JP4780886B2 - 印刷ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、液体から材料を噴射するための装置に関し、より具体的には、その開示が引用によりここに組み入れられるＷＯ−Ａ−９３−１１８６６号において述べられているような形式の方法を使用する装置に関する。上述の特許明細書では、印刷ヘッドにおける粒子の凝集すなわち集中が達成され、例えば印刷目的のために、凝集した粒子が、噴射位置から基板に噴射される。
【０００２】
（背景技術）
アレイプリンタの場合、各々が噴射位置を含む複数のセルを、一つ又はそれ以上の列に配列することができる。本発明は、作動を向上させ、動作可能性が増強される、このような装置の新規な構造に向けられており、この点について、先行の国際公開ＷＯ−Ａ−９７−２７０５８号、ＷＯ−Ａ−９７−２７０５６号、ＷＯ−Ａ−９７−２７０５７号及びＷＯ−Ａ−９８−３２６０９号が引用される。
【０００３】
この先行特許明細書において、一連の分離ランド部の間に複数の隣接するセルが形成されたアレイプリンタが開示されている。各々のセル内には、更に別のランド部が、材料の噴射位置を与える噴射直立部を支持する。例えば、ＷＯ−Ａ−９８−３２６０９の図２に示されるように、側部カバーが各々のセルの上部を横切って延び、上部を閉じる。側部カバーの後ろには、印刷ヘッドへ供給される流体がリザーバ又はマニホールドの形態で保持されており、特定の噴射位置／セルからの噴射の量に応じて、噴射位置に隣接する個々のセルに流入する。
【０００４】
この型のプリンタの噴射機構は、少なくとも部分的に静電式であり、よって噴射位置からの粒子の斥力に部分的に依存しており、電気泳動の機構によって、顔料粒子（例えば顔料インク内の）が噴射が起こっているセルから噴射が起こっていない隣接するセルへと流れ出す傾向を生じることがある。更に別の問題点は、電気泳動の結果として、電界中で帯電した粒子が電極の表面に衝突する傾向があることである。このようなチャネルを通る流れによって生成されるせん断力は、表面から粒子を取り除くように働くことができるが、このせん断力は電気泳動力より大きいことが必要であり、また帯電した粒子は、他の粒子が衝突する前に電界から離れることが必要である。印刷性能を向上させるために、また、長期間印刷ヘッドの信頼性をもたせるために、チャネル内の電気泳動粒子流による望ましくない影響を減少或いは排除することが望ましい。電気泳動力の影響を最小化するために、米国特許５，７５４，１９９号で提示された一つの解決法は、噴射電極に隣接する電極をまず強く駆動し、余分に多いインク粒子を電気泳動法により噴射電極に向かうように強制するというものである。この方法の目的は、駆動信号が噴射電極に用いられるときインク粒子が活性電極から移動するという事実を、あらかじめ補償することである。この提案された手法は、印刷速度を制限するものとなる。
【０００５】
（発明の開示）
本発明によれば、使用中に、開放端におけるそれぞれの噴射装置へ又はそれぞれの噴射装置から液体が流れる複数のチャネルを含み、各々のチャネルが、２つの協働するチャネルの一つとなっており、その一方がそれぞれの噴射位置に液体を供給し、他方が同じ噴射位置から使用後の液体を取り除き、よって該チャネルが共通の開放端を有するものであり、各々の噴射位置に配置され、使用中に電界を生成して前記液体から材料の噴射を生じさせる噴射電極と、使用中に噴射電極に電圧を供給するための、各々の噴射電極への導電性経路と、を含む印刷ヘッドを備え、複数の噴射位置において液体から材料を噴射するための噴射装置であって、チャネルが互いに隔離され、導電性経路のほぼ全長にわたって該導電性経路と分離されることを特徴とする装置が提供される。
【０００６】
ＷＯ９７／２７０５８で開示された印刷ヘッドの設計において、インクチャネルは、その長さの大部分にわたって互いに連通することが可能である。また、この設計によると、電極は、チャネル内の全インク経路にわたって、インクと連通する。この構造の結果、電気泳動力がインク粒子に働き、該インク粒子を電極に向けて駆動することになる。もし十分に高い流体流速を用いることができれば、せん断力は十分に高くなり、粒子が電極構造上に蓄積し始めるのを防ぐことができる。しかしながら、そのような高い流体流速を用いることは実際的ではない。チャネルが互いに隔離され、導電性経路がチャネルのほぼ全長にわたって該チャネルから分離されている状態を確保することによって、電気泳動力が減少し、よって粒子が電極上に蓄積するのを防ぐために必要とされるせん断力がより低くなるという点で、本発明はより良い解決法を提供する。必要とされるせん断力が低くなるので、流れの速度を減少させることが可能である。本発明はまた、上述したように、印刷速度を制限することになる複雑な駆動信号を必要とすることなく、米国特許第５，７５４，１９９号の目的も達成するものである。
【０００７】
この構造によって、噴射位置にごく近い部分を除いて、導電性経路をチャネルから隔離させることができ、そのように隔離させることは、さもなくば噴射位置への材料の流れを減少させるように作用するチャネル壁上への粒子の蓄積を引き起こすことになる電気泳動の悪影響を減少させ又は防ぐように働く。
【０００８】
各々のチャネルが、一対の協働するチャネルの一つとなっており、その一方がそれぞれの噴射位置へ液体を供給し、他方は同じ噴射位置から使用後の液体を取り除くものとなり、したがって、各々の対は、共通の開放端を有することが好ましい。各々の対のチャネルは、互いに角度をなして配置された縦軸を有することができ、液体は噴射位置に運ばれ、かつ両側で噴射位置から取り除かれるようになり、導電性経路はチャネルの軸を二分する中心軸にほぼ沿って設けられる。噴射位置を形成する構成要素から分離した一対の角柱体の縁に沿って、チャネルを形成することができる。
【０００９】
個々のチャネルを複数の壁によって互いに分離することが好ましく、その長さの大部分にわたってチャネルの上部を閉じることによって、好ましくは一対の側部カバーを用いることによって、個々のチャネルを隔離させることができ、各々のカバーは、それぞれの側で全てのチャネルに共通するものとなり、壁と係合する。
チャネルの開放端において、ランド部は噴射位置を互いに分離する。突起部により噴射位置を形成することが好ましく、該突起部はまた、個々の噴射位置を互いに分離するランド部の間で該ランド部によって形成され、噴射位置形成ランド部の突起部は幅が小さく、かつ各々の側面の噴射位置分離ランド部の間に液体流のための通路を定める。噴射位置形成ランド部を噴射位置分離ランド部から分離するために、少なくとも該噴射位置形成ランド部の長さの大部分にわたって、その側面にスペーサを設けることができ、セパレータは、突起部形成ランド部、チャネル分離ランド部、又はその両方と一体に形成される。ランド部及びセパレータは、チャネルを形成する角柱体の間に配置された構成要素によって形成されることが好ましい。
【００１０】
この構造により、上述した従来の設計と比較して、各々のチャネルの長さを増加させることができ、個々のチャネルを閉じる側部カバーを設けることによって、チャネルの間の流体の分離がなされる。
噴射電極に導電性経路を供給するために、セパレータをメタライズすることが好ましい。
使用中、ほぼ全長にわたって液体と接触しないように、各々の導電性経路を配置することが好ましい。使用中、対応する噴射位置の領域においてのみ液体と接触するように、各々の導電性経路を配置することができる。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明による装置の一つの例を、添付の図面を参照して説明する。
図１及び図２は、印刷ヘッド１の個々のセル２の構造を示しており、個々のセル２は、分離ランド部３によって分離され、各々のセルは、対応するランド部５の端部に形成された突起部４に定められる噴射位置を含み、該ランド部５は、各側に位置するセル形成すなわち噴射位置／セル分離ランド部３の間のほぼ中央に配置されている。
【００１２】
セル分離及び突起部形成ランド部３、５の表面を選択的にメタライズすることによって、噴射電極７が形成される。各々の突起部支持ランド部５は、スペーサ６（斜視図のため、図１及び図２の各々のセル２においては、一つだけが見られる）によって隣接するセル分離ランド部から分離され、各々のスペーサの表面は同様にメタライズされ、印刷ヘッドの後部（図３において最もよく見られる）からそれぞれの噴射電極７への導電性経路すなわちトラック１２を形成する。
【００１３】
図１及び図２に明瞭に見られるように、各々のセルの前面において、ランド部５は急角度に先細りになり、先端において噴射位置の突起部４を支持し、セル分離ランド部３は、図示されるように、よりゆるやかな角度で先細りになっている。
図４に最もよく見られるように、それぞれセル２から液体を供給及び除去し、部分的にセル２を定める液体供給及び除去チャネル１１が、印刷ヘッドの端部から見るとほぼ三角形の形状の支持体９上に互いに一体に形成された壁８の間に設けられる。壁８は、該壁の全長にわたってチャネル１１を定めるために、セル分離ランド部５と位置合わせして配置される。図５は、壁８の間に形成されたチャネルを閉じる側部カバーを示す。
【００１４】
噴射位置を定める突起部４の精密な形態は、その用途、印刷ヘッドが使用される予定になっている意図された液体、作動条件などによって決まる。図に示される例において、突起部４は、単純な三角形の形状すなわちランド部５の先端に形成された直立部であるが、厚さは薄い方である。図に示される例では、ランド部３、５、直立部４、スペーサ６、翼部８、及び側部カバー１０は、セラミック材料から形成される。
流れチャネル１１から十分に分離された、印刷ヘッドの中心に沿った導電性トラックすなわち経路１２（図３を参照のこと）を設けることによって、該チャネルは、ほぼ全長にわたって導電性経路１２から分離され、導電性経路とチャネルは、噴射位置すなわち導電性経路１２が電極７を構成するようになる場所においてのみ互いに接触することが理解されるであろう。
【００１５】
噴射電極領域の各々の側において、１００μｍの幅で、長さが１０ｍｍのチャネルを有する印刷ヘッドでは、インクの流速は、該チャンネルの中央において典型的には０．０１ｍｓ^-1である。噴射の電圧パルスがおよそ１０００Ｖであるとき、あるチャネルが、平均して、その近隣のチャンネルよりもはるかに頻繁に駆動されると、噴射電極の間で、インク内に典型的には５×１０⁴Ｖｍ^-1の電気泳動電界が生じる。粒子に働く電気泳動力の典型的な値は１０^-13Ｎであり、電気泳動速度はおよそ１０^-5ｍｓ^-1になる。チャネルを通るインクの流れは、粒子に５×１０^-13Ｎのせん断力を生じさせる。これは電気泳動力よりかなり大きいので、チャネルの壁にぶつかるいかなる粒子も、流れによってチャネル沿いに押し流されることになる。このことにより、結果としてチャネルの壁に最も近い粒子が各々の電極の最初の２０μｍを約０．１秒で通過することになる。このことの意義は、静電スクリーニングのために、粒子がその領域においておよそ２秒毎に一つの層の割合で電極上に押し付けられる結果として、電極上への粒子の堆積が起こる傾向が生じるのは、最初の２０μｍ以内であるということである。チャネルの壁に最も近い粒子は、粒子の別の層が堆積する前に、電極の最初の２０μｍを過ぎて押し流されることになるために、そのような粒子の堆積は排除される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェット式印刷ヘッドの部分を前方及び一方の側から見た斜視図である。
【図２】 同様に前方からの拡大斜視図である。
【図３】 印刷ヘッドを通る縦方向の断面図である。
【図４】 各々の側面に取り付けられた支持体を示す印刷ヘッドの斜視図である。
【図５】 各々の支持体に取り付けられた側部カバーを示す更に別の斜視図である。
【符号の説明】
１ 印刷ヘッド
３、５ ランド部
４ 突起部
６ スペーサ
７ 噴射電極
８ 壁
９ 支持体
１１ チャネル

Claims (11)

1. 複数の噴射位置において支持液体から凝集した粒子材料を噴射する噴射装置であって、
   該噴射装置が、複数のチャネルを有する印刷ヘッドを具備し、
   該複数のチャネルの各々を介して液体が該チャネルの開放端における対応する噴射位置に又は該噴射位置から流れるようになっており、
   該複数のチャネルの各々が２つの協働するチャネルのうちの一方のチャネルであり、該２つの協働するチャネルのうちの一方のチャネルが対応する噴射位置に液体を供給し、該２つの協働するチャネルのうちの他方のチャネルが同一の噴射位置から使用後の液体を取り除くものであり、該２つの協働するチャネルが共通の開放端を有しており、
   前記印刷ヘッドが、さらに、
   各噴射位置に配置され、使用中に電界を生成して前記液体から前記凝集した粒子材料の噴射を引き起こす噴射電極と、
   使用中に前記噴射電極に電圧を供給する各噴射電極への導電性経路と、
   を有し、
   前記チャネルが、互いに隔離され、前記導電性経路により構成された前記噴射電極を除く部分において該導電性経路から分離されている、ことを特徴とする噴射装置。
2. 前記チャネルが互いに角度をなして配置された縦軸を有することによって、液体が、前記噴射位置に運ばれ、該噴射位置の両側で該噴射位置から取り除かれるようになっており、
   前記導電性経路が前記チャネルの前記軸に交差する中心軸に沿って設けられている、請求項１に記載の噴射装置。
3. 前記チャネルが、前記噴射位置を形成する構成要素と分離した一対の角柱体の縁に沿って形成された請求項２に記載の噴射装置。
4. 前記個々のチャネルが、複数の壁によって互いに分離されており、該個々のチャネルの隔離が、該チャネルの上部を閉じることによって達成された請求項１に記載の噴射装置。
5. 前記個々のチャネルが、一対の側部カバーにより閉じられ、前記側部カバーの各々は、それぞれの側面で全てのチャネルに共通で、前記壁と係合している請求項４に記載の噴射装置。
6. 前記チャネルの開放端において噴射位置分離ランド部が前記噴射位置を互いに分離する請求項４又は請求項５に記載の噴射装置。
7. 突起部が、個々の噴射位置を互いに分離する前記噴射位置分離ランド部の間にある噴射位置形成ランド部によって定められ、前記噴射位置形成ランド部の突起部は、個々の噴射位置を互いに分離する前記噴射位置分離ランド部よりも幅が小さく、各々の側に前記噴射位置分離ランド部の間に液体流のための通路を定めている請求項６に記載の噴射装置。
8. 前記噴射位置形成ランド部を前記噴射位置分離ランド部と分離するために、該噴射位置形成ランド部の側面にスペーサが設けられ、
   該スペーサが、前記噴射位置形成ランド部、前記噴射位置分離ランド部、又はこれら両方と一体に形成される請求項７に記載の噴射装置。
9. 前記ランド部及びセパレータが、前記チャネルを形成する角柱体の間に配置された構成要素によって形成される請求項７に記載の噴射装置。
10. 前記セパレータがメタライズされ、前記噴射電極に前記導電性経路を提供する請求項９に記載の噴射装置。
11. 各々の導電性経路が、使用中、対応する噴射位置の領域においてのみ前記液体と接触するように配置された請求項１から請求項１０のいずれかに記載の噴射装置。

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