(57)【要約】      （修正有）【課題】インクの停滞がなくなり、インク内の浮遊粒子をなくすことができるインクジェット印字ヘッドを提供する。【解決手段】このインクジェット印字ヘッドは、チャネルにインクを供給する第１の多岐管構造体、および複数の再循環経路を含む。各再循環経路は、噴射中および非噴射中にインクを受け取るよう構成される。各再循環経路は、インクを受け取るためのチャネルに接続する再循環チャネルであって、単一噴射要素と再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの１つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、再循環チャネルからインクを受け取る第２の多岐管構造体と、を含む。非噴射中に複数の単一噴射要素のそれぞれと前記再循環経路を通って、第１の多岐管から第２の多岐管にインクが流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印字ヘッドであって
複数の単一噴射要素であって、各単一噴射要素が、
噴射中インクを吐出するよう構成される開口と、
インクを受けるためのチャネルと、を含む複数の単一噴射要素と、
前記チャネルにインクを供給する第１の多岐管構造体と、
前記噴射中および非噴射中に、それぞれがインクを受け取るよう構成される複数の再循環経路であって、各再循環経路が、
インクを受け取るための前記チャネルに接続する再循環チャネルであって、前記単一噴射要素と前記再循環経路のそれぞれの一部を形成する前記鋼材プレートのうちの１つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、
前記再循環チャネルからインクを受け取る第２の多岐管構造体と、を含む再循環経路と、を含み、
非噴射中に前記複数の単一噴射要素のそれぞれと前記再循環経路を通って、前記第１の多岐管から前記第２の多岐管にインクが流れる、インクジェット印字ヘッド。
【請求項２】
非噴射中、前記インクジェット印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項１に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項３】
前記第１の多岐管に負の圧力をかけ、前記第２の多岐管には低い負の圧力をかけて、前記第１の多岐管と前記第２の多岐管の間に圧力差をつくる請求項１に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項４】
噴射中、前記第１の多岐管と前記第２の多岐管の間の前記圧力差を維持する、請求項３に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項５】
インクジェット印字ヘッドであって、
噴射要素であって、
噴射中インクを吐出するよう構成される開口と、
インクを受け取るためのチャネルと、を含む噴射要素と、
前記チャネルにインクを供給する構造を有する第１の多岐管と、
前記噴射中かつ非噴射中にインクを受け取るよう構成される再循環経路であって、各再循環経路が、
インクを受け取るために前記チャネルに接続する再循環チャネルであって、前記単一噴射要素と前記再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの１つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、
前記再循環チャネルに接続する第２の多岐管構造体と、を含む、再循環経路と、を含み、
非噴射中に前記噴射要素と前記再循環経路を通って、前記第１の多岐管から前記第２の多岐管に前記インクが流れる、インクジェット印字ヘッド。
【請求項６】
非噴射中に前記インクジェット印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項５に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項７】
前記第１の多岐管には負の圧力がかけられ、前記第２の多岐管には低い負の圧力がかけられ、これにより、前記第１の多岐管と前記第２の多岐管の間に圧力差が生じる、請求項５に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項８】
前記第１の多岐管と前記第２の多岐管の間の前記圧力差が噴射中に維持される、請求項７に記載のインクジェット印字ヘッド。
【請求項９】
印字ヘッド内の圧力を制御する方法であって、
非噴射中にチャネルに接続する第１の多岐管構造体に第１の負の圧力をかけるステップと、
前記第１の多岐管構造体の下流に配置される第２の多岐管構造体に前記第１の負の圧力より低い第２の負の圧力をかけて、圧力差をつくるステップであって、非噴射中にチャネルからインクを受け取る前記再循環チャネルに前記第２の多岐管構造体が接続する、ステップと、
噴射中に前記第１の多岐管構造体と前記第２の多岐管構造体の間の前記圧力差を維持するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
非噴射中、前記印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、インクジェット印刷に関し、より具体的には、インクジェット印字ヘッド内の再循環経路に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なインクジェット印字ヘッドは供給多岐管構造体で構成され、この供給多岐管構造体により複数の単一噴射要素の入口部にインクが供給される。通常、複数の単一噴射要素はそれぞれ、この入口部の他に、１つまたは複数の開口を有する単一の出口部を有し、インクの噴射中には、この開口を通してインク滴を吐出する。この流体構造体内では、噴射中、供給多岐管および単一噴射要素内のインクによりバルク流体流が発生する。しかし、噴射が行われていないときは、流体構造体内のインクはバルク流を発生させず、ほぼ停滞状態となり得る。停滞状態の間、粒子はインク内を浮遊し得、沈着し始める。粒子が沈着すると、流体構造体のパフォーマンスに悪影響が及び、システムのインクの所望の特性が変化してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の実施形態は、従来技術のこれらおよびその他の限界に対処することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態では、インクジェット印字ヘッドが開示される。このインクジェット印字ヘッドは、噴射中インクを吐出するよう構成される開口、およびインクを受け取るためのチャネルをそれぞれが含む複数の単一噴射要素と、チャネルにインクを供給する第１の多岐管構造体と、噴射中および非噴射中にそれぞれがインクを受け取るよう構成される複数の再循環経路であって、各再循環経路が、インクを受け取るためのチャネルに接続する再循環チャネルであって、単一噴射要素と再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの１つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネル、および再循環チャネルからインクを受け取る第２の多岐管構造体を含む再循環経路と、含み、非噴射中には、複数の単一噴射要素のそれぞれと再循環経路を通って、第１の多岐管から第２の多岐管にインクが流れる。
【０００５】
印字ヘッド内の圧力を制御する方法も開示され、この方法には、非噴射中にチャネルに接続する第１の多岐管構造体に第１の負の圧力をかけるステップと、第１の多岐管構造体の下流に配置される第２の多岐管構造体に、第１の負の圧力より低い、第２の負の圧力をかけて、圧力差をつくるステップであって、この第２の多岐管構造体は、非噴射中にチャネルからインクを受け取る再循環チャネルに接続する、ステップと、噴射中に第１の多岐管構造体と第２の多岐管構造体の間の圧力差を維持するステップと、が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、単一噴射要素の流体分配サブ組立体の一例を示す図である。
【図２】図２は、複数の単一噴射要素を示す図である。
【図３】図３は、再循環チャネルを有する単一噴射要素の第１の斜視図である。
【図４】図４は、再循環チャネルを有する単一噴射要素の第２の斜視図である。
【図５】図５は、入口多岐管と出口多岐管に接続する複数の単一噴射要素の大観を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
いくつかの流体分配組立体は、ローカル流体供給および流体分配サブ組立体を含むも。ローカル流体供給は、容器組立体内の１つ以上の容器チャンバ内に存在し得る。流体分配サブ組立体は、いくつかの構成要素を有して見ることができる。第１に、ドライバ要素は、流体をサブ組立体から排出させる圧電変換器などのトランデューサ、その上でトランデューサが動作する隔膜、および圧力チャンバを形成する本体プレートまたは複数のプレートにより構成される。第２に、入口要素は、多岐管から圧力チャンバに流体を誘導するチャネルで構成される。次に、出口要素は、圧力チャンバから開口に流体を誘導する。最終的に、開口自体が、流体を印字ヘッドから分配する。
【０００８】
噴射積層体が流体分配サブ組立体として動作することにより、印字ヘッドは流体分配組立体の一例として機能する。この噴射積層体は、通常、１つに束ねられた一連のプレートで構成される。印字ヘッド／噴射積層体の例では、ドライバ、入口、出口、および開口の４つの構成要素の働きがより明らかとなる。入口により多岐管から圧力チャンバにインクが誘導され、出口により圧力チャンバから開口プレートにインクが誘導される。圧力チャンバ内のインクの上でドライバが動作し、これにより、流体が開口プレートを通して噴射積層体から吐出される。噴射積層体の例では、開口により流体が噴射積層体に入れられ、最終的には印字ヘッドから吐出させる。
【０００９】
本明細書で使用されるプリンタという用語は、トランデューサのある種の動作に応じて、流体の滴が１つの開口を通して押し出される、全てのタイプのドロップ・オン・ディマンド型イジェクタまたはシステムに適用される。これには、サーマルインクジェットプリンタなどのプリンタや有機電子回路製造、バイオアッセイ、３次元構造構築システムなどの用途に使用される印字ヘッドが含まれる。用語「印字ヘッド」は、プリンタに適用されることのみを意図せず、そのような制限を示唆しない。プリンタという用語には上記の例も含まれ、噴射積層体はプリンタの印字ヘッド内に存在する。
【００１０】
図１には、印字ヘッド内の噴射積層体の一例が示されている。この例では、１つに束ねられた一連のプレートで構成される噴射積層体１００が、議論に用いられる。なお、これは単なる例であり、本明細書で記載される本発明の用途や実装形態を限定するものではない。さらに詳しく議論される通り、用語「プリンタ」および「印字ヘッド」には、あらゆる目的で流体を分配するシステム内の全てのシステムおよび構造体が含まれ得る。同様に、理解を容易にするために噴射積層体について議論されるが、全ての流体分配サブ組立体が関連し得る。流体分配サブ組立体または流体分配本体は、一連のプレート（本明細書で議論される）、好適なチャネルを有する型成形体、トランデューサ、開口、機械成形体などで構成され得る。実施形態のいくつの様態では、噴射積層体内にプレート以外に付加的な構造体が含まれるため、一連のプレートは流体分配サブ組立体内の流体分配本体と呼ばれ得る。
【００１１】
上述した通り、噴射積層体１００は、複数のプレート１０００〜１０２４で構成される。複数のプレート１０００〜１０２４は、それぞれステンレス鋼のプレートであることが好ましい。プレート１０００には、噴射中にインクの吐出を容易にする圧電要素（図示せず）が取り付けられている。これらの複数のプレート１０００〜１０２４により積層が形成されるとき、上流多岐管１０２、空気間隙１０４、下流多岐管１０６、粒子フィルタ１０８、チャネル１１０、開口１１２、および再循環チャネル１１４が形成されるよう各プレート１０００〜１０２４は化学的なエッチングが施される。
【００１２】
噴射積層体の種々の構成要素を作成するために、これらの複数のプレート１０００〜１０２４には、片面または両面で化学的なエッチングが施される。上述した通り、プレート１０００〜１０２４が１つに積層されるとき、プレート１０００〜１０２４の化学的なエッチングを施される部分により、噴射積層体の種々の構成要素が形成される。開口１１２は、エッチング処理でプレート１０２４を貫通させることにより形成された穴である。チャネル１１０を作成するために、プレート１０００〜１０２４にエッチング処理が施される。再循環チャネル１１４を作成するために、プレート１０２２には、片面だけエッチング処理を施し、下流多岐管１０６に繋がる半エッチングチャネルが形成される。この再循環チャネル１１４は、全長が１．６５ｍｍ〜４．４４５ｍｍ、幅が０．０７６ｍｍ〜０．１５２ｍｍ、深さが０．０３８１ｍｍ〜０．１０１６ｍｍであることが好ましい。しかし、このチャネル１１４の長さ、幅、および深さはこれには限定されず、各噴射要素に関して必要なサイズでよい。
【００１３】
この噴射積層体は、容器（図示せず）から、粒子フィルタ１０８を有する上流多岐管１０２を通してインクを受け取る。流体は、粒子フィルタ１０８を通りチャネル１１０に流れる。このチャネル１１０により、開口１１２と再循環チャネル１１４に液体が誘導される。この粒子フィルタ１０８により、大きな粒子がチャネル１１０に流れ込み、開口１１２から吐出されること、あるいは、下流多岐管１０６に送られることを防ぐ。アクチュエータすなわちトランデューサ（図示せず）が起動すると、隔膜プレートが曲がり、これにより、インクが開口１１２から流れ出る。開口１１２から吐出されたインク滴により、印刷画像の一部が形成される。粒子フィルタ１０８、上流多岐管１０２、チャネル１１０、および開口１１２を含むインク経路の部分を「単一噴射要素」と呼ぶ。再循環経路は、チャネル１１４および下流多岐管１０６で構成される。この再循環チャネル１１４は、チャネル１１０に接続する。
【００１４】
アクチュエータすなわちトランデューサが起動しない場合、チャネル１１０内のインクは、開口１１２から吐出されることなく、再循環チャネル１１４と下流多岐管１０６に流れ込むが、これについては後程詳しく議論する。これにより、インクは吐出されることなく流れ続け、インクの停滞を防ぐことができる。
【００１５】
図２には、流体分配サブ組立体を含む流体分配組立体を有するシステムの一実施形態の図が示されている。このプリンタの構成は、単に、本発明の実装形態の内容を理解しやすくするために設けたものである。さらに、本明細書で議論される例では、流体に代わってインクを用い、流体分配サブ組立体に代わって噴射要素を用いる。もう一度言うが、この例は限定を意図するものでなく、かつ、示唆するものでもないものとする。
【００１６】
図２には、複数の単一噴射要素２００の実施形態が示されており、これらの単一噴射要素２００は、入口多岐管２０４と出口多岐管２０２に接続する。さらに、この入口多岐管２０４は上流多岐管１０２に、出口多岐管２０２は下流多岐管１０６にそれぞれ接続する。この図には単一噴射要素２００が８個示されているが、使用される単一噴射要素２００の数はいくつでもよいことは当業者には理解されよう。
【００１７】
上流多岐管１０２と下流多岐管１０６も各単一噴射要素２００にそれぞれ接続する。つまり、噴射積層体１００は、単一の上流多岐管１０２と単一の下流多岐管１０６を含み、これらの多岐管は、各噴射要素２００にそれぞれ接続する。各単一噴射要素２００は、図１に示されるステンレス鋼のプレート１０００〜１０２４により形成される。図２で見られる通り、各単一噴射要素は、噴射中すなわち印刷中にインクを吐出するための開口１１２を含む。
【００１８】
各単一噴射要素２００は、本体チャンバ２０６も含む。本体チャンバ２０６は、噴射中にインクを吐出しやすくする圧電要素（図示せず）をその裏側に有するが、これについては、後程詳しく説明する。つまり、本体チャンバ２０６はプレート１０００を介して形成され、圧電要素（図示せず）に接続する。
【００１９】
図３と図４には、図２の単一噴射要素２００のうちの１つがより詳細に示されている。上記に記載する通り、図２で見られるように、単一噴射要素２００は、粒子フィルタ１０８、開口１１２、チャネル１１０、および上流多岐管１０２を含む。
【００２０】
図５には、上流多岐管１０２に接続する入口多岐管２０４、および下流多岐管１０６に接続する出口多岐管２０２がより詳細に示されている。
【００２１】
噴射中、インクは入口多岐管２０２から上流多岐管１０２に供給される。本体チャンバ２０６に取り付けられる圧電要素（図示せず）の動作を介して、インクは上流多岐管１０２から粒子フィルタ１０８を通過しチャネル１１０を経て開口１１２に流れる。開口１１２を通してインクを流すためには、十分な圧力をかけて、開口１１２内のインクのメニカスを破らなければならない。
【００２２】
しかし、非噴射中、インクを流し続けて流体停滞を避けるために、上流多岐管１０２から粒子フィルタ１０８を通過し、チャネル１１０を経て、再循環チャネル１１４と下流多岐管１０６を含む再循環経路にインクを流す。開口１１２内のインクのメニカス破られないままとなり、インクは吐出されない。
【００２３】
したがって、単一噴射要素２００内でインク流を維持しメニカスの破裂を避けるためには、インクにかけられる圧力は数水柱インチ未満でなければならない。例えば、上流多岐管１０２は１水柱インチの負の圧力を有し得、下流多岐管１０６は６〜７水柱インチの負の圧力を有する。上流多岐管１０２に負の圧力をかけ、下流多岐管１０６に低い負の圧力をかけることによりこれが実現される。バキューム、負の圧力ヘッドなど、あらゆる手段を用いて、圧力をかけることができる。噴射中も上流多岐管１０２と下流多岐管１０６との間の負の圧力が維持され、これにより噴射中であっても、インクは再循環経路内で一定の流れを維持する。これにより、噴射中の平均流量が維持される。
【００２４】
非噴射中、チャネル１１０を通り、開口１１２と再循環チャネル１１４にインクが流れる。しかし、上述した通り、非噴射中は圧力が開口１１２内のインクのメニカスを破るのに十分でないため、その圧力により、インクは下流多岐管１０６に流れて再循環する。これにより、非噴射中にインクが吐出されないときでも、インクは上流多岐管１０２および下流多岐管１０６ならびに単一噴射要素２００を通って流れ続けることができる。すなわち、非噴射中でも、インクは単一噴射要素２００内を絶えず循環する。これにより、インクの停滞がなくなり、インク内で粒子が浮遊することを防ぐことができる。上流多岐管１０２と下流多岐管１０６の間に好適な圧力差が生じることにより、これが実現される。
【００２５】
インクが開口１１２ではなくチャネル１１０の半エッチング部に流れるために必要な圧力の範囲は、流体の表面張力と粘度の関数である。この圧力差は、上流多岐管１０２と下流多岐管１０６の間の流れを維持するのに十分なだけ大きく、かつ、開口１１２のメニカスの破裂を防ぐのに十分なだけ低くなければならない。
【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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