JP2008504158A - 液滴付着装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

製造歩留まりを高めるために、インクジェットプリンタ内の吐出チャンバのアレイが、少なくとも１つの冗長的な吐出チャンバを含む。各吐出チャンバについてノズルウィンドウ（１４）を形成することができ、これらのノズルウィンドウが重なり合っている。吐出チャンバ（４）は、ノズルを構成する前に評価され、それぞれのノズルウィンドウ内で適切に位置決めされたいかなる機能していないチャンバをも識別し、少なくとも１つの吐出チャンバが使用されないままで、基材上に均等間隔で配置されたドットを形成している。

Description

本発明は、液滴付着装置（droplet deposition apparatus）に関し、詳細には、インクジェットプリントヘッドに関する。

幅広プリントヘッドを有するデジタルプリンタに対する需要がある。一部の用途では、プリントヘッドが、印刷されるページの全幅に亘って延在し、優れた品質と共に高いスループットを提供する。

必然的に多数の、近接して配置されたインクチャンバ及びノズルを有するこの種のインクジェットプリンタでは、製造誤差の結果としてであろうと、ノズルの詰まり、または使用時の他の故障によるものであろうと、常に１つまたは複数のノズルが故障する危険性が存在している。更に、インクチャンバから液滴吐出（ejection）を行うアクチュエータ、または駆動信号をアクチュエータに送る駆動回路もしくは電気的な接点が故障する危険性も存在している。

僅か１つのノズル、アクチュエータ、駆動回路または電気的な接点が故障した製造済みプリントヘッドを検出し廃棄することは可能ではあろう。しかし、各プリントヘッド内のノズルが非常に多数であるため、また、製造上からも、そのような品質管理対策は、不経済な製造歩留まりを生じるであろう。

プリントヘッドの使用時には、印刷される基材がプリントヘッドを通過する際の不具合の位置的な関係に起因して、僅か１つの印刷要素の故障も、知覚可能な印刷不具合（print artefacts）を招く可能性がある。

従って、本発明の目的は、印刷される列に亘って、製造欠陥、または標準的な印刷性能からの他の逸脱から生じる不具合を隠すことが可能な、改良された印刷の方法及び改良型プリントヘッドを提供することである。

本発明の一態様によれば、Ｎ個の吐出チャンバ（ejection chambers）のアレイであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウ（nozzle window）を備え、一の吐出チャンバのノズルウィンドウは、スワス方向（swath direction）で少なくとも１つの他の吐出チャンバのノズルウィンドウと重なり合っている吐出チャンバのアレイと、ノズルウィンドウの境界において構成されたノズル群と、を備えた液滴付着装置において、ノズルが、吐出チャンバのＮ−１個以下を使用するように配置されており、液滴を、ノズルを介して吐出することができ、スワス方向に、所定の均一なドット間隔で、基材上にドットを形成する液滴付着装置が提供される。

液滴吐出を行わせるアクチュエータを、吐出チャンバに近接して設けても良い。アクチュエータは、チャンバの一部分を変形させ、これによって圧力変動を生ぜしめることができる。アクチュエータは、圧力チャンバ内の流体を加熱し、液滴吐出を引き起こす気泡を生成することができる。

非吐出チャンバ（non-ejecting chamber）は、アレイの端部に位置することができ、あるいは、より好ましくは、アレイ内に位置する。非吐出チャンバのノズルウィンドウは、ノズルで形成しても良く、またはノズルで形成しなくても構わない。

ノズルウィンドウは、例えば１つ、２つ、３つ、４つ、８つ、１６個、またはそれ以上の他のノズルウィンドウ、更には最大でアレイ内のノズルウィンドウ全てと重なり合っていて良い。

一実施形態では、複数のノズルが、それぞれのノズルウィンドウ内で設けられる。これらのノズルは、例えば、２つまたは３つからなる直線状アレイとして配置するか、あるいは三角形状、正方形状、または六角形状に配置することができる。

各アレイは、モジュール内で形成することができ、複数のモジュールを、より長いアレイ、または複数の平行アレイ、あるいはその両方を提供するように、一緒にして配置することができる。

吐出チャンバは、スワス方向に対して平行な長手方向に、細長いものとすることができる。アレイは、前記スワス方向に対して、所定の角度で延在することが好ましく、この角度は、３０°〜９０°であることが好ましいが、アレイまたはアレイ群の他の配置も可能である。

本発明の第２の態様では、Ｎ個の吐出チャンバのアレイを用意するステップであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウを備え、一の吐出チャンバのノズルウィンドウを、スワス方向で少なくとも１つの他の吐出チャンバのノズルウィンドウと重なり合わせるステップと、各吐出チャンバの機能を評価し、この評価結果を用いて、Ｎ−１個以下の前記ノズルウィンドウの境界内でノズル群を構成するステップと、を含む液滴付着装置を製造する方法において、ノズルを、吐出チャンバからノズル群を通じて吐出された液滴が、スワス方向に、所定の均一なドット間隔で、基材上にドットを形成するように配置するステップと、を含む方法が提供される。

本発明の第３の態様では、Ｎ個の吐出チャンバのアレイであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウを備え、前記吐出チャンバは、Ｎ−１個を任意に選択できるように配置された吐出チャンバのアレイ、を備えた液滴付着装置の製造時に使用するための構成要素において、それぞれのノズルは、印刷ライン上の前記ノズルの射影（projection）が均等間隔で配置された状態で、各選択されたチャンバのノズルウィンドウ内に位置決め可能とされている構成要素を提供している。

ノズルウィンドウは所定の吐出チャンバの所定領域として定義され、ノズルウィンドウがノズルを備えている場合、アクチュエータが全て同一の波形によって駆動されると、所定の吐出チャンバは、アレイ内のチャンバ群から吐出された他の液滴全てに対して平均的なサイズ及び速度の液滴を吐出する。速度は、基材上の液滴位置によって測定され、一方、サイズは、その基材上のドット面積によって測定される。

各吐出チャンバは、例えば、レーザ干渉計、または他の適切な方法を使用して、変位測定または共振測定によって評価することができる。

以下、本発明について、例示目的に過ぎない添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は、チャネル４のアレイを有するインクジェットプリントヘッドの概略図である。ノズル２は、各チャネル内で、同じ位置で位置決めされ、基材上でドットのスワス６を印刷することが可能である。スワスは、スワス方向８に延在している。

図２から理解されるように、欠陥のあるノズルまたはアクチュエータ１０は、スワス６内で印刷不具合１２を引き起こす。これは大部分の用途で受け入れられず、プリントヘッドを廃棄することを必要とする。

次に、本発明によるプリントヘッドを示す図３に転じると、吐出チャンバの吐出特性は、チャンバに対するノズルの位置によって少なくとも部分的に決定されることが判明している。

出願人によって、各吐出チャンバごとにノズルウィンドウがあることが見出されている。ノズルウィンドウは、ノズルを受容すべき吐出チャンバまたは関連チャンバ（associated chamber）のその面の領域であり、そのウィンドウ内で、そのアレイにとっての平均的なノズルを、そのノズルを介して吐出される液滴に対する有害な影響なしに配置することができる。有害な影響とは、平均的なノズルから吐出された液滴に対する目視可能な差異、または材料的な差異を意味する。目視可能な差異は、例えば液滴速度または液滴量における差異によって生じる。

ノズルウィンドウは、スワス方向で少なくとも１つの他のノズルウィンドウと重なり合う。吐出チャンバは、（複数の）ノズルがノズルウィンドウ内で構成される前に予め評価することができる。（複数の）ノズルをノズルウィンドウ内で構成する前に吐出チャンバを予め評価することにより、印刷不具合が発生する可能性が高いかどうか判定することが可能である。

ノズルウィンドウは、ノズルプレートが吐出チャンバに取り付けられる前に、またはノズルプレートが一旦吐出チャンバに取り付けられた後で決定することができる。従って、（複数の）ノズルは、ノズルプレートが吐出チャンバに取り付けられる前に、または取り付けられた後で構成することができる。

図３では、吐出チャンバ４ｃに欠陥がある。従来技術のやり方では、これにより印刷不具合が発生することになる。しかし、４ｄのノズルウィンドウが４ｃのノズルウィンドウと重なり合うため、その不具合は、吐出チャンバ４ｄから吐出された液滴によって形成されるドットで修正することが可能である。

このようにして欠陥のある吐出チャンバを置き換えることを可能にするために、追加の冗長的な吐出チャンバをアレイ内に設けることが必要である。例えば、図３の吐出チャンバ４ｈの場合のように、吐出チャンバ全てが必要とされるものではない場合、必要とされない吐出チャンバを、機能しない吐出チャンバであるかのように扱うことができる。

図４から理解されるように、アレイの第１の吐出チャンバ内の第１のノズルの位置を変えることにより、複数の連続する故障吐出チャンバによって生じる不具合を解消することが可能である。単一のアレイ内で不具合を解消することができる故障吐出チャンバの総数は、ノズルウィンドウのサイズと、その故障吐出チャンバと置き換えるのに使用可能な吐出チャンバの数とに依存する。

図５は、インクジェットモジュールの複数の列６０における一連のチャネル５０を示す。従来は、３６０ｄｐｉを提供するためには、それぞれが解像度９０ｄｐｉを有する４つの列が、交互配置されていた。しかし、いずれかの列内に吐出不良チャネル（non-firing channel）が１つでもあった場合、モジュール全体が廃棄されることになる。本発明は、この例において、他の列と同一の第５の列を含めることを必要とする。動作しないチャネル（non-operative channels）は、製造中に検出することができる。次いで、あるノズルを第５列内で、適切な位置で除去し、欠陥のあるチャネルからの液滴と置き換えるように液滴を供給する。第５列を形成すことにより発生する追加的なコストは、冗長性のない４列デバイスの場合における廃棄のコストよりは少なくなる可能性が高い。

ノズルウィンドウは、任意の列内でノズルを除去可能なように十分に広くされており、５つのアクチュエータチャネルの列に割り振られた４つの画素に対処している。例えば６４個のノズルを動作させることが意図されたアクチュエータは、追加的な使用可能なデバイス（active devices）を有することができる。ノズル除去工程は、機能しないチャネルをスキップするが、適切な場合、その画素ピッチを保持している。

不完全なデバイスを使用することができると、任意の製品について製造歩留まりが著しく高まる。提案されている方式（scheme）は、その最も単純な形態において、アクチュエータアレイ１つ当たりに１つの動作しないデバイスがあっても差し支えない。しかし、かかる概念は、より多くの欠陥のある要素を有するデバイスにも対処するように、容易に拡張することができる。基本的に本方式は、モジュールの使用可能な要素の各々を、その動作レベルを検証するために評価することができることを必要とする。そのような評価は、レーザ干渉計を使用する変位測定、または同じ機器を使用した共振測定、またはデバイスの動作時に後で使用される電極を使用する電気的方法とすることができる。同様に、ドライバチップは、動作しない要素がデータを受け取らない、または吐出不良データを受け取るようにイメージデータを関連出力に割り当てることができるように、プログラムすることが可能でなければならない。従って、レーザ干渉計によるノズル除去のための制御は、ノズルを適切なチャネル内に配置し、吐出不良要素をスキップするようにプログラムされなければならない。

図６は、それぞれが１８個の画素をサポートする３つのモジュールを示すが、これらの数は、当然ながら、実際には、はるかに大きくなる。各チャネルは、除去ウィンドウ（ablation windows）を有し、これは、ノズルを除去することができる領域である（図６にはチャネルを図示しない）。モジュールは、合計２０個の除去ウィンドウを有し、モジュールアレイの各端部の除去ウィンドウは予備である（欠陥のある要素が存在しない場合、除去されないことを意味する）。図は、冗長性が必要とされない場合、ここにフルスワス（full swathe）が印刷されることを示す。

図７は、３つのノズル群が各チャネル内で構成され、このノズル群がラインアレイ内にある実施形態を示す。この構成において（及び図６の構成の場合においても）、その内容が参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第１５５２４６９号明細書で開示されている発明を追加的に実施することが可能である。これは、複数のノズル、または他のノズル配置を使用し、「スーパー画素（super pixels）」を形成している。入力画素の各列について、連続するスーパー画素の２つの重畳された列が印刷され、各印刷画素は、Ｎ個のスーパー画素による印刷への寄与（print contributions）を享受することが可能である。一例では、スーパー画素は、入力画素の２倍の幅であり、スーパー画素の列は、スーパー画素の新しい列からスーパー画素幅の半分だけオフセットされている。従って、印刷要素の損失に対して冗長性が提供される。本発明による構成を使用し、不完全なデバイスを幅広アレイへと組み立てることを可能とし（それにより歩留まりが著しく向上する）、また、欧州特許出願公開第１５５２４６９号明細書の発明を使用して（現場での）動作故障に対処し、それによりアレイ（またはプリントヘッド）の「信頼性／寿命」を改善することが提案される。

図８は、第１のモジュールが２つの吐出不良チャネルを有する同じレイアウトを示す。それに応じてノズル除去パターンが修正され、フルスワスの構成が得られる。

単純な形態では、本発明によるレイアウトは、図９に示されているようなものとなる。任意の数の液滴吐出要素を各モジュール内に組み込むことができ、モジュール１つ当たり１１個の液滴吐出要素が示されている。

図１０は、予備の除去ウィンドウ内で除去されたノズルをどのように使用し、モジュール間の境界内で画像を整える（trim）、または最適化することができるかを示す。ノズル１２ａ及び１２ｂから画素１２に供給されるインクの量を使用し、モジュール間の境界で量または配置の変動を補正することができる。

歩留まりは、不完全なモジュールをも使用できることにより改善される。このことは、モジュール＃１及び＃２が吐出不良要素を含む図１１に示されている。除去工程は、既知の吐出不良要素をスキップすることによって連続する画素スワスを実現するようにプログラムされている。

図１１では、除去工程により、標準的なノズル配置が実現され、ここでは、隣接するチャンバがスワス内で隣接する画素に対応する傾向がある。しかし、ノズルパターンは、チャンバのアレイに亘る印刷性能の特性に関する知識に基づいて有利に選択され得ることが判明している。例えば、アレイの領域が不均一な特性を有すると判明した場合、本発明のいくつかの実施形態を用いて、不均一の影響を分散するように機能するノズルパターンを選択することが可能である。一対の隣接するアクチュエータまたはチャネルが動作可能であるが性能が低下していることが既知である場合を考えてみると、ノズルパターンは、これらの２つのアクチュエータが、スワス内で隣接する画素に対応しないように選択され得る。これは、印刷された画像においてアクチュエータの不均一性を分散する、または分離する効果を有し、それにより、何らかの潜在的な欠陥が可視化されることを低減している。隣接するチャンバからの画素をページ上で分離することができる限界（extent）、あるいは代替的に、このようにして「並べ替えられる（re-ordered）」ことができる隣接チャンバの数は、ノズルウィンドウの限界に依存している。

図１２では、モジュール＃１は、全て吐出しているノズルを備えている。モジュール＃２及びモジュール＃３は、吐出不良要素を有し、各モジュールが、フル画素スワスを達成するために代替的なノズルパターンを示している。モジュール＃２におけるノズルパターンは「不規則な（irregular）」パターンを有しており、これにより、特定の隣接するチャネルからの印刷された画素が、印刷後のスワスにおいて隣接していないことがわかる。図１２では、四角い画素パターンで示されているが、この特徴は、有利なことに上述の「スーパー画素」と共に使用され得る。

プリントヘッドが、ノズルが吐出チャンバまたはチャネルの細長い側面において構成された、当該技術分野でサイドシュータと呼ばれるタイプのものである場合、ノズルウィンドウは、その細長い側面の長さの一部分に亘って延在している。これは、前述の実施形態の大部分で想定される構成である。また、ノズルが細長いチャネルの端面において構成される、いわゆるエンドシュータと共に本発明を実施することが可能もある。その場合には、ノズルウィンドウは、本質的にその端面のほぼ全体を占有することもできる。

そのような構成が図１３に示されており、（図では、それぞれの端面１３０を介してのみわかる）細長いチャネルが、紙面に対して垂直な所定の長さを有している。

本来の１４１マイクロメートルのチャネルピッチの場合、アレイチャネル１３０は、（スワス方向１３２に沿って）画素ピッチ３５マイクロメートル（７２０ｐｄｉ）を実現するように傾斜される。図の構成では、７番と１０番のチャネルは、評価によって、機能しないものとして識別されている。従って、ノズルは、チャネル４、５、６、８、９、１１、１２、１３において除去される（この応用例では、チャネル１、２、３も冗長的である）。８番と９番の番号が付されたチャネル内のノズルは、依然として初期位置、すなわち、チャネルの長手方向中心線上にあることに留意されたい。チャネル４、５、６内のノズルは、チャネル１３０の端面によって表されたノズルウィンドウ内でオフセットされている。チャネル１１、１２、１３において構成されたノズルは、同様にノズルウィンドウ内でオフセットされるが、反対方向にオフセットされている。このようにして、スワス方向１３２でのノズル４、５、６、８、９、１１、１２、１３の射影は、均等間隔で配置されることが観察される。

本発明は、例としてのみ述べられており、本発明の技術的範囲から逸脱すること無しに、様々な修正が可能である。本説明、（適切な場合）特許請求の範囲及び図面で開示されている各特徴は、独立に、または任意の適切な組合せることができる。本発明は、各チャネルの１つの壁部が圧電材料で形成される細長いインクチャネルの諸構成に特に適用可能であるが、他の圧電構成、及び熱インクジェット印刷などの非圧電構成を含めて、他の多くの構成に応用することができる。

従来技術によるインクジェットプリントヘッドの概略図である。 製造欠陥の影響を示す、図１に類似の概略図である。 インクジェットプリントヘッドの概略図である。 複数の製造欠陥に対処することができるやり方を示す、図３に類似の概略図である。 本発明の一実施形態によるモジュール配置の概略図である。 本発明の他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの概略図である。 他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの概略図である。 他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの概略図である。 他の実施形態の概略図である。 他の実施形態の概略図である。 他の実施形態の概略図である。 他の実施形態の概略図である。 代替のチャネルのアレイを示す他の実施形態の概略図である。

符号の説明

２ ノズル
４，４ａ〜４ｈ 吐出チャンバ（ノズルウィンドウ）
６ スワス
８ スワス方向
１０ アクチュエータ
１２ 画素
１４ ノズルウィンドウ
５０ チャネル
６０ 列

Claims (14)

1. Ｎ個の吐出チャンバのアレイであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウを備え、一の吐出チャンバのノズルウィンドウは、スワス方向で少なくとも１つの他の吐出チャンバのノズルウィンドウと重なり合っている吐出チャンバのアレイと、
   前記ノズルウィンドウの境界において構成されたノズル群と、
   を備えた液滴付着装置において、
   前記ノズルが、前記吐出チャンバのＮ−１個以下を使用するように配置されており、
   液滴を、前記ノズルを通じて吐出することができ、前記スワス方向に、所定の均一なドット間隔で、基材上にドットを形成することを特徴とする液滴付着装置。
2. 前記Ｎ−１個以下の吐出チャンバが、ノズルと共に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴付着装置。
3. 液滴吐出を行わせるアクチュエータを有し、該アクチュエータが、前記チャンバの一部分を変形させるように働き、これによって圧力変動を生ぜしめていることを特徴とする請求項１に記載の液滴付着装置。
4. 複数のノズルがそれぞれのノズルウィンドウ内に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液滴付着装置。
5. 前記吐出チャンバが、前記スワス方向に対して平行に延在している延長線の方向に細長くされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液滴付着装置。
6. 前記吐出チャンバが、前記スワス方向に対して垂直に延在している延長線の方向に細長くされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液滴付着装置。
7. 前記ノズル配置は、少なくともいくつかの隣接するチャンバから吐出された液滴によって形成されるドットが、印刷されたスワスにおいて隣接していないように選択されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液滴付着装置。
8. Ｎ個の吐出チャンバのアレイを用意するステップであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウを備え、一の吐出チャンバのノズルウィンドウを、スワス方向で少なくとも１つの他の吐出チャンバのノズルウィンドウと重なり合わせるステップと、
   各吐出チャンバの機能を評価し、該評価結果を用いて、Ｎ−１個以下の前記ノズルウィンドウの境界内でノズル群を構成するステップと、
   を含む液滴付着装置を製造する方法において、
   ノズルを、前記吐出チャンバから前記ノズル群を通じて吐出された液滴が、前記スワス方向に、所定の均一なドット間隔で、基材上にドットを形成するように配置するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記ノズル群を構成するステップが、吐出チャンバの前記アレイに予め取り付けられたノズルプレート内で開口を形成するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ノズル群を構成するステップが、ノズルプレート内で開口を形成し、その後に前記ノズルプレートを吐出チャンバの前記アレイに取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 複数のノズルをノズルウィンドウ内に設けるステップを含むことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ノズル配置を、吐出チャンバの前記アレイに沿った吐出チャンバ機能の不均一の可視作用を、前記スワスに沿って分散するように選択するステップを含むことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ノズル配置を、少なくともいくつかの隣接するチャンバから吐出された液滴によって形成されるドットが、印刷されたスワスにおいて隣接していないように選択するステップを含むことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
14. Ｎ個の吐出チャンバのアレイであって、各吐出チャンバがノズルウィンドウを備え、前記吐出チャンバは、Ｎ−１個を任意に選択できるように配置された吐出チャンバのアレイ、
    を備えた液滴付着装置の製造時に使用するための構成要素において、
    それぞれのノズルは、印刷ライン上の前記ノズルの射影が均等間隔で配置された状態で、各選択されたチャンバの前記ノズルウィンドウ内に位置決め可能とされていることを特徴とする構成要素。

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