(57)【要約】【課題】インクジェットプリントヘッドのインク流路構造体及びこれを備えたインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】吐出されるインクが満たされるインクチャンバと、インクチャンバ内のインクが吐出されるノズルと、インクチャンバにインクを供給するためのインクフィードホールと、インクチャンバとインクフィードホールとを連結するリストリクターと、を備え、リストリクターは、インクフィードホール方向への流動抵抗がインクチャンバ方向への流動抵抗より大きくなるように、インクフィードホール方向へのインク流動経路がインクチャンバ方向へのインク流動経路より長く形成される流動抵抗調節部を備えるインク流路構造体である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出されるインクが満たされるインクチャンバと、
前記インクチャンバ内のインクが吐出されるノズルと、
前記インクチャンバにインクを供給するためのインクフィードホールと、
前記インクチャンバとインクフィードホールとを連結するリストリクターと、を備え、
前記リストリクターは、前記インクフィードホール方向への流動抵抗が前記インクチャンバ方向への流動抵抗より大きくなるように、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路が前記インクチャンバ方向へのインク流動経路より長く形成される流動抵抗調節部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のインク流路構造体。
【請求項２】
前記リストリクターは、前記インクチャンバと流動抵抗調節部とを連結する第１連結口、及び前記流動抵抗調節部とインクフィードホールとを連結する第２連結口を備え、前記第１及び第２連結口は、互いに異なる中心軸を有す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のインク流路構造体。
【請求項３】
前記流動抵抗調節部の一側には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路を増大させると同時に、前記インクフィードホール方向へのインク流動を抑制する屈曲部が形成され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のインク流路構造体。
【請求項４】
前記リストリクターの内部には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路と前記インクチャンバ方向へのインク流動経路とを分離させるアイランドが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のインク流路構造体。
【請求項５】
インク供給のためのインクフィードホールが形成された基板と、
前記基板上に積層されるものであって、吐出されるインクが満たされるインクチャンバ及び前記インクチャンバとインクフィードホールとを連結するリストリクターが形成されたチャンバ層と、
前記チャンバ層上に積層されるものであって、前記インクチャンバ内のインクが吐出されるノズルが形成されたノズル層と、を備え、
前記リストリクターは、前記インクフィードホール方向への流動抵抗が前記インクチャンバ方向への流動抵抗より大きくなるように、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路が前記インクチャンバ方向へのインク流動経路より長く形成される流動抵抗調節部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６】
前記リストリクターは、前記インクチャンバと流動抵抗調節部とを連結する第１連結口、及び前記流動抵抗調節部とインクフィードホールとを連結する第２連結口を備え、前記第１及び第２連結口は、互いに異なる中心軸を有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】
前記流動抵抗調節部の一側には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路を増大させると同時に、前記インクフィードホール方向へのインク流動を抑制する屈曲部が形成され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】
前記リストリクターの内部には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路と前記インクチャンバ方向へのインク流動経路とを分離させるアイランドが設けられ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９】
前記インクジェットプリントヘッドは、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであ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１０】
前記インクジェットプリントヘッドは、圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドであ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。
【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、インクの逆流を防止し、エネルギー効率を向上させることができるインクジェットプリントヘッドのインク流路構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インクジェットプリンタは、インクジェットプリントヘッドからインクの微小な液滴を印刷媒体上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像を形成する装置である。このようなインクジェットプリンタには、インクジェットプリントヘッドが印刷媒体の移送方向と直角方向に往復動しながら印刷作業を行うシャトル方式のインクジェットプリンタと、最近高速印刷の具現のために開発されているものであって、印刷媒体の幅に該当するサイズのアレイプリントヘッドを備えるラインプリンティング方式のインクジェットプリンタとがある。このようなアレイプリントヘッドには、複数のインクジェットプリントヘッドが所定の形態に配列されている。ラインプリンティング方式のインクジェットプリンタは、アレイプリントヘッドが固定された状態で印刷媒体のみ移送しながら印刷作業を行うので、高速印刷の具現が可能である。
【０００３】
一方、インクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって大きく２種の方式に分類される。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り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りインクに加えられる圧力により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。
【０００４】
図１には、従来の熱駆動方式インクジェットプリントヘッドの平面が概略的に示されており、図２には、図１のＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面が示されている。図１及び図２を参照すれば、従来インクジェットプリントヘッドは、インク供給のためのインクフィードホール１２が形成された基板１０と、前記基板１０上に積層されるチャンバ層２０と、前記チャンバ層２０上に積層されるノズル層３０とを備える。前記チャンバ層２０には、吐出されるインクが満たされる複数のインクチャンバ２２、及び前記インクフィードホール１２から前記インクチャンバ２２にインクを供給する通路である複数のリストリクター２４が形成されている。前記リストリクター２４とインクフィードホール１２との間には、共通流入口２６が形成されている。そして、前記ノズル層３０には、インクの吐出がなされるノズル３２が形成されている。前記インクチャンバ２２のそれぞれの底には、インクを加熱してバブルを発生させるためのヒータ２５が設けられている。前記のような構造において、インクチャンバ２２にインクが満たされた状態でヒータ２５に電流が印加されれば、ヒータ２５周囲のインクは加熱されてバブルが発生膨脹し、このようなバブルの膨張力によってインクチャンバ２２内のインクは、ノズル３２を介して外部に吐出される。インク吐出の後、前記インクチャンバ２２内には、インクフィードホール１２から共通流入口２６及びリストリクター２４を介してインクが補充される。
【０００５】
しかしながら、前記のようなインクジェットプリントヘッドのインク流路構造では、バブルの膨脹によるインク吐出過程でリストリクター２４の内部でインクチャンバ２２内のインクがインクフィードホール１２方向に流れるインクの逆流現象が発生する。これにより、インクフィードホール１２からインクチャンバ２２にリフィルされるべきインク流量は、吐出されたインク流量以外に逆流されたインク流量ほど増加するようになり、その結果、インクジェットプリントヘッドの駆動周波数が低くなるという問題点がある。また、前記のようなインクジェットプリントヘッドでは、インクの逆流現象によって、ヒータ２５に入力されるエネルギーがインクを吐出させるために使われるだけでなく、インクチャンバ２２内のインクをインクフィードホール１２側に流すためにも使われるので、エネルギー効率が低下する。最近、高速印刷の具現のために開発されているアレイプリントヘッドには数万個以上のヒータが必要なので、前記のようなエネルギー効率の低下は、アレイプリントヘッドで特に重要な問題となる。
【０００６】
以上では、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおいてインク流路構造によってインクの逆流現象及びエネルギー効率の低下が発生する場合が説明されたが、このような問題は、前述したインク流路構造を有する圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドにも発生することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、インクの逆流を防止し、エネルギー効率を向上させうるインクジェットプリントヘッドのインク流路構造体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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の具現例によるインクジェットプリントヘッドのインク流路構造体は、吐出されるインクが満たされるインクチャンバと、前記インクチャンバ内のインクが吐出されるノズルと、前記インクチャンバにインクを供給するためのインクフィードホールと、前記インクチャンバとインクフィードホールとを連結するリストリクターと、を備え、前記リストリクターは、前記インクフィードホール方向への流動抵抗が前記インクチャンバ方向への流動抵抗より大きくなるように、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路が前記インクチャンバ方向へのインク流動経路より長く形成される流動抵抗調節部を備える。
【０００９】
前記リストリクターは、前記インクチャンバと流動抵抗調節部とを連結する第１連結口、及び前記流動抵抗調節部とインクフィードホールとを連結する第２連結口を備え、前記第１及び第２連結口は、互いに異なる中心軸を有することが望ましい。
【００１０】
前記流動抵抗調節部の一側には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路を増大させると同時に、前記インクフィードホール方向へのインク流動を抑制する屈曲部が形成されることが望ましい。
【００１１】
前記リストリクターの内部には、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路と前記インクチャンバ方向へのインク流動経路とを分離させるアイランドが設けられても良い。
【００１２】
本発明の他の具現例によるインクジェットプリントヘッドは、インク供給のためのインクフィードホールが形成された基板と、前記基板上に積層されるものであって、吐出されるインクが満たされるインクチャンバ、及び前記インクチャンバとインクフィードホールとを連結するリストリクターが形成されたチャンバ層と、前記チャンバ層上に積層されるものであって、前記インクチャンバ内のインクが吐出されるノズルが形成されたノズル層と、を備え、前記リストリクターは、前記インクフィードホール方向への流動抵抗が前記インクチャンバ方向への流動抵抗より大きくなるように、前記インクフィードホール方向へのインク流動経路が前記インクチャンバ方向へのインク流動経路より長く形成される流動抵抗調節部を備える。
【００１３】
前記インクジェットプリントヘッドは、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドまたは圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドでありうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるインク流路構造体によれば、次のような効果がある。
【００１５】
第一に、インク吐出時には、インクチャンバ内のインクがインクフィードホール方向に流れるインクの逆流現象を防止でき、インク吐出後には、インクチャンバにインクがリフィルされる速度が増大できる。これにより、インクジェットプリントヘッドの駆動周波数が増大する。
【００１６】
第二に、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでは、インクの逆流防止によってヒータに入力されるエネルギーの大部分は、インクを吐出させるのに使われるので、ヒータのエネルギー効率が向上できる。そして、圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドでも、アクチュエータに入力されるエネルギーの大部分がインクを吐出させるのに使われるので、アクチュエータの効率が向上できる。そして、このようなエネルギー効率の向上によって、インクジェットプリントヘッドに必要な入力エネルギーを減らすことができる。
【００１７】
第三に、熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでは、ヒータに入力されるエネルギーを減らすことができるので、ヒータから発生した熱がインクジェットプリントヘッド内部に蓄積される問題も減らすことができる。
【００１８】
第四に、非常に多くのヒータを有するアレイプリントヘッドでは、低電力駆動が強く要求されるところ、本発明によるインク流路構造体をアレイプリントヘッドの各インクジェットプリントヘッドに適用すれば、アレイプリントヘッドの低電力駆動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。図面において同じ参照符号は同じ構成要素を示し、図面の各構成要素の大きさ及び厚さは、説明の明瞭性のために誇張されていることもある。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドを概略的に示す平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ’線に沿う断面図である。
【００２１】
図３及び図４を参照すれば、本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドは、インクフィードホール１１２が形成された基板１１０と、前記基板１１０上に積層されるものであって、複数のインクチャンバ１２２及びリストリクター１２４が形成されたチャンバ層１２０と、前記チャンバ層１２０上に積層されるものであって、複数のノズル１３２が形成されたノズル層１３０とを備える。ここで、インク流路構造体は、インクフィードホール１１２、リストリクター１２４、インクチャンバ１２２、及びノズル１３２から構成される。
【００２２】
前記インクフィードホール１１２は、基板１１０を貫通するように形成されて前記インクチャンバ１２２にインクを供給する。前記インクチャンバ１２２の内部には、吐出されるインクが満たされ、前記インクチャンバ１２２の底には、インクチャンバ１２２内のインクを加熱してバブルを発生させるヒータが設けられている。そして、前記リストリクター１２４は、インクフィードホール１１２からインクチャンバ１２２にインクを供給するための通路であって、インクチャンバ１２２のそれぞれに対応して形成される。前記ノズル１３２は、インクチャンバ１２２と連通するように形成され、インクチャンバ１２２内のインクは、前記ノズル１３２を介して外部に吐出される。
【００２３】
一方、前記リストリクター１２４は、前記インクチャンバ１２２と連結される第１連結口１２４ａ、前記インクフィードホール１１２と連結される第２連結口１２４ｂ、及び前記第１連結口１２４ａと第２連結口１２４ｂとの間に設けられる流動抵抗調節部１２４ｃを備える。ここで、前記第１連結口１２４ａと第２連結口１２４ｂとは、互いに異なる中心軸を有するように形成されている。そして、前記流動抵抗調節部１２４ｃの一側には、インクフィードホール１１２方向へのインク流動経路を長くすると同時に、インクフィードホール１１２方向へのインク流動を抑制する屈曲部１５０が形成されている。このような流動抵抗調節部１２４ｃは、インク吐出過程ではインクの逆流を減らし、インクリフィル過程ではインクのリフィルを容易にする役割を果たす。具体的に、前記流動抵抗調節部１２４ｃ内では、一側に形成された屈曲部１５０によって、インクフィードホール１１２方向へのインク流動経路がインクチャンバ１２２方向へのインク流動経路より長く形成されることによって、インクフィードホール１１２方向への流動抵抗がインクチャンバ１２２方向への流動抵抗より大きくなる。したがって、バブルの膨脹によるインク吐出過程では、インクフィードホール１１２方向の流動抵抗が増加してインクの逆流が減少し、バブルの消滅によるインクリフィル過程では、インクチャンバ１２２方向への流動抵抗が減少してインクのリフィルが容易に行われる。
【００２４】
図５Ａは、本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの膨脹によるインク吐出過程で発生するリストリクター１２４内部でのインク流動を示す図である。図５Ａを参照すれば、バブルの膨脹によるインク吐出過程では、インクフィードホール１１２方向へのインク流動経路は、流動抵抗調節部１２４ｃの屈曲部１５０によって長くなり、インクの流動も前記屈曲部１５０によって抑制される。これにより、インクフィードホール１１２方向への流動抵抗が増加して、インクの逆流現象が減少する。また、図５Ａに示すように、前記屈曲部１５０に沿って逆流するインクの一部がインクチャンバ１２２方向に戻すインク流動の再循環領域が形成されることによって、インクの逆流現象が減少する。
【００２５】
そして、図５Ｂは、本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、バブルの消滅によるインクリフィル過程で発生するリストリクター１２４内部でのインク流動を示す図である。図５Ｂを参照すれば、インク吐出後のバブルの消滅によるインクリフィル過程では、インクが前述した屈曲部１５０に合わないので、インクフィードホール１１２方向へのインク流動経路は短くなる。これにより、インクチャンバ１２２方向への流動抵抗が減少し、インクのリフィルが容易になる。
【００２６】
以下では、実験を通じて図６Ａに示す従来インク流路構造体及び図６Ｂに示す本発明によるインク流路構造体でのインクの逆流及びリフィル性能を比較した。本実験において、従来のインク流路構造体におけるリストリクター２４と共通流入口２６との長さのわＬ’ｓと、本発明によるインク流路構造体におけるリストリクター１２４の長さＬｓとを同一にした。そして、従来インク流路構造体におけるリストリクター２４の幅Ｗ’Ｒは、１４μｍとし、本発明によるインク流路構造体におけるリストリクター１２４を構成する第１及び第２連結口１２４ａ、１２４ｂの幅ＷＲ１、ＷＲ２も全て１４μｍとした。実験結果、従来のインク流路構造体において、インク吐出過程で発生するインクの逆流量及びインクリフィル過程で発生するインクのリフィル流量をそれぞれ１００、１００とした時、本発明によるインク流路構造体においてインクの逆流量及びリフィル流量はそれぞれ７９、９６であった。したがって、本発明によるインク流路構造体では、従来のインク流路構造体に比べてインクの逆流量は２１％減少し、インクのリフィル流量はほぼ同一であることが分かった。一方、本発明によるインク流路構造体においてリストリクター１２４を構成する第１及び第２連結口１２４ａ、１２４ｂの幅ＷＲ１、ＷＲ２は、設計条件によって多様に調節できる。
【００２７】
図７は、本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドの変形例を示す平面図である。以下では、前述した実施の形態と異なる点のみを説明する。図７を参照すれば、インク流路構造体は、インク供給のためのインクフィードホール１１２、吐出されるインクが満たされるインクチャンバ１２２、インクの吐出が行われるノズル１３２、及び前記インクフィードホール１１２とインクチャンバ１２２とを連結するリストリクター２２４から構成される。
【００２８】
そして、前記リストリクター２２４は、インクチャンバ１２２と連結される第１連結口２２４ａ、インクフィードホール１１２と連結される第２連結口２２４ｂ、及び前記第１連結口２２４ａと第２連結口２２４ｂとの間に設けられる流動抵抗調節部２２４ｃを備える。ここで、前記第１連結口２２４ａと第２連結口２２４ｂとは、互いに異なる中心軸を有するように形成されている。そして、前記流動抵抗調節部２２４ｃの一側には、インクフィードホール１１２方向へのインク流動経路を長くすると同時に、インクフィードホール１１２方向へのインク流動を抑制する屈曲部２５０が形成されている。このような流動抵抗調節部２２４ｃは、前述したように、バブルの膨脹によるインク吐出過程では、インクフィードホール１１２方向の流動抵抗を増加させてインクの逆流を減らし、バブルの消滅によるインクリフィル過程では、インクチャンバ１２２方向への流動抵抗を減少させて、インクのリフィルを容易にする役割を果たす。そして、前記流動抵抗調節部１２４ｃの内部には、インク吐出過程で発生するインクフィードホール１１２方向へのインク流動経路と、インクリフィル過程で発生するインクチャンバ１２２方向へのインク流動経路とを分離させうるアイランドが設けられている。前記のようなインク流路構造体において、流動抵抗調節部２２４ｃの一側に形成された屈曲部２５０によって、インク吐出過程で発生するインクフィードホール１１２方向へのインク流動経路が、インクリフィル過程で発生するインクチャンバ１２２方向へのインク流動経路より長く形成され、これにより、インクフィードホール１１２方向への流動抵抗がインクチャンバ１２２方向への流動抵抗より大きくなる。
【００２９】
一方、以上の実施の形態では、インク流路構造体が熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに適用される場合が説明されたが、本発明によるインク流路構造体は、圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドにも適用可能である。
【００３０】
以上で、本発明による望ましい実施の形態が説明されたが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能である。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】
【００３１】
本発明は、インクジェットプリントヘッド関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のインクジェットプリントヘッドを概略的に示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドを概略的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ’線に沿う断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インク吐出過程で発生するリストリクター内部でのインク流動を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクリフィル過程で発生するリストリクター内部でのインク流動を示す図である。
【図６Ａ】インクの逆流及びリフィル性能を比較するために使われた従来のインク流路構造体を示す図である。
【図６Ｂ】インクの逆流及びリフィル性能を比較するために使われた本発明によるインク流路構造体を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態によるインクジェットプリントヘッドの変形例を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１０    基板
１１２    インクフィードホール
１２０    チャンバ層
１２２    インクチャンバ
１２４、２２４    リストリクター
１２４ａ、２２４ａ    第一連結口
１２４ｂ、２２４ｂ    第２連結口
１２４ｃ、２２４ｃ    流動抵抗調節部
１３０    ノズル層
１３２    ノズル
１５０、２５０    屈曲部
【図１】
2007176159.tif 000003
【図２】
2007176159.tif 000004
【図３】
2007176159.tif 000005
【図４】
2007176159.tif 000006
【図５Ａ】
2007176159.tif 000007
【図５Ｂ】
2007176159.tif 000008
【図６Ａ】
2007176159.tif 000009
【図６Ｂ】
2007176159.tif 000010
【図７】
2007176159.tif 000011