KR100483143B1

KR100483143B1 - 배출장치및배출방법

Info

Publication number: KR100483143B1
Application number: KR10-1998-0705604A
Authority: KR
Inventors: 찰스 펀리 뉴콤베 가이; 에머톤 닐; 테아페 존; 존 테일러 피터; 윌헬름 얀세 반 렌스버그 리차드
Original assignee: 톤제트 리미티드
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2005-08-31
Also published as: ATE211072T1; CA2241471A1; JP2000503915A; AU1450497A; KR19990081892A; CN1209771A; GB9601226D0; US6247797B1; CN1177691C; AU714514B2; JP2006347181A; DE69709318D1; RU2141407C1; WO1997027056A1; EP0885126B1; EP0885126A1; DE69709318T2

Abstract

액체로부터 물질을 배출시키기 위한 장치는 전극(3)과 함께 배출위치(1)를 갖춘다. 상기 위치에 함께 전계를 형성하기 위해 배출위치 전극에 전위가 인가되고, 배출위치로부터 배출되는 미립자를 포함하는 배출위치에 액체가 공급된다. 2차전극(5,8)은 배출위치에 인접하여 배치되고 외부 전계에 의해 영향을 받는 헤드의 감도를 감소시키기 위해 배출위치 전극에 전압을 제어할 수 있다.

Description

배출장치 및 배출방법

본 발명은, 액체로부터 물질을 배출시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

채용된 장치 및 방법은, 통상 참조에 의해 구체화된 WO-A-93-11866, PCT/GB95/01215 및 WO-A-94-18011에 기술된 타입이다. 이들 특허출원에 기술된 방법에 있어서, 미립자(particles)의 응집 또는 농축이 배출위치에서 이루어지고, 다음에 그 배출위치로부터 미립자가, 예컨대 프린팅 목적을 위해 기판(substrate) 상으로 배출된다. 어레이(array) 프린터의 경우, 복수의 셀은 한줄 이상으로 배열된다. 또 다른 타입의 프린팅 장치에 있어서, JP-A-05 116 322, US-A-3 060 429 및 US-A-3 887 928에 나타낸 바와 같이, 하전된(charged) 액체입자는 기판상으로 분사되고, 추가의 전극(electrode)이 하전기판에 하전입자를 안내(guiding)하기 위해 제공된다.

따라서, 상술한 기술은 정전계를 사용하여 미립자를 생성시키고 배출시키는 기술로 잘 알려져 있지만, 이러한 타입의 배출은 (a) 배출전극의 부근에 정전계의 클로즈(close) 제어에 따른 배출입자 또는 미립자의 이동방향 제어와, (b) 원격 위치의 전기적 접지와 스위칭의 어려움, (c) 배출전극과 기판 사이의 갭(gap)에 의한 배출 의존 및, (d) 정전계의 인가동안 배출기 내에 공수(airborne)된 미립자의 유입 등과 같은 문제가 존재한다.

도 1은 행의 배출셀을 갖춘 프린트헤드와 대응하는 2차전극을 나타낸 도면,

도 2는 도 1의 배열을 나타낸 측면도,

도 3은 쌍으로 개별 배출전극의 어드레싱을 가능하게 하도록 전극의 배열을 나타낸 도면,

도 4는 어떻게 2차전극이 동작의 매트릭스 어드레싱 모드에 이용되는지를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 배출장치를 통합한 다른 프린트헤드의 일부분을 나타낸 부분 사시도,

도 6은 도 5와 유사한 배출장치의 또 다른 형태를 나타낸 부분 사시도,

도 7은 도 5의 셀을 나타낸 부분 단면도이다.

본 발명에 따른 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치는, 평면(plane)을 정의하여 한줄로 배치된 대응하는 각각의 배출전극을 갖춘 선형배열로 배치된 다수의 배출위치와, 배출위치에 전계를 형성하기 위해 배출전극에 전위를 인가하는 수단, 배출위치에 미립자를 포함하는 액체를 공급하기 위한 수단 및, 배출전극의 평면을 가로질러 배치된 2차전극을 구비하여 구성된다.

다수의 2차전극이 제공되거나, 그렇지 않으면 배출위치에 하나의 2차전극이 공통으로 제공된다.

따라서, 외부 전계에 의해 영향 받는 장치의 감도는, 미립자가 그 위에 배출되는 기판과 배출위치간 거리의 변경으로 감소된다.

또한, 본 발명은 기판상에 미립자의 응집물을 배출시키기 위한 장치를 구동하는 방법도 포함한다.

배출전극의 전압에 따른 2차전극 또는 이들 전극의 전압 사용은 적절한 전자제어회로에 의해 제어된다.

2차전극의 사용은 배출위치에 전극에 필요한 접속(connections)의 수를 감소시키기 위해 한줄로 다수의 셀이 존재하는 어레이 시스템에 특히 효과적이다. 예컨대, 전극위치에 인접한 전극을 쌍으로 서로 접속시키고, 2차전극도 마찬가지로 접속시킴으로써, 각 전극세트에 요구된 접속의 수가 1/2로 감소된다. 다음에, 배출위치에 전극의 접속쌍에 따라 분파된(offset) 2차전극의 접속쌍을 배치함으로써, 접속쌍의 각 배출위치 전극이 다른 접속쌍의 2차전극에 대향 배치되기 때문에, 즉 대향하는 2차전극이 전기적으로 접속되지 않기 때문에, 배출 및 프린팅의 제어는 배출위치에 전극과 "매트릭스 어드레싱(matrix addressing)"모드의 2차전극에 전압의 선택적인 인가에 의해 이루어진다. 따라서, 배출전압은 한쌍의 배출위치 전극에 인가되고, 배출은 대향하는 2차전극에 다른 전압의 인가에 의해 각각의 셀로부터 개별적으로 제어된다. 더욱이, 원할 경우 멀티플렉싱도 이루어진다.

바람직하게는 2차전극이 절연되고 배출전극이 절연되지 않지만, 소정 디자인에 있어서는, 양쪽 모두 절연되지 않거나 양쪽 모두 절연되고, 또는 배출전극이 절연되고 2차전극이 절연되지 않는다.

도 1 및 도 2는 절연장벽(2)에 의해 분리된 복수의 셀(1)을 갖추고, 각각의 배출전극(3)을 포함하는 프린트헤드를 나타낸다. WO-A-93-11866에 기술한 바와 같이, 각각의 셀에 유체에 의해 운반된 미립자의 응집물은, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 각 전극(3)에 전압의 인가로 셀로부터 배출된다. 도 2는 프린팅 동안 미립자의 응집물이 셀(1)로부터 기판(4)으로 배출되는 상태를 나타낸다. 셀과 기판(4)간 거리의 변경으로 헤드의 감도를 감소시키기 위해, 각 셀(1)에 대향배치된 복수의 구멍(6)을 갖춘 2차전극(5)이 배출셀의 정면에 제공된다. 도시한 바와 같이, 전극(5)은 서포트(7: support)의 제1측에 배치되고, 또 다른 2차전극(8)은 또 다른 측에 배치된다. 셀(1)로부터 방출된 미립자의 하전된 응집물은 전극(5)을 통해 접지된 기판(4)상으로 패스된다.

예컨대, 하나의 방법에 있어서, 전극에 인가된 전압은 배출 목적을 위한 배출전극상에서는 1kV, 2차전극(5)상에서는 500V 및 또 다른 2차전극(8)상에서는 0V가 된다. 50미크론의 폭을 갖고 면을 둥글게 홈을 판 45도로 형성된 구멍(6)과 함께 전극(5,8)을 제공하기 위해 양면이 크롬 도금된 150미크론 두께의 유리 슬립(slip)에 의한 전극 서포트(7)가 제공된다. 2차전극(8)은 200미크론의 거리로 배출셀의 최말단으로부터 분리되어 있다. 일반적으로, 보다 가까운 2차전극구조는 배출셀에 그들 사이의 영역에 보다 큰 전계가 존재하는데, 이것은 또한 전체 메니스커스(meniscus)에 걸친 정전압의 증가를 야기시킨다는 것을 알 수 있다. 원하는 압력 분포는 2차전극(5)에 전위를 증가시킴으로써 복구된다.

즉, 전극에 전압은, 이하에 기술한 바와 같이 영국 특허출원 9601232.3에 기술된 바와 같다.

거기에는 다른 실시예로서, 도 1 및 도 2와 유사한 방법으로 형성된 복수의 2차전극이 존재하는데, 2차전극의 경우 개별적으로 각각의 구멍(6) 주위에 형성된다. 물론, 주어진 적용에 적합하면 전혀 다른 구성도 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 3은 1차전극(3) 및 2차전극(5)이 또 다른 것으로부터 어떻게 분파되는지 그리고 쌍 A,B,C,D,E,F 등에 어떻게 접속되는지를 나타낸다. 따라서, 각각의 전극세트에 요구된 접속의 수가 1/2로 감소되고, 배출위치에 전극(3)의 접속쌍에 대한 2차전극(5) 오프셋의 접속쌍을 배치함으로써, 접속쌍의 각 배출위치 전극(3)이 다른 접속쌍의 2차전극과 대향 배치되기 때문에, 즉 대향하는 2차전극이 전기적으로 접속되지 않기 때문에, 배출 및 프린팅의 제어는 배출위치에 전극과 "어드레싱" 모드의 2차전극에 전압의 선택적인 인가에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 배출전압이 쌍의 배출위치 전극(3)에 인가되고, 배출이 대향하는 2차전극에 다른 전압의 인가에 의해 각각의 셀로부터 개별적으로 배출이 제어될 수 있다.

도 4에 나타낸 배열은 또 다른 배열이다. 이러한 배열은 장치를 구동시키기 위해 이용되는 매트릭스 어드레싱 체계에 이용가능하다. 상기 어드레싱 체계는 플렛 패널 디스플레이(flat panel display)기술에 이용되는 것과 유사하고, 2N어드레스선을 갖춘 어드레스 N² 배출전극에 이용된다. 기술한 실시예에 있어서, 16(4²) 소자배열은 8(2×4) 어드레스선에 의해 구동된다. 멀티플렉스의 장점은, 특히 전극의 수를 증가시키는데 중요하고, 따라서 16(2×8) 어드레스선(1차 8 및 2차 8)으로 256(2⁸)전극을 갖는 헤드를 어드레스 할 수 있다. 1차 및 2차전극의 상세한 접속배열은 원할 경우 코스가 반전될 수 있다.

우리의 영국 특허출원 9601232.3에 기술한 바와 같이, 배출위치로부터 미립자를 배출시키는데 필요한 전압 이하의 전압인 진동(oscillating)전압을 배출위치에 인가할 수 있고, 원할 경우 배출에 필요한 임계치(threshold)를 초과하도록 배출위치에 전압을 합하기 위해 상기 진동전압에 추가적으로 각 2차전극에 가중의 배출전압을 인가할 수 있다.

또 다른 예가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 도 5는 합성 플라스틱재 또는 세라믹 등과 같은 유전재의 몸체(2)로 이루어진 배열형 프린트헤드(1)를 도시한다. 일련의 그루브(3: groove)는 사이에 두는 도금형 랜드(4: land)가 남아있는 몸체(2)에 머쉰(machine)된다. 그루브(3)는 배출되는 물질을 운반하는 유체 잉크(우리의 최초 출원에 기술한 바와 같이)가 그루브 내로 패스되고 밖으로 패스되어 비워질 수 있도록 그루브(3)의 반대측 단부에 배치된 잉크 입구 및 출구(도시하지는 않았지만, 화살표 I 및 O로 표시)가 각각 제공된다.

인접한 그루브(3)의 각 쌍은, 물질에 대한 배출위치를 정의하고 배출 업스탠드(6,6': upstand)를 갖춘 그루브(3)의 쌍간 도금형 랜드 또는 분리기(4: separator)와, 셀(5)을 정의한다. 도면에서 2개의 셀(5)은 삼각형의 배출 업스탠드(6)를 갖춘 좌측 셀(5)과 모서리가 면으로 잘려진 배출 업스탠드를 갖춘 우측 셀(5)을 나타낸다. 각각의 셀(5)은 도금형 랜드(4)중 어느 하나로 형성된 셀 분리기(7)에 의해 분리되고, 각 분리기(7)의 코너는 모서리가 깍여진 표면(8)에 의해 규정된 바와 같이 셀의 외부를 넘어 셀의 바깥쪽으로 배출 업스탠드가 돌출되도록 표면(8)을 제공하기 위해 도시한 바와 같이 형태되거나 모서리가 깍여진다. 면으로 잘려진 배출 업스탠드(6' )는, 배출 업스탠드(6,6' )에 면하는 도금형 랜드(4)의 면(즉, 각 셀 분리기의 내부표면)상에 금속화된 면으로 제공된 배출전극(9)에 인가된 전압으로부터 차례로 발생되는 전계에 의해 야기되는 단효과(end effect)를 감소시키기 위해 끝단 셀(5)에 이용된다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 배출전극(9)은 랜드(4)의 측면과 그루브(3)의 하면에 걸쳐 연장된다. 배출전극(9)의 정확한 범위는 특정 디자인 및 프린터의 목적에 따른다.

도 6은 프린터의 측면 커버에 대한 2개의 다른 형태를 나타내는데, 제1타입은 도면의 상부에 나타낸 바와 같이 직선을 따라 그루브(3)의 측면를 닫는 단일직선 엣지된 커버(11)이다. 제2타입의 커버(12)는 도면의 하부에 도시되어 있고, 그 커버도 그루브(3)를 닫고 있는데 상기 그루브에 배열된 일련의 엣지 슬롯(13)을 갖춘다. 이러한 타입의 커버구조는 종래 형성된 유체 메니스커스의 위치규정을 강화시키기 위해 사용되고, 어떠한 형태의 커버일 지라도 배출전극 및/또는 2차 또는 추가적인 전극이 배출과정을 강화시키기 위해 형성될 수 있는 표면을 제공하는데 이용될 수 있다.

또한, 도 6은 배출 업스탠드(6,6' )를 서포트하는 랜드(4)의 면상에 추가적인 금속화된 면으로 이루어진 배출전극(9)의 다른 형태를 나타낸다. 이것은 전하 주입에 도움을 주고 전계의 순방향 성분을 개선시킨다.

도 7은 도 5의 셀(5)중 어느 하나의 한측면에 따른 부분 단면도를 나타내고, 2차전극(19)의 경우에는 셀 분리기 랜드(4)상에 모서리가 면으로 깍여진 면(8)상에 위치됨으로써, 사실상 배출 업스탠드 바로 옆에 배치된 것을 나타낸다.

Claims

평면을 정의하여 한줄로 배치된 대응하는 각각의 배출전극을 갖춘 선형배열로 배치된 다수의 배출위치와,

상기 배출위치에 전계를 형성하기 위해 상기 배출전극에 전위를 인가하기 위한 수단,

상기 배출위치에 미립자를 포함하는 액체를 공급하기 위한 수단 및,

상기 배출전극의 평면을 가로질러 배치된 2차전극을 구비하여 구성되고,

상기 2차전극은 상기 배출전극에 인접하여 배치된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 다수의 배출전극의 수에 대응하는 상기 배출전극의 평면을 가로질러 배치된 다수의 2차전극을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 배출위치에 공통의 2차전극을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 외부 전계에 의해 영향을 받는 헤드의 감도를 감소시키기 위해 상기 배출위치 전극의 전압에 따라 2차전극 또는 전극에 전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항에 있어서, 미립자가 그 위에 배출되는 기판과 배출위치간 거리에 변경으로 헤드의 감도를 감소시키기 위해, 상기 2차전극 또는 전극에 전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 2차전극 또는 전극은 상기 배출위치의 정면에 배치된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 2차전극 또는 전극은 상기 배출위치의 후방에 배치된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 2차전극 또는 전극은 상기 배출위치 바로 옆에 배치된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 2차전극 또는 전극에 바로 인접하여 배치된 적어도 하나의 3차전극을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체로부터 미립자를 배출시키기 위한 장치.
제1항에 기재된 배출장치를 구동함에 있어, 배출전극에 선택적으로 제1전압을 인가하는 단계와, 2차전극 또는 전극에 선택적으로 제2전압을 인가하는 단계를 거쳐 기판상으로 물질을 배출시키도록 된 것을 특징으로 하는 배출장치의 구동방법.
제10항에 있어서, 상기 외부 전계에 의해 영향을 받는 상기 헤드의 감도를 감소시키기 위해 상기 배출전극의 전압에 따라 상기 2차전극 또는 전극에 전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 배출장치의 구동방법.
제10항에 있어서, 상기 미립자가 그 위에 배출되는 상기 기판과 배출위치간 거리에 변경으로 상기 헤드의 감도를 감소시키기 위해, 상기 2차전극 또는 전극에 전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 배출장치의 구동방법.
제10항에 있어서, 상기 제어된 배출을 달성하기 위해 상기 배출전극에 인가된 펄스전압이 저하되도록 상기 2차전극 또는 전극에 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 배출장치의 구동방법.