KR100213716B1 - 잉크분사장치 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 것으로서, 자기력을 이용한 잉크분사장치가 개시되어 있다. 개시된 잉크분사장치는 잉크챔버(38)로부터 노즐(37)을 통해 잉크를 분사시키기 위하여 그 잉크챔버 내의 잉크를 가압하도록 진동될 수 있는 진동판(32)과, 이 진동판에 붙어서 전기신호로 구동되어 자기장을 만드는 가동측 코일(33) 및 이 가동측 코일과 간격을 두고 고정배치되어 또다른 자기장을 만드는 고정측 코일(34)을 구비한다. 양측 코일 사이에 자기력이 작용하게 되고 이 힘에 의하여 진동판이 진동함으로써 잉크가 토출되는 것으로, 이러한 방식은 토출되는 잉크의 양과 속도제어가 가능하여 고해상도와 고속인쇄에 효과적이다.

Description

잉크분사장치

본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 잉크분사장치에 관한 것으로서, 특히 2개의 코일 상호간의 자기력을 이용하여 잉크를 분사하는 잉크분사장치에 관한 것이다.

종래의 DOD(drop-on-demand) 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 잉크분사장치는 크게 표면발열체를 이용한 가열방식의 잉크분사장치와 압전체를 이용한 압전방식의 잉크분사장치로 대별된다.

이들 잉크분사장치중, 표면발열체를 이용한 가열방식의 잉크분사장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 위에 하부절연층(2)과, 발열체(3)와, 전극(4,5)과, 상부절연층(6) 및 보호층(7)을 차례로 형성하고, 상기 노즐판(9)과 보호층(7) 사이에 유로용 벽(8)을 설치하여 잉크챔버(10)를 형성하여 이루어 진다.

여기서 상기 잉크챔버(10)는 도시되지 않은 잉크탱크와 연결되어 있고, 상기 양 전극(4,5)은 구동신호 발생기(12)와 연결되며, 상기 구동신호 발생기(12)로부터 전극(4,5)을 통해 발열체(3)에 구동신호를 인가하면 발열체(3)가 가열되고 잉크챔버(10) 내의 잉크(13)가 비등하게 된다.

이때 잉크챔버(11) 내에 기포(14)가 발생되며, 발생된 기포(14)가 잉크챔버(10) 내의 잉크(13)를 노즐판(9)의 노즐(11) 밖으로 밀어냄으로써 토출잉크(15)를 만든다. 상기 토출잉크(15)는 구동신호, 즉 프린트 신호에 따라 분사된다.

한편, 압전체를 이용한 압전방식의 잉크분사장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(16)과, 다이어프램(17)과, 압전소자(18)와, 스페이서(19) 및 노즐판(20)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 압전방식의 잉크분사장치의 구동신호 발생기(23)로부터 상기 압전소자(18)에 구동신호를 인가하면 압전소자(18)는 기계적으로 신축되며, 이러한 압전소자(18)의 신축작용으로 잉크챔버(21)내의 잉크(24)가 노즐(22) 밖으로 밀려남으로써 토출잉크(25)가 만들어진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 잉크분사장치중, 가열방식의 잉크분사장치는 충분한 기포를 생성하는데 시간이 다소 소요되어 잉크의 토출속도, 즉 인쇄속도 향상에 한계가 있으며, 또한 발열체의 특성이 주변온도의 영향으로 잘 변화되어 안정된 성능을 기대하기 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 이와는 달리, 상기와 같은 종래의 잉크분사장치중, 압전방식의 잉크분사장치는, 상기 가열방식의 잉크분사장치보다는 우수한 성능을 얻을 수 있기는 하나, 고가의 압전소자를 사용하기 때문에 가격이 비싼 문제점이 있었다.

또한, 양자 공히 발열체나 압전소자를 전극, 절연층, 보호층 등과 잘 조화시켜야 하기 때문에, 그 제조공정이 까다롭고, 따라서, 그만큼 수율이 저조하다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 본 고안과 관련된 기술로서, 미합중국 특허번호 제 4,057,807 호 및 제 4,210,920 호에는 전자석으로 자기능동판을 진동시켜 잉크를 분사하는 잉크분사장치가 개시되어 있다.

이에 의하면, 상기 종래의 잉크분사장치는, 헤드의 노즐 외측에 마그네트 구동기를 부착하고, 이 마그네트 구동기에서 발생되는 자계에 의하여 외곡되는 자기능동판으로 잉크챔버를 밀봉하여, 이 자기능동판이 자계에 의한 외곡으로 변형될 때 작용하는 압력으로 잉크를 토출시키도록 되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 잉크분사장치에 의하면, 어느 한 마그네트 구동기 코일이 여자될 때 이에 인접한 다른 구동기 코일에 2차 전류가 유도되기 때문에, 이 다른 구동기 측의 자기능동판이 작동하게 됨으로써 원치않는 다른 노즐에서 잉크가 분출되는 경향이 있다고 하는 문제점이 있었다.

따라서 양호한 인쇄품질을 얻기가 힘들뿐만 아니라, 마그네트 구동기가 노즐 외부에 부착되므로 구조적으로 소형화가 어렵다고 하는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제, 즉, 본 발명의 목적은, 종래의 잉크분사장치의 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로써, 간단한 구조로서 제작이 쉽고 안정된 동작특성을 가질 뿐만 아니라 잉크의 토출 압력과 속도제어를 가능케 하여 인쇄품질과 인쇄속도를 향상시킬 수 있는 잉크분사장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 가열방식 잉크분사장치의 단면도.

도 2는 종래의 압전방식 잉크분사장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 잉크분사장치의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 잉크분사장치의 작동상태를 보인 단면도.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 잉크분사장치에 사용되는 코일을 각각 보인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 실리콘 웨이퍼 기판 31 : 요홈

32 : 진동판 33,34 : 코일

37 : 노즐 38 : 잉크챔버

상기와 같은 본 발명의 목적은, 잉크를 수용하는 잉크챔버와 이 잉크챔버로부터 잉크를 토출시키기 위한 노즐을 가지는 잉크분사장치를 구성함에 있어서, 상기 잉크챔버 내에서 잉크를 가압하도록 진동할 수 있는 진동판 부재를 포함하고, 이 진동판 부재를 구동하는 수단으로서, 전기신호가 인가될 때 자기장을 발생하는 2 개의 코일을 사용하여, 그 일측 코일을 진동판 부재에 부착하고, 타측 코일은 상기 일측 코일과 약간의 간격을 두고 고정배치하여, 양측 코일 상호간에 작용하는 자기력으로 상기 일측 코일과 함께 상기 진동판 부재를 진동시킬 수 있도록 구성된 본 발명에 따른 잉크분사장치를 제공함으로써 달성된다.

즉, 본 발명은 2개의 코일을 구동하여 그 사이에 작용하는 자기력을 이용하여 진동판을 진동시켜서, 그 진동판의 진동에 의해 작용하는 압력으로 잉크가 분사되도록 하는 것으로서, 그 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 잉크분사장치는 도 3과 같이 구성되며 도 4와 같이 작동된다. 이들 도면에 있어서, 부호 (30)은 실리콘 웨이퍼 기판이다.

이 실리콘 웨이퍼 기판(30)의 상면에 요홈(31)이 형성되고, 요홈(31) 위에 얇은 탄성체인 진동판(32)이 접착제로 부착되어 있다. 진동판(32)의 형성에는 부도체로서 가공구조물인 중합체(polymer)나 세라믹 박막을 이용한다.

상기 실리콘 웨이퍼 기판(30)에 형성된 요홈(31) 내에는 상기 진동판(32)에 부착된 가동측 코일(33)과 상기 웨이퍼 기판(30)의 요홈(31)의 바닥면에 부착된 고정측 코일(34)이 위치되어 있다. 이들 코일(33,34)은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 도우넛 형상의 코일(A)일 수도 있으며, 또는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 사각링 형상의 코일(B)일 수도 있다.

한편, 상기 코일(33,34)들은 상호 간격을 두고 이격되어 있다. 이 간격은 자기력에 의한 구동에 영향을 미치는데, 상기한 실리콘 웨이퍼 기판(30)의 요홈(31)을 습식 또는 건식 식각하여 필요한 칫수를 획득한다.

진동판(32) 위에는 잉크유로용 벽(35)을 부착하고 그 위에 노즐(37)을 갖는 노즐판(36)을 설치하여, 그 진동판(32)과 벽(35) 및 노즐판(36)으로 둘러싸이는 잉크챔버(38)를 형성한다. 잉크챔버(38)는 도시되지 않은 잉크공급수단과 연결되어 그로부터 공급되는 잉크(39)로 채워진다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 잉크분사장치는, 상기 고정측 코일(34)에는 일정한 전압으로서 수 V로부터 수백 V까지의 전압이 인가되고, 상기 가동측 코일(33)에는 프린트 신호로서 원하는 화상정보에 따라 변조된 신호가 인가된다.

여기서 각각 양측 코일(33)에서 발생되는 자기장은 상호 반발하도록 그 전류의 방향이 조절되고, 바람직하게는 고정측 코일(34)의 전위가 가동측 코일(33)의 신호전위보다 크게 설정된다.

그러면 코일(33,34) 상호간에 작용하는 자기적 반발력에 의하여 가동측 코일(33)이 순간적으로 상승하게 되고 이 가동측 코일(33)이 부착된 진동판(32)이 도 4와 같이 위로 볼록한 형태로 변형된다.

이러한 진동판(32)의 변형으로 잉크챔버(38)의 체적이 축소되고 이때 작용하는 압력으로 잉크가 노즐(37)을 통해 토출된다. 코일(33,34) 양측 또는 가동측의 신호가 차단(OFF)되면 그 상호간의 자기력이 해지되고, 변형된 진동판(32)은 자체 탄력에 의하여 초기상태(도 3)로 복원된다.

이러한 동작을 반복하게 됨으로써 노즐(37)로부터 토출잉크(40)가 프린트 신호에 따라 분사되어 원하는 화상을 프린트할 수 있게 된다.

도면으로 예시하지는 않았으나 전술한 양측 코일을 상호 흡인력을 작용하도록 하는 신호로 구동하여 그 신호가 차단될 때 진동판이 오목하게 변형된 상태에서 반대방향으로 볼록하게 2차 변형되는 상태로 잉크가 토출되게 구동하는 것도 가능할 것이다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 잉크분사장치에 의하면, 잉크챔버 각각의 전극들이 구동될 때 인접한 다른 잉크챔버의 전극이 오동작하는 일이 없기 때문에, 다른 노즐로부터 원하지 않은 잉크토출 현상이 없고, 따라서 양호한 품질의 인쇄가 가능하다고 하는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 잉크분사장치에 의하면, 전극에 인가되는 전압의 크기와 주기를 조절하여 진동판의 변형정도를 조정할 수 있기 때문에, 토출되는 잉크의 양과 속도제어가 용이하고, 따라서 고해상도와 고속인쇄에 유리하다고 하는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 잉크분사장치에 의하면, 진동판을 작동시키는 전극이 노즐 내측에 형성되어 있기 때문에, 그 구조가 박형으로서 슬림화된 소형으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 박막코팅기술로 간단히 제작가능함은 물론 제조공정의 단순화로 생산코스트를 낮춰 저렴하게 보급할 수 있게 된다고 하는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 잉크를 수용하는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출시키기 위한 노즐과, 상기 잉크챔버 내에서 잉크를 가압하도록 진동할 수 있는 진동판 부재와, 상기 진동판에 일체적으로 부착되어 이에 전기신호가 인가될 때 자기장을 발생시키는 가동측 코일 및 상기 가동측 코일과 일정한 간격을 두고 이격배치되어 이에 전기신호가 인가될 때 또다른 자기장을 발생시키는 고정측 코일이 구비되어, 상기 양측 코일 상호간에 작용하는 자기력에 의하여 상기 가동측 코일과 함께 상기 진동판 부재를 진동시키도록 된 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판 부재는 기판부재에 부착되어 있으며, 상기 기판부재에는 상기 진동판 부재의 중앙부의 적어도 일부가 진동하는 것을 허용하도록 요홈이 형성되어 있고, 상기 양측 코일은 상기 기판 부재의 요홈 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정측 코일에는 일정한 전압이 인가되고, 상기 가동측 코일에는 화상정보에 따라 변조된 프린트 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 고정측 코일에 인가되는 전위는 상기 가동측 코일의 신호 전위보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.

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