JPH11192722A - インクジェット・プリントカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 写真品質の画像を生成することができるよ
うにする。 【解決手段】インクジェットプリントカートリッジは、
インク供給源と、表面に形成されたバリア層により規定
される複数の個々のインク噴出チェンバ、および該イン
ク噴出チェンバのそれぞれにインク噴出要素を持ち、予
め定められた滴の量および滴の速度をもつインク滴を噴
出する基板と、インク噴出チェンバは、それぞれが同じ
長さの入口チャネルを持ち、予め定められた印刷解像度
を提供するよう間隔をあけて配列されており、複数のイ
ンク開口部を持ち、該開口部が前記インク噴出チェンバ
に位置合わせされるよう、バリア層の上に位置付けられ
たノズル部材と、インク供給源を入口チャネルに接続す
るインクチャネルとを備え、低量で高速のインク滴を噴
出させることができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに関し、より具体的にはカラーインクジェットプ
リンタで写真品質の画像を生成するための装置および方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、大きなフォーマット・プロッ
ター／プリンタ、ファクシミリ装置および複写機のよう
なサーマル・インクジェットハードコピー装置は、広く
受け入れられている。これらのハードコピー装置は、W.
J.LloydおよびH.T.Taubによる「Output Hardcopy Devic
es」の１３章「Ink Jet Devices」（R.C. Durbeckおよ
びS. Sherr編集、サンディエゴ、アカデミック出版、１
９８８年）および米国特許番号第4490728号および第431
3684号に記述されている。この技術の基本は、ヒューレ
ット・パッカード・ジャーナルのいくつかの版［Vol.3
6,No.5（１９８５年５月）、Vol.39,No.4（１９８８年
８月）、Vol.39,No.5（１９８８年１０月）、Vol.43,N
o.4（１９９２年８月）、Vol.43,No.6（１９９２年１２
月）およびVol.45,No.1（１９９４年２月）］の多様な
記事の中で詳しく開示されており、ここで参照により取
り入れる。インクジェットのハードコピー装置は、高品
質印刷を生成し、小型で携帯可能であり、インクだけが
紙を打つので速くて静かに印刷する。

【０００３】インクジェットプリンタは、印刷媒体につ
いて定義された配列（アレイ）の特定の位置に、個々の
ドットのパターンを印刷することにより印刷される画像
を形成する。その場所は、直線の配列の小さなドットと
して視覚化される。その場所を、「ドット位置」、「ド
ット場所」または「ピクセル」ともいう。このように、
印刷操作は、インクのドットによるドット位置のパター
ンの充填とみなすことができる。

【０００４】インクジェットハードコピー装置は、印刷
媒体上にインクの非常に小さい滴を噴出することにより
ドットを印刷し、典型的にはそれぞれがインク噴出ノズ
ルをもつ１または複数のプリントヘッドを支持する可動
キャリッジを含む。キャリッジは印刷媒体の表面を横断
し、マイクロコンピュータまたは他のコントローラのコ
マンドに従って、ノズルが適切な時にインクの滴を噴出
するよう制御される。この場合、インクの滴の付着のタ
イミングは、印刷されている画像のピクセルのパターン
に対応するよう意図される。

【０００５】典型的なインクジェット・プリントヘッド
（すなわちシリコン基板、基板上に作られた構造および
基板への接続）は、液体インク（すなわち溶媒に分散さ
れた溶解した着色料または顔料）を使用する。プリント
ヘッドは、インク貯蔵槽から液体インクを受け取るイン
ク噴出チェンバの配列を組み込んでいるプリントヘッド
基板に取り付けられた精密に形成された穴、すなわちノ
ズルの配列をもつ。それぞれのチェンバはノズルに対向
して置かれているので、インクはチェンバとノズルの間
に集まることができる。インクの小滴の噴出は、通常マ
イクロプロセッサの制御下にあり、マイクロプロセッサ
の信号は、電気的な追跡によりインク噴出要素に伝達さ
れる。電気的な印刷パルスがインク噴出要素を起動させ
るとき、インク噴出要素の隣のインクの小さな部分が蒸
発し、インク滴をプリントヘッドから噴出させる。適切
に配列されたノズルは、ドットマトリクスパターンを形
成する。それぞれのノズル動作を適切に順序づけること
により、プリントヘッドが紙を通過して動くにつれて、
紙に文字または画像が印刷される。

【０００６】ノズルを備えるインクカートリッジは、印
刷される媒体の幅を横切って繰り返し動かされる。媒体
を横切るこの動きの増加分（インクリメント）の指定さ
れた数のそれぞれで、ノズルのそれぞれは、制御マイク
ロプロセッサのプログラム出力に従って、インクを噴出
したり、またはインクの噴出を抑えたりする。媒体を横
切る動きが完了するたびに、インクカートリッジの１列
に配列されたノズルの数に、ノズルの中心間の距離を乗
じたのとほぼ同じ広さの帯を印刷することができる。そ
れぞれのこのような移動すなわち帯が完了した後で、媒
体は帯の幅だけ前方に動かされ、インクカートリッジは
次の帯を始める。信号の適切な選択およびタイミングに
より、所望の印刷が媒体上に得られる。

【０００７】インクジェット・プリントヘッドでは、イ
ンクは、プリントヘッドに一体となっているインク貯蔵
槽から、またはプリントヘッドと貯蔵槽を接続する管を
介してプリントヘッドにインクを供給する「軸から離れ
た（off-axis）」貯蔵槽から供給される。その後、基板
の底の中央に形成された伸長された穴（「センター供
給」）、または基板の外縁の周り（「エッジ供給」）の
どちらかを介して、インクは多様なインク噴出チェンバ
に供給される。「センター供給」では、インクは、基板
の中央の溝穴（スロット）を介して基板とノズル部材の
間のバリア層に形成された中央多岐管（マニホールド）
へと流れ、それから複数のインクチャネルに流れ、最後
に多様なインク噴出チェンバへと流れる。「エッジ供
給」では、インク貯蔵槽からのインクは、基板の外縁の
周りをインクチャネルへと流れ、最後にインク噴出チェ
ンバへと流れる。「センター供給」または「エッジ供
給」のどちらにおいても、インク貯蔵槽および多岐管か
らの流れの経路は、インク噴出チェンバへのインクの流
れについて本質的に制約を与える。

【０００８】一般にカラーインクジェットのハードコピ
ー装置は、通常２個から４個の複数のプリントカートリ
ッジを使用し、これらはプリンタキャリッジに搭載さ
れ、カラーの全スペクトルを生成する。４個のカートリ
ッジをもつプリンタでは、それぞれのプリントカートリ
ッジが異なるカラーインクを含むことができ、通常はシ
アン、マゼンタ、黄および黒の基本色が使われる。２個
のカートリッジをもつプリンタでは、１つのカートリッ
ジは黒インクを含み、他のカートリッジはシアン、マゼ
ンタおよび黄のインクの基本色を含む３つに仕切られた
カートリッジである。または代替的に、２つの２重に仕
切られたカートリッジを使用して４色のインクを含むよ
うにすることもできる。さらに、２つの３つに仕切られ
たカートリッジを使用して、６つの基本色のインク、た
とえば黒、シアン、マゼンタ、黄、明るいシアンおよび
明るいマゼンタを含むこともできる。さらに、使用され
るべき異なる基本色の数に依存して他の組合せを使用す
ることができる。

【０００９】基本色は、ドット位置に必要な色の滴を付
着させることにより、媒体上に生成され、二次的または
影付けされる(shaded)色は、同じまたは隣接するドット
位置に異なる基本色のインクの複数の滴を付着させるこ
とにより形成され、２またはそれ以上の基本色を重ねる
ことは、十分確立された光学の原則に従って二次的な色
を生成する。

【００１０】カラー印刷では、プリントカートリッジの
それぞれにより生成される多様な色づけされたドットが
選択的に重ね合わされ、実質的に可視スペクトルの任意
の色から成る鮮明な画像を作る。異なるプリントカート
リッジにより提供される２またはそれ以上の色の混合を
必要とする色をもつ１つのドットを紙上に作るため、カ
ートリッジのそれぞれのノズルプレートは、１つのカー
トリッジの選択されたノズルから噴出されたドットが別
のカートリッジの対応するノズルから噴出されたドット
に重なり合うよう、正確に位置合わせされなければなら
ない。

【００１１】インクジェット装置から生成された印刷品
質は、そのインク噴出要素の信頼性に依存する。良い階
調スケールを達成する能力は、写真の画像品質を達成す
るのに非常に重要である。階調スケールのハイライト領
域では、ほぼ不可視のドットおよび粒状性の欠如が必要
とされる。ソリッド・フィルの領域（solid fill:均質
な充填）は、純色、高い光学濃度および空白が無いこと
を必要とする。また、所与のプリントヘッドからピクセ
ルに複数のほとんど微細な滴を置くという能力が、この
写真の画像品質を達成するのに不可欠である。

【００１２】良い階調スケールを達成するための別の解
決は、６個のインク印刷システムを使用することであ
る。このアプローチは、黒インク、黄インク、明るいシ
アンのインク、暗いシアンのインク、明るいマゼンタの
インクおよび暗いマゼンタのインクを使用する。良い画
像品質が、黄、明るいシアンおよび明るいマゼンタのイ
ンクのみを使用することにより、ハイライト領域で達成
される。黒、暗いシアンおよび暗いマゼンタのインク
は、画像のより飽和した領域で使用される。このシステ
ムの不利な点は、（１）６個のインクシステムを持つと
いう複雑さである（インクが多くなればなるほど、カラ
ーマップがより複雑になり、製品のコストと大きさがか
かる）、（２）暗いシアンおよび暗いマゼンタ（これら
は非常によく見える）が最初に使用されるとき、画像品
質を劣化させる遷移が階調スケールで見られる、という
ことである。

【００１３】異なるドットの大きさを形成する他のアプ
ローチは、同じプリントヘッド上で複数の滴の量を使用
することである（米国特許番号第4746935号）。このア
プローチの根本的な不利な点は、コストおよび複雑さを
増すことになる複数滴の発生器が必要なことである。

【００１４】上記に記述した方法および装置を使用する
ときでも、従来のハロゲン化銀写真術により生成された
ものと同等の正確な階調をもつ鮮明で生き生きとした画
像の作成は達成されなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】デジタル画像を生成す
るデジタルカメラおよび従来の写真をパーソナルコンピ
ュータに入力するスキャナの使用が増加しているため
に、これらの画像から写真品質の印刷を生成することが
できるプリンタについて、需要が急速に増加してきてい
る。したがって、写真品質の印刷を生成することができ
るプリンタの必要性が存在する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、インク供給源
と基板とを備えるインクジェット・プリントカートリッ
ジである。基板は、第１の表面に形成されたバリア層に
より規定された複数のインク噴出チェンバ、およびイン
ク噴出チェンバのそれぞれにインク噴出要素を持ち、予
め定められた滴量および滴速度を持つインク滴を噴出す
る。インク噴出チェンバはそれぞれが同じ入口チャネル
長を持ち、予め定められた解像度を提供するよう間隔を
あけて配列される。複数のインク開口部（オリフィス）
を持つノズル部材は、開口部がインク噴出チェンバに位
置合わせされてバリア層の上に位置づけられる。インク
チャネルは、貯蔵槽をインク噴出チェンバに接続する。
また本発明は、プリントカートリッジが走査キャリッジ
に搭載されるプリンタを含む。

【００１７】本発明は、低量の非常に小さい個々のイン
ク滴を使用することにより高品質の画像を作成する点
で、以前の印刷システムに対していくつかの利点を持
つ。ドットを形成する複数の低量の１滴を使用すること
により、ハイライト領域を形成することができる。個々
の滴はほぼ不可視であり、低い粒状性をもつハイライト
を形成するのに使用されることができる。画像の密度が
増加するにつれ、複数滴のドットが、媒体上で併合する
２またはそれ以上の滴から形成され、合成滴を形成す
る。本発明の他の利点は、滴の速度および量が、インク
の粘度および表面張力に対してほとんど敏感でないとい
うことである。以前の構造は、高い表面張力をもつ高い
粘度のインクを必要とし、また高品質の写真の画像を作
るのに許容されない媒体を必要とした。本発明は、非常
に低い粘度および表面張力を持つインクを使用すること
ができ、ハロゲン化銀の写真印刷で使用される紙に非常
に似た媒体の使用を可能にする。本発明のインク特性に
対するより小さい感度は、比較的速く乾くインクを設計
する際に柔軟性を許容しつつ、全体のインクの信頼性を
損なうことがない。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、外部のインク源を持つ
「軸から離れた」プリンタ環境について以下に記述する
が、また本発明は、プリントカートリッジと一体となっ
ているインク貯蔵槽を持つインクジェット・プリントカ
ートリッジを使用するインクジェットプリンタについて
も有効であることは明らかである。

【００１９】図１は、カバーが取り除かれた、本発明を
利用するのに適切なインクジェットプリンタ１０の１つ
の実施形態の透視図である。一般にプリンタ１０はトレ
イ１２を備え、まだ使用されていない紙を保持する。印
刷操作が起動されるとき、トレイ１２Ａから１枚の紙が
シートフィーダを使用してプリンタ１０に供給され、Ｕ
方向に引き込まれ、トレイ１２Ｂに向かって反対方向に
進ませられる。紙は、印刷ゾーン１４で停止され、走査
キャリッジ１６（１または複数の印刷カートリッジ１８
を支持する）が紙を横切って走査し、紙上にインクの帯
を印刷する。１つの走査または複数の走査の後、紙は従
来のステップモータおよび供給ローラを使用して、印刷
ゾーン１４内の次の位置へとインクリメンタル的に動か
される。キャリッジ１６は再び紙を横切って走査し、イ
ンクの次の帯を印刷する。紙への印刷が完了すると、そ
の紙はトレイ１２Ｂ上の位置に送られ、その位置に保持
され、インクを確実に乾かし、それから解放される。

【００２０】キャリッジ１６の走査機構は、従来のもの
であることができ、一般にスライドロッド２２（キャリ
ッジ１６はこれに沿ってスライドする）と、電気信号を
プリンタのマイクロプロセッサからキャリッジ１６およ
びプリントカートリッジ１８に伝達するためのフレキシ
ブル回路（図１には示されていない）と、キャリッジ１
６を精密に位置付けるためキャリッジ１６の光検出器に
より光学的に検出されるコードストリップ２４と、を備
える。従来のドライブベルトおよびプーリー(pulley)の
仕組みを使用するキャリッジ１６に接続されるステップ
モータ（示されていない）が、印刷ゾーン１４を横切っ
てキャリッジ１６を移動させるのに使用される。

【００２１】インクジェットプリンタ１０の特徴はイン
ク配達システムを備え、交換可能なインク供給カートリ
ッジ３１、３２、３３および３４を含む軸から離れたイ
ンク供給ステーション３０から、プリントカートリッジ
１８および最終的にはプリントヘッドのインク噴出チェ
ンバにインクを提供する。インク供給カートリッジ３１
〜３４は、加圧することもでき、または大気圧に保つこ
ともできる。カラープリンタでは、別個のインク供給カ
ートリッジ（黒のインク、黄のインク、マゼンタのイン
クおよびシアンのインク）が通常存在する。４個の管３
６は、４個の交換可能なインク供給カートリッジ３１〜
３４からプリントカートリッジ１８にインクを運ぶ。

【００２２】図２および図３を参照すると、プリントヘ
ッド基板８８上の電極８７（示されていない）につなが
っている接点パッド８６を備えるフレキシブルテープ８
０は、プリントカートリッジ１８に固定されている。こ
れらの接点パッド８６は、キャリッジ１６上の電極（示
されていない）に位置合わせされて電気的に接触する。
集積回路のチップすなわち記憶要素７８は、ノズルの軌
道およびプリントカートリッジ１８の滴の量というよう
なあるパラメータに関して、プリンタへのフィードバッ
クを提供する。テープ８０はノズル配列すなわちノズル
部材７９を持ち、これはテープ８０を貫いてレーザで削
られた２つのノズル列８２から成る。インク充填穴は、
プリントカートリッジ１８をインクで最初に満たすのに
使用される。ストッパー（示されていない）は、最初の
充填の後、インク充填穴８１を永久に封じるためのもの
である。

【００２３】プリントカートリッジ１８内の調整弁（示
されていない）は、プリントカートリッジ１８の内部の
インクチェンバへの入口の穴を開けたり閉めたりするこ
とにより、圧力を調整する。調整弁が開いているとき、
中空針６０は、カートリッジ１８の内部のインクチェン
バ（示されていない）および「軸から離れた」インク供
給源と、流体で連絡している。プリンタ１０で使用中の
とき、プリントカートリッジ１８は「キャリッジから離
れた」インク供給源３１〜３４と流体で連絡している。
これらインク供給源３１〜３４は、インク供給ステーシ
ョン３０に取り外し可能であるよう搭載されている。

【００２４】図３および図４を参照すると、プリントヘ
ッドアセンブリ８３は、レーザで削られて形成されたノ
ズル８２を備えるノズル部材配列７９をもつフレキシブ
ル・ポリマー・テープ８０であるのが好ましい。導線８
４は、テープ８０の裏に形成され、キャリッジ１６上の
電気的な接点を接続するため、接点パッド８６が終端と
なる。導線８４の他の終端は、基板８８の電極８７に接
合され、基板８８上には多様なインク噴出チェンバおよ
びインク噴出要素が形成される。インク噴出要素は、ヒ
ーターインク噴出要素または圧電素子であることができ
る。

【００２５】デマルチプレクサ（示されていない）が基
板８８に形成され、電極８７に加えられる入力の多重化
信号を多重分離し、アドレス信号およびプリミティブ信
号を多様なインク噴出要素９６に分配して必要な接点パ
ッド８６の数を減らすことができる。入力の多重化信号
は、アドレス線およびプリミティブ噴射(firing）信号
を含む。デマルチプレクサは、インク噴出要素９６より
少ない接点パッド８６、つまりより少ない電極８７の使
用を可能にする。デマルチプレクサは、電極８７に加え
られる符号化された信号を復号するため、任意のデコー
ダであることができる。デマルチプレクサは、電極８７
に接続される入力リード（簡単のために示されていな
い）を持ち、多様なインク噴出要素９６に接続される出
力リード（示されていない）を持つ。デマルチプレクサ
は、接点パッド８６に加えられる入力電気信号を多重分
離し、多様なインク噴出要素９６を選択的に通電し、ノ
ズル配列７９が印刷ゾーンを横切って走査するとき、ノ
ズル８２からインクの小滴を噴出させる。多重化に関す
るさらなる詳細は、米国特許第5541269号、「Printhead
with Reduced Interconnections to a Printer」（１
９９６年７月３０日発行）で与えられており、ここで参
照により取り入れる。

【００２６】多重化されたアドレス信号およびプリミテ
ィブ信号に比べ、より複雑な入力データ信号を復号する
ため、また必要な接点パッド８６の数をより減らすた
め、デマルチプレクサの代わりに、ＣＭＯＳ技術を使用
する集積回路の論理回路を基板上に置くことが好まし
い。入力データ信号は、アドレス線およびプリミティブ
噴射信号に復号され、信号処理の速度を増す。

【００２７】また従来の写真平板技術を使用して基板８
８の表面に形成されるのは、バリア層１０４であり、こ
れはフォトレジストまたは何らかの別のポリマー層であ
ることができ、ここにインク噴出チェンバ９４およびイ
ンクチャネル１３２が形成される。

【００２８】図５は、基板構造が、薄い接着層１０６を
介してフレキシブル回路８０の裏に固定された後の、１
つのインク噴出チェンバ９４、インク噴出要素９６、お
よび錐台の形をした開口部８２の拡大図である。基板８
８の側面縁を、エッジ１１４として示す。動作中、矢印
９２により示されるように、インクは、インク貯蔵槽か
ら基板８８の側面縁１１４周りを流れ、インクチャネル
１３２および関連するインク噴出チェンバへと流れる。
インク噴出要素９６が通電されると、隣接するインクの
薄い層が過熱され、インク噴出を引き起こし、結果とし
て開口部８２を通ってインクの小滴を噴出させる。イン
ク噴出チェンバ９４は、その後毛管作用により再充填さ
れる。

【００２９】図６は、プリントカートリッジ１８内のイ
ンクチェンバ６１からインク噴出チェンバ９４へのイン
ク９２の流れを示す。インク噴出要素９６の通電が、関
連するノズル８２を介してインク小滴１０１、１０２を
噴出させる。フォトレジストバリア層１０４は、インク
チャネルおよびチェンバを規定し、接着層１０６は、フ
レキシブルテープ８０をバリア層１０４に貼りつける。
他の接着剤１０８は、テープ８０およびプラスチックの
プリントカートリッジの本体１１０の間の封止（seal、
シール）を提供する。

【００３０】プリントヘッドのアセンブリは、米国特許
第5278584号のBrian Keefeらによる「Ink Delivery Sys
tem for an Inkjet Printhead」に記述されているもの
と同様なものとすることができ、ここで参照により取り
入れる。

【００３１】サーマル・インクジェットペンの周波数限
界は、ノズルへのインクの流れにおける抵抗により制限
される。しかし、インクの流れにおけるいくらかの抵抗
は、メニスカス振動を抑えるのに必要であるが、あまり
に大きすぎる抵抗は、プリントカートリッジが動作する
ことができる上限の周波数を制限してしまう。入口のチ
ャネルの形状、バリアの厚さ、棚の長さ（すなわちイン
ク噴出要素および基板の縁との間の距離である入口のチ
ャネルの長さ）は、適切な大きさでなければならず、こ
れによりインクチェンバ９４へのインクの高速な再充填
を可能にし、さらに様々な種類を製造することに対する
感度を最小にする。結果として、流体インピーダンスが
減り、すべてのノズルについて一層均一な周波数応答を
もたらす。流体インピーダンスへの付加的構成要素は、
インク噴出チェンバ９４への入口である。入口は、ノズ
ル部材８０および基板８８の間の薄い領域を備え、その
高さは、本質的にバリア層１０４の厚さの関数である。
この領域は、その高さが小さいので、高い流体インピー
ダンスを持つ。

【００３２】解像度および印刷品質を増やすには、プリ
ントヘッドのノズルは、共により近くに置かれなければ
ならない。これは、ヒーターインク噴出要素および関連
する開口部の両方が、共により近くに置かれることを必
要とする。プリンタのスループットを増やすため、イン
ク噴出要素の噴射周波数を増やされなければならない。
高周波でインク噴出要素を噴射するとき、従来のインク
チャネルのバリアの設計は、インク噴出チェンバを十分
再充填できなくし、または極端な吹き返し(blowback、
ブローバック)や破壊的なオーバーシュートを与え、ノ
ズルの外面に水たまりを作るかのどちらかである。ま
た、インク噴出要素の間隔をより近くすると、空間の問
題を作り、製造関連事項のために可能なバリアの解決を
制限する。

【００３３】図７および図８は、非常に高いドット密
度、低量の滴、高速の滴および高周波のインク噴出の印
刷が必要とされるときに有利な点であるプリントヘッド
構造を示す。しかし、ドットの高密度およびインク噴出
の高レートにおける、近傍の噴出チェンバ間の漏話（ク
ロストーク,cross-talk）が、深刻な問題となる。１つ
の滴の噴出の間、インク噴出要素はインク噴出滴の形で
ノズル８２からインクを移動させる。同時にまた、イン
クはインクチャネル１３２へ戻される。このように移動
したインクの量は、しばしば「吹き返し量(blowback vo
lume)」と言われる。吹き返し量に対する噴出された量
の割合が、噴出効率の表示である。吹き返し量は、再充
填に対し慣性的な障害を表すことに加え、近傍ノズルの
メニスカスの移動（転置）を引き起こす。これらの近傍
ノズルが噴射されるとき、それらのメニスカスのそのよ
うな移動は、名目上平衡した状態から滴量の偏りを引き
起こし、印刷されているドットに不均一を生じさせる。
図７のプリントヘッドアセンブリ構造で示された本発明
の実施例は、そのような漏話の影響を最小にするよう設
計されている。

【００３４】インク噴出チェンバ９４およびインクチャ
ネル１３２は、バリア層１０４に形成されて示される。
インクチャネル１３２は、インク源およびインク噴出チ
ェンバ９４の間にインク経路を提供する。インクチャネ
ル１３２およびインク噴出チェンバ９４へのインクの流
れは、基板８８の側面縁１１４周りのインクの流れを介
し、インクチャネル１３２へ流れる。インク噴出チェン
バ９４およびインクチャネル１３２は、従来の写真平板
技術を使用するバリア層１０４に形成されることもでき
る。バリア層１０４は、Vacrel（商標）またはParad
（商標）のような任意の高品質なフォトレジストを含む
ことができる。

【００３５】インク噴出要素９６は、シリコン基板８８
の表面に形成されることもできる。前に述べたように、
インク噴出要素９６は、周知の圧電ポンプ型インク噴出
要素または任意の他の従来のインク噴出要素であること
もできる。基板の縁へと広がる「半島」１４９は、互い
にインク噴出チェンバ９４の流体性絶縁（アイソレーシ
ョン）を提供し、漏話を防いでいる。インク噴出チェン
バ９４のピッチＤ（以下の表２に示される）は、インク
噴出チェンバ９４の２列を使用して、１インチあたり６
００ドット（６００dpi）の印刷を提供する。

【００３６】インク噴出要素およびインク噴出チェンバ
は、図７で本質的に四角であるように示されるが、長方
形または円形であることも可能であることが理解されよ
う。図７および図８で示される多様な要素の寸法の規定
を、表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表２は、図７および図８のプリントヘッド
アセンブリ構造の寸法のいくつかの公称値を、それらの
好ましい範囲に加え、リストする。実際の実施例の好ま
しい範囲および公称値が、使用されるインクの種類、動
作温度、印刷速度およびドット密度を含めて、プリント
ヘッドアセンブリの目的とする動作環境に依存すること
は、理解されるであろう。

【００３９】

【表２】

【００４０】図７、図８および表２は、高速な滴および
１０ピコリットルより少ない一定の小さい滴量で成功裡
に写真品質の画像を印刷するのに使用されるプリントヘ
ッドの設計の特徴および寸法の特性を示す。プリントヘ
ッド構造の設計は、本発明の主要な要素である。フレキ
シブル回路８０の厚さは、インクの配合だけでなく、イ
ンクチャネル１３２、噴出チェンバ９４、インク噴出要
素９６、バリア１１４の厚さの寸法および設計に整合し
なければならない。単にインクチェンバ９４の水平寸法
Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊを削減することは、噴出される滴の
量を削減させるが、低速の滴噴出を作ってしまう。表３
を参照すると、標準の２mil（２ミル、すなわち５０．
８ミクロン）のフレキシブル回路８０および１４ミクロ
ンのノズル出口直径は、およそ４．０のＣ／Ｉをもつ長
いノズルを作る。結果として、滴はおよそ３．５〜７．
５メートル/秒の速さで噴出され、これは低すぎる。こ
れらの低速の滴は、ノズルの目詰まり、方向間違いおよ
び熱の非効率性をもたらす。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３を参照すると、ノズル部材７９の厚さ
が、インク噴出要素９６の大きさ、バリア１０４の厚さ
および開口部８２の出口直径に整合するとき、高周波バ
ーストでインク噴出チェンバ９４は小さい滴を噴出する
ことができる。表３に示されるように、ノズル部材７９
またはフレキシブル回路８０の厚さが５０．８ミクロン
から２５．４ミクロンまで減少すると、滴の速度はほぼ
２倍になる。２５．４ミクロンのフレキシブル回路８０
またはノズル部材７９を使用する驚くべき結果により、
丈夫で信頼できる、熱的に効率が良い設計が導かれる。

【００４３】本発明は、以前の印刷システムおよび方法
に対していくつかの利点を持つ。１５〜６０kHZの範囲
における高周波バーストで個々の滴の量および速度は、
それぞれ、およそ３〜５ピコリットル(pl)、毎秒１０メ
ートルを超える速度（m/s）でほぼ一定である。以前の
プリントヘッド構造では、インク噴出チェンバ９４から
噴出された最初の滴は、最も大きくて最も遅い滴であっ
た。最初に噴出された滴の後の連続した滴は、量がかな
り低くなった。しかし、平滑なグレーレベルの傾斜(ram
p)を作るには、精密に反対の作用を持つのが望ましい。
すなわち、より小さくてほぼ不可視の最初の滴に、大き
い累積量の連続した滴が続くのが望ましい。さらに低速
の滴は、それらがゆるやかなノズルの目詰まりを除くこ
とができず、ノズル部材の表面の水たまりにより容易に
間違って方向づけされるので、望ましくない。

【００４４】本発明の他の利点は、インク噴出チェンバ
およびインクチャネルの設計が、インク噴出チェンバの
高周波のインク再充填を考慮していることである。イン
ク噴出チェンバの再充填の周波数は、１５〜６０kHzの
インク噴出周波数に少なくとも等しくなければならな
い。

【００４５】本発明の他の利点は、滴の速度および量
が、インクの粘性および表面張力に対する感度が、はる
かに小さいということである。たとえば７０％のジエチ
レングリコール、３０％のＨ₂Ｏの混合のように、以前
の複数滴の構造は、より高い粘度のインク（およそ１０
センチポイズ）およびより高い表面張力（およそ５０dy
nes/cm）を必要とした。またこのようなインクは、写真
品質の画像を作るには許容されない紙の使用を必要とし
た。本発明は、およそ１．５センチポイズの粘性および
およそ２５dynes/cmの表面張力を持つインクを使用する
ことができる。これは、３５mmのフィルム／写真の業界
で使用される紙に非常に似たゼラチンすなわち空隙のあ
る媒体の使用を可能にする。またインクの特性へのより
小さい感度が、比較的速く乾くインクを設計する際に柔
軟性を許容するが、全体の信頼性は損なわない。

【００４６】本発明の他の利点は、以下の通りである。 （１）高周波における１〜８個の滴のバーストについ
て、個々の滴は、ほぼ一定の量のままである。これは、
高品質画像を形成する際の基本的な条件となる平滑なグ
レーレベルの傾斜を可能にする。 （２）画像媒体、耐光性、耐水性および乾燥時間目標と
互換性の無い（両立しない）インクの粘度および動的な
表面張力を必要としない。

【００４７】本発明の実施形態を図示して説明してきた
が、当業者には、本発明のその広範な側面から逸脱する
ことなく変更および修正を行い得ることが明らかであ
る。

【００４８】本発明は例として次の実施態様を含む。 （１）インク供給源(30)と、第１の表面に形成されたバ
リア層(104)により規定された複数のインク噴出チェン
バ(94)、および該インク噴出チェンバのそれぞれにイン
ク噴出要素(96)を持ち、予め定められた滴量および滴速
度をもつインク滴を噴出する基板(88)を備え、前記イン
ク噴出チェンバは、それぞれが同じ長さの入口チャネル
(132)を持ち、予め定められた印刷解像度を提供するよ
う間隔をあけて配列されており、複数のインク開口部(8
2)を持ち、前記開口部が前記インク噴出チェンバに位置
合わせされるよう、前記バリア層の上に位置付けられた
ノズル部材(79)と、前記インク供給源を前記入口チャネ
ルに接続するインクチャネルと、を備えるインクジェッ
ト・プリントカートリッジ。

【００４９】（２）前記予め定められた滴の量が、１０
ピコリットルより小さく、前記予め定められた滴の速度
が、毎秒１５メートルより大きい上記（１）に記載のイ
ンクジェット・プリントカートリッジ。 （３）前記予め定められた滴の量が、５ピコリットルよ
り小さく、前記予め定められた滴の速度が、毎秒１５メ
ートルより大きい上記（１）に記載のインクジェット・
プリントカートリッジ。 （４）定められた滴の量が、５ピコリットルより小さ
く、前記予め定められた滴の速度が、毎秒１０メートル
より大きい上記（１）に記載のインクジェット・プリン
トカートリッジ。

【００５０】（５）インク供給源(30)と、予め定められ
た大きさであって、第１の表面に形成された所与の厚さ
のバリア層(104)により規定された複数のインク噴出チ
ェンバ(94)、および該インク噴出チェンバのそれぞれに
予め定められた大きさのインク噴出要素(96)を持ち、イ
ンク滴を噴出する基板(88)を備え、前記インク噴出チェ
ンバは、それぞれが同じ長さの入口チャネル(132)を持
ち、予め定められた解像度を提供するよう間隔をあけて
配列されており、所与の厚さおよび複数のインク開口部
を持ち、前記バリア層の上に位置付けされたノズル部材
であって、該開口部が前記インク噴出チェンバに位置合
わせされたノズル部材(79)と、前記インク供給源を前記
入口チャネルに接続するインクチャネルと、を備えるイ
ンクジェット・プリントカートリッジ。

【００５１】（６）前記ノズル部材の厚さが、４０ミク
ロンより小さい上記（５）に記載のインクジェット・プ
リントカートリッジ。 （７）前記ノズルの厚さが２０ミクロンより小さい上記
（５）に記載のインクジェット・プリントカートリッ
ジ。 （８）前記ノズル部材が、ノズルの入口の直径およびノ
ズルの出口の直径を持ち、該ノズルの入口の直径が２４
ミクロンから４４ミクロンの直径を持つ上記（５）に記
載のインクジェット・プリントカートリッジ。 （９）前記ノズル部材が、ノズルの入口の直径およびノ
ズルの出口の直径を持ち、該ノズルの出口の直径が８ミ
クロンから１４ミクロンの直径を持つ上記（５）に記載
のインクジェット・プリントカートリッジ。

【００５２】（１０）前記チャネルが第１のチャネルを
含み、該第１のチャネルは、第１の終端で前記インク供
給源に接続され、第２の終端で、前記インク噴出チェン
バのそれぞれについてバリア層に形成されて該噴出チェ
ンバに接続される前記入口チャネルに接続されており、
前記入口チャネルがインク噴出チェンバの高周波の再充
填を可能にする上記（１）または（２）のいずれかに記
載のインクジェット・プリントカートリッジ。 （１１）前記インク噴出要素の高周波の再充填が、３０
ｋＨｚより大きい上記（１０）に記載のインクジェット
・プリントカートリッジ。 （１２）前記インク噴出要素の高周波の再充填が、４５
ｋＨｚより大きい上記（１０）に記載のインクジェット
・プリントカートリッジ。 （１３）前記予め定めた印刷解像度が、６００ドット/
インチより大きい上記（１）または（２）のいずれかに
記載のインクジェット・プリントカートリッジ。

【００５３】

【発明の効果】低量の非常に小さい個々のインク滴を高
速に噴射させることにより、写真品質の印刷を生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を内蔵するインクジェットプリンタのあ
る実施形態の透視図。

【図２】１つのプリントカートリッジの上面透視図。

【図３】１つのプリントカートリッジの下面透視図。

【図４】簡略化されたプリントヘッドアセンブリの裏側
の透視概念図。

【図５】インク噴出チェンバ、ヒーターインク噴出要素
および基板の縁に対して開口部の関係を示すＴＡＢヘッ
ドアセンブリの一部を部分的に切り取った図。

【図６】プリントヘッドのインク噴出チェンバへのイン
クの流れを示すプリントヘッドアセンブリの断面図。

【図７】２つのインク噴出チェンバと、関連するバリア
構造およびインク噴出要素を示すプリントヘッドの拡大
された一部の平面図。

【図８】バリア層およびノズル部材の厚さを示す図７の
プリントヘッドアセンブリの断面図。

【符号の説明】

３０ インク供給源 ７９ ノズル部材 ８０ フレキシブル回路 ８２ 開口部 ８８ 基板 ９４ インク噴出チェンバ ９６ インク噴出要素 １０４ バリア層 １３２ 入口チャネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット・エー・ノラム アメリカ合衆国92037カリフォルニア州 ラ・ジョラ、ラ・ジョラ・ブールバード 7104

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク供給源と、 第１の表面に形成されたバリア層により規定された複数
   のインク噴出チェンバ、および該インク噴出チェンバの
   それぞれにインク噴出要素を持ち、予め定められた滴量
   および滴速度をもつインク滴を噴出する基板を備え、 前記インク噴出チェンバは、それぞれが同じ長さの入口
   チャネルを持ち、予め定められた印刷解像度を提供する
   よう間隔をあけて配列されており、 複数のインク開口部を持ち、該開口部が前記インク噴出
   チェンバに位置合わせされるよう、前記バリア層の上に
   位置付けられたノズル部材と、 前記インク供給源を前記入口チャネルに接続するインク
   チャネルと、 を備えるインクジェット・プリントカートリッジ。