JPS63502261A - マルチト−ン・インクジェット・プリンタと動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチトーン・インクジェット・プリンタと曇　法〔技術分野〕 本発明は一般に、熱インクジェット・プリンタに係わり、より詳しくは、マルチ トーン・インクジェット・プリンタおよび改良されたグレイ・スケール動作を有 する方法に関する。

〔発明の背景〕

り上げられている。その内、本出願に引用例として含まれているのは、［サイエ ンティフィック・アメリカンＪ　ｔｉｔｓｓｓ年、１６２がら１７８頁に掲載の ターン、マイヤーによる論文と、同じく「サイエンティフィック・アメリカン」 誌１９８３年４月号４４がら５５頁に掲載のＪ、Ｂ、アンゲルその他による論文 である。

マルチトーン・インクジェット・プリント技術において、８個のグレイ・スケー ル・レベルの中の１つを持つドツトをプリントする１つの方法は、単式インクジ ェット滴発生装置を使用し、所定の画素において、（１）回から（７）回までこ れを起動して、１がら７レベルのインク滴量からなる画素を生じさせるものであ る。しかしながら、この方法は、熱インクジェット・プリンタに使用した場合、 少な（とも２つの欠点がある。このうちの第１の欠点は、単式インク滴発生装置 とそれに関連する加熱抵抗器を何回も繰り返し使うことにより、熱インクジェッ ト・プリントヘッドの摩耗と故障率を増加させる（寿命を下げる）ことである。

ここで、摩耗とは、有限の寿命をもつインク滴発生装置における、インク滴放出 サイクルの累積と定義される。この寿命は、通常数千刃サイクルで測定される。

第二に、インクが一連のインク滴となって、単式インク滴発生装置から放出され るとき、発生装置から一滴放出する毎に、泡の崩壊に係わる一定の回復時間があ る、という点である。この熱インクジェット・プリント法を用いて画素を印刷す る際、この回復時間は、明らかに最大達成速度に限界を課する。

マルチトーン・インクジェット・プリントのもう１つの方法は、複式インクジェ ット滴発生装置を使用し、これらの発生装置を同時に、異なった数で起動して、 それぞれ対応する、異なったインクジェット滴量を得るものである。この複式イ ンク滴発生装置を用いれば、単式インク滴発生装置と比べて熱インクシェフ）・ プリンタの寿命をある程度延ばすことはできる。この方法は、例えば１９８２年 １０月５日付きの米国特許第４．３５３．０７９号において、Ｔ、カワナベによ り開示されている。しかしながら、上記カワナベ特許の熱インクジェット記録装 置には、複式インク滴発生装置を同時に起動する要求に関わるある種の欠点が伴 っている。

特に、これら従来技術の発生装置は、単独の位置で、同時に起動されるので、イ ンク滴を記録媒体（祇）上の画素内に正しく記入するためには、ノズルを互いに 厳密に位置合わせしなければならない。さらに、この位置合わせは、ノズルと紙 との間の特定の間隔に基づいており、この距離を維持することが、これらインク 滴量を画素上で同時に混合するのに非常に重要となる。しかも、米国特許第４， ３５３．０７９号のカワナベ記録装置における発生装置は、それぞれ１単位量の インクしか生成しないので、グレイ・スケール上で１から７レベルまでの変化を 得るためには、７レベルまでのどこででも、発生装置を同時に起動しなければな らない。この必要のために、プリントヘッドの設計の煩雑さ、価格が非常に増す 一方、信頼性は急低下する。またプリントヘッドに対する全体の発生装置使用時 間が増大し、これがやはりプリントヘッドの寿命に対して限界を課する。

〔発明の開示〕

本発明の一般的目的は、上記従来技術の欠点を克服し、従ってインク滴発生装置 設計上の煩雑さが少なく、寿命のより長いプリントヘッドを提供し得る、新規か つ改善された熱インクジェット・プリンタおよび動作方法を提供することである 。

この目的を達成するため、筆者は、インク滴発生構造において、複数のインク滴 量を持ち、それらが所定の２進シーケンスで重みづけされた、改良されたマルチ トーン・インクジェット・プリンタおよび方法を発見し、開発した。それぞれ特 定のインク滴量に対応して２進数が割り当てられた、インク滴発生装置は、プリ ントヘッドが紙に対して移動し、またはその逆の動作中、発生装置すると、その 画素内で、１から７単位量のインクを発生することになる。このプロセスにより 、１から８レベルのグレイ・スケールを生成する。プリントヘッドにおいて必要 とされるインク滴発生装置の全数および、発生装置の全使用時間は、最小限にな り、これによって、プリントヘッドの有効寿命を最大限にすると共に、発生装置 設計の煩雑さを大幅に削減することが出来る。

本発明の他の実施例においては、ハーフトーンプリント動作中、所定の画素域に 放出されたインクの光学密度を低下させる方法が開示され、クレームされている 。この方法は、従来「インク担体（ｉｎｋ　ｖｅｈｉｃｌｅ）　Ｊとよは゛れて いる、トーンを着けていない液体を、画素の所定の領域に一滴放出し、また−滴 またはそれ以上のインクを放出して、固定色素を画素の同じ領域に装荷する手続 きを含む。この方法により、色素は、より広範囲に拡散され、単一の、〔図面の 簡単な説明〕 第１Ａ図から第１ＤＵ！Ｊは、所定の画素にインクを放出するための、“１″、 “２″、及び“４″の２進量を有する走査プリントヘッドの底部において、用紙 を通して見た場合の一連の斜視図である。

第２図は、第１Ａ図から第１Ｄ図において示された２進インク滴発生装置に関す る、光学的ドツト密度対プリント量のグラフである。

第３Ａ図及び第３Ｂ図は、それぞれ本発明の好ましい実施例を構成するプリント ヘッド構造の斜視図及び断面図である。

第４Ａ図から第４Ｅ図は、トーンを着けないインク担体が固定色素装荷のインク 滴と結合している、本発明の別の実施例を概略的に示している。この方法は、用 紙上にインク担体とインクとの混合を得、固定色素装荷の光学密度を滅じ、これ によって小ドア）の粒子状（ｇｒａｉｎｙｎｅｓｓ）をな（すために用いられる 。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は、それぞれ本発明にしたがった３色、８レベル・ハーフ トーン・プリンタの斜視図及び平面図である。

〔発明を実施する最良の態様〕

第１Ａ図〜第１Ｄ図に示すように、２進重みづけした“４″、“２”、“１２量 のインク滴が画素ｐにおいて順次起動される。プリントヘッド１０に対する走査 の方向は、左から右であり、“４”量のインク滴“ａ”が、変位Ｘ、で画素にプ リント完了している。第１Ｂ図に示すように、“２”量のインク滴“ｂ”は画素 へ向かう途中であり、そこで“４”量のインク滴と結び付いて、第１Ｃ図に示す ように、変位ｘ２で、画素上に“４”＋“２”の合成量スポットを形成する。ま た第１Ｃ図には、“ｌ″量のインク“Ｃ″の起動が示され、これは、既に付着さ せた“４”十“２″量のインクと結合し、７量のインクスポットまたはグレイ・ スケールのレベル８を形成し、第１Ｄ図において示すように、変位×３で、完全 に画素を被っている。

７個のインク滴発生装置を同時に起動する方法に比べて、本発明のインク滴発生 装置の構造は、それほど厳密に位置合わせする必要はない。さらに、従来の７個 のインク滴発生構造に対し、８段のグレイ・レベルを得るのにインク滴発生装置 は３個しか要らないので、この特徴により、プリントヘッド加熱抵抗の電気的接 続が、簡単に済み、駆動部の電子構成もより簡単になり、インクを３個の発生装 置に送る配管構造もそれほど複雑なものでなくなり、よりコンパクトで信頼性の 高いプリントヘッドが得られる。

第２図を参照して、全量が“１”から“７”までの合成インク滴により、８段の グレイ・レベルを形成する構造を説明する。この図は、次々と量が多くなって行 くインクが、単一の画素の領域に当てがわれるにつにれて、トーンをつけない祇 （”白紙”）の反射率から紙を被うインクじ黒”）の反射率に、画素の光学密度 が増加する様子を示している。図の曲線は、コート紙上のスポット領域とインク 量との間の代表的関係に従い、画素の全体の光学密度は、画素境界内の、トーン づけした部分と、してない部分とＱ反射率と面積とから計算される。“１″、“ ２″、“４″の２進重みづけされたドツトプリンタから導き出される各プリント 量と並んで、この量を生じるインク滴の組合せが、概略的に示されている。

第３Ａ図と第３Ｂ図において、本発明の３個のインク滴発生装置を用いるプリン トヘッドのこの一部切り欠き斜視図は、当業者に公知のシリコンプレーナ・プロ セスと薄膜沈着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を用いて製造されるシリコン薄膜 抵抗基板３０を示している。シリコン基板３０には、この基板を貫通して、シリ ンダ状または溝形の共通のインク供給孔３２が、ダイアモンド鋸歯またはレーザ ー穿孔法を用いて、形成される。やはり周知のように、薄膜抵抗シリコン基板３ ０は、その上に複数の加熱抵抗３４．３６．３８を持つ構成になっており、これ らの抵抗は、バリヤ層４６内にある別個の“１”、“２”、“４″量のインク溝 ４０．４２．４４に対応する構造となっている。このバリヤ層４６は、それぞれ のインク滴発生装置を隔離して、クロストークを低下させるためのもので、熱イ ンクジェット抵抗の寿命を長くするには重要である。通常、バリヤ層４６は、Ｖ ＡＣＲＥＬという商品名の、周知の市販重合体材料、ニッケル、ガラス、その他 液体インクの影響に強い材料より製造される。

第３Ａ図のプリントヘッドにはさらに、通常ニッケルから成るインク滴発生装置 オリフィス板４８が設けられ、それぞれ“１”、“２”、“４”の２進インク量 を放出する複数のオリフィス５０．５２．５４が形成されている。これらのオリ フィス５０．５２．５４は、それに対応する薄膜抵抗３４．３６．３８がそれぞ れ電流パルス印加により加熱されると、“１”、“２″、“４″のインク量を放 出する。インクの泡を加熱抵抗上に形成して、インクの小滴を放出するエネルギ ーを発生する手段は、熱インクジェットプリンタの当業者に公知である。例えば ここに引用例として「ヒユーレット・パラカード・パルスは、従来の表面金属化 パターン（図示せず）により印加されるが、これは通常、シリコン基板３０の表 面上に、従来公知の標準蒸着法を用いて沈着された、極薄のアルミまたは金の導 体トレースより成る。

ここで、基板部材３０は、「シリコン基板」と呼ばれるが、当業者が容易に理解 するように、基板３０は、通常薄膜複合または多層構造より成り、その内二酸化 シリコンＳｉＯ□で成る第一の層は、シリコン基板面に生成または被覆されて、 表面のパシベーションを形成し、次にタンタル・アルミ等の抵抗層がＳｉＯ□層 に被覆されているものである０次に、導体トレース材料は、タンタル・アルミ層 に蒸着されてリソグラフで印刷してあり、この導体トレースの開口部が、加熱抵 抗の境界を画すようになっている。最後に、シリコン・カーバイドＳｉＣい窒化 シリコン５ｉ２１Ｊ４．５酸化タンタルＴａｔＯｓ　、またはこれらを組み合わ せて互いに重ねた層にしたもの等の、不活性外側パシベーション層即ちバリヤ層 が、アルミトレース材料と露出した加熱抵抗の表面に形成され、加熱抵抗と、こ れら抵抗の上のインク溜にあるインクとの間に、十分な絶縁バリヤ層を成してい る。この不活性バリヤ層は、インクが著しく腐食性をもっているためと、インク 滴発生装置からインクを放出中、キャビテーションによる（ｃａｖｉｔａｔｉｏ ｎ−ｐｒｏｄｕｃｅｄ）摩耗が生じるため、必要である。したがって、ここで「 シリコン基板」と言う場合、上記のような層構造の薄膜抵抗シリコン基板を意味 する。

つぎに、第４Ａ図から第４Ｅ図には、本発明の他の実施例が示されており、第４ Ａ図でインク滴発生装置６０で示す追加のインク滴発生装置が設けられている。

この発生装置６０は、トーナ色素のないインクの、トーンづけしていない小滴を 発生する。この液体は、従来インク担体として知られている。トーンをつけてな い液の量は、“１″と“４′量との間にある。第４Ｂ図に示すように、−滴６４ がプリントヘッドから祇６５に放出されると、通常、第４Ｃ図に示す様な形の光 学密度形状を提示する。この図において、符号６６は、プリントされたドツト６ ７の直径に渡る光学密度形状を示す。縁のところでは、光学密度は急激に立ち上 がる形６６となっているため、第４Ｃ図のドツト６７は通常の視距離で見た場合 、肉眼には粒子状の特性を示し、従って、ある種のイメージプリントや背景応用 の場合、特に連続トーンイメージにおいてハイライトを再生する場合など、望ま しからぬ影や粒子状物を生じる結果となる。そこで、このような粒子特性を除去 することが望ましいのであるが、これは第４Ｄ図に示したトーンをつけない液担 体滴６８を使用することにより得られる。この担体滴６８は、トーンづけしたイ ンク滴６４と同じ画素領域に放出され、これにより、所定量の担体量プラス“１ ”のトーンづけインク量を、第４Ｅ図に示した領域６９に発生し、光学密度形状 ７０は、その中央部７２で最大値となり、トーン付５頁域６９の縁に向かって下 がっていく。

第５Ａ図と第５Ｂ図は、それぞれ斜視図と平面図で、本願出願人に譲渡された、 ジェフリー・ベーカーの係属中の出願第８８０．７７４号に開示されクレームさ れた型の、発泡材（ｆｏａｍ）を満たした３個のインク溜７４．７６．７８を有 する３色８レベルハーフトーンのプリントヘンドア３が図示されている。これら の発泡材　充填インク溜７４．７６．７８は、それぞれ減色カラープリント用に 、シアン、マゼンタと黄色の色素をもつインクを満たしである。これらのインク 溜７４．７６．７８は、公知の液体接続技術を使用して、それぞれシアン、マゼ ンタ、黄のオリフィスパターン８４．８６．８８をもつ外側オリフィス板８２に 接続されている。オリフィスパターン８４．８６．８８は第５Ｂ図で拡大平面図 で示され、図示のように、シアン、マゼンタと黄のコラムのそれぞれに、ｎ列の “４″、２″、′１″２進インク滴発生装置が設けられている。従って、シアン 、マゼンタ、黄のコラムはそれぞれ、必要なだけ多くのｎ列の“４”、“２”“ １”の２進インク滴発生装置を持つことになり、８レベル３色のハーフトーンプ リント動作のために、所望の量の相接するインクディスペンサを供給する。さら に、なんらかの理由で、生成された色を１つまたはそれ以上拡散させて、離れた カラープリント・ドツトのエツジの精細さを減らしたい場合には、ｎ列のそれぞ れを変更して、単独の透明液またはインク担体滴発生装置を設けるようにしても よい、これは、例えばカラートッドをプリントする場合に望まれる（先に述べた ように、画素内のカラー領域を一様にカバーするため）。

本発明の本旨および範囲を逸脱することなく、上記実施例にさまざまの変更をお こなうことができる。例えば、特に“４”、“２”、“１”２進シーケンスに限 定されず、実施されるグレイ・レベルのイメージ化操作の特定のタイプ応じてこ の２進シーケンスのバリエーションをかわりに用いてもよい。さらに、単独の画 素の境界内で次々とプリントし、色々の量と色の液滴を混合するように、それぞ れ互いにレジスタし、位置合わせをした個々のカラーペン（シアン、黄、マゼン タ、黒）を使用して、多色プリントも作成できる。さらに、本発明は、一体型イ ンク収納、オリフィス板構造において、異なった色が全て隣接のコラムにある第 ５図の特定の３色カラープリントヘッドに限定されない。代わりに、特定のカラ ープリントの用途に適合する所定の距離で、シアン、マゼンタ、黄と黒のインク を離してもよい。

ｈν、５Ａ Ｆｉｇ、　５Ｂ 国際調査報告 １ｍ５ｌＩＩＪｌｉｏ１１自−＾−ｍａｖ”ｓａｒベニコアｒｓａ６１０２ｑｚ ｑ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．以下の（ａ）と（ｂ）を含む、グレイ・スケールのプリント・レベルのため の方法。 （ａ）所定のシーケンスで重みづけされた複数のインク滴量の供給。 （ｂ）前記量を有するインク滴の所定の画素への順次放出及び選択された２進数 に対応する、前記グレイ・スケール上の所定のレベルの所持。 これによって、インク滴発生装置の全体数及びインク滴発生装置の全使用時間が 最小になり、したがって、プリントヘッドの寿命とプリント・スピードを最大化 し、関連するプリントヘッドの設計の煩雑さを最小にし、動作の信頼性及び寿命 を最大にする。
2. ２．前記インク滴量がシアン、マゼンタ、黄及び黒のカラープリンタに翻され、 単一画素境界内に前記カラードットの複レベル記録を生成し、前記カラードット は単独あるいは多種カラーの混合体でプリントされ、これによってカラー及びグ レイ・レベルの大パレットを生成する、請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記インク滴発生装置が約“１”、“２”、“４”の２進シーケンスにおけ る液量を有する、請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．前記インク滴量が、シアン、マゼンタ、黄及び黒のカラープリンタに適用さ れ、単一画素境界内に前記カラードットの複レベル記録を生成し、前記カラード ットは単独あるいは多種カラーの混合体でプリントされ、これによってカラー及 びグレイ・レベルの大パレットを生成する、請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．前記複数のインク液量が約４０、８０、及び１２０ｐｌのオーダーである、 請求の範囲第３項記載方法。
6. ６．トーンづけされていないインク担体滴がトーンづけされたインク滴とともに プリントされ、インク担体と固定比率で混合されてトーンづけされたインク滴を 形成する色素によって前記トーンづけが生成され、トーンづけされたインク滴及 びトーンづけされていないインク滴の注入によって前記色素が画素の大領域にわ たって拡散し、これによって単一の孤立した黒色ドットあるいはカラードットの 粒子状光学特性を周囲のコントラストを減じることによって消去する、ハーフト ーン・プリント中に所定の画素領域へ放出されるインクの光学密度を減じる方法 。
7. ７．前記インク滴量が、シアン、マゼンタ、黄及び黒のカラープリンタに適用さ れ、単一画素境界内に前記カラードットの複レベル記録を生成し、前記カラード ットは単独あるいは多種カラーの混合体でプリントされ、これによってカラー及 びグレイ・レベルの大パレットを生成する、請求の範囲第６項記載の方法。
8. ８．固定色素装荷とともに放出される１滴またはそれ以上のインク滴が、所定の 量のシーケンスで放出され、複レベルのグレイスケール記録を生成する、請求の 範囲第６項記載の方法。
9. ９．前記所定の量の２進シーケンスが“１”、“２”、“４”の２進シーケンス である、請求の範囲第８項記載の方法。
10. １０．前記２進シーケンスの前記インク滴量が“１”、“２”、“４”の２進シ ーケンスに対して４０、８０、及び１２０ｐｌのオーダーである、請求の範囲第 ９項記載の方法。
11. １１．以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を組み合わせで含む、所定の２進シーケン スでインク滴を放出するための走査プリントヘッド。 （ａ）インク内に気泡を発生させ、インク滴の発生をもたらすたための、複数の 薄膜加熱抵抗を有する薄膜抵抗基板。 （ｂ）前記薄膜抵抗基板上に配置され、それぞれ複数のインク滴発生装置を画定 する複数の溝を有するバリヤ層。 （ｃ）前記バリヤ部材上に配置され、それぞれ前記所定の２進シーケンスのイン ク滴量を表わす複数の異なるインク滴発生用穴径を有し、それぞれインク滴発生 装置を形成する前記複数の加熱抵抗およびバリヤ溝上に配置されたインク滴発生 装置オリフィス板。これによって、前記プリントヘッドが用紙に対し相対運動を したとき、前記加熱抵抗へ電気的パルスを印加することにより、前記インク滴発 生装置が順次起動され、用紙が前記プリントヘツドからインク滴を受け取る。
12. １２．前記インク滴発生装置により生じる量が約“１”、“２”、“４”の２進 シーケンスで重みづけされている、請求の範囲第１１項記載の装置。
13. １３．複数のグレイ・レベルを生成するための前記プリントヘッドに前記２進シ ーケンスと同列に配置された追加の透明なトーンづけされていないインク担体滴 発生装置が備えられ、プリント媒体上に配置された小さな高コントラストのドッ トから形成されるイメージの粒子状性を充分に取り除ける付加的グレイ・スケー ル・トーン能力を前記プリントヘッドへ与える、請求の範囲第１２項記載の装置 。
14. １４．ハーフトーンプリント動作中に、所定の画素領域内へ放出されるインクの 光学密度を減らすのに、以下の（ａ）、（ｂ）の段階を含む方法。 （ａ）画素領域へのトーンづけされていない液体インク担体滴の放出。 （ｂ）同一画素領域への所定の色素装荷を有する１滴あるいはその以上のインク 滴の放出。これによって単一の孤立した黒色ドットの粒子状光学特性が消去され る。