KR100612320B1

KR100612320B1 - 잉크젯 헤드 및 그 제조방법, 그를 이용한 헤드 교체 방법

Info

Publication number: KR100612320B1
Application number: KR1020040045156A
Authority: KR
Inventors: 김태균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-08-16
Also published as: CN1709698A; KR20050119990A; US7322668B2; CN100457459C; US20050280666A1

Abstract

잉크젯 헤드 및 그 제조방법, 그를 이용한 잉크젯 헤드 교체 방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 헤드는 액체공급홀을 갖는 기판, 상기 기판의 상면에 형성되며 액체가 토출되는 노즐홀이 구비된 노즐판, 기판과 노즐판의 사이에 마련되며, 상기 액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체를 수용하는 챔버와 액체공급홀과 상기 챔버를 연결하는 유로를 제공하는 유로형성층 및 유로에 충진되어 에어 유입을 차단하되 액체 상태로 상 변화가 가능한 충진재를 포함한다. 이러한 헤드는 유로형성층 및 노즐판이 기판상에 마련되어 헤드를 이루면 그 유로형성층의 유로에 겔을 주입하여 에어가 유입되는 것이 차단된다. 이렇게 제조된 헤드는 교체를 필요로 하는 잉크젯 카트리지에 새롭게 장착되면 버블의 팽창력에 의해 잉크방울을 토출시키는 헤드 본래의 동작에 의해 충진된 겔을 토출시키고, 겔이 토출되는 동안 잉크카트리지의 내부에 수용된 잉크가 유로로 유입되어 헤드의 내부에 초기 충진된다.

Description

잉크젯 헤드 및 그 제조방법, 그를 이용한 헤드 교체 방법{Ink Jet Head and Fabricating Method Thereof, Head Exchange Method Thereby}

도 1은 종래의 잉크젯 카트리지의 구성을 도시한 종단면도이다.

도 2는 종래의 열 구동 방식의 헤드 구조를 도시한 단면도이다.

도 3은 종래의 라인 타입의 헤드가 적용된 잉크젯 프린터로서, 일본공개특허공보 공개번호 특개 2001-301199호를 따른 잉크젯 프린터의 구성을 도시한 사시도이다.

도 4는 상기 도 3의 잉크젯 카트리지의 수직 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 잉크젯 카트리지의 구성을 도시한 도면이다.

도 6은 상기 도 5의 라인 헤드 모듈(200)을 분리해서 일부 확대 도시한 도면이다.

도 7은 도 6에서 노즐판(225)을 제거하고, 유로형성층(223)을 일부 절취해서 도시한 평면도이다,

도 8은 상기 도 7의 선 Ⅰ-Ⅰ′를 따른 단면도이다.

도 9는 본 발명에 의한 헤드(200)를 일부 절개해서 확대 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명에서 사용하고자 하는 겔화(gelation)가 가능한 물질(G)과, 일반적으로 잉크젯 프린터의 헤드에서 사용하고 있는 잉크(I)와의 온도에 따른 점 도 특성을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명에 의한 잉크젯 헤드의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

도 12는 도 5의 선 Ⅱ-Ⅱ′를 따른 일부 단면도로서, 겔 토출을 통해 헤드의 유로에 잉크를 초기 충진하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

201 :잉크젯 카트리지 201a : 라인 헤드 모듈 장착홈

203 : 폼 205 : 공급부

207 : 필터 200 : 라인 헤드 모듈

210 : 헤드 프레임 211 : 잉크공급홀

220 : 헤드 221 : 기판

221a : 잉크 공급홀 223 : 유로형성층

223a : 잉크 공급홀 223b : 챔버

223c : 리스트릭터 224 : 유로

227 : 발열체 225 : 노즐판

225a : 노즐홀 230 : 충진재(겔)

231 : 버블 233 : 겔방울

본 발명은 잉크젯 헤드 및 그 제조방법, 그리고 그를 이용한 잉크젯 헤드 교 체 방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 카트리지는 저장된 잉크를 헤드를 통해 잉크방울(droplet)로 토출시켜서 기록용지 위에 소정의 화상을 인쇄하는 장치이다.

도 1은 종래의 잉크젯 카트리지(1)의 구성을 도시한 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 카트리지 몸체(11)와, 카트리지 몸체(11)에 충진되어 잉크를 보유할 수 있는 폼(13:Foam)과, 폼(13)에서 헤드(30)로 잉크를 공급하는 공급부(17)와, 공급부(17)에서 잉크를 토출할 때 잉크를 필터링하는 필터(19)와, 카트리지 몸체(11)의 외부 공기를 연통시켜 폼(13)에서 잉크가 용이하게 빠져나오도록 하는 연통구(21)로 구성된다.

이와 같은 구성을 통해 미세한 기공을 갖고 있는 폼(13)을 압축시킨 상태에서 카트리지 몸체(11)에 수납하고 여기에 일정량의 잉크를 충진시키게 되는 바, 폼(13)의 미세한 기공에서 발생되는 모세관력에 의해 부압(negative pressure)이 발생되고 유지된다.

헤드(30)는 잉크방울의 토출 메카니즘에 따라 크게 열 구동방식과, 압전 구동 방식으로 분류될 수 있다. 열 구동방식은 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크방울을 토출시키는 방식이며, 압전 구동 방식은 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 잉크방울을 토출시키는 방식이다.

도 2를 참조하면, 헤드(30)는 잉크 공급홀(31a)를 갖는 기판(31)과, 그 기판(31) 위에 설치되어 잉크(33)가 채워지는 잉크 챔버(35)를 한정하는 격벽(37)과, 잉크 챔버(35) 내에 설치되는 발열체(39)와, 잉크방울(41)이 토출되는 노즐홀(43a)이 형성된 노즐플레이트(43)로 구성된다. 여기서, 잉크 공급홀(31a)은 도 1의 잉크 공급부(17)와 연통된다.

이와 같이 구성된 헤드(30)에서는, 발열체(39)에 펄스 형태의 전류가 공급되어 발열체(39)에서 열이 발생되면 잉크 챔버(35)내에 채워진 잉크(33)가 가열되어 버블(45)이 생성된다. 생성된 버블(45)은 계속적으로 팽창하고, 이에 따라 잉크 챔버(35)에 채워진 잉크(33)에 압력이 가해져 노즐홀(43a)을 통해 잉크방울(41)이 외부로 토출된다. 그 다음 잉크방울(41)의 토출이 완료되고 버블(45)이 수축된다. 버블(45)이 수축되면 잉크(33)는 잉크 챔버(35)로 흡입되어 다시 채워진다. 이 경우, 버블(45)의 수축은 펄스 직류의 차단에 따라 발열체(39)의 냉각에 기인한다.

전통적인 잉크젯 프린터들은 도 1에 도시된 바와 같이 인쇄가 진행됨에 따라 기록용지의 폭을 전후로 횡단하는 잉크젯 카트리지를 사용하였다.

그러나, 최근 기록용지가 헤드를 통과하여 이동되는 동안 헤드는 고정적으로 유지되고, 기록용지의 전체 폭을 따라 연장되는 라인 타입의 헤드를 제작하는 것이 가능하게 되었다.

도 3은 종래의 라인 타입의 헤드가 적용된 잉크젯 프린터로서, 일본공개특허공보 공개번호 특개 2001-301199호(발명의 명칭 : 잉크젯 프린터 및 그 헤드 카트리지)를 따른 잉크젯 프린터(100)의 구성을 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 잉크젯 프린터(100)는 함체(110) 내에 라인 헤드(120:이하 "잉크젯 카트리지"로 칭함), 용지이송부(130), 용지공급부(140), 용지 트레이(150), 전기회로부(160)등으로 구성된다. 함체(110)는 직방체 형상으로 되고 일측면에는 용지(P)의 배지구(111)가 마련되고, 타측면에는 용지트레이(150)의 트레이 출입구(112)가 마련된다. 잉크젯 카트리지(120)는 시안(CYAN), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 블랙(Black)의 4색의 잉크저장부가 구비된다.

도 4는 상기 도 3의 잉크젯 카트리지(120)의 수직 단면도이다.

도 4를 참조하면, 잉크젯 카트리지(120)의 하부에는 헤드 프레임(121)이 구성되고, 헤드 프레임(121)은 잉크 탱크(122 : 이하 “카트리지 몸체”라 칭함)와 일체로 구성됨과 아울러 그 표면에는 슬릿형의 잉크 공급홀(123)이 형성되고, 각 잉크 공급홀(123)의 양측에 헤드(124)가 접착된다.

상술한 바와 같은 잉크젯 카트리지(1,120)들은 도1,4에 도시된 바와 같이 카트리지 몸체(11,122)와 헤드(30,124)가 일체형으로 만들어져 1회용으로 사용되는 형태와, 도시되지는 않았지만 카트리지 몸체와 헤드가 분리되도록 구성되어 헤드를 교체하여 사용하는 두 가지 형태로 크게 구분할 수 있다.

전자의 경우에는 제조자에 의해 잉크 공급 시스템으로 연결되어 헤드(30,124) 내부의 유로에 잉크가 채워진다.

그러나, 후자의 경우에는 교체되어지는 헤드 내부의 유로에 잉크가 존재할 경우 리키지(Leakage)의 발생으로 유통상의 어려움이 있고, 전기적 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 헤드 내부의 유로에 잉크가 존재하지 않은 상태에서 시판된다.

그런데, 카트리지 몸체 내부는 상술한 폼(13)과 같은 부압발생수단에 의해 대기압보다 낮은 부압(Negative Pressure)상태이기 때문에 카트리지 몸체 내부의 잉크가 자연적으로 헤드의 유로로 유입되는 것은 불가능하다. 따라서, 종래에는 헤드를 교체하여 카트리지 몸체에 새롭체 부착시킬 경우, 잉크를 초기 충진시키기 위하여 석션 장치(Suction Apparatus)와 같은 부가장치를 사용하였다. 석션 장치는 헤드의 외면에 접촉되는 석션캡과, 석션캡에 튜브를 매개로 연결된 흡입펌프로 구성되어 흡입펌프의 펌핑력에 의하여 석션캡에 흡입력이 제공되면, 그 흡입력에 의해 노즐판의 노즐홀을 통해 일정량의 잉크를 강제적으로 배출시킨다.

이러한 석션 장치는 프린터의 내부에 내장되어, 사용자가 헤드가 새롭게 교체된 잉크젯 카트리지를 프린터에 장착하면, 프린터 내부에 내장되어 있는 유지 보수 프로그램에 의해 자동으로 석션 장치가 동작되어 캐리지 몸체의 내부에 저장된 잉크를 헤드 내부의 유로로 유입시켰다.

상술한 바와 같이 종래에는 헤드를 교체하여 사용하는 잉크젯 카트리지에서는 교체된 헤드의 내부 유로에 잉크를 유입시키기 위하여 석션 장치가 부가적으로 필요한 문제점이 있다.

또한, 석션 작업을 실시함에 따라 손실되는 잉크의 양이 많다는 문제점이 있다. 여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 라인 헤드 타입과 같이 헤드 면적이 많은 경우에는 그 손실량은 더욱 크다.

또한, 라인 헤드 타입인 경우 헤드 면적이 증대되어 석션캡의 실링 불량이 발생될 가능성이 높으며, 그와 같은 경우 원활한 석션 작업이 이루어지지 않아 헤 드 내부의 유로 상에 에어가 존재하여 화질을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 새롭게 교체된 헤드 내부의 유로에 잉크를 초기 충진시키는 것을 별도의 석션 장치를 사용하지 않고 헤드 본래의 구동장치에 의하도록 하는 잉크젯 헤드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 상술한 잉크젯 헤드를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 세 번째 목적은 상술한 잉크젯 헤드를 통하여 잉크젯 헤드를 교체하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액체공급홀을 갖는 기판, 기판의 상면에 형성되며 액체가 토출되는 노즐홀이 구비된 노즐판, 상기 기판과 상기 노즐판의 사이에 마련되며, 상기 액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체를 수용하는 챔버와 상기 액체공급홀과 상기 챔버를 연결하는 유로를 제공하는 유로형성층 및 상기 유로에 충진되어 상기 발열체의 발열 동작에 의해 액체상태로 상 변화가 가능한 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드를 제공한다.

상기 충진재는 겔로 하며, 상기 겔은 프탈산(Phthalic Acid), 글리세롤(Glycerol), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated Polyester), 콜라겐(Collagen) 및 우뭇가사리(agar) 중 어느 하나로 하는 것이 바람직하고, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 0℃~100℃인 것이 바람직하며, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 5℃~60℃인 것이 더욱 바람직하다. 상기 겔은 졸(sol)의 점도가 10~70 센티포아즈(centipoise)인 것이 바람직하다.

상기 기판에는 상기 기판을 소정의 온도로 가열하는 보조 발열체가 추가로 포함될 수 있다.

상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체와 액체 토출을 위한 챔버, 상기 챔버를 액체공급홀에 연통시키는 유로가 형성된 유로형성층 및, 액체를 토출시키기 위한 노즐홀을 갖는 노즐판을 갖는 기판을 제공하는 단계; 및 상기 유로에 에어가 유입되는 것을 차단하도록 충진재를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다.

상기 충진재를 주입하는 단계에서는 고온의 상태에서 액화상태를 이루어 상기 유로에 주입되고, 저온의 상태에서 겔화(gelation)되는 겔(gel)이 주입된다.

상기 겔은 프탈산, 글리세롤, 불포화 폴리에스테르, 콜라겐 및 우뭇가사리 중 어느 하나로 할 수 있으며, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 0℃~100℃의 것으로 할 수 있으며, 특히, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 5℃~60℃인 것 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 겔은 졸(sol)의 점도가 10~70 센티 포아즈(centipoise)인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 기판에는 상기 기판을 소정의 온도로 가열하는 보조 발열체를 형성하는 것이 추가로 포함될 수 있다.

상기 세 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체와 액체 토출을 위한 챔버, 상기 챔버를 액체 공급홀에 연통시키는 유로가 형성되는 유로형성층과 액체를 토출시키기 위한 노즐홀을 갖는 노즐판을 기판 상에 차례로 형성하고, 상기 유로에 에어가 유입되는 것을 차단하며 충진재를 주입한 잉크젯 헤드를 제공하는 단계; 상기 잉크젯 헤드를 헤드 프레임에 배치하는 단계; 상기 헤드 프레임을 교체를 원하는 잉크젯 카트리지의 헤드 장착부에 삽입시키는 단계; 상기 충진재를 소정의 온도로 가열하여 상기 충진재를 상기 노즐홀을 통해 외부로 토출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 교체 방법을 제공한다.

상기 충진재를 토출시키는 전 단계에서 상기 충진재를 소정의 온도로 예열시켜 액화시키는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 충진재의 예열은 상기 기판 상에 추가 형성된 보조 가열체가 행할 수 있으며, 또는 상기 발열체를 액체를 토출시키기 위한 것보다 낮은 펄스 전류를 인가시키는 것에 의할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 잉크젯 헤드의 구성 및 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 5를 참조하면, 기록용지의 폭 방향에서 거의 동시에 프린팅 할 수 있는 라인 헤드 모듈(200)이 잉크젯 카트리지(201)에 착탈 가능하게 구성된다.

잉크젯 카트리지(201)는 각각 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 및 블랙(black)의 잉크가 수용되는 공간으로 구획되고, 그 저면에 라인 헤드 모듈(200)을 끼워서 고정할 수 있는 라인 헤드 모듈 장착홈(201a)들이 마련된다.

라인 헤드 모듈(200)은 라인 헤드 모듈 장착홈(201a)에 끼워지는 크기를 갖는 헤드 프레임(210)과, 그 헤드 프레임(210)에 복수개의 헤드(220)가 배열된다.

도 6은 상기 라인 헤드 모듈(200)을 분리해서 일부 확대 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 액체(이하 잉크라 칭함)공급홀(211)을 갖음과 아울러 헤드(220)가 안착되는 턱(212)이 마련된 헤드 프레임(210)이 제공된다.

헤드(220)는 기판(221), 유로형성층(223), 노즐판(225) 및 발열체(227)로 구성된다.

도 7은 도 6에서 노즐판(225)을 제거하고, 유로형성층(223)을 일부 절개해서 도시한 평면도이고, 도 8은 상기 도 5의 선 Ⅰ-Ⅰ′를 따른 단면도이다. 도 9는 본 발명에 의한 헤드를 일부 절개해서 확대 도시한 도면이다.

도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 헤드(220)는 잉크젯 카트리지(201)에 장착되기 전의 상태로서, 헤드(220)의 내부에 겔(230)이 충진된 상태이며, 라인 헤드 모듈 타입을 예로 들었다.

도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 기판(221)은 그 중앙부에 헤드 프레임(210)의 잉크공급홀(211)과 대응되는 잉크공급홀(221a)을 갖는다.

기판(221)의 상측에는 유로(224)가 형성되는 유로형성층(223)이 구성된다.

유로(224)는 잉크 공급홀(221a)과 연통되는 잉크비아홀(223a), 복수개의 챔버(223b), 및 잉크비아홀(223a)과 챔버(223b)를 연결하는 리스트릭터(223c)로 이루어진다.

챔버(223b)에는 잉크가 가열되어 토출되는 힘을 제공하는 발열체(227)가 구비된다. 여기서, 발열체는 기판(221) 상에 형성된 것으로 도시되어 있으나 후술하는 노즐판(225) 상에 형성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 유로형성층(223)의 상측에는 상기 챔버(223b)와 대응된 위치로 하여 발열체(227)의 발열동작에 의해 발생한 액체방울이 토출되는 노즐홀(225a)을 갖는 노즐판(225)이 구성된다.

헤드 프레임(210)의 잉크 공급홀(211) 및 기판(221)의 잉크 공급홀(221a)을 포함하여 유로형성층(223)의 유로(224)에는 에어의 유입을 차단하는 충진재(230)가 채워진다.

충진재(230)는 저온의 온도에서는 점도가 높고 고온에서는 점도가 낮아지는 겔(gel)이 사용될 수 있다(이하 충진재(230)를 "겔"이라 함). 여기서, 겔(gel)에 대해서 잠시 설명한다. 겔은 서브유닛(sub-unit:입자, 고분자 또는 colloid)등이 용매 상에 분산되어 있는 상태(흔히, 이러한 상태를 졸(sol)이라 한다)에서 일정 조건에 만족되면 몇 개 또는 수십 개의 서브유닛들이 응집하고 이 응집 현상이 가속되어 네트워크 구조로 변한 상태를 말한다. 이들의 진행 단계는 용액의 서브유닛 들이 불안정 상태에서 응집(aggregation)이 진행되어 클러스터(cluster)를 형성하고 결국 겔화(gelation)가 발생된다. 이때 서로 응집하는 결합력은 화학 결합 또는 물리적 결합이 발생하거나 두 가지 결합이 동시에 발생할 수 있다. 즉, 저온에서 높은 점도를 가지고 있는 겔 상태에서 고온의 낮은 점도의 졸(sol)로 전환된다. 사용되는 겔의 종류에 따라 졸-겔 전이를 일으키는 온도가 다르다. 또한, 이 전이 온도 주변으로 급격한 점도 변화가 일어난다.

도 10은 본 발명에서 사용하고자 하는 겔화가 가능한 물질(G)과, 일반적으로 잉크젯 프린터의 헤드에서 사용하고 있는 잉크(I)의 온도에 따른 점도 특성을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 겔(230)은 특정 온도에서 겔화가 발생하여 급격한 점도 상승이 이루어짐을 알 수 있다.

본 발명에서 적용되는 겔(230)은 프탈산(Phthalic Acid), 글리세롤(Glycerol), 불포화 지방산(Unsaturated Fatty Acid)에서 생성된 불포화 폴리에스테르(Unsaturated Polyester), 식용으로 사용되는 콜라겐(Collagen) 및 우뭇가사리(agar)로 할 수 있다. 여기서, 우뭇가사리는 대표적으로 상온 근처에서 졸-겔 전이 특성을 보이는 하이드로 콜로이드(hydro colloid)이다. 이 물질은 승온 시에는 액화온도(즉, 겔-졸 전이)는 50℃이고, 겔화 온도(즉, 졸-겔 전이)온도는 35℃이며, 열 하나의 영향으로 가역적으로 상 변화를 일으킨다.

본 발명에 적용되는 겔(230)은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 0℃~100℃의 것을 사용할 수 있으며, 그 졸-겔 전이 온도가 5℃~60℃인 것이 바람직하다.

상기 겔(230)은 졸(sol)의 점도가 10~70 센티포아즈(centipoise)인 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명에 의한 잉크젯 헤드의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 상술한 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 명기하며 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 11을 참조하면, 기판(221) 상에 보조 발열체(250)가 추가로 설치된다. 이는 상기 겔(230)을 액화 상태로 만들기 위한 예열을 제공하는 것으로서, 겔(230)이 노즐홀(225a)을 통하여 보다 빠르게 토출되도록 하기 위함이다. 여기서, 겔(230)을 액화 상태로 만들기 위하여 예열 동작을 실시하는 것은 발열체(227)를 통해서도 이루어질 수 있다. 발열체(227)에 실제 토출 동작을 실시하기 위한 펄스 전류보다 낮은 전류를 인가함으로써 달성될 수 있다.

이와 같이 구성된 헤드(220)는 다음의 방법에 의해서 제조 가능하다.

먼저, 헤드(220)의 기본 구조인 기판(221), 유로형성층(223), 노즐판(225) 및 발열체(227)를 제조하는 공정은 다양한 종래의 공지 기술을 통해 달성될 수 있으며, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음, 유로형성층(223)의 유로(224)에 본 발명의 핵심 요소인 겔(230)을 주입한다.

겔(230) 주입을 위해서는 먼저, 겔을 소정의 온도로 가열시켜 액화상태로 만든 후 유로에 주입한다.

그 후, 상온의 상태로 방치하면 겔화되어 높은 점성을 유지함으로써 헤드(200)의 유로(224)에 에어가 유입되는 것을 차단시킨다.

다음은 상술한 바와 같은 방법에 의해 제조된 헤드(220)를 잉크젯 카트리지(201)에 교체 적용하는 방법을 설명한다.

도 5를 참조하면, 교체를 원하는 라인 헤드 모듈 장착홈(201a) 상에 라인 헤드 모듈(200)을 삽입한다.

그 후 발열체(227)의 발열동작을 통해 헤드(200)의 유로(224)에 주입된 겔(230)을 액화시켜 토출시키는 일련의 과정을 수행하여 잉크젯 카트리지(201)에 수용된 잉크가 유로(224)에 주입되도록 한다. 그에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 12는 도 5의 선 Ⅱ-Ⅱ′를 따른 일부 단면도로서, 겔(230) 토출을 통해 헤드(220)의 유로(224)에 잉크를 초기 충진하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 12를 참조하면, 잉크젯 카트리지(201)의 내부에는 잉크를 보유할 수 있는 폼(203)과, 폼(203)에서 헤드(200)로 잉크를 공급하는 공급부(205)와, 공급부(205)에서 잉크를 토출할 때 잉크를 필터링하는 필터(207)가 구성된다.

이와 같이 구성된 잉크젯 카트리지(201)에 라인 헤드 모듈(200)을 장착한 후 도시되지 않은 전류 인가수단을 통해 발열체(227)에 펄스 형태의 전류가 인가되면, 발열체(227)에서 열이 발생된다. 챔버(223b) 내에 채워진 겔(230)이 가열되어 졸을 이루고, 계속 가열되어 버블(231)이 생성된다. 생성된 버블(231)은 계속적으로 팽창하고, 이에 따라 챔버(223b)에 채워진 액화된 겔(230)에 압력이 가해져 노즐홀(225a)을 통해 외부로 토출된다. 그 다음 겔 방울(233)의 토출이 완료되고 버블(231)이 수축된다. 버블(231)이 수축되면 액화된 겔(230)은 챔버(223b)로 흡입되어 다시 채워진다. 이때, 버블(231)의 수축은 펄스 전류의 차단에 따라 발열체(227)의 냉각에 기인한다.

상기 동작을 지속적으로 실시하여 액화 된 겔(230)이 토출되면 폼(203)에 보유된 잉크가 공급부(255)를 통하여 잉크공급홀(223a) 및 리스트릭터(223c)를 통해 챔버(223b)로 점차 유입되어 유로(224)를 잉크가 완전히 채운다.

여기서, 겔(230)의 액화를 돕기 위하여 겔(230)을 발열체(227)에 토출을 위한 전류를 인가하기 이전에 보조 가열체(250)를 가열하거나, 발열체(227)를 통하여 낮은 전류를 인가하여 겔을 졸로 변화시킨 후 상기의 토출 동작을 실시할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 헤드를 교체함에 있어서, 헤드 내부의 유로에 잉크를 초기 충진시키기 위하여 별도의 석션 장치를 사용하지 않는 이점이 있다.

또한, 상기와 같이 석션 작업을 해소시킴에 따라 잉크 손실 량을 줄일 수 있다.

또한, 헤드 내부의 유로 상에 에어가 존재할 가능성을 줄여 화질을 향상시키는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

액체공급홀을 갖는 기판:

상기 기판의 상면에 형성되며 액체가 토출되는 노즐홀이 구비된 노즐판;

상기 기판과 상기 노즐판의 사이에 마련되며, 상기 액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체를 수용하는 챔버와, 상기 액체공급홀과 상기 챔버를 연결하는 유로를 제공하는 유로형성층; 및

상기 유로에 충진되어 에어 유입을 차단하되 액체 상태로 상 변화가 가능한 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 1 항에 있어서, 상기 충진재는 겔인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 2 항에 있어서, 상기 겔은 프탈산, 글리세롤, 불포화 폴리에스테르, 콜라겐 및 우뭇가사리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 2 항에 있어서, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 0℃~100℃인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 4 항에 있어서, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도가 5℃~60℃인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 2 항에 있어서, 상기 겔은 졸(sol)의 점도가 10~70 센티포아즈(centipoise)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
제 1 항에 있어서, 상기 기판에는 상기 기판을 소정의 온도로 가열하는 보조발열체가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체와 상기 액체 토출을 위한 발열 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버를 액체공급홀에 연통시키는 유로가 형성되는 유로형성층 및 상기 액체를 토출시키기 위한 노즐홀을 갖는 노즐판이 마련된 기판을 제공하는 단계; 및

상기 유로에 에어가 유입되는 것을 차단하면서 가열할 때 액체상태로 상 변화되는 충진재를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 충진재를 주입하는 단계에서는 고온의 상태에서 액화상태를 이루어 상기 유로에 주입되고, 저온의 상태에서 겔화(gelation)되는 겔(gel)이 주입되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 겔은 프탈산, 글리세롤, 불포화 폴리에스테르, 콜라겐 및 우뭇가사리 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도(sol-gel transition temperature)가 0℃~100℃의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 상기 겔은 졸-겔 전이 온도가 5℃~60℃인 것 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 겔은 졸(sol)의 점도가 10~70 센티포아즈(centipoise)인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 기판 제공 단계에서는 상기 기판을 소정의 온도로 가열하는 보조 발열체를 형성하는 것이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
액체 토출을 위한 에너지를 발생시키는 발열체와 액체 토출을 위한 공간을 제공하는 챔버, 및 상기 챔버를 액체 공급홀에 연통시키는 유로가 형성되는 유로형성층과 액체를 토출시키기 위한 노즐홀을 갖는 노즐판을 기판 상에 형성하고, 상기 유로에 에어가 유입되는 것을 차단하며 액체상태로 상 변화가 가능한 충진재를 주입한 잉크젯 헤드를 제공하는 단계;

상기 잉크젯 헤드를 헤드 프레임에 배치하는 단계;

상기 헤드 프레임을 교체를 원하는 잉크젯 카트리지의 헤드 장착홈에 삽입시키는 단계; 및

상기 충진재를 소정의 온도로 가열하여 상기 충진재를 상기 노즐홀을 통해 외부로 토출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 교체 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 충진재를 토출시키는 전 단계에서 상기 충진재를 소정의 온도로 예열시켜 액화시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 교체 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 충진재의 예열은 상기 기판 상에 추가 형성된 보조 가열체가 행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 교체방법.
제 16 항에 있어서, 상기 충진재의 예열은 상기 발열체를 액체를 토출시키기 위한 것보다 낮은 펄스 전류를 인가시키는 것에 의하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 교체방법.