JP2008531351A - デフレクタ一体型インクジェット印刷装置 - Google Patents

Abstract

その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインク滴形成機構を有するプリントヘッドと、インク滴ストリームにガス流を作用させてインク滴を体積別に分離させそのうちある体積のものを印刷媒体方向に吐出させる一方他の体積のもの即ち印刷に使用されないものを全て回収するデフレクタ付溝状構造及びそのインク流路と、を備え、更に、デフレクタ付溝状構造がプリントヘッドと一体形成されたインク滴ストリーム連続式インクジェット印刷装置を提供する。デフレクタ付溝状構造がインク滴形成機構と一体形成されているため、印刷エンジンアセンブリに対し別体のインク回収器を位置決めする必要がない。

Description

本発明は、ディジタル制御型連続式インクジェット印刷装置、例えば横方向空気流等の横方向ガス流を利用し偏向させることによりインク滴を選別する連続式インクジェットプリンタに関する。

特許文献３（発明者：Ｃｈｗａｌｅｋ ｅｔ ａｌ．）には、オリフィスから吐出されるインクジェットを空間的に非対称加熱することによりインク滴選別的に偏向させる連続式インクジェットプリントヘッドが、記載されている。

特許文献６（発明者：Ｊｅａｎｍａｉｒｅ ｅｔ ａｌ．）に記載のインク滴選別偏向技術はこれより優れており、各インクジェットを小粒インク滴と大粒インク滴とに細断し、インク滴飛行方向に対し交差する方向のガス流例えば空気流によってインク滴を偏向させる手法を採っている。小粒インク滴の偏向角は大きいので溝付インク回収器内に入るが、大粒インク滴の偏向角は小さいのでインク回収器には入らず、その脇を通り抜けて印刷媒体上に“着地”する。これにより、目的とする画像が形成される。また、これとは逆に、大粒インク滴をインク回収器により回収し小粒インク滴を印刷媒体に向かわせる手法も教示されている。

特許文献４（発明者：Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）には、こうしたプリントヘッドにて使用可能なノズルプレートをＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）技術やＭＥＭＳ（微細電気機械構造）技術を用いて製造する手法が記載されている。また、特許文献７（発明者：Ａｎａｇｎｏｓｔｏｐｏｕｌｏｓ ｅｔ ａｌ．）には、ページ幅ノズルプレート即ち約４インチ以上の長さを有するノズルプレートを製造する手法が記載されている（１インチ＝２．５４×１０^-2ｍ）。ここでいうノズルプレートとは、ノズルがアレイ状に配置・形成された支持基板、特に各ノズルの出射オリフィスの近傍にヒータが設けられているもののことである。この基板上には、更に、一群のヒータの中から作動させるヒータを指定する論理回路や、各ヒータに駆動電流を供給する駆動回路も、搭載することができる（外付けでもよい）。

連続式インクジェットプリントヘッドを完成させるには、こうしたノズルプレート及びその周辺回路の他に、インク滴を選別的に偏向させる手段、使用しないインク滴を回収するためのインク回収器例えば溝付のもの、インク再循環乃至排出システム、各種空気濾過器及びインク濾過器、インク送給手段及びガス送給手段、並びにその他のハードウェアを、所定位置に実装しなければならない。

また、そうした連続式インクジェットプリントヘッドにおいては、ノズルプレートにおけるノズルの配置を直線状とし、その個数を約１５０〜２４００個／インチとする。また、生成するインク滴の体積は、そのノズルの出射オリフィスの直径にもよるが、例えば大粒の方は約１００ｐｌ（ピコリットル）とし小粒の方は約１ｐｌとする。

米国特許第５４７５４０９号明細書 米国特許第６２７３１０３号明細書 米国特許第６０７９８２１号明細書 米国特許第６４５０６１９号明細書 米国特許第６４６３６５６号明細書 米国特許第６５５４４１０号明細書 米国特許第６６６３２２１号明細書

連続的なインク滴ストリームを生成するインクジェットプリントヘッド即ち連続式インクジェットプリントヘッドとしては、上述のガス流偏向方式の他に例えば特許文献１（発明者：Ｓｉｍｏｎ ｅｔ ａｌ．）に記載の静電偏向方式、即ちインク滴を静電的に偏向して選別する方式があるが、何れの方式を採るにしても、使用しないインク滴を回収するための部材例えば溝付インク回収器等の部材を設ける必要がある。しかも、使用するインク滴の偏向角と使用しないインク滴の偏向角の差は通常はほんの数度であるので、ノズルアレイに対しインク回収器を注意深く位置決めする必要がある。この位置決め作業にはかなりの労力が必要になるのが普通であり、それはプリントヘッド製造コストを大きく押し上げる要因になっている。また、ノズルプレートに対するインク回収器の位置決めをインク回収器毎に即ち１回に一組ずつ行わねばならないことも、プリントヘッド製造コストを押し上げる原因になっている。

溝付インク回収器の多くは、使用しないインク滴を回収する手段としてエッジ状の部材、例えばナイフエッジ状の部材を備えている。こうしたエッジによりインク滴を回収するには、そのエッジを十分まっすぐにすること、例えばその一端から他端にかけて数十μｍ以内の精度でまっすぐにすることが必要である。しかしながら、溝付インク回収器は通常はノズルプレートと異なる素材から形成されており、従ってその熱膨張係数もノズルプレートのそれとは異なっているので、周囲温度が変化すると、溝付インク回収器例えばそのエッジと、ノズルアレイとの間に、位置ずれが発生する。せっかくエッジをまっすぐにしても、この位置ずれが顕著ではそのプリントヘッドは所期機能を果たしえない。更に、溝付インク回収器は大抵の場合位置決めネジにより何らかのフレームに取り付けられているので、運搬等に際しプリントヘッドに衝撃が加わることによっても、溝付インク回収器とノズルアレイの間に位置ずれが発生することがある。また、溝付インク回収器を接着剤によってフレームに固定する構成を採る場合でも、その接着剤の硬化が進行するにつれ溝付インク回収器とノズルアレイの間の位置ずれが拡大することがある。プリントヘッド組立中にこうした位置ずれが生じると歩留まりが下がってしまう。

そして、以上示した位置決め及び組立上の諸問題は、プリントヘッドの長さが１インチ未満の場合にも生じうるけれども、プリントヘッドの長さがより長い場合、例えばページ幅相当の長さ更には数十インチ程の長さである場合に、特に顕著になる。

従って、今求められているのは、ノズルアレイに対するインク回収器の取付作業及び溝の位置決め作業を不要にすること、それでいてノズルアレイに対する溝の位置関係が正確になるようにすること、ノズルアレイの長さがページ幅以上であっても或いはそれより短くても使用できるインク回収手段を実現すること、並びに周囲温度乃至作動温度が変化してもノズルアレイに対する溝の位置ずれが発生しないようにすることである。また、ページ幅より短い長さのノズルアレイを複数個並べページ横断状或いはタイル状に配置することで取付作業フリー、溝位置決め作業フリー且つ高位置精度の長尺連続式インクジェットプリントヘッド例えばページ幅連続式インクジェットプリントヘッドを形成できるようにすることも、求められている。そして、ノズルプレートに対し溝を位置決めする際に一組ずつ位置決めする必要をなくし、多大な労力を必要とする位置決め手順を廃止すること、ひいてはプリントヘッド製造コストを減らすことも、求められている。

本発明の目的は、従来技術にて生じていた上掲の種々の問題点（のうち少なくとも一部）が解決乃至緩和されたインクジェット印刷装置及びそれを製造可能な方法を提供することにある。

ここに、本発明の一実施形態に係るインクジェット印刷装置は、その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインク滴形成機構を有するプリントヘッドと、インク滴ストリームにガス流を作用させてインク滴を体積別に分離させそのうちある体積のものを印刷媒体方向に吐出させる一方他の体積のものを回収するデフレクタ付溝状構造と、を備え、更に、デフレクタ付溝状構造がプリントヘッドと一体形成された構成を採る。

本発明の他の実施形態に係る方法は、
ａ．その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインクジェットプリントヘッドを、支持基板上に一体形成するステップと、
ｂ．その支持基板上に、インク滴ストリームをガス流により体積別に偏向させそのうちある体積のインク滴を印刷媒体方向に吐出させるデフレクタ付溝状構造であって、ガス流をインク滴ストリームの居所に送るための流路及び他の体積のインク滴を回収するための流路を何れも少なくとも１本有するデフレクタ付溝状構造を、一体形成するステップと、を実行することにより、溝状構造付インクジェットプリントヘッドを製造する手順を採る。

本発明の更に他の実施形態に係るインクジェット印刷装置は、印刷媒体上に１本の線を印刷できるよう相互配置された複数個のインクジェット印刷アセンブリを備え、各インクジェット印刷アセンブリが、その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインク滴形成機構を有するプリントヘッドと、対応するプリントヘッドに一体形成されておりインク滴ストリームにガス流を作用させてインク滴を体積別に分離させるデフレクタ付溝状構造と、を有し、各デフレクタ付溝状構造が、ある体積のインク滴を対応するプリントヘッドから印刷媒体の方向に吐出させ他の体積のものを回収する構成を採る。

以下、本発明の好適な実施形態に関し、別紙図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明、別紙図面及び別紙特許請求の範囲を参照すれば、本発明の目的、構成及び効果について、前掲のものもそれ以外のものも含め、より明解に理解及び認識することができよう。また、本願中の説明は、専ら本発明に係る装置の構成部分やそれと密接に連関する部材に関して行われており、それ以外の構成部分乃至部材については具体的な説明乃至図示が省略されている。ご理解頂ける通り、それらの部材は本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）にとり周知の様々な形態で以て実現することができる。そして、別紙図面では、同様の又は対応する部材には同様の参照符号を付してある。

図１及び図４に、本発明の一実施形態に係るインク滴ストリーム連続式のインクジェットプリンタ１０を示す。このプリンタ１０には、インクジェットプリントヘッドのインク滴形成機構としてノズルアレイ１２が設けられている。

図１に具体的に示されているように、このインクジェットプリントヘッドは、シリコン製の個別ヘッド基板１６、基板１６に形成された複数個のノズル１７からなるノズルアレイ１２、並びに各ノズル１７に対応して設けられた複数個のヒータ１３を備えている。本実施形態におけるヒータ１３は、それぞれ、基本的に、対応するノズル１７を中心とするほぼ環状即ちリング状の発熱抵抗素子によって構成されており、対応する導体２８を介し対応するコンタクトパッド２１に導電接続されている。このように対応するノズル１７を中心として円を描くように各ヒータ１３を配置するのが望ましいが、円弧状、方形状等の形状にしてもかまわない。また、ヒータ１３は対応するノズル１７の周辺に配置すればよいので、その位置や形態は様々な位置乃至形態にすることができる。例えば各ノズル１７の出射オリフィスの縁にヒータ１３を設けてもよいし、各ノズル１７の内底部にヒータ１３を設けてもよいし、ヒータ１３の一部を基板１６外に設けてもよい。そして、各ノズル１７には、基板１６の内部に形成された図示しないインク流路を介し、インク送給源２４からインクの供給を受ける。こうしたインク送給源２４とそれに連通する一群のノズル１７を必要な色数分だけ設ければ、そのアレイ１２により、多色印刷例えば三色以上のインクを用いた印刷を行うことができる。単色印刷例えば白黒印刷ならばインク送給源２４の個数は１個でもよく、それに対応するノズル１７も一組でよい。

導体２８及びコンタクトパッド２１は何れも導電性であり、コントローラ２３とヒータ１３の間を導電接続できるよう、少なくともその一部が基板１６上に形成乃至配置されている。但し、コントローラ２３とヒータ１３の間の導電接続は、周知の形態を含め、他の形態でも行うことができる。また、コントローラ２３は、比較的単純な形態でもまた比較的複雑な形態でも実現できる。前者の例としては、例えばオンオフ可能な電源をヒータ１３毎に設けた構成がある。逆に、ロジックコントローラやプログラマブルマイクロプロセッサといったデバイス及びそのデバイスに駆動電力を供給する電源によりコントローラ２３を実現した場合、その構成は比較的複雑になるものの、プリンタ内にある他の多くの部材をも、そのコントローラ２３により望み通りに制御することができる。

図２Ａ〜図２Ｆに、コントローラ２３からヒータ１３に供給される駆動信号の波形及びそれにより形成されるインク滴のサイズの例を示す。大まかには、ヒータ１３に供給する駆動信号の周波数（スイッチング周波数）が高いと（図２Ｃ）小体積のインク滴即ち小粒インク滴３３が発生し（図２Ｄ）、スイッチング周波数が低いと（図２Ａ）大体積のインク滴即ち大粒インク滴３１が発生する（図２Ｂ）。後に説明するように、本実施形態で印刷媒体上へのマーキングに使用するのは大粒インク滴３１であり、小粒インク滴３３は回収・再使用（再生）されるのであるが、その逆に、小粒インク滴３３を印刷に使用し大粒インク滴３１を回収する構成でも本発明を実施できることを、ぜひご理解頂きたい。どちらの構成を採るかは、求められている画像形成能力乃至仕様に応じて決めればよい。このように、インクから多サイズのインク滴を生成しそのうち一種類（大粒インク滴３１）を使用して画素を形成する実施形態では、ヒータ１３に供給する駆動信号の波形を基本的には図２Ａに示す波形と図２Ｃに示す波形とで切り替えることにより、ヒータ１３の作動状態を印刷状態と非印刷状態の間で切り替える。印刷状態とは、例えば図２Ａに示す波形の駆動信号をヒータ１３に供給し、ノズル１７から吐出されるインクを図２Ｂ中の大粒インク滴３１に成形する作動状態であり、非印刷状態とは、例えば図２Ｃに示す波形の駆動信号をヒータ１３に供給し、ノズル１７から吐出されるインクを図２Ｄ中の小粒インク滴３３に成形する作動状態である。大粒インク滴３１を得るためヒータ１３に供給する低周波の駆動信号（図２Ａ）は、例えば、その駆動信号パルス継続時間２５が好ましくは０．１〜５μｓｅｃの範囲内、例えば１．０μｓｅｃで、駆動信号パルス停止期間３８が例えば４２μｓｅｃの波形であり、小粒インク滴３３を得るためヒータ１３に供給する高周波の駆動信号（図２Ｃ）は、例えば、その駆動信号パルス継続時間２５が例えば１．０μｓｅｃで、駆動信号パルス停止期間３２が例えば６．０μｓｅｃの波形である。なお、この例ではサイズが二種類であるため作動状態が印刷状態及び非印刷状態の二状態しかないが、より多サイズのインク滴を生成できる構成にすれば、より多様な作動状態を実現することができる。

一般に、与えられる画像データには印刷画素についてのデータと非印刷画素についてのデータとが含まれているので、それに基づき生成されヒータ１３に供給される駆動信号の波形には、図２Ｅに模式的に示すように印刷状態から非印刷状態への遷移や非印刷状態から印刷状態への遷移が現れる。この波形に従い生成されるインク滴は、図２Ｆに模式的に示すように、複数種類のサイズのインク滴３１，３３が継起するインク滴ストリームを形成する。複数個のヒータ１３に対するこのような駆動制御は、例えば、印刷媒体に対するノズルアレイ１２の移動量（位置）及び印刷したい画像に応じ、またそのヒータ１３に対応するノズル１７から吐出させるインク色毎且つヒータ１３毎に行う。また、特記すべきことに、インク滴３１，３３の体積は、使用するインクの種類、使用する印刷媒体の種類、印刷する画像のフォーマット及びサイズ等、個別具体的な印刷条件に応じて精密調整するとよい。

図３に、ノズルアレイ１２の動作即ち画素単位でインク滴ストリームを生成、変調する動作と、デフレクタ付溝状構造６０の一部たるインク滴デフレクタ４６の動作即ち横方向ガス流４７によりインク滴３１，３３を体積選別する動作とを、併せて示す。デフレクタ付溝状構造６０の構成については、後に図５を参照して説明する。これらの動作に際しては、まず、ノズルアレイ２７（図１中の１２）内のノズル１７から、処理対象液たるインク９６が吐出される。このインク９６は、フィラメント状の流れになって、ノズルアレイ２７に対しほぼ垂直な吐出経路Ｘに沿って進んでいく。図中のｒ₁は、インク９６がフィラメント状になる空間領域を表している。各ヒータ１３はそれぞれ画像データの値に対応する周波数の駆動信号によって駆動されているので、インク９６のフィラメントは個々別々なインク滴３１，３３に細断・分解され、それらのインク滴３１，３３によりインク滴ストリームが形成される。小粒インク滴３３を印刷に使用する構成では、それらを複数個合体させることにより大粒インク滴３１即ち印刷に使用しないインク滴を形成することもある。図中のｒ₂は、こうしたフィラメント（ジェット）細断乃至インク滴合体が生じる領域であり、この領域ｒ₂にて形成されたインク滴ストリームはその後段の領域ｒ₃に入っていく。領域ｒ₃はノズルアレイ１２から十分に離れた場所にあり、この領域ｒ₃においては、ガス流４７からの力即ちガス力が吐出経路Ｘに対し垂直な方向からインク滴ストリームに加わり、インク滴ストリームは印刷に使用する大粒インク滴３１と印刷に使用しない小粒インク滴３３とにあらまし分離される。このガス力は、その区間長が領域ｒ₃とほぼ等しいかやや短いガス力作用区間Ｌに亘り、インク滴ストリームに作用する。ここに、球体の表面積が半径の自乗に比例して増加するのに対し体積及び質量は半径の三乗に比例して増加する。従って、表面積に比較した質量ひいては運動量の値は、小粒インク滴３３に比べ大粒インク滴３１の方が大きくなる。インク滴デフレクタ４６で層流化したガス流４７からインク滴３１，３３に対し作用するガス力はそのインク滴３１，３３の表面積に比例するので、小粒インク滴３３に比べ質量が大きい大粒インク滴３１の方が偏向しにくい。そのため、ガス力が作用するとそのインク滴ストリーム内のインク滴３１、３３はその体積及び質量に従いほぼ正確に分離（図示例の場合二分）される。従って、ガス流４７の流速を調整して非印刷用インク滴経路Ｓと印刷用インク滴経路Ｋの間に十分な分離角Ｄを設けることで、印刷に使用する大粒インク滴３１を印刷用インク滴経路Ｋに乗せて印刷媒体Ｍに射突させる一方、印刷に使用しない小粒インク滴３３を非印刷用インク滴経路Ｓに乗せてデフレクタ付溝状構造６０（後に詳述）により回収させることができる。

なお、印刷に使用する大粒インク滴３１と、印刷に使用しない小粒インク滴３３との間の分離角Ｄの大きさは、インク滴３１，３３のサイズ比だけでなく、力を及ぼしてくるガス流４７の速度、密度及び粘度、インク滴３１，３３の速度及び粘度、並びにインク滴３１，３３にガス流４７が作用するガス力作用区間Ｌの長さによっても左右される。また、ガス流４７としては、空気流、窒素流等、様々な密度及び様々な濃度のガスの流れを使用することができ、その何れでも同様の結果を得ることができる。

図４に、本実施形態に係る印刷装置の構成を模式的に示す。この図に示す印刷装置即ちインクジェットプリンタ１０は、ノズルアレイ１２を有するインクジェットプリントヘッドと、そのノズルアレイ１２と一体に形成されたデフレクタ付溝状構造６０と、を有するインクジェット印刷アセンブリ４５を備えている。ノズルアレイ１２はインク滴形成機構であり、大粒インク滴３１及び小粒インク滴３３からなるインク滴ストリームを生成し図３中の吐出経路Ｘに沿って吐出する。図示例の場合、吐出経路Ｘはデフレクタ付溝状構造６０のほぼ中央を貫通している。また、デフレクタ付溝状構造６０は、好ましいことにノズルアレイ１２の一部として形成されており、図５に示すようにインレットプレナム５０及びアウトレットプレナム４０を備えている。上流側にあるプレナム５０は圧力ポンプ２２０に、また下流側にあるプレナム４０は真空ポンプ１５０に、それぞれ通流している。従って、真空ポンプ１５０によってプレナム４０からガスを吸い出すとプレナム４０内にガス流４７が発生し、ひいてはプレナム５０を介しデフレクタ付溝状構造６０内に入りインク滴ストリームの居所に向かうガス流４７が発生する。プレナム４０，５０は溝をなす複数枚のバッフル（仕切板）４８から構成されているので、このバッフル４８の長さ即ちガス流路Ｆの長さを十分長くすることにより、先に示唆した通り、ガス流４７を層流のままで高速化することができる。プレナム５０内で層流化されたこのガス流４７は、インク滴ストリーム中のインク滴３１，３３にガス力を作用させる。このガス力は、それらインク滴３１，３３をそのサイズ別に分離させ、大粒インク滴３１を印刷用インク滴経路Ｋ側に、また小粒インク滴３３を非印刷用インク滴経路Ｓに、それぞれ振り分ける。インク滴ストリームに作用したガス流４７は、プレナム４０を介し排出される。また、デフレクタ付溝状構造６０は、図３に６１として示した通り、プレナム４０に面して配置されたデフレクタエッジ６２を備えている。このエッジ６２の役割は、大きく偏向した小粒インク滴３３を経路Ｓの途上で捉えて回収することである。残りのインク滴即ち大粒インク滴３１は経路Ｋに沿って進行していき、プリントドラム８０により担持されている印刷媒体Ｗに達する。なお、圧力ポンプ２２０は吸気用の濾過器２１０を介し外部から、またガス再循環流路１７０を介し真空ポンプ１５０側から、ガス例えば空気を吸入する。濾過器２１０は、外部から吸入されるガスから汚染粒子群を除去する。

デフレクタ付溝状構造６０のアウトレットプレナム４０には更にインク回収流路７０が連結されており、その回収流路７０はインク回収室９０に通流している。ガス流４７によって偏向されエッジ６１によって捉えられた小粒インク滴３３や、何らかの理由でミスト化していたインク等、印刷に使用されなかったインクは回収流路７０内に入り、更に濾過器１４０及び排出流路１３０を経て回収室９０内に回収され、インク帰還流路１００を介して再使用に回される。更に、回収室９０内にはオープンセルスポンジ乃至発泡体１３５があるので、ノズルアレイ１２を高速スキャン移動させるときでもインクスロッシング（しぶき）を防止乃至抑制することができる。回収室９０は更に負圧源に連結された減圧流路１１０に通流しているので、その負圧源の動作によって回収流路７０内に負圧を発生させ、その負圧により回収流路７０内におけるガス流４７の流速を高め、ひいてはインク滴分離率及びインク滴回収率を高めることができる。但し、印刷用インク滴経路Ｋに顕著な攪乱が生じないようにするには、回収流路７０内におけるガス流４７の流速を、高くしすぎない方がよい。

更に、インレットプレナム５０には、図示しないがインク滴ストリームをバイパスする経路が設けられており、圧力ポンプ２２０及びその後段のコンディショニング室１９０にて発生したガス流のうちごく一部が、当該別経路を介しインク回収流路７０内に引き込まれている。この構成では、デフレクタエッジ６２におけるガス圧や回収流路７０内のガス圧は、回収流路７０及びプレナム５０の配置乃至構成に応じ調整されたガス圧になる。従って、デフレクタ付溝状構造６０のうち溝状構造部分のガス圧がプリントドラム８０の近傍での外気圧より高くなるので、周囲環境に存する塵埃や紙の繊維等がデフレクタ付溝状構造６０に接近、被着する可能性が低くなり、またそれらが回収流路７０内に入り込む可能性も低くなる。

プリンタ動作時には、図示しないノズルアレイ駆動機構の挙動と同調するように、且つコントローラ２３による制御の下に、吐出経路Ｘに対し垂直な方向に沿ってプリントドラム８０により印刷媒体Ｗを移送する。プリントドラム８０の動かし方は既知の通りであり、コントローラ２３の動作も既知の通りでよい。印刷媒体Ｗとしては様々な素材の媒体を使用できる。例えば紙、ビニール、布、その他の繊維性素材等である。

このように、本実施形態では、ノズルアレイ１２上にそのノズルアレイ１２と一体にデフレクタ付溝状構造６０を形成している。即ち、デフレクタ付溝状構造６０を構成するプレナム４０，５０にガス流４７を流し、非使用インクを回収する構成としている。また、本実施形態においては、更に、オリフィス清掃システム２４０がデフレクタ付溝状構造６０に一体化されている。この清掃システム２４０によるノズルアレイ１２の清掃は、その溶媒注入口２４１を介し溶媒を注入してノズルアレイ１２全体に行き渡らせ、その上で溶媒排出口２４２を介した真空吸引によりそれら溶媒を除去する、という手順で行われる。

更に、本実施形態にてデフレクタ付溝状構造６０をノズルアレイ１２と一体に形成しているのは、インクジェット吐出用のノズル１７に対するデフレクタエッジ６２の位置精度を確保するためである。当該位置精度を確保するため、本実施形態では、例えばＣＭＯＳ回路製造技術、ＭＥＭＳ製造技術等の既知半導体製造技術を用い、シリコン等の半導体素材によってノズルアレイ１２を形成している。それらの製造技術に関する記載のある特許文献４及び７の内容全てを、この参照を以て本願中に繰り入れることとする。但し、ノズルアレイ１２は様々な素材により形成でき、またそれと一体に形成するデフレクタ付溝状構造６０も様々な素材により形成でき、そしてそれらの製造技術としては本件技術分野にて従来既知のどのような製造技術も使用することができる。本発明の技術的範囲には、そうした素材乃至製造技術を用いたものも包含される。

図６に、図５に示すデフレクタ付溝状構造６０複数個とそれに対応する複数個のノズルアレイ１２とが同時形成されたウエハ２５０を示す。このようにインクジェットプリントヘッドのノズルアレイ１２とデフレクタ付溝状構造６０とが一体化されたアセンブリをウエハ２５０上に複数個形成するに当たっては、例えば、まずノズルアレイ１２となる部分を含む基層を形成する。基層を形成したら、続いて、デフレクタ付溝状構造６０が形成されるまで各ノズルアレイ１２の真上に溝状構造部分２３０を形成していく。形成手法としては通常のフォトリソグラフィ法を使用できる。フォトリソグラフィ法を用いることによって、デフレクタエッジ６２に対しノズル１７の出射オリフィスを精密に位置決めすることができる。こうしてノズルアレイ１２一体型のデフレクタ付溝状構造６０が複数個形成されたら、ウエハ２５０をデフレクタ付溝状構造６０毎に分割し、得られたノズルアレイ１２付のデフレクタ付溝状構造６０を何個か並べ複数個のノズルアレイ１２を相互に位置決めすることにより、図７に示すように長尺なアセンブリを形成する。このアセンブリによれば、例えば印刷媒体全幅に亘りまっすぐな線４１に沿って画素を印刷することができる。即ち、各ノズルアレイ１２においては複数個のノズル１７がまっすぐに並んでおり、またノズルアレイ１２付のデフレクタ付溝状構造６０は互いに同一の構成であるので、それらを単純に配置、整列させるのみで、全ノズルアレイ１２のノズル１７を一直線に並べることができる。更に、各ノズルアレイ１２内の各ノズル１７が、そのノズルアレイ１２に対応するデフレクタエッジ６２に対し位置決めされているので、捉えるべきでないインク滴が捉えられる等のミススプレイも回避できる。従って、この図に示した手法を使用することにより、連続式インクジェットプリンタにて使用するインクジェットプリントヘッドアセンブリの長さを、望み次第で、３６インチ或いはそれ以上にすることができる。

図８に、本発明の他の実施形態に係るデフレクタ付溝状構造を示す。図中、先に説明した部材乃至部分と同様の部材乃至部分には、同様の参照符号を付してある。本実施形態に係るデフレクタ付溝状構造は、インクジェットプリントヘッドのノズルアレイ１２と、それに一体化された溝状構造部分１６０とにより構成されており、その溝状構造部分１６０は複数個のサブレイヤ１６１を積層した構造となっている。このデフレクタ付溝状構造を形成する際には、まずステンレス鋼等の補強素材に接合されたポリイミド等の感光素材上に部位選択的エッチングにより各種機能部分や位置決め用部分のパターンを形成して各サブレイヤ１６１を形成し、そしてそれらのサブレイヤ１６１を重ね合わせ真空乃至減圧状態で熱硬化させることによって、溝状構造部分１６０を形成する。他方で、プリントヘッドウエハ２５０上には溝状構造部分１６０に対応するノズルアレイ１２を所要個数形成しておき、各溝状構造部分１６０を対応するノズルアレイ１２に位置合わせしてウエハ２５０に接合する。その上でウエハ２５０を切り分けることにより、ノズルアレイ１２一体型のデフレクタ付溝状構造の単品が複数個、形成されることとなる。なお、積層型インクジェット構造形成手順及び素材に関しては、特許文献５に記載がある。

特記すべきことに、デフレクタ付溝状構造６０の溝状構造部分１６０，２３０を製造する際には、本件技術分野にて既知のあらゆる製造技術を使用することができる。例えばＳＵ−８等の高アスペクト比構造形成用フォトレジストは、デフレクタ付溝状構造又はその溝状構造部分を一体形成するのに適している。形成した溝状構造部分のウエハ２５０乃至ノズルアレイ１２への取付は、単品切り分けより先に行ってもよいし後に行ってもよい。

以上、本発明について詳細且つ具体的に説明したが、それはあくまで説明であって、本発明の要旨を限定する事項として記載したわけではない。

本発明の好適な実施形態に係るインクジェットプリントヘッドのノズルアレイの模式的平面図である。 ノズル付近にあるヒータのスイッチング周波数が低い状態を示す図である。 図２Ａの状態にてノズルから吐出されるインク滴の体積を示す図である。 ノズル付近にあるヒータのスイッチング周波数が高い状態を示す図である。 図２Ｃの状態にてノズルから吐出されるインク滴の体積を示す図である。 ノズル付近にあるヒータのスイッチング周波数の切替を示す図である。 それに伴うインク滴の体積変化を示す図である。 本実施形態に係るノズルアレイ、特に小粒インク滴を偏向させ大粒インク滴から分離させるインク滴デフレクタの動作原理を示す模式的拡大側面図である。 本実施形態に係るノズルアレイを用いたインクジェットプリンタの模式的側面図である。 本実施形態に係るノズルアレイ及びそれと一体のデフレクタ付溝状構造を示す模式的側面図である。 本実施形態に係るノズルアレイ及びそれと一体のデフレクタ付溝状構造が複数個形成された切り分け前のノズルプレートウエハを示す模式的上面図である。 本実施形態に係るノズルアレイ及びそれと一体のデフレクタ付溝状構造を複数個用いたインクジェットプリントヘッドアセンブリを示す図である。 本発明の他の実施形態におけるインクジェットプリンタ用ノズルプレートの構造を示す図である。

符号の説明

１０ インクジェットプリンタ、１２，２７ インクジェットプリントヘッドのノズルアレイ、１３ ヒータ、１６ 個別ヘッド基板、１７ ノズル、２１ コンタクトパッド、２３ コントローラ、２４ インク送給源、２５ 駆動信号パルス継続時間、２８ 導体、３１ 大粒インク滴、３３ 小粒インク滴、３２，３８ 駆動信号パルス停止期間、４０ アウトレットプレナム、４１ 画素ライン、４５ インクジェット印刷アセンブリ、４６ インク滴デフレクタ、４７ ガス流、４８ バッフル、５０ インレットプレナム、６０ デフレクタ付溝状構造、６１，６２ デフレクタエッジ、７０ インク回収流路、８０ プリントドラム、９０ インク回収室、９６ インク、１００ インク帰還流路、１１０ 減圧流路、１３０ 排出流路、１３５ 発泡体、１４０，２１０ 濾過器、１５０ 真空ポンプ、１６０，２３０ 溝状構造部分、１６１ サブレイヤ、１７０ ガス再循環流路、１９０ コンディショニング室、２２０ 圧力ポンプ、２３１ 表層、２４０ オリフィス清掃システム、２４１ 溶媒注入口、２４２ 溶媒排出口、２５０ 多ヘッド同時形成用ウエハ、Ｄ 分離角、Ｆ ガス流路、Ｋ 印刷用インク滴経路、Ｌ ガス力作用区間、Ｍ，Ｗ 印刷媒体、Ｓ 非印刷用インク滴経路、Ｘ 吐出経路。

Claims (14)

1. その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインク滴形成機構を有するプリントヘッドと、
   インク滴ストリームにガス流を作用させてインク滴を体積別に分離させそのうちある体積のものを印刷媒体方向に吐出させる一方他の体積のものを回収するデフレクタ付溝状構造と、
   を備え、更に、デフレクタ付溝状構造がプリントヘッドと一体形成されたインクジェット印刷装置。
2. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、プリントヘッド及びデフレクタ付溝状構造双方と一体の清掃機構を備えるインクジェット印刷装置。
3. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、そのデフレクタ付溝状構造が、インク滴ストリームの居所にガス流を送るための流路と、インク滴ストリームに作用したガス流をデフレクタ付溝状構造から排出するための流路とを、何れも少なくとも１本有するインクジェット印刷装置。
4. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、回収した余分なインクをデフレクタ付溝状構造から排出するための流路を、少なくとも１本有するインクジェット印刷装置。
5. 請求項３記載のインクジェット印刷装置であって、ガス流をインク滴ストリームの居所に送るための流路が、そのガス流を層流にするためのバッフルを少なくとも１枚有するインクジェット印刷装置。
6. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、そのプリントヘッド及びデフレクタ付溝状構造が、ＣＭＯＳ回路製造技術により製造されたインクジェット印刷装置。
7. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、そのプリントヘッド及びデフレクタ付溝状構造が、ＭＥＭＳ製造技術により製造されたインクジェット印刷装置。
8. 請求項１記載のインクジェット印刷装置であって、連続式インクジェット印刷装置として構成されたインクジェット印刷装置。
9. ａ．その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインクジェットプリントヘッドを、支持基板上に一体形成するステップと、
   ｂ．その支持基板上に、インク滴ストリームをガス流により体積別に偏向させそのうちある体積のインク滴を印刷媒体方向に吐出させるデフレクタ付溝状構造であって、ガス流をインク滴ストリームの居所に送るための流路及び他の体積のインク滴を回収するための流路を何れも少なくとも１本有するデフレクタ付溝状構造を、一体形成するステップと、
   を実行することにより、溝状構造付インクジェットプリントヘッドを製造する方法。
10. 請求項９記載の方法であって、そのプリントヘッド及びデフレクタ付溝状構造をＣＭＯＳ回路製造技術により形成する方法。
11. 請求項９記載の方法であって、そのプリントヘッド及びデフレクタ付溝状構造をＭＥＭＳ製造技術により形成する方法。
12. 印刷媒体上に１本の線を印刷できるよう相互配置された複数個のインクジェット印刷アセンブリを備え、
    各インクジェット印刷アセンブリが、その体積が異なる複数種類のインク滴を含むインク滴ストリームを発生させるインク滴形成機構を有するプリントヘッドと、対応するプリントヘッドに一体形成されておりインク滴ストリームにガス流を作用させてインク滴を体積別に分離させるデフレクタ付溝状構造と、を有し、
    各デフレクタ付溝状構造が、ある体積のインク滴を対応するプリントヘッドから印刷媒体の方向に吐出させ他の体積のものを回収するインクジェット印刷装置。
13. 請求項１２記載のインクジェット印刷装置であって、各インク滴形成機構がノズルを複数個有するインクジェット印刷装置。
14. 請求項１３記載のインクジェット印刷装置であって、互いに別々のインクジェット印刷アセンブリに属するものを併せた複数個のノズルが、印刷媒体上に１本の線を印刷できるよう相互配列されたインクジェット印刷装置。

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