JP4980612B2

JP4980612B2 - 印刷方法及びマーキング剤の付着方法

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Publication number: JP4980612B2
Application number: JP2005357261A
Authority: JP
Inventors: ピータースエリック
Original assignee: Palo Alto Research Center Inc
Current assignee: Palo Alto Research Center Inc
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2012-07-18
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Description

本発明は、クイルジェット（Ｑｕｉｌｌ−ＪＥＴ）を用いた印刷方法に関する。

表示装置の進歩と電子的な進歩は、携帯型の電子機器の人気を劇的に高めてきた。ノートブックコンピュータとパーソナルオーガナイザは、携帯用電子機器の専門家のみならず、学生にとっても一般的な装備品になっている。ただし、携帯型のプリンタは、まだ、これらと同程度の支持を得てはいない。

携帯型プリンタの開発は、いくつかの要因によって阻害されている。その一つは、従来のジェット印刷システムにおけるインクのフリーフライト（ｆｒｅｅｆｌｉｇｈｔ）が、指向性の高い許容精度を必要とするという点である。このため、高画質のインクジェットシステムでは、マルチパス構造（移動式プリントヘッド）を採用している。このようなマルチパスシステムは、二方向にモータを採用しており、一方のモータで用紙の幅を横断する方向にプリントヘッドを動かし、もう一方のモータでプリンタを通過する用紙長手方向にプリントヘッドを動かしている。この二方向の移動はシステムのコストを上昇させる上、印刷システムの重量を増やし、更には、プリンタシステムの信頼性、特に、移動時の信頼性を低下させる。

携帯型プリンタに関する２つ目の問題として、電力消費の問題がある。感熱式および圧電式プリンタは、かなりの高電力を使用して、プリントヘッドの移動、用紙の移動、およびインクの加熱または噴射を行う。このような高電力消費は、携帯型印刷システムのバッテリを急速に消耗させる。

従来の印刷機構は、利用できるインクの種類にも厳格な許容精度を設けている。特定の粘度および純度のインクを使用しなければ、インクジェット印刷システムのノズルおよび流路が簡単に詰まってしまう。また、満足のいく性能を得るためには、しばしば、所定の速度でインクを吸収する特別な用紙を必要とする。これらの制約は、低コストの携帯型印刷システムにとって好ましいものではない。

したがって、安価で耐久性があり、しかも融通のきく携帯型印刷システムが求められており、本発明は、このような携帯型印刷システムを提供する。

本発明に係る印刷方法は、マーキング剤の供給元を有する基板と、その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の印刷面との間に配置される片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される片持ち梁と、を用いる印刷方法であって、駆動器を制御して、前記片持ち梁の先端部に前記マーキング剤の供給元から１単位のマーキング剤を付着させるように前記先端部を前記マーキング剤の供給元に接触させ、駆動器を制御して、前記マーキング剤の供給元から前記印刷用紙の印刷面まで前記先端部を移動し、その移動の際に、前記先端部に付着した１単位のマーキング剤を前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷用紙の印刷面に移送し、前記駆動器は、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、を特徴とする。

本発明に係る他の印刷方法は、第１、第２、第３のインクの供給元を有する基板と、各一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の印刷面との間に配置される第１、第２、第３の片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層をそれぞれ有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される各片持ち梁とを用い、第１の画素セットと、第２の画素セットと、第３の画素セットと、を含む複数の画素を印刷して画像を形成する印刷方法であって、第１の駆動器を制御して、前記第１のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第１の片持ち梁の第１の先端部を動かして、前記第１の先端部に付着した第１単位の前記第１のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第１の画素セットを印刷し、第２の駆動器を制御して、前記第２のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第２の片持ち梁の第２の先端部を動かして、前記第２の先端部に付着した第２単位の前記第２のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第２の画素セットを印刷し、第３の駆動器を制御して、前記第３のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第３の片持ち梁の第３の先端部を動かして、前記第３の先端部に付着した第３単位の前記第３のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第３の画素セットを印刷し、前記第１、第２、第３の駆動器はそれぞれ、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、を特徴とする。

本発明に係るマーキング剤の付着方法は、マーキング剤の供給元を有する基板と、その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の付着面との間に配置される第１、第２の片持ち梁であって、それぞれ密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される各片持ち梁と、を用いるマーキング剤の付着方法であって、第１の駆動器を制御して、前記第１の片持ち梁の第１の先端部に付着した前記マーキング剤が前記印刷用紙の付着面に接触した際に前記第１の片持ち梁の前記第１の先端部から離れて前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に付着するように前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記第１の片持ち梁の第１の先端部を移動させ、第２の駆動器を制御して、前記第２の片持ち梁の第２の先端部に付着した前記マーキング剤が前記印刷用紙の付着面に接触した際に前記第２の片持ち梁の前記第２の先端部から離れて前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に付着するように前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記第２の片持ち梁の前記第２の先端を移動させ、前記第１、第２の駆動器はそれぞれ、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、を特徴とする。

本発明に係る他のマーキング剤の付着方法は、マーキング剤の供給元を有する基板と、その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の付着面との間に配置される片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される片持ち梁と、を用いるマーキング剤の付着方法であって、駆動器を制御して、前記片持ち梁の先端部に前記マーキング剤の供給元から１単位のマーキング剤を付着させるように前記先端部を前記マーキング剤の供給元に接触させる動作と、駆動器を制御して、前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記片持ち梁の前記先端部を移動し、その移動の際に、前記先端部に付着した１単位のマーキング剤を前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に移送する動作と、を含み、前記駆動器は、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、を特徴とする。

画像を印刷する方法について記述する。本方法は、片持ち梁の先端で、マーキング剤を該マーキング剤の供給元から印刷面に移送することを含む。インクの供給元から印刷面までの前記片持ち梁の各動作は、１単位のインクを印刷面まで運ぶもので、前記１単位のインクは、印刷する画像を構成する１画素の少なくとも一部を形成する量である。

改良された印刷システムについて説明する。本システムは、少なくとも１つの片持ち梁、より一般的には片持ち梁の配列を用いて、画像を印刷する材料、通常はマーキング剤を移送するものである。ここに記載するように、配布する「材料」は、液体内に懸濁された固体、粉体、粒子であっても、あるいは、液体であってもよい。通常、「材料」は、この材料を付着させる面の色と異なる色の材料を意味するマーキング剤である。典型的な例において、前記マーキング剤は、白い用紙シートに付着させる黒色インクである。前記材料は、患者に投与する製品、たとえば、錠剤、カプセルなど、に所定の投与量で付与する薬剤サンプルであってもよい。また、コンビナトリアルバイオケミストリ（ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）で利用される生化学サンプルであってもよい。コンビナトリアルバイオケミストリでは、慎重に制御される付着技術を利用して、検出する特定の分子、たとえば、ＤＮＡ分子などを配置して増幅できる。

便宜上、本明細書では、印刷／マーキングシステムで利用されるシステムについて説明するが、トナーの分散を制御するシステムは、薬剤製品や生化学製品など、他の製品の分散も簡単に制御できる。ここで用いる画像の用語は、テキスト、文字、絵、図形、またはインクを分散させて表現できる他の任意のグラフィック形式を含む広い定義で使用される。各片持ち梁は、制御可能な先端を含み、この先端がインクの供給元から用紙片、別の印刷面、あるいは中間基板までインクを移送する。

図１に、一実施形態に係る印刷システム１００の側面の断面図を示す。図１において、片持ち梁１０４は基板１０８上に形成される。一般に、片持ち梁１０４は、長さ１１２が２０００ミクロンに満たない極めて小さい寸法である。また、片持ち梁１０４は、屈曲して円弧経路１１４を俊敏に移動する。一実施形態において、片持ち梁１０４は、印刷回路基板（ＰＣＢ）またはガラス基板上に形成される応力付与した金属材料（ｓｔｒｅｓｓｅｄｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌ）からなり、先端部と固定端部を備える。

駆動器１１６は、インク供給元１２０と印刷面１２４の間で片持ち梁１０４を動かす。一実施形態において、駆動器１１６は、低出力の圧電駆動で片持ち梁を動かす駆動器である。このような圧電方式は、通常、流体をノズルから高速で噴射するために用いる圧力駆動機器よりも消費する電力が小さい。別の代替実施形態において、駆動器１１６は、片持ち梁１０４の下、または隣接して設けられる静電駆動電極である。図示しない電力源が駆動電極に適切な電圧を印加すると、片持ち梁１０４が上に持ち上がり、先端１２８がインク供給元１２０と接触する。一実施形態において、駆動電極と片持ち梁１０４の間の静電引力は、片持ち梁１０４が平坦になるように基板１０８に引きつける。静電駆動と圧力駆動以外にも、微小間隔内で敏速に片持ち梁を動かす他の方法も利用でき、このような方法には、熱誘導動作、圧力誘導動作、磁界に誘導される動作などが含まれる。

インク供給元１２０は、典型的には、インクの貯蔵槽を含む。ここで用いる「インク」は、液体と同様に、固体も含む広い意味に定義される。一実施形態において、表面張力とインク粘度が協働して、インクの露出メニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）１３２を形成する。片持ち梁の先端がこのメニスカスに接触して、印刷のための１単位のインクを取得する。ただし、インク内への先端の高速移動で、インクが飛び散る場合がある。このため、別の代替実施形態では、フエルトまたは多孔質の媒体に飽和状態にインクを含ませて飛び散りを防止する。

図示した実施形態では、表面張力と片持ち梁１０４の機械式動作とが協働して、インクをインク供給元１２０から片持ち梁の先端に移す。インク貯蔵槽は、場合によっては、駆動電極が片持ち梁１０４の全長に沿って伸張するのを妨げる。ある特定の形状の片持ち梁は、片持ち梁の先端とインク供給元との良好な接触を保証する。図示した実施形態では、駆動器が湾曲部位１３６を引く。湾曲部位１３６が基板１０８とほぼ同一平面になるように基板１０８に引き寄せられると、直線部位１４０によって、先端１２８とインク供給元１２０の接触が保証される。代替実施形態では、インク供給元１２０が、基板１０８の面より若干下にインクを配布して、片持ち梁の形状に変化を持たせてもよい。

片持ち梁の先端１２８がインク供給元１２０と接触すると、インクはインク先端１２８に付着する。一実施形態において、片持ち梁の先端は、容易に湿潤可能であるように、通常は親水性に設計されるが、片持ち梁の残りの部分は、インクに接触する他の面と同様、非湿潤性、通常は疎水性に設計される。湿潤可能な先端は、インクを先端に確実に付着させる。非湿潤性の片持ち梁は、毛細管現象によって片持ち梁に沿ってインクが這い上がることを防ぐ。表面張力は、インク供給元からのインクをインク先端１２８に付着させる。これと同様に、インクは、表面張力によってインク先端１２８から離れて、印刷面に付着する。

駆動時に、片持ち梁は上部位置に移動する。インク供給元では、通常、２００ピコリットル（より一般的には１０ピコリットル）より少ない１単位のインクが付着し、親水性の先端に閉じ込められてそこに残る。１画素の印刷時に駆動器が片持ち梁を開放すると、インク容積が先端から印刷面に移送される。毛細管作用によって、インクは片持ち梁の先端から印刷面１４０に移動する。

より伝統的なインク付着方法の代わりに、表面張力と機械式動作を利用することで、インク付着機構から流路またはノズルを排除できる。流路とノズルを排除することによって、目詰まりが減少し、より幅広い種類のインクを使用できるようになる。目詰まりの問題を最小限に抑えるには、メニスカス１３２の直径を、作成する画素サイズよりもかなり大きく構成すればよい。あるいは、別の選択肢として、メニスカス１３２は、単一の片持ち梁が接触する開口部ではなく、片持ち梁の配列に対応した長い「ライン状の」供給部であってもよい。一実施形態において、開口部の長さは、配列の幅とほぼ一致し、通常は、表面張力によってインクの漏れを防止できる程度の十分に小さい１０〜３００ミクロンの幅、典型的には２５０ミクロンより小さい幅に形成される。

狭い流路を排除すれば、粘度の高いインクを利用できるようになる。０．００５Ｐａ・ｓ（５センチポアズ）より高い粘度のインクは、通常、インクジェット印刷では利用できない。クイルジェット印刷では高粘度のインクを利用できる。このようなインクは、かなり抑え目のコストでレーザ品質の出力を提供する。

ここで利用するインクは液体に限定されない。固体のインクも利用してよい。たとえば、片持ち梁の先端１２８は、「インク」として機能する乾式トナー粉体を移送してもよい。一実施形態では、インク供給元のインクと片持ち梁の先端１２８の電位差によって、インクを片持ち梁の先端１２８に付着させる。この電位差は、片持ち梁の先端を帯電させるか、あるいは乾式トナー粉体を帯電させることによって生成できる。

片持ち梁の先端は、インク供給元から印刷面までトナー粉体を運ぶ。一実施形態において、トナーは、静電力によって片持ち梁から印刷面に移送される。この静電力は、片持ち梁または印刷面のいずれかを帯電または放電させることで発生できる。付着後は、定着器と熱がトナーを印刷面に固定する。用紙へのトナーの定着は、電子写真システムで用いる貼付プロセスと同様である。

各片持ち梁は、極めて小さいものである。たとえば、幅が４２マイクロメータより小さい片持ち梁は、一般に、２５．４ｍｍ（１インチ）当たりドット数が６００ドットでの付着に利用される。１２００ｄｐｉの解像度を達成するためには、２４マイクロメータより小さい片持ち梁の幅０．０２ｍｍ（１２００分の１インチ）が要求される。また、片持ち梁は急峻な動作に耐えることができなければならない。片持ち梁のサイクル速度は、典型的には、毎秒１０００サイクルから毎秒１０，０００サイクルの間であるが、他の速度であってもよい。

応力付与した金属の技術は、このような片持ち梁を形成する１つの方法を提供する。図２に、応力付与した金属からなる片持ち梁の成形工程で用いる構造を示す。各片持ち梁は、まず、基板２０４に剥離層２０８を蒸着することで形成されてよい。剥離層２０８は、チタン、酸化チタン、酸化ケイ素など、簡単にエッチングできる材料で構成されてよい。

第１応力付与金属層２１６の剥離部２１２は前記剥離層２０８の上方に成膜され、第１応力付与金属層２１６の固定部２２０は基板２０４上に直接成膜される。後続の層２２８，２３２は、第１応力付与金属層２１６の上に積層される。応力付与金属層は、典型的には、利用可能な材料のうちのクロム／モリブデン合金、チタン／タングステン合金、ニッケル、各種ニッケル−燐合金などの金属からなる。

各応力付与金属層は、温度と圧力の少なくとも一方が異なる条件下で堆積される。たとえば、前記後続層は、それぞれ、高温または減圧下で積層されてよい。減圧することでより低密度の金属を作製できる。このように、層２１６などの下側の層は、層２３２などの上側の層よりもより稠密である。

金属の積層後、剥離物質のみを腐食させるエッチング剤、たとえば、ＨＦなどが剥離層２０８をエッチング除去する。剥離層２０８を除去すると、密度差によって金属層が上向きまたは外向きにカールまたは湾曲する。その結果得られる構造が、図１の片持ち梁１０４のような片持ち梁を形成する。

片持ち梁１０４は、それぞれ、先端１２８で終わる。先端の形状と形式は、インクに大きく左右される。既に説明したように、多くの場合、先端自体は親水性であるが、片持ち梁の残りの部分は疎水性である。疎水性の湿り特性は、疎水性が求められる片持ち梁の領域を疎水性被膜内にシールすることで実現できる。疎水性被膜の例としては、デュポン社（ＤｕＰｏｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のテフロン(登録商標）上のスピン被膜、プラズマ蒸着弗化炭化水素（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ）などがある。片持ち梁先端のフォトレジストは、疎水性の層が先端に付着することを防ぐ。このフォトレジストは、疎水性の層の形成後に除去される。これに代わる他の実施形態において、片持ち梁は疎水性材料で形成され、親水性塗膜が先端を被覆する。ただし、先端を被覆すると、片持ち梁の耐久性が低下する。特に、印刷面との高速接触で親水性塗膜が摩滅する可能性がある。

各片持ち梁の先端形状は、移送するインクに応じて最適化してよい。図３から図５に、いくつかの先端構造を例示する。図３に、インクトナーの移送に特に適したフラット先端３００を示す。図４に、低粘度のインクの移送に適するスリット先端４０４を示す。スリット４０８は、流体のインクを貯留する追加の先端表面領域を提供するため、片持ち梁の各サイクルで運ばれるインクの量を増やす。一実施形態において、スリット４０８は若干拡大された貯留部４１２を含み、この貯留部４１２によって、片持ち梁の各サイクルで運ぶインク容量が更に増える。図５には、正確に配置される少量のインクを運ぶのに適した固体ポイント先端５０４を示した。

印刷システムにおいて、各片持ち梁は一般に他の片持ち梁と同時に動作する。図６に、キャリッジヘッド６０４に配設された複数の片持ち梁を備える構造６００を示す。印刷中、キャリッジヘッド６０４は、印刷面６１２の幅全体に亘って横方向６０８に移動する。一実施形態において、キャリッジヘッド６０４は、また、印刷面の長さ６２０に沿う方向にも移動する。代替実施形態では、キャリッジヘッドの代わりに、用紙移送機構６２４が印刷面６１２を移送する。

プロセッサ６３４は、キャリッジヘッド６０４と印刷面６１２の動作を連動させる。キャリッジヘッド６０４と面６１２の相対動作は、印刷領域のほぼ全体が、複数の片持ち梁のうちの少なくとも１つの片持ち梁の処理範囲に入るように設定される。キャリッジヘッド６０４の速度は、片持ち梁のサイクル速度に対応する。たとえば、片持ち梁のサイクル速度が毎秒５００サイクルである場合、片持ち梁によって埋められる各画素は約１ミクロンであるので、片持ち梁は１つのみであると想定すると、キャリッジは単一方向に毎秒５００ミクロンの距離を移動することになる。

複数の片持ち梁を用いて、キャリッジの速度を減速してもよい。モノカラーシステムにおいて、値ｘだけ片持ち梁の数を増やすと、値ｘの分だけ面６１２と片持ち梁の相対移動が減少する。複数の片持ち梁が印刷面上の複数の画素を重ね塗りして異なる色合いを出力するカラーシステムでは、片持ち梁を追加することで、印刷速度を上げたり、色数を増やしたりできる。このように、カラーシステムおよび高速システムは、通常、複数の片持ち梁を備えている。

図６に、キャリッジヘッド６０４に搭載された第１片持ち梁６２８と、第２片持ち梁６３２と、第３片持ち梁６３６とを示す。カラー印刷システムの一実施形態において、各片持ち梁は、異なる色のインクの付着を制御する。たとえば、赤−緑−青（ＲＧＢ）印刷システムでは、第１片持ち梁６２８が赤インクを、第２片持ち梁６３２が緑インクを、第３片持ち梁６３６が青インクを付着させてよい。白黒の印刷システムでは、すべての片持ち梁で黒インクを付着させるので、複数の片持ち梁を用いる原理的利点は、印刷速度が向上することにある。

携帯式の印刷システムは、運搬中にしばしば乱雑に扱われる。したがって、携帯型プリンタは、幅のある条件下での耐久性と動作性とを備えていなければならない。キャリッジヘッド６０４の移動量を減らすか、あるいは移動そのものを排除すると、プリンタシステムの耐久性が向上する。特に、キャリッジヘッドを固定することで、キャリッジを動かすために用いるモータが不要になる。また、キャリッジヘッドを固定すると、プリンタの運搬中にキャリッジヘッドが緩む確率が小さくなる。

キャリッジヘッド６０４の移動は、複数の片持ち梁が印刷領域の全幅に亘って存在するようにキャリッジの幅を広げることで排除できる。図７に、印刷領域７１２の幅７０８のほぼ一杯に広がる複数の片持ち梁７０４を示す。使用する片持ち梁の数は、印刷領域の幅と、所望の解像度によって異なる。たとえば、２１６ｍｍ(８．５インチ）幅の用紙に、３００ｄｐｉの解像度で印刷を行う場合、キャリッジは、そのスパンに約２５５０（８．５インチ×３００ｄｐｉ）個の片持ち梁を備えることになる。各片持ち梁は、約１ドットまたは１画素を塗布することになる。解像度が高く（たとえば、６００ｄｐｉ）なると、それにつれて片持ち梁の密度も高くなる。小型の専用プリンタ、たとえば、レシートプリンタでは、用紙幅を網羅するための片持ち梁の数が少なくてすむ。

図７には、印刷面の全幅に広がる複数の片持ち梁を示したが、印刷面の全長に沿って複数の片持ち梁を配設してもよい。このような配列を用いて、印刷システムの印刷速度を向上させることができる。図７に示した実施形態において、印刷領域７１２は、所望の解像度で除算した片持ち梁の毎秒サイクルに相当する速度で方向７０２に沿って進む。このように、９００サイクル／秒の片持ち梁の移動を３００ｄｐｉの解像度で割ると、約７６．２ｍｍ(３インチ）／秒の用紙速度になる。用紙の長さ方向の片持ち梁の数を増やすと、それに比例して、用紙速度が速くなり、その分、印刷時間が短くなる。当業者であれば理解されるであろうが、片持ち梁は、印刷面の長さ方向と幅方向に千鳥状に配置してもよい。

図６と図７の実施形態において、処理システムが各片持ち梁のアドレッシングを個別に行う。複数の電極で各片持ち梁を個別に駆動する場合、静電気的クロストークが、隣接する片持ち梁のアドレッシングを妨害する可能性がある。このクロストークの影響を減らす一つの方法は、常時下モードではなく常時上モードで片持ち梁を動作させることである。常時上モードにおいて、印刷しない片持ち梁は、常態で、印刷面を押し下げているのではなく、駆動電極を押し上げている。

常時上モードは、隣接する電極間の電圧差を小さくする。このような電圧の低下によって、印刷システム内の高価な高電圧駆動チップの数が減少する。電圧差が小さくなると、隣接する片持ち梁同士のクロストークも少なくなる。常時上モードの実施形態において、高電圧駆動電子回路は、直流（ＤＣ）バイアスを印加して片持ち梁を上部位置に維持する。ＤＣバイアスは、静電式駆動の片持ち梁に特有の実質的なヒステリシスを利用して、電極に印加される電圧変動を削減する。

図８は、複数の片持ち梁を制御する制御電極に印加される電圧シーケンスの一例を示すフローチャートである。ブロック８０４において、図６のＤＣ電力源６２６が、すべての片持ち梁に高電圧を印加する。ブロック８０８に示すように、この高電圧はすべての片持ち梁を上側の位置に持ち上げる。上側の位置は、片持ち梁を印刷面６１２から離れた状態に保つ。上側の位置において、各片持ち梁の先端は、対応するインク供給元からインクを蓄積する。

ブロック８１２において、ＤＣ電力源６２６からのＤＣ出力を僅かに低下させる。低下したＤＣ電圧は、上側に位置する片持ち梁をその位置に維持するには十分であるが、下側に位置する片持ち梁を持ち上げるほどは大きくない。

印刷時に、プロセッサは、どの片持ち梁を下に降ろすのかをブロック８１６において決定する。下降した各片持ち梁は、それぞれ、対応する画素を印刷する。２色（通常は白黒）のカラーシステムにおいて、片持ち梁を下降させるかどうかの決定は、単に、該当する位置に１滴のインクを滴下する必要があるかどうかに基づいて行われる。カラーシステムにおいて、片持ち梁を下降させるかどうかの決定は、また、どの片持ち梁がどのインク供給元に対応し、そのインク供給元内部のインクの色が何色かによっても異なる。

ブロック８２０において、プロセッサ６３４は、下に降ろす片持ち梁についての命令を制御回路に送信する。ブロック８２４において、制御回路は、下に降ろす片持ち梁への駆動電圧を低下させる。ブロック８２８において、片持ち梁のばね動作や他の応力によって、該当する片持ち梁が下降する。前述した実施形態において、電圧を下げることで、ばね動作が片持ち梁を押し下げることを「可能にする」のであり、電圧そのものが片持ち梁を下降させるのではない。

ブロック８３２において、下降した各片持ち梁は、対応する「装填量」または単位のインクを印刷面に付着させる。このインクの付着は、画像内の１画素の印刷に相当する。このように、時間の経過に伴ってすべての片持ち梁によって付着が行われた複数の画素が印刷画像を形成する。ここで使用する「画像」の用語は、文字、テキスト、図形、または描画表現を含むが、これらに限定されない任意の表示形式を含む広い意味に定義される。

画素の印刷後、ブロック８３６において、電圧源のサイクルが電気的中性位置に設定される。一実施形態において、「電気的中性」は、オフ状態でよい。ＤＣ電力源の電圧出力は、ブロック８４０において上昇して、既に下降しているすべての片持ち梁を持ち上げる。ブロック８４４において、プロセッサは、画像の印刷が完了したかどうかを判定する。画像の印刷は、通常、その画像に対応する全画素が塗布された時点で完了する。画像の印刷が完了していない場合、プロセッサは、ブロック８１６から始まる処理を繰り返す。印刷がすべて完了している場合は、ブロック８４８において印刷プロセスが終了する。

フローチャート８００に、片持ち梁を制御する１つの方法を例示したが、他の方法を採用してもよい。たとえば、１つの軽微な変更を行って、上側の片持ち梁を上位置に維持すると共に、ＤＣ電力源の電圧を下げる第２の電力供給源を用いるという方法がある。この場合は、第２の電力供給源に接続されていない片持ち梁のみが下降する。

常時下の状態の印刷システムも実現可能である。常時下の状態の印刷システムでは、サイクル内でインクを付着させない片持ち梁が、印刷面と接触したまま残る。ただし、下側にある片持ち梁はインクを含んでいないため印刷を行わない。また、前述したように、このような常時下のシステムでは、クロストークがシステム性能に悪影響を及ぼす可能性があるため慎重な設計を必要とする。

前述の説明では、マーキング剤の配布と貼付について説明したが、通常の液体インクや他の材料を配布して貼り付けてもよい。たとえば、粉体やトナーを配布してもよい。また、マーキング剤以外の材料が「印刷」されてもよい。前述したシステムおよび技術を利用して、たとえば、生物サンプル（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓａｍｐｌｅ）または薬剤製品の配布を制御できる。生物サンプルの実施形態において、片持ち梁は、追加の検査と分析を行うために、生物サンプルの分子を基板上に運ぶ。一実施形態では、片持ち梁を利用して、検査用のマイクロアレイに生物サンプルを配置する。基板は、典型的には、化学的技法と電気化学的技法の少なくとも一方を用いて分析サンプルを閉じ込める電析ウェルや、他の封じ込め構造などのウェルを持つ。前記基板はシリコン基板であってもよい。配置される分子は、しばしば、コンビナトリアル（ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ）技法を用いて増幅および分析されるＤＮＡサンプルを含む。生物サンプルのマイクロアレイ検査の詳細な説明と、そのような検査方法の例は、「ＭｉｃｒｏａｒｒａｙＡｎａｌｙｓｉｓ：ＴｈｅＮｅｘｔＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ（マイクロアレイ分析：分子生物学における次の革命）」というタイトルで１９９９年８月６日発行の「Ｓｃｉｅｎｃｅ（サイエンス）」に掲載されたグウィン（ＧｗｙｎｎｅＰ．）とページ（ＰａｇｅＧ．）の論文に記載されている。

薬剤の実施形態において、前記片持ち梁は、薬剤製品の供給元から付着面まで薬剤製品を移送する。付着面の細区画は、錠剤やカプセルなどの容器内に配置される。薬剤製品の量は非常に正確に制御される場合があるため、各細区画内の量は、特定の疾病の治療に適合した投与量に一致するように厳密に制御される。

前述の説明は、各種の技術の理解を助けるために、本発明の実施例をかねて挿入した詳細構成をいくつか含んでいる。ただし、このような詳細構成は、本発明を限定するものではない。たとえば、デューティサイクル、先端形状、片持ち梁の加工技法、電圧シーケンスなどについて説明したが、これらの詳細構成は、例として提示したものであり、本発明を限定するものではない。

片持ち梁印刷システムの側面の断面図である。応力付与した金属からなる片持ち梁の形成に用いられる中間構成の一例を示す図である。インク貯留槽から印刷面までインクを移送するのに利用できる片持ち梁の各種異なる先端形状の一例を示す図である。インク貯留槽から印刷面までインクを移送するのに利用できる片持ち梁の各種異なる先端形状の一例を示す図である。インク貯留槽から印刷面までインクを移送するのに利用できる片持ち梁の各種異なる先端形状の一例を示す図である。印刷システムで用いる、プリントヘッドに配設された片持ち梁の配列を示す図である。印刷システムで用いる、印刷領域の幅方向に広がる片持ち梁の配列を示す図である。図６および図７の印刷システムにおける静電駆動器に電力を印加する方法の１つを示すフローチャートである。

符号の説明

１００印刷システム、１０４片持ち梁、１０８，２０４基板、１１２長さ、１１４円弧経路、１１５駆動器、１２８先端、１２０インク供給元、１２４，６１２印刷面、１３２露出メニスカス、１３６湾曲部位、１４０直線部位、２０８剥離層、２１２剥離部、２２０固定部、２１６第１応力付与金属層、４１２貯留槽、３００フラット先端、４０４スリット先端、５０４固形ポイント先端、６０４キャリッジヘッド、６２４用紙移送機構、６２６ＤＣ電力源、６２８第１片持ち梁、６３２第２片持ち梁、６３４プロセッサ、６３６第３片持ち梁。

Claims

マーキング剤の供給元を有する基板と、
その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の印刷面との間に配置される片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される片持ち梁と、を用いる印刷方法であって、
駆動器を制御して、前記片持ち梁の先端部に前記マーキング剤の供給元から１単位のマーキング剤を付着させるように前記先端部を前記マーキング剤の供給元に接触させ、
駆動器を制御して、前記マーキング剤の供給元から前記印刷用紙の印刷面まで前記先端部を移動し、その移動の際に、前記先端部に付着した１単位のマーキング剤を前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送し、
前記駆動器は、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、
を特徴とする印刷方法。
第１、第２、第３のインクの供給元を有する基板と、
各一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の印刷面との間に配置される第１、第２、第３の片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層をそれぞれ有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される各片持ち梁とを用い、第１の画素セットと、第２の画素セットと、第３の画素セットと、を含む複数の画素を印刷して画像を形成する印刷方法であって、
第１の駆動器を制御して、前記第１のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第１の片持ち梁の第１の先端部を動かして、前記第１の先端部に付着した第１単位の前記第１のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第１の画素セットを印刷し、
第２の駆動器を制御して、前記第２のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第２の片持ち梁の第２の先端部を動かして、前記第２の先端部に付着した第２単位の前記第２のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第２の画素セットを印刷し、
第３の駆動器を制御して、前記第３のインクの供給元と前記印刷用紙の印刷面の間で前記第３の片持ち梁の第３の先端部を動かして、前記第３の先端部に付着した第３単位の前記第３のインクを前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の印刷面に移送して前記複数の画素のうちの前記第３の画素セットを印刷し、
前記第１、第２、第３の駆動器はそれぞれ、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、
を特徴とする印刷方法。
マーキング剤の供給元を有する基板と、
その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の付着面との間に配置される第１、第２の片持ち梁であって、それぞれ密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される各片持ち梁と、を用いるマーキング剤の付着方法であって、
第１の駆動器を制御して、前記第１の片持ち梁の第１の先端部に付着した前記マーキング剤が前記印刷用紙の付着面に接触した際に前記第１の片持ち梁の前記第１の先端部から離れて前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に付着するように前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記第１の片持ち梁の第１の先端部を移動させ、
第２の駆動器を制御して、前記第２の片持ち梁の第２の先端部に付着した前記マーキング剤が前記印刷用紙の付着面に接触した際に前記第２の片持ち梁の前記第２の先端部から離れて前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に付着するように前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記第２の片持ち梁の前記第２の先端を移動させ、
前記第１、第２の駆動器はそれぞれ、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、
を特徴とするマーキング剤の付着方法。
マーキング剤の供給元を有する基板と、
その一端が前記基板に固定され、前記基板と間隔を空けて対向する印刷用紙の付着面との間に配置される片持ち梁であって、密度の異なる応力付与金属層を有し、前記応力付与金属層の密度差によって湾曲するよう構成される片持ち梁と、を用いるマーキング剤の付着方法であって、
駆動器を制御して、前記片持ち梁の先端部に前記マーキング剤の供給元から１単位のマーキング剤を付着させるように前記先端部を前記マーキング剤の供給元に接触させる動作と、
駆動器を制御して、前記マーキング剤の供給元と前記印刷用紙の付着面の間で前記片持ち梁の前記先端部を移動し、その移動の際に、前記先端部に付着した１単位のマーキング剤を前記印刷用紙の毛細管作用により前記印刷用紙の付着面に移送する動作と、を含み、
前記駆動器は、（ｉ）圧電駆動によって前記片持ち梁を動かす圧電駆動方式、（ｉｉ）印加される電圧により前記片持ち梁を駆動する静電駆動電極、のいずれかであること、
を特徴とするマーキング剤の付着方法。