KR100637427B1

KR100637427B1 - 노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드

Info

Publication number: KR100637427B1
Application number: KR1020050075417A
Authority: KR
Inventors: 유영석; 박성준; 김영재; 정재우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2006-10-23
Also published as: US20070040872A1; JP2007050701A

Abstract

노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드가 개시된다. 잉크챔버에 수용된 잉크가 노즐을 통해 분사되는 잉크젯 헤드에 있어서, 노즐이 형성되는 노즐부와, 노즐의 주변에 위치하도록 노즐부에 결합되는 진동부와, 진동부에 구동력을 전달하는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드는, 노즐 주위에 압전소자를 부착하여 잉크젯 헤드의 노즐부에 초음파 진동이 가해질 수 있도록 함으로써 노즐 막힘현상을 제거하고, 잉크젯 헤드의 유지, 관리 효율을 향상시킬 수 있다.

노즐, 막힘 방지, 잉크젯, 헤드

Description

노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드{Ink jet head}

도 1은 종래기술에 따른 잉크젯 헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위한 석션(suction) 과정을 나타낸 개략도.

도 2는 종래기술에 따른 잉크젯 헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위한 초음파 세척 과정을 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐을 나타낸 평면도.

도 4는 도 3의 A-A'에 대한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 노즐부 12 : 노즐

20 : 압전소자 30 : 구동부

본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드에 관한 것이다.

잉크젯 헤드에서 노즐(Nozzle)의 막힘은 헤드 수명을 단축시키는 주 원인이 다. 이는 통상 원형으로 천공되는 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 공급되는 잉크의 입자(particle) 중 노즐의 크기보다 크거나, 구형이 아닌 이방형 등의 입자가 포함되어 있기 때문에 발생하는 경우가 많다.

또한, 최근에는 잉크 내에 수 ㎛의 메탈(metal) 입자가 첨가되는 추세에 있으며, 이러한 입자가 노즐 부근에서 서로 뭉치는 현상이 발생하게 되면 노즐이 막히게 되는 치명적인 현상이 발생한다.

일반적으로 잉크젯 헤드의 경우 노즐부에 수백 개의 노즐이 형성되어 있으며, 복수의 노즐 중 하나라도 막히면, 전체 헤드를 사용할 수 없게 되는 경우가 생길 수 있어, 노즐의 막힘을 방지하는 기술은 잉크젯 헤드의 유지, 관리에 있어서 매우 중요하다고 할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 잉크젯 헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위한 석션(suction) 과정 및 초음파 세척 과정을 나타낸 개략도이다. 잉크젯 헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위해 종래에는, 도 1에 도시된 바와 같이 노즐부(10)에 흡입장치(suction device)(3)를 부착하고 음압(陰壓)을 인가하여 강제적으로 노즐(12)에 막혀있는 잉크입자(1)를 흡입하여 제거하는 방법, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 잉크젯 헤드의 노즐부(10)를 초음파 세척장치(7)에 침전시킨 후 진동자(5)에 의해 초음파 진동을 가하여 노즐(12)에 막혀있는 잉크입자(1)가 노즐(12)로부터 분리되게 하여 제거하는 방법, 또는 노즐의 표면을 닦는(wiping) 방법이나 덮개를 씌우는(capping) 방법 등이 사용되었다.

그러나, 상기와 같은 종래기술들은 노즐의 막힘현상이 발생한 후에 잉크입 자를 제거한다는 점에서 사후적인 조치에 해당하고, 노즐에 막혀있는 잉크입자를 제거하는 동안에는 잉크젯 헤드를 분리시켜야 하므로 인쇄를 중단해야 한다는 문제가 있다. 또한, 노즐 막힘 방지를 위해 석션장치, 초음파 세척장치, 와이퍼(wiper), 덮개(cap) 등과 같은 별도의 장치를 구비해야 하며, 잉크젯 헤드를 장기간 사용하지 않은 등의 이유로 노즐에 막혀 있는 잉크입자가 클수록 이를 제거하는 효율이 떨어지는 문제가 있다.

한편, 전원을 인가하면 진동을 발생시키는 압전(壓電)소자를 잉크젯 헤드에 적용한 종래기술로는 첫째, 잉크젯 헤드에 압전소자 및 이에 연결된 제트핀을 이용하여 전원미공급시 노즐 실린더를 밀폐시켜 잉크의 건조에 의한 노즐의 막힘을 방지하는 발명을 들 수 있으나, 이는 노즐의 막힘을 예방하기 위한 기술로서 노즐에 막혀 있는 잉크를 제거하지 못한다는 문제가 있다.

둘째, 잉크 사출을 위한 압전소자에 잉크 사출에 필요한 전압펄스보다 큰 전압펄스를 생성하도록 신호 생성기 및 컨트롤러를 부가하여 잉크 막힘을 제거하는 발명을 들 수 있으나, 이는 잉크 사출을 위한 압전소자를 노즐 막힘 방지용으로 활용하기 위한 기술로서 노즐의 막힘을 방지하기 위한 전용의 구성요소가 부가된 것은 아니라는 한계가 있다.

본 발명은 잉크젯 헤드의 노즐부에 초음파 진동이 가해질 수 있도록 하여 노즐의 막힘현상을 제거하고, 잉크젯 헤드의 유지, 관리 효율을 향상시킨 노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 잉크챔버에 수용된 잉크가 노즐을 통해 분사되는 잉크젯 헤드에 있어서, 노즐이 형성되는 노즐부와, 노즐의 주변에 위치하도록 노즐부에 결합되는 진동부와, 진동부에 구동력을 전달하는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드가 제공된다.

진동부는 구동력을 전달받아 초음파에 상당하는 진동수의 진동을 발생시키는 것이 바람직하다. 진동부는 압전소자를 포함하며, 구동부는 전원과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

압전소자는 PZT 압전소자를 포함할 수 있다. 구동부는 압전소자와 전기적으로 연결되는 전기배선을 포함할 수 있다. 진동부는 노즐의 주변에 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다. 진동부는 도넛(donut) 형태인 것이 바람직하다.

진동부는 노즐부와 구조적으로 일체로 거동하도록 접합되는 것이 바람직하다. 진동부는 노즐부에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

또한, 노즐이 형성된 노즐부와, 노즐의 주변에 위치하도록 노즐부에 결합되는 진동부와, 진동부에 구동력을 전달하는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드와, 구동부에 신호를 전송하는 제1 제어부와, 잉크젯 헤드의 작동을 제어하는 제2 제어부와, 제1 제어부 및 제2 제어부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 잉크젯 인쇄장치가 제공된다.

진동부는 압전소자를 포함하며, 구동부는 압전소자와 전기적으로 연결되는 전기배선을 포함할 수 있다. 제1 제어부와 제2 제어부는 일체로 형성될 수 있다. 제1 제어부는 소정의 시간간격에 대응하여 신호를 전송할 수 있다. 제1 제어부는 외부로부터의 입력에 대응하여 신호를 전송할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 노즐 막힘 방지용 잉크젯 헤드의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐을 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A'에 대한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 노즐부(10), 노즐(12), 압전소자(20), 구동부(30)가 도시되어 있다.

본 발명은 잉크젯 헤드의 노즐(12)에 막혀 있는 잉크입자를 제거하기 위해 별도의 장치를 사용한 종래기술들과는 달리, 잉크젯 헤드의 노즐부(10)에 직접 진동부를 부착하여 노즐부(10)에 초음파 진동을 발생시킴으로써 인쇄가 진행되는 동안에도 잉크입자의 제거가 가능하며, 종래기술에 따라 잉크입자를 제거하는 데에 있어서 그 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드는 잉크챔버에 수용된 잉크가 노즐(12)을 통해 분사되도록 한 것으로서, 노즐부(10)와 노즐부(10)에 결합되는 진동부와, 진동부에 구동력을 전달하는 구동부(30)를 주요 구성요소로 한다.

노즐부(10)는 잉크가 분사되는 노즐(12)의 형성되는 부분으로서, 특정한 구 성부품이 아니라 잉크젯 헤드의 일부분을 지칭하는 것이다. 따라서, 노즐부(10)를 구성하는 재질 또한 통상적으로 잉크젯 헤드의 재질과 동일하다.

한편, 일반적으로 잉크젯 헤드의 노즐(12) 주변에는 잉크액적의 매니스커스(Meniscus) 형성이 원활히 이루어지도록 하기 위해 발수(Hydrophobicity)층이 형성되며, 본 발명의 노즐부(10)는 전술한 발수층 등 노즐(12)의 주변 구조를 모두 포함한다.

진동부는 전원을 인가받아 진동을 발생시키는 구성요소로서, 본 실시예에서는 압전소자(20)를 사용하였다. 압전소자(20)는 기계적 압력이 가해지면 전압을 발생시키거나, 전원이 인가되면 기계적 변형을 일으켜 진동에너지와 전기에너지 간의 변환을 유도하는 소자이다. 압전소자(20)는 당업자에게 자명한 구성요소로서 그 원리나 구체적인 구성에 관한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 압전소자(20)로는 PZT 압전소자가 바람직하다. PZT 압전소자는 PbO, ZrO₂, TiO₂ 를 포함한 것으로서 가격이 저렴하여 일반적으로 사용되는 압전소자이며, 잉크젯 헤드에 진동을 가하기 위한 본 발명에 적용하는 데에도 무리가 없다. 다만, 본 발명이 압전소자(20)로서 반드시 PZT 압전소자에 한정하는 것은 아니며 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 종류의 압전소자를 사용할 수 있음은 물론이다.

압전소자(20)에 의해 발생한 진동이 노즐부(10)에 전달되어 노즐(12)에 막혀 있는 잉크입자가 분리되도록 하기 위해서는 압전소자(20)가 노즐(12)의 주변에 위치하도록 결합되는 것이 좋다. 즉, 압전소자(20)가 결합되는 위치는 노즐(12)에 가까울수록 진동이 전달되는 효율 및 그에 따른 잉크입자의 제거 효과가 향상된다.

다만, 노즐(12)은 잉크가 분사되는 홀이므로 압전소자(20)를 노즐(12)에 너무 인접하여 결합시킬 경우에는 노즐(12)을 통해 분사되는 잉크가 압전소자(20)에 묻을 수 있으며, 이는 인쇄품질의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 압전소자(20)는 노즐(12)에서 분사되는 잉크가 묻지 않을 정도의 간격을 유지한 상태에서 노즐(12)에 가깝게 결합되는 것이 좋다.

또한, 압전소자(20)에 의해 발생되는 진동이 노즐(12)에 효과적으로 전달되도록 하기 위해 압전소자(20)를 노즐(12)의 주변에 방사상으로 배치하였다. 즉, 특정방향에서만 노즐(12)에 진동이 전달되는 것이 아니라, 노즐(12)을 중심으로 모든 방향에서 진동이 전달되도록 하는 것이 노즐(12)에 막혀 있는 잉크입자의 제거에 효과적이기 때문이다.

스폿(spot) 형태의 압전소자(20)를 배치할 경우에는 노즐(12)을 중심으로 방사형을 이루도록 압전소자(20)를 부착하고, 라인(line) 형태의 압전소자(20)를 배치할 경우에는 노즐(12)을 둘러싸도록 압전소자(20)를 부착하는 것이 좋다.

따라서, 도 3에 도시된 것과 같이 압전소자(20)는 노즐(12)의 주변에 도넛(donut) 형태로 부착된다. 다만, 본 발명이 압전소자(20)의 형태로서 반드시 도넛 형태에 한정되는 것은 아니며, 노즐(12) 주변에 위치하여 노즐부(10)에 진동을 효과적으로 전달할 수 있는 범위에서 다른 형태로 부착될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

압전소자(20) 등 본 발명에 따른 진동부는 초음파에 상당하는 진동수의 진동을 발생시키는 것이 좋다. 초음파는 가청주파수 범위를 초과한 약 2만 Hz이상의 주파수를 가진 음파를 지칭하며, 종래기술에서도 소음문제 및 진동효율의 측면에서 잉크입자의 제거에 있어서 초음파 범위의 진동을 발생시켜 사용하였다.

다만, 본 발명이 진동부에 의해 발생하는 진동의 진동수에 대한 수치범위를 한정하는 것은 아니며, 잉크젯 헤드의 노즐(12)에 진동을 전달하여 잉크입자를 제거할 수 있는 범위에서 다른 수치범위의 진동수도 포함할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

압전소자(20)에 의해 발생된 진동이 잉크젯 헤드의 노즐부(10)에 전달되어 노즐부(10)가 압전소자(20)와 같이 진동하도록 하기 위해서는 압전소자(20)가 노즐부(10)에 구조적으로 일체로 거동하도록 접합되어야 한다. 이를 위해 스크류, 접착제 등의 결합수단을 사용하여 압전소자(20)를 노즐부(10)의 표면에 결합한다. 압전소자(20)가 노즐부(10)와 구조적으로 일체로 결합되지 않을 경우 압전소자(20)에서 발생한 진동이 노즐부(10)에 전달되지 않거나, 왜곡되어 전달됨으로써 진동에 의한 노즐(12) 막힘 제거의 효율이 저하될 수 있다.

또한, 압전소자(20)는 잉크젯 헤드의 노즐부(10)에 부가되는 구성요소이므로 통상 노즐부(10)의 표면에 부착되지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 잉크젯 헤드의 제조과정에서 노즐부(10)에 압전소자(20)를 매설하는 등 잉크젯 헤드구조의 내부에 압전소자(20)가 결합될 수도 있음은 물론이다.

다만, 노즐부(10)의 표면에 압전소자(20)를 부착하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 노즐(12)의 주변에서 크레이터(crater)의 역할도 하기 때문에 결과적으로 압전소자(20)가 노즐면을 보호하는 기능을 하게 된다. 이와 같이 압전소자(20)에 의해 노즐면 보호의 효과까지 도출하기 위해서는 노즐면의 표면에 압전소자(20)를 부착하는 것이 바람직하다.

한편, 압전소자(20)는 잉크젯 헤드에 의한 인쇄와는 무관한 노즐(12) 막힘 제거의 역할을 갖는 구성요소이므로, 필요한 경우에만 사용할 수 있도록 노즐부(10)에 착탈식으로 결합될 수 있다. 압전소자(20)를 노즐부(10)에 대해 착탈식으로 구성할 경우에는, 결합시 압전소자(20)에서 발생한 진동이 노즐부(10)에 효과적으로 전달될 수 있도록 구조적으로 일체거동이 이루어지는 결합방법에 의해 결합되어야 한다. 구조적으로 일체거동이 이루어지는 결합방법은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

압전소자(20)는 전기에너지를 공급받아 진동에너지로 전환시키는 역할을 하므로, 노즐(12) 주변에 압전소자(20)를 부착하는 것 외에도 압전소자(20)에 전원 등의 구동력을 전달하는 구동부(30)가 더 결합되어야 한다. 전원을 공급받아 진동을 발생시키는 통상의 압전소자(20)의 경우 구동부(30)는 전원과의 전기적 연결을 구현하는 전기배선과 같은 연결수단이다. 다만, 본 발명이 압전소자(20)에 전원을 공급하는 구동부(30)로서 반드시 전기배선에 한정하는 것은 아니며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 전기적 연결수단도 포함함은 물론이다.

도 3 및 도 4와 같이 잉크젯 헤드의 노즐부(10)의 표면에 압전소자(20)를 부착할 경우에는 구동부(30)도 같이 부착된다. 이 경우 압전소자(20)의 전극의 위 치를 적절히 조절하여, 도 3과 같이 최단 경로로 복수의 압전소자(20)가 전원과 연결되도록 구동부(30)를 결합하는 것이 좋다.

이와 같이 압전소자(20)에 전원을 공급함으로써 노즐부(10)에 진동을 발생시켜 노즐(12)에 막혀 있는 잉크입자를 제거하기 위하여, 본 발명 잉크젯 헤드를 사용한 잉크젯 인쇄장치에는 압전소자(20)에 대한 전원공급을 제어하는 제어부가 설치된다.

즉, 노즐부(10)와, 노즐부(10)에 결합되는 압전소자(20)와, 압전소자(20)에 구동력을 전달하는 구동부(30)로 구성되는 본 발명 잉크젯 헤드를 사용한 잉크젯 인쇄장치는, 잉크젯 헤드 등 장치 전반의 작동을 제어하는 제어부 외에도 압전소자(20)에 전달되는 전원을 제어하는 별도의 제어부가 부가되며, 각 제어부는 전원부로부터 전원을 공급받는다.

본 발명에 따른 진동부로서 압전소자(20)를 사용한 경우 압전소자(20)에 전원을 공급하는 구동부(30)는 잉크젯 인쇄장치에 설치되어 있는 제어부와 전기적으로 연결된다. 구동부(30)가 연결되는 제어부는 압전소자(20)의 구동만을 제어하는 별도의 제어부이지만, 압전소자(20)의 구동을 제어하는 제어부를 잉크젯 인쇄장치 전반을 제어하는 제어부와 통합하여 일체로 형성함으로써 하나의 제어부로 형성할 수도 있다.

이 경우 잉크젯 인쇄장치 전반을 제어하는 제어부에 구동부(30)를 연결할 수 있는 단자 등을 형성하고, 구동부(30)에 신호를 전달할 수 있는 회로를 형성함으로써 노즐부(10)에 결합되어 있는 압전소자(20)에 공급되는 전원을 제어할 수 있 게 된다. 다만, 본 발명이 압전소자(20)에 구동력을 전달하는 구동부(30)와 잉크젯 인쇄장치의 제어부 간의 전기적 연결에 있어서 전술한 구성에 한정되는 것은 아니며, 구동부(30)를 잉크젯 헤드의 전기적 연결부와 연결하여 인쇄장치의 제어부에 연결되도록 하는 등 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 방법으로 구성할 수 있음은 물론이다.

잉크젯 인쇄장치의 제어부에 의해 압전소자(20)에 대한 전원공급을 제어할 경우, 그 제어부는 일정 시간간격에 따라 제어신호를 발생시키도록 한다. 이로 인해 인쇄가 이루어지지 않는 동안 또는 인쇄 진행 중에도 일정 시간마다 노즐부(10)에 초음파 진동이 전달되도록 하여 발생가능한 노즐(12) 막힘을 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부는 외부로부터의 입력에 대응하여 제어신호를 발생시키도록 한다. 이는 인쇄장치의 사용과정에서 실제 노즐(12) 막힘 현상이 발생한 경우 또는 발생할 가능성이 있는 경우 사용자가 입력버튼 등을 통해 제어부에 입력신호를 전달함으로써 필요에 따라 노즐(12)의 막힘을 제거하거나, 예방할 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상술한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 노즐 주위에 압전소자를 부착하여 잉크젯 헤드의 노즐부에 초음파 진동이 가해질 수 있도록 함으로써 노즐 막힘현상을 제거하고, 잉크젯 헤드의 유지, 관리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 노즐에 막혀있는 잉크입자를 제거하기 위해 잉크젯 헤드를 분리시키지 않아도 되므로, 인쇄 중에도 노즐 막힘 방지를 위한 조치가 가능하다. 또한, 석션(suction), 초음파 세척 등과 같은 종래기술을 사용하여 노즐의 막힘을 제거하는 동안에도 잉크젯 헤드의 노즐부에 진동을 가할 수 있으므로, 노즐 막힘 제거의 효율이 향상된다.

Claims

잉크챔버에 수용된 잉크가 노즐을 통해 분사되는 잉크젯 헤드에 있어서,

상기 노즐이 형성되는 노즐부와;

상기 노즐의 주변에 위치하도록 상기 노즐부에 결합되는 진동부와;

상기 진동부에 구동력을 전달하는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 상기 구동력을 전달받아 초음파에 상당하는 진동수의 진동을 발생시키는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 압전소자를 포함하며, 상기 구동부는 전원과 전기적으로 연결되는 잉크젯 헤드.
제3항에 있어서,

상기 압전소자는 PZT 압전소자를 포함하는 잉크젯 헤드.
제3항에 있어서,

상기 구동부는 상기 압전소자와 전기적으로 연결되는 전기배선을 포함하는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 상기 노즐의 주변에 방사상으로 배치되는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 도넛(donut) 형태인 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 상기 노즐부와 구조적으로 일체로 거동하도록 접합되는 잉크젯 헤드.
제1항에 있어서,

상기 진동부는 상기 노즐부에 착탈가능하게 결합되는 잉크젯 헤드.
노즐이 형성된 노즐부와, 상기 노즐의 주변에 위치하도록 상기 노즐부에 결합되는 진동부와, 상기 진동부에 구동력을 전달하는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드와;

상기 구동부에 신호를 전송하는 제1 제어부와;

상기 잉크젯 헤드의 작동을 제어하는 제2 제어부와;

상기 제1 제어부 및 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 잉크젯 인쇄장치.
제10항에 있어서,

상기 진동부는 압전소자를 포함하며, 상기 구동부는 상기 압전소자와 전기적으로 연결되는 전기배선을 포함하는 잉크젯 인쇄장치.
제10항에 있어서,

상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는 일체로 형성되는 잉크젯 인쇄장치.
제10항에 있어서,

상기 제1 제어부는 소정의 시간간격에 대응하여 신호를 전송하는 잉크젯 인쇄장치.
제10항에 있어서,

상기 제1 제어부는 외부로부터의 입력에 대응하여 신호를 전송하는 잉크젯 인쇄장치.