(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズル目詰り現象を除去し、インクジェットヘッドの維持、管理効率を進めたノズル目詰まり防止用インクジェットヘッドの提供。【解決手段】インクチャンバに収容されたインクがノズル１２を通じて噴射されるインクジェットヘッドにおいて、ノズルの形成されるノズル部１０と、ノズルの周辺に位置するようにノズル部に結合される振動部と、振動部に駆動力を伝達する駆動部３０を含むインクジェットヘッドは、ノズル周りに圧電素子２０を附着してインクジェットヘッドのノズル部に超音波振動が加えられるようにする。【選択図】図３
2007050701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクチャンバに収容されたインクがノズルを通じて噴射されるインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルが形成されるノズル部と;
前記ノズルの周辺に位置するように前記ノズル部に結合される振動部と;
前記振動部に駆動力を伝達する駆動部を含むインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記振動部は、前記駆動力を受けて超音波に相当する振動数の振動を発生させる請求項１に記載の インクジェットヘッド。
【請求項３】
前記振動部は圧電素子を含んでおり、前記駆動部は電源と電気的に繋がれる請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子は、ＰＺＴ圧電素子を含む請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記駆動部は、前記圧電素子と電気的に繋がれる電気配線を含む請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記振動部は前記ノズルの周辺に放射状に配置される請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記振動部はドーナツ(donut)形態である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記振動部は前記ノズル部と構造的に一体に挙動するように接合される請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記振動部は前記ノズル部に着脱可能に結合される請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
ノズルが形成されたノズル部と、前記ノズルの周辺に位置するように前記ノズル部に結合される振動部と、前記振動部に駆動力を伝達する駆動部を含むインクジェットヘッドと;
前記駆動部に信号を転送する第１制御部と;
前記インクジェットヘッドの作動を制御する第２制御部と;
前記第１制御部及び前記第２制御部に電源を供給する電源部を含むインクジェット印刷装置。
【請求項１１】
前記振動部は圧電素子を含んでおり、前記駆動部は前記圧電素子と電気的に繋がれる電気配線を含む請求項１０に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１２】
前記第１制御部と前記第２制御部は一体に形成される請求項１０に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１３】
前記第１制御部は所定の時間間隔に応じて信号を転送する請求項１０に記載の インクジェット印刷装置。
【請求項１４】
前記第１制御部は、外部からの入力に応じて信号を転送する請求項１０に記載の インクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに関するもので、より詳細には、ノズル目詰り防止用インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドにおいて、ノズル(Nozzle)目詰りはヘッドの寿命を縮める主な原因である。これは、通常、円形に穿孔されたインクジェットヘッドのノズルを通じて供給されるインクの粒子(particle) のうちノズルの大きさより大きいとか、球形ではない異方形などの粒子が含まれているから発生する場合が多い。
【０００３】
また、最近では、インク内に数μｍのメタル(metal) 粒子が添加される趨勢であり、このような粒子がノズル付近で互いに合する現象が発生するとノズルが詰まって致命的な現象が発生する。
【０００４】
一般的に、インクジェットヘッドの場合、ノズル部に数百個のノズルが形成されているが、複数のノズルのうち一つでも詰まると、すべてのヘッドを使えなくなる場合が生じて ノズル目詰りを防止する技術は、インクジェットヘッドの維持、管理において非常に重要である。
【０００５】
図１及び図２は、従来技術によるインクジェットヘッドのノズル目詰りを防止するためのサクション(suction) 過程及び超音波洗滌過程を示す概略図である。インクジェットヘッドのノズル目詰りを防止するために従来には、図 １に示されているように、ノズル部１０に吸入装置(suction device)３を附着して陰圧(マイナス圧)を印加して強制的にノズル１２に詰まっているインク粒子１を吸いこんで除去する方法、または図２に示されているように、インクジェットヘッドのノズル部１０を超音波洗滌装置７に沈澱させた後、振動子５によって超音波振動を加えてノズル１２に詰まっているインク粒子１がノズル１２から分離されるようにして除去する方法、またはノズルの表面を磨く(wiping) 方法や蓋をする(capping) 方法などが用いられた。
【０００６】
しかし、上記のような従来技術は、ノズル目詰りの現象が発生した後にインク粒子を除去するという事後措置であり、ノズルに詰まっているインク粒子を除去する間にはインクジェットヘッドを分離しなくてはならないので印刷を中断しなければならないという問題がある。また、ノズル目詰り防止のためにサクション装置、超音波洗滌装置、ワイパー(wiper)、蓋(cap) などの別途の装置を具備しなければならないし、インクジェットヘッドを長期間使用しないなどの理由でノズルに詰まっているインク粒子が大きいほどこれを除去する効率の落ちる問題がある。
【０００７】
一方、電源を印加すると振動を発生させる圧電素子をインクジェットヘッドに適用する従来技術としては、第一、インクジェットヘッドに圧電素子及びこれに繋がれたジェットピンを利用して、電源未供給の際にはノズルシリンダーを密閉させてインクの乾燥によるノズル目詰りを防止する発明をあげられるが、これはノズル目詰りを予防するための技術であってノズルに詰まっているインクを除去することはできないという問題がある。
【０００８】
第二、インクの射出のための圧電素子に、インク射出に必要な電圧パルスより大きい電圧パルスを生成するように信号生成器及びコントローラを付加してインク目詰りを除去する発明をあげられるが、これはインク射出のための圧電素子をノズル目詰り防止用として活用する技術であって、ノズル目詰りを防止するための専用の構成要素が付加されたことではないという限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、インクジェットヘッドのノズル部に超音波振動が加えられてノズル目詰り現象を除去し、インクジェットヘッドの維持、管理効率を進めたノズル目詰り防止用インクジェットヘッドを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成を有する本発明によれば、ノズル周りに圧電素子を附着してインクジェットヘッドのノズル部に超音波振動が加えられるようにしてノズル目詰り現象を除去し、インクジェットヘッドの維持、管理効率を進めることができる。
【００１１】
また、ノズルに詰まっているインク粒子を除去するためにインクジェットヘッドを分離させなくても良いので、印刷中にもノズル目詰り防止のための措置が可能である。また、サクション(suction)、超音波洗滌などのような従来技術を用いてノズル目詰りを除去する間にもインクジェットヘッドのノズル部に振動を加えることができるので、ノズル目詰り除去の効率が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、インクチャンバに収容されたインクがノズルを通じて噴射されるインクジェットヘッドにおいて、ノズルの形成されるノズル部と、ノズルの周辺に位置するようにノズル部に結合される振動部と、振動部に駆動力を伝達する駆動部を含むインクジェットヘッドが提供される。
【００１３】
振動部は、駆動力を受けて超音波に相当する振動数の振動を発生させるのが好ましい。振動部は圧電素子を含んでおり、駆動部は電源と電気的に繋がれるのが好ましい。
【００１４】
圧電素子は、ＰＺＴ圧電素子を含むことができる。駆動部は、圧電素子と電気的に繋がれる電気配線を含むことができる。振動部は、ノズルの周辺に放射状に配置されるのが好ましい。振動部は、ドーナツ(donut) 形態であるのが好ましい。
【００１５】
振動部は、ノズル部と構造的に一体に挙動するように接合されるのが好ましい。 振動部は、ノズル部に着脱可能に結合されることができる。
【００１６】
また、ノズルが形成されたノズル部と、ノズルの周辺に位置するようにノズル部に結合される振動部と、振動部に駆動力を伝達する駆動部を含むインクジェットヘッドと、駆動部に信号を転送する第１制御部と、インクジェットヘッドの作動を制御する第２制御部と、第１制御部及び第２制御部に電源を供給する電源部を含むインクジェット印刷装置が提供される。
【００１７】
振動部は圧電素子を含んで、駆動部は圧電素子と電気的に繋がれる電気配線を含むことができる。第１制御部と第２制御部は一体に形成されることができる。 第１制御部は、所定の時間間隔に応じて信号を転送することができる。第１制御部は外部からの入力に応じて信号を転送することができる。
【００１８】
以下、本発明によるノズル目詰り防止用インクジェットヘッドの好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する事にし、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に構わずに等しいとか対応する構成要素は同じ参照番号を付与してこれに対する重複される説明は略する。
【００１９】
図３は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドのノズルを示す平面図であり、図４は、図３の Ａ-Ａ'に対する断面図である。図３ 及び図４を参照すれば、ノズル部１０、ノズル１２、圧電素子２０、駆動部３０が示されている。
【００２０】
本発明は，インクジェットヘッドのノズル１２に詰まっているインク粒子を除去するために別途の装置を用いる従来技術とは異なり、インクジェットヘッドのノズル部１０に直接振動部を附着してノズル部１０に超音波振動を発生させることにより印刷が進行される間にもインク粒子の除去が可能であり、従来技術によってインク粒子を除去することにおけるその効率を高めるようにしたものである。
【００２１】
すなわち、本実施例によるインクジェットヘッドは、インクチャンバに収容されたインクがノズル１２を通じて噴射されるようにしたものであって、ノズル部１０と、ノズル部１０に結合される振動部と、振動部に駆動力を伝達する駆動部３０を主要構成要素にする。
【００２２】
ノズル部１０は、インクの噴射されるノズル１２が形成される部分であって、特定の構成部品ではなくインクジェットヘッドの一部分を指称することである。したがって、ノズル部１０を構成する材質も通常的にインクジェットヘッドの材質と等しい。
【００２３】
一方、一般的にインクジェットヘッドのノズル１２の周辺には、インク液滴のメニスカス(Meniscus) の形成が円滑に成るように撥水(Hydrophobicity)層が形成されるが、本発明のノズル部１０は上記の撥水層などノズル１２の周辺構造をすべて含む。
【００２４】
振動部は、電源が印加されると振動を発生させる構成要素であって、本実施例では圧電素子２０を用いた。圧電素子２０は機械的圧力が加えられると電圧を発生させるか、電源が印加されると機械的変形を起こして振動エネルギーと電気エネルギー間の変換を誘導する素子である。圧電素子２０は当業者に自明な構成要素であるのでその原理や具体的な構成に関する詳細な説明は略する。
【００２５】
本実施例による圧電素子２０としては ＰＺＴ圧電素子が好ましい。ＰＺＴ圧電素子は、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２を含むもので安価で一般的に使用される圧電素子であり、インクジェットヘッドに振動を加える本発明においても適用するのに問題はない。しかし、本発明が圧電素子２０として必ずＰＺＴ圧電素子に限定するのではなく、当業者に自明な範囲内で他の種類の圧電素子も使用できる。
【００２６】
圧電素子２０によって発生された振動がノズル部１０に伝達されてノズル１２に詰まっているインク粒子が分離されるようにするためには圧電素子２０がノズル１２の周辺に位置するように結合されるのが良い。すなわち、圧電素子２０の結合される位置は、ノズル１２に近いほど振動が伝達される効率及びそれによるインク粒子の除去効果が向上される。
【００２７】
ただ、ノズル１２はインクが噴射されるホールであるので圧電素子２０をノズル１２にあまりにも接して結合させるとノズル１２を通じて噴射されるインクが圧電素子２０に付くことがあって、これは印刷品質の低下をもたらすことになる。したがって、圧電素子２０はノズル１２から噴射されるインクが付かないほどの間隔を維持する状態でノズル１２に近く結合されるのが良い。
【００２８】
また、圧電素子２０によって発生される振動がノズル１２に効果的に伝達できるように圧電素子２０をノズル１２の周辺に放射状で配置した。これは 特定方向でばかりノズル１２に振動が伝達されるのではなく、ノズル１２を中心としてすべての方向から振動が伝達されるようにするのがノズル１２に詰まっているインク粒子の除去に効果的であるからである。
【００２９】
スパット(spot) 形態の圧電素子２０を配置する場合にはノズル１２を中心として放射形を成すように圧電素子２０を附着するし、ライン(line) 形態の圧電素子２０を配置する場合にはノズル１２を取り囲むように圧電素子２０を附着するのが良い。
【００３０】
したがって、図３に示されているように圧電素子２０は、ノズル１２の周辺にドーナツ(donut) 形態で附着される。しかし、本発明が圧電素子２０の形態として必ずドーナツ形態に限定するのではなく、ノズル１２周辺に位置してノズル部１０に振動を効果的に伝達できる範囲内で他の形態で附着することもできる。
【００３１】
圧電素子２０など本発明による振動部は、超音波に相当する振動数の振動を発生させるのが良い。超音波は、可聴周波数範囲を超過する約２万Ｈｚ以上の周波数を有する音波を指称し、従来技術でも騷音問題及び振動効率の側面でインク粒子の除去において超音波範囲の振動を発生させて用いた。
【００３２】
ただ、本発明が振動部により発生される振動の振動数に対する数値範囲を限定するのではなく、インクジェットヘッドのノズル１２に振動を伝達してインク粒子を除去することができる範囲内で他の数値範囲の振動数も含まれることもできる。
【００３３】
圧電素子２０によって発生された振動がインクジェットヘッドのノズル部１０に伝達されてノズル部１０が圧電素子２０とともに振動するようにするためには、圧電素子２０がノズル部１０に構造的に一体に挙動するように接合されなければならない。これのためにスクリュ、接着剤などの結合手段を用いて圧電素子２０をノズル部１０の表面に結合させる。圧電素子２０がノズル部１０と構造的に一体に結合されない場合、圧電素子２０より発生した振動がノズル部１０に伝達されないとか、歪曲されて伝達されるので振動によるノズル１２目詰り除去の効率が低下されることがある。
【００３４】
また、圧電素子２０は、インクジェットヘッドのノズル部１０に付加される構成要素であるので通常ノズル部１０の表面に附着されるが、本発明が必ずこれに限定されるのではなく、インクジェットヘッドの製造過程にてノズル部１０に圧電素子２０を埋設するなどインクジェットヘッド構造の内部に圧電素子２０が結合されることもできる。
【００３５】
ただ、ノズル部１０の表面に圧電素子２０を附着すると、図４に示されているようにノズル１２の周辺でのクレーター(crater)の役目もするから結果的に圧電素子２０がノズル面を保護する機能をすることになる。このように圧電素子２０によってノズル面の保護の効果まで導出するためにはノズル面の表面に圧電素子２０を附着するのが好ましい。
【００３６】
一方、圧電素子２０は、インクジェットヘッドによる印刷とは無関係に、ただノズル１２の目詰り除去の役目をする構成要素であるので、必要な場合にだけ使用できるようにノズル部１０に着脱式で結合されることができる。圧電素子２０をノズル部１０に対して着脱式で構成する場合には、結合の際圧電素子２０から発生した振動がノズル部１０に効果的に伝達されるように構造的に一体挙動になる結合方法によって結合されなければならない。構造的に一体挙動になる結合方法は当業者に自明事項であるのでこれに対する詳細な説明は略する。
【００３７】
圧電素子２０は、電気エネルギーが供給されると振動エネルギーに転換させる役目をするので、ノズル１２周辺に圧電素子２０を附着すること以外にも圧電素子２０に電源などの駆動力を伝達する駆動部３０がともに結合されなければならない。電源の供給により振動を発生させる通常の圧電素子２０の場合、駆動部３０は、電源との電気的連結を具現する電気配線のような連結手段である。ただ、本発明が圧電素子２０に電源を供給する駆動部３０を必ず電気配線に限定されるのではなく、当業者に自明な範囲内で他の電気的連結手段も含むことができる。
【００３８】
図３ 及び図４のようにインクジェットヘッドのノズル部１０の表面に圧電素子２０を附着する場合には駆動部３０もともに附着する。この場合、圧電素子２０の電極の位置を適切に調節して、図３のように最短経路で複数の圧電素子２０が電源と繋がれるように駆動部３０を結合するのが良い。
【００３９】
このように圧電素子２０に電源を供給することによりノズル部１０に振動を発生させてノズル１２に詰まっているインク粒子を除去することができる本発明のインクジェットヘッドを用いるインクジェット印刷装置には、圧電素子２０に対して電源供給を制御する制御部が設置される。
【００４０】
すなわち、ノズル部１０と、ノズル部１０に結合される圧電素子２０と、 圧電素子２０に駆動力を伝達する駆動部３０で構成される本発明のインクジェットヘッドを用いるインクジェット印刷装置は、インクジェットヘッド等装置の全般の作動を制御する制御部以外にも圧電素子２０に伝達される電源を制御する別途の制御部が付加され、各制御部は電源部から電源の供給を受ける。
【００４１】
本発明において、振動部として圧電素子２０を用いる場合、圧電素子２０に電源を供給する駆動部３０は、インクジェット印刷装置に設置されている制御部と電気的に繋がれる。駆動部３０の繋がれる制御部は、圧電素子２０の駆動のみを制御する別途の制御部であるが、圧電素子２０の駆動を制御する制御部をインクジェット印刷装置の全般を制御する制御部と統合して一体で形成することにより一つの制御部に形成することもできる。
【００４２】
この場合、インクジェット印刷装置の全般を制御する制御部に駆動部３０を連結することができる端子などを形成して、駆動部３０に信号を伝達する回路を形成することによりノズル部１０に結合されている圧電素子２０に供給される電源を制御することができるようになる。ただ、本発明が圧電素子２０に駆動力を伝達する駆動部３０とインクジェット印刷装置の制御部との電気的連結を上記の構成に限定さるのではなく、駆動部３０をインクジェットヘッドの電気的連結部と連結して印刷装置の制御部に繋がれるようにするなど当業者に自明な範囲内で他の方法によって構成することもできる。
【００４３】
インクジェット印刷装置の制御部によって圧電素子２０に対する電源供給を制御する場合、その制御部は一定時間間隔に応じて制御信号を発生させるようにする。これにより、印刷が行われない場合、または印刷進行中にも一定時間ごとにノズル部１０に超音波振動が伝達されるようにして発生可能なノズル１２の目詰りをあらかじめ防止できるようになる。
【００４４】
また、上記制御部は、外部からの入力に応じて制御信号を発生させるようにする。これは、印刷装置の使用過程にて実際ノズル１２の目詰り現象が発生した場合または発生する可能性がある場合、使用者が入力ボタンなどを通じて制御部に入力信号を伝達することで、必要によりノズル１２の目詰りを除去するとか、予防するようにするためである。
【００４５】
本発明の技術思想が上述した実施例によって具体的に記述されたが、上述した実施例はその説明のためのことであってその制限のためではないし、本発明の技術分野の通常の専門家であれば本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術によるインクジェットヘッドのノズル目詰りを防止するためのサクション(suction) 過程を示す概略図である。
【図２】従来技術によるインクジェットヘッドのノズル目詰りを防止するための超音波洗滌過程を示す概略図である。
【図３】本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドのノズルを示す平面図である。
【図４】図３の Ａ-Ａ'に対する断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ノズル部
１２  ノズル
２０  圧電素子
３０  駆動部
【図１】
2007050701.tif 000003
【図２】
2007050701.tif 000004
【図３】
2007050701.tif 000005
【図４】
2007050701.tif 000006