JP2010247517A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】移動溝を設けてノズルに付着された残留インクの移動経路を確保することにより、残留液滴によるノズル詰まりを防止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、ノズルに付着された残留液滴によるノズル詰まりを防止するインクジェットヘッドであって、一面にノズルを備えたヘッドボディと、ヘッドボディの内部に圧力を提供するアクチュエータとを含み、ヘッドボディの一面には、ノズルから離隔して残留液滴が移動する経路を確保する移動溝が設けられることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明はインクジェットヘッドに関する。

インクジェットヘッドは、電気信号を物理的力に変換して小さいノズルを介してインクが液滴状に吐出されるようにする原理を用いるものである。このようなインクジェットヘッドは、チャンバ、リストリクタ、ノズル、タンパなどの様々な部品をそれぞれの層に加工した後、これらを互いに接合する方式で製作される。近年、インクジェットヘッド技術は、従来の紙や繊維に印刷するグラフィックインクジェット産業分野だけでなく、プリント基板、ＬＣＤパネルなどの電子部品の製作にも使用されるなど、その適用が拡大されている。

インクジェットプリントヘッドは、高周波を用いてインク液滴を吐出することにより、より速い速度で印刷を行うことができるというメリットがある。しかし、印刷速度の向上に伴って、インクの吐出が不安定になる現象が発生し得る。このような現象中の一つがノズルの濡れ（nozzle wetting）である。

特に、稼動周波数が変わると、メニスカスが不安定になり、ノズルが形成されているヘッドの下面にインクが付着され、その量が多くなると、インクがノズルの入口が詰まることになり、結局、それ以上の吐出が不可能となる。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ノズルに付着された残留液滴によるノズルの詰まりを防止できるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、ノズルに付着された残留液滴によるノズル詰まりを防止するインクジェットヘッドであって、一面にノズルを備えたヘッドボディと、ヘッドボディの内部に圧力を提供するアクチュエータとを含み、ヘッドボディの一面には、ノズルから離隔して残留液滴が移動する経路を確保する移動溝が設けられたインクジェットヘッドが提供される。

移動溝はノズルに隣接する第１側と、第１側からノズルの反対方向に延長する第２側とを含むことができ、このとき、移動溝は第１側から第２側に向かって次第に拡張することができる。
また、移動溝は複数であってもよく、複数の移動溝はノズルを中心として放射状に配置されてもよい。
ノズルは複数備えられ、このとき、移動溝は複数のノズル毎に設けられることができる。

本発明の実施形態によれば、移動溝を設けてノズルに付着された残留インクの移動経路を確保することにより、残留液滴によるノズル詰まりを防止することができる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、本発明となりうる。

インクジェットヘッドを示す断面図である。 本発明の一実施例によるインクジェットヘッドを示す底面図である。 本発明の他の実施例によるインクジェットヘッドを示す底面図である。 本発明のまた他の実施例によるインクジェットヘッドを示す底面図である。 本発明のまた他の実施例によるインクジェットヘッドを示す底面図である。 本発明の一実施例によるインクジェットヘッドからノズル詰まりが解消される過程を示す図面である。 本発明の一実施例によるインクジェットヘッドからノズル詰まりが解消される過程を示す図面である。 本発明の一実施例によるインクジェットヘッドからノズル詰まりが解消される過程を示す図面である。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。
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細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複説明は省略する。

図１は、インクジェットヘッドを示す断面図であり、図２は、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドを示す底面図である。図１及び図２を参照すると、インクジェットヘッド１００、ボディ部１、中心基板１０、リザーバ１１、流入口１２、リストリクタ１３、チャンバ１４、ダンパ１５、メンブレイン２０、ノズル板３０、ノズル３２、移動溝３４、アクチュエータ４０が示されている。

チャンバ１４は、インクを収容し、メンブレイン２０の上面に形成された圧電体のようなアクチュエータ４０により圧力が加えられると、収容しているインクをノズル３２側に移動させてインクが吐出されるようにする手段である。このようなチャンバ１４は一つのインクジェットヘッド１００に１２８個または２５６個などの複数個が並列に配置され、これらのそれぞれのチャンバ１４に圧力を提供するためにアクチュエータ４０もチャンバ１４の数だけ備えられる。このとき、それぞれのアクチュエータ４０は隣接する他のチャンバへの影響を最小化するために互いに離隔して配置される。

リザーバ１１は、流入口１２などを介して外部から供給されたインクを貯留し、上述したチャンバ１４にインクを供給する手段である。
リストリクタ１３は、上述したリザーバ１１とチャンバ１４とを連通させ、リザーバ１１とチャンバ１４との間のインクの流れを調節する機能をする手段である。このようなリストリクタ１３は、リザーバ１１及びチャンバ１４よりも小さい断面積を有するように形成され、アクチュエータ４０によりメンブレイン２０が振動する場合、リザーバ１１からチャンバ１４に供給されるインクの量を調節することができる。

ノズル３２は、チャンバ１４に連結されてチャンバ１４から供給されるインクを噴射する機能をする。アクチュエータ４０により発生された振動が振動板を介してチャンバ１４に伝達されると、チャンバ１４には圧力が加えられて、この圧力によりノズル３２からインクが噴射される。

一方、上述したチャンバ１４とノズル３２との間にはダンパ１５が形成される。ダンパ１５は、チャンバ１４から発生されたエネルギーをノズル３２側に集中させて急激な圧力変化を緩衝する機能を行う。
以上のそれぞれの構成要素を具備するインクジェットヘッド１００は、シリコンまたはセラミックのような材質の基板を複数枚積層して形成してもよく、一枚の基板で形成してもよい。本実施例では、説明の便宜のために、アクチュエータを除いたボディ部が、中心基板、メンブレイン、及びノズル板で形成構成される場合を例に挙げて説明する。

一方、本実施例では、ヘッドボディ部１の内部に、より具体的にはチャンバ１４に圧力を提供するアクチュエータ４０として、メンブレイン２０の上面に付着された圧電体を提示したが、特にこれに限定されず、静電方式（electrostatic type）またはバブルジェット（登録商標）方式等のインクジェットヘッドの駆動方式に応じてアクチュエータの構成を変更することができる。

中心基板１０には上述したチャンバ１４、リザーバ１１、リストリクタ１３、及びダンパ１５が形成される。このような中心基板１０は、シリコンウェハ、ＳＯＩ（silicon on insulation）基板、セラミック基板などからなり、上述したチャンバ１４、リザーバ１１などは、湿式または乾式エッチングにより中心基板１０の両面を加工することで形成可能である。上述したように、中心基板が複数枚のシリコンウェハなどを積層して形成される場合、それぞれのシリコンウェハなどを加工した後、加工されたウェハを接合する方法を用いることもできる。

メンブレイン２０はチャンバ１４をカバーするように中心基板１０の上面に接合され、アクチュエータ４０から発生された振動をチャンバ１４の内部に伝達する機能をする。このようなメンブレイン２０は薄膜のシリコン基板、セラミック基板、ガラス基板などで形成されることができる。

ノズル板３０は中心基板１０の下面に接合され、ダンパ１５に対応する位置にノズル３２が形成される。ノズル３２はノズル板３０を貫通するホールの形状で形成され、ノズル板３０に対して湿式または乾式エッチングなどの加工方法を行うことで形成可能である。ノズル３２の形状は、設計上の必要により多様に変更可能である。

一方、ノズル板３０の下面には、ノズル３２に付着された残留液滴の移動経路を確保するための移動溝３４が設けられる。このような移動溝３４は、ノズル３２に隣接して設けられる。ただし、ノズル３２の正常作動には影響を与えないように、ノズル３２に直接接触しないようにすることが好ましい。すなわち、移動溝３４は図２に示すように、ノズル３２から所定距離離隔して設けられてもよい。このとき、移動溝３４とノズル３２との間の距離は、吐出されるインク液滴の大きさ及び除去しようとする残留液滴の大きさなどを考慮して決定されることができる。

このような移動溝３４は、ノズル板３０にノズル３２の加工工程中にノズル３２と共に形成されてもよく、別途の工程により形成されてもよい。一方、移動溝３４は、図２に示すように、ノズル３２に隣接する第１側３４−１と、第１側３４−１からノズル３２の反対方向に延長される第２側３４−２とで形成されることができる。すなわち、移動溝３４は、ノズル３２に隣接した位置から始まってノズル３２の反対方向に延長される、細長状に形成されることができる。

また、図３に示すように、移動溝３４ａは、第１側３４ａ−１から前記第２側３４ａ−２に向かって次第に拡張する形状であってもよい。ノズル３２に隣接した第１側３４ａ−１からノズル３２の反対方向の第２側３４ａ−２に向かって拡張される形状である場合、第１側３４ａ−１から第２側３４ａ−２に向けて移動抵抗が漸次減少するため、移動溝３４に沿って移動する残留液滴のノズル３２への逆流を低減することができる。その他にも、第１側３４−１，３４ａ−１から第２側３４−２，３４ａ−２に向けて次第に移動溝の深さを深くすることで残留液滴のノズル３２への逆流を低減することもできる。

このような移動溝３４，３４ａは、図２から図５に示すように、それぞれのノズル３２毎に個別的に設けられ、複数個ノズル３２の全てに対して詰まりを防止する機能を有する。また、図４及び図５に示すように、残留液滴の移動経路の多様化のために、一つのノズル３２に複数の移動溝３４を形成することも可能である。このとき、それぞれの移動溝３４，３４ａは図４及び図５に示すように、ノズル３２を中心として放射状に配置されることができる。

以上、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの構造について説明したが、以下では図６から図８を参照して本実施例によるインクジェットヘッドが、ノズルに付着された残留液滴によるノズル詰まりを防止する方法について説明する。図６の（ａ）、図７の（ａ）、及び図８の（ａ）はノズル板３０の断面図を示し、図６の（ｂ）、図７の（ｂ）、及び図８の（ｂ）はノズル板３０の底面図を示す。

インクジェットヘッド、より具体的には単位ノズル３２に対する稼動周波数が変わる場合、メニスカスが不安定になり、図６に示すようにノズル３２が設けられたヘッドの下面にインク３６が付着され始め、その量が多くなると、図７に示すように残留液滴３６ａの大きさが次第に大きくなる。残留液滴３６ａの大きさが大きくなってノズル３２に隣接した移動溝３４に達することになると、図８に示すように、残留液滴３６ａがノズル３２から移動溝３４に移動することになり、その結果、ノズルを塞いでいた残留液滴３６ａをノズル３２から除去できるようになる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００ インクジェットヘッド
１ ボディ部
１０ 中心基板
１１ リザーバ
１２ 流入口
１３ リストリクタ
１４ チャンバ
１５ ダンパ
２０ メンブレイン
３０ ノズル板
３２ ノズル
３４ 移動溝
３４ａ 移動溝
３６ 残留液滴
３６ａ 残留液滴
４０ アクチュエータ

Claims (6)

1. ノズルに付着された残留液滴によるノズル詰まりを防止するインクジェットヘッドであって、
   一面に前記ノズルを備えたヘッドボディと、
   前記ヘッドボディの内部に圧力を提供するアクチュエータと、を含み、
   前記ヘッドボディの前記一面には、前記ノズルから離隔して前記残留液滴が移動する経路を確保する移動溝が設けられるインクジェットヘッド。
2. 前記移動溝が、
   前記ノズルに隣接する第１側と、
   前記第１側から前記ノズルの反対方向に延長される第２側と、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. 前記移動溝が、
   前記第１側から前記第２側に向かって次第に拡張することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記移動溝が複数であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記複数の移動溝が、前記ノズルを中心として放射状に配置され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. 前記ノズルが複数備えられ、
   前記移動溝が前記複数のノズル毎に設けられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。

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