KR101295293B1

KR101295293B1 - 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치, 및 토출 제어 방법

Info

Publication number: KR101295293B1
Application number: KR1020070066410A
Authority: KR
Inventors: 야스토 시무라
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2013-08-12
Also published as: JP4225328B2; KR20080008959A; JP2008023810A; CN101108554A; US20080018678A1; US7669986B2

Abstract

본 발명은, 토출 특성의 안정성이 배려된 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치, 및 그 토출 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

액적 토출 헤드(11)의 노즐 플레이트(12)는 노즐(20)에 대응하는 관통 구멍이 형성된 기체(基體) 플레이트(26)와, 기체 플레이트(26)의 표면에 형성된 표면층(27)을 갖고 있다. 노즐(20)은 노즐 개구(21)로부터 직선적으로 형성된 스트레이트부(22)와 스트레이트부(22)에 이어지는 테이퍼부(23)를 갖고, 스트레이트부(22)의 내벽에는 표면층(27)을 갖지 않는 영역으로서 형성된 오목부(30)가 설치되어 있다.

스트레이트부, 기체 플레이트, 테이퍼부, 노즐 개구

Description

액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치, 및 토출 제어 방법{DROPLET DISCHARGING HEAD AND DROPLET DISCHARGING DEVICE, AND DISCHARGING CONTROL METHOD}

본 발명은 잉크젯식 기록 장치, 디스플레이 제조 장치, 전극 형성 장치, 바이오칩 제조 장치 등의 액적 토출 장치 및, 액적 토출 장치에 탑재되는 액적 토출 헤드, 및 그 토출 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 미소한 노즐로부터 액상체를 액적화하여 토출하는 액적 토출 헤드(헤드)가 인쇄나 공업 용도 등에 널리 이용되도록 되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1에 나타낸 헤드는 노즐에 연통하는 액실(液室)의 용적을 가변시키는 압전 소자를 구비하고 있고, 이 압전 소자에 인가하는 전기 신호(구동 신호)에 의해, 토출되는 액적의 양이나 속도(토출 특성)를 세밀하게 제어(토출 제어)할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허2002-1951호 공보

상술한 토출 제어는 구동 신호에 의한 압전 소자로의 인가 전압의 승강(昇降)에 의해, 노즐 내의 액면(液面)(메니스커스)을 전진(노즐의 개구 방향으로의 이동) 또는 후퇴(액실 방향으로의 이동)시킴으로써 행해진다. 이때, 구동 신호에 대한 노즐 내의 메니스커스의 위치 재현성이 나쁘고, 토출할 때마다 토출 특성이 불균일하게 되기 때문에, 토출 특성의 안정성을 도모하기 위해서는 이 점도 충분히 배려하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 토출 특성의 안정성이 배려된 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치, 및 그 토출 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 액적 토출 헤드는, 액상체가 공급되는 노즐과, 상기 노즐 내에서, 상기 액상체의 메니스커스를 이동시키기 위한 메니스커스 이동 수단과, 상기 노즐의 개구로부터의 소정 심도에서 당해 노즐의 내벽에 설치되어 있고, 상기 노즐 내에서의 상기 메니스커스의 에지의 이동을 당해 심도에서 규제하기 위한 메니스커스 규제부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 헤드에 의하면, 토출 제어에 있어서, 메니스커스 규제부에 따른 노즐 내의 심도로 메니스커스의 에지를 재현성 좋게 이동시키고나서 액적을 토출시킬 수 있기 때문에, 토출 특성의 안정성이 우수하다.

또한 바람직하게는, 상기 액적 토출 헤드에 있어서, 상기 메니스커스 규제부가 상기 노즐의 내주(內周) 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 헤드에 의하면, 메니스커스 규제부가 노즐의 내주 방향을 따라 설치되어 있기 때문에, 메니스커스의 에지의 이동을 등방적으로 규제할 수 있어 메니스커스의 형상에 악영향을 주지 않는다.

또한 바람직하게는, 상기 액적 토출 헤드에 있어서, 상기 메니스커스 규제부는 상기 노즐의 내벽에 형성된 오목부 또는 볼록부를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 헤드에 의하면, 간이한 구성의 메니스커스 규제부이면서도, 효과적으로 상술한 효과를 얻을 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 액적 토출 헤드에 있어서, 상기 메니스커스 규제부는 상기 노즐의 내벽에 형성된 발액화 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 액적 토출 헤드에 있어서, 제 1의 상기 메니스커스 규제부와, 제 1의 상기 메니스커스 규제부와 상이한 심도로 설치된 제 2의 상기 메니스커스 규제부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 헤드에 의하면, 제 1의 메니스커스 규제부에 따른 심도로 메니스커스의 에지를 이동시키고나서 액적을 토출시키는 토출 제어와, 제 2의 메니스커스 규제부에 따른 심도로 메니스커스의 에지를 이동시키고나서 액적을 토출시키는 토출 제어에 의해, 단일의 액적 토출 헤드로부터 상이한 토출 특성에 따 른 액적을 토출시킬 수 있다. 또한, 복수로 설치하면 더 세밀한 제어가 가능해진다.

본 발명의 액적 토출 헤드는, 기체(基體)에 형성된 토출면과, 액실과, 상기 기체에 형성되고, 상기 토출면과 상기 액실을 접속하는 관통 구멍을 갖고, 상기 관통 구멍이 상기 토출면에 접하는 제 1 부분과 상기 액실에 접하는 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분의 내벽에 바퀴 형상의 메니스커스 규제부가 형성되고, 상기 메니스커스 규제부가 상기 토출면과의 사이의 상기 제 1 부분의 내벽에 대하여 오목 또는 볼록한 것일 수도 있다. 이것에 의하면, 메니스커스의 에지의 형상의 재현성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 상기 액적 토출 헤드와, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키는 토출 제어 수단을 구비하는 액적 토출 장치로서, 상기 토출 제어 수단은, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A스텝과, 상기 A스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B스텝을 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 장치에 의하면, 메니스커스 규제부에 따른 노즐 내의 심도로 메니스커스의 에지를 재현성 좋게 이동시키고나서(A스텝) 액적을 토출시킬 수 있기 때문에, 토출 특성의 안정성이 우수하다.

본 발명은 제 1 및 제 2의 메니스커스 규제부를 갖는 상기 액적 토출 헤드와, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키는 토 출 제어 수단을 구비하는 액적 토출 장치로서, 상기 토출 제어 수단은, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 제 1의 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A1스텝과, 상기 A1스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B1스텝을 실행하는 제 1 제어 모드와, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 제 2의 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A2스텝과, 상기 A2스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B2스텝을 실행하는 제 2 제어 모드를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액적 토출 장치에 의하면, 제 1 또는 제 2의 메니스커스 규제부에 따른 노즐 내의 심도로 메니스커스의 에지를 재현성 좋게 이동시키고나서(A1스텝/A2스텝) 액적을 토출시킬 수 있기 때문에, 토출 특성의 안정성이 우수하다. 또한, 제 1 제어 모드와 제 2 제어 모드를 구별하여 사용함으로써, 단일의 액적 토출 헤드로부터 상이한 토출 특성에 따른 액적을 토출시킬 수 있다.

본 발명은, 액상체가 공급되는 노즐과, 상기 노즐 내에서, 상기 액상체의 메니스커스를 이동시키기 위한 메니스커스 이동 수단과, 상기 노즐의 개구로부터의 소정 심도에서 당해 노즐의 내벽에 설치되어 있고, 상기 노즐 내에서의 상기 메니스커스의 에지의 이동을 당해 심도에서 규제하기 위한 메니스커스 규제부를 구비하는 액적 토출 헤드에서, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키기 위한 토출 제어 방법으로서, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A스텝 과, 상기 A스텝 후에, 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 토출 제어 방법에 의하면, 메니스커스 규제부에 따른 노즐 내의 심도로 메니스커스의 에지를 재현성 좋게 이동시키고나서(A스텝) 액적을 토출시킬 수 있기 때문에, 토출 특성의 안정성이 우수하다.

이하, 본 발명의 적절한 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

또한, 이하에 서술하는 실시예는 본 발명의 적절한 구체적인 예이기 때문에, 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범위는 이하의 설명에서 특별히 본 발명을 한정한다는 취지의 기재가 없는 한, 이들 형태에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에서 참조하는 도면에서는, 도시의 편의상, 부재 또는 부분의 종횡의 축척을 실제의 것과는 상이하게 나타내는 경우가 있다.

(제 1 실시예)

(액적 토출 장치)

우선, 도 1, 도 2, 도 3을 참조하여 액적 토출 장치의 구성에 대해서 설명한다.

도 1은 액적 토출 장치의 요부 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 액적 토출 헤드의 요부 구성을 나타내는 단면도이다. 도 3은 액적 토출 장치의 전기적 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 액적 토출 장치(200)는 직선적으로 설치된 1쌍의 가이드 레일(201)과, 가이드 레일(201)의 내부에 설치된 에어슬라이더와 리니어모터(도시 생략)에 의해 주주사(主走査) 방향으로 이동하는 주주사 이동대(203)를 구비하고 있다. 또한, 가이드 레일(201)의 상방(上方)에서 가이드 레일(201)에 직교하도록 직선적으로 설치된 1쌍의 가이드 레일(202)과, 가이드 레일(202)의 내부에 설치된 에어슬라이더와 리니어모터(도시 생략)에 의해 부(副)주사 방향을 따라 이동하는 부주사 이동대(204)를 구비하고 있다.

주주사 이동대(203) 위에는 토출 대상물로 되는 기판(P)를 탑재 배치하기 위한 스테이지(205)가 설치되어 있다. 스테이지(205)는 기판(P)을 흡착 고정할 수 있는 구성으로 되어 있고, 또한, 회전 기구(207)에 의해 기판(P) 내의 기준축을 주주사 방향, 부주사 방향으로 정확하게 맞출 수 있도록 되어 있다.

부주사 이동대(204)는 회전 기구(208)를 통하여 펜던트(pendant)식으로 장착된 캐리지(209)를 구비하고 있다. 또한, 캐리지(209)는 액상체의 토출면(10a)을 기판(P) 측을 향한 헤드 유닛(10)과, 헤드 유닛(10)에 액상체를 공급하는 액상체 공급 기구(도시 생략)와, 헤드 유닛(10)의 전기적인 제어를 행하기 위한 제어 회로 기판(211)(도 3 참조)을 구비하고 있다.

헤드 유닛(10)은 도 2에 나타내는 액적 토출 헤드(11)를 복수 조합하여 구성되어 있다. 액적 토출 헤드(11)는 한 면에 소정의 배열을 이루어 노즐(20)이 형성된 노즐 플레이트(12)와, 노즐(20)에 연통하는 유로로 되는 홈이 형성된 유로 플레이트(13)와, 가요성막(14)과, 부분적으로 분리된 아일랜드부(15a)를 갖는 상부 커 버 플레이트(15)가 적층된 구성으로 되어 있다. 이들 플레이트는 어느 하나가 일 체화된 것일 수도 있다.

본 실시예의 노즐 플레이트(12)는 노즐(20)에 대응하는 관통 구멍이 형성된 기체(基體) 플레이트(26)와, 기체 플레이트(26)의 표면에 형성된 표면층(27)을 갖고 있다. 또한, 유로 플레이트(13)에는 실리콘 기판이, 가요성막(14)에는 수지 필름이, 상부 커버 플레이트(15)에는 SUS 플레이트가 각각 사용되어 있다.

헤드 유닛(10)은 각 노즐(20)과 각각 연통하는 액실(液室)로서의 캐비티(17)와, 복수의 캐비티(17)에 공통되는 액상체의 저장실로서의 리저버(18)를 구비하고 있다. 그리고, 유로(도시 생략)를 통하여 리저버(18)에 공급된 액상체(L)는 리저버(18)로부터 각 캐비티(17) 및 노즐(20)에 공급된다. 액상체(L)가 공급된 노즐(20) 내에는 만곡한 메니스커스(25)가 형성된다.

노즐(20)은 개구면(24)(토출면)에 접하는 제 1 부분과 액실에 접하는 제 2 부분을 포함하고, 예를 들어 제 1 부분으로서 노즐 개구(21)로부터 직선적으로 형성된 스트레이트부(22)와, 제 2 부분으로서 스트레이트부(22)에 이어져 테이퍼 형상으로 형성된 테이퍼부(23)를 갖고 있다. 본 실시예에서는, 스트레이트부의 내경(內徑)은 10㎛, 그 길이는 20㎛로 하고 있고, 또한, 테이퍼부(23)의 확대 각도는 45도로 되어 있다. 스트레이트부(22)의 내벽에는 표면층(27)을 갖지 않는 영역으로서 형성된 메니스커스 규제부로서의 오목부(30)가 설치되어 있다. 본 실시예의 오목부(30)는 노즐 개구(21)로부터 10㎛의 심도에서 스트레이트부(22)의 내주 방향을 따라 바퀴 형상으로 형성되어 있고, 또한, 그 깊이(표면층(27)의 두께에 상당)는 1㎛로 되어 있다.

노즐 개구(21)가 형성된 개구면(24)에는 발액막(도시 생략)이 형성되어 있다. 발액막으로서는 예를 들어 플루오로알킬실란 등의 발액성 관능기를 갖는 화합물 분자를 개구면(24)에 조직화된 상태로 결합시킨 것(자기 조직화막)이나, 불소수지를 공석(共析)(공정)시킨 도금 등을 사용할 수 있다. 이 발액막은 개구면(24)에 부착된 액상체가 노즐 개구(21) 주위에 젖어 퍼짐으로써, 정상의 메니스커스(25)를 형성할 수 없게 되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.

캐비티(17)의 상부 커버부에 있어서, 가요성막(14)을 통하여 가동식으로 배열 설치된 아일랜드부(15a)에는 메니스커스 이동 수단으로서의 압전 소자(16)의 일단(一端)이 접합되어 있다. 이와 같이 하여 압전 소자(16)의 구동을 통하여 캐비티(17) 내의 용적 및 액압(液壓)의 제어를 행함으로써, 메니스커스(25)의 거동(형상이나 위치)을 제어할 수 있다. 또한, 압전 소자(16)의 구동은 압전 소자(16)의 전극(도시 생략)에 인가하는 전기 신호(이하, 구동 신호라고 함)에 의해 행해진다.

도 3에 있어서, 액적 토출 장치(200)는 장치 전체의 통괄 제어를 행하는 제어 컴퓨터(210)와, 액적 토출 헤드(11)의 전기적 제어를 행하는 토출 제어 수단으로서의 제어 회로 기판(211)을 구비하고 있다. 제어 회로 기판(211)은 플렉시블 케이블(212)을 통하여 각 액적 토출 헤드(11)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 액적 토출 헤드(11)는 노즐(20)(도 2 참조)마다 설치된 압전 소자(16)에 대응하여 시프트 레지스터(SL)(50), 래치 회로(LAT)(51), 레벨 시프터(LS)(52), 스위치(SW)(53)를 구비하고 있다.

제어 컴퓨터(210)가 기판(P)(도 1 참조) 위의 액적의 배치를 나타낸 비트맵 형식의 묘화(描畵) 패턴 데이터를 제어 회로 기판(211)에 전송하면, 제어 회로 기판(211)은 묘화 패턴 데이터를 디코딩하여 노즐(20)마다 ON/OFF(토출/비토출) 정보인 노즐 데이터를 생성한다. 그리고, 노즐 데이터는 시리얼 신호(SI)화되고, 클록 신호(CK)에 동기하여 각 시프트 레지스터(50)에 전송된다.

시프트 레지스터(50)에 전송된 노즐 데이터는 래치 신호(LAT)가 래치 회로(51)에 입력되는 타이밍에서 래치되고, 또한 레벨 시프터(52)에 의해 스위치(53)용 게이트 신호로 변환된다. 즉, 노즐 데이터가 「ON」인 경우에는 스위치(53)가 열려 압전 소자(16)에 구동 신호(COM)가 공급되고, 노즐 데이터가 「OFF」인 경우에는 스위치(53)가 닫혀 압전 소자(16)에 구동 신호(COM)는 공급되지 않게 된다. 그리고, 「ON」에 대응하는 노즐(20)에서는 구동 신호(COM)에 따른 메니스커스(25)(도 2 참조)의 제어(이하, 토출 제어라고 함)가 행해지고, 액상체(L)(도 2 참조)가 액적화되어 토출되게 된다.

이상의 구성에 있어서, 헤드 유닛(10)은 주사 방향과 노즐(20)의 배열 방향과의 관계가 회전 기구(208)에 의해 정확하게 규정된 후에, 기판(P)에 대하여 주주사 방향 및 부주사 방향으로 상대적으로 이동(주사)된다. 또한, 헤드 유닛(10)의 주사에 동기한 적절한 타이밍에서 액적 토출 헤드(11)의 노즐(20)로부터 액적이 토출된다. 이것에 의해, 기판(P) 위의 원하는 위치에 미소량 단위로 액상체를 배치하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 액상체에는 물이나 유기 용매 등의 액체, 및 이것들에 각종 기능성 재료(금속, 반도체, 색재(色材), 유기 EL 재료 등)를 분산 또는 용해시킨 것 등을 용도에 따라 채용할 수 있다.

(노즐 플레이트의 제조 방법)

다음으로, 도 4를 참조하여 노즐 플레이트의 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 4는 노즐 플레이트의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.

우선, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(12)의 베이스로 되는 기체 플레이트(26)에 노즐(20)로 되는 관통 구멍을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 금속(SUS 등)제의 기체 플레이트(26)에 대하여 펀치를 사용한 기계 가공 기술에 의해, 또한, 실리콘의 기체 플레이트에 대하여 기지(旣知)의 반도체 가공 기술에 의해, 또는 수지제의 기체 플레이트에 대하여 기지의 레이저 가공 기술 등을 이용하여 형성할 수 있다.

다음으로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(12)의 테이퍼면(28) 측에 레지스트 필름(31)을 점착하고, 적절한 온도와 압력을 부여하여 레지스트 필름(31)을 노즐(20) 내의 소정 깊이까지 밀어 넣는다. 그리고, 기체 플레이트(26)의 노출면에 표면층(27)을 형성한 후, 레지스트 필름(31)을 제거한다. 표면층(27)은 예를 들어 도금법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있고, 그 소재로는 금속이나 반도체, 또는 이것들의 산화물 등을 널리 사용할 수 있다.

다음으로, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(12)의 개구면(24) 측에 레지스트 필름(31)을 점착하고, 적절한 온도와 압력을 부여하여 레지스트 필름(31)을 노즐(20) 내의 소정 깊이까지 밀어 넣는다. 이 때 레지스트 필름(31)의 단면(31a)은 앞의 공정에서 형성된 표면층(27)의 단부(27a)보다도 약간 깊은 위치까지 밀어 넣어진다.

다음으로, 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 기체 플레이트(26)의 노출면에 표면층(27)을 형성하고, 레지스트 필름(31)을 제거한다. 이것에 의해, 노즐(20) 내에서 표면층(27)이 형성되지 않았던 영역으로서 오목부(30)가 형성되게 된다. 이후, 앞서 설명한 바와 같은 방법을 이용하여 개구면(24)에 발액막을 형성하여 노즐 플레이트(12)가 완성된다.

또한, 상술한 바와 같은 레지스트 필름(31)의 압입(壓入)량의 관리와, 표면층(27)의 선택적인 형성 및 에칭을 반복함으로써, 복수의 오목부(30)를 각각 상이한 심도에서 형성할 수도 있다. 또한, 오목부(30)를 형성하는 다른 방법으로서는 도금액으로의 침지의 깊이를 정밀하게 관리하여 행하는 도금법 등도 생각할 수 있다.

(토출 제어 방법)

다음으로, 도 5를 참조하여 액적 토출 헤드의 토출 제어 방법에 대해서 설명한다.

도 5는 구동 신호의 타이밍과 노즐 내의 메니스커스의 거동과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5에 나타내는 구동 신호(COM)는 복수의 펄스로 구성된 펄스 그룹(PS)을 포함하고 있고, 하나의 펄스 그룹(PS)이 압전 소자(16)(도 2 참조)에 공급됨으로써, 하나의 액적이 토출되게 되어 있다. 구동 신호(COM)의 전위와 압전 소자(16)의 변위량은 대강 선형 관계에 있고, 본 실시예의 액적 토출 헤드(11)(도 2 참조)에서는 전위가 상승하면 캐비티(17)(도 2 참조)가 감압되고, 전위가 강하하면 캐비 티(17)가 가압되는 관계로 되어 있다.

펄스 그룹(PS)은 전위를 상승시키는 충전 펄스(p1)와, 전위를 하강시키는 방전 펄스(p3, p5)와, 이것들을 접속하는 등전위의 수평 펄스(p2, p4)를 갖고 있다. 펄스 그룹(PS)의 인가 전의 타이밍에서는, 노즐(20) 내의 메니스커스(25)는 노즐 개구(21)의 약간 안쪽의 위치 (이하, 이 위치를 정상 위치라고 함)에 있다.

충전 펄스(p1)의 인가에 의해 캐비티(17)가 감압되면, 메니스커스(25)는 정상 위치로부터 노즐(20)의 안쪽(테이퍼부(23)(도 2 참조) 측의 방향)을 향하여 크게 인입된다(A스텝). 이하에서는, 이 때의 메니스커스(25)의 위치를 토출 예비 위치라고 한다.

수평 펄스(p2)를 통하여 급준한 방전 펄스(p3)의 인가에 의해 캐비티(17)가 가압되면, 메니스커스(25)는 노즐 개구(21)를 향하여 압출(壓出)되고, 메니스커스(25)의 중앙부(25b)가 노즐 개구(21)로부터 바깥쪽으로 돌출된다 (B스텝). 돌출된 메니스커스(25)의 중앙부(25b)는 이윽고 그 기세에 의해 노즐(20) 내의 액상체(L)로부터 절단되고, 액적으로서 토출되게 된다.

방전 펄스(p5)는 방전 펄스(p3)(수평 펄스(p4)) 종단(終端)의 전위를 펄스 그룹(PS)의 시작점의 전위로 되돌리는 역할을 하는 것이다. 또한, 방전 펄스(p5)는 충전 펄스(p1) 및 방전 펄스(p3)에 의해 생긴 캐비티(17) 및 노즐(20) 내의 압력 진동(잔류 진동)을 조기(早期)에 감쇠시키는 역할을 하기 위해, 잔류 진동을 취소하는 타이밍에서 인가되도록 설계되어 있다.

상술한 토출 제어에 있어서, 충전 펄스(p1)의 인가 후의 메니스커스(25)의 위치, 즉 토출 예비 위치는 토출되는 액적의 양(토출량)에 크게 관계되는 요소이다. 예를 들어 토출 예비 위치가 노즐(20)의 안쪽에 근접하면 토출량은 상대적으로 감소하고, 토출 예비 위치가 노즐 개구(21)에 근접하면 토출량은 상대적으로 증가하게 된다. 즉, 토출 예비 위치를 안정화시키는 것은 안정적인 토출 제어를 행하기 위한 중요 사항으로 되어 있다.

본 실시예에 따른 노즐(20) 내의 오목부(30)는 이와 같은 사정을 감안하여 설치된 것이며, 메니스커스(25)가 인입될 때에 메니스커스(25)의 에지(25a)의 이동을 그 위치(심도)에서 규제하고, 토출 예비 위치를 안정화시키는 역할을 하는 것이다. 이와 같은 액적 토출 헤드(11)의 토출 제어를 함에 있어서는, 충전 펄스(p1) 인가 후의 메니스커스(25)의 에지(25a)가 오목부(30)의 형성 위치(심도)로 되도록, 충전 펄스(p1)의 크기를 적절하게 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는, 오목부(30)를 노즐(20)의 내주 방향을 따라 바퀴 형상으로 설치함으로써, 메니스커스(25)의 에지(25a)의 이동을 등방적으로 규제하도록 되어 있고, 메니스커스(25)의 형상에 악영향을 주지 않도록 배려가 되어 있다.

(변형예)

다음으로, 도 6을 참조하여 변형예에 대해서 앞의 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 6은 변형예에 따른 노즐 플레이트의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.

도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 이 변형예에 따른 노즐 플레이트(12)의 노즐(20)은 부분적으로 형성된 표면층(27)으로서의 볼록부(33)를 구비하고 있다. 이 볼록부(33)는 앞의 실시예에서의 오목부(30)(도 5 참조)와 마찬가지로 토출 제어 과정에서 메니스커스의 에지의 이동을 규제하는 역할을 하는 것이며, 본 발명의 메니스커스 규제부로 되어 있다. 이와 같은 볼록부(33)를 구비한 노즐 플레이트(12)는 이하에 설명하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

우선, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 노즐(20)이 형성된 노즐 플레이트(12)(기체 플레이트(26))의 테이퍼면(28) 측에 레지스트 필름(31)을 점착하고, 적절한 온도와 압력을 부여하여 레지스트 필름(31)을 노즐(20) 내의 소정 깊이까지 밀어 넣는다. 그리고, 기체 플레이트(26)의 노출면에 표면층(27)을 형성한 후, 레지스트 필름(31)을 제거한다.

다음으로, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(12)의 테이퍼면(28) 측에 다시 레지스트 필름(31)을 점착하고, 적절한 온도와 압력을 부여하여 레지스트 필름(31)을 노즐(20) 내의 소정 깊이까지 밀어 넣는다. 이 때 레지스트 필름(31)의 단면(31a)은 앞의 공정에서 형성된 표면층(27)의 단부(27a)를 덮는 위치까지 밀어 넣어진다.

다음으로, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 표면층(27)의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하고, 레지스트 필름(31)을 제거한다. 또한, 개구면(24)에 발액막을 형성하고, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같은 노즐 플레이트(12)가 완성된다.

또한, 상술한 공정의 응용으로서, 표면층(27) 대신에 플루오로알킬실란 등의 자기 조직화막을 형성하고, 에칭 대신에 Ar 플라스마 조사(照射) 등에 의한 표면 활성화 처리를 행함으로써, 볼록부(33)에 상당하는 영역을 발액화, Ar 플라스마 조 사를 받은 영역을 친액화할 수 있다. 이와 같은 발액화 영역(발액막)이 형성된 노즐(20)에서는 메니스커스가 인입될 때에 메니스커스의 에지의 이동이 발액화 영역/친액화 영역의 경계에서 규제되게 되고, 즉, 이와 같은 발액화 영역에 의해서도 본 발명의 메니스커스 규제부를 구성할 수 있다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에서의 메니스커스 규제부의 구조, 형상 등은 노즐의 내벽에서 메니스커스의 에지의 이동을 규제할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 앞의 실시예에서의 오목부(30)(도 2 참조)를 단면 V자형의 형상, 또는 볼록부(33)를 단면 설형(楔形)의 형상으로 하는 등의 변경도 가능하다. 이 메니스커스 규제부는 끊김이 없는 바퀴 형상의 구조체인 것이 바람직하다. 이 형상이라면, 메니스커스의 에지에 균일하게 접촉할 수 있기 때문에, 메니스커스의 이동을 안정시킬 수 있다.

(제 2 실시예)

다음으로, 도 7을 참조하여 제 2 실시예에 대해서 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 7은 제 2 실시예에 따른 구동 신호의 타이밍과 노즐 내의 메니스커스의 거동과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 노즐(20)은 서로 상이한 심도에서 형성된 제 1의 메니스커스 규제부로서의 제 1 오목부(41)와 제 2의 메니스커스 규제부로서의 제 2 오목부(42)를 갖고 있다. 또한, 이 제 2 실시예에서는, 펄스 그룹(PS1)을 포함하는 제 1 제어 모드의 구동 신호(COM1)와 펄스 그룹(PS2)을 포함하는 제 2 제어 모드의 구동 신호(COM2)가 준비되어 있고, 어느 하나의 모드를 선택하여 사용할 수 있다. 펄스 그룹(PS1)은 충전 펄스(p11)와 방전 펄스(p13)를, 펄스 그룹(PS2)은 충전 펄스(p21)와 방전 펄스(p23)를 각각 포함하고 있다.

제 1 제어 모드에 있어서, 충전 펄스(p11)가 인가되면, 메니스커스(25)는 정상 위치로부터 노즐(20)의 안쪽을 향하여 크게 인입된다(A1스텝). 이 때의 메니스커스(25)의 에지(25a)의 위치(심도)는 제 1 오목부(41)가 형성되어 있는 위치(심도)로 되어 있고, 이어지는 방전 펄스(p13)의 인가에 의해 액적이 토출된다(B1스텝).

제 2 제어 모드에 있어서, 충전 펄스(p21)가 인가되면, 메니스커스(25)는 정상 위치로부터 노즐(20)의 안쪽을 향하여 크게 인입된다(A2스텝). 충전 펄스(p21)는 제 1 제어 모드에 따른 충전 펄스(p11)와 비교하면 충분히 커져 있고, 이 때의 메니스커스(25)의 에지(25a)는 제 1 오목부(41)의 위치(심도)를 넘어 더 안쪽까지 인입되고, 제 2 오목부(42)의 위치에서 그 이동이 규제된다. 그리고, 이어지는 방전 펄스(p23)의 인가에 의해, 액적이 토출된다(B2스텝).

각 모드에서 토출량을 비교한 경우, 메니스커스(25)의 예비 토출 위치의 차이를 반영하여, 제 2 제어 모드에 따른 토출량이 제 1 제어 모드에 따른 토출량보다도 작아진다. 이와 같이, 메니스커스 규제부를 노즐 내의 상이한 심도로 설치한 제 2 실시예에서는, 예비 토출 위치의 안정화에 의해 안정성이 높은 토출 제어를 가능하게 하는 동시에, 모드에 따라 토출량을 변화시킬 수 있게 되어 있다.

또한, 제 1 제어 모드에 따른 구동 신호(COM1), 제 2 제어 모드에 따른 구동 신호(COM2)의 압전 소자(16)(도 3 참조)로의 공급은 토출 주기 단위에 의해 전환할 수 있도록 되어 있을 수도 있다. 또한, 하나의 구동 신호 내에 제 1 제어 모드에 따른 펄스 그룹(PS1)과 제 2 제어 모드에 따른 펄스 그룹(PS2)을 배치하고, 각각의 펄스 그룹을 택일식으로 선택함으로써, 시분할(時分割)에 의해 토출량의 전환을 행하도록 할 수도 있다.

본 발명은 상술의 실시예에 한정되지 않는다. 실시예의 각 구성은 이것들을 적절하게 조합, 생략하거나 도시 생략한 다른 구성과 조합하거나 할 수 있다.

도 1은 액적 토출 장치의 요부 구성을 나타내는 사시도.

도 2는 액적 토출 헤드의 요부 구성을 나타내는 단면도.

도 3은 액적 토출 장치의 전기적 구성을 나타내는 도면.

도 4는 노즐 플레이트의 제조 과정을 나타내는 단면도.

도 5는 구동 신호의 타이밍과 노즐 내의 메니스커스의 거동과의 관계를 나타내는 도면.

도 6은 변형예에 따른 노즐 플레이트의 제조 과정을 나타내는 단면도.

도 7은 제 2 실시예에 따른 구동 신호의 타이밍과 노즐 내의 메니스커스의 거동과의 관계를 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 액적 토출 헤드 12 : 노즐 플레이트

16 : 메니스커스 이동 수단으로서의 압전 소자

17 : 액실(液室)로서의 캐비티 20 : 노즐

21 : 노즐 개구 25 : 메니스커스

25a : 메니스커스의 에지 26 : 기체(基體) 플레이트

27 : 표면층 30 : 메니스커스 규제부로서의 오목부

33 : 메니스커스 규제부로서의 볼록부

41 : 제 1의 메니스커스 규제부로서의 제 1 오목부

42 : 제 2의 메니스커스 규제부로서의 제 2 오목부

200 : 액적 토출 장치

211 : 토출 제어 수단으로서의 제어 회로 기판

Claims

액상체가 공급되는 노즐과,

상기 노즐 내에서, 상기 액상체의 메니스커스를 이동시키기 위한 메니스커스 이동 수단과,

상기 노즐의 개구로부터의 소정 심도에서 당해 노즐의 내벽에 설치되어 있고, 상기 노즐 내에서의 상기 메니스커스의 에지의 이동을 당해 심도에서 규제하기 위한 메니스커스 규제부를 구비하고,

상기 매니스커스 규제부는, 상기 노즐의 내벽에 형성된 오목부 또는 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 메니스커스 규제부가 상기 노즐의 내주(內周) 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 메니스커스 규제부는, 상기 노즐의 내벽에 형성된 발액화 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
제 1 항에 있어서,

제 1의 상기 메니스커스 규제부와,

제 1의 상기 메니스커스 규제부와 상이한 심도로 설치된 제 2의 상기 메니스커스 규제부를 구비하는 액적 토출 헤드.
기체(基體)에 형성된 토출면과,

액실(液室)과,

상기 기체에 형성되고, 상기 토출면과 상기 액실을 접속하는 관통 구멍을 갖고,

상기 관통 구멍이 상기 토출면에 접하는 제 1 부분과 상기 액실에 접하는 제 2 부분을 포함하고,

상기 제 1 부분의 내벽에 바퀴 형상의 메니스커스 규제부가 형성되고, 상기 메니스커스 규제부가 상기 토출면과의 사이의 상기 제 1 부분의 내벽에 대하여 오목 또는 볼록한 액적 토출 헤드.
제 1 항에 기재된 액적 토출 헤드와, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키는 토출 제어 수단을 구비하는 액적 토출 장치로서,

상기 토출 제어 수단은, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A스텝과, 상기 A스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B스텝을 실행하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 4 항에 기재된 액적 토출 헤드와, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키는 토출 제어 수단을 구비하는 액적 토출 장치로서,

상기 토출 제어 수단은, 상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 제 1의 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A1스텝과, 상기 A1스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B1스텝을 실행하는 제 1 제어 모드와,

상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 제 2의 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A2스텝과, 상기 A2스텝 후에 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B2스텝을 실행하는 제 2 제어 모드를 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
액상체가 공급되는 노즐과, 상기 노즐 내에서, 상기 액상체의 메니스커스를 이동시키기 위한 메니스커스 이동 수단과, 상기 노즐의 개구로부터의 소정 심도에서 당해 노즐의 내벽에 설치되어 있고, 상기 노즐 내에서의 상기 메니스커스의 에지의 이동을 당해 심도에서 규제하기 위한 메니스커스 규제부를 구비하고, 상기 메니스커스 규제부는, 상기 노즐의 내벽에 형성된 오목부 또는 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드에서, 상기 메니스커스 이동 수단을 제어하여 상기 노즐로부터 액적을 토출시키기 위한 토출 제어 방법으로서,

상기 노즐의 안쪽을 향하여 상기 메니스커스 규제부에 따른 심도까지 상기 메니스커스의 에지를 이동시키는 A스텝과,

상기 A스텝 후에, 상기 노즐의 개구를 향하여 상기 메니스커스를 이동시켜 상기 액적을 토출시키는 B스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 토출 제어 방법.
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