(57)【要約】【課題】  インクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】  インクが外部に吐出されるノズルを有するインク流路と、このインク流路の内部に相互離隔されて設けられる少なくとも一対の電極と、この一対の電極間に液体イオン化によるプラズマ放電を起こす電圧を印加してインク吐出しのためのバブルを発生させる電圧印加部と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが外部に吐出されるノズルを有するインク流路と、
前記インク流路の内部に相互離隔されて設けられる少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極間に液体イオン化によるプラズマ放電を起こす電圧を印加してインク吐出しのためのバブルを発生させる電圧印加部と、を備える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】
前記インクは、誘電性または導電性液体であ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】
前記一対の電極間の間隔は１〜１０μｍであ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４】
前記一対の電極間にはパルス状の直流または交流電圧が印加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】
前記一対の電極間に印加される電圧は１ＭＶ／ｍ以上であ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６】
前記一対の電極間に電圧が印加される時間は０.１〜１０μｓであ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】
前記インク流路は、前記ノズルを通じて吐出されるインクが充填されるインクチャンバー及び前記インクチャンバーにインクを供給する通路であるインクチャンネルを含む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８】
前記一対の電極は、前記インクチャンバーの内部に設けられることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記一対の電極は、前記インクチャンネルの内部に設けられることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記一対の電極は、前記インクチャンバー及びインクチャンネルの内部に設けられることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記インク流路は、前記ノズルを通じて吐出されるインクが充填されるインクチャンバー及び前記インクチャンバーにインクを供給する通路である複数のインクチャンネルを含み、前記一対の電極は、前記インクチャンネルそれぞれの内部に設けら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。
【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係り、詳細には液体プラズマ放電によってバブルを発生させてインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像で印刷する装置である。インクジェットプリントヘッドは、インクの吐出しメカニズムによって一般的に２つに分けられるが、その一つは熱源を利用してインクにバブルを発生させて、そのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によってインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの構造を示す切開斜視図及びそのインク液滴の吐出し過程を説明するための断面図である。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、基板１０と、その基板１０上に設置されてインクチャンバー２６及びインクチャンネル２４を限定する隔壁１４と、インクチャンバー２６の下部に設置されるヒータ１２と、インク液滴２９′が吐出されるノズル１６が形成されたノズルプレート１８と、を備える。前記ヒータ１２にパルス状の電流が印加されてヒータ１２から熱が発生すれば、インクチャンバー２６内に充填されたインク２９が加熱されてバブル２８が生成される。生成されたバブル２８は継続的に膨脹し、これにより、インクチャンバー２６内に充填されたインク２９に圧力が加えられてノズル１６を通じてインク液滴２９′が外部に吐出される。次いで、マニホルド２２からインクチャンネル２４を通じてインクチャンバー２６の内部にインク２９が吸入されてインクチャンバー２６は再びインク２９で充填される。
【０００５】
しかし、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでは、バブルが消滅する時に発生するキャビテーション圧力がヒータ１２の中央部位に集中してヒータ１２を損傷させる恐れがある。
【０００６】
このような熱駆動方式の問題点を解決するためのインクジェットプリントヘッドの一例として、図２には、特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造が概略的に示されている。
【０００７】
図２を参照すれば、レーザ光源３０から発生したレーザビームＬを各インク容器３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃに充填された所定色相のインク３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃに走査すれば、光エネルギーが音響エネルギーに変換されてインク３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃの内部ではバブルが発生する。そして、このように発生したバブルによってインク液滴が用紙５０に吐出されて所望の画像が形成される。
【０００８】
しかし、前記のような方式のインクジェットプリントヘッドでは、高エネルギーのレーザビームを発生させるために高コストのレーザ光源が必要になり、また光学構成が複雑であってインクジェットプリントヘッドの小型化、集積化に難しさがある。
【０００９】
一方、図３には特許文献２に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造が概略的に示されている。
【００１０】
図３を参照すれば、チャンバー５３の内部に電解質を含むインク５１が充填され、チャンバー５３の底面には一対の電極５２ａ，５２ｂが設けられる。この一対の電極５２ａ，５２ｂに信号発生器５７から電気分解信号が印加されれば、電極５２ａ，５２ｂの周囲のインク５１が電気分解されてガスバブル５５ａ，５５ｂが発生膨脹する。次いで、膨脹されたガスバブル５５ａ，５５ｂによってチャンバーの内部のインク５１は、ノズル５４を通じて液滴５６状に吐出される。
【００１１】
前記のような方式のインクジェットプリントヘッドは、低電圧でも駆動されうるという長所はあるが、インク吐出し力が弱く、有害ガスの発生可能性があり、インクの高導電性の必要性及びガス消滅のための電圧スイッチングのような問題が存在する。
【特許文献１】米国特許第５,７１３,６７３号明細書
【特許文献２】米国特許第５,０７２,２４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、液体プラズマ放電によってバブルを発生させてインクを吐出させることによって、高集積及び高解像度の印刷を具現できるインクジェットプリントヘッドを提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、インクが外部に吐出されるノズルを有するインク流路と、前記インク流路の内部に相互離隔されて設けられる少なくとも一対の電極と、前記一対の電極間に液体イオン化によるプラズマ放電を起こす電圧を印加してインク吐出しのためのバブルを発生させる電圧印加部と、を備える。
【００１４】
前記インクは、誘電性または導電性液体でありうる。
【００１５】
前記一対の電極間の間隔は１〜１０μｍであることが望ましい。
【００１６】
前記一対の電極間にはパルス状の直流または交流電圧が印加されることが望ましい。
【００１７】
前記一対の電極間に印加される電圧は１ＭＶ／ｍ以上であり、前記一対の電極間に電圧が印加される時間は０.１〜１０μｓであることが望ましい。
【００１８】
前記インク流路は、前記ノズルを通じて吐出されるインクが充填されるインクチャンバー及び前記インクチャンバーにインクを供給する通路であるインクチャンネルを含む。ここで、前記一対の電極は、前記インクチャンバーの内部またはインクチャンネルの内部に設けられうる。一方、前記一対の電極は、前記インクチャンバー及びインクチャンネルの内部に設けられることもある。
【００１９】
前記インク流路は、前記ノズルを通じて吐出されるインクが充填されるインクチャンバー及び前記インクチャンバーにインクを供給する通路である複数のインクチャンネルを含み、この時、前記一対の電極は、前記インクチャンネルそれぞれの内部に設けられうる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるインクジェットプリントヘッドによれば、次のような効果がある。
【００２１】
第一に、液体プラズマ放電によって発生したバブルを利用してインクを吐出させることによって、ヒータや圧電体が不要な単純な構造の高集積、高解像度のインクジェットプリントヘッドが得られる。
【００２２】
第二に、従来の問題点であるヒータの破損によるプリントヘッドの耐久性限界を克服して、プリントヘッドの寿命を延長させうる。
【００２３】
第三に、液体プラズマ放電によって発生したバブルを利用するので、インクの吐出し力が非常に強く、有害ガスの発生可能性もない。
【００２４】
第四に、本発明によるインクジェットプリントヘッドに使われるインクは、感光性、導電性のような物性の制限がほとんどない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を表す。
【００２６】
図４及び図５は、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を示す断面図及び平面図である。
【００２７】
図４及び図５を参照すれば、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドは、インク１００が外部に吐出されるノズル１０６を有するインク流路と、前記インク流路の内部に設けられる一対の電極１０７ａ，１０７ｂと、前記一対の電極１０７ａ，１０７ｂ間に電圧を印加する電圧印加部１１０と、を備える。
【００２８】
前記インク流路は、インクチャンバー１０２とインクチャンネル１０４とよりなる。ここで、前記インクチャンバー１０２は、ノズル１０６を通じて吐出されるインク１００が充填される空間であり、前記インクチャンネル１０４は、インクチャンバー１０２にインク１００を供給する通路である。そして、前記インクチャンネル１０４は、インク１００が保存されたインクタンク（図示せず）と連結されている。ここで、インク１００は、誘電性または導電性液体よりなりうる。
【００２９】
前記一対の電極１０７ａ，１０７ｂは、前記インクチャンバー１０２の内部の底面に相互離隔されて設けられる。ここで、前記電極１０７ａ，１０７ｂ間の間隔は約１〜１０μｍであることが望ましい。一方、前記インクチャンバー１０２の内部には図示されたものとは違って２対以上の電極が設けられることもある。
【００３０】
前記電圧印加部１１０は、前記一対の電極１０７ａ，１０７ｂ間に液体イオン化によるプラズマ放電を起こす電圧を印加する。ここで、前記電極１０７ａ，１０７ｂ間に印加される電圧は、パルス状の直流または交流電圧となりうる。このような液体プラズマ放電によって前記電極１０７ａ，１０７ｂ間にあるインク１００からバブル１２０が発生膨脹し、このバブル１２０の膨張力によってインクチャンバー１０２の内部のインク１００はノズル１０６を通じて外部に吐出される。この時、インク液滴が吐出される速度は約１〜５０ｍ／ｓほどとなる。
【００３１】
一般的に、液体プラズマ放電を起こすためには、液体が純粋な水である場合には、約１００ＭＶ／ｍ以上の電圧が必要であり、液体が導電性である場合には、約１ＭＶ／ｍ以上の電圧が必要である。しかし、それ以外にも液体プラズマ放電を起こすために必要な電圧は、電極の形状、インクの導電度、電極間の間隔、温度、圧力によって複合的に決定される。
【００３２】
以下では、図６Ａないし図６Ｃを参照して、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドのインク吐出し過程を説明する。
【００３３】
まず、図６Ａを参照すれば、一対の電極１０７ａ，１０７ｂ間に電圧が印加されていない状態では、インクチャンバー１０２内のインク１００は、毛細管力によってノズル１０６の入口まで充填されてメニスカスを形成する。この時、前記電極１０７ａ，１０７ｂ間の間隔は約１〜１０μｍである。次いで、電圧印加部１１０によって前記電極１０７ａ，１０７ｂ間にパルス状の直流または交流電圧が印加される。この時、前記電極１０７ａ，１０７ｂ間には約１ＭＶ／ｍ以上の電圧が一定期間、例えば、約０．１〜１０μｓ間印加される。前記電極１０７ａ，１０７ｂ間に所定電圧が印加されれば、電極１０７ａ，１０７ｂ間にあるインク１００はイオン化される。そして、このようにイオン化されたインク１００を通じて電極１０７ａ，１０７ｂ間には電流が流れてプラズマ放電が起こる。
【００３４】
次いで、図６Ｂを参照すれば、このようなプラズマ放電によって電極１０７ａ，１０７ｂ間ではバブル１２０が発生膨脹するようになり、このバブル１２０の膨張力によってインクチャンバー１０２の内部のインク１００は、ノズル１０６の外部に押出される。
【００３５】
次いで、図６Ｃを参照すれば、バブル１２０が最大に膨脹された時点で電極１０７ａ，１０７ｂ間に印加した電圧を遮断すれば、前記バブル１２０は次第に収縮しつつ消滅され、ノズル１０６の外部に押出されたインク１００は、液滴１００′状に外部に吐出される。ここで、インク液滴１００′の吐出し速度及び吐出し体積は、電極１０７ａ，１０７ｂ間に印加される電圧とパルス周期とによって調節されうる。次いで、インク１００のリフィルが完了して初期状態に復帰すれば、前記過程が反復する。
【００３６】
図７ないし図９には、本発明によるインクジェットプリントヘッドの変形例が示されている。以下では、前述した実施例と異なる点についてのみ説明する。
【００３７】
図７を参照すれば、インク流路は、吐出されるインクが充填されるインクチャンバー２０２と前記インクチャンバー２０２にインクを供給する通路であるインクチャンネル２０４とよりなる。そして、一対の電極２０７ａ，２０７ｂは、前記インクチャンバー２０２の底部及びインクチャンバー２０２に連結されるインクチャンネル２０４の内壁に一体に設けられる。前記電極２０７ａ，２０７ｂ間に液体プラズマ放電を起こす所定の電圧が印加されれば、バブル２２０が発生膨脹し、このバブル２２０の膨張力によってインクチャンバー２０２内のインクはノズル２０６を通じて外部に吐出される。
【００３８】
一方、図８に示されたように、一対の電極３０７ａ，３０７ｂは、インクチャンバー３０２と連結されるインクチャンネル３０４の内壁に設けられることもある。図８で、３２０は、電極３０７ａ，３０７ｂ間で液体プラズマ放電によって発生膨脹するバブルを表す。
【００３９】
図９を参照すれば、インク流路は、ノズル４０６を通じて吐出されるインクが充填されるインクチャンバー４０２と、前記インクチャンバー４０２にインクを供給する通路である複数のインクチャンネル４０３，４０４，４０５とよりなる。ここで、前記インクチャンバー４０２に連結されるインクチャンネル４０３，４０４，４０５の内壁にはそれぞれ一対の電極４０６ａ，４０６ｂ，４０７ａ，４０７ｂ，４０８ａ，４０８ｂが設けられる。前記のような構造で、電極４０６ａ，４０６ｂ，４０７ａ，４０７ｂ，４０８ａ，４０８ｂ間に液体プラズマ放電を起こす所定の電圧がそれぞれ印加されれば、インクチャンネル４０３，４０４，４０５の内部ではそれぞれバブル４１９，４２０，４２１が発生膨脹し、このバブル４１９，４２０，４２１の膨張力によってインクチャンバー４０２内のインクはノズル４０６を通じて外部に吐出される。
【００４０】
以上、本発明による望ましい実施例が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて、所定色相の画像で印刷するインクジェットプリンタに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの切開斜視図である。
【図１Ｂ】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図２】従来の他のインクジェットプリントヘッドの構造を概略的に示す図面である。
【図３】従来のさらに他のインクジェットプリントヘッドの構造を概略的に示す図面である。
【図４】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を示す断面図である。
【図５】図４に示されたインクジェットプリントヘットの内部構造を示す平面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの液滴の吐出し過程を説明するための図面である。
【図６Ｂ】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの液滴の吐出し過程を説明するための図面である。
【図６Ｃ】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの液滴の吐出し過程を説明するための図面である。
【図７】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの変形例を示す図面である。
【図８】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの変形例を示す図面である。
【図９】本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１００    インク
１０２    インクチャンバー
１０４    インクチャンネル
１０６    ノズル
１０７ａ，１０７ｂ    電極
１１０    電圧印加部
１２０    バブル
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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