JP2003211668A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

インクジェットプリントヘッド

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液滴体積を調節できる圧電プリントヘッドを
提供する。 【解決手段】 一体化インク供給マニフォルド及び一体
化インク孔と流動連絡する一体化インク室を有するプレ
ートを有し、インク室がインク供給マニフォルドをイン
ク孔に接続する主チャネルを有し、複数の圧電アクチュ
エータが主チャネルから延びかつ主チャネルと流動連絡
するインクサブチャネルによって互いに離間した、圧電
モジュールと、アクチュエータの各々の第一の端と接す
る接地電極と、インク室及びマニフォルドをシールする
ために圧電プレートに接合され、かつ制御電極と接して
制御電極からアクチュエータに制御信号を伝えるように
構成されているカバープレートとを備えている。

Description

【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
リントヘッドなどの圧電流体射出装置及びその製造方法
に関する。とりわけ、本発明は、液滴体積を調節できる
流体射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】液滴体
積を調節できる圧電プリントヘッドが必要とされてい
る。この種のプリントヘッドは、アクチュエータと電極
の間の内部接点並びに外部接点に簡単にアクセスできる
ように構成されることが望ましい。この種のプリントヘ
ッドは、高解像度の印刷の質を得られるように「積み重
ね」構成で製造できることが最も望ましい。この装置
は、接着剤などのインク以外の流体を射出するために使
用できることも想定されている。本発明は、上記のニー
ズを満たし、下に詳しく説明するように、さらなる付加
的利点を有する。
【０００３】
【課題を解決するための手段】１つの実施態様におい
て、本発明は、所与の流体室内の複数のアクチュエータ
を使用して流体滴形成及び射出を行なう。各アクチュエ
ータは、流体室の体積変化及び液滴の射出に寄与する全
ての複数の方向に変形可能である。最新の実施態様にお
いては、この種の装置は、インク液滴の形成及び射出の
ために構成されるが、接着剤などの他の流体も想定され
る。
【０００４】さらに、複数のアクチュエータは、例えば
グレースケール印刷を行なうために液滴体積を変動させ
るように選択的に変形できる。これまで、印刷中の液滴
体積を変動させることは、これまでサーマルインクジェ
ット印刷を含めてほとんどのインクジェット印刷法にと
って実現が困難であった。また、複数のアクチュエータ
により、綴じ合わせなしに大きな高さの印刷を可能にす
る。
【０００５】さらに、本発明は、脆弱で圧電プリントヘ
ッドの一般的な故障原因となることが多いダイアフラム
を必要としない。典型的な圧電プリントヘッドにおい
て、ダイアフラムは柔軟な材料で作られており、圧電素
子に接続される。圧電素子は、信号に応答して形状を変
える時にダイアフラムを操作し、ダイアフラムは圧力波
がインク室内で伝播するようにし、その結果、孔を通じ
てインクを射出する。
【０００６】本発明の１つ以上の実施態様のさらなる利
点としては、低コストの製造のために高度に統合された
構造、高解像度印刷のための積み重ねやすい設計、圧電
材料とダイアフラムの間の熱膨張の問題が皆無である又
はほとんどないこと、及び優れたインクコンパティビリ
ティ及び耐食性が挙げられる。
【０００７】１つの実施態様において、本発明は、一体
化インク供給マニフォルド及び一体化インク孔と流動連
絡する一体化インク室を持つプレートを有する圧電モジ
ュールを有するインクジェットプリントヘッドを想定し
ている。インク室は、インク供給マニフォルドをインク
孔に接続する主チャネル、及び主チャネルから延びかつ
主チャネルと流動連絡するインクサブチャネルによって
互いに離間した複数の圧電アクチュエータを有する。こ
の実施態様は、さらに、各アクチュエータの第一の端と
接する接地電極及び圧電プレートに接合されるカバープ
レートを有する。カバープレートは、インク室及びマニ
フォルドをシールする。カバープレートは制御電極と接
しており、制御電極からアクチュエータに制御信号を伝
えるように構成される。
【０００８】本発明のこの実施態様及び別の実施態様
は、圧電モジュールは、圧電プレートに配置される複数
のインク室を有することができ、連続するインク室は室
壁によって分離されるという特徴、インク室は共通イン
ク供給マニフォルドと流動連絡できるという特徴、及
び、室壁は連続するインク室間のカットによって分離で
きるという特徴の中の少なくとも一つを有しうる。
【０００９】また、カバープレートと圧電プレートの間
に弾性膜を配置することができる。アクチュエータの配
列に基づき、弾性膜を導電性とするか、又は弾性膜の一
部を導電性とすることができる。アクチュエータは、イ
ンク液滴サイズを調節するために選択的に起動できる。
マニフォルドと主チャネルの間にレストリクタを配置す
ることができる。
【００１０】プリントヘッド上に多数のモジュールを積
み重ねることができる。積み重ねられたモジュールは、
相互に偏倚させることができる。アクチュエータは主チ
ャネルに対して垂直に配置することができる。アクチュ
エータはインク孔に向かうにつれて長くすることができ
る。各アクチュエータの第一の端は先細りにすることが
できる。アクチュエータは周囲室壁より短くすることが
できる。アクチュエータは相互に平行に配列することが
できる。
【００１１】別の実施態様において、本発明は、インク
マニフォルドからインク射出孔にインクを供給するため
の手段と直接的に通信する垂直及び水平の両方の方向に
変形可能な圧電作動手段、及び圧電作動手段に信号を与
えるための制御手段を有するインクジェットプリントヘ
ッドを想定している。
【００１２】また、このインクジェットプリントヘッド
は、また、インク供給手段とマニフォルドの間のインク
の流れを制限するための手段も有することができる。イ
ンクジェットプリントヘッドは、また、単一のプリント
ヘッド上に一緒に積み重ねられる複数の圧電作動手段を
有することができる。積み重ねられた作動手段は相互に
偏倚させることができる。
【００１３】別の実施態様において、本発明は、インク
源内を伝播し、かつ起動されるアクチュエータの数に応
じた体積のインク液滴を射出する圧力波を生成するため
にインク源と直接的に通信する圧電アクチュエータ配列
の中の１つ以上の圧電アクチュエータを選択的に起動す
る段階を備えた、インクジェットプリントヘッドにおけ
るインク液滴体積を制御するための方法を想定してい
る。
【００１４】この方法において、アクチュエータに電気
的に接続される制御電極によってアクチュエータを選択
的に起動することができる。導電性弾性膜も、アクチュ
エータを選択的に起動するために制御電極からアクチュ
エータに信号を送ることができる。
【００１５】別の実施態様において、本発明は、前述の
圧電プリントヘッドを有するインクジェットプリンタを
想定している。
【００１６】本発明の上記及びその他の特徴及び利点
は、クレームと共に下記の詳細な説明から容易に明らか
になるだろう。
【００１７】本発明の長所及び利点は、以下の詳細な説
明及び添付図面を検討することにより関連技術の当業者
にはより簡単に明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は様々な形態の実施態様が
可能であるが、本開示は本発明の例証と見なされるもの
であり、本発明を例示される特定の実施態様に限定する
ためのものではないと理解して、図面には現在好適な実
施態様が示されており、これについて以下に説明する。
【００１９】図１を参照すると、１つの実施態様におい
て、本発明は、一体化インク供給マニフォルド６と流動
連絡する複数の一体化インク室４ａ、４ｂ、４ｃを有す
る圧電プレート２を有するインクジェットプリンタ用イ
ンクジェットプリントヘッドに関するものである。イン
ク室４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ、主チャネルの一端
のインク供給マニフォルド６をその反対端のインク孔１
０ａ、１０ｂ、１０ｃに接続する主チャネル８ａ、８
ｂ、８ｃを有する。
【００２０】特定のインク室、例えばインク室４ａにお
いて、複数の圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４
ｃは主チャネルから延び、櫛状の配列に配置され、隣接
するアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、主チャ
ネル８ａと流動連絡するインクサブチャネル１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、１６ｄによって互いに離間している。特
定のインク室の中のアクチュエータの数は２から２０以
上までの範囲であることが好ましく、アクチュエータ
は、液滴サイズを調節し、グレースケール印刷を行なう
ために、別個に選択的に作動できる。サイズが大きくな
るとコストが大幅に上がる従来のシリコンベースのプリ
ントヘッドに比べて、比較的大きく安価なセラミックプ
レートに同じ室のパターンを容易に反復することができ
るので、綴じ合わせなしの大型印刷（５センチ（２イン
チ）〜２０センチ（８インチ）程度）も可能である。
【００２１】レストリクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、
インク供給マニフォルド６と主チャネル８ａ、８ｂ、８
ｃの間に配置されている。レストリクタ１２ａ、１２
ｂ、１２ｃは、マニフォルド６と主チャネル８ａ、８
ｂ、８ｃの間のインクの流れを制御し、インク室４ａ、
４ｂ、４ｃからマニフォルド６に戻るインクの流れを軽
減するのに役立つ。これは、主チャネル８ａ、８ｂ、８
ｃがインク供給マニフォルド６に接近するとバルブ又は
その他の流量制御装置によって主チャネルを狭めること
によって実現することができる。
【００２２】次に図２を参照すると、共通電極又はアー
ス１８がアクチュエータの第一の端１９と接しているの
が分かる。カバープレート２０は、インク室４及びマニ
フォルド６を封止する。カバープレートは導電性弾性材
料２２を使って圧電プレート２に接合することができ
る。カバープレート２０は、また、制御電極２４に接し
ており、孔１０からインク液滴を射出するようにアクチ
ュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを起動できるように、
制御電極２４からアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４
ｃの第二の端にある個々の電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃ
に制御信号を伝える。この第二の端は、例えばアクチュ
エータの上端とすることができる。好適な実施態様にお
いて、個々のアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
は、結果として得られるインク液滴の体積を制御するた
めに選択的に起動できる。インク液滴の体積は、起動さ
れるアクチュエータの数に比例して増大する。
【００２３】制御電極２４とアース１８の間に電圧が加
えられると、アクチュエータ１４は垂直方向に縮む（カ
バープレートから離れる）が、図２において点線で示さ
れるように、隣接するサブチャネル１６の中に向かって
水平方向に膨張する。この例において、電界は圧電ポー
リング方向に平行の方向に加えられる。この作動段階の
間、弾性材料２は、アクチュエータ１４に沿って下に引
っ張られる。アクチュエータ１４の間のインクは、この
ようにして絞られ、インク室からそれぞれの孔に向かっ
て押し出されてインク液滴を排出する。
【００２４】カバープレート２０は、圧電材料と両立す
る適切な材料であればどのようなものでもよく、これが
電極の好ましい設置位置であれば金属で被覆又はめっき
することができる。次いで、金属層は、各インク室に１
つずつ個別の電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃを形成するた
めに分離される。１つのインク室４内で個々のアクチュ
エータ１４を選択的に起動できるように金属パターンを
配列することができる。例えば、図２において、３つの
アクチュエータ１４を同時に変形させるか、又はアクチ
ュエータ１４のうち２つ又は１つだけでも特定の時点で
変形させることができる。このようにして、単にいくつ
のどのアクチュエータ１４を変形するかを選択するだけ
で、液滴体積を変えることができる。このアクチュエー
タの選択的な変形により、グレースケール印刷が可能と
なる。図１及び２には３つのアクチュエータしか示され
ていないが、１つのインク室に２０以上のアクチュエー
タが存在することができ、その結果、単位センチ当りの
ドットが４０（単位インチ当りのドット（「ＤＰＩ」）
が１００）のプリントヘッドの場合、１０〜４０ｐＬ程
度の液滴体積が得られる。
【００２５】次に図３を参照すると、孔３４ａ、３４
ｂ、３４ｃ、３４ｄを有する複数のインク室３２ａ、３
２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有するプレート３０及びカバー
プレート３６を有する第一の圧電モジュール２９は、同
様に孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有する複数のインク室
４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有するプレート３８及びカバ
ープレート４４を有する第二の圧電モジュール３１の下
に重ねられていることが分かる。インク室３２ａ〜ｄ及
び４０ａ〜ｄは、プリント密度を増すことができるよう
に偏倚している。各モジュールは約５００μｍ〜２ｍｍ
程度の厚みを有するので、層間距離が大きいために印刷
の質を犠牲にすることなく、数個のモジュールを積み重
ねることができる。
【００２６】次に図４を参照すると、別の実施態様にお
いて、アクチュエータ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを図１に
示されるような一定角度にではなくインク室５２ａ〜ｃ
に対して垂直に配列できることが分かる。これはカット
及び製造を容易にすることを考慮している。
【００２７】次に図５を参照すると、さらに別の実施態
様において、インク室７４の容量を増すためにアクチュ
エータ６０ａ〜ｅが孔７０に向かうにつれて長くなるこ
とが分かる。
【００２８】次に図６を参照すると、アクチュエータ８
２ａ〜ｃを連続する室壁８４から分離するために浅いカ
ット８０を利用できることが分かる。このカット８０
は、隣接するインク室間のクロストークを生じる可能性
のある室壁８４の変形を防ぐのにも役立つ。
【００２９】次に図７を参照すると、さらに別の実施態
様において、アクチュエータ９０ａ〜ｃが周囲壁より短
いことが分かる。アクチュエータ９０ａ〜ｃは、全ての
インク室が形成される前に切除によって周囲壁９２ａ〜
ｄに関して短くすることができる。周囲壁９２ａ〜ｄに
関してアクチュエータ９０ａ〜ｃを短くすることによ
り、個々のアクチュエータ９０ａ〜ｃの自由を犠牲にす
ることなくカバープレート９４とチェンバープレート９
６の接合の堅さを増す。また、接地電極９１、レストリ
クタ９３、インクマニフォルド９５、制御電極９９、及
びカバープレートを圧電プレートに接合し制御電極から
個々のアクチュエータ９０ａ〜ｃに電気を伝える弾性材
９７も図に示されている。点線は、制御電極からの信号
に応答して垂直方向に収縮して水平方向に膨張している
圧電材料を示している。
【００３０】次に図８を参照すると、他の実施態様にお
いて、アクチュエータが室壁１０４と接するアクチュエ
ータ１００ａ〜ｃのベースの隅の周りにさらなるカット
１０２ａ〜ｂが作られる。その結果、先細りとなるアク
チュエータ１００ａ〜ｃは変形スペースを付加し、した
がってインク排出量が大きくなる。
【００３１】以上のことから、本発明の新規の概念の真
の精神及び範囲から逸脱することなく多数の修正及び変
形を実施できることが分かるだろう。例示される特定の
実施態様に関して限定することが意図されると解釈され
るものではなく、このような限定を推測すべきではな
い。開示は、付属のクレームによってクレームの範囲内
に属する全ての修正を対象とするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリントヘッドの１つの実施態様の斜
視図である。
【図２】アクチュエータの作動メカニズムの断面図を示
している。
【図３】高解像度用の積み重ね配列の前面図を示してい
る。
【図４】カットしやすいようにアクチュエータがインク
チャネルと直交する別の実施態様を示している。
【図５】より大きなインク室を形成するためにアクチュ
エータが孔に向かうにつれて長くなる別の実施態様を示
している。
【図６】アクチュエータを壁から分離するための浅いカ
ットを示している。
【図７】アクチュエータが周囲壁より短い別の実施態様
を示している。
【図８】アクチュエータのさらなる変形を可能にするた
めにカバーの周りにさらなるカットを有する別の実施態
様を示している。
【符号の説明】
２…圧電プレート ４…一体化インク室 ６…一体化インク供給マニフォルド ８…主チャネル １０…一体化インク孔 １４…圧電アクチュエータ １６…インクサブチャネル １８…接地電極 ２０…カバープレート ２４…制御電極 ２９…圧電モジュール ３１…圧電モジュール ３８…プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF39 AG48 AG68 AP16 BA03 BA14 CA01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一体化インク供給マニフォルド及び一体
    化インク孔と流動連絡する一体化インク室を有するプレ
    ートを有し、前記インク室が前記インク供給マニフォル
    ドを前記インク孔に接続する主チャネルを有し、複数の
    圧電アクチュエータが前記主チャネルから延びかつ前記
    主チャネルと流動連絡するインクサブチャネルによって
    互いに離間した、圧電モジュールと、 前記アクチュエータの各々の第一の端と接する接地電極
    と、 前記インク室及び前記マニフォルドをシールするために
    前記圧電プレートに接合され、かつ制御電極と接して前
    記制御電極から前記アクチュエータに制御信号を伝える
    ように構成されているカバープレートとを備えたインク
    ジェットプリントヘッド。
  2. 【請求項２】 前記モジュールは、前記圧電プレートに
    配置される複数のインク室を備え、連続するインク室が
    室壁によって分離されている請求項１に記載のインクジ
    ェットプリントヘッド。
  3. 【請求項３】 前記室壁は、連続するインク室の間のカ
    ットによって分離されている請求項２に記載のインクジ
    ェットプリントヘッド。
  4. 【請求項４】 弾性膜が前記カバープレートと前記圧電
    プレートの間に配置されている請求項１に記載のインク
    ジェットプリントヘッド。
  5. 【請求項５】 前記弾性膜が導電性を有する請求項４に
    記載のインクジェットプリントヘッド。
  6. 【請求項６】 インク液滴サイズを調節するために前記
    アクチュエータを選択的に起動できる請求項１に記載の
    インクジェットプリントヘッド。
  7. 【請求項７】 インク源の中を伝播し、かつ起動される
    アクチュエータの数に応じた体積のインク液滴を射出す
    る圧力波を生成するために、インク源と直接的に通信す
    る圧電アクチュエータ配列の中の１つ以上の圧電アクチ
    ュエータを選択的に起動する段階を備えた、インクジェ
    ットプリントヘッドにおいてインク液滴体積を制御する
    方法。
  8. 【請求項８】 前記アクチュエータは、前記アクチュエ
    ータに電気接続される制御電極によって選択的に起動さ
    れる請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記アクチュエータを選択的に起動する
    ために、導電性弾性膜が前記制御電極から前記アクチュ
    エータに制御信号を伝える請求項８に記載の方法。
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