KR100205747B1 - 잉크젯프린터의 분사장치 및 분사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터의 분사 장치 및 분사방법에 관한 것으로, 서로 다른 층(Layer)에 형성된 개별전극과 노즐 플레이트 사이에 저(Low)전압을 인가시켜서 도전성 잉크(Conductive Ink) 내에서 발생되는 전기분해에 의해 네가티브(Negative)(-) 전극(Electrode)부에 양이온(Positive Ion) 성분의 기체를 발생시켜 그 증기압을 이용하여 잉크를 개구부로 분사시켜 인자를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
공통전극(Common Electrode)인 노즐 플레이트(Nozzle Plate)를 잉크와 습착(Wetting)하는 부분을 도전층으로하여 단위 면적당 전류 밀도를 집중시켜 고주파 구동이 용이하도록 하고, 미디아(Media)와 대응하는 면을 절연층으로 구성하여 전기적 누실을 방지할 수 있는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 분사방법에 관한 것이다.
개별전극을 보호하기 위한 프로텍션 레이어(Protection Layer)가 불필요한 점이 다르며, 결과적으로 히팅부(Heater)에서 발생되는 열에 의해 표면이 손상되는 문제점을 갖지 않는다.

Description

잉크젯 프린터의 분사 장치 및 분사 방법
본 발명은 잉크젯 프린터의 분사 장치 및 분사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 층(Layer)의 두전극 사이에 저(Low)전압을 인가시켜서 도전성 잉크(Conductive Ink) 내에서 줄(JOULE) 열에 의해 잉크 쳄버 내에서 버블을 발생시켜 그 증기압으로 잉크를 개구부로 분사시켜 인자를 형성하는 장치에 있어서 공통전극(Common Electrode)인 노즐 플레이트(NOzzle Plate) 중 잉크와 습착(Wetting)하지 않는 부위를 절연층으로 구성시키므로써 에너지 주실(Leakage)을 방지하기 위한 잉크젯 프린터의 분사장치 및 분사 방법에 관한 것이다.
먼저 일반적인 잉크젯 프린터의 구성 및 동작 원리를 도1을 이용하여 설명하자면 다음과 같다. 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 잃어 들여 해석, 실행하여 프로그램 내용에 따라 제어신호를 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 ASIC으로 구현되어 CPU(10)주변의 대부분의 소자에 대한 CPU(10)와의 데이트 전송을 실행하는 ASIC 회로부(20)와, 상기 ASIC회로(20)로부터 전달되는 CPU(10)의 제어 신호에 따라 잉크 카트리지(31)의 구동을 제어하는 헤드 드라이버(30)와, 메인 모터(41)의 동작을 제어하는 메인 모터 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(61)의 구동을 제어하는 라인피드 모터 구동 회로(60)를 포함하여 구성된다.
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.
상기 잉크 카트리지(31)를 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. 도2는 잉크 카트리지의 구조를 나타내는 단면도로서, 용기 외면을 이루는 케이스(1)내에 저장되는 스펀지에 흡입되어 있는 잉크(2)와 헤드(3)부로 구성되다.
도3은 도2에 도시된 헤드부의 확대 단면도이다. 잉크 내에 혼합된 불순물을 제거하기 위한 필터(32)와, 상기 필터(32)를 거쳐 필터링된 잉크를 저장하고 있는 잉크 스탠드 파이프 쳄버(Ink Stand Pipe Chamber)(33)와, 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 가열 히터부(도시되지 않음)의 잉크를 미디아(Media)로 분사시키기 위한 다수개의 개구부가 설치된 노즐 플레이트(36)로 구성된다.
도4는 도3의 E-E 축을 단면으로 A 측에서 본 평단면도이다. 다수개의 개구부를 가진 노즐 플레이트(36)와 칩(35) 사이의 잉크 쳄버(39)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 잉크 쳄버(39)와, 상기 다수 개의 잉크 쳄버(39)에서의 버블생성을 위한 전원을 제공하는 다수개의 전기적 연결수단(38)이 도시되어 있다.
한편 도5는 도4의 F-F축을 단면으로 B 측에서 본 확대 단면도이다. 실리콘(Si) 서브스트레이트(Substrate)(101)층 위에 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(Electride Layer)(104)(104')와, 상기 두전극(104)(104')의 상부와 레지스터층(Resistor Layer)(103) 사이에 형성되는 히터부(105)가 잉크와의 화학작용에 의하여 부식 및 변형되는 것을 방지하기 위한 멀티레이어(Multi-Layer)의 보호층(106)과, 상기 히터부(105)에서 발생되는 열에 의해 잉크 내에 버블을 생성시키는 잉크 쳄버(Ink Chammer)(107)와 잉크 비아(Ink Via)로부터 제공되는 잉크를 상기 잉크 쳄버(107)에 전달하기 위한 유로역할을 하는 잉크 채널(Ink Channel)(108)과, 상기 잉크 채널(108)을 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 체적변화에 따라 밀려나는 잉크를 분사시키기 위한 다수의 개구부(110)를 갖는 노늘 플레이트(111)를 포함하여 구성된다.
이 때 노즐 플레이트(111)와 가열 히터(105)들은 상호 대응을 위해 일정 거리(Gap)를 두고 부착되어 있다. 또한 상기 한 쌍의 두전극(104)(104')은 외부로부터 전기적 연결을 위한 단자 범퍼(Bumper 도시되지 않음)와 연결되어져 있으며, 이 범퍼와 전기적 연결이 헤드 컨트롤로(도시되지 않음)와 상호 연결되어져 각각의 노즐 개구부의 정해진 위치에서 잉크가 분사되도록 하였다.
한편 각각의 가열부 히터는 측면으로부터 잉크 유입을 위한 잉크 베리어(Barrier)(109)가 설치되어져 있고 이것은 공통 잉크제공부(Common Ink Via)와 연결되어져 있어서 잉크 채널을 통한 잉크의 유입을 안내하도록 되어져 있다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 잉크 분사 장치의 분사 방법을 도6을 참조로 하여 살펴보기로 한다. 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. 이 전원은 두 전극(Electrides)(104)(104')을 통해 전달되어 히터부(105)를 전기적 저항열 즉 P=I2R에 의한 일정 시간 동안의 줄(JOULE) 열로 가열시킨다. 히터부(105)의 표면은 대개 500℃∼550℃까지 가열되고 그 상부에 복수의 보호층(Protective Layer)(106)으로 열이 전도된다.
이 때 보호층에 상호 습착(Wetting)되어있는 잉크에 열이 전달되는데 이때의 히터부에서의 증기압 발생 버블 및 증기압의 분포는 히터부(105)의 중심을 대칭축으로 하여 중심부가 가장 놓게 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.
이 때 상기 두 전극(104)(104')에 전달되는 전기적 에너지의 공급을 차단하면 순간적으로 상기 히터부(105)가 냉각되고, 이에 따라 팽창되었던 버블이 수축되면서 잉크가 다시 정상적인 형태로 복원하려고 한다. 팽창되어 노즐 플레이트의 개구부 밖으로 배출되었던 잉크는 표면 장력 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.
이와 같은 종래의 기술에 따른 잉크 분사 장치를 이용한 분사 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 잉크를 분사시키기 위해 고열을 이용하여 버블을 형성함에 따라 잉크의 성분이 열적 변화가 발생하고, 버블에 의한 충격파로 내부 수명이 저하되는데 이는 고품질의 인쇄를 요구하는 사용자 불만의 원인이 되기도 한다.
둘째,로, 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.
셋째, 잉크를 함유하고 있는 잉크 베리어 내에서 버블을 발생시킴에 따라 그 충격으로 인하여 재충전을 위한 싸이클 타임(Cycle Time)이 길어진다.
넷째, 드롭(Drop)의 형상이 버블의 형상에 따라 직진성, 원형성, 드롭 양의 균일성 등에 영향을 끼치게 되어 프린팅 품질에 영향을 미친다.
또한 복수의 보호층이 전극과 레지스터 상부에 형성됨에 따라 제조 공정의 난이성 및 크린룸(Clean Room)에서의 제조, 공정 비용의 증가 등의 원인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 개선된 분사장치를 도7에 나타내고 있다. 노즐 플레이트(200)의 상·하면에 제 1 전극(201)과 제 2 전극(202)을 형성시키고, 엑사이머(Excimer)레이저(LASER)를 이용하여 노즐(203)을 가공하였다. 이 노즐(203)을 직접 잉크 저장통(도시되지 않음)과 연결하여 도전성 잉크를 모세관 현상을 이용하여 노즐(203) 내에 유입시킨다. 그리고 두 전극(201, 202)에 고전압을 인가시켜 노즐내의 도전성 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압에 의해서 노즐 내 잉크를 용지상으로 분사시키는 방법이다.
이 때 노즐(203)은 용지에 맞닿는 상부의 단면적보다 하부의 단면적이 작은 테이퍼 형상을 갖게 되어 있다. 각 전극에 인가되는 전압은 약 1000V∼3000V에서 10㎑까지 구동 가능하다.
이와 같은 개선 기술에서는 고전압에 의해 노즐내의 잉크를 가열시켜 노즐내의 잉크를 용지상으로 분사시킴에 따라 노즐의 길이가 길어야 한다. 또한 하부측의 전극부단면적 즉 노즐과 연결되는 제 2 전극부의 홀(Hole)(D)이 노즐 하단부의 단면적(D') 보다 크다. 따라서 각 전극에 전압을 인가하였을 때 전류밀도의 집중이 어려워 고전압이 요구된다. 또한 두 전극과 노즐부를 갖는 노즐 플레이트의 두께가 매우 두꺼워 가공상의 소요 공정 시간이 길어져 생산비용의 증가되는 문제점을 안고 있다.
이상에서와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 노즐 플레이트를 공통 전극으로 사용하며 그 표면을 절연층으로 전체를 균일하게 도포시키고, 내측인 잉크 쳄버측을 도체로 구성하여 구조가 간단하고 가공이 용이하며 전류의 손실을 방지할 수 있는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 전류밀도의 집중화와 이로 인한 전류손실을 방지하여 저전압구동과 버블 생성위치의 일정화를 추구하여 드롭의 직진성을 기대할 수 있는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 첫번째 버블이 생성되면 그 주위의 전류밀도를 증가시켜 주변에 연쇄적으로 버블을 생성 및 변형시켜 전체적인 증기압을 증가시킬 수 있는 잉크젯 프린터의 분사 장치 및 분사방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 잉크 분사 장치내의 쳄버에서 두전극에 인가되는 전기적 에너지에 따라 도전성 잉크 내에서 발생되는 전류밀도의 흐름을 안정화시키기 위하여 노즐 플레이트의 개구부 소정의 부위를 도체층으로 감싸므로써 인쇄의 품질을 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린터의 분사장치 및 분사방법을 제공함에 잇다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 노즐 플레이트를 잉크 쳄버내의 잉크와 습착(Wetting)된 부분은 니켈(Ni) 혹은 플라티늄(Platinum)합금으로 구성된 도전층(Conductive Layer)으로 구성하고, 미디아(Media)와 대응하는 다른 한 측면은 절연층(Insulating Layer)으로 구성되도록 복수층으로 이루어 도전성 잉크를 통해 발생되는 에너지를 집중시키고, 전기적 에너지가 누실 되는 것을 방지함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두드러진 특징은 버블의 생성이 전극의 표면이 아닌 잉크 쳄버 내에서의 도전성잉크에서 내부 전류밀도의 흐름에 따라 발생되는 열에 의한 점에 있다.
또한 본 발명의 구조적 특징은 노즐 플레이트를 공통 전극으로 사용하며 그 표면을 절연체로 도포한 점에 있다.
또한 본 발명은 도전성 잉크를 사용하며, 상기 도전성 잉크는 일정분의 저항 성분을 포함하는 것을 세부적인 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은 상기 노즐 플레이트는 상기 개별적극과 전기적으로 분리되어 서로 다른 층(Layer)에 형성되어져 공통전극(Common Electrode)으로 사용되어 잉크 내에 버블을 생성시키고, 잉크와 습착(Wetting)된 면은 도전층으로 구성되고 미디어(Media)와 대응하는 측면은 절연층으로 구성된 점에 있다.
제1도는 일반적인 잉크젯 프린터의 구성을 나타내는 블록도,
제2도는 잉크 카트리지의 개략적 단면도,
제3도는 종래 기술에 따른 헤드부의 확대 단면도,
제4도는 제3도의 E-E 축을 단면으로 A 측에서 본 평단면도,
제5도는 제4도의 F-F 축을 기준으로 B 측에서 본 종래 기술에 따른 분사 장치의 확대단면도,
제6도는 종래 기술에 따른 잉크 분사 방식을 나타내는 예시도,
제7도는 개선된 종래 기술에 의한 분사장치의 노즐 플레이트부,
제8도는 본 발명의 일 실시에 따른 분사장치의 단면도,
제9도는 제8도에 따른 분사장치의 부분 확대도,
제10도는 본 발명의 다른 실시에 따른 분사장치의 단면도,
제11도는 제10도에 나타난 노즐플레이트의 평단면도,
제12도는 본 발명에 따른 잉크 분사 방식을 나타내는 예시도 이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 케이스 2 : 잉크
3 : 헤드 32 : 필터
33 : 잉크 스탠드 파이프 챔버 34 : 잉크 비아
35 : 칩 36, 111 : 노즐 플레이트
37, 108 : 잉크 채널 38, 114 : 전기적 연결수단
39, 107 : 잉크 쳄버 101 : 서브스트레이트
102 : 산화표면막 103 : 레지스터등
104, 104' : 전극 105 : 히터부
106 : 보호층 107 : 잉크 쳄버
109 : 잉크 베리어 110 : 개구부
112 : 도전층 113 : 절연층
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 분사 장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 서브 스트레이드(Si)(101)의 서포터(Support) 상에 산화 처리된 표면 박막(SiO2)(102) 상부에 위치하며 잉크 내에 버블을 생성시키기 위한 부분이 잉크와 습착(Wetting)되어 있고 기타부분은 절연되어 있는 개별전극(Indinidual Electrode)(104)과, 상기 개별전극(104)과 전기적으로 분리되어 서로 다른 층(Layer)에 형성되어져 공통전극(Common Electrode)으로 사용되고, 상기 개별전극(Indinidual Electrode)(104)과의 전기적 공급으로 잉크 내에 버블을 생성시키고, 일정부분이 잉크와 습착(Wetting)되어 있으며 잉크를 미디어(Media)로 분사시키기 위해 복수 개의 개구부(110)와 그 주위를 둘러싸는 도전층(112)과 그 위에 형성된 절연층(113)으로 구성된 노즐 플레이트(Noozzle Plate)(111)와, 상기 다수의 개별전극(104)표면의 잉크와 습착되어진 부분이 서로 근접한 개별적극(104)과의 전기적 분리 및 잉크 비아(Ink Via)로부터 잉크 채널(Ink Channel)을 거쳐 전달되는 잉크를 잉크 쳄버(Ink Chamber)로 제공하기 위한 유로형성의 벽 역할을 하고, 상기 노즐 플레이트상의 개구부로 잉크가 분사될 때 분사력 증가와 증기압의 직진성을 제공하는 베리어(Barrier)(109)와 상기 베리어(Barrier)(109)를 통해 잉크를 제공받고, 상기 개별전극(104) 및 노즐 플레이트(111) 사이의 전류밀도에 의한 버블 생성이 이루어지는 공간으로 작용하는 잉크쳄버(Chamber)(107)와 상기 개별전극(Indinidual Electrode)(104) 및 노즐 플레이트(Nozzle Plate)(111)에 전기적 에너지를 공급하기 위한 전기적 연결수단(114)을 포함하여 구성된다.
노즐 플레이트(111)의 표면을 절연층(113)으로 전체를 균일하게 도포시키고 내측인 잉크 쳄버(107)측을 도체로 구성하여 가공 및 구조가 간단하고 전류의 손실을 막을 수 있도록 구성되어 있다.
또한 도전층은 해당 잉크 쳄버(107) 크기와 동일하거나 주변의 쳄버에 걸치지 않도록 되어있다. 전류밀도의 집중화와 전류손실을 방지할 수 있도록 되어있다. 따라서 저전압으로 구동이 가능하고 버블 생성 위치가 일정하여 드롭(Drop)의 직진성이 향상될 수 있다.
상기 개별전극 및 노즐플레이트의 재질은 도전성 잉크와의 이온 작용으로 인한 부식을 방지하기 위해 니켈(Ni)과 플라티늄(Platinum)의 합금으로 구성된다.
일반적인 잉크젯 프린터의 프린팅 방법은 종래 기술과 동일하며 본 발명은 잉크젯 프린터의 분사 장치(HEAD)에 관한 것이므로 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 분사장치에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저 원하는 위치 즉, 인쇄를 실시하기 위해 설정된 위치에 인자를 형성하기 위해 에드 드라이버(도시되지 않음)에서 해당 개별 전극(Indinidual Electrode)에 전기적 신호인 에너지(Energy)를 공급한다.
이 때 전기적 연결 수단(114)을 통해 해당 위치의 전극 즉, 개별 전극(Indinidual Electrode)(104)에 전압이 인가되는 동시에 노즐플레이트(111)의 도전층(112)에는 공통 전극(Common Electrode)으로써 반대 극성의 전압을 인가시킨다. 이 때의 전압은 직류전압(DC) 100V 이하의 전원을 공급하며, 이 때 각 전극에 흐르는 전류는 5A 이하의 전류가 공급되도록 한다.
개별 전극(Indinidual Electrode)과 공통전극(Common Electrode) 사이에서 상호 전기적 통전이 되도록 웨팅(Wetting)되어 있는 일정 저항 성분을 도전성 잉크를 타고 전류가 흐르게 된다.
이 때, 도전성 잉크는 염화 나트륨(NaCl)을 함유하고 있어 도전성을 가지고 있으며, 내부 전류와 저항에 의해서 열을 발생하게 되는데, 이는 P=I2R(P: 일, I: 전류,R: 저항)에 나타난 바와 같은 줄(JOULE)의 법칙에 따라 전기적 에너지가 열 에너지로 변환되게 된다.
노즐 플레이트(111)에 형성된 개구부(110)는 도9에 나타난 바와 같이 용지측 단면적(T')이 잉크 쳄버측 단면적(T)보다 작게 되어 있다. 따라서 잉크 드롭의 직진성이 향상되도록 구성된다.
한편 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 분사장치의 다른 구성을 도10을 통해 살펴본다. 도8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 구성과 다른 점은 다수개의 개구부(110)를 갖는 노즐 플레이트(111)층 내에 형성된 도전층(112)이 환(Donut)형으로 구성된 점이다.
이러한 도전층(112)은 개구부(110) 주위를 둘러싸고 있으며 쳄버(107) 내에서 발생되는 전류밀도의 흐름이 노즐 플레이트 등에 의해 분산되는 것을 방지하여 버블의 생성을 보다 안정되게 함으로써 인자의 품질을 향상시키기 위함이다.
도11은 도10에서 나타난 바와 같은 구성을 갖는 노즐 플레이트(111)를 상부 즉 개구부(110) 주위를 도전층(112)이 둘러싸고 있으며 그 형태는 환(Donut)형을 이루는 것을 알 수 있다. 도8 및 도10에서 나타난 바와 같이 구성되는 본 발명의 구체적인 버블 생성 및 인자 형성과정은 도12에서 나타난 바와 같다.
즉, 개별전극(104)과 노즐 플레이트(111)의 도전층(112)에 서로 다른 극성의 전원을 공급한다. 다시 말해서 직류전압을 인가하게 되면 개별전극(104) 측으로부터 노즐 플레이트(111) 방향으로 전류밀도의 차가 발생하고 이 전류밀도 차에 따라 상기 쳄버(107) 내의 잉크에 내부 전류 및 저항에 의해서 열을 발산하게 된다.
개별전극(104) 및 노즐 플레이트(111)의 사이에 형성된 잉크 쳄버(107)에서 버블이 발생하면 전류 밀도는 이 버블 주위를 따라 흐르게 되고 버블을 뚫고 통과하지 못하게 된다.
이 때 버블 주위에서 전류 밀도가 집중되고 결과적으로 전류가 놓아짐에 따라 초기 버블이 발생된 주위에서 연쇄적으로 P=I2R의 증가로 열이 발생되어 버블이 발생하게 된다. 다시 말해서 초기 버블이 발생되면 주변의 전류 밀도가 증가되고 이에 따라 연쇄적으로 버블과 버블간의 연결 및 변형 등으로 부분적으로 커다란 형태의 버블이 생성되고 증기압을 증가시키게 되는 것이다.
따라서 어느 일정 시간 동안 인가된 에너지오 인하여 두 전극간의 잉크 쳄버의 영역(107)에서 버블의 연쇄적 발생이 이루어진다. 결과적으로 이렇게 생성된 버블로 인해 큰 증기압이 발생하면서 잉크 쳄버(107) 내의 체적 변형이 발생하고 잉크 쳄버(107)의 잉크가 노즐 플레이트(111)의 개구부(110)로 밀려 나가게 된다.
개구부(110) 밖으로 밀려나온 잉크는 드롭(Drop)을 형성하면서 노즐부에서 점성에 의해 점차로 증가되다가 개별전극에 인가되는 전기적 에너지를 차단시키면 잉크 쳄버(107)에서의 버블은 사라지고 동시에 내부 압력 강하로 노즐부에서 분사 직전의 드롭(Drop)은 상호 분리되면서 미디아(Media)로 분사된다.
동시에 내부 압력 강하로 잉크는 잉크 스탠드 파이프 쳄버(도시되지 않음)로부터 잉크 비아(Ink Via) 및 잉크 채널(Ink Channel)을 거쳐 잉크 쳄버(107)로 재충전 된다.
이와 같은 반복된 동작을 통해 잉크 분사와 재충전을 하며 원하는 상을 미디아(Media)로 구현시킬 수 있게 된다.
다시 말해서 상기 잉크 쳄버(107) 내의 잉크와 습착(Wetting)된 개별 전극(104)과, 노즐 플레이트(111)의 도전층(112) 사이에 인가된 전기적 에너지가 중간 매체인 도전성 잉크를 통해 내부 어느 부분에서 열이 발생하고 그 열에 의해 잉크가 가열 및 증발되어져 버블을 생성시켜 잉크를 개구부(110)로 분사시키게 됨에 있어서,
상기 노즐 플레이트(111)의 도전층(112)은 잉크 쳄버(107) 내의 잉크와 습착된 개별전극(104)에 대응하는 부분만 전기적 통전이 이루어지는 도전층으로 형성하므로써 단위 면적당 전류밀도를 집중시킬 수 있어서 고주파 구동이 용이하도록 한다.
한편, 상기 노즐 플레이트(111)의 절연층(113)은 고온, 고습 및 저저항(Low Resistance)의 미디아(Media)가 이송시나 불규칙 이동에 의해 발생될 수 있는 전기적 누실(Leakage)되는 것을 방지하여 그 효율을 향상시키게 된다.
이와 같이 본 발명은 버블 생성을 위한 구조에 있어서 종래의 헤드의 구조가 전극과 저항으로 형성된 히터부에서 잉크를 가열하는 구조로 되어 있는 반면에, 개별 전극과 공통전극으로 작용하는 노즐 플레이트를 절연층을 이용하여 전기적으로 분리시켜 주어, 두 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가시켜 버블생성을 위한 전류밀도 차에 의한 전류의 흐름을 이용하여 잉크내의 내부전류와 저항성분에 의해 발생되는 열을 이용하도록 구성되어 종래의 기술에 의한 헤드의 구조에서 내부의 전극을 보호하기 위한 프로텍션 레이어(Protection Layer)가 불필요한 점이 다르며, 이는 종래 기술에 따라 히팅부(Heater)에서 발생되는 열에 의해 표면이 손상되는 문제점을 갖지 않는다.
또한 종래에 기술과는 달리 버블이 직접 레지스터(Resister) 히터(Heater)의 표면에서 발생하고 없어짐에 따라 그 충격파로 인한 레지스터 히터의 표면이 파괴되어 수명이 단축되는 문제가 없으며, 내부 구조가 간단하여 공정 및 제작에 따르는 생산비용이 절감될 수 있다.
무엇보다도 버블이 잉크 내부에서 줄(JOULE)의 벌칙에 따라 연쇄적으로 생성되는 방법을 사용하는 점이 종래의 기술에 비해 개선된 것이다. 참고로 더불어 개별전극(과 노즐 플레이트를 전기적으로 절연시켜 분리 함으로써 버블생성을 위한 밀도를 향상시킴은 물론 항상 균일한 증기압을 유지시킬 수 있다. 따라서 잉크의 직진성 및 균일 분사속도를 유지할 수 있으며 상기 잉크 쳄버(107) 내의 잉크와 습착된 부분을 도체 및 그 하부에 대응하는 개별전극의 단면적에 대응하도록만 도전층을 구성시키므로써 전류밀도 증가의 원인이 되며 저전압의 공급으로도 버블생성을 용이하게 한다. 더불어 고주파수 잉크 분사(Ejection) 구동이 용이하도록 구조를 간단하게 하며 공정 제작에서의 양산성이 향상될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (13)

  1. 표면이 산화 처리(SiO2)된 기판(Substrate)의 상부에 위치하며, 전도성을 가지며 일정 저항성분을 갖는 도전성잉크 내에 버블(Bubble)을 생성시키기 위한 일정 부분이 잉크와 습착(Wetting)되어있고, 기타 부분은 절연되어 있는 다수의 개별전극(Indinidual Electrode)과, 상기 잉크와 습착된 복수개의 개별전극들과 상응하고 전기적으로 분리되어 서로 다른 층(Layer)에 형성되어져 공통전극(Common Electrode)으로 사용되고, 상기 개별전극과의 전기적 공급으로 잉크 내에 버블을 생성시키고, 잉크와 습착(Wetting)된 면은 도전층으로 구성되고 미디어(Media)와 대응하는 면은 절연층으로 구성되어, 복수 개의 개구부를 갖는 노즐 플레이트(Nozzle Plate)와, 상기 다수의 개별전극 표면의 잉크와 습착(Wetting)되어진 부분이 서로 근접한 개별전극과의 전기적 분리 및 잉크를 개구부로 버블에 의해 분사시키기 위한 분사력 증가와 증기압의 직진성을 제공하고 잉크 비아(Ink Via)로부터 제공되는 잉크가 잉크채널을 통해 전달될 수 있도록 유로 형성을 위한 벽면이 되는 잉크 베리어(Barrier)와, 상기 잉크 베리어(Barrier)를 통해 잉크를 제공받고, 상기 개별전극 및 노즐 플레이트 사이의 전류밀도에 의한 버블 생성이 이루어지는 공간으로 작용하는 잉크 쳄버(Chamber)와, 상기 개별전극(Indinidual Electrode) 및 노즐 플레이트(Nozzl)의 도전층에 전기적 에너지를 공급하기 위한 전기적 연결수단을 포함하여 구성된 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개별전극 및 노즐 플레이트의 도전층은 잉크와의 부식을 방지하기 위해 니켈(Ni)과 플라티늄(Platinum)의 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 잉크 내에는 도전성 활성화를 위하여 염화나트륨(NaCl)이 함유됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 잉크 내에서의 버블은 개별전극과 노즐 플레이트의 사이인 잉크 쳄버(Chamber) 내에서 발생됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 버블 생성은 전극(Electrode)의 표면이 아니라 잉크 내부에서의 전류밀도의 차에 의해 발생되는 열로 인해 생성됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개별전극(Indinidual Electrode) 및 노즐 플레이트(Nozzle Plate)의 도전층에 인가되는 전압은 직류(DC) 100 볼트(V) 이하의 전압인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 개별전극(Indinidual Electrode) 및 노즐 플레이트(Nozzle Plate)의 도전층에 인가되는 전류는 5A 이내의 범위에서 공급되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베리어(Barrier)는 접착제인 아교(Glue)로서 상기 노즐 플레이트(Nozzle)와 접착됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 베리어(Barrier)는 상기 노즐 플레이트(Nozzle)와 열융착 방법에 의해 실링(Sealing)되어 있음을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 도전층(Conductine Layer)은 상기 노즐 플레이트(Nozzle Plate) 내에 다수개 존재하는 개구부의 외곽부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 도전층은 환형(Circle)의 형태로 노즐 플레이트 내의 다수의 개구부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 장치.
  12. 베리어(Barrier)를 경계로 다수의 개별전극과 노즐 플레이트를 서로 다른 층에 절연되도록 형성하고, 상기 노즐 플레이트를 도전층과 절연층으로 구성하여 인자를 형성하기 위해 상기 개별전극 및 노즐 플레이트의 도전층에 서로 다른 극성의 전원을 공급하고, 잉크 쳄버에 위치하는 도전성 잉크 사이의 전류밀도의 흐름에 상기 노즐 플레이트의 도전층의 영향력으로 직진성을 부여하고, 잉크의 내부 전류 및 저항 성분에 의해 발생되는 열에너지를 이용하여 버블을 생성하고, 상기 버블을 노즐 플레이트의 개구부로 분사하는 잉크젯 프린터의 분사 방법.
  13. 제25항에 있어서, 초기 버블이 생성되면 버블 주위 전류 밀도의 증가로 그 주변에 연쇄적으로 버블이 생성 및 변형되고 전체적인 증기압이 증가되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 분사 방법.
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