KR101029766B1 - 액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접합부에 토출액이 침투하는 것을 방지하여, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시키고, 토출액의 종류가 제한되지 않는 액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액적 토출 헤드는, 액체(L)를 액적으로서 토출하는 노즐 개구(147)가 형성된 노즐 기판(143)과, 노즐 개구(147)에 연통하는 액체(L)의 유로(Ｒ)가 형성된 유로 기판(142)과, 유로(Ｒ)의 벽면을 구성하는 진동판(141)이 적층되어 접착제를 통해 접합되고, 노즐 기판(143), 유로 기판(142), 및 상기 진동판(141)의 상기 액체(L)와의 접액면(143ｒ，142ｒ，141ｒ)에 액체(L)에 내성을 갖는 내액성막(C)이 연속하여 형성되어 있음을 특징으로 한다.
액적 토출 헤드, 내액성막

Description

액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치{DROPLET DISCHARGE HEAD, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DROPLET DISCHARGE APPARATUS}
본 발명은, 액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치에 관한 것이다.
종래부터, 노즐 플레이트가 헤드 본체의 선단면에 에폭시 수지 등의 접착제로 접착됨으로써 형성된 잉크젯 헤드가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 실리콘 기판을 액실 형성 부재로 사용하여 액 유로 벽면에 내액성 박막(내잉크 박막)으로서의 산화막이나 질화티탄막을 성막하여, 실리콘이 잉크에 용출하는 것을 방지하는 동시에, 내액성 박막의 내부응력에 의해 액실 형성 부재 전체에 뒤틀림이 생기는 것을 방지할 수 있는 잉크젯 기록 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
[특허문헌 1] 일본 특개평7－223316호 공보
[특허문헌 2] 일본 특개2003－276192호 공보
그러나, 상기 종래의 액적 토출 장치에서는, 액적 토출 헤드의 노즐 플레이트, 액실 형성 부재 등의 접합에 에폭시, 아크릴 등의 접착제를 사용하기 때문에, 예를 들면, Ｎ－메틸－2－피롤리돈(N-methylpyrrolidone：NMP), 부틸셀로솔브, γ-부티로락톤 등의 용제 잉크, 알칼리성 잉크 등의 토출액의 충전이나 토출시에, 접합부에 토출액이 침투하여 접착제가 팽윤한다는 과제가 있다. 이 때문에, 액적 토출 헤드의 내구성이 저하하여 수명이 짧아져, 빈번하게 교환하지 않으면 안 되는 문제가 있다. 또, 접착제의 용출에 의한 토출액의 오염을 방지하기 위해, 토출액의 용매의 종류가 제한된다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 접합부에 토출액이 침투하는 것을 방지하여, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시키고, 토출액의 종류가 제한되지 않는 액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 액적 토출 헤드는, 액체를 액적으로서 토출하는 노즐 개구가 형성된 노즐 기판과, 상기 노즐 개구에 연통하는 상기 액체의 유로가 형성된 유로 기판과, 상기 유로의 벽면을 구성하는 진동판이 적층되어 접착제를 통해 접합되고, 상기 노즐 기판, 상기 유로 기판, 및 상기 진동판의 상기 액체와의 접액면에 상기 액체에 내성을 갖는 내액성막이 연속하여 형성되어 있음을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 액체의 유로에 있어서 노즐 기판과 유로 기판의 접합부, 및 유로 기판과 진동판의 접합부가 연속하는 내액성막에 의해 덮여, 각 접합부에 유로 내의 액체가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 각 접합부의 간극에 유로 내의 액체가 침입한다든지, 각 접합부의 유로측에 노출한 접착제에 액체가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접착제에 액체가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 접착제가 액체로부터 격리됨으로써, 접착제의 용출에 의한 액체의 오염이 방지되고, 접착제의 재질에 의해 토출할 수 있는 액체의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드는, 상기 유로에 설치된 압력실의 용적을, 상기 진동판을 통해 변화시키는 압전 소자를 유지하는 동시에, 상기 유로에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 형성된 케이싱을 구비하고, 상기 진동판에 상기 케이싱이 접착제를 통해 접합되고, 상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면이, 상기 진동판의 접액면으로부터 연속하는 상기 내액성막에 의해 덮여 있음을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 액체 공급 유로에 있어서 케이싱과 진동판의 접합부가 내액성막에 의해 덮여, 접합부에 유로내의 액체가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 접합부의 간극에 액체 공급 유로내의 액체가 침입한다든지, 접합부의 유로측에 노출한 접착제에 액체가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접합부에 액체가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 접착제가 액체로부터 격리됨으로써, 접착제의 용출 에 의한 액체의 오염이 방지되고, 접착제의 재질에 의해 토출액의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드는, 상기 내액성막이 친액성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있음을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 액적 토출 헤드의 내부의 액체에 접하는 부분의 젖음성을 향상시켜, 노즐로부터 액적을 토출할 때에, 액체의 메니스커스를 가지런히 할 수 있다. 이에 의해, 액적의 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드는, 상기 내액성막이 발액성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있음을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 내액성막이 액체를 접합부로부터 격리하는 성능이 향상하여, 내액성막을 박막화할 수 있다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드는, 상기 내액성막의 막두께가 일분자층 이상이고 또한 1㎛ 이하임을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 내액성막이 액체의 격리 성능을 충분히 발휘할 수 있고, 또한 액체의 토출에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체를 액적으로서 토출하는 노즐 개구가 형성된 노즐 기판과, 상기 노즐 개구에 연통하는 상기 액체의 유로가 형성된 유로 기판과, 상기 유로의 벽면을 구성하는 진동판을 적층시키고 접착제를 통해 접합하는 조립 공정과, 상기 유로에, 내액성막 재료액을 충전하는 재료액 충전 공정과, 상기 내액성막 재료액을 상기 유로로부터 배출하고, 상기 노즐 기판, 상기 유로 기판, 및 상기 진동판의 상기 유로에 면하는 각 표면에 상기 내액성막 재료액을 부착시킨 상태로, 상기 내액성막 재료액을 가열 건조시켜서, 상기 각 표면에 상기 액체에 대한 내성을 갖는 내액성막을 연속시켜 형성하는 내액성막 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 제조함으로써, 노즐 기판과 유로 기판의 접합부, 및 유로 기판과 진동판의 접합부가 연속하는 내액성막에 의해 덮인다. 이 때문에, 액적의 토출시에 유로에 액체를 충전해도, 각 접합부에 유로내의 액체가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 각 접합부의 간극에 유로내의 액체가 침입한다든지, 각 접합부의 유로측에 노출한 접착제에 액체가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접착제에 액체가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 접착제가 액체로부터 격리됨으로써, 접착제의 용출에 의한 액체의 오염이 방지되고, 접착제의 재질에 의해 토출할 수 있는 액체의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 상기 유로에 설치된 압력실의 용적을, 상기 진동판을 통해 변화시키는 압전 소자를 유지하는 동시에, 상기 유로에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로를 갖는 케이싱을, 상기 조립 공정에서 상기 진동판에 접착제를 통해 접합하고, 상기 재료액 충전 공정에서, 상기 유로와 상기 액체 공급 유로에 상기 내액성막 재료액을 충전하고, 상기 내액성막 형성 공정에서, 상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면에 상기 내액성막 재료액을 부착시킨 상태로, 상기 내액성막 재료액을 가열 건조시켜서, 상기 유로에 면하는 상기 진동판의 표면으로부터 상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면까지 연속하는 상기 내액성막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 제조함으로써, 케이싱과 진동판의 접합부가 내액성막에 의해 덮인다. 이 때문에, 액적의 토출시에 유로에 액체를 충전해도, 접합부에 유로내의 액체가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 접합부의 간극에 유로내의 액체가 침입한다든지, 접합부의 유로측에 노출한 접착제에 액체가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접합부에 액체가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 접착제가 액체로부터 격리됨으로써, 접착제의 용출에 의한 액체의 오염이 방지되고, 접착제의 재질에 의해 토출액의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 상기 재료액 충전 공정에서 Si를 함유하는 상기 내액성막 재료액을 사용함을 특징으로 한다.
이와 같이 제조함으로써, 내액성막 형성 공정에서 형성되는 내액성막은, 예를 들면, SiOx 등의 친액성을 갖는 내액성막으로 된다. 이에 의해, 액적 토출 헤드의 내부의 액체에 접하는 부분의 젖음성을 향상시켜, 노즐로부터 액적을 토출할 때에, 액체의 메니스커스를 가지런히 할 수 있다. 이에 의해, 액적의 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 내액성막 형성 공정에서, 불소계, 실리콘계, 불소 함유 오르가노 폴리실록산계의 재료액을 사용함을 특징으로 한다. 이와 같이 제조함으로써, 내액성막 형성 공정에서 형성되는 내액성막은 발액성을 갖는 내액성막으로 된다. 이에 의해, 내액성막이 액체를 접합부로부터 격리하는 성능을 향상시켜, 내액성막을 박막화할 수 있다.
또, 본 발명의 액적 토출 장치는, 상기의 액적 토출 헤드를 구비하고 있다.
그 때문에, 액적 토출 헤드의 접합부에 토출액이 침투하는 것이 방지되어, 액적 토출 헤드의 내구성이 향상되고, 토출액의 종류가 제한되지 않는 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은, 액적 토출 장치(10)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 액적 토출 장치(액체 분사 장치)(10)는, 베이스(31)와, 기판 이동 수단(32)과, 헤드 이동 수단(33)과, 액적 토출 헤드(34)와, 잉크 공급부(35)와, 제어 장치(40)를 구비하여 구성되어 있다. 베이스(31)의 위에는, 기판 이동 수단(32)과, 헤드 이동 수단(33)이 설치되어 있다.
또, 액적 토출 장치(10)는, 클리닝 유닛(53)과, 캡핑(capping) 유닛(55)을 구비하고 있다.
기판 이동 수단(32)은 베이스(31) 상에 설치되고, Y축 방향에 따라 배치된 가이드 레일(36)을 갖고 있다. 이 기판 이동 수단(32)은, 예를 들면 리니어 모터(도시 생략)에 의해, 슬라이더(slider)(37)를 가이드 레일(36)에 따라 이동시키도록 구성되어 있다.
슬라이더(37) 상에는 스테이지(39)가 고정되어 있으며, 이 스테이지(39)는, 기판(P)을 위치 결정하여 유지하기 위한 것이다. 즉, 이 스테이지(39)는, 공지의 흡착 유지 수단(도시 생략)을 갖고, 이 흡착 유지 수단을 작동시킴에 의해, 기판(P)을 스테이지(39) 상에 흡착 유지하도록 구성되어 있다. 기판(P)은, 예를 들면 스테이지(39)의 위치 결정 핀(도시 생략)에 의해, 스테이지(39) 상의 소정 위치에 정확히 위치 결정되어, 유지되도록 되어 있다.
헤드 이동 수단(33)은, 베이스(31)의 후부측에 세워진 한쌍의 스탠드(33a, 33a)와, 이들 스탠드(33a, 33a) 상에 설치된 주행로(33b)를 구비하고, 이 주행로(33b)를 X축 방향, 즉 상기 기판 이동 수단(32)의 Y축 방향과 직교하는 방향에 따라 배치한 것이다. 주행로(33b)는, 스탠드(33a, 33a) 간에 걸쳐진 유지판(33c)과, 이 유지판(33c) 상에 설치된 한쌍의 가이드레일(33d, 33d)을 구비하고, 가이드레일(33d, 33d)의 길이 방향으로 액적 토출 헤드(34)를 탑재하는 캐리지(carriage)(42)를 이동 가능하게 유지하고 있다. 캐리지(42)는, 리니어 모터(도시 생략) 등의 작동에 의해 가이드레일(33d, 33d) 위를 주행하고, 이에 의해 액적 토출 헤드(34)를 X축 방향으로 이동시키도록 구성되어 있다.
여기서, 이 캐리지(42)는, 가이드레일(33d, 33d)의 길이 방향, 즉 X축 방향으로, 예를 들면, 1㎛ 단위로 이동 가능하게 되어 있다. 캐리지(42)의 이와 같은 이동은 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 장치(40)에 의해 제어 가능하게 구성되어 있다.
제어 장치(40)는, 액적 토출 헤드(34)의 위치 정보, 즉 액적 토출 헤드(34) 의 가이드레일(33d, 33d) 상에서의 위치(X 좌표)와 그 때의 각 노즐의 위치(X 좌표)를 검지하여 기억하는 것이다.
액적 토출 헤드(34)는, 캐리지(42)에 마운트(mount)부(43)를 통해 회동 가능하게 장착된 것이다. 마운트부(43)에는 모터(44)가 설치되어 있고, 액적 토출 헤드(34)는 그 지지축(도시 생략)이 모터(44)에 연결하여 있다. 이와 같은 구성에 의해, 액적 토출 헤드(34)는 그 둘레 방향(周方向)으로 회동 가능하게 되어 있다. 또, 모터(44)도 제어 장치(40)에 접속되어 있으며, 이에 의해 액적 토출 헤드(34)는 그 둘레 방향으로의 회동이, 제어 장치(40)로 제어되도록 되어 있다.
잉크 공급부(35)는, 잉크(L)가 충전된 잉크 공급 용기(45)와, 이 잉크 공급 용기(45)로부터 액적 토출 헤드(34)에 잉크(L)를 보내기 위한 잉크 공급 튜브(46)를 구비한 것이다.
클리닝 유닛(53)은, 액적 토출 헤드(34)의 노즐 등의 클리닝을 기판(P)의 제조 공정 중이나 대기시에 정기적으로 혹은 수시로 행할 수 있다.
또, 잉크(L)를 기판(P)에 토출할 때에는, 클리닝 유닛(53)은 액적 토출 헤드(34)에 간섭하지 않는 위치에 유지된다.
캡핑 유닛(55)은, 캡부(47)와, 액체 흡인 튜브(48)와, 액체 흡인 튜브(48)에 접속되는 흡인 펌프(51)를 갖고 있다. 캡핑 유닛(55)은, 액적 토출 헤드(34)의 노즐 개구면(143a)(도 3참조)이 건조하지 않도록 하기 위해, 기판(P)에 대한 잉크(L)의 토출 공정 중이나 대기시에, 노즐 개구면(143a)에 캡(cap)부(47)를 피착시키는 것이다.
또, 캡핑 유닛(55)은, 액적 토출 헤드(34)에 잉크(L)를 초기 충전하는 기능도 갖고 있다. 이 초기 충전시에도, 노즐 개구면(143a)에 캡부(47)를 피착시키도록 되어 있다.
캡부(47)는, 예를 들면, 액적 토출 장치(10) 내에 설치된 가이드(도시 생략) 등에 따라 상하 방향으로 이동함으로써, 액적 토출 헤드(34)의 노즐 개구면(143a)에 당접하고(abut), 이에 피착되도록 구성된 것이다(도 4 참조). 캡부(47)는, 실리콘, 불소 수지 등으로 이루어지고, 액체 흡인 튜브(48)를 통해, 잉크(L)를 흡인하는 흡인 펌프(51)에 접속되어 있다.
또, 흡인 펌프(51)에는, 잉크(L)를 흡인하는 감압도를 조정하기 위한, 압력 조정 밸브 등으로 이루어지는 조정 기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 그리고, 이 압력 조정 밸브는 제어 장치(40)에 접속되어 있으며, 이에 의해 압력의 증감압이 제어되도록 되어 있다.
또, 잉크(L)를 기판(P)에 토출할 때에는, 캡핑 유닛(55)은 액적 토출 헤드(34)에 간섭하지 않는 위치에 유지된다.
도 2는 액적 토출 헤드(34)의 구성을 설명하는 단면도, 도 3은 액적 토출 헤드(34)의 요부단면도이다.
이 실시 형태에 있어서의 액적 토출 헤드(34)는, 도입침 유닛(117), 헤드 케이스(118)(케이싱), 유로 유닛(119) 및 액츄에이터(actuator) 유닛(120)을 주요 구성 요소로 하고 있다.
도입침 유닛(117)의 윗면에는 필터(121)를 개재시킨 상태로 2개의 잉크 도입 침(122)이 사이드 바이 사이드(side-by-side)로 장착되어 있다. 이들 잉크 도입침(122)에는, 서브 탱크(102)가 각각 장착된다. 또, 도입침 유닛(117)의 내부에는, 각 잉크 도입침(122)에 대응한 잉크 도입로(123)가 형성되어 있다.
이 잉크 도입로(123)의 상단은 필터(121)를 통해 잉크 도입침(122)에 연통하고, 하단은 패킹(124)을 통해 헤드 케이스(118) 내부에 형성된 케이스 유로(125)(액체 공급 유로)와 연통한다.
필터(121)는, 잉크(L)에 함유되는 이물을 제거하기 위해 배열 설치되고, 그 재질은, 예를 들면, 스테인레스 강으로서, 메시 형상으로 형성되어 있다.
서브 탱크(102)는, 폴리프로필렌 등의 수지제 재료에 의해 성형되어 있다. 이 서브 탱크(102)에는, 잉크실(127)로 되는 오목부가 형성되고, 이 오목부의 개구면에 탄성 시트(126)를 부착 설치하여 잉크실(127)이 구획되어 있다.
또, 서브 탱크(102)의 하부에는 잉크 도입침(122)이 삽입되는 침 접속부(128)가 하방을 향하여 돌출 설치되어 있다. 서브 탱크(102)에 있어서의 잉크실(127)은, 바닥이 얕은 막자사발 형상을 하고 있다. 잉크실(127)의 측면에 있어서의 상하중앙보다도 조금 아래의 위치에는 침 접속부(128) 사이를 연통하는 접속 유로(129)의 상류측 개구가 임하여 있으며, 이 상류측 개구에는 잉크(L)를 여과하는 탱크부 필터(130)가 부착되어 있다.
침 접속부(128)의 내부 공간에는 잉크 도입침(122)이 액밀(液密)하게 끼워넣어지는 실링 부재(131)가 끼워넣어져 있다. 이 서브 탱크(102)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 잉크실(127)에 연통하는 연통구부(連通溝部)(132a)를 갖는 연출 부(延出部)(132)가 형성되어 있으며, 이 연출부(132)의 윗면에는 잉크 도입구(133)가 돌출 설치되어 있다.
잉크 도입구(133)에는, 잉크 공급부(35)의 잉크 공급 용기(45)에 저류된 잉크(L)를 공급하는 잉크 공급 튜브(46)가 접속된다. 따라서, 잉크 공급 튜브(46)를 통해 온 잉크(L)는, 이 잉크 도입구(133)로부터 연통구부(132a)를 통해 잉크실(127)에 유입한다.
상기 탄성 시트(126)는, 잉크실(127)을 수축시키는 방향과 팽창시키는 방향으로 변형 가능하다. 그리고, 이 탄성 시트(126)의 변형에 의한 댐퍼(damper) 기능에 의해, 잉크(L)의 압력 변동이 흡수된다. 즉, 탄성 시트(126)의 작용에 의해 서브 탱크(102)가 압력 댐퍼로서 기능한다. 따라서, 잉크(L)는, 서브 탱크(102) 내에서 압력 변동이 흡수된 상태로 액적 토출 헤드(34) 측에 공급된다.
헤드 케이스(118)는, 합성수지제의 중공 상자형 부재이며, 하단면에 접착제를 통해 유로 유닛(119)을 접합하고, 내부에 형성된 수용공부(收容空部)(137) 내에 액츄에이터 유닛(120)을 수용하고, 유로 유닛(119)측과는 반대측의 상단면에 패킹(124)를 개재한 상태로 도입침 유닛(117)을 장착하도록 되어 있다.
이 헤드 케이스(118)의 내부에는, 높이 방향을 관통하여 케이스 유로(125)가 설치되어 있다. 이 케이스 유로(125)의 상단은, 패킹(124)을 통해 도입침 유닛(117)의 잉크 도입로(123)와 연통하도록 되어 있다.
또, 케이스 유로(125)의 하단은, 유로 유닛(119) 내의 공통 잉크실(144)에 연통하도록 되어 있다. 따라서, 잉크 도입침(122)으로부터 도입된 잉크(L)는, 잉 크 도입로(123) 및 케이스 유로(125)를 통하여 공통 잉크실(144) 측에 공급된다.
헤드 케이스(118)의 수용공부(137) 내에 수용되는 액츄에이터 유닛(120)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 빗살 모양으로 줄지어 설치된 복수의 압전진동자(138)와, 이 압전진동자(138)가 접합되는 고정판(139)과, 제어 장치(40)로부터의 구동 신호를 압전진동자(138)에 공급하는 배선 부재로서의 플렉시블 케이블(140)로 구성된다. 각 압전진동자(138)는, 고정단부측이 고정판(139) 상에 접합되고, 자유단부측이 고정판(139)의 선단면보다도 외측으로 돌출하여 있다. 즉, 각 압전진동자(138)는, 소위 외팔보(cantilever)의 상태로 고정판(139) 상에 부착되어 있다.
또, 각 압전진동자(138)를 지지하는 고정판(139)은, 예를 들면, 두꼐 1㎜ 정도의 스테인레스 강에 의해 구성되어 있다. 그리고, 액츄에이터 유닛(120)은, 고정판(139)의 배면을, 수용공부(137)를 구획하는 케이스 내벽면에 접착함으로써 수용공부(137) 내에 수납·고정되어 있다.
유로 유닛(119)은 진동판(141), 유로 기판(142) 및 노즐 기판(143)으로 이루어지는 유로 유닛 구성 부재를 적층한 상태로 접착제를 통해 접합하여 일체화함에 의해 제작되어 있다. 이들은, 공통 잉크실(144)로부터 잉크 공급구(145) 및 압력실(146)을 통해 노즐(147)에 이르기까지의 일련의 잉크 유로(R)를 형성하는 부재이다.
압력실(146)은, 노즐(147)이 줄지어 설치된 방향(노즐 열(列)방향)에 대하여 직교하는 방향으로 가늘고 긴 방(chamber)으로서 형성되어 있다.
또, 공통 잉크실(144)은, 케이스 유로(125)와 연통하여, 잉크 도입침(122)측 으로부터의 잉크(L)가 도입되는 방이다. 그리고, 이 공통 잉크실(144)에 도입된 잉크(L)는, 잉크 공급구(145)를 통하여 각 압력실(146)에 분배 공급된다.
여기서, 이 실시 형태에서는, 노즐 기판(143), 유로 기판(142), 및 진동판(141)의 잉크(L)에 대한 접액면인 잉크 유로(R)에 면하는 각 표면(143ｒ，142ｒ，141ｒ)에 잉크(L)에 내성을 갖는 내액성막(C)이 연속하여 형성되어 있다. 또, 케이스 유로(125)에 면하는 헤드 케이스(118)의 표면(118a)이, 잉크 유로(R)에 면하는 진동판(141)의 표면(141ｒ)으로부터 연속하는 내액성막(C)에 의해 덮여 있다.
내액성막(C)은, 예를 들면, SiO2 등의 Si산화물에 의해 형성된 친액성을 갖는 막이다. 또, 내액성막(C)의 막두께는, 예를 들면, 일분자층 이상이고 또한 1㎛ 이하로 형성되어 있다.
유로 유닛(119)의 저부(底部)에 배치되는 노즐 기판(143)은, 도트(dot) 형성 밀도에 대응한 핀치(예를 들면 180dpi)로 복수의 노즐(147)을 열(列) 모양으로 개설한 금속제의 얇은 판재이다. 이 실시 형태의 노즐 기판(143)은, 스테인레스 강의 판재에 의해 제작되고, 이 실시 형태에 있어서는 노즐(147)의 열(즉, 노즐 열)이, 각 서브 탱크(102)에 대응하여 합계 22열 병설되어 있다. 그리고, 하나의 노즐열은, 예를 들면, 180개의 노즐(147)에 의해 구성된다.
노즐 기판(143)과 진동판(141) 간에 배치되는 유로 기판(142)은, 잉크 유로로 되는 유로부, 구체적으로는, 공통 잉크실(144), 잉크 공급구(145) 및 압력실(146)로 되는 구멍부가 구획 형성된 판상의 부재이다.
이 실시 형태에 있어서, 유로 기판(142)은, 결정성을 갖는 기재인 Si 웨이퍼를 이방성 에칭 처리함에 의해 제작되어 있다. 진동판(141)은, 스테인레스 강 등의 금속제의 지지판상에 탄성 필름을 라미네이트 가공한 이중 구조의 복합 판재이다. 이 진동판(141)의 압력실(146)에 대응하는 부분에는, 에칭 등에 의해 지지판을 고리 모양으로 제거함으로써, 압전진동자(138)의 선단면이 접합되는 도(島)부(148)가 형성되어 있으며, 이 부분은 다이아프램(diaphragm)부로서 기능한다. 즉, 이 진동판(141)은, 압전진동자(138)의 작동에 따라 도부(148)의 주위의 탄성 필름이 탄성 변형하도록 구성되어 있다. 또, 진동판(141)은, 유로 기판(142)의 일방의 개구면을 밀봉하여, 콤플라이언스(compliance)부(149)로서도 기능한다. 이 콤플라이언스부(149)에 상당하는 부분에 대해서는 다이아프램부와 마찬가지로 에칭 등에 의해 지지판을 제거하여 탄성 필름만으로 하고 있다.
그리고, 상기의 액적 토출 헤드(34)에 있어서, 플렉시블 케이블(140)을 통하여 구동 신호가 압전진동자(138)에 공급되면, 이 압전진동자(138)가 소자 길이 방향으로 신축하고, 이에 따라 도부(148)가 압력실(146)에 근접하는 방향 혹은 이격하는 방향으로 이동한다. 이에 의해, 압력실(146)의 용적이 변화하여 압력실(146) 내의 잉크(L)에 압력 변동이 일어난다. 이 압력 변동에 의해 노즐(147)로부터 액적 모양으로 된 잉크(L)가 토출된다.
이 실시 형태에 있어서 사용하는 잉크(L)는, 예를 들면, Ｎ－메틸－2－피롤리돈(N-methylpyrrolidone：ＮＭＰ), 부틸셀로솔브, γ-부티로락톤 등의 용제 잉크, 알칼리성 잉크 등이다.
다음에, 이 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 노즐 기판(143)과 유로 기판(142)의 접합부(A1)의 잉크 유로(R) 측, 및 유로 기판(142)과 진동판(141)의 접합부(A2)의 잉크 유로(R) 측이 연속하는 내액성막(C)에 의해 덮여 있다. 이 때문에, 잉크 유로(R) 내의 잉크(L)가 내액성막(C)에 의해 차단되어, 각 접합부(A1，A2)에 잉크(L)가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 각 접합부(A1，A2)의 간극에 잉크 유로(R) 내의 잉크(L)가 침입한다든지, 각 접합부(A1，A2)의 잉크 유로(R) 측에 노출한 접착제에 잉크(L)가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 각 접합부(A1，A2)의 접착제에 잉크(L)가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있고, 유로 기판(142)과 진동판(141) 및 노즐 기판(143)이 박리하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유로 유닛(119)의 내구성을 향상시키고, 액적 토출 헤드(34)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또, 헤드 케이스(118)와 진동판(141)의 접합부(A3)가 내액성막(C)에 의해 덮여, 접합부(A3)에 케이스 유로(125) 내의 잉크(L)가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 접합부(A3)의 간극에 케이스 유로(125) 내의 잉크(L)가 침입한다든지, 접합부(A3)의 케이스 유로(125) 측에 노출한 접착제에 잉크(L)가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접합부(A3)에 잉크(L)가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있고, 헤드 케이스(118)와 유로 유닛(119)이 박리하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 액적 토출 헤드(34)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또, 접합부(A1，A2，A3)가 내액성막(C)에 의해 잉크(L)로부터 격리되어, 각 접합부(A1，A2，A3)에 사용된 접착제가 잉크(L)와 접촉하는 것이 방지됨으로써, 접착제의 용출에 의한 잉크(L)의 오염이 방지된다. 따라서, 접착제의 재질에 의해 토출할 수 있는 잉크(L)의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 내액성막(C)은 친액성을 갖는 SiO2 등의 재료에 의해 형성되어 있으므로, 액적 토출 헤드(34)의 잉크 유로(R)의 잉크(L)에 접하는 부분의 젖음성을 향상시켜, 노즐(147)로부터 잉크(L)의 액적을 토출할 때에, 액적의 메니스커스를 가지런히 할 수 있다. 이에 의해, 잉크(L)의 액적의 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 내액성막(C)의 막두께를, 일분자층 이상이고 또한 1㎛ 이하에 형성함으로써, 내액성막(C)이 잉크(L)에 대한 내액성 및 격리 성능을 충분히 발휘할 수 있다. 또, 막두께가 충분히 얇기 때문에, 잉크(L)의 토출에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태의 액적 토출 헤드(34)에 의하면, 접합부(A1，A2，A3)에 잉크(L)가 침투하는 것이 방지되어, 내구성을 향상시킬 수 있고, 잉크(L)의 종류가 접착제에 의해 제한되지 않는다. 또, 이 실시 형태의 액적 토출 장치(10)는, 상기의 액적 토출 헤드(34)를 구비하고 있으므로, 액적 토출 헤드(34)의 접합부(A1，A2，A3)에 잉크(L)가 침투하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드(34)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 잉크(L)의 종류가 접착제에 의해 제한되지 않는다.
(액적 토출 헤드의 제조 방법)
다음에, 도 5(a)∼도 5(c)를 사용하여 액적 토출 헤드(34)의 제조 방법을 설명한다. 도 5(a)∼도 5(c)에서는 내액성막(C)의 제조 공정을 중심으로 설명하고 다른 공정의 설명은 적절히 생략한다. 또, 내액성막(C)의 제조 공정 이외의 공정에 대하여는, 공지의 것을 채용할 수 있다.
우선, 노즐 기판(143)과 유로 기판(142)과 진동판(141)을 적층시키고, 각각 접착제를 통해 접합한다. 접착제로서는, 예를 들면, 에폭시, 아크릴 등의 접착제를 사용할 수 있다. 다음으로, 진동판(141)에 접착제를 통해 헤드 케이스(118)를 접합한다(조립 공정).
다음에, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 노즐(147)을 위쪽으로 향한 상태로 헤드 케이스(118)의 케이스 유로(125)로부터 내액성막(C)의 재료액(B)(내액성막 재료액)을 주입하여, 헤드 케이스(118)의 케이스 유로(125)와 유로 유닛(119)의 잉크 유로(R)에 재료액(B)을 충전한다(재료액 충전 공정).
재료액(B)으로서는, 예를 들면, SiO2 졸겔, Si 알콕사이드, 실란 커플링제(HMDS), 실라놀 화합물 등, Si를 함유하고 소성 후에 SiOx로 되는 액체를 사용한다. 또, 재료액(B)의 점도는, 형성하는 내액성막(C)의 막두께에 따라 조정한다.
다음에, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 재료액(B)을 케이스 유로(125) 및 잉크 유로(R)로부터 배출한다. 이에 의해, 노즐 기판(143), 유로 기판(142), 및 진동판(141)의 잉크 유로(R)에 면하는 각 표면(143ｒ，142ｒ，141ｒ)과, 헤드 케이스(118)의 케이스 유로(125)에 면하는 표면(118a)에, 재료액(B)이 점도에 따른 소 정의 막두께로 부착한 상태로 된다. 이 상태로, 재료액(B)을 가열 건조시킨다(내액성막 형성 공정).
이에 의해, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 잉크(L)에 대한 내성을 갖는 내액성막(C)이 잉크 유로(R) 및 케이스 유로(125)에 면하는 각 표면(143ｒ，142ｒ，141ｒ，118a)에 연속하여 형성된 액적 토출 헤드(34)를 제조할 수 있다.
이 실시 형태의 액적 토출 헤드(34)의 제조 방법에 의하면, 노즐 기판(143)과 유로 기판(142)의 접합부(A1), 및 유로 기판(142)과 진동판(141)의 접합부(A2)가, 각 표면(143ｒ，142ｒ，141ｒ)에 연속하는 내액성막(C)에 의해 덮인다. 이 때문에, 액적의 토출시에 잉크 유로(R)에 잉크(L)를 충전해도, 각 접합부(A1，A2)에 잉크 유로(R) 내의 잉크(L)가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 각 접합부(A1，A2)의 간극에 잉크 유로(R) 내의 잉크(L)가 침입한다든지, 각 접합부(A1，A2)의 잉크 유로(R) 측에 노출한 접착제에 잉크(L)가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접착제에 잉크(L)가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드(34)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또, 잉크 유로(R)에 면하는 진동판(141)의 표면(141ｒ)으로부터 케이스 유로(125)에 면하는 헤드 케이스(118)의 표면(118a)까지 연속하는 내액성막(C)이 형성되어, 헤드 케이스(118)와 진동판(141)의 접합부(A3)가 내액성막(C)에 의해 덮인다. 이 때문에, 액적의 토출시에 케이스 유로(125)에 잉크(L)를 충전해도, 접합부(A3)에 케이스 유로(125) 내의 잉크(L)가 접촉하지 않게 된다. 이에 의해, 접합부(A3)의 간극에 케이스 유로(125) 내의 잉크(L)가 침입한다든지, 접합부(A3)의 케이스 유로(125) 측에 노출한 접착제에 잉크(L)가 접촉한다든지 하는 것이 방지된다. 이 때문에, 접합부(A3)에 잉크(L)가 침투하여 접착제가 팽윤하는 것을 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드(34)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또, 각 접합부(A1，A2，A3)에 사용되는 접착제가 잉크(L)로부터 격리됨으로써, 접착제의 용출에 의한 잉크(L)의 오염이 방지되고, 접착제의 재질에 의해 잉크(L)의 종류가 제한되는 일이 없다.
또, 상기 재료액(B)으로서 Si를 함유하는 액체를 사용함으로써, 내액성막(C)은 SiＯX 등의 친액성을 갖는 재료에 의해 형성된다. 이에 의해, 액적 토출 헤드(34)의 내부의 잉크(L)에 접하는 부분의 젖음성을 향상시켜, 노즐(147)로부터 액적을 토출할 때에, 잉크(L)의 액적의 메니스커스를 가지런히 할 수 있다. 이에 의해, 잉크(L)의 액적의 토출 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 내액성막 형성 공정에서, 불소계, 실리콘계, 불소 함유 오르가노 폴리실록산계의 재료액을 사용해도 좋다. 이에 의해, 내액성막 형성 공정에서 형성되는 내액성막은 발액성을 갖는 내액성막으로 된다. 내액성막을 발액성의 재료에 의해 형성함으로써, 내액성막이 잉크를 접합부로부터 격리하는 성능을 향상시키고, 내액성막을 박막화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 액적 토출 장치의 전체구성을 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 의한 액적 토출 헤드의 구성을 설명하는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 액적 토출 헤드의 요부단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 액적 토출 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 의한 액적 토출 헤드의 제조 공정을 나타내는 확대단면도.
[부호의 설명]
10……액적 토출 장치, 34……액적 토출 헤드, 118……헤드 케이스(케이싱), 118a……표면, 125……케이스 유로(액체 공급 유로), 138……압전 진동자(압전 소자), 141……진동판, 142……유로 기판, 143……노즐 기판, 141ｒ，142ｒ，143ｒ……표면(접액면), 146……압력실, 147……노즐(노즐 개구), B……재료액(내액성막 재료액), C……내액성막, L……잉크(액체), Ｒ……잉크 유로(유로)

Claims (10)

  1. 액체를 액적으로서 토출하는 노즐 개구가 형성된 노즐 기판과,
    상기 노즐 개구에 연통하는 상기 액체의 유로가 형성된 유로 기판과,
    상기 유로의 벽면을 구성하는 진동판
    이 적층되어 접착제를 통해 접합되고,
    상기 노즐 기판, 상기 유로 기판, 및 상기 진동판의 상기 액체와의 접액면에 상기 액체에 내성을 갖는 내액성막이 연속하여 형성되어 있으며,
    상기 내액성막이 발액성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있음을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로에 설치된 압력실의 용적을, 상기 진동판을 통해 변화시키는 압전 소자를 유지하는 동시에, 상기 유로에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 형성된 케이싱을 구비하고,
    상기 진동판에 상기 케이싱이 접착제를 통해 접합되고,
    상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면이, 상기 진동판의 접액면으로부터 연속하는 상기 내액성막에 의해 덮여 있음을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내액성막의 막두께가 일분자층 이상이고 또한 １㎛ 이하임을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  6. 액체를 액적으로서 토출하는 노즐 개구가 형성된 노즐 기판과,
    상기 노즐 개구에 연통하는 상기 액체의 유로가 형성된 유로 기판과,
    상기 유로의 벽면을 구성하는 진동판
    을 적층시키고 접착제를 통해 접합하는 조립 공정과,
    상기 유로에, 내액성막 재료액을 충전하는 재료액 충전 공정과,
    상기 내액성막 재료액을 상기 유로로부터 배출하고, 상기 노즐 기판, 상기 유로 기판, 및 상기 진동판의 상기 액체와의 접액면에 상기 내액성막 재료액을 부착시킨 상태로, 상기 내액성막 재료액을 가열 건조시켜서, 상기 각 접액면에 상기 액체에 대한 내성을 갖는 내액성막을 연속시켜 형성하는 내액성막 형성 공정
    을 가짐을 특징으로 하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유로에 설치된 압력실의 용적을, 상기 진동판을 통해 변화시키는 압전 소자를 유지하는 동시에 상기 유로에 상기 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로를 갖는 케이싱을, 상기 조립 공정에서 상기 진동판에 접착제를 통해 접합하고,
    상기 재료액 충전 공정에서, 상기 유로와 상기 액체 공급 유로에 상기 내액성막 재료액을 충전하고,
    상기 내액성막 형성 공정에서, 상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면에 상기 내액성막 재료액을 부착시킨 상태로, 상기 내액성막 재료액을 가열 건조시켜서, 상기 유로에 면하는 상기 진동판의 표면으로부터 상기 액체 공급 유로에 면하는 상기 케이싱의 표면까지 연속하는 상기 내액성막을 형성함을 특징으로 하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 재료액 충전 공정에서 Si를 함유하는 상기 내액성막 재료액을 사용함을 특징으로 하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 재료액 충전 공정에서, 불소계, 실리콘계, 불소 함유 오르가노폴리실록 산계의 상기 내액성막 재료액을 사용함을 특징으로 하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  10. 제1항 기재의 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치.
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