KR100221459B1 - Recording liquid ejecting apparatus and method thereof of print head - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recording liquid ejecting apparatus for a printhead and a method thereof.

본 발명은 박막형상기억합금의 상변화 과정에서 발생되는 변형에 의해 액실의 압력이 가변되면서 기록액이 분사되도록 함으로써, 박막형상기억합금의 발생력(Actuating force)이 매우 큼으로 노즐의 막힘현상이 감소되고 또한 박막형상기억합금의 변형량이 크기 때문에 박막형상기억합금을 소형으로 제작할 수 있어 노즈의 밀집도를 높여 해상도를 높일 수 있고, 반도체공정을 이용하여 기판에 박막형상기억합금을 형성할 수있으므로 양산성이 증가되는 프린트헤드의 기록액 분사장치에 관한 것으로서, 특히 온도변화에 따라 형상변화가 되는 박막형상기억합금과, 상기 박막형상기억합금의 온도변화를 발생시키는 전원공급부와, 상기 박막형상기억합금의 일측에 설치되고 기록액을 저장하기 위한 액실이 형성되어 있으며 상기 액실을 둘러싼 벽면의 일측에 상기 기록액이 유입되도록 유로가 형성된 유로판과, 그리고 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금이 형상변화될 때 상기 기록액이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 유로판의 액실 면적보다 작은 면적의 노즐이 형성된 노즐플레이트가 구비된 특징이 있다.According to the present invention, the recording liquid is injected while the pressure of the liquid chamber is changed by the deformation generated during the phase change process of the thin film type storage alloy, so that the clogging phenomenon of the nozzle is reduced due to the large actuating force of the thin film type storage alloy. In addition, since the deformation amount of the thin film storage alloy is large, the thin film storage alloy can be manufactured in a small size, the density of the nose can be increased, the resolution can be increased, and the thin film storage alloy can be formed on the substrate using a semiconductor process. The printing liquid jetting apparatus of the increased printhead, in particular, a thin film-type storage alloy that changes shape according to temperature changes, a power supply for generating a temperature change of the thin film-type storage alloy, and the thin film-type storage alloy A liquid chamber is installed on one side and a liquid chamber for storing the recording liquid is formed, and a wall surface surrounding the liquid chamber is formed. A flow path plate having a flow path formed therein so that the recording liquid flows into the flow path, and a liquid plate area of the flow path plate provided on the flow path plate so that the recording liquid can be sprayed in the form of droplets when the thin film-type It is characterized by having a nozzle plate having a small area nozzle.

Description

프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법Record liquid jetting apparatus of printhead and its method

제1도는 종래 가열식 분사장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional heated injector.

제2도는 종래 압전소자식 분사장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional piezoelectric element injector.

제3도는 본 발명 한 실시예의 분사장치의 분리 사시도.Figure 3 is an exploded perspective view of the injector of one embodiment of the present invention.

제4도는 본 발명 한 실시예의 기록액 흐름을 나타낸 사시도.4 is a perspective view showing the recording liquid flow in one embodiment of the present invention.

제5a, b도는 본 발명 한 실시예의 분사장치의 정단면도.5a, b is a front sectional view of the injector of the embodiment of the present invention.

제6도는 본 발명 한 실시예의 분사장치의 측단면도로서, (a)에서 (b)는 작동전후를 나타낸다.6 is a side cross-sectional view of the injector of one embodiment of the present invention, wherein (a) to (b) show before and after operation.

제7도는 본 발명의 박막형상기억합금의 상변화를 나타낸 선도.7 is a diagram showing the phase change of the thin film-type storage alloy of the present invention.

제8도는 본 발명에 따른 일방향 박막형상기억합금의 제조방법을 나타낸 공정도.8 is a process chart showing a method of manufacturing a one-way thin film storage alloy according to the present invention.

제9도는 본 발명에 따른 일방향 박막형상기억합금의 제조방법을 나타낸 블럭도.Figure 9 is a block diagram showing a method of manufacturing a one-way thin film type memory alloy according to the present invention.

제10도는 본 발명에 따른 양방향 박막형상기억합금의 제조방법을 나타낸 공정도.10 is a process chart showing a method of manufacturing a bidirectional thin film type memory alloy according to the present invention.

제11도는 본 발명에 따른 양방향 박막형상기억합금의 제조방법을 나타낸 블럭도.11 is a block diagram showing a method of manufacturing a bidirectional thin film type memory alloy according to the present invention.

제12도는 본 발명 박막형상기억합금의 가열시간과 온도를 나타낸 선도.12 is a diagram showing the heating time and temperature of the thin film-type storage alloy of the present invention.

제13도는 본 발명 박막형상기억합금의 크기를 나타낸 단면도.Figure 13 is a cross-sectional view showing the size of the thin film-type storage alloy of the present invention.

제14도는 본 발명 다른 실시예의 분사장치의 측단면도로서, (a)에서 (b)는 작동전후를 나타낸다.14 is a side cross-sectional view of an injector according to another embodiment of the present invention, in which (a) to (b) show before and after operation.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 기판 11 : 공간부10 substrate 11 space part

12 : 박막형상기억합금 13 : 유로판12: thin film-shaped storage alloy 13: flow plate

14 : 액실 16 : 유로14: liquid chamber 16: euro

18 : 노즐플레이트 19 : 노즐18: nozzle plate 19: nozzle

20 : 기록액 21 : 전극20: recording liquid 21: electrode

100 : 중착단계 101 : 열처리단계100: intermediate step 101: heat treatment step

102 : 냉각단계 103 : 노출단계102 cooling step 103 exposure step

104 : 휨변형단계 105 : 기록액분사단계104: bending deformation step 105: recording liquid injection step

106 : 기록액보충단계 107 : 인쇄단계106: recording solution replenishment step 107: printing step

200 : 열처리단계 201 : 냉각단계200: heat treatment step 201: cooling step

202 : 휨변형단계 203 : 가열단계202: bending deformation step 203: heating step

204 : 학습단계 205 : 휨형단계204 learning step 205 bending step

206 : 기록액분사단계 207 : 기록액보충단계206: recording liquid injection step 207: recording liquid replenishment step

208 : 인쇄단계208: printing step

본 발명은 프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형상기억합금이 상변화되는 과정에서 변형에 의해 액실의 압력이 조절되어 기록액이 분사되도록 함으로써, 소형으로 제작할 수 있고 제조 공정이 단순화 되는 프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recording liquid jetting apparatus and a method of a printhead, and more particularly, to reduce the pressure of the liquid chamber by deformation in the process of phase change of the thin-film-type retaining alloy so that the recording liquid is injected, thereby making it compact. The present invention relates to a recording liquid ejecting apparatus for a printhead and a method thereof, which can simplify the manufacturing process.

일반적으로 널리이용되고 있는 프린트헤드는 DOD(Dorp On Demand)방식을 사용하고 있다. 이 DOD 방식은 기록액 방울을 대전(帶電)하거나 편향시킬 필요가 없고, 고압도 필요치 않으며, 대기의 압력하에서 즉시 기록액 방울을 분사하여 손쉽게 프린트 할 수 있기 때문에 이용이 점차 늘어나고 있다. 대표적인 분사원리는 저항을 이용하는 가열식 분사방법과 압전소자(Piezo-Electric)를 이용하는 진동식 분사방법이 있다.In general, the widely used printhead uses DoD On Demand (DOD). This DOD system is increasingly used because it does not need to charge or deflect recording liquid drops, does not require high pressure, and can easily print by spraying the recording liquid droplets under atmospheric pressure. Typical spraying principles include a heating spray method using a resistance and a vibration spray method using a piezo-electric.

도 1는 가열식 분사방법의 원리를 설명하기 위한 것으로 기록액이 내장되는 챔버(a1)가 있고, 이 챔버(a1)로 부터 피기록재를 향한 분사구(a2)가 있으며, 이 분사구(a2)의 반대쪽인 챔버(a1) 바닥에는 저항(a3)이 매설되어 공기의 팽창을 유발하도록 구성되어 있다. 따라서 저항에 의해 팽창된 공기거품(Bubble)은 챔버(a1) 내부의 기록액을 분사구(a2)로 밀려나가게 하는 것이고, 기록액은 그 힘으로 피기록재를 향해 분사되는 것이다.FIG. 1 is for explaining the principle of the heating jetting method, which has a chamber a1 in which recording liquid is built, and has an injection hole a2 directed from the chamber a1 toward the recording material. At the bottom of the chamber a1, on the opposite side, a resistor a3 is embedded to cause the air to expand. Therefore, the bubble expanded by resistance causes the recording liquid in the chamber a1 to be pushed out to the injection port a2, and the recording liquid is ejected toward the recording material by the force.

그러나 이러한 가열식 분사방법은 기록액이 열에 가열되므로 화학적 변화를 유발하게 되고, 이러한 기록액이 분사구(a2) 내경에 붙어 막힘현상을 유발하는 문제가 있으며, 또한 발열저항기의 수명이 짧은 단점과 함께 수용성 기록액을 사용해야 하므로 문서의 보존성이 뒤떨어 지는 것이다.However, this heating spray method causes a chemical change since the recording liquid is heated to heat, and the recording liquid adheres to the inner diameter of the injection hole (a2), causing clogging, and also has a short lifespan of the heat generating resistor. Documents need to be used, which results in poor document retention.

도 2는 압전소자에 의한 진동식 분사방법의 원리를 설명하기 위한 것으로 역시 기록액이 내장되어 있는 챔버(b1)가 있고, 이 챔버(b1)로 부터 피기록재를 향한 분사구(b2)가 있으며 분사구의 반대쪽 바닥에는 압전소자(piezo Transducer)가 매설되어 진동을 유발하도록 구성되어 있다.Figure 2 is for explaining the principle of the vibrating injection method by the piezoelectric element there is also a chamber (b1) in which the recording liquid is built, there is an injection port (b2) from the chamber (b1) toward the recording material, the injection hole A piezoelectric element (piezo transducer) is buried on the opposite side of the floor to induce vibration.

상기와 같이 챔버(b1)의 바닥에서 압전소자(b3)가 진동을 유발하면 기록액은 진동의 힘에 의해 분사구(b2)로 밀려나가게 되며 따라서 기록액은 그 진동의 힘에 의해 피기록재로 분사되는 것이다.As described above, when the piezoelectric element b3 causes vibration at the bottom of the chamber b1, the recording liquid is pushed to the injection hole b2 by the vibration force, and thus the recording liquid is transferred to the recording material by the vibration force. To be sprayed.

이와 같이 압전소자의 진동에 의한 분사방법은 열을 이용하지 않으므로 기록액의 선택폭이 넓은 잇점은 있으나 상기한 압전소자의 가공이 어렵고, 특히 압전소자를 챔버(b1)의 바닥에 부착하는 작업이 어렵기 때문에 양산성이 저하되는 문제점이 있다.As the spraying method by vibrating the piezoelectric element does not use heat, there is a wide range of choice of the recording liquid, but it is difficult to process the piezoelectric element, and in particular, the operation of attaching the piezoelectric element to the bottom of the chamber b1 is difficult. Since it is difficult, there exists a problem that mass productivity falls.

또한 종래의 프린트해드는 기록액을 토출하기 위해 형상기억합금이 사용된다. 일본 공개특허공보 공개번소 소57-203177, 소63-57251, 평성4-247680, 평성2-265752, 평성2-308466, 평성3-65349에는 형상기억합금이 사용된 프린트헤드의 실시예가 개시되어 있다. 종래의 실시예는 상변태온도가 다르고 두께가 서로다른 형상기억합금이 여러장 결합되어 휨변형되도록 구성된 것과, 탄성부재 형상기억합금의 결합에 의해 휨변형 되도록 구성된 것 등이 있다.In addition, a conventional shape memory alloy is used to discharge the recording liquid. Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 57-203177, 63-57251, Pyeong 4-247680, Pyeong 2-265752, Pyeong 2-308466, and Pyeong 3-65349 disclose examples of printheads in which shape memory alloys are used. . Conventional embodiments include a plurality of shape memory alloys having different phase transformation temperatures and different thicknesses are configured to be warped and deformed, and are configured to be warped by a combination of elastic member shape memory alloys.

그러나 종래의 형상기억합금을 이용한 프린트헤드는 헤드크기의 소형화가 어려우며 노즐의 밀집도가 떨어져 해상도가 좋지 않으며 제조하기 어려워 양상성이 떨어진다. 또한 사용된 형상기억합금은 박막으로 구현하지 않고 두께가 50㎛이상인 후막으로 구현했기 때문에 가열시 전력소비가 크고 냉각시간이 길어 작동주파수가 떨어지며 인쇄속도가 낮아 실용성이 없는 등의 단점이 있다.However, the conventional printhead using the shape memory alloy is difficult to miniaturize the size of the head, the density of the nozzle is low, the resolution is not good, and it is difficult to manufacture, the aspect is poor. In addition, the shape memory alloy used is not a thin film but a thick film having a thickness of 50 μm or more, which causes disadvantages such as high power consumption during heating and long cooling time, low operating frequency, and low printing speed.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 박막형상기억합금의 상변화 과정에서 발생되는 변형에 의해 액실의 압력이 가변되면서 기록액이 분사되도록 함으로써, 형상기억합금의 발생력(Actuating force)이 매우 큼으로 노즐의 막힘 현상이 감소되고 또한 박막의 변형량이 크기 때문에 박막형상기억합금을 소형으로 제작하여 노즐의 밀집도를 높여 해상도를 높일 수 있고, 반도체박막제조공정을 이용하여 기판에 박막으로 형상기억합금을 증착하고 필요한 변위량을 얻을 수 있으므로 양산성이 증가되는 프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법을 제공함에 있다.The present invention was developed to solve various problems as described above, and an object of the present invention is to allow the recording liquid to be injected while the pressure of the liquid chamber is changed by the deformation generated during the phase change process of the thin film type memory alloy. As the actuation force of the shape memory alloy is very high, the clogging phenomenon of the nozzle is reduced and the deformation amount of the thin film is large. Therefore, the thin film-type memory alloy can be manufactured in small size to increase the density of the nozzle to increase the resolution and the semiconductor thin film. The present invention provides a recording liquid jetting apparatus for a printhead and a method for increasing mass productivity since a shape memory alloy is deposited on a substrate using a manufacturing process and a required displacement can be obtained.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프린트헤드의 기록액 분사장치는 온도변화에 따라 형상변화가 되는 박막형상기억합금과, 상기 박막형상기억합금의 온도변화를 발생시키는 전원공급부와, 상기 박막형상기억합금의 일측에 설치되고 기록액을 저장하기 위한 액실이 형성되어 있으며 상기 액실을 둘러싼 벽면의 일측에 상기 기록액이 유입되도록 유로가 형성된 유로판과, 그리고 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금이 형상변화 될때 상기 기록액이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 유로판의 액실 면적보다 작은 면적의 노즐이 형성된 노즐플레이트를 구비하여 되는 점에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, the recording liquid jetting apparatus of the printhead according to the present invention includes a thin film type retaining alloy which changes shape according to temperature change, a power supply unit for generating a temperature change of the thin film type retaining alloy, and the thin film shape. A liquid chamber installed on one side of the storage alloy and configured to store the recording liquid, and a flow path plate formed on one side of the wall surface surrounding the liquid chamber so that the recording liquid flows; It is characterized in that the nozzle plate is provided with a nozzle plate having a smaller area than the liquid chamber area of the flow path plate so that the recording liquid can be ejected in the form of droplets when the alloy is changed in shape.

본 발명은 기존의 압전소자를 이용한 방식 및 가열에 의한 공기팽창을 이용한 방식의 단점과 기존 형상기억합금을 이용한 방식의 단점을 해결하기 위하여 반도체 박막제조공정을 이용하여 기판상에 박막형상기억합금을 형성하고 기판의 일부를 에칭하여 박막형상기억합금이 진동할 수 있는 공간부를 구성하고 박막형상기억합금의 진동에 의해 액적을 형성하는 기록액 분사장치를 구현했다.The present invention uses a semiconductor thin film manufacturing process using a semiconductor thin film manufacturing process to solve the disadvantages of the conventional piezoelectric method and the method of using the air expansion by heating and the method using a conventional shape memory alloy And a portion of the substrate to be etched to form a space in which the thin film-type suppression alloy can vibrate, and to form a droplet by vibrating the thin film-type suppression alloy.

기판상에 형상기억합금을 반도체 박막제조공정을 이용하여 증착(deposition)한후 열처리하여 박막형상기억합금을 형성한다. 따라서 모상상태에서 편평한 형상이 이루어 진다. 증착된 박막형상기억합금은 마르텐사이트에서 잔류압축응력을 갖도록 할 수 있고, 증착조건, 열처리온도 및 시간 등에 따라 잔류압축응력의 크기를 변화시킬수 있다. 기판의 일부를 에칭하여 공간부를 형성하면 잔류압축응력에 의해 박막형상기억합금은 좌굴현상(Buckling)에 의한 휨변형하게 된다. 박막형상기억합금을 가열하면 박막형상기억합금은 모상이 되고 편평한 상태로 변화하려하며 이때 액실용적이 감소되어 기록액이 분사된다. 냉각시에는 잔류압축응력에 의해 휨변형이 발생하고 이때 기록액 재충전이 이루어진다. 이러한 과정을 반복하여 연속적인 기록액 분사를 행한다.The shape memory alloy is deposited on a substrate using a semiconductor thin film manufacturing process and then heat-treated to form a thin film-type memory alloy. Therefore, a flat shape is achieved in the mother phase. The deposited thin film storage alloy may have residual compressive stress in martensite, and may change the magnitude of residual compressive stress according to deposition conditions, heat treatment temperature, and time. When a portion of the substrate is etched to form a space portion, the thin film-shaped suppression alloy is warped by bending due to residual compressive stress. When the thin film storage alloy is heated, the thin film storage alloy becomes a matrix and tries to change to a flat state. At this time, the liquid volume decreases and the recording liquid is ejected. During cooling, bending deformation occurs due to residual compressive stress, and recording liquid is refilled at this time. This process is repeated to perform continuous recording liquid injection.

본 발명은 구조가 단순하고 반도체박막제조공정과 기판에칭을 통해 박막형상기억합금을 구현하고 잔류압축응력을 이용하여 기록액을 분사하는데 필요한 변위를 쉽게 구현할 수 있으므로 양산성이 크게 증가되며, 또한 전류압축응력의 크기를 바꾸어 변형량을 쉽게 조절할 수 있으며, 따라서 변위량을 크게할 수도 있으므로 박막형상기억합금의 면적을 작게할 수 있다. 따라서 헤드의 소형화가 가능하며 노즐의 밀집도를 높여 고해상도를 달성할 수 있다.The present invention has a simple structure and can easily realize the displacement required for spraying the recording liquid using the residual compressive stress by implementing the thin film mold suppression alloy through the semiconductor thin film manufacturing process and the substrate etching, and also increase the current. The amount of deformation can be easily adjusted by changing the magnitude of the compressive stress, and thus the amount of displacement can be increased, thereby reducing the area of the thin film-type storage alloy. Therefore, the head can be miniaturized and the density of the nozzle can be increased to achieve high resolution.

박막형상기억합금을 이용하기 때문에 가열시 전력소모가 크게 줄어들고 냉각시 냉각시간도 매우 빠르게 되고 또한 기록액분사후 잔류압축응력에 의해 휨변형된 상태로 복귀할 때 잔류진동이 발생하지 않으므로 안정화된 기록액 분사를 행할 수 있다. 따라서 작동주파수의 증가, 즉 인쇄속도의 증가를 가져온다.Stabilized recording solution because thin film type suppression alloy reduces power consumption during heating, cooling time is very fast during cooling, and residual vibration does not occur when returning to bending deformation by residual compressive stress after recording liquid injection. Injection can be performed. This increases the operating frequency, that is, the printing speed.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 한 실시예의 분사장치의 분리 사시도이고, 도4는 본 발명 한 실시예의 기록액 흐름을 나타낸 사시도 이다. 본 발명의 분사장치는 해상도를 높이기 위해 기록액(20)이 분사되는 노즐(19)이 종,횡으로 다수열 배열되며 기록액(20)을 실질적으로 분사하는 박막형상기억합금(12)이 이들 각 노즐(19)과 일대일 대응된다.3 is an exploded perspective view of the jetting apparatus of one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing the recording liquid flow of the embodiment of the present invention. In the jetting apparatus of the present invention, a plurality of nozzles 19 to which the recording liquid 20 is sprayed is vertically and horizontally arranged in order to increase the resolution, and the thin film-shaped storage alloy 12 which substantially sprays the recording liquid 20 is used. One to one correspond to each nozzle 19.

즉 기판(10)의 전,후방에 상하측 방향으로 관통된 공간부(11)가 다수개 형성되고 기판(10)의 상부에 결합되어 각 공간부(11)를 덮는 박막형상기억합금(12)이 다수개 구비된다. 기판(10)의 상부를 덮는 유로판(13)이 구비되고 유로판(13)에는 해당 박막형상기억합금(12)이 직상부 마다 기록액(20)이 수용되는 액실(14)이 형성된다. 또한 유로판(13)의 중앙에는 기록액(20)이 흐르는 주유로(15)가 마련되고 주유로(15)와 해당 액실(14)은 유로(16)를 통하여 서로 연통된다. 또한 기판(10)의 일측에는 유로판(13)의 일측 주유로(15)와 연통되는 액주입구(17)가 마련되어 기록액(20)이 주유로(15) 쪽으로 공급된다.That is, a plurality of space portions 11 penetrating in the vertical direction in front and rear of the substrate 10 are formed, and are coupled to the upper portion of the substrate 10 to cover each of the space portions 11. A plurality of these are provided. The flow path plate 13 covering the upper portion of the substrate 10 is provided, and the flow path plate 13 is provided with a liquid chamber 14 in which the recording liquid 20 is accommodated in each of the upper portions of the thin film-type storage alloy 12. In addition, an oil passage 15 through which the recording liquid 20 flows is provided in the center of the passage plate 13, and the oil passage 15 and the liquid chamber 14 communicate with each other through the passage 16. In addition, a liquid inlet 17 communicating with one side oil passage 15 of the flow path plate 13 is provided at one side of the substrate 10 to supply the recording liquid 20 toward the oil passage 15.

또한 유로판(13)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(18)가 구비되고 노즐플레이트(18)는 유로판(13)에 형성된 각 액실(14)과 대응되는 노즐(19)이 다수개 형성된다. 또한 각 노즐(19)은 해당 액실(14) 쪽으로 노출된 박막형상기억합금(12)과 대응되며 이들 박막형상기억합금(12)이 변형될때 해당 액실(14)의 압력이 변하면서 기록액(20)이 액적의 상태로 각 노즐(19)을 거쳐 용지에 분사된다.In addition, a nozzle plate 18 coupled to the upper portion of the flow path plate 13 is provided, and the nozzle plate 18 is provided with a plurality of nozzles 19 corresponding to each liquid chamber 14 formed in the flow path plate 13. In addition, each nozzle 19 corresponds to the thin film storage alloy 12 exposed toward the corresponding liquid chamber 14, and when the thin film storage alloy 12 is deformed, the pressure of the liquid chamber 14 changes so that the recording liquid 20 ) Is sprayed onto the paper via each nozzle 19 in the form of droplets.

박막형상기억합금(12)은 온도변화에 따라 연속적으로 상변화되고 이 과정에서 변형에 의해 진동이 일어나게 되며 기록액(20)이 각 노즐(19)을 통하여 액적의 상태로 분사된다. 도6의 (a)내지 (b)는 본 발명 한 실시예의 분사장치의 측단면도로서, 어느 한 박막형상기억합금을 발췌한 것이다. 박막형상기억합금(12)이 노즐(19)의 반대쪽으로 볼록하게 변형된 초기상태에서 설정온도 이상으로 가열되면 모상(parent phase)으로 변하면서 편평해지려하고 이때 액실(14)의 내압이 증가되어 압축됨과 동시에 기록액(20)이 노즐(19)을 거쳐 분사된다. 또한 박막형상기억합금(12)이 설정온도 이하로 내려가면 잔류압축응력에 의해 휨변형상태로 복원되고 액실(14)의 내압이 낮아지면서 노즐(19)의 모세관현상과 흡입력에 의해 기록액(20)이 액실(14) 내부로 유입되며 이후 위의 과정이 연속적으로 반복되면서 인쇄된다.The thin film-shaped retaining alloy 12 is continuously changed in phase with temperature change, and vibration occurs due to deformation in this process, and the recording liquid 20 is sprayed in the state of droplets through each nozzle 19. 6 (a) to 6 (b) are side cross-sectional views of the injector of one embodiment of the present invention. When the thin film-shaped retaining alloy 12 is heated above the set temperature in the initial state convexly deformed to the opposite side of the nozzle 19, the thin film-like alloy 12 changes to a parent phase and becomes flat, and the internal pressure of the liquid chamber 14 is increased. At the same time it is compressed, the recording liquid 20 is ejected through the nozzle 19. In addition, when the thin film-shaped retaining alloy 12 is lower than the set temperature, it is restored to the bending deformation state by the residual compressive stress, and the internal pressure of the liquid chamber 14 is lowered, and the recording liquid 20 is caused by the capillary phenomenon and the suction force of the nozzle 19. ) Is introduced into the liquid chamber 14 and is then printed while the above process is continuously repeated.

또한 박막형상기억합금(12)는 도 5(a)에서와 같이 전원공급부(21)에 의해 가열된다. 즉 박막형상기억합금(12)의 양단에 결합된 전극(21a)으로 전원공급부(21)의 전원이 인가되면 박막형상기억합금(12)은 자체저항에 의해 발열되어 온도가 상승되고 모상으로 변하면서 편평해진다. 또한 전원공급부(21)에 전원이 차단되면 박막형상기억합금(12)은 자연냉각되면서 잔류압축응력에 의해 원래의 볼록한 상태로 복원된다. 또한 도5(b)에서와 같이 전원공급부(21)로 부터 인가되는 전원에 의해 가열되는 히터(21b)를 박막형상기억합금(12)의 일측면에 직접 부착하여 박막형상기억합금(12)을 가열할 수 있다.In addition, the thin film-type storage alloy 12 is heated by the power supply unit 21 as shown in FIG. That is, when the power supply of the power supply unit 21 is applied to the electrodes 21a coupled to both ends of the thin film-type storage alloy 12, the thin film-type storage alloy 12 is heated by its own resistance to raise the temperature and change to the mother phase. Flatten In addition, when the power supply to the power supply 21 is cut off, the thin-film-type storage alloy 12 is naturally cooled and restored to its original convex state by residual compressive stress. In addition, as shown in (b) of FIG. 5 (b), the heater 21b heated by the power applied from the power supply 21 is directly attached to one side of the thin film-type storage alloy 12 to attach the thin film-type storage alloy 12. Can be heated.

이러한 박막형상기억합금(12)은 온도에 따라 상변화되어 변형을 일으키는 형상기억합금(Shape memory alloy)이 사용되며 재질은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)이 주성분이며 그 두께는 약 0.3㎛∼5㎛ 정도이다. 또한 형상기억합금으로 구성된 박막형상기억합금(12)은 제조방법에 따라 방향성을 갖는다. 도8 내지 도9는 본 발명에 따른 일방향 박막형상기억합금(One-way thin file shape memory alloy)의 제조방법을 나타낸 공정도 및 블럭도 로서, 도3 내지 도6은 일방향 박막형상기억합금을 이용한 것이다. 실리콘 등의 재질로 구성된 기판(10)에 박막형상기억합금(12)을 증착시키는 단계(100)가 구비된다. 증착은 주로 스퍼터디포지션(Sputter-deposition)과 레이져 에블에이션(laser ablation)의 방법이 사용된다.The thin-film shape memory alloy 12 is a shape memory alloy (phase memory alloy) is used to change the phase according to the temperature and the material is made of titanium (Ti) and nickel (Ni) and the thickness is about 0.3㎛ ~ It is about 5 micrometers. In addition, the thin film-shaped storage alloy 12 composed of a shape memory alloy has a direction according to the manufacturing method. 8 to 9 are process diagrams and block diagrams illustrating a method of manufacturing a one-way thin file shape memory alloy according to the present invention. FIGS. 3 to 6 are views illustrating a method of manufacturing a one-way thin file shape memory alloy. will be. A step 100 of depositing a thin film-type storage alloy 12 on a substrate 10 made of a material such as silicon is provided. Deposition is mainly the method of sputter-deposition and laser ablation.

그리고 일정온도에서 일정시간 열처리 하여 결정화 시키면 모상(parent phase)에서 평판형태로 되는 단계(101)가 구비된다. 이후 마르텐사이트 종료온도(Mf) 약 40℃∼70℃로 냉각되면서 모상은 마르텐사이트(Martensite)로 되어 잔류압축응력이 박막형상기억합금(12)에 존재하는 단계(102)가 구비된다.And when the crystallization by heat treatment for a certain time at a constant temperature step (101) is provided in the form of a plate in the parent phase (parent phase). After the martensite end temperature Mf is cooled to about 40 ° C. to 70 ° C., the mother phase becomes martensite, and a residual compressive stress is present in the thin film type retaining alloy 12.

또한 박막형상기억합금(12)의 직하부를 에칭하면 실리콘웨이퍼로 구성된 기판(10)에 공간부(11)가 형성되고 박막형상기억합금(12)이 외부로 노출되는 단계(103)가 구비되며, 이후 박막형상기억합금(12)은 잔류압축응력에 의해 하부(또는 상부)쪽으로 휨변형되어 도6 (a)와 같이 되는 단계(104)가 구비된다. 그리고 마르텐사이트에서 휨변형된 박막형상기억합금(12)에 설정온도 즉 모상 종료온도(Af) 약 50℃∼90℃로 온도를 올리면 모상으로 변형되어 도6(c)와 같이 편평해지면서 기록액(20)이 분사되는 단계(105)가 구비된다. 또한 박막형상기억합금(12)을 냉각하여 마르텐사이트가 되도록 하면 잔류압축응력에 의해 휨변형되고 기록액(20)이 액실(14) 내부로 보충되는 단계(106)와, 박막형상기억합금(12)이 온도변화에 따라 위의 각 단계(105)(106)를 반복하게 되고 이 과정에서 인쇄되는 단계(107)로 구성된다.In addition, when the lower portion of the thin-film-type storage alloy 12 is etched, a space portion 11 is formed on the substrate 10 formed of a silicon wafer, and the thin-film-type storage alloy 12 is provided with a step 103. Thereafter, the thin film-shaped retaining alloy 12 is deflected toward the lower portion (or upper portion) by the residual compressive stress, and a step 104 is provided as shown in FIG. Then, when the set temperature, that is, the phase termination temperature (Af), is raised to about 50 ° C. to 90 ° C. in the thin film-shaped retaining alloy 12 which is warped in martensite, the recording liquid is flattened as shown in FIG. 6 (c). A step 105 is provided in which 20 is injected. In addition, when the thin film-type storage alloy 12 is cooled to become martensite, step 106 is deflected by the residual compressive stress and the recording liquid 20 is replenished into the liquid chamber 14, and the thin film-type storage alloy 12 ) Repeats the above steps 105 and 106 in accordance with the temperature change and consists of steps 107 printed in this process.

도10 내지 도11는 본 발명에 따른 양방향 박막형상기억합금(Two-way thin file shape memory alloy)의 제조 방법을 나타낸 공정도 및 블럭도 이다. 박막형상기억합금(12)을 챔버(22) 내부에서 일정온도 일정시간 열처리하여 결정화 시키면 모상으로 되는 단계(200)가 구비된다. 이후 박막형상기억합금(12)을 마르텐사이트 종료온도(Mf) 약 40℃∼70℃로 냉각시키면 모상이 마르텐사이트(Martensite)로 변화 되는 단계(201)가 구비된다. 또한 마르텐사이트에 소성 미끄러짐이 일어나지 않는 범위 내에서 외력을 가해 변형을 시키는 단계(2020)가 구비된다. 이후 박막형상기억합금(12)을 모상 종료온도(Af) 약 50℃∼90℃로 가열하면 모상이 되면서 편평해지는 단계(203)가 구비된다.10 to 11 are process diagrams and block diagrams illustrating a method of manufacturing a two-way thin file shape memory alloy according to the present invention. When the thin film-shaped retaining alloy 12 is crystallized by heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time in the chamber 22, a step 200 is provided. Thereafter, when the thin film-shaped storage alloy 12 is cooled to about 40 ° C. to 70 ° C. of the martensite end temperature Mf, a step 201 is provided in which the mother phase is changed to martensite. In addition, the step 2020 is provided to deform by applying an external force within the range that the plastic slip does not occur in the martensite. Thereafter, when the thin film-shaped retaining alloy 12 is heated to about 50 ° C. to 90 ° C. as a mother phase termination temperature Af, a step 203 is provided in which the thin film-shaped retaining alloy 12 becomes a mother phase and becomes flat.

또한 위의 단계(201)(202)(203)를 수차례 되풀이 하여 박막형상기억합금(12)를 학습(Training)시키는 단계(204)가 구비되고, 학습단계(204)에서 박막형상기억합금(12)을 마르텐사이트 종료온도(Mf)로 낮추었을 때 외력이 없어도 변형이 발생되는 단계(205)가 구비된다. 그리고 박막형상기억합금(12)을 모상 종료온도(Af)로 가열하면 편평하게 되면서 기록액(20)이 분사되는 단계(206)가 구비된다. 또한 박막형상기억합금(12)을 냉각하여 마르텐사이트로 되면 자력에 의해 휨변형되고 기록액(20)이 액실(14) 내부로 보충되는 단계(207)와 박막형상기억합금(12)이 온도변화에 따라 위의 각 단계(206), (207)가 반복되고 이 과정에서 인쇄되는 단계(208)로 구성된다. 즉 박막형상기억합금(12)이 온도에 따른 양방향의 왕복운동을 일으키면서 기록액(20)을 분사시킨다. 또한 양방향성의 박막형상기억합금은 제조과정에서 외력을 가하는 정도에 따라 휨변형량이 결정되어 필요한 변위량을 쉽게 구현할 수 있다.In addition, the steps 201, 202 and 203 are repeated a plurality of times to train the thin film-shaped storage alloy 12 (204), and in the learning step 204, the thin film-shaped storage alloy ( When 12) is lowered to the martensite end temperature Mf, a step 205 is provided in which deformation occurs even without an external force. In addition, a step 206 is provided in which the recording liquid 20 is sprayed while being flattened when the thin film-shaped storage alloy 12 is heated to the mother phase end temperature Af. In addition, when the thin film storage alloy 12 is cooled and becomes martensite, the bending deformation is caused by magnetic force and the recording liquid 20 is replenished into the liquid chamber 14 and the thin film storage alloy 12 is changed in temperature. Each step 206, 207 above is repeated and consists of step 208, which is printed in this process. That is, the thin film-shaped storage alloy 12 ejects the recording liquid 20 while causing the reciprocating motion in both directions depending on the temperature. In addition, the bidirectional thin film-type storage alloy can be easily implemented to the required amount of displacement is determined by the amount of deflection depending on the external force applied in the manufacturing process.

양방향성을 갖는 박막형상기억합금(12)은 본 발명 한 실시예인 도 6에 적용할 수 있다. 예컨데 기판(10)의 일측에 공간부(11)를 형성한 다음 학습된 박막형상기억합금(12)을 기판(10)에 결합시킨다. 이때 박막형상기억합금(12)이 공간부(11)를 덮은 상태로 기판(10)의 일측면에 고정되도록 하면 온도가 변화될때 박막형상기억합금(12)이 공간부(11)를 중심으로 변형되면서 기록액(20)을 분사할 수 있다.The thin film type memory alloy 12 having bidirectionality may be applied to FIG. 6, which is an embodiment of the present invention. For example, the space 11 is formed on one side of the substrate 10, and then the learned thin film-type storage alloy 12 is coupled to the substrate 10. At this time, when the thin film-shaped storage alloy 12 is fixed to one side of the substrate 10 while covering the space 11, the thin film-shaped storage alloy 12 deforms about the space 11 when the temperature is changed. While the recording liquid 20 can be sprayed.

또한 본 발명은 박막형상기억합금(12)은 온도차에 따라 모상에서 편평해지고 마르텐사이트에서 휨변형됨으로 온도차를 작게할 수록 박막형상기억합금(12)의 진동수(작동 주파수)가 증가된다. 따라서 상변화 온도차를 줄이기 위해 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금에 구리(Cu)를 첨가할 수 있다. 이처럼 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금에 구리(Cu)를 이용한 형상기억합금은 상변화온도차를 줄여줌으로써 박막형상기억합금(12)의 진동수 즉 작동주파수를 증가시켜 인쇄속도를 높일 수 있다.In addition, according to the present invention, the thin film-shaped retaining alloy 12 is flat in the mother phase according to the temperature difference and is warped in martensite, so as the temperature difference is reduced, the frequency (operating frequency) of the thin film-shaped retaining alloy 12 is increased. Therefore, copper (Cu) may be added to an alloy of titanium (Ti) and nickel (Ni) to reduce the phase change temperature difference. As such, the shape memory alloy using copper (Cu) in an alloy of titanium (Ti) and nickel (Ni) increases the frequency, that is, the operating frequency of the thin film-shaped storage alloy 12, thereby increasing the printing speed by reducing the phase change temperature difference. .

이처럼 구성된 본 발명 박막형상기억합금의 액적 구현가능성을 해석하면 다음과 같다.The droplet feasibility of the thin film-type storage alloy of the present invention configured as described above is as follows.

박막형상기억합금(12)에 의해 발생하는 에너지 밀도(Wmax)는 최대 10×106J / ㎥이고, 박막형상기억합금(12)의 부피(V)는 200×200×1μ㎥일 경우 발생하는 액적의 직경이 60㎛라고 하면 다음과 같이 박막형상기억합금(12)의 분사가능 여부가 판가름 된다.The energy density (W max ) generated by the thin film storage alloy 12 is at most 10 × 10 6 J / m 3, and the volume V of the thin film storage alloy 12 is 200 × 200 × 1 μm 3. When the diameter of the enemy is 60 μm, whether or not the thin film-shaped storage alloy 12 can be sprayed is determined as follows.

----------- 다 음 ---------------------- next -----------

Figure kpo00002
Figure kpo00002

U = 원하는 기록액의 액적을 발생시키는데 필요한 에너지U = energy required to generate droplets of the desired recording liquid

Us = 기록액의 표면 에너지Us = surface energy of recording liquid

Uk = 기록액의 운동 에너지Uk = kinetic energy of recording liquid

R = 액적의 직경R = diameter of the droplet

v = 기록액의 속도v = speed of recording liquid

ρ = 기록액의 밀도(1000 ㎏ /㎥)ρ = density of recording liquid (1000 ㎏ / ㎥)

γ = 기록액의 표면장력(0.073N/m)γ = surface tension of recording solution (0.073 N / m)

원하는 액적의 속도가 10m/sec라 하면 필요한 에너지 (U)는If the desired droplet velocity is 10m / sec, the required energy (U)

Figure kpo00003
Figure kpo00003

박막형상기억합금에 의해 발생하는 최대 에너지는

Figure kpo00004
The maximum energy generated by the thin film storage alloy is
Figure kpo00004

(단, Wν: 박막형상기억합금의 단위부피당 발휘할 수 있는 에너지

Figure kpo00005
(W ν : Energy that can be exerted per unit volume of thin film type memory alloy)
Figure kpo00005

V : 박막형상기억합금의 부피)V is the volume of the thin film-type storage alloy)

Figure kpo00006
Figure kpo00006

액적의 직경이 10㎛일 경우 필요에너지 U=3.85×10-9j 이다.If the diameter of the droplet is 10㎛, the required energy U = 3.85 × 10 -9 j.

따라서,

Figure kpo00007
이므로 원하는 크기의 액적을 구현할 수 있다. 즉 박막형상기억합금은 발생력이 매우 크기 때문에 원하는 기록액의 액적을 쉽게 구현할 수 있다.therefore,
Figure kpo00007
Therefore, droplets of a desired size can be realized. That is, since the thin film type storage alloy has a very high generating force, droplets of a desired recording liquid can be easily realized.

또한 본 발명 한 실시예의 가열시간과 소모 에너지 및 잔류압축응력에 따른 변위량을 분석하면 다음과 같다. 박막형상기억합금(12)에 전원을 인가하여 저항에 따라 열이 발생되도록 하고 그 열에 의해 상변화가 일어나도록 하되 25℃의 박막형상기억합금(12)을 가열하여 70℃ 즉 모상이 될 때까지의 가열시간과 소모에너지를 구하면 다음과 같다.In addition, when the displacement amount according to the heating time and energy consumption and residual compressive stress of the embodiment of the present invention is as follows. Apply power to the thin-film-shaped storage alloy 12 to generate heat according to the resistance and to cause phase change by the heat, but heat the thin-film-shaped storage alloy 12 at 25 ° C. until it becomes 70 ° C. The heating time and energy consumption are as follows.

----------- 다 음 ---------------------- next -----------

박막형상기억합금의 재질 = TiNiMaterial of Thin Film Retaining Alloy = TiNi

박막형상기억합금의 길이(l) = 400㎛Length (l) of thin-film shaped memory alloy = 400㎛

박막형상기억합금의 밀도(Density)(ρs) = 6450㎏/㎥Density (ρs) of thin film storage alloy = 6450㎏ / ㎥

온도변화량(ΔT) =70 - 25 = 45℃Temperature change (ΔT) = 70-25 = 45 ℃

열용량(Specific heat)(Cp) = 230 J/㎏℃Specific heat (C p ) = 230 J / kg ℃

박막형상기억합금의 비저항(ρ) = 80μ·㎝Resistivity of thin film type memory alloy (ρ) = 80μcm

인가전류(I) = 1.0ACurrent applied (I) = 1.0 A

박막형상기억합금의 폭(w) = 300㎛Width (w) of Thin Film Retaining Alloy = 300㎛

박막형상기억합금의 높이(t) = 1.0㎛Height (t) of Thin Film Retaining Alloy = 1.0㎛

가열시간(th)Heating time (t h )

Figure kpo00008
= 7.4 μsec
Figure kpo00008
= 7.4 μsec

박막형상기억합금의 저항(R) = ρ(1w·t) = 1.1ΩResistance (R) = ρ (1w · t) = 1.1Ω of thin film storage alloy

소모전력(I2R) = 1.1 WattPower Consumption (I 2 R) = 1.1 Watt

액적(droplet)을 발생시키는데 필요한 에너지는The energy needed to generate droplets

가열시간 × 소모전력 = 8.1 μJHeating time × Power consumption = 8.1 μJ

따라서 기록액(20)을 분사하여 액적을 발생시키는데 필요한 에너지는 약 8.1μJ로서 종래 가열방식의 20μJ보다 소모에너지가 감소된다.Therefore, the energy required for ejecting the recording liquid 20 to generate droplets is about 8.1 μJ, which reduces the energy consumption of 20 μJ of the conventional heating method.

도12는 본 발명 박막형상기억합금의 가열시간과 온도를 나타낸 선도로써 실험을 물성치는 다음과 같다.12 is a diagram showing the heating time and temperature of the thin film-type memory alloy of the present invention.

-------- 다 음 ------------------ next ----------

단, 박막형상기억합금(12)의 두께는 1μm 이고 주위온도는 25℃이다.However, the thickness of the thin film storage alloy 12 is 1 μm and the ambient temperature is 25 ° C.

Figure kpo00009
Figure kpo00009

주위온도가 25℃일 경우 70℃까지 가열하여 모상으로 바꾼후 30℃까지 냉각되는 시간은 약 200μsec 정도로 진동수로 환산하면 약 5㎑ 정도이다. 하지만 변형이 완전히 끝나는 온도(마르텐사이트 종료온도)는 약 45℃이므로 30℃로 냉각될 때까지 기다릴 필요가 없고 그 이전에 다시 가열하여 기록액(20) 분사를 계속할 수 있으므로 5㎑이상 작동주파수를 높일 수 있다. 작동주파수가 크면 인쇄속도가 증가된다.When the ambient temperature is 25 ℃, the time to heat up to 70 ℃ to change to the mother phase, and the time to cool to 30 ℃ is about 5㎑ when converted to the frequency of about 200μsec. However, since the end of deformation (martensite end temperature) is about 45 ° C, there is no need to wait until it cools down to 30 ° C, and it can be heated again before continuing to spray the recording liquid 20. It can increase. Larger operating frequencies increase printing speed.

또한 박막형상기억합금의 잔류압축응력에 따른 변위량을 도13를 참조하여 분석하면 다음과 같다.In addition, the displacement amount according to the residual compressive stress of the thin film-type storage alloy is analyzed as follows with reference to FIG.

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a=b 일때 a =200μma = 200μm when a = b

박막형상기억합금의 재질 = TiNiMaterial of Thin Film Retaining Alloy = TiNi

박막형상기억합금의 영률(Youngs modules)() = 30GPaYoung's modules () = 30 GPa

박막형상기억합금에 작용하는 잔류압축응력() = 30MPaResidual compressive stress () = 30 MPa acting on the thin film storage alloy

포아손비(poisson's ratio)(ν) = 0.3Poisson's ratio (ν) = 0.3

공간부(11)로 노출된 박막형상기억합금의 길이 = aThe length of the thin film-shaped suppression alloy exposed to the space 11 is a

박막형상기억합금의 두께 = hmThickness of Thin Film Retaining Alloy = hm

공간부(11)로 노출된 박막형상기억합금의 폭 = bWidth of the thin-film-shaped storage alloy exposed to the space 11 = b

박막형상기억합금의 임계응력(Critical stress)()Critical stress of thin film type alloy

Figure kpo00010
Figure kpo00010

박막형상기억합금의 중심변위(δm)Center Displacement of Thin Film Retaining Alloy (δ m )

Figure kpo00011
Figure kpo00011

박막형상기억합금이 좌굴(Buckling)될때 발생하는 전체에너지(Um)Total energy (U m ) generated when buckling of thin film storage alloy

Figure kpo00012
Figure kpo00012

기록액 분사후 박막형상기억합금이 복원(좌굴)될때 발생하는 전체에너지는 박막형상기억합금의 휨변형을 발생시키는 복원력(P)으로 바뀐다. 복원력은 다음과 같다.The total energy generated when the thin film-shaped suppression alloy is restored (buckled) after the injection of the recording liquid is converted into a restoring force (P) that causes the bending deformation of the thin film-shaped suppression alloy. Resilience is as follows.

Figure kpo00013
Figure kpo00013

박막형상기억합금의 휨변형에 의해 발생한 전체부피 변화의 1/2이 분사되었다고 가정하면 39㎛의 액적이 형성된다.Assuming that 1/2 of the total volume change caused by the warpage deformation of the thin-film-shaped retaining alloy is injected, a droplet of 39 mu m is formed.

박막형상기억합금의 두께와 크기에 대한 변위량은 아래표와 같으며 그 단위는 ㎛ 이다.The amount of displacement with respect to the thickness and size of the thin film storage alloy is shown in the table below and the unit is μm.

Figure kpo00014
Figure kpo00014

도14는 본 발명 다를 실시예의 분사장치의 단면도로서 도3와 동일 구성요소는 동일 부호를 사용하여 본 발명을 설명한다. 본 발명 다른 실시예는 기판(10)의 하부에 유로판(13)과 노즐플레이트(18)가 구비된것으로서, 어느 한 박막형상기억합금의 결합상태를 발췌한 것이다. 기판(10)에 상하측 방향으로 관통된 공간부(11)가 형성되고 기판(10)의 상부에 결합되어 공간부(11)를 덮는 박막형상기억합금(12)이 구비된다. 또한 기판(10)의 하부를 덮는 유로판(13)이 구비되고 유로판(13)에는 공간부(11)와 대응되어 기록액(20)이 수용되는 액실(14)이 형성된다.14 is a cross-sectional view of an injector of another embodiment of the present invention, in which the same components as in FIG. 3 will be described with the same reference numerals. According to another embodiment of the present invention, the flow path plate 13 and the nozzle plate 18 are provided below the substrate 10, and an extraction state of any one of the thin film-type inhibitors is extracted. The space part 11 penetrated in the up-and-down direction is formed in the substrate 10, and the thin film-type storage alloy 12 is coupled to an upper portion of the substrate 10 to cover the space part 11. In addition, a flow path plate 13 covering the lower portion of the substrate 10 is provided, and the flow path plate 13 is formed with a liquid chamber 14 corresponding to the space 11 so as to accommodate the recording liquid 20.

또한 유로판(13)의 하부에 결합되는 노즐플레이트(18)가 구비되고 노즐플레이트(18)는 유로판(13)에 형성된 액실(14)과 대응되는 노즐(19)이 형성된다. 또한 노즐(19)은 액실(14) 쪽으로 노출된 박막형상기억합금(12)과 대응되며 박막형상기억합금(12)이 변형될 때 액실(14)의 압력이 변하면서 기록액(20)이 액적의 상태로 노즐(19)을 거쳐 용지에 분사된다.In addition, a nozzle plate 18 coupled to the lower portion of the flow path plate 13 is provided, and the nozzle plate 18 is formed with a nozzle 19 corresponding to the liquid chamber 14 formed in the flow path plate 13. In addition, the nozzle 19 corresponds to the thin film-shaped storage alloy 12 exposed toward the liquid chamber 14, and the recording liquid 20 becomes liquid when the pressure of the liquid chamber 14 changes when the thin-film storage alloy 12 is deformed. It is sprayed on the paper via the nozzle 19 in an enemy state.

이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예 본 발명 한 실시예와 동일한 박막형상기억합금의 구조를 갖는다. 이때 박막형상기억합금(12)은 제조공정에 따라 일방향성(One-Way)과 양방향성(Two-Way)을 가지며 온도변화에 따라 상변화를 일으켜 변형되고 이 과정에서 액실(14) 및 공간부(11)에 저장된 기록액(20)이 노즐(19)을 거쳐 액적의 상태로 용지에 분사된다. 또한 본 발명 다른 실시예는 기판(10)에 형성된 공간부(11)에 기록액(20)이 수용되는 것으로 액실(15)과 유로(16)를 기판(10)에 쉽게 만들 수 있다.Another embodiment of the present invention configured as described above has the same structure of the thin film-type storage alloy as one embodiment of the present invention. In this case, the thin-film-shaped storage alloy 12 has one-way and two-way depending on the manufacturing process, and is deformed by a phase change according to temperature change. In this process, the liquid chamber 14 and the space part ( The recording liquid 20 stored in 11 is sprayed onto the paper in the form of droplets via the nozzle 19. In another embodiment of the present invention, the recording liquid 20 is accommodated in the space portion 11 formed in the substrate 10 so that the liquid chamber 15 and the flow path 16 can be easily made in the substrate 10.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 기록액을 분사시키는 박막형상기억합금이 온도가 변함에 따라 상변화를 일으키고 이 과정에서 변형에 의해 기록액이 분사된다. 또한 박막형상기억합금은 변위량이 크기 때문에 기판에 형성된 각 공간부와 유로판에 형성된 각 액실을 작게 할 수 있어 프린트헤드의 전체 크기가 줄어들며 소형으로 제작할 수 있어 노즐의 결집도를 높여 고해상도 달성에 유리하다. 또한 발생력이 크기 때문에 기록액을 밀어내는 힘이 증가되어 노즐의 막힘이 감소되어 신뢰성이 향상되며 또한 기록액의 액적크기를 충분히 작게 할 수 있어 고화질 달성에 유리하다. 또한 구동전압은 10볼트 이하임으로 구동회로 설계 및 제작이 용이하고, 기존의 반도체 공정과 에칭공정을 이용하여 진동판의 역할을 하는 박막형상기억합금을 실리콘, 유리, 금속판, 및 폴리머 등으로 구성되는 기판상에 쉽게 구현할 수 있으므로 양산성이 향상되고 구조가 간소화 되는 등의 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the thin film-shaped retaining alloy injecting the recording liquid causes a phase change as the temperature is changed, and the recording liquid is ejected by deformation in this process. In addition, since the thin film type retaining alloy has a large displacement amount, each space portion formed on the substrate and each liquid chamber formed on the flow path plate can be made small, so that the overall size of the print head can be reduced and can be made small. . In addition, since the generating force is large, the pushing force of the recording liquid is increased to reduce the clogging of the nozzle, thereby improving reliability, and the droplet size of the recording liquid can be sufficiently reduced, which is advantageous for achieving high image quality. In addition, since the driving voltage is 10 volts or less, it is easy to design and manufacture the driving circuit, and a thin film type memory alloy, which functions as a diaphragm using a conventional semiconductor process and an etching process, is composed of silicon, glass, metal plate, and polymer. Since it can be easily implemented in the phase, there is an effect such as mass production is improved and the structure is simplified.

Claims (18)

온도 변화에 따라 형상변화가 되는 박막형상기억합금(12)과, 상기 박막형상기억합금(12)의 온도변화를 발생시키는 전원공급부(21)와, 상기 박막형상기억합금(12)의 일측에 설치되고 기록액(20)을 저장하기 위한 액실(14)이 형성되어 있으며 상기 액실(14)을 둘러싼 벽면의 일측에 상기 기록액(20)이 유입되도록 유로가 형성된 유로판(13)과 그리고 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금(12)이 형상변화 될때 상기 기록액(20)이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 유로판(13)의 액실(14) 면적보다 작은 면적의 노즐(19)이 형성된 노즐플레이트(18)를 구비하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.It is installed on one side of the thin film-type storage alloy 12, the power supply 21 for generating a temperature change of the thin-film-type storage alloy 12, and the thin film-type storage alloy 12 which changes in shape according to temperature change. And a fluid chamber 14 for storing the recording liquid 20 and a flow path plate 13 having a flow path formed therein so that the recording liquid 20 flows into one side of the wall surrounding the liquid chamber 14 and the flow path. Nozzle 19 having an area smaller than that of the liquid chamber 14 of the flow path plate 13 so that the recording liquid 20 can be ejected in the form of droplets when the thin film-shaped storage alloy 12 is changed in shape. A recording liquid jetting apparatus for a print head, comprising: a nozzle plate (18) formed with a; 제1항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)을 주성분으로 한 형상기억합금임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The apparatus of claim 1, wherein the thin film-shaped storage alloy (12) is a shape memory alloy composed mainly of titanium (Ti) and nickel (Ni). 제2항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)은 상변화 온도차를 작게 하여 작동주파수를 높이기 위해 구리(Cu)가 더 첨가된 형상기억합금임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The apparatus of claim 2, wherein the thin film-shaped storage alloy (12) is a shape memory alloy to which copper (Cu) is further added to reduce the phase change temperature difference to increase the operating frequency. 제1항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)은 약 0.3㎛∼5㎛의 두께를 갖는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The recording liquid jetting apparatus according to claim 1, wherein the thin film-shaped storage alloy (12) has a thickness of about 0.3 µm to 5 µm. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(21)은 상기 박막형상기억합금(12)의 자체정항에 의해 발열되도록 상기 박막형상기억합금(12)의 양단으로 결합되는 전극(21a)을 구비을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The method of claim 1, wherein the power supply unit 21 is characterized in that it comprises an electrode (21a) coupled to both ends of the thin-film-type storage alloy 12 so as to generate heat by the self-regulation of the thin-film-type storage alloy 12 The recording liquid injection device of the printhead. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(21)은 상기 박막형상기억합금(12)의 일측면에 부착되어 인가되는 전원에 의해 가열되는 히터(21b)를 구비함을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The recording liquid of claim 1, wherein the power supply unit 21 includes a heater 21b attached to one side of the thin film-type storage alloy 12 and heated by a power applied thereto. Injector. 제1항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12) 밑에 설치되고 상기 박막형상기억합금(12)이 형상변화를 할 수 있도록 공간부(11)를 가진 기판(10)을 구비함을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.According to claim 1, characterized in that provided with a substrate 10 provided below the thin-film-type storage alloy 12 and having a space portion 11 so that the thin-film-type storage alloy 12 can change the shape The recording liquid injection device of the printhead. 제7항에 있어서, 상기 기판(10)은 실리콘 재질임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.8. The recording liquid jetting apparatus according to claim 7, wherein the substrate (10) is made of silicon. 제7항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)이 공간부(11)로 노출되어 실질적으로 형상변화되는 면적은 그 폭(b)이 100㎛∼50㎛이고, 그 길이(a)가 100㎛∼300㎛임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The area (b) having a width (b) of 100 µm to 50 µm and a length (a) of 100 according to claim 7, wherein the thin film-shaped storage alloy 12 is exposed to the space portion 11 and is substantially changed in shape. A recording liquid jetting apparatus for a printhead, wherein the recording liquid has a thickness of 300 µm to 300 µm. 제1항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)은 모상 종료온도 이상으로 가열하여 모상으로 변화되면 평판의 형태가 되어 상기 기록액(20)이 상기 노즐(19)을 거쳐 분사되고 마르텐사이트 종료온도 이하로 냉각하여 마르텐사이트로 변화되면 잔류압축응력에 의해 휨변형되어 상기 기록액(20)이 상기 액실(14)로 보충됨을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The thin film-shaped storage alloy (12) according to claim 1, wherein the thin film-shaped retaining alloy (12) is heated to a base end temperature and changed to a base shape so that the recording liquid (20) is sprayed through the nozzle (19) and ends martensite. And cooling to below the temperature to change the martensite to warp by the residual compressive stress so that the recording liquid (20) is replenished with the liquid chamber (14). 제10항에 있어서, 상기 모상 종료온도는 약50℃∼90℃이고 상기 마르텐사이트 종료온도는 약 40℃∼70℃임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.11. The recording liquid jetting apparatus according to claim 10, wherein the mother phase end temperature is about 50 ° C to 90 ° C and the martensite end temperature is about 40 ° C to 70 ° C. 제10항에 있어서, 상기 모상으로 가열후 마르텐사이트로 냉각되기 까지의 시간은 약 200μsec이하이며 작동 5㎑이상임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.11. The recording liquid jetting apparatus according to claim 10, wherein the time from heating to the mother phase to cooling to martensite is about 200 mu sec or less and 5 sec or more in operation. 제1항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)은 모상 종료온도 이상으로 가열하여 모상으로 변화되면 평판의 형태가 되어 상기 기록액(20)이 상기 노즐(19)을 거쳐 분사되고 마르텐사이트 종료온도 이하로 냉각하여 마르텐사이트로 변화되면 학습에 의해 휨변형되어 상기 기록액(20)이 상기 액실(14)로 보충됨을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The thin film-shaped storage alloy (12) according to claim 1, wherein the thin film-shaped retaining alloy (12) is heated to a base end temperature and changed to a base shape so that the recording liquid (20) is sprayed through the nozzle (19) and ends martensite. And cooling to below the temperature and changing to martensite to warp and deform by learning so that the recording liquid (20) is replenished with the liquid chamber (14). 제13항에 있어서, 상기 박막형상기억합금(12)이 마르텐사이트일 때 외력을 여러차례 가하여 학습시킨 다음 마르텐사이트 종료온도 이하로 냉각시 마르텐사이트가 특정한 방향으로 형성되어 원하는 변위를 갖도록 함을 특징으로 하는프린트헤드의 기록액 분사장치.15. The method of claim 13, wherein when the thin-film-shaped retaining alloy 12 is martensite, the external force is applied several times to learn, and when cooled below the end temperature of martensite, martensite is formed in a specific direction to have a desired displacement. The recording liquid jetting device of the printhead. 제13항에 있어서, 상기 모상 종료온도는 약50℃∼90℃이고 상기 마르텐사이트 종료온도는 약 40℃∼70℃임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.The recording liquid jetting apparatus according to claim 13, wherein the mother phase end temperature is about 50 ° C to 90 ° C and the martensite end temperature is about 40 ° C to 70 ° C. 제13항에 있어서, 상기 모상으로 가열후 마르텐사이트로 냉각되기 까지의 시간은 약 200μsec이하이며 작동 주파수는 5㎑ 이상임을 특징으로 하는 프린트헤드의 기록액 분사장치.15. The recording liquid jetting apparatus according to claim 13, wherein the time from heating to the mother phase to cooling to martensite is about 200 µsec or less and an operating frequency is 5 Hz or more. 기판(10)에 박막형상기억합금(12)을 증착하는 단계(100)와, 상기 박막형상기억합금(12)을 열처리 하여 결정화 시키면 모상에서 편평한 상태를 기억하는 단계(101)와, 상기 박막형상기억합금(12)을 마르텐사이트가 되도록 냉각하면 잔류압축응력을 갖는 단계(102)와, 상기 기판(10)을 에칭하여 상기 박막형상기억합금(12)의 일부가 노출되도록 하는 단계(103)와, 상기 박막형상기억합금(12)의 노출부위가 잔류압축응력에 의해 휨변형되는 단계(104)와, 상기 박막형상기억합금(12)이 가열되어 모상으로 되면 편평해지면서 기록액(20)이 분사되는 단계(105)와, 상기 박막형상기억합금(12)이 냉각되어 마르텐사이트가 되면 잔류압축응력에 의해 휨변형되고 기록액(20)이 액실(14) 내부로 보충되는 단계(106)와, 그리고 상기 박막형상기억합금(12)의 온도변화에 따라 상기 각 단계(107),(108)가 반복되면서 인쇄되는 단계(107)를 구비하는 프린트헤드의 기록액 분사방법.Depositing the thin film-type storage alloy 12 on the substrate 10, and storing the flat state in the mother phase when the thin film-type storage alloy 12 is thermally crystallized (101), and the thin film shape Cooling the memory alloy 12 to martensite, and having a residual compressive stress (102), etching the substrate (10) to expose a portion of the thin-film-shaped storage alloy (12) and In step 104, the exposed portion of the thin film storage alloy 12 is warped and deformed by residual compressive stress, and when the thin film storage alloy 12 is heated to form a matrix, the recording liquid 20 becomes flat. Spraying step 105, and the thin film-shaped retaining alloy 12 cools to become martensite, and is deflected by residual compressive stress, and the recording liquid 20 is replenished into the liquid chamber 14; And the respective stages according to the temperature change of the thin film-type storage alloy 12. 107, a recording liquid injecting method performed by the print head, comprising the step (107), (108) are printed while repeating. 박막형상기억합금(12)을 증착한 다음 결정화 되도록 열처리하는 단계(200)와, 상기 박막형상기억합금(12)의 마르텐사이트가 되도록 냉각하는 단계(201)와, 상기 박막형상기억합금(12)에 외력을 가해 휨변형을 시키는 단계(202)와, 상기 박막형상기억합금(12)이 모상에서 편평해지도록 가열하는 단계(203)와, 상기 냉각, 변형, 가열단계(201)(202)(203)를 수차례 반복하여 상기 박막형상기억합금(12)을 학습시키는 단계(204)와, 상기 학습단계(204)를 거친 상기 박막형상기억합금(12)이 냉각되어 마르텐사이트가 되면 자력에 의해 휨변형 되는 단계(205)와, 상기 박막형상기억합금(12)이 가열되어 모상이 되면 편평해지면서 기록액(20)이 분사되는 단계(206)와, 상기 박막형상기억합금(12)이 냉각되어 마르텐사이트가 되면 휨변형에 의해 기록액(20)이 액실(14)내부로 보충되는 단계(207)와, 그리고 상기 박막형상기억합금(12)의 온도변화에 따라 상기 각 단계 (206), (207)가 반복되면서 인쇄되는 단계(208)를 구비하는 프린트헤드의 기록액 분사방법.Depositing a thin film-type storage alloy 12 and then performing heat treatment to crystallize, cooling to become martensite of the thin film-type storage alloy 12 (201), and the thin film-type storage alloy 12 A step 202 of applying an external force to warp deformation, a step 203 of heating the thin-film-shaped retaining alloy 12 to be flat in the parent phase, and the cooling, deformation, and heating steps 201 and 202 ( Repeating 203 several times to learn the thin film-shaped storage alloy 12 (204), and when the thin film-shaped storage alloy 12 passed through the learning step 204 is cooled to martensite, Step 205 of bending deformation, the step 206 of spraying the recording liquid 20 while the thin film-shaped retaining alloy 12 is heated and becomes flat, and the thin film-shaped retaining alloy 12 are cooled. When the martensite is formed, the recording liquid 20 is replenished into the liquid chamber 14 due to the bending deformation. 207, and, and recording liquid injecting method performed by the print head with a step 208 to be printed as the respective steps 206, 207 are repeated according to the temperature change of the thin-film shape memory alloy (12).
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