KR20120041802A

KR20120041802A - 프린팅 장치

Info

Publication number: KR20120041802A
Application number: KR1020127006581A
Authority: KR
Inventors: 유꼬 노무라; 야스하루 호소노; 이사오 아메미야
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2012-05-02
Also published as: KR101354737B1; WO2011030452A1; USRE45683E1; US8628167B2; CN102481592A; JPWO2011030452A1; CN102481592B; US20120169807A1; JP5258971B2

Abstract

고체 입자와 액체를 포함하는 분산체를 토출하는 프린팅 장치(110)에 있어서, 액체(32)를 수용하는 제1 오목부(21)와, 상기 제1 오목부(21)의 저면에 형성되고, 고체 입자(31)를 수용하는 제2 오목부(22)가 형성된 제1 주면(20a)과, 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면(20b)을 갖는 필름(20)과, 상기 제2 주면(20b)측으로부터 상기 제1 오목부(21)와 상기 제2 오목부(22)를 향해서 음파를 집속하게 하는 음향 헤드부(10)를 구비하는 것이다. 당해 구성에 의해, 고체 입자를 포함하는 분산체를 토출시킬 경우에 있어서도, 토출 액적(33)에 포함되는 고체 입자량을 균일하게 할 수 있고, 균일하게 프린트할 수 있다.

Description

프린팅 장치{PRINTING APPARATUS}

본 발명은 프린팅 장치에 관한 것이다.

액체를 작은 액적으로 비상시켜서 기체(substrate) 상에 착탄시키는 프린팅 장치는, 예를 들어 잉크젯 프린팅 장치로 알려져 있다. 이러한 프린팅 장치는, 종이 등에 화상 인쇄하는 용도뿐만 아니라, 액상인 전자 재료의 도포나 다이렉트 패터닝 등의 공업 분야에도 이용 범위를 확장하고 있다.

특허문헌 1에는, 잉크가 도포된 필름에 음파를 집속시키는 구성의 잉크젯 기록 장치가 개시되어 있다. 이 기술에서는, 노즐을 사용하지 않으므로, 노즐의 막힘이 없고, 또한 잉크 특성에 대한 제한이 완화된다. 이러한 잉크젯 프린팅 장치에서, 특히 고체 입자를 포함하는 잉크(분산체)를 사용한 경우 등에 있어, 토출 액적의 고체 입자량의 편차를 더욱 개선하는 것이 기대되고 있다.

일본 특허 공개 제2008-105396호 공보

본 발명은 고체 입자를 포함하는 분산체를 토출시키는 경우에, 토출 액적에 포함되는 고체 입자량을 균일하게 할 수 있고, 균일하게 프린트할 수 있는 프린팅 장치를 제공한다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 고체 입자와 액체를 포함하는 분산체를 토출하도록 구성된 프린팅 장치로서, 상기 액체를 수용하는 제1 오목부와, 상기 제1 오목부의 저면에 형성되고, 상기 고체 입자를 수용하는 제2 오목부가 형성된 제1 주면과, 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면을 갖는 필름; 및 상기 제2 주면측으로부터 상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부를 향해서 음파를 집속하도록 구성된 음향 헤드부를 포함하는 프린팅 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 고체 입자를 포함하는 분산체를 토출시키는 경우에, 토출 액적에 포함되는 고체 입자량을 균일하게 할 수 있고, 균일하게 프린트할 수 있는 프린팅 장치가 제공된다.

도 1은 프린팅 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2는 프린팅 장치의 동작을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은 다른 프린팅 장치를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4는 다른 프린팅 장치를 나타내는 모식적인 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

또한, 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 부분간의 크기의 비율 등은, 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다.

또한, 동일한 부분을 표현하는 경우에도, 도면에 의해 서로의 치수나 비율이 상이하게 표현되는 경우도 있다.

또한, 본원 명세서와 각 도면에서, 이미 도면에 대해서 전술한 것과 마찬가지인 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 적절히 생략한다.

(실시 형태)

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 프린팅 장치의 구성을 예시하는 모식도이다.

즉, 도 1의 (c)는 모식적인 사시도이며, 도 1의 (a)는 도 1의 (c)의 A-A'선 단면도이며, 도 1의 (b)는, 도 1의 (c)의 화살표(C) 방향에서 보았을 때의 모식적인 평면도이다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 프린팅 장치의 동작을 예시하는 모식적 단면도이다.

즉, 도 2의 (a)는, 도 1의 (c)의 B-B'선 단면도이다. 또한, 도 2의 (a)에는, 프린팅 장치(110)에 의해 분산체(30)가 착탄하는 피프린트재(40)도 예시되어 있다. 또한, 도 2의 (b)는, 분산체(30)의 고체 입자(31) 및 액체(32)의 필름(20) 상으로의 배치 상태를 예시하는 모식도이며, 도 1의 (a)에 대응하는 모식적 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 프린팅 장치(110)는, 고체 입자(31)와 액체(32)를 포함하는 분산체(30)를 토출하는 프린팅 장치이다.

프린팅 장치(110)는, 필름(20)과 음향 헤드부(10)를 포함한다.

필름(20)은, 제1 주면(20a)과, 제1 주면(20a)과는 반대측인 제2 주면(20b)을 갖는다.

제1 주면(20a)에는, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)가 형성되어 있다. 제2 오목부(22)는, 제1 오목부(21)의 저면에 형성된다. 제1 주면(20a)에서 보았을 때의 제2 오목부(22)의 깊이(d2)는, 제1 오목부(21)의 깊이(d1)보다도 깊다. 즉, 제1 주면(20a)과 제2 오목부(22)의 저면 간의 거리(깊이(d2))는, 제1 주면(20a)과 제1 오목부(21)의 저면 간의 거리(깊이(d1))보다 길다. 여기서, 제1 오목부(21)의 저면에서 보았을 때의 제2 오목부(22)의 깊이(d3)는, 깊이(d2)와 깊이(d1)의 차, 즉, (d2-d1)이다.

제1 오목부(21)는, 분산체(30)의 일부인 액체(32)를 수용한다.

제2 오목부(22)는, 분산체(30)의 다른 일부가 되는 고체 입자(31)를 수용한다.

음향 헤드부(10)는, 필름(20)의 제2 주면(20b)측으로부터, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 음파를 집속시킨다. 구체적으로는, 음향 헤드부(10)는, 필름(20)의 제2 주면(20b)측으로부터, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 발생시킨 음파를 집속시킨다. 예를 들어, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 포함하는 제1 주면(20a)측의 음파 집속 영역(18)에, 음파가 집속된다.

고체 입자(31)에는, 금속 등의 도전성 입자, 반도체 입자, 무기계의 도전성 또는 절연성 입자, 유기계의 도전성 또는 절연성 입자, 각종 안료 등의 착색 입자, 각종 형광체 입자 등, 임의의 고체 입자를 사용할 수 있다.

한편, 액체(32)에는, 예를 들어 고체 입자(31)와 함께 분산체(30)로서 피프린트재(40)에 착탄한 후에, 바인더로서 잔류하는 것과 같은 각종 수지를 포함하는 액체 외에, 고체 입자(31)와 함께 분산체(30)로서 피프린트재(40)에 착탄한 후에, 예를 들어 휘발 등에 의해 실질적으로 제거되는 각종 용매 등, 임의의 액체를 사용할 수 있다. 액체(32)는, 음향 헤드부(10)에서 발생하여 집속되는 음파를 효율적으로 전달하고, 고체 입자(31)와 함께, 분산체(30)의 액적(33)의 형태로 고체 입자(31)를 효율적으로 토출시키는 기능을 갖는다.

프린팅 장치(110)는, 고체 입자층 형성부(7S)와 액체층 형성부(7L)를 더 포함할 수 있다.

고체 입자층 형성부(7S)는, 필름(20)의 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)를 배치한다.

그리고, 액체층 형성부(7L)는, 필름(20)의 제1 오목부(21)에 액체(32)를 배치한다.

고체 입자층 형성부(7S)는, 예를 들어 고체 입자(31)를 공급하는 고체 입자 공급부(7Sa)와, 고체 입자 공급부(7Sa)에 의해 공급된 고체 입자(31)의 고체 입자층(31a)의 두께를 균일하게 하는 고체 입자층 균일화부(7Sb)를 가질 수 있다. 고체 입자 공급부(7Sa)에는, 예를 들어 각종 디스펜서를 사용할 수 있고, 또한 고체 입자층 균일화부(7Sb)에는, 예를 들어 각종 스크레이퍼 등을 사용할 수 있다.

또한, 액체층 형성부(7L)는, 예를 들어 액체(32)를 공급하는 액체 공급부(7La)와, 액체 공급부(7La)에 의해 공급된 액체(32)의 액체층(32a) 두께를 균일하게 하는 액체층 균일화부(7Lb)를 가질 수 있다. 액체 공급부(7La)에도, 예를 들어 각종 디스펜서를 사용할 수 있고, 또한 액체층 균일화부(7Lb)에도, 예를 들어 각종 스크레이퍼 등을 사용할 수 있다.

고체 입자층 균일화부(7Sb) 및 액체층 균일화부(7Lb)는 생략해도 좋다.

프린팅 장치(110)에서는, 음향 헤드부(10)에 의해 발생, 집속된 음파의 압력에 의해, 필름(20)의 제2 오목부(22)에 수용된 고체 입자(31)와, 제1 오목부(21)에 수용된 액체(32)의 혼합체인 분산체(30)의 표면에 메니스커스가 형성되고, 분산체(30)의 일부가 액적(33)이 되어서 분리되며, 액적(33)이 필름(20) 상에서 피프린트재(40)를 향해서 비상하여, 분산체(30)의 피프린트재(40)로의 착탄이 행해진다.

그리고, 예를 들어 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가, 제2 주면(20b)에 대하여 평행한 면내에서 변화된다. 이에 의해, 필름(20)의 상이한 영역의 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)에 음파가 집속되고, 순차로 새로운 고체 입자(31)와 액체(32)가 액적(33)이 되어, 분산체(30)의 토출이 행해진다.

여기서는 설명의 편의상, 필름(20)과 음향 헤드부(10)가 대향하는 부분에서, 필름(20)이 평면 형상인 것으로 한다. 그리고, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가 변화하는 방향을 X축 방향(제1 방향)으로 한다. 즉, X축 방향은, 제2 주면(20b)에 대하여 평행하다. 그리고, 제2 주면(20b)에 대하여 평행하고, X축 방향에 대하여 수직인 방향을 Y축 방향(제2 방향)으로 한다. 그리고, X축 방향과 Y축 방향에 대하여 수직인 방향을 Z축 방향(제3 방향)으로 한다. 즉, 필름(20)과 음향 헤드부(10)는, Z축 방향을 따라서 서로 대향하고 있다.

또한, 필름(20)은, 예를 들어 음향 헤드부(10) 주위에 원호 형상으로 형성되어도 좋다. 이 경우에도, 필름(20)과 음향 헤드부(10)가 대향하는 부분의 중심 부분에서는, 필름(20)은 실질적으로 평면 형상으로 간주할 수 있고, 상기의 X, Y 및 Z축 방향은, 마찬가지로 정의할 수 있다.

본 구체예에서는, 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)는, X축 방향을 따라서 연장되는 홈 형상을 갖고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)의 형상 및 배치는 임의의 것이다. 이하에서는, 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)가, X축 방향을 따라서 연장되는 홈 형상을 갖고 있는 경우로서 설명한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 실시 형태에 따른 프린팅 장치(110)에서는, 필름(20)의 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)가 수용되고, 제1 오목부(21)에 액체(32)가 수용되기 때문에, 필름(20)의 제1 주면(20a)에서의 단위 면적당 고체 입자(31) 및 액체(32)의 양은 일정하다.

즉, 단위 면적당 제2 오목부(22)의 체적은, 제2 오목부(22)의 Y축 방향을 따른 폭(w2)과, 제1 오목부(21)의 저면에서 보았을 때의 제2 오목부(22)의 깊이(d3)(즉, d2-d1)의 곱에 기초하는 체적(w2×(d2-d1)×X축 방향의 단위 길이)이 되고, 이 공간에 수용되는 고체 입자(31)의 체적은 일정해진다.

한편, 단위 면적당의 제1 오목부(21)의 체적은, 제1 오목부(21)의 Y축 방향을 따른 폭(w1)과, 제1 주면(20a)에서 보았을 때의 제1 오목부(21)의 깊이(d1)와의 곱에 기초하는 체적(w1×d1×X축 방향의 단위 길이)이 되고, 이 공간에 수용되는 액체(32)의 체적도 일정해진다.

이로 인해, 고체 입자(31)와 액체(32)의 비율은, 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)의 형상에 기초하여 일정해진다. 이에 의해, 고체 입자(31)와 액체(32)와의 분산체(30)에서의 고체 입자(31)의 농도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 이에 의해, 분산체(30) 중의 고체 입자(31)의 양이 안정된 액적(33)의 토출이 가능하게 된다. 이와 같이, 프린팅 장치(110)에 의하면, 고체 입자를 포함하는 분산체를 토출시키는 경우에, 토출 액적에 포함되는 고체 입자량을 균일하게 할 수 있고, 균일한 프린트를 실현할 수 있다.

또한, 제2 오목부(22)에는, 고체 입자(31)와 함께 액체(32)가 수용 가능하다. 예를 들어, 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)를 배치한 후에, 제1 오목부(21)에 액체(32)를 배치하면, 액체(32)는, 제1 오목부(21)뿐만 아니라, 제2 오목부(22)의 고체 입자(31) 사이의 공간에도 침입한다. 이때, 제2 오목부(22)에는, 일정한 량의 고체 입자(31)가 수용되어 있으므로, 고체 입자(31) 사이 공간의 체적도 일정하기 때문에, 제2 오목부(22)에 수용되는 액체(31)의 체적도 일정해진다. 이와 같이, 제2 오목부(22)에 액체(32)가 수용되는 경우를 포함하여, 고체 입자(31)와 액체(32)와의 비율은, 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)의 형상에 기초하여, 일정해진다.

예를 들어, 오목부가 1종류뿐인 필름을 사용하는 비교예의 경우에는, 미리 고체 입자(31)와 액체(32)를 혼합하고, 고체 입자(31)가 분산된 분산체(30)를 사용하게 된다. 그리고, 이러한 분산체(30)를 오목부에 배치하고, 음향 헤드부(10)로부터 음파를 발생, 집속하게 해서 액적(33)을 토출시킬 경우, 분산체(30) 중의 고체 입자(31) 분포의 편차에 기인하여 액적(33)에 포함되는 고체 입자(31)의 농도가 불균일해지고, 피프린트재(40) 상에 착탄한 분산체(30)에 포함되는 고체 입자(31)의 양이나 분포에 편차가 발생하는 경우가 있다. 또한, 분산체(30)에서 고체 입자(31)의 농도가 변동하면, 분산체(30) 중에서 전달되는 음파의 감쇠량이 변동한다. 따라서, 액적(33)의 토출에 필요한 에너지도 변동하여, 액적 토출 편차의 원인이 되는 경우가 있다. 그리고, 고체 입자(31)의 액체(32)로의 분산성이 나쁠 경우에는, 이러한 편차가 더욱 현저해지고, 토출하는 액적(33)에 포함되는 고체 입자(31) 농도의 변동이 더욱 커진다. 또한, 토출 시 필요한 에너지에 변동이 발생하며, 에너지 과다로 액적(33)의 흩날림(버스트) 등이나 새틀라이트(satellites)가 발생하거나, 에너지 과소로 액적(33)이 토출하지 않는 경우도 발생하기도 한다.

이에 대해, 본 실시 형태에 따른 프린팅 장치(110)에서는, 필름(20)에 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 형성함으로써, 고체 입자(31)와 액체(32)와의 비율이 일정해져, 액적(33)에 포함되는 고체 입자(31)의 농도는 균일하고, 또한 토출 시의 필요 에너지도 일정해진다. 따라서, 액적(33)의 흩날림(버스트)이나 새틀라이트나 액적(33)의 불토출의 발생도 억제되어, 균일한 양으로 안정된 액적 토출을 실현할 수 있다.

또한, 프린팅 장치(110)에는, 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)가 수용된 후에, 제1 오목부(21)에 액체(32)를 수용시키는 것이 바람직하다.

즉, 고체 입자층 형성부(7S)가 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)를 배치한 후에, 액체층 형성부(7L)는, 제1 오목부(21)에 액체(32)를 배치하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 제2 오목부(22)의 내부에 고체 입자(31)를 확실하게 수용할 수 있고, X축 방향에서의 단위 길이당 고체 입자(31)의 양을 균일하게 할 수 있다. 그리고, 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)가 확실하게 수용된 후에, 제1 오목부(21)로의 액체(32)의 배치를 행함으로써, 제1 오목부(21)의 공간이 일정해지고, X축 방향에서의 단위 길이당 액체(32)의 양도 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 고체 입자(31)와 액체(32)의 비율을 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있게 된다.

또한, 도 2의 (a)에 예시한 바와 같이, 본 구체예의 프린팅 장치(110)의 음향 헤드부(10)는, 음파 발생부(11)와, 음파 집속부(12)와, 음파 전달부(13)를 가질 수 있다.

음파 발생부(11)는, 음파를 발생시킨다. 음파 집속부(12)는, 음파 발생부(11)에서 발생한 음파를 음파 집속 위치(즉, 음파 집속 영역(18))에 집속하게 한다. 음파 전달부(13)는, 음파를 필름(20)의 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 진행시킨다.

음파 발생부(11)에는, 한 쌍의 전극(11b 및 11c)과, 그들 사이에 형성된 압전체(11a)를 포함하는 음향 소자(11e)를 사용할 수 있다. 음파 발생부(11)에는, 예를 들어 원반 형상의 단독 음향 소자를 사용해도 좋고, 또한 일차원 어레이 형상으로 배열된 복수의 음향 소자를 사용해도 좋으며, 또한 이차원 어레이 형상으로 배열된 복수의 음향 소자를 사용해도 좋다.

압전체(11a)에는, 예를 들어 티타늄산지르콘산납(PZT), 티타늄산납, 티타늄산바륨 등의 압전 세라믹스나, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 등의 압전 단결정이나, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 고분자 압전체나, 산화아연 등의 압전 반도체 등을 사용할 수 있다.

한 쌍의 전극(11b 및 11c)에는, 음파 발생부(11)를 구동하기 위한 구동 회로(14)가 접속된다. 구동 회로(14)는, 외부로부터 부여되는 전기 신호에 기초하여, 압전체(11a)로 전압을 인가한다. 이에 의해, 음파 발생부(11)로부터 음파가 발생한다. 상기의 전기 신호는, 각종 화상 데이터 등에 기초하는 신호나, 피프린트재(40)에 토출해야 할 분산체(30)의 착탄 형상의 패턴에 기초하는 신호를 포함한다.

음파 집속부(12)는, 음파 발생부(11)에 의해 발생한 음파를 음파 집속 위치인 음파 집속 영역(18)에 집속하게 하는 기능을 갖는다. 음파 집속부(12)에는, 예를 들어 유리로 이루어지는 오목면 렌즈를 사용할 수 있다. 오목면 렌즈는, 예를 들어 원반 형상의 유리의 주면을 원호 형상으로 연마함으로써 형성된다. 음파 집속부(12)에는, 예를 들어 유리 등의 무기계 재료나, 에폭시 수지 등의 유기계 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 음파 집속부(12)에는, 유리나 수지의 표면에, 금속막이나 금속계 산화막, 질화막, 폴리올레핀계 수지막 등을 형성하는 표면 처리를 실시해서 내구성을 향상시킨 것을 사용할 수도 있다.

음파 전달부(13)는, 음파 발생부(11)에서 발생하여 음파 집속부(12)에서 집속하고 있는 음파가 진행하는 부분이다. 음파 전달부(13)에는, 음파 집속부(12)와 필름(20) 사이의 공간을, 음파 전달 물질로 충전한 것을 사용할 수 있다. 음파 전달 물질은, 음파 감쇠가 작은 것이 바람직하고, 예를 들어 물 등의 액체를 적절하게 사용할 수 있다.

이와 같이, 음파 발생부(11)에서 발생한 음파가, 음파 집속부(12)에 의해 집속되고, 음파 전달부(13)를 거쳐, 소정의 음파 집속 위치에서 집속한다. 이 음파 집속 위치는, 음향 헤드부(10)에 대향해서 형성되는 필름(20)의 음파 집속 영역(18)에 설정된다. 즉, 음향 헤드부(10)의, 예를 들어 음파 집속부(12)로부터 소정 거리의 위치에 필름(20)이 형성되고, 음파는, 필름(20)의 제2 주면(20b) 측으로부터, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 집속되고, 음파 집속 위치의 음파 집속 영역(18)에 음파가 집속된다.

음향 헤드부(10)로부터 출사한 음파의 초점이, 소정의 음파 집속 위치(필름(20)의 음파 집속 영역(18)에 대응함)에 형성되고, 음파 집속 위치에서, 음압 분포가 발생한다. 이 초점 근방에서의 음파의 빔 폭(W)은, 음파 발생부(11)의 형상에 관한 상수 A1, 음파의 파장 λ1, 음파의 초점 거리 F1 및 구경 D1을 사용하면, W=A1?λ1?F1/D1으로 표현된다. 또한, 상기의 상수 A1은, 음파 발생부(11)의 형상이 원반 형상일 경우에는, 2.44이다. 그리고, 음파 발생부(11)가 원반 형상인 경우에는, 음파의 빔 폭(W)은, 음파의 빔 직경에 상당한다.

음파의 빔 폭(W)의 범위 내에서, 최대의 음압이 얻어지고, 그 범위 외에서는 음압은 저하한다. 초점의 중앙에서, 예를 들어 액체(32)의 표면이 융기하고, 음압이 액체(32)의 표면 장력을 초과했을 때에, 고체 입자(31)와 액체(32)를 포함하는 액적(33)이, 액체(32)의 표면으로부터 분리하고, 고체 입자(31)와 액체(32)를 포함하는 액적(33)이 토출한다.

또한, 음파 발생부(11)로부터 음파 전달부(13)에 걸쳐서 음파의 효율적인 전달을 위해서, 음파 집속부(12)의 음향 임피던스 Zf는, 음파 발생부(11)에 사용된 압전체(11a)의 음향 임피던스 ZP와, 음파 전달부(13)의 음향 임피던스 ZL의 사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 음파 집속부(12)의 음향 임피던스 Zf는, 압전체(11a)의 음향 임피던스 ZP와, 음파 전달부(13)의 음향 임피던스 ZL의 기하 평균(즉(ZP?ZL)^1/2)에 가까운 것이, 음파의 효율적인 전달을 위해서 더욱 바람직하다.

이미 설명한 바와 같이, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치는, 제2 주면(20b)에 대하여 평행한 면내에서 변화된다. 즉, X축 방향을 따라서 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가 변화한다. 예를 들어, 음향 헤드부(10)의 위치가 고정되고, 필름(20)의 위치가 X축 방향을 따라서 변화한다. 또한, 예를 들어 필름(20)의 위치가 고정되고, 음향 헤드부(10)의 위치가 X축 방향을 따라서 변화한다. 또한, 예를 들어 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 양쪽의 위치가 변화하고, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가 X축 방향을 따라서 변화한다.

이때, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 오목부(22)의, Y축 방향을 따른 폭(w2)은, 제1 주면(20a)에서 음파가 집속된 음파 집속 영역(18)의, Y축 방향을 따른 폭(w3)보다도 작게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 폭(w3)은, 이미 설명한 음파의 빔 폭(W)(즉, A1?λ1?F1/D1)에 상당한다.

이에 의해, 액적(33)의 형성 및 분리에 필요한 에너지를 작게 할 수 있다. 또한, 음파 집속 영역(18)의 주변 부분에서는 음압의 변동이 크지만, 이 주변 부분에 대응하는 고체 입자(31)의 양을 저감시킬 수 있기 때문에, 균일한 양으로 고체 입자(31)를 포함하는 액적(33)을 재현성 좋게 형성할 수 있다.

즉, 예를 들어 음향 헤드부(10)와 필름(20)의 상대적 위치가 X축 방향을 따라서 변화한 경우에, 제2 오목부(22)의 Y축 방향을 따른 폭(w2)이 항상 음파 집속 영역(18)의 내부에 배치된다. 따라서, 고체 입자(31)의 전부에 실질적으로 균일한 음압이 부여되어, 일정한 양의 고체 입자(31)가 포함된 액적(33)을 토출할 수 있고, 고체 입자(31)의 농도의 편차가 보다 억제된다.

또한, 제1 오목부(21)의 Y축 방향을 따른 폭(w1)은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭(w3)보다도 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예를 들어 음파 집속 영역(18)의 위치가 Y축 방향을 따라서 다소 변동된 경우에도, 음압이 부여되는 액체(32)의 양은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭(w3)으로 정해지기 때문에, 액적(33) 중의 액체(32)의 양이 일정해진다. 이에 의해, 또한 균일한 농도의 액적(33)의 토출이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 액체(32)가 수용된 제1 오목부(21)와, 제1 오목부(21)의 저면에 형성되고, 고체 입자(31)가 수용된 제2 오목부(22)를 포함하는 제1 주면(20a)과, 제1 주면(20a)과는 반대측인 제2 주면(20b)을 갖는 필름(20)의 제2 주면(20b)측으로부터 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 음파를 집속하게 해서, 상기 액체와 고체 입자(31)를 포함하는 분산체(30)를 토출하는 프린트 방법이 실시된다. 이 프린트 방법에 의하면, 고체 입자를 포함하는 분산체를 토출시키는 경우에, 토출 액적에 포함되는 고체 입자량을 균일하게 할 수 있어, 균일하게 프린트할 수 있다.

또한, 이 프린트 방법은, 제2 오목부(22)에 고체 입자(31)를 배치한 후, 제1 오목부(21)에 액체(32)를 배치하는 처리를 포함할 수 있다. 이에 의해, 고체 입자(31)와 액체(32)와의 비율을 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있게 된다.

또한, 상기 프린팅 장치(110)에서는, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가, 1차원인 X축 방향을 따라서 상대적으로 변화하고, 그리고 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)가, X축 방향으로 연장되는 띠 형상을 갖고 있다.

단, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치가, 제2 주면(20b)에 대하여 평행한 면내에서, 2차원으로 바뀌어도 좋다. 이 경우, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치는, 예를 들어 X축 방향 및 Y축 방향 양쪽에 따라 상대적으로 바뀐다.

이 경우에는, 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)는, 스폿 형상을 가질 수 있다. 그리고, 제2 오목부(22)의 스폿의 Y축 방향을 따른 폭은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭보다도 작고, 제2 오목부(22)의 스폿의 X축 방향을 따른 폭은, 음파 집속 영역(18)의 X축 방향을 따른 폭보다도 작게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 오목부(21)의 스폿의 Y축 방향을 따른 폭은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭보다도 크고, 제1 오목부(21)의 스폿의 X축 방향을 따른 폭은, 음파 집속 영역(18)의 X축 방향을 따른 폭보다도 크게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 구체예에서는, 필름(20)이 평면 형상인데, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 필름(20)의 형상은 임의이다. 예를 들어, 필름(20)이 음향 헤드부(10)의 주위를 둘러싸고, 예를 들어 필름(20)이 음향 헤드부(10)를 포함하는 공간 내에서, Y축 방향을 중심축으로 한 원통 형상의 형상을 갖고 있으며, 이 원통의 원주에 따라, 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적인 위치가 변화해도 좋다.

또한, 필름(20)이 롤 형상으로 권취된 형상으로 제공되고, 예를 들어 제1 권취부에서 제2 권취부에 걸쳐서 필름(20)이 연장되고, 제1 권취부와 제2 권취부와의 사이의 위치에서, 필름(20)과 음향 헤드부(10)가 대향되어 있어도 좋다.

또한, 상기와 같은 필름(20)과 음향 헤드부(10)의 상대적 위치의 변화는, 도시하지 않은 구동부에 의해 실시된다.

또한, 필름(20)에는, 예를 들어 각종 수지제의 필름을 사용할 수 있다. 특히, 내용제성(solvent resistance)이 높은 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리에스테르 수지 등의 필름을 사용할 수 있다.

또한, 필름(20)의 두께(제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)가 형성되어 있지 않은, 제1 주면(20a)과 제2 주면(20b) 사이의 거리)는 임의이며, 예를 들어 10㎛ 내지 300㎛ 등으로 할 수 있다. 이와 같이, 본원 명세서에서, 「필름」이란, 200㎛ 이하의 두께 및 10밀(250㎛) 이하의 두께에 한정되지 않고, 임의의 두께를 가지며, 그 자체로 형상을 유지할 수 있는 임의의 막체(film products) 전부를 포함한다.

필름(20)을 통과하는 음파를 효율적으로 고체 입자(31)와 액체(32)에 전달시키기 위해서, 필름(20)의 제2 오목부(22)의 저면 부분의 두께는, 어느 정도 얇은 것이 바람직하고, 예를 들어 100㎛ 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50㎛ 정도가 바람직하다. 또한, 필름(20)의 기계적 강도를 유지하기 위해서, 필름(20)의 두께는 어느 정도 두꺼운 쪽이 바람직하고, 필름(20)의 두께는, 15㎛ 이상이 바람직하다. 단, 사용하는 고체 입자(31)의 직경이나, 고체 입자(31)의 양과 액체(32)의 양의 비율 등에 따라, 제1 오목부(21)의 깊이(d1) 및 제2 오목부(22)의 깊이(d3) 등에 기초하여, 필름(20)의 두께는 적절하게 설정된다.

또한, 제1 오목부(21)의 저면에서 보았을 때의 제2 오목부(22)의 깊이(d3)는, 사용하는 고체 입자(31) 직경의 평균값의 2배에서 3배 정도의 깊이로 할 수 있다. 예를 들어, 고체 입자(31) 직경의 평균값이 15㎛인 경우에는, 제2 오목부(22)의 깊이(d3)는, 20㎛ 내지 50㎛ 정도로 설정할 수 있다.

또한, 제1 주면(20a)에서 보았을 때의 제1 오목부(21)의 깊이(d1)는, 예를 들어 10㎛ 내지 100㎛로 할 수 있다.

또한, 고체 입자(31)는 필름(20)의 제2 오목부(22)에, 온디맨드로(on demand) 배치될 수 있다.

또한, 필름(20)의 제2 오목부(22) 및 제1 오목부(21)에 각각 고체 입자(31)와 액체(32)를 배치하는 고체 입자층 형성부(7S) 및 액체층 형성부(7L)는, 음향 헤드부(10)와는 별체로 배치되어도 좋다. 이 경우에는, 예를 들어 고체 입자층 형성부(7S) 및 액체층 형성부(7L)에 의해, 제2 오목부(22) 및 제1 오목부(21)에 각각 고체 입자(31)와 액체(32)가 배치된 필름(20)을 우선 제작하고, 이 필름(20)을 사용하여, 필름(20)의 제2 주면(20b)측에 음향 헤드부(10)를 배치하고, 필름(20)의 제1 오목부(21)와 제2 오목부(22)를 향해서 음파를 집속하게 해도 좋다. 이와 같이, 프린팅 장치(110)의 고체 입자층 형성부(7S) 및 액체층 형성부(7L)는, 음향 헤드부(10)와는 다른 위치에 배치되어 있어도 좋다.

또한, 분산체(30)의 일부가 되는 액체(32)의 점도는, 필름(20)의 제1 주면(20a) 상에서 액체(32)의 흐름이 발생하지 않는 정도의 점도인 것이 바람직하다.

또한, 제1 주면(20a)의 표면에서의 액체(32)에 대한 습윤성과, 제1 오목부(21)의 측면 및 저면의 표면에서의 액체(32)에 대한 습윤성을 상이하게 함으로써, 액체(32)가 제1 오목부(21) 외부로 넘쳐 나오는 것을 억제할 수 있다. 즉, 이에 의해, 필름(20)의 제1 주면(20a)에서의 액체(32)의 흐름을 억제할 수 있다. 이 경우에는, 사용하는 액체(32)의 점도에 대한 요구를 완화할 수 있다.

또한, 제1 오목부(21)의 측면 및 저면의 표면에서의 액체(32)에 대한 습윤성과, 제2 오목부(22)의 측면 및 저면의 표면에서의 액체(32)에 대한 습윤성을 동일하게 한다. 따라서, 액체(32)의 제2 오목부(22)로의 침입을 재촉하고, 제2 오목부(22)에 배치된 고체 입자(31)의 주변에 음파의 전달을 방해하는 공기층의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 고체 입자층 균일화부(7Sb) 및 액체층 균일화부(7Lb)로서 사용되는, 예를 들어 스크레이퍼에는, 필름(20)과의 마찰이 작은 금속, 고무 및 수지 등을 사용할 수 있다. 이에 의해, 고체 입자층 형성부(7S) 및 액체층 형성부(7L)의 동작을 안정화시킬 수 있다.

또한, 고체 입자층 균일화부(7Sb)에 의해, 과잉 공급된 고체 입자(31)를 회수하고, 고체 입자(31)를 재이용할 수도 있다. 또한, 액체층 균일화부(7Lb)에 의해, 과잉 공급된 액체(32)를 회수하고, 액체(32)를 재이용할 수도 있다. 이때, 회수된 고체 입자(31) 및 액체(32)에 대해서, 예를 들어 교반, 첨가제 추가, 응집물 여과 및 불순물 여과 등의 각종 처리를 행해도 좋다. 또한, 고체 입자(31) 및 액체(32)에, 새로운 고체 입자(31) 및 새로운 액체(32) 중 적어도 어느 하나를 첨가하는 방법을 적용해도 좋다.

도 3의 (a) 내지 (d)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 다른 프린팅 장치의 구성을 예시하는 모식적인 평면도이다.

즉, 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)는 본 실시 형태에 따른 다른 프린팅 장치(111 내지 114)에서의 필름(20)의 구성을 예시하고 있어, 도 1의 (c)의 화살표(C)에 상당하는 방향에서 보았을 때의 모식적인 평면도이다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 프린팅 장치(111)에서 필름(20)의 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)는 X축 방향을 따른 띠 형상을 갖고 있다. 또한, 이러한 형상은, 예를 들어 롤러의 원주에 따르는 제1 볼록부와, 제1 볼록부의 정상부에 형성된 원주에 따르는 제2 볼록부를 갖는 롤러를 사용하여, 필름(20)의 모체가 되는 재료를 롤러의 제1 볼록부와 제2 볼록부로 가압하면서 필름(20)을 성형함으로써, 필름(20)에 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)가 되는 홈을 연속적으로 형성함으로써 제작할 수 있다.

도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 프린팅 장치(112 및 113)에서는, 필름(20)의 제1 오목부(21)는, X축 방향을 따른 띠 형상을 갖고 있지만, 제2 오목부(22)는, 불연속 형상으로 제1 오목부(21)의 저면에 배치되어 있다. 그리고, 프린팅 장치(112)에서는, 제2 오목부(22)는 대략 사각형인 2차원 패턴 형상을 갖고 있으며, 프린팅 장치(113)에서는, 제2 오목부(22)는 원형인 2차원 패턴 형상을 갖고 있다. 또한, 이러한 형상은, 예를 들어 롤러의 원주에 따르는 제1 볼록부와, 제1 볼록부의 정상부에 이산적으로 형성된 제2 볼록부를 갖는 롤러를 사용하여, 필름(20)의 모체가 되는 재료를 롤러의 제1 볼록부와 제2 볼록부로 가압하면서 필름(20)을 성형함으로써, 필름(20)에 연속적인 제1 오목부(21)와, 이산적인 제2 오목부(22)를 형성함으로써 제작할 수 있다.

도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 프린팅 장치(114)에서는, 필름(20)의 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)는, 불연속으로 배치되어 있다. 또한, 이러한 형상은, 예를 들어 롤러의 원주에 이산적으로 형성된 제1 볼록부와, 제1 볼록부의 정상부에 형성된 제2 볼록부를 갖는 롤러를 사용하여, 필름(20)의 모체가 되는 재료를 롤러의 제1 볼록부와 제2 볼록부로 가압하면서 필름(20)을 성형함으로써, 필름(20)에, 이산적인 제1 오목부(21) 및 제2 오목부(22)를 형성함으로써 제작할 수 있다.

또한, 이들 프린팅 장치(111 내지 114)의 경우도, 제2 오목부(22)의 Y축 방향을 따른 폭(w2)은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭(w3)보다도 작게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 오목부(21)의 Y축 방향을 따른 폭(w1)은, 음파 집속 영역(18)의 Y축 방향을 따른 폭(w3)보다도 크게 설정하는 것이 바람직하다.

도 4의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 다른 프린팅 장치의 구성을 예시하는 모식적인 평면도이다.

즉, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는, 본 실시 형태에 따른 다른 프린팅 장치(115 및 116)에서의 필름(20)의 구성을 예시하고 있고, 도 1의 (c)의 화살표(C)에 상당하는 방향에서 보았을 때의 모식적인 평면도이다.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 프린팅 장치(115)에서는, 필름(20)에 2개의 제1 오목부, 즉, 제1 오목부(21a) 및 제1 오목부(21b)가 형성되어 있다. 그리고, 제1 오목부(21a)의 저면에 제2 오목부(22a)가 형성되고, 제1 오목부(21b)의 저면에 제2 오목부(22b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 필름(20)에는 복수의 제1 오목부(예를 들어 제1 오목부(21a) 및 제1 오목부(21b))를 형성할 수 있고, 복수의 제1 오목부 각각에, 제2 오목부를 형성할 수 있다.

도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 프린팅 장치(116)에서는, 필름(20)에 1개의 제1 오목부(21)가 형성되고, 제1 오목부(21)의 저면에 2개의 제2 오목부, 즉, 제2 오목부(22a) 및 제2 오목부(22b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 1개의 제1 오목부(21)의 저면에 복수의 제2 오목부(예를 들어 제2 오목부(22a) 및 제2 오목부(22b))를 형성할 수 있다.

또한, 프린팅 장치(115 및 116)에서는, 예를 들어 제2 오목부(22a 및 22b) 각각의 위치에 대응시켜서, 음파 집속 영역(18a 및 18b)이 배치되어 있다. 즉, 이 경우에는, 예를 들어 음향 헤드부(10)는 Y축 방향을 따라서 배열된 복수의 음향 소자(11e)를 갖고 있다. 이에 의해, 복수의 음파 집속 영역(음파 집속 영역(18a 및 18b)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 복수의 음향 소자(11e)를 형성하고, 복수의 음파 집속 영역(18)을 형성함으로써, 분산체(30) 토출의 효율이 향상되고, 프린트의 효율이 향상된다.

또한, 프린팅 장치(115 및 116)에서는, 제1 오목부와 제2 오목부의 양쪽이 X축 방향으로 연장되는 띠 형상을 갖는다. 그러나, 프린팅 장치(112 내지 114)에 대해서 설명한 바와 같이, 제1 오목부 및 제2 오목부 중 적어도 어느 하나가 이산적으로 형성되어 있고, 이산적인 제1 오목부 및 제2 오목부가, 필름(20)의 제1 주면(20a)에 복수 형성되어 있어도 좋다.

또한, 일반 잉크젯 프린팅 장치에서는, 액체 잉크 용매의 증발이나 휘발에 의한 잉크의 농축 등에 기인해서 노즐의 막힘이 발생하고, 액적의 토출에 지장을 일으키는 문제가 발생한다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 상기 프린팅 장치는, 노즐을 사용하지 않으므로, 이 문제가 발생하지 않는다는 특징도 갖는다. 특히, 공업 분야에 대한 응용에서는, 다양한 고체 입자를 함유하는 분산체를 사용하는 경우가 많다. 따라서, 특히 이 특징은 유익하다. 그리고, 사용할 수 있는 분산체(30)에 대한 제약도 적다.

또한, 필름(20)을 사용해서 분산체(30)가 되는 고체 입자(31)와 액체(32)를 공급하므로, 두께가 정돈된 잉크층을 형성할 수 있고, 필름(20)에 대한 음향 헤드부(10)의 위치 조정 정밀도가 완화되는 특징도 있다.

이상, 구체예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 프린팅 장치를 구성하는 음향 헤드부, 음파 발생부, 음파 집속부, 음파 전달부, 음향 소자, 전극, 구동 회로, 필름, 고체 입자층 형성부, 액체층 형성부 등, 각 요소의 구체적인 구성에 대해서는, 당업자가 공지된 범위에서 적절히 선택함으로써 본 발명을 마찬가지로 실시하고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 각 구체예 중 어느 2개 이상의 요소를 기술적으로 가능한 범위에서 조합한 것도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.

그 외, 본 발명의 실시 형태로서 상술한 프린팅 장치를 기초로 하여 당업자가 적절히 설계 변경해서 실시할 수 있는 모든 프린팅 장치도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 속한다.

그 외, 본 발명의 사상의 범주에서, 당업자라면 각종 변경예 및 수정 예에 상도할 수 있는 것이며, 그러한 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

7S: 고체 입자층 형성부
7Sa: 고체 입자 공급부
7Sb: 고체 입자층 균일화부
7L: 액체층 형성부
7La: 액체 공급부
7Lb: 액체층 균일화부
10: 음향 헤드부
11: 음파 발생부
11a: 압전체
11b, 11c: 전극
11e: 음향 소자
12: 음파 집속부
13: 음파 전달부
14: 구동 회로
18, 18a, 18b: 음파 집속 영역
20: 필름
20a: 제1 주면
20b: 제2 주면
21, 21a, 21b: 제1 오목부
22, 22a, 22b: 제2 오목부
30: 분산체
31: 고체 입자
31a: 고체 입자층
32: 액체
32a: 액체층
33: 액적
40: 피프린트재
110 내지 116: 프린팅 장치
d1 내지 d3: 깊이
w1 내지 w3: 폭

Claims

고체 입자와 액체를 포함하는 분산체를 토출하도록 구성된 프린팅 장치로서,
상기 액체를 수용하는 제1 오목부, 및 상기 제1 오목부의 저면에 형성되고, 상기 고체 입자를 수용하는 제2 오목부가 형성된 제1 주면과, 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면을 갖는 필름; 및
상기 제2 주면측으로부터 상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부를 향해서 음파를 집속하도록 구성된 음향 헤드부를 포함하는, 프린팅 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 오목부에 상기 고체 입자를 배치하도록 구성된 고체 입자층 형성부와,
상기 제1 오목부에 상기 액체를 배치하도록 구성된 액체층 형성부를 더 포함하는, 프린팅 장치.
제2항에 있어서, 상기 고체 입자층 형성부가 상기 제2 오목부에 상기 고체 입자를 배치한 후에, 상기 액체층 형성부는 상기 제1 오목부에 상기 액체를 배치하는, 프린팅 장치.
제3항에 있어서,
상기 필름과 상기 음향 헤드부의 상대적 위치는, 상기 제2 주면에 대하여 평행한 면내에서 변화되고,
상기 제2 오목부의, 상기 상대적 위치의 변화의 제1 방향에 대하여 수직인 제2 방향을 따른 폭은, 상기 제1 주면에서 상기 음파가 집속되는 음파 집속 영역의, 상기 제2 방향을 따른 폭보다 작은, 프린팅 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 오목부의 상기 제2 방향을 따른 폭은, 상기 음파 집속 영역의 상기 제2 방향을 따른 상기 폭보다 큰, 프린팅 장치.