路の部分の深さよりも１０〜４０％浅い、請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
溝が、プリントヘッドの液滴出口に向かって前記壁の外側にある、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２１】
インクの噴出のための少なくとも１つのオリフィスとガターシステムとを含んで成るインクジェットプリントヘッドを用意し、
前記プリントヘッドから少なくとも１つのインクジェット流を噴出させること、
オリフィスからの前記少なくとも１つのインク流の方向を、前記インク流を横切る少なくとも１つの空気流によって、前記オリフィスからの前記少なくとも１つのインク流の方向を制御して、印刷に使用されるべきでないインク液滴を前記ガターに入れ、印刷に使用されるべき液滴を主クレームから排出させること、
を含み、前記インク方向に近接する壁の側面が前記プリントヘッドを通るインク方向にほぼ平行である、インクジェット印刷方法。
【請求項２２】
前記壁が、前記インクジェットプリントヘッドのインク噴出オリフィスに向いている露出縁部に対してほぼ平行な両側面を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記露出縁部が、前記壁の平行な両側面に対してほぼ垂直である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記壁の少なくとも１つの側面が溝を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
約５０〜３００μｍの深さと１０〜５０μｍの幅を有する溝が前記壁に近接してガターの底部に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記プリントヘッドが、複数のシリコン微細加工部品から構成されたモノリシックな単一集成体を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記プリントヘッドが、複数のインクジェットオリフィスを有し、前記壁が当該壁を通過するインク流の間に位置するオープンスロットを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記溝が、前記ガターシステム内に位置する少なくとも１つの回収孔と流体連通している、請求項２０に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２９】
前記ガターシステムがプリントヘッドを通るインク方向に対してほぼ平行であり、かつ、前記端壁から間隔を置いて位置するさらなる壁を含み、前記さらなる壁は溝を含む、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１０−５３２７２１（Ｐ２０１０−５３２７２１Ａ）
【公表日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０８３７２（Ｐ２０１０−５０８３７２）
【出願日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００５８８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４３７８８
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【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１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００５８８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４３７８８
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【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）】
[ Back to top ]