JP2000211165A - 交互配列した寸法の異なるインク滴放出器をもつ印刷ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク使用量が少なくてかつ処理速度が早く
中間調印刷が可能なインクジェット印刷装置の印刷ヘッ
ドを提供する。 【解決手段】 印刷ヘッドは異なる寸法の第一、第二イ
ンク滴放出器セットを含む複数のインク滴放出器とそれ
を駆動するアクチュエータを含む。前記第一インク滴放
出器セットと第二インク滴放出器セットが一直線上に配
列され、隣接した異なる寸法の各インク滴放出器によっ
て第一、第二インク滴放出器が交互に配列されたパター
ンが形成される。この時、前記第一の寸法のインク滴放
出器によって形成されたスポット直径Ｄが、同一寸法の
インク滴放出器間の間隔Ｓと定数ａを式Ｄ＝ａＳ（１＜
ａ＜２^１／２）で定義され、隣接した二つの第一の寸法
のスポットと一つの第二の寸法のスポットとの共通する
部分の点が、前記隣接した第一の寸法のスポット間に延
びた縦方向の中心線から距離ｘ＝０．５Ｓ（ａ^２−１）
^０．５の間隔を置いた点で定義される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液体インク印刷
装置と階調印刷に関し、特に異なる寸法のインク滴放出
器をもつインクジェット印刷ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】圧電
式、アコースティック式、相変化ワックス（phase ahan
ge wax-based）式、またはサーマル式などの、連続スト
リームあるいはドロップオンデマンドと呼ばれる種類の
液体インクプリンタは少なくとも一つの印刷ヘッドをも
ち、この印刷ヘッドから記録シートに向けてインク滴が
放出される。インクは印刷ヘッド内部で複数のチャネル
に収容されている。エネルギパルスによって、インク滴
は必要に応じてチャネル末端の開口またはノズルから放
出される。

【０００３】通常サーマル式インクジェットプリンタに
おいては、前記エネルギパルスは、各チャネルに標準装
備された発熱変換器（ｈｅａｔｅｒ ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒ）すなわち抵抗発熱器によって生成される。各抵抗
器を個別に操作することによって各チャネル中のインク
が加熱され、気化させられる。すなわち、選択された抵
抗器の両端に電圧が印加されると、接続されたチャネル
内に気泡が生成する。この気泡はチャネル開口部で先ず
膨張した後しぼむ。このときチャネル内のインクは内部
に引っ込んで膨張しているインクから離れ、それによっ
てチャネル開口から記録媒体に向かって進むインク滴が
形成される。このインク滴が記録媒体に衝突し、インク
のドットすなわちスポットが形成される。この後、液体
インクの供給容器からインクをひき出しつつ、毛管現象
によってチャネルにインクが再充填される。

【０００４】インクジェット印刷ヘッドは一つ以上のサ
ーマル式インクジェット印刷ヘッドダイを含み、この印
刷ヘッドダイが独立したヒータダイとチャネルダイとを
各一つ含む。チャネルダイは流動チャネルの列を含み、
インクはこの流動チャネルによって移送されてヒータダ
イ上に各チャネル毎に設置された抵抗発熱器に接触す
る。さらに、このダイにアドレス回路と駆動用トランジ
スタが集積されることもある。インチ（２．５４ｃｍ）
当たり３００〜６００チャネル程度の解像度のダイアセ
ンブリの生産においては、ダイ当たりのチャネル数は、
現在の技術力では５０〜５００の範囲が好適である。一
つのダイアセンブリ内のチャネル列は一ページ相当の長
さに満たない。このため、合間に紙を進めながら印刷ヘ
ッドをページ端間で走査させるか、あるいは複数のダイ
アセンブリを結合してページ幅の印刷バーを作製する、
のいずれかの措置がとられる。一般にサーマル式インク
ジェットノズルでは一種類の寸法のスポットすなわちド
ットが形成されるため、高品質の印刷には、インチ当た
り４００〜６００チャネル程度の高い解像度で作製され
た流動チャネルおよびこれに付随した発熱器が必要であ
る。

【０００５】インクジェット印刷ヘッドは、カートリッ
ジ型プリンタ、部分幅アレー型プリンタ、またはページ
幅型プリンタのいずれにも組み込むことができる。一般
にカートリッジ型のプリンタは、インクチャネルとノズ
ルを収容した比較的小型の印刷ヘッドをもつ。印刷ヘッ
ドは使い捨て式のインク供給カートリッジに密閉装着さ
れる。印刷ヘッドとカートリッジを一体化したアセンブ
リがキャリッジに取り付けられ、このキャリッジが往復
することで（ノズル列の長さに一致した）情報列が紙や
ＯＨＰフィルムなどの固定された記録媒体上に同時に印
刷される。前記情報列が印刷されると、印刷された情報
列またはその一部の高さに等しい距離だけ紙が進めら
れ、次に印刷された情報列が先の情報列に隣接あるいは
オーバラップするようにされる。この手順がページ全体
が印刷されるまで繰り返される。これに対してページ幅
プリンタは固定された印刷ヘッドを含み、この印刷ヘッ
ドは記録媒体のシート幅または長さの全域を同時に印刷
し得る長さをもつ。記録媒体は、印刷時に印刷ヘッドの
長さ方向とほぼ直角の方向に、ページ幅印刷ヘッドを一
定または可変の速度で連続的に通過する。ページ幅イン
クジェットプリンタについては、例えば米国特許第５，
１９２，９５９号に記載がある。

【０００６】一般に、プリンタによって印刷される情報
は、パーソナルコンピュータなどの画像出力装置から受
信した情報である。通常、この受信情報は、ページ全体
のビットマップなどのラスタ走査像、あるいはページ記
述言語で書かれた画像の形式で供給される。ラスタ走査
像は、画素情報を表すビット群で構成された一連の走査
線を含み、各走査線に含まれた情報に基づいて、１ライ
ン分の情報がページを横切って直線状に印刷される。プ
リンタで印刷可能であるのは、受信したビットマップ情
報、あるいはページ記述言語で書かれた画像情報を画素
情報からなるビットマップに変換した後の情報である。

【０００７】等間隔のノズルを有し、かつ同一寸法の各
ノズルによって同一寸法のインクスポットが形成される
方式の印刷ヘッドをもつプリンタでは、画素は寸法Ｓの
第一の方形格子上に配置される。Ｓは、図２の見本印刷
パターンに示すように、印刷ヘッド上のマーキングトラ
ンスデューサ（ｍａｒｋｉｎｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｓ）またはチャネル間の間隔に概ね一致する。ノズル６
０（模式的に三角形で表す）は、図に示すように記録媒
体の両端を走査方向Ｘの向きに移動する。各ノズルは相
互に所定の距離ｄの間隔（ピッチとも呼ばれる）を置い
ており、このノズルによってインクスポットすなわちイ
ンク滴の群が、格子間隔Ｓの格子上の画素中心６２上に
走査方向と直角方向に被着する。言うまでもなく、格子
間隔Ｓはノズル間隔ｄに依存する。一般にノズルおよび
印刷条件は、格子間隔Ｓの約１．４１４（２の平方根）
倍のスポット径が形成されるように設計または設定され
る。これにより４５度方向に隣接し合った画素同士が接
触し、空白部が完全に埋められる。この印刷方法の欠点
は、スポットラインの縁にギザギザが生じて悪印象を与
えることであり、特に図２に示すように走査方向に対し
て微小に傾斜した直線または曲線部分において著しい。
図２の第二の楕円６６の外側に位置した第一の楕円６４
は、印刷された画像のどの部分でギザギザによる悪印象
がもっとも顕著であるか、を示している。さらにこの図
を基にして、１）第一および第二の楕円で規定される輪
の中にどれだけ空白部が残っているか、２）スポットが
第一または第二の楕円のいずれかの外側にどれだけ多く
はみ出しているか、および３）記録媒体上に被着したイ
ンク量、を検討することで印刷品質が決定される。

【０００８】スポットラインの縁の品質を向上させる方
法の一つに、キャリッジのアドレス性能を高めて走査方
向での格子内の中間位置にドットを配置することがあ
る。解像度を高めることでスポットラインの縁の品質を
向上させることもできる。しかしながら、この方法では
製造工程が複雑化すると共に製造価格が高騰し、さらに
印刷されるスポット数が追加されるために一般に印刷速
度が低下する。

【０００９】図２に示した、前述の印刷ヘッドおよび印
刷方法において、例えば解像度をインチ当たり６００チ
ャネルまで高めれば、十分に高画質のインクジェット像
を印刷することができる。しかしながら、上記印刷ヘッ
ドおよび印刷方法では、階調レベル数、インク節約印刷
モード、および印刷処理量を考慮した場合、必ずしも所
望の画質の画像が得られるとは限らない。

【００１０】大半のサーマル式インクジェットプリンタ
で形成されるインクスポットすなわちインク滴は、全て
同一寸法（約１０％以内のばらつき）であるため、階調
印刷を行うことができない。インク滴の大きさすなわち
スポット寸法は種々の要因で決定され、例えば、発熱変
換器の面積、インク放出チャネルまたはノズルの断面
積、インク滴の形成に必要なパルスの発生条件、および
インク温度などのインク自体の物性がある。パルス発生
条件あるいは印刷中のインク温度の変化によって±約１
０％のスポット寸法の変化が起こり得るが、意図的にス
ポット寸法を変化させても階調印刷に有用な程度の大き
さに至らない範囲では、基本的に所定のスポット寸法が
保たれる。

【００１１】印刷品質、特に階調印刷の品質を向上させ
る別の方法として、本願に引用して援用する、Ｋｎｅｅ
ｚｅｌ他発明の米国特許第５，７４５，１３１号に開示
された、異なる寸法のノズルを用いる方法がある。図３
は、米国特許第５，７４５，１３１号による印刷例であ
る。この図において、あるパターンが第一の複数の開口
６７と第二の複数の開口６８をもつ印刷ヘッドを用いて
印刷され、各開口によってそれぞれ１．４Ｓと１．０Ｓ
の径のスポットが形成される。図２の場合と同様に、第
一の複数の開口６７のノズル間の間隔は距離ｄであり、
第二の複数の開口６８の各ノズル間の間隔も距離ｄであ
る。図３に示した印刷格子は画素中心間距離Ｓの間隔を
もつ。インクジェットプリンタにおいては、複数の開口
の各ノズルが別々に作動されて、走査方向にインク滴が
格子点上に被着していく。先に図２で示した方法に比べ
て、少なくともインク使用量の面で若干有効に空白部を
埋めることができる。第一の楕円６４と第二の楕円６６
の間に、３８の大きいインク滴の画素と１６の小さいイ
ンク滴の画素があり、これにより、実際に使用するイン
クの総量は図２の場合より少ないにもかかわらず、第一
の楕円６４と第二の楕円６６との間がより広範囲にイン
クでカバー（隠蔽）される。第一の複数のノズル６７と
第二の複数のノズル６８における各ノズル数は等しいた
め、紙を印刷ヘッドの半分の長さの距離だけ進めること
で空白部を適正に埋めることができる。

【００１２】この他に、サーマル式インクジェットプリ
ンタおよびその他のインクジェットプリンタによって階
調印刷を行う各種の方法および装置として、インク滴寸
法の変化による階調画像の作成がある。この場合インク
滴寸法は、インク滴を生成する発熱変換器の駆動信号の
変化、あるいは複数の異なる寸法のインク放出用開口を
もつ印刷ヘッドの作製によって変化させられる。

【００１３】例えばＲｅｚａｎｋａ発明の米国特許第
５，４１２，４１０号には、異なる寸法のノズルが寸法
毎に交互配列した印刷ヘッドが開示されている。図４に
示すように、印刷ヘッド３０には、一列に交互配列した
大形のノズル３２と比較的小形のノズル３４が備わる。
各ノズルは中心間に距離Ｓの間隔を置き、大形ノズルお
よび小形ノズルはそれぞれ中心間に距離２Ｓの間隔を置
く。この構成は階調印刷に対して有効であるが、一方で
使用インク量が多量になると共に、印刷処理量すなわち
処理速度が遅くなるという問題が生じる。

【００１４】従って、中間調印刷が可能であって、イン
ク使用量が少なく、かつ処理速度が早いインクジェット
印刷方法が必要である。

【００１５】本発明は、効果的かつ効率的に画素間の空
白部を埋めていくことのできる異なる寸法のノズルをも
つ印刷ヘッドを提供することによって前述の課題の解決
を図るものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による印刷ヘッド
は複数のインク滴放出器を含み、この放出器が、第一の
寸法をもつ第一のインク滴放出器セットと、第二の寸法
をもつ第二のインク滴放出器セットを含む。第一のイン
ク滴放出器セットと第二のインク滴放出器セットは一列
上に配置され、異なる寸法のインク滴放出器が隣接し合
うことにより、第一および第二の寸法のインク滴放出器
が交互に配列したパターンが形成される。

【００１７】第一のインク滴放出器セット内の各インク
滴放出器は軸方向の中心点をもつ。第二のインク滴放出
器セット内の各インク滴放出器も軸方向の中心点をも
ち、この中心点は、第一のインク滴放出器セットの中心
点に対して４５度方向にオフセットしている。

【００１８】インク使用量を最小にするために、同じ幅
のインク滴放出器は相互に距離Ｓの間隔を置き、このイ
ンク滴放出器によって形成されるスポットの径が２
^１／２・Ｓより小さくなるようにされる。

【００１９】好適な実施形態においては、印刷ヘッド
が、移動式のキャリッジおよびコントローラを含む印刷
装置に設置されることが好ましい。前記キャリッジは、
印刷ヘッドを担持してこのヘッドを走査方向に動かす。
前記コントローラはキャリッジに接続されて印刷ヘッド
の動きを制御すると共に、アクチュエータに接続されて
インク滴放出器の動作を制御する。

【００２０】交互配列した異なる幅のインク滴放出器を
もつ印刷ヘッドが、直径Ｄの大インク滴放出器によって
形成されたスポットを放出する。直径Ｄは、同一寸法の
インク滴放出器間の間隔Ｓと定数ａ（１．０＜ａ＜２
^１／２）を式Ｄ＝ａＳにしたがって計算した結果に等し
い。隣接した二つの大スポットと小スポットとの共通す
る部分の点（the point of intersection）は、式ｘ＝
０．５Ｓ（ａ^２−１）^{０ ．５}にしたがって、隣接し合っ
た大スポット間に延びた縦方向の中心線から距離ｘの間
隔を置いた点で生じる。この関係から、最小のインク量
で効率よく空白部を埋める条件が求まる。

【００２１】本発明の他の側面からみれば、異なる幅の
放出器からインク滴を放出する方法であって、前記放出
器は印刷ヘッド上で一直線に交互配列した形で配置さ
れ、前記印刷ヘッドは第一の幅をもつ奇数番号の放出器
と第一の幅と異なる第二の幅をもつ偶数番号の放出器を
含む放出方法が、奇数番号の放出器を連続的に始動して
インクスポットを放出させる工程、偶数番号の放出器を
連続的に始動してインクスポットを放出させる工程、お
よび偶数番号の放出器の始動を制御して放出された奇数
番号のインクスポット間の空白部に偶数番号のインクス
ポットを放出させる工程を含む。偶数番号の放出器の始
動によって、奇数番号の放出器から放出されたスポット
より小さい径のスポットが放出される。

【００２２】好適には、奇数番号の放出器を連続的に始
動する工程と、偶数番号の放出器を連続的に始動する工
程は、単一の印刷経路（printing pass）で行われる。
偶数番号の放出器を連続的に始動する工程は、印刷ヘッ
ドが走査方向に（ｎ＋１／２）画素分の距離を移動した
後に行われる（ｎは整数）。偶数番号の放出器の始動の
制御は、例えば印刷ヘッドを奇数番号の放出器の始動位
置に対して走査方向に遅らせる、あるいは進ませること
によって行われる。

【００２３】

【発明の実施の形態】最初に本発明を簡単に説明する
と、大と小のインク滴放出器を用いた印刷ヘッドによっ
て効率のよい階調印刷が行われる。この印刷ヘッドは、
大と小のノズルが交互に緊密に収納されて配置されてお
り、最小限のインク放出量で最大限の空白部のカバーが
行えるように構成されている。この印刷ヘッドは、１印
刷経路モードあるいは２印刷経路モードのいずれでも動
作させることができる。１印刷経路モードでは、最初に
奇数番号のジェットを作動させ、次いで偶数番号のジェ
ットを作動させることで空白部の完全なカバーが行われ
る。偶数番号のジェットに対する小スポットの位置を調
整することによって、最大限のカバーが得られると共に
ノズル中心間のずれが補正される。また、異なる寸法の
ノズルをもつ印刷ヘッドを、２印刷経路を用いた千鳥形
放出方式によって作動して、スポットを走査方向にオフ
セットさせることもできる。このオフセットは、印刷ヘ
ッドを両経路間で変位させる、あるいは大と小のノズル
群を交互に入れ替えることで得られる。スポットを走査
方向と直角方向に変位させることによってさらに画質を
向上させることができる。前記スポットの変位は、印刷
ヘッドを傾斜させる、あるいは印刷ヘッド上のチャネル
に対してノズルをオフセットさせることで得られる。

【００２４】図１は、インクジェットプリンタ１０の模
式的な部分透視図であり、プリンタ１０は、キャリッジ
レール１６に支持されたキャリッジ１４に搭載されたイ
ンクジェット印刷ヘッドカートリッジ１２をもつ。印刷
ヘッドカートリッジ１２は、サーマル式インクジェット
印刷ヘッド２０に供給するインクを収容するハウジング
１８を含む。印刷ヘッド２０は、プリンタ１０のコント
ローラから電気ケーブル２２を通じて受信した電気信号
の制御に基づいてインク滴を選択的に放出する。印刷ヘ
ッド２０は複数のインクチャネルを含み、このチャネル
によって、インクはハウジング１８から各チャネル毎の
インク放出器（開口またはノズルなど）に移送される。

【００２５】印刷時には、キャリッジ１４がキャリッジ
レール１６に沿って矢印２４の方向に前後（図中左右方
向）に往復すなわち走査する。印刷ヘッドカートリッジ
１２が、印刷用紙あるいはＯＨＰフィルムなどの記録媒
体２６を横切って前後（図中左右方向）に往復する際
に、インク滴は選択されたいずれかの印刷ヘッドノズル
から印刷用紙２６に向けて放出される。インクを放出す
る開口またはノズルは、典型的には走査方向２４に垂直
に一列に配置される。キャリッジ１４が一回通過する
間、記録媒体２６は一定の位置に保持される。キャリッ
ジの一回の通過が終わると、記録媒体２６はプリンタコ
ントローラの制御に基づいてステッピング機構により矢
印２８の方向に進められる。この種の印刷ヘッドおよび
それを用いた印刷方法については、本願に引用して援用
する、米国特許第４，５７１，５９９号および米国再発
行（リイシュー）特許第３２，５７２号に詳細に記載さ
れている。

【００２６】キャリッジ１４は、該キャリッジに取り付
けられたベルト３８に駆動されて走査方向である左右方
向に動く。ベルト３８は、第一の回転プーリ４０と第二
の回転プーリ４２によって動かされる。第一の回転プー
リ４０がインクジェットプリンタのコントローラの制御
に基づいて反転モータ４４により駆動され、さらに歯の
付いたベルトとプーリの組み合わせ機構によってキャリ
ッジが動かされる。ケーブルとキャプスタンの組み合わ
せ、親ネジその他の従来技術で公知の機構を用いてキャ
リッジの動きを制御することもできる。

【００２７】キャリッジレール１６に沿ったキャリッジ
１４の動きおよび／あるいは位置を制御するために、プ
リンタはエンコーダストリップ４６をもつエンコーダを
含み、エンコーダストリップ４６が一連の基準マークの
パターン４８を含む。パターン４８はセンサ５０によっ
て感知され、センサ５０として、印刷ヘッドカートリッ
ジ１４に取り付けられたフォトダイオードと光源の組み
合わせなどがある。センサ５０はケーブル５２を含み、
ケーブル５２を通じて、感知された基準マークパターン
４８を表す電気信号がプリンタコントローラに送信され
る。

【００２８】プリンタコントローラは、任意の周知の制
御システムの一つであり、典型的にはこのコントローラ
によってノズル動作が画像情報に基づいて選択的に制御
される。本発明に適した代表的な制御システムを図５に
示す。図に示すように、プリンタコントローラすなわち
制御システム１２０はクロック１２２を含み、クロック
１２２の出力部が第一のカウンタ（ロムカウンタ）１２
４に接続される。第二のカウンタ（ラムカウンタ）１２
６が第一のカウンタ１２４に直列に接続される。クロッ
ク１２２が一連のクロックパルスを発生し、このパルス
が直列接続された二つのカウンタに送られる。プリンタ
コントローラ１２８は、第一のカウンタ１２４と第二の
カウンタ１２６とを別々の制御ラインから制御する。

【００２９】さらに、制御システム１２０はＲＡＭ１３
０を含み、ＲＡＭ１３０には、データおよび入力ライン
１３２と、コントローラ１２８に接続された読み取りお
よび書き込みライン１３４が接続される。ＲＡＭ１３０
はプリンタインタフェースからデータまたは入力情報を
受信し、プリンタインタフェースはパーソナルコンピュ
ータなどの画像作成システムに接続される。ＲＡＭ１３
０は画像情報を格納し、この画像情報は、文書全体、ま
たは１ライン分の画像情報、もしくは印刷ヘッドにロー
ドされる一回分の画像情報を含む。ＲＡＭ１３０の出力
ライン１３６は、印刷されるビットマップパターンを含
んだＲＯＭ１３７に接続される。格納されたビットマッ
プパターンは、テキスト印刷用の英数字文字からなる、
あるいは種々の階調レベルを表す複数の中間調セルを含
む。

【００３０】動作時には、クロック１２２が一連のクロ
ックパルスを発生し、このパルスが第一のカウンタ１２
４に送られ、さらに第二のカウンタ１２６に送られる。
第二のカウンタ１２６が複数の出力ライン１３８上に１
ワードの情報を発信する。この複数の出力ライン１３８
上のワード情報がＲＡＭ１３０に入力されて、印刷され
る画像の部分が選択される。典型的には、出力ライン１
３８上のワード情報はＲＡＭに格納されるデータのアド
レスを表す。ＲＡＭに格納されたデータは１からＮまで
の数を含む。Ｎは印刷される種々の階調レベルの数であ
る。

【００３１】第一のカウンタ１２４は、ＲＯＭ１３７に
接続された複数の出力ライン１４０を含む。カウンタ１
２４によって前記パターンまたは中間調セルの特定部分
が選択され、この部分がＲＡＭ１３０の出力１３６に基
づいて印刷ヘッドにロードされる。出力１３６は印刷さ
れるビットマップパターンを含むＲＯＭ１３７のアドレ
スを表す。第一のカウンタ１２４がロードされるビット
マップパターンの特定部分を選択すると、ＲＯＭ１３７
が印刷ヘッド２０に接続された第一のデータライン１４
２上に必要なデータを出力し、印刷ヘッド２０によって
大と小のスポットが印刷される。

【００３２】図６に示すように、印刷ヘッド２０は一つ
の印刷ヘッドダイ内に異なる寸法のインク滴放出器すな
わちノズルをもつ。印刷ヘッド２０に出力された情報
は、印刷ヘッド内のシフトレジスタ（図示せず）によっ
てロードされる。上記シフトレジスタおよび本発明に適
した印刷ヘッド用電子回路部品の一例が、本願に引用し
て援用する、Ｈａｗｋｉｎｓ発明の米国特許第５，３０
０，９６８号に記載されている。印刷ヘッド２０へのデ
ータのロードが終わると、次のデータ列が印刷ヘッド２
０にロードされる間に情報がラッチされ、各ノズルから
インクが放出される。数行のデータをＲＡＭ１３０の各
出力用にロードすることもできる。この方法では、プリ
ンタコントローラ１２８によって各濃度レベルに応じた
特定のビットマップの作成は行われない。

【００３３】図６は、交互配列した大と小のインク滴放
出器の好適な構成を示しており、大形ノズル７０が、印
刷ヘッド上で小形ノズル７２に隣接して一列に配置され
ている。この構成では、第一のすなわち大形ノズル７０
の間に小形ノズル７２が緊密に収納されており、ノズル
７０の中心点は距離Ｓの間隔を置いている。したがっ
て、隣接したノズル中心間の距離はＳ／２である。隣接
したノズルの中心間には距離Ｏのオフセットがある。こ
の、小形ノズルが大形ノズル間の隙間に位置した、前記
緊密収納構成では一つの印刷経路でノズルを作動させる
ことができる。また、この緊密収納構成により、高い生
産性を保ちつつ階調表示を行うことができる。全体を組
み上げた機構によって、例えば３００ｄｐｉ（ドット／
インチ）の周期数で、３００×６００ｄｐｉよりも高画
質でかつ６００×６００ｄｐｉの解像度の印刷よりも高
速で、かつ高品質の階調印刷を行うことができる。

【００３４】好適には、例えばＳ＝１／３００インチの
場合、大形ノズルの幅は最大の箇所で最低４０μｍであ
って特に５０μｍが好適であり、小形ノズルの幅は最大
の箇所で最低２０μｍであって特に２５μｍが好適であ
る。ノズル間のチャネルランド（ｃｈａｎｎｅｌ ｌａ
ｎｄ）幅を約５〜６μｍ設けることで十分な封止が行わ
れる。図６に示す三角形のノズルの場合、幅の測定は開
口の底部で行われる。幅５０μｍの大形ノズルに低粘度
のインクと適切な寸法の抵抗加熱器を組み合わせること
で、３００ｓｐｉ（スポット／インチ）で印刷基材上に
被着された、一種類のスポット寸法のスポット間の空白
部が完全に埋められる。３００ｓｐｉでは、同一寸法の
ノズル間の間隔Ｓは約８４．５μｍであり、この間隔内
に５０μｍの大形ノズルと２５μｍの小形ノズルが適合
して収まる。この結果、加熱器の中心とチャネルの中心
は６００ｓｐｉの間隔で配列する、ただし１印刷経路内
での大スポットと小スポットの位置は所望に応じて使い
分けることができる。標準の６００ｓｐｉの印刷ヘッド
において４０〜５０μｍ以上の大きいチャネルを使用す
ることができない先行技術の構成では、この操作は不可
能である。この理由は、各チャネルの中心間隔が４２．
３μｍであること、およびチャネルに信頼性の高い封止
を施す必要があるためである。したがって、異なる寸法
のノズルを緊密に収納するためには、大形ノズルの幅を
Ｓ／２以上にすることが好ましい。

【００３５】一般に、一種類の寸法のスポットが被着さ
れる先行技術の装置では、４５度方向に隣接し合ったス
ポットを確実にオーバラップさせるために、図７（ａ）
に示すように、スポット寸法Ｄは２^１／２・Ｓ（すなわ
ち１．４１４Ｓ）もしくは２ ^１／２・Ｓより若干大きめ
にされる。しかしながら、本発明の緊密収納構成によれ
ば、空白部を埋める上でスポットを２^１／２・Ｓまで大
きくする必要はない。図７（ｂ）に示すように、１．１
Ｓのスポット寸法の大スポットと０．８Ｓのスポット寸
法の小スポットによってさらにカバー効果が促進されて
空白部が完全に埋められ、不正確に被着したスポットも
許容され得る。この場合、小スポットの面積は大スポッ
トの面積の約半分である。別の寸法の大と小のスポット
の組み合わせも可能であり、例えば図７（ｃ）に示すよ
うに１．２Ｓの大スポットと０．６Ｓの小スポットの組
み合わせがある。この場合、小スポットの面積は大スポ
ットの面積の約１／４である。上記各構成においては、
印刷縁端からの小スポットのはみ出しはほとんど起こら
ず、高画質の印刷像が得られる。小スポットのはみ出し
は全体的もしくは部分的には無視し得る。

【００３６】最小のオーバラップで空白部を完全にカバ
ーするための最適な大スポットの径Ｄは、図８に示す方
法で決定される。この決定方法により、カバー性とイン
ク使用量との効率のよいバランス、すなわち最小のイン
ク量でカバーされる最大範囲、が求まる。印刷カートリ
ッジ容量および印刷後に要求されるインク乾燥時間の制
約によって、インク使用量に限界があるために、前記バ
ランスがインク被着における重要なパラメータになる。
インク放出量を減少させることでチャネル中へのインク
再充填が高速化されると共に、一種類のスポット寸法に
よる３００×６００ｓｐｉの印刷よりも高速の印刷が可
能になる。

【００３７】インク量節約の例について述べる。図７
（ａ）に示した、１．４１４Ｓの一様な標準的スポット
寸法をもつ四つのスポット群での全カバー面積（オーバ
ラップ部含む）は２πＳ^２である。これに対して、図７
（ｂ）に示した直径１．１Ｓの四つのスポットと直径
０．８Ｓの四つのスポット群の場合は、全カバー面積は
１．８５πＳ^２である。図７（ｃ）に示した直径１．２
Ｓの四つのスポットと直径０．６Ｓの四つのスポット群
の場合は、全カバー面積は１．８πＳ^２である。このこ
とは、ページ単位あるいは印刷文書全体として見た場合
相当なインク量の節約になることを示している。

【００３８】図７（ａ）の先行技術の例で示した、紙の
空白部を完全にカバーし得る最小寸法のスポットは、全
てのジェットが完全に目標を指向しかつ全スポットが同
一の寸法をもつ場合のものである。図７（ｂ）と図７
（ｃ）の例では、スポットによるオーバラップの範囲が
図７（ａ）の場合よりも広く、その結果若干小さめ、あ
るいは若干指向位置が不正確なスポットがある場合で
も、空白部が完全にカバーされる。それにもかかわら
ず、図７（ｂ）と図７（ｃ）に示した例はいずれもイン
ク使用量が図７（ａ）の先行技術の場合よりも少ない。
完全なカバーを行い得る二種類のスポットの総面積の最
小値を算出して、１スポット寸法構成と２スポット寸法
構成とを比較することで、さらに正確なインク節約量の
比較を行うことができる。

【００３９】図解のために、図８の大スポットの径をＤ
＝ａＳ（１．０＜ａ＜２^１／２）とし、隣接した三つの
スポットの共通する部分の点が、二つの中心点を結ぶ線
からｘ＝０．５Ｓ・（ａ^２−１）^０．５の距離を置いた
点で生じるとする。この場合、小スポットの最小半径は
ｒ＝０．５Ｓ（１−（ａ^２−１）^０．５）になる。大と
小のスポットを完全にオーバラップさせるためには、大
スポットの径が１．２Ｓであれば、小スポットの径（２
ｒ）を最低０．３４Ｓにする必要がある。四つの大スポ
ットと四つの小スポットによる総面積は２πＳ^２（ａ^２
−（ａ^２−１） ^０．５）＝１．５５３πＳ^２になる。大
スポットの径が１．１Ｓであれば、小スポットの径を最
低０．５４Ｓにする必要があり、この構成での総面積は
１．５０３πＳ^２になる。面積の式をａで微分し、結果
を０と置くことによって、最小総面積は、大スポット径
が１．２５^０．５Ｓ＝１．１２Ｓで、小スポット径が
０．５Ｓの時に得られることがわかる。このときの総面
積は１．５πＳ^２である。これから、図７（ａ）の一種
類のスポット径の場合のＤ＝１．４１４Ｓに比べて２５
％のインク節約になることがわかる。実際は、小スポッ
トの場合の被着インク層の厚さは薄いため、インク滴容
量の節約は２５％以上になる。

【００４０】前述の計算で示した、最小のインク使用量
での最適なスポット寸法の組み合わせは、スポット位置
が正確でかつ各スポット寸法が完全に均一であると仮定
してのものであるが、実際の印刷ではスポット位置とス
ポット寸法の両方にばらつきがある。これを補償するた
めに、一種類のスポット寸法をもつ先行技術の印刷ヘッ
ドではスポット寸法を最小スポット寸法よりも若干大き
くする（１０％程度）ことが通常行われている。これに
対応した、二種類のスポット寸法をもつ印刷ヘッドでの
最小のインク使用量における最適なスポット寸法の組み
合わせの場合、指向位置の不正確さとスポット寸法の不
均一さを含む実際の印刷環境における好適なスポット径
の範囲は、大スポットが１．１２Ｓ−５％以上で１．１
２Ｓ＋１５％以下、小スポットが０．５Ｓ−５％以上で
０．５Ｓ＋２０％以下である。この場合においても、あ
る一定量のインクによって異なる紙上に異なる寸法のス
ポットが形成され得ること、およびスポット寸法がイン
クジェット印刷ヘッドの温度の影響によって変化するこ
とは明らかである。

【００４１】特に階調印刷を行うための、異なる寸法の
ノズルをもつ印刷ヘッドによる印刷は二つの印刷経路内
で行い、印刷ヘッドが両経路間で１画素分の距離だけ変
位して、大と小のインク滴の両方が印刷格子を覆うよう
にする。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、こ
の方法の場合、大と小のインク滴は同じ格子上に配列す
る。画素の変位は二種類の紙送り距離、すなわち左方か
ら右方の経路への一画素分の距離の送りと右方から左方
の経路への（Ｎ−１）画素分の距離の送りを用いて行わ
れる。Ｎは印刷ヘッド内のジェットの総数である。

【００４２】また、使用されるジェットの総数が２で割
り切れて４で割り切れない数であれば、一種類の紙送り
距離を用いて画素を変位させることもできる。例えば、
印刷ヘッドが、交互配列した大と小のチャネルをもつ１
２８のジェットを備えている場合は、１２６のジェット
のみが使用される。したがって紙送り距離は６３のジェ
ット間隔の和になる。これによって大および／あるいは
小のスポットをあらゆる格子点の位置で印刷することが
できる。印刷処理量の損失分はわずかに２／１２８であ
って、２％より小さい。補助的な画素を用いて印刷ヘッ
ド経路を縫い合わすように印刷することもできる。

【００４３】図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すよ
うに、小インク滴が大インク滴に対して１／２画素分の
距離だけ横（水平）方向にオフセットしていれば、階調
の範囲をさらに追加することができる。この階調範囲の
追加は、千鳥形放出方式によってスポットを放出するこ
とで得られる。この放出方式によって、最初に全部の大
インク滴を放出し、次いで小インク滴を放出することで
小インク滴を１／２画素分の距離だけオフセットさせる
ことができる。ジェット数１２８の印刷ヘッドにおいて
同時に四つのジェットで印刷を行う場合のジェットの放
出順序は、１，３，５，７；９，１１，１３，１５；
…；１２１，１２３，１２５，１２７；２，４，６，
８；…；１２２，１２４，１２６，１２８になる。全部
の大インク滴の印刷が、通常のインク滴中心での印刷周
期の半分の時間内で行われ、小インク滴の印刷は、印刷
ヘッドが紙を横切って１／２画素分の距離だけ移動した
後に始まる。この結果、図１０（ａ）および図１０
（ｂ）に示すように、インク滴は自動的に横（水平）方
向に１／２画素分の距離だけオフセットする。

【００４４】千鳥形放出方式を用いた別の印刷方法とし
て、大と小のノズル群を交互に作動させる方法がある。
この方法では、大きい（奇数の）画素列と小さい（偶数
の）画素列が交互に印刷される。ただし大と小のインク
滴は隣接していない。最初に大インク滴の列が放出され
た後、印刷ヘッドを中間位置に下げてから小インク滴が
放出される。大と小のインク滴列を交互に入れ替えて印
刷ヘッドを下げつつ、上記手順が繰り返される。下方の
列の印刷が終わると、大または小のノズルが印刷ヘッド
の上方にラップアラウンドし直す。印刷ヘッドを一画素
分の距離だけ傾斜させると、小インク滴は１／２画素分
の距離だけ自動的にオフセットする。この場合、ノズル
開口はバーに沿って整列しているが、ノズル高さが異な
るために走査方向と直角方向にオフセットＯだけずれた
配列になる。このノズル中心の高さの違いによって、大
インク滴に対する小インク滴の位置が若干不正確にな
る。前記高さの違いは走査方向のものであるため、小イ
ンク滴ジェットの作動を若干遅らせる、または進めるこ
とによって、前記ノズル開口の配列ずれが補償されると
共に、異なる寸法のインク滴を正確に被着させることが
できる。上記千鳥形放出方式によって小画素を大画素よ
りも先行させることで前記配列ずれは補償される。

【００４５】例えば、ノズル寸法が２５および５０μｍ
であれば、前記中心高さの差は１２μｍ（０．０００５
インチ）になる。３００ｓｐｉのプリンタの場合、６ｋ
Ｈｚでジェットを作動させた場合、毎秒２０インチのキ
ャリッジ速度が必要になる。この印刷ヘッドの場合、約
２５μｓｅｃで１２μｍの中心高さの差が補償される。
したがって、小ノズルを大ノズルに対して（印刷ヘッド
の向きと走査方向に応じて）２５μｓｅｃ先行もしくは
遅延して作動させれば、標準的な放出手順を表す図１１
（ｂ）の画素配置パターンが得られる。これにより大と
小の画素の各々を同一の中心上に配置することができ
る。その時、隣接した画素を同時に放出する必要がなく
なる。

【００４６】前述のいずれかのジグザク形放出方式を用
いて大と小のインク滴を１／２画素分の距離だけオフセ
ットさせるためには、隣接した小と大のジェットを、印
刷ヘッドの向きおよび走査方向に応じて、８３μｓｅｃ
（印刷周期の１／２）±２５μｓｅｃの間隔で作動させ
る必要がある。この方法は大と小のノズルをもつあらゆ
る種類の印刷ヘッドに適用でき、大と小のノズルが交互
配列した印刷ヘッドに限定されない。

【００４７】小インク滴が、走査方向に加えて走査方向
と直角方向にもオフセットしていれば、画質はさらに向
上する。これにより、階調印刷機能が高まると共に、完
全なカバーを行う上でのインク量が大幅に減少する。図
１１（ａ）に示すように、通常は縦向きの印刷ヘッドを
走査方向に対してθ＝４５度傾斜させることによって、
直交した両方向のオフセットを生じさせることができ
る。傾斜角度を大きくすることにより解像度はさらに高
まる。小スポットは、大スポットの間隔の１／２の距離
だけ自動的に両方向にオフセットして被着する。大と小
のノズルをわずかに千鳥状に作動させることが、走査方
向のノズル高さのオフセットを補償する上で必要であ
る。

【００４８】大ノズルは印刷ヘッド上で距離Ｓの間隔を
もつ。印刷ヘッドを４５度傾斜させると、図１１（ｂ）
に示すように、印刷された大スポット間の間隔は（Ｓ／
２）・２^１／２になる。３００ｓｐｉの間隔の大スポッ
トを紙上に形成するには、例えば８４．５×１．４１４
＝１１９．５μｍ間隔で大ノズルを中心に据えて、その
中間に小ノズルを設置する必要がある。

【００４９】この他に、印刷ヘッドを傾斜させずに走査
方向と直角に小画素をオフセットさせる別の方法とし
て、図１２（ａ）に示すように、小ノズルをチャネルに
対して中心をずらして設置することによって大と小のイ
ンク滴を変位させることがある。例えば、３００ｓｐｉ
の印刷ヘッドでＳが８４．５μｍの場合、チャネル径を
７０μｍにして、二種類のノズル寸法をそれぞれ２０μ
ｍおよび４０μｍにする。各ノズル中心が相互に最大限
オフセットしている場合、間隔は４５μｍになる。この
間隔はＳのほぼ１／２に等しい。二つの印刷経路を用い
て、奇数番号の画素分の距離だけ紙を進めた後、大と小
のインク滴を千鳥に印刷することによって、図１２
（ｂ）および図１２（ｃ）に示すように、小インク滴を
大インク滴に対して両方向に１／２画素分の距離だけ変
位させることができる。

【００５０】本発明によれば、交互配列した大と小のノ
ズルをもつ印刷ヘッド２０を操作して、一つの印刷経路
で印刷を行うようにすることもできる。印刷される画素
のオフセット量（本実施例の場合は０．５Ｓ）はノズル
位置によって設定される。上記オフセットは、最初に全
部の奇数番号のジェット（大ノズル）を作動し、次いで
全部の偶数番号のジェット（小ノズル）を作動すること
で得られる。例えば、八つのジェットを同時に作動させ
たとすると、２５６のインク滴放出器（１２８の大イン
ク滴と１２８の小インク滴）をもつ印刷ヘッドにおける
作動順序は、１，３，５，７，９，１１，１３，１５；
…２４１，２４３，２４５，２４７，２４９，２５１，
２５３，２５５；２，４，６，８，１０，１２，１４，
１６；…２４２，２４４，２４６，２４８，２５０，２
５２，２５４，２５６になる。全部の大インク滴が、通
常のインク滴中心での印刷周期の半分の時間内で印刷さ
れる。小インク滴の印刷は、印刷ヘッドが紙を横切って
画素の半分の距離だけ移動した後で始まる。この方法に
より、空白部が完全に埋められると共に一つの印刷ヘッ
ド経路上での階調表示が可能になる。

【００５１】最初に大インク滴のセット全体を作動さ
せ、次いで小インク滴のセット全体を作動させること
で、小インク滴の位置を調整することができる。長い大
チャネルの中心線と短い小チャネルの中心線の位置は若
干（オフセットＯだけ）異なっているために、この機能
はきわめて有用である。上記中心線のオフセットは、小
チャネル群の作動を大チャネル群の作動に対して（走査
方向に応じて）遅延、もしくは先行させることによって
補正することができる。

【００５２】上記の単一印刷経路方法（single pass me
thod）は、同じ印刷周期数をもつ同じ寸法の印刷ヘッド
で３００×６００ｓｐｉの印刷を行う場合と同一の処理
速度をもつ。この印刷速度の差は、上記方法では２種類
の１２８のジェットセットが作動されるのに対し、前記
３００×６００ｓｐｉの印刷ヘッドの場合は、同一の１
２８のジェットセットが走査方向に１／３００インチ進
められて繰り返し２回作動されることに基づく。同じ印
刷長（すなわち２５６のジェット）に加えて同じ周期数
をもつ６００×６００ｓｐｉの印刷ヘッドの場合は、印
刷処理速度は半分でしかない。この理由は、２５６のジ
ェット全部が作動された後の走査方向の送り距離が１／
６００インチに制限されるためである。

【００５３】さらに、異なるパルス発生条件（パルス幅
および／あるいは電圧）を大と小のインク滴放出器に適
用することで、放出されたインク滴の寸法決定が助長さ
れる。大インク滴は大インク滴放出器によってのみ（小
インク滴は小インク滴放出器によってのみ）作動される
ため、異なる抵抗器を備えた異なる寸法の発熱器を用い
た二種類のインク滴放出器の設計が可能になる。大と小
のスポット寸法を種々組み合わせた中間調セルによって
きわめて多くの階調レベルが得られるため、大と小のス
ポットの組み合わせによってなめらかな画質の再生像が
得られる。

【００５４】さらに別の印刷法として、複数の印刷経路
を用いて印刷媒体上のオフセットした各格子点に大、小
いずれかのスポットを指向させ、印刷ヘッドの進行にし
たがって小スポット列を大スポット列に整列させて連続
的に被着させていくことがある。この方法の場合は前述
の単一印刷経路方法に比べて処理速度が遅くなる。

【００５５】特定の実施形態を参照して本発明の説明を
行ったが、従来技術により多くの代替や、修正および変
形が可能なことは明らかである。例えば、本発明は、走
査型キャリッジプリンタだけでなく、部分幅走査型印刷
ヘッド、ページ幅型印刷ヘッド、および全幅アレー型せ
り持ち（abutable）式印刷ヘッド等も含む。本発明を単
色の印刷ヘッドあるいはセグメント分割された印刷ヘッ
ドに適用して各色の印刷を行うこともできる。また、前
述の実施形態ではサイドシュータ（ｓｉｄｅｓｈｏｏｔ
ｅｒ）型の印刷ヘッドを例として用いたが、ノズルが二
次元配列したルーフシュータ（ｒｏｏｆｓｈｏｏｔｅ
ｒ）型の印刷ヘッドに本発明を適用することもできるこ
とは明らかである。したがって本発明は、添付した特許
請求の範囲内でのあらゆる代替、修正、および変形を包
含するものである。また、その他の本発明の目的、効
果、および特徴は、上述の記述、特に添付図に基づく検
討により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を包含するインクジェットプリンタの
模式的な部分透視図である。

【図２】 同一寸法のインク放出ノズルをもつ印刷ヘッ
ドによって形成されたテストパターン内のインクスポッ
トの位置を示す説明図である。

【図３】 二つの異なる寸法のインク放出ノズルをもつ
印刷ヘッドによって形成されたテストパターン内のイン
クスポットの位置を示す説明図である。

【図４】 交互配列した形に配置された異なる寸法のノ
ズルをもつ印刷ヘッドの前面図である。

【図５】 本発明による制御システムの模式的ブロック
図である。

【図６】 本発明による交互配列した異なる寸法のノズ
ルの模式図である。

【図７】 同一寸法のノズルをもつ印刷ヘッドから放出
されたスポットのパターンを示す説明図及び本発明によ
る異なる寸法のノズルをもつ印刷ヘッドから放出された
スポットのパターンを示す説明図である。

【図８】 本発明によるスポット間の最適な間隔とオー
バラップの条件を決定する方法を示す模式図である。

【図９】 本発明による千鳥形放出方式によって、第一
および第二の印刷経路の各々に形成されたスポットのパ
ターンを示す図である。

【図１０】 本発明による千鳥形放出方式によって、第
一および第二の印刷経路の各々に形成されたスポットの
別のパターンを示す図である。

【図１１】 本発明による放出方法で使用される傾斜し
た印刷ヘッドを示す説明図及び前記印刷ヘッドによって
放出されたスポットのパターンを示す説明図である。

【図１２】 本発明による交互配列した異なる寸法のノ
ズル群であって、該ノズルに接続されたチャネルの中心
に対してオフセットしたノズルをもつノズル群を示す模
式図、及び本発明によって、第一および第二の印刷経路
の各々に形成されたスポットのパターンを示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ プリンタ、１２ カートリッジ、１４ キャリッ
ジ、２０ 印刷ヘッド、２６ 記録媒体、７０ 大形ノ
ズル、７２ 小形ノズル、１２０ プリンタコントロー
ラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド アレン マンテル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ロチェ スター ヤーマス ロード 275 (72)発明者 ジェームス エフ オニール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ペンフ ィールド パイン ブルーク サークル 60 (72)発明者 トーマス エイ テレイアー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ウルコ ット パインウッド ドライブ 11794 (72)発明者 スティーブン ジェイ ハーリングトン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ウェブ スター バーネット ロード 251

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を放出して印刷基材上にスポッ
   トを形成する印刷ヘッドであって、 第一の寸法をもつ第一のインク滴放出器のセットと第二
   の寸法をもつ第二のインク滴放出器のセットを含む複数
   のインク滴放出器であって、前記第一のインク滴放出器
   セットと前記第二のインク滴放出器セットは一直線上に
   配列され、隣接した異なる寸法のインク滴放出器によっ
   て第一および第二の寸法のインク滴放出器が交互に配列
   したパターンが形成され、前記第一の寸法のインク滴放
   出器によって形成されたスポットが直径Ｄを有して、直
   径Ｄは、同一寸法のインク滴放出器間の間隔Ｓと定数ａ
   を式Ｄ＝ａＳ（１＜ａ＜２^１／２）にしたがって計算し
   た結果に一致し、隣接した二つの第一の寸法のスポット
   と一つの第二の寸法のスポットとの共通する部分の点
   が、式ｘ＝０．５Ｓ（ａ^２−１）^０．５にしたがって、
   前記隣接した第一の寸法のスポット間に延びた縦方向の
   中心線から距離ｘの間隔を置いた点で生じるインク滴放
   出器と、 インク滴放出器の各々に接続され、前記インク滴放出器
   を選択的に作動させてインク滴を放出させるアクチュエ
   ータと、 を含むことを特徴とする印刷ヘッド。