JP2017185792A - インクジェット印字ヘッド内の単一噴射再循環 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクの停滞がなくなり、インク内の浮遊粒子をなくすことができるインクジェット印字ヘッドを提供する。【解決手段】このインクジェット印字ヘッドは、チャネルにインクを供給する第1の多岐管構造体、および複数の再循環経路を含む。各再循環経路は、噴射中および非噴射中にインクを受け取るよう構成される。各再循環経路は、インクを受け取るためのチャネルに接続する再循環チャネルであって、単一噴射要素と再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの1つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、再循環チャネルからインクを受け取る第2の多岐管構造体と、を含む。非噴射中に複数の単一噴射要素のそれぞれと前記再循環経路を通って、第1の多岐管から第2の多岐管にインクが流れる。【選択図】図1
Description
本開示は、インクジェット印刷に関し、より具体的には、インクジェット印字ヘッド内の再循環経路に関する。
典型的なインクジェット印字ヘッドは供給多岐管構造体で構成され、この供給多岐管構造体により複数の単一噴射要素の入口部にインクが供給される。通常、複数の単一噴射要素はそれぞれ、この入口部の他に、1つまたは複数の開口を有する単一の出口部を有し、インクの噴射中には、この開口を通してインク滴を吐出する。この流体構造体内では、噴射中、供給多岐管および単一噴射要素内のインクによりバルク流体流が発生する。しかし、噴射が行われていないときは、流体構造体内のインクはバルク流を発生させず、ほぼ停滞状態となり得る。停滞状態の間、粒子はインク内を浮遊し得、沈着し始める。粒子が沈着すると、流体構造体のパフォーマンスに悪影響が及び、システムのインクの所望の特性が変化してしまう。
本発明の実施形態は、従来技術のこれらおよびその他の限界に対処することをその目的とする。
本発明の一実施形態では、インクジェット印字ヘッドが開示される。このインクジェット印字ヘッドは、噴射中インクを吐出するよう構成される開口、およびインクを受け取るためのチャネルをそれぞれが含む複数の単一噴射要素と、チャネルにインクを供給する第1の多岐管構造体と、噴射中および非噴射中にそれぞれがインクを受け取るよう構成される複数の再循環経路であって、各再循環経路が、インクを受け取るためのチャネルに接続する再循環チャネルであって、単一噴射要素と再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの1つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネル、および再循環チャネルからインクを受け取る第2の多岐管構造体を含む再循環経路と、含み、非噴射中には、複数の単一噴射要素のそれぞれと再循環経路を通って、第1の多岐管から第2の多岐管にインクが流れる。
印字ヘッド内の圧力を制御する方法も開示され、この方法には、非噴射中にチャネルに接続する第1の多岐管構造体に第1の負の圧力をかけるステップと、第1の多岐管構造体の下流に配置される第2の多岐管構造体に、第1の負の圧力より低い、第2の負の圧力をかけて、圧力差をつくるステップであって、この第2の多岐管構造体は、非噴射中にチャネルからインクを受け取る再循環チャネルに接続する、ステップと、噴射中に第1の多岐管構造体と第2の多岐管構造体の間の圧力差を維持するステップと、が含まれる。
いくつかの流体分配組立体は、ローカル流体供給および流体分配サブ組立体を含むも。ローカル流体供給は、容器組立体内の1つ以上の容器チャンバ内に存在し得る。流体分配サブ組立体は、いくつかの構成要素を有して見ることができる。第1に、ドライバ要素は、流体をサブ組立体から排出させる圧電変換器などのトランデューサ、その上でトランデューサが動作する隔膜、および圧力チャンバを形成する本体プレートまたは複数のプレートにより構成される。第2に、入口要素は、多岐管から圧力チャンバに流体を誘導するチャネルで構成される。次に、出口要素は、圧力チャンバから開口に流体を誘導する。最終的に、開口自体が、流体を印字ヘッドから分配する。
噴射積層体が流体分配サブ組立体として動作することにより、印字ヘッドは流体分配組立体の一例として機能する。この噴射積層体は、通常、1つに束ねられた一連のプレートで構成される。印字ヘッド/噴射積層体の例では、ドライバ、入口、出口、および開口の4つの構成要素の働きがより明らかとなる。入口により多岐管から圧力チャンバにインクが誘導され、出口により圧力チャンバから開口プレートにインクが誘導される。圧力チャンバ内のインクの上でドライバが動作し、これにより、流体が開口プレートを通して噴射積層体から吐出される。噴射積層体の例では、開口により流体が噴射積層体に入れられ、最終的には印字ヘッドから吐出させる。
本明細書で使用されるプリンタという用語は、トランデューサのある種の動作に応じて、流体の滴が1つの開口を通して押し出される、全てのタイプのドロップ・オン・ディマンド型イジェクタまたはシステムに適用される。これには、サーマルインクジェットプリンタなどのプリンタや有機電子回路製造、バイオアッセイ、3次元構造構築システムなどの用途に使用される印字ヘッドが含まれる。用語「印字ヘッド」は、プリンタに適用されることのみを意図せず、そのような制限を示唆しない。プリンタという用語には上記の例も含まれ、噴射積層体はプリンタの印字ヘッド内に存在する。
図1には、印字ヘッド内の噴射積層体の一例が示されている。この例では、1つに束ねられた一連のプレートで構成される噴射積層体100が、議論に用いられる。なお、これは単なる例であり、本明細書で記載される本発明の用途や実装形態を限定するものではない。さらに詳しく議論される通り、用語「プリンタ」および「印字ヘッド」には、あらゆる目的で流体を分配するシステム内の全てのシステムおよび構造体が含まれ得る。同様に、理解を容易にするために噴射積層体について議論されるが、全ての流体分配サブ組立体が関連し得る。流体分配サブ組立体または流体分配本体は、一連のプレート(本明細書で議論される)、好適なチャネルを有する型成形体、トランデューサ、開口、機械成形体などで構成され得る。実施形態のいくつの様態では、噴射積層体内にプレート以外に付加的な構造体が含まれるため、一連のプレートは流体分配サブ組立体内の流体分配本体と呼ばれ得る。
上述した通り、噴射積層体100は、複数のプレート1000〜1024で構成される。複数のプレート1000〜1024は、それぞれステンレス鋼のプレートであることが好ましい。プレート1000には、噴射中にインクの吐出を容易にする圧電要素(図示せず)が取り付けられている。これらの複数のプレート1000〜1024により積層が形成されるとき、上流多岐管102、空気間隙104、下流多岐管106、粒子フィルタ108、チャネル110、開口112、および再循環チャネル114が形成されるよう各プレート1000〜1024は化学的なエッチングが施される。
噴射積層体の種々の構成要素を作成するために、これらの複数のプレート1000〜1024には、片面または両面で化学的なエッチングが施される。上述した通り、プレート1000〜1024が1つに積層されるとき、プレート1000〜1024の化学的なエッチングを施される部分により、噴射積層体の種々の構成要素が形成される。開口112は、エッチング処理でプレート1024を貫通させることにより形成された穴である。チャネル110を作成するために、プレート1000〜1024にエッチング処理が施される。再循環チャネル114を作成するために、プレート1022には、片面だけエッチング処理を施し、下流多岐管106に繋がる半エッチングチャネルが形成される。この再循環チャネル114は、全長が1.65mm〜4.445mm、幅が0.076mm〜0.152mm、深さが0.0381mm〜0.1016mmであることが好ましい。しかし、このチャネル114の長さ、幅、および深さはこれには限定されず、各噴射要素に関して必要なサイズでよい。
この噴射積層体は、容器(図示せず)から、粒子フィルタ108を有する上流多岐管102を通してインクを受け取る。流体は、粒子フィルタ108を通りチャネル110に流れる。このチャネル110により、開口112と再循環チャネル114に液体が誘導される。この粒子フィルタ108により、大きな粒子がチャネル110に流れ込み、開口112から吐出されること、あるいは、下流多岐管106に送られることを防ぐ。アクチュエータすなわちトランデューサ(図示せず)が起動すると、隔膜プレートが曲がり、これにより、インクが開口112から流れ出る。開口112から吐出されたインク滴により、印刷画像の一部が形成される。粒子フィルタ108、上流多岐管102、チャネル110、および開口112を含むインク経路の部分を「単一噴射要素」と呼ぶ。再循環経路は、チャネル114および下流多岐管106で構成される。この再循環チャネル114は、チャネル110に接続する。
アクチュエータすなわちトランデューサが起動しない場合、チャネル110内のインクは、開口112から吐出されることなく、再循環チャネル114と下流多岐管106に流れ込むが、これについては後程詳しく議論する。これにより、インクは吐出されることなく流れ続け、インクの停滞を防ぐことができる。
図2には、流体分配サブ組立体を含む流体分配組立体を有するシステムの一実施形態の図が示されている。このプリンタの構成は、単に、本発明の実装形態の内容を理解しやすくするために設けたものである。さらに、本明細書で議論される例では、流体に代わってインクを用い、流体分配サブ組立体に代わって噴射要素を用いる。もう一度言うが、この例は限定を意図するものでなく、かつ、示唆するものでもないものとする。
図2には、複数の単一噴射要素200の実施形態が示されており、これらの単一噴射要素200は、入口多岐管204と出口多岐管202に接続する。さらに、この入口多岐管204は上流多岐管102に、出口多岐管202は下流多岐管106にそれぞれ接続する。この図には単一噴射要素200が8個示されているが、使用される単一噴射要素200の数はいくつでもよいことは当業者には理解されよう。
上流多岐管102と下流多岐管106も各単一噴射要素200にそれぞれ接続する。つまり、噴射積層体100は、単一の上流多岐管102と単一の下流多岐管106を含み、これらの多岐管は、各噴射要素200にそれぞれ接続する。各単一噴射要素200は、図1に示されるステンレス鋼のプレート1000〜1024により形成される。図2で見られる通り、各単一噴射要素は、噴射中すなわち印刷中にインクを吐出するための開口112を含む。
各単一噴射要素200は、本体チャンバ206も含む。本体チャンバ206は、噴射中にインクを吐出しやすくする圧電要素(図示せず)をその裏側に有するが、これについては、後程詳しく説明する。つまり、本体チャンバ206はプレート1000を介して形成され、圧電要素(図示せず)に接続する。
図3と図4には、図2の単一噴射要素200のうちの1つがより詳細に示されている。上記に記載する通り、図2で見られるように、単一噴射要素200は、粒子フィルタ108、開口112、チャネル110、および上流多岐管102を含む。
図5には、上流多岐管102に接続する入口多岐管204、および下流多岐管106に接続する出口多岐管202がより詳細に示されている。
噴射中、インクは入口多岐管202から上流多岐管102に供給される。本体チャンバ206に取り付けられる圧電要素(図示せず)の動作を介して、インクは上流多岐管102から粒子フィルタ108を通過しチャネル110を経て開口112に流れる。開口112を通してインクを流すためには、十分な圧力をかけて、開口112内のインクのメニカスを破らなければならない。
しかし、非噴射中、インクを流し続けて流体停滞を避けるために、上流多岐管102から粒子フィルタ108を通過し、チャネル110を経て、再循環チャネル114と下流多岐管106を含む再循環経路にインクを流す。開口112内のインクのメニカス破られないままとなり、インクは吐出されない。
したがって、単一噴射要素200内でインク流を維持しメニカスの破裂を避けるためには、インクにかけられる圧力は数水柱インチ未満でなければならない。例えば、上流多岐管102は1水柱インチの負の圧力を有し得、下流多岐管106は6〜7水柱インチの負の圧力を有する。上流多岐管102に負の圧力をかけ、下流多岐管106に低い負の圧力をかけることによりこれが実現される。バキューム、負の圧力ヘッドなど、あらゆる手段を用いて、圧力をかけることができる。噴射中も上流多岐管102と下流多岐管106との間の負の圧力が維持され、これにより噴射中であっても、インクは再循環経路内で一定の流れを維持する。これにより、噴射中の平均流量が維持される。
非噴射中、チャネル110を通り、開口112と再循環チャネル114にインクが流れる。しかし、上述した通り、非噴射中は圧力が開口112内のインクのメニカスを破るのに十分でないため、その圧力により、インクは下流多岐管106に流れて再循環する。これにより、非噴射中にインクが吐出されないときでも、インクは上流多岐管102および下流多岐管106ならびに単一噴射要素200を通って流れ続けることができる。すなわち、非噴射中でも、インクは単一噴射要素200内を絶えず循環する。これにより、インクの停滞がなくなり、インク内で粒子が浮遊することを防ぐことができる。上流多岐管102と下流多岐管106の間に好適な圧力差が生じることにより、これが実現される。
インクが開口112ではなくチャネル110の半エッチング部に流れるために必要な圧力の範囲は、流体の表面張力と粘度の関数である。この圧力差は、上流多岐管102と下流多岐管106の間の流れを維持するのに十分なだけ大きく、かつ、開口112のメニカスの破裂を防ぐのに十分なだけ低くなければならない。
Claims (10)
- インクジェット印字ヘッドであって
複数の単一噴射要素であって、各単一噴射要素が、
噴射中インクを吐出するよう構成される開口と、
インクを受けるためのチャネルと、を含む複数の単一噴射要素と、
前記チャネルにインクを供給する第1の多岐管構造体と、
前記噴射中および非噴射中に、それぞれがインクを受け取るよう構成される複数の再循環経路であって、各再循環経路が、
インクを受け取るための前記チャネルに接続する再循環チャネルであって、前記単一噴射要素と前記再循環経路のそれぞれの一部を形成する前記鋼材プレートのうちの1つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、
前記再循環チャネルからインクを受け取る第2の多岐管構造体と、を含む再循環経路と、を含み、
非噴射中に前記複数の単一噴射要素のそれぞれと前記再循環経路を通って、前記第1の多岐管から前記第2の多岐管にインクが流れる、インクジェット印字ヘッド。 - 非噴射中、前記インクジェット印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項1に記載のインクジェット印字ヘッド。
- 前記第1の多岐管に負の圧力をかけ、前記第2の多岐管には低い負の圧力をかけて、前記第1の多岐管と前記第2の多岐管の間に圧力差をつくる請求項1に記載のインクジェット印字ヘッド。
- 噴射中、前記第1の多岐管と前記第2の多岐管の間の前記圧力差を維持する、請求項3に記載のインクジェット印字ヘッド。
- インクジェット印字ヘッドであって、
噴射要素であって、
噴射中インクを吐出するよう構成される開口と、
インクを受け取るためのチャネルと、を含む噴射要素と、
前記チャネルにインクを供給する構造を有する第1の多岐管と、
前記噴射中かつ非噴射中にインクを受け取るよう構成される再循環経路であって、各再循環経路が、
インクを受け取るために前記チャネルに接続する再循環チャネルであって、前記単一噴射要素と前記再循環経路のそれぞれの一部を形成する鋼材プレートのうちの1つにハーフエッチングを施すことにより形成される再循環チャネルと、
前記再循環チャネルに接続する第2の多岐管構造体と、を含む、再循環経路と、を含み、
非噴射中に前記噴射要素と前記再循環経路を通って、前記第1の多岐管から前記第2の多岐管に前記インクが流れる、インクジェット印字ヘッド。 - 非噴射中に前記インクジェット印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項5に記載のインクジェット印字ヘッド。
- 前記第1の多岐管には負の圧力がかけられ、前記第2の多岐管には低い負の圧力がかけられ、これにより、前記第1の多岐管と前記第2の多岐管の間に圧力差が生じる、請求項5に記載のインクジェット印字ヘッド。
- 前記第1の多岐管と前記第2の多岐管の間の前記圧力差が噴射中に維持される、請求項7に記載のインクジェット印字ヘッド。
- 印字ヘッド内の圧力を制御する方法であって、
非噴射中にチャネルに接続する第1の多岐管構造体に第1の負の圧力をかけるステップと、
前記第1の多岐管構造体の下流に配置される第2の多岐管構造体に前記第1の負の圧力より低い第2の負の圧力をかけて、圧力差をつくるステップであって、非噴射中にチャネルからインクを受け取る前記再循環チャネルに前記第2の多岐管構造体が接続する、ステップと、
噴射中に前記第1の多岐管構造体と前記第2の多岐管構造体の間の前記圧力差を維持するステップと、を含む方法。 - 非噴射中、前記印字ヘッド内を前記インクが絶えず流れる、請求項9に記載の方法。
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