JP5265988B2 - 高効率画像アレイ微小電気機械システム（ｍｅｍｓ）ジェット - Google Patents

Description

本明細書に開示された教示の内容は印刷ヘッドに関する。より詳細には、本明細書に開示された教示の内容は画像生成アレイ（ｉｍａｇｉｎｇ ａｒｒａｙ）に関する。

画像生成アレイと関連した困難な制約の１つは、ウォーターフロント（ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ）と呼ばれる、印刷ヘッドをドラム移動方向に最小化しつつ適切なノズル密度を提供することである。この制約の理由は、液滴を印刷するドラムの湾曲のために、４個のカラー印刷ヘッドの異なるノズルアレイからの液滴の飛行距離と到着時間に差が生じることである。ノズルアレイが近くない限り、得られる画像に欠陥が生じる。この問題は、サブユニットからなるほとんどの印刷のアレイが、サブユニットを密に突き合わせる際に生じる困難な問題を回避するためにサブユニットを千鳥状に配列することを選択するという事実により悪化する。千鳥状構造は、突き合わせ問題を回避するが、現在は画像生成アレイの深さが単一チップの深さの少なくとも２倍でなければならないため、ウォーターフロントの問題を悪化させる。

図１は、従来の単色の千鳥状画像生成アレイ１００を示す。詳細には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術による従来の千鳥状画像生成アレイ１００は、千鳥状ＭＥＭＳチップ１１０ａ〜１１０ｄと関連ドライバチップ１２０ａ〜ｄとを含む。

ドライバチップ１２０ａは、ＭＥＭＳチップ１１０ａにドライバ機能を提供する。ドライバチップ１２０ｂは、ＭＥＭＳチップ１１０ｂにドライバ機能を提供する。ドライバチップ１２０ｃは、ＭＥＭＳチップ１１０ｃにドライバ機能を提供する。ドライバチップ１２０ｄは、ＭＥＭＳチップ１１０ｄにドライバ機能を提供する。

ＭＥＭＳチップ１１０ａと１１０ｂは、わずかに互い違いに配列され、個別のＭＥＭＳチップ１１０ｂを使用する場合と比べて解像度が２倍になる。例えば、チップ１１０ａのノズル解像度が、１５０ノズル／１インチの場合、わずかに互い違いにされたペア１１０ａと１１０ｂの解像度は３００ノズル／１インチである。ＭＥＭＳチップ１１０ｃと１１０ｄは、わずかに互い違いに配列され、個別のＭＥＭＳチップ１１０ｃを使用する場合と比べて解像度が２倍になる。ＭＥＭＳチップ１１０ａと１１０ｂは、チップ１１０ｃと１１０ｄの場合と同様に、２つのアレイ間のスロットが満杯の状態で容易に単一チップに組み合わされる。いずれにしても、チップ１１０ａと１１０ｂをチップ１１０ｃと１１０ｄと正確かつ高密度で突き合わせようとする困難な突き合わせ問題を回避するために、チップ１１０ａと１１０ｂをチップ１１０ｃと１１０ｄと互い違いに配列することが望ましい。

従来の千鳥状画像生成アレイ１００のウォーターフロントは、理想的には、この例ではＭＥＭＳチップ１１０ａ＋１１０ｂ＋１１０ｃ＋１１０ｄ＝１０ｍｍの深さを超えないように最小化されることが望ましい。しかしながら、それぞれのＭＥＭＳチップ１１０ａと１１０ｄの隣りにドライバチップ１２０ａと１２０ｄを配置しなければならず、２つのドライバチップの追加された深さを含まなければならないため、従来の千鳥状画像生成アレイの最上部から最下部までの最大深さは約１５ｍｍである。この例では、ＭＥＭＳチップの深さがわずか１０ｍｍの場合でも、千鳥状画像生成アレイの深さは１５ｍｍである。画像生成アレイ１００を利用するプリンタ装置の内部の空間的制約（ウォーターフロント）の限定はますます大きくなってきており、それぞれの従来の画像生成アレイ１００の深さ１５ｍｍは、妥当な設計制約になる可能性がある。

従って、本技術は、先行技術の画像生成アレイの深さに関する問題及びその他の問題を解決する。

教示によれば、本明細書において画像生成アレイが開示される。画像生成アレイは、空間と画像生成チップが交互になった列を構成する複数の千鳥状画像生成チップと、千鳥状画像生成チップによって構成された空間内に適応的に配列された複数のドライバチップとを有する。

本教示により、本明細書に画像生成アレイを構成する方法を開示する。画像生成アレイを構成する方法は、複数の画像生成チップを互い違いに配置して空間と画像生成チップが交互になった列を構成する段階と、千鳥状画像生成チップによって構成された空間内に複数のドライバチップを適応的に配列する段階を含む。

実施形態の更に他の利点は、以下の記述で部分的に説明され、記述から部分的に明かになり、あるいは教示の実施によって学ぶこともできる。利点は、添付の特許請求の範囲に詳細に述べた要素と組み合わせによって実現され達成される。

前述の概略的な説明と以下の詳細な説明は両方とも例示であり、説明は特許請求された教示の限定ではないことを理解されたい。

本明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、教示の実施形態を示し、説明と共に、教示の原理を説明する役割をする。

次に、本実施形態について詳細に言及し、これらの実施形態の例は、添付図面に示されている。可能な限り、同一または類似の部分を指すために、図面全体にわたって同じ参照番号が使用される。

本明細書に開示した教示により、微小電気機械的システム（ＭＥＭＳ）ジェット印刷チップとドライバチップのペアを効率的に収容することができる画像生成アレイ構造が開示される。千鳥状画像生成アレイのためにＭＥＭＳ印刷チップの千鳥配列を使用することにより、ＭＥＭＳ印刷チップ間に空間ができる。この空間内に、画像生成アレイのウォーターフロントを大きくすることなく、ドライバチップが配置される。本明細書に開示された原理に従って収容された画像生成アレイは、最小ウォーターフロント内に４色のアレイを収容するプリンタ構成の厳格な要件を満たすことができる。

図２は、本教示の原理による千鳥状画像生成アレイ２００の一部分を示す。図２に示した千鳥状画像生成アレイ２００が、一般化されたシステム図を表わしており、本教示の趣旨と範囲内にありながら他の構成要素を追加することができまたは既存の構成要素を除去し修正することができることは、当業者に容易に明らかになるはずである。

詳細には、図２は、それぞれのドライバチップ２２０ａ〜ｃに電気的に結合されたＭＥＭＳチップ２１０ａ〜ｃを有することができる千鳥状画像生成アレイ２００の一部分を示す。単なる簡略化のために画像生成アレイ２００の一部分だけを示したが、当業者は、本明細書に開示した教示が、任意の幅の画像生成アレイに適用されることを理解する。ドライバチップ２２０ａは、ＭＥＭＳチップ２１０ａにドライバ機能を提供し、ドライバチップ２２０ｂは、ＭＥＭＳチップ２１０ｂにドライバ機能を提供し、ドライバチップ２２０ｃは、ＭＥＭＳチップ２１０ｃにドライバ機能を提供する。

千鳥状画像生成アレイ２００の最上列に沿った一つおきのＭＥＭＳチップ２１０ａと２１０ｃは、そのそれぞれの下縁２５０ａおよび２５０ｃに電気接点がある状態で配置される。同様に、千鳥状画像生成アレイ２００の最下列に沿ったＭＥＭＳチップ２１０ｂは、その上縁２５０ｂに電気接点がある状態で配置される。千鳥状画像生成アレイ２００の最下列に沿った一つおきのドライバチップ２２０ａと２２０ｃは、その電気接点がその上縁２５０ａと２５０ｃにある状態で配置することができる。同様に、千鳥状画像生成アレイ２００の最上列に沿ったドライバチップ２２０ｂは、その下縁２５０ｂに電気接点がある状態で配置することができる。

ＭＥＭＳチップ２１０ａと２１０ｃは、図２に示したように、千鳥状画像生成アレイ２００のＭＥＭＳチップ２１０ｂとわずかな範囲で重なることができる。このわずかな重なりのために、ＭＥＭＳチップ２２０ａ〜ｃの間にできる空間の幅を個別のＭＥＭＳチップ２１０ａ〜ｃより小さくすることができる。千鳥状画像生成アレイ１００内にできた空間にドライバチップ２２０ａ〜ｃを取り付けられるように、ドライバチップ２２０ａ〜ｃの幅を個別のＭＥＭＳチップ２１０ａ〜ｃより小さくすることができる。ドライバチップ２２０ａ〜ｃは、空間１２０ａ〜ｃ内に配置されるような任意の幅でよい。

従って、本明細書に開示した原理によれば、ドライバチップ２２０ａ〜ｃを、ＭＥＭＳチップ２２０ａ〜ｃの千鳥配列内にできた空き領域に配置することができる。水平軸内でＭＥＭＳチップとドライバチップを交互に使用する千鳥状画像生成アレイ２００により作成されるウォーターフロントは、約５ｍｍのウォーターフロントを作成することができる。千鳥状画像生成アレイ２００を、より高い解像度を有する画像生成アレイおよび／または多数の色を有する画像生成アレイを構成するための構成単位として使用することができる。

図３は、本教示の原理による千鳥状画像生成アレイ３０の一部分を示す。図３に示した画像生成アレイ３００が一般化されたシステム図を表わしており、本教示の趣旨と範囲内にありながら他の構成要素を追加しまたは既存の構成要素を除去したり修正したりすることができることは、当業者に容易に明らかになるはずである。

詳細には、図３は、それぞれのドライバチップ３２０ａ〜ｆに電気的に結合されたＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｆを含むことができる千鳥状画像生成アレイ３００の一部分を示す。単なる簡略化のために画像生成アレイ３００の一部分だけが示されており、当業者は、本明細書に開示された教示が任意の幅の画像生成アレイに適用されることを理解するであろう。千鳥状画像生成アレイ３００は、上側ＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｃとドライバチップ３２０ａ〜ｃのペア３６０と、下側ＭＥＭＳチップ３１０ｄ〜ｆとドライバチップ３２０ｄ〜ｆのペア３７０を含むことができる。例えば、ドライバチップ３２０ａは、ＭＥＭＳチップ３１０ａにドライバ機能を提供し、ドライバチップ３２０ｂは、ＭＥＭＳチップ３１０ｂにドライバ機能を提供し、ドライバチップ３２０ｃは、ＭＥＭＳチップ３１０ｃにドライバ機能を提供し、ドライバチップ３２０ｄは、ＭＥＭＳチップ３１０ｄにドライバ機能を提供する。

上側ＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｃとドライバチップ３２０ａ〜ｃのペア３６０の最上列に沿った一つおきのＭＥＭＳチップ３１０ａと３１０ｃは、それぞれ下縁３５０ａと３５０ｃにその電気接点がある状態で配置することができる。同様に、上側ＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｃとドライバチップ３２０ａ〜ｃのペア３６０の最下列に沿ったＭＥＭＳチップ３１０ｂは、上縁３５０ｂ上にその電気接点がある状態で配置することができる。上側ＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｃとドライバチップ３２０ａ〜ｃのペア３６０の最下列に沿った一つおきのドライバチップ３２０ａと３２０ｃは、それぞれの上縁３５０ａと３５０ｃ上に電気接点がある状態で配置することができる。同様に、上側ＭＥＭＳチップ３１０ａ〜ｃとドライバチップ３２０ａ〜ｃのペア３６０の最上列に沿ったドライバチップ３２０ｂは、下縁３５０ｂ上にその電気接点がある状態で配置することができる。

下側ＭＥＭＳチップ３１０ｄ〜ｆとドライバチップ３２０ｄ〜ｆのペア３７０の最上列に沿った一つおきのＭＥＭＳチップ３１０ｄと３１０ｆは、それぞれの下縁３５０ｄと３５０ｆ上に電気接点がある状態で配置することができる。同様に、下側ＭＥＭＳチップ３１０ｄ〜ｅとドライバチップ３２０ｄ〜ｆのペア３７０の最下列に沿ったＭＥＭＳチップ３１０ｅは、上縁３５０ｅ上にその電気接点がある状態で配置することができる。下側ＭＥＭＳチップ３１０ｄ〜ｆとドライバチップ３２０ｄ〜ｆのペア３７０の最下列に沿った一つおきのドライバチップ３２０ｄと３２０ｆは、それぞれの上縁３５０ｄおよび３５０ｆ上にその電気接点がある状態で配置することができる。同様に、下側ＭＥＭＳチップ３１０ｄ〜ｆとドライバチップ３２０ｄ〜ｆのペア３７０の最上列に沿ったドライバチップ３２０ｅは、下縁３５０ｅ上にその電気接点がある状態で配置することができる。

従って、本明細書に開示した原理によれば、ドライバチップ３２０ａ〜ｆは、ＭＥＭＳチップ４１０ａ〜ｆの千鳥状レイアウトでできた空き領域内に配置される。水平軸に沿った交互のＭＥＭＳチップとドライバチップを使用して千鳥状画像生成アレイ２００により作成されたウォーターフロントは、約１０ｍｍのウォーターフロントを作成することができる。図３に示した従来の構成を図１に示した例示的実施形態と比較すると、これらは両方とも同等なノズル解像度を有する。しかしながら、図１に示した例示的実施形態の構造は、１５ｍｍの深さを消費するが、図３に示した従来の構成は、１０ｍｍの深さしか消費せず、従って、図３に示した例示的実施形態の構成は、ウォーターフロントでは極めて効率的である。図３に示した例示的実施形態の構成は、ウォーターフロントを千鳥状ＭＥＭＳチップの組み合わせ深さだけに最小化するという望ましい目的を達成し、即ち、ドライバチップの深さにとって不利にはならない。

本明細書で開示した千鳥状画像生成アレイは（別個のドライバチップと共に）、ドライバ電子回路が一体化されたＭＥＭＳチップに依存する千鳥状画像生成アレイよりもウォーターフロントを使用しない。更に、ＭＥＭＳチップからドライバチップを切り離すことにより、それぞれの歩留まりが分離される。個別のＭＥＭＳチップの歩留まり例は７０％であり、即ち、製造されたＭＥＭＳチップの３０％に欠陥があり、印刷装置に組み込むには適切でない。個別のドライバチップの歩留まり例は７０％であり、即ち、製造されたドライバチップの３０％に欠陥があり、印刷装置に組み込むには適切でない。この結果、統合されたソリューションの歩留まりは２つの歩留まりの積になり、即ち、統合ＭＥＭＳチップ／ドライバチップ組み合わせの４９％が印刷装置への組み込みに適することになる。本明細書に開示した教示は、統合ＭＥＭＳチップ／ドライバチップソリューションより歩留まりを高める。

本明細書に開示した教示は、ＭＥＭＳ技術による千鳥状画像生成アレイを例示しているが、当業者は、本明細書に開示した教示が、任意の画像技術による千鳥状画像生成アレイに適用できることを理解するであろう。例えば、個別の画像生成チップは、圧電画像生成チップ、発光ダイオード（ＬＥＤ）画像生成チップ、サーマルイメージングチップなどである。

本明細書に開示した画像生成アレイ２００および３００は、任意の幅の画像生成アレイに使用することができる。画像生成アレイ２００および３００は、画像生成媒体の幅（例えば、用紙の幅）より小さくてもよい。画像生成アレイ２００および３００を使って全幅画像生成アレイを形成して、画像生成媒体の幅全体を一度に印刷することができる。

従来の千鳥状画像生成アレイを示す図である。 本教示の原理による千鳥状画像生成アレイの一部分を示す図である。 本教示の原理による千鳥状画像生成アレイの一部分を示す図である。

符号の説明

１００ 画像生成アレイ、１１０ａ〜１１０ｄ ＭＥＭＳチップ、１２０ａ〜１２０ｄ ドライバチップ。

Claims (4)

1. 画像生成アレイであって、
   空間と画像生成チップが交互になった列を構成する複数の千鳥状画像生成チップと、
   千鳥状画像生成チップによって構成された空間内に適応的に配列された複数のドライバチップとを有し、
   各千鳥状画像生成チップとそれに対応する各ドライバチップとは異なる列に配置される画像生成アレイ。
2. 複数のドライバチップにおける個別のドライバチップの幅は、複数の画像生成チップにおける個別の画像生成チップの幅より小さい、請求項１に記載の画像生成アレイ。
3. 複数の画像生成チップと複数のドライバチップのための取り付け面を提供する回路基板を更に有する、請求項１に記載の画像生成アレイ。
4. ドラム移動方向における複数の画像生成チップと複数のドライバチップのノズルアレイが占める空間的大きさは、約５ｍｍである、請求項１に記載の画像生成アレイ。
   
   

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