JP2000203012A - インクジェット・プリント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】インクジェット・プリンタで、射出されたイン
クの主インク粒子とサテライトがプリント媒体上の同じ
位置に到着するようにして、特にへッドと媒体の相対速
度が大きくなる高速プリントの際のプリント品質を向上
させる。 【構成・作用】インク粒子を射出するオリフィスを図示
のようにオリフィス面の法線方向に対して傾ける。主イ
ンク粒子92はオリフィスの出口付近にあったインクによ
って主に構成されるので、ほぼ法線方向76に打ち出され
る。一方、あとから出てくるサテライト94はオリフィス
の奥の方にあったインクなので射出方向62の傾きは大き
いが、射出速度は主インク粒子よりも遅い。従って、媒
体16が方向54に移動していると、各種のパラメータを調
節することにより、主インク粒子とサテライトを媒体の
ほぼ同一位置に到着させることができる。

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・プリン
トに関し、更に詳細には高速インクジェット・プリント
に関する。

【０００２】

【従来技及びその問題点】インクジェット・プリンタ
は、多数のプリント目的に有効であることが立証されて
いる。インクジェット・プリンタを含む大部分のプリン
タについてプリント速度を上げることが今なお続いてい
る目標である。更に高い解像度つまりインチあたりのド
ット数（ＤＰＩ）の多い画像マトリックスを与える等に
より優れた画像品質を得ることもまた目標となってい
る。インクジェット・プリンタでは、プリント速度を増
大させるには、プリントヘッドがプリント媒体上を走査
する速度を大きくすることにより達成でき、解像度を高
くするのも、多くの場合、より小さいインク小滴を互い
に更に近接してプリントすることにより達成できる。

【０００３】しかし、非常に高速のプリントは、特に解
像度が高くなっていくという状況では、インクジェット
・プリンタはプリント品質を劣化させる特性を持ってい
ることがわかってきた。通常のオリフィスから小滴を放
出すると、小滴の尾の部分が小滴の頭つまり主要部より
も遅れることがあると信じられている。細長い小滴がプ
リントヘッドから媒体シートに向かって進むとき、表面
張力のため小滴が主小滴と別の随伴小滴に分解する。走
査速度が中程度の場合には、これは問題にはならない。
その理由は、随伴小滴は主小滴により形成された大きい
スポットの内側で媒体に衝突するので、随伴小滴の衝突
する中心位置がたとえ主小滴と同心でなくても、大きい
主小滴により覆い隠されるからである。しかし、走査速
度が大きくなるにつれて、第２の小滴が主小滴の媒体上
での命中位置の中心からますます遠くに衝突する。これ
により、尾部小滴により形成される一方の側に明瞭な突
出部を示す細長いスポットを生ずるようになる可能性が
ある。走査速度が更に高いと、別個のスポットが主スポ
ットから離れた随伴小滴により形成される。この別個の
スポットにより、はっきりした線がぼやけたりまたは鋸
歯状に見えるようになり、またこのようなスポットが予
定外の場所に付着することにより、画像品質が劣化す
る。この問題はＭaze等に与えられた米国特許第5,369,4
28号で論じられている。

【０００４】

【目的】高速プリントに伴うこの問題は、解像度の高い
プリントに必要なインク滴の体積が小さくなるにしたが
って悪化する。インク滴体積が小さくなるにつれて主小
滴と尾部小滴の両部分がともに比例して小さくなるので
はなく、インク滴体積の減少は、尾部分の小滴の体積に
目立った影響を与えずに、主として主小滴部分を減少さ
せることが見いだされている。したがって、解像度が高
い場合の方が、位置のずれた尾部スポットにより作られ
る望まれないプリント上の雑音が、主小滴に比べて、目
立ちまた不快感を与えるようになる。本発明はこの問題
点を解消することを目的とする。

【０００５】

【概要】本発明は、多数のノズルを有するインクジェッ
ト・プリントヘッドをプリント媒体のシートに隣接して
位置決めし、シートまたはプリントヘッドを走査軸方向
に移動させることを含むインクジェット・プリント方法
を提供することにより、従来技術の制限を克服してい
る。インク小滴をノズルの一つから走査軸に垂直な方向
から偏った放出方向に放出させる。小滴は、体積及び方
向の異なる主部分と尾部分を備えており、これらのパラ
メータ及び走査の速度は、両部分が媒体シート上の同じ
場所に当るように選択される。

【０００６】

【実施例】図１は、プリント媒体12のシートが装填され
ているインクジェット・プリンタ10を示す。プリンタ
は、シートを紙または媒体の経路に沿って送る媒体駆動
機構14を備えており、このシートの運動が送り軸16を定
義する。プリントヘッドキャリッジ20は案内棒24の上を
走査軸22に沿って往復し、インク小滴を媒体表面上に放
出して所要プリント画像32を作製するプリントカートリ
ッジ26を移動させる。

【０００７】図２は、プリントカートリッジ26を更に詳
細に示している。カートリッジは、供給用のインクが入
っているかあるいはまたは遠方のインク供給源に接続さ
れたインク室を形成している剛体のハウジング34を備え
ている。プリントヘッド44はハウジングの下方部分を取
り囲み、またインク供給源に接続されている。プリント
ヘッドは、インク供給路を有しまた熱インクジェット・
ペン用発射抵抗器を備えているシリコン・ダイを備えて
いる。オリフィス板50は、ダイの露出面を覆うととも
に、微細な間隔を空けて配置されたインクを放出するノ
ズルつまりオリフィスの配列を形成している。プリント
ヘッドは、各々がオリフィスに対応付けられて蒸気泡を
発生しインクをノズルから変位させてこれをシート16上
に放出する、ダイ上の抵抗性ヒータを作動させることに
より動作する。

【０００８】好適実施例での通常のプリント中、プリン
トヘッドは走査軸に平行な単一走査方向52にだけ直進移
動する。通常の往復運動キャリッジ及び媒体移動機構を
使用する多スウォース（「スウォース(swath)」とはへ
ッドの１回の走査によってプリントされる帯状の領域を
指す）・シート・プリンタでは、キャリッジが、走査方
向のプリント行程と次のプリントスウォースを準備する
反対方向の後退行程を交互に繰り返す。プリントを高速
化するため、後退行程を高加速度で行なうことができ、
プリント中には通常必要な一定速度にする必要はない。

【０００９】代替実施例では、媒体を走査軸方向に移動
しないプリントヘッドに対して移動させることができ
る。このような場合、媒体を走査軸に対して平行であっ
てヘッドの方を走査させるタイプのプリンタで使用され
る走査方向52とは反対の逆走査方向54に移動させる。好
適実施例でのように、プリントはこの方向の運動が行わ
れているときにのみ行なわれる。媒体を移動させて相対
走査運動を発生するこのようなプリンタには、幾つかの
代替実施例がある。

【００１０】たとえば、そのようなプリンタを、プリン
タに対して往復運動する郵便封筒や、組立ライン上の製
品や、あるいはそれと類似のものに、単一行の文字列の
ような高さの限定されたプリント・スウォースを発生す
るのに使用できる。また、このようなプリンタは、各々
が互いに隣接するスウォースをプリントするように、走
査軸に垂直方向に互いに位置をずらした幾つかのプリン
トヘッドを備えることができる。プリント・スウォース
がプリントヘッドの数及び大きさによってだけ制限され
るこのようなプリンタを、複数行の封筒ラベルをプリン
トするのに使用できる。極めて高速のプリンタでは、ペ
ージ幅のプリントヘッド配列によって単一方向プリント
を提供するように動作させてもよい。

【００１１】単一のプリントヘッドを有しまた媒体の運
動によって所要の走査を行なうシート・プリンタでは、
紙を往復移動させてもよいし、あるいは紙の前縁を次の
スゥォースのためプリントヘッドの下の所定位置に戻す
任意の別の手段を採用してもよい。

【００１２】図３Ａに示すように、オリフィス板50は必
要な小滴の方向及び速度を与える重要な形状を有するオ
リフィス60を形成している。図３Ａから図３Ｆでは、媒
体が左から右に反走査方向54に移動する媒体を用いる移
動媒体型の実施例を図示してある。しかし、図示した原
理は、媒体が走査方向については固定され、プリントヘ
ッドが図の右から左に移動する好適実施例にも同様に適
用できる。図示したプリントヘッドオリフィスはいずれ
の実施例にも適している。

【００１３】オリフィスは、板の平面に垂直な方向から
角度がずらしてあるオリフィス軸62を有する円筒孔であ
る。板には媒体16に面しまた媒体に平行な外面64及びプ
リントヘッドの本体に面しまた供給されるインクに曝さ
れている内面66がある。オリフィスには内面に入口孔7
0、及び外面に出口孔72がある。出口孔の中心74は法線
軸76を定義し、入口孔の中心80は、オフセット量82だけ
法線軸からずらしてある。法線軸とオリフィス軸62は、
出口孔の中心74で交差し、オフセット角84だけ互いに角
度的にずれている。オリフィス軸のオフセット角は、移
動媒体を有するこの実施例では反走査方向54の方向にす
らしてあり、両軸は、オリフィス板に垂直で且つ走査軸
に平行な平面に乗っている。

【００１４】図３Ａから図３Ｆはプリント中の単独小滴
を示すように簡略化してある動作の順序を示す。図３Ａ
で、媒体シート16の前縁86は待機中のノズルに近付く。
図３Ｂで、プリントヘッドの抵抗性ヒータがオリフィス
板の上方の発射室（図示せず）中で泡を発生し、インク
滴90が出口孔72から放出されているところである。図３
Ｂは図３Ａよりも後の時間を表しているので、媒体シー
トは反走査方向54にその分前進している。

【００１５】図３Ｃで、シートは更に前進し、小滴90は
オリフィスに残っている供給インクから分離されてい
る。小滴90は本体が軸76に沿った形状を呈している。尾
の部分94は、オリフィスの方に向かって突出し、反走査
方向に傾いているので、ほぼ軸62と整列している。主部
分92を形成しているところの放出インクの最初の量はオ
リフィスの傾斜した形状にはほとんど影響されないと考
えられる。それは、このインクは放出前に外孔の直近に
存在し、オリフィスの深い幾何学的形状に影響されない
からである。しかし、尾部分は傾斜のある経路をたど
る。これは、この部分のインクはオリフィスの深いとこ
ろにあって傾斜のついた経路をたどって出口オリフィス
から放出されることにより引き起こされるからであると
考えられる。この横方向の運動量の影響で、尾部分に横
方向の速度成分が与えられると考えられる。

【００１６】代替実施例では、主部分は精密に垂直経路
をたどる必要はなく、放出された各々の小滴が別々の傾
斜を有する経路をたどるだけでよい。

【００１７】図３Ｄに示すように、小滴は分離されてお
り、主小滴92は、尾部小滴部分94とは別の経路をたどっ
ている。表面張力によって細長い小滴が２つの小滴に分
離されたものと考えられる。また、尾の部分より速い速
度で走行する主部分が先に進むことにより分離を引き起
こしたのだろう。その結果、小滴部分の各々に対応させ
て図示した速度ベクトルにより示すように、主小滴は尾
部小滴より大きい絶対速度を有し、また尾部小滴とは別
の傾斜経路を走行する。尾部小滴はある可能なオリフィ
ス形状について軸62とほぼ同一の経路をたどり、媒体が
向かっている方向（あるいは、キャリッジ走査プリンタ
のプリントヘッドの走査方向とは反対の方向）を目指
す。

【００１８】図３Ｅに進むと、シートは更に前進し、主
小滴部分92が目標位置96、すなわち先の図では図示した
位置の左にあった位置でシートに当たっている。主小滴
部分92はこうしてシート上にスポット100を形成する。
より低速で移動する尾部小滴部分94は、図３Ｆに示した
ように、尾部小滴が媒体面に命中する時点において当該
スポット100が位置する点に向かっている。

【００１９】したがって、尾部小滴は相対的に低速であ
り、したがって主小滴がより直接的で（つまりより垂直
に近い）かつ高速の経路で既に到達しているのと同じ位
置に尾部小滴が到着するように、尾部小滴は十分前方
（媒体運動の方向）を「目指」さなければならない。同
様に、キャリッジ移動方向では、尾部小滴を恰も後方に
向けて相対的に高速の主小滴により形成されたスポット
に命中させる。これを可能にするには、小滴速度を走査
速度よりかなり大きくすべきである。

【００２０】しかし、主小滴を垂直に更に近付ける必要
はない。代替実施例では、主小滴をキャリッジの前方へ
向けて高速で発射し、尾部小滴を、主小滴と同じスポッ
トに当るように、相対的に直接的且つ低速の経路をたど
るようにすることができる。これは、目標を機銃掃射し
てから爆撃する軍用機、つまり、垂直方向に対して大き
な角度で発射される高速発射体と、相対的に垂直方向に
近い経路で落下させる低速発射体、垂直から大きな角度
で発射する高速発射体、に類比できる。いずれの実施例
でも、速い方の小滴を一層「上流媒体」である方向に
（すなわち、未プリント媒体がそこからプリントヘッド
に近付くように見える方向に）発射する。低速小滴は、
「下流媒体」方向に（媒体のプリント済み部分の方に）
速い方の小滴の経路から角度的にずれている。

【００２１】各小滴の速度及び方向、媒体またはキャリ
ッジの走査速度、及びオリフイスと媒体平面との間の距
離は、主小滴及び尾部小滴が整列してプリントされるよ
うに制御しなければならない変数である。尾部小滴は、
理想的なプリント結果を得るためには、完全に中心を同
じくして命中する必要はない。大きい方の主スポットの
半径を「Ｒ」、及び小さい方の尾部スポットの半径を
「ｒ」とすると、両スポット間の中心と中心とのずれは
最大（Ｒ−ｒ）であってよい。（Ｒ−ｒ）のずれ限界点
では、小さい方のスポットは、大きい方のスポットに完
全に囲まれているとともに、大きい方のスポットに内接
している。

【００２２】パラメータを以下のように定義する： θm＝主部小滴に対する垂直方向からの角度 θt＝尾部小滴に対する垂直方向からの角度 νm＝主小滴の速度 νt＝尾部小滴の速度 νs＝プリントヘッドの走査速度 ｈ＝オリフィスと媒体の間の距離 Δ＝媒体上の主小滴の中心と尾部小滴の中心の間の距離 すると以下の式が成立する。 Δ＝［νm・sin(θm)＋νs］・［ｈ／｛νm／cos(θ
m)｝］ー［νt・sin(θt)＋νs］・［ｈ／｛νt／cos
(θt)｝］

【００２３】これに加えて、主小滴及び尾部小滴がプリ
ント媒体上に以下の半径のドットを形成する場合： ｒm＝主ドットの半径 ｒt＝尾部ドットの半径 Δ≦ｒm−ｒtであれば、尾部小滴が主小滴の外周の内部
に隠される。

【００２４】好適実施例は以下のようになる。 走査速度： -0.5m/s（マイナス符号は、走査方向
がノズルの指している方向と反対であることを示してい
る） 主小滴速度： 14m/s 主小滴角度： 1度 尾部小滴速度： 10m/s 尾部小滴角度： 2度 オリフィスと媒体の間隔： 0.00127m（1.27mm） 総小滴体積： 32pl（ピコリットル） 主小滴半径（媒体上）： 25マイクロメートル（0.0000
25m） 尾部小滴半径： 10マイクロメートル（0.000010m） 解像度： 600dpi 画素サイズ： 42.3×42.3マイクロメートル（600DPI平
方）

【００２５】上の実施例では、紙上での主小滴の中心と
尾部小滴の中心の間のおよその距離は4マイクロメート
ルである。これは15マイクロメートル（主小滴の半径と
尾部小滴の半径と差）より小さいから、尾部小滴は隠さ
れる。プリントヘッドが反対方向に走査されれる場合、
主小滴と尾部小滴はほぼ40マイクロメートル離れ、尾部
小滴が明瞭に見えることに注目されたい。

【００２６】図４及び図５は、小滴放出の速度及び角度
を制御するように構成された別々のオリフィス60'、60"
を有する代替のオリフィス板50'、50"を示す。図４で、
オリフィスは、外孔72から内孔70へ向かって法線の角度
が次第に大きくなる傾斜角を有する朝顔形の形状を備え
ている。板50中の板の表面に平行な各レベルで、孔は、
傾斜孔軸線62上に中心がある円形断面を有する。しか
し、図５では、円形断面の中心が曲線上にあるので、孔
の垂直断面の一方の側は凸に曲がり、他方は凹に曲がっ
ている。

【００２７】どんな実施例でも、ノズルは垂直からず
れ、または所要の相異なる複数の小滴角及び速度を発生
するある他の偏心状態を有している。オリフイス板とし
て働く通常のカプトン・フィルムに、レーザがフィルム
に垂直に当たらないようにレーザまたはフィルムに角度
をつけて保持してレーザ孔開けまたはレーザ・アブレー
ションを行うことにより、オリフィスを形成することが
できる。レーザを収束させまた開けるべき孔のサイズ及
びパターンを制御するために、マスクを採用する。これ
らのマスクは、レーザ光を制御可能に屈折させる同心円
形パターンを採用している。傾いた、ずれた、あるいは
他の形態で偏心したオリフィスを形成するため、マスク
に非円形リング・パターン、及び/または取り囲むリン
グの間の間隙が一方の側で他方の側より大きいようにし
て互いに偏心して設けられたリングを設けることができ
る。

【００２８】上では好適実施例及び代替実施例に関して
説明したが、本発明をそのような特定の形態に限定する
意図はないことに注意されたい。

【００２９】以下に本発明の実施態様の例を列挙する。

【００３０】［実施態様１］以下のステップ(a)から(d)
を設けたインクジェット・プリント方法： (a) プリント媒体のシート（12）を準備する； (b) 前記シートに隣接しまた複数のノズル（60）が形成
されたインクジェット・プリントヘッド（44）を準備す
る； (c) 前記シート及び前記プリントヘッドの少なくとも一
方を移動させて走査軸（22）の方向に相対走査移動を行
なう； (d) 前記ノズルからインク小滴（90）を走査軸に垂直な
方向からずれた放出方向（62）に放出する。

【００３１】［実施態様２］前記ステップ(d)は、主部
分（92）及び尾部分（94）を有する小滴を発生するとと
もに前記主部分と前記尾部分を互いに異なる方向に放出
することを含むことを特徴とする実施態様１に記載のイ
ンクジェット・プリント方法。

【００３２】［実施態様３］前記主部分と前記尾部分を
互いに異なる速度で放出することを特徴とする実施態様
１または実施態様２に記載のインクジェット・プリント
方法。

【００３３】［実施態様４］前記ステップ(d)は、初期
小滴部分（92）を放出し、次に尾部小滴（94）部分を前
記初期小滴部分とは異なる方向に放出することを含むこ
とを特徴とする実施態様１から実施態様３のいずれかに
記載のインクジェット・プリント方法。

【００３４】［実施態様５］前記ステップ(c)は、前記
プリントヘッドを前記シートに対して走査方向（52）に
移動させることを含むことを特徴とする実施態様１から
実施態様４のいずれかに記載のインクジェット・プリン
ト方法。

【００３５】［実施態様６］前記ステップ(c)は、前記
シートを前記プリントヘッドに対して反走査方向（54）
に移動させることを含むことを特徴とする実施態様１か
ら実施態様５のいずれかに記載のインクジェット・プリ
ント方法。

【００３６】［実施態様７］前記シートが反走査方向に
移動しているときと前記プリントヘッドが走査方向に移
動しているときの一方のみにおいてプリントを行うこと
を特徴とする実施態様１から実施態様６のいずれかに記
載のインクジェット・プリント方法。

【００３７】［実施態様８］以下の特徴(a)から(d)を有
し、媒体シート上に画像を作製するためのインクジェッ
ト・プリント装置（10）： (a) 媒体経路（16）を画定する本体を有する; (b) 前記本体（44）に接続されたプリントヘッドを有す
る; (c) 前記プリントヘッドと前記媒体経路（16）中の媒体
シート（12）の少なくとも一方を移動させ、前記プリン
トヘッドと前記媒体シートの間に走査軸方向（22）の相
対走査移動を発生させるように動作できる走査機構（2
0）を有する; (d) 前記プリントヘッドには複数の放出オリフィス（6
0）が形成されている； (d) 前記オリフィスの少なくとも１つは、第１の小滴部
分（92）を第１の速度で第１の方向に放出し、第２の小
滴部分（94）を前記第１の速度とは異なる第２の速度で
且つ前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出するた
めの方向付け手段を備えている。

【００３８】［実施態様９］前記オリフィスが、少なく
とも前記オリフィス近傍でオリフィス平面（64）を形成
するオリフィス板（50）中に画定されており、前記方向
付け手段が前記オリフィス平面に垂直な方向からずれて
いる軸（62）を画定する部分を有する通路を備えている
ことを特徴とする実施態様８に記載のインクジェット・
プリント装置。

【００３９】［実施態様１０］前記プリントヘッドが、
前記オリフィスを画定するとともに互いに対向する主表
面（64、66）を備えたオリフィス部材を有し、前記オリ
フィスの各々は前記主表面の一方に入口（70）を有し前
記主表面の他方に出口（72）を有し、前記入口と前記出
口は互いにずれていることを特徴とする実施態様８また
は実施態様９に記載のインクジェット・プリント装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施例を示す図。

【図２】図１のプリンタのプリントヘッドの拡大側面
図。

【図３Ａ】動作の順序を示す側面図。

【図３Ｂ】動作の順序を示す側面図。

【図３Ｃ】動作の順序を示す側面図。

【図３Ｄ】動作の順序を示す側面図。

【図３Ｅ】動作の順序を示す側面図。

【図３Ｆ】動作の順序を示す側面図。

【図４】プリントへッド構成の代替例を示す図。

【図５】プリントへッド構成の代替例を示す図。

【符号の説明】

10 インクジェット・プリント装置 12 媒体シート 16 媒体経路 20 走査機構 22 走査軸 44 プリントヘッド 52 走査方向 60 ノズル 62 オリフィス軸 64 オリフィス表面 66 オリフィス表面 70 オリフィスの入口 72 オリフィスの出口 92 小滴部分 94 小滴部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下のステップ(a)から(d)を設けたインク
   ジェット・プリント方法： (a) プリント媒体のシート（12）を準備する； (b) 前記シートに隣接しまた複数のノズル（60）が形成
   されたインクジェット・プリントヘッド（44）を準備す
   る； (c) 前記シート及び前記プリントヘッドの少なくとも一
   方を移動させて走査軸（22）の方向に相対走査移動を行
   なう； (d) 前記ノズルからインク小滴（90）を走査軸に垂直な
   方向からずれた放出方向（62）に放出する。