KR100450779B1 - 버블제트프린터 - Google Patents

Abstract

그레이 스케일(grey scale)로 인쇄 가능한 버블제트(buble jet) 프린터에 관한 내용이 개시되어 있다. 이 프린터는 미리 정해진 형상의 노즐구멍(31)이 형성된 노즐플레이트(30)와, 노즐플레이트와 상호 결합되어 잉크가 공급되는 소정 형상의 캐비티(50)를 형성하는 기판(40)과, 기판에 부착되며 소정의 전류가 인가되는 복수의 전극(70)과, 복수의 전극과 적절히 연결되고 크기가 다른 복수의 발열체(61-66)가 적층 배열된 발열유니트(60)를 구비하여 된 구조를 가진다. 이는 가열되는 발열체의 면적에 따라 토출되는 잉크방울의 크기가 제어 된다.

Description

버블제트 프린터

헤드의 노즐구멍을 통하여 토출되는 잉크방울의 크기가 제어되는 개선된 인쇄헤드를 갖는 버블제트 프린터를 제공하는데 있다.

본 발명은 버블제트 프린터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 그레이 스케일(grey scale) 인쇄가 가능한 버블제트 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 열에 의하여 발생되는 기포에 의해서 잉크가 토출되는 방식의 프린팅장치를 버블제트 프린터라 한다. 즉, 버블제트 프린터는 인쇄헤드에 설치된 미리 정해진 크기의 발열체에 의하여 잉크가 가열되면서 생성되는 기포의 압력에 의해서 잉크가 인쇄헤드에 형성된 노즐구멍을 통하여 토출됨에 따라 기록지에 미리 정해진 화상 및/또는 글자가 인쇄되도록 하는 기기를 말한다. 이러한 일반적인 버블제트 프린터의 헤드에서는 잉크 양이 항상 일정하게 토출된다.

항상 일정한 양으로 토출되는 잉크에 의하여 인쇄되는 글자 및 화상의 인쇄 품질은 나쁠 수 밖에 없다. 특히, 화상을 인쇄하는 그래픽-프린팅(graphic printing) 경우에 인쇄 품질이 아주 나쁘다. 잘 알려진 바와 같이, 그래픽 프린팅 경우에는 그레이 스케일(grey scale)로 인쇄되어야 좋은 품질의 인쇄물을 얻을 수 있다. 따라서, 근래에는 그레이 스케일 인쇄가 가능하도록 토출되는 잉크의 양을 제어할 수 있는 기술이 많이 개발되고 있다.

YOSHIAKI 등에 의해 제안된 미국특허 제4,339,762호에는 상술한 인쇄품질을 개선하기 위한 버블제트 프린터가 개시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면,YOSHIAKI의 프린터는 그루브부재(10)와 기판(20)이 상호 접합되어서 그 사이로 잉크가 토출될 수 있는 구조를 가진다. 상기 그루브부재(10)에는 길이방향으로 길게 복수의 그루브(11a-11f)가 소정간격으로 형성되어 있고, 각 그루브(11a-11f)사이에는 접착면(12a-12g)이 마련되어 있다. 그리고 상기 기판(20)에는 상기 접착면(12a-12g)과 대향되어 복수의 접착층(24)이 마련되어 있고, 각 접착층(24) 사이에는 각각 전류가 인가되는 복수의 전극(23a-23f)과 열발생부재(22)가 마련되어 있다. 그리고 기판(20)에는 상기 열발생부재(22)에 전류를 인가하는 공통전극(21)이 마련되어 있다. 이와 같은 YOSHIAKI의 프린터는 인가되는 펄스의 변화를 통해 잉크의 부피를 제어하는 방식으로, 그 구조가 복잡하기 때문에 제조공정 상 어려움이 있다는 문제점이 있다.

SUZUKI에 의해 제안된 염료희석법( E. Suzuki, "SPSE Third International Congress on Advanced in Non-Impact Printing Technologies, San Francisco, California, U.S.A Aug. 24-28, 1986)에는 염료의 농도가 틀린 잉크를 삼원색 잉크통에 각각 내장하고, 각각의 농도가 틀린 잉크를 토출하기 위해 별도의 프린트헤드가 사용된다. 따라서, 생산가 및 잉크카트리지의 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 미국특허 5,121,143호에는 각각의 발열유니트에 대응되는 전극의 넓이를 서로 다르게 형성하여, 여러 가지 크기의 발열유니트를 형성하게 되므로 방출되어 지는 잉크방울의 크기를 제어하게 되어 프린트 화질을 개선하는 효과를 가진다.

그러나 이 방법은 각각의 발열유니트당 각각의 노즐구멍이 필요하게 되어 프린트헤드의 집적도가 저하되게 되며, 또한 헤드의 제조 공정이 복잡하다. 그리고, 미국특허 4,503,444호에는 기록지에 인쇄되는 점의 크기를 제어하기 위해 여러개의 잉크방울을 사용하여, 인쇄속도의 제약을 받는 다는 문제점이 있다.

토출되는 잉크방울의 크기를 제어할 수 있도록 인쇄헤드를 효과적으로 개선하는데 있다.

도 1은 종래에 따른 버블제트 프린터의 헤드 부분을 도시한 분리 사시도이다.

도 2는 도 1의 Y-Y선 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 버블제트 프린터의 헤드 부분을 도시한 단면도이다.

도 4는 도 3의 의 발열유니트와 전극을 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 발열유니트의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 버블제트 프린터의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 버블제트 프린터에 의해 인쇄될 수 있는 형태의 매트릭스 구조 화소이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30...노즐플레이트 31...노즐구멍

40...기판 50...캐비티

60...발열유니트 70...전극

80...절연층

본 발명에 따른 버블제트 프린터는 미리 정해진 형상의 노즐구멍이 형성된 노즐플레이트와, 상기 노즐플레이트와 결합되어 잉크가 공급되는 미리 정해진 형상의 캐비티를 형성하는 기판과, 상기 기판에 부착되며 소정의 전류가 통하는 복수의 전극과, 상기 복수의 전극과 각각 연결되는 복수의 발열체가 형성되는 발열유니트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하나의 노즐구멍이 상기 하나의 발열유니트에 대응되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열체의 면적이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열체가 동일한 면에 배열되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전극은 상기 복수의 발열체 중 적어도 하나의 발열체 일단에 연결되는 베이스전극과, 상기 베이스전극에 연결된 발열체의 타단과 상기 베이스전극에 연결되지 않은 발열체의 일단을 연결하는 연결전극과, 연결전극에 연결되고 상기 베이스전극에 연결되지 않은 발열체에 연결되어 전류가 인가되는 접속전극을포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 특징에 따르면, 발열유니트는 발열되는 발열체 및 발열체의 수에 따라 발열되는 면적이 변하여, 기포의 량을 다르게 발생시킨다. 이러한 발열 유니트를 갖는 본 발명의 버블제트 프린터는 기포의 양을 제어하여 잉크 방울의 크기를 조절하여 그레이 스케일 인쇄를 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 인쇄헤드에는 소정 형상의 노즐구멍(31)이 형성된 노즐플레이트(30)와, 상기 노즐플레이트(30)와 상호 결합되어 잉크(111)가 공급되는 소정 형상의 캐비티(50)를 형성하는 기판(40)이 구비되어 있다. 상기 기판(40)에는 절연층(80)이 도포되어 있고, 이 절연층(80) 상부에는 소정의 전류가 인가되는 복수의 전극(70)이 배선되어 있으며, 전극(70)과 적절히 연결되는 발열유니트(60)가 형성되어 있다. 상기 전극(70)은 공통전극(71)과, 제1,2,3연결전극(72,73,74) 그리고 제1,2,3접속전극(75,76,77)을 포함하여 구성되며, 상기 발열유니트(60)는 제1,2,3,4,5,6발열체(61~66)를 포함하여 구성된다.

상기 제4,5,6발열체의 일단에는 공통전극(71)이 연결되어 있으며, 제1접속전극(75)은 제1발열체(61)의 일단에, 제2접속전극(76)은 제2발열체(62)의 일단에, 제 3접속전극(77)은 제3발열체(61)의 일단에 연결되어 있다. 그리고, 제1연결전극(72)은 제1발열체(61)와 제6발열체(66)를 연결하며, 제2연결전극(73)은 제2발열체(62)와 제5발열체(65)를 연결하며, 제3연결전극(74)은 제3발열체(63)와 제4발열체(64)를 연결한다.

제1,2,3접속전극(72,73,74)에 선택적으로 전원이 인가됨에 따라 발열유니트(60)의 발열 면적은 변한다. 즉, 제1접속전극(75)에 전원이 인가되면 제1발열체(61)와 제6발열체(66)가 동시에 발열되며, 제2접속전극(76)에 전원이 인가되면 제2발열체(62)와 제5발열체(65)가 발열되며, 제3접속전극(77)에 전원이 인가되면 제3발열체(63)와 제4발열체(64)가 발열된다. 또한 제1,2,3연결전극(72,73,74)에 전원이 인가되면 제4,5,6발열체(64,65,66) 만이 발열되고, 제1,2,3발열체(61,62,63)는 발열되지 않는다.

상술한 바와 같이, 제1,2.3접속전극(75,76,77) 또는 제1,2,3연결전극(72,73,74)에 전원이 인가됨에 따라 발열유니트(60)의 발열 면적이 변한다. 이와 같은 발열유니트(60)에 연결되는 전극(70)을 이용하면 상기 발열체(61~66) 들이 겹침 없이 동일 평면상에 설치 될 수 있는 장점이 있다. 만약, 발열체(61∼66)를 겹쳐 발열유니트(60)를 만든 다면, 제조 원가도 상승할 뿐만 아니라 제작 또한 곤란할 것이다.

도 3을 참조하면, 캐비티(50)로 통과되는 잉크의 공급 방향과 상기 노즐구멍(31)을 통해 토출되는 잉크 토출 방향이 서로 수직이 되도록 상기 노즐구멍(31)과 상기 발열유니트(60)는 대향되어 설치될 수 있으며, 도 6을 참조하면, 상기 캐비티(50)로 통과되는 잉크 공급 방향과 토출되는 잉크 토출 방향이 서로 평행이 되도록 노즐구멍(53)이 상기 캐비티(50)의 일 탄부 상에 형성될 수 있다. 즉, 후자의 노즐 구멍(53)과 발열유니트(60)의 배열방향은 수직을 이룬다.

상기 발열유니트(60)의 상부에는 그 발열유니트(60)를 상기 잉크(111)로부터 보호하는 Ta, Si3N4, SiC의 합성으로 이루어진 보호층(55)이 형성되어 있다. 발열 유니트(60)의 각 발열부재(61-63)들은 Ta-Al 합금 또는 HfB2 등이 사용될 수 있으며, 상기 전극(70)은 Al합금이 사용된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 버블제트 프린터는 기록신호에 따른 전류가 각 전극(70)에 선택적으로 인가되면 각 발열체(61-66)가 선택적으로 발열되고, 선택되어 발열되는 발열체(61-66)의 면적에 비례하여 잉크에서는 기포가 발생되며, 발생된 기포에 의하여 잉크가 노즐구멍(31)(53)을 통하여 토출된다. 이와 같이 본 발명에 따른 잉크제트 프린터는 각 발열체(61-66)에 전류를 선택적으로 인가하여 잉크방울(110)의 크기를 소망하는 크기로 제어할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 발열체(61',62',63')의 크기를 서로 달리하여 설치하여 소망하는 크기의 잉크 방울을 얻을 수 있다.

따라서, 하나의 화소(pixel)가 매트릭스 구조를 갖는 4개의 점으로 구성된다면, 하나의 화소는 도 7에 도시된 바와 같이 11단계의 스케일로 인쇄될 수 있다. 즉, 점들이 매트릭스 구조를 이루며 화상이 인쇄될 때, 예를 들어 하나의 화소가 2 ×2 매트릭스로 구성되고, 직경이 1:3의 비율을 갖는 두 개의 점이 사용된 경우에는 11 단계 그레이 스케일 인쇄가 가능하다.

본 발명은 바람직한 실시예로 들은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당 업계의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예의 실시가 가능할 것이다. 따라서, 본발명의 진정한 기술적 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상에 의한 특허청구의 범위에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 잉크제트 프린터는 종래의 잉크제트 프린터와는 발열유니트의 발열 면적을 제어하여 하나의 노즐구멍을 통해서 토출되는 잉크 방울의 크기를 제어할 수 있어, 다양한 그레이 스케일 인쇄가 가능하다.

Claims (8)

1. 미리 정해진 형상의 노즐구멍이 형성된 노즐플레이트와,

   상기 노즐플레이트와 결합되어 잉크가 공급되는 미리 정해진 형상의 캐비티를 형성하는 기판과,

   상기 기판에 부착되며 소정의 전류가 통하는 복수의 전극과,

   상기 복수의 전극과 각각 연결되는 복수의 발열체가 형성된 발열유니트를 구비하고,

   상기 발열체들의 면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하나의 노즐구멍이 상기 복수의 발열체에 대응되는 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 잉크의 공급방향과 상기 노즐구멍을 통해 토출되는 잉크 토출 방향이 수직이 되도록 상기 노즐구멍과 상기 발열유니트가 대향되어 설치되는 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 잉크가 공급되는 방향과 상기 노즐구멍을 통해 잉크가 토출되는 방향이 평행이 되도록 상기 노즐구멍이 상기 캐비티의 일 단부 상에 형성되어 된 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 발열유니트의 상부에 상기 발열유니트를 상기 잉크로부터 보호하는 보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보호층은 Ta, Si3N4, SiC의 합성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
7. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 전극과 상기 기판 사이에는 절연층이 형성되어 된 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 발열체가 동일한 면에 배열되는 것을 특징으로 하는 버블제트 프린터.