KR20210118748A

KR20210118748A - 잉크젯 헤드

Info

Publication number: KR20210118748A
Application number: KR1020210033914A
Authority: KR
Inventors: 가즈노부 이리에; 히데히로 요시다; 슈헤이 나카타니; 후토시 오쓰카; 요우스케 도요후쿠
Original assignee: 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-10-01
Also published as: JP7417831B2; CN113427909A; US20210291521A1; US11312136B2; TW202200401A; JP2021146696A

Abstract

잉크젯 헤드(100)는, d33 모드로 구동되는 압전 소자(5)와, 압전 소자(5)에 의해 압력이 발생하는 압력 발생실(3)과, 압력 발생실(3)에 잉크를 공급하는 개별 잉크 공급 유로(48)를 갖는다. 압력 발생실(3)로부터 잉크를 배출하는 개별 잉크 배출 유로(49)와, 압력 발생실(3) 내의 잉크를 토출하는 노즐(2)을 갖는다. 노즐(2)의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때, 압력 발생실(3), 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 내경은, 압전 소자(5)측보다 노즐(2)측이 짧다. 이에 의해, 고점도의 잉크를 토출할 수 있는 잉크젯 헤드(100)를 제공할 수 있다.

Description

잉크젯 헤드{INK JET HEAD}

본 개시는, 잉크의 액적을 토출하는 잉크젯 헤드에 관한 것이다.

전자 디바이스 또는 광학 디바이스를 제조하는 경우, 기재 상에 미세 패턴을 형성하는 방법이 다용되고 있다. 저비용으로 미세 패턴을 형성하는 방법으로서, 인쇄판을 필요로 하지 않는, 잉크 액적의 토출에 의해, 기재 표면에 원하는 미세 패턴을 인쇄 가능한 잉크젯법이 주목받고 있다.

그러나, 상기 디바이스의 특성을 얻기 위해서 원하는 재료나 막두께로 인쇄하는 경우, 고점도(예를 들면, 10mPa초를 초과하는 점도)의 잉크를 이용할 필요가 있다. 그 때문에, 종이에 문자나 그림을 인쇄하는 용도의 일반적인 잉크젯 헤드를 이용하면, 고점도의 잉크를 토출하는 것이 곤란한 경우가 많다.

또, 고점도의 잉크의 토출이 가능한 잉크젯 헤드의 경우여도, 노즐의 제조 시에 발생하는 노즐 간의 구조가 미세하게 불균일하다. 그 때문에, 잉크의 점도에 따라, 잉크에 가해지는 압력의 편차가 커진다. 그 결과, 노즐마다의 잉크의 토출 특성이 불균일해져, 원하는 인쇄막을 형성할 수 없게 된다는 과제가 있다.

상기 과제에 대해, 예를 들면, 일본국 특허공개 2007-98806호 공보(이하, 「특허문헌 1」이라 기재한다)에 기재된 기술이 개시되어 있다. 도 7은, 특허문헌 1에 개시되는 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 1의 잉크젯 헤드는, 압전 소자(76)의 구동에 의해, 노즐(71)로부터 잉크 액적을 토출하는 장치를 구성한다. 잉크젯 헤드는, 6장의 박판 부재(62a)~박판 부재(62f)에 의해 구성되는 공통 유로(68)와, 공통 유로(68)로부터 잉크가 공급되는 조임부(70)를 갖는다. 박판 부재(62c)는, SUS(Steel Use Stainless)판으로 형성되며, 조임부(70)의 저판이 된다. 박판 부재(62d)는, 예를 들면, 폴리이미드 등의 수지판으로 형성되며, 조임부(70)의 유로부가 된다.

상기 잉크젯 헤드에 있어서는, 박판 부재(62c)에 접합한 박판 부재(62d)를, 박판 부재(62c)를 마스크로 하여, 레이저 가공한다. 이에 의해, 박판 부재(62c)와 박판 부재(62d)의 위치 어긋남이 발생하지 않으므로, 가공 정밀도가 향상한다고 되어 있다.

그러나, 상기 구성의 경우, 조임부(70)의 대향측에 천정판이 되는 박판 부재(62e)를 접합할 때의 가공 어긋남이나 접합 어긋남은, 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 가공 어긋남이나 접합 어긋남에 기인하는 조임부(70)의 유로 저항의 편차를 완전히 억제할 수 없다. 또, 압전 소자(76)를 d31 모드로 구동하기 때문에, 고점도의 잉크를 이용한 경우, 노즐(71)로부터의 잉크의 토출 특성의 불균일이 현저해진다. 즉, d31 모드(길이 신축 모드)는, 변위량은 크나, 토크가 작다. 그 때문에, 유로 저항의 편차에 의해 변위가 불균일해져 버린다.

일본국 특허공개 2007-98806호 공보

본 개시는, 노즐 간의 편차 없이, 고점도의 잉크를 토출할 수 있는 잉크젯 헤드를 제공한다.

본 개시의 일 양태에 따른 잉크젯 헤드는, d33 모드로 구동되는 압전 소자와, 압전 소자의 하방에 설치되며, 압전 소자의 구동에 의해 압력이 발생하는 압력 발생실과, 압력 발생실과 연통하며, 압력 발생실에 잉크를 공급하는 개별 잉크 공급 유로를 갖는다. 또한, 잉크젯 헤드는, 압력 발생실과 연통하며, 압력 발생실로부터 잉크를 배출하는 개별 잉크 배출 유로와, 압력 발생실의 하방에 설치되며, 압력 발생실 내의 잉크를 토출하는 노즐을 갖는다. 그리고, 노즐의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때, 압력 발생실, 개별 잉크 공급 유로, 및 개별 잉크 배출 유로 각각의 내경은, 압전 소자측보다 노즐측이 짧다.

본 개시에 의하면, 노즐 간의 편차 없이, 고점도의 잉크를 토출할 수 있는 잉크젯 헤드를 제공할 수 있다.

도 1a는, 본 개시의 실시형태 1에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 1b는, 도 1a의 1B-1B 단면도이다.
도 1c는, 도 1a의 잉크젯 헤드에 있어서, 압력 발생실로부터 누설된 압력파의 진행 방향을 나타내는 모식도이다.
도 1d는, 비교예에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 본 개시의 실시형태 2에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본 개시의 실시형태 3에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 4는, 본 개시의 실시형태 5에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 5는, 본 개시의 실시형태 6에 따른 잉크젯 헤드의 유로 형성 기판을 바로 위에서 본 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 본 개시의 실시형태 7에 따른 잉크젯 헤드의 유로 형성 기판을 바로 위에서 본 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은, 특허문헌 1의 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 개시의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 달고, 그들의 설명은 적절히 생략한다.

(실시형태 1)

이하, 본 개시의 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)에 대해, 도 1a 및 도 1b를 이용해, 항목을 분류하여, 설명한다.

도 1a는, 잉크젯 헤드(100)의 단면을 나타내는 모식도이다. 도 1b는, 도 1a의 1B-1B선 단면도이다.

＜잉크젯 헤드(100)＞

도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 노즐 플레이트(1), 복수의 노즐(2), 유로 형성 기판(4), 압전 소자(5), 진동판(6), 및 하우징(9) 등을 구비한다.

이하, 이들 구성 요소에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

＜노즐 플레이트(1) 및 노즐(2)＞

노즐 플레이트(1)는, 복수의 노즐(2)이 소정의 간격으로 형성된 기판이다. 복수의 노즐(2)은, 도 1a의 안쪽 방향(도 1b의 좌우 방향)으로 배열된다.

즉, 도 1a는, 복수의 노즐(2)의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면을 나타내고 있다. 또한, 이하에서 설명하는, 도 1c, 도 1d, 도 2~도 4도 동일하다. 즉, 도 1a의 좌우 방향은, 복수의 노즐(2)의 배열 방향과 직교하는 방향이다.

또한, 노즐 플레이트(1)에 복수의 노즐(2)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 레이저 가공, 드릴 가공, 프레스 가공, 에칭법, 전주(電鑄)법 등을 들 수 있다. 그들 중에서도, 노즐(2)의 형상을 가공할 때의 자유도나 제어의 용이함을 고려하면, 레이저 가공에 의해, 노즐(2)을 형성하는 것이 바람직하다.

또, 노즐 플레이트(1)는, 표면에 형성되는 발수막을 구비하는 구성이 바람직하다. 발수막은, 노즐(2)로부터 잉크 액적이 토출될 때에, 노즐(2) 근방의 노즐 플레이트(1)의 표면에 미세하게 스며나온 잉크를, 노즐(2) 내로 되돌리도록 작용한다.

즉, 노즐(2) 근방에 스며나온 잉크가 남은 그대로의 상태인 경우, 잉크 표면의 메니스커스가 무너져, 다음의 잉크 액적의 토출 시에 악영향을 미친다. 그 때문에, 노즐 플레이트(1)의 표면으로의 발수막의 형성은, 노즐(2)로부터의 잉크 액적의 안정된 토출을 유지하기 위해서 유효하다.

또한, 발수막의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 불소를 갖는 알콕시실란의 용액을 노즐 플레이트에 도포하고, 소성을 행함으로써 형성하는 방법이 있다. 또, 발수막의 형성 방법으로서는, 불소를 갖는 모노머의 기상 중합에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 그러나, 발수막의 형성 방법은, 상기 방법으로 한정되지 않는다.

또, 노즐 플레이트(1)의 재질로서는, 예를 들면, 스테인리스 등의 금속, 또는, 세라믹 기판의 박판을 이용할 수 있다. 단, 노즐 플레이트(1)는, 잉크젯 헤드(100)에 있어서, 가장 피인쇄 워크(도시하지 않음)에 접근해서 배치되는 부재이다. 그 때문에, 노즐 플레이트(1)에 세라믹 기판을 이용한 경우, 어떠한 요인에 의해 잉크젯 헤드(100)가 피인쇄 워크에 접촉했을 때, 세라믹 기판이 깨질 우려가 있다. 그 때문에, 노즐 플레이트(1)의 재질로서는, 스테인리스 등의 금속의 박판을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 노즐 플레이트(1)에 설치되는 노즐(2)의 수(이하, 「노즐 수」라 기재한다), 및, 서로 이웃하는 노즐(2) 간의 간격(이하, 「노즐 간격」이라 기재한다)은, 제작하는 전자 디바이스, 또는, 광학 디바이스의 패턴 형상에 따라 결정된다.

그러나, 근래에는, 전자 디바이스 또는 광학 디바이스의 고성능화를 실현하기 위해서, 패턴 형상이 미세화하는 경향이 있다. 그 때문에, 노즐 수를 늘려, 노즐 간격을 작게 해, 노즐(2)을 고밀도화하는 것이 요구되고 있다. 노즐(2)을 고밀도화하는 경우, 예를 들면, 노즐 간격은, 0.1mm에서 0.2mm 정도로 매우 좁아진다. 또, 노즐 직경도, 미세화하는 패턴 형상에 따라, 10μm에서 30μm로, 매우 작은 길이가 요구된다.

＜유로 형성 기판(4)＞

유로 형성 기판(4)은, 노즐(2)에 대응한 위치에 설치되며, 노즐 플레이트(1)에 접합되는 기판이다.

도 1b에 나타내는 바와 같이, 유로 형성 기판(4)은, 등간격으로 설치되는 격벽(50)을 갖는다. 격벽(50)은, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 제2 조임부 형성 기판(43), 압력 발생실 저면 기판(44), 및 압력 발생실 저면 기판(45) 등에 의해 구성된다.

또, 서로 이웃하는 격벽(50) 사이의 공간은, 압력 발생실(3)로서 기능한다. 도 1a에 나타내는 바와 같이, 압력 발생실(3)은, 노즐(2)과 연통한다. 또한, 압력 발생실(3)은, 잉크 입구부(46)를 개재하여, 공통 잉크 공급 유로(7)와 연통한다. 또, 압력 발생실(3)은, 잉크 출구부(47)를 개재하여, 공통 잉크 배출 유로(8)와 연통한다.

즉, 공통 잉크 공급 유로(7)의 잉크는, 잉크 입구부(46)를 개재하여, 압력 발생실(3) 내에 공급된다. 또, 압력 발생실(3)에 공급된 잉크 중, 노즐(2)로부터 토출되지 않았던 잉크는, 잉크 출구부(47)를 개재하여, 공통 잉크 배출 유로(8)로 배출된다.

일반적으로, 압력 발생실에 공급되는 잉크 중에 기포가 혼입해 있는 경우, 기포는, 압전 소자의 구동에 의해, 압력 발생실에서 발생한 압력에 의해, 팽축(膨縮)한다. 기포의 폭축(爆縮)에 의해, 압력 발생실에서 발생한 압력 변화가 상쇄되어, 잉크 액적의 토출 동작에 악영향을 미친다. 그 때문에, 잉크젯 헤드에 잉크를 공급할 때, 기포의 낌이 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 그러나, 그런데도, 약간 기포의 낌이 압력 발생실 내에 있어서 발생한다.

또한, 특히, 잉크가 고점도인 경우, 기포가 부력으로 액면에 부상하여 자연스럽게 소포되는 것이 기대하기 어려워진다. 그 때문에, 종래의 잉크젯 헤드는, 공급되는 잉크에 대해, 탈기를 행하는 탈기 장치를 구비하고 있다. 그러나, 기포가 압력 발생실에 들어간 경우에는, 탈기 장치에 의한 탈기가 불가능하다. 그 때문에, 퍼지 조작 등에 의해, 잉크를 노즐로부터 배출시키는 동작이 빈번하게 실행된다. 그러나, 퍼지 조작 때문에, 잉크의 손실이 발생한다.

따라서, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)의 각각과 연통하도록, 압력 발생실(3)이 배치된다. 이에 의해, 잉크 액적의 토출 동작이 행해지고 있지 않을 때도, 항상, 압력 발생실(3) 내를 잉크가 계속 흐른다. 그 때문에, 압력 발생실(3) 내에 기포가 체류하는 일이 없다. 그 결과, 잉크 액적의 토출 동작에 대해, 기포에 의한 영향이 발생하지 않는다.

즉, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 상술한 바와 같이, 항상, 압력 발생실(3) 내에, 계속해서 잉크가 유입되고, 유출한다. 이에 의해, 잉크젯 헤드(100)는, 내부에 잉크 순환 구조가 구성된다. 잉크 순환 구조는, 예를 들면, 펌프(도시하지 않음) 등의 동작에 의해, 공통 잉크 배출 유로(8)로부터 배출된 잉크를 회수함과 더불어, 잉크 공급측과 잉크 배출측 사이에 압력 차를 발생시킨다. 이에 의해, 잉크를 유동시켜, 다시 공통 잉크 공급 유로(7)로 되돌리는 잉크 순환 구조가 형성된다.

또한, 상술한 잉크 순환 구조의 유로의 도중에, 탈기 장치를 설치해도 된다. 이에 의해, 순환하는 잉크는, 탈기 장치에 의해, 반복해서 탈기된다. 그 결과, 순환하는 잉크 중에 기포가 존재해도, 기포를 보다 확실하게 제거할 수 있다.

또, 잉크 순환 구조의 유로를 순환하는 잉크의 유속에 대해서는, 특별히, 제한은 없으나, 유속은 빠른 편이 바람직하다. 유속이 빠르면, 잉크가 흐르는 각 유로의 벽면에 부착한 기포를 흘러가게 하는 힘이 강해진다. 그 때문에, 잉크 중의 기포를 보다 확실하게 제거할 수 있다.

그러나, 유속을 너무 빠르게 하면, 고점도의 잉크인 경우, 저점도의 잉크에 비해, 잉크 공급측과 잉크 배출측의 압력 차를 보다 크게 할 필요가 있다. 이 때, 압력 발생실(3) 내의 잉크의 노즐(2)에 대한 압력이 노즐(2)의 외방으로부터의 외압보다 커지면, 노즐(2)에서 잉크가 스며나와 버린다. 그 때문에, 특히, 잉크 배출측에서의 압력을 더욱 큰 부압으로 하지 않으면 안 된다. 이에 의해, 오히려, 잉크로부터 기포가 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 고점도의 잉크를 이용하는 경우, 순환하는 잉크의 유속은, 너무 빠르지 않은 것이 바람직하다. 즉, 순환하는 잉크의 유속은, 잉크의 점도에 따라, 적당히, 적절한 값으로 결정하는 것이 바람직하다.

또, 도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 유로 형성 기판(4)은, 진동판(6)측으로부터 순서대로 적층되는, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 제2 조임부 형성 기판(43), 압력 발생실 저면 기판(44), 및 압력 발생실 저면 기판(45) 등을 포함한다.

압력 발생실(3)은, 공통 잉크 공급 유로(7)측에 있어서, 제1 조임부 형성 기판(41)의 조임부(41a)와 제2 조임부 형성 기판(43)의 조임부(43a)에 의해, 잉크 입구부(46)의 잉크 흐름 방향 단면적이 압력 발생실(3)의 잉크 흐름 방향 단면적보다 작아지도록 구성된다. 여기서, 조임부(41a)는 「제1 조임부」의 일례에 상당하고, 조임부(43a)는 「제2 조임부」의 일례에 상당한다.

마찬가지로, 압력 발생실(3)은, 공통 잉크 배출 유로(8)측에 있어서, 제1 조임부 형성 기판(41)의 조임부(41b)와 제2 조임부 형성 기판(43)의 조임부(43b)에 의해, 잉크 출구부(47)의 잉크 흐름 방향 단면적이 압력 발생실(3)의 잉크 흐름 방향의 단면적보다 작아지도록 구성된다. 여기서, 조임부(41b)는 「제3 조임부」의 일례에 상당하고, 조임부(43b)는 「제4 조임부」의 일례에 상당한다.

상기 구성에 의해, 압전 소자(5)의 구동에 의해 압력 발생실(3)에 발생한 압력이 압력 발생실(3)에서 공통 잉크 공급 유로(7) 및 공통 잉크 배출 유로(8)로 빠지기 어려워진다. 그 때문에, 상기 압력을, 효율적으로 노즐(2)에 전달할 수 있기 때문에, 고점도의 잉크의 토출에 유리하다.

즉, 만일, 압력 발생실(3)에 발생한 압력파가 공통 잉크 공급 유로(7)나 공통 잉크 배출 유로(8)로 빠진 경우, 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a), 또는 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)에서 반사되어 반사파가 된다. 이 때, 반사된 반사파가 다시 압력 발생실(3) 내로 되돌아올 우려가 있다. 반사파가 압력 발생실(3) 내로 되돌아온 경우, 압력 발생실(3) 내에 있어서, 불필요한 압력 변동이 생긴다. 압력 변동은, 노즐(2)로부터의 잉크의 토출 특성을 불균일하게 하는 요인이 된다. 이에 비해, 실시형태 1의 구성에 의하면, 잉크 흐름 방향 단면적이 작은 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)가 압력 발생실(3) 내로 되돌아오려고 하는, 반사파에 대한 저항이 된다. 그 때문에, 압력 발생실(3) 내로의 반사파의 침입이 효과적으로 억제된다.

즉, 상술한 조임부(41a), 조임부(41b), 조임부(43a), 및 조임부(43b)의 형상에 따라, 그들 조임부의 유로 저항이 정해진다. 이에 의해, 압전 소자(5)의 구동 시에 있어서의 압력 발생실(3) 내에 발생하는 압력 상태가 정해진다. 그 결과, 노즐(2)에 있어서, 잉크의 토출 동작이 행해졌을 때의 잉크의 토출 특성이 정해진다. 특히, 잉크가 고점도인 경우, 유로의 형상에 의한 압력 손실의 변화가 커진다. 그 때문에, 유로 저항의 크기가 조임부의 형상의 영향을 보다 받기 쉬워진다.

또한, 상술한 조임부 이외의 잉크 유로에 대해서도, 유로 저항이 존재한다. 그 때문에, 고점도의 잉크를 순환시키려면, 조임부 이외의 유로 저항도 최대한 작은 편이 바람직하다. 이 때, 잉크 유로 중, 하우징(9)에 형성되는 공통 잉크 공급 유로(7) 및 공통 잉크 배출 유로(8)에 대해서는, 그들의 단면적을 크게 함으로써, 유로 저항을 작게 하는 것이 가능하다.

그러나, 잉크 입구부(46)와 공통 잉크 공급 유로(7)를 접속하는 개별 잉크 공급 유로(48), 및, 잉크 출구부(47)와 공통 잉크 배출 유로(8)를 접속하는 개별 잉크 배출 유로(49)는, 유로의 노즐 배치의 피치에 의해, 유로가 제약된다. 그 때문에, 도 1a의 안쪽 방향에 있어서, 넓은 폭의 유로를 형성할 수 없다.

따라서, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 제2 조임부 형성 기판(43)에 걸쳐서, 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)를 형성한다. 이에 의해, 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 각각에 있어서, 잉크 흐름 방향 단면적을 넓게 취할 수 있다. 즉, 잉크 흐름 방향에 대한 유로 저항을 낮출 수 있다. 그 결과, 고점도의 잉크를 이용한 경우에도, 순환하는 잉크의 유속의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 도 1a 및 도 1b에 나타내는 유로 형성 기판(4)을 구성하는, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 제2 조임부 형성 기판(43), 압력 발생실 저면 기판(44), 및 압력 발생실 저면 기판(45)은, 예를 들면, SUS(Steel Use Stainless) 등의 금속, 또는 실리콘 등으로 제작하는 것이 가능하다.

그러나, 유로 형성 기판(4)을 실리콘으로 형성하는 경우, 가공 정밀도가 높아지는 반면, 비용이 높아, 대면적의 가공이 곤란해진다. 한편, 유로 형성 기판(4)을 SUS로 형성하는 경우, 레이저 가공이나 에칭법 등에 의해, 저비용으로의 제작이 가능해진다. 또한, 에칭법에 의해, 유로 형성 기판(4)의 대면적의 가공을 용이하게 실현할 수 있다.

또, 제1 조임부 형성 기판(41)과 조임 유로 형성 기판(42), 조임 유로 형성 기판(42)과 제2 조임부 형성 기판(43), 제2 조임부 형성 기판(43)과 압력 발생실 저면 기판(44), 압력 발생실 저면 기판(44)과 압력 발생실 저면 기판(45)은, 각각, 예를 들면, 금속 확산, 또는 접착재 등에 의해 접합된다. 접착재를 이용하는 경우, 접착제의 종류는, 특별히 상관없는데, 열경화형 접착재, 2액 혼합형 접착재, 자외선 경화형 접착재, 혐기성 접착재, 또는, 이들의 병용 효과에 의해 경화되는 접착재 등을 이용할 수 있다.

＜압전 소자(5)＞

압전 소자(5)는, 하우징(9) 내의 유로 형성 기판(4)의 압력 발생실(3)에 대응하는 영역에 배치된다.

압전 소자(5)는, 이하의 방법에 의해 형성된다. 구체적으로는, 우선, 서로 맞물리는 빗살형상의 2개의 내부 전극이 형성된, 예를 들면, 티탄산 지르콘산납 등의 압전체를 적층한다. 그리고, 압전체를 적층한 후, 압전체의 층의 측면 중, 2개의 내부 전극이 대향하여 노출하는 양면(도 1a의 좌우측)에 표면 전극과 이면 전극을 형성한다. 이에 의해, 압전 소자(5)가 형성된다.

또, 압전 소자(5)는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 도 1b의 좌우 방향으로 배열되는 구동 채널(52), 및, 비구동 채널(53)을 갖는다. 구동 채널(52)은, 각각의 압력 발생실(3)에 따른 위치에 배치된다. 비구동 채널(53)은, 각각의 격벽(50)에 따른 위치에 배치된다. 구동 채널(52)과 비구동 채널(53)은, 그 사이에 형성되는 홈(51)에 의해 이격된다. 홈(51)은, 압전 소자(5)를 일체 형성한 후, 구동 채널(52)과 비구동 채널(53)을 분할하는 다이싱 가공 등에 의해 형성된다. 그리고, 홈(51)에 의해, 서로 이웃하는 구동 채널(52)과 비구동 채널(53)이 이격 절연된다.

또한, 압전 소자(5)는, 표면 전극에 접속된 내부 전극과, 이면 전극에 접속된 내부 전극이 교대로 배치된다. 그 때문에, 신호 케이블(도시하지 않음)에 접속된 표면 전극과 이면 전극에 전위차를 발생시키면, 그 전위차에 따라, 압전 소자(5)가 도 1b의 상하 방향으로 신축하여, 압력 발생실(3) 내에 압력을 발생시킨다. 이에 의해, 노즐(2)로부터 잉크 액적을 토출시킬 수 있다. 이는, 이른바 d33 모드로 불리는 구동 방법이다. 이 d33 모드는, d31 모드에 비해, 발생하는 압력이 크다. 그 때문에, d33 모드에 의한 압전 소자(5)의 구동은, 노즐(2)로부터의 고점도의 잉크의 토출에 적합하다.

또, 압전 소자(5)의 내부 전극은, 적층한 압전체의 한 층마다, 번갈아서 일부분이 겹쳐지도록 형성된다. 이에 의해, 교대로 표면 전극과 이면 전극을 접속하도록 내부 전극이 배치된다.

또한, 압전체의 적층 수는, 전압 인가 시의 신축량이 커지기 때문에, 많은 편이 바람직하다. 그러나, 압전체의 적층 수가 많아지면, 압전 소자(5)의 두께가 늘기 때문에, 홈(51)을 깊게 가공해야 한다. 그 때문에, 홈(51)의 가공에 의해, 잘라낸 구동 채널(52)과 비구동 채널(53)이 쓰러지기 쉬워진다. 이에, 압전체의 적층 수는, 가공의 난이도 등을 고려하여, 적당히, 적절한 두께로 결정하는 것이 바람직하다.

＜진동판(6)＞

진동판(6)은, 압력 발생실(3)과 압전 소자(5)를 구획하는 위치에 배치된다.

진동판(6)은, 압전 소자(5)의 구동 채널(52)에서 발생한 변위에 의해 진동하고, 압력 발생실(3) 내의 용적을 변동시킨다. 이에 의해, 압력 발생실(3) 내의 잉크에 압력이 더해져, 노즐(2)로부터 잉크 액적이 토출된다.

이 때, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 접착되는 압전 소자(5)의 형상에 따라, 패터닝된 진동판 접착층(61)을 진동판(6)에 설치해도 된다. 이에 의해, 진동판(6)과 압전 소자(5)를 접착하는 면적이 일정해지기 때문에, 채널마다의 잉크의 토출 특성 불균일이 없어진다.

또한, 진동판(6)은, 예를 들면, 니켈 또는 니켈 합금 등을 전주하여 형성하는 방법, SUS 등의 금속판을 에칭 또는 레이저 가공하여 형성하는 방법, 수지의 필름을 에칭 또는 레이저 가공 등의 방법으로 형성된다.

예를 들면, 진동판(6)의 재료로서 수지를 이용하는 경우, 진동판(6)의 압력 발생실(3)측의 면은, 잉크에 접하는 면이 된다. 그 때문에, 진동판(6)은, 내약품성이 높은 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 내약품성이 높은 수지로서는, 예를 들면, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 불소 수지 등을 들 수 있는데, 특별히, 이들로 한정되지 않는다.

＜하우징(9)＞

하우징(9)은, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 노즐 플레이트(1), 유로 형성 기판(4), 및 진동판(6)을 유지한다. 즉, 하우징(9)은, 잉크젯 헤드(100)를 잉크젯 인쇄기(도시하지 않음)에 장착할 때의 장착 부분으로서 기능한다.

또한, 하우징(9)은, 공통 잉크 공급 유로(7) 및 공통 잉크 배출 유로(8)를 구비한다.

또한, 하우징(9)은, 예를 들면, SUS 등의 금속, 수지, 세라믹, 또는, 이들을 복합한 재료 등을 이용하여 형성된다.

하우징(9)의 재료로서 SUS 등의 금속을 이용하는 경우, 하우징(9)은, 이하에 나타내는 형성 방법으로 형성된다. 구체적으로는, 예를 들면, 절삭이나 방전 가공 등의 기계 가공으로 형성하는 방법, 판형상의 SUS를 에칭한 것을 적층하는 방법, 3D 프린터를 이용하여 형성하는 방법, 수지와 혼련한 금속 분말을 사출 성형하는 방법(MIM법) 등으로 하우징(9)이 형성된다. 또한, 상술한 방법을 복합시킨 방법 등으로 하우징(9)은 형성된다.

또, 하우징(9)의 재료로서 수지를 이용하는 경우, 하우징(9)은, 예를 들면, 사출 성형, 또는 3D 프린터 등을 이용하여, 형성된다.

또한, 하우징(9)의 재료로서 세라믹을 이용하는 경우, 하우징(9)은, 예를 들면, 기계 가공으로 형성하는 방법, 수지와 혼련한 세라믹 분말을 사출 성형하는 방법(CIM법) 등으로 형성된다.

이상, 하우징(9)의 형성 방법을 예시했는데, 상술한 바와 같이, 하우징(9)은, 잉크젯 헤드(100)를 잉크젯 인쇄기에 장착할 때의 장착 부분으로서 기능한다. 그 때문에, 장착의 위치 정밀도나 강도 등을 고려하면, 하우징(9)은, SUS를 기계 가공하여 형성하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 하우징(9)의 형성 방법은, 상기 방법으로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

＜효과＞

도 1a에 나타내는 바와 같이, 조임부(41a)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(41a1)의 위치와, 조임부(43a)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(43a1)의 위치를 비교했을 경우, 단부(41a1)는, 단부(43a1)보다 개별 잉크 공급 유로(48)측의 위치에 배치된다.

또, 조임부(41b)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(41b1)의 위치와, 조임부(43b)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(43b1)의 위치를 비교했을 경우, 단부(41b1)는, 단부(43b1)보다 개별 잉크 배출 유로(49)측의 위치에 배치된다.

즉, 단부(43a1)와 단부(43b1) 사이의 거리(「내경」이라 호칭해도 된다)는, 단부(41a1)와 단부(41b1) 사이의 거리(「내경」이라고 호칭해도 된다)보다 짧다. 이에 의해, 압력 발생실(3)은, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 진동판(6)측(압전 소자(5)측)의 내경보다 노즐(2)측의 내경이 짧은 형상, 즉 유발(乳鉢)형의 형상이 된다.

그 때문에, 높은 압력의 발생이 가능한 d33 모드로 압전 소자(5)를 구동하면, 압력 발생실(3)에서 발생한 압력이 유발형의 형상의 연장선상에 위치하는 노즐(2)을 향해 집중된다. 그 결과, 고점도의 잉크를 효율적으로 노즐(2)로부터 토출하는 것이 가능해진다.

또, 상술한 바와 같이, 유로 형성 기판(4)을 구성하는, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 제2 조임부 형성 기판(43), 압력 발생실 저면 기판(44), 및 압력 발생실 저면 기판(45)은, 금속 확산 접합, 또는 접착제를 이용한 접합에 의해 형성된다. 이 경우, 접합 시에, 각각의 기판 사이에 있어서, 위치 어긋남(도 1a의 좌우 방향의 어긋남)이 발생하기 쉽다.

그러나, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 조임부(41a) 및 조임부(43a) 각각의 단부의 위치 관계가, 도 1a의 좌측으로부터 순서대로, 단부(43a1), 단부(41a1), 단부(41a2), 단부(43a2)에서 배치된다. 그 때문에, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43) 사이에 위치 어긋남이 발생해도, 잉크 입구부(46)의 잉크 흐름 방향의 길이(폭)는 일정해지기 때문에, 유로 저항도 거의 일정(일정을 포함한다)해진다.

마찬가지로, 조임부(41b) 및 조임부(43b) 각각의 단부의 위치 관계가, 도 1a의 좌측으로부터 순서대로, 단부(43b2), 단부(41b2), 단부(41b1), 단부(43b1)에서 배치된다. 그 때문에, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43) 사이에 위치 어긋남이 발생해도, 잉크 출구부(47)의 잉크 흐름 방향의 길이(폭)는 일정해지기 때문에, 유로 저항도 거의 일정(일정을 포함한다)해진다.

이에 의해, 압력 발생실(3) 내의 잉크로의 압력의 채널마다의 편차, 또는 헤드 마다의 편차가 작아진다. 그 결과, 잉크의 토출 상태의 편차가 작은 잉크젯 헤드(100)를 실현할 수 있다.

이하, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)에 있어서, 잉크 액적의 토출 동작 시에 있어서의 압력 발생실(3)로부터 누설된 압력파의 전반(傳搬) 상태에 대해, 도 1c를 이용하여 설명한다.

도 1c는, 도 1a의 잉크젯 헤드(100)에 있어서, 압력 발생실(3)로부터 누설된 압력파(42a, 42b, 42e, 42f)의 진행 방향을 나타내는 모식도이다. 구체적으로는, 도 1c는, 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47) 각각을 통과하여 누설된 압력파(42a, 42b, 42e, 42f)의 진행 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 1c에 나타내는 잉크젯 헤드(100)의 구조는, 도 1a와 동일하다.

도 1c에 나타내는 바와 같이, 조임부(41a)에 있어서의 개별 잉크 공급 유로(48)측의 단부(41a2)와, 조임부(43a)에 있어서의 개별 잉크 공급 유로(48)측의 단부(43a2)는, 도 1c의 좌측으로부터, 그 순서대로 위치하고 있다. 상세하게는, 단부(41a2)는, 단부(43a2)보다 압력 발생실(3)측의 위치에 배치된다.

즉, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 조임부(43a)의 단부(43a2)와 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 사이의 거리(내경)는, 조임부(41a)의 단부(41a2)와 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 사이의 거리(내경)보다 짧다. 이에 의해, 개별 잉크 공급 유로(48)는, 진동판(6)측(압전 소자(5)측)의 내경보다 노즐(2)측의 내경이 짧은(작은) 형상으로 형성된다.

상기 구조에 의해, 잉크 액적의 토출 동작 시에 있어서, 압력 발생실(3)에서 발생한 압력 중, 잉크 입구부(46)에서 개별 잉크 공급 유로(48)를 향해 누설된 압력파(42a)는, 우선, 단부(41a2)를 통과한 단계에서, 도 1c의 상방향으로 진행한다. 상방향으로 진행한 압력파(42a)는, 진동판(6)에서 반사된 후, 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a)에 닿는다. 그 후, 압력파(42a)는, 단부(4a)에서 반사되어 압력파(42b)가 된다. 반사된 압력파(42b)는, 제2 조임부 형성 기판(43)에서 반사되고, 조임부(41a)의 단부(41a2)를 향한다.

즉, 잉크 입구부(46)로부터 누설된 압력파(42a)는, 개별 잉크 공급 유로(48) 내를 직진하지 않고, 요란(擾亂)하게 진행한다. 상세하게는, 예를 들면, 도 1c에 있어서, 단부(41a2)와 단부(43a2)가 지면의 좌우 방향에서 같은 위치에 있으면, 압력 발생실로부터 나온 압력파가 상하 대칭으로 회절한다. 그 때문에, 단부(4a)에서 반사되어 되돌아온 압력파가 같은 타이밍에 조임부에 입사한다. 이에 비해, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 단부(41a2)가 좌측에 있으면, 압력 발생실(3)로부터 나온 압력파가 우선, 상방으로, 다음에 단부(43a2)의 위치에서 하방으로, 상하 비대칭으로 회절한다. 그 때문에, 단부(4a)에서 반사되어 되돌아온 파가 조임부로 되돌아오는 타이밍이 불규칙, 즉 요란되게 된다. 이에 의해, 압력파가 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a)에 대해 수직으로 닿고, 그 반사파가, 잉크 입구부(46)에 직접 침입하는 것을 억제하는 효과가 얻어진다.

또, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 조임부(43b)에 있어서의 개별 잉크 배출 유로(49)측의 단부(43b2)와, 조임부(41b)에 있어서의 개별 잉크 배출 유로(49)측의 단부(41b2)는, 도면의 좌측으로부터, 그 순서대로 위치하고 있다. 상세하게는, 단부(41b2)는, 단부(43b2)보다 압력 발생실(3)측의 위치에 배치된다.

즉, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 조임부(43b)의 단부(43b2)와 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b) 사이의 거리(내경)는, 조임부(41b)의 단부(41b2)와 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b) 사이의 거리(내경)보다 짧다. 이에 의해, 개별 잉크 배출 유로(49)는, 진동판(6)측(압전 소자(5)측)의 내경보다 노즐(2)측의 내경이 짧은(작은) 형상으로 형성된다.

상기 구조에 의해, 잉크 액적의 토출 동작 시에 압력 발생실(3)에서 발생한 압력 중, 잉크 출구부(47)에서 개별 잉크 배출 유로(49)를 향해 누설된 압력파(42e)는, 우선, 단부(41b2)를 통과한 단계에서, 도 1c의 상방향으로 진행한다. 그리고, 상방향으로 진행한 압력파(42e)는, 진동판(6)에서 반사된 후, 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)에 닿는다. 그 후, 압력파(42e)는, 단부(4b)에서 반사되어 압력파(42f)가 된다. 반사된 압력파(42f)는, 제2 조임부 형성 기판(43)에서 반사되어, 조임부(41b)의 단부(43b2)를 향한다.

즉, 잉크 출구부(47)로부터 누설된 압력파(42e)는, 개별 잉크 배출 유로(49)내를 직진하지 않고, 상술한 바와 같이, 상하 비대칭으로 회절하기 때문에, 요란하게 진행한다. 이에 의해, 압력파가 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)에 대해 수직으로 닿고, 그 반사파가 잉크 출구부(47)에 직접 침입하는 것을 억제하는 효과가 얻어진다.

이하, 잉크젯 헤드(100)의 비교예로서의 잉크젯 헤드에 있어서의 반사파에 대해, 도 1d를 이용하여 설명한다.

도 1d는, 비교예에 따른 잉크젯 헤드의 단면을 나타내는 모식도이다. 구체적으로는, 도 1d는, 비교예의 잉크젯 헤드에 있어서, 압력 발생실(3)로부터 누설된 압력파(42c, 42d)의 진행 방향을 나타내고 있다.

도 1d에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 잉크젯 헤드는, 조임부(41a)의 단부(41a2)와, 조임부(43a)의 단부(43a2)는, 도 1d의 좌우 방향에 있어서, 같은 위치에 있다. 또, 조임부(41b)의 단부(41b2)와, 조임부(43b)의 단부(43b2)는, 도 1d의 좌우 방향에 있어서, 같은 위치에 있다.

그 때문에, 비교예의 잉크젯 헤드의 구조에 있어서는, 잉크 액적의 토출 동작 시에, 압력 발생실(3)에서 발생한 압력 중, 잉크 입구부(46)에서 개별 잉크 공급 유로(48)를 향해 누설된 압력파(42c)는 직진해서, 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a)에 대해, 수직으로 닿는다. 압력파(42c)는, 단부(4a)에서 반사되어 압력파(42d)가 된다. 그리고, 반사된 압력파(42d)는 직진해서, 잉크 입구부(46)에 직접 침입한다. 이에 의해, 침입한 압력파(42d)에 의해, 압력 발생실(3)의 내부에 불필요한 압력 변동이 발생한다. 그 때문에, 압전 소자(5)에서 발생한 진동이 침입한 압력 변동의 영향을 받는다. 그 결과, 노즐(2)로부터 토출되는 잉크의 토출 특성에 불균일이 생겨버린다.

또한, 도 1d에 있어서 진행 방향의 도시는 생략하고 있는데, 잉크 액적의 토출 동작 시에 압력 발생실(3)에서 발생한 압력 중, 잉크 출구부(47)에서 개별 잉크 배출 유로(49)를 향해 누설된 압력파도, 상기와 동일하게 직진하고, 그 반사파는, 잉크 출구부(47)에 직접 침입한다. 이에 의해, 상기와 동일하게, 압력 발생실(3)의 내부에 불필요한 압력 변동이 발생하여, 노즐(2)로부터의 잉크의 토출 특성에 불균일이 생겨버린다.

또, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)에 있어서, 단부(43a1)와 단부(41a1) 사이의 거리(도 1a의 좌우 방향에 있어서의 거리, 이하 동일), 단부(41a2)와 단부(43a2) 사이의 거리, 단부(43b2)와 단부(41b2) 사이의 거리, 단부(41b1)와 단부(43b1) 사이의 거리는, 각각, 접합 시에 상정되는 위치 어긋남의 마진 이상이면 된다. 구체적으로는, 상기 각각의 거리는, 예를 들면, 30μm 이상이 바람직하고, 50μm 이상이면 보다 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, d33 모드로 구동되는 압전 소자(5)와, 압전 소자(5)의 하방에 설치되며, 압전 소자(5)의 구동에 의해 압력이 발생하는 압력 발생실(3)과, 압력 발생실(3)과 연통한 개별 잉크 공급 유로(48)를 갖는다. 또한, 잉크젯 헤드(100)는, 압력 발생실(3)과 연통한 개별 잉크 배출 유로(49)와, 압력 발생실(3)의 하방에 설치되며, 압력 발생실(3) 내의 잉크를 토출하는 노즐(2)을 갖는다. 그리고, 잉크젯 헤드(100)는, 노즐(2)의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때, 압력 발생실(3), 개별 잉크 공급 유로(48), 및 개별 잉크 배출 유로(49) 각각의 내경은, 압전 소자(5)측보다 노즐(2)측 쪽이 짧아지도록 구성된다.

이 구성에 의하면, 압력 발생실(3)에서 발생한 압력은, 노즐(2)을 향해 집중되어, 토출 속도가 상승해서 진행한다. 그 때문에, 고점도의 잉크를 효율적으로 노즐(2)로부터 토출할 수 있다. 또, 압력 발생실(3)에서 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)로 누설된 압력파는, 그들 유로 내에서 요란된다. 그 때문에, 압력 발생실(3) 내로의 압력파의 복귀가 효과적으로 억제된다. 이에 의해, 압력 발생실(3) 내에 있어서의 불필요한 압력 변동의 발생이 억제되어, 잉크의 토출 특성의 불균일의 발생을 억제할 수 있다.

그 결과, 실시형태 1의 잉크젯 헤드(100)는, 고점도의 잉크를 불균일 없이 토출하여, 원하는 인쇄막을 높은 정밀도로 형성할 수 있다.

(실시형태 2)

이하, 본 개시의 실시형태 2의 잉크젯 헤드(200)에 대해, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 잉크젯 헤드(200)의 단면을 나타내는 모식도이다.

도 2 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 압전 소자(5)의 구동에 의해 압력 발생실(3) 내에서 발생한 압력파(42g)는, 우선, 압력 발생실(3) 내에서 좌우 대칭으로 확산된다. 그 후, 압력파(42g)는, 조임부(41a)의 단부(41a1), 조임부(41b)의 단부(41b1), 조임부(43a)의 단부(43a1), 조임부(43b)의 단부(43b1)에서 반사된다. 그리고, 반사된 압력파(42g)는, 압력 발생실(3)의 중심 B-B'(이하, 「중심 B-B'」라 기재한다)에서 합류한다. 그 때문에, 노즐(2)을 압력이 집중되는 중심 B-B' 상의 위치에 배치하면, 효율적으로 잉크 액적을 토출할 수 있게 된다.

그러나, 그 반면에, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43)에 접합 어긋남이 있는 경우, 압력 발생실(3) 내에서 반사된 압력파의 합류 지점이, 중심 B-B'로부터 어긋난다. 그 때문에, 노즐(2)로부터의 잉크 액적의 토출 특성이 크게 변화해버리게 된다.

따라서, 실시형태 2의 잉크젯 헤드(200)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 노즐(2)의 위치 C-C'(이하, 「위치 C-C'」라 기재한다)를 중심 B-B'보다 잉크 출구부(47)측으로 어긋나게 배치한다. 이에 의해, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43)의 접합 어긋남에 의한, 노즐(2)로부터의 잉크 액적의 토출 특성의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 위치 C-C'는, 예를 들면, 노즐(2)의 토출구의 중심 위치에 대응한다.

이 때, 노즐(2)의 위치 C-C'가, 압력 발생실(3)의 중심 B-B'로부터 그다지 멀어져 있지 않으면, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43)의 접합이 어긋났을 때, 우연히 위치 C-C'가 중심 B-B'의 위치와 일치할 가능성이 있다. 그 때문에, 도 2의 좌우 방향에 있어서의 위치 C-C'와 중심 B-B' 사이의 거리는, 접합 어긋남의 마진보다 크게 하는 구성이 바람직하다. 구체적으로는, 위치 C-C'와 중심 B-B' 사이의 거리는, 예를 들면, 30μm 이상이 바람직하고, 50μm 이상이면 보다 바람직하다.

또한, 상기에서는, 위치 C-C'를 중심 B-B'보다 잉크 출구부(47)측으로 어긋나게 하는 구성을 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 위치 C-C'를 중심 B-B'보다 잉크 입구부(46)측으로 어긋나게 하는 구성으로 해도 된다. 이 구성에서도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시형태 3)

이하, 본 개시의 실시형태 3의 잉크젯 헤드(300)에 대해, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 잉크젯 헤드(300)의 단면을 나타내는 모식도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 실시형태 3의 잉크젯 헤드(300)는, 예를 들면, 도 1a에 나타내는 잉크젯 헤드(100)와 비교하여, 압력 발생실 저면 기판(44)의 판두께가 얇은 점에서 상이하다.

즉, 압력 발생실 저면 기판(44)의 판두께를 얇게 함으로써, 압력 발생실 저면 기판(44) 중, 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 각각의 위치에 대응하는 부분이 댐퍼로서 기능한다.

또한, 압력 발생실 저면 기판(44)의 판두께는, 예를 들면, 30μm 이하가 바람직하고, 20μm 이하이면 보다 바람직하다. 이에 의해, 효과적인 댐퍼 작용을 얻을 수 있다.

또, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 및 제2 조임부 형성 기판(43)의 각각의 판두께는, 10μm~200μm인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 판두께가 10μm 미만인 경우, 상기 각 형성 기판이 너무 얇기 때문에, 접합 전에 있어서의 핸들링이 곤란해진다. 한편, 판두께가 200μm보다 크면(두꺼우면), 상기 각 형성 기판에 에칭으로 유로를 형성하는 경우, 각 형성 기판을 깊게 에칭할 필요가 있다. 그 때문에, 미세한 유로의 형성이 곤란해진다.

또, 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 및 제2 조임부 형성 기판(43)의 각각의 판두께는, 상기 판두께의 범위 내이면, 같은 판두께여도 되고, 서로 상이한 판두께여도 된다.

상술한 구조를 구비하는 잉크젯 헤드(300)에서는, 압력 발생실(3)로부터 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)의 각각을 개재하여 누설된 압력파는, 압력 발생실 저면 기판(44) 중, 댐퍼로서 기능하는 부분에 닿으면, 감쇠한다. 그 때문에, 압력 발생실(3)에서 누설된 압력파가 압력 발생실(3)로 되돌아오기 어려워진다. 그 결과, 압력파에 기인하는, 노즐(2)로부터 토출되는 잉크의 토출 특성의 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 압력 발생실 저면 기판(44) 중, 압력 발생실(3)의 위치에 대응하는 부분은, 압력파에 대해, 댐퍼로서 기능하지 않는다. 이 이유는, 상기 부분에 있어서의 노즐(2)측의 면(압력 발생실(3)측의 면의 이면)에, 충분한 판두께를 갖는 압력 발생실 저면 기판(45)이 배치되어 있다. 그 때문에, 압력파가 가해져도, 압력 발생실 저면 기판(45)이 접합되는 압력 발생실 저면 기판(44)이 변위되기 어려워지기 때문이다.

또, 상기 실시형태 3에서는, 개별 잉크 공급 유로(48) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 각각의 위치에 대응하는 부분이 댐퍼로서 기능하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 개별 잉크 공급 유로(48) 또는 개별 잉크 배출 유로(49) 중 어느 한쪽의 위치에 대응하는 부분을 댐퍼로서 기능시키는 구성으로 해도 된다.

(실시형태 4)

이하, 본 개시의 실시형태 4의 잉크젯 헤드에 대해, 설명한다.

실시형태 4의 잉크젯 헤드는, 상술한 실시형태 1 내지 실시형태 3에 따른 잉크젯 헤드(100)로부터 잉크젯 헤드(300)에 있어서, 압력 발생실 저면 기판(44), 압력 발생실 저면 기판(45) 및 노즐 플레이트(1)를 합친 두께(이하, 「합계 두께」라 기재한다)를 30μm에서 300μm로 하는 구성이다. 또한, 합계 두께는, 압력 발생실(3)의 저면에서 노즐(2)의 메니스커스면까지의 거리라고 할 수 있다.

즉, 합계 두께가 30μm보다 작은 경우, 노즐(2)의 형상을 구성할 수 있는 판두께를 확보하면서, 압력 발생실 저면 기판(44), 압력 발생실 저면 기판(45)의 강성을 얻을 수 없게 된다. 그 결과, 압력 발생실(3)에서 발생한 압력이 압력 발생실(3) 내에서 덤핑되어 없어져버린다.

한편, 합계 두께가 300μm보다 큰 경우, 압력 발생실(3)에서 노즐(2)의 메니스커스면까지의 거리가 길어진다. 그 때문에, 잉크가 고점도인 경우, 압력 손실이 커져, 노즐(2)로부터의 잉크의 토출 특성이 저하한다.

그 때문에, 상기를 감안하면, 합계 두께는, 30μm에서 300μm의 범위 내가 바람직하다.

(실시형태 5)

이하, 본 개시의 실시형태 5의 잉크젯 헤드(400)에 대해, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 잉크젯 헤드(400)의 단면을 나타내는 모식도이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 실시형태 5의 잉크젯 헤드(400)는, 예를 들면, 도 1a에 나타내는 잉크젯 헤드(100)와 비교해서, 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)의 각각 요철을 형성하는 점에서 상이하다.

또한, 단부(4a)는, 개별 잉크 공급 유로(48)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(조임부(41a) 및 조임부(43a)로 구성되는 단부)에 대향하는 단부이다(다른 실시형태에 있어서도 동일). 또, 단부(4b)는, 개별 잉크 배출 유로(49)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부(조임부(41b) 및 조임부(43b)로 구성되는 단부)에 대향하는 단부이다(다른 실시형태에 있어서도 동일).

상술한 구조를 구비하는 잉크젯 헤드(400)에서는, 압력 발생실(3)로부터 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)의 각각을 개재하여 누설된 압력파는, 요철로 구성되는 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)의 각각에 닿는다. 이에 의해, 압력파가 단부(4a) 및 단부(4b)의 요철에 의해 요란되기 쉬워진다. 그 때문에, 압력파는, 압력 발생실(3)로 되돌아오기 어려워진다. 그 결과, 노즐(2)로부터 토출되는 잉크의 토출 특성의 불균일을 보다 효과적으로 작게 할 수 있다.

또한, 상기 실시형태 5에서는, 단부(4a) 및 단부(4b)의 양쪽 모두에 요철을 형성하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 단부(4a) 또는 단부(4b) 중 어느 한쪽에 요철을 형성하는 구성으로 해도 된다.

여기서, 요철은, 예를 들면, SUS로 구성된 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 및 제2 조임부 형성 기판(43)에 대해, 웨트 에칭 가공을 행함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로는, 양면 에칭의 경우, 각각의 형성 기판에 있어서, 형성 기판의 깊이 방향의 중앙 부근에 볼록부가 생긴다. 또, 편면 에칭의 경우, 각각의 형성 기판에 있어서, 형성 기판의 깊이 방향으로 테이퍼 형상의 볼록부가 생긴다.

그리고, 상기 방법으로 생긴 볼록부를 갖는, 각각의 형성 기판을 적층한다. 이에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 단부(4a) 및 단부(4b)에 요철이 형성되고, 형성된 요철은, 압력파를 요란시키도록 기능한다.

(실시형태 6)

이하, 본 개시의 실시형태 6의 잉크젯 헤드(500)에 대해, 도 5를 이용하여 설명한다.

또한, 실시형태 6의 잉크젯 헤드(500)는, 상술한 잉크젯 헤드(100) 내지 잉크젯 헤드(400) 중 어느 한쪽과 동일한 구성(도 1a, 도 2~도 4 참조)을 갖는다.

도 5는, 잉크젯 헤드(500)의 유로 형성 기판(4)을 바로 위에서 본 상태를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 5는, 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)를 도시하므로, 조임부(41a, 41b)의 도시는 생략하고 있다.

즉, 도 5는, 노즐(2), 압력 발생실(3), 유로 형성 기판(4), 잉크 입구부(46), 잉크 출구부(47), 개별 잉크 공급 유로(48), 개별 잉크 배출 유로(49), 단부(4a, 4b), 접속부(7a) 및 접속부(8a)의 상면에서 봤을 때를 나타내고 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 실시형태 6의 잉크젯 헤드(500)는, 바로 위에서 본 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)가 원호상으로 구성된다.

상술한 구조를 구비하는 잉크젯 헤드(500)에서는, 압력 발생실(3)로부터 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)의 각각을 개재하여 누설된 압력파는, 원호상으로 구성되는 개별 잉크 공급 유로(48)의 단부(4a) 및 개별 잉크 배출 유로(49)의 단부(4b)의 각각에 닿는다. 이에 의해, 압력파가 원호상의 각 단부에 의해 요란되기 쉬워진다. 그 때문에, 압력파는, 압력 발생실(3)로 되돌아오기 어려워진다. 그 결과, 노즐(2)로부터 토출되는 잉크의 토출 특성의 불균일을 보다 효과적으로 작게 할 수 있다.

또한, 상기 실시형태 6에서는, 단부(4a) 및 단부(4b)가 원호상인 경우를 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 단부(4a) 및 단부(4b)는, 직선형상이 아니면, 즉, 비직선 형상이면 된다.

단, 공통 잉크 공급 유로(7)(도 1a, 도 2, 도 3 참조)와 개별 잉크 공급 유로(48)를 접속하는 접속부(7a)의 단면적, 및, 공통 잉크 배출 유로(8)(도 1a, 도 2, 도 3 참조)와 개별 잉크 배출 유로(49)를 접속하는 접속부(8a)의 단면적이 너무 작아지면, 유로 저항이 높아진다. 그 때문에, 단부(4a) 및 단부(4b)의 비직선 형상은, 유로 저항을 고려해서, 적당히, 적절한 형상으로 결정된다.

또, 상기 실시형태 6에서는, 단부(4a) 및 단부(4b)의 양쪽 모두를 비직선 형상(예를 들면, 원호상)으로 하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 단부(4a) 또는 단부(4b) 중 어느 한 쪽을 비직선 형상으로 해도 된다.

또, 상기 비직선 형상은, 실시형태 5에서 설명한 요철의 형성 방법과 동일한 방법으로 형성된다. 즉, 예를 들면, SUS로 구성된 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 및 제2 조임부 형성 기판(43)에 대해, 웨트 에칭 가공을 행함으로써, 비직선 형상을 형성할 수 있다.

(실시형태 7)

이하, 본 개시의 실시형태 7의 잉크젯 헤드(600)에 대해, 도 6을 이용하여 설명한다.

또한, 실시형태 7의 잉크젯 헤드(600)은, 실시형태 6의 잉크젯 헤드(500)와 같은 구성을 갖는다.

도 6은, 잉크젯 헤드(600)의 유로 형성 기판(4)을 바로 위에서 본 상태를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 6은, 잉크 입구부(46) 및 잉크 출구부(47)를 도시하므로, 조임부(41a, 41b)의 도시는 생략하고 있다.

즉, 도 6은, 노즐(2), 압력 발생실(3), 유로 형성 기판(4), 잉크 입구부(46), 잉크 출구부(47), 개별 잉크 공급 유로(48), 개별 잉크 배출 유로(49), 단부(4a, 4b, 41a1, 41b1, 43a1, 43b1), 접속부(7a, 8a)의 상면에서 봤을 때를 나타내고 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 실시형태 7의 잉크젯 헤드(600)는, 바로 위에서 본 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)가 원호상으로 구성된다.

또한, 도 6에 나타내는 단부(41a1)는, 도 1a에 나타낸 조임부(41a)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부이다. 도 6에 나타내는 단부(41b1)는, 도 1a에 나타낸 조임부(41b)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부이다. 도 6에 나타내는 단부(43a1)는, 도 1a에 나타낸 조임부(43a)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부이다. 도 6에 나타내는 단부(43b1)는, 도 1a에 나타낸 조임부(43b)에 있어서의 압력 발생실(3)측의 단부이다.

즉, 도 6에 나타내는 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)는, 「압력 발생실(3)의 내벽」의 일례에 상당한다.

상술한 구조를 구비하는 잉크젯 헤드(600)에서는, 압력 발생실(3) 내의 압력파는, 원호상으로 구성되는 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)의 각각에 닿는다. 이에 의해, 압력파가 원호상의 각 단부에 의해 요란되기 쉬워진다. 그 때문에, 압력의 집중을 회피해서, 반사파의 합류 지점에 있어서의 압력 분포를 완만하게 할 수 있다. 그 결과, 제1 조임부 형성 기판(41)과 제2 조임부 형성 기판(43)의 접합 어긋남에 의한, 노즐(2)로부터 토출되는 잉크의 토출 특성의 불균일을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시형태 7에서는, 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)가 원호상인 경우를 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)는, 직선형상이 아니면, 즉, 비직선 형상이면 된다.

또, 상기 실시형태 7에서는, 단부(41a1), 단부(41b1), 단부(43a1), 및 단부(43b1)의 전부를 비직선 형상(예를 들면, 원호상)으로 하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 단부(41a1) 및 단부(43a1)만을 비직선 형상으로 해도 되고, 단부(41b1) 및 단부(43b1)만을 비직선 형상으로 해도 된다.

또, 상기 비직선 형상은, 실시형태 5에서 설명한 요철의 형성 방법과 동일한 방법으로 형성된다. 즉, 예를 들면 SUS로 구성된 제1 조임부 형성 기판(41), 조임 유로 형성 기판(42), 및 제2 조임부 형성 기판(43)에 대해, 웨트 에칭 가공을 행함으로써, 비직선 형상을 형성할 수 있다.

이상, 본 개시의 각 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 본 개시는, 상기 설명으로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변형이 가능하다.

Claims

d33 모드로 구동되는 압전 소자와,
상기 압전 소자의 하방에 설치되며, 상기 압전 소자의 구동에 의해 압력이 발생하는 압력 발생실과,
상기 압력 발생실과 연통하며, 상기 압력 발생실에 잉크를 공급하는 개별 잉크 공급 유로와,
상기 압력 발생실과 연통하며, 상기 압력 발생실로부터 잉크를 배출하는 개별 잉크 배출 유로와,
상기 압력 발생실의 하방에 설치되며, 상기 압력 발생실 내의 잉크를 토출하는 노즐
을 갖고,
상기 노즐의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때, 상기 압력 발생실, 상기 개별 잉크 공급 유로, 및 상기 개별 잉크 배출 유로 각각의 내경은, 상기 압전 소자측보다 상기 노즐측이 짧은,
잉크젯 헤드.
청구항 1에 있어서,
상기 압력 발생실과 상기 개별 잉크 공급 유로를 연통하는 잉크 입구부를 형성하기 위해서 상기 압전 소자측에 설치된 제1 조임부와,
상기 잉크 입구부를 형성하기 위해서 상기 노즐측에 설치된 제2 조임부와,
상기 압력 발생실과 상기 개별 잉크 배출 유로를 연통하는 잉크 출구부를 형성하기 위해서 상기 압전 소자측에 설치된 제3 조임부와,
상기 잉크 출구부를 형성하기 위해서 상기 노즐측에 설치된 제4 조임부
를 추가로 갖고,
상기 노즐의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때,
상기 제1 조임부에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부는, 상기 제2 조임부에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부보다, 상기 개별 잉크 공급 유로측에 위치하고,
상기 제1 조임부에 있어서의 상기 개별 잉크 공급 유로측의 단부는, 상기 제2 조임부에 있어서의 상기 개별 잉크 공급 유로측의 단부보다, 상기 압력 발생실측에 위치하고,
상기 제3 조임부에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부는, 상기 제4 조임부에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부보다, 상기 개별 잉크 배출 유로측에 위치하고,
상기 제3 조임부에 있어서의 상기 개별 잉크 배출 유로측의 단부는, 상기 제4 조임부에 있어서의 상기 개별 잉크 배출 유로측의 단부보다, 상기 압력 발생실측에 위치하고 있는, 잉크젯 헤드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 노즐의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때,
상기 노즐의 위치는, 상기 압전 소자의 중심을 기준으로 해서, 상기 개별 잉크 공급 유로측 또는 상기 개별 잉크 배출 유로측 중 어느 한 쪽으로, 어긋나게 배치되는, 잉크젯 헤드.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개별 잉크 공급 유로 및 상기 개별 잉크 배출 유로 중 적어도 한 쪽의 저면의 부분은, 압력파를 감쇠시키는 댐퍼 기능을 갖는, 잉크젯 헤드.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 발생실의 저면에서 상기 노즐의 메니스커스면까지의 거리는, 30μm~300μm인, 잉크젯 헤드.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐의 배열 방향과 직교하는 방향의 단면에서 봤을 때,
상기 개별 잉크 공급 유로에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부에 대향하는 단부, 및, 상기 개별 잉크 배출 유로에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부에 대향하는 단부 중 적어도 한쪽에 형성되는 요철을 갖는, 잉크젯 헤드.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개별 잉크 공급 유로 및 상기 개별 잉크 배출 유로의 상면에서 봤을 때,
상기 개별 잉크 공급 유로에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부에 대향하는 단부, 및, 상기 개별 잉크 배출 유로에 있어서의 상기 압력 발생실측의 단부에 대향하는 단부 중 적어도 한쪽이 비직선 형상인, 잉크젯 헤드.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 발생실의 상면에서 봤을 때,
상기 압력 발생실의 내벽 중 적어도 일부분이 비직선 형상인, 잉크젯 헤드.