KR100669965B1 - 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터 및 액적 토출 헤드 - Google Patents

환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터 및 액적 토출 헤드 Download PDF

Info

Publication number
KR100669965B1
KR100669965B1 KR1020047015502A KR20047015502A KR100669965B1 KR 100669965 B1 KR100669965 B1 KR 100669965B1 KR 1020047015502 A KR1020047015502 A KR 1020047015502A KR 20047015502 A KR20047015502 A KR 20047015502A KR 100669965 B1 KR100669965 B1 KR 100669965B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chamber
diaphragm
plate
head
pressure
Prior art date
Application number
KR1020047015502A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040101375A (ko
Inventor
다나카신지
Original Assignee
가부시키가이샤 리코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2002145300A external-priority patent/JP2003334945A/ja
Priority claimed from JP2002259573A external-priority patent/JP2004098178A/ja
Application filed by 가부시키가이샤 리코 filed Critical 가부시키가이샤 리코
Publication of KR20040101375A publication Critical patent/KR20040101375A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100669965B1 publication Critical patent/KR100669965B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17503—Ink cartridges
    • B41J2/1752—Mounting within the printer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17596—Ink pumps, ink valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

액적 토출 헤드는, 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함한다. 액적 토출 헤드는, 상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과, 상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 더 포함한다.

Description

환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형 액츄에이터 및 액적 토출 헤드{ELECTROSTATIC ACTUATOR AND LIQUID DROPLET EJECTING HEAD HAVING STABLE OPERATION CHARACTERISTICS AGAINST ENVIRONMENTAL CHANGES}
본 발명은 전반적으로 잉크젯 기록에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정전형 액츄에이터, 액적 토출 헤드, 잉크(액체 공급) 카트리지, 잉크젯 기록 장치 및 마이크로펌프에 관한 것이다.
잉크 액적을 노즐로부터 직접 기록 매체 상에 분사하여 기록 매체에 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치 중에서, 필요한 때만 잉크를 토출하는 온디맨드(on-demand) 방식의 장치는 잉크를 회수하기 위한 기구가 필요하지 않다. 따라서, 온디멘드 방식의 잉크젯 기록 장치는 비용 절감 및 소형화가 가능하고, 컬러 기록에 대응할 수 있는 특징을 갖고 있다.
잉크젯 기록 장치는 프린터, 팩시밀리 기기, 복사기, 플로터(plotter) 등의 화상 기록 장치 또는 화상 형성 장치로서 이용되고 있다. 잉크젯 기록 장치에 사용되는 액적 토출 헤드인 잉크젯 헤드는 잉크 액적을 토출하는 한 개 또는 복수 개의 노즐과, 이 노즐과 연통하는 한 개 또는 복수 개의 가압액 챔버(토출 챔버, 압력 챔버, 액체 챔버, 잉크 채널이라고도 칭함)와, 이 가압액 챔버 내의 잉크를 가 압하는 압력 발생 수단을 포함한다. 가압액 챔버 내의 잉크는 액츄에이터 수단에 의해 가압되어 노즐로부터 잉크 액적이 토출된다.
액적 토출 헤드로서는, 액체 레지스트를 액적으로서 토출하는 헤드와, DNA 시료를 액적으로서 토출하는 헤드를 포함한다. 그러나, 이하에서는 잉크젯 헤드를 중심으로 설명한다. 또한, 액적 토출 헤드의 액츄에이터 부분을 구성하는 액츄에이터는, 예컨대 마이크로 펌프, 마이크로 광변조기 등의 광학 디바이스, 마이크로 스위치(마이크로 릴레이), 멀티 광학 렌즈의 액츄에이터(광 스위치), 마이크로 유량계, 압력 센서 등의 마이크로 디바이스에도 적용할 수 있다.
이러한 잉크젯 헤드로서는 압전형 잉크젯 헤드 또는 버블형 잉크젯 헤드가 일반적으로 사용되고 있지만, 압력 발생 수단으로서 정전기력을 이용한 정전형 잉크젯 헤드도 알려져 있다.
전자 기계적 변환 방식을 채택하는 압전형 잉크젯 헤드는 압전 소자의 정전 변위에 의해 잉크 챔버에 압력파를 발생시킴으로써, 잉크 노즐로부터 잉크를 토출시킨다. 전기열 변환 방식을 채택하는 버블형 잉크젯 헤드는 단시간에 고온으로 가열되는 히터에 의해 잉크 챔버에 기포를 발생시켜, 기포의 체적 팽창에 의해 잉크를 토출시킨다.
또한, 정전형 잉크젯 헤드는 잉크 노즐 구멍과 연통하는 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버의 벽을 형성하는 진동판과, 미소한 소정의 공극을 사이에 형성한 상태에서 진동판과 대향하게 마련된 전극을 구비하는 액츄에이터를 병렬로 다수 포함하고 있다. 각 액츄에이터에서는, 진동판이 변형되도록 전극에 전압이 인가된다. 이에 의해, 가압액 챔버 내에 압력이 발생되어 가압액 챔버 내의 잉크액이 액적으로서 잉크 노즐 구멍으로부터 토출된다. 바꾸어 말하면, 정전형 잉크젯 헤드는 정전 인력을 이용하여 각 액츄에이터의 진동판을 변형시키고, 이 변형시의 기계적인 힘 또는 정전 인력이 소실되었을 때에 진동판에 발생되는 기계적인 반발력에 의해 가압액 챔버 내의 잉크를 노즐로부터 토출시킨다.
최근에, 환경 보호 관점에서 납이 없는 버블형 및 정전형 잉크젯 헤드가 주목을 받고 있다. 특히, 환경에 영향이 적도록 납이 없는 것에 추가하여 전력을 적게 소비하는 정전형 잉크젯 헤드가 광범위하게 적용되고 있다.
또한, 정전형 잉크젯 헤드는 웨이퍼 공정에 의해 제작될 수 있다. 따라서, 고밀도 잉크젯 헤드를 쉽게 제작할 수 있고, 안정적인 특성의 소자를 대량 제작할 수 있다. 또한, 평면 구조를 기본으로 하는 정전형 잉크젯 헤드는 소형화가 용이하다는 특징을 갖고 있다(일본 특허 공개 평2-289351호, 평5-050601호, 평6-071882호).
다음에, 도 1은 종래의 정전형 액적 토출 헤드(100)의 분해 사시도, 도 2는 조립된 상태에서 액적 토출 헤드(100)의 액츄에이터 부분의 종단면도이다. 상기 액적 토출 헤드(100)는, 예컨대 잉크젯 기록 장치에 사용되는 잉크젯 헤드로서, 제1 기판인 채널 기판(101)과, 제2 기판인 전극 기판(102)과, 제3 기판인 노즐판(103)을, 전극 기판(102)이 채널 기판(101)의 하측에 결합되고 노즐판(103)이 채널 기판(101)의 상측에 결합되도록 적층 결합하여 형성된 층상 구조체로 구성되어 있다.
또한, 액적 토출 헤드(100)는 관통 구멍으로서 노즐판(103)의 적소에 형성된 복수 개의 노즐 구멍(131), 각 노즐 구멍(131)과 연통하는 잉크 채널인 가압액 챔버(111), 가압액 챔버(111)의 벽면을 형성하는 진동판(113), 공통 액체 챔버(112)와 가압액 챔버(111)를 연결하는 유체 저항부(115)를 통해 가압액 챔버(111)와 연통하는 공통 액체 챔버(112), 진동판(113)을 공극(진동 챔버)(121)과의 사이에 형성된 정전기력에 의해 편향시키기 위해 진동판(113) 아래에 대향 배치된 개별 전극(122)을 구비하고 있다. 유체 저항부(115)는 노즐판(103)의 하부면에 오목부로서 마련될 수도 있다. 각 액츄에이터에서, 전극(122)에 인가된 전압이 전극(122)과 진동판(113)사이에 전위차를 야기하여, 진동판(113)이 편향(진동)하게 된다. 진동판(113)이 진동 챔버(121)를 향해 편향한 후에 가압액 챔버(111)쪽으로 복귀할 때에 발생되는 압력파에 의해 노즐 구멍(131)으로부터 잉크가 토출된다.
가늘고 긴 형상의 가압액 챔버(111)는 서로에 대해 평행하게 마련되고 격벽(111a)에 의해 분리되어 있다. 가압액 챔버(111)에 대응하는 노즐판(103)의 부분에는 노즐 구멍(131)이 개별 관통 구멍으로서 형성되어 있다. 노즐판(103)을 채널 기판(101)의 상측에 결합했을 때, 가압액 챔버(111)는 격벽(111a)에 의해서 구획된다.
전극 기판(102)에 마련된 전극(122)은 채널 기판(101)에 형성된 가압액 챔버(111)에 대응하도록 형성된 진동 챔버(121)의 하부에 형성되어 있다. 진동 챔버 (121)는 격벽(121a)에 의해 구획되어 있다.
공통 액체 챔버(112)는 각 가압액 챔버(111)의 단부에 걸쳐 연장하도록 마련 되어 있다. 공통 액체 챔버(112)의 하부 및 그 밖의 부분과 연통하는 잉크 공급구(액적 공급구)(도시 생략)를 통해 잉크 탱크(도시 생략)로부터 공통 액체 챔버(112)로 잉크가 공급된다. 잉크는 유체 저항부(132)를 통해 가압액 챔버(111)로 더 공급된다.
시장에서는 다른 전자 기기와 같이 잉크젯 프린터를 비롯한 사무 자동화 기기에 대해서도 에너지 절약화의 요구가 커지고 있다. 정전형의 액적 토출 헤드는 다른 방식의 액적 토출 헤드에 비해 전력 소비가 적은 것이 특징이기는 하지만, 전력 소비를 더욱 절감하기 위해서는 구동 전압을 더 감소시킬 필요가 있다. 그러한 요구에 부합하기 위해서는, 진동 챔버(121)의 수직 방향 치수[또는 전극(122)과 진동판(113) 사이의 거리(이하, 이 거리를 공기 간극이라 칭하기도 한다)] 및 진동판(113)의 두께를 감소시키는 것이 요구된다. 그러나, 이 구성에 따르면, 진동 챔버(121)의 수직 방향 치수가 감소되어 진동판(113)의 강성이 저감된다. 따라서, 수직 챔버(121) 내에 수분이 존재하면, 액체 가교력 또는 수소 결합력에 의해 진동판(113)이 전극에 부착되어 접촉 상태로 유지됨으로써, 액츄에이터가 기능하지 못하게 한다. 따라서, 진동 챔버(121)에는 외부로부터 유체(액체)가 침입할 수 없게 되어야 한다. 이 목적을 위해, 진동 챔버(121)는 외부 환경으로부터 완전히 격리되어 있는 것이 바람직하다. 적어도, 물 등의 액체가 진동 챔버(121)로 침입할 수 없어야 한다.
따라서, 진동 챔버(121)의 개구가 밀봉재에 의해 밀봉되어 진동 챔버(121)를 밀봉하는 것이 좋다. 그러나, 진동 챔버(121) 및 이 진동 챔버(121)와 연통하는 공간(이하, 총괄하여 액츄에이터 챔버라고 칭함)에 액적 토출 헤드 밖의 기체가 출입할 수 없는 구성을 채용하는 경우에는 다른 문제가 생긴다. 즉, 액츄에이터 챔버 내의 기체와 헤드 밖의 기체가 서로 자유롭게 연통할 수 없기 때문에, 외부 환경의 압력 또는 온도가 변화하면 액츄에이터 챔버와 외부 환경간에 압력차가 생김으로써, 이 압력차의 크기에 따라 진동판의 평형 위치가 변화된다. 예컨대, 액츄에이터 챔버 내의 압력이 헤드 밖의 압력보다도 낮으면, 각 진동판(113)의 평형 위치는 전극측으로 접근한다. 액츄에이터 챔버 내의 압력이 헤드 밖의 압력보다 높으면, 각 진동판(113)의 평형 위치는 전극측으로부터 멀어진다. 결과적으로, 액적 토출 헤드로부터 토출되는 액적의 토출량 및 속도는 액츄에이터 챔버와 외부 환경간의 압력차에 따라 변화됨으로써, 액적 토출 헤드가 안정적인 토출 특성을 유지할 수 없게 된다. 따라서, 기압 및 온도에 관한 일종의 보정 수단을 마련할 필요가 있다.
전술한 단점을 제거하기 위한 종래의 대책은 다음과 같다.
특허 공개 평11-286109호(이하, 제1 종래 기술이라 칭함)에 개시된 "잉크젯 헤드의 구동 제어 방법 및 장치"에 따르면, 압력 검출 수단으로서 채용한 압력 센서에 의해 외부 압력이 판독되고, 이 판독된 또는 입력된 외부 압력에 따라 구동 전압의 파형이 변화된다.
특허 공개 제2001-300421호(이하, 제2 종래 기술이라 칭함)에 개시된 "정전형 액츄에이터 및 이것을 이용한 액체 분사 장치"에 따르면, 변위판(변형판)이라 칭하는 대기와 연통하는 박판을 캐비티 플레이트라 칭하는 기판 진동판을 형성하는 기판에 설치하고, 대기로부터 변위판을 가로질러 압력 보상 챔버(압력 보정 챔버)를 형성하여 진동 챔버와 연통시킴으로써, 변위판의 편향에 의해 진동 챔버의 압력이 보상된다.
그러나, 제1 종래 기술에 따르면, 압력 검출 수단 외에도, 잉크젯 특성 변화를 보상하기 위해 압력과 구동 전압 파형 사이의 관계를 기억하는 기억 수단 및 제어 수단이 필요하게 되어, 제품의 비용 상승을 피할 수 없다.
제2 종래 기술에 따르면, 액츄에이터 챔버가 대기로부터 밀폐 격리되더라도, 각 진동판의 평형 위치의 변화가 아니라, 액츄에이터 챔버 내외의 압력차가 발생될 때 변위판의 평형 위치의 큰 변화에 의해 진동판의 변형이 제어될 수 있다.
제2 종래 기술의 잉크젯 헤드는 그 크기의 미소한 증가를 초래하지만, 그 구조에 의해서만 각 진동판의 평형 위치 변동을 감소시킨다. 따라서, 예컨대 원리적으로 원하는 효과의 달성을 기대할 수 없는 압력 센서를 제공하는 방법과 달리, 제2 종래 기술의 잉크젯 헤드는 충분한 효과를 기대할 수 있다.
그러나, 이 구성은 또한 변위판의 강성이 각 진동판보다 충분히 낮다는 점으로 인해 다른 문제를 갖고 있다. 즉, 변위판과 그 대향면 사이의 거리가 좁은 경우에, 헤드 내외의 압력차의 발생으로 인해 변위판이 대향면과 쉽게 접촉하게 된다. 이 때, 변위판이 일단 대향면과 접촉하게 되면, 강성이 매우 낮은 변위판은 그 변위판과 대향면에 발휘되는 반데르발스력(Van der Waals force)에 의해 스티킹(sticking)되어 그 기능을 잃어버리게 된다. 또한, 변위판과 대향면 사이에 흡착 물 또는 잔류 전하가 존재하는 경우에는, 변위판이 그 대향면에 대해 더욱 쉽게 스 티킹된다.
한편, 변위판과 그 대향면 사이의 거리가 넓으면, 변위판이 그 대향면과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 변위판이 그 대향면에 스티킹되는 것이 방지되지만, 압력 보상 챔버의 체적이 증가된다. 즉, 액츄에이터 챔버의 체적이 크게 증가되어, 액츄에이터 챔버 내외의 압력차가 보다 큰 영향을 발휘한다. 결과적으로, 압력 보상 챔버용 공간으로서 보다 넓은 면적이 필요하게 되고, 이에 따라 헤드의 크기 및 비용이 증가되어 헤드를 이용하는 프린터의 크기도 증가하게 된다.
따라서, 종래의 정전형 액츄에이터 및 제2 종래 기술을 이용한 잉크젯 헤드에서는, 헤드 크기의 불필요한 증대를 초래하는 일없이, 변위판과 그 대향면 사이의 거리를 감소시킴으로써, 변위판의 스티킹을 방지할 수 없다. 즉, 안정적인 토출 또는 동작 특성을 달성할 수 없었다.
전술한 바와 같이, 정전형 잉크젯 헤드의 가압액 챔버의 벽을 형성하는 진동판과 대응하는 전극 사이에 형성되는 진동 챔버의 수직 방향 치수는 수 미크론 이하이다. 진동 챔버를 대기 환경에 개방된 상태로 놓아두면, 진동 챔버 내에 먼지가 침입하여, 진동판의 변형을 방해할 수 있다. 또한, 진동판의 표면에 수분이 흡착되면, 액체 가교력에 의해서 진동판이 전극에 부착하여 토출 불량을 일으킬 가능성이 있다. 또한, 진동판을 연속적으로 구동하면, 진동 챔버 내의 기체가 점차 빠져나가 감압 상태가 될 수 있다. 그러면, 전압이 전극에 인가되지 않더라도, 진동판이 전극측으로 편향되어 그 평형 위치로 회복되지 않아, 충분한 잉크 토출량 또는 토출 압력을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 일반적으로는 진동 챔버 와 연통하는 대기 개방부를 수지로 밀봉하여, 진동 챔버부가 밀폐되도록 하고 있다.
그러나, 기압이 일반적인 상태와 매우 다른 환경, 예컨대 기압이 일반적인 값보다 낮은 고지에서 진동판과 전극 사이에 개재되는 진동 챔버를 밀폐 상태로 하면, 진동 챔버 내의 압력과 외부의 낮은 압력 간의 압력차에 의해 진동판이 가압액 챔버측으로 편향된 상태로 유지되어, 토출 불량이 발생한다. 외부 압력이 진동 챔버 내의 압력보다 높은 경우에는, 진동판이 상기와 반대 방향으로 편향된 상태가 유지된다.
따라서, 특허 공개 평11-286109호 및 특허 공개 제2000-272120호에 따르면,압력 검출 수단에 의해 진동 챔버 내의 압력과 외부의 기압 간의 압력차를 측정하여 구동 전압의 파형을 보정하고, 압력 제어를 위한 큰 면적의 진동판을 추가로 마련하여 밀폐부의 체적을 변화시킨다. 이에 의해, 진동 챔버 내의 압력과 외부의 기압 간의 압력차를 제어하고 있다. 그러나, 압력 검출 수단 또는 큰 면적의 압력 제어 수단을 추가시키면 헤드 비용이 비싸지고, 칩의 소형화 및 집적화가 어렵게 된다.
따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 전술한 단점이 제거된 정전형 액츄에이터와 액적 토출 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 크기 및 비용을 증가시키는 일없이 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 소형화된 정전형 액츄에이터와, 이 정전형 액츄에이터를 이용하여 환경 변화에 대해 안정적인 토출 특성을 실현하는 액적 토출 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 상기 액적 토출 헤드를 이용한 잉크 카트리지(액체 공급 카트리지), 잉크젯 기록 장치, 마이크로 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 목적은 정전기력에 의해 야기된 압력파에 의해 액적을 토출하는 액적 토출 헤드에 의해 달성되며, 상기 액적 토출 헤드는, 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 액적을 토출하며, 상기 액적 토출 헤드는, 상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과, 상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 구비한다.
본 발명에 따르면, 기존 요소(공통 액체 챔버)의 일부가 쉽게 변형할 수 있도록 간단한 수정을 하여 압력 보정부를 형성함으로써, 광범위한 환경 압력 하에서 신뢰성 좋게 이용할 수 있는 액적 토출 헤드를 절감된 비용으로 실현할 수 있다. 이에 따라, 압력 검출부 등의 특별한 요소를 추가할 필요가 없어, 액적 토출 헤드의 제조 공정수, 비용 및 크기의 증대를 방지할 수 있다. 또한, 액적 토출 헤드의 구성 및 전체 제조 공정이 복잡해지는 것을 방지한다.
본 발명의 목적은 또한 정전기력에 의해 야기되는 압력파에 의해 잉크 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와, 이 액적 토출 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 탱크를 구비하고, 상기 잉크 탱크는 상기 액적 토출 헤드와 일체화되는 잉크 카트리지에 의해 달성되며, 상기 액적 토출 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 잉크 액적을 토출하며, 상기 액적 토출 헤드는, 상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과, 상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 구비한다.
전술한 잉크 카트리지는 본 발명에 다른 액적 토출 헤드를 포함한다. 따라서, 상기 잉크 카트리지는 신뢰성을 가지며 절감된 비용으로 제조될 수 있고 결점 부분이 감소된다.
본 발명의 상기 목적은 또한 정전기력에 의해 야기되는 압력파에 의해 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드를 구비한 잉크젯 기록 장치에 의해 달성되고, 상기 잉크젯 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 잉크 액적을 토출하고, 상기 잉크젯 헤드는, 상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과, 상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 구비한다.
전술한 잉크젯 기록 장치는 본 발명에 따른 액적 토출 헤드를 포함한다. 따라서, 상기 잉크젯 기록 장치는 신뢰성을 가지며 고품질의 화상 기록을 수행할 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 또한 하나 이상의 진동판의 변형에 의해 액체를 운송하는 마이크로 펌프에 의해 달성되고, 이 마이크로 펌프는, 상기 액체가 운송되는 채널과, 상기 채널의 벽면을 형성하는 진동판과, 상기 채널로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 각 진동판에 마 련된 복수 개의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 채널 내의 압력을 증가시켜 액체를 운송하며, 상기 마이크로 펌프는, 상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 채널의 벽면을 형성하는 변형판과, 상기 채널로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 구비한다.
전술한 마이크로 펌프는 전극들 사이에 발휘된 정전기력에 의해 진동판을 변형시킨다. 따라서, 상기 마이크로 펌프는 크기가 감소되어 전력을 덜 소비한다.
본 발명의 상기 목적은 또한 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되는 정전형 액츄에이터에 의해 달성되고, 상기 정전형 액츄에이터는, 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 형성되는 접촉 면적을 감소시키는 부분을 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
전술한 정전형 액츄에이터에 따르면, 대향하는 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉할 때에 변형 가능부의 접촉 면적이 감소된다. 이에 따라, 접촉시에 발휘되는 흡착력이 실질적으로 억제되어 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면에 스티킹되는 것이 방지된다. 따라서, 상기 정전형 액츄에이터는 크기가 감소되고 안정적인 동작 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 또한 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가 능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되는 정전형 액츄에이터에 이해 달성되고, 상기 정전형 액츄에이터는, 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 변형 가능부가 상기 제2 측면에 스티킹되는 것을 방지하도록 상기 제2 측면에 형성된 스티킹 방지부를 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
전술한 정전형 액츄에이터에 따르면, 변형 가능부가 제2 측면과 접촉할 때에 압력 보정 챔버의 제2 측면에 스티킹되는 것이 방지된다. 따라서, 상기 정전형 액츄에이터는 크기가 감소되고 안정적인 동작 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 또한 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 액체를 가압하는 정전형 액츄에이터를 구비하는 액적 토출 헤드에 의해 달성되고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 형성되는 접촉 면적을 감소시키는 부분을 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
본 발명의 상기 목적은 또한 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 액체를 가압하는 정전형 액츄에이터를 구비하는 액적 토출 헤드에 의해 달성되고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 변형 가능부가 상기 제2 측면에 스티킹되는 것을 방지하도록 상기 제2 측면에 형성된 스티킹 방지부를 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
전술한 액적 토출 헤드는 본 발명에 따른 정전형 액츄에이터를 포함한다. 따라서, 상기 액적 토출 헤드는 액적 토출 특성이 안정적이기 때문에 그 신뢰성이 증대되고 화상 품질이 향상된다.
본 발명의 상기 목적은 또한 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드를 구비한 잉크젯 기록 장치에 의해 달성되고, 상기 잉크젯 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 잉크를 가압하는 정전형 액츄에이터를 구비하고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변 형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 형성되는 접촉 면적을 감소시키는 부분을 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
본 발명의 상기 목적은 또한 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드를 구비한 잉크젯 기록 장치에 의해 달성되고, 상기 잉크젯 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 잉크를 가압하는 정전형 액츄에이터를 구비하고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 변형 가능부가 상기 제2 측면에 스티킹되는 것을 방지하도록 상기 제2 측면에 형성된 스티킹 방지부를 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
전술한 잉크젯 기록 장치는 본 발명에 따른 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)를 포함한다. 따라서, 상기 잉크젯 기록 장치는 고품질의 화상 기록을 수행할 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 또한 액적 토출 헤드와, 이 액적 토출 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급 탱크를 일체화한 액체 공급 카트리지에 의해 달성되고, 상기 액적 토출 헤드는, 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 액체를 가압하는 정전형 액츄에이 터를 구비하고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 형성되는 접촉 면적을 감소시키는 부분을 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
본 발명의 상기 목적은 또한 액적 토출 헤드와, 이 액적 토출 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급 탱크를 일체화한 액체 공급 카트리지에 의해 달성되고, 상기 액적 토출 헤드는, 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 가압액 챔버와, 상기 가압액 챔버 내의 액체를 가압하는 정전형 액츄에이터를 구비하고, 상기 정전형 액츄에이터는, 적어도 하나의 측면이 정전기력에 의해 변형 가능한 진동판으로 구성된 진동 챔버와, 상기 진동판과 대향하여 마련된 전극과, 상기 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버를 포함하고, 상기 압력 보정 챔버의 적어도 제1 측면은 외기압에 따라 변위될 수 있는 변형 가능부에 의해 구성되고, 상기 정전형 액츄에이터는 상기 변형 가능부가 압력 보정 챔버의 제2 측면과 접촉하는 경우에 변형 가능부가 상기 제2 측면에 스티킹되는 것을 방지하도록 상기 제2 측면에 형성된 스티킹 방지부를 구비하고, 상기 제2 측면은 변형 가능부와 대향한다.
전술한 잉크 카트리지는 본 발명에 따른 액적 토출 헤드를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 읽으면 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 종래의 정전형 액적 토출 헤드의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 액적 토출 헤드의 액츄에이터 부분의 종단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전형 액적 토출 헤드의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 3의 액적 토출 헤드의 액츄에이터 부분을 조립 상태로 도시하는 종단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액츄에이터의 공극과 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 비교용의 액츄에이터의 공극과 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전형 액츄에이터를 잉크젯 헤드의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 가압액 챔버 부분의 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동판의 폭을 따라 취한 잉크젯 헤드의 가압액 챔버 부분의 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 변형판의 압력 보정 챔 버의 평면도.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미소 돌기의 종단면 형상을 보여주는 다이어그램.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미소 돌기의 횡단면 형상을 보여주는 다이어그램.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미소 돌기의 형상 및 배치를 보여주는 다이어그램.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력 보정부 및 진동 챔버의 요부를 보여주는, 변형판의 폭을 따라 취한 잉크젯 헤드의 단면도.
도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에칭 없이 미소 돌기를 형성하는 경우에 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 형성하는 방법을 도시하는 다이어그램.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 변형판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 변형판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 변형판의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤 드의 압력 보정부의 단면도.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 진동판의 폭을 따라 취한 정전형 헤드의 액츄에이터 부분의 단면도.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 잉크 카트리지의 사시도.
도 24는 본 발명의 제10 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치의 기구부의 측면도.
도 25는 본 발명의 제10 실시예에 따른 도 24의 잉크젯 기록 장치의 사시도.
도 26은 본 발명의 제11 실시예에 따른 마이크로 펌프의 단면도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
이하의 설명에 있어서, 정전형 액적 토출 헤드는 개별 전극과 서로 대향하는 진동판을 채택하고, 상기 전극과 진동판 사이에는 공극이 형성되어 있다. 공통 전극으로서 작용하는 진동판과 각 개별 전극 사이에는 전위차가 제공되어 진동판이 편향함으로써 압력을 발생시킨다.
수식을 이용하여 보다 자세히 설명하는 경우에는, 진동판의 전체 변형보다 변형이 큰 변형판을 직사각형 박판으로서 간주한다. 변형판의 본질은 변형판의 변형이 더 큰 한 그 형상에 상관없이 동일하다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전형 액적 토출 헤드(10)의 분해 사시도이다. 도 4는 조립된 상태로 있는 액적 토출 헤드의 액츄에이터 부분의 종단 면도이다.
이 실시예의 액적 토출 헤드(10)는, 예컨대 잉크젯 기록 장치에 사용되는 잉크젯 헤드로서, 제1 기판인 채널 기판(1)과, 제2 기판인 전극 기판(2)과, 제3 기판인 노즐판(3)을, 전극 기판(2)이 채널 기판(1)의 하측에 결합되고 노즐판(3)이 채널 기판(1)의 상측에 결합되도록 적층 결합하여 형성된 층상 구조체로 이루어진다. 도 4에 도시된 바와 같이 액적 토출 헤드(10)에는 밀봉 재료(5)가 마련된다.
액적 토출 헤드(10)는 관통 구멍으로서 노즐판(3)의 적소에 형성된 복수 개의 노즐 구멍(31)과, 노즐 구멍(31)과 연통하는 잉크 채널인 가압액 챔버(11)와, 해당 가압액 챔버(11)의 벽면을 각각 형성하는 진동판(13)과, 공통 액체 챔버(12)와 가압액 챔버(11)를 연결하는 채널인 유체 저항부(15)를 통해 가압액 챔버(11)와 연통하는 공통 액체 챔버(12)와, 진동판(13) 아래에 대향하게 마련되며 진동판과의 사이에 형성되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시키기 위한 공극(진동 챔버)(21)이 있는 개별 전극(22)을 포함한다. 노즐판(3)의 하면에는 오목부로서 유체 저항부(15)가 마련될 수도 있다. 즉, 액적 토출 헤드(10)는 서로 평행하게 형성된 복수 개의 액츄에이터를 포함하고, 각 액츄에이터는 대응하는 노즐 구멍(31)과 연통하는 가압액 챔버(11)를 포함하며, 진동판(13)은 가압액 챔버(11)의 벽면(바닥면)을 형성하고, 전극(22)은 사이에 진동 챔버(21)를 두고 진동판(13)과 대향한다. 각 액츄에이터에서는, 전극(22)에 인가된 전압에 의해서 전극(22)과 진동판(13) 사이에 전위차가 제공되어 진동판(13)이 편향(또는 진동)하게 된다. 잉크는 진동판(13)이 진동 챔버(21)를 향해 편향된 후에 가압액 챔버(11)측으로 복귀할 때에 발 생되는 압력파에 의해 노즐 구멍(31)으로부터 토출된다.
가늘고 긴 형상을 각각 갖는 가압액 챔버(11)은 격벽(11a)에 의해 분리되어 서로 평행하게 마련된다. 가압액 챔버(11)에 대응하는 노즐판(3)의 부분에는 노즐 구멍(31)이 개별 관통 구멍으로서 형성되어 있다. 노즐판(3)이 채널 기판(1)의 상측에 결합된 경우에, 각 가압액 챔버(11)는 격벽(11a)에 의해 분리된다.
전극 기판(2)에 마련된 전극(22)은 채널 기판(1)에 형성된 가압액 챔버(11)에 대응하도록 형성된 진동 챔버(21)의 바닥에 형성되어 있다. 진동 챔버(21)는 격벽(21a)에 의해 구획되어 있다.
공통 액체 챔버(12)는 가압액 챔버(11)의 단부에 걸쳐 직각으로 연장하도록 마련되어 있다. 잉크는 공통 액체 챔버(12)의 하부 및 그 외의 부분과 연통하는 잉크 공급구(액적 공급구)(도시 생략)를 통해 잉크 탱크(도시 생략)로부터 공통 액체 챔버(12)로 공급된다. 잉크는 공통 액체 챔버(12)로부터 유체 저항부(32)를 통해 가압액 챔버(11)에 또한 공급된다.
공통 액체 챔버(12)의 구성은 헤드의 구성에 따라 여러 가지가 있을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 공통 액체 챔버(12)는 이 공통 액체 챔버(12)의 벽면으로서의 진동판(13)보다 훨씬 쉽게 변형하는 (압력 보정부를 형성하는)변형판(14)을 채용한 것을 특징으로 한다. 즉, 격벽(11b)을 통해 진동판에 연결되도록 진동판(13)과 거의 동일 평면 상에 마련된 변형판(14)은 변형(편향 또는 변위)이 진동판(13)의 전체 변형보다 크도록 설정되어 있다. 즉, 변형판(14)의 변형(편향 또는 변위) δ에 관한 다음의 수학식 1에 있어서 압력(P)이 동일한 값을 취하는 경우에 는 변형판(14)의 δ의 값이 진동판(13)보다 크도록 설정되어 있다.
Figure 112004044323385-pct00001
여기서, v는 판 재료의 푸아송비이고, E는 영의 모듈이며, a는 판의 폭이고, t는 판의 두께이다.
판 두께(t) 이외의 재료 및 구성 파라미터의 값을 일정하게 하면, 판 두께(t)를 변화시킴으로써 변형판(14)의 변형이 변화될 수 있다는 것이 명백하다.
또한, 액적 토출 헤드(10)는 진동 챔버(21)와 연통하도록 공통 액체 챔버(12)의 반대측에 변형판(14)의 측부(바닥)에 마련된 공간인 (압력 보정부를 형성한는)압력 보정 챔버(23)를 포함한다. 압력 보정 챔버(23), 진동 챔버(21) 및 이 챔버와 연통하는 공간으로 구성되는 헤드(10) 내측의 공간은 대기로부터 완전히 격리되어 있다. 이 공간을 액츄에이터 챔버라고 칭한다. 이 구성에 따르면, 진동판(13)보다 강성이 낮은 변형판(14)이 진동 챔버(21)와 연통하고 있다. 따라서, 진동 챔버(21)와 외부 환경 사이에 압력차가 발생되면, 각 진동판(13)의 평형 위치가 변화되는 것이 아니라, 변형판(14)의 평형 위치가 재빨리 크게 변화함으로써 진동판(13)의 변형이 억제될 수 있다.
토출 헤드에 본 실시예의 구성을 채택하는 경우에, 각 진동판(13)의 평형 위치는 진동 챔버(21)의 내압과 액적 토출 헤드(10)의 외압 간의 압력차에 의해 크게 변화되는 것이 방지된다. 따라서, 구동 전압값을 변화시킴으로써 압력 보정을 행 할 필요가 없다. 또한, 액적 토출 헤드(10)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출량과 속도가 압력차에 의해 변동되는 것이 방지된다. 따라서, 액적 토출 헤드(10)는 안정적인 토출 특성을 유지할 수 있다.
또한, 본 구성에 따르면, 헤드(10)의 구성에 있어서 필수적인 압력 보정부가 공통 액체 챔버(12)에 병설된다. 따라서, 헤드(10) 사이즈의 증대를 최소화하면서, 정전형 액적 토출 헤드의 특유의 과제인 압력 보정을 행할 수 있다.
도시한 본 실시예에 따르면, 액츄에이터의 진동 챔버(21)는 격벽(21a)에 의해 구획되어 있지만, 압력 보정 챔버(23)를 공유하고 있다. 따라서, 진동 챔버(21)는 서로 연통하고 있다. 그러나, 이것은 일례일 뿐으로, 각 액츄에이터는 그 자신의 독립적인 진동 챔버(21) 및 압력 보정 챔버(23)를 가질 수도 있다. 즉, 액츄에이터의 진동 챔버(21)는 서로 연통하지 않으며, 액츄에이터의 압력 보정 챔버(23)도 연통하지 않는다. 이 경우에, 본 실시예의 구성은 또한 동일한 효과를 얻을 수 있도록 적용될 수 있지만, 독립적인 진동 챔버(21)의 경우에, 각 액츄에이터는 본 실시예의 구성을 포함해야 한다.
실제로, 가압액 챔버(11), 채널(15), 공통 액체 챔버(12)내의 압력은 노즐 구멍(31)으로부터 잉크가 누설되는 것을 방지하기 위하여 부압이 되도록 설정된다. 이 부압은 진동판(13) 및 변형판(14) 양자에 대해서도 인가된다. 따라서, 전술한 설명은 이 부압의 존재에 좌우되는 일없이 그대로 성립한다. 대기압은 헤드(10) 내의 액체를 통하여 진동판(13) 및 변형판(14)에 영향을 미친다.
변형판(14)의 변형이 진동판(13)의 전체 변형보다 크게 되도록 하기 위해서 는, 수학식 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 변형판(14)의 두께(t)를 각 진동판(13)의 두께보다도 얇게 하거나, 변형판(14)의 변위를 구속하는 면내 길이(in-plane length)를 각 진동판(13)의 변위를 구속하는 면내 길이보다 길게 하는 것이 필요하다. 직사각형 변형판의 경우에, 면내 길이는 그 폭 또는 짧은 측면의 길이를 칭한다. 여기서, 면내 길이를 길게 하는 구성을 채택함으로써 진동판(13)과 동시에 변형판(14)을 형성하는 공정을 적용할 수 있어, 제조 공정수의 증가 및 그것에 수반하는 비용 상승을 막을 수 있다.
다음에, 압력 보정 챔버(23)와 연통하는 모든 진동 챔버(21)를 포함하는 액츄에이터 챔버의 체적(용적)의 초기 평형 상태가 상태 방정식 PoVo=nRTo에 의해 표시되는 경우, 초기 평형 상태에서의 온도 To, 압력 Po가 각각 T, P로 변화되었을 때의 다음 상태는 PV=nRT로 표시된다. 이때, 상태 천이 전후에 체적 Vo와 V의 체적차 △V는 수학식 2로 주어진다.
Figure 112004044323385-pct00002
한편, 폭 또는 짧은 측면 방향으로 직사각형 변형판(14)의 중앙부의 변형(δ)이 직사각형 박판인 각 진동판(13)의 폭 또는 짧은 측면(a)(도 3에 도시함)에 비하여 충분히 작으면, 변형(δ)은 진동판(13)을 가로지르는 방향으로 연장하는 변형판(14)에 대해 균등하게 가해지는 압력(P)에 대하여 수학식 1로 주어진다. 이 때, 진동판(13)의 (세로 측면의) 길이(b)(도 4에 도시함)를 그 폭 또는 짧은 측면(a)보다 충분히 길다고 한다면, 변형 전후의 체적 차이는 수학식 3으로 주어진다.
Figure 112004044323385-pct00003
이하, 진동판(13)의 재료 및 구성 파라미터를 δ, ν, E, a, t로 나타내고, 변형판(14)의 재료 및 구성 파라미터를 δ', ν', E', a', t'로 나타낸다.
본 발명은 토출 헤드(10)가 압력 보정부로서 변형판(14)을 포함함으로써, 액츄에이터 챔버 내외의 압력 간에 압력차가 발생되더라도, 각 진동판(13)의 평형 위치는 거의 변화되지 않아, 진동 특성이 거의 변하지 않도록 한 점에 특징이 있다.
예컨대, 액적 토출 헤드의 통상적인 사용에 있어서, 대기압이 1013 hPa의 표준값으로부터 960 hPa까지 변동하고, 온도가 25℃의 표준값에 대해 0 내지 50℃ 변동하면, 변형판(14)이 만족해야 하는 조건은 변형판에 53 hPa의 하중이 균등하게 가해진 경우에 변형판(14)의 변위에 의한 액츄에이터 챔버의 체적 변화는 수학식 2로부터 얻어진 0.15 ×Vo 이상이 된다.
한편으로, 변형판(14)의 변위로 인한 액츄에이터 챔버의 체적 변화와 진동판(13)의 변위로 인한 액츄에이터 챔버의 체적 변화의 합은 상태 방정식으로부터 얻은 액츄에이터 챔버의 체적 변화와 동일하다. 따라서, 다음의 수학식 4가 유도된다.
Figure 112004044323385-pct00004
여기서, Pout는 외부 환경의 대기압, Pin은 진동 챔버(21) 내의 압력, To는 초기 평형 상태에서의 온도, T는 To가 변화된 온도, N은 진동판의 개수이다.
따라서, 변형판(14)이 만족해야 하는 다른 조건은 어떠한 환경(온도 및 기압) 조건 하에서도 수학식 4의 좌측 제1항의 값[변형판(14)의 변위로 인한 액츄에이터 챔버의 체적 변화]이 수학식 4의 좌측 제2항의 값[진동판(13)로 인한 액츄에이터 챔버의 체적 변화]보다 충분히 크다는 것이다. 이 조건 하에서, 진동 챔버(21)내외의 압력 간에 압력차가 발생되더라도, 각 진동판(13)의 평형 위치는 실질적으로 변화되는 것이 방지된다. 이 조건은 액츄에이터 및 변형판(14)의 재료와 구성 파라미터의 값을 적절히 선택함으로써 쉽게 만족될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액적 토출 헤드(10)를 평가하는 실험을 설명하기로 한다.
[평가 방법]
평가 방법은 다음과 같다. 즉, 본 발명의 변형판(14)이 있는 액츄에이터를 포함하는 제1 토출 헤드 외에, 비교를 위해 변형판(14)이 존재하지 않는 것을 제외하고 제1 토출 헤드와 완전히 동일한 구성을 각각 갖는 액츄에이터를 갖춘 제2 토출 헤드를 제작하였다.
본 발명에 따른 제1 토출 헤드와 비교용의 제2 토출 헤드를 10℃의 온도로 설정한 환경 시험실 내에서 고온 플레이트 상에서 가열하였다. 이 때, 제1 토출 헤드와 제2 토출 헤드의 공극 길이를 다음과 같이 예정 온도에서 측정하였다. 각 제1 토출 헤드와 제2 토출 헤드에 있어서, 각 예정 온도에서 진동판(13)이 전극(22)과 접촉하도록 각 액츄에이터를 구동시키고, 이 때에 진동판(13)의 변위를 레이저 도플러 진동계로 측정하였다. 즉, 그 측정값이 전극(22)과 진동판(13) 간의 공극 길이였다.
진동계로 상기 변위를 측정하기 위해서, 가압액 챔버(11)와 공통 액체 챔버(12)내에는 액체가 제공되지 않고, 노즐판(3)은 채널 기판(1)에 결합되지 않은 상태로 측정을 수행하였다. 그러나, 액체의 존재로 인해 이하의 결과가 크게 변하지는 않는다.
[토출 헤드]
본 발명에 따른 제1 토출 헤드의 구성 및 제조 방법은 다음과 같이 요약된다.
전극 기판(2)에 관해서는, Si 기판의 일 측면 상에 진동 챔버(21)용의 복수 개의 평행 홈을 형성하고, 각 홈 내에 산화막을 형성하였다. 그 후에, 산화막 상에 TiN 막을 형성하여 개별 전극(22)을 형성하였다. 이어서, 채널 기판(1)(진동 기판)에 관해서는, 다른 Si 기판의 일 측면 상에 에칭에 의해 진동판(13), 공통 액체 챔버(12), 그것에 수반하는 변형판(14)을 형성하였다. 이 때, 진동판(13)과 변형판(14)은 완전히 동일한 공정에 의해 형성하였다. 그 후, 전극 기판(2)과 채널 기판(1)을 직접 결합하였다. 제1 토출 헤드(뿐만 아니라 제2 토출 헤드)에 형성된 액츄에이터의 개수는 1열에 192개이었다. 모든 진동 챔버(21)는 단일의 압력 보정 챔버(23)와 연통한다.
[진동판(13)의 사양]
각 직사각형 진동판(13)의 사양은 다음과 같다.
두께 t : 2 ㎛
폭 a : 125 ㎛
길이 b : 1000 ㎛
[공통 액체 챔버(12)에 마련되는 변형판(14)의 사양]
두께 t' : 2 ㎛
폭 a' : 2000 ㎛
길이 b' : 30 mm
[전극(22)의 형상]
진동판(13)과 대향하는 전극(22)은 진동판에 대하여 평행이 되도록 형성하였다. 또한, 전극(22)과 진동판(13) 간의 공극 길이는 사양상 0.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
[결과]
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 제1 토출 헤드와 비교용의 제2 토출 헤드에 서의 온도 변화로 인한 공극 길이 변화의 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5와 도 6에 있어서, 종축은 공극 길이[대응하는 전극(22)과 접촉할 때에 각 진동판(13)의 변형과 동일함]를 나타내고, 횡축은 온도를 나타낸다.
제2 토출 헤드의 각 액츄에이터에서의 공극 길이와 온도 사이의 관계를 도시하고 있는 도 6은, 온도에 따라 각 액츄에이터 내의 공기가 팽창 또는 수축하여, 공극 길이에 분명한 변화를 초래한다는 것을 보여주고 있다. 이러한 액츄에이터를 프린터에 채택한 경우에는, 온도 또는 압력을 검출하는 부품 또는 구동 전압을 보정하는 부품을 병용하지 않고서는 환경 변화에 대하여 잉크 토출을 안정적으로 수행하는 것이 어렵다.
한편, 제1 토출 헤드의 각 액츄에이터에서의 공극 길이와 온도 사이의 관계를 도시하고 있는 도 5는, 온도 변화에 대하여 공극 길이의 변화가 명백하지 않음을 보여주고 있다. 이것은 진동판(13)보다 강성이 낮은 변형판(14)이 액츄에이터 내의 공기의 팽창 또는 수축에 대해 진동판(13)보다 훨씬 충분히 민감하게 반응하여 변위되기 때문에 공기의 팽창 또는 수축의 영향이 진동판(13)의 변위를 야기하는 것을 방지한다.
이 실험에서, 진동판(13)과 변형판(11)은 동일한 재료로 형성하였다. 별법으로서, 변형판(14)의 변형을 진동판(13)의 전체 변형보다 크게 하기 위해서는, 변형판(14)의 재료가 진동판의 재료보다 낮은 영의 모듈을 갖도록 진동판(13) 및 변형판(14)을 상이한 재료로 형성하는 것도 가능하다.
〔제2 실시예〕
도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 설명하기로 한다. 도 7은 잉크젯 헤드의 분해 사시도이다. 도 8은 진동판(210)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 가압액 챔버 부분의 단면도이다. 도 9는 진동판(210)의 폭을 따라 취한 잉크젯 헤드의 가압액 챔버 부분의 단면도이다. 도 10은 변형판(214)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다. 도 11은 잉크젯 헤드의 변형판(214)의 압력 보정 챔버측의 평면도이다.
제2 실시예의 잉크젯 헤드는 잉크 액적을 기판의 표면 상에 형성된 노즐 구멍으로부터 토출시키는 측면 슈터식(side-shooter-type)으로서, 채널 기판(201)과, 전극 기판(202)과, 노즐 기판(203)을 결합하여 형성된 층상 구조체를 포함한다. 채널 기판(201)과 노즐 기판(203)을 접합함으로써, 잉크 액적을 토출하는 각 노즐 구멍(204)과 연통하는 가압액 챔버(206)와, 이 가압액 챔버(206)에 유체 저항부를 통해 잉크를 공급하는 공통 액체(잉크) 챔버(도시 생략)를 형성하고 있다. 상기 잉크젯 헤드는 에지 슈터식 헤드가 되도록 형성될 수도 있다.
또한, 채널 기판(201)과 전극 기판(202)을 결합함으로써, 대응하는 진동판(210)에 의해 그 일면이 각각 형성되는 복수 개의 진동 챔버(211)와, 소정의 간극을 사이에 두고 대응하는 진동판(210)과 각각 대향하는 복수 개의 전극(212)과, 각 진동 챔버와 연통하고, 외부의 대기압에 따라 변위되는 변형 가능한 부분인 변형판(214)에 의해 일면이 형성되는 압력 보정 챔버(213)와, 상기 압력 보정 챔버(213)를 각 진동 챔버(211)에 연결하는 연통 채널(215)을 형성하고 있다. 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 정전형 액츄에이터는 상기 진동판(210), 진동 챔버(211), 전극(212), 압력 보정 챔버(213), 변형판(214) 및 연통 채널(215)을 포함한다.
상기 채널 기판(201)은, 예컨대 실리콘 기판으로 구성된다. B로 이루어지는 고밀도 p형 확산층을 실리콘 기판에 형성하고, KOH 수용액을 이용하여 기판에 이방성 에칭을 수행한다. 이로써, 에칭 정지층으로서 작용하는 고농도 p형 확산층에 의해 가압액 챔버(206)용 오목부가 진동판(210)과 동시에 형성된다. 또한, 채널 기판(201)에 오목부를 형성하여 이 오목부의 바닥이 변형판(214)을 형성한다.
전극 기판(202)은 실리콘 기판(221)으로 구성된다. 실리콘 기판(201) 상에 실리콘 산화막 등의 절연막(222)을 형성하고, 이 절연막(222)에 진동 챔버(211)용 오목부를 형성한다. 이 오목부의 바닥면에는 진동판(210)과 대향하도록 전극(212)을 형성한다. 또한, 절연막(222)에는 압력 보정 챔버(213)용 오목부를 형성한다. 적어도 각 전극(212)의 표면에 실리콘 산화막 등의 절연막(도시 생략)을 형성하여, 진동판(210)과의 접촉이 전기 단락을 일으키는 것을 방지하고 있다.
채널 기판(201)과 전극 기판(202)을 결합한 후에, 진동 챔버(211)용 오목부 및 압력 보정 챔버(213)용 오목부를 밀봉제(225)로 밀봉하여, 진동 챔버(211)와 압력 보정 챔버(213)는 서로 별개로 형성되지만 연통 채널(215)에 의해 연결된다.
압력 보정 챔버(213)의 벽면을 형성하는 변형판(214)은 외부 대기압의 변화에 따라 변형 및 변위할 수 있도록 각 진동판(210)보다 강성이 낮다. 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이, 변형판(214)의 하부면에서 그 압력 보정 챔버(213)측에는 변형판(214)이 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a)과 접촉할 때에 변형판의 접촉 면적을 감소시키는 접촉 면적 저감 수단을 형성하는 다수의 미소 돌기(216)가 형성되어 있다.
노즐 기판(203)은, 예컨대 두께 50 ㎛의 Ni 기판을 이용한다. 노즐 기판 (203)의 표면 상에는 대응하는 가압액 챔버(206)와 연통하도록 노즐 구멍(204)이 형성되어 있다. 노즐 기판(203)은 다른 금속 또는 수지 재료, 혹은 이들 재료의 복으로 구성될 수도 있다.
전술한 구성을 갖는 잉크젯 헤드에 있어서, 각 전극(212)에는 발진 회로에 의해 0 내지 40 V의 펄스 전위가 인가된다. 각 전극(212)의 표면이 양으로 대전되면, 펄스 전위가 인가되지 않은 진동판(210)과 전극(212) 사이에 정전기의 흡인 작용이 발휘된다. 이에 의해, 진동판(210)이 전극(212)을 향해 편향되어, 절연막(도시 생략)을 통해 전극(212)과 접촉하게 된다.
이 때, 잉크가 공통 액체 챔버로부터 유체 저항부를 통하여 가압액 챔버(206)로 공급된다. 그 후, 각 전극(212)에 인가된 전위를 0 볼트로 복귀시킴으로써, 전극(212)과 진동판(210) 사이에 발휘되는 정전기력이 O이 되어, 편향된 상태의 진동판(210)이 자신의 복원력에 의해 원래의 상태로 복귀된다. 이 때, 가압액 챔버(206) 내의 압력이 급격히 증가하여, 노즐 구멍(204)으로부터 잉크 액적이 토출된다.
이 때에, 외부 대기압의 변화로 인해 진동 챔버(211) 내외의 압력 사이에 압력차가 발생되면, 외부 대기압에 따라 변형 및 변위될 수 있도록 각 진동판(210)보다 강성이 낮은 변형판(214)이 변형하여 진동판(210)의 변형을 억제한다. 즉, 진동 챔버 내의 압력이 외부 대기압보다 높아지면, 압력 보정 챔버(213)의 벽면을 형성하는 변형판(214)이 압력 보정 챔버(213)의 체적을 증대시키는 방향으로 변위되도록 변형함으로써 진동판(210)의 변형을 억제한다. 한편, 진동 챔버(211) 내의 압력이 외부 대기압보다 낮아지면, 변형판(214)이 압력 보정 챔버(213)의 압력 보정 챔버(213)의 체적을 감소시키는 방향으로 변위되도록 변형함으로써 진동판(210)의 변형을 억제한다.
이 경우에, 변형판(214)과 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a) 사이의 간극이 좁기 때문에, 변형판(214)은 대향 벽면(213a)과 쉽게 접촉하게 된다. 그러나, 변형판(214)의 하부면 상에 미소 돌기(216)가 형성되기 때문에, 이 미소 돌기(216)가 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a)과 접촉하게 된다. 따라서, 접촉 면적은 변형판(214)의 표면이 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a)과 직접 접촉하는 경우에 비해 상당히 감소된다.
이에 따라, 변형판(214)이 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a)에 미소 돌기(216)를 통해 접촉하는 경우에 접촉 면적이 감소된다. 따라서, 접촉시에 발휘되는 반데르발스력, 흡착물, 잔류 전하에 의한 흡착력이 실질적으로 억제되어, 변형판(214)의 스티킹을 방지할 수 있다. 그 결과, 변형판(214)의 기능, 즉 압력 보정 챔버(213)의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 보정 동작을 안정적으로 수행할 수 있다. 또한, 변형판(214)의 표면과 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a) 사이의 간극을 감소시킬 수 있기 때문에, 잉크젯 헤드의 크기 증가를 초래하는 일도 없다.
따라서, 본 실시예의 잉크젯 헤드는 압력 보정 챔버(213)의 변형판(214)에 마련된 접촉 면적 저감부를 포함한다. 이에 따라, 잉크젯 헤드는 진동 챔버(211) 내의 압력과 외부 대기압 간의 압력차에 의해 야기되는 각 진동판(210)의 초기 (평 형) 위치의 변동을 억제하도록 안정적인 보정 동작을 수행할 수 있다. 이에 의해, 잉크젯 헤드는 잉크 토출 특성의 변동을 억제할 수 있어, 안정적인 액체 토출을 실현한다. 따라서, 정밀도 및 신뢰성이 높은 잉크젯 헤드가 실현된다. 또한, 이 실시예의 잉크젯 헤드의 정전형 액츄에이터를 이용하여 정밀도 및 신뢰성이 높은 마이크로 펌프나 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
미소 돌기(216)의 형상은 특별한 형태로 제한되지 않는다. 도 12a 내지 도 12c는 미소 돌기(216)의 형상의 변형을 도시하는 다이어그램이다. 미소 돌기(216)는 변형판(214)의 길이를 따라 취한 종단면(수직 방향 단면)이 도 12a에 도시한 바와 같이 직사각형(4변형), 도 12b에 도시한 바와 같이 삼각형, 도 12c에 도시한 바와 같이 사다리꼴형[변형판(214)측의 폭이 넓음]이 되도록 형성될 수도 있다. 이 경우에, 제조 수율, 구조 안정성, 접촉 면적을 감소시키는 기능의 관점에서는 미소 돌기(216)가 변형판(214)의 길이를 따라 사다리꼴형 단면을 갖도록 형성되어 접촉 면적을 추가로 감소시키는 것이 특히 바람직하다.
또한, 변형판(214)의 표면에 평행한 평면을 따라 취한 미소 돌기(216)의 횡단면(수평 방향 단면)은, 도 13a에 도시한 바와 같이 직사각형(4변형), 도 13b에 도시한 바와 같이 원형, 도 13c에 도시한 바와 같이 삼각형이 될 수도 있다. 또한, 미소 돌기(216)는 점형 돌기(dot-like projection)로 제한되지 않고, 도 14에 도시한 바와 같이 선형 돌기가 될 수도 있다.
또한, 미소 돌기(216)의 배치는 도 11에 도시된 배치로 제한되지 않는다. 미소 돌기(216)는 1열 이상의 열형, 지그재그형, 환형 또는 무작위로 배치될 수도 있다. 미소 돌기(216)는 변형판(214)의 두께 및 폭과, 변형판(214)과 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213a) 사이의 거리를 고려하여, 압력 보정 챔버(213)와 외기 간의 압력차로 인해 대향 벽면(213a)이 미소 돌기(216)와만 접촉하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드에서 액츄에이터의 진동 챔버(211)가 서로 연통하고 있다. 별법으로서, 본 발명은 또한 액츄에이터의 각 진동 챔버가 서로 독립적인 경우에도 적용할 수 있다. 그러나, 독립적인 진동 챔버의 경우에, 독립적인 진동 챔버에는 각각 압력 보정 챔버가 마련되어야 하며, 각 압력 보정 챔버는 변형판의 접촉 면적을 감소시키는 접촉 면적 저감부를 포함해야 한다.
또한, 진동판(210)의 스티킹을 방지하기 위하여, 각 진동판(210)의 하부면에서 진동 챔버(211)측에도 미소 돌기를 설치하는 경우에는, 각 진동판(210)의 하부면과 변형판(214)의 하부면에 동시에, 즉 동일한 재료를 이용하여 동일한 공정으로 미소 돌기를 마련할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정수의 증가가 방지될 수 있다.
여기서, 미소 돌기는 평면 상에 직접 형성될 수도 있다. 별법으로서, 평면 상에 홈을 형성하고 홈이 형성되지 않은 나머지 부분이 미소 돌기로서 기능하도록 해도 좋다.
[제3 실시예]
다음에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도 15를 참조하여 설명하기로 한다. 도 15는 변형판(214)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다. 도 15에 있어서, 제2 실시예와 동일한 요소는 동일한 번호를 참 조하고 그 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시예의 잉크젯 헤드에 따르면, 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a) 상에 미소 돌기(216)가 형성되고, 상기 벽면(213a)은 변형판(214)과 대향한다. 이 구성에 의하면, 제2 실시예와 동일한 같은 효과가 생성될 수 있다. 이 구성은 제조 공정에 따라 변형판(214) 상에 미소 돌기(216)를 형성할 수 없거나 또는 어려운 경우에도 채택할 수 있다.
또한, 진동판의 스티킹을 방지하기 위하여, 상부면이 진동판(210)과 대향하는 전극(212)의 상부면에도 미소 돌기를 마련하는 경우, 전극(212)의 상부면과 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a)에 동시에, 즉 동일한 재료를 이용하여 동일한 공정으로 미소 돌기를 마련할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정수의 증가가 방지될 수 있다.
[제4 실시예]
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도 16을 참조하여 설명하기로 한다. 도 16은 변형판(214)의 폭을 따라 취한 잉크젯 헤드의 단면도로서, 압력 보정부와 진동 챔버(211)의 주요부를 보여주고 있다. 도 16에 있어서, 제2 실시예와 동일한 요소는 동일한 번호를 참조하고, 그 설명은 생략하기로 한다.
제4 실시예의 잉크젯 헤드에 따르면, 각 전극(212)의 표면 상에 절연막(218)이 실리콘 산화막으로 형성되는데, 상기 표면은 대응하는 진동판(210)과 대향한다. 이 절연막(218)을 형성할 때에, 미소 돌기(216)가 변형판(214)과 대향하는 벽면(213a) 상에 실리콘 산화막으로 형성된다.
즉, 잉크젯 헤드와 같은 미소 구조의 형성에는 반도체 기술을 이용하는 것이 바람직하다. 액츄에이터 부분과 압력 보정 챔버의 동시 형성은 제조 공정수의 증가를 방지하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
이 경우에, 압력 보정 챔버(213)가 진동 챔버(211)와 동시에 형성되면, 압력 보정 챔버(213)의 구성은 제한을 받게 된다. 각 진동 챔버(211)에 있어서, 액츄에이터가 구동될 때 진동판(210)의 하부면이 그 대응하는 전극(212)의 상부면과 접촉하게 되면, 전기 단락의 발생을 방지하도록 전극(212)의 상부면 및 진동판(210)의 하부면 중 적어도 한쪽에는 절연막이 형성되어야 한다. 진동판(210)의 하부면이 전극(212)의 상부면과 접촉하지 않더라도, 방전 위험이 여전히 존재한다. 따라서, 절연층의 존재는 잉크젯 헤드의 신뢰성을 증가시킨다. 절연층이 산화실리콘(실리콘 산화막)으로 이루어지면, 이 절연층을 형성하는 데에 다양한 반도체 공정을 이용할 수 있다.
따라서, 이 실시예에 따르면, 산화실리콘막이 액츄에이터 부분[진동 챔버(211)]의 절연층(절연막)(218)으로서 형성되는 동시에, 압력 보정 챔버(213)에도 형성된다. 그 후, 압력 보정 챔버(213)에서, 미소 돌기(216)에 해당하는 부분 이외의 절연층 부분이 에칭에 의해 제거되어 미소 돌기(216)가 형성된다.
이 경우, 절연막(218)을 위해 산화실리콘층을 형성하는 단계에서, 즉 에칭을 하지 않고 미소 돌기(216)가 형성될 수도 있다. 도 17은 이 경우에 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다.
액츄에이터 부분의 절연층(218)과 압력 보정 챔버(213)의 미소 돌기(216)용 절연층을 동시에 형성할 필요는 없다. 또한, 압력 보정 챔버(213)에서 미소 돌기(216)용 절연층이 산화실리콘으로 이루어지더라도, 액츄에이터 부분의 절연층(218)에 산화실리콘을 이용할 필요도 없다.
진동판(210)에 절연층을 형성하는 경우에, 절연층으로서 질화실리콘을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 압력 보정 챔버(213)의 변형판(214)에도 미소 돌기(216)가 질화실리콘막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
산화실리콘막을 강성이 낮은 부위에 형성하면, 재료 사이에 압축 응력이 발생되어 강성이 낮은 부위가 편향된다. 정전형 액츄에이터는 정전기력이 발휘되는 각 진동판-전극 간극의 길이가 정밀하게 형성되지 않으면 원하는 특성을 가질 수 없다. 따라서, 산화실리콘막으로 인해 강성이 낮은 부분이 편향하여 간극 길이가 원치않는 값으로 변화되면, 정전형 액츄에이터로서 충분한 기능을 기대할 수 없다.
한편, 질화실리콘막은 인장 응력의 막이다. 따라서, 강성이 낮은 부분에 질화실리콘막이 형성되더라도, 이 강성이 낮은 부위의 편향이 방지된다. 이에 따라, 진동판-전극 간극이 변화되지 않음으로써, 액츄에이터의 기능 손상이 방지된다.
따라서, 전술한 바와 같이, 액츄에이터 부분에 필요한 절연층(218)으로서 질화실리콘을 이용하는 경우에는, 동시에 압력 보정 챔버(213)에도 질화실리콘막을 형성하여, 이 질화실리콘막을 압력 보정 챔버(213)의 미소 돌기(216)의 재료로서 이용하여도 좋다.
그러나, 이 경우에, 액츄에이터 부분의 절연층(218)과 압력 보정 챔버(213)의 미소 돌기(216)의 절연층을 동시에 형성할 필요는 없다. 또한, 미소 돌기의 재 료로서 질화실리콘막을 이용하더라도, 액츄에이터 부분의 절연층(218)을 질화실리콘막으로 형성할 필요도 없다.
다음에, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 구체적인 구성과 그 평가에 관해 설명하기로 한다.
(제1 구성)
(1) 견본 헤드
제1 구성에 따른 헤드를 미소 돌기(216)가 내부에 형성되도록 다음의 방법으로 형성하였다. 여기서, 도 18a와 도 18b를 참조하여 이 방법을 설명하기로 한다. 도 18a는 헤드의 1비트 액츄에이터 부분의 단면도이고, 도 18b는 헤드의 압력 보정 챔버(213)의 단면도이다.
도 18a를 참조하면, 우선 실리콘 기판(231) 상에 SiO2막(232)을 형성한다. 이어서, 전극(212) 및 격벽을 위한 폴리실리콘층(233)을 형성한 후, SiN층(234)이 내부에 형성될 수 있도록 에칭에 의해 폴리실리콘층(233) 내에 홈을 형성한다. 이에 의해, 전극(212)이 폴리실리콘층(233)으로 형성된다. 이 때, 전극(212)은 각 액츄에이터 (부분)에서 전기적으로 독립하도록 형성된다. 그 후, SiN층(234)을 CVD에 의해 형성하고, SiO2층(235)으로 홈을 매립한다. 이어서, 전술한 구조의 표면을 연마한 후, 연마된 구조의 표면에 SiN층(236)을 형성하고, 이 SiN층(236) 상에 폴리실리콘층(237)을 형성한다. 그 후, 도 18a에 도시한 바와 같이 관통 구멍(238)을 에칭함으로써 내부의 SiO2층(235)을 제거하여 진동 챔버(211)를 형성한다.
도 18b를 참조하면, 압력 보정 챔버(213)는 액츄에이터 부분과 거의 동일한 공정에 의해 형성된다. 차이점은 전극(212)을 형성하지 않기 때문에 압력 보정 챔버(213)의 바닥면에 해당하는 부분의 폴리실리콘층(233)을 제거한다는 점과, SiO2층(235)의 형성 후에 형성된 구조의 연마 표면 상에 미소 돌기(216)가 형성될 위치에 오목부를 형성한 후, SiN층(236)과 폴리실리콘층(237)을 연속적으로 형성한다는 점이다. 이에 의해, 미소 돌기(216)와 일체화된 변형판(214)이 SiN층(236)으로 형성되고, SiO2층(235)을 제거함으로써, 변형판(214)의 하부면에 미소 돌기(216)가 형성되는 압력 보정 챔버(213)가 형성된다.
제1 구성에 따른 헤드의 각부의 파라미터는 다음과 같다.
진동판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 125 ㎛; 길이 b = 1000 ㎛
변형판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 2000 ㎛; 길이 b = 10 mm
전극 형상: 전극은 진동판(210)에 대하여 평행하게 형성하였다. 전극-진동판의 공극 길이는 사양상 O.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
미소 돌기: 수직 치수(높이) t = 0.2 ㎛; 면적 = 3 ×3 ㎛로 하였다. 미소 돌기(216)는 변형판(214)의 하부면 상에 형성하고, 수직 및 수평 피치가 60 ㎛인 매트릭스형으로 배치하였다.
(2) 비교용 헤드
제1 구성에 따른 견본 헤드와 비교할 비교용 헤드를 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정으로 미소 돌기(216)를 포함하지 않도록 제작하였다. 비교용 헤드에 미소 돌기를 형성하지 않았기 때문에, SiO2층(235)의 형성 후에 형성된 구조의 표면을 연마한 후, 그 연마된 표면 상에 미소 돌기(216)용 오목부를 형성하지 않고 구조의 연마된 표면 상에 SiN층(236)을 직접 형성하였다.
(3) 평가 방법과 결과
제1 구성의 평가를 이하와 같이 수행하였다. 각 복수 개의 견본 헤드와 각 복수 개의 비교용 헤드에 대해서, 대기 중에서 헤드의 변형판(214)을 니들로 가압하여, 대향 벽면(213a)과 접촉되도록 하였다. 그 후, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에 스티킹되는지의 여부를 관측하였다.
평가 결과에 따르면, 견본 헤드에서는 스티킹이 발생하지 않았지만, 비교용 헤드에서는 거의 확실하게 스티킹이 발생하였다.
스티킹은 주로 원자간력, 액체 가교력, 수소 결합력에 의해 야기된 것으로 생각된다. 이러한 스티킹이 변형판(214)에서 발생하면, 원하는 압력 보정을 얻을 수 없고, 이에 의해 헤드를 신뢰할 수 없게 된다.
(제2 구성)
(1) 견본 헤드
제2 구성에 따른 헤드를 미소 돌기(216)가 내부에 형성되도록 다음의 방법에 의해 제작하였다. 즉, 실리콘 기판 상에 산화막을 형성한 후, 산화막에 홈을 형성하였다. 홈 내에 TiN 막으로 전극(212)을 형성하고, 이 전극(212) 상에 절연층(218)으로서 실리콘 산화막을 형성하였다. 여기서, 압력 보정 챔버(213)에는 TiN 막이 내부에 형성될 수도 있지만 압력 보정 챔버(213)에 TiN막을 형성하지 않았다. 압력 보정 챔버(213)의 실리콘 산화막에 에칭을 수행하여 미소 돌기(216)를 형성하였다. 이에 의해, 이 기판을 전극 기판(202)으로 형성하였다.
다른 한편으로, 다른 실리콘 기판에 에칭에 의해 진동판(210), 공통 액체 챔버, 그것에 수반하는 변형판(214)을 형성하였다. 이 기판은 채널 기판(201)으로서 기능한다. 이 때, 진동판(210)과 변형판(214)은 완전히 동일한 공정에 의해 형성하였다.
그 후, 전극 기판(202)의 상부면에 채널 기판(201)을 직접 결합하였다. 각 헤드의 1열에 형성된 액츄에이터의 개수는 192개였다. 여기서, 1열의 모든 진동 챔버(211)는 단일의 압력 보정 챔버(213)와 연통하도록 형성하였다.
제2 구성에 따른 헤드의 각부의 파라미터는 다음과 같다.
진동판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 125 ㎛; 길이 b = 1000 ㎛
변형판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 2000 ㎛; 길이 b = 10 mm
전극 형상: 전극은 진동판(210)에 대하여 평행하게 형성하였다. 전극-진동판의 공극 길이는 사양상 O.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
미소 돌기: 수직 치수(높이) t = 0.2 ㎛; 면적 = 3×3 ㎛로 하였다. 미소 돌기(216)는 변형판(214)에 대향하는 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a)에 형성하고, 수직 및 수평 피치가 60 ㎛인 매트릭스형으로 배치하였다.
(2) 비교용 헤드
제2 구성에 따른 견본 헤드와 비교할 비교용 헤드를 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정으로 미소 돌기(216)를 포함하지 않도록 제작하였다. 비교용 헤드에 미소 돌기(216)를 형성하지 않았기 때문에, 전극 기판(202)을 형성할 때 미소 돌기(216)를 형성하는 공정은 수행하지 않았다.
(3) 평가 방법과 결과
제2 구성의 평가를 이하와 같이 수행하였다. 각 복수 개의 견본 헤드와 각 복수 개의 비교용 헤드에 대해서, 대기 중에서 헤드의 변형판(214)을 니들로 가압하여, 대향 벽면(213a)과 접촉되도록 하였다. 그 후, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에 스티킹되는지의 여부를 관측하였다.
평가 결과에 따르면, 제2 구성에 따른 견본 헤드에서는 스티킹이 발생하지 않았지만, 비교용 헤드에서는 거의 확실하게 스티킹이 발생하였다.
[제5 실시예]
다음에, 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도 19를 참조하여 설명하기로 한다. 도 19는 변형판(214)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다. 도 19에서, 제2 실시예와 동일한 요소는 동일한 번호를 참조하고, 그 설명은 생략하기로 한다.
제5 실시예의 잉크젯 헤드에 따르면, 벽면(213a)의 표면 거칠기를 증가시키도록 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a)에 조면화 처리를 실시하였다. 이 경우에, 변형판(214)과 대향하는 벽면(213a)의 표면 거칠기는 조면화 처리를 또한 진동 챔버(211)의 내부면에도 실시한다면 진동 챔버(211)의 내부면 거칠기와 동일하고, 혹은 진동 챔버(211)의 내부면에 조면화 처리를 실시하지 않으면 진동 챔버(211)의 내부면 거칠기보다 크다.
따라서, 변형판(214)이 접촉하게 되는 압력 보정 챔버(213)의 대향 벽면(213b)에 조면화 처리를 실시함으로써, 대향 벽면(213a)과의 접촉시에 변형판(214)의 접촉 면적을 감소시킬 수 있다. 전술한 제2 내지 제4 실시예에서와 같이, 대향 벽면(213a)과의 접촉시에 변형판(214)의 접촉 면적이 감소되기 때문에, 접촉시에 발휘되는 반데르발스력, 흡착물, 잔류 전하에 의한 흡착력이 실질적으로 억제되어, 변형판(214)의 스티킹을 방지할 수 있다. 그 결과, 변형 가능판(214)의 기능, 즉 압력 보정 챔버(213)의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 보정 동작을 안정적으로 수행할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 구체적인 구성과 그 평가에 관해 설명하기로 한다.
(제3 구성)
(1) 견본 헤드
제3 구성에 따른 헤드를 제2 구성에 따른 견본 헤드와 기본적으로 동일한 방법에 의해 형성하였다. 그러나, 미소 돌기(216)를 형성하는 공정 대신에, Ar 가스를 이용한 건식 에칭에 의해 변형판(214)과 대향하는 표면[벽면(213a)]을 거칠게 하는 조면화 처리를 실시하였다.
제3 구성에 따른 헤드의 각부의 파라미터는 다음과 같다.
진동판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 125 ㎛; 길이 b = 1000 ㎛
변형판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 1000 ㎛; 길이 b = 10 mm
전극 형상: 전극은 진동판(210)에 대하여 평행하게 형성하였다. 전극-진동판의 공극 길이는 사양상 O.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
(2) 비교용 헤드
제3 구성에 따른 견본 헤드와 비교할 비교용 헤드를 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정으로 제작하였다. 그러나, 미소 돌기(216)를 형성하지 않았고, 또한 대향 벽면(213a)에 조면화 처리를 실시하지 않았다.
(3) 평가 방법과 결과
제3 구성의 평가를 이하와 같이 수행하였다. 각 복수 개의 견본 헤드와 각 복수 개의 비교용 헤드에 대해서, 대기 중에서 헤드의 변형판(214)을 니들로 가압하여, 대향 벽면(213a)과 접촉되도록 하였다. 그 후, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에 스티킹되는지의 여부를 관측하였다.
평가 결과에 따르면, 제3 구성에 따른 견본 헤드에서는 스티킹이 발생하지 않았지만, 비교용 헤드에서는 거의 확실하게 스티킹이 발생하였다.
[제6 실시예]
다음에, 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도 20을 참조하여 설명하기로 한다. 도 20은 변형판(214)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다. 도 20에 있어서, 제2 실시예와 동일한 요소는 동일한 번호를 참조하고, 그 설명은 생략하기로 한다.
제6 실시예의 잉크젯 헤드에 따르면, 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a) 상에 소수막(226)이 형성되며, 상기 벽면(213a)은 변형판(214)과 대향한다. 소수막 (226)의 재료로서는 퍼플루오로데칸산(PFDA) 또는 헥사메틸다이실라잔(HMDS)이 사용될 수 있다. 좁은 공간에 막을 형성하기 위해서는 PFDA보다 분자가 작은 HMDS가 적합하다.
따라서, 변형판(214)이 접촉하게 되는 벽면(213a) 상에 소수막(226)을 형성함으로써, 액체 가교력 또는 수소 결합력으로 인한 스티킹(또는 흡착물로 인한 스티킹)을 방지할 수 있다. 그 결과, 변형판(214)의 기능, 즉 압력 보정 챔버(213)의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 보정 동작을 안정적으로 수행할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 구체적인 구성과 그 평가에 관해서 설명하기로 한다.
(제4 구성)
(1) 견본 헤드
제4 구성에 따른 헤드는 제2 구성에 따른 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정에 의해 형성하였다. 그러나, 미소 돌기(216)를 형성하지 않았고, 채널 기판(201)과 전극 기판(202)을 결합한 후에, 헤드 구조를 HMDS 용액 내에 침지하여 압력 보정 챔버(213)에 소수막(226)으로서 HMDS막을 형성하였다.
제4 구성에 따른 헤드의 각부의 파라미터는 다음과 같다.
진동판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 125 ㎛; 길이 b = 1000 ㎛
변형판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 300 ㎛; 길이 b = 10 mm
전극 형상: 전극(212)은 진동판(210)에 대하여 평행하게 형성하였다. 전극- 진동판의 공극 길이는 사양상 O.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
(2) 비교용 헤드
제4 구성에 따른 견본 헤드와 비교할 비교용 헤드를 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정으로 제작하였다. 그러나, 소수막(226)을 형성하지 않았다.
(3) 평가 방법과 결과
제4 구성의 평가를 이하와 같이 수행하였다. 각 복수 개의 견본 헤드와 각 복수 개의 비교용 헤드에 대해서, 대기 중에서 헤드의 변형판(214)을 니들로 가압하여, 대향 벽면(213a)과 접촉되도록 하였다. 그 후, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에 스티킹되는지의 여부를 관측하였다.
다음에, 30℃의 온도 및 60%의 상대 습도로 설정한 환경 시험실에서, 제4 구성에 따른 헤드와 비교용 헤드를 1시간 동안 방치한 후에, 대기 중에서 각 헤드의 변형판(214)을 니들로 가압하여, 대향 벽면(213a)과 접촉되도록 하였다. 그 후에, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에 스티킹되었는지의 여부를 관측하였다.
평가 결과에 따르면, 비교용 헤드에 있어서, 대기 중에 스티킹이 발생되지 않았지만, 환경 시험실에서는 스티킹이 발생되었다. 한편, 제4 구성에 따른 견본 헤드에서는 대기 중에서도 환경 시험실에서도 스티킹이 발생되지 않았다.
[제7 실시예]
다음에, 본 발명의 제7 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도 21을 참조하여 설명하기로 한다. 도 21은 변형판(214)의 길이를 따라 취한 잉크젯 헤드의 압력 보정부의 단면도이다. 도 21에 있어서 제2 실시예와 동일한 요소는 동일한 번호를 참 조하고, 그 설명은 생략하기로 한다.
제7 실시예의 잉크젯 헤드에 따르면, 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a) 상에 도전층(도전성 막)(227)을 형성하였으며, 상기 벽면(213a)은 변형판(214)과 대향한다. 도전층(227)으로서는 TiN 등의 금속 재료 또는 폴리실리콘 등의 반도체 재료를 사용할 수 있다. 도전층(227)은 지면에 접속되어 있다(즉, 접지되어 있다).
따라서, 변형판(214)이 접촉하게 되는 벽면(213a) 상에 도전층(227)을 형성함으로써, 어떠한 이유로 접촉 영역에 발생되어 스티킹의 원인이 된다고 생각되는 정전하를 방전시킬 수 있어, 정전하에 의해 야기되는 스티킹을 방지할 수 있다. 그 결과, 변형판(214)의 기능, 즉 압력 보정 챔버(213)의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 보정 동작을 안정적으로 수행할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 구체적인 구성과 그 평가에 관해서 설명하기로 한다.
(제5 구성)
(1) 견본 헤드
제5 구성에 따른 헤드는 제3 구성에 따른 견본 헤드와 기본적으로 동일한 공정에 의해 제작하였다. 그러나, 이 경우에, 각 액츄에이터에서 전극(212)의 형성과 동시에 압력 보정 챔버(213) 내에 도전층(227)으로서 TiN층을 형성하였다. 그 후, 채널 기판(201)과 전극 기판(202)의 직접적인 결합에 앞서, TiN층의 산화막을 건식 에칭에 의해 제거한 후에, 채널 기판(201)과 전극 기판(202)을 직접 결합하였 다.
제5 구성에 따른 헤드의 각부의 파라미터는 다음과 같다.
진동판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 125 ㎛; 길이 b = 1000 ㎛
변형판: 두께 t = 2 ㎛; 폭 a = 300 ㎛; 길이 b = 10 mm
전극 형상: 전극(212)은 진동판(210)에 대하여 평행하게 형성하였다. 전극-진동판의 공극 길이는 사양상 O.2 ㎛이 되도록 설계하였다.
(2) 평가 방법과 결과
압력 보정 챔버(213)의 TiN층[도전층(227)]과 변형판(214) 간에 전위차를 부여하여, 정전 인력에 의해 변형판(214)이 TiN층과 접촉되도록 하였다. 그 후, 변형판(214)과 TiN층이 직접 부동 상태로 설정되면, 변형판(214)은 압력 보정 챔버(213)의 벽면(213a)에 대해 스티킹 상태로 유지되었다. 그러나, TiN층이 접지되면, 변형판(214)이 대향 벽면(213a)에서 떨어져, 스티킹이 제거되는 것을 관측하였다.
[제8 실시예]
다음에, 본 발명의 제8 실시예에 따른 정전형 헤드를 도 22를 참조하여 설명하기로 한다. 도 22는 진동판(210)의 폭을 따라 취한 정전형 헤드의 액츄에이터 부분의 단면도이다. 도 22에 있어서, 제2 실시예와 동일한 요소를 동일한 번호를 참조하고, 그 설명은 생략하기로 한다.
도 22를 참조하면, 제8 실시예의 정전형 헤드는 가압액 챔버(206)로부터 진동판(210)의 반대측에 형성된 절연막(210a) 상에 복수 개의 전극(242)이 형성되어 있다. 상기 전극(242)은 진동판(210) 및 서로로부터 전기적으로 절연된 개별 구조체이다.
이 정전형 헤드에 따르면, 임의의 인접하는 2개의 전극(242) 중 한쪽에 0 내지 40 V의 펄스 전위가 인가되고, 인접하는 전극(242) 중 다른쪽에 0 V의 펄스 전위가 인가되면, 인접하는 전극(242)들 사이에 정전기력이 발생되어, 자유단이 서로 끌어당김으로써 진동판(10)이 가압액 챔버(206)를 향해 편향하게 된다. 이에 의해, 가압액 챔버(206) 내의 압력이 급격히 증가하여 잉크 액적이 토출된다.
이 정전형 헤드에 있어서도, 전술한 실시예들에서와 같이, 진동 챔버(211)와 연통하는 압력 보정 챔버를 마련하여, 이 압력 보정 챔버의 적어도 하나의 표면을 외부 대기압에 따라 변형할 수 있는 변형 가능한 부분으로 형성한다. 또한, 상기 변형 가능한 부분 및 이 변형 가능한 부분과 대향하는 압력 보정 챔버의 표면의 접촉 면적을 감소시키는 부분을 마련할 수 있다. 이에 의해, 정전형 헤드는 장기간에 걸쳐 액적 토출을 안정적으로 수행할 수 있다.
[제9 실시예]
다음에, 본 발명의 제9 실시예에 따른 잉크 카트리지(액체 공급 카트리지)를 도 23을 참조하여 설명하기로 한다. 제9 실시예의 잉크 카트리지는 전술한 제1 내지 제8 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 잉크젯 헤드(액적 토출 헤드)(51)과, 잉크를 상기 잉크젯 헤드(51)로 공급하는 잉크 탱크(52)를 일체화시킴으로써 형성된다. 잉크젯 헤드(51)는 복수 개의 노즐(50)을 포함한다. 전술한 실시예들 중 어느 한 실시예에서 설명한 고성능 잉크젯 헤드(51)가 잉크젯 카트리지에 통합됨으로 써, 잉크젯 헤드(51)의 전체 가치가 증대된다. 본 실시예에 따르면, 안정적인 액적 토출 특성과 고신뢰성을 갖는 액적 토출 헤드를 통합한 잉크 카트리지(잉크 탱크와 일체화된 헤드)를 절감된 비용으로 얻을 수 있다.
[제10 실시예]
다음에, 본 발명의 제10 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치를 도 24 및 도 15를 참조하여 설명하기로 한다. 제10 실시예의 잉크젯 기록 장치는 본 발명의 전술한 제1 내지 제9 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)를 채택한다. 도 24는 잉크젯 기록 장치의 기구부의 측면도이고, 도 25는 잉크젯 기록 장치의 사시도이다.
이 잉크젯 기록 장치는 인쇄 기구부(53)가 있는 본체(51)를 포함한다. 상기 인쇄 기구부(53)는 메인 주사 방향 또는 도 25의 X축을 따라 이동할 수 있는 캐리지(63)와, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드(액적 토출 헤드)로서 상기 캐리지(63) 상에 장착되는 복수 개의 기록 헤드(64)와, 상기 기록 헤드(64)에 잉크를 공급하는 잉크 카트리지(65)를 포함한다. 본체(51)의 하측부에는 다수 매의 용지(P)를 유지할 수 있는 급지 카세트(또는 급지 트레이)(54)가 Y2측(전방측)으로부터 자유롭게 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 용지(P)를 수동으로 급지하기 위한 수동 급지 트레이(55)가 Y2 방향을 향해 회전되어 개방될 수 있다. 급지 카세트(54) 또는 수동 급지 트레이(55)로부터 급송된 용지(P)는 용지(P)에 소요의 화상을 기록하는 인쇄 기구부(53)로 이송된다. 그 후에, 용지(P)는 본체(51)의 Y1측(후방측)에 장착된 배지 트 레이(56)로 배출된다.
인쇄 기구부(53)는 카트리지(63)가 메인 주사 방향을 따라 자유롭게 미끄러지도록 안내 부재인 일차 안내 로드(61)와 이차 안내 로드(62) 상에 카트리지(63)를 유지한다. 일차 및 이차 안내 로드(61, 62)는 잉크젯 기록 장치의 X1 및 X2 측면에 마련된 측판 사이에서 연장하도록 설치된다. 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(Bk)의 각 칼라 잉크 액적을 토출하는 기록 헤드(64)는 카트리지(63)에 배치되어, 각 기록 헤드(64)의 잉크 토출 헤드(노즐)이 하방(Z2 방향)으로 잉크 액적을 토출하도록 메인 주사 방향을 가로지르는 방향으로 배치되게 한다. 기록 헤드(64)에 각 칼라 잉크를 공급하기 위한 잉크 카트리지(65)는 카트리지(63)에 교환 가능하게 장착된다. 잉크젯 기록 장치는 본 발명의 제9 실시예에 따른 헤드와 잉크 탱크를 통합한 잉크 카트리지를 채택할 수도 있다.
각 잉크 카트리지(65)는 상부에서 대기와 연통하는 대기 구멍, 하부에서 대응하는 기록 헤드(64)에 잉크를 공급하는 공급 구멍, 잉크가 충전된 다공질체를 구비한다. 기록 헤드(64)에 공급된 잉크는 다공질체의 모세관력에 의해 약간의 부압으로 유지된다. 본 실시예에 이용되는 각 칼라의 기록 헤드(64)는 각 칼라의 잉크 액적을 토출하는 노즐이 있는 단일의 기록 헤드로 대체될 수도 있다.
캐리지(63)의 후방부는 일차 안내 로드(61)가 관통하고, 카트리지(63)의 전방부는 이차 안내 로드(62) 상에 위치되어 카트리지(63)는 상기 일차 및 이차 안내 로드(61, 62)에 의해 안내되어 메인 주사 방향을 따라 자유롭게 미끄러진다. 여기 서, "전방"은 Y2측 또는 용지(P)가 이송되는 용지 이송 방향에서 상류측을 가리키고, "후방"은 Y1측 또는 용지 이송 방향에서 하류측을 가리킨다. 캐리지(63)를 메인 주사 방향으로 이동시키기 위해서는, 메인 주사 모터(67)에 의해 회전되는 구동 풀리(68)와 종동 풀리(69) 사이에 타이밍 벨트(70)를 팽팽하게 설치한다. 이 타이밍 벨트(70)는 캐리지(63)에 고정되어 있어, 메인 주사 모터(67)의 정역회전에 의해 캐리지(63)가 메인 주사 방향을 따라 전후로 이동된다.
급지 카세트(54)에 셋팅된 각 용지(P)를 기록 헤드(64) 아래의 위치로 이송하기 위해서, 잉크젯 기록 장치는 급지 카세트(54)로부터 용지(P)를 별개로 급지하는 급지 롤러(81) 및 마찰 패드(82)와, 급지되는 각 용지(P)를 안내하는 안내 부재(83)와, 급지된 용지(P)를 반전시켜 반송하도록 급지된 용지(P)를 이송하는 이송 롤러(84)와, 이 이송 롤러(84)의 표면에 대해 가압되는 이송 롤러(85)와, 이송 롤러(84)로부터 용지(P)가 송출되는 각도를 규정하는 에지 롤러(86)를 포함한다. 이송 롤러(84)는 서브 주사 모터에 의해서 기어열을 통해 회전된다.
또한, 잉크젯 기록 장치는 캐리지(63)의 메인 주사 방향의 이동 범위 내에서 이송 롤러(84)로부터 급지되는 용지(P)를 기록 헤드(64)의 아래에서 안내하는 용지 안내 부재인 인쇄 수용 부재(89)를 포함한다. 이 인쇄 수용 부재(89)의 용지 이송 방향 하류측에서, 잉크젯 기록 장치는 용지(P)가 배출되는 용지 배출 방향을 향해 용지(P)를 급지하도록 회전되는 이송 롤러(91) 및 박차(92)와, 용지(P)를 배지 트레이(56)에 배출하는 용지 배출 롤러(93) 및 박차(94)와, 용지(P)가 배출되는 용지 배출 경로를 형성하는 안내 부재(95, 96)를 더 포함한다.
기록시에, 캐리지(63)가 이동되는 동안 화상 신호에 따라 기록 헤드(64)가 구동된다. 이에 의해, 정지하고 있는 용지(P)에 잉크가 토출되어 1행의 기록을 수행한다. 용지(P)를 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 다음 행의 기록을 수행한다. 기록 종료 신호 또는 용지(P)의 후단부가 기록 영역에 도달한 것을 지시하는 신호가 수신되면, 기록 동작이 종료되고 용지(P)가 배출된다. 이 경우에, 각 기록 헤드(64)에 있어서, 액적 토출이 훨씬 더 제어 가능하고 특성 변동이 억제된다. 따라서, 본 실시예의 잉크젯 기록 장치가 안정적이고 품질이 높은 화상 기록을 수행할 수 있다.
잉크젯 기록 장치의 기록 영역 외측의 X2측에는 기록 헤드(64)의 토출 불량을 회복하기 위한 회복 유닛(97)이 마련되어 있다. 회복 유닛(97)은 캡부와, 흡인부와, 세척부를 포함한다. 캐리지(63)는 인쇄를 대기하는 동안에는 회복 유닛(97) 다음에 체류하여 기록 헤드(64)가 캡부에 의해 캡핑되어, 잉크 토출구를 습윤 상태로 유지함으로써, 잉크의 건조로 인한 토출 불량을 방지한다. 또한, 기록을 수행하는 동안에 기록 헤드(64)는 기록과 관계없는 잉크를 토출하여 잉크 토출구의 잉크 점도를 일정하게 유지함으로써, 안정적인 토출 특성을 유지한다.
토출 불량이 발생한 경우에는, 기록 헤드(64)의 잉크 토출구(노즐)가 회복 유닛(97)의 캡부에 의해 밀폐된다. 이 때, 기포 뿐만 아니라 잉크가 잉크 토출구로부터 튜브를 통해서 흡인부에 의한 흡인에 의해 취출되고, 각 기록 헤드(64)의 잉크 토출면에 부착된 잉크와 먼지는 세척부에 의해 제거된다. 이에 의해, 토출 불량이 회복된다. 취출된 잉크는 본체의 하부에 마련된 폐잉크 저장조(도시 생략)로 배출되어 폐잉크 저장조 내의 잉크 흡수체에 흡수 유지된다.
따라서, 본 실시예의 잉크젯 기록 장치는 본 발명에 따른 기록(잉크젯) 헤드(64)를 채택하여 안정적인 토출 특성을 얻을 수 있어 화상 품질을 향상시킨다.
본 실시예에 있어서, 본 발명은 잉크젯 헤드에 적용되고 있다. 그러나, 본 발명은 또한 잉크 이외의 액적, 예컨대 패터닝용의 액체 레지스트 또는 DNA 시료를 토출하는 액적 토출 헤드에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 마이크로 펌프 등의 정전형 액츄에이터, 마이크로 광변조기 등의 광학 디바이스, 마이크로 스위치(마이크로 릴레이), 멀티 광학 렌즈의 액츄에이터(광 스위치), 마이크로 유량계, 압력 센서를 비롯한 마이크로 디바이스에도 적용할 수 있다.
〔제11 실시예〕
전술한 제1 내지 제8 실시예에 따른 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)의 정전형 액츄에이터 중 어느 하나가 마이크로 펌프에 적용될 수도 있다.
도 26은 제1 내지 제8 실시예의 액적 토출 헤드 중 어느 하나의 액츄에이터 구성이 적용되는 복수 개의 액츄에이터를 갖춘 마이크로 펌프의 단면도이다.
본 발명의 제11 실시예에 따른 마이크로 펌프의 액츄에이터는 상하의 기판(6, 7) 사이에 마련된 복수 개의 진동판(13A)과, 이 진동판(13A) 상에 형성되어 유체를 유동시키기 위한 채널(11A)과, 이 채널(11A)을 따라 마련된 복수 개의 진동 챔버(21A)와, 단부 위치에서 진동 챔버(21A) 중 하나에 인접하여 마련된 압력 보정 챔버(23A)를 형성하고 있다. 압력 보정 챔버(23A)와 채널(11A) 사이에는 각 진동판(13A)보다 변형이 훨씬 용이하도록 구성된 변형판(14A)이 마련되어 있다. 모든 액츄에이터의 진동 챔버(21A)는 압력 보정 챔버(23A)와 연통한다.
마이크로 펌프의 각 액츄에이터의 진동판(13A)에는 복수 개의 전극(22A)이 마련되어 있다. 상기 전극(22A) 중 인접한 2개의 전극에는 각각 상호 상이한 전위가 공급되고, 이에 따라 진동판(13A)이 변형하게 된다. 각 진동 챔버(21A)와 연통하도록 마련된 압력 보정 챔버(23A)의 벽을 구성하는 변형판(14A)은 그 변형이 진동판(13A)의 변형보다 크도록 설정된 판 두께를 비롯한 조건을 갖는다. 마이크로 펌프는 복수 개의 압력 보정 챔버(23A)를 구비하여도 좋다.
전극(22A)을 각각 갖춘 진동판(13A)은 유체의 유동 방향을 따라 병렬로 배치되어 유체가 채널(11A) 내에서 흐르게 된다. 진동판(13A)은 전극(22A)에 전압을 인가함으로써 도 26의 우측에 있는 것부터 순차 구동된다. 이에 의해, 채널(11A) 내의 유체는 도 26의 화살표로 지시된 방향으로 유동하게 되어, 유체가 운송될 수 있다. 본 실시예에 채택한 진동판(13A)들은 단일의 진동판(13A)에 의해 대체되어도 좋다. 또한, 유체의 운송 효율을 증가시키기 위해 채널(11A)의 적소에 밸브가 마련되어도 좋다.
결과적으로, 제11 실시예에 따른 마이크로 펌프는 각 진동 챔버(21A)와 연통하는 압력 보정 챔버(23A)와, 각 진동판(13A)보다 변형이 훨씬 용이한 변형판(14A)을 포함하고 있다. 따라서, 진동 챔버(21A) 내외의 압력 간에 압력차가 발생되면, 격막(13A)이 편향되기 전에 압력차를 제거하고 마이크로 펌프의 기능 불량을 야기 하는 압력차로 인해 변형하도록 압력 보정 챔버(23A)에 마련된 변형판(14A)이 즉시 편향된다. 이에 따라, 마이크로 펌프가 펌프로서의 그 기능을 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전형 액츄에이터와 광범위한 환경 압력에 채택될 수 있도록 안정적인 동작(토출) 특성을 갖는 액적 토출 헤드를 압력 검출부 등의 특별한 요소를 추가하는 일없이 기존 요소의 처리부에 의해 소형화된 압력 제어부를 헤드 칩에 설치함으로써 저비용으로 제작할 수 있다. 또한, 그것을 이용한 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 장치 및 마이크로 펌프를 제공할 수 있다.
본 발명은 특별히 개시한 실시예들에 제한되지 않고 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 변형 및 수정이 이루어질 수 있다.
본 발명은 2002년 5월 20일자로 출원된 일본 특허 출원 제2002-145300호와 2002년 9월 5일자로 출원된 일본 특허 출원 제2002-259573호를 우선권 주장의 기초로 하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 합체된다.

Claims (23)

  1. 정전기력에 의해 야기된 압력파에 의해 액적을 토출하는 액적 토출 헤드에 있어서,
    액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 액체를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 액적을 토출하는 액적 토출 헤드로서,
    상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과,
    상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버
    를 구비하는 것인 액적 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변형판의 두께는 각 진동판의 두께보다 얇은 것 인액적 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변형판의 면내 길이(in-plane length)는 각 진동판의 면내 길이보다 큰 것인 액적 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변형판에 53 hPa의 압력이 균등하게 가해진 경우에 액츄에이터 챔버의 전체 체적 Vo의 변화는 0.15 × Vo 이상이 되고, 상기 전체 체적 Vo의 변화는 변형판의 변형에 의해 야기되는 것인 액적 토출 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압력 보정 챔버는 진동 챔버에 대응하는 독립적인 복수 개의 챔버를 구비하는 것인 액적 토출 헤드.
  6. 정전기력에 의해 야기되는 압력파에 의해 잉크 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와,
    이 액적 토출 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 탱크
    를 구비하고, 상기 잉크 탱크는 상기 액적 토출 헤드와 일체화되며,
    상기 액적 토출 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 잉크 액적을 토출하며, 상기 액적 토출 헤드는,
    상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과,
    상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버
    를 구비하는 것인 잉크 카트리지.
  7. 정전기력에 의해 야기되는 압력파에 의해 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드를 구비한 잉크젯 기록 장치로서,
    상기 잉크젯 헤드는, 잉크 액적을 토출하는 하나 이상의 노즐 구멍과, 이 노즐 구멍과 연통하고 토출될 잉크를 수용하는 하나 이상의 가압액 챔버와, 이 가압액 챔버와 연통하는 공통 액체 챔버와, 대응하는 가압액 챔버의 벽면을 각각 형성하는 하나 이상의 진동판과, 가압액 챔버로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 상기 공극을 통해 진동판과 대향하도록 마련된 하나 이상의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 가압액 챔버 내의 압력을 증가시켜 노즐 구멍으로부터 잉크 액적을 토출하고, 상기 잉크젯 헤드는,
    상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 공통 액체 챔버의 벽면을 형성하는 변형판과,
    상기 공통 액체 챔버로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버
    를 구비하는 것인 잉크젯 기록 장치.
  8. 하나 이상의 진동판의 변형에 의해 액체를 운송하는 마이크로 펌프에 있어서,
    상기 액체가 운송되는 채널과, 상기 채널의 벽면을 형성하는 진동판과, 상기 채널로부터 반대측에 진동판과 접촉하도록 마련된 공극을 포함하는 하나 이상의 진동 챔버와, 각 진동판에 마련된 복수 개의 전극을 포함하고, 전극에 인가된 전압에 의해서 발생되는 정전기력에 의해 진동판을 편향시킴으로써 채널 내의 압력을 증가시켜 액체를 운송하는 마이크로 펌프로서,
    상기 진동판의 전체 변형보다 변형이 크고 상기 채널의 벽면을 형성하는 변형판과,
    상기 채널로부터 변형판을 가로질러 마련되어 진동 챔버와 연통하는 압력 보정 챔버
    를 구비하는 것인 마이크로 펌프.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
KR1020047015502A 2002-05-20 2003-05-15 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터 및 액적 토출 헤드 KR100669965B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002145300A JP2003334945A (ja) 2002-05-20 2002-05-20 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置及びマイクロポンプ
JPJP-P-2002-00145300 2002-05-20
JP2002259573A JP2004098178A (ja) 2002-09-05 2002-09-05 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及び液供給カートリッジ
JPJP-P-2002-00259573 2002-09-05
PCT/JP2003/006082 WO2003097364A1 (en) 2002-05-20 2003-05-15 Electrostatic actuator and liquid droplet ejecting head having stable operation characteristics against environmental changes

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067023553A Division KR20060123668A (ko) 2002-05-20 2003-05-15 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터, 액적 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체공급 카트리지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040101375A KR20040101375A (ko) 2004-12-02
KR100669965B1 true KR100669965B1 (ko) 2007-01-19

Family

ID=29552313

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047015502A KR100669965B1 (ko) 2002-05-20 2003-05-15 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터 및 액적 토출 헤드
KR1020067023553A KR20060123668A (ko) 2002-05-20 2003-05-15 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터, 액적 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체공급 카트리지

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067023553A KR20060123668A (ko) 2002-05-20 2003-05-15 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터, 액적 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체공급 카트리지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7033002B2 (ko)
EP (1) EP1506092A4 (ko)
KR (2) KR100669965B1 (ko)
CN (1) CN1646323A (ko)
WO (1) WO2003097364A1 (ko)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786420B1 (en) 1997-07-15 2004-09-07 Silverbrook Research Pty. Ltd. Data distribution mechanism in the form of ink dots on cards
US6618117B2 (en) 1997-07-12 2003-09-09 Silverbrook Research Pty Ltd Image sensing apparatus including a microcontroller
US7110024B1 (en) 1997-07-15 2006-09-19 Silverbrook Research Pty Ltd Digital camera system having motion deblurring means
US6690419B1 (en) 1997-07-15 2004-02-10 Silverbrook Research Pty Ltd Utilising eye detection methods for image processing in a digital image camera
US7551201B2 (en) 1997-07-15 2009-06-23 Silverbrook Research Pty Ltd Image capture and processing device for a print on demand digital camera system
US6879341B1 (en) 1997-07-15 2005-04-12 Silverbrook Research Pty Ltd Digital camera system containing a VLIW vector processor
US6624848B1 (en) 1997-07-15 2003-09-23 Silverbrook Research Pty Ltd Cascading image modification using multiple digital cameras incorporating image processing
AUPP702098A0 (en) * 1998-11-09 1998-12-03 Silverbrook Research Pty Ltd Image creation method and apparatus (ART73)
AUPQ056099A0 (en) 1999-05-25 1999-06-17 Silverbrook Research Pty Ltd A method and apparatus (pprint01)
US7438395B2 (en) * 2004-09-24 2008-10-21 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid-jetting apparatus and method for producing the same
KR100643929B1 (ko) * 2005-03-07 2006-11-10 삼성전기주식회사 정전형 잉크젯 헤드 및 그 제조방법
US7571992B2 (en) * 2005-07-01 2009-08-11 Xerox Corporation Pressure compensation structure for microelectromechanical systems
US7883182B2 (en) * 2006-04-21 2011-02-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fluid ejection device for ink jet heads
CN101512156B (zh) * 2006-10-26 2011-12-07 克拉斯特科技有限公司 液滴排出装置及其制造方法
US7922302B2 (en) * 2007-07-31 2011-04-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Piezoelectric actuation mechanism
EP2123458B1 (en) * 2008-05-20 2013-09-18 Ricoh Company, Ltd. Piezoelectric actuator, liquid-drop ejecting head, and liquid-drop ejecting apparatus
WO2010050982A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electrostatic liquid-ejection actuation mechanism
JP4976364B2 (ja) * 2008-12-04 2012-07-18 エスアイアイ・プリンテック株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP6061088B2 (ja) * 2013-03-28 2017-01-18 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
US9925788B2 (en) * 2014-02-13 2018-03-27 Hewlett-Packard Development Company L.P. Methods and apparatus to prime a printhead assembly
LU92654B1 (de) * 2015-02-13 2016-08-16 Beckmann Günter Elektrostatischer mikrogenerator und verfahren zur erzeugung elektrischer energie mittels eines elektrostatischen mikrogenerators
US10584695B2 (en) 2016-01-29 2020-03-10 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature fluid control device
US10487820B2 (en) 2016-01-29 2019-11-26 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
US10451051B2 (en) * 2016-01-29 2019-10-22 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
US10385838B2 (en) 2016-01-29 2019-08-20 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature fluid control device
US10388849B2 (en) 2016-01-29 2019-08-20 Microjet Technology Co., Ltd. Piezoelectric actuator
US10615329B2 (en) 2016-01-29 2020-04-07 Microjet Technology Co., Ltd. Piezoelectric actuator
JP6574452B2 (ja) * 2016-01-29 2019-09-11 研能科技股▲ふん▼有限公司 小型空気圧動力装置
US10378529B2 (en) 2016-01-29 2019-08-13 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
EP3203079B1 (en) 2016-01-29 2021-05-19 Microjet Technology Co., Ltd Piezoelectric actuator
US10529911B2 (en) 2016-01-29 2020-01-07 Microjet Technology Co., Ltd. Piezoelectric actuator
US10371136B2 (en) 2016-01-29 2019-08-06 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
EP3203076B1 (en) 2016-01-29 2021-05-12 Microjet Technology Co., Ltd Miniature fluid control device
CN107344453A (zh) * 2016-05-06 2017-11-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种压电喷墨打印装置及其制备方法
US10655620B2 (en) 2016-11-10 2020-05-19 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature fluid control device
US10683861B2 (en) 2016-11-10 2020-06-16 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
US10746169B2 (en) 2016-11-10 2020-08-18 Microjet Technology Co., Ltd. Miniature pneumatic device
CN112041171B (zh) 2018-07-23 2022-07-19 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用微泵和基于压力差的流体流进行流体喷射的系统和方法
JP2021138032A (ja) * 2020-03-04 2021-09-16 東芝テック株式会社 液体吐出装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000299991A (ja) * 1999-04-12 2000-10-24 Seiko Epson Corp 静電型アクチュエータ
JP2001300421A (ja) * 2000-04-21 2001-10-30 Seiko Epson Corp 静電アクチュエータ、及びそれを用いた液体噴射装置
JP2002059548A (ja) * 2000-08-23 2002-02-26 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド
JP2002067303A (ja) * 2000-09-01 2002-03-05 Fuji Photo Film Co Ltd インクジェットヘッドおよびこれを用いたインクジェットプリンタ

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2854876B2 (ja) 1989-02-17 1999-02-10 株式会社リコー 記録ヘッド及び記録装置
US6164759A (en) * 1990-09-21 2000-12-26 Seiko Epson Corporation Method for producing an electrostatic actuator and an inkjet head using it
US5534900A (en) 1990-09-21 1996-07-09 Seiko Epson Corporation Ink-jet recording apparatus
JPH0671882A (ja) 1992-06-05 1994-03-15 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド及びその製造方法
US6000785A (en) * 1995-04-20 1999-12-14 Seiko Epson Corporation Ink jet head, a printing apparatus using the ink jet head, and a control method therefor
US6190003B1 (en) * 1996-12-20 2001-02-20 Seiko Epson Corporation Electrostatic actuator and manufacturing method therefor
JPH10193600A (ja) 1997-01-16 1998-07-28 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド
DE69936122T2 (de) * 1998-03-18 2008-01-17 Seiko Epson Corp. Elektrostatischer betätiger, verfahren zu seiner herstellung und diesen verwendende flüssigkeitsspritzvorrichtung
JPH11286109A (ja) 1998-04-01 1999-10-19 Seiko Epson Corp インクジェットヘッドの駆動制御方法および装置
JP2000272120A (ja) 1999-03-24 2000-10-03 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド及びラインインクジェットヘッド
JP4138198B2 (ja) 2000-03-15 2008-08-20 株式会社リコー 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置
JP2001277506A (ja) 2000-03-30 2001-10-09 Seiko Epson Corp 静電型アクチュエータ及びインクジェットヘッド
JP2001322269A (ja) 2000-05-15 2001-11-20 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド
JP3733565B2 (ja) 2000-11-07 2006-01-11 株式会社トーヨー工芸工業 一体形振出し用キャップ
JP2002240282A (ja) * 2001-02-21 2002-08-28 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド及びその製造方法
JP2002259573A (ja) 2001-02-28 2002-09-13 Hitachi High-Technologies Corp 医療情報共有システム及びその方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000299991A (ja) * 1999-04-12 2000-10-24 Seiko Epson Corp 静電型アクチュエータ
JP2001300421A (ja) * 2000-04-21 2001-10-30 Seiko Epson Corp 静電アクチュエータ、及びそれを用いた液体噴射装置
JP2002059548A (ja) * 2000-08-23 2002-02-26 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド
JP2002067303A (ja) * 2000-09-01 2002-03-05 Fuji Photo Film Co Ltd インクジェットヘッドおよびこれを用いたインクジェットプリンタ

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
12299991
13300421
14059548
14067303

Also Published As

Publication number Publication date
EP1506092A1 (en) 2005-02-16
KR20060123668A (ko) 2006-12-01
WO2003097364A1 (en) 2003-11-27
US20050104941A1 (en) 2005-05-19
CN1646323A (zh) 2005-07-27
KR20040101375A (ko) 2004-12-02
US7033002B2 (en) 2006-04-25
EP1506092A4 (en) 2007-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100669965B1 (ko) 환경 변화에 대해 안정적인 동작 특성을 갖는 정전형액츄에이터 및 액적 토출 헤드
US8052249B2 (en) Liquid discharge head, liquid supply cartridge, and liquid jet apparatus having electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process
US7992969B2 (en) Piezoelectric actuator, liquid-drop ejecting head, and liquid-drop ejecting apparatus
US7328981B2 (en) Electrostatic actuator, liquid discharge head, liquid cartridge, imaging apparatus, micro pump, and optical device
US20030067513A1 (en) Liquid drop jet head and ink jet recording apparatus
JP3753116B2 (ja) 液体噴射ヘッド
JP4282342B2 (ja) 液滴吐出ヘッド及び該液滴吐出ヘッドを用いた装置
JP2004001110A (ja) 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置並びにマイクロデバイス
KR20080098158A (ko) 잉크 젯 프린트 헤드
KR100698347B1 (ko) 반도체 제조 공정에 의해 제조된 정전형 액츄에이터
KR100802497B1 (ko) 정전기적으로 기계적 작동되는 유체 정밀 측정 장치
JP4557667B2 (ja) 静電型アクチュエータ、静電型アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、画像形成装置、マイクロポンプ及び光学デバイス
JP2004098178A (ja) 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及び液供給カートリッジ
JP4115210B2 (ja) 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ、マイクロポンプ、光学デバイス、画像形成装置、液滴を吐出する装置
JP2002316416A (ja) ヘッド駆動装置及びインクジェット記録装置
JP4043895B2 (ja) 液滴吐出ヘッドの製造方法
JP2003266695A (ja) 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置
JP2006123223A (ja) 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、液体カートリッジ及び画像形成装置
JP2004066606A (ja) 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置
JP2009006617A (ja) 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法
JP2003182074A (ja) 液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置
JP2008173895A (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置及び静電型アクチュエータ
JP2003334945A (ja) 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置及びマイクロポンプ
JP2010143159A (ja) 静電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置
JP2009232641A (ja) 静電アクチュエータとその製造方法と液滴吐出ヘッドと液体カートリッジと画像形成装置とマイクロポンプ及び光学デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120104

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee