JP2010507513A - プリントヘッド及び印刷方法 - Google Patents

Abstract

基板（２０）上に形成されている複数の滴発生器２４を有するプリントヘッド（１２）。各滴発生器（２４）は、デュアルインライン構造で配置されているノズル（１６）を含む。一実施形態では、ノズル（１６）の列は、走査軸（Ａ）に対して第１の軸方向位置に位置する第１の群のノズル（１６ａ）、及び走査軸（Ａ）に対して第２の軸方向位置に位置する第２の群のノズル（１６ｂ）を含み、それによって、列の全てのノズル（１６）が、第１の軸方向位置又は第２の軸方向位置のいずれかに位置するようになっている。走査軸（Ａ）に沿った、第１の軸方向位置及び第２の軸方向位置間の距離は、ドット配置誤差を低減するように設定されている。

Description

本発明は、プリントヘッド及び印刷方法に関する。

インクジェット印刷技術は、コンピュータのプリンタ、グラフィックスプロッタ、複写機及びファクシミリ装置等の多くの商品において使用されている。「ドロップオンデマンド」として知られている１つのタイプのインクジェット印刷は、紙のシート等の印刷媒体上へインク滴を噴射して印刷媒体上に複数のドットを生成する１つ以上のインクジェットペンを使用する。プレコンディショナ（前刷り液）及び定着液等の、インク以外の印刷流体も使用することができる。この１つ又は複数のペンは、典型的には、印刷媒体にわたって走査するか又は前後に往復して横断する可動キャリッジに取り付けられる。印刷媒体は、走査と走査の間に、走査方向に対して垂直な方向へ前進する。ペンは、印刷媒体を横断して繰り返し移動する時に、コントローラ（制御装置）の命令を受けて印刷流体滴を適時に噴射するように作動する。流体滴の噴射は、印刷媒体上に所望の画像を形成するように制御される。

インクジェットペンは通常、一般的にプリントヘッドと呼ばれる少なくとも１つの流体噴射装置を含み、ここから印刷流体滴が噴射される。１つの一般的なプリントヘッド構造は、少なくとも１つの流体供給孔と、この供給孔の周りに配置されている複数の滴発生器とを有する基板を含む。各滴発生器は、流体供給孔と流体連通する発射チャンバと、この発射チャンバと流体連通するノズルとを含む。抵抗器又は圧電アクチュエータ等の流体噴射器が各発射チャンバ内に配置される。流体噴射器を作動させることによって、印刷流体滴が対応するノズルを通して噴射される。印刷流体は、流体供給孔から発射チャンバへ送達され、各噴射の後にチャンバに再充填される。通常、滴発生器の１つのサブセットのみが一度に発射し、ピーク電流ドローを低減する。同時に発射するノズルのサブセットは、「アドレス（address）」と称され、各アドレスの１つのインスタンス（one instance）を含む隣接するノズルの組は「プリミティブ（primitive）」と呼ばれる。

高画質を提供するために、プリントヘッドの各ノズルは、印刷媒体上の適切なピクセル位置に所望の量の印刷流体を正確に且つ繰り返し付着させることができなければならない。しかし、プリントヘッドの異常によって、印刷媒体上の所望の位置とは異なる間違った位置に滴をもたらし、その結果、ドット配置誤差として知られる誤差が生じる。そのようなドット配置誤差は、キャリッジが走査される方向に成分を有する場合があり、この成分は走査軸方向性（「ＳＡＤ」）誤差として知られている。ドット配置誤差はまた、印刷媒体が走査される方向に成分を有する場合があり、この成分は用紙軸方向性（「ＰＡＤ」）誤差として知られている。

プリントヘッドは典型的に、ノズルが、それぞれ走査軸に対して垂直の２つ以上の列をなして配置されるように構成される。設計によっては、各列のノズルは、走査軸に対して同じ軸方向位置に（すなわち、走査軸に対して垂直な直線状に）位置する。そのような構成は、「インライン（inline）」構造と称されることが多い。このインライン設計では、発射と発射との間に経過する時間が結果としてＳＡＤ誤差となり得る。別のプリントヘッド設計は、一列の様々なノズルを走査軸に対してわずかに異なる位置に位置させた互い違いの（ずらされた）ノズル列を使用することによってＳＡＤ誤差を低減しようと試みている。互い違いのノズルレイアウトは、常にではないが多くの場合、シェルフ長さ（shelf length）が異なる滴発生器を設けることによって達成される。本明細書において使用する場合、「シェルフ長さ」という用語は、所与の滴発生器において、ノズルの中心から、その滴発生器に隣接する流体供給孔の縁までの距離を指す。互い違いのプリントヘッド設計は、ノズル間の距離と、発射と発射との間の時間にキャリッジが移動する距離とを適合させることによってＳＡＤ誤差を低減する。

しかし、ノズルからノズルまでの体系的な同心性のばらつきを生み出す互い違いの設計によって、プリントヘッドの作製中に材料変形が起こり得る。これらの同心性のばらつきは、ＳＡＤ誤差よりも問題であると通常考えられるＰＡＤ誤差を引き起すことがあり、それは、ＰＡＤ誤差は補償するのが困難であり、バンディング欠陥（banding defects）を生じさせるからである。

インクジェットペンの一実施形態の斜視図である。 プリントヘッドの一実施形態の斜視図である。 図２の線３−３に沿った部分断面図である。 図３の線４−４に沿った部分断面図である。 別態様のインライン構造を示すプリントヘッドの部分断面図である。

図面を参照する（図面を通して同一の参照符号は同じ要素を示す）と、図１は、プリントヘッド１２を有する例示的なインクジェットペン１０を示す。ペン１０は、一般に印刷流体供給源を収容する本体１４を含む。本明細書において使用する場合、「印刷流体」という用語は、印刷プロセスにおいて使用される任意の流体を指し、インク、前刷り液、定着液等を含むがこれらに限定されない。印刷流体供給源は、ペン本体１４内に完全に収容される流体リザーバを含んでいてもよく、又は別態様で、１つ以上の軸外流体リザーバ（図示せず）に流体結合されるチャンバをペン本体１４内に含んでいてもよい。プリントヘッド１２は、印刷流体供給源と流体連通してペン本体１４の外表面に取り付けられる。プリントヘッド１２は、内部に形成されている複数のノズル１６を通して印刷流体滴を噴射する。図１には比較的少数のノズル１６しか示していないが、プリントヘッド１２は、プリントヘッドの技術分野では一般的であるように、１列当たり１００個を超えるノズルを有する２つ以上の列を有してよい。これらの列は、通常、インクジェットペン１０の走査軸に対して垂直である。図１の矢印Ａによって示される走査軸線は、使用時にペン１０がそれに沿って横移動する軸線である。プリントヘッド１２に信号を送信しプリントヘッド１２から信号を受信するための適切な電気コネクタ（例えば「フレックス回路（flex circuit）」）１８が設けられている。

いくつかの用途で、インクジェットペンはページ幅のアレイを有し、その場合、プリントヘッドが印刷媒体と同じ幅であるため、ページを横断して走査しないことに留意されたい。プリントヘッドに対して前進するのは印刷媒体のページだけである。本発明は、これらのタイプのペン及びプリントヘッドに同様に適用可能である。この場合、「走査軸線」は、ページ軸線に対して垂直な方向、すなわちページが移動する方向を指す。

図２及び図３を参照すると、プリントヘッド１２は、少なくとも１つの流体供給孔２２が内部に形成されており、この流体供給孔２２の周りに複数の滴発生器２４が配置されている基板２０を含む。流体供給孔２２は、走査軸Ａに対して概ね垂直に延在する細長いスロットであり、印刷流体供給源と流体連通している。各滴発生器２４は、ノズル１６、発射チャンバ２６、流体供給孔２２と発射チャンバ２６との間で流体連通を確立する供給チャネル２８、及び発射チャンバ２６内に配置されている流体噴射器３０のうちの１つを含む。よって、ノズル１６は、流体供給孔２２の各側に１列ずつ２列に配置され、インクジェットペン１０の走査軸線Ａに対して実質的に垂直に延びる。流体噴射器３０は、対応するノズル１６を通して流体滴を噴射させるように動作可能な、抵抗器又は圧電アクチュエータ等の任意の装置であってよい。

図示の実施形態では、酸化物層３２が基板２０の前面に形成されており、薄膜スタック３４が酸化物層３２の上部に被着されている。当該技術分野で知られているように、薄膜スタック３４は概して、酸化物層と、流体噴射器３０及び導電性トレースを画定する金属層と、パッシベーション層（不活性化層）とを含む。プライマー層（下塗り層）３８と、チャンバ層４０と、オリフィス層４２とを含む流体層アセンブリ３６が、薄膜スタック３４の上部に形成されている。流体層アセンブリ３６は、発射チャンバ２６、供給チャネル２８及びノズル１６を画定する。図２及び図３は１つの可能なプリントヘッド構成、つまり、共通の供給孔を中心とする２列の滴発生器を示しているが、本発明の実施において他の構成も使用できることに留意されたい。

ここで図４を見ると、プリントヘッド１２は、「デュアルインライン（dual inline）」構造を有しており、従来のインライン設計、つまり互い違いの形態を有しないもの又は各アドレスに対して１つの（特有の）ノズル位置がある複数のノズル位置を有する互い違いの設計を有するものとは異なることが分かる。デュアルインライン構造の場合、各列のノズル１６の全てが、インクジェットペン１０の走査軸線Ａに対して２つの異なる軸方向位置のうちの一方に位置する（ノズル位置は図４において点線で示されている）。すなわち、各列のノズル１６はその列の長さに沿って分布しているが、ノズルは、走査軸線Ａに沿ったちょうど２つの異なる点に位置する。このデュアルインライン構造は、一実施形態では、滴発生器２４に対して２つの異なるシェルフ長さを提供することによって達成することができる。シェルフ長さ（すなわち、所与の滴発生器における、ノズル１６の中心と流体供給孔２２の縁との距離）は、走査軸線Ａに対するノズル１６の位置を決定する。図示の実施形態では、プリントヘッド１２は、全ての滴発生器２４に関して２つの別個のシェルフ長さしか有しておらず、隣接する複数の滴発生器２４は２つのシェルフ長さのどちらかを交互にとる。これは、滴発生器２４が、それぞれ第１のシェルフ長さＬ_１を有する第１の組の滴発生器２４ａと、それぞれ第２のシェルフ長さＬ_２を有する第２の組の滴発生器２４ｂとを含み、それによって、全ての滴発生器２４が第１のシェルフ長さＬ_１又は第２のシェルフ長さＬ_２のいずれかを有することを意味する。

図示の実施形態では、第１のシェルフ長さＬ_１は第２のシェルフ長さＬ_２よりも長く、これらの２つのシェルフ長さの差は、ドット配置誤差を実質的に最小限に抑えるか又は低減するように設定される。１つの可能な実施形態では、好ましいシェルフ長さの差（Ｌ_１−Ｌ_２）は、プリントヘッド１２のドット幅列の約０．２５倍〜２．０倍の範囲にあり、より好ましくはドット列幅の約半分である。このプリントヘッドの「ドット列幅」は、同じノズルによって印刷される２つのドットの中心（centroids）間の間隔であり、プリントヘッドの解像度によって変わる。典型的には１インチ当たりのドット数（ｄｐｉ）で測定される解像度は、単位長さ当たりに印刷することができるドットの数であり、キャリッジ運動の単位長さ当たりにプリントヘッドが発射することができる頻度に応じて変わる。例えば、１２００ｄｐｉの解像度を有するプリントヘッドは、印刷媒体に沿って１インチラインで１２００個のドットを印刷することができ、これらのドットが、１インチの１／１２００だけ離間していることを意味する。したがって、プリントヘッドのドット列幅は、１インチの１／１２００になる。この例では、好ましいシェルフ長さの差は、ドット列幅の半分である１インチの１／２４００となる。

デュアルインライン構造は、２つの異なるシェルフ長さを有することなく実施することもできる。例えば、図５は、デュアルインライン構造を有するプリントヘッド１１２の別態様を示す。すなわち、各列のノズル１１６の全てが、インクジェットペンの走査軸線Ａに対して２つの異なる軸方向位置のうちの一方に位置している。走査軸線Ａに沿う、ノズル１１６の第１の軸方向位置と第２の軸方向位置と間の距離は、ドット配置誤差を実質的に最小限に抑えるか又は低減するように設定される。例えば、この距離は、プリントヘッド１１２のドット幅列の約０．２５倍〜２．０倍の範囲であり、より好ましくはドット列幅の約半分であってよい。この実施形態では、切欠１４４が、流体供給孔１２２の、第１の群の滴発生器１２４ａに隣接する縁に形成されている。走査軸線Ａの方向の切欠部１４４の深さは、走査軸線Ａに沿った、ノズル１１６の第１の軸方向位置と第２の軸方向位置と間の距離に等しい。このように、各列のノズル１１６は、２つの異なる軸方向位置のうちの一方に位置するが、各ノズルは、それに関連した（固有の）、他のノズル１１６のシェルフ長さに実質的に等しいシェルフ長さを有する。したがって、両方の群の滴発生器１２４は、実質的に等しい流体シェルフ長さＬを有する。デュアルインライン構造における等しい流体シェルフ長さを、他の実施態様を使用して形成することもできる。

図２〜図４を再び参照すると、ノズル１６のうちの１つから液滴を噴射するために、印刷流体が、関連する供給チャネル２８を介して流体供給孔２２から関連する発射チャンバ２６内へ導入される。関連する流体噴射器３０が作動され、この流体噴射器３０は、ノズル１６を通して液滴を押し出すように発射する。例えば、流体噴射器３０が抵抗器である場合、関連する抵抗器が電流のパルスによって作動され、これによって、抵抗器に、発射チャンバ２６内の印刷流体を加熱する熱が生成する。これにより、発射チャンバ２６内に蒸気泡が形成し、ノズル１６を通して印刷流液滴が押し出される。発射チャンバ２６は、各液滴噴射後には、流体供給孔２２から供給チャネル２８を介して印刷流体で再充填される。滴発生器２４は、均一であるか又は異なる滴重量の液滴を噴射するように構成することができるが、第１の群の滴発生器２４ａ及び第２の群の滴発生器２４ｂが異なる滴重量の液滴を生成する必要は必ずしもない。実際には、第１の群の滴発生器２４ａ及び第２の群の滴発生器２４ｂは、等しいか又は実質的に等しい滴重量の液滴を生成することができる。複数の滴発生器２４は、典型的に、所定の発射順に発射させられる。通常、デュアルインライン構造の場合での発射順は、１つのノズル位置の滴発生器の全てが発射してから、他のノズル位置の滴発生器のいずれかが発射するようになっている。さらに、必須ではないが、各プリミティブが偶数のアドレスを有することが好ましい。

上述したように、各列の滴発生器２４は、第１の群の滴発生器２４ａと第２の群の滴発生器２４ｂとで交互になっている。隣接する滴発生器２４が２つのシェルフ長さを交互にとるということは、任意の所与の滴発生器２４について、その所与の液滴発生器２４に隣合う２つの滴発生器が、前記所与の滴発生器に対して走査軸線Ａに沿って同じに位置付けられる（走査軸線Ａ方向に、所与の液滴発生器から同じ距離をおいて位置する）ことを意味する。換言すると、ある滴発生器に一方の側で直近接する滴発生器に対する、そのある滴発生器の走査軸線Ａに沿った位置及び間隔は、前記ある滴発生器に他方の側で直近接する滴発生器に対する、そのある滴発生器の走査軸線Ａに沿った位置及び間隔と同じである。その結果、２つの隣り合うノズルの相対的な位置は、どの所与のノズル１６に関しても同じである。したがって、デュアルインライン構造によって、ノズルからノズルへの非対称性、すなわち体系的な同心性のばらつきがなくなる。

各列のノズル１６は、インクジェットペン１０の走査軸に対して２つの別個の位置に位置するため、デュアルインライン構造は、従来のインライン構造と比してＳＡＤ誤差を５０％低減する。この低減されたＳＡＤ誤差は、従来の互い違いの設計を用いて得られるものほど良好ではない場合があるが、多くの用途に適用可能である。さらに、デュアルインライン構造は、ノズル間の同心性のばらつきがほとんどないか又は全くないため、従来の互い違いの設計よりもＰＡＤ誤差が実質的により少ない。デュアルインライン構造の他の利点としては、２つのシェルフ長さのみを調整すればよいこと、及びジクザグを補償する必要性が少ないことが挙げられ、これは、滴速度、滴重量、Ｒライフ（R-life）、エアロゾル等に関して適合及び最適化する必要がある構造が２つしかないためである。パドリング（液だまり、puddling）に関連する軌跡誤差が低減するため、より速い再充填速度が可能となる。さらに、デュアルインライン構造には増分費用又は処理が伴わない。

本発明の特定の実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲において規定される本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の変更を行うことができることに留意されたい。

Claims (19)

1. 基板（２０）と、
   前記基板（２０）に形成される複数の滴発生器（２４）であって、第１のシェルフ長さをそれぞれ有する第１の群の滴発生器（２４ａ）と、前記第１のシェルフ長さとは異なる第２のシェルフ長さをそれぞれ有する第２の群の滴発生器（２４ｂ）とを含み、それによって、前記基板（２０）の前記滴発生器（２４）の全てが、前記第１のシェルフ長さ又は前記第２のシェルフ長さのいずれかを有する、複数の滴発生器（２４）と
   を備え、前記第１のシェルフ長さと前記第２のシェルフ長さとの差が、ドット配置誤差を低減するように設定される、プリントヘッド（１２）。
2. ドット列幅を画定し、前記第１のシェルフ長さと前記第２のシェルフ長さとの差が、前記ドット列幅のおよそ０．２５〜２．０倍である、請求項１に記載のプリントヘッド（１２）。
3. 前記第１のシェルフ長さと前記第２のシェルフ長さとの差が、前記ドット列幅のおよそ半分である、請求項２に記載のプリントヘッド（１２）。
4. 前記複数の滴発生器（２４）が、前記第１の群の滴発生器（２４ａ）と前記第２の群の滴発生器（２４ｂ）とで交互になっている、請求項１に記載のプリントヘッド。
5. 前記滴発生器（２４）がそれぞれ、発射チャンバ（２６）と、該発射チャンバ（２６）と流体連通するノズル（１６）と、該発射チャンバ（２６）内に配置されている流体噴射器（３０）とを有する、請求項１に記載のプリントヘッド（１２）。
6. 前記基板（２０）内に形成されている流体供給孔（２２）をさらに有し、前記滴発生器（２４）がそれぞれ、前記流体供給孔（２２）と前記発射チャンバ（２６）との間の流体連通を確立する供給チャネル（２８）をさらに有する、請求項５に記載のプリントヘッド（１２）。
7. 前記第１の群の滴発生器（２４ａ）及び前記第２の群の滴発生器（２４ｂ）が、実質的に等しい滴重量の液滴を生成するように構成されている、請求項１に記載のプリントヘッド（１２）。
8. 走査軸（Ａ）を画定するプリントヘッド（１２）であって、
   内部にノズル（１６）の列が形成されており、第１の群の前記ノズル（１６ａ）が前記走査軸（Ａ）に対して第１の軸方向位置に位置し、第２の群の前記ノズル（１６ｂ）が前記走査軸（Ａ）に対して第２の軸方向位置に位置し、それにより、前記列の全ての前記ノズル（１６）が、前記第１の軸方向位置又は前記第２の軸方向位置のいずれかに位置し、前記走査軸（Ａ）に沿った、前記第１の軸方向位置と前記第２の軸方向位置との間の距離が、ドット配置誤差を実質的に最小限に抑えるように設定されている、プリントヘッド（１２）。
9. ドット列幅を画定し、前記走査軸（Ａ）に沿った、前記第１の軸方向位置と前記第２の軸方向位置との間の距離が、前記ドット列幅のおよそ０．２５〜２．０倍である、請求項８に記載のプリントヘッド（１２）。
10. 前記走査軸（Ａ）に沿った、前記第１の軸方向位置と前記第２の軸方向位置との間の距離は、前記ドット列幅のおよそ半分である、請求項９に記載のプリントヘッド（１２）。
11. 前記列の前記ノズル（１６）が、前記第１の群のノズル（１６ａ）と前記第２の群のノズル（１６ｂ）とで交互になっている、請求項８に記載のプリントヘッド（１２）。
12. 前記ノズル（１６）のそれぞれと流体連通する発射チャンバ（２６）と、該発射チャンバ（２６）内にそれぞれ配置される流体噴射器（３０）とをさらに有する、請求項８に記載のプリントヘッド（１２）。
13. 流体供給孔（２２）と、該流体供給孔（２２）と前記発射チャンバ（２６）それぞれとの間の流体連通を確立する供給チャネル（２８）とをさらに有する、請求項１２に記載のプリントヘッド（１２）。
14. 前記第１の群の前記ノズル（１６）及び前記第２の群の前記ノズル（１６）が、実質的に等しい滴重量の液滴を生成する、請求項８に記載のプリントヘッド（１２）。
15. 前記ノズル（１６）が全て、関連するシェルフ長さを有し、該ノズル（１６）それぞれの該シェルフ長さが実質的に等しい、請求項８に記載のプリントヘッド（１２）。
16. 印刷する方法であって、
    走査軸（Ａ）を画定し、ノズル（１６）の列が内部に形成されているプリントヘッド（１２）を設けることであって、第１の群の前記ノズル（１６ａ）が前記走査軸（Ａ）に対して第１の軸方向位置に位置し、第２の群の前記ノズル（１６ｂ）が前記走査軸（Ａ）に対して第２の軸方向位置に位置し、それにより、前記列の全ての前記ノズル（１６）が、前記第１の軸方向位置又は前記第２の軸方向位置のいずれかに位置し、前記ノズル（１６）がそれぞれ、関連する流体噴射器（３０）を有する、プリントヘッド（１２）を設けること、及び
    前記流体噴射器（３０）を、前記ノズル（１６）から液滴を噴射するように作動させることであって、該流体噴射器（３０）が、所定の発射順で作動され、それにより、前記第２の群のノズル（１６ｂ）のいずれかが発射する前に、全ての前記第１の群のノズル（１６ａ）が発射する、流体噴射器（３０）を作動させること
    を含む、印刷する方法。
17. 前記第１の群の前記ノズル（１６ａ）及び前記第２の群の前記ノズル（１６ｂ）が、実質的に等しい滴重量の液滴を生成する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ノズル（１６）が全て、関連するシェルフ長さを有し、該ノズル（１６）それぞれの該シェルフ長さが実質的に等しい、請求項１６に記載の方法。
19. 前記ノズル（１６）が全て、関連するシェルフ長さを有し、前記第１の群の前記ノズル（１６ａ）が、第１のシェルフ長さを有し、前記第２の群の前記ノズル（１６ｂ）が、前記第１のシェルフ長さとは異なる第２のシェルフ長さを有する、請求項１６に記載の方法。

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