KR100761342B1 - 잉크젯 헤드 및 구동방법 - Google Patents

Abstract

잉크젯 헤드 및 구동방법이 개시된다. 압력챔버를 구획하는 일면에 포함되며, 상기 압력챔버를 가압 및 감압하도록 구동되는 제1 멤브레인과, 리스트릭터를 구획하는 일면에 포함되며, 상기 리스트릭터를 가압 및 감압하도록 구동되는 제2 멤브레인을 포함하는 잉크젯 헤드를 구동하는 방법으로서, (a) 상기 제1 멤브레인을 구동하여 상기 압력챔버를 감압시키고, 상기 제2 멤브레인을 구동하여 상기 리스트릭터를 가압하는 단계, 및 (b) 상기 리스트릭터가 가압된 상태에서 상기 제1 멤브레인을 구동하여 상기 압력챔버를 가압하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법은 고점도의 잉크를 원활하게 토출할 수 있다.

잉크젯, 헤드, 액츄에이터, 멤브레인, 리스트릭터

Description

잉크젯 헤드 및 구동방법{ Ink jet head and driving method thereof }

도 1은 종래 기술에 따른 압전식 잉크젯 헤드의 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구동방법을 나타낸 순서도.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구동 예시도.

도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 제1 및 제2 액츄에이터의 구동 파형.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30: 잉크젯 헤드 31: 리스트릭터

32: 압력챔버 33: 노즐

34a: 제1 액츄에이터 34b: 제2 액츄에이터

35a: 제1 멤브레인 35b: 제2 멤브레인

본 발명은 잉크젯 헤드 및 구동방법에 관한 것이다.

현재 잉크젯을 이용한 기술이 나날이 발전하고 있으며, 칼라 필터, PCB등의 제조 공정에 잉크젯을 이용하려는 시도가 증가하고 있다. 산업용으로 잉크젯을 이용하기 위해서는 고점도 잉크의 토출이 가능해야 하며 생산성 향상을 위해 고주파 토출에서도 안정성을 보여야 한다. 그러나, 고점도 잉크의 토출 및 고주파(20 kHz)에서 리스트릭터를 통한 잉크의 공급이 원활하지 않아 토출 상태가 불량해 지거나 미토출의 원인이 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 압전식 잉크젯 헤드의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 잉크는 리스트릭터(restrictor, 11)를 통하여 압력챔버(12)에 공급된다. 전류가 인가되면 액츄에이터(14)가 상하로 구동하게 되고, 이때 압력챔버(12)의 멤브레인(15)도 함께 구동하여 노즐(13)에서 잉크 액적이 토출된다. 잉크 액적이 토출되면 새로운 잉크가 리스트릭터(11)로 공급된다. 그러나 이러한 수동적 방식의 잉크 공급은 잉크가 고점도화 될수록 원활하지 못하게 된다.

본 발명은 고점도의 잉크를 원활하게 토출할 수 있는 잉크젯 헤드 및 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측에 따르면은 잉크 액적이 토출되는 노즐과, 노즐과 연결되며 잉크를 수용하는 압력챔버와, 압력챔버와 연결되며 압력챔버로 잉크를 공급하는 유 로를 형성하는 리스트릭터와, 압력챔버를 구획하는 일면에 포함되며 압력챔버를 가압하도록 구동되는 제1 멤브레인과, 리스트릭터를 구획하는 일면에 포함되며 리스트릭터를 가압하도록 구동되는 제2 멤브레인을 포함하는 잉크젯 헤드가 제공된다. 이러한 잉크젯 헤드는 2개의 멤브레인을 독립적으로 구동하는 방식을 취한다. 따라서, 잉크를 효율적으로 토출할 수 있다.

한편, 잉크젯 헤드에는 제1 멤브레인에 결합되어 제1 멤브레인을 구동시키는 제1 액츄에이터와,제2 멤브레인에 결합되어 제2 멤브레인을 구동시키는 제2 액츄에이터를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 액츄에이터는 전류가 공급되면서 진동하게 되고 이러한 진동은 각각 제1 및 제2 멤브레인에 전달하게 된다.

본 발명의 다른 측면은, 압력챔버를 구획하는 일면에 포함되며 압력챔버를 가압 및 감압하도록 구동되는 제1 멤브레인과, 리스트릭터를 구획하는 일면에 포함되며 리스트릭터를 가압 및 감압하도록 구동되는 제2 멤브레인을 포함하는 잉크젯 헤드를 구동하는 방법으로서, (a) 제1 멤브레인을 구동하여 압력챔버를 감압시키고, 제2 멤브레인을 구동하여 리스트릭터를 가압하는 단계, 및 (b) 리스트릭터가 가압된 상태에서 제1 멤브레인을 구동하여 압력챔버를 가압하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법이 제공된다. 이와 같이 제1 멤브레인과 제2 멤브레인의 유기적 구동으로 잉크의 공급 및 토출이 용이하다.

한편, 상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에, 압력챔버가 감압된 상태 및 리스트릭터가 가압된 상태를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 유지 구 간을 둠으로써, 내부 잉크의 진동으로 인한 다음 단계의 영향을 최소화 할수 있다.

단계 (b) 이후에, (c) 압력챔버가 가압된 상태에서 제2 멤브레인을 구동하여 리스트릭터를 감압시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 잉크를 외부에서 공급받는 단계이다. 또한, 단계 (b)와 상기 단계 (c) 사이에 압력챔버가 가압된 상태 및 리스트릭터가 가압된 상태를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 유지구간은 어디에 두더라도 무방하다. 유지구간을 둠으로써 다음 단계의 진행을 원활히 한다.

단계 (c) 이후에, (d) 리스트릭터가 감압된 상태에서 제1 멤브레인을 구동하여 압력챔버가 가압된 상태를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 단계로서 하나의 주기가 완성된다.

한편, 이러한 구동 방법은 제1 멤브레인에 결합되어 제1 멤브레인을 구동시키는 제1 액츄에이터와 제2 멤브레인에 결합되어 제2 멤브레인을 구동시키는 제2 액츄에이터에 전류가 공급되고, 이러한 전류를 제어함으로써 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 및 구동방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 잉크젯 헤드(20), 리스트릭터(restrictor, 21), 압력챔버(22), 노즐(23), 제1 액츄에이터(24a), 제2 액츄에이터(24b), 제1 멤브레인(25a), 제2 멤브레인(25b)이 도시되어 있다. 본 실시예는 2개의 액츄에이터(24a, 24b)를 각각 챔버(22)와 리스트릭터(21)에 결합한 것을 특징으로 한다.

리스트릭터(21)는 외부에서 잉크를 공급받는 장소임과 동시에 압력챔버(22)에 잉크를 공급하는 장소이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 리스트릭터(21)의 구조는 잉크의 유동이 자유롭지 못하도록 압력챔버(22)와의 사이 공간이 좁게 형성되어, 능동적으로 잉크를 압력챔버(22) 쪽으로 공급하지 못하였다. 그러나, 본 실시예에서는 리스트릭터(21)가 능동적으로 구동하도록 리스트릭터(21)에 제2 멤브레인(25b)이 형성되어 있으며, 제2 멤브레인(25b)에는 제2 액츄에이터(24b)가 부착되어 있다.

이러한 제2 액츄에이터(24b)는 제1 멤브레인(25a)에 부착된 제1 액츄에이터(24a)와 독립적으로 구동한다. 따라서, 전기적 신호도 다른 루트로 공급된다. 그러나 제1 액츄에이터(24a)와 제2 액츄에이터(24b)는 상호 연관성있게 구동되어 잉크의 공급과 토출을 용이하다. 이하에서는 이러한 잉크젯 헤드(20)의 구동방법을 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구동방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구동 예시도이며 도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 제1 및 제2 액츄에이터의 구동 파형이다. 도 4을 참조하면, 잉크젯 헤드(30), 리스트릭터(restrictor, 31), 압력챔버(32), 노즐(33), 제1 액츄에이터(34a), 제2 액츄에이터(34b), 제1 멤브레인(35a), 제2 멤브레인(35b)이 도시되어 있다

본 실시예는 압력챔버(32)와, 압력챔버(32)의 일면을 구성하는 제1 멤브레인(35a)과, 압력챔버(32)와 공간적으로 연결된 리스트릭터(31)와, 리스트릭터(31)의 일면을 구성하는 제2 멤브레인(35b)과, 압력챔버(32)에 공간적으로 연결되는 노즐(33)을 포함하여 구성되는 잉크젯 헤드(30)에 관한 것이다.

잉크젯 헤드(30)는 제1 멤브레인(35a)에 일체로 거동하도록 결합된 제1 액츄에이터(34a)에 구동신호를 인가하여 제1 멤브레인(35a)을 구동시키고, 이와 상응하게 제2 멤브레인(35b)에 일체로 거동하도록 결합된 제2 액츄에이터(34b)에 구동 신호를 인가하여 제2 멤브레인(35b)을 구동시킨다. 이로서 노즐(33)을 통해 잉크 액적이 토출되고, 잉크를 외부로부터 공급 받는다.

도 5에 도시된 바와 같이 제1 액츄에이터(34a)에 구동신호를 인가할 경우, 예를 들어 플러스(+) 전압을 인가하면 제1 액츄에이터(34a)가 아래쪽 방향으로 휘어져 제1 멤브레인(34a)이 압력챔버(32)를 가압하는 방향으로 구동되며, 마이너스(-) 전압을 인가하면 제1 액츄에이터(34a)가 압력챔버(32)의 반대쪽으로 변형되어 제1 멤브레인(35a)이 압력챔버(32)를 감압시키는 방향으로 구동된다. 제2 액츄에이터(34a)와 제2 멤브레인(35b)도 동일한 방식으로 작동한다. 이와 같은 제1 및 제2 멤브레인(35a, 35b)의 구동형태에 대해, 이하, 상세한 설명에서는 멤브레인의 '가압 구동' 또는 '감압 구동'으로 명명하여 설명하기로 한다.

도 3의 S31은 제1 멤브레인(35a)을 구동하여 압력챔버(32)를 감압시키고, 제 2 멤브레인(35b)을 구동하여 리스트릭터(31)를 가압하는 단계이다. 도 4의 (a)는 이에 상응하는 구동예로서 잉크를 압력챔버(32) 내부로 유입하는 과정을 보여준다. 도 5의 (a)의 구동 파형과 같이, A구간에서 (-) 구동신호가 제1 액츄에이터(34a)에 인가되어 제1 멤브레인(35a)은 감압 구동한다. 이와 동시에 제2 액츄에이터(34b)에는 (+) 구동신호가 인가되어 제2 멤브레인(35b)은 가압 구동한다.

B구간은 유지구간으로 일정한 시간동안 압력챔버(32)의 감압 상태와 리스트릭터(31)의 가압 상태를 유지하는 구간이다. 이는 압력챔버(32)를 감압하면서 발생하는 압력챔버(32) 및 리스트릭터(31) 내부의 진동이 다음 단계에 영향을 미치지 않도록 하기 위한 구간이다. 이러한 유지구간의 시간 길이는 상황에 따라 변화할 수 있다. 또한, 이러한 유지구간은 본 잉크젯 헤드의 구동에 필요한 구간이라면 어디에 적용하여도 무방하다.

도 3의 S32는 리스트릭터(31)가 가압된 상태에서 상기 제1 멤브레인(35a)을 구동하여 상기 압력챔버(32)를 가압하는 단계이다. 본 단계에서는 잉크 액적이 노즐(33)로 토출된다.

즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 액츄에이터(34b)에 (+) 전압이 유지되면으로 아래로 휘어진 상태를 유지하게 되고, 동시에 제2 멤브레인(35b)도 가압 상태가 된다. 따라서, 리스트릭터(31)의 내부 공간은 가압된 상태를 유지한다. 동시에 제1 액츄에이터(34a)의 작동으로 제1 멤브레인(35a)이 가압 구동을 하면 내부의 잉크 는 노즐(33)로 토출된다. 이와 같은 제1 액츄에이터(34a)와 제2 액츄에이터(34b)의 유기적 구동으로 고점도의 잉크를 효과적으로 토출할 수 있게 된다. 여 기서 고점도라 함은 15cp 정도에 이르는 점도로서 일반적인 잉크젯 헤드에 사용할 경우 잉크의 흐름이 원활하지 않아 사용하기 힘든 점도이다. 본 단계의 제1 액츄에이터(34a)와 제2 액츄에이터(34b)의 구동 파형은 도 5의 (b)에 도시된 C구간과 같다.

도 3의 S33은 압력챔버(32)가 가압된 상태에서 제2 멤브레인(35b)을 구동하여 리스트릭터(31)를 감압시키는 단계이다. 본 단계는 리스트릭터(31)를 감압시켜 외부로부터 잉크를 공급받는 과정이다.

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 제2 액츄에이터(34b)의 구동으로 제2 멤브레인(35b)이 감압 구동하면 리스트릭터(31)의 내부 공간은 팽창하고 외부의 잉크가 리스트릭터(31) 내부로 유입된다. 이때, 제1 멤브레인(35a)은 S32단계에서 구동된 가압 상태를 유지할 수도 있지만, 중립 상태가 되더라도 무방하다. 그러나, 제1 멤브레인(35a)은 제2 멤브레인(35b)이 구동하는 동안 일정한 상태, 이른바 안정화 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제1 멤브레인(35a)이 안정화 상태를 유지할 때, 보다 안정적으로 리스트릭터(31)에 잉크가 유입될 수 있기 때문이다. S33단계의 구동 파형은 도 5의 (c)의 D구간과 같다.

도 3의 S34는 리스트릭터(31)가 감압된 상태에서 제1 멤브레인(35a)을 구동하여 압력챔버(32)의 가압상태를 해제하는 단계이다. 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 제1 액츄에이터(34a)는 다음 신호에 대응하기 위하여 중립 상태를 유지한다. 이와 대응되도록 제2 액츄에이터(34b)는 위쪽 방향으로 휘어진 상태를 유지한다. 제1 및 제2 멤브레인(35a, 35b)은 상기 제1 및 제2 액츄에이터(34a, 34b)와 동일하게 구동하는 것은 이미 설명한 바이다. 본 단계에서 리스트릭터(31)는 감압 상태를 유지한다. 도 5의 (d)에 도시된 E구간은 이를 나타내는 것으로서, 이로서 하나의 주기가 완성된다.

경우에 따라서는 도 5에 도시된 A, C, D구간 만으로 하나의 주기를 완성하여도 되나, 보다 유연성 있고, 안정적으로 잉크를 유입 및 토출시키기 위해서는 B, E구간을 포함하는 것이 바람직하다.

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.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 두개의 액츄에이터를 사용하여 압력챔버 내로 잉크를 유입하고 노즐로 토출함으로서 효과적으로 고점도의 잉크를 잉크젯 헤드에 공급할 수 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 압력챔버를 구획하는 일면에 포함되며, 상기 압력챔버를 가압 및 감압하도록 구동되는 제1 멤브레인과, 리스트릭터를 구획하는 일면에 포함되며, 상기 리스트릭터를 가압 및 감압하도록 구동되는 제2 멤브레인을 포함하는 잉크젯 헤드를 구동하는 방법으로서,

   (a) 상기 제1 멤브레인을 구동하여 상기 압력챔버를 감압시키고, 상기 제2 멤브레인을 구동하여 상기 리스트릭터를 가압하는 단계; 및

   (b) 상기 리스트릭터가 가압된 상태에서 상기 제1 멤브레인을 구동하여 상기 압력챔버를 가압하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에,

   상기 압력챔버가 감압된 상태 및 상기 리스트릭터가 가압된 상태를 유지하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 단계 (b) 이후에,

   (c) 상기 압력챔버가 가압된 상태에서 상기 제2 멤브레인을 구동하여 상기 리스트릭터를 감압시키는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 단계 (b)와 상기 단계 (c) 사이에,

   상기 압력챔버가 가압된 상태 및 상기 리스트릭터가 가압된 상태를 유지하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 단계 (c) 이후에,

   (d) 상기 리스트릭터가 감압된 상태에서 상기 제1 멤브레인을 구동하여 상기 압력챔버가 가압된 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 단계 (c)와 상기 단계 (d) 사이에,

   상기 압력챔버가 가압된 상태 및 상기 리스트릭터가 감압된 상태를 유지하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드의 구동방법.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 잉크젯 헤드는,

   상기 제1 멤브레인에 결합되어, 상기 제1 멤브레인을 구동시키는 제1 액츄에이터와;

   상기 제2 멤브레인에 결합되어, 상기 제2 멤브레인을 구동시키는 제2 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 구동방법.

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