KR100795212B1 - 미세방울 침전 장치 - Google Patents

Abstract

드롭-온-디맨드 방식의 압전 프린트헤드는 압전 물질의 몸체(100)와 기판(86)으로부터 형성된다. 압전 물질의 몸체는 하부 표면(681)에 형성된 홈들을 가지며 접착제가 압전 물질 안으로 커팅된 홈들로 삽입되도록 충분한 양이 사용되는 접착제(670)를 이용하여 기판에 부착된다. 상부의 홈들(7)은 분사 채널들을 형성하기 위해 접착제가 채워진 하부 채널들(681)을 통해 압전 물질 안에 쏘잉되고, 벽들(13)은 접착 필릿(680)에 의해 서로 분리된다.

잉크, 인쇄, 프린터, 헤드, 방울, 잉크젯, 분사, 접착, 접착제

Description

미세방울 침전 장치{Droplet deposition apparatus}

본 발명은 미세방울 침전 장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프린트헤드들 잉크젯 프린트헤드들의 구성 요소들 및 이러한 구성 요소들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

특히 유용한 형태의 잉크젯 프린터는, 예를 들어 디스크 커팅(disc cutting)에 의해 형성되는 잉크 채널들을 가지는 압전 물질로 된 몸체를 포함한다. 전극들은 압전 물질의 표면들과 마주보는 채널 위에 도금되어, 인접 채널들 사이에서 한정되는 압전 "벽"에 전기장이 가해질 수 있게 한다. 적절한 극성화로, 이 벽은 선택된 잉크 채널로 또는 선택된 잉크 채널로부터 멀어지도록 이동되어, 적절한 채널 노즐을 통해 미세한 잉크 방울을 분사시키는 압력 펄스를 야기시킨다. 이러한 구성은 예를 들어 EP-A-0364136에 개시되어 있다.

비교적 넓은 프린트헤드, 가능하면 전체 페이지 폭을 가로질러 정확하게 정합된 고밀도의 이러한 잉크 채널들을 제공하는 것이 종종 필요하였다. 이 목적에 유용한 구성이 WO 98/52763에 개시되어 있다. 이는 압전 물질 및 필요한 처리와 제어 기능들을 수행하는 집적 회로들을 지지하는 평평한 베이스판의 사용을 포함한 다.

이러한 구성은 특히 제조에 관련하여 몇 가지 장점들을 가진다. 기판은 프린트헤드를 위한 "등뼈"와 같이 작용하여, 제조 도중 압전 물질과 집적 회로들을 지지한다. 이러한 지지 기능은 페이지폭 어레이의 연속적인 잉크 채널들을 형성하도록 여러 판의 압전 물질들을 서로 맞대는 공정 도중에 특히 중요하다. 또한, 비교적 큰 크기의 베이스판의 취급이 간편하다.

잉크젯 인쇄에 이용하기 위해 생긴 도금과 특히 비전극 도금 방법을 이용하기 위해 만들어지는 도금은 화학장치에 의해 프리트헤드에 결합되지 않고, 부착점들을 제공하는 표면 제작술에 달려 있다. 일반적으로, 잉크젯 프린터에 사용되는 접착제들은 접착제의 표면이 부드럽기 때문에 전극을 가지기 위한 적당한 표면을 제공하지 못한다. 이는 접착제와 전극의 금속 사이에 나쁜 화학결합을 가져오고, 사용도중 혹은 더욱이 제조단계에서 금속이 떨어지거나 파손된다. 이러한 문제점들은 환원작용을 일으키거나 전기적 단락들처럼 다른 결점들을 야기시킨다. 본 발명은 결합 강도를 개선시키기 위해 거친 지점들을 제공하는 입자들을 가진 접착제를 이용하여 이러한 문제점을 해결하고자 한다.

압전 물질의 몸체와 기판 사이에 균일한 결합을 신뢰적이고 유효하게 성립시키는 문제가 남아있다. 보다 상세하게는, 열악하게 형성된 접착층은 채널 벽들의 활동에 변화를 가져오고, 그 결과 방울분사의 편차를 가져오며, 결론적으로 이미지 의 질이 떨어지게 된다. 또한, 압전물질의 베이스를 관통하는 주변 채널들 사이에 전기적 및 기계적인 누화(crosstalk)는 본 발명이 해결하고자 하는 문제점이다.

기판에 요구되는 고수준의 평면도가 다른 문제점을 야기시킨다. 열악하게 완성된 기판은 헤드 폭 사이에 채널들의 활동에 변화를 일으킬 수 있고, 그 기판의 물질은 압전 물질보다 상당히 단단하기 때문에 균일한 깊이의 채널들을 커팅할 때 톱을 파손시킬 수 있다.

본 발명은 이 문제를 해결하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 제 1 유형에 따르면, 미세방울 침전 장치에 이용하기 적합한 구성 요소로서, 상부 표면과 베이스에 부착되는 하부 표면을 가지며, 또한 상부 표면에서 압전 물질의 몸체를 포함하고, 상기 압전 물질의 몸체는 상기 상부 표면으로부타 상기 압전 물질의 내부로 연장하는 다수의 상부 채널들과, 압전 물질의 몸체의 하부 표면으로부터 상기 압전 물질의 몸체 내부로 연장하는 대응되는 다수의 하부 채널들을 가지며, 상기 채널들은 적어도 하나의 상부 채널과 그에 대응하는 하부채널 사이에 접속이 이루어질 정도의 깊이를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 접착제가 상기 몸체와 상기 베이스 사이에 제공된다. 적합하게는 상기 몸체와 상기 베이스 사이의 접착제는 1 ~ 100 ㎛ 두께이다.

본 발명의 제 2 유형은 미세방울 침전 방치에 이용하기 적합한 한 구성 요소에 찾을 수 있으며, 이 구성요소는 압전재 몸체와 베이스로부터 형성된다. 본 발명의 제 2 유형에 따른 방법은 접착제의 강성보다 더 강한 강성을 가지는 입자들을 함유한 접착제를 이용하여 베이스에 몸체를 부착하는 단계 및 몸체에 채널들을 쏘잉(sawing)하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 3 유형은 미세방울 침전 장치에 이용하기 위한 구성 요소를 형성하는 방법에 있다. 베이스와 상부 표면과 하부 표면을 가진 압전 물질의 몸체를 제공하는 단계, 몸체의 하부 표면에 하부 채널들을 쏘잉하는 단계, 접착층에 의해 베이스에 몸체의 하부 표면을 접착제로 결합하는 단계, 및 몸체의 상부 표면에 몸체로 연장하는 상부 채널들을 쏘잉하는 단계들을 포함하는 방법에 있어서, 상부 채널들이 몸체를 통하여 접착층으로 연장하는 것을 특징으로 한다.

선행기술에 공지된 바와 같이, 압전 물질의 몸체는 일방향으로 극성을 갖는 압전 물질의 하나의 블록이나 서로 반대방향들로 극성을 갖는 두 개의 블록들의 적층물로 만들어 질 수 있다. 접속이 본드를 가로질러 종종 이루어질 수 없다는 문제점이 접착된 압전 적층물들의 톱질된 채널들에 작동 전극들을 적용할 때 발생될 수 있다는 것을 출원인은 발견하였다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명의 제 4 유형에서, 다른 극성 방향(different polarisation directions)을 가진 둘 이상의 판의 적층물로부터 형성된 압전재의 몸체는 다음의 방법에 의해 형성된다: 압전재의 둘 이상의 판들이 제공되고, 접착제가 압전재의 하나 이상의 판들에 적용되고, 이어서 압전재는 결합되어 적층물을 형성하는 단계 로 이루어지는 방법에 있어서, 접착제는 접착제의 강성보다 더 강한 강성을 가진 입자들을 함유한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이러한 목적에 따른 일 실시예에 따르면, 압전 층들은 서로 반대 방향으로 극성을 가진다. 다른 실시예에서, 극성은 하나 이상의 판의 두께에 직교한다. 또 다른 실시예에서 하나 이상의 판들은 극성을 가지는 반면, 다른 판들은 비극성을 갖거나, 감극하거나 또는 비압전 물질을 형성한다.

본 발명의 제 5 유형은 미세방울 침전 장치에 이용하기 위한 구성 요소를 형성하는 방법이다. 베이스(86) 및 상부 표면과 하부 표면을 가지는 압전 물질의 몸체(100)를 제공하는 단계; 다수의 하부 채널들(630)을 몸체의 하부 표면에 쏘잉하는 단계;몸체의 하부 표면을 베이스에 접착제(710)로 결합하는 단계; 및 다수의 상부 채널들(7)을 몸체의 상부 표면에 쏘잉하는 단계들 포함하는 방법에 있어서, 상기 상부채널들중 적어도 하나는, 몸체를 관통하여 연장되어 대응되는 하부 채널에 접속될 수 있을 정도의 깊이로 쏘잉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 유형들은 상술한 방법들을 이용하여 형성된 구성 요소들에서 찾아진다. 미세방울 침전 장치에 이용하기 적합한 구성 요소는

상부 표면과 베이스에 부착되는 하부 표면을 가지며, 또한 상부 표면에서 압 전 몸체로 연장하는 다수의 상부 채널들 및 하부 표면에서 압전 몸체로 연장하는 대응되는 다수의 하부 채널들을 가지는 압전재의 몸체를 포함하는 구성요소에 있어서, 채널들은, 상부채널과 하부채널사이에 접속이 이루어지도록 하기 위하여, 적어도 하나의 상부 채널이 몸체를 통하여 대응되는 하부 채널까지 연장될 수 있을 정도의 깊이를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 여기서:

도 1은 공지된 잉크젯 프린트헤드를 관통하는 측단면도;

도 2는 도 1의 AA선을 따라 취한 횡단면도;

도 3은 종래 기술에 따른 페이지 폭 프린트헤드 어레이의 분해도;

도 4는 도 3에 도시된 프린트헤드를 관통하는 조립된 측단면도;

도 5는, 도 4의 프린트헤드와 유사한 조립 측단면도;

도 6 및 도 7은 도 5의 장치의 채널 축선과 직각인 그리고 평행한 선을 따라 각각 취한 상세 단면도;

도 8은 도 5의 장치의 상세 사시도;

도 9는 도 8에 도시된 배열에 발생되는 문제점을 보여주는 확대 상세도;

도 10은 다른 실시예에 따른 프린트헤드의 채널을 관통하는 횡단면도;

도 11 내지 도 13은 하나의 움푹 패인 벽을 도시한 횡단면도들;

도 14는 프린트헤드의 채널 활동성을 도시한 그래프;

도 15 내지 17은 구조적인 변화를 보여주는 프린트헤드의 채널에 따른 단면도들;

도 18 및 도 19은 각각 도 17의 실시예의 사시도 및 상세 사시도;

도 20는 도 7의 참조부호 194로 표시된 영역을 상세하게 도시한 도면;

도 21는 도 17에 도시된 종류의 프린트 헤드를 제조하는 일 단계를 도시한 사시도;

도 22는 도 21의 화살표 660에 따른 도면;

도 23 내지 도 28은 본 발명의 또 다른 목적에 따른 프린트헤드의 횡단면도들이다.

우선 위에서 간단하게 언급된 종래 구성의 예들을 조금 상세하게 설명하는 것이 본 발명의 이해에 도움이 될 것이다.

따라서, 도 1은 WO 91/17051에 개시된 종류의 공지 잉크젯 프린트 헤드를 보여주며, 이 잉크젯 프린트 헤드는 압전재, 예를 들어 납 지르코늄 티탄산염(lead zirconium titanate; PZT)의 판(3)을 포함하며, 이 압전재 판(3)은 상부가 개방된 잉크 채널들(7)의 어레이가 그 상면에 형성되어 있다. 도 1의 AA선을 따라 취한 단면도인 도 2로부터 명백한 바와 같이, 어레이 내의 연속적인 채널들은 판(3)의 두께 방향(화살표 P로 지시됨)으로 극성화된 압전 물질을 포함하는 측벽들(13)에 의해 격리된다. 접속부들(34)을 통해 전압이 인가될 수 있는 전극들(15)은 채널을 마주보는 대향 표면들(17)상에 배열되어 있다. 예를 들어 EP-A-0364136으로부터 공지 된 바와 같이, 벽의 양측에 있는 전극들 사이에 전기장이 적용되면, 벽은 측면에 접하는 채널들 중 하나로 전단 모드로 휘어져 - 이는 도 2에서 점선으로 과장하여 도시되어 있다 - 그 결과 그 채널에 압력 펄스를 발생시킨다.

채널들은 커버(25)에 의해 폐쇄되고, 커버에는 커버의 중앙에서 각 채널들과 각각 소통하는 노즐들(27)이 형성된다. 본 기술 분야에서 잘 공지된 바와 같이, 노즐로부터의 미세방울 분사는 상술한 압력 펄스에 응답하여 일어난다. 도 2에서 화살표 S로 지시된, 미세방울 유체의 채널로의 공급은 채널들(7)의 대향하는 단부들 각각과 소통하는 깊이까지 층(3)의 바닥면(35)으로 커팅된 두 개의 덕트들(33)을 경유한다. 이러한 채널 구성은 결과적으로 이중-단 사이드-슈터 장치(double-ended side shooter arrangement)로 기술될 수 있다. 커버판(37)은 덕트들을 폐쇄하도록 바닥면(35)에 접착된다.

도 3 및 도 4는 각각 "페이지폭(pagewide)" 구성에 있어서 도 1 및 도 2의 이중-단 사이드-슈터 개념을 채용한 프린트헤드의 분해사시도 및 단면도이다. 이러한 프린트헤드는, 참조에 의해 본 명세서 내에 통합된 WO 98/52763에 기술되어 있다. 미디어 공급 방향으로 서로 상대 이격된 2열의 채널들이 사용되며, 각 열은 미디어 공급 방향(P)을 횡단하는 방향('W')으로 페이지의 폭만큼 연장한다. 도 1 및 도 2의 실시예와 공통적인 구성들은 도 1 및 도 2에서 사용된 동일한 참조 부호들로 지시된다.

방향(W)과 직교하도록 취해진 단면도인 도 4에 도시된 바와 같이, (각각 이전 예에서와 같이 그 상부보다는 바닥면에 형성된) 채널들을 가지는 2개의 압전 층들(82a, 82b) 및 상술된 바와 같은 전극들은 미세방울 분사용 구멍들(96a, 96b)가 형성된 평평하고 긴 베이스(86)에 의해 (역시 그 상부보다 바닥면에서) 폐쇄된다. 또한, 예를 들어WO 92/22429에 기술된 바와 같은 납땜 접착제들에 의해 각 채널 전극들에 전기적으로 접속되고 각 열의 채널을 위한 각 구동 회로(집적 회로 84a, 84b)가 위치되는 베이스의 가장자리로 연장하는 도전성 트랙들(미도시)이 베이스(86)에 형성된다.

이러한 구성은 특히 제조에 관련하여 몇 가지 장점들을 가진다. 첫 번째로, 긴 베이스(86)는 프린트헤드를 위한 "등뼈(backbone)"로서 작용하여, 제조중에 압전 층들(82a, 82b) 및 집적 회로들(84a, 84b)를 지지한다. 이 지지 기능은, 도 3의 사시도에서 82a와 82b로 지시된 단일의 연속적인 페이지폭 어레이의 채널들을 형성하도록 다수의 층들(3)을 함께 맞대는 공정중에 특히 중요하다. 연장된 커버의 크기는 또한 취급을 단순화시킨다.

다른 장점은 도전성 트랙들이 형성되도록 요구되는 필요한 베이스의 표면이 평평하다는 점, 즉 실질적인 불연속성이 없다는 점으로부터 비롯된다. 이에 따라, 많은 제조 단계들이 예를 들어 도전성 트랙들 및 집적 회로들용 "플립칩"을 위한 포토리소그래픽 패터닝에서 검증된 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 포토리소그래픽 필름들을 적용하는데 전형적으로 사용되는 스피닝(spinning) 방법과 결합된 문제들 때문에, 표면의 각도 변화가 빠른 분야에서 특히 포토리소그래픽 패터닝은 부적절하다. 평평한 기판들은 공정의 용이함, 측정, 정확성, 및 유용성의 관점에서 또한 장점을 가진다.

그러므로, 베이스용 물질을 선택할 때 주요 고려 사항은 실질적으로 불연속성이 없는 형태로 용이하게 제조될 수 있는가 하는 점이다. 베이스용 물질을 위한 두 번째 요구는 프린트헤드 이외의 경우에서 사용되는 압전재에 대한 열 팽창 특성을 가지는 것이다. 마지막 요구는 그 재료가 다양한 제조 공정에 견디도록 충분히 강해야 한다는 점이다. 알루미늄 질화물, 알루미나, 인바(INVAR), 또는 특수 유리 AF45는 모두 적절한 후보 재료들이다.

미세방울 분사 구멍들(96a, 96b)은, 도 1의 실시예처럼, 구멍들 자체에 테이퍼가 형성될 수도 있고, 또는 페이퍼진 형상이 구멍 위에 장착된 노즐판(98)에 형성될 수도 있다. 이러한 노즐판은 이러한 목적을 위하여 통상적으로 사용되는 폴리이미드, 폴리카보네이트, 및 폴리에스테르와 같은 임의의 쉽게 제거될 수 있는 물질들을 포함할 수도 있다. 더욱이, 노즐 제조는 프린트헤드의 나머지의 완성 상태와 관계없이 일어난다: 즉, 노즐은 작동 몸체(82a)가 베이스 또는 기판(86)에 조립되기 전에 후방으로부터 제거되는 것에 의해 또는 작용 몸체가 제자리에 위치된 다 음 전방으로부터 제거되는 것에 의해 형성될 수도 있다. 두 기법은 모두 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 전자의 방법은 노즐판이 교체되거나 조립의 앞 단계에서 불합격된 전체 조립체가 불합격된 구성 요소들의 가치를 최소화하는 장점이 있다. 후자의 방법은 기판 위에 조립될 때 노즐들이 몸체의 채널과 용이하게 정합되도록 한다.

압전 층들(82a, 82b)과 구동칩들(84a, 84b)이 기판(86)에 장착되고 예를 들어 EP-A-0376606에 기술된 바와 같은 적절한 테스팅이 실시되고 나서, 몸체(80)는 부착될 수 있다. 이는 역시 몇 가지 기능을 가지며, 이중 가장 중요한 것은 베이스 또는 기판(86)과 협동하여 두 채널 열들(82a, 82b)의 양측 사이 및 양측에 각각 매니폴드 챔버들(90, 88, 92)을 한정하는 것이다. 몸체(80)에는 90', 88', 및 92'로 지시된 각각의 도랑들이 더 형성되며, 이 도랑들을 통해 잉크는 프린트헤드의 외측으로부터 각 챔버로 공급된다. 이에 따라 공통의 매니폴드(90)으로부터 (예를 들어 갇힌 먼지나 기포들을 제거하도록) 각 몸체의 채널들을 통하고, 그리고 챔버들(88, 92)을 통해 외부로 잉크가 순환될 수 있는 특히 소형의 구성이 이루어진다는 것은 명백할 것이다. 또한, 몸체(80)는 완성된 프린트헤드를 프린터에 위치시키기 위한 수단의 부착을 위한 표면들을 제공하며, 잉크 수용 챔버들(88, 90, 92)로부터 밀폐되고 집적 회로들(84a, 84b)이 위치될 수 있는 챔버들(94a, 94b)을 더 한정한다.

도 5의 프린트헤드는 2열의 집적 회로들(84)가 장착되는 "페이지폭" 베이스 판 또는 기판(86)을 포함한다. 기판(84)에 형성된 일 열의 채널들(82)이 중간에 놓여있으며, 각 채널들은 미세방울 분사를 위한 2개의 이격된 노즐들(96a, 96b) 및 노즐들(96a, 96b)의 양측 및 사이에 설치된 각각 잉크의 공급 및 순환을 위한 매니폴드들(88, 92, 90)과 소통된다.

채널벽들을 위한 압전 물질은 2개의 스트립들(110a, 110b)으로 만들어진 압전 층(100)에 통합된다. 도 4의 실시예에서와 같이, 이 스트립들은 페이지폭 방향(W)으로 함께 맞대어지며, 각 스트립은 대략 5-10cm(이는 이러한 물질이 대체로 공급되는 형태의 웨이퍼의 전형적인 치수이다)로 연장한다. 채널 형성 전에, 각 스트립은 기판(86)의 연속적인 판형 표면(120)에 접착되고, 이어서 채널들은 쏘잉(sawing)되거나 그렇지 않으면 스트립과 기판을 통해 연장하도록 형성된다. 도 6은 채널을 관통하는 단면도로서, 결합된 액츄에이터 벽들과 노즐이 도시되어 있다. 이러한 액츄에이터 벽 구성은 예를 들어 EP-A-0505065로부터 공지되어 있으므로, 여기서는 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 유사하게, 압전 물질의 인접하게 맞댄 스트립들 사이의 접착 본드 및 각 압전 스트립과 기판 사이의 본드에 사용되는 접착 경감 채널들을 제거하기 위한 적절한 기술들은 US 5,193,256 및 WO 95/04658로부터 각각 공지되어 있다.

그리고나서, 연속층의 도전성 물질이 채널 벽들과 기판 위에 적용된다. 이는 - 도 6a에 도시된 바와 같은 - 압전 벽들(13)에 전기장을 가하기 위한 전극들(190) 및 도 6b에 도시된 바와 같은 이 전극들로 전압을 공급하기 위한 기판(86)상의 도전성 트랙들(192)을 형성할 뿐만 아니라, 194로 지시된 바와 같이 이러한 2 요소들 사이의 전기적 접속을 형성한다.

적절한 전극 물질들 및 침착 방법들은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 단독으로 또는 합금으로 사용되며 팔라듐 촉매를 이용한 비전기적 공정에 의해 편리하게 침착되는 구리, 니켈, 및 금은 필요한 통합성, 압전 물질에 대한 접착성, 부식에 대한 저항, 및 예를 들어 본 기술 분야에서 공지된 실리콘 질화물을 이용하는 수반되는 패시베이션(passivation)을 위한 기반을 제공할 것이다. 다른 침착방법들, 예를 들면 스퍼터링, 전자빔도금 등이 또한 공지기술로서 알려져있고, 이들 방법들도 등등하게 적합하다.

예를 들어 상술된 EP-A-0 364 136으로부터 대체로 공지된 바와 같이, 전기장이 두 전극들 사이 및 그에 따라 액츄에이터 벽의 압전 물질을 가로질러 형성될 수 있도록, 각 액츄에이터 벽(13)의 대향측 전극들은 반드시 전기적으로 서로 절연되어야 한다. 이는 도 2 및 도 6의 본 발명의 장치에 도시되어 있다. 각 전극을 각각의 전압원과 접속되어 대응하는 도전성 트랙들은 유사하게 반드시 절연되어야 한다.

각 벽의 양측의 전극들(190', 190")을 분리하도록 각 압전 액츄에이터 벽(13)의 상

부 표면(13')으로부터 도전성 물질을 제거하는 것에 더하여, 각 전극(190', 190")을 위한 각 도전성 트랙들(192', 192")을 한정하도록 도전성 물질은 기판(86)의 표면으로부터 또한 반드시 제거되어야 한다. 압전 물질의 몸체(100)와 기판(86) 사이의 천이부에서, 압전 물질의 몸체(100)의 끝 표면은 참조 부호 195로 지시된 바와 같이 각이 지거나 모따기된다. 공지된 바와 같이, 이는, - 화살표 196으로 묘사된 - 증발용 레이저 빔이 도전성 물질에 부딪쳐 전형적으로 300㎛의 두께를 가지고 세라믹과 유리로 형성되어 손상에 취약한 (점선 197로 지시된 종류의) 수직 커팅에 비하여, 장점을 가진다. 45°의 모따기각이 가장 적당한 것으로 알려졌다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 노즐열들이 독립적으로 작동될 수도 있도록 작동부들(140a)과 결합된 전극들 및 도전성 트랙들은 140b와 결합된 것들로부터 절연될 필요가 있다는 것이 인식되어야 한다. 비록 이 역시 2개의 압전 스트립을 사이에서 연장하는 기판(86)의 표면을 따른 레이저 "커팅"에 의해 달성될 수도 있지만, 전극 침착 공정중의 물리적인 마스크의 사용 또는 방전 가공의 사용에 의해 훨씬 간단하게 달성된다.

도 9를 참조하면, 본 출원인은 벽들의 상부 표면으로부터 전극 물질을 제거하는 공정이 PZT의 일부분을 제거하게 되고, 이는 홈(13")을 형성하게 된다는 것을 알게 되었다. 이는 본드를 덮는 PZT의 강도에 불리한 효과를 가져오며, 프린트헤드 의 작동을 상당히 감소시키고 같은 수준의 작동을 하기 위해 요구되는 전압을 상당히 증가시키게 된다.

본 발명의 유형에 따라, 접착제의 강도보다 단단한 입자들로 채워진 접착제의 사용은 벽들과 커버 사이에 단단한 결합을 유지하고, 벽의 작동이 타협하지 않게 한다. 커버에 PZT를 결합하는 대안적인 방법에 있어서, 입자들이 채위진 접착제가 홈들에 적용되고, 종래의 입자들이 채워진 접착제로 PZT와 커버를 접착하기 전에 경화시킨다.

도 6에 도시된 커버(130)는 도전성이고, 전극(190")과 커버사이에 단락이 방지되는 것이 요구된다. 접착부의 두꺼운 접착층은 단락을 방지하지만, 결합강도를 떨어뜨리고 벽의 활동을 감소시키는 효과를 가져오게 된다. 상기된 바와 같이, 입자들이 채워진 접착제는 단단한 결합을 유지한다.

사용된 입자들의 크기가 잘 제어되고, 입자의 최적의 크기가 벽 높이의 기능, 커버 재료, 다른 것들 사이의 요구되는 강도에 근거한다는 점에서 입자들로 채워진 접착제들의 모든 사용들에 있어서 장점이 있다. 일반적으로, 입자의 크기는 1㎛와 10㎛ 사이이고, 보다 바람직하게는 3㎛와 7㎛ 사이이다. 바람직한 실시예들에서 평균적인 입자의 크기는 5㎛ +/- 1㎛이다. 이는 본드에 연속적이고 높은 강도를 주는 입자 크기의 최소 범위이다.

또한, 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 각 채널의 베이스에 잉크 분사 구멍들(96a, 96b)을 형성하도록 레이저 가공이, 이어지는 단계에서 사용될 수 있다. 이러한 구멍들은 잉크 분사 노즐로서 직접 작용할 수도 있다. 대안적으로, 구멍들(96a, 96b)과 소통하는 노즐들을 가지며, 그렇지 않으면 노즐들이 채널의 세라믹 또는 유리 베이스에 직접 형성될 수도 있는 우수한 품질의 별도판(미도시)이 기판(86)의 저면에 접착될 수도 있다. 적절한 기술들은, 특히 노즐판의 부착 후 원래 장소에 노즐들을 형성함으로써 각 노즐의 각 채널과의 정합을 단순화시키는 기술을 개시하는 WO 93/15911로부터 잘 알려져 있다.

이 커버는 몇 가지 기능들을 수행한다: 첫 번째로 압전 물질의 작용 및 그 결과에 의한 벽의 휨이 채널 부분들에 압력 펄스를 발생시켜 각 구멍을 통한 미세방울의 분사를 일으키도록 커버는 압전 물질을 통합하는 부분들(140a, 140b)을 따라 각 채널을 폐쇄한다. 두 번째로, 커버와 기판은 작동 채널부들(140a, 140b)의 각 열의 양측을 따라 연장하고 그것을 통해 잉크가 공급되는 덕트들(150a, 150b, 150c)을 그 사이에 한정한다. 또한, 덕트들(150a, 150b, 150c)과 잉크 시스템의 각 부분들을 연결하는 포트들(88, 90, 92)이 커버에 형성된다. 분사된 잉크를 보충하는 것에 더하여, 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 이러한 시스템은 또한 열, 먼지, 및 기포를 제거하기 위한 목적으로 (화살표 112로 지시된 바와 같이) 채널들을 통해 잉크를 순환시킬 수도 있다. 커버의 마지막 기능은 프린트헤드의 잉크 수 용부를 외부 세계 및 특히 전자 부품들(84)로부터 밀폐하는 것이다. 비록 접착 필릿들과 같은 부가적인 방법이 채용될 수 있지만, 이는 기판(86)과 커버 리브(132) 사이의 접착 본드에 의해 충분히 달성될 수 있는 것으로 알려졌다. 대안적으로, 커버 리브가 적절한 형상의 개스킷 부재로 대체될 수도 있다.

넓게 표현하면, 도 5의 프린트헤드는 연속적이고 평평한 표면을 가지는 제 1 층; 상기 연속적이고 평평한 표면에 접착되는 압전 물질로 된 제 2 층; 접착된 제 1 및 제 2 층들을 통해 연장하는 적어도 하나의 채널; 채널의 길이 방향을 따라 이격된 제 1 및 제 2 부분들을 가지는 상기 제 2 층; 및 상기 제 2 층의 상기 제 1 및 제 2 부분들로 한정되는 채널의 채널부의 축선과 평행하게 놓인 모든 측면들을 폐쇄하도록 기능하는 제 3 층을 포함한다.

채널벽들을 변위시킬 필요가 있는 채널의 "구동"부들에 압전 물질을 사용하는 것을 제한하는 것은 비교적 비싼 물질을 이용하는 효과적인 방법이라는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 압전 물질과 관련된 커패시턴스는 최소화되어, 구동 회로의 부하 및 그에 따른 비용이 감소된다.

도 5, 도 6 및 도 7의 프린트헤드가 구동 전기장의 적용에 응답하여 벽의 일부분만 비틀리는 "캔틸레버"형 액츄에이터 벽들을 채용하는 것에 반하여, 도 10에 도시된 프린트헤드의 액츄에이터 벽들은 그 전체 높이가 갈매기 형상으로 능동적으 로 비틀린다. "갈매기형" 액츄에이터는 (화살표로 지시된 바와 같이) 반대 방향으로 극성화된 상측 및 하측 벽부분들 250, 260 및 벽의 전체 높이에 걸쳐 단방향 전기장을 가하기 위한 대향 표면들 상의 전극들 190', 190"를 가진다. 전기장을 받을 때 벽이 비틀리는 대략적인 형상은 도 10의 오른쪽에 점선(270)으로 과장되어 도시되어 있다.

이러한 "갈매기형(chevron)" 액츄에이터 벽을 제조하는 다양한 방법들은, 예를 들어 EP-A-0277703, EP-A-0326973, 및 WO 92/09436으로부터, 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 도 15 및 도 16의 프린트헤드에 대하여, 압전 물질로 된 두 층들은 그 극성화 방향들이 서로 마주보도록 우선 정렬된다. 그리고 나서, 도 5에 관해 이미 설명된 바와 같이, 층들은 함께 적층되어 스트립들로 커팅되며, 최종적으로 비구동 기판(86)에 접착된다.

도 11은 접착제(800) 층에 의해 함께 접착된 압전물질(250, 260)의 두 층으로 형성된 "갈매기형" 벽으로 도시되어 있다. 그 벽들은 쏘잉공정에 의해 어떤 오염물질들을 제거하기 위해 플라즈마 세정을 받았다. 플라즈마 세정은 또한 접착점에 압전물질의 가느다란 돌출을 형성하기 위해 접착제(800)를 에칭하는 것이 접착제의 성질이라고 알려져 있다.

최대의 효과를 얻기 위해, "갈매기형" 벽은 그 벽의 양면의 전 표면 상에 형성된 전극들을 분리하는 것이 요구된다. 접착제의 에칭은, 특히 전극들이 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 도금과 같은 사이트 방법들의 선에 의해 형성될 때 접착점에서 열악한 전극이 형성된다고 알려져 있다. 최악의 경우에는, 전극이 벽의 전체 길이를 따라서 접착점(801)에 침착되지 않아 상하의 압전부들 위에 전극들이 분리될 수 있다.

종래의 접착제에 전극 소재를 접착시키는 것은 어렵고, 이는 구성 요소가 예를들면, 세정이나 패시베이션을 위해 다른 공정을 행할 때 화상결함(tearing)이나 다른 결함과 같은 결함들이 발생될 수 있다.

이러한 종래의 기술들에 따라 제작된 프린트헤드의 작동을 보여주는 전형적인 그래프가 도 14에 도시되어 있다. 지점(802)은 벽의 양 측면들이 접착제 소재에 의해 파손된 전극들을 가진 상황을 보여주고 있다. 벽의 반만이 작동하기 때문에, 그 작동이 감소된다. 지점(803)에서, 한 측벽이 파손된 전극을 가지는 반면, 다른 한 측벽은 완전하게 작동 전극을 가진다. 그래프 상의 모든 다른 점들에서 벽의 양 측벽들 상에 전극들이 완전하게 형성되어 있다.

본 발명에 따른 또 다른 목적은 박막층에 입자가 채워진 접착제들을 사용함으로써, 접착 본드에 열악한 전극을 형성하는 문제를 해결하고자 하는데 있다.

도 11의 A영역의 확대도이고 접착제(800)가 입자들(804)을 함유한 것을 도 13에서 알 수 있듯이, 쏘잉후 플라즈마 에칭은 필러(804)를 드러내기 위해 접착제 를 제거한다. 이는 전극 소재에 대한 거친 점들의 질을 향상시키고, 추가로 돌출을 감소시켜 도금은 적층물의 전 표면에까지 연장될 것이다. 접착제의 강성보다 더 강한 강성을 지닌 입자들은 벽의 탄성이 더 두꺼운 접착 본드의 사용을 통해 해결되지는 않을 것이라 확신한다. 전술한 실시예에서, 접착제는 가장 큰 입자의 크기와 유사한 두께를 가진다. 즉, 압전 물질의 상하의 층을 분리하는 입자들의 유일한 층이 있다. 입자들의 크기를 5㎛와 20㎛ 사이, 보다 바람직하게는 5㎛와 10㎛ 사이에 주의하여조절함으로써, 접착제는 반드시 자기 진동된다.

접착제에 입자들을 첨가하는 방법은, 특히 접착제가 에폭시처럼 두 부분의 반응이 빠른 접착제인 경우, 적절한 혼합이 이루어지도록 주의하여 조절되어야만 한다. 세라믹은 접착제의 점성을 증가시키고, 접착제 전체에 입자들을 분산시키는 것은 많은 로딩(loading)시에 어려울 수 있다. 휘발성 솔벤트와 접착제를 혼합하는 것은 혼합물이 너무 두꺼워지기 전에 혼합에 적절한 시간을 증가시킨다. 적절한 솔벤트는 아세톤이다. 적절한 혼합이 이루어지는 다른 방법은 제 2 접착부의 첨가에 앞서 접착제 혼합물의 일부분에 입자들을 첨가하는 것이다.

다른 변형들은 도전성인 입자들의 제공을 포함한다. 이는 입자들 자체가 잠재적으로 전극 소재로서 작동하면서 측벽의 전단 모드 엑추에이터들이 다른 극성 구조를 형성하도록 한다.

그리고 나서, 채널 형성에 이어서 그리고 본 발명에 따라, 도전성 물질이 침 착되고 전극들/도전성 트랙들이 한정된다. 도시된 예들에 있어서, 압전 스트립들(110a, 110b)은, 상술된 바와 같이, 레이저 패터닝이 용이하도록 모따기된다. 또한, 노즐 구멍들(96a, 96b)은 각 채널을 따라 두 지점에 형성된다.

최종적으로, 잉크 분사를 위한 폐쇄된 "구동" 채널 길이부들을 형성하도록 커버 부재(130)는 채널 벽들의 상단부에 접착된다. 도 15의 프린트헤드에 있어서, 채널열을 따라 잉크를 분배하기 위해 필요한 공극들(150a, 150b, 150c)이 커버 부재(130)의 저면(340)과 호(300)의 표면(345) 사이에 한정되기 때문에, 커버 부재는 잉크 공급 포트들(88, 90,92)이 형성된 단순하고 평평한 부재를 포함하기만 할 필요가 있다. 채널들의 밀폐는 커버(130)의 저면(340)과 기판의 상측면 사이의 접착 본드(미도시)에 의해 참조부호 330에서 달성된다.

도 16의 실시예에 있어서, 호(300)없이 형성된 기판(86)의 단순함은 잉크 공급 덕트들(150a, 150b, 150c)을 한정하도록 커버(130)에 (예를 들어, 돌출 리브(360)에 의해 한정된) 호와 같은 구조(350)를 형성할 필요성에 의해 오프셋(offset)된다.

도 17의 실시예를 살펴보면, 이는 또한 단순한 기판(86)과 훨씬 복잡한 커버(130)의 조합을 채용한다. 이 경우에 있어서, 복합 구조는 이격 부재(410)과 평평한 커버 부재(420)으로 만들어진다. 그러나, 이전의 실시예들과 달리, 잉크 공급 포트들(88, 90, 92)가 형성된 것은 커버가 아니라 기판(86)이며, 미세방울 분사 용 구멍들(96)이 형성된 것은 기판이 아니라 커버(130)이다. 도시된 예에 있어서, 이 구멍들은 평평한 커버 부재(420)에 부착된 노즐판(430)에 형성된 노즐들과 소통한다.

도 18는 커버측으로부터 본 도 17의 프린트헤드의 일부 절개 사시도이다. "갈매기형"의 극성화된 압전 적층물로 된 스트립들(110a, 110b)은 기판(86)에 접착되었고, 이어서 채널들을 형성하도록 커팅되었다. 그리고 나서, 연속층의 도전성 물질이 스트립들 및 기판의 부분들에 침착되었으며, 전극들과 도전성 트랙들이 본 발명에 따라 그 위에 한정되었다. 도 7에 관해 설명된 바와 같이, 스트립들은 이 천이 영역에 레이저 패터닝하는 것을 돕도록 양측부(195)에서 모따기 가공된다.

도 19은 도전성 트랙들(192)이 훨씬 상세하게 도시되도록 이격 부재(410)가 제거된 확대도이다. 명료성을 이유로 도시되지는 않았으나, 도전성 트랙들은, 채널(7)처럼, 프린트헤드의 전체 폭을 가로질러 연장하는 것을 알 수 있을 것이다. 각 스트립에 인접한 기판의 영역(스트립 110b에 관해 화살표 500으로 지시됨)에서, 트랙들은, 각 채널의 마주보는 벽들 상에 있으며 동일한 제조 단계에서 침착된 전극들(미도시)과 이어진다. 이는 본 발명에 따른 효과적인 전기적 접촉을 제공한다.

그러나, -참조부호 510으로 도시된 바와 같은- 기판의 다른 부분에서, 예를 들면 포토리소그래픽과 같은 통상의 기술들이 채널 전극들로부터 집적 회로들(84)까지 이르는 트랙들(192)과 전력, 데이터, 및 다른 신호들을 집적 회로들로 전달하 는 다른 트랙들(520)을 한정하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 도전성 트랙들이 잉크 공급 포트들(92) 주위를 우회하며 이러한 기술들이 사용되지 않는다면 복잡한 레이저 위치 제어가 필요한 영역에서 특히, 비용면에서 훨씬 효과적일 수도 있다. 바람직하게는, 잉크 공급 포트들(88, 90,92)이 (예를 들면, 레이저에 의해) 드릴링되고 압전 스트립들(110a, 110b)이 부착되고 모따기 가공되며 쏘잉되기 전에 트랙들은 알루미나 기판에 형성된다. 스트립들에 인접한 영역에 도전성 물질이 침착되는 것에 이어서, 각 트랙이 각 트랙과 대응하는 채널 전극에만 접속되고 다른 전극에는 접속되지 않는 것을 보증하도록 레이저가 사용될 수 있다.

그리고 나서, 전극들 및 트랙들 모두, 예를 들어 WO 95/07820에 따라 침착된 실리콘 질화물을 이용한 패시베이션이 필요할 것이다. 이는 전기장들과 잉크의 결합 효과들에 의한 부식(이격 부재(410)의 내부 형상(430)에 의해 한정된 영역 내에 수용된 모든 도전성 물질은 잉크에 노출된다는 것을 알 수 있을 것이다)을 방지할 뿐만 아니라, 각 벽의 반대측면들의 전극들이 평평한 커버 부재(430)에 의해 단락되는 것을 방지한다. 커버와 이격기는 모두, 프린트헤드의 다른 부분에 사용되는 알루미나와 유사한 열팽창 특성을 가지는 것에 더하여, 예를 들면 에칭, 레이저 커팅, 또는 펀칭에 의해 고정확도(닐로는 레이놀즈 주식회사에 의해 제조된 니켈 합금이다)로 용이하게 가공될 수 있는, 몰리브덴이나 닐로(상표)로 만들어지는 것이 바람직하다. 이는 미세방울 분사용 구멍을 위하여, 그리고, 더 적은 정도로는 물결 형상을 가지는 기포 트랩 회피성의 이격 부재(410)의 내부 형상(430)을 위하여 특 히 중요하다. 각 잉크 포트(92)의 가장자리와 정렬되거나 가장자리 위에 놓이도록 물결 형상의 골(440)을 위치시키는 것에 의해 기포 트랩들은 더 회피된다. 물결 형상의 마루(450)는 유사하게 채널들로의 잉크 흐름에 영향을 주지 않고 기포 트랩들의 회피를 보증하도록 인접한 스트립(110a, 110b)으로부터 일정 거리 - 전형적으로는 3mm이며, 각 스트립(110a, 110b)의 폭의 대략 1.5배 - 에 놓이는 치수를 가진다.

이어서, 이격 부재(410)는 접착층에 의해 기판(86)의 상부 표면에 고착된다. 기본적인 고착 기능에 더하여, 이 층은 또한 기판의 도전성 트랙들 사이의 보완적인 전기적 절연을 제공한다. 노치(440)와 같은 정합 형태들은 올바른 정렬을 보증하는데 사용된다.

- 별도로 또는 서로 조립되고 나서 - 점착적으로 부착되는 마지막 두 부재들은 평펑한 커버 부재(420)와 노즐판(430)이다. 노즐판에 형성된 노즐들과 채널들 자체 사이의 올바른 정합을 보증하도록 광학 수단이 채용될 수도 있다. 대안적으로, 예를 들어 WO 93/15911으로부터 공지된 바와 같이, 노즐판이 원 위치에 있고 나서 노즐들이 형성될 수도 있다.

본 발명의 목적에 따른 입자들이 채워진 접착제들을 이용하는 또 다른 유용한 특징이 도 19의 참조 부호 194에 의해 지시된 영역을 상세하게 도시한 도 20에 도시되어 있다. 압전 층(100)과 기판(86) 사이의 결합이 생성되는 도중 접착제가 짜내어 질 때 생성되는 필릿(550)은 상술된 바와 같이 층의 끝 표면에 모따기부(195)가 형성될 때 유지되는 것이 바람직하다. 이어서 이 점착성 필릿 안의 필러들은 조립체에 도금전 세정 단계(예를 들어 플라즈마 에칭)가 실시될 때 노출되고, 접착제의 에칭 및 강력한 본드가 다른 방법들에 의해 형성된 전극들을 형성하지 않는 접착제의 특성들에 의해 발생되는 도금 결함들이 발생하지 않길 바라는 영역에 전극 물질(190)을 제공한다.

이제 도 21 내지 도26을 참조하여 본 발명에 따른 또 다른 목적을 설명하고자 한다. 도 15는 기판에 부착하기 위한 압전 물질의 몸체(100)를 나타낸다. 압전 물질의 "페이지폭" 스트립들(110a, 110b)이 다수의 맞대어진 요소들로부터 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 스트립-기판의 균일성이 다음단계에서 형성된 잉크 채널들에 상응하는 위치들에 스트립(610)의 하부에 형성된 점성 유동 릴리프 채널들의 사용에 의해 보증된다. 다른 릴리프 채널은 스트립들의 각 단에 형성된 절반 폭 채널들(640)에 의해 스트립들 사이에 맞대기 결합으로 형성되어 있다. 도 21의 화살표(660)를 따라 취한 상세도인 도 22에 도시된 바와 같이, 보다 바람직하게는 충분한 접착제(670)가 릴리프 채널들(630, 640)을 완전히 채우게 된다.

본 출원인은 릴리프 채널들이 상부의 잉크 분사 채널들(7)에 상응하는 위치들에서 쏘잉될 때 예상치 못한 장점이 있다는 것을 알았다. 접착제(670)가 제거되자마자, 잉크 채널들(7)이 압전층의 상부 표면에 형성된다. 도 23은 채널들이 어떻게 설치되고, 일정 깊이로 커팅되어 접착 릴리프 채널들(630)과 어떻게 연통하는지, 아마도 도 23에 점선 라인들(681)에 의해 도시된 릴리프 채널들에 접착제의 일부를 어떻게 제거하는지를 보여주고 있다. 유사하게, 맞대기 결합(650)에 의해 형성된 잉크 채널(7')은 - 전술한 US 5,193,256에 공지된 원리 - 절반 채널들(640)로부터 형성된 릴리프 채널과 소통된다. 그 결과, 각각의 채널 벽들(13)은 단지 접착제(670)에 의해 주변들과 접속되고, 다른 경우라면 압전 베이스 물질을 통해 발생되지 않는 누화를 감소시키게 된다(이 문제는 EP-A-0 364 136에 좀더 상세하게 설명되어 있다). 바람직하게는 맞대기 결합(650)에 의해 형성된 채널 및 어레이에 따른 다른 모든 지점들의 채널들이 형상과 동작면에서 상당히 동일하다.

프린트헤드의 변화하는 지점들에 채워진, 즉 접착제 자체의 강성 보다 더 강한 강성을 가진 입자들을 함유한 접착제를 이용하는 것이 바람직하다고 알려져 있다. 그리하여 합성 접착제는 입자들이 채워지지 않은 접착제의 강도보다 더 강한 강성을 가지며, 따라서 압전 물질의 강성에 가까운 강성을 갖게 된다. 이러한 지점이 전체적으로 더 강한 결합 및 더 강한 엑추에이터 벽을 보증하는 압전 물질의 스트립들(110a,b)과 기판(86)의 표면 사이에서 접착이 된다. 이는 차례로 - 예를 들면, EP-A-0 277 703에 공지된 원리 - 엑추에이터의 효과를 증가시킨다. -예를 들면, Epotek(상표) 또는 Ablebond(상표)와 같은 에폭시 접착제들과 함께 30∼50％ w/w의 비율로 이용되는 알루미늄 옥시드, 실리콘 카바이드, 증발성 실리카 또는 실리카 분말의 세라믹 입자들이 입자들 자신 또는 혼합물의 부분에 특히 효과적이라고 입증되었다. 접착제의 강성보다 더 강한 강성을 가진 다른 입자들은 금속성 또는 플라스틱(폴리머, 서멀플라스틱, 서멀셋팅 등)을 포함하여 이용될 수 있다.

이 구조의 장점은 작동시 현저한 감소없이 누화를 줄이는 것이다. 입자가 채워진 접착제는 압전물질의 강성에 가까운 강성을 가지기 때문에, 상부 채널들이 정확하게 관련된 하부 채널에 대응되고, 그리하여 헤드를 제작하는데 필요한 허용 공차를 줄이는 것을 보증하는 필수조건은 더 이상 아니다.

더욱이, 이 기술은 채널 깊이 아래로 적절히 연장되는 채널 벽(13)의 일부분, 예를 들면 도 24에 도시된 바와 같이 지점들(690, 691)이 세라믹 필러(filler)에 의해 그 자체가 높은 강성을 가지는 접착제의 필릿(680)에 의해 양 측면에 지지되는 것을 보증한다.

접착단계의 주의깊은 조절은 벽 하부의 결합 강성이 두 스트립들과 헤드를 따라 다른 위치 사이에 결합에 균일함 - 채널들 사이에 분사속도의 균일성에 있어서 중요한 요소, (EP-A-0 364 136는 이점에 있어서 다시 참조된다) 더 나아가서는 인쇄 이미지의 질에 영향을 주는 잘 알려진 필수 요소 - 유지하는 것을 보증한다.

또한, 이 방법을 이용하는 다른 장점들은 접착 가드를 완벽하게 제거하는 것이 바람직한 곳에서 달성된다. 상기된 바와 같이, 벽의 하부의 결합 강성은 중요하고, 입자가 채워지지 않은 접착제들이 본드를 채우는 곳은 요구되는 강성을 달성하기 위해 얇아질 필요가 있다. 혼합된 필러들에 의해, 동일한 강성이 접착제의 더 얇은 층을 이용하는데 달성된다. 추가로 기판이 압전 물질보다 훨씬 단단한 곳에서 쏘잉의 어려운 조절은 너무 많이 그리하여 기판속으로 커팅되어 손상되지 않도록 하는 것이 요구된다. 필러들의 부가를 통한 더 두꺼운 접착층은 제작 허용 공차를 줄이고 톱날들의 수명을 증가시키게 된다.

도 21을 참조하여 다른 변형예를 설명한다. 이미 상술한 바와 같이, 채널 벽들을 위한 압전 물질은 각각 넓은 어레이의 채널들을 위하여 필요한 방향(W)으로 다른 스트립들과 맞대어지는 2개의 스트립들(110a, 110b)로 만들어지는 압전 층(100)에 통합된다. 액츄에이터가 "캔틸레버"형인지 "갈매기"형인지에 따라 압전층은 일 방향 또는 (반대인) 두 방향으로 극성화되며, 후자의 경우 압전층은, 도 15에서 600 및 610으로 도시된 바와 같이, 함께 적층되고 반대 방향으로 극성화된 2 개의 층로부터 형성될 수도 있다. 상대적인 정위가 용이하도록, 스트립들(110a, 110b)은 가교편(620)에 의해 함께 연결되고, 가교편은 스트립(110a, 110b)과 기판(86)이 접착제를 이용하여 함께 접착되고 나면 일어나는 모따기 단계에서 제거된다.

입자들이 채워진 접착제의 사용으로 발생되는 개선된 강성이 도 25 및 도 26 을 참조하여 더 상세하게 설명되는 다른 실시예와 효과를 가진다. 도 25는 연속된 두께의 접착층에 의해서 (경사면(700)으로 표현된) 평탄하지 않은 표면을 가지는 기판(86)에 부착된 채널벽들(13a, 13b)을 도시하고 있다. 채널들(7)은 (예를 들면, 본 기술분야에 공지된 바와 같이 (디스크 커터기에 의해 쏘잉됨으로써) 채널 형성에 앞서 평탄하게 상측으로 연장된 압전 스트립의 상부 표면(700)의 결과로서, 연속된 깊이(d)를 가진다. "d"는 벽의 "작동 높이", 즉 전기장이 형성될 때 변형되는 벽의 일부이다. 그러나, 벽(13b)에 대응하는 거리(730b)보다 벽(13a)에 대응하는 거리가 더 크기 때문에 - 730a에 도시된 - 작동 높이의 하부 표면과 기판(86) 사이에 거리의 결과로서, 벽(13a)의 작동 높이의 하부 표면에 결합이 벽(13b)의 작동 높이의 하부 표면의 결합보다 더 유동적인 것이 바람직하다.

도 26은 본 발명의 목적에 따른 기술이 채용될 때 연속적인 상황을 보여준다. 접착제(670) 층의 필릿(680)은 기판(86)의 윤곽과 상관없이 벽의 작동 높이 "d"의 하부 표면까지 연장한다. 그리고 하부 결합 강성은 일반적으로 벽들(13a, 13b) 및 프린트헤드의 모든 벽들에 대해서 동일하다. 그리하여 적어도 이 관점에서 균일성이 보증된다.

더 두꺼운 접착층을 이용한 또 다른 장점이 도 27에 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 베이스의 재료는 PZT에 필적하도록 주의깊게 선택되어야만 한다. 그러나, 어떤 환경에서는 PZT보다 훨씬 더 강한 강도를 가진 재료를 이용하는 것이 더 바람직하다. 언급된 바와 같이, PZT와 베이스 사이의 결합은 강성을 가져야하고 종래의 입자가 채워지지 않은 접착제들이 이용되는 곳에, 이 강성이 접착제의 얇은 층(710)을 이용하여 달성된다. 채널들(7)이 쏘잉될 때, 참조번호 799에 해칭라인에 도시된 것처럼 베이스 안으로 커팅되는 것을 피하는 것이 어렵다. 베이스가 강한 물질로 형성된 경우에는 컷팅 작업이 종종 톱날에 손상을 가져오게 되고, 그 결과 날의 생명을 감소시키고 수리비용을 증가시키게 될 뿐만 아니라 제작된 구성 요소의 손상을 가져오게 된다.

본 발명은 필러 입자들의 혼합을 통해 이 문제점을 해결하고자 한다. 접착제의 강성은 입자들의 존재때문에 증가된다. 그리하여 적절한 강성이 - 일반적으로 입자가 채워지지 않은 접착제를 이용하기 위한 동등한 강성을 얻기 위해 요구되는 것 보다 10배 이상 두꺼운 접착층을 이용하기 위한 필수 기준이다. 쏘잉하는 이 장치는 접착층이 작동에 있어서 상당한 손실없이 채널의 벽의 작동 높이(d) 및 베이스 전체의 작동 높이(b)의 부분을 형성하도록 접착층 안까지 연장할 수 있다. 또한, 쏘잉 공정의 허용 오차는 감소될 수 있다.

본 발명은 여기에 포함된 도면들과 관련하여 설명되었지만, 이러한 실시예들에 한정되지 않는다. 특히, 본 기술은 다양한 폭과 해상도의 프린트헤드들에 적용될 수 있으며, 페이지폭의 이중열은 많은 적당한 구성들 중 하나일 뿐이다. 예를 들어 둘 이상의 열들을 가지는 프린트헤드들은 전자 산업의 다른 분야에서 널리 공지된 바와 같은 다중 층들에 사용되는 트랙들을 이용하여 용이하게 구현될 수 있다.

언급된 모든 문서들, 특히 특허 출원들은 참조에 의해 본 출원에 통합된다.

Claims (43)

1. 미세방울 침전 장치의 이용에 적합한 구성요소로서,

   상부 표면 및 베이스(86)에 부착되는 하부 표면을 가지는 압전 물질의 몸체(100)를 포함하고, 상기 압전 물질의 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 압전 물질의 몸체 내부로 연장하는 다수의 상부 채널들(7)과, 상기 압전 물질의 몸체의 하부 표면으로부터 상기 압전 물질의 몸체 내부로 연장하는 대응하는 다수의 하부 채널들(630)을 가지며;

   상기 채널들은 상기 상부 채널들(7)의 적어도 하나와 이에 대응하는 하부 채널 사이에 접속이 이루어질 정도의 깊이를 가지며,

   상기 몸체(100)와 상기 베이스(86)의 사이에는 접착제(710)가 제공되고, 상기 하부 채널들(630)은 상기 접착제(710)로 채워지는 것을 특징으로 하는 구성요소.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 채널들(7)은 상기 하부 채널들(630)보다 넓은 것을 특징으로 하는 구성 요소.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제(710)는 접착제의 강성보다 더 큰 강성을 가지는 입자들(804)을 함유하는 것을 특징으로 하는 구성 요소.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 입자들은 1㎛ ∼ 10㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 요소.
7. 제 1 항에 있어서, 접착제(670)는 필요한 결합을 달성하기 위해 요구되는 것보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 구성 요소.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 접착제(670)의 두께는 베이스(86)를 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 베이스(86)는 불연속성들을 가진 표면을 가지고, 접착제는 불연속성들이 없는 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 압전 물질의 몸체와 상기 베이스 사이의 상기 접착제(670)는 1㎛ ∼ 100㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 구성요소.
11. 제 5 항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부채널들(630) 중 적 어도 하나가 상기 상부 채널(7)의 폭에 관하여 중심을 벗어난 지점에서 대응되는 상부 채널과 접속하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
12. 제 5 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 접착제(550)는 몸체(100)의 테두리들을 지나 베이스 상에 연장하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
13. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 물질의 몸체(100)의 적어도 하나의 테두리가 모따기된 것을 특징으로 하는 구성요소.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 모따기된 테두리는 상기 채널들의 연장 방향과 수직인 것을 특징으로 하는 구성요소.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 모따기는 상기 압전 물질의 몸체(100)의 테두리들을 지나 연장되는 접착제(550)를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
16. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 물질의 몸체(100)는 압전 물질의 둘 이상의 층의 적층물(250, 260)로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 압전 물질 층들은 서로 반대 방향으로 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 구성요소.
18. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 주변 채널들은 삽입된 벽에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
19. 제 18 항에 있어서, 전극들(190)은 상기 벽의 전단 변형을 일으키도록 설치되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
20. 베이스(86)와, 상부 표면과 하부 표면을 가지는 압전 물질 몸체(100)를 제공하는 단계; 다수의 하부 채널들(630)을 상기 몸체의 하부 표면 내부로 쏘잉하는 단계; 접착제(710)에 의해 상기 베이스에 상기 몸체의 하부 표면을 결합하는 단계; 및 이어서 다수의 상부 채널들(7)을 상기 몸체의 상부 표면 내부로 쏘잉하는 단계를 포함하는 미세방울 침전 장치에 이용하기 위한 구성 요소를 제조하는 방법에 있어서;

    상부 채널들 중 적어도 하나는 상기 몸체를 통해 연장되고 대응되는 하부 채널들에 접속될 수 있을 정도의 깊이로 쏘잉되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 충분한 접착제가 상기 하부 채널들을 채우도록 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 접착제의 일부분(681)이 상부 채널이 형성되는 쏘잉 단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 20 항에 있어서, 상기 몸체는 상부 채널들이 형성된 후 채널들의 적어도 두 개의 독립된 어레이로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 과다한 접착제는 필릿을 형성하는 몸체의 측면들에 압착되는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 베이스(86)와 상부 표면과 하부 표면을 가지는 압전 물질의 몸체(100)를 제공하는 단계, 하부 채널들(630)을 상기 몸체의 하부 표면 내부로 쏘잉하는 단계, 접착층(710)에 의해 상기 베이스에 상기 몸체의 하부 표면을 끈끈하게 결합하는 단계, 및 이어서 다수의 상부 채널들(7)을 상기 몸체의 상부 표면 내부로 쏘잉하는 단계를 포함하는 미세방울 침전 장치에 이용하기 위한 구성 요소를 제조하는 방법에 있어서;

    상기 상부 채널들은 상기 몸체를 통해 접착층(710)안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 접착층(710)은 상기 상부 채널들(7)에 인접한 측벽들(13)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 접착층은 상기 접착층의 강성보다 더 강한 강성을 가지는 입자들(804)을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
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