JP2008080806A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】
リストリクター側の流路抵抗を調節することにより向上された液滴制御能力を提供できるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】
本発明によるインクジェットヘッドは、ノズル１４０と、ノズル１４０にインクを供給する圧力チャンバ１３０と、圧力チャンバ１３０にインクを供給する流路となるリストリクター１２０と、圧力チャンバ１３０及びリストリクター１２０それぞれの一面をすべてカバーする振動板１５０と、圧力チャンバ１３０の位置に対応して振動板１５０に結合される第１アクチュエータ１６１と、及びリストリクター１２０の位置に対応して振動板１５０に結合される第２アクチュエータ１６２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関する。

インクジェット方式が産業用として広く用いられることにつれ、ヘッドの性能改善に対する要求が増えている。産業用として用いられるヘッドは、一般的に圧電素子を用いた圧電方式ヘッドを使用している。

圧電用ヘッドを構成する要素は、駆動力を発生させるアクチュエータ部と、インクの供給を担当する流路部と、直接的に吐出されるノズル部に分けられる。より一層精密で均一なパターンを形成しなくてはならないため、既存の多数のノズルに同時に同一の信号を与えて駆動する方式からノズル毎駆動（ＤＰＮ）により個別ノズルを駆動することで、ノズル間の偏差を減らす努力が行われている。ＤＰＮは、基本的に液滴の大きさを一定に維持しながら速度を調節したり、速度を一定に維持しながら液滴の大きさを調節する方式であり、駆動信号の駆動電圧を調節したり、駆動周期を調節することにより可能となる。

しかし、信号による駆動信号で吐出液滴を調節することには限界があり、ノズル間の差が大きい場合には、ＤＰＮができない場合も度々発生する。

図１は、従来技術によるインクジェットヘッドを示す断面図である。図１を参照すると、電源部７０により駆動電圧を印加すると圧力を発生する圧電素子６０、振動板５０、圧力チャンバ３０、インクが吐出されるノズル４０、インクが貯蔵されるリザーバ１０、及びインクを供給するリストリクター（制限装置）２０から構成される。

従来技術によるインクジェットヘッドは、インクが流れるリストリクター２０がインク吐出に非常に重要な役目を行うのに、リストリクター２０に対する調節能力がなかった。

リストリクター２０は、基本的にインクが供給される流路でありながら、インクが実際に吐出される際にはチャンバ３０の圧力をノズルに伝達されるように抵抗としても作用する。すなわち、インクが供給される際には、流路の抵抗が小さく、インクが吐出される際には抵抗が大きくなければならないという矛盾を有する構造である。

しかし、従来技術によるインクジェットヘッドは、一般的にノズルと同一の抵抗を維持するように固定された形態のリストリクターが形成される場合が大部分であり、たまに機能上の必要に応じてリストリクターの形状が変形された場合もあったが、この場合もリストリクターは固定された形態であって、前術した問題点を解決することができなかった。

本発明は、インクジェットヘッド内の流体の抵抗を調節できるようにリストリクターを設計して向上された性能を示すインクジェットヘッドを提供する。

本発明の一実施形態によれば、ノズルと、ノズルにインクを供給する圧力チャンバと、圧力チャンバにインクを供給する流路となるリストリクターと、圧力チャンバ及びリストリクターそれぞれの一面をすべてカバーする振動板と、圧力チャンバの位置に対応して振動板に結合される第１アクチュエータと、及びリストリクターの位置に対応して振動板に結合される第２アクチュエータとを備えるインクジェットヘッドが提供される。

第２アクチュエータは、圧電素子を含んでなることができる。

また、第２アクチュエータの作動を調節する制御部が追加で形成され結合されてもよく、制御部は、第２アクチュエータの変位を感知し、これに対応する入力信号を生成するセンサ部と、入力信号の伝達を受けて入力信号に対応する駆動信号を生成する中央処理部と、及び駆動信号の伝達を受けて第２アクチュエータを駆動する駆動部とを備えることができる。

一方、本発明の他の実施形態によれば、ノズルと、ノズルにインクを供給する圧力チャンバと、圧力チャンバにインクを供給する流路となるリストリクターと、圧力チャンバ及びリストリクターそれぞれの一面をすべてカバーする振動板と、及び、圧力チャンバ及びリストリクターの位置に対応して振動板に結合されるアクチュエータとを備えるインクジェットヘッドが提供される。

前述した以外の別の実施形態、特徴、利点が本発明の図面、特許請求の範囲を含む発明の詳細な説明により明確になるだろう。

本発明の好ましい実施例によるインクジェットヘッドは、リストリクター側の流路抵抗を調節することにより、向上された液滴制御能力を提供することができる。

以下、本発明による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が、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一の図面番号を付与し、これに対する重複される説明は略する。

図２は、本発明の好ましい第１実施例によるインクジェットヘッドを示す断面図である。図２を参照すると、リザーバ１１０、リストリクター１２０、圧力チャンバ１３０、ノズル１４０、振動板１５０、第１アクチュエータ１６１、第２アクチュエータ１６２、電源１７０、センサ部１８１、中央処理部１８３、駆動部１８５が示されている。

リザーバ１１０は、インクを収容し、以下で説明するリストリクター１２０を介して圧力チャンバ１３０にインクを提供する。リストリクター１２０は、リザーバ１１０と後で説明する圧力チャンバ１３０とを互いに連通させて、リザーバ１１０から圧力チャンバ１３０にインクを供給する流路として機能する。リストリクター１２０は、リザーバ１１０より小さい断面積に形成されることができ、圧電素子により振動板１５０が振動する場合、リザーバ１１０から圧力チャンバ１３０に供給されるインクの量を調節することができる。

一方、リストリクター１２０は、一面が振動板１５０によりカバーされるように、インクジェットヘッド１００の上部に形成され、リストリクター１２０の位置に対応する振動板１５０の上面には第２アクチュエータ１６２が結合される。圧力チャンバ１３０は、リストリクター１２０に繋がってリザーバ１１０と連通する。また、リストリクター１２０に繋がった側面の他側面はノズル１４０に繋がる。このような構造により、リストリクター１２０を介してリザーバ１１０からインクの供給を受け、これをまたノズル１４０に供給することにより印刷作業が可能になる。一方、圧力チャンバ１３０もリストリクター１２０と同じく一面が振動板１５０によりカバーされ、圧力チャンバ１３０の位置に対応する振動板１５０の上面には第１アクチュエータ１６１が結合される。第１アクチュエータ１６１は、圧力チャンバ１３０の位置に対応する振動板１５０の上面に結合されて電源１７０により振動を発生する手段であって、圧電素子を含んでなることができる。圧電素子は、圧電素子に供給される電圧に応じて振動を発生し、振動板１５０を介して圧力チャンバ１３０に圧力を供給する機能を行う。

ノズル１４０は、圧力チャンバ１３０に繋がり、インクを吐出する機能を行う。第１アクチュエータ１６１から発生した振動が振動板１５０を介して圧力チャンバ１３０に伝達されると、圧力チャンバ１３０には圧力が加えられ、この圧力によりノズル１４０が印刷対象物を向いてインクを吐出することになって印刷作業が行われる。振動板１５０は、圧力チャンバ１３０及びリストリクター１２０の上部に形成される。このような振動板１５０は、別の構造物として圧力チャンバ１３０及びリストリクター１２０の上部に結合されてもよく、その他多様な方法で形成されることができる。振動板１５０は、第１アクチュエータ１６１から発生した振動を圧力チャンバ１３０に伝達する手段であるので、十分な弾性を有する材質または構造を持つことが好ましい。例えば、金属またはセラミック材質からなることが可能である。

第２アクチュエータ１６２は、リストリクター１２０の位置に対応する振動板１５０の上面に結合されて駆動部１８５により振動を発生する手段であって、第１アクチュエータ１６１と同じく圧電素子を備えることができる。圧電素子は、圧電素子に供給される電圧に応じて振動を発生し、振動板１５０を介してリストリクター１２０に圧力を供給する機能を行う。このような第２アクチュエータ１６２は、以下で説明する制御部１８０によりその作動が調節される。

制御部１８０は、第２アクチュエータ１６２の変位を感知し、これに対応する入力信号を生成するセンサ部１８１、センサ部１８１より生成された入力信号の伝達を受けて入力信号に対応する駆動信号を生成する中央処理部１８３、及び中央処理部１８３により生成された駆動信号の伝達を受けて第２アクチュエータ１６２を駆動する駆動部１８５を備えることができる。センサ部１８１は、第２アクチュエータ１６２、すなわち、圧電素子の振動を感知し、感知された第２アクチュエータ１６２の変位に基づいて入力信号を生成し、中央処理部１８３に伝達する。センサ部１８１としては、レーザドップラ速度計（ＬＤＶ）を用いることができる。中央処理部１８３は、センサ部１８１により生成された入力信号の入力を受けて、使用者が意図する第２アクチュエータ１６２の作動を具現する駆動信号を生成する。駆動部１８５は、中央処理部１８３により生成された駆動信号の入力を受けて、第２アクチュエータ１６２を駆動する手段であって、第２アクチュエータ１６２が圧電素子を備える場合、電圧を供給する電源でありうる。

次に、本発明の好ましい第１実施例によるインクジェットヘッドの作動に対して図３及び図４を参照して説明する。図３は、図２に示したインクジェットヘッド１００の第１作動状態を示す断面図であり、図４は、図２に示したインクジェットヘッドの第２作動状態を示す断面図である。

インクを吐出するために、第１アクチュエータ１６１が圧力チャンバ１３０に圧力を加える場合、第１アクチュエータ１６１による圧力はノズル１４０方向だけではなく、リストリクター１２０方向にも供給される。よって、所定のインクはリストリクター１２０方向に逆流することになる。このようなインクの逆流は、インクジェットヘッドの作動効率を低下させる原因となる。

これを防止するために、第１アクチュエータ１６１が圧力チャンバ１３０に圧力を加える場合、第２アクチュエータ１６２もリストリクター１２０に圧力を加えてリストリクター１２０の断面積を減らすことにより、リストリクター１２０側の流路抵抗を高める。リストリクター１２０側の流路抵抗を高めると、相対的にノズル１４０側の流路抵抗が低いので、インクがリストリクター１２０方向に逆流する現状を抑制することができる。このような作動は、図３により確認できる。

一方、リザーバ１１０から圧力チャンバ１３０にインクを流入するために、第１アクチュエータ１６１が圧力チャンバ１３０の圧力を低めさせる場合、すなわち、第１アクチュエータ１６１がインクジェットヘッド１００の上向に振動する場合、リストリクター１２０の断面積を大きくさせると、圧力チャンバ１３０へのインクの流入が円滑に行われる。

これのために、第１アクチュエータ１６１が圧力チャンバ１３０の圧力を低めさせることに合わせて、第２アクチュエータもリストリクター１２０の圧力を低めさせ、すなわち、インクジェットヘッドの上向に振動してリストリクター１２０の断面積を大きくさせることで、リストリクター１２０側の流路抵抗を低めさせるようにする。リストリクター１２０側の流路抵抗を低めさせることで、圧力チャンバへのインクの流れが円滑に行われる。このような作動は、図４により確認できる。

以上で説明したように、本実施例によるインクジェットヘッドの作動を円滑にするために、第１アクチュエータ１６１と第２アクチュエータ１６２との作動は、同期化されることが好ましい。

これは、第１アクチュエータ１６１と第２アクチュエータ１６２とが両方とも圧電素子を含んで構成される場合を例に挙げると、電源は電圧の形態で供給されるので、第１アクチュエータ１６１に供給される電圧と、第２アクチュエータ１６２に供給される電圧とが同じ周波数を持たせるようにすることで具現できる。

一方、リストリクター１２０側の流路抵抗を調節することにおいて、効率をより高めるためには、第２アクチュエータ１６２に供給される電圧の大きさと第１アクチュエータ１６１に供給される電圧との大きさを異なるように調節する必要がある。すなわち、本実施例によるインクジェットヘッド１００の作動を実時間で観察しながら、第２アクチュエータ１６２の作動を第１アクチュエータ１６１の作動とは別に調節する必要がある。これのために、第２アクチュエータ１６２の作動を別途で調節する制御部が介在される。

制御部１８０は、第２アクチュエータ１６２の振動状態、すなわち、変位を感知し、これに対応する入力信号を生成するセンサ部１８１と、センサ部１８１により生成された入力信号の伝達を受けて入力信号に対応する駆動信号を生成する中央処理部１８３、及び中央処理部１８３により生成された駆動信号の伝達を受けて第２アクチュエータ１６２を駆動させる駆動部１８５とを含んでなる。

第２アクチュエータ１６２が圧電素子を含んでなる場合の例を説明すると、センサ部１８１は、圧電素子の振動を実時間で感知する。駆動部１８５により振動する第２アクチュエータ１６２の変位を感知することである。感知された第２アクチュエータ１６２の変位に基づいて入力信号を生成して中央処理部１８３に伝達する。中央処理部１８３は、センサ部１８１により生成された入力信号の入力を受けて使用者が意図する第２アクチュエータ１６２の作動を具現するように駆動信号を生成する。駆動部１８５は、中央処理部１８３により生成された駆動信号の入力を受け、駆動信号に対応する電圧を圧電素子に供給することにより、使用者の意図のとおりに圧電素子を振動させる。

このような制御部でストリクター１２０側の流路抵抗を別途で調節することができ、このような作動により本実施例によるインクジェットヘッド１００は、より効率的に作動することができる。

図５は、本発明の好ましい第２実施例によるインクジェットヘッドを示す断面図である。図５を参照すると、リザーバ２１０、リストリクター２２０、圧力チャンバ２３０、ノズル２４０、振動板２５０、アクチュエータ２６０、電源２７０が示されている。

本実施例によるインクジェットヘッドは、本発明の好ましい第１実施例によるインクジェットヘッドが圧力チャンバ１３０に圧力を供給する第１アクチュエータ１６１と、リストリクター１２０に圧力を供給する第２アクチュエータ１６２とを含む構造とは異なり、圧力チャンバ２３０とリストリクター２２０との全てに圧力を供給するように、圧力チャンバ２３０及びリストリクター２２０との位置に対応して振動板２５０に結合される一つのアクチュエータ２６０を備えることに特徴がある。

第１実施例で説明したように、圧力チャンバ１３０に加えられる圧力を調節する第１アクチュエータ１６１と、リストリクター１２０に加えられる圧力を調節する第２アクチュエータ１６２の振動は、互いに同期化される必要がある。このような作動を構造的に単純化させるために、本実施例では第１アクチュエータ１６１と第２アクチュエータ１６２とを代替する一つのアクチュエータ２６０を備え、アクチュエータ２６０が圧力チャンバ２３０とリストリクター２２０との位置に対応するように振動板２５０に結合される。

このような構造により、第１実施例のように第１及び第２アクチュエータをそれぞれ駆動する別個の電源を備える必要がなく、一つの電源２７０でアクチュエータ２６０を駆動することができる。

ただし、本実施例による場合、第１実施例のように容易にリストリクター２２０側の流路抵抗を別途で調節することはできないが、圧力チャンバ２３０とリストリクター２２０とに加えられる圧力をより容易に同期化させることができるので、第１実施例によるインクジェットヘッドとは異なる意味がある。

次に、本発明の好ましい第２実施例によるインクジェットヘッド２００の作動に対して図６及び図７を参照して説明する。図６は、図５に示したインクジェットヘッド２００の第１作動状態を示す断面図であり、図７は、図５に示したインクジェットヘッド２００の第２作動状態を示す断面図である。

電源が印加され、アクチュエータ２６０がインクジェットヘッド２００の下向に振動する場合（図６参照）、圧力チャンバ２３０に圧力が伝達されてノズル２４０を通してインクの液滴が吐出される。この際、リストリクター２２０にもアクチュエータ２６０により圧力が伝達されてリストリクター２２０の断面積は小くなり、これによりリストリクター２２０側の流路抵抗は大きくなる。リストリクター２２０側の流路抵抗を大きくさせることで、相対的にノズル２４０側の流路抵抗は低めさせることができ、インクがリストリクター２２０の方向に逆流する現状を抑制することができる。このような作動は、図６により確認できる。

一方、圧力チャンバ２３０にインクを流入させるために、アクチュエータが圧力チャンバ２３０の圧力を低めさせる場合（図７参照）、すなわち、アクチュエータ２６０がインクジェットヘッド２００の上向に振動する場合、これにより、リストリクター２２０の断面積は大きくなるので、リストリクター２２０側の流路抵抗は小くなる。リストリクター２２０側の流路抵抗を小くさせることにより、リザーバ２１０から圧力チャンバ２３０へのインクの流入が円滑に行われる。

以上で説明したように、本発明の多くの実施例によるインクジェットヘッドは、圧力チャンバにインクを供給する流路となるリストリクター側の流路抵抗を変更、調節させることにより、インクジェットヘッドの作動をより効率的に行うことができる。

前述した実施例以外の多くの実施例が本発明の請求の範囲内に存在する。

従来技術によるインクジェットヘッドを示す断面図である。 本発明の好ましい第1 実施例によるインクジェットヘッドを示す断面図である。 図２に示されているインクジェットヘッドの第１作動状態を示す断面図である。 図２に示されているインクジェットヘッドの第２作動状態を示す断面図である。 本発明の好ましい第２実施例によるインクジェットヘッドを示す断面図である。 図５に示されているインクジェットヘッドの第１作動状態を示す断面図である。 図５に示されているインクジェットヘッドの第２作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１１０ リザーバ
１２０ リストリクター
１３０ 圧力チャンバ
１４０ ノズル
１５０ 振動板
１６０ アクチュエータ
１６１ 第１アクチュエータ
１６２ 第２アクチュエータ
１７０ 電源
１８０ 制御部

Claims (6)

1. ノズルと、
   前記ノズルにインクを供給する圧力チャンバと、
   前記圧力チャンバにインクを供給する流路となるリストリクターと、
   前記圧力チャンバ及び前記リストリクターそれぞれの一面を全てカバーする振動板と、
   前記圧力チャンバの位置に対応して前記振動板に結合される第１アクチュエータと、
   前記リストリクターの位置に対応して前記振動板に結合される第２アクチュエータ
   とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第２アクチュエータが、圧電素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第１アクチュエータに電源を供給する第１電源部と、
   前記第２アクチュエータに電源を供給する第２電源部とを更に含み、
   前記第１電源部が供給する電源と、前記第２電源部の供給する電源が、互いに同じ周波数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ヘッド。
4. 、
   前記第２アクチュエータの作動を調節する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記制御部が、
   前記第２アクチュエータの変位を感知し、これに対応する入力信号を生成するセンサ部と、
   前記入力信号の伝達を受けて、前記入力信号に対応する駆動信号を生成する中央処理部と、
   前記駆動信号の伝達を受けて、前記第２アクチュエータを駆動する駆動部
   とを備えることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. ノズルと、
   前記ノズルにインクを供給する圧力チャンバと、
   前記圧力チャンバにインクを供給する流路となるリストリクターと、
   前記圧力チャンバ及び前記リストリクターそれぞれの一面を全てカバーする振動板と、
   前記圧力チャンバ及び前記リストリクターの位置に対応して、前記振動板に結合されるアクチュエータ
   とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。

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