KR19980079869A

KR19980079869A - 잉크젯 인쇄시 잉크 방울 분포를 개선하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980079869A
Application number: KR1019980007043A
Authority: KR
Inventors: 티모시 엘 웨버; 존 폴 하몬; 에스 다나 세콤브; 콜린 씨 데이비스; 폴 제이 맥클레랜; 데이비드 제이 웰러
Original assignee: 젠스키 레이몬드 에이; 휴렛트-팩카드 캄파니
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1998-11-25
Also published as: EP0863020A3; EP0863020B1; KR100453426B1; EP0863020A2; DE69822011T2; DE69822011D1; US6354694B1; US6099108A

Abstract

잉크젯 인쇄 품질을 개선하기 위한 방법 및 장치는 각 방울 발생기 메카니즘에서 다수의 노즐 세트를 사용하는 어레이를 갖는 프린트 헤드를 사용한다. 종래의 잉크젯 펜은 점화 싸이클당 일 픽셀에 단일 잉크 방울을 점화하지만, 본 발명은 픽셀의 상이한 일부분에 다수의 방울을 점화한다. 특별한 어레이 설계는 잉크 대 잉크 또는 펜 대 펜에서 변형될 수 있다. 프린트 헤드 어레이의 각 방울 발생기는 다수의 노즐을 포함하며, 각 노즐은 인쇄되는 픽셀의 면적 치수보다 실제적으로 작은 면적 치수를 갖는 출구 오리피스를 구비한다. 도트는 각 픽셀용 패턴으로 인쇄되며, 인쇄 품질은 종래의 잉크젯 방법에 의해 이루어진 고 해상도 인쇄에 근접시킴으로서 달성된다.

Description

잉크젯 인쇄시 잉크 방울 분포를 개선하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 일반적으로 이미지 및 문자숫자식 문자를 복사하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 하드 카피 장치에 관한 것이며, 보다 특별하게는 열 잉크젯, 다중 오리피스 방울 발생기, 프린트 헤드 구조체 및 이의 작동 방법에 관한 것이다.

잉크젯 하드 카피 기술은 비교적 잘 발달되었다. 컴퓨터 프린터, 그래픽 플롯터, 복사기 및 팩시밀리와 같은 상용 제품은 하드 카피(hard copy)를 복사하기 위해 잉크젯 기술을 사용한다. 그러한 기술의 기초는 예를 들면, 1985년 5월에 발간된 휴렛 팩커드 저널 제 36 권 제 5 호(Hewlett-Packard Journal Vol.36, No.5), 1988년 8월에 발간된 제 39 권 제 4 호, 1988년 10월에 발간된 제 39 권 제 5 호, 1992년 8월에 발간된 제 43 권 제 4 호, 1992년 12월에 발간된 제 43 권 제 6 호 및 1994년 2월에 발간된 제 45 권 제 1 호의 각종 논문에 개시되었다. 또한, 잉크젯 장치는 W.J. Lloyd 및 H.T. Taub에 의해 Output Hardcopy Devices, 13장(chapter 13)에 기술되어 있다(Ed. R.C. Durbeck and S. Sherr, Academic Press, San Diego, 1988).

사람의 가시 체계는 천만가지의 색상을 구별할 수 있다고 추정된다. 적은 수의 색상을 사용하는 인쇄 시스템으로도 아직 수용가능한 본래 이미지의 복사를 실현 할 수 있다. 일반적으로 말해서, 그러한 것은 원색[빨간색, 청녹색―가법혼색(additive) 또는 청록색, 자홍색, 노란색-감법혼색(subtractive)]을 충분히 소량 혼합하고 인간의 가시 체계의 특이한 3자극 반응(tristimulus response)을 이용함으로써 이루어진다. 그러한 소량의 효율적인 사용은 도트 매트릭스 칼라 프린팅에서 이미지의 각 색상 또는 이의 합리적인 외형을 재현하는 밀도 또는 면적, 또는 둘다를 바꿈으로서 이루어질 수 있다.

인쇄된 이미지의 품질은 많은 양상을 갖는다. 인쇄물이 원래 이미지(즉, 단순한 문자보다는 사진 또는 그래픽 디자인)의 복사물인 이미지일 때, 이미지화 시스템의 목적은 본래의 외형을 정확히 복사하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 이 시스템은 본래의 감지된 색깔[색조(hues)] 및 감지된 상대적인 명시도비(명암) 양자를 정확하게 복사해야 한다. 인간의 가시 체계는 암흑에서 가장 밝은 곳까지 명시도 레벨에 있어서 광범위한 변화에 빨리 적응된다. 이러한 극단의 상태 사이에서, 인식은 명시도에 있어 매끄러운 전이의 예상으로 향하는 경향이 있다. 그러나, 사람의 가시 체계의 전체 동적 범위와 지각 연속성을 완전히 충족시키도록 복사할 수 있는 이미지화 시스템은 아직 없다. 본 목적이 실제의 사진 이미지 품질로 복사를 얻고자 하는 반면, 이미지화 시스템의 동적 범위 인쇄 능력은 기록 장치 고유의 민감도 채도 레벨 한계에 의해 제한된다. 효과적인 동적 범위는 일부 암흑 및 가장 밝은 곳을 허용하는 비선형 변환을 이용함으로써 다소 확장될 수 있다.

잉크젯 기술에 있어서, 이는 이미지 및 문자숫자식 문자 모두를 형성하기 위해 도트 매트릭스 조작을 사용하며, 인쇄된 이미지의 색깔 및 명암은 인쇄 매체상의 이미지의 2중으로 겹쳐진 사각형 그리드 오버레이의 각 타겟 그림 요소[픽셀(pixels)이라 공지됨]에 배치된 잉크 방울의 존재 및 부재에 의해 조절된다. 명시도 연속성(기록된 이미지내의 명도 전이)은 잉크 비말 및 도트 매트릭스 이미징을 사용하는 본래의 양자화 효과에 의해 특히 영향 받는다. 그러한 효과는 본래 이미지가 매끄러운 전이를 갖는 곳에서 인쇄된 이미지는 윤곽선으로 나타날 수 있다. 더욱이, 이미지화 시스템은 불규칙한 또는 체계적인 명시도 변동[입상화(나안으로 볼 수 없는 도트의 가시적인 인식)]을 도입할 수 있다.

프린트 품질을 떨어뜨리는 인식된 양자화 효과는 이미지화 시스템내의 물리적인 양자화 레벨을 떨어뜨림으로써 및 인간이 양자화 효과의 인식을 최소화하도록 인간의 가시 체계의 정신 물리학적 특성을 개발하는 기술을 사용함으로써 감소될 수 있다. 독립적인 인간의 가시 체계는 인쇄되는 이미지에 있어 직경이 대략 20 내지 25 미크론 이하로 감소될 때까지 개별적인 도트를 인식할 수 있다고 추정된다. 따라서, 도트 매트릭스 인쇄 방법의 바람직하지 않은 양자화 영향은 각 방울의 크기를 줄이고 고해상도로 인쇄함으로써 본 기술분야의 현재상태에서는 줄어들며, 즉, 인치당 1200도트(1200dpi)로 인쇄된 이미지는 600dpi 이미지보다 더 잘 보이는데, 이는 300dpi만큼 개선된 것이다. 게다가, 바람직하지 않은 양자화 효과는 색깔의 밀도를 변화시킴으로 보다 많은 펜 색깔을 사용해 감소될 수 있다[예를 들면, 2개의 청록색 프린트 카트리지로 각각은 상이한 염료량(잉크의 화학적 조성물에서 용매 대 염료의 비)을 함유하거나 또는 상이한 형태의 화학적 착색제, 염료 기제 또는 안료 기제를 함유함].

양자화 효과를 감소시키기 위해, 프린트 품질은 대형 비말, 고 염료량 잉크 공식을 사용함으로써, 또는 동일한 색깔의 다중 방울 점화 또는 각 픽셀에 색깔 공식화에 의해 염료의 대형 체적을 갖는 각 픽셀을 포화하는 방법으로 강화될 수 있다. 그러한 방법은 발명의 명칭이 짠 인쇄 방법(an Interlace Printing Process)인 도안(Doan)의 미국 특허 제 4,967,203 호, 발명의 명칭이 칼라 잉크젯 프린팅에 의해 생성된 일정한 도트 형성을 향상시키는 방법(an Method for Enhancing the Uniformity and Consistency of Dot Formation Produced by Color Ink Jet Printing)인 트래스크(Trask)의 미국 특허 제 4,999,646 호 및 발명의 명칭이 개선된 이미징용 잉크 방울 배치(Ink Drop Placement for Improved Imaging)인 하이크맨(Hickman)의 미국 특허 제 5,583,550 호에 개시되었다(각각은 본 발명의 공동 양수인에게 양도됨). 그러나, 대형 방울은 대형 도트 또는 수퍼픽셀(superpixels)이라 공지된 대형 그룹을 형성하며, 이는 전이 영역에서 쉽게 볼 수 있다. 더욱이, 그러한 방법 각각은 빠른 비율로 잉크를 소비하며, 따라서 작동하는데 보다 많은 비용이 든다. 방울 체적 제어 및 인쇄의 다중 방울 방법은 각기 발명의 명칭이 오프셋 노즐 방울 형성(An Offset Nozzle Droplet Formation)인 차일더(Childers)의 미국 특허 제 4,967,208 호 및 발명의 명칭이 비일체식 방울 평균, 매체 변화 엉킴 또는 픽셀당 2방울 이상을 이용한 칼라 잉크젯 프린터용 잉킹(Inking for Color-Inkjet Printers, Using Non-Integral Drop Averages, Media Varying Inking, or More Than Two Drops Per Pixel)인 애스캘랜드(Askeland) 등의 미국 특허 제 5,485,180 호에 개시되었다(각각은 본 발명의 공동 양수인에게 양도됨). 다중 방울 모드에 있어서, 결과 도트는 개별 픽셀 또는 수퍼픽셀에 점화되는 방울의 개수 및 인쇄되는 특정 매체(백지, 광택지, 투명지)상에 충격이 가해진후 이의 분산 특성에 따른 잉크의 구성에 따라 크기 또는 색깔이 변한다. 인쇄되는 이미지의 명시도 및 색깔은 각 타겟 픽셀에서 각 색깔 방울의 크기 및 밀도를 조작함으로써 조절된다. 그러한 모드의 양자화 효과는 픽셀 모드당 단일 방울용과 동일한 방법으로 물리적으로 감소될 수 있다. 또한, 양자화 레벨은 프린트 헤드 어레이내의 각 노즐로부터 한 번에 점화될 수 있는 방울의 개수를 증가시킴으로서 및 전체 도트 밀도를 얻기 위해 잉크의 밀도 또는 점화되는 각 방울의 크기중 하나를 조정함으로서 동일한 프린트 해상도로 감소될 수 있다. 그러나, 하드 카피 장치에 있어서 방울 크기를 감소시키는 동시에 인쇄 해상도를 증가시키거나, 또는 사용되는 펜의 개수 및 잉크의 종류를 증가시키는 것은 매우 비싸서, 이미지 아트 복사(imaging art reproduction)용으로 특별히 설계된 잉크젯 하드 카피 장치는 색깔 채도를 개선하도록 다중 방울 모드를 일반적으로 사용한다. 그런 후 그러한 선택은 인쇄되는 도트의 크기를 조절하거나 도트의 밀도중 하나를 조절하는 것이며, 그렇지 않으면 둘다 조절하지 않는다.

인쇄되는 도트의 크기가 조절될 때, 이미지의 품질은 도트 배치 정확도 및 해상도에 매우 의존한다. 잘못 위치설정된 도트는 표시되지 않은 픽셀에 남게되며, 이는 프린트 스와스내에 또는 사이에 흰색 점으로 또는 흰색 줄로된 밴드로서 나타나게 된다[밴딩(banding)이라 공지됨]. 600dpi 또는 그 이상의 해상도를 얻기 위해 노즐의 프린트 헤드 기하학을 줄이는 것과 같은 구조에서는 기계적인 공차가 매우 중요하다. 따라서, 제조 비용은 해상도 설계 사양의 증가와 더불어 증가한다. 더욱이, 복합 노즐에 의해 한 번에 점화되는 방울의 개수가 증가함에 따라, 최소 노즐 방울 체적은 감소하며, 도트 배치 정밀도 요구치는 증가하며, 프린트 헤드의 열 효율을 제어하기는 더욱 어려워진다. 고온은 프린트 헤드 요소를 더 빨리 태워버릴 뿐만 아니라 사용되는 잉크를 공식화할 때 고려되어야 한다.

인쇄되는 도트의 밀도가 조절될 때, 저 염료량은 인쇄 매체상에 위치설정되는 보다 많은 잉크를 필요로 하여, 저효율의 잉크 사용 및 잉크 병합 및 얼룩의 높은 위험성을 초래한다. 잉크 사용 효율이 감소되고 병합 및 얼룩의 위험성은 프린트 헤드 어레이의 각 노즐로부터 한 번에 점화되는 방울의 개수와 함께 증가한다.

프린트 품질을 제어하기 위한 다른 방법은 잉크 자체의 특성에 초점을 맞추는 것이다. 잉크 방울이 인쇄 매체에 접촉할 때, 측방향 확산(스프레이딩spreading)이 일어나며, 결국 잉크의 착색제 운반물(물 또는 일부 다른 용매)이 충분히 퍼지고 증발되는 것과 같은 것을 초래한다. 예를 들면, 발명의 명칭이 잉크젯 발생식 투명화의 후인쇄 이미지 개발(Post-Printing Image Development of Ink-Jet Generated Transparencies)인 모리스(Morris) 등의 미국 특허 제 4,914,451 호(본 발명의 공동 양수인에게 양도됨)에는, 각 비말의 측방향 스프레이딩이 인쇄된 잉크 도트의 잠재적인 측방향 확산을 제어하는 매체 코팅에 의해 제어되는 것이 개시되어 있다. 그러나, 그러한 것은 인쇄 매체의 가격을 증가시킨다. 또한, 측방향 스프레이딩은 인접한 비말이 서로 번지는 것이 발생한다. 잉크 조성물 자체는 번짐을 감소시키도록 될 수 있는 데, 이는 발명의 명칭이 감소된 블리드를 갖는 잉크젯 조성물(An Ink Jet Composition with Reduced Bleed)인 프래새트(Prasad)의 미국 특허 제 5,196,056 호에 개시되어 있다. 그러나, 그러한 것은 마지막 사용자가 발견하기를 소망하는 가능한 인쇄 매체의 스펙트럼에 적합하지 않은 공식화가능하다.

프린트 품질을 개선하기 위한 일 장치는 엔리코 마미미, 올리베티(Enrico Manini, Olivetti)에 의해 Bubble Ink-Jet Technology with Improved Performance라는 제목으로 1994년 10월 30일에서 11월 4일까지 루이지애나주 뉴 오를레앙에서 열린 비충격 인쇄 기술에 관한 IST의 10번째 국제 회의에서 짧은 논문으로 발표되었다. 마미미는 보다 작은 비말을 사용함으로서, 종이상에 잉크를 가장 잘 분포...각 압력 챔버용 여러 노즐을 이용하여, 잉크의 양호한 샤워(a fine shower)가 종이상에 배치함의 개념을 보였으며, 마미미에 의해 2개 노즐 압력 챔버, 3개 노즐 챔버, 4개 노즐 챔버를 도시하는 개략도가 제공되었다. 마미미는 개별 방울이 인접해 접촉하거나 또는 겹치도록 픽셀 면적 치수내에 다중 잉크 방울의 배치를 보였다. 마미미는 사각형 요소의 도트를 만들어 그에 따라 15%의 잉크의 절감 및 보다 빠른 건조 시간, 그레이 스케일링(gray scaling)에서 더 좋은 선형성을 만들며, 고 모세관형 보충(분당 인쇄된 페이지 ppm로 일반적으로 측정되는 보다 빠른 출력 능력을 의미함)을 가능케 하는 작은 노즐의 사용을 가능하게 하는 능력을 가진 장치를 주장하였다. 어떠한 작업 실시예도 기술되지 않았으며 마미미 자신도 유입 덕트와 유출 노즐사이의 유체식 조종은 복잡하고 많은 경험을 필요로 함을 인정한다.

그러나, 마미미는 발명의 명칭이 다중 라인 폭의 프린팅 또는 벡터 플롯팅용 프린트 헤드(A Print Head for Printing or Vector Plotting with a Multiplicity of Line Widths)[앤더슨(Anderson)에 의해 발명되었으며, 본 발명의 양수인에게 양도됨]인 미국 특허 제 4,621,273 호(1982. 12. 16)를 따랐다. 앤더슨은 2차원 그리드의 선택된 점에 잉크젯 노즐을 갖는 80 내지 100dpi 래스터/벡터(raster/vector) 플로터용 다중 노즐 배열(초기의)을 보였다. 그러나, 앤더슨은 다양한 유용한 초기의 패턴(예를 들면, 도 1a 내지 도 2b를 봄)을 개시한 반면, 도트 패턴은 주어진 행 또는 열에 단지 하나의 노즐을 가짐으로서 그리드 내의 주어진 열 상에 단지 하나의 노즐을 갖도록 특별히 제한되었다. 그런 후, 형성되는 플롯에 따라 선택적인 점화가 지시된다. 도트의 과도한 얽힘은 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이 요구된다.

열 잉크젯 프린트 헤드의 다른 문제점은 퍼들링(puddling)이라 공지된 현상이다. 오리피스를 빠져나가는 잉크 방울은 각 오리피스 둘레의 노즐 판 면상에 소량이 남게되는 경향이 있다. 그러한 퍼들이 성장함에 따라, 퍼들과 유출 잉크 방울사이의 표면 장력은 각 방울상에 꼬리를 형성하여 방울의 궤적을 변하게 한다. 궤적의 변화는 방울이 표적된 픽셀 중앙을 가격하지 않는다는 것을 의미하며, 매체상에 인쇄 에러를 가져온다. 노즐 판의 조절은 발명의 명칭이 수동 오리피스를 이용하는 임펄스 제트 장치의 유체적 조정(Fluidic Tuning of Impulse Jet Devices Using Passive Orifices)인 알렌(Allen) 등의 미국 특허 제 4,550,326 호(본 명세서의 양수인에게 양도됨)에 개시되었다.

잉크젯 인쇄시 다른 문제점은 고 해상도, 예를 들면 다중 통과 및 양방향 300dpi 인쇄에서 일어난다. 잘못 정렬된 방울은 입자화, 색조 이동, 흰 공간 등과 같은 역결과를 초래한다. 일반적으로, 이원의 구형 방울은 사각형 픽셀의 그리드상에 분포되며 방울은 타겟 픽셀의 4개 모서리에 가시가능한 흰 공간이 발생하지 않기에 필요한 정도로 겹쳐진다(전술한 트래스크, 도안, 하이크맨의 특허에 기술됨). 언급한 바와 같이, 잉크 사용은 그러한 기법에 의해 급격히 증가된다. 더욱이, 픽셀사이에 다중 방울 또는 겹침, 스와스사이에 흰색 밴딩이 발생하지 않는다면, 인쇄 매체 라인 공급 에러는 방울 크기와 비교해 중요하다. 따라서, 만약 완전하게 크기가 결정된 잉크 방울의 완전히 정확한 궤적이 얻어질 수 있다면, 이러한 종래의 발명 각각은 요구되는 것보다 많은 잉크를 사용한다.

따라서, 그러한 완성을 달성하기 위해 기술적인 비약적인 발전이 이루어질 때까지, 열 잉크젯 프린트 헤드 및 우수한 인쇄 품질을 얻고 양자화 효과 및 잉크 사용을 감소시키는 잉크 방울의 분포 방법을 개선하기 위한 노력이 여전히 필요하다. 본 명세서의 목적은 데이터 출력은 증가시키는 반면 높은 도트 배치 인쇄 해상도를 요구함이 없이 잉크젯 인쇄 시스템의 명시도 및 색깔 양자와 레벨을 감소시키는 것이다.

본 발명의 기본적인 실시예에서, 본 발명은 픽셀 도트 매트릭스를 프린트 매체상에 프린트시에 사용하기 위한 잉크젯 프린트 헤드 장치를 제공한다. 프린트 헤드 장치는, 각각 다수의 노즐을 구비한 방울 발생기의 어레이와, 상기 방울 발생기의 각각내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소와, 각 방울 발생기가 소정의 레이아웃내에 한세트의 노즐을 포함하여 방울 발생기의 각각내에 한세트의 노즐을 제공하도록 구성된 다수의 노즐을 포함하며; 방울 발생기가 프린트 매체 타겟 픽셀을 가로지르면서 프린트 헤드가 매체를 가로질러 스캔될 때, 각 세트내의 노즐은 매체상에 도트를 형성하는 잉크 방울을 분배하여, 각 세트로부터 매체상에 형성된 도트중 적어도 하나는 실질적으로 타겟 픽셀 외측에 있게 한다.

본 발명의 다른 기본적인 실시예는 잉크젯 펜이다. 펜은, 하우징과, 상기 하우징내에 있으며 소정의 화학식의 적어도 하나의 잉크 서플라이를 포함하는 적어도 하나의 내장형 잉크 용기와, 잉크 용기로부터의 잉크 유동체를 수납하도록 용기에 유체식으로 결합된 프린트 헤드와, 프린트 헤드를 하드 카피 장치 프린트 제어기에 결합하기 위한 전기 접점을 포함하며; 상기 프린트 헤드는 어레이내에 배향된 다수의 방울 발생기를 구비하며, 어레이의 각 방울 발생기는 상기 방울 발생기의 기하학적 중심점을 중심으로 배열된 다수의 노즐을 구비하며, 각각의 방울 발생기는 전기 접점에 결합된 적어도 하나의 가열 요소를 구비하며, 각각의 노즐은 가열 요소에 인접하며 입구 포트 면적 치수를 가진 잉크 입구 포트를 구비하며, 각각의 노즐은 잉크 방울을 인접하여 위치된 프린트 매체상으로 방출하기 위해 가열 요소로부터 말단에 출구 오리피스를 구비하며, 출구 오리피스의 면적 치수는 카트리지를 사용하여 프린트할 픽셀의 면적 치수보다 작고 입구 오리피스 면적 치수보다 작으며, 노즐의 어레이내의 출구 오리피스의 면적 치수의 합은 픽셀의 면적 치수보다 작다.

본 발명의 다른 기본적인 실시예에서는 잉크 방울을 인접한 프린트 매체상으로 분산하여 픽셀의 그리드상에 도트 매트릭스 프린트를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 도트 매트릭스는 그래픽 아트, 아미지 및 문자숫자식 문자를 형성하도록 선택적으로 조정된다.

상기 방법은, 제 1 축방향(X)에서 적어도 하나의 잉크젯 펜으로 프린트 매체를 스캐닝하는 단계와; 상기 스캐닝 단계 동안에, 잉크젯 펜의 잉크젯 프린트 헤드의 잉크 발생기 어레이의 각 방울 발생기에서 다수의 잉크 방울을 동시에 발생시키는 단계와, 각 세트의 잉크 방울이 각 매체상에 도트를 형성하도록 픽셀의 그리드에서 선택적으로 동시에 발생된 잉크 방울 세트를 동시에 점화시키는 단계를 포함하며; 각각의 도트의 사이즈는 픽셀의 사이즈보다 작으며, 잉크 방울 세트는 그리드의 타겟 픽셀상에 또는 타겟 픽셀을 중심으로 패턴으로 분산되어, 방울 세트의 각각은 1/(세트당 방울의 개수)×(타겟 픽셀의 면적) 보다 작은 직경을 갖는 도트를 생성한다(diameter_dot=1/n×P_a, 여기에서 n은 방울 발생기당 오리피스의 개수이며 P_a는 인쇄될 픽셀의 면적임).

본 발명의 또다른 기본적인 실시예에 있어서 펜용의 상기 장치는, 하우징과, 스캐닝 캐리지와, 캐리지내에 장착된 적어도 하나의 펜과, 일렬 인쇄 작동이 실행되는 플래튼을 구비한 잉크젯 하드 카피 장치를 제공한다. 상기 장치는 하우징과, 하우징내에 있으며 소정의 화학식의 적어도 하나의 잉크 서플라이를 포함하는 적어도 하나의 내장형 잉크 용기와, 잉크 용기로부터의 잉크 유동체를 수납하도록 용기에 유체식으로 결합된 프린트 헤드와, 프린트 헤드를 하드 카피 장치 프린트 제어기에 결합하기 위한 전기 접점을 포함하며; 상기 프린트 헤드는 어레이내에 배향된 다수의 방울 발생기를 구비하며, 어레이의 각 방울 발생기는 상기 방울 발생기의 기하학적 중심점을 중심으로 배열된 다수의 노즐을 구비하며, 각각의 방울 발생기는 전기 접점에 결합된 적어도 하나의 가열 요소를 구비하며, 각각의 노즐은 가열 요소에 인접하며 입구 포트 면적 치수를 가진 잉크 입구 포트를 구비하며, 각각의 노즐은 잉크 방울을 인접하여 위치된 프린트 매체상으로 방출하기 위해 가열 요소로부터 말단에 출구 오리피스를 구비하며, 출구 오리피스의 면적 치수는 카트리지를 사용하여 프린트할 픽셀의 면적 치수보다 작고 입구 오리피스 면적 치수보다 작으며, 노즐의 어레이내의 출구 오리피스의 면적 치수의 합은 픽셀의 면적 치수보다 작으며, 각 방울 발생기의 노즐의 각각은 방울 발생기의 기하학적 중심점을 중심으로 스캔축의 평면 및 매체 회전축의 평면에서의 축의 교차점에 대해 회전된 위치에서 배향되어, 도트가 인접한 픽셀내의 노즐의 각각으로부터 방울 발생기가 가로지르는 픽셀까지 인쇄되며, 각 출구 오리피스는 식[1/(방울 발생기당 오리피스의 개수)×(픽셀의 면적 치수)]에 따라 계산된 면적보다 작은 출구 오리피스 면적을 가진다(A_eo=1/n×P_a, 여기에서 A_eo는 방울 발생기당 오리피스의 개수이며 P_a는 인쇄될 픽셀의 면적임).

본 발명의 장점은 에지 전이 날카로움을 낮추는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 발광성 전이 영역의 이미징을 제공하는 것이다.

본 발명의 장점은 동일한 도트 위치 해상도를 실행하는 단일 오리피스 방울 발생기를 이용해서 성취된 것보다 증가된 인쇄 해상도 또는 다중 방울 모드 프린트 레벨의 개수가 필요없이 보다 낮은 프린트 거칠기 및 중간 색상 영역의 프린팅시에 보다 부드러운 칼라 전이가 성취된다는 것이다.

본 발명의 장점은 프린트된 도트를 중첩시킬 필요성을 실질적으로 제거하여 양자화 에러를 감소시키고, 이미지를 프린트하는데 필요한 잉크의 양을 감소시킨다는 것이다.

본 발명의 장점은 프린트당 잉크 양을 증가시킬 필요없이 잉크젯 프린트 품질 지각을 개선한다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 잉크내의 염료량을 감소시킬 필요없이 잉크젯 프린트의 칼라 채도 및 거칠기를 감소시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 프린트 매체상에 침착된 물 또는 다른 염료 솔벤트의 양을 감소시켜 건조 시간과 프린트 매체 주름 영향을 감소시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 노즐 치수가 감소되어 보충 시간(보충이란 출구 오리피스 직경에 반비례함)을 감소시키고, 비례적으로 하드 카피 출력을 증가시킨다.

본 발명의 다른 장점은 보다 작은 잉크 방울을 형성하는 감소된 노즐 치수는 방울 발생기의 가열 요소로부터의 방울당 점화 에너지를 감소시킬 필요가 있어서 열적 특성 및 프린트 헤드 수명 기대치를 향상시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 가열 요소 레지스터가 상업적인 다중 방울 모드 하드 카피 장치로서 픽셀당 몇배로 점화시킬 필요가 없다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 방울 오정렬에의 민감성을 감소시키고, 노즐 출구 오리피스 둘레에서의 잉크 교반에 의해 야기된 궤적 에러에의 민감성을 감소시켜 프린트 품질을 개선한다는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 300dpi 픽셀 영역의 4개의 사분면과 같은 보다 큰 영역의 면적상에서 600dpi 방울과 같은 소정의 방울 체적, 대략 전체 염료량의 채도의 1/4을 분산시킴으로써 보다 적은 잉크를 사용하여, 픽셀상에 보다 균일하게 잉크를 덜 분산시킴으로써 페이지의 선명도를 낮춰서 프린트 품질을 개선한다는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 다중 노즐 방울 발생기가 다양한 레이아웃 형상에 적합할 수 있어서, 프린트 매체상의 최종 도트가 보다 확산하는 픽셀 충전물을 형성하고, 프린트하는데 잉크를 덜 사용하고, 방울 오정렬 에러, 시트 공급 에러 및 궤적 에러를 제거한다는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 그래픽 및 이미지가 단지 단일 잉크가 원색을 필요로 하여, 상이한 염료량 또는 착색제 화학식을 이용하여 다중 잉크 원색을 이전에 필요로 하던 색조 범위를 생성할 수 있다는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 2방향 스캔 프린팅을 사용하기에 적합하여 출력을 증가시킨다는 것이다.

본 발명의 또다른 장점은 각 다중 노즐 방울 발생기의 방향을 조합시킬 수 있어서, 노즐 막힘 또는 방울 발생기 노즐의 오정렬에 의해 발생된 것과 같은 프린팅 에러가 프린트시에 감춰질 수 있다는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 노즐-가열요소 정렬에 필요한 제조 허용오차 요구조건을 쉽게 할 수 있다는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 현재의 상업적인 잉크젯 하드 카피 장치를 개장시킬 수 있다는 것이다.

도 1은 본 발명이 사용된 잉크젯 장치(커버 패널판이 제거됨)의 개략적인 사시도,

도 2는 도 1의 잉크젯 프린트 카트리지 부품의 개략적인 사시도,

도 2a는 도 2의 프린트 카트리지의 프린트 헤드 부품의 상세한 개략도,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드 방울 발생기 구조체의 중심 가열 요소에 대해 3개의 상이한 노즐 배치 구성을 나타낸 개략적인 평면도,

도 4a는 본 발명에 따른 잉크 방울 발생기로서 도 4b의 A-A 선 단면도,

도 4b는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 것과 같이 방울 발생기의 중심 가열 요소에 대해 제 4 노즐 배치 구성인 본 발명에 따른 개략적인 평면도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 4개 노즐, 1개 가열 요소를 갖는 잉크젯 방울 발생기(전체 어레이의 부분)의 3개 세트의 개략적인 평면도,

도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 것과 같은 본 발명의 실시예의 개략적인 평면도로, 도 6a는 도 5의 축소도이며, 도 6b는 도 6a와 비교해 노즐 세트가 역회전된 도면,

도 7은 도 5에 도시된 것과 같은 본 발명의 변형 실시예에 따른 4개 노즐, 4개 가열 요소를 갖는 4 세트의 잉크젯 방울 발생기(전체 어레이의 부분)의 개략적인 평면도,

도 8은 노즐의 방향이 역회전된 도 7에 도시된 것과 같은 본 발명의 실시예의 개략적인 평면도,

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 다중 노즐을 구비한 1개의 방울 발생기를 사용해 형성된 도트 매트릭스를 인쇄하기 위한 연속적인 스캐닝 통과의 방법을 나타내는 도면,

도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 본 발명에 따라 구성된 다중 노즐 프린트 헤드의 사용에 따른 프린트 품질 개선을 나타내는 칼라 비교 샘플 인쇄물,

도 11a 및 도 11b는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 것과 같은 방법을 위한 2개의 예시적인 프린트 헤드 노즐 배향을 나타내는 도면,

도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d 및 도 12e는 도 11a 내지 도 11b와 비교하여 보다 복잡한 예시적인 프린트 헤드 노즐 배향을 나타내는 도면,

도 13은 도 4a에 도시된 것과 같은 본 발명에 따른 방울 발생기의 변형 실시예의 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

111 : 카트리지 217 : 오리피스

403 : 가열 요소 407, 409, 413, 411 : 노즐

415 : 매니폴드 501 : 오리피스 판 어레이

1101 : 타겟 픽셀

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 하기의 설명과 첨부도면을 참조하면 분명해지며, 도면에서 유사한 참조번호는 유사한 구성요소를 가리킨다.

본 명세서에 참조된 도면은 특별히 지시한 것을 제외하고는 일정 비율로 도시된 것이 아님을 알 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에 대해 참조가 상세히 이루어졌으며, 본 발명을 실행하기 위해 발명자에 의해 도면이 도시되었다. 또한 변형 실시예가 간단히 도시되어 있다.

예시적인 잉크젯 하드 카피 장치(ink-jet hard copy apparatus) 즉, 컴퓨터 프린터(101)가 기본적인 형태로 도 1에 도시되어 있다. 프린터 하우징(103)은 플래튼(platen)(105)을 포함하며, 인쇄 매체(107)는 본 기술분야에 공지된 바와 같은 메카니즘에 의해 플래튼으로 이송된다. 캐리지(109)는 개별 프린트 카트리지의 세트(111)를 보유하고 있으며, 상기 카트리지 각각은 청록색 잉크, 자홍색 잉크, 노란색 잉크 및 검정색 잉크를 갖는다. [변형 실시예에 있어서, 잉크젯 펜(pens)은 유체식으로 연통된 편심 잉크 용기로부터 간헐적으로 보충되는 적어도 하나의 내장형 소형 잉크 챔버를 갖는 반영구적인 프린트 헤드 장치를 포함하는 것으로, 본 발명은 잉크젯 카트리지와 펜 모두에 적용가능하다.] 캐리지(109)는 슬라이더(slider)(113)상에 장착되며, 캐리지(109)가 인쇄 매체(107)를 가로질러 전후방향으로 스캔(scan) 가능하도록 한다. 스캔 축 X는 화살표(115)로 도시되어 있다. 캐리지(109)가 스캔할 때, 잉크 방울은 소정의 인쇄 스와스 패턴(print swath patterns)으로 프린트 카트리지의 세트(111)로부터 매체(107)상으로 점화될 수 있어서, 도트 매트릭스 조작을 이용해 이미지 또는 문자숫자식 문자(alphanumeric characters)를 형성한다. 일반적으로, 도트 매트릭스 조작은 컴퓨터(도시되지 않음)에 의해 결정되며 명령은 프린터(101)내의 내장형이며 마이크로프로세서가 있는 전기 제어기(도시되지 않음)로 전송된다. 잉크 방울 궤적 축 Z는 화살표(117)로 도시되어 있다. 프린트의 스와스가 완료되면, 매체(107)는 화살표(119)로 도시된 인쇄 매체 축 Y을 따라 적당한 길이로 이동되어 이후의 스와스가 인쇄될 수 있다.

도 2 및 도 2a에는 예시적인 열 잉크젯 카트리지(210)가 도시되어 있다. 카트리지 하우징(212) 또는 쉘은 내부 저장 용기(도시되지 않음)를 포함한다. 카트리지(210)는 전기 접속부(220)를 갖는 프린트 헤드(214)가 제공되며, 상기 프린트 헤드(214)는 플랙스 서킷(218)식으로 제조될 수 있다. 프린트 헤드(214)는 접속부(220)와 접속하는 개별 가열 요소(일반적으로 전기 저항기)로 유도되는 하위 노즐과 조합해 제조된 다수의 소형 오리피스(217)를 구비한 오리피스 판(216)을 포함하며, 상기 요소는 방울 발생기(drop generators)의 프린트 헤드 어레이를 형성한다[도시되지 않았지만, 도 4의 하부를 참조하며, 예를 들어 레이저 박리형 프린트 헤드 부품(laser ablated print head components)을 제조하기 위한 방법을 개시하는 미국 특허 제 4,967,208 호 및 제 5,278,584 호와, 미국 특허 제 5,291,226 호, 제 5,305,015 호 및 제 5,305,018 호(쉔츠(Schantz)) 등은 본 발명의 양수인에게 양도하였으며 본 명세서에서 참조로서 인용됨) 참조]. 도 2a는 2개의 평행 칼럼으로 배치된 다수의 단일 오리피스 방울 발생기의 배치를 포함하는 노즐(217)의 어레이를 갖는 간략화된 상업용 설계를 나타낸다. 잉크 방울이 노즐의 오리피스를 통해 인접한 인쇄 매체[도 1의 참조번호(107) 참조]상으로 방출되도록 가열 요소를 통한 잉크의 열 여진(thermal excitation)이 사용된다. 뷰 포트(view ports)(222, 224)는 프린트 헤드(214)의 방울 발생기 영역내에 종종 형성된다. Hewlett-Packard(등록상표) DeskJet(등록상표) 프린터와 같은 상품에 있어서, 300dpi 해상도를 위해 192개의 단일 노즐 방울 발생기가 사용된다.

본 발명의 주요 특징인 오리피스 및 노즐의 구성은 방울 크기, 속도 및 Z축 방향으로 잉크 방울의 궤적을 제어하는 설계 변수이다. 표준 방울 발생기 구조는 하나의 오리피스를 가지며, 단위 픽셸 인쇄 모드당 단일 방울 또는 단위 픽셸 인쇄 모드당 복수개의 방울을 점화한다. [단일 방울 모드에 있어서(바이너리「binary」라 공지됨), 일 구형 잉크 방울은 각각의 프린트 카트리지(210)의 각 노즐(217)로부터 인쇄 매체(107)상의 개별 타겟 픽셀(target pixel)로 선택적으로 점화되며(즉, 타겟 픽셀은 일 노즐로부터 1개의 노란색 방울과 다른 노즐로부터 2개의 청록색 방울을 가져 특정한 색조를 띨 수 있음), 채도 및 해상도를 개선하기 위한 복수 방울 모드에 있어서, 특별한 색조를 위해 2개의 노란색 방울과 2개의 청록색 방울이 사용된다. {본 발명의 명세서 및 특허청구범위의 목적을 달성하기 위해서, 점화, 비상 시간, 궤적, 노즐의 형상 및 당업자에게 공지된 것과 같은 유사한 것의 물리 현상을 고려 할 때, 타겟 픽셀(target pixel)은 잉크젯 프린트 헤드가 인접한 인쇄 매체를 가로질러 스캐닝함에 따라 방울 발생기가 횡단하는 픽셀을 의미하며, 즉 종래의 프린트 헤드에 있어서, 특정 방울 발생기가 조준하는 픽셀이다. 하기의 상세한 명세서를 근간으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 대해, 타겟 픽셀은 본 발명의 방울 발생기가 도트를 형성하는 픽셀의 위치와 상이하며, 즉 도트는 현재 횡단되는 픽셀, 예를 들면 종래의 타겟 픽셀보다는 픽셀들에 형성될 수 있다.}] 인쇄 매체상의 도트는 동일 프린트 카트리지상의 동일한 및 다른 노즐에서의 도트와 대략 동일한 크기 및 색깔을 갖는다.

도 3a 내지 도 3c 및 도 4a와 4b를 도 2 및 도 2a와 비교했을 때, 복수 오리피스 및 노즐 방울 발생기 설계에 있어서, 오리피스 판은 각 방울 발생기용의 다양한 구성을 가질 수 있임을 알 수 있다. 통상의 실시예에 있어서, 각 복수 노즐 방울 발생기는 노즐 세트의 어레이를 포함하며, 예를 들면 300dpi 인쇄를 하기 위해, 4개 노즐 방울 발생기 192 세트(4개의 세트에서 768 노즐)가 사용된다. 도 3a 내지 도 3c 및 도 4b에 있는 구성을 얻기 위해 가열 요소의 개수는 도 1 내지 도 2a에 기술된 구조와 상이하지 않기 때문에, 동일한 제어기를 사용하는 개장(retrofit)도 가능하다.

도 4b의 A-A선을 따라 취한 도 4a의 단면도에 있어서, 방울 발생기(401)는, 예를 들면 잉크 점화실(405)내에 위치설정된 가열 요소(403), 즉 저항기를 갖는 공지된 레이저 박리 구조(앞의 배경 기술 부분 및 쉔츠 등의 미국 특허 참조)를 사용해 형성된다. 상부 점화(a top-firing)[측부 점화(side-firing)와 비교하여] 실시예에 있어서, 노즐(407, 409, 411, 413)은 매니폴드(415)에 걸쳐 절단된다. 각각의 노즐(407, 409, 411, 413)은 가열 요소(403)에 가장 인접한 잉크 유입 직경(D)(417)에서 원방의 좁은 잉크 방울 출구 직경(d)(419)으로 테이퍼진다. [노즐 요소를 명확히 구별하기 위해, 가열 요소(403)에 가장 가까운 입구는 잉크 유입구(entrance port)라 부르며, 잉크 방울이 인쇄 매체쪽으로 배출되는 노즐로부터의 말단 잉크 출구는 유출구(exit orifice)라 불린다] 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 4b를 비교해 보면 다양한 설계 구성이 가능하다[도시된 것들은 도시된 레이아웃(layouts)으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 양 짝수 및 홀수 개의 노즐/오리피스 세트 어레이 그리고 조합적인 노즐/오리피스 세트를 포함하는 것은 당업자에 의해 명백해 질 수 있음]. 특별한 최적 레이아웃은 스캔 속도, 잉크 조성물, 잉크 방울 비상 시간, 오리피스 판과 인쇄 매체사이의 비상 거리 등의 당업자에게 공지된 많은 기계 설계 요소에 달려 있음을 알아야만 한다. 더욱이, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 동시에 점화되는 방울이 비상중에 합쳐지지 않도록 특별히 설계되었다. 다른 설계 조건에도 만족하다면, 노즐은 방울이 비상중에 합쳐지도록 또는 분리되도록 배향될 수 있다. 상기 변형 실시예는 도 13에 도시되었다.

더욱이, 방울 발생기당 노즐의 혼합은 어레이에 걸쳐 동일할 필요가 없다. 즉, 일 잉크에 대한 제 1 세트는 3개의 노즐을 갖을 수 있으며, 다른 잉크에 대한 어레이의 다른 세트는 방울 발생기당 6개의 노즐을 갖을 수 있다.

각 출구 오리피스는 1/(방울 발생기당 오리피스의 개수×픽셀의 면적 치수)보다 작은 출구 오리피스 면적 치수를 갖는다(1/n×P_a, n은 방울 발생기당 오리피스 개수이며, P_a는 인쇄되는 픽셀의 면적임). 예를 들면, 만약 특정 방울 발생기에 3개의 노즐이 있다면, 각 출구 오리피스는 (1/3)×(픽셀의 면적), 예를 들면 (1/3)×(1/300in²) 보다 작은 면적을 가지며, 만약 방울 발생기당 4개의 노즐이 있다면, 각 출구 오리피스는 (1/4)×(1/300in²) 보다 작은 면적 등을 갖는다. 따라서 방울 발생기에 있어서 각 노즐 어레이의 면적의 합은 픽셀의 면적보다 작다. 달리 말하며, 잉크 방울을 발생기키고자 하는 의도는 분포 패턴에 있어서 약 20 내지 25 미크론 이하의 직경을 갖는 도트를 형성하며, 여기서 도트는 픽셀의 인접한 영역을 차지하며 도트들 사이의 공간은 20 내지 25 미크론보다 작아 나안(naked eye)으로는 식별할 수 없다.

도 5에는 4개 노즐의 잉크 방울 발생기의 부분적인 오리피스 판 어레이(501)의 바람직한 제 1 실시예가 도시되어 있으며(총 어레이의 3 세트), 이후 오른쪽으로 회전된 쿼드 구조(right rotated quad architecture)라 부름, 이전의 예시적인 실시예에 있어서[마니니(Manini)의 종래 기술에 있어서], 노즐(407, 409, 411, 413) 모두는 저항기(403)의 기하학적 중심[즉, 방울 발생기의 기하학적 중심점 및 스캔 축(X), 프린트 축(Y)]을 중심으로 사분면의 수직한 세트로 배향되었다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 레이아웃의 수직 방향으로부터의 회전은 상이한 장점을 갖음을 알 수 있다. 더욱이, 이 어레이는 Y축[화살표(119)]에 대해 편심인 방울 발생기의 각 칼럼을 갖는다[이러한 편심의 목적 및 방법은 챈(Chan) 등에 의해 발명되었으며, 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 본 명세서에서 참조로 인용되는 칼라에 이용하기 위한 다중실 잉크젯 기록 헤드(A Multi-Chamber Ink Jet Recording Head for Color Use)라는 명칭의 미국 특허 제 4,812,859 호에 개시되어 있음]. 상기 구조는 효과적인 출력을 배가시키는 양방향 X축 인쇄를 가능하게 한다는 주요한 장점을 갖는다.

도 5 및 도 6a는 중앙 가열 요소 주위 노즐의 오른쪽으로 회전된 쿼드 구조를 도시하며, 도 6b는 중앙에 위치된 가열 요소(403-403)를 중심으로 노즐(407-413)의 왼쪽으로 회전을 나타낸다. 이후 나타내는 바와 같이, 회전의 조합 및 상이한 회전의 사용은 인쇄 품질에 영향을 미친다.

도 7은 변형 실시예를 도시하는 것으로, 분리 가열 요소(701, 703, 705, 707, 701-707)를 갖는 각 노즐(407-413)과 함께 도 5에서와 유사한 잉크 방울 발생기가 사용되었다. 이러한 배치 및 도트 매트릭스 조작의 사용, 개별 가열 요소의 전기적인 접속 및 어드레싱 알고리즘 기술과 함께, 동시에 모든 노즐보다 작게 점화할 수 있다. 이러한 것은 이미지 해상도를 정밀하게 조정할 수 있게 한다.

도 7은 X축 및 Y축에 평행한 평면의 교차부를 나타내는 방울 발생기의 기하학적 중심점을 중심으로 오른쪽 회전을 도시한 반면, 도 8은 노즐(407-413) 및 개별 가열 요소(701-707)의 좌회전을 나타낸다.

본 발명에 따른 인쇄 작동은 도 9a 내지 9c에 도시되어 있으며, 인쇄될 이미지의 전체 그리드 오버레이로부터 9개의 임의의 픽셀(901-909)의 인접한 세트를 도시한다(상당히 확대됨, 상업적인 설계에 있어서, 각 픽셀은 일반적으로 1/300in²×1/300in²또는 작음). 설명의 용이를 위해, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 단일 세트인 4개 노즐의 점화는 일 픽셀(905)을 채우는 도트를 얻도록 설명되어 지며, 그런 후 이 과정은 실질적으로 연속적이다. 상용 실시예에 있어서, 점화는 알고리즘식으로 제어되며 X축[화살표(115)]으로 매 스캔시 어레이내의 노즐의 일부 또는 모든 선택된 세트는 적절한 색상의 4개의 잉크 방울을 점화하며, 프린트 제어기로부터 발생된 점화 신호에 따라 Y축[화살표(119)]으로 어레이의 길이와 동일한 프린트 헤드 어레이 와이드 스와스(a print head array wide swath)를 형성, 예를 들면 이러한 것은 종이 길이 스와스에 대해 1인치 이하의 펜 스와스일 수 있다

1/300in²을 갖는 이러한 그리드 일부의 중앙 픽셀(905)은 노란색 잉크로 덮임을 가정할 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 예를 들면 X축을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 제 1 스캔 통과 즉, pass₁시, 4개의 잉크 방울(911)은 제어기의 지시에 따라 노즐[예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같은 한 세트의 노즐(407, 409, 411, 413)]로부터 픽셀(901)로 Z축에서 점화된다. 회전된 쿼드 구조에 따른 이러한 점화에서, 잉크 방울(911)은 픽셀(902, 906)과 예시적인 그리드 영역(901-909) 외측의 2개의 픽셀에 놓인다. X축(115)으로 프린트 헤드가 1/300in만큼 이동하면 노즐 세트는 픽셀(902)에 대해 적절히 상대적인 위치로 횡단하며, 제 1 잉크 방울은 예시적인 노란 픽셀(905)의 상부 왼쪽 사분면에 그리고 픽셀(901, 903)에 놓이는 방울을 포함해 4개의 방울(912)이 배치된다. 프린트 헤드가 1/300in만큼 이동하면, 노즐 세트는 픽셀(903)의 위에 있게되며, 픽셀(902, 904)상의 방울을 포함해 4개의 방울(913)이 배치된다. [본 실시예에 있어서, 한 번 통과당 단일 픽셀 행(pixel row)만이 인쇄된다. pass₁동안에 점화 알고리즘의 복잡성은 생성되는 이미지에 따라 다르며, 노즐 어레이 와이드 스와스에서 다수의 픽셀을 가진 프린트 헤드를 완성한 전체 구조체는 원색 잉크의 방울-방울 혼합을 포함해서 동시에 잉크칠되어, 충실한 이미지를 복사하는데 필요한 모든 이미지 색조 및 명시도비를 생성한다.] pass₁의 종결시, Y축(119)으로 매체의 이동과 더불어, 제 2 스와스는 인쇄 매체를 가로지는 다음의 스캔 통과시 인쇄될 수 있다.

도 9b는 오른쪽에서 왼쪽으로 제 2 통과, 즉 pass₂를 도시하는 것으로, 우선 타겟 픽셀의 상부 오른쪽 사분면에 있는 잉크 방울과 픽셀(903, 909)에 있는 방울을 포함해 픽셀(904)을 중심으로 4개의 잉크 방울(914)을 분포시킨다. 프린트 헤드가 1/300in만큼 이동하면, 노즐 세트는 예시적인 픽셀(905) 위에 있게되며, 픽셀(902, 904, 906, 908)내의 방울을 포함해 4개의 방울(915)이 배치된다. 프린트 헤드가 또 1/300in만큼 이동하면, 노즐 세트는 픽셀(906) 위에 있게되며, 예시적인 픽셀(905)의 하부 왼쪽 사분면상에 있는 제 3 잉크 방울 및 픽셀(901, 907)에 있는 방울을 포함해 4개의 방울(916)이 배치된다.

유사하게, 도 9c는 왼쪽에서 오른쪽으로 제 3 통과, 즉 pass₃를 도시한다. 4개의 잉크 방울(917)은 방울 발생기 세트가 Z축[도 에서, 화살표(117)]으로 픽셀(907) 위에 있을 때 도팅 픽셀(dotting pixels)(906, 908)을 포함해 픽셀(907)을 중심으로 배치된다. 프린트 헤드가 1/300in만큼 이동하면, 노즐 세트는 픽셀(908)의 위에 있게되며, 예시적인 픽셀(905)의 하부 오른쪽 사분면에 있는 제 4 잉크 방울 및 픽셀(907, 909)에 있는 방울을 포함해 4개의 방울(918)이 분포된다. pass₃시 이러한 점에서, 예시적인 픽셀(905)은 양방향 스캐닝 방법에 의해 채워짐을 알 수 있다. 이 과정은 픽셀(909)을 중심으로 배치되는 방울(919)과 함께 연속적이다.

또한, pass₃에 의해 잉크의 비말은 스프레이딩에 따른 얽힘이 일어날 수 있는 위치에 놓이게 됨을 알 수 있다. 이러한 효과는 특별한 설계 수행에서 사용되는 회전 레이아웃에 의존한다.

상이한 노즐 회전 방향의 조합이 사용될 때 인쇄 품질이 개선될 수 있음이 더 알려졌으며, 이는 또한 프린트 헤드의 제조시 기계적인 공차와 관련해 중요하다. 예를 들어, CMYK 잉크젯 하드 카피 장치는 특정 칼라 잉크 용기 및 분리 검정 잉크 프린트 카트리지와 각기 연결된 노즐 어레이의 서브셋과 함께 CMY 잉크용 1개의 3색 프린트 카트리지를 사용함을 가정할 수 있다(예를 들면, 표준 단일 노즐 구조). 청록색 잉크용 노즐의 세트 어레이가 도 6b에 도시한 것과 같이 왼쪽으로 회전된 것일 때, 자홍색 및 노란색 잉크용 노즐 세트의 어레이는 각기 도 5 및 도 6b에 도시된 바와 같은 오른쪽으로 회전되어, 인쇄 품질에 있어서 향상을 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 개선된 인쇄 품질을 나타내기 위해, 얼굴 이미지, 즉 눈 주위의 칼라 샘플이 도 10a 내지 도 10d에 도시되어 있다. 이 도면은 10배 확대한 부분 인쇄물의 평범한 페이퍼 카피(paper copy)이다. 도시된 눈 및 노란색 화장 밴드는 실질적인 인쇄 방법으로 만들어진 4개의 상이한 컴퓨터를 사용해서 본래 이미지를 만들었으며 비교 프린트물은 Hewlett-Packard(등록상표) DeskJet(등록상표) 프린터, 모델 850을 써서 생성한 것이다. 도 10a는 종래의 단일 노즐 프린트 헤드, 300dpi 프린터로 만들어진 샘플 인쇄물의 도면이며, 도 10b는 종래의 단일 노즐 프린트 헤드, 600dpi 프린터로 만들어진 도면이며, 도 10c는 도 5에 도시된 것과 같은 오른쪽으로 회전된 쿼드 구조(CMYK R-RotQuad)내에 CMYK 잉크용 노즐 레이아웃 구조를 사용한 본 발명에 따른 프린트 헤드를 사용해 실험용 컴퓨터에 의해 만들어진 도면이며, 도 10d는 청록색 잉크용으로 도 6b에 도시된 것과 같은 왼쪽으로 회전된 방향(CL-)의 노즐 어레이 레이아웃 구조와 자홍색 및 노란색 잉크용으로 도 5에 도시된 것과 같은 오른쪽으로 회전된 구조(MYK-R-RotQuad)인 노즐 어레이 레이아웃 구조를 사용한 본 발명에 따른 프린트 헤드에 의한 도면이다.

도 10a는 주목할 만한 입자를 도시한다. 즉, 아이리스(iris)의 최고의 해상도 영역에서 조차도 개별 도트는 독립의 눈에 매우 명백하다. 검정색이 집중한 동공의 중심에서만 개별적인 도트가 사라진다. 예를 들면, 관찰자의 우측으로 노란색 도트가 많은 눈동자 위쪽의 명시도(luminance) 전이 영역은 매끄럽기 보다는 불연속적이다(도 10b 비교).

도 10b는 600dpi의 고해상도의 프린트로, 풍부한 색상 집중, 매끄러운 색조 전이 및 현저히 감소된 입도(granularity)를 가지며, 전이 영역 색조 및 눈의 흰색에서 주로 영향을 미치는 것으로 나타나는 개별 도트의 감소된 크기를 갖는다.

도 10c를 도 10a 및 도 10b와 비교하면, 전반적인 인쇄 품질이 도 10a에 의한 것보다는 도 10b의 600dpi급 고해상도에 근접하게 됨을 바로 알 수 있다. 전반적인 입자의 거칠기(graininess)에 있어서 현저한 감소를 보인다. 풍부한 색상이 인식되며 명시도 정량(rations)이 개선된다.

도 10d를 도 10a 및 도 10b와 비교하면, 도 10c에서와 같은 동일한 관찰을 할 수 있다. 도 10c와 도 10d는 전반적인 인쇄 품질에 있어서 서로 매우 근접한 반면에, 도 10d는 도 10b에 근접해 나타나는 전반적인 섬세함을 갖는다. 다른 말로, 해상도가 600dpi 샘플 프린트에 약간 근접한다.

방울 발생기를 가리키는 일부 칼라 잉크의 역회전은 프린트 에러를 감소하는 보다 큰 양자화의 장점을 제공한다. 예를 들면, 도 10d는 도 10d보다 아이리스의 화이트 플래쉬 영역(white flash region)에서 거의 주목할 수 없는 사선 밴딩(diagonal banding)을 갖는다. 또한, 이러한 기술은 마스킹 물결무늬 패턴(masking moire patterns)에서 효과적이다[바람직하지 않은 패턴은 반색조(halftone)가 이전에 인쇄된 반색조로부터 만들어질 때 일어나며, 이는 도트와 어레이사이에 불일치를 초래한다].

도 11a는 특별히 이로운 인쇄 기법의 실시예를 도시한다. 프린트 헤드에서 노즐 회전의 조합은 노란색 잉크 방울이 오른쪽으로 회전된 청록색 노즐 클러스터, 왼쪽으로 회전된 자홍색 노즐 클러스터 및 종래의 단독 프린트 헤드, 즉 단일 노즐 설계로부터 점화되는 최외측 코너에 배치된 검정색과 일치하여 떨어지는 다른 방울과 함께 타겟 픽셀(1101)쪽으로 향하도록 도시된 것이다. 이러한 어레이는 인쇄된 이미지에 있어서 입도를 감소시키기 때문에 바람직하다.

도 11b는 회전 인쇄 기법을 나타내는 것으로, 이는 검정 도트의 인쇄를 강화한다. 따라서, 프린터에 있어서, 거의 레이저 품질의 문자숫자식 문자 인쇄용으로 사용될 수 있다.

도 12a 내지 도 12e는 보다 복잡한 수행 방법중 하나를 나타내는 것으로, 이는 본 발명에 따라 발명될 수 있다. 도 12a 내지 도 12d는 스캐닝할 때 적절하게 구조화된 프린트 헤드는 수퍼 픽셀(super pixels)을 패턴으로 규정할 수 있어, 연속적인 행이 인쇄됨에 따라, 수퍼 픽셀은 도 12e에 도시된 것과 같은 패턴을 형성하도록 C, Y, M, K로 층을 이룬다. 실제적인 노즐 점화 및 도트 침전은 물론 되풀이 되는 이미지에 근간된다.

본 발명은 보충이 노즐 구멍의 반경에 반비례하므로 노즐 크기의 감소로 인해 출력을 상당히 향상시킨다. 본 기술 분야에 있어서, 300dpi 잉크젯 프린터는 약 5㎑에서 작동하며, 600dpi 프린터는 약 12㎑에서 작동한다. 본 발명의 장치 및 방법에 따른 작은 비말의 침전(예를 들면, 1200dpi 하드 카피 프린터와 동일한 개별 방울 체적을 가짐)은 300dpi에서 약 30㎑에서 작동하도록 추정할 수 있지만, 다중 방울 모드, 고해상도 인쇄가 요구하는 고 데이터 비율을 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명은 프린트 헤드 작동 온도 문제를 감소시킨다. 각 가열 요소는 싸이클당 보다 많은 잉크 방울을 점화한다. 이 프린트 헤드는 하기의 공식에 따라 종래의 다중 방울 모드에 있어서 보다 고온을 갖는 경향이 있다.

여기서, T_e는 점화시 저항기 행정(excursion) 온도이며, E는 방울 에너지이며, M은 방울 질량, C_p는 특정 열이다. 예를 들면 1200dpi의 고해상도 인쇄시, 잉크 방울의 질량이 감소함에 따라 에너지 요구치는 비례적으로 감소하지 않으며, 온도 행정이 70℃ 이상이 되며, 이는 제품 수명 설명용으로 적합하지 않음이 알려졌다.

전술한 명세서에 따라서, 본 발명은 프린트 헤드 설계 및 이 설계를 사용해 잉크 방울 침전 방법을 제공하며, 비록 일반적인 저해상도의 잉크젯 인쇄와 관련된 기술을 사용함에도 불구하고 향상된 인쇄 품질을 제공한다. 프린트 헤드의 기계적 및 전기적인 작동 요구치가 또한 향상되었다.

본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명은 도시 및 상술의 목적을 위해 상술되었다. 기술된 명확한 형태로 본 발명을 철저하게 또는 한정하도록 의도되진 않았다. 뚜렷히, 당업자에 의해 다수의 변형 및 변화가 이루어질 수 있다.

명백히, 각 방울 발생기당 노즐의 세트는 2개, 3개 또는 4개로 한정되지는 않는다. 예를 들면, 잉크 조성물이 측방향 스프레이딩용으로 설계되고, 가능하면 적은 잉크로 영역을 균일하게 덮도록 하는 의도가 있는 곳에서는 6각형 어레이가 약 30% 가량 침전되는 전체 잉크를 감소시킨다. 따라서, 다른 구조의 칼라 잉크로 충전된 검정색 영역에 사용된 몇몇 6각형 노즐 세트를 포함 사용함으로써 특정 프린트 헤드를 설계할 수 있게 한다.

더욱이, 본 발명은 전형적이고, 상용적인 스캐닝 잉크젯 장치의 견지에서 상술되었다. 그러나, 페이지 폭 및 페이지 길이 프린트 헤드는 본 기술 분야에서 가능하며, 본 발명은 그러한 수행에 적용가능하다.

유사하게도, 기술된 어떠한 과정 단계도 동일한 결과를 얻기 위해 다른 단계와 서로 교환가능하다. 본 실시예는 본 발명 및 이의 최선의 적용의 원리를 가장 잘 설명하도록 선택되고 기술되었으며, 그에 따라 당업자에 의해 여러 실시예에 대해 본 발명을 이해하고 숙고된 특별한 사용에 만족되는 것과 같이 각종 변형이 이해된다. 본 발명의 범위가 본 명세서에 첨부된 특허청구범위 및 이의 동등물에 의해 규정되도록 의도 되었다.

본 발명은 에지 전이 뽀족함을 낮추며, 발광성 전이 영역의 이미징을 제공하며, 동일한 도트 위치 해상도를 실행하는 단일 오리피스 방울 발생기를 이용해서 성취된 것보다 증가된 인쇄 해상도 또는 다중 방울 모드 프린트 레벨의 개수가 필요없이 보다 낮은 프린트 거칠기 및 중간 색상 영역의 프린팅시에 보다 부드러운 칼라 전이가 성취되며, 양자화 에러를 감소시키고, 이미지를 프린트하는데 필요한 잉크의 양을 감소시키며, 프린트당 잉크 양을 증가시킬 필요없이 잉크젯 프린트 품질 지각을 개선하며, 잉크내의 염료량을 감소시킬 필요없이 잉크젯 프린트의 칼라 채도 및 거칠기를 감소시키며, 프린트 매체상에 침착된 물 또는 다른 염료 솔벤트의 양을 감소시켜 건조 시간과 프린트 매체 주름 영향을 감소시키며,열적 특성 및 프린트 헤드 수명 기대치를 향상시키며, 방울 오정렬에의 민감성을 감소시키고, 노즐 출구 오리피스 둘레에서의 잉크 교반에 의해 야기된 궤적 에러에의 민감성을 감소시켜 프린트 품질을 개선한다.

Claims

인쇄 매체(107)상에 픽셀 도트 매트릭스를 인쇄하기 위해 사용하는 잉크젯 프린트 헤드(214) 장치에 있어서, 각각 다수의 노즐(217)을 갖는 방울 발생기(401)의 어레이와, 상기 방울 발생기(401)의 각각내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소(403)를 포함하며; 상기 각 방울 발생기(401)가 각 방울 발생기(401)내의 한 세트의 노즐(217)을 제공하는 소정의 레이아웃(layout)으로 한 세트의 노즐(217)을 포함하도록 구성되며, 방울 발생기가 인쇄 매체(107)의 타겟 픽셀(target pixel)(예를 들면, 905, 1101)을 횡단함에 따라, 상기 프린트 헤드(214)가 상기 매체(107)를 가로질러 스캐닝할 때, 각 세트내의 상기 노즐(217)은 매체(107)상에 도트를 형성하는 잉크 방울을 분산시켜 각 세트로부터 매체(107)상에 형성된 적어도 하나의 도트는 타겟 픽셀(예를 들면, 905, 1101)의 실질적으로 외측에 놓이는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방울 발생기(401)의 어레이는 상기 각 방울 발생기(401)의 다수의 노즐(217)의 소정의 레이아웃을 더 포함하며, 각 개별 세트내의 상기 모든 노즐(217)은 매체(107)상에 도트를 형성하는 잉크 방울을 분산시켜서, 생성된 모든 도트는 상기 각 방울 발생기(401)의 각 점화시 픽셀(예를 들면, 905, 1101)의 각 행내의 개별 타겟 픽셀(예를 들면, 905, 1101) 외측에 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방울 발생기(401) 각각은 4개 노즐(217)의 세트를 더 포함하며, 4개 노즐(217) 각각의 출구 오리피스(419) 직경이 단일 픽셀(예를 들면, 905, 1101) 치수의 반보다 작은 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐(217) 각각은 대략 20 내지 25 미크론 직경 범위 또는 그 이하의 직경을 갖는 도트 매트릭스 프린팅 도트(a dot matrix printed dot)를 형성하는 실질적으로 구형의 직경을 갖는 잉크 방울을 형성하는 직경을 갖는 출구 오리피스(419)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린트 헤드(214)에 있어서, 각각의 방울 발생기(401)의 노즐(217)중 적어도 몇몇은 스캔 축의 평면 및 매체 이동 축의 평면내의 축의 교차부에 대해 방울 발생기의 중심점을 중심으로 회전된 위치로 배향되어, 도트가 적어도 부분적으로 인접한 픽셀(예를 들면, 905, 1101)에서 상기 노즐(217) 각각으로부터 방울 발생기가 횡단하는 픽셀(예를 들면, 905, 1101)까지 프린팅되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린트 헤드(214)에 있어서, 노즐(217)은 중심점을 중심으로 비대칭 분포로 위치된 것을 더 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드 장치.
잉크 방울을 인접한 인쇄 매체(107)상으로 분산하여 픽셀(예를 들면, 901-909)의 그리드(grid) 상에 도트 매트릭스 프린트를 형성하는 방법으로서, 상기 도트 매트릭스는 그래픽 아트(graphic art), 이미지 및 문자숫자식 문자(alphanumeric characters)를 형성하도록 선택적으로 조정되는 방법에 있어서, 제 1 축(X) 방향에서 적어도 하나의 잉크젯 펜(210)으로 인쇄 매체(107)를 스캐닝하는 단계와, 상기 스캐닝 단계 동안에, 잉크젯 펜(210)의 잉크젯 프린트 헤드(214)의 방울 발생기(401) 어레이의 각 방울 발생기(401)에서 다수의 잉크 방울을 동시에 발생시키는 단계와, 각 세트의 잉크 방울이 각 매체상에 도트를 형성하도록 픽셀의 그리드에 동시에 발생된 잉크 방울 세트를 동시에 점화시키는 단계를 포함하며; 각각의 도트의 사이즈는 픽셀의 사이즈보다 작으며, 각각의 잉크 방울 세트는 상기 그리드의 타겟 픽셀(예를 들면, 905, 1101)상에 또는 타겟 픽셀을 중심으로 패턴으로 분산되어, 방울 세트의 각각은 1/(세트당 방울의 개수)×(타겟 픽셀의 면적) 보다 작은 직경을 갖는 도트를 생성하는 것[diameter_dot=1/n×P_a, 여기에서 n은 방울 발생기(401)당 오리피스의 개수이며 P_a는 인쇄되는 픽셀의 면적임]을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 동시에 발생한 잉크 방울의 세트를 동시에 점화시키는 상기 단계시에 약 20 내지 25 미크론 범위의 직경 또는 그 이하의 직경을 갖는 도트를 매체상에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항 또는 8 항에 있어서, 잉크 방울을 동시에 점화시키는 단계가 방울 발생기(401)의 노즐 세트로부터 다수의 잉크 방울을 점화시키는 단계를 더 포함하며, 다수의 잉크 방울의 덮는 면적은 픽셀(예를 들면, 905, 1101) 면적보다 작고 덮는 면적보다 커서, 상기 잉크 방울 각각은 상기 다수의 잉크 방울사이에 인식할 수 있는 공간이 없어서 나안으로는 실질적으로 볼 수 없는 프린팅 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크 방울이 프린트 헤드(214)로부터 매체(107)로 비상중에 빗나가는 것을 특징으로 하는 방법.