(57)【要約】      （修正有）【課題】同じ大きさのインクジェットプリントヘッドで液滴の大きさ及び速度が異なるようにできるインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】リザーバ内のインクが流入してノズルに吐出されるために貯留される圧力チャンバ２２４と、前記リザーバと前記圧力チャンバの流路となるリストリクタ２４６と、前記圧力チャンバ内に形成され、前記圧力チャンバ内におけるインクの流れに変化を発生させる段差部２４１とを有し、圧力チャンバの上面と下面の間の距離を異なるように形成してなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リザーバ内のインクが流入してノズルに吐出されるために貯留される圧力チャンバと、
前記リザーバと前記圧力チャンバの流路となるリストリクタと、
前記圧力チャンバ内に形成され、前記圧力チャンバ内におけるインクの流れに変化を発生させる段差部と、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２】
前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ方向に段差上面が高くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ方向に前記段差部の高さが次第に増加することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記ノズル方向に段差上面が高くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記段差部は多段形成され、前記ノズル方向に前記段差部の高さが次第に増加することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ方向及びノズル方向に段差上面が高くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ方向及びノズル方向に前記段差部の高さが次第に増加することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ及びノズル方向に段差上面が低くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ及びノズル方向に前記段差部の高さが次第に減少することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記段差部上にはマイクロピラが形成されることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【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トヘッドに関するものであって、特に、圧電体の駆動によって圧力変化が発生する圧力チャンバを段構造に形成して、同じ大きさのインクジェットプリントヘッドから吐出されるインクの液滴の大きさと速度が異なるようにしたインクジェットプリントヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、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小さなノズルを介してインク液滴の形で吐出する構造体である。
【０００３】
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（ｂｕｂｂｌｅ）を発生させてバブルの力でインクを吐出するバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドとに区分される。
【０００４】
近年、圧電方式のインクジェットヘッドは産業用インクジェットプリンタにも使用されている。例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に金や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したり、産業グラフィックや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造、太陽電池などに使用される。
【０００５】
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、カートリッジからインクが流入する流入口、流入したインクを貯留するリザーバ、及び上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などが形成される。
【０００６】
近年、産業用インクジェットプリンタの応用分野の拡大に伴って、液滴の大きさ及び速度を制御する必要があり、これに対する研究が必要な実情であった。
【０００７】
従来の圧力チャンバは、リストリクタと連通する部分とノズルと連通する部分の高さが同一になっている。即ち、圧力チャンバは、上面と下面の間の距離が一定に形成される直方体構造を有する。
【０００８】
圧力チャンバの上面と下面の間の距離が一定に形成されるので、液滴の大きさ及び速度は同じ大きさのインクジェットヘッドでは同じになるしかないという問題点があった。よって、応用分野の必要によって同じ大きさのインクジェットプリントヘッドで液滴の大きさ及び速度が異なるインクジェットプリントヘッドを開発する必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧電体の駆動によって圧力変化が発生する圧力チャンバを段構造に形成して、同じ大きさのインクジェットプリントヘッドから吐出されるインクの液滴の大きさと速度が異なるようにしたインクジェットプリントヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、リザーバ内のインクが流入してノズルに吐出されるために貯留される圧力チャンバと、前記リザーバと前記圧力チャンバの流路となるリストリクタと、前記圧力チャンバ内に形成され、前記圧力チャンバ内におけるインクの流れに変化を発生させる段差部とを含むことができる。
【００１１】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ方向に段差上面が高くなるように形成されてもよい。
【００１２】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ方向に前記段差部の高さが次第に増加してもよい。
【００１３】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記ノズル方向に段差上面が高くなるように形成されてもよい。
【００１４】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は多段形成され、前記ノズル方向に前記段差部の高さが次第に増加してもよい。
【００１５】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ方向及びノズル方向に段差上面が高くなるように形成されてもよい。
【００１６】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ方向及びノズル方向に前記段差部の高さが次第に増加してもよい。
【００１７】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は、前記圧力チャンバ内で前記リストリクタ及びノズル方向に段差上面が低くなるように形成されてもよい。
【００１８】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部は多段形成され、前記リストリクタ及びノズル方向に前記段差部の高さが次第に減少してもよい。
【００１９】
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの前記段差部上にはマイクロピラが形成されてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のインクジェットプリントヘッドによると、同じ大きさのインクジェットヘッドにおいても圧力チャンバの上面と下面の間の距離を異なるように形成して、液滴の大きさ及び速度を異なるように構成することができる効果がある。
【００２１】
また、液滴の大きさと速度を異なるように構成することで、インクジェット方式が適用される応用分野で、必要に応じた液滴の大きさと速度を有するインクジェットプリントヘッドを選択することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの一部を切開して示す概略分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図４】本発明の第３実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図５】本発明の第４実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図６】本発明の第５実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図７】本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図８】本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッド内にマイクロピラが配置された状態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に限定されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除などによって、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例を容易に提案することができるはずであるが、これも本願発明思想の範囲内に含まれると理解できるであろう。
【００２４】
また、各実施例の図面に示される同じ思想の範囲内の同じ機能を有する構成要素は同じ参照符号を使用して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの一部を切開して示す概略分解斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッド２００は、圧力チャンバ２２４、リストリクタ２４６及び段差部２４１を含むことができる。
【００２７】
前記インクジェットプリントヘッド２００は、シリコンまたはガラスなどの基板プレートを積層して製造される構造体である。前記基板プレートにＭＥＭＳ加工で孔や溝などを形成し、前記基板プレートの積層によって前記圧力チャンバ２２４、リストリクタ２４６及び段差部２４１が形成される。
【００２８】
本実施例で、前記インクジェットプリントヘッド２００は、下部基板２６０、中間基板２４０及び上部基板２２０が積層されて形成される。
【００２９】
一方、インクジェットプリントヘッド２００のシリコンプレートは２層構造からなってもよく、もっと多い基板を積層して形成されてもよい。
【００３０】
前記上部基板２２０には、前記インクジェットプリントヘッド２００内にインクが流入するインク流入口２２２と、インクに吐出駆動力が提供される圧力チャンバ２２４が形成される。前記圧力チャンバ２２４の上部には、メンブレイン２２５を間に置いて前記圧力チャンバ２２４にインク吐出のための駆動力を提供する圧電体２５０が備えられることができる。
【００３１】
前記圧電体２５０は、圧力チャンバ２２４の上面であるメンブレイン２２５を変形させて、インクの吐出を駆動することができる。圧電体は、電気的エネルギーを機械的エネルギーにまたはその逆に変換することができる要素であり、その材料として代表的にチタン酸ジルコン酸鉛（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２５０を利用した圧電方式ではなくバブルジェットまたはサーマルジェット方式を利用してもよい。
【００３２】
前記下部基板２６０にはノズル２６２が形成され、前記中間基板２４０にはダンパ２４４とヘッド内にインクを貯留するリザーバ２４２が形成されることができる。また、中間基板２４０には、圧力チャンバ２２４のインクがリザーバ２４２に逆流することを防止するリストリクタ２４６が形成されることができる。
【００３３】
前記圧電体２５０は、電源の供給によって変形する圧電物質層の上下部に電極が形成されて構成される。前記上下部電極には、電圧印加のためにフレキシブルプリント回路基板が連結されることができる。
【００３４】
前記ノズル２６２は、前記圧電体２５０の駆動力によって、圧力チャンバ２２４に貯留されたインクを液滴単位で吐出することができる。この時、前記ノズル２６２は、液滴の大きさと液滴の方向性を決める。
【００３５】
ここで、前記中間基板２４０には段差部２４１が形成される。前記段差部２４１は、前記中間基板２４０と上部基板２２０の接合で形成される前記圧力チャンバ２２４の上面と下面の間の距離を異なるようにすることができる。
【００３６】
図２を参照すると、前記段差部２４１は、前記リストリクタ２４６方向に段差部２４１の段差上面２４１２が高くなるように形成される。即ち、圧力チャンバ２２４の高さはノズル２６２方向に増加するようになる。言い換えれば、圧力チャンバ２２４の断面積はインクの流れに沿って大きくなる。このような構造を拡散型圧力チャンバと定義する。
【００３７】
前記拡散型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドを用いてインク液滴の体積と吐出速度をシミュレーションして測定した結果、液滴の体積は０．９２ｐＬ、吐出速度は１．５９ｍ／ｓであった。
【００３８】
前記拡散型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドと同じ大きさを有し、従来のフラット型圧力チャンバを有するインクジェットプリントヘッドで、インク液滴の体積と吐出速度をシミュレーションして測定すると、液滴の体積は１．２８ｐＬ、吐出速度は２．７８ｍ／ｓであった。
【００３９】
即ち、拡散型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドでは、液滴の体積と吐出速度は減少するようになる。
【００４０】
拡散型圧力チャンバ内の段差部２４１は、インクがノズル２６２に流入する前にチャンバの高さを増加させて、一種のダンパの役割を果たすようになる。
【００４１】
図３は、本発明の第２実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【００４２】
図３を参照すると、第１実施例によるインクジェットプリントヘッドとの差は、段差部２４３は、前記ノズル２６２方向に段差部２４３の段差上面２４３２が高くなるように形成されるということである。即ち、圧力チャンバ２２４の高さはノズル２６２方向に減少する。言い換えれば、圧力チャンバ２２４の断面積はインクの流れに沿って小さくなる。このような構造を収束型圧力チャンバと定義する。
【００４３】
前記収束型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドを用いて、インク液滴の体積と吐出速度をシミュレーションして測定した結果、液滴の体積は１．１３ｐＬ、吐出速度は２．２０ｍ／ｓであった。
【００４４】
前記収束型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドと同じ大きさを有し、従来のフラット型圧力チャンバを有するインクジェットプリントヘッドで、インク液滴の体積と吐出速度をシミュレーションして測定すると、液滴体積は１．２８ｐＬ、吐出速度は２．７８ｍ／ｓであった。
【００４５】
即ち、収束型圧力チャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドでは、液滴の体積と吐出速度は減少するようになる。
【００４６】
収束型圧力チャンバは、ノズル出口方向へのインクの流動性を向上させ、インク吐出後リストリクタ２４６に逆流するインクの流れを妨害するのに大きな効果がある。
【００４７】
図４は、本発明の第３実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図５は、本発明の第４実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【００４８】
図４を参照すると、段差部２４５は多段形成され、前記リストリクタ２４６方向に前記段差部２４５の高さが次第に増加するようにして、ノズル方向に圧力チャンバ２２４の高さが次第に高くなる拡散型インクチャンバが形成されたインクジェットプリントヘッドの構造が示されている。
【００４９】
また、図５を参照すると、段差部２４７は多段形成され、前記ノズル２６２方向に前記段差部２４７の高さが次第に増加するようにして、ノズル方向に圧力チャンバ２２４の高さが次第に減少する収束型インクチャンバが形成されるインクジェットプリントヘッドの構造が示されている。
【００５０】
図４及び図５の実施例のように、前記拡散型圧力チャンバと収束型圧力チャンバを多段構造にして、インクの体積と吐出速度を調節できるだけでなく、インクの流動性を適切に調節することができる。
【００５１】
図６は、本発明の第５実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図７は、本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【００５２】
図６を参照すると、段差部２４９ａは、前記圧力チャンバ２２４内で前記リストリクタ２４６方向及びノズル２６２方向に段差上面２４９２が高くなるように形成されることができる。すなわち、圧力チャンバ２２４の断面積はインクの流れに沿って一旦大きくなった後に小さくなる。
【００５３】
また、段差部２４９ａは多段形成され、前記リストリクタ２４６及びノズル方向に前記段差部２４９ａの高さが次第に増加するようにして、リストリクタ２４６及びノズル２６２方向に圧力チャンバ２２４の高さが次第に減少するインクジェットプリントヘッドの構造が示されている。
【００５４】
図７を参照すると、段差部２４９ｂは、前記圧力チャンバ２２４内で前記リストリクタ２４６方向及びノズル２６２方向に段差上面２４９４が低くなるように形成されることができる。すなわち、圧力チャンバ２２４の断面積はインクの流れに沿って一旦小さくなった後に大きくなる。
【００５５】
また、段差部２４９ｂは多段形成され、前記リストリクタ２４６及びノズル方向に前記段差部２４９ｂの高さが次第に低くなるようにして、リストリクタ２４６及びノズル２６２方向に圧力チャンバ２２４の高さが次第に増加するインクジェットプリントヘッドの構造が示されている。
【００５６】
このような拡散型圧力チャンバと収束型圧力チャンバの原理を適切に組み合わせることで、インク液滴の体積、速度及びインクの流動性を改善することができる。
【００５７】
図８は、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッド内にマイクロピラが配置された状態を示す概略斜視図である。
【００５８】
図８を参照すると、インクチャンバ２２４内の段差部２４１上にマイクロピラ２４８が形成されることができる。
【００５９】
前記マイクロピラ２４８は、圧電体２５０の駆動によって前記圧力チャンバ２２４で発生する音波を減殺するだけでなく、インク吐出後リストリクタ２４６に逆流するインクの流れに流動抵抗を発生させる。
【００６０】
即ち、収束型インクチャンバの逆流するインクの流動抵抗を補うだけでなく、拡散型インクチャンバの逆流するインクの流動抵抗を補うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のインクジェットプリントヘッドによると、同じ大きさのインクジェットヘッドにおいても、圧力チャンバの上面と下面の間の距離を異なるように形成して、液滴の大きさ及び速度を異なるように構成できる効果がある。
【００６２】
また、液滴の大きさと速度を異なるように構成することで、インクジェット方式が適用される応用分野で必要に応じた液滴の大きさと速度を有するインクジェットプリントヘッドを選択できる効果がある。
【符号の説明】
【００６３】
２００：インクジェットプリントヘッド
２２２：インク流入口
２２４：圧力チャンバ
２４１、２４３：段差部
２４８：マイクロピラ
２６２：ノズル
【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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