JPH06238902A

JPH06238902A - インクジェットプリントヘッド

Info

Publication number: JPH06238902A
Application number: JP5332704A
Authority: JP
Inventors: Ivan Rezanka; レザンカイヴァン
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1994-08-30
Also published as: US5412410A; DE4400094A1; DE4400094B4

Abstract

(57)【要約】【目的】テキスト印刷及び連続階調印刷の選択可能に
するインクジェットプリントヘッドを提供する。【構成】テキスト（本文活字）画像の高品質の解像度
印刷は、大及び小ノズルのいずれかを使用して、しかし
好ましくは一定の組み合わせで両ノズルを使用してイン
ク液滴を射出することによって達成される。本発明の大
小ノズルからのインク液滴で印刷された僅かに重なるピ
クセル３５、３６の２行が示されており、矢印１１はプ
リントヘッドの往復方向を示す。外側エッジに沿ったス
カロッピングの影響はピクセル３６に沿って減少され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマル（熱）インク
ジェットプリントヘッドに関し、更に詳細には、画像領
域適用範囲の制御によって高解像度のテキスト印刷性能
に対して最適連続階調（トーン）を有するサーマルイン
クジェットプリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】連続階調及び／又はグレイスケール印刷
の１つの方法におけるピクセル（画素）位置は、１乃至
７個の液滴で印刷されるので、従って８段階のグレイス
ケールレベルを提供する。この方法は、インク液滴をプ
リントヘッドノズルから射出するために、プリントヘッ
ド加熱素子を繰り返し使用する必要がある。従って、加
熱素子の寿命を縮め、印刷速度を遅らせてしまう。例え
ば、米国特許第４、３５３、０７９号に開示されるよう
に連続階調印刷の他の方法では、複数のインク液滴発生
装置が同時に異なる数の液滴を射出し、対応する異なる
インク液滴量を同一ピクセル位置で達成する。この種類
のグレイスケールプリンタは、ノズルが互いに関して精
密に位置合わせされる必要があるので、インク液滴は記
録媒体上のピクセル位置内に適切に見当合わせ（位置合
わせ）される。

【０００３】米国特許第４、７４６、９３５号は、８レ
ベルハーフトーン印刷処理を行うように順次、起動され
る３つの、２進（バイナリ）重み付け液滴発生装置を有
するサーマルインクジェットプリンタを開示する。１
つ、２つ又は３つ全部の液滴発生装置は、液滴発生装置
が記録媒体を横切って走査され時、同一ピクセル位置へ
変動量の液滴を順次射出する。複数カラー印刷の場合、
各インクカラーは、個々に連続する３つの、２進重み付
け滴発生装置を有する。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の目的は、
異なるサイズのノズルの少なくとも２つのグループを有
するサーマルインクジェットプリントヘッドを提供する
ことであり、異なるインク量のインク液滴が、そのノズ
ルと関連する加熱素子の選択的作動によって選択的にノ
ズルから射出され、これによって一グループ又は両グル
ープのノズルは、連続階調及び／又はテキスト印刷する
ために選択的に使用されることができる。

【０００５】本発明のサーマルインクジェットプリンタ
はプリントヘッドを有し、異なるサイズのノズルの少な
くとも２つのグループの１つから、又は全部のノズルか
ら液滴を射出することにより、領域適用範囲を制御する
ように記録媒体上にインク液滴を射出する。プリントヘ
ッドは、２つの結合された基板を含み、一方の基板の対
向する表面は、パッシベーション（不活性）加熱素子の
アレイとアドレス電極を含み、他方の対向する基板表面
は、少なくとも２つのグループからのノズルと交互に連
通する複数のチャネルを含む。各ノズルグループは、同
じサイズのノズルを有するが、ノズルのそれぞれのグル
ープは、異なるノズルサイズを有するので、インクの所
定の量は異なるサイズのノズルの各々から射出される。

【０００６】他の実施例において、加熱素子と駆動（ド
ライバ）回路の直線アレイは、チャネルとノズルに連通
する第１基板中に形成された共通のインクリザーバと共
に、第１基板の両面上に形成さる。片面上に形成された
並列なインクチャネル及ぶノズルの直線アレイをそれぞ
れ有する第２、３基板は、インク流動チャネルとノズル
を形成し、加熱素子を各チャネル中にノズルから上流に
所定の距離で配置するように第１基板の両面に位置合わ
せされ結合されるので、第２、第３基板はそれらの間に
第１基板をはさむ。

【０００７】連続階調又はグレイスケール印刷が所望さ
れる場合、異なるグループからのノズルの様々な組み合
わせがハーフトーンセルを構成するために使用され、高
解像度のテキスト印刷が所望される場合、インク液滴を
射出するために１つのグループからのノズル又は、両グ
ループからのノズルが一定の組み合わせで使用される。
プリントヘッドは、単一ユニット、又はページ幅プリン
トヘッドを形成するために、構造用バーの片面、又は両
面に端と端が当接されるこのようなプリントヘッドの複
数の単一ユニットでもよい。単一ユニットが使用される
場合、記録媒体の幅を横切って両方向に走査するように
キャリッジに取り付けられる。記録媒体は、印刷中に動
かないように保持され、次に、次々に印刷幅（列）だけ
印刷されている間に連続する次の走査の前に印刷された
列（幅）の距離だけステップ移動される。そして、記録
媒体は、全体が印刷されるまでステップ移動される。ペ
ージ幅プリントヘッドが使用される場合は、プリントヘ
ッドはプリンタに固定して取り付けられており、記録媒
体は一定速度でそこを通過するように移動されると共
に、プリントヘッドと直交する方向に移動される。

【０００８】本発明の態様は、インク液滴をノズルから
記録媒体へ射出し、テキスト印刷及び連続階調印刷の選
択が可能である、プリンタに使用するインクジェットプ
リントヘッドであって、異なるサイズのノズルの少なく
とも２グループを備え、各グループ内の前記ノズルサイ
ズは同一であり、一方のグループからのノズル及び一定
の組み合わせの両グループからのノズルのいずれか一方
がテキスト印刷に使用され、ノズルグループの各々から
の所定の可変組み合わせが連続階調印刷のためにハーフ
トーンセルを構成し印刷するために使用されること、を
含む。

【０００９】

【実施例】図１のプリントヘッド１０の拡大略等角図に
は、前面エッジ又は前面２１中のノズルの直線アレイ
（配列）が示されており、大、小の２つの異なるサイズ
のノズル２７及び２８のそれぞれは、等しく離間されて
サイズごとに交互に配置されている。後で論述される図
２を参照すると、電気絶縁下側基板又はヒータープレー
ト１２は、その表面１６上にパターン形成される加熱素
子１４とアドレッシング電極（図示せず）を有する。一
方、上側基板又はチャネルプレート１８は、交互に大、
小の平行な溝１９と２０のそれぞれを有する。この溝
は、一方向に延出しており、ノズル２７と２８を形成す
る上側基板の前面エッジ２１を貫通する。大、小の各溝
の他端部は、内側凹部２６に隣接する傾斜壁１７₁と１
７₂のそれぞれで終端する。内側凹部２６は、毛管作用
によってインクチャネル（溝路）１９及び２０を充填す
るインク供給リザーバ（貯蔵部）として使用される。リ
ザーバ２６は、チャネルプレートの厚みを貫通して延出
しており、その開放底部はインク吸込口２５として使用
される。溝を有するチャネルプレートの表面はヒーター
プレート１２へ位置合わせされて結合されるので、複数
の加熱素子１４のそれぞれは、溝とヒータープレートに
よって形成された各チャネルに配置される。インクは吸
込口２５を通って凹部２６とヒータープレート１２によ
って形成されるリザーバに入り、毛管作用によって厚膜
絶縁層２４中に形成される伸長凹部３８を通って流れ、
チャネル１９及び２０を充填する。各ノズルにあるイン
クは僅かな負圧下にあり、表面張力がインクが滴下する
のを防ぐメニスカスを形成する。後で述べられるが、層
２４はヒータープレートとチャネルプレート間に挟まれ
たパッシベーション（不活性）層である。全体がここに
参照によって組み込まれる、米国特許第４、７７４、５
３０号に開示されたように、この層は、加熱素子を露出
するためにエッチングされるので、加熱素子をピット２
３中に配置すると共に、伸長凹部３８を形成するために
エッチングされ、インクがマニホルド２６とインクチャ
ネル１９及び２０の間を流れることを可能にする。

【００１０】図１の断面図は、図２に示されるように１
本の小チャネル２０を貫通する透視線２−２に沿ってお
り、矢印２９で示されるようにインクがマニホルド２６
から、溝１９及び２０の傾斜壁１７を廻ってどの様に流
れるかを示している。先に述べた米国特許第４、７７
４、５３０号に開示されるように、複数組の気泡生成加
熱素子とそのアドレッシング電極は、両側が研摩された
（１００）シリコンウエハの研摩面の片側上にパターン
形成される。複数のプリントヘッド１０は、ページ幅の
プリントヘッドを形成するように端と端をつなぐ当接方
法で図２の破線で示される構造用バー１３の片面上に組
み立てられてもよい。他のページ幅のプリントヘッド
は、図１２乃至１５に関して後で述べられる。

【００１１】好ましい実施例では、ポリシリコン加熱素
子が使用され、高温蒸気中でポリシリコンから二酸化ケ
イ素の熱酸化物層（図示されていない）が成長される。
熱酸化物層は、加熱素子を導電性インクから保護して絶
縁するために、典型的に０．５乃至１マイクロメートル
の厚さに成長される。熱酸化物は、アドレッシング電極
（図示されていない）を取り付けるためにポリシリコン
加熱素子のエッジで取り除かれ、次にパターン形成され
て付着される。電極パッシベーションの前に、タンタル
（Ｔａ）層（図示されていない）は、加熱素子の保護層
上に約１マイクロメートルの厚さに任意ではあるが付着
されてもよく、その場合、プリントヘッドの作動中に、
インクガス泡の崩壊によって発生されるキャビテーショ
ン力に抗する追加保護を行う。電極のパッシベーション
（不活性化）のために、２マイクロメートルの厚さのリ
ンでドープ処理されたＣＶＤ（化学蒸着法）二酸化ケイ
素膜は、複数組の加熱素子及びアドレッシング電極を含
むウエハ表面全体に付着される。パッシベーション膜
は、露出電極をインクから保護するイオンバリアを提供
する。他にイオンバリアは、例えばポリイミドやプラズ
マ窒化物等が使用可能である。有効なイオンバリア層
は、その厚さが１０００オングストローム乃至１０マイ
クロメートル、好ましくは１マイクロメートルである時
に達成される。次に、例えばポリイミド等の厚膜タイプ
の絶縁層２４は、１０乃至１００マイクロメートルの厚
さ、好ましくは２５乃至５０マイクロメートル範囲内の
厚さを有するパッシベーション層上に形成される。この
厚膜層２４は、各加熱素子（ピット２３を形成する）
と、マニホルド２６からインクチャネル１９、２０への
インク通路を提供する伸長凹部３８上の層２４の係る部
分のエッチング及び除去を可能にするようにフォトリソ
グラフィーによって処理される。

【００１２】米国再発行特許第３２、５７２号及び米国
特許第４、７７４、５３０号に開示されるように、チャ
ネルプレートは、プリントヘッド用の複数のチャネルプ
レートを生成するように、両側が研磨された（１００）
シリコンウエハ（図示されていない）から形成される。
ウエハが化学的に洗浄された後、熱分解ＣＶＤ窒化ケイ
素層（図示されていない）が、シリコンウエハの両面に
付着される。ウエハの片側上の窒化ケイ素層は、複数の
比較的大きなバイア及び同じ長さではあるが２つの所定
の幅に交互する複数組の伸長した平行なチャネル管を形
成するためにフォトリソグラフィーによってパターン形
成される。窒化ケイ素層が異方性エッチングバスに配置
される場合、比較的大きな矩形凹部２６と、結果的にプ
リントヘッドのインクリザーバ及びチャネルになる大、
小の断面領域を有する複数組の伸長した平行なチャネル
凹部１９及び２０と、を形成する。インクリザーバとチ
ャネルがエッチングされた後、窒化ケイ素層は除去され
ることが好ましい。リザーバ及びチャネル凹部を含むチ
ャネルプレートの表面１５（図２参照）は、元のウエハ
表面部分であり、その上へ後で接着剤を塗布して、パタ
ーン形成された厚膜層を上に有する複数組の加熱素子を
含む基板へ結合する。間にパターン形成された厚膜層を
有する結合ウエハは、次に、例えば、ダイシング処理に
よって複数のそれぞれのプリントヘッドへ切断される。
最後のダイシング切片の１つは、端部面２１を形成し、
ノズル２７と２８を形成する伸長溝１９と２０の１端部
を開放する。チャネル溝１９、２０の他端部は端部１７
で閉じられたままである。一方、図２に示されるよう
に、チャネルプレートのヒータープレートへの位置合わ
せ及び結合は、矢印２９によって示されるように、リザ
ーバからチャネルへインクを流せるようにチャネル１９
と２０の端部１７₁と１７₂を、厚膜絶縁層２４中の伸
長凹部上に直接位置させる。伸長凹部３８は、各チャネ
ルに対して１つ、そのチャネルと同じ幅を有するそれぞ
れの伸長凹部の直線アレイでもよい。

【００１３】図３はノズル２７、２８の直線アレイの交
互するサイズをさらに明確に示すために、図１のプリン
トヘッド１０の拡大概略正面図を示す。ページ幅のプリ
ントヘッドを形成するために、複数のプリントヘッド１
０は、ノズルとノズル面の全てが同一平面であるように
端部同士が当接する関係に構造用バー（図２参照）上に
組み立てられる。比較として、図４は等しいノズル間
隔”ｓ”を有するが、全てのノズルが同じサイズである
従来技術のプリントヘッド２２のノズル５１を示す。前
記されたように、本発明のプリントヘッド１０は、ヒー
タープレート１２、チャネルプレート１８及び、その間
に挟まれた中間厚膜層２４を含む。厚膜層は、破線で示
される加熱素子１４₁と１４₂を露出するようにパター
ン形成され、従って、加熱素子をやはり破線で示される
ピット２３中に配置し、インク供給経路を提供するため
にチャネル傾斜端部壁１７₁、１７₂とリザーバ２６の
間に、伸長凹部又は、トレンチ（溝）３８を形成する。
ノズルの間隔は、交互に配置されるサイズの全ノズルに
対して直線で１／２００乃至１／１６００インチの間で
あり、そのノズルは等しく離間されている。一実施例の
大ノズル２７の中心と中心の間は１／６００インチ離さ
れ、その間の小ノズル２８も中心と中心が１／６００イ
ンチ離されるので、大ノズルとその隣接する小ノズルの
中心と中心の間の距離は、１／１２００インチである。
図３及び図６に示されるように、各ノズル間の距離は”
ｓ”で、同じサイズのノズル間の距離は”２ｓ”なの
で、同一チャネルプレート内の大ノズルと小ノズル間の
距離は、”ｓ”となる。図１１に示されるように、テキ
スト（本文活字）画像の品質の高解像度印刷は、大及び
小ノズルのいずれかを使用して、しかし好ましくは一定
の組み合わせで両ノズルを使用してインク液滴を射出す
ることによって達成される。ｓ＝１／６００インチ又は
４２μｍを有する実施例中の小さなノズルは、約１０μ
ｍの直径（ｄ_s）を有する円形スポット又はドット３６
を記録媒体上に形成するインク液滴を射出する。ｓ＝１
／６００インチ又は４２μｍを有する実施例中の大きな
ノズルは、約５２μｍの直径（ｄ_l）を有する円形スポ
ット又はドット３５を記録媒体上に形成するインク液滴
を射出する。従って、大きいノズルからのドットは、小
さなノズルからのドットの約５倍の大きさである。図８
を参照すると、列（カラム）Ａは、両方向往復印刷用に
配向された単一プリントヘッドから印刷された大小のド
ット又はピクセル３５及び３６の列を示すので、ノズル
は、垂直及び矢印１１によって示される往復方向に対し
て直交方向に配列され、大小両方のプリントヘッドのノ
ズルからのインク液滴は、テキスト印刷に使用される。
列Ｂは、印刷された小さなピクセルだけを示し、列Ｃ
は、印刷された大きなピクセルだけを示す。全列は、同
じ高さ”ｈ”であり、プリントヘッド１０の垂直方向の
高さと等しい。

【００１４】図１０を参照すると、プリントヘッドの往
復方向が矢印１１で示されている、従来技術のプリント
ヘッド２２（図４）の単一サイズに形成されたノズルか
らのインク液滴で印刷された２行（ロー）の僅かに重な
ったドット又はピクセル４４が示されている。破線４５
によって識別される中実（べた）領域適用範囲からの変
化する寸法”ｗ”で示されるように水平エッジに沿って
作られるスカロッピング又は波形の影響４３に留意され
たい。図１１には、本発明の大小ノズルからのインク液
滴で印刷された僅かに重なるピクセル３５、３６の２行
が示されており、矢印１１はプリントヘッドの往復方向
を示す。図１１の大ピクセル３５は、図１０のピクセル
４４とほぼ同じ大きさの直径である。一方、外側エッジ
に沿ったスカロッピングの影響はピクセル３６に沿って
減少される。

【００１５】図５には、上にポリイミドの厚膜層２４を
被せる（ラミネートする）前の加熱素子１４₁、１４₂
と、アドレッシング電極３２₁、３２₂と、共通帰線３
４を示すヒータープレート１２の拡大部分等角図が示さ
れる。インクジェット技術において周知であるように、
ノズル及び対応するチャネル寸法は、ノズルに相対する
加熱素子のサイズ及び位置に直接関係する。従って、ノ
ズルが小さくなるにつれて小さな加熱素子１４₂を有
し、加熱素子１４₂は所定距離Ｙだけノズルから上流に
設置され、ノズルが大きくなるにつれて大きな加熱素子
１４₁を有し、加熱素子１４₁は所定距離Ｘだけノズル
から上流に設置される。この場合、距離Ｘは、距離Ｙよ
りも大きい。加熱素子とノズルの間のインク量により、
ノズルから射出される液滴中のインク量が決まる。

【００１６】図６は、図１のプリントヘッド１０の別の
実施例であって、同様に製造されるプリントヘッド３０
の拡大概略正面図である。図７は透視線６−６に沿って
透視される時のプリントヘッド３０の断面図である。プ
リントヘッド３０は、片面上に加熱素子１４₁及び１４
₂と共に対応するアドレシング回路と、反対面上に加熱
素子１４₃と共に対応するアドレッシング回路を備える
１つのヒーターウエハと、２つのチャネルウエハを使用
する３つのウエハ（図示されていない）の組み合わせか
ら作られる。ポリイミドの厚膜層２４は、加熱素子１４
₁、１４₂、１４₃及びアドレッシング回路を有するヒ
ーターウエハ表面上に形成されるので、チャネルとリザ
ーバを片面上に有する２枚のチャネルウエハ１８₁、１
８₂がヒーターウエハの両面に位置合わせされ結合され
る時、ポリイミド層２４は、各チャネルウエハとヒータ
ーウエハの間に挟まれる。厚膜層２４は、加熱素子上に
ピット２３₁、２３₂、２３₃及びインク流動バイパス
３８を生成するために、図１乃至３のプリントヘッドの
厚膜層と同様の方法でパターン形成される。最大チャネ
ル３１（図７）の配列は、最大ノズル３７を有する一方
のチャネルウエハの表面上にあり、ノズル２７、２８の
それぞれを備える中間及び最小チャネル１９ ₁と２０₁
のそれぞれは、他方のチャネルウエハの片面に交互に配
置されるが、中心間の距離”ｓ”によって示されるよう
に直線でインチあたりの数は同じである。ノズル３７
は、交互に配置された中間及び最小ノズル２７及び２８
のそれぞれから、ｓ／２の間隔だけずらされる。

【００１７】２つのチャネルウエハがヒータープレート
１２の両面に位置あわせされ、結合された後、ウエハは
複数の個々のプリントヘッド３０へ切断される。チャネ
ルプレート又はウエハは、上述されたように製造され、
ヒーターウエハは、両面上に形成される加熱素子アレイ
と、対応するアドレッシング回路を備えることが必須で
ある。図６に示されるように、最大ノズル３７は、高さ
又は垂線”ａ”を有し、中間ノズル１９₁は垂線”ｂ”
を有し、最小ノズル２０₁は垂線”ｃ”を有する。そし
て、異方性エッチングされた全てのチャネルは、シリコ
ンウエハの｛１１１｝結晶面に続く壁を有する三角形の
断面領域を有する。従って、プリントヘッド３０は、図
１乃至３に示されるプリントヘッド１０よりも印刷解像
度を増す。

【００１８】図９には、印刷物のＡ乃至Ｅの５列を示
す。図８のプリントヘッドと同様に、、図６のプリント
ヘッド３０は、両方向往復印刷用に配向されているの
で、ノズルは、垂直及び矢印１１で示されるように、往
復方向に対して直交方向にある。列Ａは、全ノズルから
射出された液滴によって印刷されたピクセルの列を示し
ている。列Ｂに印刷されたピクセルの列は、プリントヘ
ッドのチャネルプレート１８の片側にある中間及び最小
ノズル２７及び２８から射出された液滴によって印刷さ
れ、列Ｅに印刷されたピクセルの列は、プリントヘッド
の反対側のチャネルプレートにあるノズル３７からの液
滴によって印刷される。列ＣとＤに印刷されたピクセル
は、中間及び最小ノズルから別々に射出される液滴から
印刷される。印刷される全列の高さは、距離”ｈ”で示
され、プリントヘッドの総印刷幅を表す。プリントヘッ
ドで各行を印刷した後、記録媒体（図示されていない）
は距離”ｈ”だけステップ移動され、次の行が印刷され
る。記録媒体の全体面に印刷が及ぶまで、各行が印刷さ
れた後、記録媒体はステップ移動される。

【００１９】図１２は、構造用バー１３上に複数のプリ
ントヘッド１０の端同士の当接によって組み立てられた
ページ幅プリントヘッド５２の概略等角図を示す。ペー
ジ幅プリントヘッドは、図１及び図２に示される個々の
プリントヘッド１０を、結合することによって組み立て
られるので、ノズルとノズル面は同一平面上にあり、そ
れらのインク吸込口は位置合わせされ結合される。当接
された１行目のプリントヘッドは反転されるので、吸込
口２５が構造用バー１３の表面と接触すると、吸込口２
５は内部開口部４２に位置合わせされる。共通内部通路
３９は、内部導管４６によってインク供給部（図示され
ていない）に接続され、同時に、内部開口部４２は、共
通通路３９とプリントヘッド吸込口２５が連通するよう
に位置されている。当接された２行目のプリントヘッド
１０は、１行目の頂部にあり、ヒータープレート１２同
士でお互いが接触するようになっている。２行目のプリ
ントヘッドの吸込口２５は、マニホルド排出口４７を介
するインクマニホルド４９からインクを供給される。こ
のマニホルド排出口はプリントヘッドの吸込口と位置合
わせされている。チューブ３３は、マニホルド４９に接
続され、インク供給部（図示されていない）からのイン
クの適切な供給を維持する。プリントの回路基板５０
は、構造用バー１３の段部４８上で支持され、プリンタ
のコントローラ（図示されていない）及び電源（図示さ
れていない）との電気的なインターフェースを提供す
る。ページ幅プリントヘッド５２を形成するように組み
立てられたプリントヘッド１０の各々は、結線５４でプ
リントの回路基板と接続される。図１３は、線１３−１
３に沿って透視されたページ幅プリントヘッド５２の断
面図である。この断面図で、２行のプリントヘッド１０
は結合されているので、両吸込口２５は、一方がマニホ
ルド４９からのインク、他方が構造用バー１３中の内部
共通通路３９からインクを受けるために対向方向を向い
ている。構造用バーは、インク源として機能するだけで
なく、印刷処理中に発生した熱を制御及び管理する熱シ
ンクとして機能する。或いは、図６及び図７の単一行の
プリントヘッド３０が、構造用バー１３上に組み立てら
れて、他のページ幅プリントヘッド（図示されていな
い）を形成することもできる。この別のページ幅プリン
トヘッドは、２つの別々のヒータープレートの代わりに
１つの共通ヒータープレートを有するという点だけが図
１２のページ幅プリントヘッド５２と異なる。

【００２０】図１４は、ページ幅プリントヘッド５５の
別の実施例の概略等角図であり、図１５は図１４の透視
線１５−１５に沿って透視された断面図である。この別
の実施例において、図１及び図２に示されているよう
に、複数のプリントヘッド１０は構造用バー１３の両側
に端と端を当接されている。この実施例は、構造用バー
１３の外側に両インク供給部があることを除いて、図１
２の実施例と似ている。複数のプリントヘッド１０は、
構造用バーと接触するプリントヘッドのヒータープレー
ト１２との当接関係をなして構造用バーの両面に取り付
けられている。プリントヘッドのチャネルプレート１８
の吸込口２５は、互いに反対方向を向いている。中に開
口部４７を有するインクマニホルド４９は、プリントヘ
ッド１０に密閉的に取り付けられている。マニホルドの
開口部４７は、プリントヘッドの吸込口２５と位置合わ
せされている。マニホルド４９をインク供給部（図示さ
れていない）に接続するチューブ３３によって、マニホ
ルドには十分なインクが維持される。各行又はプリント
ヘッドは、ヒータープレート１２と隣接する構造用バー
１３の両側に結合されると共に、プリントヘッドに結線
５４で電気的に接続される別個のプリント回路基板５０
に接続される。

【００２１】本発明のプリントヘッドは、テキスト印刷
をするために又は、連続階調やグレイスケール印刷が所
望される場合に、ハーフトーンセル（胞体）によって印
刷するのに適する。本発明のプリントヘッドは、異なる
大きさのインク液滴を射出する、少なくとも２つの異な
る大きさのノズルを有するので、テクスチュアル（文
字）印刷は図１０に示されているスカロッピングの影響
４３を避けて、従ってスカロッピングの影響を最小化し
た高解像度の文字（英）数字画像印刷を可能とする。

【００２２】本発明の主な利点は、一方は、図１６に示
されている直線で毎インチ１５０セル（１５０スクリー
ン）のハーフトーンセル７０と他方は、図１７に示され
ている直線で毎インチに２００のセル（２００スクリー
ン）のハーフトーンセル７２を構成する２例によって示
される。図２４及び図２５に関して後述されるが、高品
質のオフセットリソグラフィ印刷は、２００セルまでの
十分な数の吸光度ステップ（段階）であるこのセル濃度
で達成しており、これらの個別化（ディスクリート）ス
テップによって周知の連続階調再現カーブに接近するよ
うに再生する。連続階調の再生は、連続吸光度又は連続
階調を有する原稿を再現するための所与のプリンタの能
力を意味する。所望される又は、入力吸光度と、印刷さ
れた又は出力吸光度間の関係は、理想的には傾斜が１で
ある直線である。インクジェットのスポットは、飽和色
階調に求められる十分な領域適用範囲を達成するために
部分的に重なることが必須である。これらの例におい
て、これらの重なり合うスポットの結果として生じる画
像は、個々のスポットの幾何学的一致によって、近似さ
れる。この近似は、実際の画像形成をよく説明するため
に周知である。画像が等しい大きさのスポットによって
形成される従来技術の例として、この状況はスポットの
直径ｄと、ｄ＝√２ｐとして図１０に示される矩形パタ
ーン中に配置される隣接するスポット同士の間のピッチ
ｐ間の関係を確立する。又、ピッチｐは、まれに、プリ
ンタの真性（イントリンシック）解像度と称される。ハ
ーフトーンセル７０及び７２の２つの例の各例におい
て、結果的に、２つの異なるサイズのスポットとなるよ
うに、２つのサイズの液滴が形成される。例えば、各サ
イズのスポットは、インチ毎に６００スポット（ｓｐ
ｉ）の真性解像度に対応する４２．３μｍのピッチで配
置される。テクスチュアル印刷用に図１１に示されてい
るように一方のサイズのスポットが、他方のサイズのス
ポットに挟まれ、図１６及び図１７に示されるようにハ
ーフトーンセル７０及び７２中にある。

【００２３】完全な領域適用範囲のための配置である図
１６に示されているように、第１例の１５０スクリーン
のハーフトーンセル７０は、正方形をしており、４×４
の配列で１６個までの大スポット３５が、やはり４×４
の配列で１６個の小スポット３６に挟まって形成され
る。大スポットでセル７０を充填する順序は各大スポッ
ト中にある数字によって示されている。小スポットは、
１６個、全部の小スポットが使用されると限らない場合
を除いて、大スポットの順序の次に充填される。この技
術の量的説明については、総吸収スポットの近似が使用
される。これらの近似において、最良階調再現カーブ
は、好適な実施例の印刷されたインクスポットのサイズ
が、５２．３μｍの大スポット直径と、１３．５μｍの
小スポットの直径を選択する時に達成されることが分か
っている。これらの寸法の場合に、この技術で再現可能
な吸光度の２つの連続値間の最大ステップは、０．５０
％である。この最大ステップは、隔離されて、重なって
いない小スポットがハーフトーンセルに加えられるとい
つでも生成され、次のより高い吸光値を発生する。更
に、この最大ステップは１６個の小スポットと共に１４
個の大スポットから構成されるセルで達成される吸光値
と、小スポットのない１５個の大スポットから構成され
るその次のセル値の間でも生成される。大及び小スポッ
トの直径の他のあらゆる比率で、これらの２ステップ大
きさの一方は常に０．５０％よりも大きい。図１８に示
されるように、充填の方法は、セルが空の状態で始ま
り、最初に１つの小スポット３６が０以外（否ゼロ）の
最小吸光度のために使用され、２個、３個・・・と続
き、１４個の小スポットが、ハーフトーン７０中に印刷
されるまで続くようになっている。図１９では、ハーフ
トーンセル７０に対する次の吸光値は、小スポットを備
えない１つの大スポット３５によって達成される。それ
を越えると、図２０に示されるように、１乃至１３個の
小スポット３６は、ハーフトーンセル７０中のこの１個
の大スポットに加えられ、その結果、階調再現カーブが
上昇する。図２１に示されるように、ハーフトーンセル
７０に対する次の吸光値は、２つの隣接する大スポット
３５をセル中に小スポットを備えないで配置することに
より達成される。スポットの重複部が次の階調再現カー
ブのステップに与える影響によって、全ての小スポット
は、多数の大スポットが使用されている場合に、利用さ
れる。図２２に示されているように、１４個の大スポッ
トと１６個の小スポットが使用されているハーフトーン
セルと、図２３に示されているように１５個の大スポッ
トが小スポットを備えないで使用されている次に高い吸
光度のハーフトーンセルの間の遷移が最重要であること
が分かった。階調再現カーブの低端部で始まる図２４、
及び階調再現カーブの高端部を示す図２５のプロット７
４に示されているように、この例の方法では、本発明
は、０．５０％以下の差で、２００吸光度ステップを越
える１５０スクリーンで連続階調画像を生成する。

【００２４】これの結果は、図２４及び２５にプロット
されているように１２００ｓｐｉの真性解像度で印刷さ
れた等サイズのスポットを使用する従来技術のプリンタ
の階調再現カーブ７５と比較できる。次に、同一ハーフ
トーンセルは、直径２９．９μｍで８×８の合計６４個
までのスポットで構成される。完全な領域適用範囲に必
要とされる液滴の２倍の多さ（６４対３２）にもかかわ
らず、この方法では２．５％の最大ステップを有する吸
光度の６５個の値しか提供せず、画像が１５０スクリー
ンで印刷される場合の本発明のプリントヘッドによって
達成される吸光度よりも５倍も目が荒い。６００ｓｐｉ
の真性解像度で印刷された等サイズのスポットを使用す
る他の従来技術のプロット７６は、吸光度の更に大きな
ステップを示す。

【００２５】第２例は図１７に示されており、画像が、
３×３の正方形配列の９個の大スポットが、上述された
方法で、３×３の配列の９個の小スポット６６と互いに
かみ合って構成されるハーフトーンセル７２によって２
００スクリーンで印刷されるケースに関する。最適で、
最高に滑らかな階調再現カーブは、直径４９．２μｍの
大スポットと直径１７．２μｍの小スポットを生成する
ことによって達成される。吸光度の最大増加量は、１．
４％であり、隔離された小スポット６６が吸光度の次の
ステップを生成するために追加されたときに、図２６に
示されるように、７個の大スポットと９個の小スポット
を用いるステップと、図２７に示されるように、８個の
大スポットで小スポットのないステップとの間のそれぞ
れの時に生じる。次にこの技術は７０を越える吸光度の
ステップを生成する。比較すると、１２００ｓｐｉ印刷
で従来技術を使用する場合、同サイズのハーフトーンセ
ルは２倍多くの液滴（３６対１８）を必要とするととも
に、階調再現カーブにおけるより目の荒いステップ
（４．４％対１．４％）が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】キャリッジ型プリンタの単一ユニットとして本
発明のプリントヘッドが示される拡大部分略等角図であ
り、間に挟まれた厚膜層によって結合されたヒータープ
レート及びチャネルプレート並びに、等しい中心を軸に
して交互に離間される異なるサイズの２グループのノズ
ルを示す。

【図２】ノズルの１つを介して透視線２−２に沿って透
視された時の図１の拡大断面図である。

【図３】図１のプリントヘッドの正面図である。

【図４】典型的な従来技術のプリントヘッドの正面図で
ある。

【図５】異なる大きさの加熱素子を示すためにチャネル
プレートと厚膜層が除去された図１のヒータープレート
の部分等角図である。

【図６】本発明の単一プリントヘッドユニットの別の実
施例の正面図である。

【図７】透視線７−７に沿って透視された時の図６のプ
リントヘッドの断面図である。

【図８】図１のプリントヘッドから印刷された液滴の３
行であり、各大きさのノズルによって別々に印刷された
２行と、両サイズのノズルの全てで印刷された３行目の
印刷液滴を示す。

【図９】図６のプリントヘッドから印刷された液滴の５
行を示しており、各サイズが別々に印刷された３行と、
残りの印刷された液滴の２行を示し、この２行は、２つ
の異なる大きさを有するチャネルプレートの片面上のノ
ズルによって印刷された１行と、チャネルプレートの両
側から全てのノズルによって印刷された１行と、であ
る。

【図１０】図４に示されているような従来技術のプリン
トヘッドからの印刷を示す。

【図１１】本発明のプリントヘッドからの印刷を図示す
る。

【図１２】図１の単一プリントヘッドユニットの複数か
ら構成されるページ幅プリントヘッドを示しており、そ
のプリントヘッドユニットはヒータープレートにヒータ
ープレートが搭載されており、構造用バー上に当接され
ている。

【図１３】図１２の透視線１３−１３に沿って透視され
た時のページ幅プリントヘッドの部分断面図である。

【図１４】図１２のページ幅プリントヘッドの別の実施
例を図示する。

【図１５】図１４の透視線１５−１５に沿って透視され
た時のページ幅プリントヘッドの部分断面図である。

【図１６】１５０スクリーンのハーフトーンセルを図示
する。

【図１７】２００スクリーンのハーフトーンセルを図示
する。

【図１８】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図１９】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２０】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２１】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２２】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２３】１５０スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２４】従来技術の高解像度のプリンタで印刷される
等サイズのスポット作られた階調再現カーブの低端部と
比較する本発明の階調再現カーブの低端部の階調プロッ
トを図示する。

【図２５】従来技術の高解像度のプリンタで印刷される
等サイズのスポット作られた階調再現カーブの高端部と
比較する本発明の階調再現カーブの高端部の階調プロッ
トを図示する。

【図２６】２００スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【図２７】２００スクリーンのハーフトーンセルレベル
を図示する。

【符号の説明】

３５ピクセル３６ピクセル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク液滴をノズルから記録媒体へ射出
し、テキスト印刷及び連続階調印刷の選択が可能であ
る、プリンタに使用するインクジェットプリントヘッド
であって、異なるサイズのノズルの少なくとも２グループを備え、
各グループ内の前記ノズルサイズは同一であり、一方の
グループからのノズル及び一定の組み合わせの両グルー
プからのノズルのいずれか一方がテキスト印刷に使用さ
れ、ノズルグループの各々からの所定の可変組み合わせ
が連続階調印刷のためにハーフトーンセルを構成し印刷
するために使用されること、を含むインクジェットプリントヘッド。