KR20190029447A - Inkjet head, inkjet apparatus using the same, and method for manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 잉크젯 헤드와 그것을 이용한 잉크젯 장치와 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ink jet head, an ink jet apparatus using the same, and a manufacturing method of the device.
드롭 온 디맨드형의 잉크젯 헤드는, 입력 신호에 따라 필요한 때에 필요한 양의 잉크를 도포할 수 있는 잉크젯 헤드로서 알려져 있다. 특히 압전(압전 소자) 방식의 드롭 온 디맨드형의 잉크젯 헤드는, 일반적으로, 잉크 공급 유로와, 잉크 공급 유로에 접속되어 노즐을 가지는 복수의 압력실과, 압력실 내에 충전된 잉크에 압력을 가하는 압전 소자를 가진다. A drop-on-demand type ink-jet head is known as an ink-jet head capable of applying necessary amounts of ink according to an input signal when necessary. In particular, a drop-on-demand type ink jet head of a piezoelectric (piezoelectric element) type generally includes an ink supply passage, a plurality of pressure chambers connected to the ink supply passage and having nozzles, Device.
도 1(a)와 도 1(b)에 일반적인 잉크젯 헤드의 단면 구조를 나타낸다. 1 (a) and 1 (b) show a cross-sectional structure of a general ink-jet head.
잉크젯 헤드는, 액적을 토출하는 복수의 노즐(100)과, 노즐에 연통하는 압력실(110)과, 상이한 노즐에 대응하는 압력실을 나누는 격벽(111)과, 압력실의 일부를 이루는 다이어프램(112)과, 다이어프램(112)을 진동시키는 압전 소자(130)와, 격벽(111)을 지지하는 압전 부재(140)와, 압전 소자(130)에 전압을 인가하는 공통 전극(도시하지 않음)을 가진다. 그 밖에 도시하지 않지만, 액체의 도입구를 가진다. The ink jet head includes a plurality of
압전 소자(130)와 격벽(111)을 지지하는 압전 부재(140)는, 하나의 압전 부재로부터 다이싱에 의해 분리되어 있다. 잉크젯 헤드가 가지는 노즐(100)은, 직경이 10μm~50μm이며, 100μm~500μm의 간격으로 100 구멍~300 구멍 늘어서 있다. The
이와 같이 구성된 잉크젯 헤드는, 다음과 같이 동작한다. 압전 소자(130)의 이측의 공통 전극(도시하지 않음)과, 압전 소자(130)의 사이에 전압을 인가하면, 압전 소자(130)가 도 1(a)의 상태에서 도 1(b)의 상태로 변형된다. 도 1(b)의 가장 우측의 압전 소자(130)가 변형되면(압전 소자(130)의 하부가 변형), 압력실(110)의 용적이 작아져, 액체에 압력을 가할 수 있다. 그 압력으로, 압력실(110) 중에 존재하는 잉크가 액적(150)으로서 외부로 토출된다. The inkjet head thus configured operates as follows. When a voltage is applied between the common electrode (not shown) on the other side of the
또, 잉크를 순환시키는 종류의 잉크젯 헤드에 있어서는, 잉크젯 헤드에, 도시하지 않은 액체 주입구와 배출구가 있어, 잉크를 순환시키면서 잉크를 토출한다. 잉크를 순환시키는 것의 효과를 이하에서 설명한다. In the inkjet head of the kind that circulates the ink, the inkjet head has a liquid injection port and a discharge port (not shown), and discharges the ink while circulating the ink. The effect of circulating the ink will be described below.
노즐 근방의 잉크는 항상 대기에 접하고 있는 상태에 있다. 그 접촉 면적은 매우 미소하기 때문에, 잉크의 용매의 증발도 무시할 수 없는 상태에 있다. 잉크의 용매가 증발함으로써, 잉크의 고형분 농도가 올라, 그 결과 잉크의 점도가 상승하여, 정상적인 잉크의 토출이 곤란해질 수 있다. 여기서, 잉크를 노즐 근방까지 순환시킴으로써, 점도가 상승한 잉크를 항상 바꿀 수 있기 때문에, 노즐 근방의 토출되는 잉크는, 항상 정상적인 잉크 점도로 유지된다. 이것에 의해, 노즐 막힘을 억제하여, 정상적인 토출을 정상적으로 행하는 것이 가능해진다. The ink in the vicinity of the nozzle is always in contact with the atmosphere. Since the contact area is very small, the evaporation of the solvent of the ink is also in a state in which it can not be ignored. As the solvent of the ink evaporates, the solid content of the ink rises, and as a result, the viscosity of the ink rises, making it difficult to discharge the normal ink. Here, by circulating the ink to the vicinity of the nozzle, the ink with the increased viscosity can always be changed, so that the ink discharged in the vicinity of the nozzle is always maintained at the normal ink viscosity. Thus, clogging of the nozzles can be suppressed and normal discharge can be normally performed.
잉크젯 헤드의 구조로서는, 박막의 압전 소자를 이용한 구조여도 된다. 도 2(a), 도 2(b)는, 박막형 잉크젯 헤드의 구조를 나타내는 도이다. 도 2(a)에 액체를 토출하기 위한 노즐(200), 노즐에 연통하는 압력실(210), 압력실에 액체를 공급하는 공통 압력실(230)이 연결되어 있다. 압력실의 일부를 이루는 다이어프램(212)의 상부에 박막 압전 소자(220)가 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 잉크젯 헤드는 다음과 같이 동작한다. 박막 압전 소자(220)에 전압을 인가하면, 박막 압전 소자(220)가 도 2(a)의 상태에서 도 2(b)의 상태로 변형된다. 박막 압전 소자(220)가 변형되면, 압력실(210)의 용적이 작아져 액체에 압력을 전달할 수 있다. 그 압력으로 액적(150)을 토출시키고 있다. As the structure of the ink jet head, a structure using a thin film piezoelectric element may be used. 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing the structure of a thin film inkjet head. 2 (a), a
이와 같은 유로 구조를 가지는 잉크젯 헤드는, 1개의 압전 소자를 구동하여 노즐로부터 잉크를 토출시키면, 이 토출 시의 잉크의 흐름이 공통 유로를 통하여 동일한 유로에 연통하는 다른 노즐에 영향을 주어, 토출이 불안정해지는 크로스 토크와 같은 현상이 생긴다. When an ink jet head having such a flow path structure drives one piezoelectric element to eject ink from the nozzles, the flow of ink at the time of ejection affects other nozzles communicating with the same flow path through the common flow path, A phenomenon such as an unstable crosstalk occurs.
도 3에, 특허 문헌 1에 기재된 잉크젯 헤드의 단면도를 나타낸다. 크로스 토크의 문제에 대해, 특허 문헌 1에는, 액적을 토출하는 복수의 노즐(500)과, 복수의 노즐(500)에 대응해서 설치된 복수의 압력실(501)과, 압력실 내의 액체에 토출력을 부여하는 복수의 에너지 발생 소자(502)를 복수 구비하는 잉크젯 헤드에 있어서, 복수의 압력실(501)에 액체를 공급하는 공통 유로(503)와, 각각의 압력실(501)과 공통 유로(503) 사이를 잇는 개별의 유로 부분에 설치된 조임부(504)를 설치하는 구성이 개시되어 있다. Fig. 3 shows a cross-sectional view of the ink jet head described in
압력실(501)에서 발생한 압력파는 조임부(504)를 통과할 때에, 감쇠하여 다른 노즐의 압력실(501)에는 전달되기 어려워져, 크로스 토크를 완화시킬 수 있다. The pressure wave generated in the
그러나, 특허 문헌 1에 나타낸 잉크젯 헤드에서는, 조임부(504)에서의 유로 저항이 노즐(500)의 유로 저항과 비교해 커져, 에너지 발생 소자(502)의 진동으로 발생한 압력이 노즐(500)로 많이 전달된다. However, in the inkjet head shown in
그 결과, 노즐(500)로부터 토출되는 액적 체적이 너무 커져, 원하는 액적 체적을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다. As a result, the volume of the droplet discharged from the
또, 액적 체적 1피코리터 정도의 극소 액적을 토출시킬 수 있는 잉크젯 헤드에 있어서는, 노즐(500)의 직경이 10μm 정도가 되고, 가공 정밀도를 유지하여 이 이상 작은 구멍을 가공하는 것도 곤란하다. In the case of an ink jet head capable of ejecting a very small liquid droplet having a liquid droplet volume of about 1 picoliter, the diameter of the
따라서, 본원의 과제는, 복수의 노즐의 사이에서 발생하는 유체 크로스 토크에 의한 토출 이상의 완화와 원하는 토출 액적 체적의 유지를 양립시키는 것이 가능한 잉크젯 헤드와 그것을 이용한 잉크젯 장치와 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an inkjet head and an inkjet apparatus using the same and a method of manufacturing a device, capable of achieving both relaxation of ejection more than that caused by fluid crosstalk generated between a plurality of nozzles and maintenance of a desired discharge liquid volume will be.
상기의 과제를 해결하기 위해, 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연결되는 제1 압력실과, 상기 제1 압력실과 연결되는 공급측 제2 압력실과 배출측 제2 압력실과, 상기 공급측 제2 압력실과 연결되는 상기 공급측 제3 압력실과, 상기 배출측 제2 압력실과 연결되는 상기 배출측 제3 압력실과, 상기 제1 압력실 내의 액체에 토출력을 부여하는 에너지 발생 소자와, 상기 제1 압력실과 상기 공급측 제2 압력실 간의 공급측 제1 조임부와, 상기 제1 압력실과 상기 배출측 제2 압력실 간의 배출측 제1 조임부와, 상기 공급측 제2 압력실과 상기 공급측 제3 압력실 간의 공급측 제2 조임부와, 상기 배출측 제2 압력실과 상기 배출측 제3 압력실 간의 배출측 제2 조임부를 포함하는 복수의 토출 유닛과, 상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 공급측 제3 압력실 간을 연결하는 공급측 공통 유로와, 상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 배출측 제3 압력실 간을 연결하는 배출측 공통 유로를 구비한 잉크젯 헤드를 이용한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid ejecting apparatus comprising: a nozzle for ejecting droplets; a first pressure chamber connected to the nozzle; a supply side second pressure chamber and an outlet side second pressure chamber connected to the first pressure chamber; A third pressure chamber connected to the supply side third pressure chamber, the discharge side third pressure chamber connected to the discharge side second pressure chamber, an energy generation element for imparting a ground output to the liquid in the first pressure chamber, A first throttle on the supply side between the supply side first pressure chamber and the supply side second pressure chamber and a first throttle on the discharge side between the first pressure chamber and the discharge side second pressure chamber and a second throttle on the supply side between the supply side second pressure chamber and the supply side third pressure chamber, A plurality of discharge units including a throttle portion, a discharge side second throttle between the discharge side second pressure chamber and the discharge side third pressure chamber, and a plurality of discharge side third pressure chambers of the plurality of discharge units, year Supply side uses a common flow path and a discharge-side ink jet head provided with a common flow path connecting each of the exhaust side third pressure chamber between the plurality of discharging units.
또, 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 연결되는 제1 압력실과, 상기 제1 압력실과 연결되는 공급측 제2 압력실과 배출측 제2 압력실과, 상기 공급측 제2 압력실과 연결되는 상기 공급측 제3 압력실과, 상기 제1 압력실 내의 액체에 토출력을 부여하는 에너지 발생 소자와, 상기 제1 압력실과 상기 공급측 제2 압력실 간의 제1 조임부와, 상기 제1 압력실과 상기 배출측 제2 압력실 간의 제1 조임부와, 상기 공급측 제2 압력실과 상기 공급측 제3 압력실 간의 제2 조임부를 포함하는 복수의 토출 유닛과, 상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 공급측 제3 압력실 간을 연결하는 공급측 공통 유로와, 상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 배출측 제2 압력실 간을 연결하는 배출측 공통 유로를 구비한 잉크젯 헤드를 이용한다. A second pressure chamber communicating with the first pressure chamber; a second pressure chamber communicating with the first pressure chamber; a second pressure chamber communicating with the first pressure chamber; and a second pressure chamber communicating with the supply side third pressure chamber, An energy generating element for imparting a ground output to the liquid in the first pressure chamber, a first throttle between the first pressure chamber and the supply side second pressure chamber, and a second throttle between the first pressure chamber and the discharge side second pressure A plurality of discharge units including a first throttle between the supply side second pressure chambers and the supply side third pressure chambers and a second throttle between the supply side third pressure chambers and the supply side third pressure chambers of the plurality of discharge units, Side common flow path connecting the supply-side common flow path and the discharge-side common flow path connecting the discharge-side second pressure chambers of the plurality of discharge units.
또한, 상기 잉크젯 헤드와, 상기 에너지 발생 소자에 인가하는 구동 전압 신호를 생성하여, 상기 잉크젯 헤드의 토출 동작을 제어하는 구동 제어 수단과, 상기 잉크젯 헤드와 피묘화 매체를 상대 이동시키는 반송 수단을 구비한 잉크젯 장치를 이용한다. The inkjet head further includes drive control means for generating a drive voltage signal to be applied to the energy generating element to control the ejecting operation of the inkjet head and conveying means for relatively moving the inkjet head and the drawing medium An inkjet apparatus is used.
본 발명의 잉크젯 헤드 및 잉크젯 장치에 의하면, 복수의 노즐 간에서 상호적으로 발생하는 부분의 유체 크로스 토크를 완화할 수 있다. 또한, 원하는 미소 액적 체적을 유지시키는 것이 가능해져, 고정밀도의 액적 토출을 실현할 수 있다. 결과, 인자 품질의 고품질화가 도모된다. According to the inkjet head and the inkjet apparatus of the present invention, it is possible to alleviate the fluid cross-talk in a portion that occurs mutually between a plurality of nozzles. In addition, it is possible to maintain a desired minute droplet volume, and it is possible to realize droplet ejection with high accuracy. As a result, the quality of the print quality can be improved.
도 1은 (a) 종래의 벌크형 잉크젯 헤드의 구조, (b)(a)의 벌크형 잉크젯 헤드에서, 압전 소자에 전압이 인가되었을 때의 헤드의 상태를 나타내는 도이다.
도 2는 (a) 종래의 박막형 잉크젯 헤드의 구조, (b)(a)의 박막형 잉크젯 헤드에서, 압전 소자에 전압이 인가되었을 때의 헤드의 상태를 나타내는 도이다.
도 3은 특허 문헌 1의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 4는 (a) 실시 형태에 관련된 잉크젯 헤드의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도, (b) 도 4(a)의 XY단면의 단면도, (c) 실시의 형태 1의 잉크젯 헤드 전체의 평면도이다.
도 5는 실시예 1의 잉크젯 헤드의 속도 편차를 나타내는 도이다.
도 6은 비교예 1의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 7은 비교예 1의 잉크젯 헤드의 속도 편차를 나타내는 도이다.
도 8은 실시예 2의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 9는 실시예 2의 잉크젯 헤드의 속도 편차를 나타내는 도이다.
도 10은 비교예 2의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 11은 비교예 2의 잉크젯 헤드의 속도 편차를 나타내는 도이다.
도 12는 비교예 3의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 13은 비교예 3의 잉크젯 헤드의 속도 편차를 나타내는 도
도 14는 실시의 형태 2의 잉크젯 헤드의 단면도
도 15는 실시의 형태 2에서의 입자 사이즈와 침강 속도의 관계를 나타내는 도
도 16은 실시의 형태의 잉크젯 장치의 측면도BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the structure of a conventional bulk inkjet head, (b) a state of a head when a voltage is applied to the piezoelectric element in the bulk inkjet head of FIG.
2 is a diagram showing the state of a head when a voltage is applied to a piezoelectric element in (a) the structure of a conventional thin film inkjet head, and (b) the thin film type inkjet head of (a).
3 is a cross-sectional view of the inkjet head of
4A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the inkjet head according to the embodiment, Fig. 4B is a cross-sectional view of the inkjet head according to the first embodiment, and Fig.
Fig. 5 is a view showing the speed variation of the ink jet head of the first embodiment. Fig.
6 is a cross-sectional view of the ink-jet head of Comparative Example 1. Fig.
7 is a graph showing the speed variation of the ink jet head of Comparative Example 1. Fig.
8 is a sectional view of the ink jet head of the second embodiment.
Fig. 9 is a view showing a speed deviation of the ink jet head of the second embodiment. Fig.
10 is a sectional view of the ink jet head of Comparative Example 2. Fig.
11 is a view showing the speed deviation of the ink jet head of Comparative Example 2. Fig.
12 is a cross-sectional view of an ink jet head of Comparative Example 3;
13 is a graph showing the speed variation of the ink jet head of Comparative Example 3
14 is a sectional view of the ink-jet head of
15 is a graph showing the relationship between the particle size and the sedimentation velocity in the second embodiment
16 is a side view of the inkjet apparatus of the embodiment
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(실시의 형태 1) (Embodiment Mode 1)
<잉크젯 헤드의 구성> ≪ Configuration of inkjet head >
도 4(a)는, 실시의 형태 1에 관련된 잉크젯 헤드의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 4(b)는, 도 4(a)의 XY단면의 단면도이다. 도 4(c)는, 잉크젯 헤드 전체의 평면도이다. Fig. 4 (a) is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an ink-jet head according to
여기에서는, 잉크의 액적을 토출하는 잉크젯 헤드(10)를 예로 설명하지만, 본 실시의 형태는, 토출에 이용하는 액체는, 잉크에 한정되지 않는다. Here, the
잉크젯 헤드(10)는, 잉크 토출구가 되는 노즐(12)과, 노즐(12)에 연통하는 제1 압력실(14)을 가진다. 제1 압력실(14)은, 액추에이터(30), 즉, 에너지 발생 소자를 가진다. The
제1 압력실(14)로의 잉크의 공급측 유로로서, 이하의 구성 요소가 있다. 제1 압력실(14)에 액체를 출입시키는 공급측 제1 조임부(20a)를 통하여, 연통하는 공급측 제2 압력실(15a)이 있다. 또한, 공급측 제2 압력실(15a)에, 공급측 제2 조임부(22a)를 통하여 연통하는 공급측 제3 압력실(16a)이 있다. As the ink supply side flow path to the
제1 압력실(14)로부터 잉크의 배출측 유로로서, 이하의 구성 요소가 있다. 제1 압력실(14)에 액체를 출입시키는 배출측 제1 조임부(20b)를 통하여, 연통하는 배출측 제2 압력실(15b)이 있다. 또한, 배출측 제2 압력실(15b)에, 배출측 제2 조임부(22b)를 통하여 연통하는 배출측 제3 압력실(16b)이 있다. As the discharge-side flow path of the ink from the
제1 압력실(14)을 중심으로, 공급측 유로와 배출측 유로가 대향하여 설치되는 것이 바람직하다. 또, 이들 제1 압력실(14), 공급측 유로, 배출측 유로는, 직선형으로 배열되어, 잉크젯 헤드(10)의 하면에 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. It is preferable that the supply side flow path and the discharge side flow path are provided so as to be opposed to each other with the first pressure chamber (14) as the center. It is preferable that the
제1 압력실(14)과 잉크의 배출측 유로와 공급측 유로를 합하여, 1개의 토출 유닛(11)이다. 잉크젯 헤드(10)는, 복수의 토출 유닛(11)이, 병행해서 배치되어 있다. 또, 복수의 토출 유닛(11)의 공급측 제3 압력실(16a)을 연통하는 공급측 공통 유로(51a)가 있다. 또한, 복수의 토출 유닛(11)의 배출측 제3 압력실(16b)을 연통하는 배출측 공통 유로(51b)가 있다. The
노즐(12)은, 잉크를 토출하기 위한 관통 구멍이며, 그 직경은 5~30μm 정도이다. 그 가공 방법은, 레이저 가공이나 에칭 또는 펀칭 등의 방법이다. The
제1 압력실(14)은, 액추에이터(30)의 진동으로 생성된 압력을 적절히 모으는 기능을 가진다. 제1 압력실(14)의 용적이나 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 유로 저항에 따라 모으는 압력이 바뀐다. 이 때문에, 토출시키고 싶은 액적의 체적이나 속도에 따라, 제1 압력실(14)의 용적 등을 최적화할 필요가 있다. The first pressure chamber (14) has a function of appropriately collecting the pressure generated by the vibration of the actuator (30). The pressure to be collected changes depending on the volume of the
공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b), 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b) 및 공급측 공통 유로(51a), 배출측 공급 통로(51b)는, 잉크가 통과하는 길이 된다. Side
이러한 압력실이나 유로는 각각 에칭 등에 의해 가공된 금속판의 열확산 접합이나, 실리콘재의 에칭 등에 의해 제작된다. These pressure chambers and flow paths are manufactured by thermal bonding of a metal plate processed by etching or the like, etching of a silicon material, or the like.
<공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)> <
이하의 기재는, 공급측 유로, 배출측 유로 중 적어도 한쪽에 있으면 된다. 양쪽에 있는 것이 바람직하다. The following description may be made on at least one of the supply-side flow path and the discharge-side flow path. It is preferable to be on both sides.
또, 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b), 혹은, 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b)을 형성하는 벽 중 적어도 하나는 탄성이 큰 판으로 형성되어 있다. At least one of the supply side
그것은, 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b) 내에 존재하는 진동파를 흡수하는 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)이다. It is a supply-
공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)는, 판두께가 얇은 금속판이어도 되고, 수지 필름이어도 되며 재질에 한정되지 않는다. Z방향에 수직 방향으로 설치되어 있다. 제1 압력실(14) 내에 배치되는 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)는, 강성이 높은 판(26)(진동 방지판)으로 유지된다. 이 때문에 진동파의 덤핑 효과는 없어, 잉크의 토출에 필요한 진동파가 감쇠하는 일은 없다. The
또한, 공급측 댐퍼(25a)와 배출측 댐퍼(25b)는, 제1 압력실(14)에는, 불필요하지만, 공급측 공통 유로(51a), 배출측 공통 유로(51b) 등을 에칭으로 형성하기 위한 사정상 배치되어 있다. The
한편, 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b) 및 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)에 배치되는 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)는, 강성이 높은 판(26)(진동 방지판)으로는 유지되어 있지 않고, 중공 상태로 단부가 유지될 뿐이다. 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)는, 중공 상태가 되어 있고, 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b) 및 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)에 존재하는 진동파는, 덤핑 효과에 의해 감쇠되며, 인접하는 노즐(12)과의 상호 작용에서 발생하는 유체 크로스 토크가 완화된다.On the other hand, the
<공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b), 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)의 Z방향의 위치> Position in the Z direction of the supply side
공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)와 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)의 Z방향의 위치가 상이함으로써, 액추에이터(30)의 진동으로 생성된 진동파가, 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)를 지나 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b)에 이르고, 그 후, 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)를 통과한다. The position of the
결과, 진동파의 진행 방향은, 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)의 면에 직행하는 성분이 많아진다. As a result, in the traveling direction of the vibration wave, the components that are directly in contact with the surfaces of the
또한, Z방향의 위치가 상이하다는 것은, 공급측 제1 조임부(20a)와 공급측 제2 조임부(22a)를 잇는 직선, 배출측 제1 조임부(20b)와 배출측 제2 조임부(22b)를 잇는 직선(도 4(a)의 점선 화살표)의 각각이, 노즐(12)로부터의 액적의 토출 방향에 수직인 면(도 4(a)에서의 댐퍼(25)의 면)과 평행이 아닌 것을 의미한다. 또는, 각각이, 잉크의 흐름 방향과 평행이 아닌 것을 의미한다. The fact that the positions in the Z direction are different means that the straight line connecting the supply side
또한, 토출 방향은, Z방향과 평행이다. 이 방향은, 도 4(a)에서는, 노즐(12)의 존재하는 하면에 수직 방향이기도 하다. 이 경우, 공급측 제1 조임부(20a)는, 공급측 제2 조임부(22a)보다, 공급측 댐퍼(25a)로부터의 거리가 떨어져 있다. Further, the discharge direction is parallel to the Z direction. This direction is also perpendicular to the lower surface on which the
진동파의 진행 방향과 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)의 면과 평행인 방향의 관계를 유체 해석했다. 그 결과, 진동파의 진행 방향이, 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)의 면에 대해 직행하는 방향이라면, 진동파의 감쇠 효과가 큰 것을 알 수 있었다. And the relationship between the traveling direction of the vibration wave and the direction parallel to the plane of the
그 때문에, 실시의 형태에서의 구조에서는 덤핑 효과가 커진다. 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)는, 토출 방향의 잉크의 흐름에 대해, 댐퍼 효과를 가장 발휘하도록 배치되어 있다. Therefore, the dumping effect is increased in the structure of the embodiment. The
<공급측 제2 조임부(22a)와 공급측 제1 조임부(20a)의 유로 저항> <Flow resistance of the supply side
공급측 제2 조임부(22a)의 유로 저항은, 공급측 제1 조임부(20a)의 유로 저항보다 크다. 공급측 제2 조임부(22a)에 의해, 다른 토출 유닛(11)으로의 영향을 방지하고 있다. The flow path resistance of the supply side
마찬가지로 배출측 제2 조임부(22b)의 유로 저항은, 배출측 제1 조임부(20b)의 유로 저항보다 크다. Similarly, the flow path resistance of the discharge side
<전체 구성> <Overall configuration>
도 4(a)에서는 1개의 토출 유닛(11) 만, 즉, 1개의 노즐(12)의 주변분만을 나타냈지만, 잉크젯 헤드(10)에는, 복수의 토출 유닛(11)이 설치되어 있다. 예를 들면, 도 4(a)에 있어서는, Y방향으로 복수의 토출 유닛(11)이 배열되어 있다. 4A shows only one
도 4(c)에서는, 명시하고 있지 않지만, 공급측 공통 유로(51a), 배출측 공통 유로(51b)에는, 복수의 토출 유닛(11)이, 병행해 접속되어 있다. Although not shown in Fig. 4 (c), a plurality of
또한, 공급측 공통 유로(51a), 배출측 공통 유로(51b)는, 도시하지 않은 잉크 리졸버에 연결되어 있으며, 잉크 리졸버는 또한 잉크 공급원이 되는 잉크 탱크(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 잉크 리졸버로부터 잉크 공급구(53)를 통하여, 공급측 공통 유로(51a)에 잉크가 공급되고, Y방향으로 배열되는 복수의 배출측 공통 유로(51b)에 흘러든 잉크가 잉크 배출구(54)로부터 배출된다. The supply side
잉크 리졸버는, 공급측 공통 유로(51a), 배출측 공통 유로(51b)와, 잉크 탱크 사이에 존재하는 제2 잉크 탱크이다. 제2 잉크 탱크에 가압이나 감압을 함으로써 노즐(12)에 걸리는 압력을 제어하여, 적절한 상태로 잉크의 토출을 시킨다. The ink resolver is a second ink tank existing between the supply side
공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b), 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)는, 제1 압력실(14), 공급측 제2 압력실(15a), 배출측 제2 압력실(15b), 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)과 비교해, 유로 단면적이 충분히 작아, 조임부로서 기능한다. The
공급측 제3 압력실(16a)과 연결되는 잉크 공급 탱크와, 배출측 제3 압력실(16b)과 연결되는 잉크 회수 탱크 사이에는, 압력차가 설정되어, 잉크가 유동하고 있다. 이러한 잉크 순환계를 채용함으로써, 각각의 제1 압력실(14)에 대해, 항상 신선한 잉크를 공급할 수 있어, 노즐(12)의 근방의 대기에 접하는 개소의 잉크의 증점을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 장시간의 안정된 토출이 가능하다. A pressure difference is set between the ink supply tank connected to the supply side
<액추에이터(30)> ≪
본 예의 액추에이터(30)로서는, 압전 소자가 이용되어 있다. 압전 소자는 하부 전극과 상부 전극의 사이에 압전체를 개재시킨 구조를 가지고 있으며, 복수층이 적층되어 있다. 하부 전극은 복수의 액추에이터(30)에 대해 공통의 전극(공통 전극)으로 되어 있으며, 상부 전극은 각각의 액추에이터(30)에 개별의 개별 전극으로 되어 있다. As the
액추에이터(30)의 전극 간에 구동 전압이 인가됨으로써, 액추에이터(30)가 변위하여 제1 압력실(14)의 용적이 변화한다. 이 용적 변화에 의해 노즐(12)로부터 잉크가 토출된다. By applying a drive voltage between the electrodes of the
또한, 여기에서는, d33 모드의 압전식의 액추에이터(30)를 예시하고 있지만, 에너지 발생 소자로서는, 이것에 한정되지 않으며, d31 모드나 전단 모드를 이용하는 압전 액추에이터, 정전 액추에이터, 발열 소자 등, 다양한 양태가 가능하다. 채용되는 토출 방식에 대응한 상응하는 에너지 발생 소자가 이용된다. Here, the
또한, 도 4(a)와 같은 유로 구조는, 실리콘(Si)을 에칭하여 유로부가 되는 홈이나 구멍 등을 형성하거나, 에칭된 각 금속판의 열확산 접합 등에 의해 제작 가능하다. The channel structure shown in Fig. 4 (a) can be fabricated by forming grooves or holes or the like to etch silicon (Si) to form flow paths, or by thermal diffusion bonding of each etched metal plate.
<실시예와 비교예의 평가> ≪ Evaluation of Examples and Comparative Examples &
이하의 실시예와 비교예에 있어서, 복수의 토출 요소 간에서 상호적으로 발생하는 유체 크로스 토크의 토출 특성에 대한 영향을 평가했다. 평가 방법은 다음과 같다. 잉크젯 헤드(10)에 구비하고 있는 노즐(12)을 모두 토출시키는 경우에, 1노즐에만, 액추에이터(30)에 인가하는 구동 파형의 인가 타이밍을 1마이크로초씩 늦추어 가, 구동 파형의 인가 타이밍을 늦춘 노즐(12)로부터 토출되는 액적의 토출 속도를 평가했다. In the following Examples and Comparative Examples, the influence on the discharge characteristics of fluid crosstalk mutually generated among a plurality of discharge elements was evaluated. The evaluation method is as follows. The application timing of the drive waveform to be applied to the
구동 파형의 인가 타이밍과 동기시켜 스트로브 발광시켜, 액적을 조사하고, 그것을 카메라로 관찰하여 액적의 관찰을 행했다. 또, 스트로브 발광의 타이밍을 지연시킴으로써, 2점 간의 액적을 관찰하여, 액적의 토출 속도의 평가를 행했다. Strobe light emission was performed in synchronization with the application timing of the drive waveform, the droplet was irradiated, and the droplet was observed by observing it with a camera. In addition, the droplet between two points was observed by delaying the timing of the strobe light emission, and the ejection speed of the droplet was evaluated.
평가에 사용한 잉크는, 점도 8mPa·s, 표면 장력 33mN/m의 잉크이다. 점도는, 점토계 AR-G2(TA Insruments)를 사용하여 측정했다. 표면 장력은, 표면 장력계 DSA100(KRUSS제)를 사용하여 측정했다. The ink used for the evaluation is an ink having a viscosity of 8 mPa · s and a surface tension of 33 mN / m. The viscosity was measured using clay-based AR-G2 (TA Insruments). The surface tension was measured using a surface tension meter DSA100 (manufactured by KRUSS).
실시예, 비교예의 조건과 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 속도 변동의 합격 기준은, 4pL를 내는 잉크젯 헤드(10)에서는, 2.5m/s 이하, 1pL를 내는 잉크젯 헤드(10)에서는 6.1m/s 이하이다. 이것은, 이하 고찰에서 설명하는 디스플레이 패널로 도포하는 경우에 필요하기 때문이다. Table 1 shows the conditions of the examples and comparative examples and the evaluation results. The acceptance criterion for the velocity fluctuation is 6.1 m / s or less in the case of the
표 1의 속도 변동은, 최대값과 최소값의 차 중의 최대의 값이다. The speed fluctuation in Table 1 is the maximum value among the difference between the maximum value and the minimum value.
(실시예 1) (Example 1)
실시예 1의 잉크젯 헤드의 구조는, 도 4(a)에서 나타낸 헤드 구조와 동일하다. 도 5에, 실시예 1의 잉크젯 헤드의 상기 평가의 결과를 나타낸다. 도 5에서, 횡축은, 액적의 토출 타이밍의 지연 시간(마이크로초), 종축에는 액적의 토출 속도를 나타내고 있으며, 1잉크젯 헤드(10) 중의 3노즐 분의 평가 결과이다. 토출 타이밍의 지연 시간이란, 각각의 액추에이터(30)에 인가하는 구동 파형의 인가 개시 시각의 지연 시간을 의미한다. The structure of the ink-jet head of the first embodiment is the same as the structure of the head shown in Fig. 4 (a). Fig. 5 shows the results of the above evaluation of the ink jet head of Example 1. Fig. 5, the abscissa indicates the delay time (microsecond) of the ejection timing of the liquid droplet, and the ordinate indicates the ejection speed of the liquid droplet, which is the evaluation result of three nozzles in one
CH75, CH150, CH1은 노즐(12)의 번호를 나타내고 있다. 본 실시예에서는, 하나의 노즐열 중에 150개 있는 노즐(12) 중, 대표적인 3개의 노즐(75번, 150번, 1번)을 이용하여 데이터를 취득했다. CH150 및 CH1은 양단의 노즐(12)이며, CH75는 중앙에 위치하는 노즐(12)이다. CH75, CH150 and CH1 indicate the number of the
지연 시간이 0마이크로초인 점은, 모든 노즐(12)을 동시에 토출시키고 있을 때의 토출 속도를 나타낸다. 노즐(12)이 위치하는 장소에 따라(CH75, CH150, CH1의 차이에 따라) 유체 크로스 토크의 영향 정도가 상이하여, 속도 변동의 거동이 상이한데, 대체로 토출 타이밍의 지연 시간이 4마이크로초, 10마이크로초일 때에, 액적의 토출 속도가 크게 변동하고 있는 것을 알 수 있다. The point at which the delay time is 0 microseconds indicates the discharge speed when all the
복수의 노즐(12)의 사이에서의 진동파가 공진하고 있는 타이밍이 이들 시간에 상당하고 있다고 생각할 수 있다. 지연 시간이 15마이크로초 이상의 영역에서는, 속도 변동은 거의 없어져, 이 시간까지는 진동파가 충분히 감쇠하고 있다고 생각할 수 있다. It can be considered that the timing at which the vibration waves between the plurality of
토출 타이밍의 지연 시간에 대한 토출 속도의 변동폭은, (속도의 최대값)-(속도의 최소값)의 값으로 표현하면, 노즐(12)의 75번(CH75)은 2.1m/s, 노즐(12)의 150번(CH150)은 1.4m/s, 노즐(12)의 1번(CH1)은 1.2m/s가 된다. (CH75) of the
(비교예 1) (Comparative Example 1)
도 6에는 비교예 1에서의 잉크젯 헤드의 단면도를 나타내고 있다. Fig. 6 shows a cross-sectional view of the ink jet head in Comparative Example 1. Fig.
실시예 1에서의 잉크젯 헤드(10)의 구조와의 차이를 이하에서 설명한다. 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)가 없어, 그 때문에, 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)이 존재하지 않는다. 또, 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)도 배치되지 않는다. 그 이외의 구조는 실시예 1에서의 잉크젯 헤드와 동일하다. Differences from the structure of the
실시예 1과 동일하게, 토출 타이밍을 늦춰 갔을 때의 토출 속도의 변동을 평가한 결과를 도 7에 나타낸다. Fig. 7 shows the result of evaluating the variation in the discharge speed when the discharge timing is delayed, as in the first embodiment.
공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)가 없고, 공급측 댐퍼(25a), 배출측 댐퍼(25b)가 없기 때문에, 비교예 1의 잉크젯 헤드에서의, 유체 크로스 토크에 의한 속도 변동은, 실시예 1에서의 값과 비교해 큰 것을 알 수 있다. Since there is no supply side
(실시예 2) (Example 2)
도 8에는 실시예 2에서의 잉크젯 헤드의 단면도를 나타낸다. 실시예 1의 구조와 비교하면 제1 압력실(14)의 용적이 작아져 있는 것을 알 수 있다. 제1 압력실(14)의 용적은, 토출시키는 액적의 체적에 따라 바뀌지만, 대체로 1피코리터의 체적의 액적을 토출시키는 경우는, 0.007mm3 정도이다. 덧붙여서 대체로 4피코리터의 체적의 액적을 토출시키는 경우의 용적은 0.025mm3 정도이다. 8 is a cross-sectional view of the ink-jet head according to the second embodiment. Compared with the structure of the first embodiment, it can be seen that the volume of the
하겐포아젤의 식으로부터, 잉크젯 헤드(10)의 미세 유로 내에 흐르는 잉크를 층류로 가정하면, 액적 체적과 잉크젯 헤드(10)의 내부 구조에 기인하는 공진 주파수의 관계는, 수학식 1과 같이 표시할 수 있다. The relationship between the droplet volume and the resonance frequency attributed to the internal structure of the
V: 액적 체적, S: 노즐 단면적, v: 액적 토출 속도, f: 공진 주파수 V: droplet volume, S: nozzle cross section, v: droplet discharge speed, f: resonance frequency
이것으로부터, 작은 체적으로 액적을 토출시키려면 제1 압력실(14)의 용적을 작게 하고, 제1 압력실(14) 내에서의 진동파의 공진 주파수를 크게 하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다. From this, it can be seen that it is necessary to reduce the volume of the
공진 주파수의 역수가 공진 주기이므로, 공진 주기는 짧게 하는 것이 필요하다. 압력실의 용적이 작아지면 공진 주기는 짧아지기 때문에, 압력실의 용적을 작게 하는 것은, 액적 체적을 작게 하는 수단으로서는 이론적으로 타당하다고 할 수 있다. Since the inverse number of the resonance frequency is the resonance period, it is necessary to shorten the resonance period. Since the resonance period is shortened when the volume of the pressure chamber is small, it is theoretically valid to make the volume of the pressure chamber small to reduce the volume of the liquid droplet.
즉, 도 8에서 나타낸 실시예 2의 잉크젯 헤드(10)는, 작은 체적의 액적을 토출할 수 있다. That is, the ink-
또, 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)의 X방향의 길이는, 각각, 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 길이보다 길어져 있으며, 유로 저항이 큰 상태이다. Y방향의 길이는 동일하다. The lengths in the X direction of the supply side
공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)는, 토출하는 액적 체적에 관계하며, 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 조임 길이를 길게 하여 저항을 올리면, 노즐(12)로부터 나오는 액적 체적이 커진다. 따라서, 안이하게 저항을 올릴 수 없다. 따라서, 크로스 토크를 억제하기 위해, 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 길이는 액적 체적으로 결정하고, 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)의 길이로 크로스 토크를 억제한다. 즉, 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b) 쪽이 긴 편이 바람직하다. The
실시예 1과 동일하게, 토출 타이밍을 늦춰 갔을 때의 토출 속도의 변동을 측정한 결과를 도 9에 나타내고 있다. 토출 타이밍의 지연 시간에 대한 토출 속도의 변동폭은, (속도의 최대값)과 (속도의 최소값)의 차의 값으로 표현하면, 노즐(12)의 75번(CH75)은 4.6m/s, 노즐(12)의 150번(CH150)은 3.9m/s, 노즐(12)의 1번(CH1)은 2.6m/s가 된다. The results of measuring the variation in the discharge speed when the discharge timing is delayed are shown in Fig. 9, similarly to the first embodiment. Expressing the fluctuation width of the discharge speed with respect to the delay time of the discharge timing as the value of the difference between the maximum value of the speed and the minimum value of the speed, the No. 75 CH75 of the
또, 액적 체적은 토출 속도가 5m/s일 때에 0.9피코리터의 크기이다. The droplet volume is 0.9 picoliters when the discharge speed is 5 m / s.
(비교예 2) (Comparative Example 2)
도 10에는 비교예 2에서의 잉크젯 헤드의 단면도를 나타내고 있다. 실시예 2에서의 잉크젯 헤드의 구조와의 차이를 이하에서 설명한다. 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)가 없어, 그 때문에 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)이 존재하지 않는다. 또 댐퍼도 배치되지 않는다. 그 이외의 구조는 실시예 2에서의 잉크젯 헤드와 동일하다. Fig. 10 shows a cross-sectional view of the ink-jet head in Comparative Example 2. Fig. Differences from the structure of the ink jet head in the second embodiment will be described below. There are no supply side
실시예 2와 동일하게, 토출 타이밍을 늦춰 갔을 때의 토출 속도의 변동을 평가한 결과를 도 11에 나타내고 있다. 토출 타이밍의 지연 시간에 대한 토출 속도의 변동폭은, 노즐(12)의 75번(CH75)은 7.4m/s, 노즐(12)의 150번(CH150)은 5.0m/s, 노즐(12)의 1번(CH1)은 4.6m/s가 된다. 11 shows the result of evaluating the variation in the discharge speed when the discharge timing is delayed, as in the second embodiment. The fluctuation range of the discharge speed with respect to the delay time of the discharge timing is 7.4 m / s at 75 (CH75) of the
또, 액적 체적은 토출 속도가 5m/s일 때에 1.0피코리터의 크기이다. The droplet volume is 1.0 picoliter when the discharge speed is 5 m / s.
비교예 2에서의 잉크젯 헤드에서는, 액적 체적은 1.0피코리터로 작지만, 복수의 토출 요소 간에서의 유체 크로스 토크가 커, 속도 변동이 큰 것을 알 수 있다. In the inkjet head of Comparative Example 2, the droplet volume is as small as 1.0 picoliter, but the fluid crosstalk between a plurality of ejection elements is large and the speed fluctuation is large.
(비교예 3) (Comparative Example 3)
도 12에는 비교예 3에서의 잉크젯 헤드의 단면도를 나타내고 있다. 실시예 2에서의 잉크젯 헤드의 구조와의 차이를 이하에서 설명한다. 공급측 제2 조임부(22a), 배출측 제2 조임부(22b)가 없어, 그 때문에 공급측 제3 압력실(16a), 배출측 제3 압력실(16b)이 존재하지 않는다. 또 댐퍼(25)도 배치되지 않는다. 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 길이는 매우 길고 유로 저항이 매우 큰 구조가 되어 있다. 그 이외의 구조는 실시예 2에서의 잉크젯 헤드와 동일하다. Fig. 12 shows a cross-sectional view of the ink-jet head in Comparative Example 3. Fig. Differences from the structure of the ink jet head in the second embodiment will be described below. There are no supply side
실시예 2와 동일하게, 토출 타이밍을 늦춰 갔을 때의 토출 속도의 변동을 평가한 결과를 도 13에 나타내고 있다. 토출 타이밍의 지연 시간에 대한 토출 속도의 변동폭은, 노즐(12)의 75번(CH75)은 2.4m/s, 노즐(12)의 150번(CH150)은 1.5m/s, 노즐(12)의 1번(CH1)은 2.0m/s가 된다. Fig. 13 shows the result of evaluating the variation in the discharge speed when the discharge timing is delayed, as in the second embodiment. The fluctuation range of the ejection speed with respect to the delay time of the ejection timing is set such that the number 75 (CH75) of the
또, 액적 체적은 토출 속도가 5m/s일 때에 1.6피코리터의 크기이다. The droplet volume is 1.6 picoliters when the discharge speed is 5 m / s.
비교예 3에서의 잉크젯 헤드에서는, 복수의 토출 요소 간에서의 유체 크로스 토크는 작아져 있지만, 액적 체적은 1.6피코리터로 커져 있는 것을 알 수 있다. 공급측 제1 조임부(20a), 배출측 제1 조임부(20b)의 길이가 길고, 유로 저항이 크기 때문에, 진동파의 개별 유로 내에서의 감쇠는 효과적으로 일어난다. 그러나, 유로 저항이 매우 크기 때문에, 액추에이터(30)의 진동으로 발생한 진동파는, 대부분이 노즐(12)로부터 방출된다. 그 결과, 크로스 토크에 의한 속도 변동은 작지만, 액적 체적이 커져 있다. In the inkjet head of Comparative Example 3, although the fluid crosstalk between the plurality of ejection elements is small, the volume of the droplet is found to be 1.6 picoliters. Since the lengths of the supply side
비교예 3에서의 잉크젯 헤드의 노즐의 직경은 10μm이며, 가공 정밀도를 유지한 채로, 이 이상 작은 구멍을 가공하는 것은 곤란하다. 액적 체적은 잉크젯으로 도포하는 화상의 해상도에 따라 정해지는 것이며, 액적 체적이 규정값보다 너무 크면, 소정의 착탄 정밀도를 유지하여 잉크를 도포하는 것이 곤란해진다. The diameter of the nozzle of the ink jet head in Comparative Example 3 is 10 占 퐉 and it is difficult to process the small hole more than this while maintaining the processing accuracy. The droplet volume is determined according to the resolution of an image to be applied by the inkjet. If the droplet volume is too large, it is difficult to apply the ink while maintaining a predetermined accuracy.
<고찰> <Review>
실시예 2의 잉크젯 헤드로 도포하는 대상물은 예를 들면, 유기 EL 디스플레이 패널의 Red, Green, Blue의 발광층을 형성하는 잉크이다. 토출을 위한 구동 파형이나 구동 전압, 도포하는 화상 패턴 등의 데이터가, 구동 제어 기구로부터 잉크젯 헤드에 보내진다. The object to be coated with the ink jet head of Example 2 is, for example, an ink forming a light emitting layer of Red, Green, and Blue of the organic EL display panel. Data such as a drive waveform for ejection, a drive voltage, and an image pattern to be applied are sent from the drive control mechanism to the inkjet head.
그 신호를 받아, 잉크젯 헤드는, 가동 스테이지 상에 설치된 도포 대상물인 유기 EL 디스플레이 패널의 화소 중에 잉크를 토출한다. In response to the signal, the ink-jet head ejects ink into the pixels of the organic EL display panel, which is a coating object provided on the movable stage.
유기 EL 디스플레이의 화소 해상도가 높은 경우, 잉크젯 헤드에서 토출하는 액적의 체적은 1피코리터 이하가 요구된다. 액적 체적이 커지면 액적 직경이 커져, 화소 중에 잉크 액적을 착탄시킬 때의 착탄 위치의 마진이 작아져 버린다. 착탄 위치가 어긋나면 Red, Green, Blue의 화소 간에서 혼색이 일어나 버려, 유기 EL 디스플레이 패널의 표시 품질이 저하된다. 또, 속도 편차의 구체적인 사양은 일률적으로는 결정할 수 없지만, 고정밀도로 도포하는 경우, 속도 편차는 가능한 한 작은 것이 요구된다. When the pixel resolution of the organic EL display is high, the volume of the droplet ejected from the ink-jet head is required to be 1 picoliter or less. When the droplet volume is large, the droplet diameter becomes large, and the margin of the landing position when the ink droplet is landed on the pixel becomes small. If the landing position is deviated, color mixing occurs between pixels of Red, Green, and Blue, and the display quality of the organic EL display panel is deteriorated. The specific specification of the speed deviation can not be uniformly determined, but when the application is performed with high accuracy, the speed deviation is required to be as small as possible.
이상의 시점에서 실시예 2, 비교예 2, 비교예 3의 결과를 고찰하면, 비교예 3의 잉크젯 헤드에서는, 액체 체적이 1.6피코리터와 1피코리터보다 커져 있어, 요구되는 정밀도로 유기 EL 디스플레이 패널의 화소에 발광층의 잉크를 도포하는 것은 곤란하다. Considering the results of Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 at the above point, the ink volume of the ink jet head of Comparative Example 3 is larger than 1.6 picoliters and 1 picoliter, It is difficult to apply the ink of the light emitting layer to the pixel of the pixel.
또, 비교예 2의 잉크젯 헤드에서는, 액적 체적은 1피코리터이며 사양 범위 내이지만, 실시예 2의 잉크젯 헤드와 비교하면 속도 편차가 크기 때문에, 최적의 잉크젯 헤드의 구조는 아니라고 할 수 있다. In the inkjet head of Comparative Example 2, the droplet volume is 1 picoliter, which is within the specification range. However, since the speed deviation is larger than that of the inkjet head of
(실시의 형태 2) (Embodiment 2)
도 14는, 실시 형태 2에 관련된 잉크젯 헤드의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 실시의 형태 1과의 차이점을 중심으로 설명한다. 설명하지 않는 사항은, 실시의 형태 1과 동일하다. Fig. 14 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an ink-jet head according to
(1) 공급측 제1 조임부(20a)와 공급측 제2 조임부(22a)의 Z방향의 위치 관계는, 공급측 제1 조임부(20a)가, 노즐(12)로부터 떨어진 위치 관계로 되어 있다.(1) The positional relationship between the supply side
이러한 위치 관계를 취함으로써, 잉크가 유동하는 과정에 있어서, 공급측 제2 압력실(15a) 내에서 Z방향의 노즐(12)로부터 떨어지는 방향으로 잉크가 올라 가게 된다. 이것에 의해 잉크가 흐르는 과정에 있어서, 잉크 중의 조대 입자가 침강하여, 공급측 제2 압력실(15a) 내에서 머문다. 즉, 정상적인 토출을 실현시키기 위해, 제1 압력실(14) 내에 조대 입자의 침입을 억제하는 것이 가능해진다. By taking such a positional relationship, in the course of ink flow, the ink rises in a direction away from the
(2) 잉크 배출측의 조임 구조는, 배출측 제1 조임부(20b) 만이 배치된다. 이것은 제1 압력실(14) 내에서 침강한 잉크 내의 입자를 가능한 한 배출시키기 때문이다. (2) In the tightening structure on the ink discharge side, only the discharge-side
(3) 잉크가 배출되는 측의 배출측 제1 조임부(20b)는, Z방향에서 가까운 위치에 배치된다. 이것에 의해 제1 압력실(14) 내에서 침강한 조대 입자의 배출을 용이하게 할 수 있다. (3) The discharge side
(4) 공급측 댐퍼(27a)는, 배출측 댐퍼(27b)보다 강성이 높다. 구체적으로는, X방향의 폭이, 공급측 댐퍼(27a)보다 배출측 댐퍼(27b)가 커져 있다. 여기서, 댐퍼의 폭이란, 유지되어 있지 않은 부분의 폭으로, 진동할 수 있는 부분의 폭, 즉, 진동을 완화하는 부분의 폭이다. 이 경우, 강성이 높은 판(26)으로 유지되지 않은 부분의 폭이다. 공급측 댐퍼(27a)와 배출측 댐퍼(27b)의 재질을 바꿈으로써 강성을 바꾸어도 된다. (4) The
(5) 공급측 댐퍼(27a) 혹은 배출측 댐퍼(27b)는, 다이어프램 비고정부(28)와 비교해 공진 주파수가 높은 것이 바람직하다. 공급측 댐퍼(27a) 혹은 배출측 댐퍼(27b)는, 다이어프램 비고정부(28)보다, 잉크의 진동을 완화한다. 표 2를 이용하여 상세를 설명한다. (5) The
다이어프램 비고정부(28)란, 다이어프램의 변동하는 부분이다. The diaphragm
다이어프램 비고정부(28)의 재질은 니켈 합금이며, 밀도는 8900kg/m3, 영률은 209GPa이다. 잉크젯 헤드(10) 내에서의 치수는 Z방향 두께가 4μm, X방향폭이 50μm이다. 이들로부터, 다이어프램 비고정부(28)의 단면 2차 모멘트를 구하면 2.67×10-22가 되고, 공진 주파수는 2.5×10-4Hz가 된다. The material of the diaphragm
한편, 공급측 댐퍼(27a) 또는 배출측 댐퍼(27b)에 대해서는, 재질은 스테인리스이며, 밀도 7930kg/m3, 영률 193GPa, 두께 20μm, 폭 1000μm이다. 공급측 댐퍼(27a) 또는 배출측 댐퍼(27b)의 단면 2차 모멘트는 6.67×10-19가 되고, 공진 주파수는 3.2×10-4Hz가 된다. The
이들로부터 다이어프램 비고정부(28)보다, 공급측 댐퍼(27a) 또는 배출측 댐퍼(27b)가, 공진 주파수가 커져 있는 것을 알 수 있다. It can be seen from these that the resonance frequency of the supply-
<잉크에 입자를 포함하는 경우> ≪ Including particles in ink >
여기서 잉크로서 입자가 분산된 잉크를 이용하는 경우를 설명한다. 입자는 분산제나 용액의 pH조정 등에서 입자가 안정적으로 존재할 수 있도록 잉크 물성을 조정한다. 그러나, 잉크 중에서 입자는 응집되어 설계에 비해 조대한 입자가 생성되는 일이 있다. 설계 외의 입자가 노즐(12)에 흘러들면 노즐이 막혀 버려 액적의 토출이 불가능하게 된다. Here, a case where an ink in which particles are dispersed as ink is used will be described. The particles adjust the properties of the ink so that particles can be stably present in the dispersing agent or the pH adjustment of the solution. However, particles in the ink may aggregate and produce coarse particles compared to the design. When the particles other than the design flow into the
그런데 잉크 중의 입자는 경시적으로 침강해 간다. 입자의 침강은 다음과 같은 수학식 2로 나타낸 스트로크의 침강 속도식에 따라서, 침강 속도가 정해진다. However, the particles in the ink settled over time. The sedimentation rate of the particles is determined according to the sedimentation rate equation of the stroke expressed by the following equation (2).
vs: 침강 속도 Dp: 입경 ρp: 입자 밀도 ρf: 액체 밀도 v s : settling velocity D p : particle diameter ρ p : particle density ρ f : liquid density
η: 잉크 점도 g: 중력 가속도 eta: ink viscosity g: gravitational acceleration
도 15에는 잉크 점도 3mPa·s, 입자 밀도 4g/cm3, 액체 밀도 1g/cm3 일 때의 잉크에 분산된 입자의 입경에 대한 침강 속도를 나타내고 있다. 입경 1.3um의 입자를 분산시켰을 때, 0.055mm/분의 침강 속도로 입자가 액 중에서 침강해 가는 것을 알 수 있다. Figure 15 shows an sedimentation rate of the particle size of the dispersed particles in the ink when the ink viscosity 3mPa · s, particle density of 4g / cm 3, a liquid density of 1g / cm 3 days. When particles having a particle diameter of 1.3 μm are dispersed, it can be seen that the particles precipitate in the liquid at a sedimentation rate of 0.055 mm / min.
공급측 제2 압력실(15a)의 Z방향의 높이는, 대략 0.2mm이기 때문에, 입자는 대략 4분에 침강하는 것을 알 수 있다. 이러한 방법으로 설계 외의 조대 입자를 공급측 제2 압력실(15a)에서 침강시켜, 노즐(12)에 흘러드는 것을 억제할 수 있다. 배출측 제2 압력실(15b) 내에서는, 침강한 입자가 퇴적하지 않도록, 배출측 제1 조임부(20b)를 Z방향 하방에 배치한다. Since the height of the supply side
이러한 헤드 구조로 함으로써, 입자가 분산된 잉크에 있어서도 노즐 막힘을 발생시키지 않고 안정적으로 토출하는 것이 가능해진다. By using such a head structure, it is possible to stably eject the ink even when the particles are dispersed, without causing nozzle clogging.
(전체적으로) (overall)
실시의 형태 1과 2는, 그 일부를 조합할 수 있다. 특히, 실시의 형태 2 의 (1)~(5)는, 각각 실시의 형태 1과 조합할 수 있다. 즉, 실시의 형태 1의 잉크젯 헤드(10)에, (1)~(5) 중 적어도 1개를 이용할 수 있다. Embodiments 1 and 2 can combine some of them. Particularly, (1) to (5) of the second embodiment can be combined with the first embodiment. That is, at least one of (1) to (5) can be used for the
상기 잉크젯 헤드(10)를 이용한 잉크젯 장치(64)의 측면도를 도 16에 나타낸다. 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드(10)와, 액추에이터(30)에 인가하는 구동 전압 신호를 생성하여, 잉크젯 헤드(10)의 토출 동작을 제어하는 구동 제어 수단(61)과, 잉크젯 헤드(10)와 피묘화 매체(63)를 상대 이동시키는 반송 수단(62)을 포함한다. A side view of the
각종 디바이스인 피묘화 매체(63)에 잉크를 도포함으로써, 각종 디바이스를 제조할 수 있다. Various devices can be manufactured by applying ink to the writing
본 발명의 잉크젯 헤드 및 잉크젯 장치는, 고정밀한 화소를 가지는 유기 EL 디스플레이 패널의 제조에 이용할 수 있다. 즉, 유기 EL 디스플레이 패널의 발광층의 도포나, UV경화성 잉크 등을 이용하는 가식 잉크나 수지 봉지 잉크의 도포, 도전성 잉크의 도포, 화장 용도의 수성 잉크의 도포 등에 이용할 수 있다. The ink-jet head and the ink-jet apparatus of the present invention can be used for manufacturing an organic EL display panel having high-precision pixels. That is, it can be applied to the application of an emissive layer of an organic EL display panel, the application of an edible ink or resin encapsulation ink using UV curable ink or the like, the application of a conductive ink, and the application of an aqueous ink for cosmetic use.
10: 잉크젯 헤드
11: 토출 유닛
12: 노즐
14: 제1 압력실
15a: 공급측 제2 압력실
15b: 배출측 제2 압력실
16a: 공급측 제3 압력실
16b: 배출측 제3 압력실
20a: 공급측 제1 조임부
20b: 배출측 제1 조임부
22a: 공급측 제2 조임부
22b: 배출측 제2 조임부
25a: 공급측 댐퍼
25b: 배출측 댐퍼
26: 강성이 높은 판(진동 방지판)
27a: 공급측 댐퍼
27b: 배출측 댐퍼
28: 다이어프램 비고정부
30: 액추에이터
51a: 공급측 공통 유로
51b: 배출측 공통 유로
53: 잉크 공급구
54: 잉크 배출구
61: 구동 제어 수단
62: 반송 수단
63: 피묘화 매체
64: 잉크젯 장치
100: 노즐
110: 압력실
111: 격벽
112: 다이어프램
130: 압전 소자
140: 압전 부재
150: 액적
200: 노즐
210: 압력실
212: 다이어프램
220: 박막 압전 소자
230: 공통 압력실
500: 노즐
501: 압력실
502: 에너지 발생 소자
503: 공통 유로
504: 조임부10: ink jet head 11: ejection unit
12: nozzle 14: first pressure chamber
15a: supply side
16a: supply side
20a: supply side
22a: supply side
25a:
26: High rigidity plate (anti-vibration plate)
27a:
28: Diaphragm Remark 30: Actuator
51a: Supply side
53: ink supply port 54: ink outlet
61: drive control means 62:
63: Pigmenting medium 64: Ink-jet apparatus
100: nozzle 110: pressure chamber
111: partition wall 112: diaphragm
130: Piezoelectric element 140: Piezoelectric element
150: droplet 200: nozzle
210: pressure chamber 212: diaphragm
220: Thin film piezoelectric element 230: Common pressure chamber
500: nozzle 501: pressure chamber
502: Energy generating element 503:
504:
Claims (14)
상기 노즐과 연결되는 제1 압력실과,
상기 제1 압력실과 연결되는 공급측 제2 압력실과 배출측 제2 압력실과,
상기 공급측 제2 압력실과 연결되는 공급측 제3 압력실과,
상기 배출측 제2 압력실과 연결되는 배출측 제3 압력실과,
상기 제1 압력실 내의 액체에 토출력을 부여하는 에너지 발생 소자와,
상기 제1 압력실과 상기 공급측 제2 압력실 간의 공급측 제1 조임부와,
상기 제1 압력실과 상기 배출측 제2 압력실 간의 배출측 제1 조임부와,
상기 공급측 제2 압력실과 상기 공급측 제3 압력실 간의 공급측 제2 조임부와,
상기 배출측 제2 압력실과 상기 배출측 제3 압력실 간의 배출측 제2 조임부를 포함하는 복수의 토출 유닛과,
상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 공급측 제3 압력실 간을 연결하는 공급측 공통 유로와,
상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 배출측 제3 압력실 간을 연결하는 배출측 공통 유로를 구비한, 잉크젯 헤드. A nozzle for discharging droplets,
A first pressure chamber connected to the nozzle,
A supply side second pressure chamber and an exhaust side second pressure chamber connected to the first pressure chamber,
A third supply side pressure chamber connected to the supply side second pressure chamber,
A discharge side third pressure chamber connected to the discharge side second pressure chamber,
An energy generating element for imparting a ground output to the liquid in the first pressure chamber,
A supply-side first throttle between the first pressure chamber and the supply-side second pressure chamber,
A discharge side first throttle between the first pressure chamber and the discharge side second pressure chamber,
A supply side second throttle between the supply side second pressure chamber and the supply side third pressure chamber,
A plurality of discharge units including a discharge side second throttle between the discharge side second pressure chamber and the discharge side third pressure chamber,
A supply side common flow passage connecting the supply side third pressure chambers of each of the plurality of discharge units,
And a discharge-side common flow passage connecting the discharge-side third pressure chambers of each of the plurality of discharge units.
상기 제1 압력실과, 상기 공급측 제2 압력실과, 배출측 제2 압력실과, 상기 공급측 제3 압력실과, 상기 배출측 제3 압력실은, 직선형으로 배치되어 있는, 잉크젯 헤드. The method according to claim 1,
Wherein the first pressure chamber, the supply-side second pressure chamber, the discharge-side second pressure chamber, the supply-side third pressure chamber, and the discharge-side third pressure chamber are arranged in a straight line.
상기 공급측 제1 조임부와 상기 공급측 제2 조임부를 잇는 직선은, 잉크의 흐름 방향에 대해 평행이 아닌, 잉크젯 헤드. The method according to claim 1,
Wherein the straight line connecting the supply side first throttle and the supply side second throttle is not parallel to the flow direction of the ink.
상기 공급측 제2 압력실에 공급측 댐퍼를 배치한, 잉크젯 헤드. The method according to claim 1,
And a supply side damper is disposed in the supply side second pressure chamber.
상기 공급측 제3 압력실과 상기 공급측 제2 압력실에 걸쳐, 상기 공급측 댐퍼를 배치한, 잉크젯 헤드. The method of claim 4,
Wherein the supply side damper is disposed over the supply side third pressure chamber and the supply side second pressure chamber.
상기 공급측 댐퍼의 일부는 중공 상태로 배치된, 잉크젯 헤드. The method of claim 4,
Wherein a part of the supply side damper is disposed in a hollow state.
상기 공급측 제1 조임부는, 상기 공급측 제2 조임부보다, 공급측 댐퍼로부터의 거리가 떨어져 있는, 잉크젯 헤드. The method of claim 4,
Wherein the supply side first tightening portion has a distance from the supply side damper to the supply side second throttle.
상기 공급측 제2 조임부의 유로 저항은, 상기 공급측 제1 조임부의 유로 저항보다 큰, 잉크젯 헤드. The method according to claim 1,
Wherein the flow path resistance of the supply side second throttle is larger than the flow path resistance of the supply side first throttle.
상기 노즐과 연결되는 제1 압력실과,
상기 제1 압력실과 연결되는 공급측 제2 압력실과 배출측 제2 압력실과,
상기 공급측 제2 압력실과 연결되는 상기 공급측 제3 압력실과,
상기 제1 압력실 내의 액체에 토출력을 부여하는 에너지 발생 소자와,
상기 제1 압력실과 상기 공급측 제2 압력실 간의 공급측 제1 조임부와,
상기 제1 압력실과 상기 배출측 제2 압력실 간의 배출측 제1 조임부와,
상기 공급측 제2 압력실과 상기 공급측 제3 압력실 간의 제2 조임부를 포함하는 복수의 토출 유닛과,
상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 공급측 제3 압력실 간을 연결하는 공급측 공통 유로와,
상기 복수의 토출 유닛의 각각의 상기 배출측 제2 압력실 간을 연결하는 배출측 공통 유로를 구비한, 잉크젯 헤드. A nozzle for discharging droplets,
A first pressure chamber connected to the nozzle,
A supply side second pressure chamber and an exhaust side second pressure chamber connected to the first pressure chamber,
A third supply side pressure chamber connected to the supply side second pressure chamber,
An energy generating element for imparting a ground output to the liquid in the first pressure chamber,
A supply-side first throttle between the first pressure chamber and the supply-side second pressure chamber,
A discharge side first throttle between the first pressure chamber and the discharge side second pressure chamber,
A plurality of discharge units including a second throttle between the supply side second pressure chamber and the supply side third pressure chamber,
A supply side common flow passage connecting the supply side third pressure chambers of each of the plurality of discharge units,
And a discharge-side common flow passage connecting the discharge-side second pressure chambers of each of the plurality of discharge units.
상기 제1 압력실과, 상기 공급측 제2 압력실과, 배출측 제2 압력실과 공급측 제3 압력실은, 직선형으로 배치되어 있는, 잉크젯 헤드. The method of claim 9,
Wherein the first pressure chamber, the supply-side second pressure chamber, the discharge-side second pressure chamber and the supply-side third pressure chamber are arranged in a straight line.
상기 공급측 제1 조임부와 상기 공급측 제2 조임부를 잇는 직선은, 잉크의 흐름 방향에 대해 평행이 아닌, 잉크젯 헤드. The method of claim 9,
Wherein the straight line connecting the supply side first throttle and the supply side second throttle is not parallel to the flow direction of the ink.
상기 공급측 제2 압력실에 공급측 댐퍼를 배치하고,
상기 배출측 제2 압력실에 배출측 댐퍼를 배치하고,
상기 공급측 댐퍼는, 상기 배출측 댐퍼보다 강성이 높은, 잉크젯 헤드. The method of claim 9,
A supply side damper is disposed in the supply side second pressure chamber,
A discharge-side damper is disposed in the discharge-side second pressure chamber,
Wherein the supply side damper is higher in rigidity than the discharge side damper.
상기 에너지 발생 소자에 인가하는 구동 전압 신호를 생성하여, 상기 잉크젯 헤드의 토출 동작을 제어하는 구동 제어 수단과,
상기 잉크젯 헤드와 피묘화 매체를 상대 이동시키는 반송 수단을 구비한, 잉크젯 장치. An ink jet head comprising: the ink jet head according to any one of claims 1 to 12;
Driving control means for generating a driving voltage signal to be applied to the energy generating element and controlling the discharging operation of the ink jet head,
And transport means for relatively moving the inkjet head and the image-drawing medium.
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