JP4820045B2 - ４つのスタガ列のノズルを有するインクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般的に熱インクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドに関し、より詳細には、インク滴発生器の高密度スタガ配置を有するモノクロのインクジェットプリントヘッドを用いる、複数の動作モードを有する高性能プリントのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
（関連技術）
熱インクジェット（ＴＩＪ）プリンタは、コンピュータの分野において普及しており広く用いられている。このようなプリンタは、W．J．LloydおよびH．T．Taubによって、「Ink Jet Devices」、Chapter 13 of Output Hardcopy Devices (Ed. R. C. Durbeck および S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988）において、ならびに米国特許第４，４９０，７２８号および第４，３１３，６８４号において説明されている。インクジェットプリンタは、プリント媒体（紙等）にインクのみが当たるので、高品質のプリントを製作し、コンパクトで持ち運びでき、プリントが高速かつ静かである。
【０００３】
インクジェットプリンタは、アレイの特定の規定した位置に個々のドット（または画素）からなるパターンをプリントすることによって、プリント画像を生成する。直線のアレイにおける小さなドットとして都合よく視覚化される、このようなドット位置は、プリントしているパターンによって規定される。したがって、プリント動作は、ドット位置のパターンをインクのドットで満たすことであると表すことができる。
【０００４】
インクジェットプリンタは、少量のインクをプリント媒体上に噴出することによってドットをプリントする。インク槽等のインク供給装置が、インク滴発生器にインクを供給する。インク滴発生器は、マイクロプロセッサその他のコントローラによって制御され、マイクロプロセッサによって命令されると、適切な時点でインク滴を噴出する。インク滴噴出のタイミングは、通常、プリントしている画像の画素パターンに対応する。
【０００５】
一般にインク滴発生器は、気化すなわち発射チャンバ内にある少量のインクを急速に加熱することによって、オリフィス（ノズル等）を通してインク滴を噴出する。インク滴の気化は通常、小型の薄膜（または発射）抵抗器等、電気ヒータを用いて行われる。インク滴の噴出は、選択した発射抵抗器に通電して、選択した発射チャンバ内にあるインクの薄い層を過熱することによって、行われる。この過熱によって、インクのその薄い層が爆発的に気化し、プリントヘッドの関連するノズルを通ってインク滴が噴出する。
【０００６】
噴出したインク滴は、インク滴発生器を収容しているプリントヘッドアセンブリを支持する移動キャリッジアセンブリによって、プリント媒体上に配置される。キャリッジアセンブリは、プリント媒体表面の上方を横切り、プリントしているパターンに応じて、プリントヘッドアセンブリを配置する。キャリッジアセンブリは、「走査軸」に沿ってプリントヘッドアセンブリとプリント媒体とを相対運動させる。一般的に、走査軸の方向はプリント媒体の幅と平行であり、キャリッジアセンブリを１回「走査」させるということは、キャリッジアセンブリがプリントヘッドアセンブリを１回、プリント媒体の幅をほぼ横切って移動させる、ということを意味する。プリント媒体は、通常、走査と走査との間で、「媒体前進軸」に沿ってプリントヘッドに対して前進する。媒体前進軸は、走査軸と垂直である（そして一般的に、プリント媒体の長さに沿っている）。
【０００７】
プリントヘッドアセンブリが走査軸に沿って動くにつれて、断続的な線でできた１本のスウォースが生成される。このような断続的な線が重なり合うことによって、プリント画像のテキストまたは画像としての外観が作り出される。媒体前進軸に沿ったこのような断続的な線の密度を、媒体前進軸に沿ったプリント解像度と呼ぶことが多い。したがって、媒体前進軸における断続的な線の密度が高くなるほど、その軸に沿ったプリント解像度も高くなる。
【０００８】
媒体前進軸に沿った断続的な線の密度（およびしたがって縦軸プリント解像度）は、連続した走査と走査との間の「ステップ」を調整することによって高くすることができる。例えば、２つのステップを利用して、媒体前進軸に整列したノズルアレイの長さに等しいスウォースをカバーする場合には、これを「２パスプリント」と呼ぶ。この場合のスウォース同士は、非整数のノズルピッチ長さ（紙軸に沿って測定）に等しい距離だけずれており、断続的な線のピッチが二等分できるようになっている。これによって、紙軸に沿った解像度が効果的に２倍になる。しかし、２パスプリントの大きな短所のひとつは、余分なパスによってプリンタの速度が非常に下がってしまう、ということである。例えば、２パスプリントのプリント速度は、１パスプリントの約半分である。プリント速度がこのように非常に下がってしまうことは、いくつかのプリント動作には望ましくないが、他のプリント動作においては許容できる。
【０００９】
媒体前進軸に沿った断続的な線の密度を上げるのに用いてもよい別の技法は、ノズル間隔の密度を上げて、１パスプリントにおいて高プリント解像度を提供する、というものである。しかし、高プリント解像度のプリントに必要な高いノズル線密度を可能にするインク滴発生器とノズル構造とを製造することは、非常に困難である。例えば、インク滴発生器は、間隔を詰めることができるように十分微細でなければならず、間隔が詰まるのに伴ってインク滴体積は小さくならなければならず、この小さくなった滴体積では、所望のプリントモードに適合しない場合がある。したがって、あるプリント用途においては、高解像度かつ高速のプリントを可能にし、別のプリント用途においてはまた、高解像度の最高品質のプリントモードを提供するマルチモード動作が可能なインクジェットプリントヘッドが必要とされている。
【００１０】
（発明の概要）
上述の従来技術における限界を克服するために、そして、本明細書を読み理解すれば明白になるその他の限界を克服するために、本発明は、高解像度の１パスプリントを行う高密度のインク滴発生器を含む複数の動作モードが可能な、モノクロのインクジェットプリントヘッドにおいて実施される。特に、本発明は、単一の行の解像度の２倍よりも高い紙軸プリント解像度で１パスプリントを行うことができる。本発明は、インク滴発生器およびノズルの高密度のアレイに関連する諸問題のうちの少なくとも１つに取り組み、高プリント解像度を有する高品質の１パスプリントを行う。さらに、本発明では、所望のプリント速度、プリント解像度、およびプリント品質次第で、複数のプリントモードでプリントすることができる。
【００１１】
本発明の高性能のモノクロのインクジェットプリントヘッドは、プリントヘッド構造上に配置した、インク滴発生器の高密度スタガ配置を含む。それぞれのインク滴発生器は、プリントヘッド構造内に形成された、インク供給装置に液通した薄膜構造であり、ノズルを有する。インク滴発生器にはインクが供給され、適切な時点で加熱され関連するノズルから噴出される。インク滴発生器を高密度にスタガ配置したものは、少なくとも３つの軸のそれぞれに沿って配置した、複数のインク滴発生器を含む。この３つの軸は、互いに略平行で互いから間隔を置いて配置されている。単一の軸に沿った複数のインク滴発生器は、他の軸に沿った複数のインク滴発生器に対してスタガ配置されている。単一の軸に沿った複数のインク滴発生器はそれぞれ軸ピッチを有し、スタガ配置することによって、これらの軸を組み合わせたものの実効ピッチが、この軸ピッチの何分の一かになる。好ましい実施形態において、１つの軸に沿った複数のインク滴発生器はそれぞれ、軸ピッチが約１／３００インチ（約８５μｍ）であり、したがって、４つの軸に沿った４つの複数のインク滴発生器を好ましく配置したものを有する本発明のプリントヘッドの実効ピッチは、約１／１２００インチ（約２１μｍ）になる。このように実効ピッチを小さくする（そして結果としてプリント解像度を上げる）ということは、所望のプリント解像度を提供するのに必要な走査の数が少なくなり、その結果、高解像度のプリントが高速で行われる、ということを意味する。
【００１２】
本発明において用いる、インク滴発生器の高密度配置は、製造アーティファクトを受ける可能性があり、このような製造アーティファクトは、プリント品質に影響を与える可能性がある。すなわち、ノズルを形成するのに用いる製造工程によって、インク滴の飛翔経路が変化する可能性がある。本発明は、所望のプリント解像度、速度、および品質次第で、複数のプリントモードの動作を可能にすることによって、このようなプリント品質の低下を克服する。本発明はまた、本発明のインクジェットプリントヘッドを用いた複数のプリントモードでの高性能のプリントの方法も含む。
【００１３】
本発明の他の態様および利点とそのより完全な理解とは、以下の詳細な説明を、例として本発明の原理を説明する添付図面とともに読めば、明らかとなろう。さらに、本発明の範囲は、上記の発明の概要または下記の詳細な説明によってではなく、特許請求の範囲によって限定される、ということが意図される。
【００１４】
好ましい実施形態を説明する以下の説明および添付図面を参照すれば、本発明をさらに理解することができる。添付図面とともに好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、他の特徴および利点が明白になろう。添付図面は、例として本発明の原理を説明する。
【００１５】
図面を通して、同じ参照符号は対応する部分を表す。
【００１６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の以下の説明において、添付図面を参照する。添付図面は、説明の一部を形成し、添付図面において、例示として、それによって本発明を実施することができる具体的な例が示される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的変更を行ってもよい、ということが理解されなければならない。
【００１７】
Ｉ．一般的概念
本発明は、インク滴発生器を高密度に交互配置したすなわちスタガ配置した、モノクロのプリントヘッドにおいて実施される。この配置によって、本発明で高解像度かつ高速のプリントが行われる。本発明は、少なくとも３つの軸に沿った少なくとも３つのグループになるよう配置されたインク滴発生器を有する。軸グループは、対応する軸に沿って（列グループになるよう、等）配置した、複数のインク滴発生器を含む。それぞれの軸は、基準軸と略平行な中心線を有する。１つの軸グループは、他の軸グループに対してスタガ配置されている。それぞれの軸グループは軸ピッチを有し、スタガ配置の結果のひとつは、プリントヘッドの実効（すなわち組合わせ）ピッチが、軸ピッチの何分の一かになる、ということである。インク滴発生器のスタガ配置では、媒体前進軸における実効ノズル密度を上げることによって、より少ないパスでより高解像度のプリントが可能になり、高いプリント速度が高解像度で提供される。
【００１８】
さまざまなプリントモードを可能にするプリントヘッド設計を利用することによって、本発明は、品質、速度、またはそれらの組み合わせを、特定のプリント用途にしたがって最適化することができる。構造的および電気的な変更については、Joe Torgersonその他による、本願と同日に出願された、「COMPACT HIGH-PERFORMANCE, HIGH-DENSITY INK JET PRINTHEAD」という名称の、本願と同時係属の、ヒューレット・パッカード社の事件整理番号第１０００３５５３−１号である米国特許出願番号第 号において説明されている。品質を最高にするプリントモードで本発明を動作させると、プリントヘッドは、プリントヘッドからプリント媒体上へのインク滴配置の精度のわずかな変化にも影響されやすくなる。プリントヘッド製造工程のアーティファクトは、プリントヘッド全体にわたってインク滴の飛翔経路をばらつかせる可能性がある、プリントヘッド内での幾何学的ばらつきである。この誤差は、高品質のプリントについては一般的に許容できる。しかし、最高品質のプリントについては、このばらつきの影響は許容し得ない。
【００１９】
本発明は、複数の動作モードを提供することによって、この問題に取り組む。所望のプリント速度、解像度、および品質次第で、異なるモードが利用できる。例えば、以下にさらに説明するように、本発明は、通常速度での高品質の１パス双方向１２００ｄｐｉモードと、これよりも比較的低速だがより高品質の２パス１２００ｄｐｉモードとで、プリントすることができる。このようなさまざまなモードによって、本発明のプリントヘッドは、プリント用途次第で、速度と品質との折り合いをつけることができる。例えば、双方向単一パス１２００ｄｐｉモードは、すべての軸グループを同時に用いるので、ノズルのレイアウトによって決まる特定のインク滴の飛翔経路の誤差のために、いくらか品質が低下する傾向がある。これよりも低速の２パス１２００ｄｐｉモードは、軸グループの一部を用いるので、そのようなノズルのレイアウトによって決まる飛翔経路の誤差をなくすことができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、本発明は、ブラックのインクを用い４つの複数のインク滴発生器を有する、プリントヘッドを含む。４つの複数のインク滴発生器はそれぞれ、４つの軸のうちの１つに沿って配置されている。４つの軸はそれぞれ、基準軸に平行で、横方向に、互いから間隔を置いて配置されている。以下で詳細に説明するように、１つの軸に沿った複数のインク滴発生器はそれぞれ（すなわち、１つの軸グループは）、基準軸に関する軸ピッチ（例示的実施形態においては３００ｄｐｉ）を有し、４つの軸グループすべてによって、基準軸に対して軸ピッチの１／４である組合わせ実効ピッチ（好ましい実施形態においては１２００ｄｐｉ）が提供される。したがって、本発明は、基準軸に対してノズルをスタガ配置することによって、プリントヘッド全体の実効ピッチ（およびノズル密度）を４倍にする。これによって、１パスプリントは、以前では４パスプリント（ノズルの軸グループが単一であると仮定）で達成することができたものと同等のプリント解像度を有することができる。別の好ましい実施形態において、プリントヘッドは、軸グループのうちの選択した２つを用い、このプリントヘッドが、軸ピッチの１／２である組合わせ実効ピッチを有するようにする。この実施形態は、前述のプリントヘッド製造のアーティファクトの影響をなくす、２パス単方向プリントを行う。さらにこの実施形態は、上記実施形態が提供するのと同じプリント解像度を提供する。
【００２１】
ＩＩ．構造上の概観
図１は、本発明を組み込んだプリントシステム全体のブロック図である。プリントシステム１００は、インク等の物質を、紙であってもよいプリント媒体１０２上にプリントするのに用いることができる。プリントシステム１００は、プリントデータを生成するホストシステム１０５（コンピュータやマイクロプロセッサ等）に結合している。プリントシステム１００は、コントローラ１１０、電源１２０、プリント媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、および複数のスイッチングデバイス１３５を含む。プリントヘッドアセンブリ１５０には、インク供給装置１１５が液通しており、プリントヘッドアセンブリ１５０に選択的にインクを供給する。プリント媒体搬送装置１２５は、プリントシステム１００に対してプリント媒体１０２（紙等）を動かす手段を提供する。同様に、プリントヘッドアセンブリ１５０をキャリッジアセンブリ１３０が支持し、プリント媒体１０２の上方のコントローラ１１０が指示する特定の位置にプリントヘッドアセンブリ１５０を動かす手段を提供する。
【００２２】
プリントヘッドアセンブリ１５０は、プリントヘッド構造１６０を含む。以下でより詳細に説明するように、本発明のプリントヘッド構造１６０は、基板（図示せず）を含む複数のさまざまな層を含む。基板は、例えばシリコン等の任意の好適な材料（好ましくは熱膨張係数が小さい）でできている、単一の材料でできた単一の基板であってよい。プリントヘッド構造１６０はまた、プリントヘッド構造１６０内に形成した、インク滴発生器を高密度にスタガ配置したもの１６５も含む。プリントヘッド構造１６０は、プリントヘッドアセンブリ１５０からインク滴を噴出させる複数の素子を含む。プリントヘッド構造１６０はまた、スイッチングデバイス１３５にエネルギーを供給する電気的インターフェース１７０も含む。そしてスイッチングデバイス１３５は、インク滴発生器の高密度スタガ配置１６５に電力を供給する。
【００２３】
プリントシステム１００の動作中、電源１２０は、コントローラ１１０、プリント媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、およびプリントヘッドアセンブリ１５０に、制御した電圧を供給する。さらに、コントローラ１１０がホストシステム１０５からプリントデータを受信し、そのデータを処理して、プリンタ制御情報と画像データとにする。処理したデータ、画像データ、ならびにその他静的および動的に生成したデータは、プリントシステム１００を効率的に制御するために、プリント媒体搬送装置１２５、キャリッジアセンブリ１３０、およびプリントヘッドアセンブリ１５０に供給される。
【００２４】
例示的プリントシステム
図２は、本発明の高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを組み込んだ例示的プリントシステムであり、説明の目的のためにのみ示す。図２に示すように、プリントシステム２００は、プリント媒体を保持するトレイ２２２を含む。プリント動作が開始すると、プリント媒体が、好ましくはシートフィーダ２２６を用いて、媒体前進方向２２７にトレイ２２２からプリントシステム２００内へと搬送される。次にこのプリント媒体は、プリントシステム２００内でＵ字方向に搬送され、入ってきたときと逆方向に、出力トレイ２２８に向かって出る。直線の紙経路等の他のプリント媒体経路もまた、用いてもよい。
【００２５】
プリント媒体は、プリントシステム２００内に入るとプリントゾーン２３０内で一時停止し、次に、本発明のプリントヘッドアセンブリ１５０を少なくとも１つ支持するキャリッジアセンブリ１３０が、走査軸２３４の方向にプリント媒体を横切って動き（すなわち走査し）、その上にインク滴のスウォースをプリントする。プリントヘッドアセンブリ１５０は、キャリッジアセンブリ１３０に取外し可能に搭載されていても、永久的に搭載されていてもよい。さらに、プリントヘッドアセンブリ１５０はインク供給装置１１５に結合している。インク供給装置は、内蔵されたインク供給装置（内蔵されたインク槽等）であってよい。または、プリントヘッドアセンブリ１５０は、柔軟性を有する管路を介して、インク供給装置１１５に液通していてもよい。さらにまたは、インク供給装置１１５は、プリントヘッドアセンブリ１５０とは別個のまたはプリントヘッドアセンブリ１５０から分離可能で、キャリッジアセンブリ１３０に取外し可能に搭載されている、１つまたはそれよりも多いインク容器であってもよい。
【００２６】
図３は、本発明の高性能かつ高密度のインクジェットプリントヘッドを支持する、図２のプリントシステムの例示的キャリッジアセンブリを示す概略図である。キャリッジアセンブリ１３０は、プリントヘッドアセンブリ１５０を支持する走査キャリッジ３２０を含む。プリントヘッドアセンブリ１５０は、走査キャリッジ３２０に取外し可能に搭載されていても、永久的に搭載されていてもよい。走査キャリッジ３２０にはコントローラ１１０が結合しており、プリントヘッドアセンブリ１５０に制御情報を提供する。
【００２７】
走査キャリッジ３２０は、走査軸２３４の直線経路方向に沿って可動である。ステッパモータ等のキャリッジモータ３５０が、位置コントローラ３５４（コントローラ１１０と連絡している）からのコマンドにしたがって、走査軸２３４に沿って走査キャリッジ３２０を搬送する。位置コントローラ３５４にはメモリ３５８が設けられて、位置コントローラ３５４が走査軸２３４に沿った自らの位置を知ることができるようにしている。位置コントローラ３５４は、プリント媒体１０２をインクリメントに搬送するプラテンモータ３６２（ステッパモータ等）に結合している。プリント媒体１０２は、プリント媒体１０２とプラテン３７０との間に加えられる圧力によって動く。プリントシステム２００の電気的構成要素（キャリッジモータ３５０やプラテンモータ３６２等）を起動する電力、および、プリントヘッドアセンブリ１５０にインク滴を噴出させるエネルギーは、電源１２０が供給する。
【００２８】
プリント動作は、プリント媒体１０２をトレイ２２２から供給し、プラテンモータ３６２を、したがってプラテン３７０を媒体前進軸２２７方向に回転させることによってプリント媒体１０２をプリントゾーン２３０内へと搬送することによって、行われる。プリント媒体１０２がプリントゾーン２３０内に正確に配置されると、キャリッジモータ３５０が、プリント媒体１０２の上方に走査軸２３４に沿って走査キャリッジ３２０およびプリントヘッドアセンブリ１５０を配置して（すなわち走査して）、プリントを行う。１回の走査または複数回の走査の後、プリント媒体１０２は、プラテンモータ３６２によって媒体前進軸２２７に沿ってインクリメントに移動し、それによって、プリント媒体１０２の他の領域がプリントゾーン２３０内に配置される。走査キャリッジ３２０が再びプリント媒体１０２を横切って走査し、インク滴の別のスウォースをプリントする。このプロセスは、所望のプリントデータがプリント媒体１０２上にプリントされるまで繰り返され、プリントされた時点で、プリント媒体１０２は出力トレイ２２８内に排出される。
【００２９】
ＩＩＩ．プリントヘッドの構成
本発明のプリントヘッドは、高解像度のプリントを高速で行う、インク滴発生器の高密度交互配置を含む。好ましい実施形態において、少なくとも３つの軸に沿って、複数のインク滴発生器が配置される。１つの軸に沿った複数のインク滴発生器はそれぞれ（１つの軸グループは）、基準軸に沿って測定された軸ピッチを有する。例えば、例示的実施形態において、軸ピッチは１／３００インチに等しい。プリントヘッド上に４つの軸グループがあると仮定すると、このスタガ配置によって、１２００ｄｐｉという実効プリント解像度が提供される。製造アーティファクトがプリント品質に影響を与える傾向があるが、本発明は、複数の動作モードを提供することによって、この影響を緩和する。以下に詳細に説明するように、本発明のプリントヘッドは、プリント速度および品質についての要求次第で、複数のプリントモードで動作することができる。
【００３０】
図４は、本発明のプリントヘッドアセンブリの斜視図であり、説明の目的のためにのみ示す。以下に、図２のプリントシステム２００等の典型的なプリントシステムとともに用いる典型的なプリントヘッドアセンブリを参照して、本発明を詳細に説明する。しかし本発明は、いかなるプリントヘッドおよびプリンタの構成に組み込んでもよい。図１および図２を図４とともに参照して、プリントヘッドアセンブリ１５０は、熱インクジェットヘッドアセンブリ４０２とプリントヘッド本体４０４とから成っている。熱インクジェットヘッドアセンブリ４０２は、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）アセンブリと通常呼ばれる柔軟性を有する材料であってもよく、相互接続パッド４１２を含んでいてもよい。相互接続パッド４１２は、例えば接着材料によって、プリントヘッドアセンブリ１５０（プリントカートリッジとも呼ばれる）に好適に固定される。接触パッド４０８は、キャリッジアセンブリ１３０上の電極（図示せず）と位置合わせされ、それと電気的に接触している。
【００３１】
交互配置したインク滴発生器の高密度のアレイ
図５は、本発明のインク滴発生器の交互配置を示す、図４に示すプリントヘッドアセンブリの概略平面図である。プリントヘッドアセンブリは、複数のノズル５１０と第１のインク供給スロット５２０と第２のインク供給スロット５３０とを有する、本発明の高性能のプリントヘッド５００を含む。インク供給スロット５２０、５３０は、インク供給装置１１５からインク滴発生器にインクを供給する。それぞれのノズル５１０には、対応するインク滴発生器の高密度のアレイ（図示せず）が液通しており、このアレイは、好ましくはノズル５１０の下にある。このアレイのインク滴発生器は、複数の高抵抗の発射抵抗器（図示せず）を含む。この発射抵抗器は、それぞれのノズル５１０からインク滴を噴出するために、インク供給スロット５２０、５３０が供給するインクを発射チャンバ内で加熱する。
【００３２】
複数のノズル５１０は、少なくとも３つの軸に沿ったインク滴発生器のグループ（軸グループ）になるよう配置されている。これらの軸は、互いに基準軸Ｌに対して横方向に間隔を置いて配置されている。図５に示すように、好ましい実施形態において、本発明の高性能のプリントヘッド５００は、それぞれが別個の軸に沿って配置された、４つのグループのノズル５１０を含む。特に、第１のグループのノズルは第１の軸５４０に沿って配置され、第２のグループのノズルは第２の軸５５０に沿って配置され、第３のグループのノズルは第３の軸５６０に沿って配置され、第４のグループのノズルは第４の軸５７０に沿って配置されている。これらの軸５４０、５５０、５６０、５７０はそれぞれ、互いにおよび基準軸Ｌに平行である。使用中には、基準軸Ｌは、好ましくは図２および図３に示す媒体前進軸２２７に整列している。
【００３３】
図６は、本発明のノズルの交互配置すなわちスタガ配置を平面図でさらに示すことを意図する、他の概略図である。好ましい実施形態において、軸グループのノズルすなわちノズルを列配置したものはそれぞれ、基準軸Ｌに関して同じ中心間距離すなわち軸ピッチＰを有する。４つのグループのノズル５４０、５５０、５６０、５７０は、互いに対してスタガ配置され、４つのグループすべての組合わせ中心間距離Ｐ４（基準軸Ｌに対して）がＰ／４、すなわち軸ピッチＰの１／４、に等しいようになっている。言い換えれば、各グループは互いに対してスタガ配置され、プリントヘッド５００が任意の１つの特定のグループのノズルの実効解像度の４倍の実効解像度を有することができるようにしている。
【００３４】
いかなる単一のグループの解像度も効果的に２倍にするよう交互配置した、２つのグループのノズルが２組ある。グループ５４０とグループ５６０とは、第１の対のグループを形成している。グループ５４０とグループ５６０とは互いに対してスタガ配置されており、基準軸Ｌに関する第１の対の組合わせ中心間距離Ｐ２が、Ｐ／２、すなわち軸ピッチＰの１／２、に等しいようになっている。同様に、グループ５５０とグループ５７０とは、第２の対のグループを形成している。グループ５５０とグループ５７０とは互いに対してスタガ配置されており、基準軸Ｌに関する第２の対の組合わせ中心間距離Ｐ２が、Ｐ／２、すなわち軸ピッチＰの１／２、に等しいようになっている。
【００３５】
例示的実施形態において、基準軸Ｌに関する単一のグループの軸ピッチＰは、１／３００インチに等しく、それぞれのグループに、３００ｄｐｉという実効解像度を提供する。したがって、第１の対（グループ５４０およびグループ５６０）または第２の対（グループ５５０およびグループ５７０）は、基準軸Ｌに対して１／６００インチに等しい組合わせすなわち実効ピッチを有する。４つのスタガ配置したグループ（５４０、５５０、５６０、および５７０）をすべて組合わせたものは、基準軸Ｌに対して１／１２００インチという組合わせすなわち実効ノズルピッチを有し、プリントヘッド５００に１２００ｄｐｉという実効解像度を提供する。
【００３６】
図６は、インク供給スロット５２０、５３０に沿って配置したそれぞれの軸グループ（５４０、５５０、５６０、または５７０）を示す。インク供給スロットはそれぞれ、互いに対向する長手方向の縁を２つ有し、それぞれの長手方向の縁に隣接して１つの軸グループが配置されている。図６に示すように、好ましい実施形態において、第１の軸グループ５４０（グループ１）と第２の軸グループ５５０（グループ２）とは、第１のインク供給スロット５２０の互いに対向する側に配置されており、第３の軸グループ５６０（グループ３）と第４の軸グループ５７０（グループ４）とは、第２のインク供給スロット５３０の互いに対向する側に配置されている。それぞれの軸グループのノズルは略同一線上にあるものとして示すが、特定の軸グループのノズルには、例えば滴噴出器のタイミング遅延を補償するために、中央線からわずかに外れているものがあってもよい、ということが理解されるべきである。
【００３７】
プリントヘッドの複数モード動作
しかし、複数のグループのノズルを有することに伴う問題になりそうなもののひとつは、グループ間で、製造によって引き起こされる幾何学的ばらつきがある可能性がある、ということである。このような幾何学的ばらつきがあると、ノズルのグループ間でインク滴の飛翔経路がばらつく結果になる可能性がある。すなわち、図７は、製造工程によって生じる凹み（すなわちくぼみ）７００を示す、図５に示すプリントヘッドの断面図（Ａ−Ａ’）である。この断面図は、軸グループ５４０、５５０、５６０、５７０それぞれの１つのノズルを貫いて描かれている。
【００３８】
ノズル５１０を製造する技法のひとつは、ノズル５１０を含むオリフィス層７１０をバリアー層７２０に取り付けることを含む。この工程は、熱および圧力を用いてオリフィス層７１０をバリアー層７２０に積層する段階を含む。この積層する段階によって、オリフィス層がインク供給スロット５２０、５３０に向かって曲がる傾向があり、オリフィス層７１０に凹み７００が作り出される。この凹み７００は、インク供給スロット５２０、５３０の互いに対向する縁に沿って配置されたノズルの軸グループから噴出されるインク滴の飛翔経路を変化させる。したがって、プリントヘッド５００の表面に垂直な飛翔経路を有する代わりに、インク滴の飛翔経路は、プリントヘッド５００の平面に平行でインク供給スロット５２０、５３０に向かう方向の成分を有してしまう。
【００３９】
例えば、図７を参照して、第１のインク滴７３０は第１のノズルから噴出されており、第２のインク滴７４０は第２のノズルから噴出されている。オリフィス層７１０に凹み７００があるので、第１のインク滴７３０の飛翔経路は、わずかにインク供給スロット５２０に向かって傾いており、第２のインク滴７４０の飛翔経路はわずかにインク供給スロット５２０に向かって傾いていて、第１のインク滴７３０とは反対方向に変化する。同様に、第３のノズルからの第３のインク滴７５０と第４のノズルからの第４のインク滴７６０とも、同様の相違点を有する。プリントヘッド５００とプリント媒体との間の間隔にばらつきがあるために、飛翔経路の角度が異なる、滴発生器から来るインク滴の媒体上の相対位置は、予測できない誤差成分を有している。
【００４０】
本発明のプリントヘッドの設計は、所望のプリント速度、解像度、および品質次第で異なるプリントモードを可能にすることによって、このような飛翔経路の影響を克服する。特に、本発明は、４つの軸グループすべてを用いて１パス１２００ｄｐｉ双方向モードで動作することができるプリントモードと、より高品質のプリントには、軸グループのうちの選択した２つを用いて２パス単方向モードで動作することができるプリントモードとを可能にする。例えば、好ましい実施形態において、本発明は、少なくとも以下のプリントモードを可能にする。すなわち、（１）４つの軸グループすべてのノズルが動作している双方向１パス１２００ｄｐｉモードと、（２）軸グループ５４０（グループ１）および５６０（グループ３）のみ、または軸グループ５５０（グループ２）および５７０（グループ４）のみを用いて、より低速ではあるがより高品質のプリントを行う、単方向２パス１２００ｄｐｉモードである。双方向１パス１２００ｄｐｉモード（４つの軸グループすべてが同時に動作）によって、プリント媒体の上方をプリントヘッド５００が一回動くことで、カバー範囲をフルの１２００ｄｐｉのスウォースにすることができる。図７に関して説明するように、このモードでのプリントでは、軸グループ５４０（グループ１）と軸グループ５５０（グループ２）との間、および軸グループ５６０（グループ３）と軸グループ５７０（グループ４）との間に飛翔経路誤差がある傾向がある。この結果、特に垂直線をプリントすると、縁がいくらかでこぼこになってしまう。
【００４１】
単方向２パス１２００ｄｐｉモードでは、フルの１２００ｄｐｉのスウォースを生成するには、プリント媒体の上方をプリントヘッドが４回動く必要がある（１キャリッジ走査方向のみにプリントが行われるからである）。このモードでは、プリント媒体の上方でのプリントヘッド５００の１回のパスについて、第１の対の軸グループ（グループ５４０、５６０）か第２の対（グループ５５０、５７０）かのどちらか一方を一緒に用いる。図７で示すように、それぞれの対の軸グループのノズルは、同じ飛翔経路誤差を有する、または相対飛翔経路誤差がゼロである、傾向がある。これによって、誤差に関連する相対ノズル飛翔経路がなくなり、テキスト文字の垂直線または垂直な側面のでこぼこが少なくなる。しかし、このモードには、４つの軸グループすべてのノズルを同時に用いる双方向１２００ｄｐｉモードに対して、プリントに必要な全時間が２倍以上になってしまう、という短所がある。３００ｄｐｉの倍数である解像度を用いて図７を説明したが、解像度を上げるこの方法は、いかなる基準解像度に適用してもよい、ということに注意するべきである。
【００４２】
図８は、図５のプリントヘッドの非常に簡略化した平面図と基本要素の配置とを示す、代表例である。プリントヘッド５００は基板８００を含む。基板８００の上には、ノズル５１０の下方に配置された複数のインク滴発生器が配置されている。基板は、軸グループのインク滴発生器までインクを運ぶ、第１および第２のインク供給スロット５２０、５３０を含む。インク供給スロット５２０、５３０は、基準軸Ｌの横方向に互いに間隔を置いて配置されている。インク滴発生器は、好ましくはインク供給スロット５２０、５３０に隣接して配置されており、インク供給スロット５２０、５３０と滴発生器との間の流体の流動抵抗を最小にする。
【００４３】
好ましい実施形態において、第１のインク供給スロット５２０は、縁１と縁２で示す２つの長手方向の縁を有し、第２のインク供給スロットは、縁３と縁４で示す同様の縁を有する。第１のインク供給スロット５２０については、軸グループ５４０、５５０がそれぞれ長手方向の縁１、２に隣接して配置されている。第２のインク供給スロット５３０については、軸グループ５６０、５７０がそれぞれ長手方向の縁３、４に隣接して配置されている。または、中央スロットの周りに配置した、２つの縁送り列および２つの列等、列が４つの他の実施形態を用いてもよい。
【００４４】
滴発生器（円で示す位置）はそれぞれ、インクを噴出するノズルすなわちオリフィスと、インクを沸騰させるヒータ抵抗器と、ヒータ抵抗器に結合してヒータ抵抗器に電流パルスを供給する、電界効果トランジスタ等のスイッチング回路とを含む。滴発生器はさらに、基本要素と呼ばれるグループに分けて配置されている（図８において基本要素１、基本要素２、等で示す）。特定の基本要素の態様のひとつは、その特定の基本要素に電力を供給する基本要素電力リード線を有している、ということである。この基本要素電力リード線は、残りの基本要素それぞれの基本要素電力リード線それぞれとは別個に通電することができる。したがって、特定の基本要素内のそれぞれのスイッチング回路に関連する「電力リード線」すべてに、１つの特定の基本要素電力リード線が結合する。スイッチング回路が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である場合には、特定の基本要素内のそれぞれのＦＥＴのソースまたはドレイン接続のそれぞれに、特定の基本要素選択リード線が結合する。
【００４５】
本発明の別の態様は、特定の基本要素において、それぞれのスイッチングデバイスに結合した、別個にアドレス可能なゲートリード線がある、ということである。スイッチングデバイスがＦＥＴである場合、ゲートリード線はＦＥＴのゲート接続に結合する。特定のスイッチングデバイスが作動すると、電流パルスが基本要素電力リード線からスイッチング回路を通り、ヒータ抵抗器を通って流れ、戻り線すなわち接地線を通って戻る。特定のスイッチングデバイスが作動するためには、そのスイッチングデバイスに関連するゲートリード線と基本要素電力線とを、同時に作動しなければならない。プリントヘッドの動作中、ゲートリード線が一度に１つずつ、順次作動する。その結果、１つの特定の基本要素内では、１度に作動することができるスイッチングデバイスは１つのみである。しかし、基本要素のうちのいくつかまたはすべてを同時に動作することができる。
【００４６】
簡単にする目的のために、図８では基本要素当たり３個または４個の滴発生器しか示していないが、大部分のプリントヘッドの設計では、基本要素当たり１０個よりも多い滴発生器を有する傾向がある、ということが理解される。さらに、図８ではそれぞれの軸グループの滴発生器を長手方向の縁から等距離である（略同一線上にある）ものとして示すが、アドレスパルスのタイミングおよびキャリッジ速度を補償するために、長手方向の縁からわずかに変化する距離に配置される滴発生器があってもよい、ということが理解されなければならない、ということに注意するべきである。
【００４７】
例示的実施形態において、軸グループはそれぞれ、４つの基本要素に分けられている。この例示的実施形態において、２６個のゲートリード線がある。基本要素はそれぞれ２６個のノズルを有し、軸グループ当たり全部で１０４個のノズルがある。基本要素はそれぞれ、２６個のゲートリード線のそれぞれについて多くても１個のアドレス接続を有する。プリントシステムは、動作中ゲートリード線を通じて循環するので、１つの基本要素内では一度に１つの滴発生器しか動作できない。しかし、大部分のゲートリード線は基本要素間で共用されているので、複数の基本要素を同時に発射することができる。好ましい実施形態において、同時動作することができる、走査軸２３４において（すなわち、媒体前進軸２２７を横切り、軸Ｌを横切って）重なり合っている基本要素が、少なくとも３つ、好ましくは４つある。これによって、単一の走査ではるかにより完璧により高解像度でカバーすることができる。
【００４８】
図９は、本発明のプリントヘッド５００の一部切欠き等角図を概略的に示す。プリントヘッド５００は、基板（シリコン等）を含み、その上にさまざまなデバイスおよび薄膜層が形成された、薄膜下部構造すなわちダイ８００を含む。プリントヘッド５００はまた、バリアー層７２０の上に配置されたオリフィス層７１０も含む。バリアー層７２０は、基板８００の上にある。基板８００は、高密度にスタガ配置されたインク滴発生器を含む。インク滴発生器は、第１のインク供給スロット５２０の周りに配置された、インク滴発生器の第１の列９００と、インク滴発生器の第２の列９１０とを含む。オリフィス層７１０内にはノズル５１０が形成され、それぞれのノズル５１０の下にインク滴発生器があるように配置されている。第１のインク供給スロット５２０を通じてインクがインク滴発生器に供給され、インク滴発生器において、インクが加熱されノズル５１０を通って噴出される。
【００４９】
図７に関して前述したように、オリフィス層７１０をバリアー層７２０に取り付けるのに、通常、積層プロセスが用いられる。このプロセスは、ノズル５１０から噴出すべきインク滴の飛翔経路に影響を与える仕方で、オリフィス層を変形する傾向がある。結果として生じる飛翔経路の変化は、１つの特定のインク供給スロットを挟んで略程度が同じで反対方向である傾向がある。したがって、例えば、軸グループ５４０（グループ１）の飛翔経路の変化は軸グループ５６０（グループ３）と同じであるが、軸グループ５５０（グループ２）に対しては反対方向である。図９はバリアー層７２０とオリフィス層７１０とを別個の層として示すが、他の実施形態においては、１つの一体化したバリアーおよびオリフィス層として形成してもよい、ということに注意するべきである。
【００５０】
図１０は、オリフィス層を取り除いてインク滴発生器の交互配置すなわちスタガ配置を示した状態の、本発明のプリントヘッドの部分平面図を示す。すなわち、プリントヘッド５００は、基板８００上に配置したインク滴発生器１０００を含む。インク滴発生器１０００の上にあるノズル５１０は、グループ１、グループ２、グループ３、およびグループ４を含む軸グループになるよう配置されている。インク滴発生器の各軸グループは、基準軸Ｌに対して横方向に、互いに間隔を置いて配置されている。好ましい実施形態において、基準軸Ｌは媒体前進軸２２７に整列している。インク滴発生器の単一の列は、ある解像度１／Ｐ（プリント媒体の上方でのプリントヘッド５００の単一のパスについて）を有すると考えることができる。この解像度は、例示的実施形態において３００ｄｐｉである。このような、軸グループのスタガ配置を用いることによって、実効解像度は、４つの軸グループすべてで動作するときには４／Ｐに上がり、４つの軸グループのうちの適切に選択した２つで動作するときには２／Ｐに上がる。
【００５１】
ある特定の軸グループの軸ピッチＰは、基準軸Ｌ上に投影した、または基準軸Ｌにしたがって測定した、互いに最も近い２つのインク滴発生器同士の間の中心間距離に等しい。好ましい実施形態において、Ｐは１／３００インチに等しい。グループ１、２、３、および４は、いかなる最隣接の２つのグループについても、基準軸Ｌに沿って互いに対してＰ／４すなわち１／１２００インチだけスタガ配置されている。図示のように、これによって、Ｐ／４（例示的実施形態においては１／１２００インチ）に等しい組合わせ中心間距離（これもまた、基準軸Ｌに沿って測定）が提供される。この配置では、グループ１と３との組合わせ中心間距離Ｐ１３は、Ｐ／２、すなわち１／６００インチに等しい。グループ２と４との組合わせ中心間距離Ｐ２４もまた、Ｐ／２に等しい。この高密度のスタガ配置によって、本発明のプリントヘッドは、プリント速度、プリント品質、および解像度を最適化する要求次第で、複数のプリントモードで動作することができる。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で行った。これは、網羅的であることすなわち本発明を開示した厳密な形式に限定することを意図するものではない。したがって、前述の説明は限定的ではなく例示的であると考えるべきであり、当業者であれば、併記の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態を変形してもよいということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を組み込んだプリントシステム全体のブロック図である。
【図２】 本発明を組み込んだ例示的プリントシステムであり、説明の目的のためにのみ示す図である。
【図３】 本発明のプリントヘッドアセンブリを支持する、図２のプリントシステムの例示的キャリッジアセンブリを示す概略図である。
【図４】 本発明のプリントヘッドアセンブリの斜視図である。
【図５】 本発明のインク滴発生器のスタガ配置を示す、図４に示すプリントヘッドアセンブリの概略平面図である。
【図６】 本発明のノズルの交互配置すなわちスタガ配置を平面図でさらに示すことを意図する、別の概略図である。
【図７】 製造工程によって生じる凹みを示す、図５に示すプリントヘッドアセンブリの断面図である。
【図８】 図５のプリントヘッドの非常に簡略化した平面図と基本要素の配置とを示す図である。
【図９】 プリントヘッドのさまざまな層を示す、図８のプリントヘッドの一部切欠き等角図である。
【図１０】 オリフィス層を取り除いてインク滴発生器の交互配置すなわちスタガ配置を示した状態の、本発明のプリントヘッドの部分平面図である。
【符号の説明】
１６５：インク滴発生器
５４０、５５０、５６０：軸グループ

Claims (3)

1. インク供給スロットを有する基板上にバリアー層を設け、複数のノズルを有するオリフィス層を熱および圧力を用いて前記バリアー層に積層する段階を通して、前記インク供給スロットの両側にそれぞれ複数のインク滴発生器が形成されるインクジェットプリントヘッドを用いてプリントを行うインクジェットプリンタにおいて、
   前記プリントヘッドは、前記積層する段階において、前記オリフィス層が前記インク供給スロットに向かって凹み、それにより、前記インク供給スロットの片側に形成された複数のインク滴発生器のノズルから噴出されるインク滴の飛翔経路方向と、他方の側に形成された複数のインク滴発生器のノズルから噴出されるインク滴の飛翔経路方向とが、互いに前記インク供給スロットに向かって傾く特性を有するものであり、
   前記プリントヘッドは、
   長手方向に第１の縁および第２の縁を有する第１のインク供給スロットと、長手方向に第３の縁および第４の縁を有する第２のインク供給スロットと、を有する基板と、
   前記第１の縁に沿う第１の軸に沿って配置された第１の複数のインク滴発生器、前記第２の縁に沿う第２の軸に沿って配置された第２の複数のインク滴発生器、前記第３の縁に沿う第３の軸に沿って配置された第３の複数のインク滴発生器、および前記第４の縁に沿う第４の軸に沿って配置された第４の複数のインク滴発生器と、
   所望のインク滴発生器を駆動するためのスイッチング回路と、
   を備え、
   前記第１、第２、第３、および第４の軸は、互いに平行でかつ印刷媒体前進方向に対して平行であり、かつ、前記印刷媒体前進方向に垂直な、前記プリントヘッドの走査方向に互いに離隔しており、
   前記各軸におけるインク滴発生器はピッチＰを有し、かつ他の軸におけるインク滴発生器に対してスタガ配置されており、
   前記第１および第２の複数のインク滴発生器のインク滴の飛翔経路の方向は前記第１のインク供給スロットに向けて傾いており、前記第３および第４の複数のインク滴発生器のインク滴の飛翔経路の方向は前記第２のインク供給スロットに向けて傾いており、前記第１および第３の複数のインク滴発生器は、同じ第１の飛翔経路方向を有し、前記第２および第４の複数のインク滴発生器は、前記第１の飛翔経路方向と対向する同じ第２の飛翔経路方向を有し、
   前記プリンタは、（１）前記第１、第２、第３、および第４の複数のインク滴発生器を使用して実効インク滴発生器ピッチがＰ／４である１パス高速プリントモードと、（２）前記第１および第３の複数のインク滴発生器のみ、または、前記第２および第４の複数のインク滴発生器のみを使用して、実効インク滴発生器ピッチがＰ／２である低速ではあるが高品質のプリントを行う、単方向２パスプリントモードとを有し、
   前記単方向２パスプリントモードにおいては、同じ飛翔経路方向を有する前記第１および第３の複数のインク滴発生器のみ、または、同じ飛翔経路方向を有する前記第２および第４の複数のインク滴発生器のみがプリントのために前記スイッチング回路によって選択的に使用されることにより高品質プリントが可能となる、インクジェットプリンタ。
2. 少なくとも６００ｄｐｉのプリント解像度が得られる、請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記第１、第２、第３、および第４の複数のインク滴発生器が、ある色のインクを含むインク槽に液通されている、請求項１に記載のインクジェットプリンタ。

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