(57)【要約】本発明は、複数のノズルを含み、各々のノズルはインク液滴（１４）を印刷面の方向へ噴出す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。各々のノズルは、開口を設けられた屋根部分（６）へ動作的に連結されたアクチュエータ（１０）を有する。アクチュエータ（１０）は、屋根部分（６）を印刷面から離れるように移動させてインク（１４）を噴出させるようになっており、屋根部分（６）が印刷面から離れるように移動してインク（１４）を噴出するとき、ノズル内の突起物（２１）が屋根部分（６）の開口（９）を通って伸びるように構成される。各々のノズルは、更に、下方の基板の中の少なくとも１つの導管を介してインクを供給されるように構成される関連ノズルチャンバを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルを含み、各々のノズルがインク液滴を印刷面の方向へ噴出するように構成されたインクジェットプリントヘッドであって、
各々のノズルは、開口を設けられた屋根部分へ動作的に連結されたアクチュエータを有し、前記アクチュエータは屋根部分を印刷面から離れるように移動させてインクを噴出させるようになっており、
屋根部分が印刷面から離れるように移動してインクが噴出するときノズル内の突起物が屋根部分の開口を通って伸びるように構成される、インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
各々のノズルは、更に、下方の基板の中の少なくとも１つの導管を介してインクを供給されるように構成される関連ノズルチャンバを含む、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】
前記屋根部分は側壁を有し、前記側壁は屋根部分の周辺から垂れ下がって、対向する床部分から伸びる周辺側壁と伸縮式に噛み合いノズルチャンバを画成する、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】
前記突起物は細長い突き棒部材であり、突き棒部材の自由端は、屋根部分がアクチュエータによって下方へ移動されるとき前記ノズルの少なくとも開口の中へ突き出るように配置される、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５】
前記屋根部分は、アクチュエータによって下方へ移動されるとき、突き棒部材の自由端が前記ノズルの開口を通って突き出る、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】
前記突き棒部材は、上方へ伸びる細長いピンであって、床部材によって支持される、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】
下方の基板の中の導管は、床部分の開口を介してノズルチャンバと連絡し、細長いピンの下端は、前記開口を横切って伸びるブリッジ部材の上に支持される、請求項４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリントヘッドに関する。更に具体的には、本発明は移動ノズルインクジェット用ノズル突き棒に関する。
【０００２】
【発明の背景】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ； ＭＥＭＳ）テクノロジーを使用して製造される大部分のインクジェットプリントヘッドは、ノズルチャンバを使用する構成として提案されている。このノズルチャンバは、基板最上部のＭＥＭＳ層の中に形成される。各々のチャンバは、或る形をしたアクチュエータによって作動される移動可能なパドルを設けられ、アクチュエータで電気信号が受け取られたとき、インクはチャンバに関連したノズルを介して液滴を強制する。そのような構成は、本出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９９／００８９４の開示によって類型化されている。
【０００３】
パドルを使用せず、ノズルチャンバのサイズを縮小することによって、インク液滴がノズルから強制されることによって得られる利点を実現することに、本発明は端を発している。それを達成するために、アクチュエータがチャンバの中でノズル自身を下方へ動かすようにし、それによってパドルを不要にし、構成を簡単にして、ノズルチャンバからのインクが漏れにくくする環境を提供することが知られている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数のノズルを含み、各々のノズルがインク液滴を印刷面の方向へ噴出するように構成されたインクジェットプリントヘッドであって、
各々のノズルは、開口を設けられた屋根部分へ動作的に連結されたアクチュエータを有し、前記アクチュエータは屋根部分を印刷面から離れるように移動させてインクを噴出させるようになっており、
屋根部分が印刷面から離れるように移動してインクが噴出するときノズル内の突起物が屋根部分の開口を通って伸びるように構成される、インクジェットプリントヘッドが提供される。
【０００５】
好ましくは、各々のノズルは、更に、下方の基板の中の少なくとも１つの導管を介してインクを供給されるように構成される関連ノズルチャンバを含む。
【０００６】
好ましくは、屋根部分は側壁を有し、前記側壁は屋根部分の周辺から垂れ下がって、対向する床部分から伸びる周辺側壁と伸縮式に噛み合いノズルチャンバを画成する。
【０００７】
好ましくは、突起物は細長い突き棒部材であり、突き棒部材の自由端は、屋根部分がアクチュエータによって下方へ移動されるとき前記ノズルの少なくとも開口の中へ突き出るように配置される。
【０００８】
好ましくは、屋根部分は、アクチュエータによって下方へ移動されるとき、突き棒部材の自由端が前記ノズルの開口を通って突き出る。
【０００９】
好ましくは、突き棒部材は、上方へ伸びる細長いピンであって、床部材によって支持される。
【００１０】
好ましくは、下方の基板の中の導管は、床部分の開口を介してノズルチャンバと連絡し、細長いピンの下端は、前記開口を横切って伸びるブリッジ部材の上に支持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の範囲の中には他の実施の形態も入るかも知れないが、以下添付の図面を参照して、例示のためにのみ、本発明の１つの好ましい実施の形態を説明する。
【００１２】
本明細書の始めに参照された本出願人の同時係属特許出願で説明されるように、ＭＥＭＳ及びＣＭＯＳテクノロジを使用して、多数の類似のノズルが同時に製造されることが分かるであろう。
【００１３】
説明を明瞭にするために、以下、個々のインクジェットノズルの構成だけを説明する。
【００１４】
前記の同時係属特許出願で説明されたタイプの従来のインクジェット構成では、インクはノズルチャンバの中のパドルの運動によってノズルチャンバから噴出されるが、本発明によれば、パドルは存在せず、インクはチャンバの上面の開口（ノズル）を介して噴出される。チャンバは屈曲アクチュエータによって下方へ移動され、チャンバの容積が減少してインクがノズルを介して噴出される。
【００１５】
本明細書を通して、「ノズル」の用語は、開口自身ではなく開口を画成する要素として理解されたい。更に、添付の図面を参照するとき、「上方」及び「下方」、並びに類似の相対的用語が使用されるが、これは使用されるインクジェットノズルの方向を限定するものではないことを理解すべきである。
【００１６】
ここで添付の図１〜図３を参照すると、ノズルはＭＥＭＳテクノロジによって基板１の上に構成される。ＭＥＭＳテクノロジは、六角形開口３（これは他の適切な構成であってよい）を通ってチャンバ４の中へ開かれたインク供給開口２を画成する。チャンバ４は、床部分５，屋根部分６，及び伸縮式に重なる周辺側壁７並びに８によって画成される。屋根部分６から下方へ垂れ下がる側壁７は、床部分５から上方へ伸びている側壁８の中で、上方及び下方へ移動できる大きさである。
【００１７】
噴出ノズルは、屋根部分６に配置されたリム９によって形成され、後で詳細に説明するように、ノズルチャンバからインクを噴出するための開口を画成する。
【００１８】
屋根部分６及び下方へ垂れ下がる側壁７は、屈曲アクチュエータ１０によって支持される。屈曲アクチュエータ１０は、典型的には、非加熱カンチレバーによって制約されるジュール加熱カンチレバーを形成する層から作られる。ジュール加熱カンチレバーの加熱は、ジュール加熱カンチレバーと非加熱カンチレバーとの間に伸び差を生じ、屈曲アクチュエータ１０を屈曲させる。
【００１９】
屈曲アクチュエータの近接端１１は基板１へ固定され、後で詳述するアンカー部材１２によって後方への移動を防止され、遠位端１３はインクジェットノズルの屋根部分６及び側壁７へ固定されて、それらを支持する。
【００２０】
使用中に、インクは、適当な方式で、しかし典型的には前述した出願人の同時係属特許出願で説明されるように、通路２及び開口３を介してノズルチャンバの中へ供給される。ノズルチャンバからインクの液滴を噴出することが望まれる場合、電流が屈曲アクチュエータ１０へ供給され、アクチュエータを図２で示される位置へ屈曲させ、屋根部分６を床部分５に向かって下方へ移動させる。この相対的移動は、ノズルチャンバの容積を減少させ、１４（図２）で示されるようにノズルリム９を介してインクを上方へ膨らませる。インクは、１４で、インクの表面張力によって小滴へ形成される。
【００２１】
電流が屈曲アクチュエータ１０から取り去られると、アクチュエータは、図３で示される直線構成へ復帰し、ノズルチャンバの屋根部分６を上方の元のロケーションへ移動させる。部分的に形成されたインク小滴１４の運動量によって、小滴は上方への移動を継続し、図３で示されるようにインク液滴１５を形成する。インク液滴１５は隣接した紙面又は他の印刷される物体へ投射される。
【００２２】
本発明の１つの形式において、床部分５の開口３は、ノズルチャンバの断面と比較して比較的に大きく、インク小滴は、開口２の側壁及びインクリザーバ（図示されていない）から開口２へ続く供給導管の中の粘性抗力によって、屋根部分６が下方へ移動したときにノズルリム９を介して噴出される。これはインクジェットノズルの多くの従来の形式と区別される点である。従来の形式では、作動されたとき、インクがノズルリムを介して噴出されるようにするノズルチャンバの中の「背圧」は、ノズルチャンバの隣接したロケーションの１つ又は複数のバッフルによって生じる。このタイプの構成は、前述したタイプの移動ノズルインクジェットと一緒に使用されることができ、後に図９及び図１０を参照して詳細に説明するが、図１〜図３に示される本発明の形式では、背圧は、主として供給導管の中の粘性抗力とインク慣性によって形成される。
【００２３】
作動中、即ち、屈曲アクチュエータ１０が屈曲する間に、ノズルチャンバからのインク漏れを防止するため、側壁７及び８の間に流体シーリングが形成される。これについては、以下図３及び図４を参照して詳細に説明する。
【００２４】
インクは、側壁７及び８の幾何学的特徴によって屋根部分６及び床部分５の相対的移動の間にノズルチャンバの中に保持される。前記幾何学的特徴は、インクが表面張力によってノズルチャンバの中に保持されることを確実にする。このため、下方に垂れ下がる側壁７と上方へ突き出る側壁８の対向表面１６との間に、非常に微少なギャップが設けられる。図４で明瞭に分かるように、インク（陰影を付けられた区域）は、２つの側壁の近接によって、下方に垂れ下がる側壁７と上方に伸びる側壁の内面１６との間の小さな開口の中に制限される。これは、側壁の近接が非常に近いため、インクが表面張力によって自由開口１７を横切って「自己シーリング」することを確実にする。
【００２５】
不純物、又は表面張力を破る他の要因があるため、表面張力の制約を逃れるインクに備えて、上方に伸びる側壁８は、上方を向く溝の形式を与えられる。この溝は、内面１６だけでなく、間隔をあけられた平行外面１８を有し、２つの表面の間にＵ字形溝１９が形成される。表面７及び１６の間の表面張力から逃れるインク液滴は、Ｕ字形溝の中へ流れ込み、ノズル層の表面を横切って「吐き出される」代わりに、Ｕ字形溝の中に保持される。このようにして、二重壁流体シーリングが形成され、このシーリングは、移動ノズル機構の中にインクを保持するのに効果的である。
【００２６】
本発明者の同時係属出願の幾つかで説明したように、或る場合には、ノズル開口の中に堆積する不純物を取り除き、作動されたノズルから小滴をクリーン及びクリアに噴出することを確実にするために、「ノズル突き棒」を設けることが望ましい。移動ノズルインクジェットと組み合わせて突き棒を使用する本発明の構成は、添付の図５、図６、及び図７に示される。
【００２７】
図５は図１と類似の図であるが、ノズルチャンバの床の開口３を横切ってブリッジ２０が付加されている。ブリッジの上には、作動中にノズル面を通って突き出るサイズを有する上方に伸びる突き棒２１が取り付けられる。
【００２８】
図６から分かるように、屈曲アクチュエータ１０が曲げられて屋根部分６が下方へ移動したとき、突き棒２１は、ノズルリム９の開口を通って突き上げられ、膨らんだインク液滴１４の中へ入り込む。
【００２９】
図７で示されるように屈曲アクチュエータ１０が真っ直ぐになったとき、屋根部分６は元の位置へ戻るので、インク小滴が形成され、前述したように噴出され、突き棒２１が働いて、ノズルリムを横切って形成される乾燥インクを取り除くか破壊する。そうでないと、乾燥したインクはノズルを塞ぐであろう。
【００３０】
理解されるように、屈曲アクチュエータ１０が曲げられて、屋根部分を図２で示される下方位置へ移動させると、屋根部分は床部分５に対して傾き、インク小滴の形成点で、印刷面と平行でない方向へノズルを移動させる。この方向は、もし補正されないと、床部分５の平面及び一般的なノズル層に対して全く垂直でない方向へノズルからのインク小滴１５を噴出するであろう。これは印刷の不正確を生じるであろう。特に、或るノズルは１つの方向を向き、他のノズルは異なった方向、典型的には反対の方向を向くようになるであろう。
【００３１】
この非垂直運動の補正は、図８で明瞭に示されるように、非対称形状を有するノズルリム９を設けることによって達成することができる。ノズルは、典型的には、屈曲アクチュエータ１０に近い端部２２にわたって広くかつ平坦であり、屈曲アクチュエータから遠い端部２３で狭くかつより尖っている。端部２３におけるノズルリムの狭さは、ノズルの狭い部分で表面張力の力を増加し、液滴がノズルから噴出されるとき、矢印２４Ａによって示されるように、屈曲アクチュエータへ向かう方向の正味の液滴ベクトル力を生じる。この正味の力は、屋根部分６と垂直でない方向へインク液滴を推進し、従ってインク液滴噴出点で屋根部分の傾斜方向を補償するように調整されることができる。
【００３２】
ノズルリム９の形状及び特性を注意深く調整することによって、作動中の屋根部分６の傾斜を完全に補償し、床部分５と垂直な方向へノズルからのインク液滴を推進することができる。
【００３３】
前述したように、ノズルチャンバの中に保持されるインクの背圧は、供給導管の中の粘性抗力によって提供されてよいが、ノズルの近くの顕著な狭窄によって移動ノズルインクジェットに背圧を提供することもできる。この狭窄は、典型的には、図９及び図１０で明瞭に分かるように、基板層の中に設けられる。図９は側壁８を示すが、側壁８から１つ又は複数のバッフル部材２４が内部へ伸び、制限された断面の開口２５がノズルチャンバの直下に生じている。この開口の形成は、図を明瞭にするため上部層（図９に示される）を取り除かれた図１０で見ることができる。本発明のこの形式は、補助的構成部品、例えばパワートレース及び信号トレースを隣接して配置することを可能にする。これは、或る構成及び移動ノズルインクジェットの意図された使用で望ましいことである。このような制限バッフルの使用は、上記のような利点を有するが、ノズルチャンバへの再充填時間を長くし、或る使用の場合にプリンタの動作速度を不当に制限するかも知れない。
【００３４】
遠位端１３で結合された非加熱カンチレバー２９の上に配置されたジュール加熱カンチレバー２８から形成される屈曲アクチュエータは、ジュール加熱カンチレバー２８へ電流を供給している間、ジュール加熱カンチレバー２８と非加熱カンチレバー２９との間の相対的移動を防止するため、近接端１１で固定される必要がある。図１１はアンカー１２を示す。アンカー１２は、ベース部分３０及び側面部分３１を有するＵ字形構成として提供される。ベース部分３０及び側面部分３１の各々は、それらの下部端を基板２６の中へ形成されるか埋め込まれる。屈曲アクチュエータをＵ字形に形成することは、端部壁３０へ大きな剛性を与え、屈曲アクチュエータが運動するとき基板２６に対する端部壁３０の屈曲又は変形を防止する。
【００３５】
非加熱カンチレバー２９は、外側へ伸びるタブ３２を設けられる。タブ３２は、側壁３１の凹部３３の中に配置され、更なる剛性を与え、アンカー２７の近傍で非加熱カンチレバー２９とジュール加熱カンチレバー２８との間の相対的移動を防止する。
【００３６】
このようして、屈曲アクチュエータの近接端は強固に固定され、ジュール加熱カンチレバーと非加熱カンチレバーとの間の相対的移動はアンカーの近傍で防止される。これは、移動ノズルインクジェットの屋根部分６の移動効率を向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
移動ノズルインクジェットアセンブリを部分的に破断して示した斜視図である。
【図２】
図１と類似の図であって、インク液滴が移動ノズルから突き出るように曲げられた屈曲アクチュエータを示す図である。
【図３】
図１と類似の図であって、元の位置へ戻されたノズル及びノズルから噴出されたインク液滴を示す図である。
【図４】
図２に示される装置の中間から見た断面図である。
【図５】
図１と類似の図であって、オプションのノズル突き棒の使用を示す図である。
【図６】
図５と類似の図であって、曲げられた屈曲アクチュエータ及びノズルから突き出たインク液滴を示す図である。
【図７】
図５と類似の図であって、真っ直ぐにされた屈曲アクチュエータ及びノズルから噴出しているインク液滴を示す図である。
【図８】
図１と類似の図であって、部分的な破断を有しない図である。
【図９】
図８と類似の図であって、ノズル及び屈曲アクチュエータを取り除き、ノズルチャンバのオプションの狭窄構成を示す図である。
【図１０】
図９と類似の図であって、上部層が取り除かれた図である。
【図１１】
図１と類似の図であって、図を明瞭にするため、屈曲アクチュエータをカットし、アクチュエータアンカーを取り外した図である。
【符号の説明】
１　基板
２　インク供給開口
３　六角形開口
４　チャンバ
５　床部分
６　屋根部分
７　下方へ垂れ下がる周辺側壁
８　上方へ伸びる周辺側壁
９　リム
１０　屈曲アクチュエータ
１１　近接端
１２　アンカー部材
１３　遠位端
２６　基板
【国際公開パンフレット】
2004511371.tif 000003
2004511371.tif 000004
2004511371.tif 000005
2004511371.tif 000006
2004511371.tif 000007
2004511371.tif 000008
2004511371.tif 000009
2004511371.tif 000010
2004511371.tif 000011
2004511371.tif 000012
2004511371.tif 000013
2004511371.tif 000014
2004511371.tif 000015
2004511371.tif 000016
2004511371.tif 000017
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2004511371.tif 000019
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2004511371.tif 000022
2004511371.tif 000023
【国際調査報告】
2004511371.tif 000024
2004511371.tif 000025