JP2001191559A - コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 受像体上の画素の大きさを略一定に保ちつ
つ、様々な明暗度のドットの色付きのパターンが受像体
上に配置されるよう画質が改善され、インクを無駄にせ
ずに印刷ヘッドをクリーニングしうるコンティニュアス
カラーインクジェット印刷のための装置及び方法を提供
する。 【解決手段】 電子印刷装置用のコンティニュアスカラ
ーインクジェット印刷ヘッド４０は、ノズル４２、加圧
されたインク源４６，４８、及び、ノズルと夫々連通す
る複数の流路６１，６２をその中に有する印刷ヘッド面
５０からなり、各流路はマイクロバルブ５２，５６を通
じて加圧インク源に接続され、それにより加圧インク源
からのインクが流路を通って流れ、その後、加圧インク
源が特定の閾値圧力に達したときにノズルから吐出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット印
刷のための装置及び方法に関する。特に、本発明はカラ
ーインクジェット印刷のための装置及び方法に関する。
更に特定的には、本発明は、流体を含むインクをキャリ
ア流体と飛翔中に混合させることによって制御された可
変の飽和度のカラー印刷を行なうコンティニュアスカラ
ーインクジェット印刷ヘッドに関連する。

【０００２】

【従来の技術】現在のカラー印刷は、インクジェット印
刷技術に大きく依存している。本願では「インクジェッ
ト」という用語は、サーマルインクジェット、圧電式、
コンティニュアス式を含むが、これらに限られるもので
はない、全てのドロップ・オン・デマンド又はコンティ
ニュアスインクジェット推進システムを含むことが意図
される。インクジェットプリンタは、画像毎に紙といっ
た受像媒体上にインク小滴を吐出することによって受像
体上に画像を生成する。普通紙上に印刷する能力のほか
に、ノンインパクト型であり、雑音が少なく、エネルギ
ー使用量が少なく、動作にかかる費用が低いという利点
は、市場でインクジェットプリンタが広く受け入れられ
る大きな要因である。

【０００３】現在の市場では、２つのタイプのドロップ
・オン・デマンド式のインクジェットプリンタが優位を
占めている。ドロップ・オン・デマンド式の「サーマ
ル」インクジェットプリンタは、小さな体積のインクを
急速に加熱することでインクを気化及び膨張させ、それ
によりインクをオリフィス又はノズルを通じて吐出させ
ることによって動作する。吐出されたインクはその後、
受像媒体の選択された領域上に着弾する。かかるオリフ
ィス又はノズルの配列を受像体を通過するよう動かすよ
うな順序づけられた動作により、受像体上にインクのド
ットパターンが書かれ、文字又は絵的な画像が形成され
る。印刷ヘッドは、一般的にはインク貯蔵部と、気化が
生ずる領域にインクを補充する流路とを含む。サーマル
インクジェットヒータ、インク流路、及びノズルの配置
の一例は、１９８９年１１月２１日にTruebe外に対して
発行された「Hydraulically Tuned Channel Architectu
re」なる名称の米国特許第４，８８２，５９５号に開示
されている。

【０００４】一方、ドロップ・オン・デマンド式圧電プ
リンタは、各ノズル用の別々の圧電トランスデューサに
よって動作し、それにより滴を吐出するための圧力パル
スを発生する。１９７６年３月２３日にKyser外に対し
て発行された「Method and Apparatus for Recording w
ith Writing Fluids and Drop Projection Means There
for」なる名称の米国特許第３，９４６，３９８号は、
かかる圧電式印刷装置を記載している。Kyser外の特許
は、圧電結晶に対して、結晶を屈曲させる高い電圧が印
加されるドロップ・オン・デマンド式インクジェットプ
リンタを開示している。結晶が屈曲されると、圧力が印
加され、その後、要求に応じてインク貯蔵部のインク滴
がノズルから吐出される。熱式及び圧電式のいずれのタ
イプのプリンタにおいても、幾つかの（例えば一般的に
は３つの）カラーインク貯蔵部及び関連付けられるノズ
ル及び吐出機構を付加し、それにより様々な色のドット
が適当な受像媒体上に重ねられることによって演色が行
われる。

【０００５】コンティニュアスインクジェットシステム
は、例えば圧電トランスデューサによってノズルを周期
的に摂動させることによって発生されるインク滴の連続
的なストリームを形成する。コンティニュアスインクジ
ェットプリンタは、このようにインク小滴がストリーム
の形状で吐出される位置に近接して配置される静電耐電
トンネルを用いる。選択された小滴は、帯電トンネルを
介して帯電される。帯電された小滴は、板間に所定の電
位差がある偏向板によって下流に偏向される。

【０００６】帯電された小滴を遮断するためにガッタが
使用されうるが、帯電されていない小滴は自由に記録媒
体に当たる。印刷に使用されない滴は、ガッタに移さ
れ、再利用されうる。かかるコンティニュアスインクジ
ェット印刷システムは、高い頻度でインク滴を生成する
ため、他の印刷システムよりも有利である。しかしなが
ら、コンティニュアスインクジェット印刷システムは、
複雑な電極及び高い電磁場を必要とし、更に、使用され
ないインクを再利用するためのかさばる厄介なインク再
循環システムを必要とする。

【０００７】上述の印刷技術は、連続的な色調（即ちグ
レースケール）及び色再現を達成する困難性を含む幾つ
かの欠点を有する。連続的な色調の色再現を達成するた
めにディザ法が使用されうる。しかしながら、ディザ法
を用いると解像度は低くなる。連続的な色調の色再生を
与えるために使用される他の方法は、１つのノズルから
単一の画素へ多数の滴を堆積させることを含む。しかし
ながら、この方法では、一般的には受像体は印刷中に動
いており、印刷される画素の正確な位置に関する不確実
性がため、多数のインク滴が同時に放出されることが回
避されるという問題がある。

【０００８】かかる連続的な色調カラー再生方法では、
受像体上では、より小さい体積のインクに対応するあま
り濃度の濃くない画素は、より大きい体積のインクに対
応する濃度の濃い画素とは同じ領域を占めないため、最
終的な印刷された画像上の画像アーティファクトが優勢
となる。画像の濃度に関わらず、均等な領域に画素を印
刷できないことにより、印刷された画像中に可視のアー
ティファクトが生成されることが知られている。

【０００９】他の連続的な色調色再生方法は、印刷に利
用可能なレベルの数を増加させるために１つ以上の濃度
のインクを使用することを含む。１９９７年４月２９日
にAllred外に対して発行された「Dot on Dot Ink Jet P
rinting Using Inks of Differing Densities」なる名
称の米国特許第５，６２５，３９７号は、利用可能なレ
ベルの数を増加させるために多数の小滴の堆積と共に２
つの濃度のインクを用いる方法を記載している。この方
法は、程度は低いが上述の問題を受けると共に、各追加
的な濃度のインクのためにより多くのインク貯蔵部及び
ノズルの配列を必要とするため、新しい階層の複雑性を
形成させる。

【００１０】他のオンデマンド印刷方法も公知である。
欧州特許出願第９６１０４７８９号は、圧電式インクジ
ェットドロップ・オン・デマンドシステムにおいて、明
暗度を制御する方法を記載している。この方法では、２
つの室が接続される。一方の室の中のインクは、圧電圧
力パルスを用いて第２の室へ注入される。次に、混合さ
れた流体は、他の圧電圧力パルスによって第２の室から
吐出される。１９９７年２月２５日にHawkinsに対して
発行された「Altering the Intensity of the Color of
Ink Jet Droplets」なる名称の米国特許第５，６０
６，３５１号は、滴が射出される前に、インクを含む２
次室が主室に混合されることが許される、サーマルイン
クジェットドロップ・オン・デマンドシステムにおいて
明暗度を制御する方法を記載している。

【００１１】上述の全ての印刷方法において、使用可能
な色のレベルは、滴の数及び／又は印刷に使用されるイ
ンク濃度によって制限される。更に、インクは容易に無
駄にされる。インクを再利用しようとするシステムは、
実施するのが高価であり費用がかかる複雑な静電帯電、
ステアリング、及びガッタシステムを必要とする。かか
るシステムに使用される印刷ヘッドもまた、印刷ヘッド
配列の複雑な配置に基づくものであり、これはクリーニ
ングを複雑で費用のかかるものとする。一般的に、各画
素上の多数のインク滴のために追加的なノズルが必要と
される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、受像体上の
画素の大きさを略一定に保ちつつ、様々な明暗度のドッ
トの色付きのパターンが受像体上に配置されるような、
コンティニュアスインクジェット印刷において改善され
た画質を提供し、また、インクを無駄にすることなく印
刷ヘッドをクリーニングするためにキャリア流体が使用
される効率的な印刷ヘッドクリーニング方法及びシステ
ムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の改題を解決するこ
とを考慮に入れて、本発明は幾つかの請求の範囲によっ
て定義される。

【００１４】本発明の１つの実施例によれば、コンティ
ニュアスインクジェットプリンタは、ノズルと、複数の
加圧されたインク源と、ノズルと夫々連通する複数の流
路をその中に有する印刷ヘッド面とを含む。コンティニ
ュアスカラーインクジェット印刷ヘッドはまた、流路の
夫々の中に配置されるマイクロバルブを含み、各流路は
マイクロバルブを通じて加圧インク源に接続される。こ
の態様は、加圧インク源からのインクが流路を通って流
れ、その後、加圧インク源が特定の閾値圧力に達したと
きにノズルから吐出されることを可能とする。

【００１５】加圧されたインク源は、印刷の準備のため
の流体を含むインク貯蔵部として機能する。ノズル内で
流体によって連続的なジェットが形成される。マイクロ
バルブは、様々な明暗度のドットのパターンが一定レー
トでノズルから受像体へ吐出され、それにより静電イン
ク印刷された画素の寸法を維持することを可能とする熱
的に活性化されるマイクロバルブである。マイクロバル
ブが作動される時間の長さを制御することにより、ある
範囲の色付きのインクがノズルから受像体へ吐出されう
る。

【００１６】本発明の特徴は、インクを混合することに
より白黒画像及びカラー画像のための連続的な色調スケ
ールを与える可能性を含む。

【００１７】本発明の特徴はまた、現在の製造段階に対
して最小限の変更を有する改善されたインクジェット印
刷ヘッドの製造のための方法を提供することである。

【００１８】本発明の他の特徴は、貯蔵部からの２以上
の流体を制御された方法で混合する方法を確立し、それ
により公知の印刷ヘッド技術と同じスケールで混合物の
化学的な性質に連続的な多様性を達成することである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の上述及び他の目的、特
徴、及び、利点は、当業者によれば、本発明の例示的な
実施例を示す図面を参照して以下の詳細な理由を読むこ
とによって明らかとなろう。本願の明細書は、本発明の
主題を特に示す請求項を有するが、本発明は、添付の図
面を参照して以下の詳細な説明を読んだときにより良く
理解されるであろう。

【００２０】以下、特に本発明による装置の一部をな
す、又はより直接的に協働する要素について説明する。
図１は、本発明の望ましい実施例が実施されうる１つの
典型的な印刷装置を示す簡単化されたブロック図であ
る。図１は、制御された体積の滴を生成することが可能
な印刷ヘッドを用いるインク転移システム８を示す図で
ある。画像源１０は、スキャナ又はコンピュータからの
画像データ、又はページ記述言語の形式のアウトライン
画像データ、或いは、他の形式のディジタル画像表現か
らなる。この画像データは、画像処理ユニット１２によ
って、各画素について正しい体積のインクを与えるため
に必要な熱活性化のマップへ変換される。次に、このマ
ップは画像メモリへ転送される。

【００２１】ヒータ制御回路１４は、画像メモリからデ
ータを読み出し、印刷ヘッド１６の一部である選択され
たノズルのヒータへ時間によって変化するパルス又は多
数の電気パルスを印加する。これらのパルスは適当な時
間に、適当なノズルに印加され、それにより制御された
体積のインクを有する選択された滴は、画像メモリ内の
データによって決められる適当な位置へ転移された後、
記録媒体１８上にスポットを形成する。記録媒体１８
は、紙搬送ローラ２０によって印刷ヘッド１６に対して
移動され、紙搬送ローラ２０は紙搬送制御システム２２
によって電気的に制御され、紙搬送制御システム２２は
マイクロ制御器２４によって制御されている。

【００２２】記録媒体１８はプラテン２３に対して押し
つけられており、プラテン２３は、記録媒体１８との摩
擦を減少させるため非常によく研磨されており光学的に
平坦な面を含み、印刷領域全体に亘って位置決め精度を
維持する。プラテン２３は、或いは、摩擦を更に減少さ
せるために２つ以上のローラ（図示せず）によって形成
されうる。記録媒体の位置的な精度を維持するため、ロ
ーラはバンド（図示せず）によって囲まれてもよい。イ
ンク圧力調整器２６の制御下でインク貯蔵部２８に圧力
を加えることにより、一定のインク圧力が達成されう
る。或いは、より大きい印刷システムでは、貯蔵部２８
内のインクの上面を印刷ヘッド１６の上の適当な距離に
することにより、インク圧力は非常に正確に発生され制
御されうる。このインク水準は、簡単なフロート弁（図
示せず）によって調整されうる。

【００２３】図２は、本発明の望ましい実施例によるコ
ンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４０を
示す側面図である。図２に示されるコンティニュアスカ
ラーインクジェット印刷ヘッド４０は、図１に示される
インク転移システム８といった印刷装置内に実施されう
る。図２のコンティニュアスカラーインクジェット印刷
ヘッド４０は、図１の印刷ヘッド１６に似ており、ノズ
ル４２と、一組の加圧されたインク源とを含み、図２
中、加圧インク源のうちの２つが第１のインク貯蔵部４
６及び第２のインク貯蔵部４８として示されている。ノ
ズル４２は、第１のノズル部４１、第２のノズル部４
３、及び、第３のノズル部４４からなる。コンティニュ
アスカラーインクジェット印刷ヘッド４０はまた、流路
がその中に配置される印刷ヘッド面５０からなり、各流
路はノズルと連通する。図２中、２つの流路６１及び６
２が示される。しかしながら、第１の流路６１及び第２
の流路６２に対して垂直に延びる２つの他の流路は、図
２には図示されていない。このように、印刷ヘッド面５
０には全部で４つの流路が配置される。

【００２４】当業者によれば、コンティニュアスカラー
インクジェット印刷ヘッド４０が図１のインク転移シス
テム８といったインク転移システムと協働して実施され
る場合、貯蔵部２８及び印刷ヘッド１６を、それ自身の
４つの関連するインク貯蔵部を含むコンティニュアスカ
ラーインクジェット印刷ヘッド４０と置き換える等のイ
ンク転移システムの構成についての何らかの変更が必要
でありうることが認識されよう。このように、コンティ
ニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４０が図１の
インク転移システムと協働して実施される場合、貯蔵部
２８が排除され、印刷ヘッド１６はコンティニュアスカ
ラーインクジェット印刷ヘッド４０として構成されう
る。

【００２５】図１は、本発明が実施されうる特定のシス
テムを示すだけの図である。当業者は、本発明が本願に
記載されていない他の印刷システムと関連しても実施さ
れうることを認識するであろう。このように、図１に示
される印刷システムは、例としてのみ示されるものであ
る。当業者によれば、本願に記載され請求される発明の
精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の望ましい実
施例の要素について様々な変更及び同等の要素による置
き換えがなされうることが理解されよう。

【００２６】マイクロバルブ５２及び５６は、対応する
流路６１及び６２の中に、各流路がマイクロバルブを通
って加圧されたインク源に接続されるよう夫々配置さ
れ、それにより加圧インク源からのインクが流路を通っ
て流れ、その後、加圧インク源が特定の閾値の圧力に達
したときにノズル４２から吐出されることを可能とす
る。各マイクロバルブは、熱的に活性化されるマイクロ
バルブとして機能する。図２に示される例では、第２の
インク貯蔵部４８は、特定の色のインクを含む。しかし
ながら、第２のインク貯蔵部４８は第２のマイクロバル
ブ５６によって密閉されている。一方、第１のインク貯
蔵部４６は、第１のマイクロバルブ５２が開位置に維持
されているため、開かれている。

【００２７】少なくとも１つの加圧インク源（即ちイン
ク貯蔵部）は、キャリア流体を含む。図２に示される例
では、第１のインク貯蔵部４６がかかるキャリア流体を
含む。各加圧インク源は、このようにインク貯蔵部又は
流体貯蔵部として作用する。残るインク源は、様々な色
のインクを含む。第２のインク貯蔵部４８に貯蔵される
インクは、例えばマゼンタの色のインクでありうる。同
様に、他のインク貯蔵部は、シアン又はイエローといっ
た他の色のインクを含みうる。

【００２８】タイミング制御機構（図２には図示せず）
は、マイクロバルブ５２、５６に接続されうる。タイミ
ング制御機構は、マイクロバルブが作動される時間の長
さを制御することにより、或る範囲の色付きインクがノ
ズル４２から吐出されることを可能とする。熱的に作動
されるマイクロバルブ（例えばマイクロバルブ５２又は
５６）は、様々な明暗度のドットの色付きのパターン
が、ノズル４２から受像体上に一定のレートで吐出さ
れ、それにより静電インク印刷される画素の寸法を維持
することを可能とする。４つの加圧インク源のうちの１
つがキャリア流体を含み（例えば第１のインク貯蔵部４
６）、残りの３つの加圧インク源は様々な色を含むた
め、ノズル４２から受像体上へインクが吐出される前に
混色が生じうる。時間制御機構はまた、図１のマイクロ
制御器２４といったマイクロ制御器に接続又は集積され
てもよく、マイクロ制御器２４はマイクロバルブが作動
される時間の長さを制御するために使用されうる。

【００２９】第１のインク貯蔵部４６に貯蔵されるキャ
リア流体は、溶媒又は水からなり、それにより第１のイ
ンク貯蔵部４６に接続される第１のマイクロバルブ５２
が作動されたとき、第１のインク貯蔵部４６からのイン
クは流路６１を通って流れ、ノズル４２の各部分（例え
ば第１のノズル部４１、第２のノズル部４３、及び、第
３のノズル部４４）を通過して、ノズル４２から吐出す
る。キャリア流体は、ノズル４２をクリーニングするた
めに使用されうる。

【００３０】図３は、本発明の望ましい実施例による図
２に示されるコンティニュアスカラーインクジェット印
刷ヘッド４２を示す平面図である。図２及び図３中、同
様の部分には同様の参照番号が付されている。図３は、
コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４２
の基礎となる４流路システムをよりよく示す図である。
第３の流路６６及び第４の流路６４は、第１の流路６１
及び第２の流路６２に対して垂直に延びる。図２及び図
３の例では、第１のインク貯蔵部４６は、黒い流体又は
透明な流体よりなる。第１のインク貯蔵部４６が透明な
流体を含む場合、透明な流体はノズル４２をクリーニン
グするために用いられる。

【００３１】第３の流路６６は、第３のマイクロバルブ
５４によって、イエローのインクを含む第３のインク貯
蔵部４７に接続される。同様に、第４の流路６４は、第
４のマイクロバルブ５８によって、シアンのインクを含
む第４のインク貯蔵部４９に接続される。第２の流路６
２は、第２のマイクロバルブ５６によって、マゼンタの
インクを含む第２のインク貯蔵部４８に接続される。同
様に、第１の流路６１は、第１のマイクロバルブ５２に
よって、キャリア流体を含む第１のインク貯蔵部４６に
接続され、キャリア流体は例えば水又は単純に黒いイン
クであるが、黒いインクの場合はキャリア流体のクリー
ニング機能は第１のインク貯蔵部４６と一緒には使用さ
れない。このように、コンティニュアスカラーインクジ
ェット印刷ヘッド４０は、４つのマイクロバルブと、４
つの流路と、４つの関連付けられる加圧されたインク源
（即ち４つのインク貯蔵部）とを含む。

【００３２】水といった透明なキャリア流体が与えられ
ると、３色システムは、単一のノズル４２と協働して、
インクを無駄にすることなくコンティニュアスカラーイ
ンクジェット印刷ヘッド４０をクリーニングする方法を
提供する。キャリア流体は他のインク貯蔵部からのイン
クと「飛翔中」に混合され、追加的なノズル又は各画素
に多数の滴を必要とすることなく、普通紙上への印刷を
改善するようにされうる。上述のことに基づいて、コン
ティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４０は、
モノリシックな性質を有するため、複雑な静電帯電及び
ステアリングの必要性を排除すると共に、ガッタシステ
ムによるインクの回収及び再利用の必要性を排除するコ
ンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４０の
モノリシックな性質は、印刷ヘッドが単一のノズル及び
４つの関連付けられる流路及びインク貯蔵部のみを必要
と、従って一体化され集積された印刷ヘッドを提供す
る。

【００３３】図４は、本発明の他の実施例のコンティニ
ュアスカラーインクジェット印刷ヘッド７９を示す平面
図である。図４のコンティニュアスカラーインクジェッ
ト印刷ヘッド７９は、図２及び図３に示されるコンティ
ニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４０に似てい
る。コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド
７９は、図１のインク転移システム８、又は、本願には
特に図示又は記載していない他の印刷システムといった
印刷装置において実施されうる。コンティニュアスカラ
ーインクジェット印刷ヘッド７９は、インク転移システ
ム８に適当な変更が加えられていれば、図１の印刷ヘッ
ド１６の代わりに使用されうる。コンティニュアスカラ
ーインクジェット印刷ヘッド７９は、ノズル８２と、一
組の加圧されたインク源とを含み、図４中、加圧インク
源のうちの３つがインク貯蔵部８４、８７、８８として
示されている。ノズル８２は、第１のノズル部８１、第
２のノズル部８３、及び、第３のノズル部８５からな
る。インク及び他の流体は、ノズルから吐出される前に
ノズル８２の各部分を通って流れる。

【００３４】コンティニュアスカラーインクジェット印
刷ヘッド７９もまた、流路がその中に配置される印刷ヘ
ッド面９０からなり、各流路は第３のノズル部８５にお
いてノズル８２と連通する。図４中、２つの流路１００
及び１０２が示される。しかしながら、当業者は、図２
及び図３に基づいて、２つの更なる流路もまた流路１０
０及び１０２に対して垂直に延在するが、図４には図示
されていないことを認識するであろう。このように、印
刷ヘッド面９０には全部で４つの流路が配置される。イ
ンク貯蔵部８７の平面図は、図４中、流路１００及び１
０２に垂直に延在する流路のうちの１つにインク貯蔵部
８７があるように示されている。

【００３５】マイクロバルブ９２は、流路１００がマイ
クロバルブ９２を通って加圧されたインク源（即ちイン
ク貯蔵部８４）に接続されるよう配置され、それにより
加圧インク源からのインクが流路１００を通って流れ、
その後、加圧インク源が特定の閾値の圧力に達したとき
にノズル８２から吐出されることを可能とする。マイク
ロバルブ９２は、マイクロバルブ９６及び図４には図示
されない２つの他のマイクロバルブと共に熱的に活性化
されるマイクロバルブとして機能する。マイクロバルブ
は、加圧されたインク源へアクセスを遮断するか又は開
くことにより加圧されたインク源（即ちインク貯蔵部）
からのインク又は他の流体の流れを調整する。

【００３６】インク貯蔵部８８は、特定の色（例えばマ
ゼンタ）のインクを含む。インク貯蔵部８８は、マイク
ロバルブ９６によって密閉される。一方、マイクロバル
ブ９２は熱的に強制的に開いた位置にされているため、
インク貯蔵部８４は開かれている。インク貯蔵部８４
は、上述のようにキャリア流体を含みうる。インク貯蔵
部８７に貯蔵されるインクは、イエロー又はシアンの色
のインクを含みうる。同様に、他のインク貯蔵部は他の
色のインクを含みうる。

【００３７】マイクロバルブにはタイミング制御機構
（図４には図示せず）が接続されうる。かかるタイミン
グ制御機構は、マイクロバルブが作動されている時間の
長さを制御することにより或る範囲の色のインクがノズ
ル８２から制御可能に吐出されることを可能とする。熱
的に作動されるマイクロバルブ（例えばマイクロバルブ
９２及び９６）は、様々な明暗度のドットの色付きのパ
ターンが、一定のレートでノズル８２から受像体へ吐出
されることを可能とし、それにより静電インク印刷され
る画素の寸法を維持する。

【００３８】４つの加圧インク源のうちの１つはキャリ
ア流体を含み（例えばインク貯蔵部８４）、残りの３つ
の加圧インク源は様々な色を含むため、ノズル８２から
受像体へインクを吐出する前に混色が生ずる。インク貯
蔵部８７に関連付けられるマイクロバルブが熱的に作動
されると想定すると、インク貯蔵部８７及び開いたイン
ク貯蔵部８４からのインクはノズル８２に入り、相互に
混ざり、これは第３のノズル部８５、第２のノズル部８
３、第１のノズル部８１に示される様々な影付きパター
ンによって示される。混合されたインクは、本願に記載
される方法及びシステムにより、ノズル８２から吐出さ
れる。

【００３９】上述に基づき、本発明は、熱的に作動され
るマイクロバルブによって流れが制御される４つの流路
に接続されるノズルを有するコンティニュアスカラーイ
ンクジェット印刷ヘッドに関連することが分かる。各流
路は、マイクロバルブを通って、例えばシアン、マゼン
タ、イエロー、及び、水又は溶媒でありうる透明な流体
を含むインク貯蔵部に接続される。各インク貯蔵部は十
分に高い圧力まで加圧されるため、インク貯蔵部に接続
されるマイクロバルブが作動されたとき、インクは流路
を通って流れ、ノズルから吐出される。

【００４０】各マイクロバルブが作動される時間の長さ
を制御すること、又は、２つ以上のマイクロバルブを同
時に作動させることにより、ノズルから吐出されるイン
クから制御可能な連続的な範囲の色が印刷されうる。各
ノズルは黒から城間での全ての範囲の色を印刷しうるた
め、他のコンティニュアスインクジェットプリンタの場
合のようにインクをガッタで回収し再利用する必要がな
い。各ノズルは、インクを無駄にすることなくノズルを
クリーニングするために使用されうる透明な流体に接続
される。透明な流体（即ちキャリア流体）はインクを含
まず、「飛翔中に」他のインク貯蔵部からのインクと混
ざり、コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッ
ドは、追加的なノズル又は各画素上に多数の滴を必要と
しない。キャリア流体自体が、普通紙上への印刷を改善
させるような組成とされうる。

【００４１】本願に記載されるコンティニュアスカラー
インクジェット印刷ヘッドはまた、ノズル内で「飛翔中
に」生ずるインクの混合のため、白黒画像及びカラー画
像についての連続的な色調スケールを達成する。この飛
翔中の混合により、絵的な画像の演色が改善され、特に
低い色濃度の画像領域では、白黒のテキスト及び画像の
表現が改善される。色素又は顔料の混合は流体の状態で
生ずるため、顔料及び色素は受像体又は受像媒体上に塗
布される前に完全に分散される。このように混合された
流体の全ての化学反応は流体の流れにおいて生じ、受像
体又は受像媒体自体の上では生じないため、印刷処理中
に代替されうる受像体の性質及び種類の多様性を増加さ
せる。更に、混合により色の明暗度の変更に影響を与え
る流体の性質及び種類のより大きい多様性もまた、流体
の流れにおいて生ずる上記のように混合された流体の化
学反応による自然な結果である。

【００４２】このように、コンティニュアスカラーイン
クジェット印刷ヘッドは、写真のような高質の出力を発
生することが可能である。必要とされるノズルの数を減
少させることにより、画質の改善だけでなく、印刷速度
の改善もまた実現される。例えば図２及び図３に示され
るコンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッド４
０は、単一のノズルのみを含む。更に、貯蔵部からの２
以上の流体を制御された方法で混合することにより、本
願に記載されるコンティニュアスカラーインクジェット
印刷ヘッドは、公知の印刷ヘッド技術、即ち２乃至５０
マイクロメートルの範囲の幅の流路の場合と一貫した寸
法のスケールで、インク又は流体の混合物の化学的な性
質の連続的な多様性を達成する。コンティニュアスカラ
ーインクジェット印刷ヘッドの製造自体は、印刷ヘッド
及び印刷方法の技術において既によく確立されている製
造段階に最小限の変更を加えることによって実現されう
る。

【００４３】図５は、本発明の望ましい実施例によりコ
ンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッドのシリ
コン基板１１上に第１の酸化物層２１を形成する段階に
ついて示す側面図である。図５は、コンティニュアスカ
ラーインクジェット印刷ヘッドの形成に必要な最初の段
階を示す図である。第１の酸化物層２１は、シリコン基
板１１上に０．１乃至１ミクロンの厚さ範囲で形成され
ることが望ましい。酸化物層は、図６Ａ及び図６Ｂに示
されるように矩形の開口を含む変更された酸化物層２１
ａを形成するようパターニングされエッチングされる。
当業者は、図５乃至図１７が、本願に記載されるコンテ
ィニュアスカラーインクジェット印刷ヘッドといったコ
ンティニュアス印刷ヘッドの形成に使用されうる方法の
段階を示すものであることを認識するであろう。当業者
は更に、図５乃至図１７に示されるようにコンティニュ
アスカラーインクジェット印刷ヘッドを形成する方法が
本発明の望まし実施例によって実施されうるが、本願に
記載され請求項に記載されるコンティニュアスカラーイ
ンクジェット印刷ヘッドを形成するために他の形成方法
の段階が行われうることを認識するであろう。

【００４４】図６Ａは、本発明の望ましい実施例により
シリコン基板１１上に変更された酸化物層２１ａを形成
するために図５の第１の酸化物層２１をパターニングし
エッチングする段階を示す側面図である。図６Ｂは、本
発明の望ましい実施例によりシリコン基板１１上に変更
された酸化物層２１ａを形成するために図５の第１の酸
化物層をパターニングしエッチングする段階を示す平面
図である。当業者は、本願の図５乃至図２０において、
同様の部分には同様の参照番号が付されていることを認
識するであろう。

【００４５】第１の酸化物層２１の形成の後、周知の塗
布技術であるスピンコーティングにより、シリコン基板
１１上に図７Ａ及び図７Ｂに示されるようなレジスト層
３０が塗布される。図７Ａは、本発明の望ましい実施例
によりコンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッ
ドのシリコン基板１１上にレジスト層３０を塗布する段
階を示す側面図である。図７Ｂは、本発明の望ましい実
施例によりコンティニュアスカラーインクジェット印刷
ヘッドのシリコン基板１１上にレジスト層３０を塗布す
る段階を示す平面図である。レジスト層３０はこのよう
に、シリコン基板１１上にスピンコーティングにより塗
布され、平板印刷式にパターニングされる。このパター
ンはシリコン基板１１にエッチングされ、第１乃至第４
のアクチュエータフィードスロット３４０、３４３、３
４８、３５０を形成する。第１乃至第４のアクチュエー
タフィードスロット３４０、３４３、３４８、３５０
は、望ましくは２５乃至１００ミクロンの範囲の深さで
変更された酸化物層２１ａの開口の中に形成される。

【００４６】図８は、本発明の望ましい実施例によりレ
ジスト層３０が剥離され、適合する第２の層６０が成長
するシリコン基板１１を示す側面図である。変更された
酸化物層２１ａの開口の中での第１乃至第４のアクチュ
エータフィードスロット３４０、３４３、３４８、３５
０の形成に続き、レジスト層３０は剥離され、第２の酸
化物層２１はその上に成長される。

【００４７】その後、図９に示されるように、第１の犠
牲層７０が堆積される。図９は、本発明の望ましい実施
例により第１の犠牲層７０を堆積させる段階を示す側面
図である。堆積される厚さは、アクチュエータフィード
スロット３４０、３４３、３４８、３５０と、変更され
た酸化物層２１ａの矩形の開口を完全に充填するのに十
分な厚さである。当業者は、変更された酸化物層２１ａ
を形成するために様々な材料が使用されうることを認識
するであろう。例えば、変更された酸化物層２１ａは、
ポリシリコンからなるものでありうる。或いは、変更さ
れた酸化物層２１ａを形成するためにポリイミドが使用
されうる。

【００４８】その後、変更された酸化物層２１ａに対し
て平らに第１の犠牲層７０が配置される。図１０は、本
発明の望ましい実施例により化学的機械的研磨により、
第１の犠牲層７０が変更された酸化物層２１ａに対して
平らにされる段階を示す図である。化学的機械的な処理
は、第１の犠牲層７０をエッチングし、変更された酸化
物層２１ａにおいて停止し、それにより平らにされる第
１の犠牲層７０ａを形成するよう設計される。

【００４９】図１１Ａは、本発明の望ましい実施例によ
りシリコン基板１１上に下側アクチュエータ層を堆積さ
せパターニングする段階を示す側面図である。図１１Ｂ
は、本発明の望ましい実施例によりシリコン基板１１上
に下側アクチュエータ層を堆積させパターニングする段
階を示す平面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示され
るように、第３の酸化物層８０は、０．１乃至１ミクロ
ンの厚さ範囲に堆積されることが望ましい。この堆積段
階の後には、下側アクチュエータ層３９０、３９３、３
９８、４００の堆積及びパターニングが続く。

【００５０】下側アクチュエータ層３９０、３９３、３
９８、４００の規準は、高い熱膨張係数、３乃至１００
０μΩ−ｃｍの抵抗率、高い弾性係数、低い質量密度、
及び、低い比熱を含む。かかる要件を満たすのは、アル
ミニウム、銅、ニッケル、チタン、タンタルといった金
属、及び、これらの金属の合金である。本発明の望まし
い実施例では、かかる要件を満たすためにアルミニウム
合金が使用されうるが、当業者によれば、アルミニウム
合金の代わりに他の金属が使用されうることが認識され
よう。

【００５１】図１２に示されるように、上側アクチュエ
ータ層１１０が堆積され、次に、平らにされた第１の犠
牲層７０ａの上の領域で、下側アクチュエータ層３９０
と、下側アクチュエータ層３９０に隣接する小さい保護
領域１２０上に堆積された材料を除き、除去される。図
１２は、本発明の望ましい実施例により平らにされる第
１の犠牲層７０ａの上の上側アクチュエータ層１１０を
堆積させ除去する段階を示す側面図である。第３の酸化
物層８０は、同じ領域からも除去され、それにより変更
された第３の酸化物層８０ａが形成される。上側アクチ
ュエータ層４００の形成のための規準は、低い熱膨張
率、及び、電気絶縁性を含む。上側アクチュエータ層４
００は、電気的に絶縁性である必要がある。酸化物及び
窒化シリコンといった誘電体材料はこれらの要件を満た
す。本発明の望ましい実施例では、使用される誘電体材
料は酸化物からなる。保護領域１２０は、変更された第
３の酸化物層８０ａと共に、下側アクチュエータ層８０
を完全に囲み、これをインクから保護する。

【００５２】次に、第２の犠牲層１３０が堆積され平面
印刷によりパターニングされる。図１３は、本発明の望
ましい実施例により上記のシリコン基板１１上に第２の
犠牲層１３０を堆積させパターニングする段階を示す側
面図である。本発明の望ましい実施例では、第２の犠牲
層１３０は、写真撮像可能なポリイミドからなる。この
材料は、スピンオンされ、マスキングされた露光及び現
像技術によりパターニングされうる。材料は、最終的に
２５０℃で硬化され、２乃至１０ミクロンの厚さ範囲の
層を与える。最終的な厚さを調整し、表面のスカムを除
去するために、酸素プラズマ中でわずかなエッチバック
が行われうる。

【００５３】その後、図１４に示されるように、第２の
犠牲層１３０の間の全ての領域が充填され、第２の犠牲
層１３０の上の厚さが１ミクロンよりも大きくなるよ
う、厚い室壁層１４０が望ましい厚さで堆積される。本
発明の望ましい実施例では、室壁層１４０は酸化物層か
らなる。しかしながら、室壁層１４０を形成するため
に、窒化シリコン又は酸窒化シリコン又はその組合せと
いった他の材料が使用されうる。この層は、２乃至２０
ミクロンの範囲の第２の犠牲層１３０上の望ましい最終
的な厚さで、化学的機械的研磨によって平らにされる。
図１４は、本発明の望ましい実施例により室壁層１４０
を平らにする段階を示す側面図である。

【００５４】次に、図１５に示されるように、インクを
吐出するためのノズル１５０を形成するよう、室壁層１
４０がパターニング及びエッチングされる。エッチング
により、下側アクチュエータ層３９０及び４００までの
ビア１６０及び１７０が形成され、それにより下側アク
チュエータ層３９０及び４００への接触が可能となる。
図１５は、本発明の望ましい実施例によるシリコン基板
１１上のエッチングされた室壁層１４０を示す側面図で
ある。次に、図１６に示されるように、シリコン基板１
１の背面はアクチュエータフィードスロット３４０、３
４３、３４８、３５０の底部を被覆するライン状の酸化
物６０まで薄くされる。図１６は、シリコン基板１１の
背面を示す側面図である。次に、薄くされた背面はパタ
ーニングされ、アクチュエータフィードスロット３４
０、３４３、３４８、３５０の底部を被覆するライン状
の酸化物６０は除去される。

【００５５】次に、第１の犠牲層７０及び第２の犠牲層
１３０は、室壁層１４０を腐食しないプラズマエッチン
グ剤によって除去される。ポリイミドの犠牲層では、酸
素プラズマが使用されうる。ポリシリコンの犠牲層で
は、ＸｅＦ₂又はＳＦ₆が使用されうる。図１７に示され
るように、この段階は、熱アクチュエータ２００及び２
１０を解放することを含む。図１７は、本発明の望まし
い実施例によりプラズマエッチング剤によって第１の犠
牲層７０及び第２の犠牲層１３０を除去する段階を示す
図である。

【００５６】

【発明の効果】本発明の利点は、絵的な画像の演色が改
善され、特に低い色濃度の画像領域では、白黒のテキス
ト及び画像の表現が改善されることである。

【００５７】本発明の他の利点は、所与の画質について
達成されうる印刷速度の改善である。

【００５８】本発明の他の利点は、単一の印刷ヘッドノ
ズル内で流体の状態で染料又は顔料を混合することによ
って生ずるため、顔料及び染料は受像体に塗布される前
に完全に分散されることである。

【００５９】本発明の更なる利点は、混合された流体の
全ての化学反応は流体の流れにおいて生じ、受像体では
生じないため、互いに代替されうる受像体の性質及び種
類の多様性を増加させる。流体の流れにおいて生ずる混
合された流体の化学反応の発生もまた、色の明暗度の変
更に影響を与える流体の性質及び種類のより大きい多様
性を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい実施例が実施されうる１つの
典型的な印刷装置を示す簡単化されたブロック概略図で
ある。

【図２】本発明の望ましい実施例によるコンティニュア
スカラーインクジェット印刷ヘッドを示す側面図であ
る。

【図３】本発明の望ましい実施例による図１に示される
コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッドを示
す平面図である。

【図４】本発明によるコンティニュアスカラーインクジ
ェット印刷ヘッドの他の実施例を示す平面図である。

【図５】本発明の望ましい実施例によりコンティニュア
スカラーインクジェット印刷ヘッドのためにシリコン基
板上に第１の酸化物層を形成する段階について示す側面
図である。

【図６Ａ】本発明の望ましい実施例によりシリコン基板
上に変更された酸化物層を形成するために図５の第１の
酸化物層をパターニングしエッチングする段階を示す側
面図である。

【図６Ｂ】本発明の望ましい実施例によりシリコン基板
上に変更された酸化物層を形成するために図５の第１の
酸化物層をパターニングしエッチングする段階を示す平
面図である。

【図７Ａ】本発明の望ましい実施例によりコンティニュ
アスカラーインクジェット印刷ヘッドのシリコン基板上
にレジスト層を塗布する段階を示す側面図である。

【図７Ｂ】本発明の望ましい実施例によりコンティニュ
アスカラーインクジェット印刷ヘッドのシリコン基板上
にレジスト層を塗布する段階を示す平面図である。

【図８】本発明の望ましい実施例によりレジスト層が剥
離され、適合する第２の層が成長するシリコン基板を示
す側面図である。

【図９】本発明の望ましい実施例により第１の犠牲層を
堆積させる段階を示す側面図である。

【図１０】本発明の望ましい実施例により化学的機械的
研磨により、第１の犠牲層が変更された酸化物層に対し
て平らにされる段階を示す図である。

【図１１Ａ】本発明の望ましい実施例によりコンティニ
ュアスカラーインクジェット印刷ヘッドのシリコン基板
上に下側アクチュエータ層を堆積させパターニングする
段階を示す側面図である。

【図１１Ｂ】本発明の望ましい実施例によりコンティニ
ュアスカラーインクジェット印刷ヘッドのシリコン基板
上に下側アクチュエータ層を堆積させパターニングする
段階を示す平面図である。

【図１２】本発明の望ましい実施例により平らにされた
第１の犠牲層の上の上側アクチュエータ層を堆積させ除
去する段階を示す側面図である。

【図１３】本発明の望ましい実施例により上記のシリコ
ン基板上に第２の犠牲層を堆積させパターニングする段
階を示す側面図である。

【図１４】本発明の望ましい実施例により壁層を平らに
する段階を示す側面図である。

【図１５】本発明の望ましい実施例によるシリコン基板
上のエッチングされた室壁層を示す側面図である。

【図１６】本発明の望ましい実施例による、シリコン基
板の背面がアクチュエータフィードスロットの底部を被
覆するライン酸化物まで薄くされていることを示す側面
図である。

【図１７】本発明の望ましい実施例によりプラズマエッ
チング剤によって第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去
する段階を示す図である。

【符号の説明】

８ インク転写システム １０ 画像源 １１ シリコン基板 １２ 画像処理ユニット １４ ヒータ制御回路 １６ 印刷ヘッド １８ 記録媒体 ２０ 紙搬送ローラ ２１ 第１の酸化物層 ２１ａ 変更された酸化物層 ２２ 紙搬送制御システム ２３ プラテン ２４ マイクロ制御器 ２６ インク圧力調整器 ２８ 貯蔵部 ３０ レジスト層 ４０ コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘ
ッド ４１ 第１のノズル部 ４２ ノズル ４３ 第２のノズル部 ４４ 第３のノズル部 ４６ 第１のインク貯蔵部 ４７ 第３のインク貯蔵部 ４８ 第２のインク貯蔵部 ４９ 第４のインク貯蔵部 ５０ 印刷ヘッド面 ５２ 第１のマイクロバルブ ５４ 第３のマイクロバルブ ５６ 第２のマイクロバルブ ５８ 第４のマイクロバルブ ６０ 第２の酸化物層 ６１ 第１の流路 ６２ 第２の流路 ６４ 第３の流路 ６６ 第４の流路 ７０ 第１の犠牲層 ７０ａ 平らにされた第１の犠牲層 ７９ コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘ
ッド ８０ 第３の酸化物層 ８０ａ 変更された酸化物層 ８１ 第１のノズル部 ８２ ノズル ８３ 第２のノズル部 ８４，８７，８８ インク貯蔵部 ９０ 印刷ヘッド面 ９２，９６ マイクロバルブ １００，１０２ 流路 １１０ 上側アクチュエータ層 １２０ 保護領域 １３０ 第２の犠牲層 １４０ 室壁層 １６０，１７０ ビア ２００，２１０ 熱アクチュエータ ３４０，３４３，３４８，３５０ アクチュエータフ
ィードスロット ３９０，３９３，３９８，４００ 下側アクチュエー
タ層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）ノズル（４２）と、 （ｂ）複数の加圧されたインク源（４６，４７，４８，
   ８４，８７，８８）と、 （ｃ）上記ノズルと夫々連通する複数の流路をその中に
   有する印刷ヘッド面と、 （ｄ）上記流路の夫々の中に配置されるマイクロバルブ
   とを含み、 各流路は上記マイクロバルブを通じて上記複数の加圧イ
   ンク源のうちの少なくとも１つの加圧インク源に接続さ
   れ、それにより加圧インク源からのインクが上記流路を
   通って流れ、その後、上記少なくとも１つの加圧インク
   源が特定の閾値圧力に達したときに上記ノズルから吐出
   される、電子印刷装置用のコンティニュアスカラーイン
   クジェット印刷ヘッド。
2. 【請求項２】 電子印刷装置において、コンティニュア
   スカラーインクジェット印刷ヘッドから受像体へのイン
   クの連続的な流れを維持する方法であって、 （ａ）インクを吐出しうるノズルを上記コンティニュア
   スカラーインクジェット印刷ヘッドに接続する段階と、 （ｂ）上記コンティニュアスカラーインクジェット印刷
   ヘッドの印刷ヘッド面の中に、上記ノズルと連通する複
   数の流路を画成する段階と、 （ｃ）上記流路の夫々の中にマイクロバルブを配置する
   段階とを含み、 各流路は上記マイクロバルブを通じて上記複数の加圧イ
   ンク源のうちの少なくとも１つの加圧インク源に接続さ
   れ、それにより加圧インク源からのインクが上記流路を
   通って流れ、その後、上記少なくとも１つの加圧インク
   源が特定の閾値圧力に達したときに上記ノズルから吐出
   される、方法。
3. 【請求項３】 単一のノズルと印刷ヘッド面とを有する
   コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘッドを組
   み立てる方法であって、 （ａ）インクを吐出しうるノズルを上記コンティニュア
   スカラーインクジェット印刷ヘッドに取り付ける段階
   と、 （ｂ）記コンティニュアスカラーインクジェット印刷ヘ
   ッドの印刷ヘッド面の中に、上記ノズルと連通する複数
   の流路を画成する段階と、 （ｃ）上記流路の夫々を複数の加圧されたインク源のう
   ちの少なくとも１つの加圧インク源に接続する段階と、 （ｄ）上記流路の夫々の中にマイクロバルブを配置する
   段階とを含み、 流路は上記マイクロバルブを通じて上記複数の加圧イン
   ク源のうちの少なくとも１つの加圧インク源に接続さ
   れ、それにより加圧インク源からのインクが上記流路を
   通って流れ、その後、上記少なくとも１つの加圧インク
   源が特定の閾値圧力に達したときに上記ノズルから吐出
   される、方法。