(57)【要約】【課題】流体の順方向の進行は円滑であり、かつ逆方向の進行は妨げられるバイパス弁構造を有する積層基板、並びにこれを利用したインクジェットプリントヘッド及びマイクロポンプを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板は、積層基板内に形成される弁構造において、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層基板内に形成される弁構造において、
第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、
前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路と
を含むことを特徴とするバイパス弁構造を有する積層基板。
【請求項２】
前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通することを特徴とする請求項１に記載のバイパス弁構造を有する積層基板。
【請求項３】
前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイパス弁構造を有する積層基板。
【請求項４】
前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成され、
前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のバイパス弁構造を有する積層基板。
【請求項５】
流入口から流入するインクを貯蔵するリザーバと、
前記リザーバから供給されるインクをノズルに吐出する前に貯蔵し、圧電体の駆動力で貯蔵されたインクを押し出す圧力チャンバと、
前記リザーバと前記圧力チャンバを連結する流路であるリストリクタとを含み、
前記リストリクタは、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成されることを特徴とする請求項５または６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成され、
前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成されることを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
流体をポンピングするように駆動する圧電体が備えられる圧力チャンバと、
前記圧力チャンバに流体が流入する通路である流入路、及び前記圧力チャンバから流体が流出する通路である流出路とを含み、
前記流入路と前記流出路の少なくとも一方は、積層基板内に形成される流路構造であり、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含むことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通することを特徴とする請求項９に記載のマイクロポンプ。
【請求項１１】
前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載のマイクロポンプ。
【請求項１２】
前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成され、
前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成されることを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載のマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイパス弁構造を有する積層基板、並びにこれを利用したインクジェットプリントヘッド及びマイクロポンプに関し、より詳細には、圧力チャンバから排出された流体が逆流する現象を大幅に低減するバイパス弁構造を有する積層基板、並びにこれを利用したインクジェットプリントヘッド及びマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インクジェットプリントヘッドは、電気信号を物理的な力に変換してインクを小さいノズルから液滴状に吐出させる構造体である。インクジェットプリントヘッドは、アクチュエータの方式によって、圧電体の変形を駆動力として利用する圧電方式のインクジェットプリントヘッドと、熱源を利用してインクにバブルを発生させてバブルの力でインクを吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドとに分けられる。
【０００３】
近年、圧電方式のインクジェットプリントヘッドは、産業用インクジェットプリンタにおいても使用されている。例えば、プリント基板（ＰＣＢ）上に金、銀などの金属を溶解して形成したインクを噴射して回路パターンを直接形成するのにも使用され、産業グラフィック、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造、太陽電池などにも使用される。
【０００４】
産業用インクジェットプリンタのインクジェットプリントヘッド内には、カートリッジからのインクが流入する流入口、流入したインクを貯蔵するリザーバ、前記リザーバ内のインクをノズルに移動させるためにアクチュエータの駆動力を伝達する圧力チャンバ、前記リザーバから前記圧力チャンバへの流路となり、前記ノズルから吐出されたインクの逆流を妨げるリストリクタ（ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ）などが形成される。
【０００５】
このようなインクジェットプリントヘッド内の構成は、シリコン、ガラスなどの複数の基板にＭＥＭＳ加工でホールや溝などを形成した後、前記基板を積層することにより行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の前記リストリクタは、単なる水平又は垂直状の四角断面チャネルの構造を有するため、インク吐出前後の機能の違いがないという問題があった。
【０００７】
従って、インク吐出後に逆流するインクの流れを妨げるためのリストリクタの形状に関する研究が必要となっている。
【０００８】
また、流体の順方向の進行は円滑であり、かつ逆方向の進行は妨げられるバイパス弁構造を有する積層基板の応用例を拡大するための研究が必要となっている。
【０００９】
本発明の目的は、流体の順方向の進行は円滑であり、かつ逆方向の進行は妨げられるバイパス弁構造を有する積層基板を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記バイパス弁構造がリストリクタとして適用されるインクジェットプリントヘッドを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、前記バイパス弁構造が適用されるマイクロポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板は、積層基板内に形成される弁構造において、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含む。
【００１３】
また、本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板において、前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通するようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板において、前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成してもよい。
【００１５】
さらに、本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板において、前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成し、前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成してもよい。
【００１６】
他の態様において、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、流入口から流入するインクを貯蔵するリザーバと、前記リザーバから供給されるインクをノズルに吐出する前に貯蔵し、圧電体の駆動力で貯蔵されたインクを押し出す圧力チャンバと、前記リザーバと前記圧力チャンバを連結する流路であるリストリクタとを含み、前記リストリクタは、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含む。
【００１７】
また、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通するようにしてもよい。
【００１８】
さらに、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成してもよい。
【００１９】
さらに、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成し、前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成してもよい。
【００２０】
さらに他の態様において、本発明の一実施形態によるマイクロポンプは、流体をポンピングするように駆動する圧電体が備えられる圧力チャンバと、前記圧力チャンバに流体が流入する通路である流入路、及び前記圧力チャンバから流体が流出する通路である流出路とを含み、前記流入路と前記流出路の少なくとも一方は、積層基板内に形成される流路構造であり、第１直線路と第２直線路を連結する傾斜路と、前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなるバイパス流路とを含む。
【００２１】
また、本発明の一実施形態によるマイクロポンプにおいて、前記第１直線路と前記第２直線路とは、前記傾斜路により繰り返し連結され、それぞれ前記バイパス流路に連通するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、本発明の一実施形態によるマイクロポンプにおいて、前記第１直線路と前記傾斜路とは、異なる基板に形成してもよい。
【００２３】
さらに、本発明の一実施形態によるマイクロポンプにおいて、前記第１直線路及び前記第２直線路は第１基板に形成し、前記傾斜路及び前記第１直線路と前記第２直線路の少なくとも一方に連通する前記バイパス流路は第２基板に形成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板によれば、積層基板内で順方向の進行は円滑であり、かつ逆方向の進行は妨げられる流体の流れを得ることのできる弁構造を実現することができる。
【００２５】
また、前記バイパス弁構造をインクジェットプリントヘッドのリストリクタに適用することにより、インク吐出後にリストリクタに逆流するインクの流れに流動抵抗が発生するので、インクの吐出性能が向上する。
【００２６】
さらに、積層基板内で流体の流れが発生するインクジェットプリントヘッドやマイクロポンプなどに、前記バイパス弁構造を容易に適用することができるので、応用性に優れているという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板の第１実施形態を示す概略分解斜視図である。
【図２】図１のバイパス弁構造における流体の順方向の流れを示す概略図である。
【図３】図１のバイパス弁構造における流体の逆方向の流れを示す概略図である。
【図４】本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板の第２実施形態を示す概略分解斜視図である。
【図５】図４のバイパス弁構造における流体の順方向の流れを示す概略図である。
【図６】図４のバイパス弁構造における流体の逆方向の流れを示す概略図である。
【図７】図１のバイパス弁構造をリストリクタとして適用した、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドを示す概略図である。
【図８】図４のバイパス弁構造をリストリクタとして適用した、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドを示す概略図である。
【図９】図４のバイパス弁構造を流入口及び流出口として適用した、本発明の一実施形態によるマイクロポンプを示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を連続して配置した場合を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の思想は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者であれば、同じ思想の範囲内で構成要素の追加、変更、削除などを行うことにより、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案できるであろうが、これもやはり本発明の思想の範囲内に含まれるといえる。
【００２９】
なお、各実施形態の図面に示される同一の思想の範囲内における機能が同一の構成要素は、同一の符号を付して説明する。
【００３０】
図１は本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板の第１実施形態を示す概略分解斜視図であり、図２は図１のバイパス弁構造における流体の順方向の流れを示す概略図であり、図３は図１のバイパス弁構造における流体の逆方向の流れを示す概略図である。
【００３１】
図１〜図３を参照すると、本発明の第１実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板１００は、上部基板１２０と下部基板１４０とが積層された構造体であり、下部基板１４０にはバイパス弁構造２００が形成される。
【００３２】
ここで、前記バイパス弁構造をなす流路は、上部基板１２０に凹溝構造で形成してもよく、上部基板１２０と下部基板１４０の両方に凹溝構造で形成してもよく、前記流路の形成は上部基板１２０と下部基板１４０の積層により行われる。
【００３３】
また、本実施形態においては、上部基板と下部基板の２層構造を基本構造として提案しているが、前記上部基板と前記下部基板との間に中間基板を複数配置して流路を高く形成してもよい。
【００３４】
バイパス弁構造２００は、第１直線路２２０、第２直線路２８０、傾斜路２５０、及び少なくとも１つのバイパス流路２４０、２６０を含む。
【００３５】
第１直線路２２０は、流体が流入する流入口１２２に連結され、第２直線路２８０は、流体が流出する流出口１４２に連結される。第１直線路２２０と第２直線路２８０とは平行に形成されるが、場合によって、所定の角度を有するように配置されてもよい。
【００３６】
傾斜路２５０は、第１直線路２２０と第２直線路２８０を連結し、平行に形成された第１直線路２２０と第２直線路２８０との間で傾斜した流路を形成する。
【００３７】
前記バイパス流路は、第１直線路２２０と第２直線路２８０の少なくとも一方に連通し、曲線流路からなる。
【００３８】
第１直線路２２０と傾斜路２５０を連結するバイパス流路を第１バイパス流路２４０といい、第２直線路２８０と傾斜路２５０を連結するバイパス流路を第２バイパス流路２６０という。
【００３９】
図２及び図３を参照して流体の移動経路を説明する。まず、流入口１２２に流入した流体は、順方向の流れの場合、第１直線路２２０、傾斜路２５０、及び第２直線路２８０の最短距離経路で移動する。
【００４０】
ここで、第１バイパス流路２４０の分枝路２４２は、第１直線路２２０内の流体の流れと逆の角度を有し、第２バイパス流路２６０の分枝路２６２は、傾斜路２５０内の流体の流れと逆の角度を有するように形成される。
【００４１】
従って、流体の順方向の流れにおいて、ほとんどの流体が第１直線路２２０、傾斜路２５０、及び第２直線路２８０の最短距離経路で流れる。
【００４２】
また、流出口１４２に流動していない流体の逆方向の流れは、第２直線路２８０、第２バイパス流路２６０、傾斜路２５０、第１バイパス流路２４０、及び第１直線路２２０の経路で行われる。
【００４３】
ここで、第２直線路２８０と第２バイパス流路２６０とが直線状に連通し、傾斜路２５０と第１バイパス流路２４０とが直線状に連通している。
【００４４】
従って、流出口１４２に流動していないほとんどの流体は、第２直線路２８０、第２バイパス流路２６０、傾斜路２５０、第１バイパス流路２４０、及び第１直線路２２０の経路で流れる（逆流する）。
【００４５】
一方、本実施形態においては、積層基板１００内に１つのバイパス弁構造が形成された場合を説明したが、第１直線路２２０と第２直線路２８０とは、傾斜路２５０により繰り返し連結され、それぞれバイパス流路２４０、２６０に連通するようにしてもよい。
【００４６】
図４は本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板の第２実施形態を示す概略分解斜視図であり、図５は図４のバイパス弁構造における流体の順方向の流れを示す概略図であり、図６は図４のバイパス弁構造における流体の逆方向の流れを示す概略図である。
【００４７】
図４〜図６を参照すると、本発明の第２実施形態によるバイパス弁構造を有する積層基板１００は、第１実施形態とは異なり、第１直線路２２０と傾斜路２５０とが異なる基板（第１基板１２０、第２基板１４０）に形成される。
【００４８】
また、第１直線路２２０及び第２直線路２８０は第１基板１２０に形成され、傾斜路２５０及び第１直線路２２０と第２直線路２８０の少なくとも１つに連通するバイパス流路２４０、２６０は第２基板１４０に形成される。
【００４９】
ここで、第１基板１２０及び第２基板１４０は、上部基板又は下部基板のいずれか一方である。
【００５０】
本実施形態においては、流体の順方向及び逆方向の流れの基本的な経路は第１実施形態と同様であるが、順方向の流れにおいて、第１直線路２２０から傾斜路２５０への移動と、傾斜路２５０から第２直線路２８０への移動は、他の基板への層間移動であり、逆方向の流れにおいて、第２バイパス流路２６０から傾斜路２５０への移動と、第１バイパス流路２４０から第１直線路２２０への移動も、他の基板への層間移動である。
【００５１】
ここで、特に、流体の逆方向の流れ（逆流）において層間移動時に発生するボルテックスは、流体の逆方向の流れに対して大きな流動抵抗を生じる。
【００５２】
図７は図１のバイパス弁構造をリストリクタとして適用した、本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドを示す概略図であり、図８は図４のバイパス弁構造をリストリクタとして適用した、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドを示す概略図である。
【００５３】
本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッド３００は、リザーバ３４２、圧力チャンバ３２４、及びリストリクタ２００を含む。
【００５４】
インクジェットプリントヘッド３００は、複数の基板が積層されてなるものであり、本実施形態においては、上部基板３２０と下部基板３４０の２層構造を例示している。
【００５５】
選択によって、上部基板３２０と下部基板３４０との間に複数の中間基板を積層してもよい。
【００５６】
上部基板３２０には、インクジェットプリントヘッド３００内にインクが流入するインク流入口３２２、及びインクに吐出駆動力が提供される圧力チャンバ３２４が形成される。圧力チャンバ３２４の上部には、メンブラン３２５を介して圧力チャンバ３２４にインクを吐出するための駆動力を提供する圧電体３５０が備えられる。
【００５７】
圧電体３５０は、圧力チャンバ３２４の上面であるメンブラン３２５を変形させてインクの吐出を駆動する。圧電体３５０は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに、又はその逆に変換する要素であり、その材料としては、主にチタンジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）が使用される。また、インクの吐出のために、圧電体３５０を利用する圧電方式ではなく、バブルジェット又はサーマルジェット方式を用いてもよい。
【００５８】
下部基板３４０には、ノズル３６２、ダンパ３４４、ヘッド内にインクを貯蔵するリザーバ３４２、及び圧力チャンバ３２４のインクがリザーバ３４２に逆流することを防止するリストリクタ２００が形成される。
【００５９】
圧電体３５０は、電源供給により変形する圧電物質層の上下部に電極が形成されてなり、前記上下部の電極には電圧印加のためにフレキシブルプリント基板を接続してもよい。
【００６０】
ノズル３６２は、圧電体３５０の駆動力により、圧力チャンバ３２４に貯蔵されたインクを液滴単位で吐出する。
【００６１】
ここで、図７のリストリクタ２００は、図１〜図３のバイパス弁構造からなり、図８のリストリクタ２００は、図４〜図６のバイパス弁構造からなる。
【００６２】
バイパス弁構造についての説明は前記バイパス弁構造の実施形態の説明で代替する。
【００６３】
図９は図４のバイパス弁構造を流入口及び流出口として適用した、本発明の一実施形態によるマイクロポンプを示す概略図である。
【００６４】
本発明の一実施形態によるマイクロポンプ５００は、流体をポンピングするように駆動する圧電体５２０が備えられる圧力チャンバ５４０と、圧電体５２０の駆動により、圧力チャンバ５４０に流体が流入する流入路２００ａ、及び圧力チャンバ５４０から流体が流出する流出路２００ｂとからなる。
【００６５】
本実施形態において、圧力チャンバ５４０、流入路２００ａ及び流出路２００ｂは、積層基板内に形成されるものであり、３次元バイパス弁構造である図４の実施形態を示すが、２次元バイパス弁構造である図１の実施形態を適用することもできる。
【００６６】
バイパス弁構造についての説明は前記バイパス弁構造の実施形態の説明で代替する。
【００６７】
図１０は本発明の一実施形態によるバイパス弁構造を連続して配置した場合を示す概略図である。
【００６８】
つまり、バイパス弁構造２００ｃ、２００ｄ、２００ｅは連続して配列される。このように連続して配列されたバイパス弁構造２００ｃ、２００ｄ、２００ｅを、インクジェットプリントヘッド３００のリストリクタ２００、又はマイクロポンプ５００の流入路２００ａ及び流出路２００ｂの代わりに使用することができる。
【００６９】
本発明によるバイパス弁構造を有する積層基板によれば、積層基板内で順方向の進行は円滑であり、かつ逆方向の進行は妨げられる流体の流れを得ることのできる弁構造を実現することができる。
【００７０】
また、前記バイパス弁構造をインクジェットプリントヘッドのリストリクタに適用することにより、インク吐出後にリストリクタに逆流するインクの流れに流動抵抗が発生するので、インクの吐出性能が向上する。
【００７１】
さらに、積層基板内で流体の流れが発生するインクジェットプリントヘッドやマイクロポンプなどに、前記バイパス弁構造を容易に適用することができるので、応用性に優れているという効果がある。
【符号の説明】
【００７２】
１００  積層基板
２００  リストリクタ（バイパス弁構造）
３００  インクジェットプリントヘッド
５００  マイクロポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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