KR20110073311A

KR20110073311A - 액체 분사 헤드 및 액체 분사 장치

Info

Publication number: KR20110073311A
Application number: KR1020100130771A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 무라세
Original assignee: 에스아이아이 프린텍 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-06-29
Also published as: JP2011126254A; US20110148986A1; US8465126B2; CN102180010A

Abstract

(과제) 노즐(7)로부터 액체가 토출되는 토출 속도의 편차를 저감시키고, 토출된 액적의 위치 및 양을 고정밀도로 제어함과 더불어, 신뢰성을 향상시킨 액체 분사 헤드(1)를 제공한다.
(해결 수단) 기판 표면에 가늘고 긴 홈(8)을 복수 배열하고, 이 홈(8)에 연통하는 노즐 (7)로부터 액체를 토출하는 액추에이터(2)와, 이 액추에이터(2)의 홈(8)에 액체를 공급하는 유로 부재(3)와, 이 액추에이터(2)와 유로 부재(3)의 사이에 완충 부재(4)를 개재시켰다.

Description

액체 분사 헤드 및 액체 분사 장치{LIQUID INJECTION HEAD AND DEVICE}

본 발명은, 노즐로부터 액체를 토출하여 피기록 매체에 화상이나 문자, 혹은 박막(薄膜) 재료를 형성하는 액체 분사 헤드 및 이것을 이용한 액체 분사 장치에 관한 것이다.

최근, 기록지 등에 잉크 방울을 토출해서, 문자, 도형을 묘화하거나, 혹은 소자 기판의 표면에 액체 재료를 토출하여 기능성 박막의 패턴을 형성하는 잉크젯 방식의 액체 분사 헤드가 이용되고 있다. 이 방식은, 잉크나 액체 재료를 액체 탱크로부터 공급관을 통해 액체 분사 헤드에 공급하고, 액체 분사 헤드에 형성한 미소(微小) 공간에 이 잉크를 충전하고, 구동 신호에 따라 미소 공간의 용적을 순간적으로 축소하여 홈에 연통하는 노즐로부터 액적을 토출시킨다.

도 7은, 특허 문헌 1에 기재된 이 종류의 잉크젯 헤드(100)의 단면도이다. 잉크젯 헤드(100)는, 표면에 형성된 잉크실(103)의 잉크를 토출하는 압전성 재료로 이루어지는 기판(101)과, 기판(101)의 표면에 잉크실(103)의 일부가 노출되도록 설치된 뚜껑 부재(102)와, 뚜껑 부재(102) 및 기판(101)의 표면에 설치되고, 인터 튜브(106)로부터 유입한 잉크를 잉크실(103)에 공급하는 매니폴드(105), 이들 부재를 수납하는 커버(108) 등으로 구성되어 있다.

FPC(플렉시블 회로 기판)(107)로부터 기판(101)의 도시하지 않은 전극에 구동 전력을 공급하고, 압전 효과에 의해 잉크실(103)의 용적을 변화시킨다. 그러면, 노즐 플레이트(104)의 노즐로부터 액적 D를 분사하여, 피기록 매체에 잉크를 기록한다. 액적의 분사에 동기하여 잉크젯 헤드(100)나 피기록 매체를 이동시킴으로써 문자나 도형을 인자할 수 있다.

일본국 특허 공개 2005－306022호 공보

뚜껑 부재(102)는 기판(101)의 표면에 면 접합한다. 기판(101)은 압전체 재료, 예를 들면 PZT 세라믹 등이 사용된다. 온도 변화에 의해 기판(101)에 휨이 발생하지 않도록 하기 위해서, 뚜껑 부재(102)와 기판(101)은 동일한 재료를 사용한다. 매니폴드(105)와 기판(101) 및 뚜껑 부재(102)는 접합부(A1, A2)에서 접합한다. 매니폴드(105)로서는, 저중량화, 저코스트화의 관점으로부터, 통상 아크릴, 폴리이미드, 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 합성 수지, 혹은 금속재료가 사용된다. 따라서, 접합부(A1, A2)는 이종 재료 간의 접합이 된다. 기판(101)에 휨을 발생시키지 않기 위해, 또, 매니폴드(105)가 기판(101)이나 뚜껑 부재(102)로부터 벗겨지지 않게 하기 위해서, 매니폴드(105)와 기판(101)의 열팽창 계수차를 작게 하는 재료를 선정할 필요가 있다. 따라서, 매니폴드(105)는 사용할 수 있는 재료가 한정된다.

또, 접합부(A1, A2)는 잉크실(103)을 흐르는 잉크에 직접 접촉한다. 통상, 고체화한 후의 경도가 낮은 부드러운 접착제는 유기계의 잉크에 대해서 용해하기 쉽다. 이 때문에, 잉크 내성이 요구되는 접착제는 고경도이며 접착 강도도 강하다. 한편, 이 잉크젯 방식은, 잉크실(103)의 용적을 압전 효과에 의해 순간적으로 수축시켜 잉크를 토출시킨다. 그러나 잉크의 토출 속도는 기판(101)이 가지는 고유 진동의 영향을 받는다. 잉크젯 헤드는 이동하면서 잉크를 토출하므로, 잉크의 토출 속도가 변화하면 착탄 지점의 위치가 어긋난다.

특히, 접합부(A1, A2)에 도포하는 접착제의 경도가 큰 경우에는, 기판(101) 및 뚜껑 부재(102)의 잉크 토출을 수반하는 진동이 접착제를 통해 매니폴드(105)나, 매니폴드(105)를 고정하는 다른 부재에도 전달한다. 그러면, 기판(101)의 잉크 토출에 수반하는 진동이 다른 부재에 영향을 받아, 토출하는 액적의 토출 속도가 변화한다. 이 때문에, 구동 주파수나 액적의 토출 조건에 의해 토출 속도가 고르지 않아 목적 지점에 목적 량의 액적을 착탄시킬 수 없게 된다는 과제가 있었다.

또, 기판(101)이나 뚜껑 부재(102)의 접합면은 통상 플랫은 아니다. 이 때문에, 이들 접합면에 개재되는 접착제는, 장소에 따라 두께가 상이하다. 접합부(A1, A2)에 개재되는 접착제의 두께의 편차는, 구동 성능에 영향을 미치는 원인이 된다. 또, 접합부(A1, A2)에 사용하는 접착제는 잉크, 특히 유기계 잉크에 대해서 팽윤하는 성질을 가지고 있다. 접착제가 잉크에 접촉하여 팽윤하면, 접착제의 두께나 경도가 변화하고, 기판(101)에 휨을 발생시키거나 기판(101)이 파괴되는 등의 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 압전체 기판에 접속하는 주위의 부재에 액체 토출 속도가 영향을 받기 어려운 액체 분사 헤드 및 이것을 이용한 액체 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 액체 분사 헤드는, 기판의 표면에 가늘고 긴 홈을 복수 배열하고, 상기 가늘고 긴 홈에 연통하는 노즐로부터 액체를 토출하는 액추에이터와, 상기 액추에이터의 복수의 홈에 액체를 공급하는 유로 부재와, 상기 액추에이터와 상기 유로 부재의 사이에 개재되어, 상기 액추에이터와 상기 유로 부재를 연결하는 제1의 완충 부재를 구비하도록 했다.

또, 상기 완충 부재로서 고무 부재 또는 엘라스토머 부재를 사용했다.

또, 상기 액추에이터를 지지하는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재와 상기 액추에이터의 사이에 개재되어, 상기 베이스 부재와 상기 액추에이터를 연결하는 제2의 완충 부재를 더 구비하도록 했다.

또, 상기 액추에이터는, 제1의 액추에이터와 제2의 액추에이터가 적층되는 구조를 가지고, 상기 제1과 제2의 액추에이터의 사이에 개재되어, 상기 제1과 제2의 액추에이터를 연결하는 제3의 완충 부재를 구비하도록 했다.

또, 상기 제3의 완충 부재는, 상기 제1과 제2의 액추에이터를 구성하는 각 기판의 이면의 사이에 개재되도록 했다.

또, 상기 액추에이터는, 상기 각 홈의 일부를 제외하고 그 개구부를 폐색하도록 상기 기판의 표면에 적층되는 커버 플레이트를 포함하고, 상기 제3의 완충 부재는, 상기 제1의 액추에이터의 기판의 이면과 상기 제2의 액추에이터의 커버 플레이트의 사이에 개재되도록 했다.

또, 상기 완충 부재의 평균 두께가, 0.2mm∼2.0mm인 것으로 했다.

또, 상기 완충 부재가, 내용제성을 가지도록 했다.

또, 상기 완충 부재가, 내유성을 가지도록 했다.

본 발명에 의한 액체 분사 장치는, 상기 어느 하나의 액체 분사 헤드와, 상기 액체 분사 헤드를 왕복 이동시키는 이동 기구와, 상기 액체 분사 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급관과, 상기 액체 공급관에 상기 액체를 공급하는 액체 탱크를 구비하도록 했다.

본 발명의 액체 분사 헤드는, 기판의 표면에 가늘고 긴 홈을 복수 배열하고, 가늘고 긴 홈에 연통하는 노즐로부터 액체를 토출하는 액추에이터와, 이 액추에이터의 복수의 홈에 액체를 공급하는 유로 부재의 사이에 완충 부재를 개재시켰다. 이에 의해, 액체를 토출시킬 때에 발생하는 액추에이터의 진동은 유로 부재나 이 유로 부재를 지지하는 다른 부재의 영향을 받지 않고, 액체의 토출 속도의 편차가 저감함과 더불어, 액추에이터와 유로 부재 간의 열팽창 계수차나 접합면의 요철에 기인하는 응력에 의한 일그러짐이 감소하고, 토출 특성의 변동이 적은 높은 신뢰성을 가지는 액체 분사 헤드 및 액체 분사 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액체 분사 헤드의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 액체 분사 헤드의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 액체 분사 헤드의 모식적인 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 액체 분사 헤드의 액체 분사 속도의 편차를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 액체 분사 헤드의 모식적인 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제５ 실시형태에 따른 액체 분사 장치의 모식적인 사시도이다.
도 7은 종래 공지의 잉크젯 헤드의 단면도이다.

본 발명의 액체 분사 헤드는, 표면에 가늘고 긴 홈을 복수 배열하고, 이 가늘고 긴 홈에 연통하는 노즐로부터 액체를 토출하는 액추에이터와, 이 액추에이터의 복수의 홈에 액체를 공급하는 유로 부재의 사이에 완충 부재를 개재시키고, 이 완충 부재에 의해 액추에이터와 유로 부재를 연결하고 있다.

완충 부재로서, 액추에이터를 구성하는 기판이나 액추에이터와 연결하는 유로 부재보다도 경도가 낮은 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들면 고무 부재나 엘라스토머 부재를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 폴리에틸렌·폴리피렌계의 고무 재료를 사용할 수 있다. 완충 부재는, 바람직하게는 내용제성 또는 내유성을 가지고, 예를 들면 유기용제계 잉크에 대한 내성을 구비하고 있다. 유기용제계 잉크에 대한 팽윤율은 20% 이하로 하고, 바람직하게는 5%∼10%의 재료를 사용한다. 유로 부재와 완충 부재의 사이, 및 완충 부재와 액추에이터와의 사이는, 접착제를 이용하여 연결할 수 있다. 접착제로서 잉크 내성을 구비한 고경도의 접착제를 사용할 수 있다.

이와 같이, 액추에이터와 유로 부재의 사이에 완충 부재를 개재시켰으므로, 액추에이터가 액적을 토출했을 때의 충격파는 유로 부재나 유로 부재에 접속하는 다른 부재에 전달하기 어렵다. 이 때문에, 액추에이터를 구동할 때에 유로 부재나 유로 부재에 접속하는 다른 부재의 영향을 받지 않으므로, 구동 신호의 주파수 변화에 대한 액적 분사 속도의 편차가 감소하고, 액적 기록 위치나 액적량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 완충 부재의 평균적인 두께를 바람직하게는 0.2mm∼2.0mm로 한다. 이 사이즈로 하면, 완충 능력을 유지하고, 또한, 액체 분사 헤드가 대형화하는 일도 없다.

또한, 액추에이터의 기판과 유로 부재의 사이에 온도 계수차가 존재하고, 온도가 변화했을 때 기판과 유로 부재의 신축량이 다른 경우에도, 완충 부재에 의해 그 신축량의 차가 완화되므로, 액추에이터에 가해지는 응력을 저감시킬 수 있다. 또, 액추에이터와 유로 부재의 접합면이 평탄하지 않은 경우에도, 그 사이에 완충 부재가 개재되므로 접착제의 두께의 편차가 저감하고, 두께의 편차에 기인하는 접착 강도의 저하나 불균일한 응력이 발생하는 것을 저감 시킬 수 있다.

또, 액추에이터를 지지하는 베이스 부재와 액추에이터의 사이에 제2의 완충 부재를 개재시킬 수 있다. 이에 의해, 액추에이터는 완충 부재를 통해 지지받으므로, 액추에이터로부터 다른 부재로 진동이 전달되기 어렵고, 그 결과, 액적을 토출할 때의 충격파가 외부로부터 영향을 받기 어려워져, 액적의 분사 특성을 안정시킬 수 있다.

또, 제1의 액추에이터와 제2의 액추에이터가 적층되는 구조를 가지는 경우에, 이 제1과 제2의 액추에이터의 사이에 제3의 완충 부재를 개재시킬 수 있다. 그리고 제1 또는 제2의 액추에이터에 접속하는 유로 부재 또 베이스 부재의 사이에도 제1의 완충 부재 또는 제2의 완충 부재를 개재시킬 수 있다.

이 구성에 의해, 제1 및 제2의 액추에이터의 각각을, 다른 부재나 다른 액추에이터의 진동의 영향을 받지않고 구동할 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2의 액추에이터로부터 분사하는 액적의 분사 속도나 액적량을 맞출 수 있다. 이하, 본 발명에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액체 분사 헤드(1)의 설명도이다. 도 1의 (a)는 액체 분사 헤드(1)의 사시도이며, (b)는 그 상면도이며, (c)는 (b)의 부분 AA의 모식적인 종단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 액체 분사 헤드(1)는, 액추에이터(2)와, 유로 부재(3)와, 완충 부재(4)를 구비하고 있다. 완충 부재(4)는, 액추에이터(2)와, 유로 부재(3)의 사이에 개재되어, 액추에이터(2)와 유로 부재(3)를 연결하고 있다. 액추에이터(2)와 완충 부재(4), 및, 완충 부재(4)와 유로 부재(3)는 접착제를 이용하여 접합하고 있다. 완충 부재(4)로서 예를 들면 고무 부재나 엘라스토머 부재를 사용하고, 접착제로서 에폭시계의 접착제를 사용했다.

액추에이터(2)는, 압전체로 이루어지는 기판(2a)과 그 위에 접착한 커버 플레이트(2b)를 구비하고 있다. 기판(2a)은, 그 표면(h)의 지면 수직 방향으로 병렬 하도록 형성한 복수의 홈(8)을 구비하고 있다. 각 홈(8)을 압전체로 이루어지는 측벽에 의해 구획하고, 이 측벽에 도시하지 않은 전극을 형성했다. 커버 플레이트(2b)는, 가늘고 긴 홈(8)의 개구 단부를 노출시키고, 그 외의 개구부를 막도록 기판(2a)의 표면(h)을 덮고 있다. 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 기판(2a)의 좌단부는 커버 플레이트(2b)의 좌단부 보다도 돌출하고 있다. 이 돌출부의 표면(h)에, 각 홈(8)의 측벽에 형성한 전극에 전기적으로 접속하는 도시하지 않은 단자 전극을 형성했다. 기판(2a)과 커버 플레이트(2b)는 우단부에 있어서 한 면인 단면을 구성했다. 홈(8)은, 우단면에 개구하고(노즐용 개구(13)), 도시하지 않은 노즐 플레이트의 노즐에 연통한다. 기판(2a)의 표면(h)에 형성한 단자 전극에 구동 신호를 주면 측벽이 변형하고, 홈(8)의 용적이 변화한다. 이 용적 변화를 이용하여 홈(8)에 충전한 액체를 우단면의 노즐용 개구(13)로부터 토출시킨다.

유로 부재(3)는, 제1의 유로 부재(3a)와 이 제1의 유로 부재(3a)에 접속하는 제2의 유로 부재(3b)를 가지고 있다. 유로 부재(3)는, 그 양단부에 부착부(14)를, 그 상면에 손잡이(T)를 구비하고 있다. 부착부(14)를 나사 고정함으로써 액체 분사 헤드(1)를 고정한다. 손잡이(T)는 메인터넌스용으로 설치하고 있다.

제1의 유로 부재(3a)는 완충 부재(4)를 통해 액추에이터(2)와 연결한다. 제1의 유로 부재(3a)와 제2의 유로 부재(3b)는 내부에 연통하는 유로(6)를 가지고 있다. 제1의 유로 부재(3a)는 액추에이터(2)의 복수 홈(8)에 액체를 공급하기 위한 액체 공급실(12)을 구비하고 있다. 제2의 유로 부재(3b)는 액체를 유입하기 위한 접속부(5)를 구비하고 있다. 접속부(5)에 유입한 액체는, 제2 및 제1 유로 부재(3b, 3a)의 유로(6), 및 액체 공급실(12)을 경유하여 복수의 홈(8)으로 유입한다. 제1과 제2의 유로 부재(3a, 3b)의 유로는 90° 굴곡하고 있다. 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 유로 부재(3)의 상부에 접속부(5)를 설치하고, 유로를 90° 굴곡시킴으로써, 기판(2a)의 표면(h)에 대해서 수직 방향의 두께를 얇게 했다.

기판(2a)과 커버 플레이트(2b)는 PZT 등의 압전체를 사용할 수 있다. 기판(2a)과 커버 플레이트(2b)를 동일한 재료를 사용함으로써, 열팽창 계수의 차에 의해 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 유로 부재(3)로서 예를 들면 폴리이미드, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌·설파이드(PPS) 등의 합성 수지를 사용할 수 있다.

이상과 같이 구성한 것에 의해, 액추에이터(2)와 제1의 유로 부재(3a)의 사이에 완충 부재(4)를 개재시켰으므로, 액추에이터(2)가 액적을 토출했을 때의 충격파는 제1의 유로 부재(3a)나 제2의 유로 부재(3b)로 전달하기 어렵다. 즉, 액추에이터(2)를 구동할 때에 제1 및 제2의 유로 부재(3a, 3b)의 영향을 받지 않으므로 액적의 토출 속도의 편차가 감소하고, 액적 기록 위치나 액적량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 또, 액추에이터(2)와 유로 부재(3) 간의 열팽창 계수차나 접합면의 요철에 기인하는 응력에 의한 일그러짐을 저감하고, 액추에이터(2)의 토출 특성의 변동을 축소하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시형태)

도 2는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 액체 분사 헤드(1)의 설명도이다. 도 2(a)는 액체 분사 헤드(1)의 사시도이며, (b)는 그 상면도이며, (c)는 부분 BB의 모식적인 종단면도이다. 제1 실시형태와 상이한 부분은, 액체 분사 헤드(1)를, 제2의 완충 부재(4b)를 통해 베이스 부재(10)에 고정하고 있는 점이다. 따라서, 이하, 주로 제1 실시형태와 상이한 부분에 대해 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 동일한 부분 또는 동일한 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 달고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 액체 분사 헤드(1)는, 액추에이터(2)와 유로 부재(3)의 사이에 제1의 완충부재(4a)를 개재시켜 연결한 적층체와, 베이스 부재(10)와, 상기 적층체의 기판(2a)의 이면(r)과 베이스 부재(10)의 사이에 개재시킨 제2의 완충 부재(4b)를 구비하고 있다. 기판(2a)과 제2의 완충 부재(4b)의 사이, 및, 베이스 부재(10)와 제2의 완충 부재(4b)는 접착제를 이용하여 접합하고 있다. 액추에이터(2)를 베이스 부재(10)에 접합하여 직접 고정함으로써 액추에이터(2)를 고정밀도로 위치 결정할 수 있다. 또한, 제1의 완충 부재(4a)와 제2의 완충 부재(4b)는 같은 재료를 사용하고 있다. 또, 베이스 부재(10)로서 합성 수지나 금속 등을 사용할 수 있다. 그 외의 구성은 제1 실시형태와 동일하다.

이와 같이, 액추에이터(2)를, 제2의 완충 부재(4b)를 통해 베이스 부재(10)에 직접 고정했으므로 액추에이터(2)를 확실하고 또한 고정밀도로 위치 결정할 수 있다. 또한, 액체를 토출시킬 때에 발생하는 액추에이터(2)의 진동이, 유로 부재(3)나 베이스 부재(10)로 전달되기 어렵다. 이 때문에, 유로 부재(3)나 베이스 부재(10)가 가지는 특유의 고유 진동의 영향을 받지 않고, 액적의 토출 속도의 편차를 저감할 수 있다. 또, 액추에이터와 베이스 부재(10)간의 열팽창 계수차나, 접합면의 요철에 기인하는 응력에 의한 일그러짐도, 제1 및 제2 완충 부재(4a, 4b)를 개재시킴으로써 저감하고, 그 결과, 액추에이터의 토출 특성의 변동이 축소하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(제3의 실시형태)

도 3은, 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 액체 분사 헤드(1)의 모식적인 종단면도이다. 본 실시형태에 대해서는, 제1의 액추에이터(A2)와 제2의 액추에이터(B2)의 2개의 액추에이터가 붙여진 구조를 가지고 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1의 액추에이터(A2)는, 표면에 가늘고 긴 홈(A8)이 형성된 기판(A2a)과, 이 홈(A8)의 일단부를 제외하고 덮도록 기판(A2a)에 붙여진 커버 플레이트(A2b)를 구비하고 있다. 제2의 액추에이터(B2)는, 제1의 액추에이터(A2)와 동일하게, 가늘고 긴 홈(B8)이 형성된 기판(B2a)과, 이 홈(B8)의 일단부를 제외하고 덮도록 기판(B2a)에 붙여진 커버 플레이트(B2b)를 구비하고 있다. 제1 및 제2의 액추에이터(A2, B2)는, 기판(A2a)과 기판(B2a)의 각각의 커버 플레이트측과는 반대측의 이면(r)끼리를 대면하고, 그 사이에 제2의 완충 부재(4b)를 개재하여 연결한다. 기판(A2a)과 기판(B2a)의 각각의 이면(r)과 제2의 완충 부재(4b)의 표면은 접착제에 의해 접합되어 있다.

제1 및 제2의 액추에이터(A2, B2)의 액체 토출측은 한 면인 단면을 구비하고 있으며, 노즐 플레이트(9)와 접합되어 있다. 노즐 플레이트(9)는 각각의 홈(A8, B8)의 대응하는 위치에 노즐(A7, B7)을 구비하고 있다.

제1의 액추에이터(A2)와 유로 부재(A3)는, 제1의 완충 부재(4a)를 개재하여 연결되어 있다. 유로 부재(A3)는, 제1 실시형태와 동일하게, 제1의 유로 부재(A3a)와 이에 접속되는 제2의 유로 부재(A3b)를 구비하고 있다. 제2의 유로 부재(A3b)는 액체를 유입하기 위한 접속부(5)를 가지고, 접속부(5)로부터 유입한 액체를, 유로 부재(A3) 내부에 형성한 유로(6)를 통해 제1의 액추에이터(A2)의 홈(A8)에 공급할 수 있다. 또, 제1의 유로 부재(A3a)는, 커버 플레이트(A2b)의 개구부에 연통하는 액체 공급실(A12)을 가지고 있다. 유로 부재(A3)와 노즐 플레이트(9)의 사이에 베이스 부재(A10)를 설치했다. 베이스 부재(A10)와 제1의 유로 부재(A3a)의 사이, 및, 베이스 부재(A10)와 노즐 플레이트(9)의 사이는 접착제를 이용하여 접합되어 있다.

제2의 액추에이터(B2)와 유로 부재(B3)는, 제3의 완충 부재(4c)를 개재하여 연결하고 있다. 커버 플레이트(B2b) 및 유로 부재(B3)와 제3의 완충 부재(4c)의 사이는 접착제에 의해 접합했다. 유로 부재(B3)는 커버 플레이트(B2b)의 개구부에 대응하는 액체 공급실(B12)을 구비하고 있다. 그리고 유로 부재(A3)의 액체 공급실(A12)과 유로 부재(B3)의 액체 공급실(B12)은, 제1 및 제2의 액추에이터(A2, B2)를 관통하는 관통 구멍(11)을 통해 연통된다. 즉, 접속부(5)에 공급한 액체는 유로 부재(A3)의 유로(6)를 통해 액체 공급실(A12)로 유입하고, 일부가 제1의 액추에이터(A2)의 홈(A8)으로, 다른 일부가 관통 구멍(11)을 통해 액체 공급실(B12)로 유입하고, 제2의 액추에이터(B2)의 홈(B8)으로 유입한다.

유로 부재(B3)는, 베이스 부재(B10)에 도시하지 않은 접착제를 통해 고정했다. 베이스 부재(B10)는, 유로 부재(B3)와 노즐 플레이트(9)의 사이에도 설치했다. 노즐 플레이트(9)와 베이스 부재(B10)는 접착제에 의해 고정했다. 또한, 노즐 플레이트(9)는, 예를 들면 얇은 폴리이미드 수지를 사용할 수 있다. 이 경우, 노즐 플레이트(9) 자체가 가요성을 가지고 있다. 이 때문에, 제1의 액추에이터(A2)의 진동은 노즐 플레이트(9)를 통해 제2의 액추에이터(B2)나 베이스 부재(A10)에는 전달하지 않는다. 또, 제2의 액추에이터(B2)의 진동은 노즐 플레이트(9)를 통해 제1의 액추에이터(A2)나 베이스 부재(B10)에는 전달하지 않는다.

또한, 상기 구성은 본 발명의 일 실시형태로서, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제2의 유로 부재(B3)를, 기판(A2a, B2a)에 형성한 가늘고 긴 홈(A8, B8)에 직교하는 방향의 단부측에 설치할 수 있다. 각 유로 부재(A3, B3)의 각 액체 공급실(A12, B12)에, 그 단부측으로부터 분할하여 공급하도록 구성하면, 액체 분사 헤드(1)의 두께를 보다 얇게 구성할 수 있다.

이상과 같이 구성한 것에 의해, 제1 또는 제2의 액추에이터(A2, B2)의 진동은, 근접하는 다른 부재로 전달되기 어렵다. 이 때문에, 유로 부재(A3, B3)나 베이스 부재(A10, B10)가 가지는 특유의 고유 진동에 의해 액추에이터(A2, B2)의 진동이 영향을 받지 않고, 액적의 토출 속도의 편차가 저감한다. 또, 액추에이터(A2, B2)와 베이스 부재(A10, B10) 간의 열팽창 계수차나, 접합면의 요철에 기인하는 응력에 의한 일그러짐도, 제2 및 제3의 완충 부재(4b, 4c)를 개재시킴으로써 저감하고, 그 결과, 액추에이터의 토출 특성의 변동이 축소하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(액적 토출 속도의 비교 결과)

도 4는, 구동 신호의 주파수와 노즐 (7)로부터 토출하는 액적의 토출 속도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4(a)가, 제3의 실시형태의 액체 분사 헤드(1)를 사용하여 측정한 결과이다. 도 4(b)는, 제1, 제2 및 제3의 완충 부재(4a, 4b, 4c)를 생략하고, 경화 강성이 비교적 낮은 접착제를 이용하여 부재 간을 접착한 비교용 액체 분사 헤드를 사용하여 측정한 결과이며, 비교예이다. 각 도의 횡축이 액추에이터(2)에 인가하는 구동 신호의 주파수로 하고, 화살표의 방향으로 주파수가 높아진다. 각 도의 종축이 액추에이터(2)의 노즐로부터 토출 액적의 토출 속도로 하고, 화살표의 방향으로 속도가 상승한다. 도 4(a)와 (b)의 종축 및 횡축의 스케일은 동일하다.

도 4(a)의 그래프 X1∼X3는 제1의 액추에이터(A2)의 토출 특성이고, 그래프 Y1∼Y3는 제2의 액추에이터(B2)의 토출 특성이다. 그래프 X1, Y1는 노즐(7)로부터 한 방울의 액적을 토출한 토출 특성이다. 그래프 X2, Y2는 노즐(7)로부터 두 방울 연속 토출시키고, 피기록 매체에 착탄하기 전에 합체한 액적의 토출 특성이다. 그래프 X3, Y3는 노즐(7)로부터 세 방울 연속 토출시키고, 피기록 매체에 착탄하기 전에 합체한 액적의 토출 특성이다.

비교용의 도 4(b)에서는, 그래프 V1∼V3가 제1의 액추에이터(A2)의 토출 특성, 그래프 W1∼W3가 제2의 액추에이터(B2)의 토출 특성, 그래프 V1, W1가 노즐로부터 한 방울의 액적을 토출한 토출 특성, 그래프 V2, W2가 노즐로부터 두 방울 연속 토출시키고, 피기록 매체에 착탄하기 전에 합체한 액적의 토출 특성, 그래프 V3, W3가 노즐로부터 세 방울 연속 토출시키고, 피기록 매체에 착탄 하기 전에 합체한 액적의 토출 특성이다.

우선, 제1의 액추에이터(A2)에 대해서, 완충 부재(4)를 사용한 본 발명의 액체 분사 헤드(1)의 그래프 X1∼X3와, 완충 부재(4)를 사용하지 않는 비교용 액체 분사 헤드의 그래프 V1∼V3를 비교한다. 그러자, 비교용 액체 분사 헤드 쪽이 본 발명의 액체 분사 헤드(1)보다도, 구동 주파수의 변화에 대한 토출 속도의 변동이 크고, 또, 액적이 한 방울∼세 방울의 사이에서 토출 속도의 변화폭도 크다. 액적이 한 방울∼세 방울의 사이에 있어서의 토출 속도의 변화폭은, 본 발명의 쪽이 비교예에 비해 약 1/2로 작다. 제2의 액추에이터(B2)에 대해서도, 상기 제1의 액추에이터(A2)와 동일한 경향을 나타내고 있다.

또, 제1의 액추에이터(A2)와 제2의 액추에이터(B2)의 토출 속도차에 대해서 보면, 비교용 액체 분사 헤드는 제1과 제2의 액추에이터(A2, B2) 간의 토출 속도차가 특정 주파수에서 크게 벌어져 버리지만, 본 발명의 액체 분사 헤드(1)는 제1과 제2의 액추에이터(A2, B2) 사이의 토출 속도차는 넓은 주파수의 범위에서 거의 같은 경향을 나타내고 있다.

또, 본 발명의 액체 분사 헤드(1)는, 제1 및 제2의 액추에이터(A2, B2)의 한 방울∼세 방울의 모든 토출 조건에 있어서, 토출 속도의 편차가 작아지는 주파수대가 존재하는데, 비교용 액체 분사 헤드는 전체적으로 편차가 크고, 토출 속도가 수렴하지 않는다.

즉, 본 발명의 액체 분사 헤드(1)는 넓은 주파수대에서 토출 속도의 편차가 작으므로, 기록 속도나 토출 조건이 상이한 액체 분사 장치에 용이하게 적용할 수 있다. 한 방울∼세 방울의 모든 토출 조건에 있어서 토출 속도차가 작으므로, 피기록 매체에 기록하는 액체의 위치·농도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 또, 액추에이터(2)를 다층으로 구성해도, 각 액추에이터(2)의 토출속도 차가 작으므로, 피기록 매체에 고속으로 고밀도·고정밀도로 기록할 수 있다.

(제4 실시형태)

도 5는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 액체 분사 헤드(1)의 모식적인 종단면도이다. 본 제4 실시형태는 3개의 액추에이터를 적층한 예이다.

제1의 액추에이터(A2)는, 표면(h)에 가늘고 긴 홈(A8)을 가지는 기판(A2a)과, 그 표면(h)에 접착한 커버 플레이트(A2b)를 구비하고 있다. 커버 플레이트(A2b)의 기판(A2a)과는 반대측의 표면에 액체 공급실(A12)을 구비한 유로 부재(A3)를 설치했다. 기판(A2a), 커버 플레이트(A2b) 및 유로 부재(A3)의 액체 토출측은 한 면인 단면에 형성하고, 그 단면에 노즐(A7)을 홈(A8)에 연통시켜서 노즐 플레이트(9)를 설치했다.

제2의 액추에이터(B2)는, 표면(h)에 가늘고 긴 홈(B8)을 가지는 기판(B2a)과, 그 표면(h)에 접착한 커버 플레이트(B2b)를 구비하고 있다. 커버 플레이트(B2b)의 기판(B2a)과는 반대측의 표면에 액체 공급실(B12)을 구비한 유로 부재(B3)를 설치했다. 유로 부재(B3)의 제2의 액추에이터(B2)와는 반대측의 표면에 제1의 완충 부재(4a)를 통해 제1의 액추에이터(A2)를 설치했다. 기판(B2a), 커버 플레이트(B2b) 및 유로 부재(B3)의 액체 토출측은 한 면인 단면에 형성하고, 그 단면에 노즐(B7)을 홈(B8)에 연통시켜 노즐 플레이트(9)를 접착하고 있다. 유로 부재(B3)와 제1의 완충 부재(4a)의 사이, 및, 기판(A2a)과 제1의 완충 부재(4a)의 사이는 접착제에 의해 접합하여 연결했다.

제3의 액추에이터(C2)는, 표면(h)에 가늘고 긴 홈(C8)을 가지는 기판(C2a)과, 그 표면(h)에 접착한 커버 플레이트(C2b)를 구비하고 있다. 커버 플레이트(C2b)의 기판(C2a)과는 반대측의 표면에 액체 공급실(C12)을 구비한 유로 부재(C3)를 설치했다. 유로 부재(C3)의 제3의 액추에이터(C2)와는 반대측의 표면에 제2의 완충 부재(4b)를 통해 제2의 액추에이터(B2)를 설치하고 있다. 기판(C2a), 커버 플레이트(C2b) 및 유로 부재(C3)의 액체 토출측은 한 면인 단면에 형성하고, 그 단면에 노즐(C7)을 홈(C8)에 연통시켜 노즐 플레이트(9)를 접착하고 있다. 유로 부재(C3)와 제2의 완충 부재(4b)의 사이, 및, 기판(B2a)과 제2의 완충 부재(4b)의 사이는 접착제에 의해 접합하여 연결했다.

또, 각 액추에이터(A2, B2, C2)의 노즐측과는 반대측의 단부(이하, 타단부라고 한다.)는 계단 형상을 가지고 있다. 즉, 제1의 액추에이터(A2)의 기판(A2a)의 타단부는 커버 플레이트(A2b) 및 유로 부재(A3)의 타단부보다 돌출하고 있다. 동일하게, 제2의 액추에이터(B2)의 기판(B2a)의 타단부는, 커버 플레이트(B2b), 유로 부재(B3), 및 기판(A2a)의 타단부보다 돌출하고 있다. 또한, 제3의 액추에이터(C2)의 기판(C2a)의 타단부는, 커버 플레이트(C2b), 유로 부재(C3), 및 기판(B2a)의 타단부보다 돌출하고 있다.

이와 같이 계단형상으로 형성하고, 각 계단의 상면에 각 기판(A2a, B2a, C2a)의 각 표면(h)이 노출하도록 형성했으므로, 각 기판(A2a, B2a, C2a)에 FPC 기판을 붙여 외부 회로와 용이하게 접속할 수 있다. 또, 각 유로 부재(A3, B3, C3)의 각 액체 공급실(A12, B12, C12)은 관통 구멍을 설치하여 서로 연통시켜도 되고, 지면 수직 방향의 단부에 공통 액체 공급부를 설치하여 각 액체 공급실(A12, B12, C12)에 액체를 분류시켜도 된다.

상기와 같이 구성한 것에 의해, 제1, 제2, 제3의 액추에이터(A2, B2, C2)의 각 진동은, 인접하는 다른 액추에이터에 전달되기 어렵다. 또, 노즐 플레이트(9)를 가요성 부재에 의해 형성하면, 노즐 플레이트(9)를 통해 진동이 전달되지 않는다. 이 때문에, 각 액추에이터(A2, B2, C2)로부터 토출시키는 액적의 토출 속도의 편차를 저감시키고, 피기록 매체에 고정밀도, 고밀도로 기록하는 것이 가능해진다.

또한, 제4 실시형태에서는 3층 구조의 액추에이터에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다층 구조의 액추에이터를 더 구성할 수 있으며, 그 경우도, 각 액추에이터 간에 완충 부재를 개재시킬 수 있다. 또, 제1 실시형태나 제2 실시형태와 같이, 적층구조의 액추에이터를 유지하는 베이스 부재나 다른 유로 부재의 사이에 완충 부재를 개재시킬 수 있다.

또한, 제4 실시형태에서는 3층 구조의 액추에이터로서 상술한 바와 같이 타단부가 계단형상으로 형성되어 있는 것으로 했는데, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 계단형상으로 타단부를 형성하지 않고, 제1, 제2, 제3의 액추에이터(A2, B2, C2)를 동일한 크기로 형성하고, 제4 실시형태와 동일하게 붙임으로써 구성할 수 있다.

(제５ 실시형태)

도 6은, 본 발명의 제５ 실시형태에 따른 액체 분사 장치(20)의 모식적인 사시도이다.

액체 분사 장치(20)는, 액체 분사 헤드(1, 1＇)를 왕복 이동시키는 이동 기구(33)와, 액체 분사 헤드(1, 1＇)에 액체를 공급하는 액체 공급관(23, 23＇)과, 액체 공급관(23, 23＇)에 액체를 공급하는 액체 탱크(21, 21＇)를 구비하고 있다. 각 액체 분사 헤드(1, 1＇)는, 기판 표면에 형성한 가늘고 긴 홈에 연통하는 노즐에 액체를 토출하는 액추에이터와, 이 액추에이터의 홈에 액체를 공급하는 유로 부재와, 액추에이터와 유로 부재의 사이에 개재시켜 액추에이터와 유로 부재를 연결하는 완충 부재를 구비하고 있다.

구체적으로 설명한다. 액체 분사 장치(20)는, 종이 등의 피기록 매체(24)를 주(主) 주사(走査) 방향으로 반송하는 한 쌍의 반송 수단(31, 32)과, 피기록 매체(24)에 액체를 토출하는 액체 분사 헤드(1, 1＇)와, 액체 탱크(21, 21＇)에 저장한 액체를 액체 공급관(23, 23＇)에 압압하여 공급하는 펌프(22, 22＇)와, 액체 분사 헤드(1)를 주주사 방향과 직교하는 부(剖) 주사 방향으로 주사하는 이동 기구(33) 등을 구비하고 있다.

한 쌍의 반송 수단(31, 32)은 부주사 방향으로 연장되고, 롤러면을 접촉하면서 회전하는 그리드 롤러와 핀치 롤러를 구비하고 있다. 도시하지 않은 모터에 의해 그리드 롤러와 핀치 롤러를 축 주위로 이전시켜서 롤러 간에 사이에 끼워 넣은 피기록 매체(24)를 주주사 방향으로 반송한다. 이동 기구(33)는, 부주사 방향으로 연장된 한 쌍의 가이드 레일(26, 27)과, 한 쌍의 가이드 레일(26, 27)을 따라 접동 가능한 캐리지 유닛(28)과, 캐리지 유닛(28)을 연결하여 부주사 방향으로 이동시키는 무단 벨트(29)와, 이 무단 벨트(29)를 도시하지 않은 도르래를 통해 주회시키는 모터(30)를 구비하고 있다.

캐리지 유닛(28)은, 복수의 액체 분사 헤드(1, 1＇)를 올려놓고, 예를 들면 옐로, 마젠타, 시안, 블랙의 4 종류의 액적을 토출한다. 액체 탱크(21, 21＇)는 대응하는 색의 액체를 저장하고, 펌프(22, 22＇), 액체 공급관(23, 23＇)을 통해 액체 분사 헤드(1, 1＇)에 공급한다. 각 액체 분사 헤드(1, 1＇)는 구동 신호에 따라 각 색의 액적을 토출한다. 액체 분사 헤드(1, 1＇)로부터 액체를 토출시키는 타이밍, 캐리지 유닛(28)을 구동하는 모터(30)의 회전 및 피기록 매체(24)의 반송 속도를 제어함으로써, 피기록 매체(24) 상에 임의의 패턴을 기록할 수 있다.

이 구성에 의해, 액체 분사 헤드(1)가 토출하는 액체의 토출 속도의 편차를 감소시키고, 피기록 매체에 고정밀도, 고밀도로 기록할 수 있는 액체 분사 장치(20)를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명에 있어서, 액추에이터와 접합되는 부재에 관해, 완충 부재를 접합부에 이용하는 구성에 대해서 기재했는데, 더욱 상세하게 완충 부재의 특성에 대하여 기재한다.

예를 들면, 완충 부재(상술한 제1의 완충 부재, 제2의 완충 부재 또는 제3의 완충 부재 중, 적어도 하나의 완충 부재)의 평균적인 두께가 0.2mm∼2.0mm인 것이 바람직하다. 이 치수 사이즈에 의하면, 완충 능력을 유지하고, 또한 액체 분사 헤드를 대형화하지 않고 본 발명을 실시할 수 있다.

또한, 완충 부재(상술한 제1의 완충 부재, 제2의 완충 부재 또는 제3의 완충 부재 중, 적어도 하나의 완충 부재)는 내용제성 또는 내유성을 가지는 것이 바람직하다. 이 형태에 의하면, 완충 부재는 액체에 접촉하는 위치에 설치되기 때문에, 액체가 용제성인 것이었던 경우에, 완충 부재가 내용제성을 가지면, 완충 부재가 침식하지 않고 본 발명을 실시할 수 있다. 또 동일하게, 액체가 유성인 것이었던 경우에, 완충 부재가 내유성을 가지면, 완충 부재가 침식하지 않고 본 발명을 실시할 수 있다.

1: 액체 분사 헤드 2: 액추에이터
3: 유로 부재 4: 완충 부재
5: 접속부 6: 유로
7: 노즐 8: 홈
9: 노즐 플레이트 10: 베이스 부재
11: 연통 구멍 12: 액체 공급실
20: 액체 분사 장치

Claims

기판의 표면에 가늘고 긴 홈을 복수 배열하고, 상기 가늘고 긴 홈에 연통하는 노즐로부터 액체를 토출하는 액추에이터와,
상기 액추에이터의 복수의 홈에 액체를 공급하는 유로 부재와,
상기 액추에이터와 상기 유로 부재의 사이에 개재되어, 상기 액추에이터와 상기 유로 부재를 연결하는 제1의 완충 부재를 구비하는 액체 분사 헤드.
청구항 1에 있어서,
상기 완충 부재로서 고무 부재를 사용한 액체 분사 헤드.
청구항 1에 있어서,
상기 완충 부재로서 엘라스토머 부재를 사용한 액체 분사 헤드.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터를 지지하는 베이스 부재와,
상기 베이스 부재와 상기 액추에이터의 사이에 개재되어, 상기 베이스 부재와 상기 액추에이터를 연결하는 제2의 완충 부재를 더 구비하는 액체 분사 헤드
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터는, 제1의 액추에이터와 제2의 액추에이터가 적층되는 구조를 가지고,
상기 제1과 제2의 액추에이터의 사이에 개재되어, 상기 제1과 제2의 액추에이터를 연결하는 제3의 완충 부재를 구비하는 액체 분사 헤드.
청구항 5에 있어서,
상기 제3의 완충 부재는, 상기 제1과 제2의 액추에이터를 구성하는 각 기판의 이면의 사이에 개재되는 액체 분사 헤드.
청구항 5에 있어서,
상기 액추에이터는, 상기 각 홈의 일부를 제외하고 그 개구부를 폐색하도록 상기 기판의 표면에 적층되는 커버 플레이트를 포함하고,
상기 제3의 완충 부재는, 상기 제1의 액추에이터의 기판의 이면과 상기 제2의 액추에이터의 커버 플레이트의 사이에 개재되는 액체 분사 헤드.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 완충 부재의 평균 두께가, 0.2mm∼2.0mm인 것을 특징으로 하는 액체 분사 헤드.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 완충 부재가, 내용제성을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 분사 헤드.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 완충 부재가, 내유성을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 분사 헤드.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 액체 분사 헤드와,
상기 액체 분사 헤드를 왕복 이동시키는 이동 기구와,
상기 액체 분사 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급관과,
상기 액체 공급관에 상기 액체를 공급하는 액체 탱크를 구비하는 액체 분사 장치.