KR100189155B1 - Ejection apparatus and method of inkjet printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 프린터의 분사 장치 및 분사방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 개별전극에 전달된 전기적 에너지에 의해 히터부를 가열하고 그 열에 의해 열팽창하는 액체 및 기체를 이용하여 멤브레인을 유동시키고 상기 멤브레인의 유동에 따라 잉크를 미디아로 분사시키는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 분사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a jetting apparatus and a jetting method of an inkjet printer, and more particularly, a membrane is flowed by using a liquid and a gas that is heated by the electrical energy delivered to an individual electrode and thermally expanded by the heat, and the flow of the membrane. The present invention relates to a jetting apparatus and a jetting method of an ink jet printer for jetting ink to media.
가열쳄버내의 액체 및 기체의 열팽창을 조절하여 멤브레인의 변형에 따라 잉크를 분사하므로써, 잉크와 히터부가 분리되어 있음에 따라 잉크와 보호막의 접촉에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 버블이 생성되어 개구부로 분사될 때 생기는 충격에 의해 보호막이 손상되는 것을 방지할 수 있으며 버블에 의한 증기압에 의해 분사되지 않고 가열에 의한 멤브레인의 열팽창으로 잉크에 직접 체적 변형을 일으켜 잉크를 개구부로 분사시키므로써 잉크의 재충전이 빨리 이루어지고 결국 고속 프린팅을 기대할 수 있는 효과를 가진다.By controlling the thermal expansion of liquids and gases in the heating chamber and injecting ink according to the deformation of the membrane, the ink and the heater are separated to prevent corrosion due to contact between the ink and the protective film. It is possible to prevent the protection film from being damaged by the impact generated when spraying, and it is not sprayed by the vapor pressure caused by the bubble, but the volume of the membrane is directly induced by the thermal expansion of the membrane by heating, thereby injecting the ink into the opening, thereby refilling the ink. It is fast and eventually has the effect of expecting high speed printing.
Description
제1도는 일반적인 잉크젯 프린터의 구성을 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a general inkjet printer.
제2도는 잉크 카트리지의 개략적 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of the ink cartridge.
제3도는 종래 기술에 따른 헤드부의 확대 단면도.3 is an enlarged cross-sectional view of the head portion according to the prior art.
제4도는 제3도의 E-E 축을 단면으로 A 측에서 본 평단면도.4 is a cross sectional view of the E-E axis of FIG. 3 as viewed from the A side.
제5도는 제4도의 F-F 축을 기준으로 B 측에서 본 종래 기술에 따른 분사장치의 확대단면도.5 is an enlarged cross-sectional view of the injector according to the prior art seen from the B side with respect to the F-F axis of FIG.
제6도는 종래 기술에 따른 잉크 분사 방식을 나타내는 예시도.6 is an exemplary view showing an ink jet method according to the prior art.
제7도는 본 발명의 일 실시에 따른 분사장치의 확대 단면도.7 is an enlarged cross-sectional view of an injector according to one embodiment of the present invention.
제8도 및 제9도는 본 발명에 따른 잉크 분사 방식을 나타내는 예시도이다.8 and 9 are exemplary views showing the ink ejection method according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 케이스 2 : 잉크1: case 2: ink
3 : 헤드 32 : 필터3: head 32: filter
33 : 잉크 스탠드 파이프 쳄버 34 : 잉크 비아33: ink stand pipe chamber 34: ink via
35 : 칩 36,111 : 노즐플레이트35: chip 36,111: nozzle plate
101 : 서브스트레이트 102 : 산화표면막101: substrate 102: oxide surface film
103 : 레지스터층 104 : 전극103: resistor layer 104: electrode
105 : 히터부 106 : 보호층105: heater unit 106: protective layer
107 : 잉크 쳄버 108 : 잉크 채널107: ink chamber 108: ink channel
109 : 잉크 베리어 110 : 개구부109: ink barrier 110: opening
112 : 절연층 113 : 가열쳄버112: insulating layer 113: heating chamber
114 : 멤브레인 115 : 전기적 연결수단114 membrane 115 electrical connection means
본 발명은 잉크젯 프린터의 분사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개별전극에 전달된 전기적 에너지에 의해 히터부를 가열하고, 그 열에 의해 열팽창하는 액체를 이용하여 멤브레인을 유동시키고 상기 멤브레인의 유동에 따라 잉크를 미디아로 분사시키는 잉크젯 프린터의 분사장치 분사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a jetting apparatus of an ink jet printer, and more particularly, to heat a heater by electric energy delivered to an individual electrode, to flow a membrane using a liquid thermally expanded by the heat, and to ink according to the flow of the membrane. The present invention relates to a method of jetting an injector of an inkjet printer, which ejects the media to a media.
먼저 일반적인 잉크젯 프린터의 구성 및 동작 원리를 제1도를 이용하여 설명하자면 다음과 같다.First, the configuration and operation principle of a general inkjet printer will be described with reference to FIG.
프린터 인터페이스를 통해 컴퓨터(도시되지 않음)로부터 전달되는 시그널(Signal)을 전달받고, 프린터 동작에 필요한 초기 세팅 값 및 시스템에 필요한 값을 저장하고 있는 EPROM(11)내의 시스템 프로그램을 읽어 들여 해석, 실행하여 프로그램 내용에 따라 제어 신호를 출력하는 CPU(10),와 제어에 필요한 프로그램 및 여러 가지 폰트를 내장하고 있는 ROM(12)과, 시스템 동작시의 데이터를 일시적으로 보관하는데 사용되는 RAM(13)과, 상기 CPU(10)의 제어에 필요한 대부분의 로직회로(Logic Circuit)가 ASIC 으로 구현되어 CPU(10) 주변의 대부분의 소자에 대한 CPU(10)와의 데이터 전송을 실행하는 ASIC 회로부(20)와, 상기 ASIC회로(20)로부터 전달되는 CPU(10)의 제어 신호에 따라 링크 카트리지(31)의 구동을 제어하는 헤드 드라이버(30)와, 메인모터(41)의 동작을 제어하는 메인모터 구동 회로(40)와, 캐리지 리턴 구동 모터(51)의 동작을 제어하는 캐리지 모터 구동 회로(50)와, 스텝핑 모터를 주로 사용하여 종이의 급지 및 배출하기 위한 라인피드 모터(51)의 구동을 제어하는 라인피드 모터 구동 회로(60)를 포함하여 구성된다.Receives a signal transmitted from a computer (not shown) through a printer interface, reads, analyzes, and executes a system program in the EPROM 11 that stores initial setting values required for printer operation and values required for a system. CPU 10 for outputting control signals in accordance with program contents, ROM 12 incorporating programs necessary for control and various fonts, and RAM 13 for temporarily storing data during system operation. And, most of the logic circuit (Logic Circuit) necessary for the control of the CPU 10 is implemented as an ASIC circuit ASIC circuit 20 for performing data transfer with the CPU 10 for most of the elements around the CPU 10 And a head driver 30 for controlling the drive of the link cartridge 31 according to the control signal of the CPU 10 transmitted from the ASIC circuit 20, and a main motor for controlling the operation of the main motor 41. The drive of the line feed motor 51 for feeding and discharging paper using mainly the same circuit 40, the carriage motor drive circuit 50 which controls the operation of the carriage return drive motor 51, and a stepping motor is performed. It is configured to include a line feed motor drive circuit 60 for controlling.
컴퓨터로부터 프린터 인터페이스를 통해 전달되는 인쇄 신호는 CPU(10)의 제어 신호에 따라 각 모터(40,50,60) 등을 구동하여 인자를 실시한다. 이 때 상기 잉크 카트리지(31)는 다수 개의 개구부를 가진 노즐로부터 미세의 잉크 드롭(Drop)을 분사시켜 돗트(Dot)를 형성시키는 방식이 이용되고 있다.The print signal transmitted from the computer through the printer interface drives the motors 40, 50, 60 and the like according to the control signal of the CPU 10 to print. At this time, the ink cartridge 31 is a method of forming a dot by spraying a fine ink drop from a nozzle having a plurality of openings.
여기에서 상기 잉크 카트리지(31)를 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.Here, the ink cartridge 31 will be described in more detail.
제2도는 잉크 카트리지의 구조를 나타내는 단면도로서, 용기 외면을 이루는 케이스(1)내에 저장되는 스펀지에 흡입되어 있는 잉크(2)와, 헤드(3)부로 구성된다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the ink cartridge, which is composed of the ink 2 sucked into the sponge stored in the case 1 forming the outer surface of the container and the head 3 portion.
제3도는 제2도에 도시된 헤드부의 확대 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of the head portion shown in FIG.
잉크 내에 혼합된 불순물을 제거하기 위한 필터(32)와, 상기 필터(32)를 거쳐 필터링된 잉크를 저장하고 있은 잉크 스탠드 파이프 쳄버(Ink Stand Pipe Chamber)(33)과, 상기 잉크 스탠드 파이프 쳄버(33)를 거쳐 전달되는 잉크를 잉크 가열 히터부 및 잉크 쳄버가 형성된 칩(Chip)(35)에 제공하기 위한 잉크 비아(Ink Via)(34)와, 상기 잉크 비아(34)로부터 전달된 잉크를 미디아(Media)로 분사시키기 위한 다수개의 개구부가 설치된 노즐 플레이트(36)로 구성된다.A filter 32 for removing impurities mixed in ink, an ink stand pipe chamber 33 storing ink filtered through the filter 32, and the ink stand pipe chamber Ink Via 34 for providing the ink transferred through the ink 33 to the chip 35 on which the ink heating heater unit and the ink chamber are formed, and the ink transferred from the ink via 34 It consists of a nozzle plate 36 provided with a plurality of openings for ejecting to the media.
제4도는 제3도의 E-E 축을 단면으로 A 측에서 본 평단면도이다.4 is a cross sectional view taken from the A side of the E-E axis of FIG.
다수개의 개구부를 가진 노즐 플레이트(36)와 칩(35) 사이의 잉크 쳄버(도시되지 않음)에 제공하기 위한 잉크 비아(Ink Via)(34)와, 상기 잉크 비아(34)로부터 노즐 플레이트(36)의 각 개구부로 잉크를 전달하기 위한 다수개의 잉크 채널(Ink Channel)(37)과, 상기 잉크 채널(37)을 통해 제공된 잉크를 분사하는 다수개의 칩(35)과, 상기 다수 개의 칩(35)에 전원을 제공하기 위한 다수개의 전기적 연결수단(38)이 도시되어 있다.Ink Via 34 for providing an ink chamber (not shown) between the nozzle plate 36 and the chip 35 having a plurality of openings, and the nozzle plate 36 from the ink via 34. A plurality of ink channels 37 for delivering ink to each of the openings, a plurality of chips 35 for ejecting ink provided through the ink channels 37, and a plurality of chips 35 A plurality of electrical connections 38 are shown for providing power to the power supply.
한편 제5도는 제4도의 F-F 축을 단면으로 B 측에서 본 확대 단면도이다.FIG. 5 is an enlarged sectional view seen from the B side along the F-F axis of FIG.
실리콘(Si) 서브 스트레이트(Substrate)(101)층위에 산화 표면 처리에 의해 생성된 산화표면막(SiO2)(102)의 상부에 형성되어 전기적 에너지에 의해 히팅(Heating) 동작하는 레지스터 층(Resistor Layer)(103)과, 상기 레지스터 층(103)의 상부에 형성되어 전기적 연결을 제공하는 두 전극(Electrode Layer)(104)(104')와, 상기 두 전극(104)(104')의 상부와 레지스터층(Resistor Layer)(103)사이에 형성되는 히터부(106)가 잉크와의 화학작용에 의하여 부식 및 변형되는 것을 방지하기 위한 멀티 레이어(Multi-Layer)의 보호층(106)과, 상기 히터부(106)에서 발생되는 열에 의해 잉크 내에 버블을 생성시키는 잉크 쳄버(Ink chamber)(107)와, 잉크 비아(Ink Via)로부터 제공되는 잉크를 상기 잉크 쳄퍼(107)에 전달하기 위한 유로역할을 하는 잉크 채널(Ink Channel)(108)과, 상기 잉크 채널을 통해 전달되는 잉크를 상기 잉크 쳄버(107)내로 도달시키기 위한 공간을 형성하기 위해 벽 역할을 하는 잉크 베리어(109)와, 상기 잉크 쳄버(107)에서 형성되는 버블의 체적 변화에 따라 밀려나는 잉크를 분사시키기 위한 다수의 개구부(110)을 갖는 노즐 플레이트(111)를 포함하여 구성된다.Resistor layer formed on top of an oxide surface layer (SiO 2 ) 102 produced by an oxidized surface treatment on a silicon (Si) substrate (101) layer and heating by electrical energy. Layer 103, two electrodes (Electrode Layer) 104, 104 'formed on top of the resistor layer 103 to provide electrical connection, and an upper portion of the two electrodes 104, 104'. And a protective layer 106 of a multi-layer to prevent the heater unit 106 formed between the resistor layer 103 and the resist layer 103 from being corroded and deformed by chemical reaction with the ink, Ink chamber 107 for generating bubbles in the ink by heat generated by the heater unit 106, and a flow path for delivering ink provided from the ink via to the ink chamber 107. An ink channel 108 serving as ink and ink delivered through the ink channel An ink barrier 109 serving as a wall for forming a space for reaching into the ink chamber 107 and a plurality of ink for ejecting ink pushed out according to a volume change of bubbles formed in the ink chamber 107. It is configured to include a nozzle plate 111 having an opening (110).
이 때 노즐 플레이트(111)와 가열 히터(105)들은 상호 대응을 위해 일정 거리(Gap)를 두고 부착되어 있다. 또한 상기 한 쌍의 두 전극(104)(104')은 외부로부터 전기적 연결을 위한 단자 범퍼(Bumper 도시되지 않음)와 연결되어져 있으며 이 범퍼와 전기적 연결이 헤드 컨트롤러(도시되지 않음)와 상호 연결되어져 각각의 노즐 개구부의 정해진 위치에서 잉크가 분사되도록 하였다.At this time, the nozzle plate 111 and the heating heaters 105 are attached to each other at a certain distance (Gap) for mutual correspondence. In addition, the pair of two electrodes 104 and 104 'are connected to a terminal bumper (not shown) for electrical connection from the outside, and the bumper and the electrical connection are interconnected with a head controller (not shown). Ink was ejected at a predetermined position of each nozzle opening.
한편 각각의 가열부 히터에는 측면으로부터 잉크 유입을 쉬한 잉크 베리어(Barrier)(109)가 설치되어져 있고 이것은 잉크 비아(Ink Via)와 연결되어 있어서 잉크 채널을 통해 잉크 유입을 안내하도록 되어져 있다.On the other hand, each heater heater is provided with an ink barrier (109) which makes it easy to flow ink from the side, which is connected to the ink via (Ink Via) to guide the ink flow through the ink channel.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 잉크 분사 장치의 분사 방법을 제6도를 참조로 하여 살펴보기로 한다.A method of spraying a conventional ink jetting apparatus having such a configuration will be described with reference to FIG.
인쇄 명령을 프린터 인터페이스를 통해 전달받은 CPU(10)의 제어 명령에 따라 초기 헤드 드라이버(30)는 시그널(Signal)을 인자를 형성하고자 하는 위치의 한 쌍의 전극(104)(104')에 전기적 에너지를 공급하게 된다.In response to a control command of the CPU 10 that receives a print command through the printer interface, the initial head driver 30 electrically transmits a signal to a pair of electrodes 104 and 104 'at a position to form a factor. To supply energy.
이 전원은 두 전극(Electrodes)(104)(104')을 통해 전달되어 히터부(105)를 전기적 저항열 즉 P=I2R에 의한 일정 시간 동안의 줄(JOULE)열로 가열시킨다.This power is transmitted through two electrodes 104 and 104 'to heat the heater 105 with a joule heat for a period of time due to electrical resistance heat, i.e., P = I 2 R.
이 히터부(105)의 표면은 대개 500℃∼550℃까지 가열되고 그 상부에 복수의 보호층(Protective Layer)(106)으로 열이 전도된다.The surface of the heater portion 105 is usually heated to 500 ° C to 550 ° C, and heat is conducted to the plurality of protective layers 106 thereon.
이 때 보호층에 상호 습착(Wetting)되어있는 잉크에 열이 전달되는데 이때의 히터부에서의 증기압 발생 버블 및 증기압의 분포(C)는 히터부(105)의 중심을 대칭축으로하여 중심부가 가장 높게 나타나는 데, 이 열에 의해 잉크가 가열되면서 버블이 형성되어 이 증기압인 버블에 의해 히터부(105)상부의 잉크에 체적 변화가 일어난다. 이 체적 변화로 인해 밀려난 잉크는 다수 개의 개구부를 가진 노즐 플레이트(111)의 개구부(110)를 통해 밀려난다.At this time, heat is transferred to the ink that is mutually wetted to the protective layer. At this time, the vapor pressure generating bubble and the distribution of the vapor pressure in the heater part have the center of the heater part 105 as the axis of symmetry with the highest center. It appears that bubbles are formed as the ink is heated by this heat, and a volume change occurs in the ink on the heater portion 105 by the vapor pressure bubble. The ink pushed out by this volume change is pushed out through the opening 110 of the nozzle plate 111 having a plurality of openings.
이 때 상기 두 전극(104)(1041에 전달되는 전기적 에너지의 공급을 차단하면 순간적으로 상기 히터부(105)가 냉각되고, 이에 따라 팽창되었던 버블이 수축되면서 잉크가 다시 정상적인 형태로 복원하려고 한다.At this time, when the supply of the electrical energy delivered to the two electrodes 104, 1041 is cut off, the heater unit 105 is instantaneously cooled, and thus, the expanded bubble is contracted, and the ink tries to restore the normal form again.
팽창되어 노즐 플레이트의 개구부밖으로 배출되었던 잉크는 표면장력 등의 원리에 의해 드롭(Drop) 형태로 미디아(Media)에 분사되어 상을 형성하고 그 버블에 해당하는 체적에 따라 내부 압력이 강하되고 잉크는 저장통으로부터 잉크 비아를 거쳐 재충전되는 것이다.The ink, which is expanded and discharged out of the opening of the nozzle plate, is sprayed onto the media in the form of drop by the principle of surface tension to form an image, and the internal pressure drops according to the volume corresponding to the bubble. It is refilled from the reservoir via ink vias.
이와 같은 종래의 기술에 따른 잉크 분사 장치를 이용한 분사 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.The jetting method using the ink jetting apparatus according to the related art has the following problems.
첫째, 잉크를 분사시키기 위해 고열을 이용하여 버블을 형성함에 따라 잉크의 성분이 열적 변화가 발생하고, 버블에 의한 충격파로 내부 수명이 저하되는데 이는 고품질의 인쇄를 요구하는 사용자의 불만의 원인이 되기도 한다.First, as the bubble is formed by using high heat to eject the ink, thermal changes of the components of the ink occur, and the internal life decreases due to the shock wave caused by the bubble, which may be a cause of dissatisfaction of the user who demands high quality printing. do.
둘째로, 잉크와 상기 레지스터(103) 및 두 전극(104)(104')이 보호층(106)을 중간 매체로 접합됨에 따라 전기적으로 상호 반응하고 이에 따라 히터부(105)와 두 전극(104)(104')의 경계층에서 이온의 상호 이동에 의한 부식 발생으로 헤드의 수명이 단축되는 원인이 된다.Secondly, the ink and the resistor 103 and the two electrodes 104 and 104 ′ electrically react with each other as the protective layer 106 is bonded to the intermediate medium, thereby heating the heater 105 and the two electrodes 104. Corrosion caused by the movement of ions in the boundary layer of 104) causes shortening of the life of the head.
셋째, 잉크를 함유하고 있는 잉크 베리어 내에서 버블을 발생시킴에 따라 그 충격으로 인하여 재충전을 위한 싸이클 타임(Cycle Time)이 길어진다.Third, as the bubble is generated in the ink barrier containing the ink, the cycle time for recharging is long due to the impact.
넷째, 드롭(Drop)의 형상이 버블의 형상에 따라 직진성, 원형성, 드롭 양의 균일성 등에 영향을 끼치게 되어 프린팅 품질에 영향을 미친다.Fourth, the shape of the drop affects the straightness, the circularity, the uniformity of the drop amount, and the like, depending on the shape of the bubble, thus affecting the printing quality.
이상에서 열거한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 잉크쳄버를 멤브레인을 이용하여 잉크 쳄버와 가열쳄버로 분리하므로써 레지스터층(Resister Layer)를 덮고있는 보호층(Protective Layer)과 잉크의 접촉에 의한 부식을 방지하고 더불어 잉크분사에 의한 충격으로부터 히터부를 보호하므로써 수명연장의 효과를 가질 수 있는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 분사방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention for solving the problems as listed above by separating the ink chamber into the ink chamber and the heating chamber by using the membrane by the contact of the protective layer (Protective layer) covering the resist layer (Resister Layer) by the ink It is an object of the present invention to provide a jetting apparatus and a jetting method of an ink jet printer which can have a long life effect by preventing corrosion and protecting a heater part from an impact caused by ink spraying.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘(Si) 서브스트레이트(Substrate)층위에 산화 표면 처리에 의해 생성된 산화표면막(SiO2)의 상부에 형성되어 전기적 에너지에 의해 히팅(Heating)동작하는 복수의 레지 스터 층(Resistor Layer)과,The present invention for achieving the above object is formed on the surface of the oxide surface (SiO 2 ) produced by the oxidation surface treatment on the silicon (Si) substrate layer to heat the operation (Heating) by electrical energy A plurality of register layers,
상기 레지스터층의 상부에 형성되어 전기적 에너지를 제공하는 쌍을 이루는 복수개의 전극(Electrode)과,A plurality of electrodes (Electrode) formed in the upper portion of the resistor layer for providing electrical energy,
상기 레지스터층의 소정부분중 두 전극사이에 제공되는 전기적 에너지에 의해 상기 레지스터층에서 발생되는 열을 이용하여 히팅동작하는 히터부와,A heater unit for heating by using heat generated in the resistor layer by electrical energy provided between two electrodes of a predetermined portion of the resistor layer;
상기 두 전극 및 히터부의 표면이 공기와의 산화 접촉에 의해 부식 및 변형되는 것을 방지하기 위한 멀티 레이어(Multi-Layer)의 보호층과,A multi-layer protective layer for preventing the surfaces of the two electrodes and the heaters from being corroded and deformed by oxidative contact with air;
상기 히터부 상부에 일정공간을 형성하기 위해 상기 보호층을 덮고있는 절연층(Insulating Layer)과,An insulating layer covering the protective layer to form a predetermined space on the heater part;
상기 절연층에 의해 형성되어 상기 히터부에서 발생되는 열에 의해 열팽창 되는 액체 및 기체를 포함하는 공간으로 작용하는 다수개의 가열 쳄버와,A plurality of heating chambers formed by the insulating layer and acting as a space containing a liquid and a gas that are thermally expanded by heat generated by the heater unit;
상기 복수의 가열쳄버를 밀폐하고 하부의 히터부로부터 가열에 의해 쳄버 내부가 가열될 때 열 팽창에 의해 체적 변화를 일으키기 위한 멤브레인(Membrane)층과,A membrane layer for sealing the plurality of heating chambers and causing a volume change by thermal expansion when the inside of the chamber is heated by heating from a lower heater part;
상기 멤브레인층의 상부에 위치하며 잉크 비아로부터 전달되는 잉크를 잉크 채널을 통해 각각의 히터부 상부의 잉크쳄버로 유입되어 지도록 벽의 역할을 하는 잉크 베리어와,An ink barrier positioned at an upper portion of the membrane layer and serving as a wall so that ink transferred from an ink via is introduced into an ink chamber above each heater through an ink channel;
상기 멤브레인과 잉크 베리어에 의해 형성되는 공간으로서 상기 잉크채널로부터 전달된 잉크를 함유하고 있는 잉크쳄버와,An ink chamber containing ink transferred from the ink channel as a space formed by the membrane and the ink barrier;
상기 잉크 베리어 및 잉크 쳄버의 상부에 위치하며 상기 잉크 쳄버내의 잉크를 미디아(Media)로 분사시키기 위한 복수의 개구부를 갖는 노즐플레이트와,A nozzle plate positioned on the ink barrier and the ink chamber and having a plurality of openings for ejecting ink in the ink chamber to the media;
상기 쌍을 이루는 복수개의 전극에 전기적 에너지를 공급하기 위한 전기적 연결수단을 포함하는 것을 구성상의 특징으로 한다.It characterized in that it comprises an electrical connection means for supplying electrical energy to the plurality of paired electrodes.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 구성 및 동작을 설명하기로 한다. 제7도는 본 발명의 실시에 따른 분사장치의 확대 단면도이다. 제5도 및 제6도에 도시된 부분에 공통적으로 사용되는 부분에 대해 동일 부호를 사용하기로 한다. 실리콘(Si) 서브 스트레이트(Substrate)층(101)위에 산화 표면 처리에 의해 생성된 산화표면막(SiO2)(102)의 상부에 형성되어 전기적 에너지에 의해 히팅(Heating)동작하는 복수의 레지스터층(Resistor Layer)(103)과, 상기 레지스터층(103)의 상부에 형성되어 전기적 에너지를 제공하며 쌍을 이루며 각 전극에 서로 다른 극성의 전기적 에너지를 제공받는 복수의 전극(Electrode)(104)(104')과, 상기 레지스터층(103) 상부 소정 부분중 두 전극(104)(104')에 제공되는 전기적 에너지에 의해 상기 레지스터층(103)에서 발생되는 열을 이용하여 히팅동작하는 히터부(105)와, 상기 두 전극(104)(104') 및 히터부(105)의 표면이 공기와의 산화 접촉에 의해 부식 및 변형되는 것을 방지하기 위한 멀티 레이어(Multi-Layer)의 보호층(Protective Layer)(106)과, 상기 히터부(106)상부에 일정공간을 형성하기 위해 상기 보호막을 감싸는 절연층(112)과,Hereinafter, specific configurations and operations of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 7 is an enlarged cross-sectional view of the injector according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals will be used for the parts commonly used in the parts shown in FIGS. 5 and 6. A plurality of resistor layers formed on the silicon (Si) substrate layer 101 on the oxide surface film (SiO 2 ) 102 produced by an oxidized surface treatment and heated by electrical energy. (Resistor Layer) 103 and a plurality of electrodes (104) formed on top of the resistor layer 103 to provide electrical energy and form pairs and receive electrical energy of different polarities to each electrode ( 104 'and a heater unit that heats by using heat generated in the resistor layer 103 by electrical energy provided to two electrodes 104 and 104' among predetermined portions of the resistor layer 103 ( 105 and a protective layer of a multi-layer to prevent the surfaces of the two electrodes 104, 104 'and the heater 105 from being corroded and deformed by oxidative contact with air. Layer (106), and to form a predetermined space on the heater unit 106 And an insulating layer 112 surrounding the protective film,
상기 절연층(112)에 의해 형성되어 상기 히터부(105)에서 발생되는 열에 의해 열팽창되는 액체 및 기체를 포함하는 공간으로 작용하는 복수개의 가열 쳄버(113)와, 상기 절연층(112) 상부와 가열쳄버(113)의 상부를 덮어 복수개의 가열 쳄버(113)를 밀폐하고 하부의 히터부로부터 제공되는 열에 의해 가열쳄버내부가 가열될 때 열 팽창에 의해 체적 변화를 일으키기 위한 멤브레인(Membrane)(114)층과, 상기 멤브레인층(114)의 상부에 잉크 비아로부터 제공되는 잉크가 잉크채널을 통해 유입되어 지도록 하는 유로형성을 위한 벽 역할을 하는 잉크 베리어(109)와, 상기 멤브레인(114)층과 잉크 베리어(109)에 의해 형성되는 공간으로서 상기 잉크채널을 통해 전달되는 잉크를 함유하고 있는 잉크쳄버(107)와, 상기 잉크 베리어(109) 및 잉크쳄버(107) 의 상부에 위치하며 상기 잉크 쳄버(107)내의 잉크를 미디아(Media)로 분사시키기 위한 복수의 개구부(110)를 갖는 노즐플레이트(111)와, 상기 한 쌍의 전극(104)(104')에 서로 다른 극성의 전기적 에너지를 공급하기 위한 전기적 연결수단(115)으로 구성된다.A plurality of heating chambers 113 formed by the insulating layer 112 and acting as a space containing a liquid and a gas that are thermally expanded by heat generated by the heater unit 105, and an upper portion of the insulating layer 112. Membrane 114 for covering the upper part of the heating chamber 113 to seal the plurality of heating chambers 113 and causing a volume change by thermal expansion when the inside of the heating chamber is heated by the heat provided from the lower heater part. A layer, an ink barrier 109 serving as a wall for forming a flow path for allowing ink provided from the ink via to flow through the ink channel, and the membrane 114 layer. An ink chamber 107 containing ink transferred through the ink channel as a space formed by the ink barrier 109, and located above the ink barrier 109 and the ink chamber 107, Electrical energy of different polarities to the nozzle plate 111 having a plurality of openings 110 for ejecting ink in the chamber 107 to the media, and the pair of electrodes 104 and 104 '. It consists of an electrical connection means 115 for supplying.
제5도 및 제6도에 도시된 종래의 분사장치와 달리 잉크쳄버 영역이 멤브레인층(114)에 와해 잉크 쳄버(107) 및 가열 쳄버(113)로 분리되어 구성되어 있음을 알 수 있다.Unlike the conventional jetting apparatus shown in FIGS. 5 and 6, it can be seen that the ink chamber region is separated into the ink chamber 107 and the heating chamber 113 by the membrane layer 114.
여기서 멤브레인층(114)을 이용하여 잉크쳄버를 분리하는 이유는 히터부를 이용하여 잉크를 가열하는 종래의 방식에 따른 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉 잉크와 히터부의 접촉에 따른 부식을 방지하고, 버블 생성후 분사에 따른 충격으로부터 히터부를 보호하기 위함이다.The reason why the ink chamber is separated using the membrane layer 114 is to solve various problems according to the conventional method of heating the ink using the heater unit. That is, to prevent corrosion due to contact between the ink and the heater, and to protect the heater from the impact of the injection after the bubble is generated.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 동작을 살펴보기로 한다.An operation according to the present invention having the above configuration will be described.
제8도에서는 두 전극(104)(104')에 전원을 인가하였을 때의 상태를 나타내고 있다.8 shows a state when power is applied to the two electrodes 104 and 104 '.
원하는 위치 즉, 인쇄를 실시하기 위해 설정된 위치에 인자를 형성하기 위해 헤드 드라이버(도시되지 않음)에서 해당 전극에 전기적 신호인 에너지를 공급한다.A head driver (not shown) supplies an electrical signal of energy to the corresponding electrode in order to form a print at a desired position, i.e., a position set for printing.
이 때 전기적 연결수단(115)을 통해 해당 위치의 전극 즉, 두 전극(104)(104')에 서로 다른 극성의 전원을 공급한다.In this case, power of different polarities is supplied to the electrodes at the corresponding positions, that is, the two electrodes 104 and 104 'through the electrical connection means 115.
제공되는 전기적 에너지에 의해 히터부(105)에서 열이 발생하고 이 열은 가열 쳄버(Heating Chamber)(113)내의 액체를 가열시키고 이에 따라 밀폐된 공간에서의 열팽창된 액체 및 기체의 압력이 멤브레인층(114)을 밀어내고 이에 따라 변형된 멤브레인(114)이 상기 잉크 쳄버(107)내의 잉크를 노즐 플레이트(111)에 형성된 개구부(110)쪽으로 밀어내게 된다.Heat is generated in the heater section 105 by the provided electrical energy, which heats the liquid in the heating chamber 113, whereby the pressure of the thermally expanded liquid and gas in the enclosed space causes the membrane layer. Pushing out 114 and thus deforming the membrane 114 pushes the ink in the ink chamber 107 toward the opening 110 formed in the nozzle plate 111.
그 이유는 가열쳄버(113)내의 액체 및 기체가 열에 의해 팽창되어 그 압력(P) 이 최초의 압력(P0) 즉, 전원이 인가되지 않았을 때의 압력보다 크기 때문에 멤브레인(114)을 밀어낼 수 있는 것이다.The reason is that the liquid and gas in the heating chamber 113 are expanded by heat so that the pressure 114 can push the membrane 114 because the pressure P is larger than the initial pressure P0, that is, the pressure when no power is applied. It is.
이와 같이 개구부(108)을 통해 밀려나온 잉크 드롭(Ink Drop)은 제9도에 도시된 바와 같이 두 전극(104)(104')에 제공되는 전기적 에너지를 차단할 때 미디아(Media)쪽으로 분리된다.The ink drop pushed out through the opening 108 is separated toward the media when the electrical energy provided to the two electrodes 104 and 104 'is blocked as shown in FIG.
다시말해서 가열쳄버(113)내의 책체 및 기체가 열 팽창됨에 따라 변형되었던 멤브레인(114)에 의해 개구부(110)로 밀려나온 잉크 드롭(Ink Drop)이 두 전극(104)(104')으로의 전기에너지 차단과 이에 따른 가열쳄버(113)의 온도저하 및 멤브레인(114)의 냉각변형에 의해 발생되는 흡입력에 의해 개구부(110)로부터 분리된다.In other words, an ink drop pushed into the opening 110 by the membrane 114 which was deformed as the book and gas in the heating chamber 113 were thermally expanded is transferred to the two electrodes 104 and 104 '. It is separated from the opening 110 by the suction power generated by the energy cutoff and thus the temperature drop of the heating chamber 113 and the cooling deformation of the membrane 114.
멤브레인(114)의 상단부 즉 잉크 쳄머(107)측에 습착된 부분은 잉크 쳄버(107)내의 잉크와 맞닿아 있으므로 쉽게 열을 잃게 되어 본래의 상태로 복귀되려는 관성력이 크다. 이와 반대로 멤브레인(114)의 하단 즉 가열쳄버(113)측에 맞닿는 부분은 상대적으로 원상태로 복귀하려는 탄성력이 작다.The upper end of the membrane 114, i.e., the portion wetted to the ink polymer 107 side, is in contact with the ink in the ink chamber 107, and thus loses heat easily and has a large inertial force to return to its original state. On the contrary, the lower end of the membrane 114, that is, the portion which is in contact with the heating chamber 113 side, has a relatively small elastic force to return to its original state.
이는 잉크와 접하는 부분과 가열쳄버와 접하는 부분이 열변화에 대한 수축률의 차이가 있기 때문이다.This is because the part in contact with the ink and the part in contact with the heating chamber have a difference in shrinkage with respect to heat change.
따라서 상기 가열쳄버(113)내의 압력(P2)은 두 전극(104)(104')에 전달되는 전원이 차단됨에 따라 최초 가열쳄버(113)의 공기압(P0)보다 작게 되며, 크더라도 상기 멤브레인(114)이 관성력에 의해 어느 일정 범위에서 급격히 반대방향(가열쳄버 방향)으로의 탄성력으로 변형이 발생되어 순간적인 흡입력을 갖게 된다.Therefore, the pressure P2 in the heating chamber 113 is smaller than the air pressure P0 of the first heating chamber 113 as the power delivered to the two electrodes 104 and 104 'is cut off, and even though the pressure P2 is larger than the membrane ( 114) This inertial force causes deformation in an elastic force in a certain range rapidly in the opposite direction (heating chamber direction) to have instantaneous suction force.
따라서 잉크드롭(Ink Drop)은 표면장력 등의 영향으로 인해 개구부(110)로부터 분리되어 미디아(Media)로 분사되는 것이다.Therefore, the ink drop is separated from the opening 110 due to the influence of the surface tension and injected into the media.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가열쳄버내의 액체의 열괭창을 조절하여 멤브레인의 변형에 따라 잉크를 분사하므로써, 잉크와 히터부가 분리되어 있음에 따라 잉크와 보호막의 접촉에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 버블이 생성되어 개구부로 분사될 때 생기는 충격에 의해 보호막이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 결국 고품질의 인쇄를 기대할 수 있는 효과를 가진다.As described above, according to the present invention, the ink is heated according to the deformation of the membrane by adjusting the heat swelling of the liquid in the heating chamber, so that the ink and the heater are separated, thereby preventing corrosion due to contact between the ink and the protective film. In addition, it is possible to prevent the protective film from being damaged by the impact generated when bubbles are generated and injected into the openings, and thus have an effect of expecting high quality printing.
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