JPH04503930A - 多重作動構造を有するバブルジェット方式印刷ヘッド - 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】 改良された　重作動構造を有するバブルジェット方式印刷ヘッド箆酉盆野 本発明はドロップ・オン・ディマント型のインクジェット方式（ここではバブル ジェットと呼称する）の印刷に関し、特に高密度印刷が可能な改良された印刷ヘ ッド構造に関する。

背景技術 一般にバブルジェットの印刷ヘッドにおいては、複数の電気抵抗性のヒータ要素 が支持基板上に形成されており、この基板は例えば金属又はシリコンから成り、 例えば３１０２等の熱抑制用皮膜を有する。こうしたヒータ要素に選択的に電圧 を印加すべく複数の金属電極を形成すると共に、保護膜を此等ヒータ要素及び電 極の上に形成している。印刷用インクは此等ヒータ要素と印刷ヘッドのオリフィ スとの間に供給され、此等ヒータ要素がその隣接するインクを蒸気に急速に変換 させる温度まで選択的に励起され、これにより、衝撃波によってその関連するオ リフィスからインクを噴出させる。

バブルジェット技術の開発及び商業的使用が進むに連れて、こうした装置の分解 能を高める要求が増大してきている。こうした状況において、装置分解能は任意 の印刷領域（例えば線寸法）における画素液滴の数であると考えることができる 。装置分解能を高める１つの方法は、例えば単一のオリフィス列に向かい合う複 数の通路を用いことによって、或は、複数の走査用のオリフィス列を設けること によって、インク液滴を交錯させることである。この手法は単−又は複数の印刷 用ヘッド構造を簡素化するが、別個の通路からの液滴も良好整合させるために、 印刷媒体に相対する印刷ヘッドの正確な位置決めが要求される。

装置分解能を高める他の方法は、単一の印刷ヘッド上における液滴噴出側機構〔 即ち、オリフィス及び関連するヒータ要素〕の線密度を増大させることである。

これは単−或は複数の線形のオリフィス列を用いることで可能である（例えば米 国特許第４，７３４，７１７号を参照のこと）。写真製造技術によってこうした 高密度のオリフィスプレート及びヒータ副機構の構造は可能であるが、装置分解 能に対する現行の限界は、非常に小さなチップ上に形成された非常に多くの加熱 用抵抗体とプリンタ制御装置の電気的なアドレス電子回路とを電気的に接続する 際の困難性によって呈示されている。

非常に多くのアドレス指定用リード線によって呈示される問題を低減するために 、バブルジェット印刷ヘッドの抵抗性ヒータ要素のアドレスを多重送信する（即 ち、励起電流を流すこと）ようにした幾つかの機構が提案されてきている。例え ば米国特許第４，６９５，８５３号には、一方の電極マトリックス部分が抵抗器 ／ダイオードのパターンの下に設けられ、他方の電極マトリックス部分が該抵抗 器／ダイオードのパターンの上に設けられているＸ−Ｙ電極マトリックスを有す るバブルジェットチップ構造が開示されている。これらＸ−Ｙ電極部分は、垂直 方向に配置されたサンドイッチ状の端子を形成している抵抗器／ダイオードの要 素を除いて、電気的な絶縁層によって分離されている。この抵抗器／ダイオード 構造は多重送信を可能とする（そして、アドレスに必要とされるリード線及び端 子を低減している）が、幾つかの問題点を有している。。第１に、この第４．６ ９５．８５３号特許に記載されているように、多重送信中において、ダイオード の上方電極への逆転的な漏電は、電極トレースを破壊する電解腐食を生じ得る。

第２として、ヒータ用の抵抗要素の固定抵抗値を維持しながらダイオードの順方 向抵抗を一様にすることは非常に難しいことが挙げられる。

米国特許第４．７９１，４４０号には非常に多くの液滴噴出場所を有する高分解 能の印刷ヘッドを提供することでこうした問題に対処する他の解決法が開示され ている。この方法においては、液滴噴出場所への電気的接続部の一列をチップの 基板の上部側に設け、他の電気的接続部列を該基板の底部側に設けている。複数 の孔をこの基板材料に穿設して、上部側及び底部側のリード線マトリックスを接 続している。電気的リード線の構成を一層簡素化するために、この方法では更に 多重アドレス機構を設けており、この機構においては、複数のヒータ列が列選択 電圧パルスによって異なる位相で励起され、このパルスは特定の加熱場所データ パルスと組合わされるとインク液滴を噴出するに十分なヒータ電流を提供する。

この第４．７９１，４４０号特許の方法は、基板を貫通する多数の孔を形成し且 つ該基板の両側に写真製造技術的な加工を施す必要があるので、製造するのが困 難である。ある適用例では、チップ底面を介して印刷機に接続することは不可能 である。また、この多重機構は、１つの列の各活性位相の間に、全てのヒータ要 素の不必要な部分的励起を発生する。これにより、溶解しているガスがインクか ら放出され、このガスは、噴出動作やインク充填の障害となる泡を形成する。

発明の開示 本発明の重要な目的は、上述したような従来技術の手法における問題を回避する 高分解能バブルジェット方式印刷ヘッドの改良された構造を提供することである 。本発明の１つの利点は、非常に多くの高密度液滴噴出場所を有するバブルジェ ット方式印刷ヘッドを比較的簡単に製造することを可能にすることである。本発 明の他の利点としては、従来技術の方法に比べて、より信顆性があって効率的に 作動する多重印刷ヘッド構造を提供することである。

白熱灯のようなバブルジェット・ヒータ用の列状抵抗の寿命は、それを作動する 電圧の強度の関数である。従って、こうした要素はできる限りバブル形成の閾値 に近づけて作動させることが望ましい。それらは例えば、閾値を２５％越す場合 に僅か数サイクルの寿命でしかないが、閾値を１０％越す場合には数百刃サイク ルの寿命がある。供給電圧、種々のリード線抵抗、更には閾値電圧には製造公差 があり、望まれることは（バブル形成の閾値に近づけて作動させることによって ）優れた寿命を引き出すことであるので、全ての抵抗変動は最小に保持すべきで ある。半導体ダイオードは、通常の導体とは対照的に温度が上昇すればそれらの 順方向の抵抗が減少するので、こうしたダイオードをインク加熱領域に使用する ことは、もし熱が逃げなければ、回路全体に亙る抵抗変動を引き起こす可能性が 大いにある。従って、長期の装置作動寿命の観点から、第４，６９５，８５３号 特許のような抵抗器／ダイオードの使用は望ましくない。

一つの観点において、本発明は、複数のオリフィス、ヒータ要素を含む薄膜液滴 噴出器、及び該ヒータ要素にインクを供給するマニホルド手段を備える形式のド ロップ・オン・ディマント（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型インタジェット 印刷機用の改良された構造を提供する。この改良された構造は、（１）支持基板 、（ｉ　ｉ）上記基板上に離間して形成された抵抗性ヒータ要素及びダイオード 装置をそれぞれ含む複数の回路分枝を備える第１の回路、（ｉ　ｉ　ｉ）個々別 々の端子領域を除いて第１の回路上に形成された誘電体不動態層、（ｉｖ）上記 不動態層上に形成された複数の多重電極ラインと上記第１の回路の端子領域に接 触すべく該不動態層を貫通して延びる接続部分とを含む第２の回路、及び（ｖ） 上記抵抗性ヒータ要素上に延在することなく上記第２の回路部分上に形成された 第２の不動態層、を含む液滴噴出装置を構成している。

図面の簡単な説明 第１図は本発明を具体化するインクジェット型印刷用カートリッジアセンブリの 分解斜視図である。

第２図は第１図の印刷機アセンブリの液滴噴出装置の回路構成を示す拡大概略図 である。

第３図は第２図に示す回路構成の一部を拡大した横断面図である。

第４Ａ図乃至第４Ｇ図は第３図に示す回路構成部分の連続的な各製造段階を示す 概略平面図である。

発明を実施する態様 第１図は本発明に係るバブルジェット型印刷用カートリッジの一実施例であり、 米国特許第４，７３４．７１７号に記載の印刷用カートリッジの変更例である。

一般に印刷用カートリッジ１０は、キャップ１２を有するインクリザーバ一部分 １１を備え、このキャップ１２には濾過性インク供給開口１３が設けられ、この 開口は供給通路１４を経てマニホルド領域１５に至っている。液滴噴出用チップ １６は、キャンプ上部に設けられており、またマニホルド領域１５にそれぞれ整 合した開口１７を有している。二つの線形のオリフィス列１８ａ、１８ｂを有す るオリフィスプレート１８が、印刷された接着剤パターン１９によって、上記開 口１７と、上記液滴噴出用チップの上面に対応列２０ａ、２０ｂとして形成され た抵抗性ヒータ要素との上方に取り付けられている。第１図に概略的に示される ように、チップ１６は更にアドレス電極群２２ａ、２２ｂと、選択電極群２３゜ ２４とを有する。本発明の重要な観点は、チップ１６の改良された構造及び機能 とその回路構成であり、詳細には上述する。然しながら印刷用カートリッジの概 略的な説明の最後として、インクは例えば毛細管現象作用によってインクリザー バーから抵抗性ヒータ要素の上方領域へ供給されるということを述べておく。パ ルス電流が、駆動回路（不図示）をゲートする情報信号に一致して、チップ電極 を介して上記ヒータ要素へ選択的に送出される。此等パルス電流は抵抗性ヒータ 要素を加熱し、隣接するインクを蒸発させて、その関連するオリフィスから少量 のインク又はインク液滴を噴出させることになる。

第２図を参照すると、破線３０で指示されたチップ１６の一部が拡大された概略 平面図で示されている。この回路構成は、一般的には、基板上に形成されて実線 によって示された第１の回路部分と、（点彩によって示された）第２の回路部分 と、此等二つの回路部分の間にある誘電性の不動態層（不図示）とを備えている 。より詳細には、図示される如く、この第１の回路部分は、相互に間隔をおいて 基板上に形成され且つ電極ライン３５によって連結された抵抗性ヒータ要素３２ とダイオード３３とをそれぞれ有する複数の分枝副回路３１ａ〜３１１を備えて いる（副回路３１ｇ参照）。副回路３１ａ〜３１Ｃ及び３１ｇ〜３１ｉのための 分枝電極ラインは印刷パルス駆動回路（不図示）に接続可能な端子３６−Ａ。

３６−Ｂまで直接的延びている。

上記第２の回路部分は、入力端子３６−Ａ、３６−Ｂを副回路３１ｃ〜３１ｄ及 び３１ｊ〜３１１の各ラインに接続している６つの接続電極部分３７と、副回路 ラインの反対の端部にそれぞれ接続されて副回路選択グループＩ（３１ａ〜３１ Ｃ及び３１ｇ〜３１１）及び副回路選択グループＩＩ（３１ｄ〜３１ｆ及び３］ ｊ〜３１１）を形成している２グループの選択電極３８．３９とを備える。選択 電極３８はグループＩ選択端子４０まで延びており、選択電極３９はグループ■ 選択端子４１まで延びている。上記点彩された第２の回路上の斜線部分は、電極 が上記中間誘電性不動懇層を通って、第１の回路部分の分枝に接触するように延 びている領域を示している。さもなければ此等二つの回路部分はこの誘電性不動 態層によって相互に電気的に絶縁されることになる。

第３図は、第２図の破線ブロック５０内に概略的に示されたような一つの実際的 な回路構造部分の断面を示す。ここにおいて、基板５１は、抵抗性金属層３２（ 例えば、ＴａＡｌ又はＨｆＢ２）が形成された熱制御上面（不図示）を有するガ ラス製又は光沢性シリコン製のチップから構成され得る。電極リード線３５ａ。

３５ｂは、インク加熱領域Ｈの上方を除いて、この抵抗性層の上に形成されてい るので、電流はその加熱領域において、該抵抗性層を通って一方の電極から他方 の電極へ下方に流れることになる。例えばＳｉｎ、から成る第１の不動態層５２ は、領域５３．５４を除いて、電極及びヒータ要素上に形成されている。領域５ ３においては、電極３７の接続部分がアドレス電極３５ａに接触した状態で誘電 性不動態層５２の表面上方に延びて分枝回路３１Ｃ（第３図には示さず）に接続 している。領域５４においては、ダイオード層（例えばシリコン及び金から成る ）が先ず形成され、それからグループ選択電極３８の接続部分が層５２の上方で 端子４０（第３図には示さず）まで延びるように形成されている。そして、第２ の不動態層６０（例えばポリアミド）が、加熱領域Ｈを除いて、領域５３．５４ とこのチップのその他の上面の上方とに形成されている。

第４Ａ図乃至第４Ｇ図に示されるような第３図に示す部分の製造工程を参照する と、本発明に従うチップの構造を理解する助けとなるであろう。第４Ａ図に示す ように、抵抗性物質の層３２を先ず基板５１の表面上の最終的には熱移動領域と なる部分を含む各領域に蒸着形成する。次に第４Ｂ図に示すように、金属電極３ ５ａ及び３５ｂに上記加熱領域における抵抗性物質を通る電流路を画成する端部 を形成する。そして、ダイオード材料５４の単一層又は複数層を第４Ｃ図のよう に電極３５ｂ上に蒸着形成し、誘電性不動態層５２（例えばＳｉＯ□又はＺｒ） を第４Ｄ図に示すようにその表面上に蒸着形成する。

第４Ｅ図を参照すると、不動態層はバターニングされて電極３５ａ及びダイオー ド５４の部分が現れるようにする。この段階において、Ｚｒが層５２を形成する ために使用された場合、Ｚｒは酸化してＺｒＯ２を形成する。そして、電極３７ ．３８を含む第２の回路部分が蒸着形成され、第４Ｆ図の形状にバターニングさ れ、そして最終的には、第２の不動態層６０が蒸着形成され、第４Ｇ図に示され るような微細構成を有するチップを提供するようにバターニングされる。注目す べきことは、層６０はポリアミド又は同等物質でよく、これはそれが熱移動路の 上に形成されることがないためであり、そこには層５２が抵抗性ヒータ要素のた めの保護カバーを提供している。

第２図及び第３図を再度参照すれば、作動に際して、端子４ｏ及び４１には可能 化パルスが続けて印加される。電極３８の機動中、分枝回路３１ａ〜３１ｃ及び ３１ｇ〜３１ｉのダイオードは順方向にバイアスされており、駆動パルスが情報 信号に従って端子３６−Ａ、３６−Ｂに印加された時、此等回路の電極３５は回 路抵抗性ヒータに電流を誘導し、その上に存在するインクを加熱して、オリフィ スプレート１８のそれらインクに対応するオリフィスを介してインク液滴をバブ ルジェットさせることになる。可能化パルスが端子４１に作用すると、電極３９ は分枝回路３１ｄ〜３１ｆ及び３１ｊ〜３１１のダイオードを順方向にバイアス し、端子３６−Ａ及び３６−Ｂに印加された駆動パルスが（接続電極３７を介し て）対応する分枝回路のそれぞれに伝達されて、駆動回路をゲートする情報信号 に一致して上述と同様に液滴噴出を実行することになる。

このように、本発明に従う回路構造の上記実施例は、液滴噴出用チップの両側に バターニング加工を施すことなく、多重作動をなすと云う長所を有している。

更に、本発明の回路構造は熱発生領域から回路上のダイオード要素を削除してい る。上述したように、こうしたことは上記バブルジェット印刷装置等の高いデュ 、−ティーサイクルで繰り返し作動される薄膜回路素子を用いた装置において特 に本発明は、高密度印刷を達成する信頼性ある多重作動用の簡素化されたインク ジェット印刷ヘッド構造を提供することによって、産業上の効果を奏功する。

ＦＩＧ、　２ Ｆｌθ４Ｂ Ｆｌθ４Ｄ Ｆｌθ４Ｅ ＦＩ６．４Ｆ Ｆ／θ４Ｇ ！−約 開示される発明はドロップ・オン・ディマント型のインクジェット印刷機用の多 重液滴噴出構造に関する。この構造は、支持基板と、該基板上に離間して形成さ れた抵抗性ヒータ要素及びダイオード装置をそれぞれ含む複数の分枝を有する第 １の回路部分と、を備える。誘電性不動態層は上記第１の回路部分の分岐の個々 側々の端子領域を除く該第１回路部分上に形成されている。第２の回路は、上記 不動態層上に形成された複数の多重ラインと、上記第１の回路の端子領域に接触 すべく該不動態層を貫通して延びる接続部分と、を含む。第２の不動態層は、前 記抵抗性ヒータ要素上に延在することな（、上記第２の回路部分上に延在してい る。

国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　複数のオリフィス、対応する複数の液滴噴出ヒータ要素を有する薄膜の液 滴噴出装置、及び該ヒータ要素にインクを供給するマニホルド手段を備える形式 のドロップ・オン・ディマンド型のインクジェット印刷機において、該液滴噴出 装置が、 （ａ）支持基板と、 （ｂ）前記基板上に離間して形成されると共に第１の回路分枝電極ラインによっ て端子領域に直列に接続される抵抗性ヒータ要素及びダイオード装置をそれぞれ 含む複数の回路分枝を備える第１の回路部分と、（ｃ）前記第１の回路部分の分 枝の個々別々の端子領域を除く該第１の回路部分上に延在する誘電性不動態層と 、 （ｄ）前記不動態層上に延在する複数の多重電極ラインと、前記第１の回路部分 の端子領域に接触すべく該不動態層を貫通して延びる接続部分とを含む第２の回 路部分と、 （ｅ）前記抵抗性ヒータ要素上に延在することなく前記第２の回路部分上に延在 する第２の不動態層とを備えて成ることを特徴とするインクジェット印刷機。
2. ２．前記第１の回路部分は、少なくとも２つの前記回路分枝を含み、前記第２の 回路部分が、 （ｉ）前記回路分枝の印刷パルス入力側を共通の駆動回路端子に接続する電極ラ インと、 （ｉｉ）前記回路分枝のダイオード出力を別個の可能化端子にそれぞれ接続する 別個の電極ラインとを含むことを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷 機。