JP2014117947A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インクジェットプリントヘッドに関する。
【解決手段】本発明のインクジェットプリントヘッドは、第１流路と連結され、第１ノズルが形成される第１圧力室と、第２流路と連結され、上記第１圧力室と連結される第２ノズルが形成される第２圧力室と、を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリントヘッドに関し、より詳細には、インクの吐出過程で微細空気泡が生成される現象を効果的に軽減することができるインクジェットプリントヘッドに関する。

インクジェットプリントヘッドは、ノズルを介して微細なサイズのインク液滴（またはその他の産業用液状物質）を吐出して所望の形状を印刷することができる。

しかし、このようなインクジェットプリントヘッドは、長時間用いることによって吐出性能が低下するという短所がある。例えば、インクの内部に含まれる異物または気泡はノズルを介するインクの吐出を妨害するため、インクジェットプリントヘッドの吐出効率を低下させるおそれがある。

従って、インクに含まれる異物または気泡によるインクジェットプリントヘッドの吐出効率の低下を減少させることができるインクジェットプリントヘッドの開発が必要である。

インクジェットプリントヘッドに係る先行技術としては特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１は、ノズルの集約度を高めることを目的とし、二つの圧力室が上下に配置された構成を開示している。しかし、特許文献１は、インクに含まれる異物または気泡を除去するための構成を全く開示していない。一方、特許文献２は、インクの循環構造を開示している。しかし、特許文献２は、インクジェットプリントヘッドの循環構造について単純に概念的にのみ説明しており、実質的にインクジェットプリントヘッドに適用することは困難である。

特開２０１１−１４８２７６号公報 特開２０１２−０１１６５３号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、インクの吐出過程で発生する空気泡を効果的に除去したり、インクの吐出過程で空気泡が生成される現象を最大限に軽減することができるインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、第１流路と連結され、第１ノズルが形成される第１圧力室と、第２流路と連結され、上記第１圧力室と連結される第２ノズルが形成される第２圧力室と、を含むことができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第１ノズルと上記第２ノズルは同一垂直線上に位置することができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２ノズルの断面積は上記第１ノズルの断面積より大きいことができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２ノズルは複数の孔からなることができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２圧力室の体積は上記第１圧力室の体積より大きいことができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２圧力室の高さは上記第１圧力室の高さより大きいことができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第１流路はインクが供給されるインク流入口と連結され、上記第２流路はインクが回収されるインク排出口と連結されることができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、上記第２圧力室に駆動力を発生させるアクチュエータを含むことができる。

本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第１圧力室には、インクが第１流路に向かう方向に逆流することを遮断するように一つ以上の抵抗構造物が形成されることができる。

上記目的を達成するための本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドは、第１ノズルが形成される第１圧力室と、第１流路及び第２流路と連結され、上記第１圧力室と連結される第２ノズルが形成される第２圧力室と、を含むことができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第１ノズルと上記第２ノズルは同一垂直線上に位置することができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２ノズルの断面積は上記第１ノズルの断面積より大きいことができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２ノズルは複数の孔からなることができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２圧力室の体積は上記第１圧力室の体積より大きいことができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第２圧力室の高さは上記第１圧力室の高さより大きいことができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドにおいて、上記第１流路はインクが供給されるインク流入口と連結され、上記第２流路はインクが回収されるインク排出口と連結されることができる。

本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドは、上記第２圧力室に駆動力を発生させるアクチュエータを含むことができる。

本発明は、インクの吐出過程で発生する空気泡によるインクジェットプリントヘッドの性能低下現象を効果的に軽減することができる。

本発明の第１実施例によるインクジェットプリントヘッドの分離斜視図である。 図１に示されるインクジェットプリントヘッドの結合斜視図である。 図２に示されるＡーＡ線に沿った断面図である。 図１に示されるインクジェットプリントプリントヘッドのインク吐出過程を示す図面である。 図１に示されるインクジェットプリントプリントヘッドのインク吐出過程を示す図面である。 図１に示されるインクジェットプリントプリントヘッドのインク吐出過程を示す図面である。 本発明の第２実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。 本発明の第３実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。 本発明の第４実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。 図９に示されるＢ部分の平面図である。 本発明の第５実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。 図１１に示される下部基板の平面図である。 本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。 本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。なお、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は本発明の第１実施例によるインクジェットプリントヘッドの分離斜視図であり、図２は図１に示されるインクジェットプリントヘッドの結合斜視図であり、図３は図２に示されるＡーＡ線に沿った断面図であり、図４から図６は図１に示されるインクジェットプリントヘッドのインク吐出過程を示す図面であり、図７は本発明の第２実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図８は本発明の第３実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図９は本発明の第４実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図１０は図９に示されるＢ部分の平面図であり、図１１は本発明の第５実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図であり、図１２は図１１に示される下部基板の平面図であり、図１３及び図１４は本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドの断面図である。

図１から図６を参照して本発明の第１実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、第１流路１１０と、第２流路１２０と、第１圧力室１３０と、第２圧力室１４０と、アクチュエータ１７０と、を含むことができる。また、インクジェットプリントヘッド１００は、上述した構成要素が形成される下部基板２１０と、上部基板２２０と、振動基板２３０と、を含むことができる。ここで、それぞれの基板２１０、２２０、２３０はシリコン基板またはＳＯＩ基板であることができる。

第１流路１１０は、下部基板２１０と上部基板２２０に形成されることができる。詳細に説明すると、第１流路１１０は、下部基板２１０と上部基板２２０の第１方向（図１におけるＹ軸方向）に沿って長く形成されることができる。第１流路１１０はインクを供給することができる。詳細に説明すると、第１流路１１０は、インクが供給されるインク流入口２４０（図２参照）と連結されることができ、これを介してインクを圧力室１３０、１４０にインクを供給することができる。

第１流路１１０には所定の第１圧力が形成されることができる。第１圧力は、大気圧より大きい圧力であることができる。また、第１圧力は、第１圧力室１３０及び第２圧力室１４０の圧力より大きいことができる。これにより、圧力室１３０、１４０に保存されるインクは、通常の場合、第１流路１１０に逆流することなく第２流路１２０に移動することができる。

第２流路１２０は、上部基板２２０に形成されることができる。詳細に説明すると、第２流路１２０は、上部基板２２０の第１方向（図１におけるＹ軸方向）に沿って長く形成されることができる。即ち、第２流路１２０は、第１流路１１０と平行に形成されることができる。また、インクは、第２流路１２０によって排出されることができる。詳細に説明すると、第２流路１２０は、図２に示されているように、インク排出口２５０と連結されることで、第２圧力室１４０から排出されるインクを外部に送出することができる。参考までに、インク排出口２５０から排出されるインクは、フィルターなどを経てインク流入口２４０に供給されることができる。

第２流路１２０には所定の第２圧力が形成されることができる。第２圧力は、大気圧より小さい圧力であることができる。また、第２圧力は、圧力室１３０、１４０の圧力より小さい圧力であることができる。これにより、圧力室１３０、１４０のインクは、通常の場合、第２流路１２０を介して外部に排出されることができる。

第１圧力室１３０は、下部基板２１０に形成されることができる。詳細に説明すると、複数の第１圧力室１３０は、第１流路１１０と所定の距離をおいて形成されることができ、下部基板２１０の第１方向（図１におけるＹ軸方向）に沿って所定の間隔をおいて配置されることができる。ここで、それぞれの第１圧力室１３０と第１流路１１０は、第１リストリクター１１２によって連結されることができる。第１圧力室１３０には第１ノズル１５０が形成されることができる。上記第１ノズル１５０を介して第１圧力室１３０と第２圧力室１４０に充填されたインクが外部に吐出されることができる。

第２圧力室１４０は、上部基板２２０に形成されることができる。詳細に説明すると、複数の第２圧力室１４０は、第２流路１２０と所定の距離をおいて形成されることができ、上部基板２２０の第１方向（図１におけるＹ軸方向）に沿って所定の間隔をおいて配置されることができる。ここで、それぞれの第２圧力室１４０と第２流路１２０は、第２リストリクター１２２によって連結されることができる。

第２圧力室１４０の体積は第１圧力室１３０の体積より大きいことができる。この場合、アクチュエータ１７０によって形成される駆動力（即ち、圧力）が第２圧力室１４０を介して第１圧力室１３０に十分に伝達されることができる。しかし、本発明の権利範囲は、第２圧力室１４０の体積が第１圧力室１３０の体積より大きい場合に限定されるものではない。

第２圧力室１４０には第２ノズル１６０が形成されることができる。上記第２ノズル１６０を介して第２圧力室１４０のインク及び圧力が第１圧力室１３０に伝達されることができる。第２ノズル１６０は、第１ノズル１５０と対応する位置に形成されることができる。詳細に説明すると、第２ノズル１６０の中心は、第１ノズル１５０の中心と同一垂直線上に位置することができる。この場合、第２圧力室１４０のインクは、第２ノズル１６０及び第１ノズル１５０を介して外部に容易に吐出されることができる。

アクチュエータ１７０は、圧電素子と、上下電極部材と、を含むことができる。詳細に説明すると、アクチュエータ１７０は、上部電極部材と下部電極部材を挟んで圧電素子が配置された積層構造物であることができる。

下部電極部材は、振動基板２３０の上部表面に形成されることができ、一つ以上の導電性金属物質からなることができる。例えば、下部電極部材は、チタン（Ｔｉ）及び白金（Ｐｔ）からなる二つの金属部材からなることができる。

圧電素子は、下部電極部材に形成されることができる。詳細に説明すると、圧電素子は、スクリーンプリンティング、スパッタリングなどによって下部電極部材の表面に薄く形成されることができる。圧電素子は、圧電物質からなることができる。例えば、圧電素子は、セラミック（例えば、ＰＺＴ）材質からなることができる。

上部電極部材は、圧電素子の上部表面に形成されることができる。上部電極部材は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕなどの物質のうち何れか一つの物質からなることができる。

このように構成されたアクチュエータ１７０は、電気信号により引張及び収縮して圧力室１３０、１４０に圧力を発生させることができる。

上記のように構成されたインクジェットプリントヘッド１００は、図２に示されているように、一方向に長く延長した形態を有することができ、インク循環のための他の構成と連結されることができる。そのため、インクジェットプリントヘッド１００には、インク流入口２４０とインク排出口２５０が形成されることができる。ここで、インク流入口２４０は、インクが保存されるインクタンク（図示せず）と連結されることができ、インク排出口２５０は、インクを回収するインク補助タンク（図示せず）と連結されることができる。一方、インクタンクとインク補助タンクは、別の連結配管を介して相互連結されることができる。参考までに、連結配管には、インクをスムーズに循環させるためのポンプが装着されることができ、インクに含まれる気泡または異物を除去する脱気手段とフィルターがさらに装着されることができる。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、図３に示されているようなインクの流れを有することができる。詳細に説明すると、インクジェットプリントヘッド１００が作動しない場合（インクを吐出しない場合）には、実線の矢印で示したインクの循環流れが形成され、インクジェットプリントヘッド１００が作動する場合（インクを吐出する場合）には、点線の矢印で示したインクの流れが形成されることができる。

即ち、インクジェットプリントヘッド１００が作動しない場合には、第１流路１１０を介して供給されるインクが第１圧力室１３０と第２圧力室１４０を経由して第２流路１２０に排出されることができる。これと異なり、インクジェットプリントヘッド１００が作動する場合には、第２圧力室１４０と第１圧力室１３０に充填されたインクが第２ノズル１６０と第１ノズル１５０を順に通過して外部に吐出されることができる。

一方、本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、複数の圧力室１３０、１４０を上下に配置することで、空気泡の生成を抑制及び軽減することができる。これに係る内容については図４から図６を参照して説明する。

インクジェットプリントヘッド１００が作動しない状態では、第１ノズル１５０のインクが、図４に示されているように、第１圧力室１３０に向かって凹状に存在することができる。このようなインクの形状は、インク液滴の吐出に有利であり、外力によってもインクが吐出されないという長所がある。

このような状態でインクジェットプリントヘッド１００が作動すると、図５に示されているように、第１ノズル１５０を介してインクが吐出されることができる。また、第１ノズル１５０を介するインクの吐出量が最大適正量に逹すると、インクの吐出による反発力により、図６に示されているように、第１圧力室１３０に空気が可能性がある。ここで、従来のインクジェットプリントヘッドは、流入された空気が気泡状に変換されてノズルを遮断したり、圧力室の相当な空間を占めてインクの定量吐出を妨害という問題点があった。

しかし、本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００では、図６に示されているように、空気３００が圧力室１３０、１４０の内部に深く侵透することを遮断するため、空気３００の流入による気泡の生成またはこれによって生成される気泡によるノズルの詰まり現象を効果的に抑制することができる。

また、本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、インクが第１流路１１０から第２流路１２０に循環し続ける構造を有するため、圧力室１３０、１４０の内部に気泡が発生しても、第２流路１２０を介して外部に排出することができる。

従って、本実施例によると、気泡によるインクジェットプリントヘッド１００の性能及び品質の低下現象を効果的に防止することができ、これにより、インクジェットプリントヘッド１００の印刷性能及び品質を向上させることができる。

以下では、本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。参考までに、以下の実施例において、上述した実施例と同一の構成要素は同一の図面符号を使用し、これら構成要素に関する詳細な説明は省略する。

図７を参照して本発明の第２実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、複数の基板からなる点において上述した実施例と区別されることができる。詳細に説明すると、本実施例におけるインクジェットプリントヘッド１００は、振動基板２３０を含んで６枚の基板からなることができる。詳細に説明すると、下部基板２１０は、第１下部基板２１２と、第２下部基板２１４と、を含むことができる。また、上部基板２２０は、第１上部基板２２２と、第２上部基板２２４と、第３上部基板２２６と、を含むことができる。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１００は、流路１１０、１２０と、圧力室１３０、１４０と、ノズル１５０、１６０などが、基板２１０、２２０を上下に貫通する形態に形成されることができる。従って、本実施例によると、基板２１０、２２０のエッチング加工が容易になるだけでなく、基板２１０、２２０の精密加工が容易になることができる。

図８を参照して本発明の第３実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、第１ノズル１５０と第２ノズル１６０の大きさが相違する点において上述した実施例と区別されることができる。詳細に説明すると、第２ノズル１６０の大きさ（または断面積）は、第１ノズル１５０の大きさ（または断面積）より大きいことができる。この場合、第１圧力室１３０と第２圧力室１４０との間のインク流動がスムーズに行われることができ、第２圧力室１４０の圧力が第２ノズル１６０を介して第１圧力室１３０に効果的に伝達されることができるという長所がある。

図９及び図１０を参照して本発明の第４実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、第２ノズル１６０の数において上述した実施例と区別されることができる。詳細に説明すると、本実施例において、第２ノズル１６０は、図１０に示されているように、第１孔１６２と、第２孔１６４と、を含むことができる。第１孔１６２は、第１ノズル１５０と同一垂直線上に配置されることができ、第２孔１６４は、第１孔１６２を中心に円形配置されることができる。ここで、第１孔１６２と第２孔１６４の大きさは、第１ノズル１５０より小さいことができるが、第１孔１６２と第２孔１６４の総断面積は、第１ノズル１５０の断面積より大きいことができる。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１００は、複数の孔１６２、１６４を介してインクをスムーズに流動させることができるという長所がある。また、第１ノズル１５０の垂直上方に位置した第１孔１６２の大きさが第１ノズル１５０より小さいため、第１ノズル１５０を介して流入される空気が垂直上方に拡張することを効果的に遮断することができる。

図１１及び図１２を参照して本発明の第５実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、第１圧力室１３０に抵抗構造物１８０が形成された点において上述した実施例と区別されることができる。詳細に説明すると、第１圧力室１３０には、図１２に示されているように、複数の抵抗構造物１８０が形成されることができる。抵抗構造物１８０は概して三角形状の断面を有することができる。詳細に説明すると、抵抗構造物１８０は、第１圧力室１３０の周縁から第１ノズル１５０に向かって断面サイズが小くなる形状を有することができる。しかし、抵抗構造物１８０の断面形状は、上述した三角形に制限されず、その他の形状に変更されることもできる。

また、本実施例において、第１圧力室１３０と第２圧力室１４０は概して円形の横断面を有することができる。詳細に説明すると、第１圧力室１３０は、第１ノズル１５０を中心とする円形の断面を有することができ、第２圧力室１４０は、第２ノズル１６０を中心とする円形の断面を有することができる。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１００は、第１圧力室１３０に複数の抵抗構造物１８０が形成されるため、第１圧力室１３０のインクが第１流路１１０に逆流することと、アクチュエータ１７０の駆動力によって第２圧力室１４０から第１圧力室１３０に圧送されるインクが第１流路１１０に逆流することと、を効果的に遮断することができる。

図１３及び図１４を参照して本発明の第６実施例によるインクジェットプリントヘッドについて説明する。

本実施例によるインクジェットプリントヘッド１００は、インクの循環構造において上述した実施例と区別されることができる。詳細に説明すると、本実施例において、インクの循環は、第１流路１１０、第２圧力室１４０、第２流路１２０の順に行われることができる。

本実施例において、第１圧力室１３０は、図１４に示されているように、概して逆三角形の縦断面を有することができる。このような形状の第１圧力室１３０は、インクの吐出過程で発生した気泡を両端に分散させることができる。

第２圧力室１４０には複数の第２ノズル１６２、１６４が形成されることができる。詳細に説明すると、第２ノズル１６２、１６４は、一つの第１孔１６２と、複数の第２孔１６４と、を含むことができる。ここで、第１孔１６２は、第１ノズル１５０の垂直上方に位置して、インクが移動する通路として用いられることができる。また、第２孔１６４は、第２圧力室１４０の周縁に位置して、第１圧力室１３０の気泡が第２圧力室１４０に移動する通路として用いられることができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１００ インクジェットプリントヘッド
１１０ 第１流路
１１２ 第１リストリクター
１２０ 第２流路
１２２ 第２リストリクター
１３０ 第１圧力室
１４０ 第２圧力室
１５０ 第１ノズル
１６０ 第２ノズル
１７０ アクチュエータ

Claims (10)

1. 第１流路と連結され、第１ノズルが形成される第１圧力室と、
   第２流路と連結され、前記第１圧力室と連結される第２ノズルが形成される第２圧力室と、を含む、インクジェットプリントヘッド。
2. 第１ノズルが形成される第１圧力室と、
   第１流路及び第２流路と連結され、前記第１圧力室と連結される第２ノズルが形成される第２圧力室と、を含む、インクジェットプリントヘッド。
3. 前記第１ノズルと前記第２ノズルは同一線上に位置する、請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 前記第２ノズルの断面積は前記第１ノズルの断面積より大きい、請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 前記第２ノズルは複数の孔からなる、請求項１から４の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 前記第２圧力室の体積は前記第１圧力室の体積より大きい、請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記第２圧力室の高さは前記第１圧力室の高さより大きい、請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 前記第１流路はインクが供給されるインク流入口と連結され、
   前記第２流路はインクが回収されるインク排出口と連結される、請求項１から７の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. 前記第２圧力室に駆動力を発生させるアクチュエータを含む、請求項１から８の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
10. 前記第１圧力室には、インクが第１流路に向かう方向に逆流することを遮断するように一つ以上の抵抗構造物が形成される、請求項１から９の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。

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