JP6316172B2 - インクジェット印字ヘッドにおける高実装密度の単一ジェット流体設計 - Google Patents

Description

典型的に、インクジェット印字ヘッドは、「ジェット積層体」を含み、該ジェット積層体はプレートの積層体を含み、該積層体は、インク溜めからノズルまたはジェットのアレイまで延在するインク経路のマニホールドおよびチャンバを形成する。インクは、インク溜めからジェット積層体へ流入し、インク経路を介して、（インクをジェット積層体から選択的に吐出するノズルまたはジェットのアレイを含む）最終プレートへ経路付けされる。信号は、各ジェットに隣接して配設された圧力チャンバまたは本体チャンバ上で動作するトランスデューサのアレイを駆動する。トランスデューサが信号を受信してインクを噴射させると、インクは、本体チャンバから、ジェットを介して印刷表面へ押し出される。

より高解像度の画像やスループットの向上が望まれる中で、ジェットの極めて高い実装密度へのニーズが高まっている。「実装密度」とは、所定のスペース内に存在するジェットの数である。ジェットごとのスペース要件によってそのスペース内に取り付けられるジェットの数が制限される。典型的に、既存の印字ヘッドの設計は直列流路を有している。流体は、第１の個別の流体素子を介して本体チャンバへ入り、その後、対応する単一ジェット開口に連通する第２の個別の流体素子を介して、本体チャンバから流出する。これらの流体素子の各々は、ジェット積層体に対応付けられる所定量の不動領域（リアルステート）を使用するが、互いからある距離だけ間隔をとって配置される必要がある。これによって、所与のジェット積層体のスペース内に実装されうる単一ジェットの数が制限されるという影響が生じた。

インクジェットのジェット積層体を示す側面図である。 直列フロー単一ジェットを示す平面図である。 並列フロー単一ジェットを示す平面図である。 直列の単一ジェット構造の３次元表示である。 並列の単一ジェット構造の３次元表示である。 直列フロー単一ジェットのアレイを示す図である。 並列フロー単一ジェットのアレイを示す図である。

図１は、ジェット積層体内の単一ジェット１０の一実施例を示す図である。この実施例において、ジェット積層体は、ジェット積層体の実際の構成が変化し得るだけでなくトランスデューサの種類や構造などの特定の構成要素が変動し得ることを前提として、特定の数および構成のプレートを含む。また、本明細書中で説明されている特定の流体はインクジェットプリンタ内のインクであるが、本発明の実施形態は他のタイプの流体送出素子にも適用可能である。典型的に、ジェット積層体は、各々が対応する入口、本体チャンバ、および出口を有するジェットのアレイを含む。これらのジェットは本明細書中でジェット（噴射）または噴射素子と呼ばれる個々の素子である。本明細書における用語「ジェット」は、入口および出口ポート、本体チャンバ、および最終的にノズルまたは開口を含む、インクを方向付ける全ての素子を含む。

図１の実施例において、ジェット素子は、入口ポート１６からスタートし、入口チャネル１８、圧力チャンバ入口ポート２０を経て、圧力チャンバまたは本体チャンバ２２へ至るインク経路から成る。インクは圧力チャンバから出口ポート２４を経て出口チャネル２８へ流れる。このインクはノズル１４を通って最終的にジェット積層体から吐出される。トランスデューサ３２はトランスデューサドライバ３６からトランスデューザ素子３４へ送信される信号に応答して作動する。この特定の実施例において、トランスデューサは信号に応答して変形し、まず、圧力チャンバから離れる方向に変形して、インクをチャンバ内へ引き込む。その後、トランスデューサは圧力チャンバへ向かってインクを押圧してチャンバ内のインクをノズルへ向けて押し出す。図１に示したチャネル、ポート、およびチャンバは、ダイヤフラムプレート４０、圧力チャンバプレート４２、チャネルプレート４６、出口プレート５４、およびノズルプレート５６などの一連のプレートから形成される。

図１の実施例によって分かるように、本体チャンバまたは圧力チャンバへ流入するインクの入口とノズルへ流れる出口は２つの個別の素子である。図２は、既存の実装におけるジェット積層体のジェット１０の素子のアレイの一部を示す平面図である。入口１８は、本体チャンバ内に連通しているポート２０内へインクを供給する。出口２８は、ジェットの独立したエリア内にある。図２に示した素子は、ジェット積層体の内側にあり、これは、図ではジェット積層体のノズルプレート側にあたる。

図３は、本体チャンバに連通する入口ポートと出口ポートとが同じチャネルを使用する構造を有するジェット６０を示している。本体チャンバは、インクを本体チャンバ内へ供給するインク入口６２を有している。入口ポート６４は入口と同じ出口を使用する。これによりジェット素子ごとにジェット積層体が必要とするスペースを縮小し、これによって、より高い実装密度を可能とする。これは、図４および５に示したように、３次元表示でより明確に示される。

図４は、図１の例えばジェット素子１０を３次元表示している。インク入口１８はインク溜めから入口ポート２０を介して本体チャンバ２２へインクを供給する。インク出口チャネル２８は、出口開口またはノズル１４までインクを経路付けする。この特定の実施形態において、インク入口経路とインク出口経路は互いに直交している。これらは必ずしもこの形態で配置されなくてもよいが、これら２つの経路は一般に互いに離間して配置される。入口ポートと出口ポートとを分離した素子として存在させれば、よりスペースのあるジェット素子が得られる。

これに対して、図５は、本体チャンバを出入りする入口経路および出口経路に対して同じ流体素子を使用するジェット素子を示している。トランスデューサが作動してインクを本体チャンバ内へ引き込む際、インク入口経路６２は入口ポート６４を介して本体チャンバ６６へインクを供給する。この動作によってインクがノズル７０から噴射される際、ポート６４は、出力チャネル６８からノズル７０へインクを送出する出力ポートとなる。

図６および７は、各ジェットの異なる構造によって、同量のスペースに取り付けることが可能なジェット数がどのように異なるかを示している。実装密度が高くなるにしたがって、同じ大きさの印字ヘッドからより高い解像度と向上したスループットを達成することが可能である。図６において、一例として、１０個のジェットが長さＬのノズルプレートの一部に取り付けられる。これらのジェットが各々別個の入口と出口とを有している。比べてみると、図７のジェットは結合した入口と出口とを有している。図７において、１０個のジェットは図６の長さＬより短い長さＬ’内に取り付けられる。これにより高い実装密度が提供される。

前述したように、本明細書において具体化されているジェット構造を使用すれば、ジェットの実装密度を高めることができる。実装密度は単位面積当たりのジェット数を指す。例えば、既存のジェット構造が可能とする実装密度は０．５ジェット／ｍｍ^２である。本明細書に示したジェット構造の原理を用いれば、実装密度を０．７５〜１．２５ジェット／ｍｍ^２まで上昇させることができる。他の実施例において実装密度は１ジェット／ｍｍ^２であり、これは１．５〜２．５ジェット／ｍｍ^２まで上昇させることができる。また他の実施例において実装密度は２ジェット／ｍｍ^２であり、これは３〜５ジェット／ｍｍ^２まで上昇させることができる。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの開口を有するノズルプレートを含む積層された一組のプレートを備え、前記積層された一組のプレートは、少なくとも１つの本体チャンバを形成するよう構成されており、前記少なくとも１つの本体チャンパは、前記少なくとも１つの開口に対応すると共に、流体ポートを有し、流体が前記積層された一組のプレート内の入口経路から前記流体ポートに流れ、それから前記流体ポートを介して前記少なくとも１つの本体チャンバへ流れると共に、前記流体が前記少なくとも１つの本体チャンバから前記流体ポートに流れ、それから前記流体ポートを介して前記少なくとも１つの開口へと流れることができるように構成されており、前記入口経路のうち前記流体ポートと交わる部分は、前記本体チャンバから前記少なくとも１つの開口へと前記流体が流れる向きに対して直交する面内において、前記流体ポートより広がっている、ジェット積層体。
2. 前記流体がインクを含む、請求項１に記載のジェット積層体。
3. 前記入口経路はインク溜めに連結されており、前記入口経路は前記インク溜めから前記流体ポートへ前記インクを導くよう構成されている、請求項２に記載のジェット積層体。
4. 前記積層された一組のプレートは、更に、出口チャネルを形成するように構成されており、前記出口チャネルは、前記流体ポートから前記流体を受け取り、前記流体を前記流体ポートから前記少なくとも１つの開口へ導くよう構成されている、請求項１に記載のジェット積層体。
5. 前記入口経路と前記出口チャネルとが互いに直交している、請求項４に記載のジェット積層体。
6. 前記流体ポートは前記出口チャネルと対して同心配置されている、請求項４に記載のジェット積層体。
   

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