KR20040038666A - 액체방울 토출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 소자의 발열(發熱)에 의해 토출용 액체를 급속 가열하는 것을 과제로 한다.
통상 구동 신호에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시킴으로써 개구로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 장치로서, 액체방울을 개구로부터 토출시키지 않는 동시에, 초음파대의 반복 주파수의 가열용 구동 신호를 압전 소자에에 인가한다.

Description

액체방울 토출 장치 및 방법{LIQUID DROPLET EJECTING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 압전 소자를 사용하여 액체방울을 대상물에 토출하는 액체방울 토출 장치 및 방법에 관한 것이다.
일본국 특개평11-138798호 공보에는, 액체방울 토출 장치의 일 응용예로서의 잉크젯 프린터가 개시되어 있다. 이 잉크젯 프린터는 가열 전용의 가열용 신호를 압전 수단(피에조 소자)에 인가함으로써, 압전 수단의 발열(發熱)에 의해 잉크를 가열하여 적정 온도화하는 것이다. 이러한 잉크젯 프린터에 의하면, 헤드의 구조를 복잡화시키지 않고, 잉크를 가열하는 것이 가능하며, 온도 변화에 기인한 잉크 점도의 변화에 의한 화상의 악영향을 회피할 수 있다.
그런데, 상기 잉크젯 프린터에서는, 가열용 신호의 반복 주파수를 헤드의 공진 주파수보다도 높게 설정함으로써 헤드로부터 잉크가 토출되지 않게 하거나, 또는 상기 반복 주파수를 공진 주파수 근방으로 설정한 경우에는, 가열용 신호의 진폭을 잉크가 토출하지 않을 정도로 설정하고 있다. 그러나, 상기 종래 기술의 지견(知見)에서는, 헤드 구동 신호 발생 수단과 가열용 신호 발생 수단을 각각 별도로 설치하고 있기 때문에 회로 구성이 복잡해지고, 화상 형성 영역 외에서 가열용 신호를 압전 소자(피에조 소자)에 인가하고 있을 뿐이므로, 화상 형성 영역 내에서의 토출 시에는 헤드 구동 조건에 따라서는 잉크의 온도가 저하되고 있기 때문에, 잉크를 급속 가열하여 잉크의 온도 저하에 기인하는 악영향(토출 불량)을 신속하게 해소하기 위해서는 불충분하여, 보다 효과적인 수단의 개발이 요망되고 있다. 또한, 이러한 종래 기술에 대해서는, 상술한 바와 같이 일본국 특개평11-138798호 공보에 개시되어 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 이하의 점을 목적으로 하는 것이다.
(1) 압전 소자의 발열에 의해 토출용 액체를 급속 가열한다.
(2) 토출용 액체를 토출 직전에 급속 가열함으로써 토출용 액체의 온도 변화에 기인하는 토출 성능의 저하를 억제한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체방울 토출 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 토출 헤드(7)의 상세 구성을 나타내는 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서의 액추에이터부(23)의 상세 구성을 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체방울 토출 장치의 전기적인 기능 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 통상 구동 신호 및 가열용 구동 신호의 각 파형(1주기분)을 나타내는 모식도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 통상 구동 신호와 가열용 구동 신호의 배치 관계 및 플러싱 구동 신호와 가열용 구동 신호의 위치 관계를 나타내는 모식도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
A : 액체방울 토출 장치
B : 본체
C : 제어 컴퓨터
1 : 베이스
2 : X방향 구동축
3 : Y방향 구동축
4 : X방향 구동 모터
5 : Y방향 구동 모터
6 : 스테이지(stage)
7 : 토출 헤드
8 : 제어 장치
8a : 연산 제어부
8b : 구동 신호 생성부
10 : 키보드
11 : 외부 기억부
12 : 표시부
20 : 노즐 형성판
20a : 토출용 개구
21 : 압력 발생실 형성판
22 : 진동판
23 : 액추에이터부(actuator部)
24 : 케이싱(casing)
30 : 압전 소자
31 : 고정 기판
32 : 홀더(holder)
33 : 구동용 집적 회로
33a : 전환 신호 생성부
33b : 스위치 회로
33c : 온도 검출부
34 : 플렉시블(flexible) 케이블
L : 토출용 액체
W : 대상물
ND : 통상 구동 신호
HD : 가열용 구동 신호
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 액체방울 토출 장치에 따른 제 1 수단으로서, 통상 구동 신호에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시킴으로써 개구(開口)로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 장치로서, 통상 구동 신호와는 다른 동시에, 토출용 액체를 개구로부터 토출시키지 않는 초음파대의 반복 주파수의 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가한다는 구성을 채용한다.
또한, 액체방울 토출 장치에 따른 제 2 수단으로서, 상기 제 1 수단에 있어서, 가열용 구동 신호는, 통상 구동 신호에 의해 액체방울이 토출되기 직전에 압전 소자에 인가된다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 3 수단으로서, 상기 제 1 또는 제 2 수단에 있어서, 가열용 구동 신호는, 통상 구동 신호에 의해 액체방울이 토출되는 동안에 압전 소자에 인가된다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 4 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 3 수단 중 어느 하나에 있어서, 온도 검출 수단에 의해 검출된 토출용 액체의 온도가 소정의 임계값 온도를 하회하면, 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가한다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 5 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 4 수단 중 어느 하나에 있어서, 가열용 구동 신호의 반복 주파수는 40㎑ 이상이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 6 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 5 수단 중어느 하나에 있어서, 가열용 구동 신호의 진폭은 통상 구동 신호의 반분(半分) 이하라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 7 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 인쇄용 잉크라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 8 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 배선 패턴을 형성하는 도전성 재료라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 9 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 투명 수지라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 10 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 컬러 필터의 착색층을 형성하기 위한 수지라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 11 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 전기 광학 물질이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 12 수단으로서, 상기 제 11 수단에 있어서, 전기 광학 물질은 일렉트로루미네선스를 나타내는 형광성 유기 화합물이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 장치에 따른 제 13 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 12 수단 중 어느 하나에 있어서, 예비 토출(플러싱(flushing))의 공정 전, 공정 중, 공정후에 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가한다는 구성을 채용한다.
한편, 본 발명에서는 액체방울 토출 방법에 따른 제 1 수단으로서, 통상 구동에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시켜 개구로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 방법에 있어서, 토출용 액체를 개구로부터 토출시키지 않는 초음파대의 반복 주파수의 가열 구동에 의해 토출용 액체를 가열한다는 구성을 채용한다.
또한, 액체방울 토출 방법에 따른 제 2 수단으로서, 상기 제 1 수단에 있어서, 가열 구동은 액체방울을 토출시키는 통상 구동의 직전에 실행된다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 3 수단으로서, 상기 제 1 또는 제 2 수단에 있어서, 가열 구동은 통상 구동의 동안에 실행된다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 4 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 3 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체의 온도가 소정의 임계값 온도를 하회하면, 가열 구동을 행한다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 5 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 4 수단 중 어느 하나에 있어서, 가열 구동의 반복 주파수는 40㎑ 이상이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 6 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 5 수단 중 어느 하나에 있어서, 가열 구동은 통상 구동의 반분 이하의 진폭(振幅)으로 실행된다는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 7 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 인쇄용 잉크라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 8 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 배선 패턴을 형성하는 도전성 재료라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 9 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 투명 수지라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 10 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 컬러 필터의 착색층을 형성하기 위한 수지라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 11 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 6 수단 중 어느 하나에 있어서, 토출용 액체는 전기 광학 물질이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 12 수단으로서, 상기 제 11 수단에 있어서, 전기 광학 물질은 일렉트로루미네선스를 나타내는 형광성 유기 화합물이라는 구성을 채용한다.
액체방울 토출 방법에 따른 제 13 수단으로서, 상기 제 1 내지 제 12 수단 중 어느 하나에 있어서, 예비 토출(플러싱)의 공정 전, 공정 중, 공정 후에 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가한다는 구성을 채용한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 액체방울 토출 장치 및 방법의 일 실시예에 대해서 설명한다.
[액체방울 토출 장치의 전체 구성]
도 1은 본 실시예에 따른 액체방울 토출 장치의 전체 구성을 나타내는 사시도이다. 이 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 액체방울 토출 장치(A)는 본체(B)와 제어 컴퓨터(C)로 구성되어 있다. 본체(B)는 베이스(1), X방향 구동축(2), Y방향 구동축(3), X방향 구동 모터(4), Y방향 구동 모터(5), 스테이지(6), 토출 헤드(7), 및 제어 장치(8) 등으로 구성되는 반면, 제어 컴퓨터(C)는 키보드(10), 외부 기억부(11) 및 표시부(12) 등을 구비하고 있다.
베이스(1)는 소정 면적을 갖는 사각형의 평판(平板)이고, 그 표면(상면) 위에는 서로 직교하여 배치된 X방향 구동축(2) 및 Y방향 구동축(3)이 설치되어 있다. X방향 구동축(2)은 볼나사 등으로 구성되어 있고, X방향 구동 모터(4)에 의해 회전 구동된다. 이 X방향 구동 모터(4)는, 예를 들어, 스테핑 모터이고, 제어 장치(8)로부터 입력되는 구동 신호에 의거하여 X방향 구동축(2)을 회전시킴으로써, 베이스(1) 위에서 토출 헤드(7)를 X방향(주(主)주사 방향)으로 이동시킨다.
Y방향 구동축(3)은 상기 X방향 구동축(2)과 동일하게 볼나사로 구성되어 있고, Y방향 구동 모터(5)에 의해 회전 구동된다. 이 Y방향 구동 모터(5)는, 예를 들어, 스테핑 모터이고, 제어 장치(8)로부터 입력되는 구동 신호에 의거하여 Y방향 구동축(3)을 회전시킴으로써, 베이스(1) 위에서 스테이지(6)를 Y방향(부(副)주사 방향)으로 이동시킨다. 스테이지(6)는 사각형의 평판이고, 그 상면에는 대상물(W)이 고정 상태로 탑재되어 있다. 이 대상물(W)은 토출 헤드(7)로부터 토출된 액체방울을 부착시키는 대상이며, 각종 용지나 기판 등이다.
토출 헤드(7)는 내부에 저장하는 토출용 액체를 압전 소자의 기계적 변형을 이용하여 액체방울로서 토출하는 것이며, 그 상세 구성에 대해서는 후술한다. 또한, 토출용 액체는 본 액체방울 토출 장치(A)의 용도에 따라 다양한 것이 적용되는데, 예를 들어, 각종 잉크나 수지 또는 전기 광학 물질 등이다. 제어 장치(8)는, 제어 컴퓨터(C)에 의한 제어 하에, 상기 X방향 구동 모터(4), Y방향 구동 모터(5) 및 토출 헤드(7)를 제어 구동하는 것이다.
한편, 제어 컴퓨터(C)의 구성요건인 키보드(10)는, 액체방울의 대상물(W)로의 토출에 관한 토출 조건 등의 각종 설정 정보를 입력하기 위한 것이다. 외부 기억부(11)는 상기 키보드(10)로부터 입력된 각종 설정 정보를 기억하는 것이며, 예를 들어, 하드 디스크 장치이다. 또한, 표시부(12)는 외부 기억부(11)에 이미 기억된 상기 각종 설정 정보나 키보드(10)로부터 입력된 각종 설정 정보를 화면 표시하기 위한 것이다.
이와 같이 구성된 본 액체방울 토출 장치(A)는, 제어 컴퓨터(C)에 의한 제어 하에 X방향 구동 모터(4) 및 Y방향 구동 모터(5)를 작동시킴으로써 대상물(W)과 토출 헤드(7)의 상대 위치 관계를 임의로 설정하는 동시에, 대상물(W)의 임의의 위치에 토출 헤드(7)로부터 액체방울을 토출하여 부착시킨다.
[토출 헤드(7)의 상세 구성]
이어서, 도 2는 상기 토출 헤드(7)의 상세 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 토출 헤드(7)는 노즐 형성판(20), 압력 발생실 형성판(21), 진동판(22), 액추에이터부(23) 및 케이싱(24) 등으로 구성되어 있다.
노즐 형성판(20)은 복수의 토출용 개구(20a)가 소정 간격으로 형성된 평판이다. 압력 발생실 형성판(21)은 하면이 상기 노즐 형성판(20)의 상면에 접착된 평판이며, 압력 발생실(21a), 측벽(격벽)(21b), 리저버(reservoir)(21c) 및 도입로(21d)가 에칭 가공에 의해 형성되어 있다. 압력 발생실(21a)은 상기 토출용 개구(20a)에 대응하여 복수 설치되어 있으며, 토출 직전의 토출용 액체를 저장하는 공간이다. 측벽(21b)은 이러한 각 압력 발생실(21a)을 구획하기 위한 것이다. 리저버(21c)는 토출용 액체를 각 압력 발생실(21a)에 공급하기 위한 유로이다. 또한, 도입로(21d)는 토출용 액체를 리저버(21c)로부터 각 압력 발생실(21a)에 도입하기 위한 것이다.
진동판(22)은 탄성 변형 가능한 박판(薄板)이며, 압력 발생실 형성판(21)의 상면에 접착되어 있다. 즉, 노즐 형성판(20)과 압력 발생실 형성판(21)과 진동판(22)은 접착제로 접합시킨 3층 구조를 갖고 있다. 진동판(22)의 상면에는 액추에이터부(23)가 설치되어 있으며, 진동판(22)에서 각 압력 발생실(21a)에 대응하는 부위는 액추에이터부(23) 내의 압전 소자에 의해 표면에 대하여 수직 방향으로 변형하게 되어 있다. 또한, 상기 노즐 형성판(20), 압력 발생실 형성판(21), 진동판(22) 및 액추에이터부(23)는 전체적으로 케이싱(24) 내에 수용되어 있고, 일체의 토출 헤드(7)를 형성하고 있다.
[액추에이터부(23)의 상세 구성]
도 3은 상기 액추에이터부(23)의 상세 구성을 나타내는 종단면도이다. 상기 진동판(22)의 각 압력 발생실(21a)에 대응하는 부위에는, 도시하는 바와 같이 압전소자(30)의 한쪽 끝이 접착 고정되어 있다. 이 압전 소자(30)는 외부로부터 인가되는 전압에 의해 상하 방향으로 신축(伸縮)되는 것이다. 압전 소자(30)의 다른쪽 끝은 고정 기판(31)에 접착 고정되어 있고, 고정 기판(31)은 홀더(32)에 접착 고정되어 있다. 이 홀더(32)는 진동판(22) 위에 고정되어 있다.
또한, 상기 고정 기판(31)에는 구동용 집적 회로(33)가 접착 고정되어 있고, 이 구동용 집적 회로(33)에는 플렉시블 케이블(34)을 통하여 제어 장치(8)(도 1 참조)로부터 각종 제어 신호나 구동 신호(통상 구동 신호나 가열용 구동 신호)가 공급된다. 구동용 집적 회로(33)는 상기 제어 신호에 의거하여 각종 구동 신호를 선택적으로 출력하는 것이며, 각 압전 소자(30)에는 구동용 집적 회로(33)에 의해 선택된 각종 구동 신호가 플렉시블 케이블(34)을 통하여 공급된다.
즉, 본 액체방울 토출 장치(A)의 토출 헤드(7)는, 구동용 집적 회로(33)로부터 압전 소자(30)에 선택적으로 공급되는 각종 구동 신호에 의해 압전 소자(30)가 상하 방향으로 신축된다. 그리고, 이 압전 소자(30)의 신축에 의해 압전 소자(30)의 바로 아래에 위치하는 진동판(22)의 부위는 상하 방향, 즉, 진동판(22)의 표면과 수직 방향으로 변형함으로써, 압력 발생실(21a)에 저장된 토출용 액체(L)가 액체방울(D)로서 대상물(W)을 향하여 토출된다.
[전기적 기능 구성]
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 액체방울 토출 장치(A)의 전기적인 기능 구성에 대해서 설명한다. 이 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 본체(B)에 설치된 제어 장치(8)는 연산 제어부(8a)와 구동 신호 생성부(8b)로 구성되는 반면, 토출헤드(7) 내에 설치된 구동용 집적 회로(33)는 전환 신호 생성부(33a), 스위치 회로(33b) 및 온도 검출부(33c) 등으로 구성되어 있다.
연산 제어부(8a)는 제어 컴퓨터(C)로부터 입력된 설정 정보 및 내부에 미리 기억된 제어 프로그램에 의거하여 X방향 구동 모터(4) 및 Y방향 구동 모터(5)를 제어 구동하는 동시에, 압전 소자(30)를 구동하기 위한 각종 구동 신호(a)를 생성하기 위한 각종 데이터(구동 신호 생성용 데이터)를 구동 신호 생성부(8b)에 출력한다. 또한, 연산 제어부(8a)는 상기 제어 프로그램에 의거하여 선택 데이터(b)를 생성하여 전환 신호 생성부(33a)에 출력한다. 이 선택 데이터(b)는 구동 신호(a)의 인가 대상으로 되는 압전 소자(30)를 지정하기 위한 노즐 선택 데이터와 압전 소자(30)에 인가하는 구동 신호를 지정하기 위한 파형 선택 데이터로 이루어진다.
또한, 본 연산 제어부(8a)는 온도 검출부(33c)로부터 입력되는 온도 검출 신호(c)를 가미(加味)하여 상기 파형 선택 데이터를 생성하도록 구성되어 있다. 즉, 본 연산 제어부(8a)는 온도 검출 신호(c)에 따라 통상 구동 신호 또는 가열용 구동 신호 중 어느 한쪽을 전환 신호 생성부(33a)에 대하여 선택 지정한다.
구동 신호 생성부(8b)는 상기 구동 신호 생성용 데이터에 의거하여 소정 형상의 각종 구동 신호, 즉, 통상 구동 신호 및 가열용 구동 신호를 생성하여 스위치 회로(33b)에 출력한다.
도 5는 통상 구동 신호 및 가열용 구동 신호의 각 파형(1주기분)을 나타내는 모식도이다. 이 도 5에 있어서, (a)는 통상 구동 신호(ND)의 파형을 나타내고, (b)는 가열용 구동 신호(HD)의 파형을 나타낸다. 통상 구동 신호(ND)의 반복 주파수(f)는 10㎑로 설정되어 있는 것에 대하여, 가열용 구동 신호(HD)의 반복 주파수(f)는 초음파 영역의 40㎑ 이상의 주파수가 바람직하지만, 본 실시예에서는 100㎑로 설정되어 있다. 이 100㎑ 근방의 반복 주파수(f)는 압전 소자(30)를 충분히 구동(기계적 변형)할 수 있는 것인 동시에, 압전 소자(30)를 고속 구동함으로써 작동열을 양호한 응답성으로 발생시키는 주파수이다. 또한, 가열용 구동 신호(HD)의 진폭은 토출용 개구(20a)로부터 액체방울(D)을 토출시키지 않을 정도의 레벨, 예를 들어, 통상 구동 신호(ND)의 진폭(VHN)의 반분 이하가 바람직하지만, 본 실시예에서는 통상 구동 신호(ND)의 진폭(VHN)의 정확히 반분(50%)으로 설정되어 있다.
한편, 전환 신호 생성부(33a)는 선택 데이터(b)에 의거하여 각 압전 소자(30)로의 구동 신호(a)의 도통/비도통을 지시하는 전환 신호를 생성하여, 스위치 회로(33b)에 출력한다. 스위치 회로(33b)는 각 압전 소자(30)마다 설치되어 있고, 전환 신호에 의해 지정된 구동 신호를 압전 소자(30)에 출력한다. 온도 검출부(33c)는 구동용 집적 회로(33)의 동작 온도를 검출하여, 온도 검출 신호(c)로서 연산 제어부(8a)에 출력한다.
여기서, 구동용 집적 회로(33)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 고정 기판(31)에 접착 고정되는 반면, 이 고정 기판(31)에는, 구동 신호에 의거한 작동에 의해 열(작동열)을 발생하는 각 압전 소자(30)의 다른쪽 끝도 접착 고정되어 있다. 즉, 온도 검출부(33c)가 수용된 구동용 집적 회로(33)와 각 압전 소자(30)는 열전도성이 우수한 고정 기판(31)을 통하여 밀접하게 열결합된 상태에 있다. 따라서, 온도 검출부(33c)가 검출하는 구동용 집적 회로(33)의 동작 온도는, 압전 소자(30)의 작동열을 정확히 반영한 것으로 된다. 또한, 압전 소자(30)는 진동판(22)(박판)을 사이에 두어 토출용 액체(L)와 밀접하게 열결합되고 있기 때문에, 온도 검출부(33c)는 다소의 온도차는 있지만, 토출용 액체(L)의 온도를 압전 소자(30)의 온도로서 거의 정확하게 검출한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 액체방울 토출 장치의 동작에 대해서 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 처음으로 통상 동작에 대해서 설명한다.
연산 제어부(8a)에 의한 X방향 구동 모터(4) 및 Y방향 구동 모터(5)의 제어 구동과 전환 신호 생성부(33a)로의 선택 데이터(b)의 출력, 및 구동 신호 생성부(8b)에 의한 스위치 회로(33b)로의 각종 구동 신호의 출력은 동기하여 실행된다. 즉, 연산 제어부(8a)에 의한 제어 구동에 의해 X방향 구동 모터(4) 및 Y방향 구동 모터(5)가 작동하여, 토출 헤드(7)와 대상물(W)의 상대 위치가 적절히 설정된 상태에서, 구동용 집적 회로(33)의 스위치 회로(33b)로부터 압전 소자(30)에 통상 구동 신호(ND)가 연속적으로 인가되고, 토출용 액체(L)가 토출용 개구(20a)로부터 액체방울(D)로서 대상물(W)에 연속하여 토출된다.
이러한 압전 소자(30)의 통상 구동은, 반복 주파수(f)가 10㎑인 반복 주파수로 실행된다. 이 경우, 압전 소자(30)에 의해 작동열이 발생하여 토출용 액체(L)는 가열되지만, 토출용 액체(L)의 일부가 액체방울(D)로서 대상물(W)에 토출되기 때문에, 상기 작동열의 일부는 액체방울(D)에 의해 외부로 방출되고, 따라서, 토출용 액체(L)는 효율적으로 가열되지 않는다. 그리고, 이러한 토출용 액체(L)의 온도 상승은, 고정 기판(31)을 개재시킴으로써 압전 소자(30)와 밀접하게 열결합된 구동용 집적 회로(33) 내의 온도 검출부(33c)에 의해 등가적으로 압전 소자(30)의 온도 상승으로서 검출된다.
연산 제어부(8a)는 온도 검출부(33c)로부터 입력되는 온도 검출 신호(c)에 의거하여 토출용 액체(L)의 온도를 파악하고, 이 온도가 소정의 임계값 온도를 하회하고 있을 경우에는, 구동 신호 생성부(8b)에 가열용 구동 신호(HD)의 생성을 지시하는 동시에, 상기 가열용 구동 신호(HD)의 압전 소자(30)로의 인가를 지시하는 선택 데이터(b)를 생성하여 전환 신호 생성부(33a)에 출력한다. 그 결과, 가열용 구동 신호(HD)가 압전 소자(30)에 인가되고, 압전 소자(30)는 100㎑의 반복 주파수(f)로 비토출 상태에서 구동(가열 구동)된다. 그리고, 이 비토출, 또한, 100㎑라는 고주파에 의한 구동에 의해 토출용 액체(L)의 온도는 급속하게 상승한다.
도 6의 (a)는 통상 구동 신호(ND)와 가열용 구동 신호(HD)의 배치 관계를 나타내는 모식도이다. 이 도 6에 나타낸 바와 같이, 통상 구동 신호(ND)의 사이에 가열용 구동 신호(HD)가 삽입됨으로써, 통상 구동 기간(Tn)의 사이에 가열 구동 기간(Th)이 삽입되어, 토출용 액체(L)의 온도 저하가 억제된다.
일반적으로, 액체방울 토출 장치에서는, 대상물(W)에 통상 구동의 동안에 있어서, 즉, X방향의 1라인에 걸친 토출이 종료되어 다음 라인의 토출을 행하기 직전의 전단계에 있어서, 상기 다음 라인에서의 정상적인 토출 성능을 확보하기 위해 예비적인 토출 공정(플러싱 공정)이 실행된다. 상기 가열 구동 기간(Th)은 이러한플러싱 공정 중에 설정되는 것일 수도 있으며, 플러싱 구동 신호의 사이 또는 플러싱 파형의 직전에 인가하여 플러싱을 보다 효과적으로 실행하거나, 또는 플러싱 직후로부터 토출 직전까지의 사이에 인가하여, 토출을 정상적으로 행한다. 즉, 본 액체방울 토출 장치는, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 통상 토출 직전의 플러싱 공정 전, 공정 중, 공정 후에서 압전 소자(30)를 가열 구동함으로써 토출용 액체(L)의 온도 저하를 억제한다.
본 실시예에 의하면, 통상 구동에서 토출용 액체(L)의 온도가 임계값 온도를 하회하면, 압전 소자(30)는 통상 구동 대신에 비토출 상태, 또한, 초음파 영역의 반복 주파수로 구동되기 때문에, 토출용 액체(L)의 온도는 급속히 온도 상승하여 규정 온도 이상으로 유지된다. 따라서, 토출용 액체(L)의 온도 저하에 기인하는 토출 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 가열 구동을 플러싱 공정 전, 공정 중, 공정 후에서 행함으로써, 액체방울 토출 장치로서의 동작 효율을 희생하지 않고, 토출용 액체(L)의 가열을 실현할 수 있다.
본 액체방울 토출 장치는 다방면의 용도에 응용할 수 있는 것이며, 예를 들어, 이하와 같은 응용을 생각할 수 있다.
(1) 대상물(W)로서의 용지나 각종 필름에 토출용 액체(L)로서의 잉크를 토출함으로써, 문자나 화상을 묘화(描畵)하는 인쇄 장치에 응용한다.
(2) 대상물(W)로서의 기판에 토출용 액체(L)로서의 도전성 액체를 토출함으로써, 전자 회로의 배선 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치에 응용한다.
(3) 대상물(W)로서의 기판에 토출용 액체(L)로서의 투명 수지를 토출하여,마이크로 렌즈를 형성하는 마이크로 렌즈 제조 장치에 응용한다. 또한, 이 경우, 기판에 부착된 투명 수지는 자외선 등의 조사에 의해 고화(固化)되어 최종적으로 마이크로 렌즈가 기판 위에 형성된다.
(4) 대상물(W)로서의 기판에 토출용 액체(L)로서 착색용 수지를 토출함으로써, 컬러 필터의 착색층을 형성하는 컬러 필터 제조 장치에 응용한다.
(5) 대상물(W)로서의 기판에 토출용 액체(L)로서의 전기 광학 물질, 즉, 일렉트로루미네선스를 나타내는 형광성 유기 화합물을 토출함으로써, 유기 일렉트로루미네선스(EL) 표시판을 형성하는 유기 EL 표시판 제조 장치에 응용한다.
또한, 상기 실시예에서는 가열 구동 기간(Th)을 플러싱 공정 전, 공정 중, 공정 후로 설정하고, 상기 플러싱 공정 전, 공정 중, 공정 후에서 압전 소자(30)를 가열 구동하도록 했지만, 통상 구동 기간(Tn) 내에 비교적 짧은 기간의 가열 구동 기간(Th)을 설정함으로써 토출용 액체(L)의 온도 저하를 억제하도록 할 수도 있다. 본 실시예의 가열용 구동 신호(HD)의 반복 주파수(100㎑)는 통상 구동 신호(ND)의 반복 주파수(10㎑)의 10배, 즉, 가열용 구동 신호(HD)는 통상 구동 신호(ND)와 비교하여 상당히 짧은 주기의 신호로 설정되어 있다. 따라서, 통상 구동 신호(ND)의 사이에 몇 주기(즉, 단기간)의 가열용 구동 신호(HD)를 용이하게 삽입할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 통상 구동 신호에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시킴으로써 개구로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 장치로서, 액체방울을 개구로부터 토출시키지 않는 동시에, 초음파대의 반복 주파수의 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가하기 때문에, 즉, 압전 소자는 액체방울을 토출하지 않고, 또한, 초음파 영역의 반복 주파수로 구동되기 때문에, 토출용 액체의 온도를 급속 가열하여 규정 온도 이상으로 유지 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 토출용 액체의 온도 저하에 기인하는 토출 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (26)

  1. 통상 구동 신호에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시킴으로써 개구(開口)로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 장치로서,
    액체방울을 개구로부터 토출시키지 않는 동시에, 초음파대의 반복 주파수의 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가열용 구동 신호는, 통상 구동 신호에 의해 액체방울이 토출되기 직전에 압전 소자에 인가되는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가열용 구동 신호는, 통상 구동 신호에 의해 액체방울이 토출되는 동안에 압전 소자에 인가되는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    온도 검출 수단에 의해 검출된 토출용 액체의 온도가 소정의 임계값 온도를 하회하면, 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가열용 구동 신호의 반복 주파수는 40㎑ 이상인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가열용 구동 신호의 진폭은 통상 구동 신호의 반분(半分) 이하인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    토출용 액체는 인쇄용 잉크인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    토출용 액체는 배선 패턴을 형성하는 도전성 재료인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    토출용 액체는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 투명 수지인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    토출용 액체는 컬러 필터의 착색층을 형성하기 위한 수지인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    토출용 액체는 전기 광학 물질인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전기 광학 물질은 일렉트로루미네선스를 나타내는 형광성 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    예비 토출(플러싱(flushing))의 공정 전, 공정 중, 공정 후에 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 장치.
  14. 통상 구동에 의해 압전 소자를 기계적으로 변형시켜 개구로부터 토출용 액체를 액체방울로서 토출시키는 방법에 있어서,
    토출용 액체를 개구로부터 토출시키지 않는 동시에, 초음파대의 반복 주파수로 압전 소자를 가열 구동함으로써 토출용 액체를 가열하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    가열 구동은 액체방울을 토출시키는 통상 구동의 직전에 실행되는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    가열 구동은 통상 구동의 동안에 실행되는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체의 온도가 소정의 임계값 온도를 하회하면, 가열 구동을 행하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    가열 구동의 반복 주파수는 40㎑ 이상인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    가열 구동은 통상 구동의 반분 이하의 진폭(振幅)으로 실행되는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  20. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체는 인쇄용 잉크인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  21. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체는 배선 패턴을 형성하는 도전성 재료인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  22. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 투명 수지인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  23. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체는 컬러 필터의 착색층을 형성하기 위한 수지인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  24. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    토출용 액체는 전기 광학 물질인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    전기 광학 물질은 일렉트로루미네선스를 나타내는 형광성 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
  26. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    예비 토출(플러싱)의 공정 전, 공정 중, 공정 후에 가열용 구동 신호를 압전 소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 액체방울 토출 방법.
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