JP4342995B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

本発明は、複数の圧力チャンバーを有するインクジェットプリントヘッドに関し、この圧力チャンバーのそれぞれは、一方では、インク供給通路を介して、一般的なインクリザーバーに流体接続しており、他方では、ノズルに接続している。このインクジェットプリントヘッドでは、作動装置が、インクを含有する上記の圧力チャンバーを加圧すべく、このチャンバーのそれぞれに設けられており、印刷信号に従って、ノズルを介してインク液滴を排出する。

特許文献１は、上述のタイプのドロップオンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型インクジェットプリントヘッドを開示しており、この中で、画像の複数のピクセル線が同時に印刷可能なように、ノズルが２つの平行な線形アレイに配置されている。両方のアレイのノゾルに関連付けられた圧力チャンバーは、細長いインクチャネルとして構成され、これは、一般的な基板の反対表面に形成され、且つ、互いに平行に延びている。このインクチャネルの下流の端部は、関連するノズルにそれぞれ収束し、一方で、両方のアレイのインクチャネルの上流端部は、それぞれ個々のインク供給経路を介して一般的なインクリザーバーへと接続されている。作動装置は、インクチャネルのそれぞれに沿って配置されている圧電性要素により形成されている。液滴が特定のノズルから放出されると、関連する作動装置は、上記の圧電性要素が最初に収縮し、インクがインク供給通路を介して排出されるように励起され、且つ、インクチャネルに含有している液体インクが加圧され、かつ、圧力音波がノズルに向かって伝播するように、圧電性要素は浪費される。

この種のプリントヘッドに発生する問題は、種々のノズル間のクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）の発生である。このクロストーク現象の主要な理由は、音波が圧電性作動装置の固形材料及びインクチャネルが形成されている一般的な基板に伝播することである。本技術分野にて知られているように、この種のクロストークは、例えば、基板及びインクチャネルに関して適切なデザインを選択したり、圧電性作動装置のために適切な支持構造を設けることにより抑制可能である。

クロストークのその他の根源は、インク供給系において、液体インクを介した音波の伝播である可能性もある。この種のクロストークを回避すべく、特許文献２では、圧力チャンバーを一般的なインクリザーバーに接続するインク供給通路が、音響上適合されたインレットフィルター、インレットポート及びインレットチャネルのセットを備えたプリントヘッドを提案しており、音響上の適合性により、種々の圧力チャンバーからインクリザーバーへの音波の伝播を阻止すべくデザインされている。この文献に述べられているプリントヘッドでは、インクリザーバーは、適合した壁により一つの側面上に取り付けられた閉鎖チャンバーにより形成されており。この適合した壁の目的は、インクの流動の安定性が確立されるまで、プリントヘッドの「開始」中、インクリザーバーにおける圧力変動をさらに最小限に抑えることである。
欧州特許出願第Ａ１０２２１４０号明細書 欧州特許出願第Ａ０７２６１５１号明細書

しかしながら見出されてきたのは、上述したタイプのインクジェットプリンターにより得られる印刷画像は、特定の条件下において、画質を低下させる種々の望ましくないアーティファクトをいまだ示す可能性があるということである。

従って、本発明の目的は、向上した画質を供する多重型ノズルのインクジェットプリントヘッドを供することである。

本発明によると、この目的は、導入部にて示したタイプのインクジェットプリントヘッドにより達成され、このプリントヘッドは、インク供給通路の音波送信及び反射特性を制御すべく配置された音波減衰器を備えていることで特徴付けられる。

本願発明者が発見したのは、上述のアーティファクトが先行技術において今だに解決されていない新規のタイプのクロストーク現象を追跡可能であることであり、以下の通り説明可能である：理想的には、圧力チャンバーをインクリザーバーに接続し、従ってアレイのその他の圧力チャンバーに接続しているインク供給通路は、インクリザーバーに向かう音波が位相反転によりほぼ完全に反射されるように、圧力チャンバーの開口端部と同様に振舞うべきである。その結果、例えば、圧電性作動装置が吸入工程及びインクリザーバーに対する負の圧力波伝播を行う場合、この圧力波は、反射され、ノズルに向かった正の圧力波の伝播として戻ることになる。この正の圧力波は、その後、さらに作動装置が圧縮工程を行う場合、促進される。

常套的なプリントヘッドでは、インク供給通路は、つまり、音響的に適合され、この要件を満たすべく構成されている。結果として、インク供給通路における音波の実用上の完全反射ゆえ、これらの波は、さらにインクリザーバー及び他の圧力チャンバーに伝播することを阻止されるべきである。しかしながら、構造的な制約ゆえ、インク供給通路は、限定された断面領域のみを有することが可能である。この制約された断面にもかかわらず、インク供給通路は、所望するように、単一の作動装置のみが励起される場合、開口端部として機能するであろう。しかしながら、複数の隣り合う作動装置が、印刷されるべき画像情報に従って同時に励起されると、種々の圧力チャンバーのインク供給通路がインクリザーバーに結合的に接続されている限定された領域は圧力チャンバーへのインクの流入に関してボトルネックを形成するであろう。結果として、このインク供給通路は、もはや理想的な開口端部として機能できなくなり、インクリザーバーに向かって伝播する音波は、部分的にのみ反射されることになり、且つ、音響エネルギーの一部は、インクリザーバー及び他の圧力チャンバーへと送信され、クロストークを起こすようになるであろう。

本発明によると、この場合において、インクに関して要求が増加するにもかかわらず、インク供給通路がほぼ理想的な開口端部としていまだ機能するように、音波減衰器は、インク供給通路の反射及び送信挙動を制御すべく設定されている。この方式において、画質を向上させるように、印刷されるピクセルのパターンにかかわらず、音波は、インクリザーバーへの進入及びクロストークの発生を阻止されてもよい。

本発明は、一つのアレイにおいてインクリザーバーから種々の圧力チャンバーに至るインク供給通路が、複数のインクチャンバーがインクリザーバーに通常接続されていることを介する限定されたインレット通路又はマニホールドを有しているプリントヘッドデザインの場合に特に有用である。従って、インクに関する増加した要求に起因して、この通路にて発生され、且つ、隣り合う圧力チャンバー及びインクリザーバーへも伝播する音波を減衰すべく、音波減衰器が設定される。このインレット通路における圧力変動を抑制することにより、インク供給通路は、すべて開口端部のように挙動することがすべて可能となり、且つ、アレイ間のクロストーク、つまり、同じアレイに属する圧力チャンバー間のクロストークは、より信頼性高く阻止可能である。

加えて、少なくとも二つのノズルアレイの圧力チャンバーが同じインクリザーバーに取り付けられている多重的アレイのプリントヘッドの場合、本発明は、アレイ間のクロストーク、つまり、異なるアレイ間のクロストーク、を首尾よく抑制することが可能である。例えば、大気圧に保持され、一定のレベルに融解インクが充填されたインクリザーバーが圧力チャンバー上に配置され、且つ、個々のインレット通路を介して各アレイの圧力チャンバーに取り付けられている熱溶融型プリントヘッドの場合に、かかるアレイ間のクロストークが起こる可能性がある。インレット通路における圧力変動は、減衰されず、従って、圧力波は、インクが大量に要求されているインレット通路の一つからインクリザーバーへと伝播し、且つ、その結果、インクリザーバーにおける液体／空気メニスカスにて反射され、且つ、他のアレイのインレット通路へと伝播し、ここでは、クロストークが発生するであろう。

本発明に従った音波減衰器のおかげで、クロストーク現象は、首尾よく抑制可能である。

本発明の有益な細部は、従属請求項に示されている。

好適実施例において、音波減衰器は、流動体供給通路のそれぞれの設けられた適合要素により形成されている。好ましくは、この適合要素は、同じアレイの流動体供給通路の一般的な部分を形成するインレット通路に設けられている。

この適合要素は、例えば、インク供給通路の壁の一部を規定する柔軟性シートにより形成されていてもよく、液体インクの圧力の変化に反応して屈折可能であり、これにより、圧力変動を減衰する。

繁用されているプリントヘッドのデザインにおいて、圧力チャンバーは、一般的な柔軟性シートにより覆われている平行なインクチャネルのアレイにより形成され、且つ、作動装置は、種々のインクチャネルを覆っている柔軟性シートの一部を屈曲すべく設定された電気機械的作動装置として形成されている。その結果、一部が作動装置に強固に取り付けられていない同様な柔軟性シートの十分に大きな部分は、本発明に従って音波減衰器として機能してもよい。この方式において、本発明は、常套的なプリントヘッドデザインでの軽微な変更として認識されてもよい。負の圧力波を吸収すべく作動装置から屈曲されるのみならず、正の圧力波を吸収すべく作動装置に向かって屈曲可能なように、この減衰器の適合要素として機能する柔軟性シートの一部分は、一定の程度で作動装置の表面から持ち上げられているバルジ（ｂｕｌｇｅ）を備えていてもよい。

添付した図面と組み合わせて、本発明の好適実施例を述べる。

図１は、熱溶融型インクジェットプリントヘッドの主要部品を示しており、対称的な構造も有し、例えばグラファイト製であり、その上部で上方に開口するインクリザーバーを規定する基材１０を備えている。下部部分では、基材１０は、その一部のみ図１で示されている反対側表面を有するチャネルプレート１４として構成されている。これらの側表面のそれぞれは、図１にて概略的にのみ示されている平行なインクチャネル１８のアレイ１６にて形成されている。インクチャネル１８は、チャネルプレート１４の表面にて切断され、その下端部は、インク液滴が放出されるノズル２０を形成するように、収束されている。この方式において、ノズル２０の線形のアレイは、チャネルプレート１４のいずれかの側面上に形成されている。チャネルプレート１４上の両側面上のインクチャネル１８及びノズル２０のアレイ１６の対称的な配置は、図２において見ることができる。インクチャネル１８のアレイ１６のそれぞれは、個々のインクチャネル１８から分離したチャネルプレート１４の隆起部に結合されている柔軟性シート２２により覆われている。従って、インクチャネル１８のすべて及びノズル２０の外側に開口した向かい合う側面は、シート２２により閉鎖されている。

アクチュエーターブロック２４は、各シート２２の外部表面に結合されている。アクチュエーターブロック２４は、圧電性セラミック材料製であり、複数の平行かつ垂直に延びる圧電性フィンガー２６（作動装置）を形成する櫛様構造を有し、かつ、各フィンガー２６に関連付けられた電極（図示せず）にて設けられている。柔軟性リードホイル２８は、アクチュエーターブロック２４のそれぞれの外部表面に結合されており、かつ、圧電性フィンガー２６を個々に励起すべく、電気リードにて形成されている。

アクチュエーターブロック２４は、チャネルプレート１４の下端部上に適合され、シート２２の下端部及びチャネルプレート１４の下端部表面に結合されたキャップ３０により防御される。

図２では、アクチュエーターブロック２４の圧電性フィンガー２６の断面を示している。これら圧電性フィンガー２６は、柔軟性シート２２に向かって指向しており、それぞれは、インクチャネル１８の一つを覆っているシートの一部分を係合している。各アレイ１６のインクチャネル１８の上端部は、傾斜したインレット通路３２を介して、インクリザーバー１２に取り付けられている。インクリザーバー１２の底部平面におけるインレット通路３２の上端部は、インクチャネル１８に進入しノズル２０を詰まらせる固体粒子を防御するフィルター要素３４により覆われていてもよい。

図１に示すように、他の（コアーサー；ｃｏａｒｓｅｒ）フィルター要素を収納するためのレセプタクル３６は、インクリザーバー１２の壁にて定義されている。図面には示していないが、インクリザーバー１２は、同じ液体状態を保持すべく、熱溶融型インクを加熱するための加熱要素をさらに収納している。インクリザーバー１２における液体インクのメニスカスは、図２では、３８にて示されている。

プリントヘッドが制御される際、圧電性フィンガー２６が関連するインクチャネル１８に向かったり離れたりする膨張・収縮工程を行うべく、かつ、インクチャネルを覆うシート２２が工程されるように、リードホイル２８を介して個々の圧電性フィンガー２６に電気信号が供給され、インクチャネル１８に含まれる液体インクが加圧され、インク液滴が、ノズル２０を介して排出される。従って、インクチャネル１８は、インクを加圧するための圧力チャンバーとして機能する。より詳細には、インク液滴が排出される際、関連した圧電性フィンガー２６は、インクがインレット通路３２を介して吸入されるように、第一に収縮される。

図１に示すように、インク通路３２は、インクチャネルに対して側方的に延び、かつ、その断面は、インクチャネル１８の断面よりも有意に大きい。従って、負の圧力波は、インクチャネル１８からインレット通路３２に向かって液体インク内を伝播し、インクチャネルとインレット通路との変わり目は、音波がほぼ完全に位相変化にて反射される開口端部と同様に機能する。結果として、正の圧力波は、インクチャネル１８を介してノズル２０へと伝播する。適切なタイミングにおいて、圧電性フィンガー２６は、正の圧力波を生じるように、再び膨張される。インレット通路３２にて実質的な圧力変動を生じることがないよう、インレット通路３２に伝播する正の圧力波は、上記の変わり目にて反射される。

しかしながら、複数の隣り合うインクチャネル１８が同時に励起されるさい、インレット通路３２の関連する部分におけるインクの要求は、インクの流動がインレット通路３２の制限された断面により制限されるとともに増大してくる可能性がある。結果として、インクチャネル１８とインク通路３２との変わり目は、もはや理想的な開口端部として機能しなくなり、インクチャネル１８から到着する音波は、もはや完全に反射されなくなってしまうが、インレット通路３２を介してインクリザーバー１２へと部分的に送信される。インクリザーバー１２の底部壁の中央に形成されたリッジ４０（図２）は、一つのインレット通路３２から他のインレット通路へと送信される波の直接の伝播を阻止する。しかしながら、インクリザーバー１２内の液体インクを介して伝播する圧力波は、メニスカス３８にて反射され、その結果、図２の破線にて示したように、他のインレット通路３２へと進入する可能性がある。対向措置を取ることがない場合、一つのインレット通路３２から他のインレット通路への音波の伝播は、アレイ間のクロストークを惹起する可能性がある。

この種のクロストークを阻止すべく、本発明は、二つのアレイ１６のインクリザーバー１２をインクチャネル１８に接続するインク供給通路の音波送信特性及音波反射特性を制御するための音波減衰器を供している。本実施例において、図３に示すように、かかる減衰器４２は、インレット通路３２の下流端部及びインクチャネル１８の上部（上流）端部の一部を閉鎖する柔軟性シート２２の一部により形成される。この部分において、シート２２は、圧電性フィンガー２６に強固に取り付けられていないが、変わって、若干インレット通路３２へと指向し且つインレット通路３２の至るところのインクチャネル１８の側方へと延びている小型バルジ４４を形成している。従って、バルジ４４において、シート２２は、インレット通路３２の内部及び外部に自由に動くように、若干のギャップにより圧電性フィンガー２６から分離されている。シート２２の残りは、バルジ４４の近傍にて妨害される、接着剤層４６により圧電性フィンガー２６に結合されている。接着剤４８の若干のストリップのみは、アクチュエーターブロック２４の最上端部に適用されている。従って、インレット通路３２にて生じる可能性のある種々の圧力波は、減衰器３２を形成するシート２２の一部分の屈曲運動により減衰可能である。シートのこの部分は、適合要素として機能し、この適合要素は、インレット通路３２における種々の圧力変動を一定（ｓｍｏｏｔｈｅｎ）にし、且つ、インレット通路３２にインクの要求が増加した場合であっても、インクチャネル１８とインレット通路３２との変わり目がインクにおける音波の完全な反射と伴った、開口端部として常に機能することを確実にしている。結果として、インレット通路３２を介して、インクリザーバー１２及び他のアレイのインク通路３２へと音波が伝播することはなく、且つ、アレイ間のクロストークは消失される。同様に、減衰器４２は、同じアレイにおける隣り合うインク通路間でのクロストークを減弱すべく補助する。

改変された実施例において、インクチャネル１８のみを覆いインレット通路３２の端部を覆わないように、アクチュエーターブロック２４の長さを縮小してもよい。この結果、シート２２は、インク通路３２の下流端部を自由に覆い、かつ、従って、適合要素として自由に機能する。

さらに別の実施例において、インク供給通路３２の下流端部は、頑強な部材により閉鎖されていてもよく、音波減衰器４２は、インレット通路３２に隣り合ったインクチャネル１８の上端部に形成されてもよい。また、音波減衰器４２は、他の手段により形成されてもよく、例えば、インレット通路３２に配置されるか近接したスポンジ様材料の断片により、インレット通路３２の空気泡を捕獲するために形成されたトラップ及びこれらに類似する手段により形成されてもよい。

本発明に従ったインクジェットプリントヘッドに関する、部分的に切り離された、分解投射図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図２に示す断面図を拡大した細部である。

符号の説明

１０ 基材
１２ インクリザーバー
１４ チャネルプレート
１６ アレイ
１８ インクチャネル
２０ ノズル
２２ 柔軟性シート
２４ アクチュエーターブロック
２６ 圧電性フィンガー
２８ 柔軟性リードホイル
３０ キャップ
３２ インレット通路
３４ フィルター要素
３６ レセプタクル
３８ メニスカス
４０ リッジ
４２ 音波減衰器
４４ バルジ
４６ 接着剤層
４８ 接着剤
ＩＩ 線

Claims (4)

1. 一方ではインク供給通路を介して一般的なインクリザーバーに、他方では、ノズルに、流体接続された複数の圧力チャンバーとして機能するインクチャネルを有するインクジェットプリントヘッドであって：
   印刷信号に従って前記ノズルを介してインク液滴を排出するように、作動装置が、含有するインクを加圧するように、当該各インクチャネルに設けられ、
   前記各インクチャネルは、その一つの端部にて、対応するノズルにそれぞれ接続され、且つ、他の端部にて、前記インクリザーバーにそれぞれ接続された、平行なインクチャネルの少なくとも一つのアレイを形成し、
   前記インクチャネルに関する前記インク供給通路は、前記インクリザーバーに接続され、前記インクチャネルの横方向に延び、且つ、内部接続しているインレット通路を備え、
   当該プリントヘッドは、前記インク供給通路の音響反射特性及び送信特性を調節するように配置された音波減衰器を有し、
   前記作動装置は、前記インクチャネルを覆う柔軟性シートを屈曲する、前記インクチャネルに沿って配置された電気機械的作動装置であり、
   前記音波減衰器は、前記インク供給通路における圧力変動に反応して、前記作動装置に相対して屈曲することを許容される前記シートの一部により形成され、且つ
   前記音波減衰器を形成する前記シートの前記一部は、前記作動装置から分離されて、前記インクチャネルの側方に延びているバルジとしている、
   ことを特徴とするプリントヘッド。
2. 前記柔軟性シートは、前記インク供給通路の壁を規定する適合シートであることを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
3. 圧力チャンバー及びノズルの少なくとも２つの平行な線形のアレイを備え、
   該２つのアレイの前記圧力チャンバーは、同じ前記インクリザーバーに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリントヘッド。
4. 前記減衰器を形成する前記シートの前記一部は、前記インレット通路の下流端部を閉鎖すべく配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプリントヘッド。

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