JP2017513740A - インクを循環させるインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

インクを循環させることができるインクジェットヘッドを提供する。インクジェットヘッドは、ダイヤフラムプレートと、第１のレストリクタプレートと、１つ以上のチャンバプレートと、第２のレストリクタプレートと、オリフィスプレートとを含む。オリフィスプレートは複数のノズルを形成する。チャンバプレートは、ノズルと連絡する複数のチャンバを形成し、また、インクジェットヘッドを通じてインクを循環させるときにチャンバからインクを受け取る戻りマニフォールドを形成する。ダイヤフラムプレートは、チャンバを封止するダイヤフラムを形成する。第１のレストリクタプレートは、インクジェットヘッドを通じてインクを循環させるよう、チャンバと戻りマニフォールドとの間でインクの流れを制御する。第２のレストリクタプレートは、供給マニフォールドとチャンバとの間でインクの流れを制御する。

Description

以下の開示は、プリンティング分野に関し、特に、プリンティングに使用されるインクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリンティングは、例えば紙などの媒体上にインクの液滴を飛ばすことによってデジタル画像を作り出す一種のプリントである。インクジェットプリンタの中核部は、インク滴を噴出するために使用される一連のノズルを有する１つ以上のプリントヘッド（ここではインクジェットヘッドと称する）を含む。インクジェットヘッドの構造は、典型的に、筐体と、一連のプレートと、圧電アクチュエータとを含んでいる。筐体は、圧電アクチュエータが通り抜けるための開口と、インク供給部（例えば、インクカートリッジ）に接続する注入口とを有する。インク供給部に対する注入口はまた、インクジェットヘッドのインク供給チャネルを形成する筐体内の溝にも接続している。

インクジェットヘッドのプレート群は、筐体に取り付けられるとともに、積層構造を形成するように互いに取り付けられる。この積層構造は、各々がインクを配給することが可能な複数のインクチャネルを形成する。各インクチャネルが、ノズルと、インクのチャンバと、ノズルを介してインクをチャンバから吐出するための機構とを含み、該機構は典型的にダイヤフラム（振動板）である。インクチャネルを形成するため、一般的なインクジェットヘッドは、ダイヤフラムプレート、レストリクタ（制限器）プレート、チャンバプレート、及びオリフィスプレートを含んでいる。オリフィスプレートは、インクジェットヘッドのノズル群を有した、列をなす小さい孔を含む。チャンバプレートは、インクのチャンバを形成する開口の列を含む。レストリクタプレートも開口の列を含み、これらの開口は、チャンバをインク供給部に流体的に接続するとともにチャンバ内へのインクの流れを制御する制限器を形成する。ダイヤフラムプレートは、セミフレキシブル材料のシートを有するダイヤフラムをチャンバの上に形成する。ダイヤフラムプレートはまた、ダイヤフラムが振動するときにインク供給部からチャンバにインクが引き込まれることを可能にする開口を含む。

圧電アクチュエータは、ダイヤフラムプレートに付着する複数の圧電素子を含む。各圧電素子が、チャンバプレート内に形成されたチャンバのうちの１つに対応する。これらの圧電素子に選択的に電気信号が与えられるとき、これらの素子は膨張及び収縮を行う。これがダイヤフラムをチャンバの上で振動させ、それによりチャンバの容積を変化させる。チャンバの容積の変化により、チャンバからインクがオリフィスプレート上のノズルを介して吐出される。

インクジェットヘッドに伴う１つの問題は、ヘッド又は個々のノズルが使用されないときに、インクがノズル又はチャンバの中で乾燥してしまい得ることである。それ故に、ヘッド内でインクチャネルのうちの１つ以上が詰まることになり得る。

ここに記載される実施形態により、ヘッド内のインクチャネルを通じてインク又は他の物質を循環させるインクジェットヘッドを提供する。インクチャネルを通じたインクの循環は、例えば、殆ど無駄なく自動的にインクチャネルにインクを入れること、ノズル付近の気泡を除去すること、重い顔料が沈降するのを防ぐこと、及びインクがノズルで乾燥するのを回避することなどの利点をもたらす。

インクの循環を可能にするため、インクジェットヘッドのノズルに近接して、更なるレストリクタ（制限器）プレートがヘッド構造に追加される。インクジェットヘッドのプレート群はまた、戻りマニフォールドを形成し、ヘッドのチャンバ内のインクが上記更なるレストリクタプレートを介して戻りマニフォールドに流れ込み得る。この構成を用いることで、インクがインクチャネルを通って流れることができ、それ故に、インクがインクジェットヘッド内で乾燥してノズルを詰まらせることが起こりにくくなる。

１つの実施形態は、それを介してインクが吐出される複数のノズルが形成されたオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドである。インクジェットヘッドは更に、第１のレストリクタプレートと、それぞれのノズルと連絡する複数のチャンバを形成する１つ以上のチャンバプレートとを含む。チャンバプレートはまた、インクジェットヘッドを通じてインクを循環させる戻りマニフォールドを形成する。ヘッドは更に、第２のレストリクタプレートと、チャンバを封止するダイヤフラムを有するダイヤフラムプレートとを含む。第１のレストリクタプレートは、チャンバと戻りマニフォールドとの間でインクの流れを制御する。第２のレストリクタプレートは、供給マニフォールドとチャンバとの間でインクの流れを制御する。

他の一実施形態において、インクジェットヘッドは更に、チャンバとは反対側の位置でダイヤフラムに取り付けられた複数の圧電素子を含む。

他の一実施形態において、インクジェットヘッドは更に、圧電素子が通り抜けてダイヤフラムプレートと接触するための開口を含む筐体を含み、筐体はまた、ダイヤフラムプレートに面する表面に、圧電素子用の前記開口を包囲して供給マニフォールドを形成する第１の溝を含む。筐体はまた、ダイヤフラムプレートに面する表面に、戻りマニフォールド用の第２の溝を含み得る。

他の一実施形態において、筐体は、供給マニフォールドを第１のインク容器に接続する第１の溝内の注入孔と、戻りマニフォールドを第２のインク容器に接続する当該筐体の第２溝内の排出孔とを含み得る。

他の一実施形態において、供給マニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｉｎ）は正であり、戻りマニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｏｕｔ）は負であり、且つＰ＿ｉｎ＋Ｐ＿ｏｕｔはノズル位置で負である。

以上の概要は、本明細の一部の態様の基本的な理解を提供するものである。この概要は、本明細の広範囲に及ぶ要約ではない。本明細の主要若しくは重要な要素を特定したり、本明細の特定の実施形態の範囲や請求項の範囲を詳述したりすることは、何れも意図されていない。この概要の唯一の目的は、以下に提示される詳細な説明への前置きとして、本明細の一部の概念を簡略化した形態で提示することである。

以下、添付の図面を参照して、本開示の一部の実施形態を単なる例として説明する。全ての図で、同じ参照符号は同じ要素又は同種の要素を表している。
従来のインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。 例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。 例示的な一実施形態における図２のインクジェットヘッド内のインクチャネルを示す断面図である。 例示的な一実施形態におけるインクチャネルを通って循環するインクを示す断面図である。 例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。 例示的な一実施形態における図５のインクジェットヘッド内のインクチャネルを示す断面図である。 例示的な一実施形態におけるインクチャネルを通って逆方向に循環するインクを示す断面図である。

図面及び以下の説明は、特定の例示的な実施形態を示すものである。理解されるように、当業者は、ここには明示的に記載あるいは図示されていないがこれらの実施形態の原理を具現化し且つこれらの実施形態の範囲に含まれる様々な構成を考え出すことができる。また、ここに記載される例は、実施形態の原理を理解することを助けることを意図したものであり、具体的に記載される例及び条件に限定することがないものとして解されるべきである。結果として、本発明概念は、以下に記載される特定の実施形態又は例には限定されず、請求項及びその均等範囲によって限定される。

図１は、従来のインクジェットヘッド１００の分解斜視図を示している。インクジェットヘッド１００は、各々がインクを配給することが可能な複数のインクチャネルを形成する。各インクチャネルが、ノズルと、インクのチャンバと、ノズルを介してインクをチャンバから吐出するための機構とを含み、該機構は典型的にダイヤフラムである。

この例において、インクジェットヘッド１００は、筐体１０２と、一連のプレート１０３−１０６と、圧電アクチュエータ１０８とを含んでいる。筐体１０２は、圧電アクチュエータ１０８が通り抜けてダイヤフラムプレートと接するための開口１１０を含んでいる。筐体１０２は更に、プレート１０３−１０６に面する表面に、インクチャネルにインクを供給するための１つ以上の溝１１２を含んでいる。溝１１２は、インク容器と流体的に連通した１つ以上の孔１１３を含んでいる。

インクジェットヘッド１００のプレート１０３−１０６は積層プレート構造を形成するように互いに固着あるいは接合され、該積層プレート構造が筐体１０２に取り付けられる。この積層プレート構造は、オリフィスプレート１０６、チャンバプレート１０５、レストリクタプレート１０４、及びダイヤフラムプレート１０３を含んでいる。オリフィスプレート１０６は、一列以上に形成された複数のノズル１２０を含んでいる。チャンバプレート１０５は、オリフィスプレート１０６のノズル１２０と連絡する複数のチャンバ１２１を有するように形成される。チャンバ１２１は各々、その対応するノズルから吐出されることになるインクを保持することができる。レストリクタプレート１０４は、複数の制限器１２２を有するように形成される。制限器１２２は、チャンバ１２１をインク供給部に流体的に接続するとともに、チャンバ１２１へのインクの流れを制御する。ダイヤフラムプレート１０３は、ダイヤフラム（振動板）１２３とフィルタ部１２４とを有するように形成される。ダイヤフラム１２３は各々、圧電アクチュエータ１０８による作動に応答して振動するセミフレキシブル材料のシートを有する。フィルタ部１２４は、インクチャネルに入るインクから異物を除去する。

圧電アクチュエータ１０８は、インクチャネルの各々に１つずつで、複数の圧電素子１３０を含んでいる。圧電素子１３０の端部がダイヤフラムプレート１０３内のダイヤフラム１２３と接触する。外部の駆動回路（図示せず）により、個々のインクチャンバに関してダイヤフラム１２３を振動させるこれらの圧電素子１３０に選択的に電気信号を与えることができる。ダイヤフラム１２３の振動はチャンバ１２１の容積を変化させ、次いで、この容積の変化がチャンバ１２１内の圧力を変化させる。チャンバ１２１内の圧力の変化は、その対応するノズル１２０からインクを吐出させる。故に、インクジェットヘッド１００は、これら複数のインクチャネルを選択的に“アクティブにする”ことでそれらそれぞれのノズルからインクを放出することによって、所望のパターンをプリントすることができる。

インクジェットヘッド１００が或る期間にわたって使用されないとき、又は、インクチャネルのうちの１つ以上が或る期間にわたってプリント動作にて使用されないとき、ノズル１２０及びチャンバ１２１内のインクが乾燥し始め得る。例えば、重い顔料を有するインク、磁性インク、３次元（３Ｄ）プリンティングで使用される感光性樹脂材料、及びこれらに類するものは、インクチャネルがプリントに使用されないときに、インクジェットヘッド１００内ですぐに乾燥あるいは硬化し始め得る。これは残念なことにインクジェットヘッド１００を詰まらせ、これは、再びヘッドをプリンティングに使用可能にする前にクリーニングを必要とし得る。インクジェットヘッドの詰まりを回避するため、以下の実施形態にて、インク又はその他の液／流体をインクジェットヘッド内で循環（又は再循環）させることができるインクジェットヘッドを記述する。インクを循環させるため、インクジェットヘッド内に、戻り（リターン）マニフォールドが形成される。戻りマニフォールドは、ノズルに近接した更なるレストリクタプレートを介して、インクチャネルのチャンバに流体接続される。この更なるレストリクタプレートは、チャンバ（ノズル付近）から戻りマニフォールドへのインクの流れを制御する。この構成を用いることで、インクがインクジェットヘッド内で乾燥してノズルを詰まらせることが起こりにくいように、インクジェットヘッド内で、供給マニフォールドからチャンバを通って戻りマニフォールドへとインクが循環され得る。

図２は、例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッド２００の分解斜視図を示している。例えばインクジェットヘッド２００などの、ここに記載されるインクジェットヘッドは、２次元（２Ｄ）プリンティング又は３次元（３Ｄ）プリンティングに使用され得る。故に、インクジェットヘッドは、例えばインクジェットプリンタなどのプリンティング用装置に実装され得る。この実施形態において、インクジェットヘッド２００は、各々がインクを配給することが可能な複数のインクチャネルを含んでいる。各チャネルが、ノズルと、インクのチャンバと、ノズルを介してインクをチャンバから吐出するための機構とを含み、該機構は典型的にダイヤフラムである。“インク”なる用語は、ここでは、インクジェットヘッドによって媒体に塗布され得る如何なる物質、流体又は液体をも含むものとして定義される。“インク”なる用語は、顔料又は染料を含有する液体のみを意味するのではなく、３Ｄプリンティングで使用されるプラスチックフィラメントを含有する液体や感光性樹脂などをも意味し得る。

この実施形態において、インクジェットヘッド２００は、筐体２０２と、一連のプレート２０３−２０８と、圧電アクチュエータ２０９とを含んでいる。筐体２０２は、プレート２０３−２０８が付着してインクジェットヘッド２００を形成する剛性部材である。筐体２０２は、より詳細に後述するが、圧電アクチュエータ２０９が通り抜けてダイヤフラムプレートと接するための開口２１０を含んでいる。筐体２０２は更に、プレート２０３−２０８に面する表面に、開口２１０を包囲あるいは実質的に取り囲む溝２１２を含んでいる。溝２１２は、例えば供給容器などのインク容器と流体的に連通した１つ以上の孔２１３を含んでいる。故に、溝２１２は、インクをインクチャネルに供給するためにインクがインク容器から個々のインクチャネルまで進むための導管を表し得る。インクをインクチャネルに供給するための導管（溝２１２を含む）のことを、ここでは“供給（サプライ）マニフォールド”と称する。

筐体２０２は更に、プレート２０３−２０８に面する表面に、溝２１２から分離あるいは隔絶された１つ以上の溝２１５を含んでいる。溝２１５は、例えば戻り容器などの別のインク容器と流体的に連通した１つ以上の孔２１６を含んでいる。故に、溝２１５は、インクジェットヘッド２００を通じてインクを循環させるためにインクがインクジェットヘッド２００内のインクチャネルから外に（ヘッドのノズルから外にではなく）進むための導管を表し得る。循環中にインクをインクチャネルから取り出すための導管（溝２１５を含む）のことを、ここでは“戻り（リターン）マニフォールド”と称する。ここでは供給容器と戻り容器とが記載されるが、単一の容器が用いられてもよい。

プレート２０３−２０８は積層プレート構造を形成するように互いに固着あるいは接合され、該積層プレート構造が筐体２０２に取り付けられる。意図されることには、図２に示したプレート構造は、インクジェットヘッド２００内でどのように循環が実現され得るかを示すための基本構造の一例である。図２には示されていない更なるプレートが、プレート構造内で使用されてもよい。また、図２は必ずしも縮尺通りに描かれていない。

この実施形態において、積層プレート構造は、オリフィスプレート２０８、第１のレストリクタプレート２０７、チャンバプレート２０５−２０６、第２のレストリクタプレート２０４、及びダイヤフラムプレート２０３を含んでいる。オリフィスプレート２０８は、一列以上に形成された複数のノズル２２０を含んでいる。各ノズル２２０が、インクを吐出するためのインクジェットヘッド２００内の個々のインクチャネルを表す。この実施形態において、インクジェットヘッド２００は二列のノズルを有するように示されているが、他の実施形態において、インクジェットヘッド２００は単一列のノズル又はより多数列のノズルを有していてもよい。

チャンバプレート２０５−２０６は各々、オリフィスプレート２０８のノズル２２０と連絡する複数のチャンバ２２１を有するように形成される。チャンバ２２１は、“供給チャンバ”又は“圧力チャンバ”と呼ばれることもある。各チャンバ２２１は、チャンバプレート２０５−２０６内の開口であり、インクチャネルのうちの、その対応するノズルから吐出されるインクを保持する部分を表す。

チャンバプレート２０６はまた、チャンバ２２１の列に平行な細長い開口２２２（“戻り開口”と称する）を有するように形成されている。戻り開口２２２は、インクジェットヘッド２００を通じてインクを循環させるためにインクがインクジェットヘッド２００内のインクチャネルから外に（ヘッドのノズルから外にではなく）進むための更なる導管を提供するスロットである。故に、戻り開口２２２は、インクジェットヘッド２００の戻りマニフォールドの一部である。チャンバプレート２０５は、インクジェットヘッド２００の戻りマニフォールドの一部である戻り開口２２４を有するように形成されている。チャンバプレート２０５内の戻り開口２２４は、チャンバ２２１の列の側方にずらして位置付けられている。積層板として接合されるとき、チャンバプレート２０５内の戻り開口２２４は、チャンバプレート２０６内の戻り開口２２２と部分的に重なることになる。チャンバプレート２０５内の戻り開口２２４はまた、戻りマニフォールドを形成するように筐体２０２内の溝２１５と連絡することになる。

レストリクタプレート２０７は、オリフィスプレート２０８とチャンバプレート２０６との間に挟まれる。レストリクタプレート２０７は、複数の制限器２２３を有するように形成される。制限器２２３は、チャンバ２２１を戻りマニフォールドに流体的に接続する。インクジェットヘッド２００を通じてインクが循環されるとき、チャンバ２２１から出て戻りマニフォールドに循環するインクの流れを制御する。

レストリクタプレート２０４は、チャンバプレート２０５とダイヤフラムプレート２０３との間に挟まれる。レストリクタプレート２０４は、複数の制限器２２５を有するように形成される。制限器２２５は、チャンバ２２１を供給マニフォールドに流体的に接続するとともに、チャンバ２２１へのインクの流れを制御する。レストリクタプレート２０４は、インクジェットヘッド２００の戻りマニフォールドの一部である戻り開口２２６を有するように形成されている。レストリクタプレート２０４内の戻り開口２２６は、制限器２２５の側方にずらして位置付けられている。積層板として接合されるとき、レストリクタプレート２０４内の戻り開口２２６は、戻りマニフォールドを形成するように筐体２０２内の溝２１５と連絡することになる。

ダイヤフラムプレート２０３は、ダイヤフラム２２７とフィルタ部２２８とを有するように形成される。ダイヤフラム２２７は各々、チャンバ２２１と連絡するように縦方向に延在して圧電アクチュエータ２０９による作動に応答して振動するセミフレキシブル材料のシートを有する。フィルタ部２２８は縦方向に延在して、供給マニフォールドと連絡し、供給マニフォールドからインクチャネルに流れ込むインクから異物を除去する。この実施形態において、ダイヤフラムプレート２０３はダイヤフラム２２７及びフィルタ部２２８の双方を含むように示されているが、他の実施形態において、ダイヤフラム２２７及びフィルタ部２２８は別々のプレートにて実装されてもよい。ダイヤフラムプレート２０３はまた、インクジェットヘッド２００の戻りマニフォールドの一部である戻り開口２２９を有するように形成されている。ダイヤフラムプレート２０３内の戻り開口２２９は、ダイヤフラム２２７の列の側方にずらして位置付けられている。積層板として接合されるとき、ダイヤフラムプレート２０３内の戻り開口２２９は、戻りマニフォールドを形成するように筐体２０２内の溝２１５と連絡することになる。

圧電アクチュエータ２０９は、インクチャネルの各々に１つずつで、複数の圧電素子２３０を含んでいる。圧電素子２３０の端部が、ダイヤフラムプレート２０３内のダイヤフラム２２７と、チャンバ２２１とは反対側の位置で接触する。外部の駆動回路（図示せず）により、個々のインクチャンバに関してダイヤフラム２２７を振動させるこれらの圧電素子２３０に選択的に電気信号を与えることができる。ダイヤフラム２２７の振動はチャンバ２２１の容積を変化させ、次いで、この容積の変化がチャンバ２２１内の圧力を変化させる。チャンバ２２１内の圧力の変化は、その対応するノズル２２０からインクを吐出させる。

図３は、例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッド２００内のインクチャネルの断面図である。図３の断面は、ヘッド２００のノズル２２０の中心を通るようにとられたスライスであるかのようにして見たものである。そして、このスライスは、図３においては、ノズル２２０が上を向くようにしている。ここでも、意図されることには、図３に示したプレート構造は、インクジェットヘッド２００内でどのように循環が実現され得るかを示すための基本構造の一例である。図３には示されていない更なるプレートが、プレート構造内で使用されてもよい。また、図３は必ずしも縮尺通りに描かれていない。

図３の底部から始めて、筐体２０２に接続されているものとしてダイヤフラムプレート２０３が示されている。ダイヤフラムプレート２０３のフィルタ部２２８が、溝２１２によって形成された供給マニフォールド３０２と並んでいる。ダイヤフラムプレート２０３のダイヤフラム２２７は、インクチャネルのチャンバ２２１と並んでいる。レストリクタプレート２０４が、ダイヤフラムプレート２０３とチャンバプレート２０５−２０６との間に挟まれている。レストリクタプレート２０４は、供給マニフォールド３０２からインクチャネルのチャンバ２２１へのインクの流れを制御する制限器２２５を含んでいる。

チャンバプレート２０５−２０６が、インクチャネルのチャンバ２２１を形成している。チャンバプレート２０６はまた、インクチャネルを通ってインクが循環するための戻りマニフォールド３０４を形成している。レストリクタプレート２０７が、チャンバプレート２０６とオリフィスプレート２０８との間に挟まれている。レストリクタプレート２０７は、チャンバ２２１から戻りマニフォールド３０４へのインクの流れを制御する制限器２２３を含んでいる。図３の頂部のプレートは、インクチャネルのノズル２２０を有するオリフィスプレート２０８である。

図４は、例示的な一実施形態におけるインクチャネルを通って循環するインクを示す断面図である。図４中の矢印によってインクの流れが示されている。循環中、図４の紙面から出て来る矢印ポイントによって示されるように、インクが供給マニフォールド３０２に流入する。インクは、その後、供給マニフォールド３０２から、ダイヤフラムプレート２０３のフィルタ部２２８を通り、そして、レストリクタプレート２０４内の制限器２２５を通って流れる（図２−３も参照）。制限器２２５を通過した後、インクは、チャンバプレート２０５−２０６によって形成されたインクチャネルのチャンバ２２１に流入する。インクは、そして、（オリフィスプレート２０８内のノズル２２０から出て行く代わりに）レストリクタプレート２０７内の制限器２２３を通って流れて、戻りマニフォールド３０４に入る（図２−３も参照）。その後、インクは、図４の紙面に入って行く矢印テイルによって示されるように、戻りマニフォールド３０４から流れ出て行くことになる。この図から明らかなように、インクがチャンバ２２１内に居座って乾燥したり固まったりする可能性があることに代えて、インクがインクチャネルのチャンバ２２１から流れ出ることを可能にするように、インクチャネルに戻りマニフォールド３０４及び更なる制限器２２３が追加されているので、インクジェットヘッド２００におけるインクの循環が可能である。図４に示した流れ方向は例示的なものであり、実際のインクの流れは、インクジェットヘッド２００内のインクチャネルの位置に依存し得る。

図３−４から明らかなように、制限器２２５は、ダイヤフラム２２７側のチャンバ２２１の一端に形成され、制限器２２３は、ノズル２２０側のチャンバ２２１の他端に形成される。スタック内での制限器２２５の縦方向位置は、スタック内での制限器２２３の縦方向位置と概して一致し、チャンバプレート２０５−２０６がこれらの制限器を離隔する。積層構造内に制限器２２３及び２２５が形成されるこの手法により、積層構造内で、戻りマニフォールド３０４の縦方向位置は、供給マニフォールド３０２の縦方向位置と一致する（すなわち、戻りマニフォールド３０４が、供給マニフォールド３０２の上に、それらの間に層を置いて形成される）。これは、インクジェットヘッド２００が狭くされながらも、なおもインクを循環させて詰まりを回避することができるので有利である。

図４に示したようにインクを循環させるため、供給マニフォールド３０２及び戻りマニフォールド３０４の中の圧力がレギュレート（調整）され得る。ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）インクジェットヘッドは、それらのノズルの位置で僅かな負圧で動作する。これは、意図せずにインクがノズルから流れ出ることを防止するためである。インクジェットヘッド２００がインクを循環しているとき、供給マニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｉｎ）及び戻りマニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｏｕｔ）が：
Ｐ＿ｉｎ＝正
Ｐ＿ｏｕｔ＝負
Ｐ＿ｉｎ＋Ｐ＿ｏｕｔ＝ノズル位置で僅かに負
Ｐ＿ｉｎ−Ｐ＿ｏｕｔ＝要求に依存（噴射安定性をなおも維持しながら、インクの沈降、乾燥の防止、並びに空気の除去）
のように設定され得る。

２容器設計が使用される場合、それらの容器に対する圧力を制御することによってインクが循環され得る。供給容器は正圧を有するようにレギュレートされ、戻り容器は負圧を有するようにレギュレートされる。これらの圧力は、ノズルでの圧力が僅かに負であるようにレギュレートされる。単一容器設計が使用される場合には、ヘッドに流体を送り込むために、インクジェットヘッドへの注入口に沿ってポンプが置かれ得る。ヘッドから流体を汲み出すために、別のポンプがインクジェットヘッドからの排出口に沿って置かれ得る。これらのポンプを用いることで、ノズルでの圧力が僅かに負であるように、正圧（注入口）及び負圧（排出口）をレギュレートし得る。

インクジェットヘッド２００内での流れ方向はまた、他の実施形態において、逆にされてもよい。制限器２２３及び２２５は同様の設計を有するので、インクはインクジェットヘッド２００中を何れの方向に流れてもよい。故に、マニフォールド３０２が“供給”マニフォールドと称され、マニフォールド３０４が“戻り”マニフォールドと称されるとしても、インクジェットヘッド２００を通るインクの流れは、図４に示したものの反対となるように逆にされてもよい。図７は、例示的な一実施形態における逆方向にインクチャネルを通って循環するインクを示す断面図である。この実施形態での循環においては、インクは、先ず、戻りマニフォールド３０４に流入し、その後、制限器２２３を通ってインクチャネルのチャンバ２２１に流れ込む。そして、インクは、レストリクタプレート２０４内の制限器２２５を通って流れて、供給マニフォールド３０２に入る。その後、インクは、供給マニフォールド３０２から流れ出て行くことになる。このようにインクの流れが逆にされる場合、戻りマニフォールド３０４を通って入るインクを濾過するために、別のフィルタが使用されてもよい。

例
図５は、例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッド５００の分解斜視図を示している。図５に示す構造は単なる特定の一例であり、ここに記載される実施形態は、この図に示される構造に限定されるものではない。この例において、インクジェットヘッド５００は、筐体５０１と、積層プレート構造を形成するように互いに固着あるいは接合される一連のプレート５０２−５１２とを含んでいる。筐体５０１は、圧電アクチュエータ（図示せず）用の開口５２０を含んでいる。筐体５０１は更に、開口５２０を包囲あるいは実質的に取り囲む供給溝５２２を含んでいる。供給溝５２２は、インクジェットヘッド５００の供給マニフォールドを形成する。筐体５０１はまた、インクジェットヘッド５００の戻りマニフォールドを形成する戻り溝５２３を含んでいる。

プレート５０２は、多孔質である（すなわち、液体が通過することを可能にする多数の微細孔を有する）フィルタプレートであり、供給マニフォールドから流入するインクから異物を除去する。フィルタプレート５０２はまた、その中心に近接して、圧電アクチュエータが通り抜けるための開口を含んでいる。プレート５０３はマニフォールドプレートであり、その頂部及び底部の付近の、供給マニフォールドの細長い供給開口５２６と、その端部（図５において左及び右）側の、戻りマニフォールドの戻り開口５２７とを含んでいる。マニフォールドプレート５０３は更に、その中心側に、アクチュエータの圧電素子が通り抜けるための細長い開口５２８を含んでいる。

プレート５０４はダイヤフラムプレートである。ダイヤフラムプレート５０４は、ダイヤフラム５３０とフィルタ部５３１とを有するように形成されている。ダイヤフラム５３０は各々、圧電アクチュエータによる作動に応答して振動するセミフレキシブル材料のシートを有する。フィルタ部５３１は、供給マニフォールドから流れてくるインクから異物を除去する。ダイヤフラムプレート５０４はまた、その端部（図５において左及び右）側に、戻りマニフォールドの戻り開口５３２を含んでいる。

プレート５０５は支持プレートであり、プレート５０６はレストリクタプレートである。支持プレート５０５は、制限器を通るインクの流れを制御するために、レストリクタプレート５０６とともに使用される。レストリクタプレート５０６は、平行な列をなす制限器５３８を含んでいる。制限器５３８は、（図５において鉛直である）開口又は隙間として形成され、レストリクタプレート５０６からの１つの制限器５３８がインクジェットヘッド５００の１つのインクチャネルと連絡する。支持プレート５０５は、制限器５３８を通るインクの流れを制御するよう、レストリクタプレート５０６内の制限器５３８と連絡する開口５３９を有している。支持プレート５０５及びレストリクタプレート５０６は各々、その端部（図５において左及び右）側に、それぞれ、戻りマニフォールドを形成する戻り開口５４０及び５４１を含んでいる。

プレート５０７はチャンバプレートである。チャンバプレート５０７は、平行な二列のチャンバ５４４を含んでいる。チャンバ５４４は、（図５において鉛直である）開口又は隙間として形成され、チャンバプレート５０７内の１つのチャンバ５４４がインクジェットヘッド５００の１つのインクチャネルと連絡する。チャンバ５４４は、インクチャネルのうちのインクを保持する部分を表し、その対応するノズルからインクを吐出するためにチャンバ５４４内の圧力が変化される。チャンバプレート５０７はまた、その端部（図５において左及び右）側に、戻りマニフォールドを形成する戻り開口５４６を含んでいる。

プレート５０８もチャンバプレートである。チャンバプレート５０８は、平行な列をなすチャンバ５４８を備えた、チャンバプレート５０７と同様の構成を有している。チャンバプレート５０８においては戻り開口が異なっており、その戻り開口は、チャンバプレート５０７のようにその端部側だけではなく、その頂部及び底部の付近に戻りマニフォールドの細長い開口５５０を有している。

プレート５０９もチャンバプレートである。チャンバプレート５０９は、平行な列をなすチャンバ５５２を有するように構成されている。このプレート内のチャンバ５５２の開口のサイズは、プレート５０７、５０８内のチャンバ５４４、５４８の開口より小さいように図示されている。チャンバプレート５０９も、その頂部及び底部の付近に、戻りマニフォールドの細長い戻り開口５５４を有している。

プレート５１０は、別のチャンバプレートである。チャンバプレート５１０は、他のチャンバプレートのように平行な列をなすチャンバ５５６を含んでいる。チャンバプレート５１０はまた、列をなすマニフォールドパターン５５８を含んでいる。チャンバ５５６に最も近いマニフォールドパターン５５８の部分は、（別のレストリクタプレート５１１内の制限器とともに）チャンバから戻りマニフォールドへのインクの流れを制御することを支援するように、部分的にエッチングされている。チャンバプレート５１０の頂部及び底部の側のマニフォールドパターン５５８の部分は、戻りマニフォールドを形成する開口である。図５には４つのチャンバプレートが示されているが、所望のインクチャンバを形成するために、より多い又は少ないチャンバプレートが使用されてもよい。

レストリクタプレート５１１は、平行な列をなす制限器５６０を含んでいる。制限器５６０は、（図５において鉛直である）開口又は隙間として形成され、レストリクタプレート５１１からの１つの制限器５６０がインクジェットヘッド５００の１つのインクチャネルと連絡する。チャンバプレート５１０内のマニフォールドパターン５５８の部分的にエッチングされた区画が、レストリクタプレート５１１内の制限器５６０と連絡して、制限器５６０を通って戻りマニフォールドに入るインクの流れを制御する。

プレート５１２はオリフィスプレートである。オリフィスプレート５１２は、平行な列をなすノズル５６６を含んでいる。ノズルは、そこからインクが吐出され得るオリフィスプレート５１２内の小開口である。１つのノズル５６６が、インクジェットヘッド５００の１つのインクチャネルと連絡する。

図６は、例示的な一実施形態におけるインクジェットヘッド５００内のインクチャネルの断面図である。図６の断面は、ヘッド５００のノズル５６６の中心を通るようにとられたスライスであるかのようにして見たものである。そして、このスライスは、図６においては、ノズル５６６が上を向くようにしている。ここでも、意図されることには、図６に示したプレート構造は一例であり、他の実施形態においては、より多い又は少ないプレートが使用されてもよい。また、図６は必ずしも縮尺通りに描かれていない。

図６の底部から始めて、フィルタプレート５０２が、筐体５０１とマニフォールドプレート５０３との間に挟まれている。マニフォールドプレート５０３に接続されているものとしてダイヤフラムプレート５０４が示されている。ダイヤフラムプレート５０４のフィルタ部５３１が、筐体５０１内の溝５２２によって形成された供給マニフォールドと並んでいる（図５参照）。ダイヤフラムプレート５０４のダイヤフラム５３０は、インクチャネルのチャンバ５４４と並んでいる。

次に、ダイヤフラムプレート５０４に支持プレート５０５が接合され、支持プレート５０５にレストリクタプレート５０６が接合されている。レストリクタプレート５０６は、支持プレート５０５とともに使用されるときに供給マニフォールドからインクチャネルのチャンバ５４４へのインクの流れを制御する制限器５３８を含んでいる。レストリクタプレート５０６にチャンバプレート５０７−５１０が続いている。チャンバプレート５０７−５１０は、インクチャネルのチャンバ５４４を形成している。チャンバプレート５０８−５１０はまた、インクチャネルを通ってインクが循環するための戻りマニフォールドを形成している。

レストリクタプレート５１１が、チャンバプレート５１０とオリフィスプレート５１２との間に挟まれている。レストリクタプレート５１１は、チャンバ５４４から戻りマニフォールドへのインクの流れを制御する制限器５６０を含んでいる。図５にて説明したように、チャンバプレート５１０は、レストリクタプレート５１１内の制限器５６０とともに機能すべく図６に示されるように部分的にエッチングされたマニフォールドパターン５５８を有している。チャンバプレート５１０内のマニフォールドパターン５５８はまた、戻りマニフォールドを形成する開口を有している。図６の頂部のプレートは、インクチャネルのノズル５６６を有するオリフィスプレート５１２である。

図６に示したインクチャネルを通じてインクを循環させるため、インクチャネルの全体圧力が僅かに負（Ｐ＿ｉｎ＋Ｐ＿ｏｕｔ＝ノズル５６６で僅かに負）であるようにして、供給マニフォールドの圧力（Ｐ＿ｉｎ）が正圧であるように調整され、戻りマニフォールドの圧力（Ｐ＿ｏｕｔ）が負圧であるように調整される。これは、インクを、ノズル５６６から吐出されることなく、インクチャネルを通じて循環させることになる。インクは、供給マニフォールドから、レストリクタプレート５０６内の制限器５３８を通って、チャンバ５４４に流れ込む。インクは、そして、（ノズル５６６から出て行く代わりに）レストリクタプレート５１１内の制限器５６０を通って流れて、戻りマニフォールドに入る。その後、インクは、戻りマニフォールドから流れ出て、戻り容器に流れ込むことになる。このインクの循環は、インクがチャンバ５４４内に居座って乾燥したり固まったりする可能性を防止する。

他の一実施形態において、インクジェットヘッド５００を通じてのインクの流れは逆にされてもよい。この実施形態での循環においては、インクは、先ず、戻りマニフォールドに流入する。インクは、その後、戻りマニフォールドから、ノズル５６６に近い方の制限器５６０を通ってインクチャネルのチャンバ５４４に流れ込む。そして、インクは、他方の制限器５３８を通って流れて、供給マニフォールドに入る。その後、インクは、供給マニフォールドから流れ出て行くことになる。

ここでは特定の実施形態を説明したが、本発明の範囲はこれら特定の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によって定められるものである。

Claims (20)

1. インクジェットヘッドを有する装置であって、
   前記インクジェットヘッドは、
   インク滴が吐出される複数のノズルが形成されたオリフィスプレートと、
   第１のレストリクタプレートと、
   それぞれのノズルと連絡する複数のチャンバを形成し、且つ前記インクジェットヘッドを通じてインクを循環させる戻りマニフォールドを形成する、少なくとも１つのチャンバプレートと、
   第２のレストリクタプレートと、
   前記チャンバを封止するダイヤフラムを有するダイヤフラムプレートと
   を有し、
   前記第１のレストリクタプレートは、前記チャンバと前記戻りマニフォールドとの間でインクの流れを制御し、
   前記第２のレストリクタプレートは、供給マニフォールドと前記チャンバとの間でインクの前記流れを制御する、
   装置。
2. 前記インクジェットヘッドは更に、
   前記チャンバとは反対側の位置で前記ダイヤフラムに取り付けられた複数の圧電素子
   を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記インクジェットヘッドは更に、
   前記圧電素子が通り抜けて前記ダイヤフラムプレートと接触するための開口を含む筐体であり、前記ダイヤフラムプレートに面する表面に、前記圧電素子用の前記開口を包囲して前記供給マニフォールドを形成する第１の溝を含む筐体
   を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記筐体は、前記表面に、前記戻りマニフォールド用の少なくとも１つの第２の溝を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記供給マニフォールドを第１のインク容器に接続する、前記筐体の前記第１の溝内の注入孔と、
   前記戻りマニフォールドを第２のインク容器に接続する、前記筐体の前記少なくとも１つの第２溝内の排出孔と、
   を更に有する請求項４に記載の装置。
6. 前記供給マニフォールドから、前記チャンバを介して、そして前記戻りマニフォールドを介して外にインクを循環させるため、
   前記供給マニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｉｎ）が正であり、
   前記戻りマニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｏｕｔ）が負であり、且つ
   Ｐ＿ｉｎ＋Ｐ＿ｏｕｔが前記ノズルの位置で負である、
   請求項１に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つのチャンバプレートは、
   前記チャンバを形成する第１の開口の列を含む第１のチャンバプレートと、
   前記チャンバを形成する第２の開口の列を含む第２のチャンバプレートであり、前記第２の開口の列に平行な、前記戻りマニフォールドを形成する細長い開口を含む第２のチャンバプレートと、
   を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１のチャンバプレートは、前記第１の開口の列の側方にずらして置かれた、前記戻りマニフォールドを形成する開口を含む、請求項７に記載の装置。
9. インクジェットヘッドを有する装置であって、
   前記インクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のインクチャネルを有し、各インクチャネルは、ノズルと、該ノズルに近接した第１の制限器と、チャンバと、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに近接した第２の制限器とを含み、
   前記インクジェットヘッドは更に、前記インクジェットヘッドが前記ノズルを介してインクを吐出していないときに、前記インクチャネルを通じてインクを循環させる戻りマニフォールドを含み、
   前記第１の制限器は、前記チャンバと前記戻りマニフォールドとの間でインクの流れを制御し、
   前記第２の制限器は、インクの供給マニフォールドと前記チャンバとの間でインクの前記流れを制御する、
   装置。
10. 前記インクジェットヘッドは、
    インクが吐出される複数のノズルが形成されたオリフィスプレートと、
    第１のレストリクタプレートと、
    前記複数のチャンバを形成し、且つ前記戻りマニフォールドを形成する少なくとも１つのチャンバプレートと、
    第２のレストリクタプレートと、
    前記チャンバを封止する前記ダイヤフラムを有するダイヤフラムプレートと
    を含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記インクジェットヘッドは更に、
    前記チャンバとは反対側の位置で前記ダイヤフラムに取り付けられた複数の圧電素子
    を含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記インクジェットヘッドは更に、
    前記圧電素子が通り抜けて前記ダイヤフラムプレートと接触するための開口を含む筐体であり、前記ダイヤフラムプレートに面する表面に、前記圧電素子用の前記開口を包囲して前記供給マニフォールドを形成する第１の溝を含む筐体
    を含み、
    前記筐体は、前記表面に、前記戻りマニフォールド用の少なくとも１つの第２の溝を含む、
    請求項１１に記載の装置。
13. 前記筐体は、
    前記供給マニフォールドを第１のインク容器に接続する、前記筐体の前記第１の溝内の注入孔と、
    前記戻りマニフォールドを第２のインク容器に接続する、前記筐体の前記少なくとも１つの第２溝内の排出孔と
    を含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記供給マニフォールドから、前記チャンバを介して、そして前記戻りマニフォールドを介して外にインクを循環させるため、
    前記供給マニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｉｎ）が正であり、
    前記戻りマニフォールドでの圧力（Ｐ＿ｏｕｔ）が負であり、且つ
    Ｐ＿ｉｎ＋Ｐ＿ｏｕｔが前記ノズルの位置で負である、
    請求項９に記載の装置。
15. インクの前記流れが前記インクチャネル内で反転可能である、請求項９に記載の装置。
16. インクジェットヘッドを有する装置であって、
    前記インクジェットヘッドは、
    ダイヤフラムプレートと、
    第１のレストリクタプレートと、
    少なくとも１つのチャンバプレートと、
    第２のレストリクタプレートと、
    オリフィスプレートと
    を有し、
    前記オリフィスプレートは複数のノズルを形成し、
    前記少なくとも１つのチャンバプレートは、前記ノズルと連絡する複数のチャンバを形成し、且つ前記インクジェットヘッドを通じてインクを循環させるときに前記チャンバからインクを受け取る戻りマニフォールドを形成し、
    前記ダイヤフラムプレートは、前記チャンバを封止するダイヤフラムを形成し、
    前記第１のレストリクタプレートは、前記インクジェットヘッドを通じてインクを循環させるよう、前記チャンバと前記戻りマニフォールドとの間でインクの流れを制御し、
    前記第２のレストリクタプレートは、供給マニフォールドと前記チャンバとの間でインクの前記流れを制御する、
    装置。
17. 前記ダイヤフラムプレートは、
    縦方向に延在して前記供給マニフォールドと連絡するフィルタ部と、
    縦方向に延在して前記チャンバと連絡するセミフレキシブル材料で形成された前記ダイヤフラムと、
    前記戻りマニフォールドを形成する少なくとも１つの開口と
    を有する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記少なくとも１つのチャンバプレートは、
    第１のチャンバプレートであり、
    前記チャンバを形成する第１の開口の列と、
    前記戻りマニフォールドを形成する少なくとも１つの開口と
    を含む第１のチャンバプレートと、
    第２のチャンバプレートであり、
    前記チャンバを形成する第２の開口の列と、
    前記第２の開口の列に平行な、前記戻りマニフォールドを形成する細長い開口と
    を含む第２のチャンバプレートと
    を有する、請求項１６に記載の装置。
19. 前記第１のレストリクタプレートは、前記供給マニフォールドを前記チャンバに流体的に接続し且つ前記チャンバへのインクの前記流れを制御する制限器、を形成する開口の列を含み、
    前記第２のレストリクタプレートは、前記チャンバを前記戻りマニフォールドに流体的に接続し且つ前記戻りマニフォールドへのインクの前記流れを制御する制限器、を形成する開口の列を含む、
    請求項１６に記載の装置。
20. 前記供給マニフォールドと前記戻りマニフォールドとの間で、インクの前記流れが前記インクジェットヘッド内で反転可能である、請求項１６に記載の装置。

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