JP4727382B2

JP4727382B2 - 一方向シャッタを備えた圧電方式のインクジェットプリントヘッド

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Publication number: JP4727382B2
Application number: JP2005310376A
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Inventors: 啓示權; 晟鎭金; 承柱辛; 基榮成; 健鞠; 美貞宋
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Priority date: 2004-11-04
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Description

本発明は、インクジェットプリントヘッドに係り、さらに詳細には、ＣＰＩ（ＣｈａｎｎｅｌＰｅｒＩｎｃｈ）の増加のために圧力チャンバのサイズを減らせる構造を有する圧電方式のインクジェットプリントヘッドに関する。

一般的に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を用紙や織物など印刷媒体上の所望の位置に吐出させて、印刷媒体の表面に所定色相の画像を印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インク吐出方式によって、２つに大別される。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させて、そのバブルの膨張力によってインクを吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは、圧電体を使用して、その圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によってインクを吐出させる圧電方式のインクジェットプリントヘッドである。

前記圧電方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成は、図１及び図２に示されている。

図１及び図２を共に参照すれば、流路プレート１０には、インク流路を構成するマニホールド１３、複数のリストリクタ１２及び複数の圧力チャンバ１１が形成されており、ノズルプレート２０には、複数の圧力チャンバ１１それぞれに対応する複数のノズル２２が形成されている。そして、前記流路プレート１０の上部には、圧電アクチュエータ３０が設けられている。前記マニホールド１３は、インクタンク（図示せず）から流入されたインクを複数の圧力チャンバ１１それぞれに供給する通路であり、リストリクタ１２は、マニホールド１３から圧力チャンバ１１の内部にインクが流入される通路である。前記複数の圧力チャンバ１１は、吐出されるインクが充填される所であって、マニホールド１３の一側または両側に配列されている。このような圧力チャンバ１１は、圧電アクチュエータ３０の駆動によってその体積が変化することによって、インクの吐出または流入のための圧力変化を生成する。このために、流路プレート１０の圧力チャンバ１１の上部壁をなす部位は、圧電アクチュエータ３０によって変形される振動板１４の役割を行う。

このような構成を有する従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの作動を説明すれば、圧電アクチュエータ３０の駆動によって振動板１４が変形されれば、圧力チャンバ１１の体積が減少し、これによる圧力チャンバ１１内の圧力変化によって圧力チャンバ１１内のインクは、ノズル２２を通じて外部に吐出される。次いで、圧電アクチュエータ３０の駆動によって、振動板１４が元来の形態に復元されれば、圧力チャンバ１１の体積が増加し、これによる圧力変化によって、インクがマニホールド１３からリストリクタ１２を通じて圧力チャンバ１１内に流入される。

前記のような構成を有する従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドを利用した画像の印刷において、画像の解像度は、インチ当たりノズル数に大きく影響を受ける。ここで、インチ当たりノズル数は、一般的にＣＰＩで表れ、画像の解像度は、一般的にＤＰＩ（ＤｏｔＰｅｒＩｎｃｈ）で表れる。

しかし、図１及び図２に示した従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズル２２を通じて吐出されるインク液滴の体積は、振動板１４の変位に大きく影響を受ける。すなわち、振動板１４の変位が大きいほど吐出されるインク液滴の体積が増加し、振動板１４の変位が小さいほどインク液滴の体積は減少する。そして、このような振動板１４の変位は、振動板１４の面積に影響を受け、振動板１４の面積は、圧力チャンバ１１のサイズに左右される。しかし、従来のインクジェットプリントヘッドにおいては、圧電アクチュエータ３０の駆動によって振動板１４が変形されれば、インクは、ノズル２２を通じて吐出されるだけでなく、リストリクタ１２を通じてマニホールド１３側に逆流されることもある。したがって、一定の体積を有するインク液滴を吐出するためには、逆流されるインクの量を考慮して、振動板１４の変位がさらに大きくならねばならず、これにより、振動板１４の面積と圧力チャンバ１１のサイズとが大きくならねばならない。

圧電方式のインクジェットプリントヘッドのＣＰＩは、隣接したノズル２２間の間隔Ｄ_Ｎに反比例するので、プリントヘッドのＣＰＩを増加させるためには、隣接したノズル２２間の間隔Ｄ_Ｎを狭めねばならない。しかし、前記構造を有する従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドにおいては、前述したような理由によって隣接したノズル２２間の間隔Ｄ_Ｎを減らすのには限界がある。

一方、従来のインクジェットプリントヘッドは、印刷媒体、例えば、印刷用紙の移送方向と直交する方向、すなわち、印刷用紙の幅方向に往復動しつつ前記印刷用紙上に画像を印刷する。したがって、従来のインクジェットプリントヘッドは、印刷速度が遅いという短所がある。

最近、印刷用紙の幅と同じ長さを有して印刷速度を向上させうるインクジェットプリントヘッドが開発されており、その一例が特許文献１に開示されている。ここに開示されたプリントヘッドは、印刷用紙の幅方向にマルチプルアレイ状に配列された複数のノズルを有しているために、印刷用紙の幅方向への往復動なしに印刷用紙上に速く画像を印刷できるという長所がある。このような構造を有するインクジェットプリントヘッドを、一般的に、ページワイド方式のインクジェットプリントヘッドと称す。

しかし、印刷用紙の幅方向への往復動なしに十分に高い解像度の画像を印刷するためには、画像のＤＰＩと同じＣＰＩで配列されたノズルを有するプリントヘッドが必要である。しかし、従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの構造においては、前述したように、ＣＰＩを増加させるのに限界があって、画像のＤＰＩと同じレベルのＣＰＩを有するプリントヘッドの具現は難しい実情である。

したがって、次第にさらに高い解像度の画像を要求する最近の趨勢を十分に満足させるためには、プリントヘッドのＣＰＩを増加させる持続的な努力が必要である。
米国特許第６,００３,９７１号明細書

本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、インクの逆流を遮断する一方向シャッタを備えることによって、ＣＰＩが増加した圧電方式のインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とする。

前記課題を達成するための本発明によるインクジェットプリントヘッドは、複数の圧力チャンバと、前記複数の圧力チャンバの上部壁である複数の振動板と、前記複数の振動板の上部に位置し、前記複数の圧力チャンバそれぞれに駆動力を提供するための複数のアクチュエータと、複数のリストリクタを通じて前記複数の圧力チャンバに連結されたマニホールドと、前記複数の圧力チャンバに連結された複数のインク吐出ノズルと、前記マニホールドから圧力チャンバまでの各インク通路内にそれぞれ配置されて、前記駆動力が提供される間に前記圧力チャンバからのインクの逆流を防止する複数のシャッタと、を備え、前記複数の圧力チャンバ、前記複数のリストリクタ、前記マニホールド及び前記複数のインク吐出ノズルは、積層された複数の流路プレートにより形成され、前記複数のシャッタは、薄板状のシャッタプレートにより形成され、前記シャッタプレートは、前記複数の流路プレートのうち、前記複数の圧力チャンバが形成された流路プレートと、前記複数のリストリクタが形成された流路プレートとの間に配置され、前記アクチュエータの駆動によって前記振動板が変形され、前記圧力チャンバの体積が減少し、前記インク吐出ノズルを通じて外部にインクが吐出される場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の増加により撓み変形することで、前記リストリクタの出口を覆い、前記圧力チャンバから前記リストリクタへのインクの逆流を遮断し、前記振動板が変形された状態から元の状態に戻り、前記圧力チャンバの体積が増加する場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の減少により撓み変形した状態から元の状態に戻ることで、前記リストリクタの出口を開放し、前記マニホールドに保存されたインクが前記リストリクタを通じて前記圧力チャンバ内に流入できるようにする、ことを特徴とする。

本発明において、前記複数のシャッタそれぞれは、薄板状に形成されて前記駆動力に起因した前記圧力チャンバ内の圧力変化によって撓み変形されることが望ましい。この場合、前記複数のシャッタそれぞれの厚さは、数μｍ〜数十μｍの範囲内であることが望ましい。

本発明において、前記複数のシャッタそれぞれは、リストリクタの出口を完全に覆える形状を有することが望ましく、前記シャッタは、四角形の形状を有しうる。

本発明において、前記リストリクタの出口の幅は、前記圧力チャンバの幅より狭く、前記シャッタの幅は、前記圧力チャンバの幅より狭く、前記リストリクタの出口幅より広いことが望ましい。

本発明において、前記シャッタの長さは、前記リストリクタの出口長さより長いことが望ましい。

本発明において、前記プリントヘッドは、印刷媒体の幅に対応する長さを有し、前記複数のノズルは、前記プリントヘッドの長手方向に沿ってマルチプルアレイ状に配列されうる。

そして、前記課題を達成するための本発明によるインクジェットプリントヘッドは、マニホールドを含むインク流路を有するマニホールド層と、複数のシャッタを有して前記マニホールド層に隣接して配置されたシャッタ層であって、前記シャッタは、対応するインク通路内に配置され、前記マニホールドからのインクの流入のみを可能とし、前記マニホールドへのインクの逆流を防止するように備えられた、前記シャッタ層と、複数のインク通路を通じて前記インク流路と連通された複数の圧力チャンバを有し、上部に前記複数の圧力チャンバのそれぞれに駆動力を提供する複数のアクチュエータを備え、前記シャッタ層に隣接して配置された圧力チャンバ層と、前記圧力チャンバと連結された複数のインク吐出ノズルを有し、前記マニホールド層に隣接して配置されたノズル層と、を含むことを特徴とする。
本発明において、前記アクチュエータの駆動によって前記圧力チャンバ層が変形され、前記圧力チャンバの体積が減少し、前記インク吐出ノズルを通じて外部にインクが吐出される場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の増加により撓み変形することで、前記圧力チャンバと前記マニホールドを連結するリストリクタの出口を覆い、前記圧力チャンバから前記リストリクタへのインクの逆流を遮断し、前記圧力チャンバ層が変形された状態から元の状態に戻り、前記圧力チャンバの体積が増加する場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の減少により撓み変形した状態から元の状態に戻ることで、前記リストリクタの出口を開放し、前記マニホールドに保存されたインクが前記リストリクタを通じて前記圧力チャンバ内に流入できるようにしうる。

本発明において、前記シャッタ層は、金属プレートまたは粘弾性物質からなりうる。

本発明において、前記マニホールド層と圧力チャンバ層とは、金属またはシリコンからなりうる。

本発明によれば、一方向シャッタによってインクの逆流を遮断でき、一定の体積のインク液滴の吐出に必要な振動板の面積と圧力チャンバのサイズとを減らすことができる。したがって、従来に比べて増加したＣＰＩを有する圧電方式のインクジェットプリントヘッドを具現できるという長所がある。

そして、本発明によれば、さらに速い印刷速度を有するページワイド方式のインクジェットプリントヘッドを容易に具現でき、このようなページワイド方式のインクジェットプリントヘッドは、複数のステンレス薄板を積層することによって容易に製造されうる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜のために誇張されている。また、ある層が基板や他の層の上に存在すると説明されるとき、その層は、基板や他の層に直接接しつつ、その上に存在することもあり、その間に第３の層が存在することもある。

図３は、本発明の一実施形態による圧電方式のインクジェットプリントヘッドを部分切断して示す分解斜視図であり、図４は、図３に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す断面図であり、図５は、図３に示した圧力チャンバ、リストリクタ及び一方向シャッタの相対的なサイズを説明するための概略的な平面図である。

図３及び図４を共に参照すれば、本発明の一実施形態による圧電方式のインクジェットプリントヘッド１００は、複数の圧力チャンバ１０３を備えるインク流路と、前記複数の圧力チャンバ１０３それぞれにインクの吐出のための駆動力を提供する圧電アクチュエータ１３０と、前記インク流路内に設置されてインクの逆流を遮断する複数の一方向シャッタ１２２と、を備える。

前記インク流路は、吐出されるインクが充填され、インクを吐出させるための圧力変化を発生させる複数の圧力チャンバ１０３と、前記複数の圧力チャンバ１０３に供給されるインクを含んでいるマニホールド１０１と、前記マニホールド１０１から前記複数の圧力チャンバ１０３それぞれにインクを供給するための複数のリストリクタ１０２と、前記複数の圧力チャンバ１０３からインクを吐出するための複数のノズル１０５と、を備える。

そして、圧力チャンバ１０３とノズル１０５との間には、圧電アクチュエータ１３０によって圧力チャンバ１０３から発生したエネルギーをノズル１０５側に集中させ、急激な圧力変化を緩衝するためのダンパ１０４が設けられうる。

このようなインク流路を形成する構成要素は、積層された複数の流路プレート１１１，１１２，１１３に形成される。例えば、前記複数の流路プレート１１１，１１２，１１３は、図示したように、第１流路プレート１１１、第２流路プレート１１２及び第３流路プレート１１３で構成されうる。

具体的に、前記第１流路プレート１１１の底面に前記複数の圧力チャンバ１０３が所定深さに形成される。前記複数の圧力チャンバ１０３は、平行に配列されており、そのそれぞれは、インクの流れ方向にさらに長い直方体の形状を有しうる。そして、前記第１流路プレート１１１の前記圧力チャンバ１０３の上部壁をなす部位は、前記圧電アクチュエータ１３０の駆動によって変形される振動板１０７の役割を行う。

前記第２流路プレート１１２に前記マニホールド１０１が形成される。前記マニホールド１０１は、図示したように、第２流路プレート１１２を垂直に貫通して形成されてもよく、第２流路プレート１１２の上面から所定深さに形成されてもよい。そして、前記第２流路プレート１１２には、マニホールド１０１と複数の圧力チャンバ１０３それぞれの一端部を連結する複数のリストリクタ１０２とが形成される。前記リストリクタ１０２は、図示したように、前記第２流路プレート１１２の上面から所定深さに形成されうる。また、前記第２流路プレート１１２には、複数の圧力チャンバ１０３それぞれの他端部に対応する位置に圧力チャンバ１０３とノズル１０５とを連結するダンパ１０４が垂直に貫通形成される。

前記第３流路プレート１１３には、前記ダンパ１０４に対応する位置にノズル１０５が貫通形成される。そして、前記ノズル１０５は、出口側に行くほど、次第に断面積が減少するテーパ状に形成されうる。

前記のように構成された３つの流路プレート１１１，１１２，１１３は、それぞれシリコン基板で形成される。この場合、前記シリコン基板の表面を半導体工程によって微細加工することによって、前記インク流路を多様に形成できる。しかし、これに限定されず、前記３つの流路プレート１１１，１１２，１１３それぞれは、前記シリコン基板でなくても、加工性に優れた他の基板で形成されてもよい。

一方、前記ではインク流路をなす構成要素が３つの流路プレート１１１，１１２，１１３に分けられて配置されたものとして図示されかつ説明されたが、このようなインク流路の配置構造は、単に例示的なものである。すなわち、本発明によるインクジェットプリントヘッド１００には、多様な構成のインク流路が設けられ、このようなインク流路は、３つの流路プレート１１１，１１２，１１３ではなく、それより多くの流路プレートに形成されてもよい。

前記圧電アクチュエータ１３０は、前記圧力チャンバ１０３が形成された第１流路プレート１１１の上部に形成されて、前記圧力チャンバ１０３にインクの吐出のための駆動力を提供する役割を行う。このような圧電アクチュエータ１３０は、共通電極の役割を行う下部電極（図示せず）と、電圧の印加によって変形される圧電膜（図示せず）と、駆動電極の役割を行う上部電極（図示せず）とが、第１流路プレート１１１上に順次に積層された構造を有する。

そして、本発明の特徴部であって、前記複数のリストリクタ１０２それぞれの出口に前記複数の一方向シャッタ１２２が設置される。前記一方向シャッタ１２２は、前記リストリクタ１０２から前記圧力チャンバ１０３にインクが供給されるときには、リストリクタ１０２を開放させ、前記圧力チャンバ１０３から前記ノズル１０５を通じてインクが吐出されるときには、前記リストリクタ１０２を閉鎖して、インクの逆流を遮断する役割を行う。このような一方向シャッタ１２２の作動については、後で詳細に説明する。

このように、前記一方向シャッタ１２２によってインクの逆流が遮断されれば、一定の体積のインク液滴を吐出するのに必要な振動板１０７の面積と圧力チャンバ１０３のサイズとを、従来に比べて減らしうる。したがって、隣接したノズル１０５間の間隔も狭くなるので、プリントヘッド１００のＣＰＩが従来に比べて増加しうる。

前記のような役割を行う複数の一方向シャッタ１２２は、薄板状のシャッタプレート１２０に形成される。そして、前記シャッタプレート１２０は、前記複数の圧力チャンバ１０３が形成された第１流路プレート１１１と前記複数のリストリクタ１０２が形成された第２流路プレート１１２との間に配置される。

前記一方向シャッタ１２２は、後述するように、前記圧電アクチュエータ１３０の駆動による圧力チャンバ１０３内の圧力変化によって撓み変形されつつ、その役割を行う。したがって、このために前記一方向シャッタ１２２は、前記圧力変化によって永久変形されない限度内で容易に弾性変形できるように可能な限り薄く、例えば、数μｍ〜数十μｍほどの厚さを有することが望ましい。そして、前記一方向シャッタ１２２は、所定の弾性を有する金属材料、望ましくは、弾性だけでなく、インクに対する耐蝕性を有するステンレス鋼で形成される。

これにより、前記一方向シャッタ１２２が形成された前記シャッタプレート１２０も金属薄板、望ましくは、ステンレス鋼板で形成される。

一方、前記一方向シャッタ１２２は、粘弾性物質からなることもある。

そして、前記一方向シャッタ１２２は、前記リストリクタ１０２の出口を完全に覆う形状及びサイズを有することが望ましい。この場合、インクの逆流を完全に遮断できるためである。

具体的に、図５に示したように、前記一方向シャッタ１２２は、前記リストリクタ１０２に対応する形状、例えば、四角形の形状を有する。

前記リストリクタ１０２の幅Ｗ_Ｒは、前記圧力チャンバ１０３の幅Ｗ_Ｃより狭く形成される。そして、前記一方向シャッタ１２２は、前記圧力チャンバ１０４内で自由に撓み変形されるように、その幅Ｗ_Ｓが前記圧力チャンバ１０３の幅Ｗ_Ｃより狭く形成される。また、前記一方向シャッタ１２２は、前記リストリクタ１０２の出口を完全に覆えるように、その幅Ｗ_Ｓは、前記リストリクタ１０２の出口幅Ｗ_Ｒより広く形成され、その長さＬ_Ｓは、前記リストリクタ１０２の出口長さＬ_Ｒより長く形成されることが望ましい。ここで、前記リストリクタ１０２の出口は、前記リストリクタ１０２と圧力チャンバ１０３とが重畳される部分と定義される。

図６は、本発明の他の実施形態による圧電方式のインクジェットプリントヘッドのノズル配置を示す平面図であり、図７は、図６に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す部分断面図である。

まず、図６を参照すれば、本発明は、ページワイド方式のインクジェットプリントヘッド２００にも適用されうる。ページワイド方式のインクジェットプリントヘッド２００は、印刷媒体、例えば、印刷用紙の移送方向に対して直交する方向、すなわち、印刷用紙の幅方向に対応する長さを有する。そして、前記インクジェットプリントヘッド２００には、複数のノズル２０５がプリントヘッド２００の長手方向に沿ってマルチプルアレイ状に配列される。

次いで、図７を参照すれば、前記プリントヘッド２００の断面構造は、図４に示した本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッド１００の断面構造とほぼ同じである。したがって、以下では、これら間の差異点を中心に説明する。

インク流路を構成するマニホールド２０１、複数のリストリクタ２０２、複数の圧力チャンバ２０３、複数のダンパ２０４及び複数のノズル２０５は、積層された６つの流路プレート２１１〜２１６に形成される。

具体的に、第１流路プレート２１１には、前記複数の圧力チャンバ２０３が貫通形成される。前記第１流路プレート２１１の底面には、第２流路プレート２１２が付着され、前記第２流路プレート２１２には、前記複数のリストリクタ２０２が貫通形成される。そして、前記第２流路プレート２１２には、前記ダンパ２０４の上端部が形成される。前記第２流路プレート２１２の底面には、第３流路プレート２１３が付着され、ここには、前記マニホールド２０１の上部と前記ダンパ２０４の中間部分とが形成される。前記第３流路プレート２１３の底面には、第４流路プレート２１４が付着され、前記第４流路プレート２１４には、前記マニホールド２０１の下部と前記ダンパ２０４の下部とが形成される。前記第４流路プレート２１４の底面には、第５流路プレート２１５が付着され、ここには、複数のノズル２０５が貫通形成される。前記第１流路プレート２１１上には、前記圧力チャンバ２０３を覆う第６流路プレート２１６が付着され、これは、振動板２０７の役割を行う。したがって、前記第６流路プレート２１６の上部には、前記振動板２０７を変形させる圧電アクチュエータ２３０が形成される。

前記のように構成された６つの流路プレート２１１〜２１６は、比較的長いページワイド方式のインクジェットプリントヘッド２００の強度を維持できるように金属薄板、望ましくは、インクに対する耐蝕性を有するステンレス鋼板で形成される。この場合、前記ステンレス鋼板をエッチング、パンチングまたはレーザ加工することによって、前記インク流路を多様に形成できる。そして、前記ステンレス鋼板は、ろう付けによって相互付着されうる。しかし、これに限定されず、当業者によく知られた多様な加工方法と多様な付着方法とが適用されうる。

一方、前記ではインク流路をなす構成要素が６つの流路プレート２１１〜２１６に分けられて配置されたものとして図示されかつ説明されたが、このようなインク流路の配置構造は、単に例示的なものである。すなわち、前述したように、前記インクジェットプリントヘッド２００には、多様な構成のインク流路が設けられることもあり、このようなインク流路は、６つの流路プレート２１１〜２１６ではなく、これより多いか、または少ない流路プレートに形成されることもある。

そして、本発明の特徴部であって、前記複数のリストリクタ２０２それぞれの出口に設置されてインクの逆流を遮断する複数の一方向シャッタ２２２は、薄板状のシャッタプレート２２０に形成される。そして、前記シャッタプレート２２０は、前記複数の圧力チャンバ２０３が形成された第１流路プレート２１１と前記複数のリストリクタ２０２が形成された第２流路プレート２１２との間に配置される。前記一方向シャッタ２２２の形状とサイズ及び厚さは、前述した通りである。そして、前記シャッタプレート２２０も、前述したように、金属薄板、例えば、ステンレス鋼板で形成される。

前記のように、本発明によるページワイド方式のインクジェットプリントヘッド２００は、複数のステンレス薄板を積層することによって容易に製造され、インクの逆流を防止する一方向シャッタ２２２を備えることによって、前述したように、隣接したノズル２０５間の間隔を減らしうる。したがって、本発明によるインクジェットプリントヘッド２００は、そのＣＰＩが画像のＤＰＩに接近ないし一致するように増加し、印刷用紙の幅方向への往復動が最小化または不要になるので、さらに速い印刷速度を具現できる。

以下では、図４、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおける一方向シャッタの作動を説明する。図４に示した構造を有するインクジェットプリントヘッドと、図７に示した構造を有するインクジェットプリントヘッドでの一方向シャッタとの作動は同じであるので、以下では、図４に示したインクジェットプリントヘッドを基準として、その一方向シャッタの作動が説明される。

まず、図４を参照すれば、圧電アクチュエータ１３０の駆動がない場合には、圧力チャンバ１０３の内部の圧力変化がないので、一方向シャッタ１２２は、変形されず、元来の偏平な状態を維持する。

次いで、図８Ａを参照すれば、インクの吐出のために圧電アクチュエータ１３０が駆動されれば、その下部の振動板１０７が変形されつつ、圧力チャンバ１０３の体積が減少する。これによる圧力チャンバ１０３内の圧力増加によって、圧力チャンバ１０３内のインクは、ダンパ１０４とノズル１０５とを通じて外部に吐出される。このとき、圧力チャンバ１０３内の圧力増加によって、一方向シャッタ１２２は、下方に撓み変形されつつ、リストリクタ１０２の出口を閉鎖するので、圧力チャンバ１０３からリストリクタ１０２に向かうインクの逆流は、完全に遮断される。

インクの吐出がなされた後、図８Ｂに示したように、振動板１０７が元の状態に復元されれば、圧力チャンバ１０３の体積が増加する。これによる圧力チャンバ１０３内の圧力変化によって、一方向シャッタ１２２は、上方に撓み変形されつつ、リストクタ１０２の出口を開放する。したがって、マニホールド１０１に保存されたインクがリストリクタ１０２を通じて圧力チャンバ１０３内に流入される。

前記のように、本発明によるインクジェットプリントヘッド１００においては、前記圧力チャンバ１０３内の圧力変化によって、前記一方向シャッタ１２２が撓み変形されつつ、リストリクタ１０２の出口を閉鎖または開放し、これにより、インクの逆流が遮断され、また、インクの供給が円滑になされる。

以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。

本発明は、インクの逆流を遮断する一方向シャッタを備えることによって、ＣＰＩが増加した圧電方式のインクジェットプリントヘッドに利用されうる。

従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成を示す平面図である。図１に示した圧力チャンバの長手方向に沿う従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの断面図である。本発明の一実施形態による圧電方式のインクジェットプリントヘッドを部分切断して示す分解斜視図である。図３に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す断面図である。図３に示した圧力チャンバ、リストリクタ及び一方向シャッタの相対的なサイズを説明するための概略的な平面図である。本発明の他の実施形態による圧電方式インクジェットプリントヘッドのノズル配置を示す平面図である。図６に示したインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す部分断面図である。本発明によるインクジェットプリントヘッドにおける一方向シャッタの作動を説明するための断面図である。本発明によるインクジェットプリントヘッドにおける一方向シャッタの作動を説明するための断面図である。

符号の説明

１００圧電方式のインクジェットプリントヘッド
１０１マニホールド
１０２リストリクタ
１０３圧力チャンバ
１０４ダンパ
１０５ノズル
１０７振動板
１１１，１１２，１１３第１、第２及び第３流路プレート
１２０シャッタプレート
１２２一方向シャッタ
１３０圧電アクチュエータ

Claims

複数の圧力チャンバと、
前記複数の圧力チャンバの上部壁である複数の振動板と、
前記複数の振動板の上部に位置し、前記複数の圧力チャンバそれぞれに駆動力を提供するための複数のアクチュエータと、
複数のリストリクタを通じて前記複数の圧力チャンバに連結されたマニホールドと、
前記複数の圧力チャンバに連結された複数のインク吐出ノズルと、
前記マニホールドから圧力チャンバまでの各インク通路内にそれぞれ配置されて、前記駆動力が提供される間に前記圧力チャンバからのインクの逆流を防止する複数のシャッタと、
を備え、
前記複数の圧力チャンバ、前記複数のリストリクタ、前記マニホールド及び前記複数のインク吐出ノズルは、積層された複数の流路プレートにより形成され、
前記複数のシャッタは、薄板状のシャッタプレートにより形成され、
前記シャッタプレートは、前記複数の流路プレートのうち、前記複数の圧力チャンバが形成された流路プレートと、前記複数のリストリクタが形成された流路プレートとの間に配置され、
前記アクチュエータの駆動によって前記振動板が変形され、前記圧力チャンバの体積が減少し、前記インク吐出ノズルを通じて外部にインクが吐出される場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の増加により撓み変形することで、前記リストリクタの出口を覆い、前記圧力チャンバから前記リストリクタへのインクの逆流を遮断し、
前記振動板が変形された状態から元の状態に戻り、前記圧力チャンバの体積が増加する場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の減少により撓み変形した状態から元の状態に戻ることで、前記リストリクタの出口を開放し、前記マニホールドに保存されたインクが前記リストリクタを通じて前記圧力チャンバ内に流入できるようにする、
ことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
前記複数のシャッタそれぞれは、薄板状に形成されて前記駆動力に起因した前記圧力チャンバ内の圧力変化によって撓み変形されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記複数のシャッタそれぞれの厚さは、数μｍ〜数十μｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記複数のシャッタそれぞれは、前記リストリクタの出口を完全に覆える形状を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記シャッタは、四角形の形状を有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記リストリクタの出口の幅は、前記圧力チャンバの幅より狭く、前記シャッタの幅は、前記圧力チャンバの幅より狭く、前記リストリクタの出口幅より広いことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記シャッタの長さは、前記リストリクタの出口長さより長いことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記プリントヘッドは、印刷媒体の幅に対応する長さを有し、前記複数のノズルは、前記プリントヘッドの長手方向に沿ってマルチプルアレイ状に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
マニホールドを含むインク流路を有するマニホールド層と、
複数のシャッタを有して前記マニホールド層に隣接して配置されたシャッタ層であって、前記シャッタは、対応するインク通路内に配置され、前記マニホールドからのインクの流入のみを可能とし、前記マニホールドへのインクの逆流を防止するように備えられた、前記シャッタ層と、
複数のインク通路を通じて前記インク流路と連通された複数の圧力チャンバを有し、上部に前記複数の圧力チャンバのそれぞれに駆動力を提供する複数のアクチュエータを備え、前記シャッタ層に隣接して配置された圧力チャンバ層と、
前記圧力チャンバと連結された複数のインク吐出ノズルを有し、前記マニホールド層に隣接して配置されたノズル層と、
を含み
前記マニホールド層、前記圧力チャンバ層及び前記ノズル層は、プレートにより形成され、前記シャッタ層は、薄膜状のプレートにより形成される、
ことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
前記アクチュエータの駆動によって前記圧力チャンバ層が変形され、前記圧力チャンバの体積が減少し、前記インク吐出ノズルを通じて外部にインクが吐出される場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の増加により撓み変形することで、前記圧力チャンバと前記マニホールドを連結するリストリクタの出口を覆い、前記圧力チャンバから前記リストリクタへのインクの逆流を遮断し、
前記圧力チャンバ層が変形された状態から元の状態に戻り、前記圧力チャンバの体積が増加する場合に、前記シャッタは、前記圧力チャンバ内の圧力の減少により撓み変形した状態から元の状態に戻ることで、前記リストリクタの出口を開放し、前記マニホールドに保存されたインクが前記リストリクタを通じて前記圧力チャンバ内に流入できるようにする、
ことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記シャッタ層は、金属プレートからなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記複数のシャッタそれぞれは、ステンレス鋼板からなることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記シャッタ層は、粘弾性物質からなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記マニホールド層と圧力チャンバ層とは、金属からなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記マニホールド層と圧力チャンバ層とは、シリコンからなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。