KR100401797B1 - Apparatus for Jetting of Fluid - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체 분사 장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 자성 유체의 움직임을 이용하여 유체의 종류에 상관없이 어떠한 유체라도 정량 토출시킬 수 있는 유체 분사 장치에 관련된다.The present invention relates to a fluid injector, and more particularly to a fluid injector capable of quantitatively ejecting any fluid regardless of the type of fluid using the movement of a magnetic fluid.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따르면, 본 발명은 유체 분사 장치에 있어서, 탄성을 가지는 변형막이 적어도 하나 이상 형성되고 외부로 개방된 적어도 하나의 노즐부가 형성된 챔버와; 상기 챔버에 내장된 자성유체와; 상기 변형막과 소정 거리 이격되어 형성되는 적어도 하나의 압전박막과; 상기 압전박막의 일면에 형성된 영구자석과; 상기 압전박막에 구동 전압을 인가하는 전압인가부;를 포함하여 노즐부의 내구성이 높고 유체의 재충전 속도가 빠르며 종류를 불문하고 어떠한 유체라도 분사가 가능한 것을 특징으로 한다.According to one preferred aspect of the present invention, the present invention provides a fluid injection device comprising: a chamber having at least one elastic membrane formed therein and at least one nozzle portion open to the outside; A magnetic fluid embedded in the chamber; At least one piezoelectric thin film formed to be spaced apart from the strain film by a predetermined distance; A permanent magnet formed on one surface of the piezoelectric thin film; And a voltage applying unit for applying a driving voltage to the piezoelectric thin film. The nozzle unit has high durability, a fast refilling speed of a fluid, and any type of fluid can be injected.
Description
본 발명은 유체 분사 장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 자성 유체의 움직임을 이용하여 유체의 종류에 상관없이 어떠한 유체라도 정량 토출시킬 수 있는 유체 분사 장치에 관련된다.The present invention relates to a fluid injector, and more particularly to a fluid injector capable of quantitatively ejecting any fluid regardless of the type of fluid using the movement of a magnetic fluid.
프린터의 종류에는 도트 프린터, 잉크젯 프린터 및 레이저 프린터가 있으며, 이 중에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 프린터가 잉크젯 프린터이다. 잉크젯 프린터는 잉크를 외부로 분사하여 프린팅하는 방식인데 버블젯 방식이 많이 사용되고 있다. 버블젯 방식은 잉크의 노즐 부분을 순간적으로 가열하여 생기는 기포를 이용하여 잉크를 분사하는 방식으로 현재까지 많이 사용되고 있다.Types of printers include dot printers, ink jet printers, and laser printers, and the most commonly used printers are ink jet printers. An inkjet printer is a method of spraying ink to the outside to print, but a bubblejet method is widely used. The bubble jet method has been widely used until now to eject ink by using a bubble generated by instantaneously heating the nozzle portion of the ink.
그러나, 종래 버블젯 방식은 잉크를 분사하기 위하여 고열을 필요로하기 때문에 잉크의 성분이 변화하는 문제점이 있었고, 기포 생성에 따른 충격으로 인하여 내구성이 떨어지며 생성되는 기포의 형상에 따라 분사되는 잉크가 균일하지 못하여 인쇄의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.However, the conventional bubble jet method has a problem in that the composition of the ink is changed because it requires a high temperature in order to eject the ink, and the ink is sprayed uniformly according to the shape of the bubbles generated due to the impact caused by the bubble generation is reduced. There was a problem that the quality of the print is deteriorated.
그리고, 기포 발생에 따라 잉크의 재충전 시간이 길어 프린팅 시간이 많이 소요되고, 잉크를 가열 증발시킴에 따라 고열에 적합한 내열 잉크의 개발이 어려운 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 잉크를 가열하여 기포를 생성시키기 위해서는 노즐부에 특수 가열층을 형성하여야 하므로 공정이 까다로운 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that it is difficult to develop a heat-resistant ink suitable for high heat as the bubble generation takes a long time to refill the ink and printing takes a lot, and the ink is heated and evaporated. In addition, in order to generate bubbles by heating the ink, a special heating layer must be formed in the nozzle part, thus causing a difficult process.
종래 또 다른 프린터 기술로 이 건 출원전 1998년 9월 15일자로 공개된 대한민국 공개특허공보 특1998-046550호 에는 자성잉크를 이용한 잉크젯 프린터의 분사장치 및 방법이 공지된 바 있다. 여기에는 자성을 띠는 잉크를 이용하여 자성잉크에 전압을 인가하여 발생하는 충격파를 이용하여 가열하지 않고 잉크를 분사하는 내용이 기술되어 있다.As another conventional printer technology, Korean Patent Laid-Open Publication No. 1998-046550 published on September 15, 1998, prior to filing this application, has known a jetting apparatus and a method of an ink jet printer using magnetic ink. Here, a description is given of spraying ink without heating by using a shock wave generated by applying a voltage to the magnetic ink using magnetic ink.
그러나, 전술한 기 출원 기술을 이용하기 위해서는 반드시 자성잉크를 사용하여야 하기때문에 잉크의 사용에 제한이 따르며, 이러한 자성잉크의 개발이 용이하지 않은 문제점이 있었다. 또한, 자성잉크를 사용하여 분사를 균일하게 하는 기술이 상당히 까다롭기 때문에 인쇄품질의 균질도에 문제가 있었으며, 인가되는 전압에 의해 자성잉크에 발생되는 충격파에 의해 잉크가 분사되므로 노즐부의 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.However, since the magnetic ink must be used in order to use the above-described previously filed technology, there is a problem in that the use of ink is limited, and the development of such magnetic ink is not easy. In addition, there is a problem in the homogeneity of print quality because the technique of uniformly spraying using magnetic ink is very difficult, and the ink is sprayed by the shock wave generated in the magnetic ink by the applied voltage, so the durability of the nozzle part is inferior. There was this.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 잉크의 분사시에 노즐부의 내구성을 높일 수 있고, 잉크의 성분에 아무런 변화를 주지 않으며, 균일한 분사를 통하여 인쇄 품질이 좋은 유체 분사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention can improve the durability of the nozzle portion during the ejection of the ink, does not change the composition of the ink, and provides a fluid ejection device having a good print quality through uniform ejection There is this.
또한, 본 발명은 사용하는 잉크의 종류에 제한을 받지 않으며, 더 나아가 어떠한 유체라도 미소량을 제어하여 분사할 수 있는 유체 분사 장치의 제공을 목적으로 한다.In addition, the present invention is not limited to the type of ink used, and furthermore, an object of the present invention is to provide a fluid ejection apparatus capable of ejecting any fluid by controlling a small amount.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유체 분사 장치의 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a fluid injection device according to one preferred embodiment of the present invention.
도 2 는 강자성체에 자기장이 인가되었을 때 강자성체에 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the force acting on the ferromagnetic material when a magnetic field is applied to the ferromagnetic material.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유체 분사 장치가 유체를 흡입하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of inhaling the fluid in the fluid ejection device according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유체 분사 장치가 유체를 분사하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도.Figure 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of injecting a fluid in the fluid injection device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
10 : 챔버 11 : 변형막10 chamber 11 strain film
12 : 노즐부 20 : 자성유체12 nozzle part 20 magnetic fluid
30 : 자성유체 스토퍼 40 : 압전박막30: magnetic fluid stopper 40: piezoelectric thin film
50 : 영구자석 60 : 전압인가부50: permanent magnet 60: voltage applied
70 : 유체 챔버 80 : 유체70 fluid chamber 80 fluid
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양상에 따르면, 본 발명은 유체 분사 장치에 있어서, 탄성을 가지는 변형막이 적어도 하나 이상 형성되고 외부로 개방된 적어도 하나의 노즐부가 형성된 챔버와; 상기 챔버에 내장된 자성유체와; 상기 변형막과 소정 거리 이격되어 형성되는 적어도 하나의 압전박막과;상기 압전박막의 일면에 형성된 영구자석과; 상기 압전박막에 구동 전압을 인가하는 전압인가부;를 포함하여 노즐부의 내구성이 높고 유체의 재충전 속도가 빠르며 종류를 불문하고 어떠한 유체라도 분사가 가능한 것을 특징으로 한다.According to a preferred aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a fluid ejection apparatus, comprising: a chamber having at least one elastic deformation membrane formed therein and at least one nozzle portion open to the outside; A magnetic fluid embedded in the chamber; At least one piezoelectric thin film formed to be spaced apart from the strain film by a predetermined distance; a permanent magnet formed on one surface of the piezoelectric thin film; And a voltage applying unit for applying a driving voltage to the piezoelectric thin film. The nozzle unit has high durability, a fast refilling speed of a fluid, and any type of fluid can be injected.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 유체 분사 장치가, 상기 노즐부의 말단에 자기장을 형성하므로써 상기 자성유체의 챔버 이탈을 방지하는 자성유체 스토퍼;를 더 포함하여 자성유체와 분사시키는 유체의 혼합을 방지하고 오랜 사용에도 미소한 양을 정량 토출시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the present invention is a fluid injection device described above, by forming a magnetic field at the end of the nozzle portion, a magnetic fluid stopper for preventing the separation of the magnetic fluid chamber; further comprising a magnetic fluid to inject It is characterized by being able to prevent the mixing of the fluid and to discharge a minute amount even after long use.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유체 분사 장치의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예는 챔버(10), 자성유체(20), 자성유체 스토퍼(30), 압전박막(40), 영구자석(50), 전압인가부(60), 유체챔버(70) 및 유체를 포함한다.1 is a schematic cross-sectional view of a fluid injection device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the present embodiment, the chamber 10, the magnetic fluid 20, the magnetic fluid stopper 30, the piezoelectric thin film 40, the permanent magnet 50, the voltage applying unit 60, the fluid chamber 70. And fluids.
챔버(10)는 구동 전압이 인가됨에 따라 유동하는 자성유체(20)를 내장하는 수단으로, 일부분이 적어도 하나 이상의 변형막(11)으로 구성되며 외부로 개방된 적어도 하나 이상의 노즐부(12)를 구비한다. 상기 변형막(11)은 막의 소재가 자체적으로 변형이 가능하고 탄성을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 변형막(11)은 구동전압의 인가시에 챔버(10)내의 자성유체(20)가 유동할 수 있도록 하기 위한 것으로, 자성유체(20)가 인가되는 구동전압에 따라 유동될 수 있는 구조라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.The chamber 10 is a means for embedding the magnetic fluid 20 that flows as a driving voltage is applied. Equipped. The strained film 11 is preferably a material of the film itself can be deformed and elastic. The strained film 11 is intended to allow the magnetic fluid 20 in the chamber 10 to flow when the driving voltage is applied, and the magnetic film 20 may flow in accordance with the driving voltage to which the magnetic fluid 20 is applied. Anything can be used.
챔버(10)는 노즐부(12)를 제외하고 밀폐형 구조를 갖는 것이 바람직하며 외부로 개방된 노즐부(12)를 통해 자성유체(20)가 분사를 원하는 유체(80)와 밀착하게 된다. 외부로 개방된 노즐부(12)는 상기 챔버(10)의 일단에 적어도 하나 이상 형성되며 분사를 원하는 유체(80)가 내장된 유체챔버(70)와 연결된다. 자성유체(20)의 유동이 노즐부(12)를 통하여 분사를 원하는 유체(80)에 전달되어 유체(80)의 흡입과 토출이 진행된다.The chamber 10 preferably has a closed structure except for the nozzle part 12, and the magnetic fluid 20 comes into close contact with the fluid 80 to which the magnetic fluid 20 is to be sprayed through the nozzle part 12 opened to the outside. The nozzle unit 12 opened to the outside is formed at least one end of the chamber 10 and is connected to the fluid chamber 70 in which the fluid 80 desired to be injected is embedded. The flow of the magnetic fluid 20 is transmitted to the fluid 80 to be sprayed through the nozzle unit 12 so that the suction and discharge of the fluid 80 proceed.
자성유체(20)는 미세한 자성물질이 유동성을 가지는 액체와 콜로이드 상태로 혼합된 것으로, 개개의 자성물질은 주위에 형성되는 자기장에 의해 자화되어 자성물질에 작용하는 자기력에 따라 유동하게 된다. 즉, 자기장에 의해 자화된 자성유체(20)는 연성 자석의 성질을 띠게 된다.The magnetic fluid 20 is a fine magnetic material mixed with a liquid having fluidity and a colloidal state. The individual magnetic materials are magnetized by a magnetic field formed around them and flow in accordance with a magnetic force acting on the magnetic material. That is, the magnetic fluid 20 magnetized by the magnetic field has the property of a flexible magnet.
자성유체 스토퍼(30)는 전술한 노즐부(12)에 부설되어 자기장을 형성하므로써 상기 자성유체의 챔버(10) 이탈을 방지하고 분사를 원하는 유체(80)와의 혼합을 방지하여 항상 일정한 양의 유체(80)를 분사할 수 있도록 하는 수단이다. 자성유체 스토퍼(30)는 영구자석으로 구성되는 것이 바람직하며, 자기장을 형성하여 상기 자성유체(20)의 챔버(10) 이탈을 저지하는 것이므로 상기 노즐부(12)의 끝부분에 외주면을 따라 부설하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라 하나의 노즐부(12)에 대해 다수개의 자성유체 스토퍼(30)를 부설하는 것도 가능하다.The magnetic fluid stopper 30 is attached to the aforementioned nozzle part 12 to form a magnetic field, thereby preventing the magnetic fluid from leaving the chamber 10 and preventing mixing with the fluid 80 desired to be injected, thereby always providing a constant amount of fluid. Means for injecting (80). Magnetic fluid stopper 30 is preferably composed of a permanent magnet, it forms a magnetic field to prevent the separation of the chamber 10 of the magnetic fluid 20, so laid along the outer circumferential surface at the end of the nozzle portion 12 It is desirable to. In addition, it is also possible to provide a plurality of magnetic fluid stoppers 30 to one nozzle unit 12 as necessary.
압전박막(40)은 전술한 챔버(10)에 구성된 변형막(11)과 소정 거리 챔버(10) 외부로 이격되어 적어도 하나 이상 형성된다. 압전박막(40)은 압전성을 가지는 얇은 막을 의미하는데, 여기에서 압전성이라고 하는 것은 물질에 압력을 가해서 변형을 일으키면 전극을 통해 전압이 발생하기도 하고, 역으로 압전성 물질에 전기장을 가하면 물리적인 변형이 발생하는 성질을 의미한다. 본 실시예에서는 PZT 압전소자를 채택한 것에 대하여 설명한다.The piezoelectric thin film 40 is formed at least one spaced apart from the deformation film 11 formed in the above-described chamber 10 to the outside of the predetermined distance chamber 10. The piezoelectric thin film 40 refers to a thin film having piezoelectricity. Here, piezoelectricity means that a voltage is generated through an electrode when a pressure is applied to a material to cause deformation, and conversely, a physical deformation occurs when an electric field is applied to the piezoelectric material. It means to do. In this embodiment, the PZT piezoelectric element is adopted.
여기에서, 압전박막(40)의 대표적인 예로서 주로 액츄에이터로 사용되는 PZT라고 하는 것은 Pb(Zr,Ti)O3라는 식으로 나타내어 지는데, 납과 지르콘산염 및 티탄산염의 화합물이다. PZT는 ABO3의 페롭스카이트 결정 구조에서 Pb 금속이온이 A 위치를 차지하고, Zr과 Ti가 적당한 비율로 B 위치를 나누어서 차지한다. PZT는 강유전체로 자발분극을 가지고 있으며 외부 전계에 의하여 분극반전을 일으키게 되고 외부에서 관찰하면 물리적으로 PZT의 부피가 늘어나는 것처럼 보인다.Here, as a representative example of the piezoelectric thin film 40, PZT mainly used as an actuator is represented by the formula Pb (Zr, Ti) O 3 , which is a compound of lead, zirconate, and titanate. PZT occupies A position in the perovskite crystal structure of ABO 3 , and Zr and Ti occupy the B position in an appropriate ratio. PZT is a ferroelectric with spontaneous polarization, and the polarization reversal is caused by an external electric field. When viewed from the outside, the volume of PZT appears to be physically increased.
영구자석(50)은 전술한 압전박막(40)의 일면에 부착 형성되어 자기장을 형성한다. 즉, 상기 변형막(11)을 향하도록 상기 압전박막(40)의 일면에 부설되어 자기장을 형성하게 된다. 따라서, 영구자석(50)으로부터 형성된 자기장에 의해 전술한 자성유체(20)가 자화되어 자력에 따라 유동하게 된다.The permanent magnet 50 is attached to one surface of the above-described piezoelectric thin film 40 to form a magnetic field. That is, the magnetic field is formed by being disposed on one surface of the piezoelectric thin film 40 so as to face the strained film 11. Therefore, the magnetic fluid 20 described above is magnetized by the magnetic field formed from the permanent magnet 50 to flow according to the magnetic force.
전압인가부(60)는 전술한 압전박막(40)에 전압을 인가하는 수단으로 압전박막(40)에 전압을 인가하여 압전박막(40)을 물리적으로 변화시키게 된다. 전압인가부(60)는 매우 빠른 속도로 전압의 공급과 차단을 반복할 수 있는 것이 바람직하다.The voltage applying unit 60 applies a voltage to the piezoelectric thin film 40 as a means for applying a voltage to the piezoelectric thin film 40 described above to physically change the piezoelectric thin film 40. The voltage applying unit 60 is preferably able to repeat the supply and interruption of the voltage at a very high speed.
유체챔버(70)는 분사를 원하는 유체(80)를 내장하기 위한 수단으로 도면에는 미도시된 유체저장부로부터 유체(80)를 흡입하는 유체흡입부와 유체(80)를 외부로분사하는 유체분사구 및 전술한 챔버(10)의 노즐부(12)와 연결되는 연결부를 가진다.The fluid chamber 70 is a means for incorporating the fluid 80 to be injected, and the fluid inlet port for injecting the fluid 80 from the fluid storage part not shown in the drawing and the fluid injection port for injecting the fluid 80 to the outside. And a connection part connected to the nozzle part 12 of the chamber 10 described above.
유체(80)는 상기 유체챔버(70)에 내장되어 분사되는 것으로서 본 실시예에서는 분사되는 유체(80)로 프린터에 사용되는 잉크(80)를 예로 들어 설명하지만 종류를 불문하고 어떠한 유체라도 사용이 가능하다. 다만, 전술한 챔버(10)에 내장된 자성유체(20)와 화학적인 반응을 일으킬 수 있는 유체는 제외하여야 한다.The fluid 80 is injected into the fluid chamber 70, and is described in this embodiment using the ink 80 used in the printer as the injected fluid 80, but any fluid of any kind may be used. It is possible. However, the fluid which may cause a chemical reaction with the magnetic fluid 20 embedded in the above-described chamber 10 should be excluded.
도 2A 및 2B 는 강자성체에 자기장이 인가되었을 때 강자성체에 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이 강자성체(100)는 변형막(110)에 부착되어 있고 자기장을 형성하는 영구자석(120)은 강자성체(100)로부터 소정 거리(d0) 이격되어 있다.2A and 2B are diagrams for explaining a force acting on a ferromagnetic material when a magnetic field is applied to the ferromagnetic material. As shown, the ferromagnetic material 100 is attached to the strained film 110, and the permanent magnet 120 forming the magnetic field is spaced apart from the ferromagnetic material 100 by a predetermined distance d 0 .
강자성체(100)가 영구자석(120)에 의해 형성된 자기장에 의한 자기력을 받으면 강자성체(100)는 영구자석(120)쪽으로 이끌리는 힘을 받게 되며 강자성체가 부설된 변형막(110)은 영구자석(120)쪽으로 휘어져 변형된다. 그에 따라, 영구자석(120)과 강자성체(100)의 거리(d)는 자기장이 형성되기 전의 거리(d0)보다 더 가까워진다.When the ferromagnetic material 100 receives the magnetic force by the magnetic field formed by the permanent magnet 120, the ferromagnetic material 100 is subjected to the force to be directed to the permanent magnet 120 and the deformation film 110 in which the ferromagnetic material is placed is a permanent magnet ( Bent toward 120). Accordingly, the distance d between the permanent magnet 120 and the ferromagnetic material 100 is closer than the distance d 0 before the magnetic field is formed.
도 2B 에 도시된 자기 등가 회로에 대해 전기 회로의 연계성을 고려하면, 전기 회로의 저항(Resistance)는 자기 회로 저항(Reluctance)과 같은 의미이다. 그리고, 전압(emf:Electro Motive Force)은 자기 회로의 mmf(Magneto Motive Force)와 비교할 수 있으며, 전류(Current)는 자기 회로의 자력선()과 비교할 수 있다.Considering the connection of the electric circuit with respect to the magnetic equivalent circuit shown in FIG. 2B, the resistance of the electric circuit is synonymous with the magnetic circuit resistance. In addition, the voltage (emf: Electro Motive Force) can be compared with mmf (Magneto Motive Force) of the magnetic circuit, and the current (Current) is the magnetic line of the magnetic circuit ( ) Can be compared.
도 2A 에 도시된 것과 같이 변형막(110)에 붙은 강자성체(100)에 자기장이 인가되면 공기를 자기에너지가 축적되는 공간이라고 할 때, 영구자석(120)과 강자성체(100) 사이의 Magnetic Reluctance 는 다음의 식(1)과 같다.When the magnetic field is applied to the ferromagnetic material 100 attached to the strained film 110 as shown in FIG. 2A, when the air is a space where magnetic energy is accumulated, the magnetic reluctance between the permanent magnet 120 and the ferromagnetic material 100 is It is as following Formula (1).
식(1) Formula (1)
여기에서,은 Magnetic Reluctance이고, d 는 영구자석(120)과 강자성체(100)와의 거리이고,는 공기의 유전률이고, S 는 자기력이 미치는 단면적을 나타낸다. 따라서, 전기장에 저장된 전기에너지와 자기장에 저장된 자기 에너지에 대해 장(Field)의 관점에서 비교한다면 다음의 식(2) 및 식(3)와 같다.From here, Is Magnetic Reluctance, d is the distance between the permanent magnet 120 and the ferromagnetic material 100, Is the dielectric constant of air and S is the cross-sectional area of magnetic force. Therefore, the electric energy stored in the electric field and the magnetic energy stored in the magnetic field are compared with the following equations (2) and (3).
식(2) Formula (2)
식(3) Formula (3)
도 2A 의 경우에 강자성체(100)가 붙은 변형막(110)에 대해 영구자석이 미치는 자기에너지를 구하면 다음의 식(4)로부터 식(5)로 구해진다.In the case of FIG. 2A, the magnetic energy applied by the permanent magnet to the strained film 110 to which the ferromagnetic material 100 is attached is obtained from Equation (5) from Equation (4) below.
식(4) Formula (4)
식(5) Formula (5)
따라서, 식(5)에서 나타나는 것처럼 자기장 내에 저장된 자기에너지는 영구자석(120)과 강자성체(100) 사이의 거리 d 에 반비례하게 된다. 즉, 영구자석(120)과 강자성체(100) 사이의 거리가 가까우면 강자성체(100)에 작용하는자기에너지는 커지고, 거리가 멀어지면 작용하는 자기에너지는 감소한다.Therefore, as shown in equation (5), the magnetic energy stored in the magnetic field is inversely proportional to the distance d between the permanent magnet 120 and the ferromagnetic material 100. That is, when the distance between the permanent magnet 120 and the ferromagnetic material 100 is close, the magnetic energy acting on the ferromagnetic material 100 becomes large, and the magnetic energy acting when the distance is far away decreases.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 유체 분사 장치가 유체(80)를 흡입하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이 챔버(10)내에는 자성유체(20)가 내장되어 있고 챔버(10)의 노즐부(12)로 연결된 유체챔버(70)내에는 분사를 원하는 유체(80), 즉 본 실시예에서는 프린터용 잉크(80)가 내장되어 있다.3 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of sucking the fluid 80 by the fluid injection device according to an embodiment of the present invention. As shown, the magnetic fluid 20 is embedded in the chamber 10 and the fluid 80 desired to be injected into the fluid chamber 70 connected to the nozzle part 12 of the chamber 10, that is, the present embodiment. In the printer ink 80 is incorporated.
전압인가부(60)로부터 압전박막(40)에 구동 전압이 인가되면 압전박막(40)의 부피가 증가하게 되고, 그에 따라 압전박막(40)에 부설된 영구자석(50)과 챔버(10)의 변형막(11)의 거리(d)가 좁아지게 된다. 챔버(10)내에 내장된 자성유체(20)는 영구자석(50)에 의해 형성된 자기장에 의해 자화되고, 영구자석(50)과 챔버(10)의 거리가 가까워질수록 자기력의 세기는 강해지므로 자화된 자성유체(20)는 영구자석(50)쪽으로 이끌리게 된다.When a driving voltage is applied from the voltage applying unit 60 to the piezoelectric thin film 40, the volume of the piezoelectric thin film 40 increases, and thus, the permanent magnet 50 and the chamber 10 installed in the piezoelectric thin film 40. The distance d of the strain film 11 becomes narrower. The magnetic fluid 20 embedded in the chamber 10 is magnetized by the magnetic field formed by the permanent magnet 50, and as the distance between the permanent magnet 50 and the chamber 10 increases, the strength of the magnetic force becomes stronger. The magnetic fluid 20 is attracted to the permanent magnet (50).
그로 인해, 챔버(10)의 변형막(11)은 영구자석(50)쪽으로 휘어져 변형되며, 챔버(10)내의 체적은 일정하여야 하므로 노즐부(12)의 자성유체(20) 또한 챔버(10) 내부로 이끌려 유동된다. 따라서, 노즐부(12)를 통해 연결된 유체챔버(70)내의 유체(80), 즉 잉크(80)도 챔버(10) 내부로 이끌려 이동하게 되며 그에 따라 잉크(80)가 잉크저장부로부터 유체챔버(70)로 흡입된다.Therefore, the deformation film 11 of the chamber 10 is bent and deformed toward the permanent magnet 50, and the volume in the chamber 10 must be constant, so that the magnetic fluid 20 of the nozzle portion 12 is also the chamber 10. It is drawn inside and flows. Accordingly, the fluid 80 in the fluid chamber 70 connected through the nozzle part 12, that is, the ink 80, is also drawn into the chamber 10 to move, so that the ink 80 moves from the ink reservoir to the fluid chamber 70. Inhaled at 70.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 유체 분사 장치가 유체(80)를 토출하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of discharging the fluid 80 by the fluid injection device according to an embodiment of the present invention.
전압인가부(60)로부터 상기 압전박막(40)으로 전압을 인가하지 않으면 압전박막(40)의 부피는 원래 상태로 복귀한다. 그에 따라 영구자석(50)과 챔버(10)의 거리(d)는 전압이 인가되지 않은 원래의 거리(d0)로 복귀하게 되고, 따라서 자성유체(20)에 작용하는 자기장의 세기도 감소한다.If no voltage is applied from the voltage applying unit 60 to the piezoelectric thin film 40, the volume of the piezoelectric thin film 40 returns to its original state. As a result, the distance d between the permanent magnet 50 and the chamber 10 returns to the original distance d 0 where no voltage is applied, thus reducing the strength of the magnetic field acting on the magnetic fluid 20. .
자기장의 세기가 감소함에 따라 자성유체(20)에 작용하는 영구자석(50)으로 이끌리는 힘, 즉 자기력도 감소하게 되며, 자성유체(20)는 변형막(11)이 변형되기 전의 막의 형태로 돌아가려고 하는 자체 탄성과 더불어 본래의 자리로 복귀하게 된다.As the strength of the magnetic field decreases, the force, that is, the magnetic force, which is attracted to the permanent magnet 50 acting on the magnetic fluid 20 decreases, and the magnetic fluid 20 is in the form of a membrane before the deformation film 11 is deformed. It will return to its original position with its elasticity to return to.
따라서, 챔버(10)내의 체적은 일정하므로 자성유체(20)는 노즐부(12)를 통하여 챔버(10)내부로 들어온 잉크(80)를 밀어내게 된다. 노즐부(12)의 말단에 부설된 자성유체 스토퍼(30)에 의해 형성된 자기장에 의해 자성유체(20)는 자성유체 스토퍼(30)가 부설된 부분을 넘어서지는 않는다. 자성유체(20)로부터 압력을 받은 유체챔버(70)내의 잉크(80)는 분사구를 통하여 외부로 토출되어 프린팅 용지에 프린트된다.Therefore, since the volume in the chamber 10 is constant, the magnetic fluid 20 pushes the ink 80 introduced into the chamber 10 through the nozzle unit 12. The magnetic fluid 20 does not exceed the portion where the magnetic fluid stopper 30 is placed by the magnetic field formed by the magnetic fluid stopper 30 attached to the end of the nozzle unit 12. The ink 80 in the fluid chamber 70 which is pressurized by the magnetic fluid 20 is discharged to the outside through the injection hole and printed on the printing paper.
전술한 구성에 따라 본 발명은 분사되는 유체의 종류를 불문하고 어떠한 유체라도 분사시킬 수 있는 장점이 있으며, 분사시 유체가 분사되는 노즐부에 충격을 가하지 않으므로 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the above configuration, the present invention has the advantage of spraying any fluid irrespective of the type of fluid to be injected, and has an effect of increasing durability because it does not apply an impact to the nozzle portion to which the fluid is injected.
그리고, 본 발명은 장 기간 사용시에도 정량 분사를 가능하게 할 수 있는 장점이 있으며, 균일한 양을 분사하여 프린터에 사용되는 경우 인쇄품질을 높일 수있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that it is possible to enable a fixed quantity injection even in long-term use, there is an advantage to increase the print quality when used in the printer by spraying a uniform amount.
뿐만 아니라, 본 발명은 인가하는 전압에 따라 분사하는 유체의 양을 정확하게 제어할 수 있으므로 미세한 양까지 정량적으로 분사할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명은 MEMS 기술을 이용하여 구성되므로 본 발명이 적용되는 각종 소자의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention can accurately control the amount of fluid to be injected according to the applied voltage, there is an effect that can be quantitatively sprayed up to a minute amount, the present invention is configured using MEMS technology so that the present invention is applied There is an effect that can significantly reduce the size of the various devices.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many different and obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.
Claims (2)
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