KR100561355B1 - 잉크분사장치의 노즐부 제작방법 및 잉크분사장치 - Google Patents
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Abstract
잉크분사장치의 노즐부는, 웨이퍼상에 노즐공에 대응되는 형상의 감광성폴리머를 적층시키고, 웨이퍼상에 니켈을 도금하고 감광성폴리머를 제거하여 노즐플레이트를 형성하고, 노즐플레이트상에 폴리머 재질의 잉크챔버배리어를 형성하고, 잉크챔버베리어의 외면을 도전성 재질로 도금하고, 잉크챔버베리어의 상면에 폴리머를 도포하여 접착층을 형성함으로써 제조된다. 이와 같이 제조된 노즐부에 구동부를 부착함으로써 잉크분사장치가 제조된다. 잉크챔버베리어의 외면에 도금층이 형성되어 있으므로, 잉크챔버 내의 잉크와 잉크챔버베리어간의 반응이 방지되게 된다. 따라서, 잉크분사장치의 잉크토출작동이 안정적으로 수행되게 된다.
잉크, 노즐, 폴리머, 베리어, 도금
Description
도 1은 종래의 잉크분사장치의 단면도,
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작 과정을 순차적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따라 제작된 잉크분사장치의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 구동부 30 : 멤브레인
140 : 노즐부 142 : 도금층
143 : 접착층 145 : 잉크챔버베리어
147 : 노즐플레이트 149 : 노즐공
157 : 잉크챔버
본 발명은 잉크젯 프린터(Inkjet Printer)나 팩시밀리 등의 잉크분사장치에 관한 것으로서, 특히, 잉크분사장치의 노즐부 제작방법 및 이에 의해 제작된 노즐부를 구비한 잉크분사장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터나 팩시밀리 등과 같은 출력장치의 프린터헤드에 사용되는 잉크분사장치는 잉크가 수용되어 있는 잉크챔버 내부에 물리적인 힘을 가하여 소정량의 잉크를 노즐을 통해 외부로 분사시킨다. 이러한 유체분사장치는 유체에 물리력을 가하는 방식에 따라 가열방식, 압전방식, 및 열압축방식 등으로 구분된다.
이 중에서 열압축 방식의 유체분사장치가 도 1에 도시되어 있다. 유체분사장치는 구동부(20), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)로 구성되어 있다.
구동부(20)는 기판(15), 기판(15) 위에 적층되는 산화막(14), 작동유체챔버(27)를 갖는 작동유체배리어(25), 작동유체챔버(27)내에 개재되는 히터(16), 및 히터(16)에 연결되어 있는 도선(17)을 포함하여 구성된다.
노즐부(40)는 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버배리어(45), 및 잉크챔버배리어(45)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(47)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(47)의 상면에는 잉크챔버(57) 내의 잉크를 분사하기 위한 노즐공(49)이 형성되어 있다.
멤브레인(30)은 잉크챔버배리어(45)와 작동유체배리어(25) 사이에 개재된다. 멤브레인(30)은 작동유체챔버(27)와 잉크챔버(57)를 상호 구획한다.
작동유체챔버(27) 내에는 헵테인 등과 같은 작동유체가 충진되며, 잉크챔버(57) 내에는 도시않은 잉크공급원으로부터 잉크가 지속적으로 공급된다.
도선(17)에 전류가 공급되면 히터(16)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(27) 내의 작동유체가 가열되어 작동유체챔버(27) 내에 버블이 발생된다. 이 버블에 의해 작동유체챔버(27) 내부의 압력이 증가되어 멤브레인(30)이 변형되며, 이에 따라 잉크챔버(57)의 내부가 가압되어 노즐(49)을 통해 잉크가 유출된다.
히터(16)에 전류 공급이 중단되면, 버블이 소멸하여 멤브레인(30)이 복원된다. 이러한 히터(16)의 가열작동이 반복적으로 행해짐에 따라 잉크의 토출작업이 수행되게 된다.
상기와 같은 종래의 잉크분사장치에서는, 잉크챔버배리어(45)가 감광성 폴리머로 제조된다. 이 감광성 폴리머는 잉크챔버(57) 내에 있는 잉크와 지속적으로 접한 상태에 놓여 있으며, 또한, 잉크와 화학적 반응을 하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 잉크챔버배리어(45)의 강성이 지속적으로 유지되지 못하여 잉크분사장치의 잉크토출 성능이 시간이 지남에 따라 점점 떨어지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 잉크와 반응한 감광성 폴리머에 의해 노즐공(49)이 막히거나 노즐공(49)에 이물질이 끼이게 되어 잉크가 노즐공(49)을 통해 원활하게 토출되지 못하게 되는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 잉크챔버베리어와 잉크간의 반응이 일어나지 않도록 함으로써 잉크의 토출 성능이 지속적으로 유지될 수 있는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작방법은, 웨이퍼상에 노즐공에 대응되는 형상의 감광성폴리머를 적층시키는 단계; 상기 웨이퍼상에 니켈을 도금하여 노즐플레이트를 형성하는 단계; 상기 감광성폴리머를 제거하여 상기 노즐공을 구비하는 상기 노즐플레이트를 얻는 단계; 상기 노즐플레이트상에 폴리머 재질의 잉크챔버배리어를 형성하는 단계; 상기 잉크챔버베리어의 외면을 도전성 재질로 도금하는 단계; 및 상기 도금된 잉크챔버배리어의 상면에 폴리머를 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 도전성 재질로는 알루미늄 또는 금이 사용된다.
한편, 본 발명에 따르면, 잉크가 수용되는 잉크챔버를 형성하며 그 외표면이 도전성 재질로 코팅되어 있는 잉크챔버배리어, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐플레이트를 포함하는 노즐부; 상기 잉크챔버의 일면에 설치된 멤브레인; 및 상기 멤브레인을 구동하여 상기 노즐공을 통해 상기 잉크챔버 내의 잉크를 외측으로 분사시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 잉크챔버배리어와 상기 멤브레인의 사이에는 폴리머로 형성된 접착층이 개재된다. 이 접착층에 의해 멤브레인과 잉크챔버베리어의 접착이 용이하게 수행되게 된다.
본 발명에 따르면, 잉크챔버베리어의 외면에 도금층이 형성되어 있으므로, 잉크챔버 내의 잉크와 잉크챔버베리어간의 반응이 방지되게 된다. 따라서, 잉크분사장치의 잉크토출작동이 안정적으로 수행되게 된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명에 대한 설명에서, 노즐부를 제외한 구동부 및 멤브레인에 대한 구성과 제작방법은 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 잉크분사장치와 동일하며, 그 상세한 설명은 생략된다. 또한, 이들 부위에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
먼저, 산화막(171)이 도포된 웨이퍼(170)의 중앙부에 도 2에 도시된 바와 같이 포토레지스터(PR, photo resistor)등과 같은 감광성폴리머(173)를 소정의 크기로 적층시킨다. 감광성폴리머(173)는 후술되는 바와 같이 노즐공(149)의 크기 및 형상에 대응된다. 이와 같이 원하는 크기와 형상의 감광성폴리머(173)를 얻기 위해서는, 먼저 웨이퍼(170)상에 감광성폴리머(173)의 층을 형성한 후 식각하는 방법이 사용된다. 도면에는 도시되어 있지 아니하나, 추후에 도금하는 공정 및 노즐부(140)와 웨이퍼(170)를 분리하는 공정을 용이하게 하기 위해, 산화막(171) 상에는 감광성폴리머(173)가 적층되기 전에 도전성 재질의 시드레이어(seed layer)가 먼저 적층된다.
감광성폴리머(173)의 적층이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼(170)상에 니켈을 도금하여 노즐플레이트(147)를 형성한다. 시드레이어는 도전성 재질이고 감광성폴리머(173)는 절연성 재질이므로, 니켈은 감광성폴리머(173)를 제외한 웨이퍼(170) 상의 나머지 부분에만 도금되게 되며, 도금이 진행됨에 따라 감광성폴리머(173)의 높이보다 높게 도금되면 도 3에 도시된 바와 같이 감광성폴리머(173)의 연부를 조금 덮게 된다.
노즐플레이트(149)의 형성이 완료되면, 감광성폴리머(173)를 제거한다. 이를 위하여 웨이퍼(170) 상에 아세톤과 같은 유기용매를 살포하거나, 또는 웨이퍼(170)를 아세톤에 담그면, 감광성폴리머(173)가 녹아서 제거되게 된다. 이에 따라, 감광성폴리머(173)가 적층되어 있던 위치에 공간이 생겨 도 4에 도시된 바와 같이 노즐공(149)이 형성되게 된다.
그리고 나서, 노즐플레이트(147)에 폴리머를 적층시켜 잉크챔버배리어(145)를 형성한다. 이때, 잉크챔버베리어(145)를 얻기 위해서는, 폴리머를 노즐플레이트(147)상에 라미네이션(lanination) 공정에 의해 판상으로 적층시킨 후 필요한 부위를 식각하는 방법을 사용한다. 이에 따라 잉크챔버베리어(145)를 제외한 나머지 부분이 식각되어 도 4에 도시된 바와 같이 잉크챔버(157)를 갖는 잉크챔버배리어(145)가 얻어지게 된다.
잉크챔버베리어(145)의 외면은 도전성 재질로 도금되며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 도금층(142)이 형성된다. 이때, 도금층(142)의 형성을 위한 도전성 재질로는 알루미늄이나 금이 사용되는 것이 바람직하다.
도금된 잉크챔버배리어(145)의 상면에는 다시 폴리머가 도포되어 도 6에 도시된 바와 같이 접착층(143)이 형성된다. 접착층(143)의 형성이 완료되면, 시드레이어(seed layer)를 노즐플레이트(147)와 분리함으로써 웨이퍼(170)를 노즐부(140)로부터 분리하며, 이에 따라 도 6에 도시된 바와 같은 완성된 노즐부(140)를 얻는다. 그후, 도 1에 도시된 바와 같은 멤브레인(30)이 부착된 구동부(20)를 찹착층(143)의 상부에 압착함으로써 도 7에 도시된 바와 같은 완성된 잉크분사장치가 얻어지게 된다.
도선(17)에 전류가 공급됨에 따라 히터(16)의 발열작동이 개시되어 잉크분사장치의 잉크분사작동이 수행되게 된다. 이러한 잉크분사작동은 도 1을 참조하여 설명한 종래의 잉크분사의 작동과 동일하다.
본 발명에서는, 잉크챔버베리어(145)가 도금층(142)에 의해 도금되어 있으므로, 잉크챔버(157)내에 수용된 잉크가 폴리머 재질의 잉크챔버베리어(45)와 직접적으로 접촉하지 않게 된다. 따라서, 잉크와 폴리머간의 반응이 일어나지 않게 되어, 잉크챔버(157) 내에 이물질이 생성되지 않게 되고, 또한 이물질에 의한 노즐공(149)의 막힘이 발생하지 않게 된다. 따라서, 잉크의 토출작동이 원활하게 이루어지게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 잉크챔버베리어(145)와 잉크간의 반응에 의한 잉크챔버베리어(145)의 강성 저하가 방지되게 된다. 따라서, 멤브레인(30)에 의해 잉크챔버(157) 내부가 가압될 때, 잉크챔버(157) 내의 압력이 저하되는 현상이 일어나지 않게 되어 잉크토출작동이 안정적으로 수행되게 된다.
한편, 도금층(142)은 도전성 재질로 형성되므로 도금층(142)과 멤브레인(30)의 접착불량이 발생할 수 있으나, 도금층(142)의 상부에 폴리머 재질의 접착층(143)이 형성되어 있으므로, 이 접착층(143)에 의해 도금층(142)과 멤브레인(30)이 기밀적으로 접착될 수 있게 된다. 따라서, 잉크챔버베리어(145)와 멤브레인(30)의 접착 공정은 도금층(142)이 형성되어도 용이하게 수행될 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 잉크챔버베리어(145)의 외면에 도금된 도금층(142)에 의해 잉크챔버(157) 내의 잉크와 잉크챔버베리어(145)간의 반응이 방지되므로 잉크분사장치의 잉크토출작동이 안정적으로 수행되게 된다.
Claims (5)
- 잉크분사장치의 노즐부 제작방법에 있어서,웨이퍼상에 노즐공에 대응되는 형상의 감광성폴리머를 적층시키는 단계;상기 웨이퍼상에 니켈을 도금하여 노즐플레이트를 형성하는 단계;상기 감광성폴리머를 제거하여 상기 노즐공을 구비하는 상기 노즐플레이트를 얻는 단계;상기 노즐플레이트상에 폴리머 재질의 잉크챔버배리어를 형성하는 단계;상기 잉크챔버베리어의 외면을 도전성 재질로 도금하는 단계; 및상기 도금된 잉크챔버배리어의 상면에 폴리머를 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
- 제 1항에 있어서,상기 도전성 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
- 제 1항에 있어서,상기 도전성 재질은 금인 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방 법.
- 잉크분사장치에 있어서,잉크가 수용되는 잉크챔버를 형성하며 그 외표면이 도전성 재질로 코팅되어 있는 잉크챔버배리어, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐플레이트를 포함하는 노즐부;상기 잉크챔버의 일면에 설치된 멤브레인; 및상기 멤브레인을 구동하여 상기 노즐공을 통해 상기 잉크챔버 내의 잉크를 외측으로 분사시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
- 제 4항에 있어서,상기 잉크챔버배리어와 상기 멤브레인의 사이에는 폴리머로 형성된 접착층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
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