JP2011000878A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】印加されるエネルギー対比小さい液滴を吐出できるため、微細なパターンを印刷でき、かつ駆動エネルギーを低減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、インクが収容されるチャンバと、チャンバに収容されているインクを吐出するノズルと、を含み、ノズルが楕円形であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はインクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリンタは、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液滴を吐出することにより印刷が行われる装置である。インクジェットヘッドは、チャンバ、リストリクタ、ノズル、圧電体などの多様な部品をそれぞれの層に加工し、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はなく、プリント基板、ＬＣＤパネルなどの電子部品製作にも使用されるなど、その適用が拡大されている。

しかし、従来のグラフィックプリント技術に比べて、機能性インクを正確かつ精密に吐出しなければならない電子部品用インクジェットプリント技術には、従来には要求されなかった機能が要求される。例えば、微細な液滴の安定した吐出などが挙げられる。

ノズル形状を加工するための方法は様々であるが、広く用いられている方法の一つがＭＥＭＳ技術を用いたシリコン加工方法である。従来のインクジェットヘッドは円形ノズルになっており、現在使用中である１ｐＬ級のプリントヘッドの円形ノズルの場合、インク吐出時、既存の大きい液滴（例：３〜４ｐＬまたはそれ以上）の吐出よりも高い電圧を必要とする。すなわち、さらに大きいエネルギーを必要とする。そのため、従来と同じエネルギーを印加してもより小さい液滴を吐出できるインクジェットヘッドに関する研究が求められている。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、従来のインクジェットヘッドに印加するエネルギーと比較して少ないエネルギーで小さい液滴を吐出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、インクが収容されるチャンバと、上記チャンバに収容されている上記インクを吐出するノズルと、を含み、上記ノズルは楕円形であることを特徴とするインクジェットヘッドが提供される。

本発明の他の実施形態によれば、インクが収容されるチャンバと、上記チャンバに収容されている上記インクを吐出するノズルと、を含み、上記ノズルの内壁に凹凸が連続的に形成されることを特徴とするインクジェットヘッドが提供される。

上記チャンバに圧力を提供する圧電体をさらに含むことができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、従来のインクジェットヘッドに印加するエネルギーと比較して少ないエネルギーで小さい液滴を吐出できるため、微細なパターンを印刷でき、駆動エネルギーを低減することができる。

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、発明となりうる。

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のノズルを示す図面である。 本発明の他の実施例によるインクジェットヘッドのノズルを示す図面である。

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。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

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、本発明の一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１を参照すると、インクジェットヘッド１００、リザーバ１０、流入口２０、リストリクタ３０、チャンバ４０、ダンパ５０、ノズル６０，６０ｂ、メンブレイン７０、圧電体８０が示されている。

チャンバ４０はインクを収容し、メンブレイン７０の上面に形成される圧電体８０など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６０の方に移動させてノズル６０から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は一つのインクジェットヘッドに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４０に圧力を提供するための圧電体８０もチャンバ４０の数だけ備えられる。ここで、それぞれの圧電体８０は隣接する他のチャンバ４０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１０は、流入口２０などを介して外部から供給されるインクを貯蔵し、上述したチャンバ４０にインクを供給する手段である。

リストリクタ３０は、上述したリザーバ１０とチャンバ４０とを連通させ、リザーバ１０とチャンバ４０との間のインクの流れを調節する機能を行う手段である。このようなリストリクタ３０は、リザーバ１０及びチャンバ４０よりも小さい断面積を有するように形成され、圧電体８０によるメンブレイン７０の振動により、リザーバ１０からチャンバ４０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６０はチャンバ４０に連結され、チャンバ４０から供給されるインクを噴射する機能を行う。圧電体８０などにより発生した振動がメンブレイン７０を介してチャンバ４０に伝達されるとチャンバ４０には圧力が加えられて、この圧力によりノズル６０からインクが噴射される。

上述したチャンバ４０とノズル６０との間にはダンパ５０が形成される。ダンパ５０は、チャンバ４０から発生したエネルギーをノズル６０の方に集中させ、急激な圧力変化を緩衝する機能を行う。

一方、圧電体８０の上下には圧電体８０に電圧を印加するために上部電極（図示せず）及び下部電極（図示せず）を形成してもよい。

上述したそれぞれの構成要素を備えるインクジェットヘッド１００は、図１に示すように、シリコンまたはセラミックからなる基板１０１，１０２，１０３，１０４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。

通常のインクジェットヘッドにおいてはノズルの断面形状が円形であるが、本実施例によるインクジェットヘッドは、図２に示すように、楕円形の断面を有するノズル６０を備える。ノズル６０の断面が楕円形であると、実際に吐出されるインク液滴のサイズは楕円形ノズル６０に内接する円と同様の直径を有する。これは、内接円以外の部分においては、インクの吐出のために圧電体８０により加えられる圧力よりも、インクとノズル６０の内壁との間の付着力がより大きく作用するからである。このため、本実施例によれば、ノズル６０の断面積を十分に確保できるのでチャンバ４０からノズル６０へインクが円滑に伝達でき、かつ実際に吐出されるインクの直径をノズル６０に内接する円の直径と同様にすることができるので、高解像度の印刷物が得られる。

一方、インクジェットヘッドに最初にインクを注入する段階をプライミング（Priming）といい、これは最初に空気で満たされていたヘッドの内部構造にインクを強制に押し込むことをいう。その他、インクジェットヘッドの使用に際しては、パージング（Purging）というプライミングと類似の段階がある。パージングとはインクジェットヘッドの使用においてヘッド内部のインクをノズル側に押し出してヘッド内部の異物（例えば、バブル）をノズルを介して外部に吐出させる初期化過程である。

このようなプライミングとパージングは両方とも空圧のような圧力をパッケージ（Package）側に加えてインクを稠密なインクジ ェットヘッドの内部から押し出す過程である。このとき、１ｐＬ級ヘッドを用いる場合、ノズル口径が１ｐＬ級以上のヘッドよりも非常に小さいので、プライミングやパージングを効率的に行うことができない。

しかし、楕円形状のノズルを用いると、インクが円滑に伝達されて１ｐＬ級の液滴が吐出できるようになり、かつパージングやプライミングの際に１ｐＬ級以上の流量を適正圧力で押し出すことができる。

例えば、直径が１０μｍである円形ノズルに比べて長軸・短軸がそれぞれ８μｍと３μｍである楕円形ノズルの場合は、温度や電圧などの同一の吐出条件下で液滴の体積が平均１０％以上減少する。

一方、本発明の他の実施例によれば、図３に示すように、ノズル６０ｂの内壁に曲面状の凹凸が連続的に形成されることができる。すなわち、実質的には矩形などの多角形の形状を有し、その内周面に曲面状の凹凸を形成してもよい。このようにすると、上述した実施例と同様に、実際に吐出されるインクの大きさを内接する円の大きさと略同様にすることができ、高解像度の印刷物が得られる。

単なる多角形状のノズルの場合、ある一辺がシリコン基板の結晶方向と重なることになると外部からのストレスによりクラックが発生しやすい。この点から、ノズル６０ｂの内壁に曲面状の凹凸が連続的に形成される本実施例によれば、ノズル６０ｂのある一辺がノズル板を構成するシリコン基板の結晶方向と重なることを防止できるので、ストレスによるクラック発生を低減できるという長所がある。

円形ノズルの直径が約１２〜１５μｍ以上である場合には、１０ｃＰ程度の粘度を有するインクのプライミングやパージング及び吐出（ejecting）には問題がないが、ノズル直径が１２〜１５μｍよりも小さくなると、本実施例のようにノズルの形状を変形したインクジェットヘッドが、同じ面積の円形ノズルと比較して微細液滴吐出に有利である。

なお、本発明において、図３に示すように、各辺の内周面に曲面状の凹凸が形成され、ノズルが実質的に矩形の形状である場合には一辺が約１０μｍ以下の場合に、また図２に示すように、楕円形ノズルである場合には短軸５μｍ以下、長軸５μｍ以上の場合にその効果が極大化される。

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
１０ リザーバ
２０ 流入口
３０ リストリクタ
４０ チャンバ
５０ ダンパ
６０，６０ｂ ノズル
７０ メンブレイン
８０ 圧電体

Claims (6)

1. インクが収容されるチャンバと、
   前記チャンバに収容されている前記インクを吐出するノズルと、を含み、
   前記ノズルは楕円形であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記チャンバに圧力を提供する圧電体をさらに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. 前記楕円形のノズルは、短軸が５μｍ以下であり、長軸が５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. インクが収容されるチャンバと、
   前記チャンバに収容されている前記インクを吐出するノズルと、を含み、
   前記ノズルの内壁に曲面状の凹凸が連続的に形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 前記チャンバに圧力を提供する圧電体をさらに含む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. 前記ノズルの断面は実質的に矩形であり、前記ノズルの各辺は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェットヘッド。

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