KR100744451B1

KR100744451B1 - 미세방울 분사 장치

Info

Publication number: KR100744451B1
Application number: KR1020017005474A
Authority: KR
Inventors: 이안 잉그햄; 줄리안 화이트; 대니 팔머; 로버트 알랜 하비; 스테펜 템플
Original assignee: 자아 테크날러쥐 리미티드
Priority date: 1998-10-31
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2007-08-01
Also published as: DE69917670T2; CN1331635A; ATE267705T1; EP1124692B1; DE69917670D1; IL142734A; BR9914928A; GB9823833D0; EP1124692A1; AU763139B2; CA2348929C; MXPA01004231A; CN1188281C; ES2217831T3; US6609778B2; JP2002528310A; US20020021327A1; CA2348929A1; AU1054800A; WO2000026033A1

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터헤드용 노즐판이 벗겨짐을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다. 노즐판은 접착층에 의해 노즐에 접착되고, 보다 두꺼운 접착층에 의해 지지물에 접착된다. 이러한 여분의 지지물은 와이퍼 블레이드가 노즐판을 가로질를 때 발생하는 힘으로 벗겨지는 것을 방지한다. 노즐판과 지지물 사이의 스페이서들은 접착층의 정확한 균일성과 일정한 두께를 보증한다.

잉크젯, 프린터헤드, 노즐판, 지지물

Description

미세방울 분사 장치{Droplet ejection apparatus}

본 발명은 본체에 형성되고 미세방울 액(droplet liquid) 공급 수단과 그리고 노즐판에 형성된 각각의 노즐과 소통하는 적어도 하나의 챔버를 포함하며, 또한, 노즐로부터 미세방울의 분사를 실행하는 수단을 포함하는 미세방울 분사 장치 특히, 잉크젯 프린터헤드에 관한 것이다.

널리 공지된 바와 같이, 잉크젯 프린터헤드 작동은 프린터헤드가 건조한 잉크 잔류물, 종이 먼지 등과 같은 것으로 막히게 되었을 때 중단된다. 노즐판을 닦고 및/또는 노즐을 덮고("막기(capping)"), 노즐판을 적절한 용액으로 세척하거나("세정(flushing)"), 노즐판으로 진공을 가하거나 잉크 공급 수단으로 압력을 가하여 노즐을 통해 잉크를 억지로 밀어냄("정화(purging)")으로써 노즐을 깨끗하게 유지하는 것은 잘 알려져 있다. 일반적으로, 정화 공정 중에 배출된 잉크는 노즐판의 배출구 표면을 밀봉하는 캡(cap)에 고인다. 프린트헤드가 정지될 때 이러한 캡(cap)은 또한 노즐판 상에 배치될 수도 있어, 노즐의 잉크가 마르는 속도는 감소할 것이다.

일반적으로, 노즐들은 레이저 융제(laser ablation)에 의해 예를 들어, WO 93/15911(본 출원에 속하고 참조에 의해 본 명세서에 통합된)에 개시된 방법에 의 해 노즐판에 형성되고, 이러한 목적을 위해 노즐판은 융제가능한 별도의 얇은(대략 50㎛) 시트(sheet)재료, 일반적으로, 폴리아미드(polyimide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리에스터(polyester), 또는 폴리에테르테르케톤 (polyetheretherketone) 등으로 제조되지만, 아크릴수지(acrylics) 또는 비유리질 (non-vitreous)의 무기질 재료 또한 이용될 수도 있다.

당연히, 노즐판은 일반적으로 접착제에 의해 채널들의 단부에서 본체에 밀봉된다. 또한, 노즐판은 캡(cap)의 효과적인 밀봉을 보증하기에 충분한 표면적을 제공하기 위해 위, 아래에서 어느 방향으로, 그리고 본체의 어느 한쪽으로, 그리고 채널들의 단부들로 연장될 수도 있다.

상기 언급된 얇은 재료로 구성된 연장 노즐판은 그 외주면에 지지물을 필요로 하는 것으로 알려져 왔다. 또한, 노즐판을 이러한 지지물에 부착하는 접착 본드의 요구와 잉크 챔버들이 형성된 본체에 노즐판을 부착하는 접착 본드의 요구는 다른 것으로 알려져 왔다. 후자의 경우, 접착층은 인접한 잉크 챔버들과 본체/노즐판이 견고하게 밀착되도록 가능한 얇게 제작되어, 잉크 챔버들로 흘러들어가거나 잉크 챔버들을 막을 수 있는(적어도 부분적으로) 접착제의 양을 최소화한다. 하지만, 그러한 얇은 층은 충분히 견고하지 못하여 상기 언급된 막기, 닦기, 그외 공정 중에 노즐판의 모든 곳, 특히, 그 외주면에 발생된 외력을 견디지 못한다. 그러한 외력들 중에는 노즐판의 가장자리를 가로지르는(passing over) 와이퍼 블레이드에 의해 발생된 벗기는 힘(peel force)이 가장 심각한 것으로 알려져 왔다.

본 발명의 목적은 제조와 작동의 이러한 요구에 적합한 프린터헤드를 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명은 적어도 하나의 미세방울 액 챔버를 구비한 본체; 각 미세방울 액 챔버를 위해 각각의 노즐을 제공하고, 제 1 평균 두께를 가진 제 1 접착층에 의해 본체에 접착된 별도의 노즐판; 상기 제 1 평균 두께보다 두꺼운 제 2 평균 두께를 가진 제 2 접착층의 수단에 의해 노즐판에 접착된 노즐판 지지물을 포함하는 미세방울 분사 장치의 일 양태를 구성한다.

바람직하게는, 제 1 및 제 2 접착층은 동일 평면상에 적절히 위치한다.

적절하게는, 노즐판은 각 노즐의 배출구를 포함하는 배출구 표면과, 각 노즐의 입구를 포함하는 입구 표면과, 노즐판의 입구 표면에 접착된 본체와 노즐판 지지물을 가진다.

본 발명은 적어도 하나의 미세 방울 액 챔버와, 그 또는 각각의 미세 방울 액 챔버 입구의 말단 평면(termination plan)을 구비한 본체; 본체의 말단 평면에 접착되고 각 미세방울을 위해 각각의 노즐을 제공하는 별도의 노즐판; 및 노즐판에 접착된 노즐판 지지물을 포함하는 미세 방울 분사 장치에 있어, 노즐판에 접착층을 도포하는 단계; 접착층을 노즐판 지지물에 도포하는 단계; 본체의 말단 평면과 노즐판 지지물 상의 접착층을 정렬하고, 노즐판 상의 접착층과 본체 및 노즐판 지지물 상의 접착층을 접촉시켜, 본체와 노즐판 사이의 접착층 보다는 두꺼운 접착 본드 층을 노즐판과 노즐판 지지물 사이에 만드는 단계를 포함하는 미세 방울 분사 장치의 제조 방법의 다른 양태로 구성한다.

노즐판/지지 수단 및 노즐판/프린트헤드 본체의 서로 상이한 두께의 접착층의 이용은 작업도중에 제품의 질을 손상시키지 않으며 프린트헤드의 무결성이 유지되도록 허용한다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예에 의해 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 프린트헤드를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 노즐판이 분리된 프린트헤드의 정단부의 확대도.

도 3은 도 1의 잉크 분사 유닛의 채널들을 관통한 단면도.

도 4는 잉크 채널 축선 D에 평행하게 잡은 도 1의 잉크 분사 유닛의 정단부의 상세 부분도.

도 5는 잉크 채널 축선 D에 평행하게 잡은 도 1의 잉크 분사 유닛의 정단부의 부분측면도에 의해 본 발명을 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 본 명세서와 첨부된 청구항에 제시된다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되고, 베이스 부재(15)의 일단부에 장착된 잉크 분사 유닛 또는 유닛(10)들을 포함하는 잉크젯 프린트헤드(5)를 나타낸다. 베이스 부재(15)는 회로기판(20)에 장착된 잉크 분사 유닛들과 프린트헤드 구동 회로 양쪽에서 발생된 열을 소산하도록 알루미늄과 같은 열전도성 재료로 구성될 수도 있다. 구동 신호는, 예를 들어 와이어 본드(wire bond, 25)에 의해, 회로 기판의 일단부로부터 잉크 분사 유닛들로 전송하는 한편, 프린트 데이터와 전력이 컨넥터(30)를 통해 회로기판의 타단부에 이른다.

도시된 바와 같이, 4개의 메니폴드(35)들은 4 개의 다른 색(일반적으로 청록색, 자홍색, 노란색과 검은색)의 잉크를 4 개의 인접한 잉크 분사 유닛들로 공급하고, 비록 그러한 메니폴드(35)들은 균일하게 같은 색의 잉크를 모든 잉크 분사 유닛들에 공급하거나, 단일 잉크 메니폴드로 대체될 수도 있다. 이하, 설명되는 다른 잉크 분사 유닛들의 채널들 사이의 정합(整合, registration)은, 예를 들어, 4 개의 모든 유닛들을 단일 베이스 부재에 형성함으로써 달성될 수 있다. 메니폴드(35)들은, 예를 들어, 볼트의 수단에 의해 베이스 부재(15)에 순서대로 고착되고 홈부들(36)에 위치하는 바(bar, 미도시)에 의해 잉크 분사 유닛(10)들에 밀봉 접촉되어 고정된다. 이러한 특징들은 당업계에, 예를 들어, 본 출원에 속하며 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 WO 97/04963으로부터 공지되어 있고, 따라서, 보다 상세한 설명은 생략한다. 잉크 분사는 잉크 분사 유닛(10)의 각각의 잉크 분사 챔버와 소통하는 각각의 노즐로 노즐판(45)에 형성된 노즐의 라인(40, line)으로부터 발생한다.

비록, 본 발명은 어떤 특정한 미세방울 잉크 분사 장치에 한정되지 않더라도, 상기 예와 같은 수단에 의해 설명되고 노즐판이 분리된 상태의 도 2에 도시된 장치는 시어모드 웰 엑츄에이터(shear mode wall actuators)를 활용하는 잉크 분사 유닛를 구체화한다. 도 3은 잉크 분사 챔버(105)의 라인을 구비한 잉크 분사 유닛(10)의 상세 부분도를 도시한다. 이러한 것들은 상기 언급된 WO 97/04963 또는 유럽 특허 EP-A-0364136 호(본 출원에 속하고, 참조에 의해 통합된)에 개시되고, 이러한 것들은 길이방향 축 D를 구비하고, 지르코늄 티탄산염 납(lead zirconium titanate, PZT)와 같은 극성을 띠는 압전성 재료의 엑츄에이터 측벽에 의해 한정되는 잉크 분사 채널(105)를 포함한다. 전극(210)이 엑츄에이터 측벽 내부에 또는 위에 배열됨으로써, 엑츄에이터 측벽이 시어 모드에 의해 잉크 채널로 휘어지도록(도 3의 파선에 의해 도시된 바와 같이) 전기장이 압전성 재료들로 그리고 그 극성의 P 방향에 직각으로 인가되어, 각각의 노즐로부터 미세방울을 분사한다. 제조의 용이함을 위해, 채널벽(200)들과, 베이스(205)와, 덮개(215)를 포함하는 전체 잉크 분사 유닛은 압전성 재료로 구성될 수도 있다(덮개의 재료는 극성을 띨 필요가 없다).

또한, 여러개의 다른 색의 잉크를 분사하기 위한 여러개의 채널 그룹들은 단일 베이스(205)에 형성될 수도 있다. 따라서, 다른 채널 그룹들의 채널들 사이의 정합(整合)은 보장된다.

노즐판은 채널(105)들의 일단부(도 3에서)에 배열되고, 채널축에 수직으로 위치하고 채널 벽들(200), 베이스(205), 덮개(215)의 단부들에 의해 형성된 공통 채널 말단 평면(201)과 밀봉적으로 접촉한다.

도 4는 노즐 형성전의 노즐판/프린트헤드 본체의 접착 본드(220)를 도시하고, 잉크 채널(105)의 축선은 화살표 D에 의해 지시된다. 노즐판의 뒤쪽 표면(260)은 WO95/11131(본 출원에 속하고, 참조에 의해 통합된)에 설명된 바와 같이 스캘럽되고 (scalloped), 여분의 접착제를 수용하기 위해 채널 위, 아래에 형성된 그루브(225)들을 가져, 실질적으로 균일한 접착층의 두께를 보증한다. 또한, 그루브(230)는 또한 덮개(215) 및 베이스(205)의 상, 하부 표면과 노즐판의 접착부에 각각 형성될 수도 있다. 이러한 채널들에 여분의 접착제를 모으는 것은 노즐판과 잉크 분사 유닛의 본드(bond)를 더욱 강화시키기 위한 필릿(235)들을 형성한다.

도면부호 250에서 점선으로 도시된 것은 이후에 설명되는 것처럼 형성되는 노즐의 위치이다. 노즐 입구(270)는 뒤쪽 표면(260)에 형성되어 채널(105)과 소통하는 한편, 노즐 출구(280)은 노즐판의 앞쪽 표면(290)에 형성된다.

도 1에서 상기 언급되고 설명된 바와 같이, 잉크 분사 유닛(10)의 채널(105)들의 말단 평면(201)은 노즐판(45)의 중앙 영역에 접착된다. 이러한 노즐판(45)은 캡(cap)의 효과적인 밀봉을 확보하기에 충분한 영역의 출구 표면(290)을 제공하도록 위, 아래의 어느 방향으로, 그리고 노즐판(45)의 중앙 영역의 어느 한쪽으로 연장한다. 이는 노즐판의 외주부를 위한 지지물을 좀더 상세히 도시한 도 5(잉크 채널 D에 평행한 도 1의 프린트헤드의 정단부의 부분도)에 보다 상세하게 도시된다.

도시된 실시예에서, 지지물(110)은 본드(310)에 의해 베이스 부재(15)에 부착되고, 알루미나 부재(305)를 보강하는 알루미늄 부재(300)를 포함하는 두 부분의 구조물이다. 알루미나 부재(305)는 노즐판이 부착될 수 있는 매끈한 표면을 제공한다. 그러한 구조물은 PCT 출원 계류중인 GB98/02519 호(참조에 의해 본 명세서에 통합된)에 개시된다.

잉크 분사 유닛(10)의 영역(도 5의 "A"에 의해 지시된)에 있어, 노즐판(45)의 뒤쪽 표면은 도 4에 도시된 종류로써 일반적으로 Epotek(오리지널 등록 상표)와 같은 에폭시 접착제의 경우에 3 내지 5㎛ 평균 두께를 가진 접착층에 의해 잉크 분사 유닛(10)에 부착된다. 상기 언급된 바와 같이, 그러한 접착층은 프린트헤드의 채널들의 막힘의 위험을 최소화하며, 채널 사이의 밀봉과 적절한 강도를 제공하는 것으로 알려져 왔다.

이러한 접착층을 도포하는 유용한 하나의 기술은 바코더를 이용하여 6 내지 7㎛를 피복하도록 노즐판의 뒤쪽 표면에 접착제를 압연(roll)하는 것이다. 다음, 컴플라이언스한 패드가 접착제에 부착되어 접착제의 30 내지 50% 를 벗겨낸다.

대조적으로, 노즐판 지지물의 영역에서(도 5의 "B"영역으로 지시된), 노즐판(45)의 뒤쪽 표면(260)은 특히, 벗김 강도(peel strength)와 같은 증가된 강도를 제공하는 실질적으로 보다 두꺼운 두께의 접착층(340)에 의해 부착된다. 도 1의 "W"로 대략적으로 지시된 바와 같이, 노즐 열을 따라 청소의 목적으로 노즐판을 가로지를때마다, 노즐판의 외주부에서 높은 벗기는 힘이 잠재적으로 발생된다. 본 발명자는 적당한 벗김 강도가 노즐판과 분사 유닛 사이의 접착층의 두께보다 최소한 2배, 바람직하게는 3 배 내지 4 배 큰 두께를 가진 접착층에 의해 얻어짐을 확립하여 왔다. 도시된 실시예에서, 15 내지 20㎛의 Epotek(오리지널 등록 상표) 접착제가 이용된다.

노즐 열을 따라 발생하는 벗기는 힘에 대한 저항은 또한, 노즐 열에 직각 방향의 노즐판/지지물 접착층의 연장에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 왔다. 도 5에 도시된 바와 같이, 최소한 노즐판의 절반, 바람직하게는 최소한 노즐판의 2/3가 노즐 열에 수직한 방향으로 지지된다.

도 5의 배열은 먼저, 지지물(110)을 베이스 부재(15)와 잉크 분사 유닛(10)에 부착하여, 유닛(10)의 앞쪽표면이 접착층(340)의 적절한 두께에 상응하는 양만큼 지지물의 앞쪽 표면(350)에 직립함(standing proud of)으로써 바람직하게 제조된다. 그 후에, 접착제의 두꺼운 층은 알루미나 부재(305, 즉 노즐로부터)의 앞쪽표면(350)에 부착되고, 접착제의 얇은 층은 노즐판의 뒤쪽 표면(360)에 부착되어(예를 들어, 롤러와 같은 수단에 의해), 노즐판은 지지물의 앞쪽 표면과 잉크 분사 유닛과 접촉된다. 이러한 두꺼운 접착층과 얇은 접착층은 이런 지점에서 어느 정도로 서로 결합되어 연속된 접착층을 형성한다. 다음으로, 압력과 열이 접착층을 경화시키도록 종래의 방법으로 가해진다.

적절하고 일정한 본드(340)의 두께는 적합한 지깅(jigging)에 의해 보증될 수도 있다. 대안적인 것은 지지물(110)과 노즐판의 뒤쪽 표면(360) 사이의 치수화된 스페이서(370)의 이용이다. 도 5에서, 이러한 스페이서들은 접착제의 도포전에 지지물(110)의 앞쪽 표면(350)에 부착된 - 일반적으로 노즐판 재료의 -스트립(strips)의 형태이다. 하지만, 스페이서는- 다수의 스페이서가 있을 수도 있는 - 노즐판에 및/또는 지지물에 균일하게 잘 결합될 수도 있다. 그러한 것들은 아교층의 바람직한 두께에 상응하는 깊이로 지지물의 앞쪽 표면(350)에 형성된 그루부들 또는 트렌치(trench)들 사이에 한정될 수도 있다. 스페이서들은 또한 노즐열에 평행하게 또는 수직하게 이른다. 후자의 배열은 노즐 열 방향에 수직한 단면에서 보여질때, 아교층의 범위를 증가시킬 수도 있고, 그에 의해 와이핑 도중에 발생된 벗기는 힘에 대한 저항이 증가한다.

노즐의 형성은 당업계에 공지된 바와 같이, 노즐/채널 정합(整合)과 관련된 문제를 최소화하도록 노즐판이 잉크 분사 유닛(10)에 부착된 후까지 연기된다.

본 발명은 압전성 잉크젯 프린트헤드에 관하여 설명되었지만, 이는 단지 실시예의 수단이며, 본 발명은 다른 종류의 미세방울 분사 장치에 균등하게 적용가능함은 당연할 것이다.

Claims

적어도 하나의 미세방울 액 챔버를 구비한 본체; 상기 각 미세방울 액 챔버를 위해 각각의 노즐을 제공하고, 제 1 평균 두께를 가진 제 1 접착층의 수단에 의해 본체에 접착된 노즐판; 제 1 평균 두께보다 두꺼운 제 2 평균 두께를 가진 제 2 접착층의 수단에 의해 노즐판에 접착된 노즐판 지지물을 포함하는 미세방울 분사 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 접착층은 실질적으로 동일 평면상에 위치하는 미세방울 분사 장치.
제 1항에 있어서, 상기 노즐판은 각 노즐의 배출구를 수용하는 배출구 표면과, 각 노즐의 입구를 수용하는 입구 표면과, 노즐판의 입구 표면에 접착된 본체와 노즐판 지지물을 가지는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐판 지지물은 노즐판의 전체 외주부를 실질적으로 지지하도록 위치되는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 접착층의 면적이 제 1 접착층의 면적보다 큰 미세방울 분사 장치.
본체에 형성되고, 미세방울 액 공급수단과 그리고 별도의 노즐판에 형성된 각각의 노즐과 소통하는 적어도 하나의 챔버;

상기 노즐로부터 미세방울의 분사를 실행하는 수단을 포함하는 장치로서;

상기 각각의 노즐의 출구는 제 1 면적을 가지는 노즐판의 제 1 표면에 형성되고, 상기 노즐판과 본체는 제 1 평균 두께를 가진 제 1 접착층의 수단에 의한 제 1 면적 보다 작은 제 2 면적에서 서로 접착되며;

상기 장치는 노즐판의 외주부를 지지하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 지지 수단은 상기 제 1 평균 두께보다 큰 제 2 평균 두께를 가지는 제 2 접착층의 수단에 의해 노즐판의 외주부에 접착되는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 접착층은 실질적으로 일정한 두께를 가지는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐판은 본체에 대해 중앙에 위치하는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 챔버는 길이방향 축을 가지고, 상기 길이방향 축에 대해 수직인 말단 평면에서 끝나고, 노즐판의 제 1 표면은 상기 말단 평면에 실질적으로 평행하게 위치하는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서 수단이 노즐판과 지지 수단 사이에 끼워지는 미세방울 분사 장치.
제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 접착층은 상기 제 1 접착층보다 3개 이상의 요소에 의해 더 두꺼워지는 미세방울 분사 장치.
적어도 하나의 미세방울 액 챔버와, 상기 또는 각각의 챔버 입구의 말단 평면을 구비한 본체; 상기 본체의 말단 평면에 접착되고, 각 미세방울을 위한 개별적인 노즐을 제공하는 노즐판; 상기 노즐판에 접착된 노즐판 지지물을 포함하는 장치를 제조하는 방법으로,

노즐판에 접착층을 도포하는 단계;

접착층을 노즐판 지지물에 도포하는 단계;

본체의 말단 평면과 노즐판 지지물 상의 접착층을 정렬하고, 노즐판 상의 접착층과 본체 및 노즐판 지지물 상의 접착층을 접촉시켜, 이에 의해 본체와 노즐판 사이의 접착층 보다는 두꺼운 노즐판과 노즐판 지지물 사이의 접착 본드 층을 만드는 단계를 포함하는 미세방울 분사 장치의 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 노즐판과 노즐판 지지물 사이의 접착본드층은 노즐판과 본체 사이의 접착 본드층 보다 3개 이상의 요소에 의해 더 두꺼워지는 미세방울 분사 장치의 제조방법.
제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 노즐판 지지물에 도포된 상기 접착층은 노즐판에 도포된 접착층보다 더 두꺼운 미세방울 분사 장치의 제조방법.