KR20070073926A - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 화상 형성 장치 - Google Patents

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

액체 토출 헤드는, 베이스 부재, 액체 방울을 토출하는 복수의 노즐, 상기 복수의 노즐과 각각 연결되는 복수의 액체 챔버, 및 상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자를 포함한다. 상기 액체 토출 헤드에서, 상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 열 방향으로 상기 베이스 부재 상에 배치된다.

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 화상 형성 장치{LIQUID DISCHARGE HEAD, LIQUID DISCHARGE DEVICE, AND IMAGE FORMING DEVICE}
본 발명은 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 프린터, 팩시밀리, 복사기, 플로터, 및 다기능 주변 기기와 같은 다양한 화상 형성 장치에 있어서, 기록 매체로 액체를 토출하는 액체 토출 헤드는 기록 매체 상에 화상을 형성하기 위하여 설치된다.
이하, 액체 토출 장치는 액체 방울을 기록 매체로 토출하는 장치를 의미한다. 기록 매체는 종이, 연사(yarn), 섬유, 직물, 가죽, 금속, 플라스틱, 유리, 나무, 세라믹 등일 수 있다. 또한, 기록 매체는 인쇄 매체, 복사 시트 등으로 불리어질 수 있으며, 이것들은 재료의 종류와 관계없이 동의어로서 사용된다. "기록(recording)"은 기록 매체 상에서 문자나 그림과 같은 의미있는 화상을 생성하는 것뿐만 아니라 기록 매체 상에서 패턴과 같은 의미없는 화상을 생성하는 것을 의미한다. 또한, 기록은 화상 형성(image formation) 또는 인쇄(printing)로 불리며, 이것들도 역시 동의어로서 사용된다.
잉크젯 헤드는 액체 토출 헤드의 예이며, 구체적으로는 압전형(piezoelectric type) 잉크젯 헤드가 널리 알려져 있다. 압전형 잉크젯 헤드에서, 압전 소자는 액체 챔버에서 잉크(또는 액체)를 가압하는 압력을 생성하는 압력 생성부로 사용된다. 특히, 압전층 및 내부 전극이 내부에 적층된 적층형(laminated type) 압전 소자가 사용된다. 적층형 압전 소자가 구동되면 액체 챔버의 벽 표면을 형성하는 탄성 진동판이 압전 소자의 d33 및 d31 방향으로의 변위로 인해 탄성적으로 변형되고, 액체 챔버의 내부 용량/압력을 변화시켜, 잉크 방울이 잉크젯 헤드의 노즐로부터 토출된다.
예를 들어, 일본 특허 제3114771호는 이러한 적층형 압전 소자를 사용한 잉크젯 헤드를 개시한다. 이 문헌의 잉크젯에서, 압전층과 내부 전극은 적층형 압전 소자(구동 소자 블록)을 형성하기 위하여 번갈아 적층된다. 적층형 압전 소자의 단부에서, 개별 외부 전극과 공통 내부 전극이 형성된다. 적층형 압전 소자의 슬롯 가공은 그 일부를 남겨놓으면서 수행되어, 그 중심에서 복수의 액추에이션부(구동 채널)가 형성되고, 그 양단에서 비-액추에이션부가 형성된다. 동작 시, 적층형 압전 소자는 적층형 압전 소자의 d31 방향으로의 변위로 인해 액체 챔버에서 액체를 가압하는 압력을 생성한다. 이 적층형 압전 소자의 공통 전극은 액추에이션부의 열 방향에 있는 양단에서 비-액추에이션부로부터 인출된다.
또한, 일본 공개 특허출원 제2003-250281호는 적층형 압전 소자의 d33 방향으로의 변위를 이용한 잉크젯 헤드를 개시한다. 이 문헌의 잉크젯 헤드에서, 베이 스면에 접합된 압전 소자의 슬롯 가공이 수행되고, 노즐이 연결되는 액체 챔버에 대응하는 개별 압전 소자가 형성된다.
또한, 일본 공개 특허출원 제06-198877호는 라인형(line type) 잉크젯 헤드를 개시한다. 이 문헌의 라인형 잉크젯 헤드에서, 복수의 노즐 개구들이 하나의 연속된 노즐판 상에 배열되어 노즐판을 형성한다. 압전 소자는 복수의 벌크 압전 크리스탈의 가공하여 대응하는 노즐 개구를 대면하도록 배치되며, 인접한 벌크 압전 소자의 경계부는 가공 영역이다.
최근, 화상 형성 장치로서의 잉크젯 기록 장치는 고속 인쇄가 요구된다. 잉크젯 기록 장치의 고속 인쇄를 획득하는 방법은 잉크 토출 빈도를 높이는 방법, 및 노즐의 수를 증가시키는 방법을 포함할 수 있다. 그러나, 잉크 토출 빈도가 증가하면, 증가된 잉크 토출 빈도에 대응하여 잉크젯 기록 장치의 헤드 캐리지를 고속으로 이동시키는 것이 필수적이다. 강력한 모터를 충분히 정밀하게 제어하고 높은 빈도에서 양호하게 안정적으로 잉크 토출을 수행하는 것은 어렵다.
이러한 문제점을 없애기 위하여, 헤드의 길이가 길어지고 노즐의 수가 증가된, 라인과 같이 연장된 헤드가 고려될 수 있다. 그러나, 일본 등록특허 제31147701호 또는 일본 공개 특허출원 제2003-250281호에서 사용된 것과 같은 헤드 구성을 갖는 헤드의 길이를 길게 하기 위해서는 헤드의 각 구성 부품의 길이를 길게하는 것이 필수적이다. PZT와 같은 압전 소자는 매우 가느다란 길이부분이기 때문에, 헤드의 길이를 크게 하는 것은 압전 소자의 제조 프로세스 또는 취급의 측면에서 난점을 발생시킨다.
더하여, 일본 공개 특허출원 제06-198877호의 라인형 잉크젯 헤드의 경우, 복수의 벌크 압전 크리스탈이 압전 소자들로 분리되어야 한다. 압전 소자의 경사짐 및 파손이 쉽게 일어날 수 있기 때문에, 생산성이 저하되고, 생산비가 높아진다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점들이 제거된 개선된 잉크 토출 헤드 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저비용으로 연장된 구성으로 구축될 수 있는 액체 토출 헤드와 이러한 액체 토출 헤드가 제공된 액체 토출 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액체 방울을 토출하는 복수의 노즐; 상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및 상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자; 를 포함하고, 상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 액체 토출 헤드를 제공한다.
전술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액체 토출 헤드 및 액체 수용부를 구비한 액체 토출 장치에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 베이스 부재; 액체 방울을 토출하는 복수의 노즐; 상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및 상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자; 를 포함하고, 상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 액체 토출 장치를 제공한다.
전술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액체 토출 헤드를 구비하며, 상기 액체 토출 헤드로부터 기록 매체에 액체 방울을 토출함으로써 상기 기록 매체 상에 화상을 형성하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 베이스 부재; 액체 방울을 토출하는 복수의 노즐; 상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및 상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자; 를 포함하고, 상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 화상 형성 장치를 제공한다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 부재의 2개의 인접한 행 사이의 경계부에서 그루브가 슬롯 가공에 의하여 더 형성된 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 부재의 2개의 인접한 행 사이의 경계부에서 간격이 형성되고, 상기 간격은 상기 슬롯 가공에 의해 형성된 상기 그루브 중의 하나의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 각각에 구동 파형을 공급하기 위하여 공통 외부 전극이 상기 베이스 부재에 전기적으로 연결된 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 및 상기 베이스 부재는 전도성 접착제를 사용하여 서로 접합된 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 부재에 상기 복수의 노즐이 형성된 노즐판이 제공된 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 부재는 상기 베이스 부재 상에 행을 이루며 배치되고, 상기 복수의 압전 소자 부재의 m번째 압전 소자 행(m은 1보다 더 큰 정수) 및 (m+1)번째 압전소자 행 사이의 경계부에 간격이 형성되고, 상기 간격은 상기 슬롯 가공에 의해 형성된 상기 그루브 중의 하나의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 구성일 수 있다.
전술한 본 발명의 액체 토출 헤드는 상기 복수의 압전 소자 및 상기 복수의 액체 챔버의 벽 표면을 형성하는 진동판 사이의 복수의 접착부에 복수의 볼록부가 각각 배치된 구성일 수 있다.
본 발명의 액체 토출 헤드에 따르면, 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 형성된 복수의 압전 소자 부재는 하나의 베이스 부재 상에 상기 압전 소자의 열 방향을 따라 배열되고, 개별 압전 소자의 경사짐과 파손이 방지될 수 있으며, 저비용으로 연장된 잉크젯 헤드의 제조가 가능해질 수 있다.
본 발명의 액체 토출 장치 및 화상 형성 장치에 따르면, 액체 토출 장치 및 화상 형성 장치 각각은 전술한 본 발명에 따른 액체 토출 헤드가 제공되고, 고속 인쇄의 달성이 가능해진다.
첨부된 도면과 연관되어 해석될 때 아래의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 목적, 기능 및 이점은 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 액체 토출 헤드의 액체 챔버의 길이 방향을 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 3은 도 1의 액체 토출 헤드의 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 확대도이다.
도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 단면도이다.
도 5는 도 3에 표시된 B-B 선을 따른 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 단면도이다.
도 6A 및 도 6B는 도 3의 적층형 압전 소자의 내부 전극 패턴에 대한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 적층형 압전 소자 부재에 대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 적층형 압전 소자 부재에 대한 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 분해 사시도이다.
도 10은 도 9의 액체 토출 헤드의 액체 챔버의 길이 방향을 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 사시도이다.
도 12는 도 11에 표시된 E-E 선에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 13은 도 11에 표시된 F-F 선에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 14는 도 12와 유사한 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 15는 도 13과 유사한 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제7실시예에 따른 액체 토출 헤드의 구성을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 액체 토풀 헤드의 압전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 상이한 폭을 갖는 압전 소자가 생산되는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 액체 토출 헤드가 구체화된 헤드 일체형 잉크 카트리지의 이례에 대한 사시도이다.
도 21은 본 발명의 액체 토출 장치가 구체화된 화상 형성 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 22는 도 21의 화상 형성 장치의 주요 부분에 대한 평면도이다.
도 23은 본 발명의 액체 토출 장치가 구체화된 화상 형성 장치의 다른 예에 대한 사시도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성이 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된다. 도 1은 잉크젯 헤드의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 잉크젯 헤드에서 액체 챔버의 길이 방향을 따른 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 잉크젯 헤드는 SUS(스테인레스 스틸)판으로 이루어진 채널판(액체 챔버 판, 1), 상기 채널판(1) 하부면에 접합된 진동판(2), 및 상기 채널판(1)의 상부면에 접합된 노즐판(3)을 포함한다. 이 판들(1-3)들 의해 복수의 노즐(5), 복수의 가압 액체 챔버(6), 및 복수의 흐름 저항부(8)가 형성된다. 노즐(5)은 (기록 액체 방울인) 잉크 방울을 토출하는 기능을 하고, 가압 액체 챔버들(6) 중 대응하는 하나와 연결된다. 각 흐름 저항부(8)는 가압 액체 챔버들(6) 중 대응하는 하나에 (액체인) 잉크를 공급하는 액체 공급 통로로서의 기능을 한다.
상기 채널판(1)은 SUS 판의 기계 가공(또는 펀칭) 또는 산성 에칭 시약을 이용한 SUS 판의 에칭에 의해 마련되어, 각 가압 액체 챔버(6), 각 흐름 저항부(8), 및 개구들이 형성된다.
본 실시예에서의 상기 진동판(2)은 니켈 판과 같은 금속판으로 이루어진다. 대신에, 상기 진동판(2)은 수지판(resin plate), 또는 수지판과 금속판의 적층된 부재 등으로 이루어 질 수 있다.
상기 노즐판(3)은 복수의 가압 액체 챔버(6)에 대응하는 복수의 노즐로 형성되며, 각 노즐(5)은 10 내지 30 ㎛ 범위의 직경을 갖는다. 상기 노즐판(3)은 접착제를 사용하여 채널판(1)에 접합된다. 이 노즐판(3)의 재료는 스테인레스 스틸 및 니켈과 같은 금속, 폴리이미드 수지막과 같은 수지, 실리콘, 및 이 재료들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
잉크의 발수성을 확보하기 위하여 피막 형성 또는 발수제 코팅과 같은 공지의 방법을 사용하여 노즐 표면(토출 방향에 있는 상부면, 또는 토출면) 상에 발수막이 형성된다.
그리고 복수의 가압 액체 챔버(6)에 대응하고 압력 생성부의 기능을 하는 복수의 적층형 압전 소자(12a)는 진동판(2)의 외부 표면(가압 액체 챔버(6) 표면에 반대되는 표면)에 접합된다. 상기 진동판(2)과 적층형 압전 소자(12a)는 가동 부분인 진동판(2)을 탄성적으로 변형시키는 압전 액추에이터를 구성한다.
전술한 잉크젯 헤드의 경우에, 분할된 압전 소자(12a)(또한, 개별 압전 소자(12a)로도 불린다)를 형성하기 위한 슬롯 가공이 되지 않은 복수의 압전 소자 부재(12)는 압전 소자(12a)의 열 방향(압전 소자 부재(12)의 길이 방향)과 평행하게 배치된다. 이러한 경우에, 진동판(2) 표면의 반대쪽에 있는 압전 소자 부재(12)의 표면들은 접착제로 베이스 부재(베이스, 13)에 접합되고, 그 후 복수의 그루브(30)가 슬롯 가공을 수행함으로써 형성되어, 복수의 압전 소자(12a)가 형성된다. 더하 여, 각 압전 소자(12a)에 구동 파형을 공급하기 위한 FPC(flexiable printed cable, 가요성 인쇄 케이블)가 압전 소자 부재(12)의 단부 표면에 연결될 수 있다.
가압 액체 챔버(6)에서 잉크를 가압하는 압전 소자(12a)의 압전기(piezoelectricity)의 구성은 d33 방향으로의 변위를 이용함으로써 구성될 수 있다. 대신에, 그것은 d31 방향으로의 변위를 이용하여 구성될 수 있다. 본 실시예에서, d33방향으로의 변위가 사용되는 구성을 취한다.
베이스 부재(13)는 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 베이스 부재(13)의 재료(원료)가 금속이면, 압전 소자(12a)(또는 압전 소자 부재(12))의 자가 발열에 의한 열 축적이 방지될 수 있다. 베이스 부재(13)는 접착제를 이용함으로써 압전 소자 부재(12)에 접합된다. 채널의 개수가 증가하면, 베이스 부재(13)의 온도는 압전 소자(12a)의 자가 발열에 의하여 대략 100도까지 상승할 것이며, 접합 강도는 눈에 띄게 저하될 수 있다. 또한, 헤드 내부 온도 상승이 자가 발열에 의해 발생하고 잉크 온도가 상승할 것이다. 잉크 온도가 상승하면, 잉크의 점성이 떨어지고, 잉크 토출 특성에 영향을 준다. 따라서, 베이스 부재(13)를 금속 재료로 형성함으로써, 압전 소자(12a)의 자가 발열에 의한 열 축적을 방지할 수 있으며, 접합 강도의 저하 및 잉크 점성의 하강에 따른 잉크 토출 특성의 저하를 방지하는 것이 가능하다.
베이스 부재(13)의 선형 팽창 계수가 큰 경우, 고온 또는 저온에서 접착제의 분리가 베이스 부재(13) 및 압전 소자 부재(12) 사이의 접합 경계면 영역에 발생할 수 있다. 종래의 잉크젯 헤드의 경우, 압전 소자의 전체 길이가 그렇게 크지 않으 며, 베이스 부재(13)와 압전 소자 부재(12) 사이의 접합 경계면 영역에서의 분리가 주위 환경 상태의 온도 변화에 의해 발생하는 문제점은 거의 없었다. 그러나, 300 dpi 해상도용으로 대략 400 노즐을 갖는 잉크젯 헤드에 사용되는 30-40mm 또는 이보다 더 긴 연장된 압전 소자의 경우에 있어서, 그 문제는 실제로 발생할 수 있다.
따라서, 선형 팽창 계수가 10 E-6/℃보다 작은 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 선형 팽창 계수가 상기 범위 내에 있으며, 베이스 부재(13)와 압전 소자 부재(12) 사이의 접합 경계면의 분리를 방지하는 것이 가능해진다. 선형 팽창 계수가 10 E-6/℃보다 작은 베이스 부재(13)의 원료를 사용하는 것이 접합 경계면의 분리를 방지하는데 있어서 매우 효과적이라는 것이 확인되었다.
(가압 액체 챔버(6)에 각각 대응하는) 각 채널을 구동하는 구동 파형(전기 신호)을 인가하기 위한 복수의 드라이버 IC(16)가 FPC 케이블(14) 상에 수용된다. 복수의 드라이버 IC(16)가 FPC 케이블(14) 상에 수용되고, 전기 신호는 각 드라이버 IC(16)에 대하여 설정될 수 있으며, 압전 소자(12a)의 구동 채널 각각의 변위 특성에 있어서의 분산을 쉽게 교정하는 가능하다.
프레임 부재(17)는 접착제에 의하여 진동판(2)의 주위에 접합된다. 그리고 프레임 부재(17)에서 외부로부터 가압 액체 챔버(6)에 잉크를 공급하기 위한 공통 액체 챔버(18)가 형성되어, 베이스 부재(13)와 드라이버 IC(16)의 양면 상에 배치된다. 공통 액체 챔버(18)는 진동판(2)의 흐름 저항부(8)를 통해 가압 액체 챔버(6)와 연결된다.
다음으로, 적층형 압전 소자 부재(12)의 상세가 도 3 내지 도 6B를 참조하여 설명될 것이다.
도 3은 액체 챔버의 가로 방향으로 도 1의 액체 토출 헤드의 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 확대도이다. 도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 단면도이다. 도 5는 도 3에 표시된 B-B 선을 따른 적층형 압전 소자 부재 부분에 대한 단면도이다. 도 6A 및 도 6B는 도 3의 적층형 압전 소자의 내부 전극 패턴에 대한 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적층형 압전 소자 부재(12) 각각에서, 압전 재료층(21), 도 6A 패턴에서의 내부 전극(22A), 및 도 6B 패턴에서의 내부 전극(22B)이 교대로 적층된다. 공통 외부 전극(23)은 각 압전 소자(12a)에 구동 파형을 공급하기 위하여 베이스 부재(13)에 전기적으로 연결된다. 공통 외부 전극(23)과 개별 외부 전극(24)이 적층형 압전 소자 부재(12)의 단부 표면 상에 형성된 상태에서 적층형 압전 소자 부재(12)의 슬롯 가공을 수행함으로써 복수의 그루브(30) 및 복수의 압전 소자(12a)가 형성된다. 이 경우에, 구동 파형이 공급되는 압전 소자(12a)는 액추에이션부(25)를 이루고, 단부에서의 압전 소자(12a)는 비-액추에이션부(26)를 이룬다.
2개의 적층형 압전 소자 부재(12)는 간격(31)이 그 사이의 경계부에서 형성되도록 배열된다. 이 간격(31)은 그루브(30)의 폭(L1)(예를 들어, 다이싱 가공에 의해 형성된 0.03mm의 폭)과 동일한 폭(L1)을 갖는다. 따라서, 그루브(30)의 폭과 동일한 폭을 갖는 간격(31)을 상기 2개의 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계 부에 배치함으로써 복수의 개별 압전 소자(12a)는 액체 챔버의 가로 방향에서 경계부를 갖지 않으면서 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 슬롯 가공이 수행될 때, 그루브(30)는 베이스 부재(13)에 도달하지 않도록 적층형 압전 소자 부재(12) 내에 형성되어, 도 3에 도시된 바와 같이 깊이 방향으로 높이(D)를 갖는 브릿지부(27)가 형성된다. 그에 따라, 2개의 적층형 압전 소자 부재(12) 각각은 일체적으로 형성된 복수의 압전 소자(12a)를 갖는다. 더하여, 액추에이션부(25)의 열방향을 따라 노치부(notch part, 28)가 적층형 압전 소자 부재(12)의 하부의 개별 외부 전극(24)의 측면 상에 형성된다.
본 실시예에서, 각 액추에이션부(25)의 내부 전극(22A)은 공통 외부 전극(23)에 연결되고, 공통 외부 전극(23)은 브릿지부(27)에 의해 분리되지 않는다. 따라서, 각 액추에이션부(25)의 내부 전극(22A)은 공통 외부 전극(23)을 통해 양 단부에서 비-액추에이션부(26)의 내부 전극(22A)에 연결된다. 또한, 비-액추에이션부(26)의 내부 전극(22A)은 도 3에 도시된 바와 같이 개별 내부 전극(24)의 측부의 에지 표면으로 인출된다. 공통 전극 및 개별 전극은 개별 외부 전극(24)의 측부 상에 있는 단부면으로 FPC 케이블(14)을 연결함으로써 적층형 압전 소자 부재(12)의 단부면들 중 하나로부터 인출될 수 있다.
전술한 실시예에서와 같이 구성된 잉크젯 헤드에서, 20-50V 범위의 구동 펄스 전압은 적층형 압전 소자 부재(12)의 액추에이션부(23)(압전 소자(12a))에 선택적으로 인가된다. 그리고 구동 펄스 전압이 인가되는 액추에이션부(25)는 적층 방향으로 팽창하고, 진동판(2)은 노즐(5) 방향으로 탄성적으로 변형되고, 가압 액체 챔버(6) 내의 잉크는 가압 액체 챔버(6)의 용량/부피 변화에 의해 가압되어, 잉크젯이 노즐(5)로부터 토출된다.
잉크 방울의 토출 후에, 가압 액체 챔버(6) 내의 액체 압력이 감소하고, 이 때의 잉크 흐름의 관성 때문에 소정의 음의 압력이 액체 챔버(6) 내에 생성된다. 이 상태 하에서 적층형 압전 소자(12)에 인가된 구동 전압을 OFF 상태로 함으로써, 진동판(2)은 원위치로 돌아가고, 가압 액체 챔버(6)의 형상도 원위치로 돌아가며, 따라서 추가의 음의 압력이 가압된 액체 챔버(6) 내에 생성된다. 이 때, 흐름 저항부(8)를 통해 공통 액체 챔버(18)로부터 가압 액체 챔버(6)로 잉크가 공급된다. 그 다음, 노즐(5)의 잉크 메니스커스면(ink meniscus surface)의 진동이 감소하고 안정화된 후, 구동 펄스 전압이 잉크 방울의 연속적인 토출을 위하여 적층형 압전소자(12)에 인가되어 잉크 방울이 연속적으로 토출된다.
상기 실시예에서, 잉크 방울의 토출을 위하여 푸시-스트라이크(push-strike) 방법이 적용된다. 대신에, 풀-스트라이크(pull-strike) 방법 또는 풀-푸시-스트라이크(pull-push-strike) 방법이 적용될 수 있다. 그리고, 이러한 방법들 중 하나는 잉크젯 헤드에 공급되는 구동 펄스 파형에 따라 설정될 수 있다.
상술한 잉크젯 헤드에서, 2개의 적층형 압전 소자 부재(12)가 하나의 베이스 부재(13) 상에서 나란히 배열되었지만, 복수의 압전 소자(12a)(액추에이션부(25))가 베이스 부재(13)의 길이 방향(압전 소자(12a)의 열 방향)으로 슬롯가공을 수행함으로써 형성된다. 따라서, 본 실시예의 액체 토출 헤드는 저비용으로 연장된 구성으로 구축될 수 있으며, 액체 분사 헤드 내에 포함된 노즐의 수는 연장된 구성에 의해 증가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 액체 토출 헤드의 고속 인쇄를 달성하기 위하여, 헤드 내에 포함된 노즐의 수를 증가시키는 방법이 효율적이다. 그러나, 적층형 압전 소자는 가느다란 길이부분이며, 헤드의 길이를 크게 하는 것은 압전 소자의 제조 공정 또는 취급의 측면에서 난점을 발생시킨다.
전술한 잉크젯 헤드에 따르면, 전술한 문제점은 다음과 같이 제거될 수 있다. 적층형 압전 소자 부재는 2 부분으로 나누어지고, 2개의 적층형 압전 소자 부재는 하나의 베이스 부재 상에 배치되고, 접착제를 이용하여 베이스 부재에 접합된다. 따라서, 액체 토출 헤드의 연장된 구성은 이러한 방법으로 얻어질 수 있다.
이 경우에, 2개의 적층형 압전 소자 부재가 베이스 부재(13) 상에 배치된 후에, 슬롯 가공이 다이싱 가공과 같은 기계 가공을 통해 수행되고, 복수의 압전 소자(12a)가 형성된다. 적층형 압전 소자 부재(12)의 열 처리가 수행된 후에, 다이싱가공과 같은 기계 가공이 외측 치수가 충분한 정밀도로 획득될 수 있도록 수행된다.
양호한 강도를 갖는 금속 재료의 베이스 부재(13)를 이용하고 2개의 적층형 압전 소재 부재(12)를 베이스 부재(13) 상에 배치함으로써, 압전 소자가 위치적으로 벗어나는 것이 감소될 수 있다. 적층형 압전 소자 부재(12)가 베이스 부재(13) 상에 배치된 후에, 슬롯 가공이 다이싱 가공 또는 이와 유사한 것을 통해 수행된다. 슬롯 가공이 수행된 후에는 깨어지기 쉬운 적층형 압전 소자를 취급할 필요가 없다. 2개의 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 그루브의 위치는 다이싱 블레이드 의 공급 정밀도에 의해 제어될 수 있다.
2개의 적층형 압전 소자 부재(12)의 각 압전 소자(12a)의 높이를 맞추기 위해, 2개의 적층형 압전 소자 부재(12)의 상면에 대한 연마 가공이 2개의 적층형 압전 소자 부재(12)가 베이스 부재(13)에 접합된 후에 수행될 수 있다.
2개 이상의 적층형 압전 소자 부재(12)가 전술한 바와 같이 배치될 때, 노즐판(3)은 2개 이상의 적층형 압전 소자 부재(12)에 공급되는 하나의 판 부품인 것이 바람직하다. 노즐판(3)이 복수의 부품으로 나누어지면, 노즐의 와이핑(wiping) 동작 동안, 노즐판 부품들의 경계부에서의 높이의 차이와 그루브 때문에 불량한 잉크 와이핑이 발생할 수 있으며, 화상 품질의 저하가 발생할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에서의 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 7 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 토출 헤드에서의 적층형 압전 소자 부재의 일부에 대한 확대도이다.
본 실시예에서, 간격(31)은 베이스 부재(13) 상에 배치된 2개의 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계부에 형성되고, 간격(31)은 슬롯 가공에 의해 형성된 그루브들(30) 중의 하나의 폭(L1)보다 작은 폭(L2)을 갖는다(L2<L1). 따라서, 그루브들(30) 각각과 동일한 그루브(30)가 경계부에서 형성되도록 슬롯 가공이 경계부에도 수행된다.
본 실시예에서, 적층형 압전 소자 부재(12)는 길이방향으로 55.0125mm의 길이를 가진다(허용 오차: ±0.005mm). 2개의 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 간격(31)은 0.01mm와 같다(허용 오차: ±0.003mm). 다이싱 폭(그루브(30)의 폭)은 0.03mm와 같으며(허용 오차: ±0.002mm), 다이싱 피치(그루브(30)의 피치)는 0.08465mm와 같다(허용 오차: ±0.005mm). 적층형 압전 소자 부재(12)는 그루브(30)가 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계부에서의 간격(31)에 맞추어지도록 허용 오차 내에 들어가는 정밀도로 생산될 수 있다.
본 실시예에서, 적층형 압전 소자 부재(12)는 그루브(30)가 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계부에 위치될 수 있도록 배치될 수 있으며, 경계부에서의 간격(31)은 그루브(30)의 폭보다 작은 폭을 갖는다. 따라서, 각 허용 오차는 흡수될 수 있으며, 적층형 압전 소자 부재(12)는 충분한 정밀도로 생산될 수 있다.
도 3의 이전 실시예에서, 적층형 압전 소자 부재(12)를 베이스 부재(13)에 접합할 때 사용되는 접착제는 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계부 내의 간격(31)에 들어갈 수 있다. 한편, 도 7의 본 실시예에서, 경계부 내의 간격(31)에 접착제가 들어가더라도, 그루브(30)는 접합이 완료된 후에 슬롯 가공에 의해 형성된다. 접착제가 개별 압전 소자(12a) 사이에 삽입되는 문제점을 방지하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 8 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에서의 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 헤드에서의 적층형 압전 소자 부재의 일부에 에 대한 확대도이다.
본 실시예에서, 적층형 압전 소자 부재(12) 사이의 경계부에 있는 간격을 없애고, 적층형 압전 소자 부재(12)는 베이스 부재(13) 상에 배치된다. 본 실시예에서, 그루브들(30) 각각과 동일한 그루브(30)가 경계부에서 형성되도록 슬롯 가공이 경계부에도 수행된다. 본 실시예에서 액체 토출 헤드가 사용되지만, 전술한 제2 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 9는 본 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 분해 사시도이고, 도 10은 도 9의 액체 토출 헤드의 액체 챔버의 길이 방향을 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
이전 실시예들의 각각에서는, 적층형 압전 소자의 d33 방향으로의 변위를 이용하는 액체 토출 헤드가 설명되었다. 이와 대조적으로, 본 실시예는 적층형 압전 소자의 d31 방향으로의 변위를 이용하는 액체 토출 헤드의 일례이다.
도 9 및 도 10의 실시예에서, 베이스 부재(13)는 세라믹과 같은 절연 재료로 이루어진다. 박막 전극(10)은 각 베이스 부재(13)의 한 표면 상에 형성되고, 적층형 압전 소자 부재(32)는 접착제 또는 솔더링에 의해 베이스 부재(13) 각각의 박막 전극(10) 표면에 접합된다. 이러한 환경에서, 포지셔닝은 지그를 이용하여 수행되어, 베이스 부재(13)와 적층형 압전 소자 부재(32)의 에지들은 서로 평행하게 된다. 적층형 압전 소자 부재(32) 및 베이스 부재(13) 상의 박막 전극(10)은 다이싱 블레이드 또는 와이어 소(wire saw)를 사용하여 동시에 wfj단된다. 동일한 피치로 배열된 개별 압전 소자(32a)가 형성된다.
또한, 박막 전극(10)이 분할되고, 각각의 압전 소자(32a)용 인출 전극이 형성된다. FPC 케이블(14)은 솔더링 등에 의하여 인출 전극에 접합된다. 본 실시예에서 진동판(2) 상부에 위치하는 다른 구성들은 이전 실시예들의 구성들과 본질적 으로 동일하며, 그 설명은 생략될 것이다.
다음으로, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 11은 본 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 사시도이며, 도 12는 도 11에 표시된 E-E 선에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이며, 도 13은 도 11에 표시된 F-F 선에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
본 실시예에서, 제2 실시예의 구성과 동일한 구성을 갖는 적층형 압전 소자 부재(12)가 길이 방향으로 평행하게 6개의 부분으로된 2개의 열을 이루며 배치된다. 길이 방향으로의 액체 토출 헤드의 길이는 대략 330mm이다.
330mm 길이의 액체 토출 헤드를 사용하기 때문에 A3 용지의 짧은 면의 폭이 처리될 수 있으며, A3 용지 상에 화상을 인쇄할 수 있는 라인 헤드를 얻을 수 있다.
2개의 적층형 압전 소자 부재(12)가 도 1의 이전 실시예에서와 같이 길이 방향을 따라 나란히 배치될 때, 공통 전극은 길이 방향으로 적층형 압전 소자 부재의 외측 단부로부터 인출된다. 그러나, 3개 이상의 적층형 압전 소자 부재(12)가 본 실시예에서 길이 방향을 따라 배치될 때, 공통 전극은 헤드 양단에 위치하는 압전 소자 부재 외의 내부 압전 소자 부재로부터는 인출될 수 없다.
이 문제점을 방지하기 위하여, 베이스 부재(13)는 본 실시예에서 공통 전극과 전기적으로 연결된다. 이것은, 도 12에 도시된 바와 같이, 내부 전극(22B)이 공통 전극(23)에 전기적으로 연결되고, 공통 외부 전극(23)은 적층형 압전 소자 부재(12)의 후면에 연장하는 연장부(23a)와 일체로 제공된다. 그리고, 적층형 압전 소자 부재(12)의 배면 상의 공통 외부 전극(23)의 연장부(23a)는 SUS와 같은 금속 재료로 이루어진 전도성 베이스 부재(13)에 전기적으로 연결된다.
이 경우에, 적층형 압전 소자 부재(12)의 배면 상의 공통 외부 전극(23)의 연장부(23a)와 베이스 부재(13)는 전도성 접착제를 이용하여 서로 접합되어, 기계적 접합과 전기적 연결이 동시에 얻어질 수 있다. 필요한 제조 공정의 수를 줄이고 저비용으로 액체 토출 헤드의 제조를 획득하는 것이 가능하다.
그리고, 도 13에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(13)는 솔더(11) 등에 의해 FPC(14)로 헤드의 단부에 연결된다. 따라서, 적층형 압전 소자 부재(12)의 내부 전극(22B)은 베이스 부재(13)를 통해 FPC(14)에 전기적으로 연결된다.
길이 방향으로 3개 이상의 적층형 압전 소자 부재를 배치할 때, 공통 전극은 적층형 압전 소자 부재 각각을 베이스 부재(13)에 연결함으로써 인출될 수 있다. 공통 전극이 베이스 부재(13)를 이용하여 인출되기 때문에, 연장된 구성에서 구축되는 액체 토출 헤드의 중간 부분에서 전압 강하의 영향이 거의 없다.
다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 14는 도 12와 유사한 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이고, 도 15는 도 13과 유사한 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도이다.
본 실시예에서, 액체 토출 헤드는 제5 실시예의 구성과 본질적으로 동일한 구성을 가지며, 베이스 부재(13)는 세라믹과 같은 절연 재료로 이루어지고, 박막 전극(15)은 베이스 부재(13)의 표면 상에 형성된다.
액체 토출 헤드가 연장된 구성으로 생산되면, 베이스 부재는 길어지고 호리호리해지며, 베이스 부재는 단단한 재료로 이루어지는 것이 필수적이다. 본 실시예에서, 베이스 부재의 재질이 전도성이어야 하는 제한은 없으며, 금속 재료 대신에 베이스 부재의 단단한 재료로 세라믹을 사용하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 16을 참조하여, 본 발명의 제7 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 16은 본 발명의 제7실시예에 따른 액체 토출 헤드의 구성을 도시한 도면이다. 도 16에서, (a)는 본 발명의 액체 토출 헤드의 주요 부분에 대한 평면도이며, (b)는 도 16(a)의 액체 토출 헤드의 저면도이며, (c)는 도 16(a)의 액체 토출 헤드의 상면도이다.
본 실시예에서, 복수의 압전 소자 부재(12)가 하나의 베이스 부재(13)에 여러 열로 줄지어 배치되며, 전술한 도 1의 제1 실시예와 유사하다. 구체적으로는, 도 16의 실시예에서, 압전 소자 부재(12)는 압전 소자 열(12A)과 압전 소자 열(12B)로 각각 불리는 2개의 열로 배치된다.
본 실시예에서, 간격(31A)은 압전 소자 열(12A)의 m번째 압전 소자 행(12m)(m은 1보다 더 큰 정수이다)과 (m+1)번째 압전 소자 행(12m+1) 사이에 형성된다. 유사하게, 간격(31B)은 압전 소자 열(12B)의 m번째 압전 소자 행(12m)과 (m+1)번째 압전 소자 행(12m+1) 사이에 형성된다.
이 경우에, m번째 압전 소자 행(12m)과 (m+1)번째 압전 소자 행(12m+1) 사이의 간격(31A, 31B) 각각은 슬롯 가공에 의해 형성된 그루브 중의 하나의 폭(L1)보다 더 작은 폭(L3)을 갖는다(L3<L1). 바꾸어 말하면, 양의 방향(도 16의 오른쪽 방향)으로의 m번째 압전 소자 행(12m)의 에지 위치는 위치(A)이고, 음의 방향(도 16의 왼쪽 방향)으로의 압전 소자 행(12m+1)의 에지 위치는 위치(B)라 한다면, 위치(A)와 위치(B) 사이의 거리(B-A)는 슬롯 가공에 의해 형성된 그루브(30)의 폭(L1)보다 더 작다.
본 실시예에서, 액체 토출 헤드는 각 열의 m번째 압전 소자 행(12m)과 (m+1)번째 압전 소자 행(12m+1) 사이의 간격(31)의 폭이 슬롯 가공에 의해 형성된 그루브(30)의 폭(L1)보다 더 작도록 액체 토출 헤드가 배치된다. m번째 압전 소자 행(12m)과 (m+1)번째 압전 소자 행(12m+1) 사이의 경계부에서의 간격(31)이 압전 소자 부재의 열들에 대하여 위치상으로 다르다면, 슬롯 가공에 의해 형성된 그루브(30)의 폭 내에서 각 열에 대한 간격(31)을 포함하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 17을 참조하여, 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 헤드인 잉크젯 헤드의 구성을 설명한다. 도 17은 액체 토출 헤드의 노즐 방향을 따른 본 발명의 제8 실시예에서의 액체 토출 헤드의 단면도이다.
본 실시예에서, 압전 소자(12a)는 구동 파형이 공급되는 액추에이션부(25)와 구동 파형이 공급되지 않는 비액추에이션부(26)가 교대로 배치되는 바이-피치(bi-pitch) 구조로 배치된다.
진동판(2)에서 복수의 볼록부(2a)가 액추에이션부(25)로 사용되는 압전 소자(12a)에 접착제로 접합되는 부분에서 형성되고, 복수의 볼록부(2b)가 비액추에이션부(26)로 사용되는 압전 소자(12a)에 접착제로 접합되는 부분에서 형성된다.
본 실시예에서, 상기 볼록부는 압전 소자에 접합된 진동판의 일부에 형성되 고, 압전 소자(12a)의 폭(노즐 열 방향으로의 폭)의 변화가 발생하더라도 해당 노즐들(5) 사이의 액체 토출 부피에서의 변화는 감소할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 2개의 압전 소자 부재(12)가 베이스 부재(13)에 서로 접합되고 슬롯 가공이 수행되면, 압전 소자 부재(12)의 단부에 있는 에지 위치의 압전 소자(12a1)(다른 압전 소자 부재(12)에 인접한)의 폭(D2)이 다른 압전 소자(12a)의 폭(D1)보다 더 클 수 있다(D2>D1).
이 문제점은 아래와 같은 이유 때문에 발생한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 다이싱 가공에 의해 2개의 인접한 압전 소자 부재(12) 사이에 그루브(31)를 형성하면, 슬롯 가공이 이미 수행된 압전 소자 부재(12)의 압전 에지 위치의 압전 소자(12a1)는 다이싱 블레이드(35)에 의해 스트레스를 받으며, 다이싱 블레이드(35)에 의해 이미 형성된 그루브(30)의 측면으로 변형된다. 따라서, 에지 위치의 압전 소자(12a1)의 폭(D2)은 다른 압전 소자(12a)의 폭(D1)보다 더 크다.
이러한 문제점을 방지하기 위하여, 본 실시예에 따르면, 볼록부(2a)가 진동판(2)에 제공되고, 볼록부(2a)의 폭은 가압 액체 챔버(6) 각각의 폭과 동일하도록 형성된다. 더하여, 볼록부(2b)가 가압 액체 챔버(6)의 칸막이벽(6a) 아래의 위치에 제공되며, 높이가 액추에이션부(25) 및 지지부(26)와 동일하게 된다.
진동판(2)에 볼록부(2a)가 없다면, 압전 소자(12a)의 폭(D1)은 압전 소자(12a1)의 폭(D2)과 다르며, 진동판의 변형 폭(영역)은 압전 소자의 폭에 따라 달라지고, 이는 관련된 노즐로부터 토출되는 액체방울의 체적에서의 차이를 야기한다.
이러한 문제점을 방지하기 위하여, 볼록부(2a)가 진동판의 배면 상에 형성되고, 압전 소자(12a) 및 압전 소자(12a1)는 서로 접합된다. 에지 위치의 압전 소자(12a1)의 폭이 다른 압전 소자(12a)의 폭과 다르다 하더라도, 진동판(2)의 유효 작용 영역은 볼록부(2a)의 폭에 의존한다. 각 가압 액체 챔버(6)에 인가된 압력은 동일하며, 각 노즐(5)로부터 토출된 액체 방울의 부피에서의 변동을 감소시키는 것이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 액체 토출 헤드에 의해 형성된 화상의 화질에서의 품질 저하를 방지하는 것이 가능하다.
진동판(2)의 볼록부(2a, 2b)는, 예를 들어, 니켈 전기 주조에 의해 동일한 재료로 일체로 형성될 수 있다. 이 대신에, 진동판(2)은 수지 필름으로부터 형성될 수 있고, 볼록부(2a, 2b)는 에칭 또는 패터닝을 통해 스테인레스 스틸과 같은 금속 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 볼록부(2a, 2b)는 복층으로 형성될 수 있으며, 복층의 경우 볼록부(2a, 2b)의 폭(영역)이 복층 사이에서 차이가 나도록 하는 것이 가능하다.
전술한 실시예들의 각각에서, 하나의 잉크젯 헤드를 이용한 것에 대하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 액체 토출 헤드는 도 20에 도시된 바와 같이 헤드 일체형 잉크 카트리지로 구성될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 헤드 일체형 잉크 카트리지(40)는 본 발명의 액체 토출 헤드인 복수의 노즐(42)을 갖는 잉크젯 헤드(41), 및 잉크젯 헤드(41)로 공급되는 잉크를 수용하는 잉크 탱크(43)를 포함한다. 잉크젯 헤드(41)와 잉크 탱 크(43)는 헤드 일체형 잉크 카트리지(40)로 통합된다. 본 실시예에 따르면, 다수의 노즐이 고밀도로 배치된 헤드 일체형 잉크 카트리지를 얻을 수 있다. 그리고 저가의 소형 액체 카트리지의 제조가 양호한 신뢰성을 갖고 얻어질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 액체 토출 장치가 구체화된 화상 형성 장치인 잉크젯 기록 장치의 구성이 도 21 및 도 22를 참조하여 설명될 것이다.
도 21은 본 발명의 액체 토출 장치가 구체화된 화상 형성 장치의 기구부의 일례를 도시한 도면이며, 도 22는 도 21의 기구부의 주요 부분에 대한 평면도이다.
화상 형성 장치에서, 캐리지(133)는 프레임(101)을 구성하는 측면 커버(101A, 101B)를 가로질러 수평으로 배치된 가이드 부재인 가이드 봉(guide rod, 131)과 스테이(stay, 132)에 의해 주 스캔 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 캐리지(133)는 도시되지 않은 스캔 모터에 의해 도 22에서 화살표로 표시된 주 스캔 방향(캐리지 이동 방향)으로 움직인다.
전술한 캐리지(133)에서, 각 색상의 잉크 방울을 토출하는 본 발명의 액체 토출 헤드인 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M) 및 블랙(Bk)의 네개의 잉크젯 헤드를 포함하는 기록 헤드(134)가 제공된다. 기록 헤드(134)는 잉크 토출 개구가 주 스캔 방향에 수직인 방향으로 배열되도록 배치되며, 잉크 방울 토출 방향은 아래로 향한다.
전술한 바와 같이, 구동 IC들은 기록 헤드(134) 상에 탑재되며, 하니스(harness, 가요성 인쇄 케이블(flexible printed cable), 102)를 통해 도시되지 않은 제어부에 연결된다.
또한, 기록 헤드(134)에 해당 색상의 잉크를 공급하기 위한 서브탱크(135)가 캐리지(133) 상에 탑재된다. 각 색상의 서브탱크(135)에 대한 각 색상의 잉크를 보충 공급이 카트리지 탑재부(114)로 삽입된 잉크 카트리지(120 - 120k, 120c, 120m, 120y)로부터의 각 색상의 잉크 공급 튜브(136)를 통해 수행된다. 잉크 카트리지(120) 내에 잉크를 공급하기 위한 공급 펌프부(115)는 카트리지 탑재부(114) 내에 배치되고, 잉크 공급 튜브(136)의 중간 부분은 프레임(101)을 구성하는 배면 판(101C) 상에 배치된 고정 부재(105)에 의해 지지된다.
한편, 용지 공급 트레이(112)의 용지 적재부(가압판, 141) 상에 적재된 용지(142)를 공급하기 위한 용지 공급부로서, 높은 마찰 계수를 갖는 재료로 이루어진 분리 패드(144)가 용지 적재부(141)로부터 각 용지(142) 시트의 분리 공급을 수행하는 반달 형상의 공급 롤러(143)을 대면하도록 배치된다. 분리 패드(144)는 공급 롤러(143)의 표면에 대향하여 눌러진다.
용지 공급부로부터 공급된 용지(142)를 기록 헤드(134)의 하부로 운송하기 위하여, 용지(142)를 안내하는 가이드 부재(145), 카운터 롤러(146), 이송 가이드 부재(147), 및 에지 가압 롤러(149)를 갖는 리테이너 부재(148)가 제공된다. 또한, 운송 벨트(151)가 제공되며, 이 운송 벨트(151)는 용지(142)를 정전기적으로 끌어당기고 용지(142)를 기록 헤드(134)을 대면하는 위치로 이송하기 위한 운송부이다.
운송 벨트(151)는 무한 벨트이며, 이 운송 벨트(151)는 이송 롤러(152) 및 텐션 롤러(153) 사이에서 벨트 운송 방향(부 스캔 방향)으로 회전하도록 감겨진다.
운송 벨트(151)는 전면층과 배면층을 갖는다. 전면층은 용지 흡착면으로 사용되고 대략 40 ㎛의 두께의 수지 재료로부터 형성되고 저항제어에 영향을 받지 않는다. 예를 들어, 전면층은 ETFE 재료로부터 형성된다. 배면층(중간 저항층, 접지층)은 전면층과 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 탄소에 의한 저항 제어의 영향을 받는다.
또한, 대전 롤러(156)가 제공되며, 이 대전 롤러(156)는 운송 벨트(151)의 표면을 정전기적으로 대전시키기 위한 대전부이다. 대전 롤러(156)는 운송 벨트(151)의 전면층을 접촉하고, 운송 벨트(151)의 회전에 종동하여 회전하도록 배치된다. 기설정된 압력이 눌러지는 압력으로서 대전 롤러(156)의 축부의 양 단부에 가해진다.
또한, 이송 롤러(152)는 접지 롤러의 역할을 하며, 운송 벨트(151)의 중간 저항층과 접촉하여, 운송벨트가 접지된다.
운송 벨트(151)의 후면 상에서, 가이드 부재(157)가 기록 헤드(134)에 의한 인쇄 영역에 대응하여 배치된다. 가이드 부재(157)는 전면과 운송 벨트(151)의 평면성을 유지하기 위하여 운송 벨트(151)를 지지하는 2개의 롤러(이송 롤러(152) 및 텐션 롤러(153))의 접선 상부로 기록 헤드(134) 방향으로 돌출한 전면을 갖는다.
운송 벨트(151)는 도시되지 않은 공급 모터에 의해 구동 벨트를 통해 회전할 때 이송 롤러(152)가 벨트 운송 방향으로 회전한다.
또한, 기록 헤드(134)에 의해 화상이 기록된 용지(142)를 배출하기 위한 용지 배출부로서, 운송 벨트(151)로부터 용지(142)를 분리하기 위한 분리 조(seperation nail, 161), 운반 롤러(162) 및 운반 롤러(163)가 제공된다. 용지 출력 트레이(113)는 운반 롤러(162) 아래에 배치된다. 본 실시예에서, 운반 롤러(162)와 운반 롤러(163) 사이의 위치는 용지 출력 트레이(113) 상에 적재될 수 있는 용지의 양을 증가시키도록 용지 출력 트레이(113)로부터 소정의 높이까지 상승되어 있다.
화상 형성 장치의 주요부(1)의 배면 상에, 양면인쇄부(171)가 분리가능하게 장착된다. 양면인쇄부(171)는 운송 벨트(151)의 반대 방향 회전에 의해 돌아온 용지(142)를 받아 용지(142)를 반전시키고 다시 반전된 용지(142)를 카운터 롤러(146)와 운송 벨트(151) 사이의 위치로 공급한다. 양면인쇄부(171)의 상면은 수동 공급 트레이(172) 역할을 한다.
또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 주 스캔 방향에 있는 캐리지의 한 측면 상의 비인쇄 영역에서, 기록 헤드(134)의 노즐들을 유지보수하고 회복시키기 위한 유지보수 회복 기구부(부시스템)(181)가 배치된다. 이 유지보수 회복 기구부(181)에서, 기록 헤드(134)의 각 노즐면에 캡핑(capping)하기 위한 캡 부재(182), 노즐 면을 와이핑(wiping)하기 위한 와이퍼 블레이드(183), 및 더미 토출(화상 기록에 기여하지 않는 방울의 토출)이 수행될 때 토출된 방을을 받기 위한 더미 토출 리셉터클(184)이 제공된다.
또한, 유사하게, 주 스캔 방향에서의 캐리지(133)의 다른 측면 상의 비인쇄 영역에서, 더미 토출시에 토출된 방울을 받기 위한 더미 토출 리셉터클(185)이 제공된다.
전술한 화상 형성 장치에서, 용지(142)의 각 시트에 대한 분리 공급은 용지 공급 트레이(112)로부터 수행되고, 상부로 공급된 용지(142)는 가이드 부재(145)에 의해 안내된다. 용지(142)는 운송 벨트(151)와 카운터 롤러(146) 사이에 끼워져 운송된다. 용지 에지는 이송 가이드(147)에 의해 더 안내되고 에지 가압 롤러(149)에 의해 운송 벨트(151)에 대하여 눌러지며, 운송 방향은 대략 90도로 바뀐다.
이 때, 제어 회로(미도시)는 고전압 공급부로부터 대전 롤러(156)로 양의 전압과 음의 전압을 교대로 인가하는 것을 제어하고, 운송 벨트(151)는 교대로 대전하는 전압 패턴에 영향을 받는다. 운송 벨트(151)에서, 기설정된 폭의 벨트와 유사한 영역들은 양과 음의 전압에 의해 교대로 대전되고 운송 벨트(151)의 원둘레 방향인 부 스캔 방향으로 배열된다.
용지(142)가 양과 음의 전압으로 교대로 대전된 운송 벨트(151) 상에 공급되면, 용지(142)는 운송 벨트(151)에 의해 끌어당겨지며, 운송 벨트(151)의 회전 운동에 의해 부 스캔 방향으로 이송된다.
그 다음, 캐리지(133)가 주 스캔 방향으로 이동하는 동안, 기록 헤드(134)는 화상 신호에 따라 구동되며, 잉크 방울은 정지된 종이(142)로 토출되고 화상이 한스캔 라인으로 용지(142) 상에 기록된다. 용지(142)가 부 스캔 방향으로 주어진 거리만큼 운송된 후에 화상이 다음 스캔 라인으로 용지(142) 상에 기록된다. 프린트 종료 신호 또는 인쇄 영역에서의 용지의 후단 에지에의 도달을 나타내는 신호가 수신되면, 기록 헤드(134)의 기록 동작은 종료되고, 용지(142)는 용지 출력 트레 이(113)로 운반된다.
이 화상 형성 장치에서의 기록 헤드는 본 발명의 액체 토출 헤드로 구성되고, 본 발명의 액체 토출 헤드는 연장된 구성을 이용하여 고밀도의 잉크 토출을 얻을 수 있다. 따라서, 소형 및 고속 인쇄의 고품질 잉크젯 기록 장치를 얻는 것이 가능하다.
상술한 실시예들에서, 본 발명의 액체 토출 헤드는 잉크젯 헤드에 적용되지만, 본 발명은 잉크젯 헤드에 한정되지 않는다. 대신에, 본 발명은 패터닝을 위한 액체 수지와 같은 잉크 외의 액체의 방울을 토출하는 액체 토출 헤드와, 유전자 분석 샘플 방울 등을 토출하는 액체 토출 헤드에 적용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 액체 토출 장치가 구체화된 화상 형성 장치의 다른 일례가 도 23을 참조하여 설명된다. 도 23은 이 일례의 화상 형성 장치에 대한 사시도이다.
도 23의 화상 형성 장치에서, 전라인(full line) 헤드(201)가 제공된다. 전라인 헤드(201)에서, 기록 매체(용지)(200)는 이송 롤러(211) 및 공급 롤러(212)에 의해 운송된다, 복수의 토출 노즐은 기록 매체(200)의 기록 가능한 영역의 전체 폭을 덮도록 헤드(201) 상에 배치된다.
전라인 레드(201)는 이송 롤러(211)에 의해 운송된 기록 매체(200)의 운송 경로를 가로질러 배치되고, 화상은 기록 매체(200)의 전체 기록 가능한 영역에서 일시에 기록될 수 있다.
전라인 잉크젯 기록 장치의 경우에, 기록 매체가 얇은 시트 또는 얇은 일반 용지인 경우에, 용지가 잉크의 침투를 통한 용지의 팽창 또는 주름 때문에 용지가 헤드를 접촉하는 문제점이 쉽게 발생한다. 이 경우에, 높은 점도의 잉크 사용은 용지상에 잉크의 침투를 감소시킬 수 있으며 상기 문제점의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 전라인 잉크젯 기록 장치의 경우 전체 주 스캔 라인의 인쇄를 일시에 완료하는 것이 필요하다. 이 이유 때문에, 전라인 잉크젯 기록 장치에 사용되는 기록 헤드에서 노즐과 액체 채널이 고밀도로 배치되어야 한다.
본 발명의 액체 토출 헤드에 따르면, 액체 채널은 고밀도로 배치될 수 있고, 높은 점성의 잉크는 문제점 없이 사용될 수 있다. 본 발명의 액체 토출 장치는 전라인 기록 헤드 또는 전라인형 장치에 사용하는데 효율적이다.
전술한 실시예에서, 본 발명의 액체 토출 장치는 프린터 구성에 구축되는 화상 형성 장치에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 프린터/팩스/복사기 기능을 갖는 다기능 주변 기기의 구성에 구축되는 화상 형성 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 잉크 외에, 정착 처리액 등과 같은 기록 액체를 이용한 화상 형성 장치에 적용될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변형 및 수정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 의해 그 전문이 원용되고 2004년 11월 29일 출원된 일본 특허출원 제2004-344075호 및 2005년 10월 3일 출원된 일본 특허 출원 제2005-290417호의 우선권을 향유한다.

Claims (10)

  1. 베이스 부재;
    액체 방울을 토출하는 복수의 노즐;
    상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및
    상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자;
    를 포함하고,
    상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 부재의 2개의 인접한 행 사이의 경계부에서 그루브가 슬롯 가공에 의하여 더 형성된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 부재의 2개의 인접한 행 사이의 경계부에서 간격이 형성되고, 상기 간격은 상기 슬롯 가공에 의해 형성된 상기 그루브 중의 하나의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 각각에 구동 파형을 공급하기 위하여 공통 외부 전극이 상기 베이스 부재에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 및 상기 베이스 부재는 전도성 접착제를 사용하여 서로 접합된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 부재에 상기 복수의 노즐이 형성된 노즐판이 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 부재는 상기 베이스 부재 상에 행을 이루며 배치되고, 상기 복수의 압전 소자 부재의 m번째 압전 소자 행(m은 1보다 더 큰 정수) 및 (m+1)번째 압전소자 행 사이의 경계부에 간격이 형성되고, 상기 간격은 상기 슬롯 가공에 의해 형성된 상기 그루브 중의 하나의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 및 상기 복수의 액체 챔버의 벽 표면을 형성하는 진동판 사이의 복수의 접합부에 복수의 볼록부가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
  9. 액체 토출 헤드 및 액체 수용부를 구비한 액체 토출 장치에 있어서,
    상기 액체 토출 헤드는,
    베이스 부재;
    액체 방울을 토출하는 복수의 노즐;
    상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및
    상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자;
    를 포함하고,
    상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 액체 토출 장치.
  10. 액체 토출 헤드를 구비하며, 상기 액체 토출 헤드로부터 기록 매체에 액체 방울을 토출함으로써 상기 기록 매체 상에 화상을 형성하는 화상 형성 장치에 있어서,
    상기 액체 토출 헤드는,
    베이스 부재;
    액체 방울을 토출하는 복수의 노즐;
    상기 복수의 노즐과 각각 연결된 복수의 액체 챔버; 및
    상기 복수의 액체 챔버 각각에 있는 액체를 가압하는 압력을 생성하는 복수의 압전 소자;
    를 포함하고,
    상기 복수의 압전 소자가 슬롯 가공에 의해 그루브를 가지면서 행으로 형성된 복수의 압전 소자 부재가 상기 복수의 압전 소자의 행 방향을 따라 상기 베이스 부재 상에 줄지어 배치된 화상 형성 장치.
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