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KR102097850B1 - 액체 토출 헤드 - Google Patents

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KR102097850B1
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치아키 무라오카
유쿠오 야마구치
미키야 우메야마
히로마사 암마
다쿠야 이와노
도쿠지 구도
심페이 요시카와
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체 토출 헤드는 기록 소자를 포함하는 기록 소자 기판, 기록 소자 기판 외부에 배치된 전자 기판, 전자 기판에 장착된 전기 소자, 기록 소자 기판 및 전자 기판을 지지하며 제1 수지 재료로 제조되는 하우징, 및 전기 소자를 둘러싸고 차폐하며 제2 수지 재료로 제조되는 커버 부재를 포함하고, 제2 수지 재료는 제1 수지 재료보다 높은 내열 특성을 갖는다.

Description

액체 토출 헤드{LIQUID DISCHARGE HEAD}
본 개시내용은 기록 소자 기판, 및 기록 소자 기판 외부에 장착된 전기 소자를 구비한 액체 토출 헤드에 관한 것이다.
기록 장치에 구비되는 전형적인 액체 토출 헤드는, 예를 들어 기록 소자의 구동을 안정화시키기 위한 커패시터 등의 전기 소자가 기록 소자 기판과 상이한 부재 상에 장착되도록 구성된다. 일본 특허 공개 제2007-268867호는 이러한 액체 토출 헤드의 예를 개시한다. 일본 특허 공개 제2007-268867호는 외력의 인가에 의해 전기 부품이 손상되는 것을 방지하기 위해 전기 부품이 헤드의 하우징 내에 수용되는 구성을 개시한다. 또한, 이 구성은 헤드 크기의 추가적인 소형화를 가능하게 한다. 그러나, 하우징이 전기 부품을 수용하는 이러한 구성은 하우징의 수지 재료의 내열 특성이 불충분한 경우 전기 부품의 과도한 발열시 수지 재료가 용융될 수 있다는 단점을 갖는다.
최근의 액체 토출 헤드의 기록 속도의 향상에 의해 도모되는 기록 소자의 개수 증가, 시간당 기록 밀도의 증가로부터 전기 부품의 소비 전력의 증가로 인해 전기 부품이 과도한 발열이 자주 발생하는 경향이 있다.
전기 부품의 과도한 발열은, 순간적인 고장 또는 우발적인 고장으로 인해, 발생된 열이 사양서에 기초하여 추정되는 상한 온도를 초과하는 이상 발열일 수 있다. 하우징용 수지 재료는 이상 발열에 대한 내성을 갖는 것이 요구된다.
불행하게도, 이러한 헤드 하우징에 대해 매우 높은 내열 특성의 수지 재료는 성형시 낮은 유동성을 나타내는 경향이 있다. 이들 재료는 보다 고도한 성형에 대해 부적합할 수 있다.
구체적으로, 성형될 재료의 낮은 유동성은 적은 공간에 높은 밀도로 배열되는 얇은 벽을 갖는 구조의 성형을 방해한다. 불행하게도, 이는 헤드 하우징의 소형화를 제한한다.
고도한 성형 방법의 예는 하나의 금형 내에서 복수의 부재를 1차 성형하고, 1차 성형된 부재를 금형 내에서 서로 끼우고, 끼워진 부재의 계면을 2차 성형에 의해 밀봉하여 부재를 결합하는 방법을 포함한다. 이 방법은 예를 들어, 일본 특허 공개 제2012-192749호에 개시된다.
이러한 고도한 성형에서, 대부분의 경우 높은 유동성, 또는 열악한 내열 특성을 갖는 재료가 선택되어 사용되어야 한다. 이러한 경우의 단점은 헤드의 우수한 성형성과 재료의 우수한 내열 특성 사이의 상반성이다.
본 개시내용은 액체 토출 헤드를 제공하고, 액체 토출 헤드는 기록 소자가 장착되는 기록 소자 기판 및 기록 소자 기판 외부에 장착된 전자 부품(전기 소자)을 포함하고, 헤드의 하우징의 우수한 성형성 및 전기 소자의 과도한 발열에 대한 우수한 내열 특성을 달성하도록 구성된다.
본 개시내용의 양태는 액체 토출 헤드를 제공하고, 액체 토출 헤드는 기록 소자를 포함하는 기록 소자 기판, 기록 소자 기판의 외부에 배치된 전자 기판, 전자 기판에 장착된 전기 소자, 기록 소자 및 전자 기판을 지지하며 제1 수지 재료로 제조되는 하우징, 및 전기 소자를 둘러싸고 차폐하며 제2 수지 재료로 제조되는 커버 부재를 포함한다. 제2 수지 재료는 제1 수지 재료보다 높은 내열 특성을 갖는다.
본 개시내용의 추가 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 잉크젯 기록 장치의 일부의 사시도이다.
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 예시적인 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 내부 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 내부 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 내부 구조를 도시하는 사시 단면도이다.
본 개시내용의 실시예가 도면을 참조하여 이후 설명될 것이다. 본 개시내용은 이들 실시예로 한정되지 않는다. 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드에 대한 잉크젯 기록 장치의 사시도이다.
액체 토출 헤드(100)는 캐리지(310)에 장착된다. 캐리지(310)는 시트 반송 방향에 수직인 방향(또 1에서 화살표에 의해 표시됨)으로 샤프트(320)를 따라서 이동한다. 액체 토출 헤드(100)의 토출 포트 아래의 영역(도 1의 하부)에 공급되는 기록 매체 상에 화상이 형성된다.
도 2 및 도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드(100)의 사시도이다.
액체 토출 헤드(100)는 기록 장치의 본체에 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 액체 토출 헤드(100)가 장치의 본체에 부착될 때, 배선 기판(103) 상의 접촉 패드(105)는 기록 장치 본체의 접촉 프로브(미도시)에 전기 접속된다.
접촉 패드(105)를 개재하여 기록 장치 본체로부터 수신된 전기 신호는 배선 기판(103) 및 배선 부재(102)를 경유하여 기록 소자 기판(101a, 101b, 및 101c)에 전송된다. 해당 신호에 응답하여 기록 소자 기판 상의 기록 소자가 구동되고, 따라서 기록 동작(즉, 기록 잉크의 토출)을 수행한다. 기록 소자 기판(101a, 101b, 및 101c)에는 개별적인 전기 배선(미도시)이 설치된다.
배선 기판(103)은 접촉 패드(105)가 미리 정해진 위치에서 고정되도록 하우징(107)에 위치설정되어 고정된다.
기록 소자 기판의 각각은 4색의 기록 잉크를 토출할 수 있다. 액체 토출 헤드는 최대 12색의 잉크를 사용한 기록을 달성한다. 도 1은 12 색의 잉크 탱크(240a 내지 240l), 및 잉크 탱크 중 대응하는 하나로부터 액체 토출 헤드로 잉크를 공급하는 잉크 공급 튜브(230a 내지 230l)를 구비한 예시적인 구성을 도시한다. 조인트 부재(210)는 액체 공급 부재로서 기능한다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드(100)의 내부 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
배선 기판(103)의 이면에는 기록 소자 기판(101a, 101b, 및 101c)의 전원의 전압을 안정화시키는 커패시터(104a, 104b, 및 104c)가 장착된다. 배선 기판(103)은 커패시터 등의 전자 소자를 구비하는 전자 기판으로서 기능한다. 본 개시내용에서 전자 기판은 배선 기판(103)으로 한정되지 않고, 그러나 기록 소자 기판의 외부에 배치되며 전기 소자를 구비하는 임의의 기판일 수 있다.
커패시터 커버(108)는 커패시터 커버(108)가 커패시터(104a, 104b, 및 104c)와 대면하여 위치설정되도록 별도의 부재로서 하우징(107)에 부착된다. 별도의 부재로서 기능하는 커패시터 커버(108)는 본 개시내용의 커버 부재에 대응한다. 커버 부재는 액체 토출 헤드(100)의 소형화를 달성하기 위해 전자 기판과 하우징 사이에 배치된다.
커패시터 커버(108)는, 배선 기판(103)이 하우징(107)에 고정된 상태에서 커패시터(104a, 104b, 및 104c)를 수용하기 위한 커패시터 포켓(109a, 109b, 및 109c)을 포함한다.
하우징(107)은 커패시터 커버(108)로 제조되는 수지 재료와 상이한 수지 재료로 제조된다. 커패시터 커버(108)의 재료는 하우징(107)의 재료보다 높은 내열 특성을 갖는다. 이러한 구성은 액체 토출 헤드의 동작 도중 커패시터의 과도한 발열시 또는 우발적인 고장 등에 의해 발생되는 이상 발열시, 하우징의 기계적 성능의 감소와 같은 문제점이 발생하는 것을 방지하는데 유효하다. 이러한 발열은 200℃ 이상에 도달할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커패시터 커버(108)의 재료는 하우징(107)의 재료보다 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 예를 들어, 커패시터 커버(108)의 재료(이후, 제2 수지 재료로도 지칭됨)의 Tg는 하우징(107)의 재료(이후, 제1 수지 재료로도 지칭됨)보다 바람직하게는 10℃ 이상, 더 바람직하게는 50℃ 이상만큼 높을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커패시터 커버(108)의 재료는 하우징(107)의 재료보다 높은 융점(MP)을 갖는다. 예를 들어, 커패시터 커버(108)의 재료(제2 수지 재료)의 MP는 하우징(107)의 재료(제1 수지 재료)보다 바람직하게는 10℃ 이상, 더 바람직하게는 50℃ 이상만큼 높다.
수지 재료의 유리 전이 온도 및 융점은 시차 주사 열량 측정법(DSC) 등의 공지된 방법으로 측정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커패시터 커버(108)의 재료는 하우징(107)의 재료보다 낮은 용융 유속(MFR)을 갖는다. 즉, 제1 수지 재료는 제2 수지 재료보다 높은 유동성을 갖는다. 예를 들어, 커패시터 커버(108)의 재료(제2 수지 재료)의 MFR은 하우징(107)의 재료(제1 수지 재료)보다 20% 이상만큼 낮다. 더 바람직하게는, 제2 수지 재료의 MFR은 제1 수지 재료의 MFR의 절반 이하이다. 구체적으로, 온도 250℃, 10kg 압력 하에서, 제1 수지 재료는 27g/10분의 MFR을 가질 수 있고, 제2 수지 재료는 6g/10분의 MFR을 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 제1 수지 재료보다 높은 내열 특성을 갖는 제2 수지 재료의 사용은 이상 발열시 제2 수지 재료가 유동할 수 있는 가능성을 제거 또는 감소할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커패시터 커버(108)의 재료는 하우징(107)의 재료보다 부드럽다. 이 경우, 수지 재료의 탄성 계수가 부드러움의 기준으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 커버(108)의 재료(제2 수지 재료)의 탄성 계수는 하우징(107)의 재료(제1 수지 재료)의 탄성 계수보다 20% 이상만큼 낮을 수 있다.
하우징용 제1 수지 재료 및 커버 부재용 제2 수지 재료의 각각은 상술된 요건을 만족하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 수지 재료는 제1 및 제2 수지 재료에 대해 동일한 베이스 수지를 사용하고 조성을 조정함으로써 준비될 수 있다. 베이스 수지의 예는 변형 폴리페닐 에테르를 포함한다. 상이한 내열 특성을 갖는 변성 폴리페닐렌 에테르는 중합 방법 또는 중합도를 변경함으로써 제조될 수 있다. 추가로, 상이한 베이스 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 베이스 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용될 수 있다.
커패시터 커버(108)의 커패시터 포켓(109a, 109b, 및 109c)은 배선 기판(103)의 이면과 실질적으로 접촉하고, 따라서, 커패시터(104a, 104b, 및 104c)를 실질적으로 차폐한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 커패시터(104)는 커패시터가 커패시터 커버와 접촉하지 않도록 커패시터 커버(108)의 커패시터 포켓(109)에 의해 둘러싸이고 차폐될 수 있다.
이러한 구성은 잉크 미스트 등의 액체 성분이 커패시터 장착 영역에 피착되는 것을 방지하고, 커패시터의 과도한 발열에 의한 영향 범위를 제한하는데 기여한다.
몇몇 실시예에서, 배선 기판(103)의 이면이 커패시터 커버(108)와 접촉하게 될 수 있기 때문에 배선 기판(103)을 손상으로부터 보호하는 커패시터 커버(108)는 필러 비함유 재료로 제조된다.
한편, 하우징(107)은 액체 토출 헤드(100) 전체의 변형을 제거 또는 감소시키도록 높은 강성을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(107)은 필러-함유 재료로 제조될 수 있다.
커패시터 커버(108)의 재료는 필러를 함유할 수 있으나, 커패시터 커버(108) 내의 필러량은 하우징(107) 내의 필러량보다 적을 것이다.
필러의 예는 유리, 마이카, 및 실리카를 포함한다. 이러한 물질은 예를 들어, 입자(비즈) 또는 섬유 등의 형태로 사용될 수 있다.
액체 토출 헤드(100)의 상술된 구성에서, 커패시터(104a, 104b, 및 104c) 및 커패시터 커버(108)는 배선 기판(103)의 이면에 배열된다. 본 개시내용은 이 구성으로 한정되지 않는다.
커패시터(104a, 104b, 및 104c) 및 커패시터 커버(108)는 배선 기판(103)의 표면에 배열될 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따르는 액체 토출 헤드의 하우징(107)의 구성 및 커패시터 커버(108)의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
하우징(107)은 잉크를 기록 소자 기판에 공급하기 위한 12개의 유로가 고밀도로 배열되는 복잡한 구조를 갖는다. 이에 비해, 커패시터 커버(108)는 비교적 성형이 용이한 형상을 갖는다.
하우징(107) 및 커패시터 커버(108) 각각은 사용되는 재료에 적합한 성형 방법에 의해 제조될 수 있다. 복잡한 구조를 갖는 하우징(107)은 부품의 조립체로서 형성된다. 예를 들어, 이하의 고도한 성형 방법이 사용될 수 있다: 부품들이 하나의 금형 내에서 동시에 성형되고(1차 성형), 부품들이 금형 내에서 조립되고, 1차 성형에서 사용된 것과 동일한 수지 재료가 부품들의 접합부에 공급되고(2차 성형), 따라서 금형 내의 조립을 완료한다. 커패시터 커버(108)는 하우징과 상이한 금형으로 성형될 수 있다. 본 개시내용에 따르는 구성은, 상술된 고도한 성형 방법이 하우징(107)을 성형하는데 사용될 때 특히 유효하다.
상술된 바와 같이, 고도한 성형 방법에 의해 제조된 하우징(107)의 재료는 커패시터 커버(108)의 재료보다 우수한 성형성을 나타낸다.
커패시터 커버(108)는 미리 정해진 위치에 위치설정되어 스프링-가압 방식으로 하우징(107)에 부착될 수 있다. 캐패시터 커버(108)는, 스프링부가 하우징을 향해 테이퍼링되고 노치부를 갖도록 커패시터 커버(108)의 길이 방향의 양쪽 외부 단부에 스프링부를 구비할 수 있다. 커패시터 커버(108)는 하우징(107)의 맞물림부 내로 가압될 수 있고, 따라서 스프링-가압 부착을 달성한다. 또한, 커패시터 커버(108)는 배선 기판과의 접촉을 제한하는 맞닿음부를 포함할 수 있고, 맞닿음부는 배선 기판과 대면하는 커패시터 커버(108)의 면 상에 배열된다. 맞닿음부는 배선 기판 상에서 단차부와 간섭하지 않도록 배열될 수 있다. 편평 배선이 배선 기판 상에 배열되고, 편평 배선은 맞닿음부와 접촉한다.
커패시터가 배선 기판(103) 상에 장착되는 구성이 도시되었으나, 본 개시내용은 커패시터 이외의 전기 소자가 배선 기판(103)에 장착되는 구성에도 적용될 수 있다. 즉, 본 개시내용은 과도한 발열의 위험을 갖는 일반적인 전기 소자, 예를 들어, 발광 소자, 저항, 다이오드 및 트랜지스터에 적용될 수 있다. 이러한 전기 소자의 전원 용량이 클수록, 과도한 발열의 위험이 높다. 본 개시내용은 2W를 초과하는 전원 용량에 접속되는 모든 부품에 적용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 액체 토출 헤드(100)는 커패시터(104a, 104b, 및 104c)에 추가로 배선 기판(103)의 이면에 메모리 소자(106)를 포함한다.
이 메모리 소자는 액체 토출 헤드(100)의 최적 구동에 필요한 정보 및, 예를 들어 제조일 등을 나타내는 추적 가능 정보를 저장하는 기능을 갖는다. 기록 장치는 메모리 소자로부터 데이터를 판독하고 메모리 소자에 데이터를 기입한다.
본 실시예에서, 메모리 소자(106)에 인가되는 최대 전류가 기록 장치 본체에서 제한되어 과도한 발열의 위험이 감소된다.
이러한 구성에서, 메모리 소자(106)는 배선 기판(103)이 하우징(107)에 고정된 상태에서 커패시터 커버(108)가 아닌 하우징(107)과 대면한다.
메모리 소자(106)는 하우징(107)의 재료로 제조된 메모리 포켓(110) 내에 수납된다.
상술된 바와 같이, 본 개시내용에 따르면, 전기 소자를 포함하는 액체 토출 헤드는 기록 소자 기판 및 전자 기판을 지지하는 하우징을 포함하고, 하우징의 수지 재료와 상이한 수지 재료로 제조된 커버 부재를 더 포함한다. 하우징의 재료는 우수한 성형성을 갖고, 전기 소자를 둘러싸고 차폐하는 커버 부재의 재료는 우수한 내열 특성을 갖는다.
이 구성은 전기 소자의 과도한 발열에 의해 하우징이 영향 받는 것을 방지하고, 따라서 액체 토출 헤드(100)에 대한 적어도 과도한 손상을 피할 수 있다. 이 구성은 헤드의 하우징의 성형성을 희생하지 않고서 달성될 수 있기 때문에, 예를 들어, 액체 토출 헤드의 크기의 감소가 제한없이 달성될 수 있다. 따라서, 액체 토출 헤드의 하우징의 우수한 성형성과 우수한 내열 특성 사이의 양립이 달성될 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 하우징의 재료는 하우징에 필요한 강성을 제공하도록 필러를 함유할 수 있다. 한편, 커버 부재를 구성하는 재료는 하우징의 재료보다 적은 양의 필러를 함유할 수 있고, 또는 필러를 함유하지 않을 수 있다. 이러한 구성은 기판 상에 장착된 전기 소자의 주변에 배치되는 커버 부재가 기판과 간섭하여 기판과 접촉하는 경우 커버 부재가 기판을 손상시킬 수 있는 위험을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 커버 부재의 제2 수지 재료는 하우징의 제1 수지 재료보다 적은 양의 필러를 함유한다.
상술된 바와 같이, 본 개시내용에 따르면, 기록 소자가 배열된 기록 소자 기판의 외부에 전자 부품(전기 소자)이 장착되는 액체 토출 헤드는 전기 소자로부터 발생되는 열에 대한 우수한 내열 특성 및 헤드의 하우징의 우수한 성형성을 달성하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 그러한 변경예 및 등가적 구조예 및 기능예 모두를 포함하도록 가장 광의의 해석에 따라야 한다.

Claims (8)

  1. 액체 토출 헤드이며,
    기록 소자를 포함하는 기록 소자 기판과,
    표면에 복수의 커패시터를 갖고, 상기 기록 소자 기판의 외부에 배치된 전자 기판과,
    상기 기록 소자 기판 및 상기 전자 기판을 지지하며 제1 수지 재료를 포함하는 하우징과,
    상기 하우징과 상기 전자 기판 사이에 배치되는 커버 부재로서, 상기 커버 부재는, 제2 수지 재료를 포함하고, 상기 전자 기판에 대향하는 면을 가지며, 상기 복수의 커패시터를 내부에 수용하기 위한 복수의 리세스가 상기 커버 부재의 상기 면에 형성되어 있고, 상기 리세스는 상기 전자 기판에 의해 덮여 차폐되는, 커버 부재를 포함하고,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 높은 내열 특성을 갖는, 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 높은 유리 전이 온도를 갖는, 액체 토출 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 높은 융점을 갖는, 액체 토출 헤드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 낮은 용융 유속을 갖는, 액체 토출 헤드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 연질인, 액체 토출 헤드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 수지 재료는 상기 제1 수지 재료보다 적은 양의 필러를 함유하는, 액체 토출 헤드.
  7. 삭제
  8. 기록 장치이며,
    액체를 토출하도록 구성된 액체 토출 헤드와,
    상기 액체 토출 헤드를 보유 지지하는 캐리지를 포함하고,
    상기 액체 토출 헤드는,
    기록 소자를 포함하는 기록 소자 기판과,
    표면에 복수의 커패시터를 갖고, 상기 기록 소자 기판의 외부에 배치된 전자 기판과,
    상기 기록 소자 기판 및 상기 전자 기판을 지지하며 제1 수지 재료를 포함하는 하우징과,
    상기 하우징과 상기 전자 기판 사이에 배치되는 커버 부재로서, 상기 커버 부재는, 제2 수지 재료를 포함하고, 상기 전자 기판에 대향하는 면을 가지며, 상기 복수의 커패시터를 내부에 수용하기 위한 복수의 리세스가 상기 커버 부재의 상기 면에 형성되어 있고, 상기 리세스는 상기 전자 기판에 의해 덮여 차폐되는, 커버 부재를 포함하고,
    상기 커버 부재의 상기 제2 수지 재료는 상기 하우징의 상기 제1 수지 재료보다 높은 내열 특성을 갖는, 기록 장치.
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