KR100208015B1 - 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터에 관한 것으로, 본 발명 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지는 노즐 플레이트의 일정부위에 노즐 오리피스가 형성되어 상기 노즐 오리피스의 하부에 잉크가 수납된 잉크 챔버를 구비하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지에 있어서, 상기 노즐 오리피스의 하부측 잉크 챔버에 서로 다른 잔류응력을 갖는 박막이 적층된 양단 지지보를 설치한 것을 특징으로 하며, 잉크 분사 방법은 전극층에 정전기력을 인가하는 단계와, 인가된 정전기력에 의해 양단 지지보의 길이가 변형되는 단계와, 양단 지지보의 길이의 변형으로 노즐 오리피스의 방향으로 잉크가 토출되는 단계와, 인가된 정전기력이 소멸되어 양단 지지보가 본래의 크기로 복귀하는 단계가 연속적으로 반복되어 잉크를 분사하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 잔류응력이 상이한 2개의 박막층이 정전기력에 의해 발생한 인장력과 서로 다른 잔류응력의 조합으로 변위를 발생시키고, 충격력을 전달하도록 하여 노즐을 통해 잉크를 토출시키는 것이다.

Description

잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지
본 발명은 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지에 관한 기술로서, 특히 서로 다른 잔류응력을 갖는 박막층이 적층된 양단 지지보를 노즐 오리피스의 하부에 설치하여 잉크를 연속분사하도록 한 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지 및 이를 이용한 잉크 분사 방법에 관한 것이다.
종래의 드롭 온 디멘드(drop on demand) 방식의 잉크젯 프린터의 카트리지에 적용된 기술은 압전체를 이용한 피에조 타입을 사용한 엡슨(Epson)사의 경우와, 발열체에서 발생한 열을 이용하여 잉크를 토출하는 서멀(thermal)방식을 사용한 휴렛패커드사, 캐논사, 제록스사의 경우로 대별할 수 있다. 그밖에 자기력, 정전기력을 이용한 연속분사방식의 카트리지가 제공되기도 하였다.
상기 압전방식에 의한 잉크의 분사방식은 압전체에 구동신호를 가하여 변위를 발생시킴으로써 이러한 변위가 잉크에 전달되어 잉크가 토출되는 방식이며, 서멀방식은 구동신호를 전극을 통해 전달함으로써 저항이 큰 발열체를 통과할 때, 잉크가 끊는 정도의 열을 발생시켜 이러한 열에 의하여 잉크에 발생되는 기포가 잉크를 밀어냄으로써 잉크를 토출시키는 방식이다.
한편, 자기력과 정전기력을 이용한 연속분사방식은 도전성 잉크를 연속적으로 분사시키고, 구동신호에 따라 자기력과 정전기력을 발생시켜 잉크 방울의 진로를 변경시켜 인쇄하는 방식으로서, 인쇄속도가 빠르다는 장점을 갖는 반면에 잉크의 소모량이 많고, 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
이러한 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 간단한 원리와 구조를 갖고 동작주기가 향상되는 연속분사방식의 잉크젯 프린터의 헤드를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 성능이 향상되어 수명이 증가된 연속분사방식의 잉크젯 프린터의 헤드를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간소화되어 원가를 절감하도록 한 연속분사방식의 잉크젯 프린터의 헤드를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 연속분사방식의 잉크 토출 부위의 평면도.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B'선 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 양단 지지보의 변형 상태도.
도 5는 본 발명에 의한 노즐의 형상을 보인 단면도.
도 6은 도 5의 평면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 ; 노즐 플레이트20 ; 노즐 오리피스
30 ; 양단 지지보31 ; 인장층
32 ; 압축층33 ; 지지층
40 ; 잉크 유입구50 ; 잉크 챔버
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지는 노즐 플레이트의 일정부위에 노즐 오리피스가 형성되어 상기 노즐 오리피스의 하부에 잉크가 수납된 잉크 챔버를 구비하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지에 있어서, 상기 노즐 오리피스의 하부측 잉크 챔버에 서로 다른 잔류응력을 갖는 박막이 적층된 양단 지지보를 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 양단 지지보는 상부층이 압축 잔류응력을 가지는 전극층이고, 하부층은 인장 잔류응력을 가지는 박막층인 것이 바람직하다.
상기 전극층은 알루미늄인 것이 바람직하다.
상기 박막층의 하부에는 지지층이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 지지층은 실리콘 산화막층인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지를 이용한 잉크젯 프린터의 잉크 분사 방법은 전극층에 정전기력을 인가하는 단계와, 인가된 정전기력에 의해 양단 지지보의 길이가 변형되는 단계와, 양단 지지보의 길이의 변형으로 노즐 오리피스의 방향으로 잉크가 토출되는 단계와, 인가된 정전기력이 소멸되어 양단 지지보가 본래의 크기로 복귀하는 단계가 연속적으로 반복되어 잉크를 분사하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 서로 다른 잔류응력을 가지는 2개의 박막층에 정전기력(electrostatic force)를 가하여 박막층에 인장력을 발생시키는 것으로, 잔류응력이 상이한 2개의 박막층은 정전기력에 의해 발생한 인장력과 서로 다른 잔류응력의 조합으로 변위를 발생시키고, 충격력을 전달하도록 한 것이다. 이러한 변위와 충격력을 이용하여 노즐을 통해 잉크를 토출시키는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1은 본 발명에 의한 연속분사방식의 잉크 토출 부위의 평면도, 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도, 도 3은 도 1의 B-B'선 단면도, 도 4는 본 발명에 의한 양단 지지보의 변형 상태도, 도 5는 본 발명에 의한 노즐의 형상을 보인 단면도, 도 6은 도 5의 평면도이다.
이와 같은 본 발명 실시예는 노즐과, 상기 노즐에 의하여 에워싸여 다단계 전주도금으로 성형된 양단 지지보로 이루어지는 간단한 구성이다.
상기 노즐은 노즐 플레이트(10)와, 상기 노즐 플레이트(10)의 중앙에 형성되는 노즐 오리피스(orifice)(20)로 구성되어 있는 바, 상기 양단 지지보(30)와 노즐 오리피스(20)와의 틈새가 잉크 유입구(40)가 된다. 상기 노즐 오리피스(20)의 하부에는 잉크 챔버(50)가 구비되어 있다.
이와 같은 잉크 유입구(40)를 통해 잉크가 유입되는 것이며, 양단 지지보(30)에 정전기력을 가하여 변위를 발생시킴으로써 잉크가 노즐 오리피스(20)를 통해 토출되는 것이다. 상기 노즐 플레이트(10)과 양단 지지보(30)의 간극(S) 치수에 따라 잉크 공급의 프리퀀시(frequency)와 동작 주기에 현저한 영향을 미치게 된다.
상기 양단 지지보(30)는 잔류응력을 가지는 3개의 박막층으로 구성되어 있는 바, 최하부층은 지지층(33)으로서 실리콘 산화막층으로 형성되어 있고, 중간층은 압축 잔류응력을 가지는 전극층(32)으로서 알루미늄으로 형성되어 있으며, 상부층은 인장 잔류응력 가지는 박막층(31)으로서 인장력을 발생시키는 물질로 형성되어 있다. 상기 지지층(33)의 하부에 존재하는 것은 식각방지층(35)이 형성된 실리콘 웨이퍼(34)이다.
이러한 박막층의 형성순서는 먼저 실리콘 웨이퍼(34)의 뒷면에 식각방지층(35)과 지지층(33)인 실리콘 산화막을 형성한 후에, 등방성 습식식각을 통해 잉크 챔버(50)를 형성하고, 앞면에 전극인 압축 잔류응력층(32)과, 인장 잔류응력층(31)을 형성함으로써 이루어진다.
이러한 공정은 석판술, 서퍼터링(sputtering), 습식식각, 건식식각, 리프트 오프(lift-off), 열산화막 형성공정을 이용한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 양단 지지보(30)가 정전기력이 인가될 경우에 원자 크기의 변화로 인해 절대 길이가 늘어나게 되어 도 4에서 보는 바와 같이, 변형전에 실선으로 도시한 중립축이 변형후에는 점선으로 도시한 위치로 변형되는 것이다.
상기한 바와 같이 구성되어 있는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
1) 잉크젯 프린터의 동작전에 헤드의 양단 지지보의 형상은 변형전의 중립 상태에 위치한다.
2) 양단 지지보의 전극층을 통해 수십 볼트(V)의 정전기력이 인가되면, 전극층의 원자의 크기가 변화되어 양단 지지보의 절대길이가 신장된다.
3) 신장된 양단 지지보는 전극층의 압축력의 작용으로 노즐 오리피스의 방향으로 변위와 충격력이 발생된다.
4) 이와 같이 발생된 변위와 충격력에 의해 양단 지지보가 상부에 존재하는 잉크를 노즐 오리피스를 통해 외부로 토출시킨다.
5) 인가된 정전기력이 소멸되면, 양단 지지보는 본래의 위치로 복귀된다.
6) 상기한 바와 같은 순서를 반복하면서 잉크가 연속적으로 토출되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 잉크젯 프린터의 헤드는 종래 연속분사방식에 비해 제조 공정수가 줄어들어 생산성이 30％ 이상 향상되고, 잉크 토출 주기(drop let frequency)가 향상되어 고해상도가 실현가능함으로써 가동 설비가 감소되어 원가가 절감되며, 헤드의 수명이 현저하게 증가됨으로써 잉크 카트리지의 대용량화가 가능해지는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 노즐 플레이트의 일정부위에 노즐 오리피스가 형성되어 상기 노즐 오리피스의 하부에 잉크가 수납된 잉크 챔버를 구비하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지에 있어서,
    상기 노즐 오리피스의 하부측 잉크 챔버에 서로 다른 잔류응력을 갖는 박막이 적층된 양단 지지보를 설치한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양단 지지보는 상부층이 압축 잔류응력을 가지는 전극층이고, 하부층은 인장 잔류응력을 가지는 박막층인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 하부에는 지지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지층은 실리콘 산화막층인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지.
  6. 노즐 플레이트의 일정부위에 형성된 노즐 오리피스의 하부측 잉크 챔버에 서로 다른 잔류응력을 갖는 박막이 적층된 양단 지지보를 설치하여서 된 잉크젯 프린터의 잉크젯 카트리지에 있어서,
    전극층에 정전기력을 인가하는 단계와,
    인가된 정전기력에 의해 양단 지지보의 길이가 변형되는 단계와,
    양단 지지보의 길이의 변형으로 노즐 오리피스의 방향으로 잉크가 토출되는 단계와,
    인가된 정전기력이 소멸되어 양단 지지보가 본래의 크기로 복귀하는 단계가 연속적으로 반복되어 잉크를 분사하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 연속 분사 방법.
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