KR0144654B1

KR0144654B1 - 잉크 제트 헤드

Info

Publication number: KR0144654B1
Application number: KR1019940001048A
Authority: KR
Inventors: 데쯔야 이누이; 수수무 히라타; 요리시게 이시이; 겐지 오타; 가쯔히로 기무라
Original assignee: 쓰지 하루오; 샤프 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1998-07-15
Also published as: EP0608135B1; JPH06218917A; DE69404686D1; US5491500A; EP0608135A3; EP0608135A2; DE69404686T2; US5627576A

Abstract

잉크제트헤드는 기판과 기판의 측면에 형성된 스페이서와를 통해서 접합된 천판(天板)으로된 잉크헤드 본체가 설치되어 있다.

기판과 천판과의 사이에는, 개개로 독립한 적어도 하나의 잉크유로가 형성되어있다.

잉크유로마다에, 잉크유로에 따라서 나란히한 복수의 압전소자로된 압전소자열이 형성되고, 각 압전소자에는, 90도 위상의 달리하는 교류전압이 인가된다.

압전소자열에 의해 여기된 진행파에 진행파에 의해, 잉크가 잉크유로를 이동하고, 분출한다.

Description

잉크 제트 헤드 (Ink Jet head)

제1도 (a) 및 (b)는 잉크 제트 헤드의 잉크헤드 본체를 표시하는 것이며, (a)는 사시도, (b)는 종단면도.

제2도는 상기 잉크헤드 본체에 있어서의 잉크유로 및 압전소자열(壓電素子熱)이 형성된 기판을 표시하는 평면도.

제3도는 상기 잉크헤드 본체의 동작시의 모양을 표시하는 설명도.

제4도는 (a)∼(h)는 상기 잉크헤드 본체의 제작공정을 표시하는 종단면도.

제5도는 (a)는 상기 잉크헤드 본체에 설치된 압전소자열을 구동하는 전극의 패턴을 표시 평면도이며, (b)는 압전소자열의 패턴을 표시하는 평면도.

제6도는 천판(天板)의 기판과의 접합면을 표시하는 하면도.

제7도는 (a) 내지 (d)는 상기 잉크헤드 본체의 다른 제작 공정을 표시하는 종단면도.

제8도는 기판의 가공면을 표시하는 평면도.

제9도는 (a)는 잉크헤드 본체의 종단면도이며, (b)는 제9도 (a)에 표시하는 잉크헤드 본체의 동작시의 모양을 표시하는 설명도.

제10도는 본 발명의 다른 실시예의 잉크헤드 본체의 종단면도.

제11도는 본 발명의 다른 실시예의 잉크헤드 본체의 종단면도.

제12도는 제11도에 표시하는 잉크헤드 본체의 외관을 표시한 사시도.

제13도는 잉크헤드 본체를 구성하는 기판의 가공면을 표시하는 사시도.

제14도는 본 발명의 다른 실시예의 잉크헤드 본체의 외관을 표시하는 사시도.

제15도는 제14도에 표시하는 헤드본체를 구성하는 기판의 가공면을 표시하는 사시도.

제16도는 종래의 서멀식의 잉크헤드 본체의 구성을 표시하는 설명도.

제17도는 종래의 압전식의 잉크헤드 본체의 구성을 표시하는 단면도.

본 발명은 지면(紙面)에 수적상(水滴狀)의 잉크를 분출시켜서 기록을 행하는 잉크 제트 프린터 등에 사용되는 잉크 제트 헤드에 관한 것이다.

근래의 컴퓨터 등의 눈부신 발달에 따라, 그 정보의 출력을 얻는 수단으로서, 잉크를 수적상으로 분출시켜, 기록지에 부착시켜서 문자나 그림을 기록하는 기술이 개발되어와 있으며, 이 기술을 사용한 잉크 제트 프린터는 저소음으로 보통지(普通紙)에 기록할 수 있고, 컬러화도 할 수 있다.

이와같은 잉크 제트 프린터에 사용되는 잉크 제트 헤드로서, 서멀식을 사용한 것이 있다.

제16도에, 이 서멀식 잉크 제트 헤드의 잉크헤드 본체(501)을 표시한다.

잉크헤드 본체(501)의 한쪽끝에는, 노즐부(503)이 설치되어 있다.

노즐부(503)의 선단부는 오리피스(502)에 연결되고, 노즐부(503)의 한쪽끝부는 잉크저류부(505)에 연결되어 있다.

잉크저류부(505)에는, 도시하지 않은 잉크 공급부가 잉크 공급부(504)를 통해서 연결되며, 이 잉크공급부로부터 잉크공급부(504)를 통해서 잉크가 공급되도록 되어 있다.

노즐부(503)를 통해서 잉크가 공급되도록 되어 있다.

노즐부(503) 근방에는, 히터부(506)이 설치되어, 히터부(506)으로 잉크 저류부내 (505)내부의 잉크가 가열하여 급격하게 기화하고, 그때 발생하는 증기의 압력으로, 오리피스(502)로부터 잉크입자가 분출하도록 되어 있다.

그러나, 이와같은 방식에 있어서는 잉크입자 분출시에 히터부(506)이 1000℃에 가까운 고온으로 순간적으로 가열시킬 필요가 있어서, 히터부(506)의 수명이 짧은 결점이 있는 것이다.

그래서, 이와같은 좋지않은 것을 해소하는 장수명인 잉크 제트 헤드로서, 제17도에 표시하는 것과 같은, 전기신호로서 기계적으로 진동하는 압전소자(507)을 사용한 압전식의 것이 개발되어 있다.

압전식은, 잉크헤드 본체(510)에 오리피스(502)가 형성되고, 오리피스(502)와 잉크공급(504)과를 연결하는 잉크저류부(508)에, 압전소자(507)이 설치된 구조를 가지고 있다.

그리고, 상기 압전소자(507)의 구동에 의해 잉크저류부(508)의 체적이 감소하여 잉크저류부(508) 내부의 압력이 높아져, 이 압력이 잉크(509)에 부여되고, 이 압력에 의해 오리피스(502)로부터 잉크입자(509a)가 분출하도록 되어 있다.

여기서, 소형으로 집적도가 높은 잉크 제트 헤드를 제작하고자 생각하면, 사정이 허락하면, 에칭등과 같이 확립된 미세한 가공에 향한 분출시에, 잉크 저류부(508)의 체적이 잉크입자(509a)의 체적과 같게 될 정도만 감소하므로서, 잉크(509a)의 분출력을 얻도록 되어 있다.

그런고로, 압전소자(507)을 어느정도 이상 크게할 필요가 있다.

따라서, 소형으로 집적도의 높은 잉크 제트 헤드를 구성하는 것이 곤란하게 되어 있다.

또, 잉크입자(509a)의 분출이 잉크저류부(508) 내부의 압력상승에 의한 것으로, 일단 잉크저류부(508)에 공기(지표)가 혼입하면은, 압전소자(507)의 구동에 의해 잉크저류부(508)의 체적이 감소해도 단지 기포가 압축될 뿐이다.

이 때문에, 잉크(509)에 압력이 부여되지 않고, 잉크(509)의 분출이 저해된다는 신뢰성이 낮다라는 문제점이 있다.

또, 일본국 특개평 2-269058호에 기술되어 있고, 진행파가 갖는 힘을 이용한 액적장치(液滴裝置)는, 예를들면 기판상에 즐형전극(櫛形電極), 반사판 등이 설치된 구성으로 되어 있다.

즐형전극에서 기판으로 보내진 전기신호에 의해 진행파가 생기고, 그 진행에 액체가 부하(負荷)되면은, 액체의 일부가 액적(液滴)으로 되어서 비상한다.

그러나, 상기 액적장치는, 구조가 복잡하므로 에칭 등으로 일괄하여 제작할 수가 없다.

그 때문에, 소형화가 곤란하며, 또한 제작 코스트가 높아진다는 문제점을 가지고 있다.

또, 액적을 적절한 방향으로 비상시키기 위해서는, 액체의 양이나 그 성질에 응해서, 교류전기신호의 주파수와 전압, 펄스신호의 주파수와 그 듀티비나, 반사판과 기판과 이루는 각 등을 그때마다 정확하게 조정하는 준비작업이 필요하다.

본 발명의 목적은, 소형으로 집적도가 높고, 신뢰성이 높은 잉크 제트 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은, 구조가 간단하며, 제작 코스트가 낮은 잉크 제트 헤드를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 잉크 제트 헤드는, 잉크헤드 본체가 설치되어, 잉크헤드 본체에는, 잉크가 분출하는 분출구와, 분출구에 접속된 잉크유로가 형성되어 있다.

또, 잉크유로의 유로방향에 따라서, 압전소자열이 형성되고 위상이 틀리는 교류전압이 압전소자열에 인가되도록 되어있다.

그리고, 상기 분출구, 잉크유로, 압전소자열에 의해 잉크 분출단위인 헤드소자가 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 위상이 틀리는 교류전압이 압전 소자열에 인가되므로서, 유로방향 분출구 방향의 진행파가 여기된다.

그 진행파에 의해, 잉크유로 내부의 잉크가 유로방향 분출구 방향의 속도를 부여시켜, 잉크유로에 따라서 분출구에 이동하고, 분출로부터 잉크입자가 되어서 분출된다.

따라서, 예를들면 잉크유로내에 기포가 혼입했다고 해도, 기포는 잉크의 흐름에 따라서 분출구로부터 배출되므로, 종래와 같이 기포에 의해 잉크의 분출이 저해되지 않는다.

그결과, 신뢰성이 높은 잉크 제트 헤드가 얻어진다.

또, 상기의 압전소자열은, 진행파를 여기(勵起)하는데 사용하는 것으로, 종래의 압전소자와 같은, 잉크저류부의 체적을 변화시키는 것은 아니다.

그 때문에, 압전소자를 작게하는 것에 제한이 없어진다.

따라서, 잉크 제트 헤드의 소형화가 가능케 되며, 집적도가 높은 잉크 제트 헤드를 얻을 수가 있다.

또, 잉크유로에 의해, 잉크가 분출구까지 적확 또는 용이하게 유도되어, 분출구에 의해, 잉크입자가 바라는 인자 위치에 적확 또한 용이하게 도달 부착하도록 되어 있다.

이 때문에, 잉크의 이동방향이나 잉크입자의 이동방향을, 잉크의 성질이나 양에 따라서 조정하는 준비작업이 불요하다.

또한, 본 발명의 잉크 제트 헤드는 상기와 같이 구조가 간단하기 때문에, 에칭과 같은 미세가공 기술을 채용하여, 일괄하여 대량으로 제작할 수가 있고, 이것에 의해, 소형화가 가능하며, 또한 낮은 제작코스트로 만들수가 있다.

[실시예 1]

본 발명의 한 실시예에 대해서 제1도 내지 제8도에 근거해서 설명하면은, 다음과 같다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는, 제1도 (a) 및 (b)에 표시하는 것과 같이, 복수의 압전소자(3a…)가 형성된 기판(5), 기판(5)의 측면에 설치된 스페이서(6)와를 통해서 접합된 천판(天板)(7)로 된 잉크헤드 본체(1)를 가지고 있으며, 기판(5)와 천판(7)과의 간격은, 1∼100㎛ 정도의 크기가 되도록 설정되어 있다.

잉크헤드 본체(1)에 있어서의 기판(5)와 천판(7)과의 사이에는 개개로 독립한 복수의 잉크유로(2…)가 형성되어 있고, 이들 잉크유로(2…)의 각 선단부에는, 잉크유로(2…)를 흐르는 잉크(4)가분출하는 분출구로서의 오리피스(8…)이 형성되어 있다.

또, 후에 상술하는 것과 같이, 복수의 압전소자(3a…)에 의해, 잉크유로(2…) 마다에 압전소자열(3…)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 오리피스(8), 잉크유로(2), 압전소자열(3…)에 의해, 잉크 분출단위인 헤드소자가 형성되어 있다.

또, 본 잉크헤드 본체(1)에는, 잉크유로(2…)의 말단부를 통해서, 각 잉크유로(2…) 공통의 도시하지 않은 잉크공급부가 접속되어 있다.

제2도에 표시하는 것과 같이, 기판(5)에 형성되어 있는 복수의 압전소자(3a…)에 의해, 잉크유로(2…)마다에, 압전소자열(3…)이 형성되어 있다.

여기서, 각 압전소자열(3…)는, 이하에 표시하는 것과 같이 제1 압전소자군과 제2 압전소자군으로 분류되어 있다.

즉, 압전소자열(3)에 있어서의 각 압전소자(3a…)는, 오리피스(8)에 가까운 측으로부터 순으로, 제1 압전소자권, 제2 압전소자군, 제1압전소자군, 제2압전소자군, …와 같이, 교호로 제1압전소자군이냐 제2압전소자군인가로 분류되어 있다.

그리고, 압전소자열(3)에 있어서의 제1압전소자군 및 제2압전소자군에 대해서, 도시하지 않은 상하 전극부에 의해, 서로 90도 위상의 틀리는 교류전압이 각각 인가하도록 되어 있다.

또한, 이와같은 교류전안의 인가는, 각 압전소자열(3)...마다에 제어하도록 되어있고, 잉크입자를 분출시키는 필요가 있을때만이, 소정의 잉크유로(2)내의 압전소자열(3)에 교류전압이 인가하도록 되어 있다.

또, 압전소자(3a)의 유료방향의 길이 1₁과 인접하는 압전소자(3a)와의 거리 1₂가 모두 같게 되도록 배치되어 있다. 예를들면, 제3도에 표시하는 것과 같이, 상기 구성의 잉크 제트 헤드에 있어서, 어느 잉크유로(2)의 압전소자열(3)의 각 압전소자(3a)…에 상술한 것과 같이 위상이 제어된 전압이 인가되면은, 압전소자열(3)에서 잉크유로(2) 내부에 저류하고 있는 잉크(4)에 대해서, 화살표A로 표시하는 유로방향 분출구 방향의 진행과의 여기된다.

또한, 이 진행파의 진행방향은, 문헌 IEICE Technical Report US86-16, PP23∼30에 기재된 방법등에 따라서, 귀상의 빠름 늦어짐에 의해 바꿀수가 있다.

이와같은 지행과가 여기되면은, 이진행파에 의해, 압전소자열(3)에 접촉하고 있는 잉크(4)가 화살표 A방향의 속도가 부여된다.

그리고, 잉크(4)는 잉크유로(2)에 유도되어서 오리피스(8)에 향해서 이동하고, 잉크입자(4a)로 되어 오리피스(8)에서 분출한다.

분출한 잉크입자(4a)가 오리피스(8)의 전방에 배치된 도시하지 않은 저면에 부착하므로서, 저면상에 기록도트가 형성된다.

또한, 이때 잉크유로(2)에는 도시하지 않은 잉크공급부로부터 잉크(4)가 순차 공급된다.

따라서, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는, 가령 잉크유로(2)내에 기포가 혼입했다고 해도, 기포는 잉크(4)의 흐름에 따라서 오리피스(8)에 배출되므로, 종래와 같이 기포에 의해 잉크(4)의 분출이 저해되지 않는다.

이결과, 신뢰성이 높은 잉크제트 헤드를 얻을 수가 있다.

또, 상기와 같이 잉크유로(2), 오리피스(8)이 설치되어 있어서, 종래와 달라, 잉크(4)가 오리피스(8)까지 적확 또한 용이하게 유도되어, 잉크입자(4a)가 소망하는 인자위치에 적확 또는 용이하게 도달·부착하도록 되어 있다.

이 때문에, 잉크(4)의 이동방향이나 잉크입자(4a)의 이동방향을 잉크(4)의 성질이나 양에 따라서 조정하는 준비작업이 불요하다.

또, 상기 압전소자열(3)…은, 진행파를 여가하는데 사용되는 것이며, 종래의 압전소자와 같은, 잉크저류부의 체적을 변화시키는 것은 아니다.

그 때문에, 압전소자(3a)…는 종래와 같이 잉크저류부의 체적에 걸맞는 크기를 가질 필요가 없다.

더구나, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는, 상술과 같이 구조가 간단하다.

따라서, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는, 기계가공으로 제작할 필요가 없고, 에칭과 같은 미세가공 기술을 채용하여, 일괄로 대량 제작할 수가 있다.

그것에 의해, 소형으로 집적도가 높고, 제작 코스트가 낮은 잉크 제트 헤드를 제작할 수가 있다.또한 여기서, 기판(5), 천판(7), 스페이서(6), 별도의 부재로서 형성할 필요는 없고, 그것들 중의 몇 개 혹은 전부를 일체화하여 형성해도 좋다.

이에 의해, 구조를 보다 간단하게 할 수 있고 제작 공정을 보다 간략화 할 수 있다.

여기서, 다음에 에칭으로 상기 잉크 제트 헤드의 잉크헤드 본체(1)를 제작하는 공정을 설명한다.

또한, 상술한 것과 같이, 여기서는 천판과 스페이서와를 일체화 하여 형성하는 것으로 한다.

우선, 제4도 내지 제6도를 참조하여 제1의 제작공정을 설명한다.

제4도(a) 내지 (h)는, 하나의 잉크유로(2)가 형성되는 모양을 옆에서 개념적으로 표시한것이며, 도면중 좌우방향으로 잉크(4)가 흐르는 것으로 한다.

또 제5도(a) 및 (b)는 도면중 좌우방향의 압전소자의 줄에의해 각각의 압전소자열이 형성되는 모양을 위에서 개념적을 표시한것이며, 마찬가지로 도면중 좌방향으로 잉크(4)가 흐르는 것으로 한다.

우선, 제4도(a)에 표시하는 것와 같이, 글라스, 세라막크, 혹은 금속등으로된 기판(100)을 준비하고, 이 기판(100)의 상면에 A1, Cr, Mo, Ta, Co, Ni 또는 그것들의 합금으로된 금속막(110)을 형성한다.

이것에, 제4도(b)에 표시하는 거와같이 포토레지스트(120)를 도포하고, 포토리소그래피로서 제5도(a)에 표시한거와같은 전극 패터닝한다.

그후, 제4도(c)에 표시하는 거와같이, 예칭을 실시하여 여분인 금속막(110)을 제거하여, 제5도(a)에 표시하는 거와같이, 하부전극(110a)…와 하배선부(110b)…로된 하부전극부(110')를 형성한다.

여기서 하부전극(110a)…는 각 하부전극(110a)의 길이1/1과, 인접하는 하부전극(110a)까지의 거리1/2가 같게되도록 형성되어, 하부배선부(110b)는, 가로방향에 있어서의 하나건너기의 각 하부전극(110a)에 등위상의 교류전압이 인가되도록 형성된다.

다음에, 제4도(a)에 표시하는 것와같이, 하부전극(110')가 형성되어있는 기판(100)의 상면에, PZT (PbO-ZrO₂-TiO₂), PLZT (PbO-La₂O₃-ZrO₂-TiO₂), ZnO, AlN등으로된 압전막(130)을 형성한다.

압전막(130)의 형성방법으로서는, 진공증착법(眞空蒸着法), 스패터법, CVD법, 졸겔법 (sol-gel process)등이 채용할 수 있고 , 이것들 이외에는, 압전재료의 분말, 바인더 및 적당한 용제를 혼합한 슬러리(slurry)상의 재료를 /얇게 도포한다. 소위 글린시트법을 채용하는 것도 가능하다.

여기서 진공증착법, 스패터법, CVD법, 졸겔법등은, 주로 0.1∼수㎛의 깊이의 압전막(130)을 형성하는데 적합하고, 글린시트법은 그 이상의 두께의 막을 형성하는데 알맞는다.

이어서, 이 압전막(130)을 금속막(110)의 경우와 마찬가지로, 포토리소그래피로서, 제5도(b)의 사선부에 표시하는 부분만이 남도록 패터닝하고, 에칭하여, 제4도(e)에 표시하는 거와같이, 하부전극(110a)…의 위에 압전소자(130a)…를 형성한다.

이후, 제4도(f)에 표시하는 거와같이, 기판(100)의 상면 전체에, SiO, SiO₂, SiN, AlN 등의 무기재료, 혹은 파리렌수지, 폴리이미드 수지(polyimide resin)등의 유기화합물로된 절연막(140)을 형성한다.

그리고, 제4도(a)에 표시하는 거와같이, 이 절연막(140)상에, 상기 하부전극(110a)…에 대응하는 동일형상의 상부전극(150a)…와, 도시하지않는 배선부와를 상기 같은 방법으로 형성한다.

또한, 이 경우, 상부전극(150a)…에 설치한 배선부와, 하배선부(110b)와의 사이에는, 절연막(140)이개재하므로, 양자의 단락하는 일은 없다.

또, 상부전극(150a)…의 배선부 및 하배선부(110b)…의 근본부에, 달리하는 형성의 패드를 설치하고, 이 패드에 구동전압을 공급하는 신호선을 와이어본딩 하는 것도 가능하다.

제6도는, 기판(100)에 접합하는 천판(200)을 밑에서 개념적으로 표시한 것이며, 도면중 좌방향으로 잉크가 흐르는 것으로 한다.

천판(200)은, 글라스, 세라믹 금속등으로 되고, 한편의 면에, 잉크유로(2)…와 오리피스(8)…에 응한 凹부(210)…이 에칭으로 형성되어있다.

제4도(h)에 표시하는 거와같이, 기판(100)과 천판(200)과를, 기판(100)의 가공면과 천판(200)의 가공면이 상대향하도록 접합한다.

이것으로 제1도의 잉크헤드본체(1)이 제작된다.

다음에, 제7도(a) 내지 (b) 및 제8도를 사용하여 제2의 제작공정을 설명한다.

상술한 거와같이, 제7도(a) 내지 (d)는 하나의 잉크유로(2)가 형성되는 모양을 옆에서 개념적으로 표시한 것이며, 도면중 좌방향으로 잉크(4)가 흐르는 것으로 한다.

또 상술과 같이, 제8도는 도면중 옆방향의 압전소자의 나란히 한 것으로 각각의 압전소자열의 형성되는 모양을 위로부터 개념적으로 표시한것이며, 마찬가지로 도면중 좌방향으로 잉크(4)가 흐르는 것으로 한다.

상기의 제1의 제작공정과 마찬가지로 공정을 거쳐서, 제7도(a)에 표시하는 거와같이, 기판(100)의 위에 하부전극(110a)…, 압전소자(130a)…, 절연막(140), 상부전극(150a)…등을 형성한다.

이어서, 이에 대해서, PSG (Phospho-Silicate Gldss), 스틸렌 수지등의 승화성 재료, 혹은 유기용제에 가용의 고분자 재료로된 희생충(160)을 형성한다.

그후, 제8도에 표시하는 거와같이, 희생충(160)의 형상을, 형성해야할 잉크유로(2)…와 오리피스(8)…의 현상에 맞춰서 가공하는 동시에, 제7를 표시하는 거와같이, 두께를 최종적으로 형성하고싶은 잉크유로(2)의 높이에 같게되도록 가공한다.

이후, 제7도(C)에 표시하는 거와같이, 희생충(160)의 상면 및 기판(100)의 상면에, 기계적 강도를 보전하는데 충분한 두께를 가진 천판(170)을 형성한다.

천판(170)의 재료에는, 폴리실리콘, AlN, SiO, SiO₂, 저융점 글라스, PZT, PLZT, ZnO, TiO, 광경화성 수지 및 기타의 세라막 재료가 사용된다.

천판(170)의 형성방법으로서는, 천판(170)의 재료에 폴리실리콘, AlN, SiO, SiO₂등을 선택했을 경우는, 진공증착법, CVD법, 혹은 스페터법이 채용할수있고, PZT, PLZT, ZnO, TiO등을 선택했을 경우는, 스패터법, 혹은 졸겔법을 채용할수 있다.

또, 세라막 재료를 선택했을 경우는, 세라믹 재료의 분말, 바인더, 적당한 용제를 섞은 슬러리상의 재료를 /얇게 도포하는, 소위 클린시트법을 채용할 수가 있다.

최후에, 제7도(d)에 표시하는 거와같이, 희생충(160)을 제거한다.

이것에 의해, 제1도의 잉크헤드본체(1)이 제작된다.

희생충(160)의 제거방법으로서는, 희생충(160)의 재료에 의해 틀리지만, 소정의 에칭액, 유기용제를 사용하는 방법, 혹은 승화성 재료의 경우는, 전체를 가열하므로서 이루워진다.

여기서, 상기 제작공정에 대해서 생각해본다.

상기 제1, 제2 양공정 공히, 잉크유로(2)…를 에칭으로 형성하고 있는 것에 의해, 미세한 잉크유로(2)…를 정도(精度)좋게 형성할 수가 있고, 소형으로 집적도의 높은 잉크제트헤드의 제작이 가느아게 된다.

또한, 잉크유로(2)…를 에칭으로 형성하므로서, 잉크유로(2)…의 깊이를 정밀하게 가공할 수가 있어서, 진행파가 여기했을 때 중요한 진행파 표면과 천판(7)과의 거리를 정확히 결정할 수가 있다.

또한 또, 제2의 제작공정에 있어서는, 잉크유로(2)…의 높이가, 최초에 형성되어 가공되는 희생충(160)의 깊이에 같으므로, 높이의 제어가 제1의 제작공정보다도 용이하게 행하여진다는 이점을 가지고 있다.

또한, 양 공정 공히, 오리피스(8)…은, 잉크유로(2)…를 조른 형상으로 패터닝하고, 에칭으로 형성되있지만, 이 이외에, 예를들면 전주(電鑄)로 제작된 Ni플레이트등 미세한 구멍가공이 실시하여 제작된, 별도의 재료로된 오리피스판을, 오리피스(8)…의 형성부위에 접합하는 방법이라도 좋다.

또, 본 발명의 진행파를 여기하기 위한 압전소자열(3)…, 및 상하전극부의 형상은, 상기 이외에도 여러 가지의 형상이 가능하다.

또, 본 실시예의 잉크제트헤드에 있어서는, 잉크헤드본체(1)의 기판(5)에, 압전소자열(3)…이 설치된 구성으로 되어있지만, 본 발명은 이것에 한정되어 있는 것은 아니고, 예를들면 천판(7)측에 압전소자열(3)…을 설치한 구성으로 하는 것도 가능하다.

또 그 이외에도, 제9도(a)에 표시하는 거와같이, 기판(5)와 천판(7)의 양방에 압전소자열(10)…을 설치한 구성으로 해도 좋다.

도면중, 압전소자열(10)…의 형상은, 상기 실시예의 형상에 한할 필요가 없는 것으로 개념적으로 표시하고 있다.

이와같은 구성의 잉크제트헤드에 있어서는, 잉크입자(4a)의 분출에 있어서, 동도면(b)에 표시하는 거와같이, 도면에 있어서 상하 양면의 압전소자열(10)에서 진행파가 여기되므로, 잉크(4)의 흐르는 속도를 상승시킬수가 있고, 분출효율이 향상한다.

또 이때, 상하 양면으로부터 진행파가 여기되므로, 한 방면에서 진행파가 여기하는 거와같이, 진행파가 여기된 면에 대향하는 면에, 진행파가 접속하여, 대향면에 마모하는 일이 없다.

그 때문에, 진행파가 잉크(4)에 속도를 부여하는 효율이 향상하는 동시에, 잉크제트헤드의 고수명화에 도움이 된다.

[실시예 2]

본 발명의 다른 실시예를 제10도에 근거해서 설명을 하면, 아래와 같다.

또한, 설명의 편의상, 상기의 실시예의 도면에 표시한 부재와 동일한 기능을 가지는 부재에는, 동일한 부호를 부기하며, 그 설명을 생략한다.

본 실시예의 잉크제트헤드는, 제10도에 표시하는 거와같이, 기판(5) 위에 도시하지않은 스페이서를 통해서 디이어프램(11)이 형성된 잉크헤드본체(12)를 가지고 있다.

이 다이어프램(11)의 형성에는, 예를들면 스텐레스박(箔), 혹은 Si단결정을 이방성 에칭으로 가공하는 방법등을 사용할 수가 있다.

또, 이 잉크헤드본체(12)에 있어서의 기판(5)와 다이어프램(11)과의 사이에 있는 스페이서의 높이는, 다이어프램(11)과 기판(5)와의 사이에 잉크유로(2)를 형성하도록, 잉크유로(2)의 높이에 상당하도록 설정되어있고, 도시하지는 않았지만, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 기판(5)상에는, 복수의 개개로 독립한 잉크유로(2)…가 형성되어 있다.

따라서, 잉크(4)가 잉크유로(2)내를 이동하는 사이에, 압전소자열(10)…하는 경우에, 압전소자(10)…이 잉크(4)에 의해 열하할 걱정이 없다.

본 실시예의 잉크제트헤드도, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 에칭에 의한 일괄제작이 가능하다.

[실시예 3]

본 발명의 다른 실시예를 제11도 내지 제13도에 근거해서 설명을 하면 다음과 같다.

또한, 설명의 편의상, 상기 실시예의 도면에 표시한 부재와 동일한 기능을 가지는 부재에는, 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.

본 실시예의 잉크제트헤드는, 제12도에 표시한 거와같은 외관의 잉크헤드본체(13)을 가지고 있으며, 잉크헤드본체(13)에는, 제11도에 표시하는 거와같이, 기판(14)와 천판(15)이 양방에 압전소자열(10)…이 설치된다.

기판(14)와 천판(15)으로서 1개의 잉크유로(2)가 형성되어 있다.

그리고, 오리피스(8), 잉크유로(2), 압전소자열(10)…으로 되어있다.

하나의 잉크분출단위인 헤드소자(13')가, 스페이서(16)…을 통해서, 잉크유로(2)의 높이방향에 접합하여 겹겹이 쌓아 올려졌다.

본 실시예의 잉크제트헤드도, 상기 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 에칭에 의해 일괄제작이 가능하다.

잉크유로에서 여기된 진행파에 의해 잉크입자를 분출시키는 분출구가 옆으로 나란히 한 구성의 잉크제트헤드에 있어서는, 고정세(高精細)하게 인자하기 때문에 분출구의 간격을 좁게하면, 잉크유로의 유로방향과 직교하는 면방향의 폭도 좁게 아니할 수 없게 된다.

그러나 한편에서, 효율좋게 잉크를 분출시키기 위해서는, 분출구 근방에의 잉크의 속도를 충분히 올릴필요가 있다.

따라서 그 경우에는, 빠른 진행파를 여기할 필요가 있다.

그렇지만, 본 실시예의 잉크제트헤드에 있어서는, 헤드소자(13')가, 잉크유로(2)의 높이방향으로 겹겹이 쌓아올려진 구성이기 때문에, 각 잉크유로(2)의 유로방향과 직교하는 면방향의 폭이, 오리피스(8)…의 간격과 관계하지 않는다. 따라서, 잉크유로(2)…의 폭을 넓게 취할 수가 있다.

그 때문에, 가령 압전소자열(10)…에 의해 여기되는 진행파의 속도가 늦고, 잉크유로(2) 내부에 있어서는 잉크(4)의 속도가 늦어도, 오리피스(8)… 근방에서는 충분한 유로가 조여지므로, 잉크(4)가충분한 속도를 가지게 된다.

그 때문에, 여기된 진행파의 속도가 늦어도, 효율좋게 잉크(4)를 분출시킬수가 있다.

또한, 본 실시예의 잉크제트헤드는, 기판(14)가 천판(15)와의 양방에 압전소자열(10)…을 형성한 헤드소자(13')를 적층하여 구성되어있지만, 이에 한정된 것은 아니고, 기판(14)측, 혹은 천판(15)측의 어느 한편에 압전소자열(10)…을 형성한 헤드소자를 적층하여 구성해도 좋다.

이와같은 잉크제트헤드는, 예를들면 제13도에 표시하는 거와같이, 기판(17)의 한편의 면에 압전소자열(10)과 오리피스(8)이 형성되는 동시에, 같은면의 측면측에 잉크유로(2)의 높이에 같은 높이를 가지는 스페이서(6)이 설치되어있다.

그리고, 복수의 기판(17)이, 기판(17)의 가공면과 별도의 기판(17)의 비가공면이 상대향하도록 순차 접합되어서, 잉크제트가 구성되어있다.

[실시예 4]

본 발명의 다른 실시예를 제14도 내지 제15도에 근거해서 설명하며는, 아래와 같다.

또한, 설명의 편의상, 상기의 실시예의 도면에 표시한 부재와 동일한 기능을 가지는 부재에는, 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.

본 실시예의 잉크제트헤드는, 제14도에 표시하는 거와같은 외관의 잉크헤드본체(18)이 설치되어있다.

제15도에 표시하는 거와같이, 잉크헤드본체(18)에는, PVDF(폴리불화비닐덴수지)등의 압전재료필림으로된 필림기판(20)이 형성되어있다.

필림기판(20)의 상면에는 복수의 전극부가 형성되어, 그것들은 하나건너 상부전극부(19a, 19c) 및 상부전극부(19b, 19d)로 분류되어있다.

또, 필림기판(20)의 하면에 있어서의 상부전극부(19a, 19c), 상부전극부(19b, 19d)에 대응하는 위치에는, 상부전극부(19a, 19c), 상부전극부(19b, 19d)와 동일형상을 가지는 도시하지않은 하부전극부가 형성되어있다.

여기서, 상부전극부(19a, 19c)와 그것들에게 각각 대응하는 하부전극부에 의해 제1전극군이 구성되어, 상부전극부(19b, 19d)와 그것들에 각각 대응하는 하부전극부에 의해 제2전극군이 구성되어있다.

또, 필림기판(20)이 압전재료로 되어있어서, 필림기판(20)중의 상기 각 전극부가 형성된 부분에 의해 각 압전소자가 형성되어, 복수의 압전소자에 의해 압전소자열이 형성되어있다.

각 압전소자는, 상기 제1전극군 및 제2전극군의 각각에 대응하여, 제1압전소자군과 제2압전소자군으로 분류되어있다.

그리고, 제1전극군 및 제2전극군에 대해서, 서로 90도 위상이 틀리는 교류전압이 각각 인가되므로서, 제1압전소자군 및 제2압전소자군에 대해서, 서로 90°위상의 틀리는 교류전압이 각각 인가하도록 되어있다.

또한, 본 실시예에서는 전극부가 4개 경우를 표시했지만, 전극부의 개수는 상술한 것이 한정되지 않는다.

필림기판(20)의 상면의 측면측에는, 스페이서(6)이 설치되어 있어, 2매의 필림기판(20)이, 스페이서(6)을 통해서 마주보고 접합되므로서, 하나의 잉크분출단위인 헤드소자(18')가 형성되어있다.

그리고, 제14도에 표시하는 거와같이, 잉크헤드본체(18)은, 복수의 헤드소자(18')이, 도시하지않은 스페이서를 통해서 잉크유로(2)의 높이방향으로 접합하여 겹쳐쌓여져서 구성되어 있다.

본 실시예의 잉크제트헤드도 상기 실시예 1 내지 3과 마찬가지로, 에칭에 의한 일괄제작이 가능하다.

이와같은 구성의 잉크제트헤드에 있어서는, 실시예 3과 같이, 잉크유로(2)의 유로방향과 직교하는 면방향의 폭이, 오리피스(8)…의 간격과는 관계하지 않는다.

따라서, 잉크유로(2)…의폭 H를 넓게하므로서, 상기 실시예3과 마찬가지로, 여기된 진행파의 속도가 늦어도, 효율좋게 잉크(4)를 분출시킬수가 있다.

또한, PVDF등의 압전재료필림을 사용하여 기판과 압전소자열과를 동일부재의 일부로서 형성하고 있어서, 1개의 헤드소자(18')의 두께를 얇게할수가있어, 잉크제트헤드를 일층소형화 할 수 있다.

또 그것은, 오리피스(8)…의 간격을 보다 작게 할수있다는 것도 있고, 그것에 의해, 보다 고정세(高精細)로 기록할 수 있다.

또한, 필림의 양면에 전극을 형성할뿐으로 압전소자가 형성할수있어서, 일층제작코스트를 삭감할 수 있다.

또, 오리피스(8)…은 직선적으로 배치한 구성의 잉크제트헤드 뿐만아니라, 오리피스(8)…을 2차원적으로 배치한 잉크제트헤드의 구성도 가능하며, 그것에 의해 고속인쇄가 가능케 된다.

또한, 본 실시예에 있어서도, 잉크유로(2)의 한쪽의 면으로부터 진행파를 여기시키는 구성으로 할 수가 있다.

또한, 발명의 상세한 설명항에서 이룬 구체적인 실시모양, 또는 실시예는 어디까지나, 본 발명의 기술적 내용을 명확하게 한 것이며, 그와같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어야할 것이 아니고, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구사항의 범위내에서, 여러 가지로 변경하여 실시 할 수가 있는 것이다.

Claims

잉크 분출단위인 헤드소자를 포함하고, 상기 헤드소자가, 잉크를 분출하는 분출구; 상기 분출구에 연결된 잉크유로; 및 위상이 다른 교류전압으로 구동되어 상기 잉크유로 내의 잉크에 잉크의 유로 방향으로 진행하는 진행파를 여기하여 그 진행파에 의해 잉크를 상기 잉크유로의 유로방향에 따라서 상기 분출구에 이동시키는 진행파 여기수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 여기수단이, 각각 복수의 압전소자로 되어 있으며, 제1압전소자군과 제2압전소자군을 포함하고, 상기 잉크유로에 따른 방향을 가지는 압전소자열; 및 상기 제1압전소자군 및 상기 제2압전소자군에, 서로 위상이 다른 교류전압을 각각 인가하는 전극부를 포함하고; 상기 전극부에 의해, 상기 제1압전소자군 및 상기 제2압전소자군에 서로 위상이 다른 교류전압이 인가됨으로써, 상기 잉크유로 내의 잉크에 대하여 진행파가 여기되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉케젯 헤드.
제2항에 있어서, 상기 각 압전소자의 잉크유로에 따른 방향의 길이와 각 압전소자 사이의 거리가 모두 같은 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제2항에 있어서, 복수의 상기 헤드소자를 포함하는 헤드 본체를 포함하고 있고; 상기 헤드본체가, 한 쪽 면 상에 제1 잉크유로부가 형성된 기판과, 한 쪽 면 상에 제2잉크유로부가 형성된 천판을 포함하고 있으며; 상기 기판의 상기 제1잉크유로부가 형성된 면과, 상기 천판의 상기 제2잉크유로부가 형성된 면이 대향하도록 상기 기판과 상기 천판이 설치되고, 상기 제1잉크유로부와 상기 제2잉크유로부에 의해 상기 잉크유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제4항에 있어서, 상기 압전소자열이 상기 제1잉크유로부 및 제2잉크유로부 중의 적어도 한 쪽의 잉크유로부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성되어, 상기 잉크유로 내의 잉크에 대해서 진행파를 여기하는 압전소자; 상기 압전소자 상에 형성된 절연막; 및 상기 절연막 상에 형성되고 상기 하부전극의 형상과 동일한 형상의 상부전극을 포함하고; 상기 하부전극과 상기 상부전극에 의해 상기 압전소자에 교류전압이 인가되어 상기 절연막에 의해 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이에 단락이 방지되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제6항에 있어서, 상기 하부전극이 A1, Cr, Mo, Ta, Co, Ni 및 그것들의 합금으로 된 그룹으로부터 선택되는 금속막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제6항에 있어서, 상기 압전소자가 PZT(PbO-ZrO₂-TiO₂), PLZT(PbO-La₂O₃-ZrO₂-TiO₂), ZnO 및 AlN로된 그룹으로부터 선택되는 압전막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제6항에 있어서, 상기 상부전극이 A1, Cr, Mo, Ta, Co, Ni 및 그것들의 합금으로 된 그룹으로부터 선택되는 금속막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 기판; 상기 기판상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성되어 상기 잉크유로 내의 잉크에 대해서 진행파를 여기하는 압전소자; 상기 압전소자 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 상에 형성되고, 상기 하부전극의 형상과 동일한 형상의 하부전극; 상기 상부전극 상에 형성되고, 상기 잉크유로의 형상과 동일한 형상의 희생층; 및 상기 희생층 상에 형성된 천판을 포함하고; 상기 희생층이 상기 희생층 상에 상기 천판이 형성된 후에 제거되어 잉크유로가 형성되고; 상기 하부전극과 상기 상부전극에 의해 상기 압전소자에 교류전압이 인가되고; 상기 절연막에 의해 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 단락이 방지되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 기판; 상기 기판상에 형성된 스페어서; 상기 스페이서 상에 형성된 다이어프램; 및 상기 다이어프램의 상에 형성되고, 상기 잉크유로에 따른 방향을 가지는 압전소자열을 포함하고, 상기 압전소자 열에 의해 상기 잉크유로 내의 잉크에 대해서 진행파가 여기되며; 상기 스페이서가 잉크유로의 높이를 가지고 있는 잉크젯 헤드.
제11항에 있어서, 상기 다이어프램가 스테인레스 및 Si 단결정으로 된 그룹으로부터 선택되는 재료로 되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 압전재료로 된 기판; 및 상기 기판에 서로 위상이 다른 교류전압을 각각 인가하는 제1 전극군과 제2 전극군으로 되어 있고 상기 잉크유로에 따른 방향을 가지는 전극부를 더 포함하고, 상기 제1 전극군 및 상기 제2 전극군에 의해 상기 기판에 서로 위상이 다른 교류전압이 인가됨으로써 상기 잉크유로 내의 잉크에 대하여 진행파가 여기되도록 되어 있는 잉크젯 헤드.
제13항에 있어서, 상기 압전재료가 폴리불화비니리덴 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제13항에 있어서, 상기 전극부가, 상기 기판의 한 쪽 면에 형성된 하부전극; 및 상기 기판의 상기 하부전극이 형성된 면의 반대면 상에 형성된 상부전극을 포함하고; 상기 기판에서 상기 상부전극이 형성된 면과, 별도의 상기 기판에서 상기 상부전극이 형서된 면이 서로 대향 하도록 접합되어 상기 헤드소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제13항에 있어서, 상기전극부가, 상기 기판의 한 쪽 면에 형성된 하부전극; 및 상기 기판에서 상기 하부전극이 형성된 면의 반대면 상에 형성된 상부전극을 포함하고; 상기 기판에서상기 상부전극이 형성된 면과, 별도의 상기 기판에서 상기 하부전극이 형성된 면이 서로 대향하도록 접합되어 상기 헤드소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가 상기 잉크유로의 폭방향으로 복수개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 상기 잉크유로의 유로방향에 수직한 면 내에 포함되며; 상기 잉크유로의 폭방향에 대하여 소정의 각도를 가진 방향에 복수개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 헤드소자가, 상기 잉크유로의 유로방향에 수직한 면내에 포함되며; 상기 잉크유로의 폭방향에 대하여 소정의 각도를 가진 방향과 폭방향의 2방향에 복수개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서, 상기 진행파 여기수단이 잉크유로 내에 설치되어 있는 잉크젯 헤드.