KR20050065272A

KR20050065272A - 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치

Info

Publication number: KR20050065272A
Application number: KR1020040072881A
Authority: KR
Inventors: 나카무라히로후미
Original assignee: 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2005-06-29
Also published as: JP2005186331A; CN100337824C; CN1636727A; KR100702410B1; JP4506170B2; US20050140742A1; US7500734B2

Abstract

잉크 유로로부터 압력실로 공급된 잉크를 액추에이터의 동작에 의해 노즐로부터 토출시키는 기록 헤드에 있어서, 압력실마다 액추에이터를 1개 배치하고, 그 액추에이터의 복수의 공진 모드를 시간적으로 위상을 어긋나게 하여 동시에 진동시키도록 구동 제어한다.

Description

잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치{INKJET RECORDING HEAD AND INKJET RECORDING APPARATUS}

본 발명은 잉크 탱크로부터 공급되는 잉크를 노즐로부터 토출시키는 압력실을 그 노즐마다 구비한 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치에 관한 것이다.

종래부터, 주(主)주사 방향으로 왕복(往復) 이동하는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐로부터 선택적으로 잉크방울을 토출하여, 부(副)주사 방향으로 반송(搬送)되어 오는 기록지(記錄紙) 등의 기록 매체에 문자나 화상 등을 인쇄하는 잉크젯 기록 장치는 알려져 있다.

이러한 잉크젯 기록 장치에는, 압전 방식이나 버블(bubble) 방식 등의 기록 헤드가 사용된다. 예를 들면, 압전 방식의 경우, 도 11의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 잉크 탱크로부터 잉크(100)가 공급되는 잉크실로서의 압력실(102)에 압전 소자(전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 액추에이터)(104)가 설치되고, 그 압전 소자(104)가 압력실(102)의 부피를 감소시키도록 오목한 형상으로 휨 변형되어 압력실 내의 잉크(100)를 가압하여, 압력실(102)에 연통(連通)하는 노즐(106)로부터 잉크방울(100A)로서 토출시키도록 구성되어 있다.

이러한 기록 헤드에 있어서, 최근에는, 고화질(高畵質) 인쇄를 목적으로 하여, 고점도(高粘度) 잉크를 토출할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다. 또한, 정밀 배선 기판이나 화상 출력 디바이스 필터 등의 제조 분야에서도, 잉크젯 기록 장치(잉크젯 기록 헤드)를 사용하여 고점도 매체를 토출할 수 있도록 하는 것이 요망되고 있다.

그러나, 상기 압전 방식이나 버블 방식의 잉크젯 기록 헤드에서는, 노즐로부터 잉크방울을 토출한 후, 그 노즐에 연통하는 압력실(잉크 유로(流路))으로의 잉크 탱크로부터의 잉크 재충전은 잉크 자체가 갖는 메니스커스의 표면장력에 의해 행하여지기 때문에, 그 재충전을 위한 시간이 길게 소요된다는 문제가 있었다. 따라서, 잉크(매체)가 고점도화되면, 잉크 재충전 시간이 더 길게 소요된다는 문제가 발생한다.

이것을 해결하기 위해, 예를 들어, 노즐에 연통하는 압력실(잉크 유로)에 복수개의 압전 소자를 소정 간격을 두어 직선상으로(열(列) 형상으로) 배열 설치하고, 각 압전 소자에 인가하는 교류 전압의 위상(位相)을 서로 어긋나게 함으로써, 압력실 내에 직선적인 진행파를 발생시켜, 압력실 내의 잉크를 노즐로부터 토출시키도록 한 잉크젯 기록 헤드가 있다(예를 들어, 일본국 특개평6-218917호 공보 참조).

이 구성에 의하면, 압전 소자의 구동에 의해, 압력실 내의 잉크가 노즐 방향으로 유출(流出)되는 동시에, 그 압력실 내의 상류측(上流側)이 부압(負壓)으로 되기 때문에, 고점도의 잉크(매체)일지라도, 잉크 탱크 내로부터 압력실 내로 적합하게 유입(流入)된다. 따라서, 압력실 내에 잉크가 재충전될 때까지 대기할 필요가 없어, 즉시 다음 잉크를 토출할 수 있다.

그러나, 이 구성에서는 단일 압력실(잉크 유로) 내에 복수개의 압전 소자를 열 형상으로 설치할 필요가 있기 때문에, 배치 면적이 커지고, 노즐이 고밀도로 배치된 기록 헤드를 실현할 수 없다는 과제가 있었다. 또한, 그 압력실(잉크 유로)은 노즐마다 복수 설치되기 때문에, 1개의 기록 헤드에 대하여 압전 소자가 다수 필요하고, 결과적으로 제조 비용이 상승한다는 과제도 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 안출된 것으로서, 노즐에 연통하고 있는 압력실으로의 잉크 재충전 시간이 단축되는 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 노즐이 고밀도로 배치되는 잉크젯 기록 헤드를 제공한다. 또한, 본 발명은 제조 비용의 저감이 도모되는 잉크젯 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치를 제공한다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드는 잉크 유로(流路)와, 잉크 유로에 상호 연결되는 복수개의 이젝터(ejector)로서, 각 이젝터가 압력실과 노즐과 잉크 토출을 위해 압력실의 내부 공간을 변형시킬 수 있는 단일 액추에이터를 포함하는, 상기 복수개의 이젝터를 포함하고, 상기 액추에이터는 복수의 공진(共振) 모드를 시간적으로 위상을 어긋나게 하여 동시에 진동시키도록 구동 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 매체에 잉크 액체방울을 분사(噴射)하는 잉크젯 기록 장치에 있어서, (A)복수의 잉크젯 유닛으로서, 각 잉크젯 유닛이, 일체 구성된 헤드 및 잉크 탱크를 갖고, 헤드가, (i)잉크 유로와, (ii)잉크 유로에 상호 연결되는 복수개의 이젝터로서, 각 이젝터가 압력실과 노즐과 잉크 토출을 위해 압력실의 내부 공간을 변형시킬 수 있는 단일 액추에이터를 포함하는, 상기 복수개의 이젝터를 포함하고, (iii)상기 액추에이터는, 복수의 공진 모드를 시간적으로 위상을 어긋나게 하여 동시에 진동시키도록 구동 제어되는, 상기 복수의 잉크젯 유닛과, (B)잉크젯 유닛을 일체 수용하는 보관 유지부와, (C)잉크 액체방울 분사 시에, 매체 및 보관 유지부의 적어도 한쪽을 이동 구동하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

기록지(P)의 잉크젯 기록 장치에서의 반송 방향을 부(副)주사 방향으로 하여 화살표 S로 나타내고, 반송 방향 S와 직교하는 방향을 주(主)주사 방향으로 하여 화살표 M으로 나타내며, 잉크의 흐름을 화살표 F로 나타낸다.

도면에 있어서, 화살표 UP, 화살표 LO, 화살표 FR, 화살표 RE, 화살표 LE, 화살표 RI는 각각 상방향, 하방향, 전방향, 후방향, 좌방향, 우방향을 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 잉크젯 기록 장치(10)는 흑색(black), 황색(yellow), 자홍색(magenta), 청록색(cyan)의 각 잉크젯 기록 유닛(30)(잉크젯 기록 헤드(32))을 탑재하는 캐리지(carriage)(12)를 구비한다. 캐리지(12)의 기록지(P)의 반송 방향 상류측에는 한 쌍의 브래킷(bracket)(14)가 돌출 설치된다. 브래킷(14)에는 원 형상의 개구(14A)(도 2 참조)가 형성된다. 개구(14A)에는 주주사 방향으로 연장되는 샤프트(20)가 삽입된다.

주주사 방향의 양단측(兩端側)에는, 주주사 기구(16)를 구성하는 구동 풀리(pulley)(도시 생략)와 종동(從動) 풀리(도시 생략)가 배열 설치된다. 타이밍 벨트(22)는 구동 풀리와 종동 풀리에 감겨 주주사 방향으로 주행한다. 타이밍 벨트(22)의 일부는 캐리지(12)에 고정된다. 따라서, 캐리지(12)는 주주사 방향으로 왕복 이동 가능하도록 지지 및 구성된다.

잉크젯 기록 장치(10)에는 화상 인쇄 전의 기록지(P) 뭉치를 수용하기 위한 급지(給紙) 트레이(26)가 설치된다. 급지 트레이(26)의 위쪽에는 화상 인쇄 후의 기록지(P)가 배출되는 배지(排紙) 트레이(28)가 설치된다. 또한, 급지 트레이(26)로부터 1매씩 급지된 기록지(P)를 소정의 피치로 부주사 방향으로 반송하는 반송 롤러 및 배출 롤러로 이루어지는 부주사 기구(18)가 설치되어 있다.

그 이외에, 이 잉크젯 기록 장치(10)에는 인쇄 시에서 각종 설정을 행하는 컨트롤 패널(24)과 메인티넌스 스테이션(도시 생략) 등이 설치된다. 메인티넌스 스테이션은 캡부재, 흡인 펌프, 더미젯(dummy-jet) 받이, 클리닝(cleaning) 기구 등을 포함하여 구성되어 있으며, 흡인 회복 동작, 더미젯 동작, 클리닝 동작 등의 메인티넌스 동작을 행한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 각색(各色)의 잉크젯 기록 유닛(30)은 잉크젯 기록 헤드(이하, 기록 헤드)(32)와, 상기 잉크젯 기록 헤드(32)에 잉크를 공급하는 잉크 탱크(34)를 일체로 구성하여 이루어진다.

기록 헤드(32)의 하면(下面) 중앙의 잉크 토출면(32A)에 형성된 복수의 노즐(42)(도 3 참조)이 기록지(P)와 대향하도록 캐리지(12) 상에 탑재된다.

주주사 기구(16)에 의해 기록 헤드(32)가 주주사 방향으로 이동하면서, 기록지(P)에 대하여 노즐(42)로부터 선택적으로 잉크방울을 토출함으로써, 소정의 밴드 영역에 대하여 화상 데이터에 의거한 화상의 일부가 기록된다.

주주사 방향으로의 1회의 이동이 종료되면, 기록지(P)는 부주사 기구(18)에 의해 부주사 방향으로 소정 피치 반송되고, 다시 기록 헤드(32)(잉크젯 기록 유닛(30))가 주주사 방향(상술한 것과는 반대방향)으로 이동하면서, 다음 밴드 영역에 대하여 화상 데이터에 의거한 화상의 일부가 기록된다. 이 일련의 동작을 복수회 반복함으로써, 기록지(P)에 화상 데이터에 의거한 전체 화상이 풀 컬러(full-color)로 기록된다.

다음으로, 기록 헤드(32)에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 기록 헤드(32)에는 잉크 탱크(34)와 연통하는 잉크 주입구(36)가 설치된다. 잉크 주입구(36)로부터 주입된 잉크는, 후술하는 각 압력실(44)의 공통의 잉크 유로로 되는 가늘고 긴 풀(pool)(38)에 저장된다. 도 3에서는 풀(38)이 1개만 도시되어 있지만, 실제로는 도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 풀(38)은 그 짧은 쪽 방향으로 소정 간격을 두어 복수 평행하게 병설(竝設)된다.

기록 헤드(32)에는, 풀(38)의 긴 쪽 방향으로 소정 간격을 두어 다수의 이젝터(40)가 배열 설치된다. 이젝터(40)의 각각은 잉크방울을 토출하는 노즐(42)과, 노즐(42)과 연통하고, 그 노즐(42)로부터 잉크방울을 토출시키기 위해 잉크를 가감압(加減壓)하는 압력실(44)로 이루어진다. 즉, 각 이젝터(40)는 평면으로부터 보아 그 압력실(44)이 풀(38)과 겹치도록, 또한 그 노즐(42)이 인접하는 풀(38)의 각 이젝터(40)의 노즐(42)과 서로 지그재그 형상으로 배치되도록 풀(38)의 긴 쪽 방향으로 열 형상으로 배열 설치된다.

따라서, 각 노즐(42)은 전체적으로 매트릭스 형상에 의해 고밀도로 배치되고, 이것에 의해, 캐리지(12)의 주주사 방향으로의 1회의 이동으로 넓은 밴드 영역에 화상을 형성할 수 있고, 또한 그 주사 시간이 짧아도 된다. 즉, 적은 캐리지(12)의 이동 횟수 및 시간으로 기록지(P)의 전면(全面)에 걸쳐 화상 형성을 행하는 고속 인쇄를 실현할 수 있다.

압력실(44)은 평면으로부터 보아 대략 사각 형상(바람직하게는, 평면으로부터 보아 대략 원 형상)으로 형성된다. 압력실(44)의 상방(上方) 측에는 적어도 상하 방향으로 탄성(彈性)을 갖는 진동판(46)이 설치된다(도 5의 (a) 참조). 진동판(46)의 상면에는 진동판(46)을 면외(面外) 진동(휨 변형)시키는, 즉, 도 5의 (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 상하 방향으로 휨 변형시키는 압전 소자(액추에이터)(50)가 접착된다.

압전 소자(50)는, 도 4의 (a) 및 (b), 도 6의 (a)∼(c)(도 3에서는 도시 생략)에 나타낸 바와 같이, 압력실(44)의 벽상(壁上)에 존재하는 전극 패드부(또는 배선 접속부)(50A)를 갖는다. 압전 소자(50)는 각 압력실(44)에 대하여 1개씩 설치되고, 각 압력실(44)의 내부에 충전된 잉크에 회전 진행파, 예를 들어, 도 3의 화살표 F로 나타낸 바와 같은 시계 반대방향의 회전류(回轉流)를 발생시킨다.

압력실(44)의 진동판(46)과 대향하는 면 측의 중앙에는, 풀(38)(잉크 유로)과 연통하는 잉크 공급구(잉크 유입구)(48)가 설치된다. 압력실(44)의 오른쪽 뒤의 코너부에는, 노즐(42)과 연통하는 연통로(잉크 유출구)(43)가 설치된다.

일반적으로, 회전류의 중심 부분은 부압으로 되기 때문에, 잉크 공급구(48)가 압력실(44)의 중앙에 설치된다. 도 3에 있어서, 시계 반대방향으로 회전하는 회전류(화살표 F로 도시되어 있음)의 최외주(最外周) 측이 최대 정압(正壓)으로 되기 때문에, 노즐(42)과 연통하는 연통로(43)가 압력실(44)의 코너부, 예를 들어, 오른쪽 뒤의 코너부에 설치된다. 이러한 구성에 의해, 잉크는 압력실(44) 내에 적합하게 유입되어 압력실(44)(노즐(42))로부터 토출된다.

압력실(44)의 상면, 즉, 진동판(46)을 면외 진동(휨 변형)시키는 압전 소자(50)에는, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한쪽 극성(極性)으로 되는 개별(個別) 전극(52, 54)이 압전 소자(50)의 왼쪽 반분(半分) 측에 상하로 나란히 설치된다. 각 개별 전극(52, 54)은 전극 패드부(50A)까지 세선(細線)(도시 생략)으로 도통(導通) 접속되어 있고, 또한 전극 패드부(50A)로부터 땜납 접속에 의해 구동 회로(도시 생략)에 접속된다. 그리고, 진동판(46)이 다른쪽 극성으로 되는 공통 전극으로 된다.

이러한 구조의 경우, 2차 공진 모드는, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 영역 R1과 영역 R3이 서로 180° 위상이 반전(反轉)된 면외 휨 변형이다. 또한, 3차 공진 모드는, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 영역 R2와 영역 R4가 서로 180° 위상이 반전된 면외 휨 변형이다. 또한, 이들 공진 모드의 공진 주파수는 대략 동일하다. 따라서, 단일 주파수를 갖는 전압 파형에서도, 복수의 공진 모드를 동시에 진동시킬 수 있다.

즉, 압전 소자(50)의 개별 전극(52, 54)에는, 공진 모드에 대응하는 공진 주파수와 대략 일치하는 사인(sine) 파형(전기 신호)의 교류 전압이 시간적으로 90° 위상을 어긋나게 한 상태로 인가된다. 개별 전극(52)과 진동판(46)(공통 전극) 사이에 상기 교류 전압이 인가되면, 2차 공진 모드가 여진(勵振)되기 때문에, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 개별 전극(52)을 포함하는 영역 R1과 영역 R3에 서로 180° 위상이 반전된 상태의 진동이 발생한다.

한편, 개별 전극(54)과 진동판(46) (공통 전극) 사이에 상기 교류 전압이 인가되면, 3차 공진 모드가 여진되기 때문에, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 개별 전극(54)을 포함하는 영역 R2와 영역 R4에 서로 180° 위상이 반전된 상태의 진동이 발생한다. 이들 2개의 교류 전압은 시간적으로 90° 위상이 어긋나 있기 때문에, 예를 들어, 도 10에 나타낸 바와 같은 시계 반대방향의 회전 진행파(휨 변형)가 발생하고, 그 결과, 압력실(44) 내의 잉크에 시계 반대방향의 회전류가 발생한다.

여기서, 압전 소자(50)의 진동에 의해, 압력실(44) 내에 회전 진행파가 발생하는 과정, 환언하면, 압력실(44)이, 예를 들어, 도시한 시계 반대방향으로 압축 변형되는 과정을 도 7a 및 도 7b를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도 7b에서는 진동판(46)의 휨 변형만을 나타내고, 압전 소자(50)는 생략하고 있는데, 도면 중의 오른쪽 아래가 전극 패드부(50A)의 방향이다.

일반적으로, 압전 소자(50)에 마이너스 전압(역(逆)전압)을 인가하면, 압전 소자(50)는 신장(伸長)하려고 하기 때문에, 진동판(46)은 볼록하게 변형되고(도 5의 (b) 참조), 플러스 전압(정(正)전압)을 인가하면, 압전 소자(50)는 수축하려고 하기 때문에, 진동판(46)은 오목하게 변형된다(도 5의 (c) 참조). 이 특성을 이용하여 상기 영역 R1∼R4에 요철(凹凸) 변형을 발생시킨다.

또한, 진동판(46)의 공진 모드에 대응하는 공진 주파수와 대략 일치하는 사인 파형(전기 신호)의 교류 전압을, 그 위상을 시간적으로 90° 어긋나게 하여 개별 전극(52)과 진동판(46) 사이 및 개별 전극(54)과 진동판(46) 사이에 각각 인가한다. 또한, 도 7a에서, 인가하는 개별 전극(52, 54)과 대응하는 교류 전압의 파형에는 동일한 부호를 첨부하여 구별한다. 또한, 도 7b에서, 「+」는 지면(紙面)에 수직인 방향으로의 볼록 변형, 「-」는 지면에 수직인 방향으로의 오목 변형을 나타내고 있다.

여기서, 도 7b의 {(a)→(b)→(c)→(d)→(a)}를 참조한다. 우선, (a)에서는, 압전 소자(50) 상측의 개별 전극(52)에만 +10V의 전압이 인가되고, 하측의 개별 전극(54)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 되어 있다. 이 때, 진동판(46)의 오른쪽 상행(上行)의 대각선으로 구획된 왼쪽 상측 영역 R1만이 오목 변형되고, 동시에 여진되는 2차 공진 모드에 의해, 반대측의 오른쪽 하측 영역 R3이 자연스럽게 볼록 변형된다.

다음으로, (b)에서는, 개별 전극(52)에는 전압이 인가되지 않고, 개별 전극(54)에만 +10V의 전압이 인가된다. 그리하면, 진동판(46)의 오른쪽 하행(下行)의 대각선으로 구획된 왼쪽 하측 영역 R2만이 오목 변형되고, 동시에 여진되는 3차 공진 모드에 의해, 반대측의 오른쪽 상측 영역 R4가 자연스럽게 볼록 변형된다.

다음으로, (c)에서는, 개별 전극(54)에는 전압이 인가되지 않고, 개별 전극(52)에만 -10V의 전압이 인가된다. 그리하면, 진동판(46)의 오른쪽 상행의 대각선으로 구획된 오른쪽 하측 영역 R3만이 오목 변형되고, 동시에 여진되는 2차 공진 모드에 의해, 반대측의 왼쪽 상측 영역 R1이 자연스럽게 볼록 변형된다.

다음으로, (d)에서는, 개별 전극(52)에는 전압이 인가되지 않고, 개별 전극(54)에만 -10V의 전압이 인가된다. 그리하면, 진동판(46)의 오른쪽 하행의 대각선으로 구획된 오른쪽 상측 영역 R4만이 오목 변형되고, 동시에 여진되는 3차 공진 모드에 의해, 반대측의 왼쪽 하측 영역 R2가 자연스럽게 볼록 변형된다.

그리고, 다음으로, 개별 전극(52)에만 +10V의 전압이 인가되고, 개별 전극(54)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 됨으로써, 처음의 (a)에서 나타낸 상태로 되돌아가, 이러한 요철 변형이 연속적으로 반복하여 발생함으로써, 압력실(44) 내에 회전 진행파가 발생한다.

즉, 시간적으로 위상이 90° 어긋난 복수의 공진 모드가 진동판(46)에 동시에 여진됨으로써, 그 진동판(46)에 시계 반대방향의 휨 변형(요철 변형)이 연속적으로 발생한다(도 10 참조). 결과적으로, 압력실(44)에 대한 압축 변형이 시계 반대방향으로 연속하여 발생한다. 이것에 의해, 압력실(44) 내의 잉크에 시계 반대방향의 회전류가 발생한다.

또한, 2개의 전압 파형의 위상차를 반대로 함으로써, 시계 방향의 회전 진행파를 발생시킬 수도 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 실시예에서는, (a)의 상태로부터 원래의 (a)의 상태로 될 때까지의 소요 시간, 즉, 교류 전압의 주기(=공진 모드의 공진 주파수의 역수(逆數))를 1로서 규격화하여 표시했다. 따라서, 그 주기는 공진 주파수의 설정에 의해 적절히 변경할 수 있다. 또한, 인가되는 전압값을 ±1OV로 한 것도 일례로서, 그 값에 한정되지는 않는다.

상술한 바와 같이, 진동판(46)의 공진 모드에 대응하는 공진 주파수와 대략 일치하는 사인 파형(전기 신호)의 교류 전압을, 그 위상을 시간적으로 90° 어긋나게 하여 개별 전극(52)과 진동판(46) 사이 및 개별 전극(54)과 진동판(46) 사이에 각각 인가함으로써, 진동판(46)에, 공간적으로 서로 직교하고 시간적으로 위상이 90° 어긋난 복수의 공진 모드를 동시에 여진시킬 수 있으며, 이것에 의해 시계 반대방향 또는 시계 방향의 회전 진행파를 발생시킬 수 있다.

따라서, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 개별 전극(52, 54)은 압전 소자(50)의 왼쪽 반분 측에만 설치되면 되고, 이것에 의해서도 제조 비용의 저감이 도모되는 구성으로 되어 있다. 또한, 압력실(44) 내의 잉크에 시계 반대방향(또는 시계 방향)의 회전류를 발생시켜 노즐(42)로부터 토출시키는 구성으로 했기 때문에, 각 압력실(44)에 설치하는 압전 소자(50)는 1개씩으로 충분하며, 그 단일 압전 소자(50)에 의해, 고점도의 잉크에서도 노즐(42)로부터 적합하게 토출시킬 수 있다.

또한, 개별 전극(52, 54)은 압전 소자(50)의 왼쪽 반분 측에 상하(도면에서의 상하)로 2개 설치하는 것에 한정되지 않아, 오른쪽 반분 측에 상하로 2개 설치할 수도 있고, 더 나아가서는 왼쪽 반분 측 및 오른쪽 반분 측에 각각 상하로 2개 설치할 수도 있다. 즉, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 압전 소자(50)의 왼쪽 상측에 개별 전극(52)을, 왼쪽 하측에 개별 전극(54)을 각각 설치하는 동시에, 오른쪽 상측에 개별 전극(56)을, 오른쪽 하측에 개별 전극(58)을 각각 설치하여, 합계 4개의 개별 전극(52, 54, 56, 58)을 구비한 압전 소자(50)로 할 수도 있다.

이러한 구성의 압전 소자(50)의 각 개별 전극(52, 54, 56, 58)에 시간적으로 위상이 90°씩 어긋난 교류 전압을 인가하여도, 상기와 동일하게, 도 8의 (b)에서 나타낸 소정 영역 R1, R3 및 도 8의 (c)에서 나타낸 소정 영역 R2, R4에 각각 서로 역방향으로 되는 휨 변형(요철 변형)을 발생시킬 수 있다.

여기서, 도 9b의 {(a)→(b)→(c)→(d)→(a)}를 참조한다. 우선, (a)에서는, 압전 소자(50)의 왼쪽 상측의 개별 전극(52)에 -10V의 전압이 인가되고, 오른쪽 하측의 개별 전극(58)에 +10V의 전압이 인가되며, 나머지 개별 전극(54, 56)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 되어 있다. 그리하면, 진동판(46)은 오른쪽 상행의 대각선으로 구획된 왼쪽 상측 영역 R1이 볼록 변형되고, 반대측의 오른쪽 하측 영역 R3이 오목 변형된다.

다음으로, (b)에서는, 오른쪽 상측의 개별 전극(56)에 +10V의 전압이 인가되고, 왼쪽 하측의 개별 전극(54)에 -10V의 전압이 인가되며, 나머지 개별 전극(52, 58)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 되어 있다. 그리하면, 진동판(46)은 오른쪽 하행의 대각선으로 구획된 왼쪽 하측 영역 R2가 볼록 변형되고, 반대측의 오른쪽 상측 영역 R4가 오목 변형된다.

다음으로, (c)에서는, 왼쪽 상측의 개별 전극(52)에 +10V의 전압이 인가되고, 오른쪽 하측의 개별 전극(58)에 -10V의 전압이 인가되며, 나머지 개별 전극(54, 56)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 되어 있다. 그리하면, 진동판(46)은 오른쪽 상행의 대각선으로 구획된 왼쪽 상측 영역 R1이 오목 변형되고, 반대측의 오른쪽 하측 영역 R3이 볼록 변형된다.

다음으로, (d)에서는, 오른쪽 상측의 개별 전극(56)에 -10V의 전압이 인가되고, 왼쪽 하측의 개별 전극(54)에 +10V의 전압이 인가되며, 나머지 개별 전극(52, 58)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 되어 있다. 그리하면, 진동판(46)은 오른쪽 하행의 대각선으로 구획된 왼쪽 하측 영역 R2가 오목 변형되고, 반대측의 오른쪽 상측 영역 R4가 볼록 변형된다.

그리고, 다음으로, 왼쪽 상측의 개별 전극(52)에 -10V의 전압이 인가되고, 오른쪽 하측의 개별 전극(58)에 +10V의 전압이 인가되며, 나머지 개별 전극(54, 56)에는 전압이 인가되지 않는 상태로 됨으로써, 처음의 (a)에서 나타낸 상태로 되돌아가, 이러한 요철 변형이 연속적으로 반복하여 발생함으로써, 압력실(44) 내에 회전 진행파가 발생한다.

또한, 2개의 전압 파형의 위상차를 반대로 함으로써, 시계 방향의 회전 진행파를 발생시킬 수 있는 것은 상기와 동일하다. 또한, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 실시예에서는, (a)의 상태로부터 다시 (a)의 상태로 될 때까지의 소요 시간, 즉, 교류 전압의 주기(=공진 모드의 공진 주파수의 역수)를 1로서 규격화하여 표시했다. 따라서, 그 주기는 공진 주파수의 설정에 의해 적절히 변경할 수 있다. 또한, 인가되는 전압값을 ±1OV로 한 것도 일례로서, 그 값에 한정되지는 않는다.

또한, 인가하는 교류 전압의 사인 파형(전기 신호)은, 위상이 시간적으로 90°씩 어긋나만 있으면, 진동판(46)의 공진 모드에 대응하는 공진 주파수와 대략 일치할 수도 있고, 일치하지 않을 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 진동판(46)과 공간적으로 서로 직교하고, 시간적으로 위상이 90° 어긋난 복수의 공진 모드를 동시에 여진시킬 수 있으며, 그것에 의해 시계 반대방향 또는 시계 방향의 회전 진행파를 발생시킬 수 있다.

또한, 상기와 동일하게, 압력실(44) 내의 잉크에 시계 반대방향(또는 시계 방향)의 회전류를 발생시켜 노즐(42)로부터 토출시키는 구성이기 때문에, 각 압력실(44)에 설치하는 압전 소자(50)는 1개씩으로 충분하며, 그 단일 압전 소자(50)에 의해, 고점도의 잉크에서도 노즐(42)로부터 적합하게 토출시킬 수 있다.

이하, 상기 구성의 잉크젯 기록 장치(10)의 작용에 대해서 설명한다.

우선, 잉크젯 기록 장치(10)에 인쇄 지령의 전기 신호가 보내지면, 급지 트레이(26)로부터 기록지(P)가 1매 픽업(pick-up)되고, 부주사 기구(18)에 의해 소정의 위치로 반송된다. 그리고, 캐리지(12)에 탑재된 기록 헤드(32)가 주주사 방향으로 이동하면서, 복수의 노즐(42)로부터 선택적으로 잉크방울을 토출함으로써, 기록지(P)의 소정의 밴드 영역에 화상 데이터에 의거한 화상의 일부를 기록한다.

상세하게는, 잉크젯 기록 유닛(30)에 있어서, 잉크 탱크(34)로부터 잉크 주입구(36)를 통하여 기록 헤드(32)의 풀(38)에 잉크가 주입(충전)된다. 풀(38)에 충전된 잉크는, 도 3 및 도 5의 (a)의 화살표 F로 나타낸 바와 같이, 잉크 공급구(48)로부터 압력실(44)로 공급되어, 노즐(42)에 연통하는 연통로(43)까지 충전된다. 이 때, 노즐(42)의 선단(토출구)에서는, 잉크의 표면이 압력실(44) 측으로 우묵해진 메니스커스가 형성된다. 그리고, 상술한 바와 같은 교류 전압을 압전 소자(50)의 개별 전극(52, 54(56, 58))에 인가하여, 압력실(44)을 구성하는 진동판(46)에 시계 반대방향의 회전 진행파를 발생시킨다.

즉, 압전 소자(50)에 의해 압력실(44) 내의 잉크에 시계 반대방향의 회전류를 발생시키고, 그것에 의해 생기는 소정의 압력(최대 정압력)에 의해 연통로(43) 내의 잉크를 가압한 후, 그 회전류를 정지시킴으로써, 연통로(43) 내의 잉크를 분리하여, 잉크방울로서 노즐(42)로부터 토출시킨다. 이 때, 회전류를 정지시키는 것이 아니라, 반대방향으로(이 경우는 시계 방향으로) 회전류를 발생시켜 잉크를 분리하도록 할 수도 있다.

어느 것으로 하여도, 이러한 제어를 행함으로써, 고점도의 잉크일지라도 적합하게 노즐(42)로부터 잉크방울로서 토출된다. 또한, 잉크방울을 토출할 때, 압력실(44) 내의 잉크에는 시계 반대방향의 회전류가 발생하기 때문에, 그 회전류의 중심 부분은 부압으로 된다. 따라서, 잉크방울의 토출에 따라, 압력실(44)의 중앙에 설치된 잉크 공급구(48)로부터 잉크가 공급된다. 이 때문에, 순식간에 다음 잉크방울의 토출에 대비할 수 있고, 또한 고점도의 잉크에서도 적합하게 압력실(44) 내에 유입된다.

이렇게 하여, 기록지(P)에 화상 데이터에 의거한 화상의 일부가 기록되면, 부주사 기구(18)에 의해 기록지(P)를 소정 피치 반송시키고, 상기와 동일하게, 기록 헤드(32)를 주주사 방향으로 이동시키면서, 복수의 노즐(42)로부터 선택적으로 잉크방울을 토출함으로써, 기록지(P)의 다음 밴드 영역에 화상 데이터에 의거한 화상의 일부를 기록한다. 그리고, 이러한 동작을 반복적으로 행하여, 기록지(P)에 화상 데이터에 의거한 화상이 완전히 기록되면, 부주사 기구(18)에 의해 기록지(P)를 끝까지 반송하고, 배지 트레이(28) 상에 기록지(P)를 배출한다. 이것에 의해, 기록지(P)로의 인쇄 처리(화상 기록)가 완료된다.

상술한 바와 같이, 단일 액추에이터(압전 소자(50))에 시간적으로 위상이 90° 어긋난 복수의 공진 모드(고유 진동 모드)를 동시에 여진시킴으로써, 압력실(44) 내의 잉크에 압력 구배(句配)를 발생시킬 수 있고, 시계 반대방향(또는 시계 방향)의 회전류(회전 진행파)를 발생시킬 수 있기 때문에, 잉크 공급구(48)(잉크 유입구)로부터 연통로(43)(잉크 유출구)로의 잉크 흐름을 발생시키는 것이 가능해진다.

또한, 그 부압으로 되는 회전 중심 위치에 잉크 공급구(48)를 설치함으로써, 풀(38)(잉크 유로)로부터 압력실(44) 내로의 잉크 재충전 시간을 단축할 수 있다. 즉, 잉크방울의 토출과 동시에 잉크의 충전을 행할 수 있기 때문에, 순식간에 다음 잉크방울의 토출이 가능해진다. 이와 같이, 잉크 공급구(48)로부터의 잉크 재충전을 효율적으로 행할 수 있게 되기 때문에, 인쇄 속도가 향상된다.

또한, 압력실(44)의 최외주 측(최대 정압 부분)에 노즐(42)(연통로(43))을 설치하기 때문에, 노즐(42)로부터의 잉크 토출을 효율적으로 행할 수 있게 된다. 따라서, 고점도의 잉크일지라도, 적합하게 잉크방울로서 토출할 수 있다. 또한, 일 방향으로 회전류를 발생시킴으로써, 기포(氣泡)의 배출도 용이하게 행할 수 있다.

또한, 인가하는 교류 전압의 사인 파형(전기 신호)의 주기를 적절히 설정하여, 회전 진행파의 회전수를 조절함으로써, 잉크 공급구(48)로부터의 잉크 재충전의 양이나, 노즐(42)로부터의 잉크 토출의 양(노즐(42)로부터 토출하는 잉크방울의 부피)을 제어하는 것이 가능해지기 때문에, 인쇄 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 노즐(42)로부터의 잉크 토출량을 제어하는 것은, 인가하는 교류 전압의 사인 파형(전기 신호)의 위상을, 예를 들어, 역방향으로 90° 어긋나게 하여 역회전의 회전 진행파를 발생시키고, 압력실(44) 내의 압력을 조절하는 것에 의해서도 행할 수 있다.

또한, 액추에이터로서의 압전 소자(50)는 압력실(44)마다 1개 설치하면 되기 때문에, 압전 소자(50)를 배치하기 위한 면적이 크게 취해지지 않는다. 따라서, 각 이젝터(40) 사이의 면적 절감화가 가능해져, 노즐(42)을 고밀도로 배치할 수 있다. 또한, 압전 소자(액추에이터)(50)는 압력실(44)과 동수(同數) 설치하면 되기 때문에, 그것을 배치하기 위한 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 인가하는 교류 전압의 구동 파형(전기 신호)이 간단한 프로파일(사인 파형)로 충족되기 때문에, 전기 회로 등의 구동계에 소요되는 제조 비용도 저감시킬 수 있다.

또한, 당업자는, 본 발명에 따라, 시간적으로 위상이 어긋난 복수의 공진 모드를 동시에 여진시킬 수 있는 다양한 구성을 상도(想到)할 수 있을 것이다.

개별 전극(52, 54(56, 58))을 복수 배열 설치하는 구성으로 하면, 시간적으로 위상이 어긋난 복수의 공진 모드를 용이하게 여진시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 개별 전극(52, 54(56, 58))은, 배열 설치하는 수량이 적은 것이 배선을 간략화할 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 즉, 개별 전극(52, 54)만 설치하는 동시에, 진동판(46)의 공진 모드에 대응하는 공진 주파수와 대략 일치하는 구동 파형(전기 신호)의 교류 전압을 인가하는 구성으로 한 것이, 개별 전극(52, 54, 56, 58)을 설치하는 구성으로 한 것에 비하여 제조 비용을 저감시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 액추에이터는 압전 소자(50)에 한정되지 않아, 예를 들어, 정전력이나 자력(磁力)을 이용한 액추에이터일 수도 있다.

또한, 상기 실시예의 잉크젯 기록 장치(10)에서는, 흑색, 황색, 자홍색, 청록색의 각색의 잉크젯 기록 유닛(30)이 각각 캐리지(12)에 탑재되고, 그들 각색의 기록 헤드(32)로부터 화상 데이터에 의거하여 선택적으로 잉크방울이 토출되어 풀 컬러의 화상이 기록지(P)에 기록되게 되어 있지만, 본 발명에서의 잉크젯 기록은 기록지(P) 상으로의 문자나 화상의 기록에 한정되지 않는다.

즉, 기록 매체는 종이에 한정되지 않고, 또한, 토출하는 액체도 잉크에 한정되지 않는다. 예를 들면, 고분자 필름이나 유리 상에 잉크를 토출하여 디스플레이용 컬러 필터를 제조하거나, 용접 상태의 땜납을 기판 상에 토출하여 부품 실장용의 범프를 형성하는 등, 공업적으로 사용되는 액체방울 분사 장치 전반에 대하여 본 발명에 따른 기록 헤드(32)를 적용할 수 있다.

이상, 본 발명에 의하면, 노즐에 연통하고 있는 압력실로의 잉크 재충전 시간을 단축할 수 있는 동시에, 노즐을 고밀도로 배치할 수 있고, 또한 제조 비용의 저감이 도모되는 기록 헤드를 제공할 수 있다.

도 1은 잉크젯 기록 장치를 나타내는 개략 사시도.

도 2는 캐리지(carriage)에 탑재된 잉크젯 기록 유닛을 나타내는 개략 사시도.

도 3은 잉크젯 기록 헤드의 구조를 나타내는 개략 평면도.

도 4의 (a) 및 (b)는 잉크젯 기록 헤드의 구조를 나타내는 개략 사시 단면도.

도 5의 (a) ∼ (c)는 도 3의 A-A 단면도.

도 6의 (a) ∼ (c)는 압전 소자의 평면도.

도 7a 및 도 7b는 도 6의 (a) ∼ (c)의 압전 소자에 인가하는 교류 전압의 파형(波形)과, 그 변형 영역을 나타내는 설명도.

도 8의 (a) ∼ (c)는 다른 실시예의 압전 소자의 평면도.

도 9a 및 도 9b는 도 8의 (a) ∼ (c)의 압전 소자에 인가하는 교류 전압의 파형과, 그 변형 영역을 나타내는 설명도.

도 10은 압전 소자(진동판)가 여진(勵振)하여 회전 진행파를 발생시키는 상태를 나타내는 설명도.

도 11의 (a) 및 (b)는 종래의 잉크젯 기록 헤드의 구조를 나타내는 개략 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 잉크젯 기록 장치

30 : 잉크젯 기록 유닛

32 : 잉크젯 기록 헤드

38 : 풀(pool)

42 : 노즐

43 : 연통로(잉크 유출구)

44 : 압력실

46 : 진동판

48 : 잉크 공급구(잉크 유입로)

50 : 압전 소자(액추에이터)

52∼58 : 개별 전극

Claims

잉크 유로(流路)와,

잉크 유로에 상호 연결되는 복수개의 이젝터(ejector)로서, 각 이젝터가 압력실과 노즐과 잉크 토출을 위해 압력실의 내부 공간을 변형시킬 수 있는 단일 액추에이터를 포함하는, 상기 복수개의 이젝터를 포함하고,

상기 액추에이터는 복수의 공진(共振) 모드를 시간적으로 위상(位相)을 어긋나게 하여 동시에 진동시키도록 구동 제어되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 공진 모드의 공진 주파수는 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

액추에이터는 복수의 개별 전극을 포함하고,

각 개별 전극에는, 상기 동시 진동에 의해 잉크 진행류(進行流)가 압력실 내에 발생하도록 시간적으로 위상이 다른 교류 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 3 항에 있어서,

잉크 진행류는 대략 원호(圓弧) 형상의 궤도를 그리는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 3 항에 있어서,

압력실은 잉크 진행류의 부압(負壓) 부분에 대응하는 개소에 설치되고, 또한 잉크 유로에 연결되는 잉크 유입구(流入口)를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 3 항에 있어서,

압력실은 잉크 진행류의 정압(正壓) 부분에 대응하는 개소에 설치되고, 또한 노즐에 연결되는 잉크 유출구(流出口)를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 3 항에 있어서,

잉크 진행류는 속도 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

이젝터는 잉크 유로를 따라 소정 간격으로 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 헤드.
매체에 잉크 액체방울을 분사(噴射)하는 잉크젯 기록 장치에 있어서,

(A) 복수의 잉크젯 유닛으로서, 각 잉크젯 유닛이 일체 구성된 헤드 및 잉크 탱크를 갖고,

헤드가,

(i) 잉크 유로와,

(ii) 잉크 유로에 상호 연결되는 복수개의 이젝터로서, 각 이젝터가 압력실과 노즐과 잉크 토출을 위해 압력실의 내부 공간을 변형시킬 수 있는 단일 액추에이터를 포함하는, 상기 복수개의 이젝터를 포함하고,

(iii) 상기 액추에이터는 복수의 공진 모드를 시간적으로 위상을 어긋나게 하여 동시에 진동시키도록 구동 제어되는, 상기 복수의 잉크젯 유닛과,

(B) 잉크젯 유닛을 일체 수용하는 보관 유지부와,

(C) 잉크 액체방울 분사 시에, 매체 및 보관 유지부의 적어도 한쪽을 이동 구동하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 복수의 공진 모드의 공진 주파수는 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 9 항에 있어서,

액추에이터는 복수의 개별 전극을 포함하고,

각 개별 전극에는, 상기 동시 진동에 의해 잉크 진행류가 압력실 내에 발생하도록 시간적으로 위상이 다른 교류 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 11 항에 있어서,

잉크 진행류는 대략 원호 형상의 궤도를 그리는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 11 항에 있어서,

압력실은 잉크 진행류의 부압 부분에 대응하는 개소에 설치되고, 또한 잉크 유로에 연결되는 잉크 유입구를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 11 항에 있어서,

압력실은 잉크 진행류의 정압 부분에 대응하는 개소에 설치되고, 또한 노즐에 연결되는 잉크 유출구를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
제 9 항에 있어서,

이젝터는 잉크 유로를 따라 소정 간격으로 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.