調整可能な気泡衝撃を伴うインクジェットプリントヘッド
【課題】ノズル密度を高くし、噴射率を大きくすることのできるインクジェットプリントヘッドの提供。
【解決手段】ノズルのアレイと、印刷流体の滴をノズルから放出する蒸気気泡を核形成するために印刷流体を加熱するように構成された対応する加熱体とを備えたインクジェットプリントヘッド。駆動回路は、加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成し、また、駆動パルスの電力を調整して蒸気気泡の核形成時間を変化させるように構成されている。気泡を生成するために使用されるパルスの電力を変化させることにより、プリントヘッドは、正規印刷の間、効果的に生成された微小な気泡を使用して動作することができ、或いはデキャップしたノズルを復旧する必要がある場合、大型でエネルギーの大きい気泡を使用して、短時間の間、動作することができる。
【解決手段】ノズルのアレイと、印刷流体の滴をノズルから放出する蒸気気泡を核形成するために印刷流体を加熱するように構成された対応する加熱体とを備えたインクジェットプリントヘッド。駆動回路は、加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成し、また、駆動パルスの電力を調整して蒸気気泡の核形成時間を変化させるように構成されている。気泡を生成するために使用されるパルスの電力を変化させることにより、プリントヘッドは、正規印刷の間、効果的に生成された微小な気泡を使用して動作することができ、或いはデキャップしたノズルを復旧する必要がある場合、大型でエネルギーの大きい気泡を使用して、短時間の間、動作することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットプリンタに関し、詳細には、インクの滴を放出するための蒸気気泡を生成するインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
［同時係属出願］
以下の出願は、本出願と同時に本出願人によって出願されたものである。
【０００３】
【表１】
これらの同時係属出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。上記出願は、それらの出願整理番号によって識別されており、この出願整理番号は、対応する出願番号が割り当てられると、その出願番号に置き換えられる。
【０００４】
［関連出願の相互参照］
本発明の出願人又は譲受人が出願した以下の米国特許／特許出願に、本発明に関連する様々な方法、システム及び装置が開示されている。
【０００５】
【表２】
【０００６】
【表３】
【０００７】
【表４】
出願は、その整理番号で列挙されている。これは、出願番号が分かると置き換えられることになる。これらの出願及び特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００８】
本発明には、気泡形成液中におけるガス即ち蒸気気泡の形成によるインク滴の放出が包含されている。この原理については、概ね、特許文献１に記載されている。これらのデバイスは、ノズルに隣接して配置されるインクと熱接触する加熱体エレメントを有しており、この加熱体エレメントがインクを加熱し、それによりインク中にガス気泡が形成される。このガス気泡によってインク中に圧力が生成され、それによりインク滴がノズルを介して放出される。
【０００９】
抵抗加熱体は、極端に苛酷な環境で動作する。一般的には水に溶けるインクである放出可能な液体中に気泡を形成するためには、これらの抵抗加熱体を矢継ぎ早に加熱及び冷却しなければならない。これらの条件は、加熱体材料の酸化及び腐食を大いに加速する。インク中に溶解した酸素は、加熱体の表面を腐食させ、また、加熱体材料を酸化させる。極端な状況では、加熱体が「バーンアウト」し、そのため、完全に酸化した加熱体部分によって加熱回路が破壊される。
【００１０】
また、加熱体は、崩壊する気泡の表面張力に関連する大きな水圧力による「キャビテーション」によっても腐食することがある。
【００１１】
加熱体材料に対する酸化、腐食及びキャビテーションの影響を防止するために、インクジェット製造者は、一般的にはＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＴａを使用して構築されるスタック保護層を使用している。動作条件が苛酷であるため、これらの保護層は、比較的分厚くしなければならない。特許文献２は、この構造の一例を記載しており、加熱体材料の厚さは、〜０．１μｍ、保護層全体の厚さは、少なくとも０．７μｍである。
【００１２】
気泡形成液中に蒸気気泡を形成するためには、その液体の過熱限界（水の場合、〜３００℃）まで加熱体（即ち加熱体材料及び保護コーティング）を加熱しなければならない。そのためには大量のエネルギーを加熱体に供給しなければならない。しかしながら、インクを蒸発させるために使用されるのは、このエネルギーのうちのごく一部分にすぎない。「過剰」エネルギーのほとんどは、プリントヘッドと冷却システムの両方又は一方によって散逸させなければならない。連続する滴放出の過剰エネルギーからの熱では、インクの定常温度をそのインクの沸点より高い温度にすることはできず、そのために意図しない気泡が形成される。この意図しない気泡が、プリントヘッド上のノズルの密度、ノズル噴射率を制限し、また、一般的には能動冷却システムを余儀なくしている。これが、ひいては、印刷分解能、プリントヘッドサイズ、印刷速度及び製造コストに影響を及ぼしている。
【００１３】
ノズル密度を高くし、また、噴射率を大きくするための試行は、市場に出ているプリントヘッドの現時点における一次冷却機構であるプリントヘッド集積回路（チップ）からの熱伝導の限界によって妨げられている。市場に出ている既存のプリントヘッドには、プリントヘッドＩＣから吸収した熱を散逸させるための大型ヒートシンクが必要である。
【００１４】
また、インクジェットプリントヘッドは、場合によっては、一般に「デキャップ」と呼ばれている問題を抱えている。この用語は、次のように定義されている。非活動状態の期間の間、ノズル内の液体−空気界面で気泡形成液の揮発性成分が蒸発することになる。そのため、加熱体の近傍の液体中の揮発性成分の濃度が薄くなり、また、チャンバ内の液体の粘性が高くなる。揮発性成分の濃度が薄くなると、気泡中に生成される蒸気が少なくなり、そのために気泡衝撃（面積及び時間で積分された圧力）が小さくなる。気泡衝撃が小さくなると、ノズルを介して強制されるインクの運動量が減少し、また、滴がブレークオフする可能性が小さくなる。また、粘性が高くなると、同じくノズルを介して強制されるインクの運動量が減少し、また、滴のブレークオフを制御しているレイリー−テイラーの不安定性の限界波長が長くなり、同じく滴がブレークオフする可能性が小さくなる。ノズルが極めて長い期間にわたってアイドル状態で放置されると、これらの現象により、ノズルが「デキャップしたノズル」、即ちチャンバ内に液体を放出することができないノズルになる。「デキャップ時間」は、ノズルを非噴射の状態で放置することができる、蒸発によってノズルがデキャップされるまでの間の最大時間を表している。
【００１５】
本発明の目的は、従来技術の問題のいくつかを解決又は改善することであり、或いは少なくとも有効な代替策を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許公報第３，７４７，１２０号
【特許文献２】米国特許公報第６，７８６，５７５号
【特許文献３】米国特許公開公報２００６／０２２１１１４
【特許文献４】米国特許公開公報２００７／００８１０３２
【発明の概要】
【００１７】
したがって本発明は、媒体基板を印刷するためのインクジェットプリントヘッドであって、
複数のノズルと、
それぞれノズルの各々に対応する複数の加熱体であって、個々の加熱体が、印刷流体の滴を対応するノズルを介して放出する蒸気気泡を核形成するために印刷流体を加熱するように構成された複数の加熱体と、
加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成するための駆動回路と
を備え、駆動回路が、駆動パルスの電力を調整して蒸気気泡の核形成時間を変化させるように構成されたインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１８】
個々の加熱体に供給される電力によって、加熱体の表面で沸騰する膜によって自然に気泡が核形成される３０９℃のインク過熱限界まで加熱体を加熱するための時間スケールが決まる。過熱限界に到達させるための時間スケールによって、気泡を核形成するために必要なエネルギーと、気泡によって引き渡される衝撃（面積及び時間で積分された圧力である衝撃）の２つの事柄が決まる。気泡を生成するために使用されるパルスの電力を変化させることにより、プリントヘッドは、正規印刷の間、効果的に生成された微小な気泡を使用して動作することができ、或いはデキャップしたノズルを復旧する必要がある場合、大型でエネルギーの大きい気泡を使用して、短時間の間、動作することができる。
【００１９】
好ましい実施形態では、印刷モードで加熱体に供給される電力は、核形成を生じさせるには１μｓ未満、より好ましくは０．４μｓと０．５μｓの間で十分であり、また、保全モードで加熱体に供給される電力により、１μｓを超える核形成時間が得られる。
【００２０】
いくつかの形態では、個々の印刷パルスのエネルギーは、滴によって除去することができる熱エネルギーの最大量未満であり、滴の体積と等しい体積の放出可能液を、その放出可能液がプリントヘッドに流入する際の温度からその放出可能液の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーである。この形態の場合、プリントヘッドは「自己冷却」であり、ノズル密度及びノズル噴射率が伝導ヒートシンクによって拘束されない動作モードであり、ページ幅プリンタへのプリントヘッドの統合を容易にする利点を有している。
【００２１】
いくつかの形態では、加熱体に供給されるパルスの電圧レベルを変化させることにより、個々の加熱体に引き渡される電力を調整することができる。他の形態では、パルスの時間平均電力を調整するために、電圧パルスのパルス幅変調を使用して電力が調整される。
【００２２】
駆動回路は、任意選択で、正規印刷モード及び高衝撃モードで動作するように構成され、それにより駆動パルスの長さが、正規印刷モードでは１マイクロ秒未満になり、高衝撃モードでは１マイクロ秒を超える長さになる。
【００２３】
高衝撃モードは、任意選択で、デキャップの影響を受けたノズルを復旧するために使用される保全モードである。
【００２４】
高衝撃モードは、任意選択で、放出される印刷流体の滴の体積を大きくするために使用される。
【００２５】
高衝撃モードは、任意選択で、より一貫した滴体積を提供するために、正規印刷モードの間に放出される他の印刷流体より粘性が高い印刷流体を補償するために使用される。
【００２６】
駆動パルスの各々は、任意選択で、滴の体積と等しい体積の印刷流体を、その印刷流体がプリントヘッドに流入する際の温度からその印刷流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーより小さいエネルギーを有する。
【００２７】
駆動パルスの電力は、任意選択で、ノズルのアレイからの温度帰還に応答して調整される。
【００２８】
駆動パルスの電力は、その電圧を変化させることによって調整される。
【００２９】
駆動パルスの電力は、任意選択で、駆動パルスの時間平均電力を変化させるためにパルス幅変調を使用して調整される。
【００３０】
保全モードは、任意選択で、プリントヘッドが媒体基板のシートへの印刷を行う前に動作する。
【００３１】
保全モードは、任意選択で、プリントヘッドが媒体基板のシートを印刷した後に、且つプリントヘッドが媒体基板の次のシートを印刷する前に動作する。
【００３２】
したがって第２の態様では、本発明は、
液体を保持するためのチャンバと、
液体と熱接触させるためにチャンバ内に配置された加熱体と、
加熱体が液体中に蒸気気泡を発生させるよう、加熱体に電気パルスを提供するための駆動回路と
を備えたＭＥＭＳ蒸気気泡発生器であって、
パルスが、蒸気気泡を核形成するのに不十分な電力を伴う第１の部分、及びこの第１の部分に続く、蒸気気泡を核形成するのに十分な電力を伴う第２の部分を有するＭＥＭＳ蒸気気泡発生器を提供する。
【００３３】
加熱速度が速くなるよう、パルスが終了する前に加熱パルスを整形すれば、気泡を著しく安定させることができ、ひいては大型で再現性のある気泡を小型の加熱体によって生成できるレジームにアクセスすることができる。
【００３４】
パルスの第１の部分は、蒸気気泡を核形成することなく液体を加熱するための予熱セクションであり、第２の部分は、蒸気気泡を核形成するためのトリガセクションであることが好ましい。さらなる好ましい形態では、予熱セクションは、トリガセクションより長い継続期間を有する。予熱セクションの長さは、少なくとも２マイクロ秒であることが好ましい。さらなる好ましい形態では、トリガセクションの長さは、１マイクロセクション未満である。
【００３５】
駆動回路は、パルス幅変調を使用してパルスを整形することが好ましい。この実施形態では、予熱セクションは、一連の副核形成パルスである。駆動回路は、任意選択で電圧変調を使用してパルスを整形する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、予熱セクションの時間平均電力は一定であり、トリガセクションの時間平均電力も一定である。とりわけ好ましい実施形態では、チャンバと流体連絡しているノズルから印刷流体を放出するためにＭＥＭＳ蒸気気泡発生器がインクジェットプリントヘッドにおいて使用される。
【００３７】
核形成温度を超えることなく、加熱体を取り囲んでいる液体に大量の熱エネルギーを蓄積するために、長い時間スケール（通常＞＞１μｓ）にわたって小さい電力が使用され、次に、短い時間スケール（通常＜１μｓ）の間、核形成温度を超えるよう大きい電力に切り換えられ、それにより核形成がトリガされ、蓄積されているエネルギーが解放される。
【００３８】
任意選択で、パルスの第１の部分は、蒸気気泡を核形成することなく液体を加熱するための予熱セクションであり、第２の部分は、液体の一部を過熱して蒸気気泡を核形成するためのトリガセクションである。
【００３９】
予熱セクションは、任意選択で、トリガセクションより長い継続期間を有している。
【００４０】
予熱セクションの長さは、任意選択で、少なくとも２マイクロ秒である。
【００４１】
トリガセクションの長さは、任意選択で、１マイクロセクション未満である。
【００４２】
駆動回路は、任意選択で、パルス幅変調を使用してパルスを整形する。
【００４３】
予熱セクションは、任意選択で、一連の副核形成パルスである。
【００４４】
駆動回路は、任意選択で、電圧変調を使用してパルスを整形する。
【００４５】
任意選択で、予熱セクションの時間平均電力は一定であり、トリガセクションの時間平均電力も一定である。
【００４６】
もう１つの態様では、本発明は、チャンバと流体連絡しているノズルから印刷流体を放出するためにインクジェットプリントヘッドにおいて使用されるＭＥＭＳ蒸気気泡発生器を提供する。
【００４７】
加熱体は、任意選択で、印刷流体に浸すためにチャンバ内に懸垂される。
【００４８】
パルスは、任意選択で、乾燥した印刷流体又は過度に粘性の高い印刷流体で詰まったノズルを復旧するために生成される。
【００４９】
本明細書のコンテキストにおける「電力」は、気泡を核形成するために必要な、気泡の核形成時間で割ったエネルギーとして定義されている。
【００５０】
本明細書を通して、「自己冷却」ノズルという表現は、放出可能な液体の滴を放出するために必要なエネルギーが、滴によって除去することができる熱エネルギーの最大量未満であり、滴の体積と等しい体積の放出可能流体を、その放出可能流体がプリントヘッドに流入する際の温度からその放出可能流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーであるノズルとして理解されたい。
【００５１】
「デキャップ」という用語は、アイドル状態のノズルからの蒸発により、加熱体の近傍の水の濃度が薄くなり（気泡衝撃が小さくなる）、また、インクの粘性が高くなる（流動抵抗が大きくなる）現象を意味している。「デキャップ時間」という用語は良く知られており、この分野ではしばしば使用されている。本明細書を通して、「デキャップ時間」は、ノズルを非噴射の状態で放置することができる、気泡形成液の揮発性成分の蒸発によってノズルが気泡形成液を放出することができなくなるまでの間の最大時間間隔を表している。
【００５２】
本発明によるプリントヘッドは、複数のノズル並びにチャンバ及び個々のノズルに対応する１つ又は複数の加熱体エレメントを備えている。単一のノズルに付属しているプリントヘッドの個々の部分、そのチャンバ及びその１つ又は複数のエレメントは、本明細書においては「ユニットセル」と呼ばれている。
【００５３】
互いに熱接触している部品が参照されている本明細書においては、これは、それらの部品が、それらの部品のうちの１つが加熱されると、例えそれらの部品自体が互いに物理的に接触していなくても、その加熱された部品が他の部品を加熱することができるように互いに配置されていることを意味している。
【００５４】
また、「印刷流体」という用語は、放出可能な任意の液体を表すために使用されており、着色された染料を含有した従来のインクに限定されない。非着色インクの例には、固定剤、赤外吸着剤インク、官能基化化学薬品、接着剤、生物学的流体、水及び他の溶媒、等々がある。また、インク又は放出可能な液体は、必ずしも全くの液体である必要はなく、固体粒子の懸濁液を含有することも可能であり、或いは室温で固体であっても、また、放出温度で液体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】熱インクジェットプリントヘッドからの単一ユニットセルを示す図である。
【図２】「印刷モード」パルスによってエネルギーが供給された加熱体によって形成された気泡を示す図である。
【図３】「保全モード」パルスによってエネルギーが供給された加熱体によって形成された気泡を示す図である。
【図４】振幅変調を使用したパルス電力の変動の電圧対時間プロットである。
【図５】パルス幅変調を使用したパルス電力の変動の電圧対時間プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の好ましい実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。
図１は、インクジェットプリントヘッドに適用される、本発明によるＭＥＭＳ気泡発生器を示したものである。特許文献３及び特許文献４に、本出願人の熱プリントヘッドＩＣのいくつかの製造及び動作が詳細に記載されている。簡潔にするために、これらの文書の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【００５７】
図１には、単一ユニットセル３０が示されている。半導体／ＭＥＭＳ製造分野では一般的なリソグラフィエッチング及び蒸着技法を使用して、支持ウェーハ基板２８の上に多くのユニットセルが緊密にパックされたアレイで製造されることは理解されよう。チャンバ２０は、一定の量のインクを保持している。加熱体１０は、ＣＭＯＳ駆動回路２２と電気接触するようにチャンバ２０内に懸垂されている。駆動回路２２によって生成される駆動パルスによって加熱体１０にエネルギーが供給され、それにより蒸気気泡１２が生成され、この蒸気気泡１２によってインク２４の滴がノズル２６を介して強制される。
【００５８】
核形成に先立って、インクの中及びその下側のウェーハの中へ拡散する熱は、核形成が生じると蒸発する流体の体積、ひいては蒸気爆発の衝撃（衝撃＝時間で積分された力）に対するある１つの効果を有している。より短く、且つ、より高い電圧加熱体パルスで駆動される加熱体は、より短いインクデキャップ時間を有している。これは、蒸気爆発の衝撃が小さくなり、蒸発によって粘性を与えられたインクをノズルから押し出すことがより困難になることによって説明される。
【００５９】
駆動回路２２を使用して、本発明に従ってパルスを整形することにより、単一の加熱体及び駆動電圧からより広い範囲の気泡衝撃が設計者に与えられる。
【００６０】
図２は、オープンプール試験中に加熱体１０の上に形成された気泡１２のストロボ写真を線図で示したものである（加熱体は水中に浸され、パルスが印加されている）。加熱体１０は、３０ミクロン×４ミクロン×０．５ミクロンであり、シリコンウェーハ基板の上に取り付けられたＴｉＡｌから形成されている。パルスは、３．４５Ｖで、その継続期間は０．４マイクロ秒であり、１２７ｎＪのエネルギーが消費された。ストローブによって、崩壊点への凝縮及び崩壊に先立って、その最大エクステントにおける気泡が捕獲される。二重分裂の出現は、ウェーハ表面での気泡画像の反射によるものであることに留意されたい。
【００６１】
気泡を核形成するために要する時間は、極めて重要なパラメータである。より大きい電力（電圧）は、より速い加熱速度を意味しており、したがって加熱体がより速く気泡核形成温度に到達し、加熱体の周囲への熱伝導の時間が短くなるため、ひいては核形成時にインクに蓄積される熱エネルギーが減少する。インクに蓄積される熱エネルギーが減少すると、生成される水蒸気の量が減少し、したがって気泡衝撃が小さくなる。しかしながら、核形成に先立って加熱体から失われる熱の量が減少するため、気泡を形成するために必要なエネルギーの量が減少する。したがってこのため、プリンタを可能な限り効率よくするためには、正規印刷の間にプリンタを動作させるべきである。
【００６２】
図３は、２．２０Ｖで、継続期間が１．５マイクロ秒のパルスの場合の同じ加熱体１０からの気泡１２を示したものである。これは、１９０ｎＪのエネルギー要求事項を有しているが、生成される気泡ははるかに大きい。気泡はより大きい気泡衝撃を有しており、したがって保全パルスのために使用することができ、或いは正規の滴より大きい滴を放出するために使用することができる。したがってプリントヘッドは複数の動作モードを有することができるが、これについては以下でより詳細に説明する。
【００６３】
図４は、振幅変調を使用した駆動パルスの変形形態を示したものである。正規印刷モードパルス１６はより大きい電力を有しており、したがって速やかに核形成に到達するため、より短い継続期間を有している。大型気泡モードパルス１８は、長い核形成時間に整合するより小さい電力及びより長い継続期間を有している。
【００６４】
図５は、パルス幅変調を使用した駆動パルスの変形形態を示したものである。正規印刷パルス１６は、この場合も３．４５Ｖで、その継続期間は０．４マイクロ秒である。しかしながら、大型気泡パルス１８は、一連の短いパルス３２であり、その電圧はすべて同じである（３．４５Ｖ）が、その継続期間はたったの０．１マイクロ秒にすぎず、パルスとパルスの間は、０．１マイクロ秒の時間で隔てられている。これらの短いパルス３２のうちの１つの継続期間の間の電力は、正規印刷パルス１６の電力と同じであるが、大型気泡パルス全体の時間平均電力は、より小さくなっている。
【００６５】
電力がより小さいため、過熱限界に到達させるための時間スケールが長くなる。核形成に先立って加熱体から熱がリークする時間がより長くなるため、気泡を核形成するために必要なエネルギーの量が増加する（加熱体が供給しなければならないエネルギーが追加される）。この追加エネルギーの一部がインク中に蓄積され、より多くの蒸気が核形成によって生成されることになる。蒸気の量が増加するため、より大きい気泡が提供され、ひいては気泡衝撃がより大きくなる。したがって電力をより小さくすることにより、エネルギーの量は増加することになるが、その代わりに気泡衝撃が大きくなる。
【００６６】
したがって複数のモードでプリントヘッドを動作させることができ、例えば、
個々の加熱体に大きい電力が引き渡される正規印刷モード（気泡衝撃が小さく、エネルギー要求事項が厳格ではないモード）、
個々の加熱体に小さい電力が引き渡される、デキャップしたノズルを復旧するための保全モード（気泡衝撃が大きく、エネルギー要求事項が厳格なモード）、
電力駆動パルスがより小さい、インクの温度が低く、したがって粘性がより高い開始モード、
放出される滴の体積を大きくし、それによりドラフトイメージの外観を改善するべくより大きい気泡を生成するための、電力駆動パルスがより小さい、ドットの半分のみを印刷するドラフトモード（印刷速度をより速くするためのモード）、又は
アレイ内の死ノズルを補償するためにいくつかのノズルからより大きい滴が放出される死ノズル補償モード
で動作させることができる。
【００６７】
プリントヘッド設計者の第１の目的は、とりわけノズル密度が高く、且つ、ノズル噴射率（印刷速度）が大きい場合に、小さいエネルギーを放出することである。上で参照されている本出願人のＭＴＣ００１ＵＳに、小さいエネルギーを放出する利点並びに放出プロセス中におけるエネルギー消費の包括的な解析の利点が詳細に説明されている。エネルギーを放出することにより、インクの粘性を制御し、且つ、定常状態におけるインクの沸騰を防止するために合理的な範囲内に維持しなければならないプリントヘッドの定常温度がその影響を受ける。しかしながら、微小エネルギー印刷のためのプリントヘッドの設計には欠点があり、微小エネルギー動作に起因する微小気泡衝撃のため、ノズルがとりわけデキャップに対して敏感である。ノズルのアイドル時間及びデキャップの範囲によっては、場合によっては気泡衝撃が小さすぎるため、正規印刷パルスを使用したデキャップノズルからの放出が不可能な場合がある。したがって、デキャップから復旧し、或いはデキャップを防止するためにノズルを浄化しなければならない場合及び浄化しなければならない時点で、例えば印刷ジョブの開始時又はページとページの間に、気泡衝撃がより大きい保全モードに切り換えることが望ましい。このモードでは、プリントヘッドの温度は、保全のために必要なパルスの総数の方が印刷のために必要なパルスの総数より少なく、また、パルスを引き渡すことができる時間スケールがより長いため、個々のパルスに必要なエネルギーに対してそれほど敏感ではない。
【００６８】
同様に、プリントヘッドからの温度帰還を使用してインクの温度、ひいてはインクの粘性を表示することができる。駆動パルスの変調を使用することにより、一貫した滴体積を保証することができる。同時係属ＰＵＡ００１ＵＳ〜ＰＵＡ０１５ＵＳ（上で相互参照されている）に開示されているプリントヘッドＩＣは、「オンチップ」温度センサをノズルアレイ及び駆動回路に統合することができる方法を記述している。
【００６９】
以上、本発明について、単なる例によって本明細書において説明した。当業者には、広義の発明概念の精神及び範囲を逸脱しない多くの変形形態及び改変が容易に認識されよう。
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットプリンタに関し、詳細には、インクの滴を放出するための蒸気気泡を生成するインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
［同時係属出願］
以下の出願は、本出願と同時に本出願人によって出願されたものである。
【０００３】
【表１】
これらの同時係属出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。上記出願は、それらの出願整理番号によって識別されており、この出願整理番号は、対応する出願番号が割り当てられると、その出願番号に置き換えられる。
【０００４】
［関連出願の相互参照］
本発明の出願人又は譲受人が出願した以下の米国特許／特許出願に、本発明に関連する様々な方法、システム及び装置が開示されている。
【０００５】
【表２】
【０００６】
【表３】
【０００７】
【表４】
出願は、その整理番号で列挙されている。これは、出願番号が分かると置き換えられることになる。これらの出願及び特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００８】
本発明には、気泡形成液中におけるガス即ち蒸気気泡の形成によるインク滴の放出が包含されている。この原理については、概ね、特許文献１に記載されている。これらのデバイスは、ノズルに隣接して配置されるインクと熱接触する加熱体エレメントを有しており、この加熱体エレメントがインクを加熱し、それによりインク中にガス気泡が形成される。このガス気泡によってインク中に圧力が生成され、それによりインク滴がノズルを介して放出される。
【０００９】
抵抗加熱体は、極端に苛酷な環境で動作する。一般的には水に溶けるインクである放出可能な液体中に気泡を形成するためには、これらの抵抗加熱体を矢継ぎ早に加熱及び冷却しなければならない。これらの条件は、加熱体材料の酸化及び腐食を大いに加速する。インク中に溶解した酸素は、加熱体の表面を腐食させ、また、加熱体材料を酸化させる。極端な状況では、加熱体が「バーンアウト」し、そのため、完全に酸化した加熱体部分によって加熱回路が破壊される。
【００１０】
また、加熱体は、崩壊する気泡の表面張力に関連する大きな水圧力による「キャビテーション」によっても腐食することがある。
【００１１】
加熱体材料に対する酸化、腐食及びキャビテーションの影響を防止するために、インクジェット製造者は、一般的にはＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＴａを使用して構築されるスタック保護層を使用している。動作条件が苛酷であるため、これらの保護層は、比較的分厚くしなければならない。特許文献２は、この構造の一例を記載しており、加熱体材料の厚さは、〜０．１μｍ、保護層全体の厚さは、少なくとも０．７μｍである。
【００１２】
気泡形成液中に蒸気気泡を形成するためには、その液体の過熱限界（水の場合、〜３００℃）まで加熱体（即ち加熱体材料及び保護コーティング）を加熱しなければならない。そのためには大量のエネルギーを加熱体に供給しなければならない。しかしながら、インクを蒸発させるために使用されるのは、このエネルギーのうちのごく一部分にすぎない。「過剰」エネルギーのほとんどは、プリントヘッドと冷却システムの両方又は一方によって散逸させなければならない。連続する滴放出の過剰エネルギーからの熱では、インクの定常温度をそのインクの沸点より高い温度にすることはできず、そのために意図しない気泡が形成される。この意図しない気泡が、プリントヘッド上のノズルの密度、ノズル噴射率を制限し、また、一般的には能動冷却システムを余儀なくしている。これが、ひいては、印刷分解能、プリントヘッドサイズ、印刷速度及び製造コストに影響を及ぼしている。
【００１３】
ノズル密度を高くし、また、噴射率を大きくするための試行は、市場に出ているプリントヘッドの現時点における一次冷却機構であるプリントヘッド集積回路（チップ）からの熱伝導の限界によって妨げられている。市場に出ている既存のプリントヘッドには、プリントヘッドＩＣから吸収した熱を散逸させるための大型ヒートシンクが必要である。
【００１４】
また、インクジェットプリントヘッドは、場合によっては、一般に「デキャップ」と呼ばれている問題を抱えている。この用語は、次のように定義されている。非活動状態の期間の間、ノズル内の液体−空気界面で気泡形成液の揮発性成分が蒸発することになる。そのため、加熱体の近傍の液体中の揮発性成分の濃度が薄くなり、また、チャンバ内の液体の粘性が高くなる。揮発性成分の濃度が薄くなると、気泡中に生成される蒸気が少なくなり、そのために気泡衝撃（面積及び時間で積分された圧力）が小さくなる。気泡衝撃が小さくなると、ノズルを介して強制されるインクの運動量が減少し、また、滴がブレークオフする可能性が小さくなる。また、粘性が高くなると、同じくノズルを介して強制されるインクの運動量が減少し、また、滴のブレークオフを制御しているレイリー−テイラーの不安定性の限界波長が長くなり、同じく滴がブレークオフする可能性が小さくなる。ノズルが極めて長い期間にわたってアイドル状態で放置されると、これらの現象により、ノズルが「デキャップしたノズル」、即ちチャンバ内に液体を放出することができないノズルになる。「デキャップ時間」は、ノズルを非噴射の状態で放置することができる、蒸発によってノズルがデキャップされるまでの間の最大時間を表している。
【００１５】
本発明の目的は、従来技術の問題のいくつかを解決又は改善することであり、或いは少なくとも有効な代替策を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許公報第３，７４７，１２０号
【特許文献２】米国特許公報第６，７８６，５７５号
【特許文献３】米国特許公開公報２００６／０２２１１１４
【特許文献４】米国特許公開公報２００７／００８１０３２
【発明の概要】
【００１７】
したがって本発明は、媒体基板を印刷するためのインクジェットプリントヘッドであって、
複数のノズルと、
それぞれノズルの各々に対応する複数の加熱体であって、個々の加熱体が、印刷流体の滴を対応するノズルを介して放出する蒸気気泡を核形成するために印刷流体を加熱するように構成された複数の加熱体と、
加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成するための駆動回路と
を備え、駆動回路が、駆動パルスの電力を調整して蒸気気泡の核形成時間を変化させるように構成されたインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１８】
個々の加熱体に供給される電力によって、加熱体の表面で沸騰する膜によって自然に気泡が核形成される３０９℃のインク過熱限界まで加熱体を加熱するための時間スケールが決まる。過熱限界に到達させるための時間スケールによって、気泡を核形成するために必要なエネルギーと、気泡によって引き渡される衝撃（面積及び時間で積分された圧力である衝撃）の２つの事柄が決まる。気泡を生成するために使用されるパルスの電力を変化させることにより、プリントヘッドは、正規印刷の間、効果的に生成された微小な気泡を使用して動作することができ、或いはデキャップしたノズルを復旧する必要がある場合、大型でエネルギーの大きい気泡を使用して、短時間の間、動作することができる。
【００１９】
好ましい実施形態では、印刷モードで加熱体に供給される電力は、核形成を生じさせるには１μｓ未満、より好ましくは０．４μｓと０．５μｓの間で十分であり、また、保全モードで加熱体に供給される電力により、１μｓを超える核形成時間が得られる。
【００２０】
いくつかの形態では、個々の印刷パルスのエネルギーは、滴によって除去することができる熱エネルギーの最大量未満であり、滴の体積と等しい体積の放出可能液を、その放出可能液がプリントヘッドに流入する際の温度からその放出可能液の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーである。この形態の場合、プリントヘッドは「自己冷却」であり、ノズル密度及びノズル噴射率が伝導ヒートシンクによって拘束されない動作モードであり、ページ幅プリンタへのプリントヘッドの統合を容易にする利点を有している。
【００２１】
いくつかの形態では、加熱体に供給されるパルスの電圧レベルを変化させることにより、個々の加熱体に引き渡される電力を調整することができる。他の形態では、パルスの時間平均電力を調整するために、電圧パルスのパルス幅変調を使用して電力が調整される。
【００２２】
駆動回路は、任意選択で、正規印刷モード及び高衝撃モードで動作するように構成され、それにより駆動パルスの長さが、正規印刷モードでは１マイクロ秒未満になり、高衝撃モードでは１マイクロ秒を超える長さになる。
【００２３】
高衝撃モードは、任意選択で、デキャップの影響を受けたノズルを復旧するために使用される保全モードである。
【００２４】
高衝撃モードは、任意選択で、放出される印刷流体の滴の体積を大きくするために使用される。
【００２５】
高衝撃モードは、任意選択で、より一貫した滴体積を提供するために、正規印刷モードの間に放出される他の印刷流体より粘性が高い印刷流体を補償するために使用される。
【００２６】
駆動パルスの各々は、任意選択で、滴の体積と等しい体積の印刷流体を、その印刷流体がプリントヘッドに流入する際の温度からその印刷流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーより小さいエネルギーを有する。
【００２７】
駆動パルスの電力は、任意選択で、ノズルのアレイからの温度帰還に応答して調整される。
【００２８】
駆動パルスの電力は、その電圧を変化させることによって調整される。
【００２９】
駆動パルスの電力は、任意選択で、駆動パルスの時間平均電力を変化させるためにパルス幅変調を使用して調整される。
【００３０】
保全モードは、任意選択で、プリントヘッドが媒体基板のシートへの印刷を行う前に動作する。
【００３１】
保全モードは、任意選択で、プリントヘッドが媒体基板のシートを印刷した後に、且つプリントヘッドが媒体基板の次のシートを印刷する前に動作する。
【００３２】
したがって第２の態様では、本発明は、
液体を保持するためのチャンバと、
液体と熱接触させるためにチャンバ内に配置された加熱体と、
加熱体が液体中に蒸気気泡を発生させるよう、加熱体に電気パルスを提供するための駆動回路と
を備えたＭＥＭＳ蒸気気泡発生器であって、
パルスが、蒸気気泡を核形成するのに不十分な電力を伴う第１の部分、及びこの第１の部分に続く、蒸気気泡を核形成するのに十分な電力を伴う第２の部分を有するＭＥＭＳ蒸気気泡発生器を提供する。
【００３３】
加熱速度が速くなるよう、パルスが終了する前に加熱パルスを整形すれば、気泡を著しく安定させることができ、ひいては大型で再現性のある気泡を小型の加熱体によって生成できるレジームにアクセスすることができる。
【００３４】
パルスの第１の部分は、蒸気気泡を核形成することなく液体を加熱するための予熱セクションであり、第２の部分は、蒸気気泡を核形成するためのトリガセクションであることが好ましい。さらなる好ましい形態では、予熱セクションは、トリガセクションより長い継続期間を有する。予熱セクションの長さは、少なくとも２マイクロ秒であることが好ましい。さらなる好ましい形態では、トリガセクションの長さは、１マイクロセクション未満である。
【００３５】
駆動回路は、パルス幅変調を使用してパルスを整形することが好ましい。この実施形態では、予熱セクションは、一連の副核形成パルスである。駆動回路は、任意選択で電圧変調を使用してパルスを整形する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、予熱セクションの時間平均電力は一定であり、トリガセクションの時間平均電力も一定である。とりわけ好ましい実施形態では、チャンバと流体連絡しているノズルから印刷流体を放出するためにＭＥＭＳ蒸気気泡発生器がインクジェットプリントヘッドにおいて使用される。
【００３７】
核形成温度を超えることなく、加熱体を取り囲んでいる液体に大量の熱エネルギーを蓄積するために、長い時間スケール（通常＞＞１μｓ）にわたって小さい電力が使用され、次に、短い時間スケール（通常＜１μｓ）の間、核形成温度を超えるよう大きい電力に切り換えられ、それにより核形成がトリガされ、蓄積されているエネルギーが解放される。
【００３８】
任意選択で、パルスの第１の部分は、蒸気気泡を核形成することなく液体を加熱するための予熱セクションであり、第２の部分は、液体の一部を過熱して蒸気気泡を核形成するためのトリガセクションである。
【００３９】
予熱セクションは、任意選択で、トリガセクションより長い継続期間を有している。
【００４０】
予熱セクションの長さは、任意選択で、少なくとも２マイクロ秒である。
【００４１】
トリガセクションの長さは、任意選択で、１マイクロセクション未満である。
【００４２】
駆動回路は、任意選択で、パルス幅変調を使用してパルスを整形する。
【００４３】
予熱セクションは、任意選択で、一連の副核形成パルスである。
【００４４】
駆動回路は、任意選択で、電圧変調を使用してパルスを整形する。
【００４５】
任意選択で、予熱セクションの時間平均電力は一定であり、トリガセクションの時間平均電力も一定である。
【００４６】
もう１つの態様では、本発明は、チャンバと流体連絡しているノズルから印刷流体を放出するためにインクジェットプリントヘッドにおいて使用されるＭＥＭＳ蒸気気泡発生器を提供する。
【００４７】
加熱体は、任意選択で、印刷流体に浸すためにチャンバ内に懸垂される。
【００４８】
パルスは、任意選択で、乾燥した印刷流体又は過度に粘性の高い印刷流体で詰まったノズルを復旧するために生成される。
【００４９】
本明細書のコンテキストにおける「電力」は、気泡を核形成するために必要な、気泡の核形成時間で割ったエネルギーとして定義されている。
【００５０】
本明細書を通して、「自己冷却」ノズルという表現は、放出可能な液体の滴を放出するために必要なエネルギーが、滴によって除去することができる熱エネルギーの最大量未満であり、滴の体積と等しい体積の放出可能流体を、その放出可能流体がプリントヘッドに流入する際の温度からその放出可能流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーであるノズルとして理解されたい。
【００５１】
「デキャップ」という用語は、アイドル状態のノズルからの蒸発により、加熱体の近傍の水の濃度が薄くなり（気泡衝撃が小さくなる）、また、インクの粘性が高くなる（流動抵抗が大きくなる）現象を意味している。「デキャップ時間」という用語は良く知られており、この分野ではしばしば使用されている。本明細書を通して、「デキャップ時間」は、ノズルを非噴射の状態で放置することができる、気泡形成液の揮発性成分の蒸発によってノズルが気泡形成液を放出することができなくなるまでの間の最大時間間隔を表している。
【００５２】
本発明によるプリントヘッドは、複数のノズル並びにチャンバ及び個々のノズルに対応する１つ又は複数の加熱体エレメントを備えている。単一のノズルに付属しているプリントヘッドの個々の部分、そのチャンバ及びその１つ又は複数のエレメントは、本明細書においては「ユニットセル」と呼ばれている。
【００５３】
互いに熱接触している部品が参照されている本明細書においては、これは、それらの部品が、それらの部品のうちの１つが加熱されると、例えそれらの部品自体が互いに物理的に接触していなくても、その加熱された部品が他の部品を加熱することができるように互いに配置されていることを意味している。
【００５４】
また、「印刷流体」という用語は、放出可能な任意の液体を表すために使用されており、着色された染料を含有した従来のインクに限定されない。非着色インクの例には、固定剤、赤外吸着剤インク、官能基化化学薬品、接着剤、生物学的流体、水及び他の溶媒、等々がある。また、インク又は放出可能な液体は、必ずしも全くの液体である必要はなく、固体粒子の懸濁液を含有することも可能であり、或いは室温で固体であっても、また、放出温度で液体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】熱インクジェットプリントヘッドからの単一ユニットセルを示す図である。
【図２】「印刷モード」パルスによってエネルギーが供給された加熱体によって形成された気泡を示す図である。
【図３】「保全モード」パルスによってエネルギーが供給された加熱体によって形成された気泡を示す図である。
【図４】振幅変調を使用したパルス電力の変動の電圧対時間プロットである。
【図５】パルス幅変調を使用したパルス電力の変動の電圧対時間プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の好ましい実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。
図１は、インクジェットプリントヘッドに適用される、本発明によるＭＥＭＳ気泡発生器を示したものである。特許文献３及び特許文献４に、本出願人の熱プリントヘッドＩＣのいくつかの製造及び動作が詳細に記載されている。簡潔にするために、これらの文書の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【００５７】
図１には、単一ユニットセル３０が示されている。半導体／ＭＥＭＳ製造分野では一般的なリソグラフィエッチング及び蒸着技法を使用して、支持ウェーハ基板２８の上に多くのユニットセルが緊密にパックされたアレイで製造されることは理解されよう。チャンバ２０は、一定の量のインクを保持している。加熱体１０は、ＣＭＯＳ駆動回路２２と電気接触するようにチャンバ２０内に懸垂されている。駆動回路２２によって生成される駆動パルスによって加熱体１０にエネルギーが供給され、それにより蒸気気泡１２が生成され、この蒸気気泡１２によってインク２４の滴がノズル２６を介して強制される。
【００５８】
核形成に先立って、インクの中及びその下側のウェーハの中へ拡散する熱は、核形成が生じると蒸発する流体の体積、ひいては蒸気爆発の衝撃（衝撃＝時間で積分された力）に対するある１つの効果を有している。より短く、且つ、より高い電圧加熱体パルスで駆動される加熱体は、より短いインクデキャップ時間を有している。これは、蒸気爆発の衝撃が小さくなり、蒸発によって粘性を与えられたインクをノズルから押し出すことがより困難になることによって説明される。
【００５９】
駆動回路２２を使用して、本発明に従ってパルスを整形することにより、単一の加熱体及び駆動電圧からより広い範囲の気泡衝撃が設計者に与えられる。
【００６０】
図２は、オープンプール試験中に加熱体１０の上に形成された気泡１２のストロボ写真を線図で示したものである（加熱体は水中に浸され、パルスが印加されている）。加熱体１０は、３０ミクロン×４ミクロン×０．５ミクロンであり、シリコンウェーハ基板の上に取り付けられたＴｉＡｌから形成されている。パルスは、３．４５Ｖで、その継続期間は０．４マイクロ秒であり、１２７ｎＪのエネルギーが消費された。ストローブによって、崩壊点への凝縮及び崩壊に先立って、その最大エクステントにおける気泡が捕獲される。二重分裂の出現は、ウェーハ表面での気泡画像の反射によるものであることに留意されたい。
【００６１】
気泡を核形成するために要する時間は、極めて重要なパラメータである。より大きい電力（電圧）は、より速い加熱速度を意味しており、したがって加熱体がより速く気泡核形成温度に到達し、加熱体の周囲への熱伝導の時間が短くなるため、ひいては核形成時にインクに蓄積される熱エネルギーが減少する。インクに蓄積される熱エネルギーが減少すると、生成される水蒸気の量が減少し、したがって気泡衝撃が小さくなる。しかしながら、核形成に先立って加熱体から失われる熱の量が減少するため、気泡を形成するために必要なエネルギーの量が減少する。したがってこのため、プリンタを可能な限り効率よくするためには、正規印刷の間にプリンタを動作させるべきである。
【００６２】
図３は、２．２０Ｖで、継続期間が１．５マイクロ秒のパルスの場合の同じ加熱体１０からの気泡１２を示したものである。これは、１９０ｎＪのエネルギー要求事項を有しているが、生成される気泡ははるかに大きい。気泡はより大きい気泡衝撃を有しており、したがって保全パルスのために使用することができ、或いは正規の滴より大きい滴を放出するために使用することができる。したがってプリントヘッドは複数の動作モードを有することができるが、これについては以下でより詳細に説明する。
【００６３】
図４は、振幅変調を使用した駆動パルスの変形形態を示したものである。正規印刷モードパルス１６はより大きい電力を有しており、したがって速やかに核形成に到達するため、より短い継続期間を有している。大型気泡モードパルス１８は、長い核形成時間に整合するより小さい電力及びより長い継続期間を有している。
【００６４】
図５は、パルス幅変調を使用した駆動パルスの変形形態を示したものである。正規印刷パルス１６は、この場合も３．４５Ｖで、その継続期間は０．４マイクロ秒である。しかしながら、大型気泡パルス１８は、一連の短いパルス３２であり、その電圧はすべて同じである（３．４５Ｖ）が、その継続期間はたったの０．１マイクロ秒にすぎず、パルスとパルスの間は、０．１マイクロ秒の時間で隔てられている。これらの短いパルス３２のうちの１つの継続期間の間の電力は、正規印刷パルス１６の電力と同じであるが、大型気泡パルス全体の時間平均電力は、より小さくなっている。
【００６５】
電力がより小さいため、過熱限界に到達させるための時間スケールが長くなる。核形成に先立って加熱体から熱がリークする時間がより長くなるため、気泡を核形成するために必要なエネルギーの量が増加する（加熱体が供給しなければならないエネルギーが追加される）。この追加エネルギーの一部がインク中に蓄積され、より多くの蒸気が核形成によって生成されることになる。蒸気の量が増加するため、より大きい気泡が提供され、ひいては気泡衝撃がより大きくなる。したがって電力をより小さくすることにより、エネルギーの量は増加することになるが、その代わりに気泡衝撃が大きくなる。
【００６６】
したがって複数のモードでプリントヘッドを動作させることができ、例えば、
個々の加熱体に大きい電力が引き渡される正規印刷モード（気泡衝撃が小さく、エネルギー要求事項が厳格ではないモード）、
個々の加熱体に小さい電力が引き渡される、デキャップしたノズルを復旧するための保全モード（気泡衝撃が大きく、エネルギー要求事項が厳格なモード）、
電力駆動パルスがより小さい、インクの温度が低く、したがって粘性がより高い開始モード、
放出される滴の体積を大きくし、それによりドラフトイメージの外観を改善するべくより大きい気泡を生成するための、電力駆動パルスがより小さい、ドットの半分のみを印刷するドラフトモード（印刷速度をより速くするためのモード）、又は
アレイ内の死ノズルを補償するためにいくつかのノズルからより大きい滴が放出される死ノズル補償モード
で動作させることができる。
【００６７】
プリントヘッド設計者の第１の目的は、とりわけノズル密度が高く、且つ、ノズル噴射率（印刷速度）が大きい場合に、小さいエネルギーを放出することである。上で参照されている本出願人のＭＴＣ００１ＵＳに、小さいエネルギーを放出する利点並びに放出プロセス中におけるエネルギー消費の包括的な解析の利点が詳細に説明されている。エネルギーを放出することにより、インクの粘性を制御し、且つ、定常状態におけるインクの沸騰を防止するために合理的な範囲内に維持しなければならないプリントヘッドの定常温度がその影響を受ける。しかしながら、微小エネルギー印刷のためのプリントヘッドの設計には欠点があり、微小エネルギー動作に起因する微小気泡衝撃のため、ノズルがとりわけデキャップに対して敏感である。ノズルのアイドル時間及びデキャップの範囲によっては、場合によっては気泡衝撃が小さすぎるため、正規印刷パルスを使用したデキャップノズルからの放出が不可能な場合がある。したがって、デキャップから復旧し、或いはデキャップを防止するためにノズルを浄化しなければならない場合及び浄化しなければならない時点で、例えば印刷ジョブの開始時又はページとページの間に、気泡衝撃がより大きい保全モードに切り換えることが望ましい。このモードでは、プリントヘッドの温度は、保全のために必要なパルスの総数の方が印刷のために必要なパルスの総数より少なく、また、パルスを引き渡すことができる時間スケールがより長いため、個々のパルスに必要なエネルギーに対してそれほど敏感ではない。
【００６８】
同様に、プリントヘッドからの温度帰還を使用してインクの温度、ひいてはインクの粘性を表示することができる。駆動パルスの変調を使用することにより、一貫した滴体積を保証することができる。同時係属ＰＵＡ００１ＵＳ〜ＰＵＡ０１５ＵＳ（上で相互参照されている）に開示されているプリントヘッドＩＣは、「オンチップ」温度センサをノズルアレイ及び駆動回路に統合することができる方法を記述している。
【００６９】
以上、本発明について、単なる例によって本明細書において説明した。当業者には、広義の発明概念の精神及び範囲を逸脱しない多くの変形形態及び改変が容易に認識されよう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体基板を印刷するためのインクジェットプリントヘッドであって、
複数のノズルと、
それぞれが前記ノズル各々に対応する複数の加熱体であって、個々の加熱体が、前記対応するノズル経由で印刷流体の滴を放出する蒸気気泡、を核形成するために、前記印刷流体を加熱する構成とされた、当該複数の加熱体と、
前記加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成するための駆動回路と
を備え、
前記駆動回路が、前記駆動パルスの電力を調整して前記蒸気気泡の核形成に要する時間を変化させる構成とされた、
インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記駆動回路が、正規印刷モード及び高衝撃モードで動作する構成とされ、
それにより前記駆動パルスの長さが、前記正規印刷モードでは１マイクロ秒未満になり、前記高衝撃モードでは１マイクロ秒を超える長さになる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記高衝撃モードが、デキャップの影響を受けたノズルを復旧するために使用される保全モードである、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記高衝撃モードが、放出される印刷流体の前記滴の体積を大きくするために使用される、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
一定の滴体積を提供するために、前記高衝撃モードが、前記正規印刷モードの間に放出される他の印刷流体、よりも粘性が高い印刷流体を補償するために使用される、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記駆動パルスの各々が、前記滴の体積と等しい体積の印刷流体を、その印刷流体が前記プリントヘッドに流入する際の温度からその印刷流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーより小さいエネルギーを有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記駆動パルスの電力が、前記ノズルのアレイからの温度帰還に応答して調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記駆動パルスの電力が、その電圧を変化させることによって調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記駆動パルスの電力が、前記駆動パルスの時間平均電力を変化させるためにパルス幅変調を使用して調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記保全モードが、前記プリントヘッドが媒体基板のシートへの印刷を行う前に動作する、請求項３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記保全モードが、前記プリントヘッドが媒体基板のシートを印刷した後に、且つ前記プリントヘッドが媒体基板の次のシートを印刷する前に動作する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１】
媒体基板を印刷するためのインクジェットプリントヘッドであって、
複数のノズルと、
それぞれが前記ノズル各々に対応する複数の加熱体であって、個々の加熱体が、前記対応するノズル経由で印刷流体の滴を放出する蒸気気泡、を核形成するために、前記印刷流体を加熱する構成とされた、当該複数の加熱体と、
前記加熱体にエネルギーを供給する電気駆動パルスを生成するための駆動回路と
を備え、
前記駆動回路が、前記駆動パルスの電力を調整して前記蒸気気泡の核形成に要する時間を変化させる構成とされた、
インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記駆動回路が、正規印刷モード及び高衝撃モードで動作する構成とされ、
それにより前記駆動パルスの長さが、前記正規印刷モードでは１マイクロ秒未満になり、前記高衝撃モードでは１マイクロ秒を超える長さになる、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記高衝撃モードが、デキャップの影響を受けたノズルを復旧するために使用される保全モードである、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記高衝撃モードが、放出される印刷流体の前記滴の体積を大きくするために使用される、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
一定の滴体積を提供するために、前記高衝撃モードが、前記正規印刷モードの間に放出される他の印刷流体、よりも粘性が高い印刷流体を補償するために使用される、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記駆動パルスの各々が、前記滴の体積と等しい体積の印刷流体を、その印刷流体が前記プリントヘッドに流入する際の温度からその印刷流体の非均質沸点まで加熱するために必要なエネルギーより小さいエネルギーを有する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記駆動パルスの電力が、前記ノズルのアレイからの温度帰還に応答して調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記駆動パルスの電力が、その電圧を変化させることによって調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記駆動パルスの電力が、前記駆動パルスの時間平均電力を変化させるためにパルス幅変調を使用して調整される、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記保全モードが、前記プリントヘッドが媒体基板のシートへの印刷を行う前に動作する、請求項３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記保全モードが、前記プリントヘッドが媒体基板のシートを印刷した後に、且つ前記プリントヘッドが媒体基板の次のシートを印刷する前に動作する、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６７１７６（Ｐ２０１３−６７１７６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２６６９０３（Ｐ２０１２−２６６９０３）
【出願日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【分割の表示】特願２００９−５２８５４７（Ｐ２００９−５２８５４７）の分割
【原出願日】平成１８年１０月９日（２００６．１０．９）
【出願人】（５１２１９３４２５）ザムテック・リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｚａｍｔｅｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６６９０３（Ｐ２０１２−２６６９０３）
【出願日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【分割の表示】特願２００９−５２８５４７（Ｐ２００９−５２８５４７）の分割
【原出願日】平成１８年１０月９日（２００６．１０．９）
【出願人】（５１２１９３４２５）ザムテック・リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｚａｍｔｅｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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