JP3423708B2 - インクジェットプリンター用ノズル - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ントヘッドとりわけドロップ・オン・デマンド型インク
ジェットプリントヘッドのノズルに関する。特には本方
法はノズルプレートをプリントヘッドに取り付けた後
で、ノズル流れ方向にテーパー(先細り)をもつ一般に
は円錐形状のノズルを形成することを含む。その製造に
は高エネルギービーム、好ましくはノズルの出口面に入
射するUVアブレーション(切削)パルス化エキシマレ
ーザーを用いる。
ントヘッドとりわけドロップ・オン・デマンド型インク
ジェットプリントヘッドのノズルに関する。特には本方
法はノズルプレートをプリントヘッドに取り付けた後
で、ノズル流れ方向にテーパー(先細り)をもつ一般に
は円錐形状のノズルを形成することを含む。その製造に
は高エネルギービーム、好ましくはノズルの出口面に入
射するUVアブレーション(切削)パルス化エキシマレ
ーザーを用いる。
【0002】
【従来の技術】ドロップ・オン・デマンド型インクジェ
ットプリンターに対する初期の提案例えばUS−A−
3,946,398(Kyser & Sears)以
来、ノズル出口に向かってテーパーをもつ一般的には円
錐台形状のノズルを用いることは周知である。射出され
たインク滴による印刷を均質にするためにはノズルの幾
何形状が精密に作製されるべきである。
ットプリンターに対する初期の提案例えばUS−A−
3,946,398(Kyser & Sears)以
来、ノズル出口に向かってテーパーをもつ一般的には円
錐台形状のノズルを用いることは周知である。射出され
たインク滴による印刷を均質にするためにはノズルの幾
何形状が精密に作製されるべきである。
【0003】インク滴の形成及び射出においては滴はか
なりの時間、液体の帯状体によってノズルの残留メニス
カスに付着し続けることはよく知られる。これが前方に
たれて、最後は滴破断として知られるよう破断する。特
別な予防策のないときのようにインクメニスカスが滴破
断時にノズルへ引き込まれるならば滴の尾部はノズル壁
上へ凹メイスカス表面をはね上げる。破断時、滴尾部の
ノズル壁へのそうした付着の効果は射出された滴に横向
きのキック(けり)を与え、結果として滴の付着位置に
誤差を生む危険性がある。
なりの時間、液体の帯状体によってノズルの残留メニス
カスに付着し続けることはよく知られる。これが前方に
たれて、最後は滴破断として知られるよう破断する。特
別な予防策のないときのようにインクメニスカスが滴破
断時にノズルへ引き込まれるならば滴の尾部はノズル壁
上へ凹メイスカス表面をはね上げる。破断時、滴尾部の
ノズル壁へのそうした付着の効果は射出された滴に横向
きのキック(けり)を与え、結果として滴の付着位置に
誤差を生む危険性がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの従来
技術の問題点を解決したインクジェットプリンター用ノ
ズルを提供することにある。
技術の問題点を解決したインクジェットプリンター用ノ
ズルを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ノズル本体;
ノズル本体を通って伸びるノズル内腔、及び内腔の中の
構造物を含み、該構造物が、先端がノズル出口より後退
して位置する先細り形状の起伏を軸に垂直な方向の断面
の中央位置に軸方向に含むインクジェットプリンター用
ノズルである。また本発明は、好ましくは、起伏の先端
が、実質的にノズル出口の最大直径の2倍以下の距離だ
けインク滴射出の軸線方向にノズル出口から後退して位
置する上記のノズルである。また本発明は、好ましく
は、起伏の先端が、実質的にノズル出口の最大寸法以下
の距離だけインク滴射出の軸方向にノズル出口から後退
して位置する上記のノズルである。また本発明は、好ま
しくは、該構造物がさらにノズル内腔内の該起伏から放
射状に外向きに伸びる支持体を含み、該支持体がインク
滴射出の軸方向に起伏から全体に、後退して位置する上
記のノズルである。また本発明は、好ましくは、該支持
体が1又はそれ以上の放射状に伸びる支持板からなる上
記のノズルである。また本発明は、好ましくは、ノズル
入口の面積がノズル出口より大きく、該構造物がノズル
入口を分離した入口部分に分割し、それぞれの入口部分
の面積の合計がノズル出口の面積より小さい上記のノズ
ルである。
ノズル本体を通って伸びるノズル内腔、及び内腔の中の
構造物を含み、該構造物が、先端がノズル出口より後退
して位置する先細り形状の起伏を軸に垂直な方向の断面
の中央位置に軸方向に含むインクジェットプリンター用
ノズルである。また本発明は、好ましくは、起伏の先端
が、実質的にノズル出口の最大直径の2倍以下の距離だ
けインク滴射出の軸線方向にノズル出口から後退して位
置する上記のノズルである。また本発明は、好ましく
は、起伏の先端が、実質的にノズル出口の最大寸法以下
の距離だけインク滴射出の軸方向にノズル出口から後退
して位置する上記のノズルである。また本発明は、好ま
しくは、該構造物がさらにノズル内腔内の該起伏から放
射状に外向きに伸びる支持体を含み、該支持体がインク
滴射出の軸方向に起伏から全体に、後退して位置する上
記のノズルである。また本発明は、好ましくは、該支持
体が1又はそれ以上の放射状に伸びる支持板からなる上
記のノズルである。また本発明は、好ましくは、ノズル
入口の面積がノズル出口より大きく、該構造物がノズル
入口を分離した入口部分に分割し、それぞれの入口部分
の面積の合計がノズル出口の面積より小さい上記のノズ
ルである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のノズルは、高エネルギー
ビームをノズルプレートに照射して切削してノズル内腔
を形成する際のマスクを選択することによって得ること
ができる。
ビームをノズルプレートに照射して切削してノズル内腔
を形成する際のマスクを選択することによって得ること
ができる。
【0007】具体的には、ノズルプレートに向けて高エ
ネルギービームを向け、それらがノズルプレート上に達
する前に、ビーム収束手段(レンズ)にビームを通過さ
せることを含むインクジェットプリンターのノズルプレ
ートにノズルを形成する方法であって、該収束手段より
前の該ビームが第1及び第2の離れた開口マスクを順次
通過させる方式、好ましくは該ビームをノズル出口を含
むノズルプレートの面に向け、入口から出口へ向けて直
径の減少したテーパー形状をもつノズルをもつノズルプ
レートを形成する際の開口マスクとして第1のマスクの
開口を円形とし、第2のマスク200の開口202を図
1に示すようにすることがあげられる。つまりマスク2
00は3つの放射状翼204及び中央板206をもつ円
型の開口202である。光がこの形態のマスクを通過し
て放射エネルギーの円錐を生じせしめると図2及び3に
示されるような構造をもつノズルが生じる。ノズル内腔
208は先細り形状の起伏を構成するピン212を支持
する3つの放射状の支持板210をもつ。支持板210
とピン212は横ディメンジョンに、一般にはノズル内
腔でノズル入口214からノズル出口216へ向けて直
径が減少したテーパー形状をもつ。
ネルギービームを向け、それらがノズルプレート上に達
する前に、ビーム収束手段(レンズ)にビームを通過さ
せることを含むインクジェットプリンターのノズルプレ
ートにノズルを形成する方法であって、該収束手段より
前の該ビームが第1及び第2の離れた開口マスクを順次
通過させる方式、好ましくは該ビームをノズル出口を含
むノズルプレートの面に向け、入口から出口へ向けて直
径の減少したテーパー形状をもつノズルをもつノズルプ
レートを形成する際の開口マスクとして第1のマスクの
開口を円形とし、第2のマスク200の開口202を図
1に示すようにすることがあげられる。つまりマスク2
00は3つの放射状翼204及び中央板206をもつ円
型の開口202である。光がこの形態のマスクを通過し
て放射エネルギーの円錐を生じせしめると図2及び3に
示されるような構造をもつノズルが生じる。ノズル内腔
208は先細り形状の起伏を構成するピン212を支持
する3つの放射状の支持板210をもつ。支持板210
とピン212は横ディメンジョンに、一般にはノズル内
腔でノズル入口214からノズル出口216へ向けて直
径が減少したテーパー形状をもつ。
【0008】テーパー状のピン212及び支持板210
はノズル出口の平面まで全体に及んではいない。図2に
示されるようにピン212はノズル出口216に足りず
に終点をもち、ノズル出口平面から離れたノズル出口直
径より小さい中央起伏を形成する。支持板210は同様
に短く摘み込まれており、重要なことは起伏218は矢
印220の液滴射出方向の形成に最も主要な部分であ
る。
はノズル出口の平面まで全体に及んではいない。図2に
示されるようにピン212はノズル出口216に足りず
に終点をもち、ノズル出口平面から離れたノズル出口直
径より小さい中央起伏を形成する。支持板210は同様
に短く摘み込まれており、重要なことは起伏218は矢
印220の液滴射出方向の形成に最も主要な部分であ
る。
【0009】起伏218はインク滴がノズルから発射さ
れるときのインク滴の尾部を制御する重要な機能をな
す。前記した従来技術の破断時の射出された滴に横向き
のキックの問題を図4(e)に示す。
れるときのインク滴の尾部を制御する重要な機能をな
す。前記した従来技術の破断時の射出された滴に横向き
のキックの問題を図4(e)に示す。
【0010】本発明に従えば起伏218は滴尾部を破断
時にノズルの中央に位置するようにしてインクメニスカ
スを制御する。図4の(a)から(d)を参照すればイ
ンクメニスカスはノズルに残っているインク体が尾部に
よって滴に接続し完全な滴が形成されるまで伸びること
がわかる。インクメニスカスの周辺部がノズル内腔へ引
き込まれると、尾部は起伏218上に捕獲される。連続
する伸び及び滴の究極の破断により、ノズルプレートと
の接触による横のキックを滴が受ける危険性が減少す
る。
時にノズルの中央に位置するようにしてインクメニスカ
スを制御する。図4の(a)から(d)を参照すればイ
ンクメニスカスはノズルに残っているインク体が尾部に
よって滴に接続し完全な滴が形成されるまで伸びること
がわかる。インクメニスカスの周辺部がノズル内腔へ引
き込まれると、尾部は起伏218上に捕獲される。連続
する伸び及び滴の究極の破断により、ノズルプレートと
の接触による横のキックを滴が受ける危険性が減少す
る。
【0011】本発明の別の利点は射出された滴の尾部制
御にある。すなわちインクの小さな小滴がノズルプレー
トの前表面に残される可能性を小さくする。滴尾部が破
断時にノズルと接触しているならば少量のインクが射出
滴に尾部によりはね上げられずにノズルプレートの前表
面に残り、そして乾燥するかもしれない。そうした乾燥
したインクがノズルプレート上に蓄積することは滴の配
置誤差及び結果としてノズルの詰まりを起こしうる。
御にある。すなわちインクの小さな小滴がノズルプレー
トの前表面に残される可能性を小さくする。滴尾部が破
断時にノズルと接触しているならば少量のインクが射出
滴に尾部によりはね上げられずにノズルプレートの前表
面に残り、そして乾燥するかもしれない。そうした乾燥
したインクがノズルプレート上に蓄積することは滴の配
置誤差及び結果としてノズルの詰まりを起こしうる。
【0012】本発明によれば滴尾部は破断時に中央に寄
せられるので、尾部によりはね上げられない少量のイン
クは中央起伏上にとどまって次のインクメニスカス前進
運動時にノズル内のインク体と再結合するだろう。別の
効果は、ウェブ210は放射方向のインクの動きを阻止
する有用な機能を提供する。ノズル内でインクメニスカ
スが不要の横振動することはある操作条件下に観察され
ている。ノズルを超えて移動するこれらの波は空気溜り
を捕捉してインク内に気泡の問題を起こす。放射又は横
のインクの動きを阻止することによって本発明は気泡に
よる問題の可能性を小さくする。
せられるので、尾部によりはね上げられない少量のイン
クは中央起伏上にとどまって次のインクメニスカス前進
運動時にノズル内のインク体と再結合するだろう。別の
効果は、ウェブ210は放射方向のインクの動きを阻止
する有用な機能を提供する。ノズル内でインクメニスカ
スが不要の横振動することはある操作条件下に観察され
ている。ノズルを超えて移動するこれらの波は空気溜り
を捕捉してインク内に気泡の問題を起こす。放射又は横
のインクの動きを阻止することによって本発明は気泡に
よる問題の可能性を小さくする。
【0013】ノズル出口からノズル出口の直径以下の距
離を後退させた中央起伏となるピン及び3つの角度をも
って間をあけた支持板について上記した配置は勿論、ノ
ズルのインクメニスカスを制御しうるノズル内腔の構成
の1つの例である。比較的小さな改良では、ウェブの
数、厚み及び角度配置を変えて特定のノズル又はノズル
アレイの性能を最大限にすることができる。投射のジオ
メトリーを変えることにより中央起伏がノズルから後退
する距離を調節してもよい。後退の距離はノズル直径の
約2倍を超えないことが好ましいと考えられる。
離を後退させた中央起伏となるピン及び3つの角度をも
って間をあけた支持板について上記した配置は勿論、ノ
ズルのインクメニスカスを制御しうるノズル内腔の構成
の1つの例である。比較的小さな改良では、ウェブの
数、厚み及び角度配置を変えて特定のノズル又はノズル
アレイの性能を最大限にすることができる。投射のジオ
メトリーを変えることにより中央起伏がノズルから後退
する距離を調節してもよい。後退の距離はノズル直径の
約2倍を超えないことが好ましいと考えられる。
【0014】ノズル内腔にかなり異なる構造を得るさら
に別のノズル製造例を図5及び6を参照しながら記述す
る。適当な方法例えばレーザー切削又はイオンビーム穿
孔を用いて6つの傾斜内腔300をノズルプレート30
2に形成させる。ノズルプレートの入口面304で内腔
300は共通半径上に等間隔である。出口面306で内
腔は癒合してノズル出口308を形成する。これは6つ
のだ円の包絡線である。ノズルプレート本体内で中央起
伏310は支持板の複合体により画定される。こうして
形成されたノズルの操作時、起伏310及び支持板31
2は前記態様の起伏218及び支持板210と同様に機
能する。
に別のノズル製造例を図5及び6を参照しながら記述す
る。適当な方法例えばレーザー切削又はイオンビーム穿
孔を用いて6つの傾斜内腔300をノズルプレート30
2に形成させる。ノズルプレートの入口面304で内腔
300は共通半径上に等間隔である。出口面306で内
腔は癒合してノズル出口308を形成する。これは6つ
のだ円の包絡線である。ノズルプレート本体内で中央起
伏310は支持板の複合体により画定される。こうして
形成されたノズルの操作時、起伏310及び支持板31
2は前記態様の起伏218及び支持板210と同様に機
能する。
【0015】組み合わさったノズル入口の面積はノズル
入口面へ投射された内腔300の合計面積であり、ノズ
ル出口の面積より大きく、テーパーをもつノズルの機能
的必要条件を満たす。しかしそれぞれの内腔は共通出口
よりも小さい入口をもつ。これによりノズル出口を詰ま
らせる程の大きさのインク中の粒子はノズルに入ること
ができない。こうしてこのノズル構造はテーパーをもつ
ノズルと粒子フィルターの特性を合わせもつ。事実、ノ
ズル出口を詰まらせるようなインク中粒子を濾過する特
性を適当なマスク寸法の選択による図2及び3に示され
るようなノズルに付与することもできる。
入口面へ投射された内腔300の合計面積であり、ノズ
ル出口の面積より大きく、テーパーをもつノズルの機能
的必要条件を満たす。しかしそれぞれの内腔は共通出口
よりも小さい入口をもつ。これによりノズル出口を詰ま
らせる程の大きさのインク中の粒子はノズルに入ること
ができない。こうしてこのノズル構造はテーパーをもつ
ノズルと粒子フィルターの特性を合わせもつ。事実、ノ
ズル出口を詰まらせるようなインク中粒子を濾過する特
性を適当なマスク寸法の選択による図2及び3に示され
るようなノズルに付与することもできる。
【0016】上記した多腔ノズルはノズルプレートの角
度と位置を経路間で増加させて、6つの経路に高エネル
ギービームを用いて製造することが可能である。代替法
としては図1の投射マスクの代わりに一連の、例えば共
通半径上に等角度で間をおいた6つの穴をもつ投射マス
クを用いる。当業者にはさらに別の代替法が見つけられ
よう。
度と位置を経路間で増加させて、6つの経路に高エネル
ギービームを用いて製造することが可能である。代替法
としては図1の投射マスクの代わりに一連の、例えば共
通半径上に等角度で間をおいた6つの穴をもつ投射マス
クを用いる。当業者にはさらに別の代替法が見つけられ
よう。
【図1】本発明のノズルを製造する際に用いるマスクの
一例を示す斜視図。
一例を示す斜視図。
【図2】ノズルの一例を示す断面図。
【図3】図2のノズルを示す平面図。
【図4】ノズルからの液滴射出時の状態を示す説明図。
【図5】ノズルの一例を示す平面図。
【図6】図5のノズルの断面図。
【図7】図5のノズルの一例を示す底面図。
200 マスク
202 開口
204 放射状翼
206 中央板
208 ノズル内腔
210 放射状支持板
212 ピン
214 ノズル入口
216 ノズル出口
218 起伏
300 ノズル内腔
302 ノズルプレート
304 入口面
306 出口面
308 ノズル出口
310 中央起伏
312 支持板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平1−222970(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
B41J 2/04 - 2/062
B41J 2/135
Claims (6)
- 【請求項1】 ノズル本体;ノズル本体を通って伸びる
ノズル内腔、及び内腔の中の構造物を含み、該構造物
が、先端がノズル出口より後退して位置する先細り形状
の起伏を軸に垂直な方向の断面の中央位置に軸方向に含
むインクジェットプリンター用ノズル。 - 【請求項2】 該起伏の先端が、実質的にノズル出口の
直径の2倍以下の距離だけインク滴射出の軸線方向にノ
ズル出口から後退して位置する請求項1記載のノズル。 - 【請求項3】 該起伏の先端が、実質的にノズル出口の
直径以下の距離だけインク滴射出の軸方向にノズル出口
から後退して位置する請求項2記載のノズル。 - 【請求項4】 該構造物がさらにノズル内腔内の該起伏
から放射状に外向きに伸びる支持体を含み、該支持体が
インク滴射出の軸方向に起伏から全体に、後退して位置
する請求項1〜3のいずれか1項記載のノズル。 - 【請求項5】 該支持体が1又はそれ以上の放射状に伸
びる支持板からなる請求項4記載のノズル。 - 【請求項6】 該構造物がノズル入口を分離した入口部
分に分割し、それぞれの入口部分の合計面積がノズル出
口の面積より大きい請求項5記載のノズル。
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