JPH11207991A - 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】 写真品質の印刷生成をできるようにする。 【解決手段】インクジェットプリントカートリッジが提
供される。インク噴出チェンバは、５００dpiより大き
い印刷を提供する。隣接関係にあるインク噴出チェンバ
のグループはプリミティブを形成し、１回につき該プリ
ミティブの最大１つのチェンバだけが通電され、該プリ
ミティブは基板上の複数のプリミティブのうちの１つで
ある。基板の第１の回路手段は噴出要素に接続され、カ
ートリッジの第２の回路手段は第１の回路手段に接続さ
れ、噴出信号を高周波でインク噴出要素に伝達する。第
１の回路手段は、プリミティブ選択信号を加えて１また
は複数のプリミティブを選択し、アドレス線選択信号を
１または複数の選択されたプリミティブの噴出要素に関
連するイネーブル・デバイスに加えて、１回につき任意
の選択されたプリミティブの最大１つの噴出チェンバが
起動されるようにする。

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。複数パ
スの印刷モードは、故障しているインク噴出要素の印刷
品質への影響を部分的に緩和することができる。印刷モ
ードの概念は、画像のそれぞれの区分で必要な全インク
の一部のみを、プリントヘッドのそれぞれのパスに置く
有効で周知の技術である。そのため、それぞれのパスに
おける白いままにされた領域が、１または複数の後のパ
スで満たされる。これは、任意の所与の時にページ上に
ある液体の量を下げることにより、にじみ、固まりおよ
びしわを制御する傾向がある。

【００１２】それぞれのパスで使用される固有の部分的
なインクパターン、およびこれらの異なるパターンが、
１つの完全なインクで書かれた画像になる方法は、「印
刷モード」として知られている。印刷モードは、速度お
よび画像品質の間のトレードオフを可能にする。例え
ば、プリンタのドラフトモードは、読むことができるテ
キストをできるだけ高速にユーザに提供する。プレゼン
テーション（ベストモードとしても知られる）は、遅い
が最高の画像品質を作り出す。ノーマルモードは、ドラ
フトおよびプレゼンテーションモードの間の折衷であ
る。印刷モードは、ユーザがこれらのトレードオフの間
で選択することを可能にする。また、プリンタが、画像
品質に印刷が影響を及ぼすいくつかの因子を印刷中に制
御することを可能にする。すなわち、因子には、 １）ドット位置につき媒体上に置かれるインク量 ２）インクが置かれる速度 ３）画像を完成するのに必要なパスの数、が含まれる。
複数の帯にインク滴を置くことを可能にする異なる印刷
モードを提供することは、ノズルの欠点を隠すのに役立
つ。また異なる印刷モードは、媒体の種類に依存して使
用される。

【００１３】１パスモードの操作が、普通紙についてス
ループットを増やすのに使用される。別の紙でこのモー
ドを使用することは、コート紙ではドットが大きすぎ、
ポリエステルの媒体上ではインクの固まりという結果に
なる。１パスモードは、ドットの所与の行に噴射される
べきすべてのドットが、プリントヘッドの１つの帯で媒
体上に置かれるものであり、その後印刷媒体は次の帯の
位置まで進まされる。

【００１４】２パスの印刷モードは、帯あたり使用可能
なドットの所与の行について、使用可能なドットの半分
（１／２）がプリントヘッドの各パスで印刷される印刷
パターンであるので、所与の行の印刷を完了するのに２
パスが必要である。

【００１５】同様に、４パスモードは所与の行について
ドットの４分の１がプリントヘッドの各パスで印刷され
る印刷パターンである。複数パスのサーマル・インクジ
ェット印刷は、例えば、米国特許番号第4963882号およ
び第4965593号に記述されている。一般に、不所望の目
に見えるアーティファクト(artifact)の印刷を減らすよ
うなやり方でプリンタのスループットを最大にするた
め、印刷を完成するのに完全な帯領域につき最小限のパ
ス数を使用するのが望ましい。

【００１６】良い階調スケールを達成する能力は、写真
の画像品質を達成させることに対して非常に重要であ
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でないことを必要とする。また、
所与のプリントヘッドからの複数の滴をピクセルに置く
能力は、この写真の画像品質を達成することに対し本質
的なものである。画像システムの他の重要な属性は、高
いスループットである。

【００１７】上記述べた複数パス印刷のような以前の方
法は、所与のプリントヘッドからの複数の滴をピクセル
に置くが、これは別個のパス上で行われる。このアプロ
ーチの不利な点は、以下の通りである。 （１）別個のパスが、所与のプリントヘッドから１ピク
セルへ置かれるそれぞれの滴について必要とされるの
で、スループットが損なわれる。 （２）高密度領域の印刷では、すべてのパスのすべての
ピクセルに滴が置かれ、画像品質を劣化するドットの固
まりをもたらす。 （３）空白を満たすのに（これは、複数滴が別個のパス
のピクセルに置かれる時に困難である）、わずかな滴の
配置の様々な形態が必要である階調スケールの中間調領
域では、空白を覆うのが非効率的である。

【００１８】良い階調スケールを達成するための他の解
決方法は、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
画像品質は、黄、明るいシアンおよび明るいマゼンタの
インクだけ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
複雑さ（より多くのインク、より複雑なカラーマップお
よび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、劣化した画像品質が階調スケール
で観察される、ことである。

【００１９】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量を使用す
ることである（米国特許番号第4746935号を参照）。こ
のアプローチの一番不利な点は、コストおよび複雑さを
増す複数の滴発生器が必要なことである。

【００２０】上記に記述した方法および装置を使用して
も、従来のハロゲン化銀写真術により生成されるものと
同等の正確な階調を持つ鮮明で生き生きとした画像の作
成は達成されていない。

【００２１】

【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の増加のために、これ
らの画像から写真品質の印刷を高いスループットで生成
することができるプリンタについて、急速に需要が増し
てきている。

【００２２】

【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を持ち、そ
れぞれのインク噴出チェンバにインク噴出要素を持つ。
インク噴出チェンバは、間隔をあけて配列され、１イン
チあたり５００ドットより大きいドット数の印刷を提供
する。複数のインク開口部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関連するよ
う、バリア層の上に位置づけられる。インクチャネル
は、インク供給源を入口チャネルに接続する。隣接関係
にあるインク噴出チェンバのグループは１つのプリミテ
ィブを形成しており、１度につき該プリミティブの最大
１つのチェンバだけが通電され、該プリミティブは基板
上の複数のプリミティブのうちの１つである。基板の第
１の回路手段は噴出要素に接続され、カートリッジ上の
第２の回路手段は第１の回路手段に接続されて、高周波
で噴出信号をインク噴出要素に伝達する。第１の回路手
段は、プリミティブ選択信号を加えて１または複数のプ
リミティブを選択し、アドレス線選択信号を１または複
数の選択されたプリミティブの噴出要素に関連するイネ
ーブル・デバイスに加えて、１度につき任意の選択され
たプリミティブの最大１つの噴出チェンバが起動される
ようにする。

【００２３】

【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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【表１】

【００４３】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。

【００４４】

【表２】

【００４５】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。

【００４６】

【表３】

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】本発明のさらなる利点は、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１
０センチポイズ）およびより高い表面張力（およそ５０
dynes/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。

【００５１】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。 （３）１つのより大きい滴を形成するのに、飛行中に併
合する複数の滴を必要としない。 （４）個々の滴の間のパルス幅およびタイミングを変化
させるのを必要としない。

【００５２】図９および図１０を参照すると、プリント
ヘッドアセンブリのノズル部材７９の開口部８２および
インク噴出要素９６は、一般に２つの主要な列に並べら
れる。また、１９２個の開口部８２およびインク噴出要
素９６は、２４個のプリミティブを形成する８個の隣接
するグループに並べられる。それぞれのインク噴出要素
は、アドレス線およびプリミティブ線により一義的に識
別されることができる。１９２個のノズルすべてを使用
するとき、紙軸方向の帯の幅は０．３２０インチであ
る。他の動作モードにおいては、２０個のプリミティブ
で１６０個のノズルおよび０．２６７インチの帯幅の使
用、１６個のプリミティブで１２８個のノズルおよび
０．２１３インチの帯幅の使用、１２個のプリミティブ
で９６個のノズルおよび０．１６０インチの帯幅の使用
が可能である。これらの代替的な動作モードを使用する
と、より高い噴出周波数が考慮される。明瞭に理解する
ため、開口部８２、インク噴出要素９６およびプリミテ
ィブは、従来的に図９に示されるような番号に割り当て
られる。ノズル部材７９の外面から見て、プリントヘッ
ドアセンブリの右上から開始して左下で終わることによ
り、結果として奇数番号が１列に配置され、偶数番号は
第２の列に配置されることになる。他の番号付けの規則
に従うこともできるのは当然であるが、この番号付け方
式に関連する開口部８２およびインク噴出要素９６の噴
射順序は、有利な点を持つ。それぞれの列の開口部／イ
ンク噴出要素は、ノズル部材の長い方向において１／３
００インチの間隔をおいて配置されている。一方の列の
開口部およびインク噴出要素が、他方の列の開口部／イ
ンク噴出要素から、ノズル部材の長い方向において１／
６００インチだけオフセットされているので、ノズルの
両方の列を使用して印刷するとき、１インチあたり６０
０ドット(dpi)の印刷を提供する。

【００５３】いくつかの理由のため、ノズル８２のすべ
てを、同時に通電することができるというわけではな
い。すなわち、２つの隣接ノズルは、わずかに異なる時
間で通電される。目的は、印刷媒体上に印刷されるドッ
トの長方形の配列を得ることである。しかし、２つのノ
ズルのタイミングがずれている場合（通常の遅延によっ
て）には、ｖ＊ｔの配置エラーが生じる。ここで、ｖは
走査速度であり、ｔは２つの隣接ノズルの噴射間の遅延
である。ｖ＊ｔがドット間隔の整数に等しい場合には、
「遅い」ノズルの余分な最初のドットを噴射させること
により、それを訂正することができる。しかし、ｖ＊ｔ
は、通常ドット間隔の或る一部分である。このタイミン
グの問題を解決するため、いくつかの方法がある。

【００５４】タイミング問題の１つの解決方法は、わず
かにプリントヘッドを回転させることである（以下に詳
細に記述する）。この構造は、複数のインク噴出要素９
６が、基板８８の縁１１４にすべて平行であって、縁１
１４から実質的に同じ距離に置かれることを可能にす
る。従って、棚の長さ、すなわち入口チャネルの長さＵ
は、すべてのインク噴出要素について同じである。これ
は、すべてのインク噴出チェンバについて再充填時間が
およそ同じであることを意味する。

【００５５】基板８８の回転角度ωは、ノズルのジグザ
グ配置(stagger)で定められる角度ωに等しい。ノズル
間隔がＤである場合には、角度ωのサイン(sine、正弦)
は（ｖ＊ｔ）／Ｄに等しい。カートリッジの回転角度
は、角度ωである。ここで、ωはアークサイン(arc sin
e)（ｖ＊ｔ）／Ｄである。

【００５６】この回転を提供するのに少なくとも２つの
方法がある。１つは、プリントカートリッジ１８上でチ
ップ(die)８８を回転させることである。これは、特別
なプリントヘッド組み立てラインを、回転チップを持つ
カートリッジを製造するのに提供しなければならないと
いう不利な点を持つ。より簡単に実現する方法は、カー
トリッジ１７がキャリッジ１６の側面から角度ωだけ回
転軸を中心に回転され、適切な角度の向きにカートリッ
ジ１７を保持するようキャリッジ１６を再構成すること
により、全体のカートリッジ１８を回転させることであ
る。

【００５７】タイミング問題に対する他の解決は、プリ
ミティブ内の複数のインク噴出チェンバ９４間に小さい
オフセットすなわちジグザグ配置を提供することであ
る。開口部８２（記述したように、一般に２つの主要な
列に配置される）は、さらにそれぞれの列およびそれぞ
れのプリミティブ内に、オフセットすなわちジグザグ配
置のパターンで並べられる。インク噴出要素の１行また
は１列内で、小さいオフセットがインク噴出要素間に与
えられる。２つのノズル間のジグザグ配置の距離Ｄは、
ｖ＊ｔに等しい。この小さいオフセットは、プリントヘ
ッドアセンブリが記録媒体を横切って走査していると
き、隣接するインク噴出要素９６がわずかに異なる時間
で通電されることを可能にする。異なるオフセット位置
が、以下に記述するアドレス線のそれぞれについて１つ
存在する。このジグザグ配置は、異なる時間でインク噴
出要素を通電することにより、噴射インク噴出要素に関
連する必要な電流／電力を最小にするのに役立つ。こう
して、インク噴出要素は異なる時間で通電されるが、オ
フセットは、異なるノズルから噴出されたインク滴が、
印刷媒体上の同じ水平位置に置かれることを可能にす
る。しかし、このオフセットすなわちジグザグ配置を用
いると、入力チャネルの長さＵは、すべてのインク噴出
要素について同じなわけではない。これは、すべてのイ
ンク噴出チェンバの再充填時間もまた同じでというわけ
ではないことを意味する。

【００５８】上記の方法に関するさらなる詳細は、米国
特許出願番号08/608376号（１９９６年２月２８日出
願）「Reliable High Performance Drop Generator For
an Inkjet Printhead」で与えられ、ここで参照により
取り入れる。

【００５９】本発明は、プリンタキャリッジの速度およ
びドットまたはピクセルの間隔が必要とする基本周波数
よりかなり大きいバースト噴出周波数を提供すること
で、タイミング問題を解決する改良された方法を提供す
る。以下に詳細に記述するように、媒体上の複数滴の併
合の印刷を使用する高品質印刷では、パルスのバースト
で噴出された滴のそれぞれが同じ滴量を持つということ
が非常に重要である。滴のそれぞれについて、この等し
い滴量を得るのに最も重要な因子は、噴出チェンバの高
速なインクの再充填、および異なるインク噴出チェンバ
９４のインク再充填速度においてチェンバ対チェンバ間
の変動が最小なことである。最小な変動でのこの高速再
充填は、ジグザグ配置でなく直線のインク噴出要素／ノ
ズルを持つことで最良に達成することができる。さら
に、本発明によれば、アドレス線を介した速いサイクル
時間のためにジグザグ配置のエラーが非常に小さいの
で、上記に記述したように基板を回転する必要がない。
またこの高い噴射周波数は、ピクセルへの複数滴の配置
および噴出時間の調整が、ドット配置エラーについて訂
正するのを可能にする。さらなる詳細は、米国特許出願
番号08/796835号（１９９７年２月６日出願）「Fractio
nal Dot Column Correction for Scan Axis Alignment
During Printing」に与えられており、ここで参照によ
り取り入れる。

【００６０】図１１の電気回路図を参照すると、プリン
トヘッドアセンブリのドライブ回路を制御するための相
互接続は、別個のアドレス選択、プリミティブ選択およ
びプリミティブ共通の相互接続を含む。この特定の実施
形態のドライブ回路は、２４本のプリミティブ線、２４
本のプリミティブ共通および８本のアドレス選択線の配
列を備え、１９２個のインク噴出要素を制御する。イン
ク噴出要素９６は、２４個のプリミティブ（図９参照）
および８本のアドレス線で構成される。アドレス線およ
びプリミティブ線を指定することにより、可能な１９２
個のうちの１つの特定のインク噴出チェンバ９４および
インク噴出要素９６が一義的に識別される。図１１に示
されるのは、８本すべてのアドレス線と、２４本のプリ
ミティブ選択線のうちの６本（ＰＳ１〜ＰＳ６）のみで
ある。プリミティブ内のノズル数は、この特定の実施形
態では、アドレス線の数、すなわち８に等しい。しか
し、アドレス線およびプリミティブ選択線の任意の他の
組合せを使用することができ、アドレス線をサイクル
（循環）するのに必要な時間を最小にするため、アドレ
ス線の数を最小にすることが重要である。他の実施形態
は、１１本のアドレス選択線、２８本のプリミティブ線
および２８本のプリミティブ共通の配列を使用し、３０
８個のインク噴出要素を制御する。

【００６１】それぞれのインク噴出要素９６は、それ自
身のＦＥＴ駆動トランジスタにより制御され、ＦＥＴ駆
動トランジスタは、その制御入力アドレス選択（Ａ１〜
Ａ８）を、２３個の他のインク噴出要素と共用する。そ
れぞれのインク噴出要素は、共通ノードのプリミティブ
選択（ＰＳ１〜ＰＳ２４）により、他のインク噴出要素
に結びつけられる。結果として、特定のインク噴出要素
を噴射させるには、そのアドレス選択端子に制御電圧を
印加し、電力をプリミティブ選択端子に印加することを
必要とする。１度に１本のアドレス選択線だけがイネー
ブルされる。これにより、プリミティブ選択およびグル
ープ帰線は、１度に多くとも１つのインク噴出要素に電
流を確実に供給する。一方、ヒーターインク噴出要素に
伝えられるエネルギーは、同時に通電されているインク
噴出要素９６の数の関数である。

【００６２】図１２は、個々のインク噴出要素およびそ
のＦＥＴ駆動トランジスタの回路図である。示されるよ
うに、アドレス選択およびプリミティブ選択線は、不所
望の静電放電を放出するためトランジスタを含み、すべ
ての選択されていないアドレスをオフ状態に置くための
プルダウン抵抗を含む。

【００６３】プリンタに置かれ、左から右へ印刷すると
きはＡ１からＡ８へ、右から左へ印刷するときはＡ８か
らＡ１へと順番づけ（どのインク噴出要素が通電される
べきかというデータ指示とは独立して）される噴射順序
カウンタに従って、アドレス選択線は、プリントヘッド
アセンブリのインターフェース回路を介して順番に「オ
ン」にされる。プリンタのメモリから抽出された印刷デ
ータは、プリミティブ選択線のいずれかの組合せを「オ
ン」にする。プリミティブ選択線（アドレス選択線の代
わりに）が好ましい実施形態で使用され、パルス幅を制
御する。駆動トランジスタが高電流を導通している間に
アドレス選択線をディスエーブルすると、電子なだれ降
伏を起こし、結果としてＭＯＳトランジスタに物理的破
壊を引き起こす。したがって図１３に示されるように、
電力がプリミティブ選択線に印加される前にアドレス選
択線が「セットされ」、反対にアドレス選択線が変化す
る前に電力が切られる。

【００６４】プリンタからのプリントコマンドに応答し
て、それぞれのプリミティブは、関連するプリミティブ
選択の相互接続に電力を供給することにより選択的に通
電される。１つのヒーターインクジェット噴出要素あた
り均一なエネルギーを提供するため、１つのプリミティ
ブあたり１回につき１つのインク噴出要素だけが通電さ
れる。しかし、任意の数のプリミティブ選択を、同時に
イネーブルすることができる。それぞれのイネーブルさ
れたプリミティブ選択は、電力および許可信号の一方
を、駆動トランジスタに送る。他方の許可信号は、１回
につきそのうちの１つだけが活性化されるそれぞれのア
ドレス選択線により与えられるアドレス信号である。そ
れぞれのアドレス選択線は、スイッチングトランジスタ
のすべてに結びつけられるので、すべてのそのようなス
イッチングデバイスは、相互接続がイネーブルされると
きに導通となる。ヒーターインク噴出要素についてのプ
リミティブ選択の相互接続およびアドレス選択線が、両
方とも同時に活性（アクティブ）である場合、その特定
のヒーターインク噴出要素が通電される。このように、
特定のインク噴出要素を噴射するには、制御電圧をその
アドレス選択端子に印加し、電力をそのプリミティブ選
択端子に印加することを必要とする。１回に１つだけの
アドレス選択線がイネーブルされる。これにより、プリ
ミティブ選択およびグループ帰線が、１回につき多くと
も１つのインク噴出要素に電流を確実に供給する。一
方、ヒーターインク噴出要素に伝えられるエネルギー
は、同時に通電されているインク噴出要素９６の数の関
数である。

【００６５】高周波で複数のインク滴を噴出する能力
は、（１）アドレス線によるシーケンス（順序づけ）に
対する最小時間、（２）噴出チェンバの再充填時間、
（３）滴の安定性、（４）プリンタとプリントカートリ
ッジ間の最大データ伝送レート、により決定される。少
数のアドレス線をもつプリントヘッドを設計すること
は、アドレス線によるシーケンスを完了するのにかかる
時間を削減することによる高速なインク噴出への鍵であ
る。従来のプリントヘッドの設計に比べそれぞれのプリ
ミティブ内のノズルが少ないので、１つのノズルの噴出
周波数を、非常に高くできる。また上記に記述したよう
に、より少ないノズルを使用し、より高い噴出レートす
なわち周波数を考慮するよう帯の幅を設定することがで
きる。

【００６６】複数滴(multi-drop、マルチドロップ）印
刷に関連する２つの周波数がある。それらは、基本周波
数（Ｆ）およびバースト周波数（ｆ）として定義され
る。基本周波数は、１秒あたりの走査キャリッジの速度
（インチ）に、解像度すなわち１インチあたりのドット
数(dpi)で表したピクセルサイズを乗じることにより確
立される。基本周波数は、走査キャリッジの速度で１ピ
クセルにつき１滴を噴出するのに必要な噴出周波数であ
る。１ピクセルの基本周期は、１／Ｆに等しい。例え
ば、２０インチ/秒のキャリッジ速度および６００ドッ
ト/インチ(dpi)の解像度の印刷では、 基本周波数＝Ｆ＝（２０インチ/秒）* ６００dpi＝1200
0ドット/秒＝１２kHz 基本周期＝１／Ｆ＝１／12000＝８３．３３マイクロ秒 となる。

【００６７】常に、バースト周波数ｆは、基本周波数Ｆ
に等しいか、またはそれより大きい。バースト周波数
は、走査キャリッジの１つのパスにおける任意の１ピク
セルに堆積されるべき滴の最大数に関係がある。１パス
における１ピクセルに堆積することができる滴の最大数
（以下のサブ列の記述を参照）は、アドレス線の数に等
しい。したがってバースト周波数は、基本周波数に、１
パスにおける所与のピクセルに置かれるべき滴の最大数
により乗じたものに等しい。したがって、上記の例の１
２kHzの基本周波数では、４滴がピクセルに置かれる場
合には、バースト周波数はおよそ４８kHzである必要が
あり、８滴についてはおよそ９６kHzである必要があ
る。９６kHzが、インク噴出チェンバが動作するのに高
すぎる周波数である場合には、キャリッジ速度を毎秒１
０インチに減らすことができ、これは基本周波数を６kH
zに下げ、８滴のバースト周波数を４８kHzに下げる。近
似の最大バースト周波数は、以下の式で定義される。

【００６８】

【数１】

【００６９】アドレス線の数が減少し、インク噴出パル
ス幅が減少するにつれ、最大周波数は増加する。８本の
アドレス線で噴出パルス幅が２．１２５マイクロ秒より
少ない場合には、５０kHzの最小バースト周波数が保証
される。

【００７０】図１４は、印刷キャリッジが左から右に走
査しているときの噴出順序を示す。右から左へ走査して
いる時、噴出順序は逆になる。基本周期は、アドレス線
のすべてを活性化して処理を繰り返す準備をするのに必
要な時間の合計量である。それぞれのアドレス周期は、
パルス幅の時間と、データを受け取る準備をする時間お
よびデータストリームに加えられる遅延時間の可変量を
含むことができる遅延時間とを必要とする。パルス幅に
遅延時間を加え、アドレス線の数だけ倍にした結果が、
一般に全有効基本周期の大部分を消費する。残された任
意の時間は、アドレス周期差と呼ばれている。

【００７１】図１４および図１５を参照すると、上記に
記述したように基本周期（１／Ｆ）は、キャリッジ速度
と、基本解像度すなわち１インチあたりのピクセル数に
より決定される。１ピクセルあたりのサブ列の数は、ピ
クセルに噴出される滴の合計数により定められる。例え
ば、キャリッジ走査速度が２０インチ/秒ということ
は、それぞれの６００dpiのピクセルについて、基本周
期１／Ｆは、（1／２０インチ/秒）x（１／６００ドッ
ト/インチ）＝８３．３３マイクロ秒を意味する。それ
ぞれの６００dpiのピクセル（すなわち「列」）につい
て４サブ列ある場合には（すなわち６００dpiピクセル
あたりの滴の数）、合計の（８３．３３マイクロ秒）／
（４噴出周期）＝２０．８３マイクロ秒が、それぞれの
バースト周期１／ｆ（ｆはバースト周波数である）につ
いて有効である。この時間をアドレス線の数で除算した
もの（２０．８３マイクロ秒）／（８アドレス線）＝
２．６０マイクロ秒/アドレス線 が、８アドレス線のそ
れぞれについて利用可能な最大の時間を与える。パルス
幅および遅延時間の合計は、この時間周期より小さくな
ければならない。図１４に示されるアドレス周期差は、
キャリッジ速度のいくらか不安定な量を考慮することに
より、アドレス選択のサイクルが重なるのを防ぐための
ものである。アドレス周期差は、最小の許容値に設定さ
れる。

【００７２】図１５を参照すると、１列につき４滴およ
び８滴のサブ列が示され、これらは２４００dpiおよび
４８００dpiの実際の解像度にそれぞれ対応し、また２
０インチ/秒のキャリッジ速度についてバースト周波数
４８kHzおよび９６kHzにそれぞれ対応する。４滴／列お
よび８滴／列について、８本のアドレス線は、それぞれ
４回および８回サイクルする。またサブ列の他の数およ
び対応する実質的な解像度は、１滴／列（６００dp
i）、２滴／列（１２００dpi）、３滴／列（１８００dp
i）、５滴／列（３０００dpi）、６滴／列（３６００dp
i）および７滴／列（４２００dpi）のように可能であ
り、ここで１つの列は１つの６００dpiのピクセルを示
す。１２００、１８００、２４００、３０００、３６０
０、４２００および４８００dpiの実質的な解像度は、
１２kHzの基本周波数について、それぞれ２４、３６、
４８、６０、７２、８４および９６kHzのバースト周波
数に対応する。キャリッジ走査速度が減少する場合に
は、基本周波数およびバースト周波数は、それに応じて
減少する。このように、プリンタの実質的な解像度は、
物理的空間におけるそれぞれ６００dpiピクセルに噴出
される滴の数により、すなわち時間的空間における基本
周期（１／Ｆ）内で決定される。

【００７３】従来のプリントヘッドでは、データの列全
体がプリンタロジックで組み立てられ、プリンタ自身
が、上記述べたような多重分離されたプリントヘッドの
アドレスおよびプリミティブ線の噴射順序を制御する。
このプリントヘッドは、プリントヘッド上に集積回路を
持っており、データはプリントヘッドに送られ、プリン
トヘッドはこのデータをアドレスおよびプリミティブ噴
出制御に復号する。８アドレス線すべてのデータは、そ
れぞれのサブ列についてプリントヘッドに順番に送られ
なければならない。図１４に示されるように、これは時
間領域では１噴出周期である。物理的位置領域では、図
１５に示されるように、１サブ列と呼ばれる。媒体を横
切るプリントヘッドの帯の速度は、それぞれのピクセル
上に堆積されるべきインク滴の数により決定される。

【００７４】図１６は、厚さが薄くなったノズル部材を
使用する本発明の新しいプリントヘッド設計による印刷
品質の大きな改善を示す。図１７に示されるように、本
発明のプリントヘッドの設計は、高周波バーストのそれ
ぞれについてほぼ一定の滴量を作る。これは、最初の滴
が最大の滴で連続した滴が小さくなるという、有用な複
数滴の構造を開発しようとする従来の成果とは異なる。
累積した滴量がバースト数と共に線形に増加するので、
高周波バーストは、任意の１ピクセルに置かれるべき滴
の数を選択することにより、媒体上の累積滴の量を変調
することができる。

【００７５】複数パス印刷のような以前の方法は、所与
のプリントヘッドからの１つより多い滴をピクセル上に
置くが、これらの滴は、別個のパス上のピクセルに置か
れる。このアプローチの不利な点は、 （１）別個のパスが、所与のプリンのヘッドからピクセ
ル上に置かれるそれぞれの滴について必要なので、スル
ープットが損なわれる （２）高密度の領域の印刷では、滴がすべてのパスにお
けるすべてのピクセルに置かれ、画像品質を劣化させる
ドットの固まり(coalescence)をもたらす （３）わずかな滴の配置の様々な形態が空白を満たすの
に必要とされる階調スケールの中間調の領域における空
白を覆うのは、非効率的な方法である。これは、複数の
滴が別個のパスにおけるピクセルに置かれるとき、それ
ぞれのパスで形成されたドットが互いの上に付着するこ
とがあるので、困難である。

【００７６】本発明のプリントヘッド構造は、媒体上の
複数滴の併合（マージ）の印刷の使用を可能にする。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
成するのにきわめて重要である。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・フィルの領域は、純色、高
い光学濃度および空白でない、より大きい見えるドット
を必要とする。

【００７７】複数滴の印刷では、個々の滴が媒体上で併
合し、個々の滴の合成滴を形成する。この印刷方法は、
高いスループットで高品質画像を作るのに効率的な方法
である。ハイライト領域は、１ドットを形成する複数の
１滴を使用することにより形成される。個々の滴は、ほ
ぼ不可視であり、低い粒状性でハイライトを形成するの
に使用することができる。画像の密度が増加するにつ
れ、複数滴のドットは、媒体上で併合する２またはそれ
以上の滴で形成される。滴が所与のパスの媒体上で一緒
に併合することを可能にすることにより、空白が、以前
のアプローチに比べ効率的に覆われる。図１８は、１パ
スおよび複数パス（滴が別個のパスで定められる）の印
刷で複数滴を置くことにより、ドットの被覆範囲を作る
際の相違を示す。

【００７８】複数滴の印刷では、滴の高周波バースト
は、プリントヘッドから噴出される。これらの滴は媒体
上で併合し、より大きい累積した滴すなわちドットを形
成する。ドットの大きさは、バーストで堆積された滴の
数により、またインク／媒体の相互作用により決定され
る。図１９は、複数滴および１滴の複数パス印刷につい
て、媒体上の合成滴の量、大きさおよび形状の例を示
す。この例は、１ピクセルに１〜４個の滴を使用し、印
刷モードおよび噴射周波数のみを変化させ、同じプリン
トヘッドと媒体を使用した。図２０に見られるように、
媒体上の非常に効率的なドットの成長が、複数パス印刷
対複数滴印刷で達成される。図２１は、合成滴の量、大
きさおよび形状の別の例、すなわち５．５ピコリットル
の個々の滴を使用して併合する１〜８の個々の滴により
形成される複数滴のドットを示す。図２２は、２つの異
なるインクシステムについて、１〜８滴のドットの大き
さの成長を示す。上の線は、５．５ピコリットルの個々
の滴量をもつ染料ベースのインクについてのものであ
る。下の線は、３．０ピコリットルの個々の滴の量をも
つ顔料ベースのインクについてのものである。複数滴の
印刷の本質的な必要条件は、高いインク噴出周波数であ
る。階調スケールのハイライト領域は、１ドットを形成
する１滴を使用することにより形成される。画像の密度
が増加するにつれ、２またはそれ以上の滴が媒体上で併
合する状態で、複数滴のドットが使用される。

【００７９】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。

【００８０】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そ
れぞれのインク噴出チェンバにインク噴出要素(96)を備
える複数のインク噴出チェンバ(94)を持つ基板(88)と、
１インチあたり５００ドットより大きいドット数の印刷
を提供するよう間隔をあけて配列されたインク噴出チェ
ンバ(94)と、前記インク供給源を、それぞれが同じ長さ
を持つ入口チャネル(132)に接続するインクチャネル(3
6)と、プリミティブを形成する隣接関係にあるインク噴
出チェンバのグループであって、１度につき該プリミテ
ィブの最大１つの噴出チェンバだけが起動され、該プリ
ミティブが前記基板上の複数のプリミティブのうちの１
つである前記インク噴出チェンバのグループと、前記噴
出要素に接続される前記基板上の第１の回路手段と、前
記第１の回路手段に接続され、１５ｋＨｚより大きい周
波数で前記インク噴出要素に噴出信号を伝達するカート
リッジ上の第２の回路手段とを備え、前記第１の回路手
段は、プリミティブ選択信号を１または複数のプリミテ
ィブに加えて該１または複数のプリミティブを選択し、
アドレス線選択信号を１または複数の選択されたプリミ
ティブの噴出要素に関連するイネーブル・デバイスに加
えて、１度につき任意の選択されたプリミティブの最大
１つの噴出チェンバが通電されるようにするインクジェ
ット・プリントカートリッジ。

【００８１】（２）前記インクチェンバが、第１のチェ
ンバの配列および第２のチェンバの配列に並べられ、１
インチあたり６００ドットより大きい解像度を提供する
よう間隔があいている上記（１）に記載のインクジェッ
ト・プリントカートリッジ。 （３）前記アドレス線信号の数が、前記プリミティブ選
択信号の数の半分より少ない上記（１）に記載のインク
ジェット・プリントカートリッジ。 （４）前記アドレス線信号の数が、前記プリミティブ選
択信号の数の４分の１より少ない上記（１）に記載のイ
ンクジェット・プリントカートリッジ。 （５）前記アドレス線信号の数が、１０より少ない上記
（１）に記載のインクジェット・プリントカートリッ
ジ。

【００８２】（６）走査キャリッジ(16)と、インク供給
源(30)と、前記走査キャリッジに搭載され、第１の表面
に形成されるバリア層により規定される複数のインク噴
出チェンバ(94)を持ち、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、インク滴を噴出させる
基板(88)と、１インチあたり５００ドットより大きいド
ット数の印刷を提供するよう間隔をあけて配列されたイ
ンク噴出チェンバと、複数のインク開口部を持ち、該開
口部(82)が前記インク噴出チェンバに位置合わせされて
関連するよう、前記バリア層(104)の上に位置づけられ
たノズル部材と、前記インク供給源を入口チャネル(13
2)に接続するインクチャネル(36)と、プリミティブを形
成する隣接関係にあるインク噴出チェンバのグループで
あって、１度につき該プリミティブの最大１つの噴出チ
ェンバだけが起動され、該プリミティブが前記基板上の
複数のプリミティブのうちの１つである前記インク噴出
チェンバのグループと、前記噴出要素に接続され、第２
の回路手段から信号を受け取るため電極を備える前記基
板上の第１の回路手段と、前記第１の回路手段に接続さ
れ、２０ｋＨｚより大きいバースト周波数で前記インク
噴出要素に噴出信号を伝達する前記カートリッジ上の第
２の回路手段とを備え、前記第１の回路手段は、プリミ
ティブ選択信号を１または複数のプリミティブに加えて
該１または複数のプリミティブを選択し、アドレス信号
を１または複数の選択されたプリミティブの噴出要素に
関連するイネーブル・デバイスに加えて、１度につき任
意の選択されたプリミティブの最大１つの噴出チェンバ
が起動されるようにするインクジェットプリンタ。

【００８３】（７）それぞれのインク噴出チェンバにつ
いて、前記それぞれの入口通路(132)が１００ミクロン
より短い長さを持つ上記（６）に記載のインクジェット
プリンタ。 （８）前記アドレス信号の数が１０より少ない上記
（７）に記載のインクジェットプリンタ。

【００８４】（９）前記インク噴出要素へのインク噴出
信号が、２０ｋＨｚより大きい周波数である上記（１）
から（６）のいずれかに記載のインクジェットプリン
タ。 （１０）前記インク噴出要素へのインク噴出信号が、３
０ｋＨｚより大きい周波数である上記（１）から（６）
のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。 （１１）前記インク噴出要素へのインク噴出信号が、４
０ｋＨｚより大きい周波数である上記（１）から（６）
のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。 （１２）前記インク噴出要素へのインク噴出信号が、５
０ｋＨｚより大きい周波数である上記（１）から（６）
のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。

【００８５】

【発明の効果】この発明によれば、高周波でインクを噴
出させることにより、良い階調スケールを達成し、写真
品質の画像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。

【図９】プリントヘッドの走査方向に垂直な配列の長い
軸で、プリントヘッドのプリミティブの配置、関連する
インク噴出要素およびノズルを表す平面図。

【図１０】プリントヘッドの走査方向に垂直な配列で、
直線のノズルをもつプリントヘッドのノズルの配列の平
面図。

【図１１】関連するインク噴出要素のアドレス選択線、
プリミティブ線および接地線の拡大された概念図。

【図１２】図１１の１つのインク噴出要素および関連す
るアドレス線、駆動トランジスタ、プリミティブ線およ
び接地線の概念図。

【図１３】アドレス選択およびプリミティブ選択線を設
定するためのタイミングを示す図。

【図１４】プリンタキャリッジが左から右に動くときの
アドレス選択線の噴出順序を示す図。

【図１５】１列すなわち１ピクセルあたり４滴および８
滴についてのサブ列を示す図。

【図１６】本発明のプリントヘッドの構造が印刷品質を
どのくらい改良することができたかを示す図。

【図１７】本発明のプリントヘッド構造により、高周波
バーストが滴量をどのくらい変調することができるかを
示す図。

【図１８】１パスの印刷、および滴が別個のパスに置か
れる複数パスの印刷で、複数滴を置いてドットの被覆範
囲を作る際の違いを示す図。

【図１９】印刷モードのみが変化し、同じプリントヘッ
ドおよび媒体を使用して、１〜４個の滴を用いた場合の
複数滴対１滴の複数パスの印刷を示す図。

【図２０】複数パス印刷に比べ複数滴印刷の方がより効
率的にドットの直径が増加することを示す図。

【図２１】ドットを形成する媒体上の１〜８滴の併合に
より形成される複数滴の直径を示す図。

【図２２】２つの異なるインクシステムの１〜８滴から
増加するドットの大きさを示す図。

【符号の説明】

１６ 走査キャリッジ ３０ インク供給源 ３６ インクチャネル ７９ ノズル部材 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 ロナルド・エー・アスクランド アメリカ合衆国92129カリフォルニア州サ ン・ディエゴ、ペナノバ・ストリート 11371

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それぞれのインク噴出チェンバ
   にインク噴出要素を備える複数のインク噴出チェンバを
   持つ基板と、 １インチあたり５００ドットより大きいドット数の印刷
   を提供するよう間隔をあけて配列されたインク噴出チェ
   ンバと、 前記インク供給源を、それぞれが同じ長さを持つ入口チ
   ャネルに接続するインクチャネルと、 プリミティブを形成する隣接関係にあるインク噴出チェ
   ンバのグループであって、１度につき該プリミティブの
   最大１つの噴出チェンバだけが起動され、該プリミティ
   ブが前記基板上の複数のプリミティブのうちの１つであ
   る前記インク噴出チェンバのグループと、 前記噴出要素に接続される前記基板上の第１の回路手段
   と、 前記第１の回路手段に接続され、１５ｋＨｚより大きい
   周波数で前記インク噴出要素に噴出信号を伝達するカー
   トリッジ上の第２の回路手段とを備え、 前記第１の回路手段は、プリミティブ選択信号を１また
   は複数のプリミティブに加えて該１または複数のプリミ
   ティブを選択し、アドレス線選択信号を１または複数の
   選択されたプリミティブの噴出要素に関連するイネーブ
   ル・デバイスに加えて、１度につき任意の選択されたプ
   リミティブの最大１つの噴出チェンバだけが通電される
   ようにするインクジェット・プリントカートリッジ。