KR100374585B1 - 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법 - Google Patents

절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 후면에 진공증착법을 이용하여 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와; 균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와; 발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하거나, 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 전체에 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와; 전체적으로 균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에만 진공증착법을 이용하여 전도체박막을 형성하는 단계와; 부도체박막과 전도체박막이 형성된 노즐에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와; 발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하여, 노즐의 전면에만 선택적으로 발수층이 형성되며 발수처리된 노즐들의 균일성이 우수한 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법에 관한 것이다.

Description

절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법{Method for antimoisturizing treatment of nozzle for inkjet print head by insulated membrane}
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 뒷면에 진공증착법을 이용하여 부도체박막을 형성한 후 노즐의 전면에 발수층을 형성하여 발수처리하는 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터 헤드에 있어서 잉크공급장치에 함유되어 있던 잉크는 잉크공급관을 통하여 기록장치에 공급되고, 기록장치는 잉크공급장치로부터 공급받은 잉크를 피기록재에 분사하여 인쇄를 행한다. 이때 잉크는 노즐 플레이트에 형성된 노즐을 통하여 피기록재에 분사된다.
잉크는 액적의 형태로 분사되며, 잉크젯 프린터의 인쇄능을 높이기 위해서는 잉크가 완전한 액적의 형태로 안정적으로 분사되어야 한다.
노즐을 제조하기 위하여 종래에는 전주도금법에 의하여 노즐을 형성하는 방법과 마이크로펀칭과 연마공정에 의하여 노즐을 형성하는 방법을 사용하여 왔다.
상기의 방법들에 의하여 제조되는 노즐의 출구부위는 잉크젯 프린터 헤드에서 분사되는 잉크액적의 크기, 잉크의 분사성능, 잉크분사의 안정성과 연속분사에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이다.
특히 노즐의 표면성질은 잉크분사의 안정성과 연속분사에 큰 영향을 미친다. 노즐의 표면이 발수성을 가지는 경우에는 잉크가 완전한 액적의 형태로 분사되므로 잉크방울이 피기록재에 착지하는 위치의 정도 또는 산포가 향상되어 인쇄상태가 향상된다. 또한 잉크가 분사된 후 노즐의 출구부위에 형성되는 매니스커스도 안정하다.
그러나 노즐의 표면이 발수성을 가지지 못하는 경우에는 잉크의 분사가 반복됨으로써 노즐의 표면이 젖게 되는 웨팅(wetting)이 일어나게 된다. 이러한 웨팅현상이 일어나면 잉크가 노즐의 표면에 젖어있는 잉크와 덩어리를 형성하게 되어 잉크가 완전한 액적의 형태를 가지지 못한 채 흘러내리는 방식으로 분사된다. 그 결과 인쇄의 상태가 나쁘고, 잉크의 분사후 형성되는 매니스커스도 불안정하다.
따라서 잉크젯 프린터 헤드의 신뢰성을 확보하기 위해서는 노즐의 전면을 발수처리하는 것이 필수적이다.
특히 반영구형태의 잉크젯 헤드의 경우는 반복적인 인쇄가 이루어지므로 노즐부의 표면상태가 인쇄의 신뢰성에 큰 영향을 주게 되므로 발수처리가 매우 중요하다.
일회용 잉크젯 프린터 헤드의 노즐부의 전면을 발수처리하기 위해서 종래에는 일반적으로 전해도금법에 의하여 금도금층 등을 형성하는 방법을 사용하여 왔다.
또한 반영구적인 잉크젯 프린터 헤드의 노즐의 전면을 발수처리하기 위하여 종래에는 발수성 물질을 일정조건의 전장이 걸린 도금조에서 도금처리하는 방법을 사용하여 왔다.
발수성 물질로는 테플론계 물질이 주로 사용되며, 테플론계 물질중 대표적인 것은 PTFE(polytetrafluroethylene)이다. 이러한 PTFE를 사용하여 노즐의 전면에 발수처리하기 위해서는 일정조건의 전장이 걸린 도금조에서 PTFE 복합도금처리하는 방법을 사용하여 왔다.
이러한 복합도금에 의한 발수처리방법은 방향성이 없으므로, 발수층이 형성되어야 할 노즐의 전면만이 아니라 발수층이 형성되어서는 안될 노즐의 후면까지 도금되어 발수층이 형성된다.
노즐의 후면에 발수층이 형성되면 접합성이 낮아져서 후공정인 잉크젯 프린터 헤드와의 접합공정이 매우 어려워진다.
따라서 복합도금법에 의하여 발수처리를 하는 경우에는 노즐의 후면에 발수층이 형성되는 것을 방지하기 위한 전처리가 추가로 필요하게 된다.
노즐의 전면에만 발수처리를 하기 위해서 종래에는 노즐의 후면에 부도체로 절연막을 형성한 후 발수층을 도금하여 노즐의 후면에는 발수층이 형성되지 않도록 하였다.
절연막으로 사용되는 부도체중 대표적인 물질은 포토레지스터이며, 이와 같은 포토레지스터를 이용하여 노즐의 후면에 절연막을 형성하는 방법을 도 1에 도시하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 노즐에 발수처리를 하기 전에 먼저 노즐(10)의 후면에 포토레지스터를 스크린 프린팅 등의 방법으로 도포하여 절연막(12)을 형성한다.
포토레지스터로 노즐(10)의 후면에 절연막(12)을 형성한 후 일반적인 방법인 복합도금처리공정에 의하여 PTFE의 발수층(14)을 노즐(10)의 전면에 형성한다.
노즐(10)의 전면에 발수층(14)을 형성한 후 노즐(10)의 후면에 형성된 절연막(12)을 제거한다.
상기와 같은 종래의 방법에 의하면 노즐의 후면에 발수층이 형성되는 것은방지할 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 방법에서는 절연막이 형성된 부위에서만 발수층의 형성이 저해되는데, 절연막을 형성하는 과정에서 포토레지스터 등의 절연막이 노즐마다 균일하게 형성되지 못하기 때문에 노즐의 출구부분에서 발수층이 형성되는 깊이가 노즐마다 균일하지 못한 문제점이 있다.
즉, 절연막이 얕게 형성되는 경우에는 노즐의 출구부분에서 발수층이 형성되는 깊이가 깊어지고, 절연막이 깊게 형성되는 경우에는 반대로 노즐의 출구부분에서 발수층이 형성되는 깊이가 얕아지게 된다.
이와 같이 노즐의 출구부분에서 형성되는 발수층의 깊이가 균일하지 못하면 노즐구멍의 크기가 달라지게 되고, 노즐구멍의 크기가 달라지게 되면 분사되는 잉크액적의 크기가 균일하지 못하여 잉크가 균일하게 분사되지 못하므로 인쇄상태가 나빠진다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전도성물질로 이루어진 잉크젯 프린터 헤드의 노즐의 후면에 진공증착법으로 부도체박막을 형성하여 부도체박막이 노즐 안쪽에 균일한 깊이로 증착하여 외부발수층이 모든 노즐에서 균일하게 형성되게 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 포토레지스터를 이용하여 절연막을 형성한 후 발수층을 형성하는 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법을 개략적으로 도시한 공정도,
도 2는 본 발명에 이용되는 진공증착법의 원리를 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법의 일 실시예를 도시한 공정도,
도 4는 본 발명의 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법의 다른 실시예를 도시한 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 30, 40 : 노즐 12, 32, 42 : 부도체
14, 34, 44 : 발수층 46 : 전도체
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 후면에 진공증착법을 이용하여 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와; 균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와; 발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하여, 노즐의 전면에만 선택적으로 발수층이 형성되며 발수처리된 노즐들의 균일성이 우수한 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법에 그 특징이 있다.
또한 본 발명은 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 전체에 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와; 전체적으로 균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에만 진공증착법을 이용하여 전도체박막을 형성하는 단계와; 부도체박막과 전도체박막이 형성된 노즐에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와; 발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하여, 노즐의 전면에만 선택적으로 발수층이 형성되며 발수처리된 노즐들의 균일성이 우수한 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법에 그 특징이 있다.
이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
잉크젯 프린터 헤드의 노즐은 전도성물질로 이루어진 것이 일반적이다. 전도성물질로 이루어진 노즐을 도금법에 의하여 발수처리하는 경우에는 발수층이 형성되지 않아야 할 노즐의 후면에도 발수층이 형성된다. 노즐의 후면에 발수층이 형성되면 앞에서 설명한 바와 같이 노즐이 잉크젯 프린터 헤드의 본체와 접합할 때 접합성이 낮아지게 된다.
노즐의 후면에 발수층이 형성되는 것을 방지하기 위해서 노즐의 전면에 발수층을 형성하기 전단계에서 노즐의 후면에 부도체박막을 진공증착법으로 형성한다.
이때 부도체로는 진공증착법에 의하여 막을 형성할 수 있는 여러 가지 부도체를 사용할 수 있으나, 대표적으로 사용할 수 있는 부도체는 산화탄탈(Ta2O5), 질화규소(Si3N4)이다.
부도체박막은 진공증착법에 의하여 형성하며, 이때 사용될 수 있는 대표적인 진공증착법은 이베포레이션(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering)이다.
진공증착법에 의하여 부도체를 증착하는 경우, 부도체는 직진운동을 하여 만나는 부분에만 증착이 된다. 따라서 부도체와 접하는 노즐의 면에만 부도체박막이 형성될 수 있다.
도 2는 상기와 같은 본 발명에 이용되는 진공증착법의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 진공증착법에 의하면 노즐에 증착시키고자 하는 물질은 직진운동을 하여 만나게 되는 노즐의 면에만 증착된다. 따라서 노즐의 원하는 면에만 부도체의 막을 증착시킬 수 있다.
또한 동일한 조건에서 동일한 시간동안 반응을 시키면 증착되는 박막의 두께가 동일하게 되므로 노즐마다 형성되는 부도체박막의 두께가 균일하고 노즐의 출구에서 형성되는 부도체박막의 깊이도 균일하다.
노즐의 출구부분까지 부도체를 형성하고자 하는 경우에는 진공증착을 하는 시간을 길게 하여 노즐안쪽으로 들어가는 부도체의 길이를 길게 함으로써 노즐의 출구부분 끝까지 부도체를 형성한다. 부도체가 노즐의 출구부분까지 형성되는 경우에는 발수층은 노즐의 전면에만 형성된다.
반면 노즐의 출구부분의 안쪽에도 어느 정도의 발수층을 형성하고자 한다면, 진공증착하는 시간을 짧게 하여 노즐안쪽으로 들어가는 부도체의 길이를 짧게 함으로써 노즐의 출구부분을 남겨두고 부도체를 형성한다. 부도체가 노즐의 출구부분을 남겨두고 형성되는 경우에는 발수층은 노즐안쪽의 부도체가 형성되지 않는 곳까지 형성된다.
어느 경우나 노즐들에 대해서 부도체박막이 형성되는 정도는 균일하다.
상기와 같은 처리에 의하여 후면에 부도체박막이 형성된 노즐 전체를 발수처리한다.
발수처리는 일반적으로 사용되는 테플론계 발수물질을 도금하는 방법에 의하며, 가장 대표적으로 사용되는 방법은 테플론-니켈복합물질을 복합도금하는 방법이다. 이때 부도체박막이 형성된 노즐의 후면과 노즐의 내부는 도금이 되지 않아 발수층이 형성되지 않는다.
발수층이 형성되면 노즐을 열처리하여 노즐이 발수성을 유지하도록 한다. 이때 노즐의 열처리는 300℃ 정도에서 하는 것이 바람직하다.
열처리까지 완료된 노즐은 노즐의 후면에 형성되는 부도체박막이 노즐마다 균일하게 형성되어 발수처리된 노즐의 균일성이 우수하다.
상기의 노즐을 잉크젯 프린터 헤드에 결합시켜 사용하며, 이러한 노즐을 적용한 잉크젯 프린터 헤드는 잉크를 균일한 액적의 형태로 분사할 수 있어 인쇄성능이 우수하다.
도 3은 상기와 같은 본 발명의 절연막을 이용한 잉크젯 상기와 같은 본 발명의 방법의 일실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 노즐(30)에 발수처리를 하기 전에 노즐의 후면에 도 2에 도시한 바와 같은 진공증착법에 의하여 부도체박막(32)을 형성한다.
진공증착법에 의하여 형성되는 부도체박막(32)은 노즐마다 균일한 형태로 형성된다.
부도체박막(32)이 형성된 노즐(30)에 테플론계 발수물질을 도금하여 발수층(34)을 형성한다.
이때 발수층(34)은 부도체박막(32)이 형성된 노즐(30)의 후면에는 형성되지 않고 부도체박막(32)이 형성되지 않은 노즐(30)의 전면에만 형성된다.
노즐(30)의 전면에 발수층(34)이 형성되면 노즐(30)을 열처리하여 노즐의 발수처리를 완료한다.
다음으로 본 발명의 다른 방법에 대하여 설명한다.
노즐의 후면에 발수층이 형성되는 것을 방지하기 위해서 먼저 노즐전체에 부도체박막을 형성한다. 이때 부도체를 형성하는 방법으로는 산화법이나 코팅법 등과 같은 일반적인 방법을 사용하며, 부도체로는 산화법이나 코팅법 등에 의하여 막을 형성할 수 있는 공지의 여러 가지 부도체를 사용할 수 있다.
노즐판의 표면전체에 부도체박막을 형성한 후 노즐의 전면에만 진공증착법에 의하여 전도체층을 형성한다.
이때에도 사용될 수 있는 진공증착법으로는 이베포레이션(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
진공증착법에 의하여 전도체를 증착하는 경우, 전도체는 직진운동을 하여 만나는 부분에만 증착이 된다. 따라서 전도체와 접하는 노즐의 면에만 전도체박막이 형성될 수 있다.
상기와 같은 공정에 의하여 부도체박막과 전도체박막이 형성된 노즐 전체를 발수처리한다.
발수처리는 일반적으로 사용되는 테플론계 발수물질을 도금하는 방법에 의하며, 가장 대표적으로 사용되는 방법은 테플론-니켈복합물질을 복합도금하는 방법이다.
이때 부도체박막이 형성된 노즐의 후면과 노즐의 내부는 도금이 되지 않아 발수층이 형성되지 않고, 전도체가 형성된 노즐의 전면에만 발수층이 형성된다.
발수층이 형성되면 노즐을 열처리하여 노즐이 발수성을 유지하도록 한다. 이때 노즐의 열처리는 300℃ 정도에서 하는 것이 바람직하다.
열처리까지 완료된 노즐은 노즐의 후면에 형성되는 부도체박막이 노즐마다 균일하게 형성되어 발수처리된 노즐의 균일성이 우수하다.
상기의 노즐을 잉크젯 프린터 헤드에 결합시켜 사용하며, 이러한 노즐을 적용한 잉크젯 프린터 헤드는 잉크를 균일한 액적의 형태로 분사할 수 있어 인쇄성능이 우수하다.
도 4는 상기와 같은 본 발명의 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법의 일실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 노즐(40)에 전체적으로 부도체박막(42)을 형성한다.
전체적으로 부도체박막(42)이 형성된 노즐(40)의 전면에만 전도체박막(44)을 형성한다. 이때 전도체박막(44)은 노즐(40)의 전면에만 형성되어야 하므로 진공증착법에 의하여 형성한다.
부도체박막(42)과 전도체박막(44)이 형성된 노즐(40)에 일반적인 복합도금에 의하여 발수층(46)을 형성한다.
노즐(40)의 전면에 발수층(46)이 형성되면 노즐(40)을 열처리하여 노즐의 발수처리를 완료한다.
상기와 같은 본 발명의 방법은 노즐의 후면에 형성되는 부도체박막이 노즐마다 균일하게 형성되며 노즐안쪽으로 들어가는 발수층깊이를 균일하게 조절할 수 있으므로 발수처리된 노즐들의 균일성 및 재현성이 뛰어난 효과가 있다.
또한 발수처리된 노즐들이 균일하여 분사되는 잉크액적의 크기가 균일하고 발수처리에 의하여 웨팅이 일어나지 않으므로 인쇄성능이 우수하다.
또한 형성된 부도체박막을 제거하지 않아도 되므로 공정이 간단하고, 부도체는 잉크와의 반응성이 낮으므로 노즐을 보호할 수 있다.

Claims (9)

  1. 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 후면에 진공증착법을 이용하여 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와;
    균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와;
    발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하여,
    노즐 후면에 형성된 부도체박막에 의해, 노즐의 전면에만 발수층이 형성되며 발수처리된 노즐들의 균일성이 우수한 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 부도체로는 산화탄탈(Ta2O5) 또는 질화규소(Si3N4)를 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 진공증착법으로는 이베포레이션(Evaporation)이나 스퍼터링(sputtering) 중 한 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 발수물질로는 테플론계 발수물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 발수물질로는 테플론-니켈복합물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  6. 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 전체에 균일한 부도체박막을 형성하는 단계와;
    전체적으로 균일한 부도체박막이 형성된 노즐의 전면에만 진공증착법을 이용하여 전도체박막을 형성하는 단계와;
    부도체박막과 전도체박막이 형성된 노즐에 전체적으로 발수물질을 도금하여 발수층을 형성하는 단계와;
    발수층이 형성된 노즐을 열처리하여 발수성을 향상시키는 단계를 포함하여,
    노즐 전체에 균일하게 형성된 부도체박막에 의해, 상기 전도체박막이 형성된 노즐의 전면에만 선택적으로 발수층이 형성되어 발수처리된 노즐들의 균일성이 우수하도록 된 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 진공증착법으로는 이베포레이션(Evaporation)이나 스퍼터링(sputtering) 중 한 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 발수물질로는 테플론계 발수물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 발수물질로는 테플론-니켈복합물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법.
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