KR101257838B1 - 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을형성하는 방법 - Google Patents

잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법이 개시된다. 개시된 소수성 코팅막 형성 방법은, 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트의 표면에 왁스를 도포하면서 다수의 노즐 내부에 왁스를 채우는 단계와, 노즐 플레이트의 표면에 도포된 왁스를 제거하는 단계와, 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계와, 다수의 노즐 내부에 채워진 왁스를 용융시키는 단계와, 용융된 왁스에 열 및 압력을 가하여 다수의 노즐을 통해 외부로 배출시키면서 소수성 코팅막 중 다수의 노즐을 막고 있는 부분을 제거하는 단계를 구비한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.

Description

잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법{Method for forming hydrophobic coating layer on surface of nozzle plate of inkjet head}
도 1은 종래의 잉크젯 헤드의 일 예로서 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트의 표면 처리 불량으로 인해 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...잉크젯 헤드 110...유로 플레이트
113...압력 챔버 120...진동판
130...노즐 플레이트 131...노즐
140...압전 액츄에이터 141...하부 전극
142...압전막 143...상부 전극
160...왁스 용액 160'...왁스
170...소수성 코팅막
본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에만 선택적으로 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
도 1은 종래의 잉크젯 헤드의 일 예로서 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트의 표면 처리 불량으로 인해 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(11), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(13)가 형성되어 있다. 상기 유로 플레이트(10)의 상면에는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되는 진동판(20)이 접합되어 있으며, 유로 플레이트(10)의 저면에는 다수의 노즐(31)이 형성된 노즐 플레이트(30)가 접합되어 있다. 한편, 상기 유로 플레이트(10)와 진동판(20)은 일체로 형성될 수 있으며, 또한 유로 플레이트(10)와 노즐 플레이트(30)도 일체로 형성될 수 있다.
상기 매니폴드(11)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(13) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(11)로부터 다수의 압력 챔버(13)의 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(13)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(11)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 상기 다수의 노즐(31)은 노즐 플레이트(30)를 관통하도록 형성되며 다수의 압력 챔버(13) 각각에 연결된다. 상기 진동판(20)은 다수의 압력 챔버(13)를 덮도록 유로 플레이트(10)의 상면에 접합된다. 상기 진동판(20)은 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되면서 다수의 압력 챔버(13) 각각에 잉크의 토출을 위한 압력 변화를 제공한다. 상기 압전 액츄에이터(40)는 진동판(20) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 하부 전극(41)은 진동판(20)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 다수의 압력 챔버(13) 각각의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 헤드에 있어서, 노즐 플레이트(30)의 표면 처리는 노즐(31)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성과 토출 속도 등의 잉크 토출 성능에 직접적인 영향을 미치게 된다. 즉, 잉크 토출 성능을 향상시키기 위해서는, 노즐(31)의 내면은 친수성을 가져야 하고, 노즐(31) 외부의 노즐 플레이트(30) 표면은 소수성을 가져야 한다.
따라서, 통상적으로 노즐 플레이트(30)의 표면에는 소수성 코팅막이 형성되며, 이러한 소수성 코팅막을 형성하는 방법으로는 여러 가지가 알려져 있다. 예를 들어, 종래의 소수성 코팅막 형성 방법 중 한 가지는, 용액 상태의 소수성 물질 내에 노즐 플레이트(30)를 디핑(dipping)하여 그 표면에 소수성 물질이 코팅되도록 하는 방법이고, 다른 한 가지는, 증착 방식을 통해 노즐 플레이트(30)의 표면에 소수성 물질을 코팅하는 방법이다.
그러나, 상기한 종래의 코팅 방법은 노즐 플레이트(30)의 표면에만 선택적으로 소수성 코팅막이 형성되기 힘들고, 노즐(31)의 내면에도 소수성 코팅막이 불균일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 액적의 직진성이 저하되고 다수의 노즐(31)로부터 토출되는 잉크 액적들의 속도와 체적 등이 불균일하게 되는 등 잉크 액적의 토출 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법은,
(가) 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트의 표면에 왁스를 도포하면서 상기 다수의 노즐 내부에 상기 왁스를 채우는 단계;
(나) 상기 노즐 플레이트의 표면에 도포된 왁스를 제거하는 단계;
(다) 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계;
(라) 상기 다수의 노즐 내부에 채워진 상기 왁스를 용융시키는 단계; 및
(마) 상기 용융된 왁스에 열 및 압력을 가하여 상기 다수의 노즐을 통해 외부로 배출시키면서 상기 소수성 코팅막 중 상기 다수의 노즐을 막고 있는 부분을 제거하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계는,
상기 왁스를 함유한 용액을 제조하는 단계와, 상기 왁스 용액을 상기 노즐 플레이트의 표면에 도포하면서 상기 다수의 노즐 내부에 상기 왁스 용액을 채우는 단계와, 상기 왁스 용액 중 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 왁스는 대략 100℃ ~ 300℃ 정도의 융점을 가진 것이 바람직하며, 상기 왁스 용액의 용매는 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다. 그리고, 상기 왁스 용액의 도포는 스핀 코팅 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 노즐 플레이트 표면에 도포된 왁스는 O2 플라즈마에 의해 제거될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소수성 코팅막은 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 물질을 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있으며, 상기 소수성 물질은 플루오르 화합물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 헤드의 조립이 완료된 상태에서 상기 단계들이 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 잉크젯 헤드는 상기 다수의 노즐에 대응되는 다수의 압력 챔버를 가지며, 상기 (가) 단계에서 상기 다수의 압력 챔버 내에도 상기 왁스가 채워질 수 있다.
그리고, 상기 잉크젯 헤드는 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 가지며, 상기 (마) 단계에서 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의해 발생된 압력에 의해 상기 용융된 왁스가 상기 다수의 노즐을 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상 에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다. 한편, 이하의 도면들은 노즐 플레이트의 일부를 도시한 것으로서, 일반적인 노즐 플레이트에는 수십 내지 수백 개의 노즐이 1열 또는 복수의 열로 배열되어 있다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 다수의 노즐(131)이 형성된 노즐 플레이트(130)를 준비한 후, 왁스 용액(160)를 준비된 노즐 플레이트(130)의 표면에 도포함과 동시에 노즐(131) 내부에도 채운다. 이때, 상기 노즐 플레이트(130)는 실리콘 웨이퍼, 글라스 기판 또는 금속 기판 등으로 제조될 수 있다. 그리고, 상기 왁스 용액(160)은 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔 또는 자일렌과 같은 용매에 대략 20wt%의 고체 왁스(160')를 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 왁스(160')는 대략 100℃ ~ 300℃ 정도의 융점을 가진 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 왁스 용액(160)을 스핀 코팅 방식에 의해 노즐 플레이트(130)의 표면에 소정 두께로 도포하게 되면, 다수의 노즐(131) 각각의 내부에도 왁스 용액(160)이 채워지게 된다. 이어서, 상기 왁스 용액(160)을 소정 시간 동안 자연 건조시켜 용매를 증발시킨다. 고러면, 고체 상태의 왁스(160')만 남게 된다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(130)의 표면에 형성된 왁스(160')를 제거한다. 이때, 왁스(160')는 O2 플라즈마에 의해 제거될 수 있다. 그러면, 노즐(131)의 내부에 채워진 왁스(160')만 남게 된다.
다음에는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(130)의 표면에 소수성 코팅막(170)을 형성한다. 상기 소수성 코팅막(170)은 노즐 플레이트(130)의 표면에 소수성 물질을 소정 두께, 예컨대 대략 20nm의 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 이때, 노즐(131)의 내부에는 왁스(160')가 채워져 있으므로, 노즐(131)의 내면에는 소수성 물질이 증착되지 않는다. 상기 소수성 물질로는 통상적으로 사용되는 여러 가지 소수성 물질, 예컨대 플루오르 화합물 등이 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 노즐 플레이트(130)의 표면에 소수성 코팅막(170)이 형성된 상태에서, 노즐 플레이트(130)를 소정 온도로 가열하여 대략 100℃ ~ 300℃ 정도의 융점을 가진 왁스(160')를 용융시킨다. 이 상태에서 노즐(131) 내부에 채워진 왁스(160')에 압력(P)을 가하게 되면, 왁스(160')는 노즐(131)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 노즐(131)을 통해 배출되는 왁스(160')에 의해 소수성 코팅막(170) 중 노즐(131)을 막고 있던 부분이 제거된다. 이에 따라, 도 3d에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 소수성 코팅막(170)이 잔존하게 된다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 균일한 소수성 코팅막(170)이 형성될 수 있으며, 노즐(131) 내면에는 소수성 코팅막(170)이 형성되지 않는다.
한편, 위에서는 별도로 분리된 상태의 노즐 플레이트(130)의 표면에 소수성 코팅막(170)을 형성하는 것으로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 이하에서 설명하는 바와 같이, 잉크젯 헤드(100)가 완성된 상태에서도 본 발명의 방법에 따라 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에 선택적으로 소수성 코팅막(170)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 잉크젯 헤드(100)의 유로 플레이트(110)에는 다수의 압력 챔버(113)가 형성되어 있으며, 상기 유로 플레이트(110)의 상면에는 다수의 압력 챔버(113)를 덮는 진동판(120)이 접합되어 있고, 상기 진동판(120) 위에는 압전 액츄에이터(140)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(110)의 저면에는 다수의 노즐(131)이 관통 형성된 노즐 플레이트(130)가 접합되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(110)에는 도시되지는 않았지만 매니폴드와 다수의 리스트릭터가 형성될 수 있다. 상기 압전 액츄에이터(140)는 다수의 압력 챔버(113) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 진동판(120) 위에 순차 적층된 하부 전극(141)과, 압전막(142)과, 상부 전극(143)으로 구성된다. 상기 하부 전극(141)은 진동판(120)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 상기 압전막(142)은 다수의 압력 챔버(113) 각각의 상부에 위치하도록 하부 전극(141) 위에 형성된다. 상기 상부 전극(143)은 압전막(142) 위에 형성되며, 압전막(142)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
한편, 상기 유로 플레이트(110)와 진동판(120)은 하나의 기판으로 이루어질 수 있으며, 또한 유로 플레이트(110)와 노즐 플레이트(130)도 하나의 기판으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 헤드(100)의 조립이 완료된 상태에서, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 본 발명에 따른 소수성 코팅막 형성 단계들이 수행될 수 있다. 이 경우, 노즐(131)의 내부 뿐만 아니라 다수의 압력 챔버(113) 내부에도 왁스(160')가 채워지게 된다. 그리고, 도 3d에 도시된 단계에서, 노즐 플레이트(130)를 포함하여 잉크젯 헤드(100) 전체가 가열됨으로써 왁스(160')가 용융되며, 용융된 왁스(160')는 노즐(131)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 왁스(160')는 압전 액츄에이터(140)의 구동에 의한 진동판(120)의 진동으로부터 발생된 압력(P)에 의해 배출될 수 있다. 이와 같이, 노즐(131)을 통해 배출되는 왁스(160')에 의해 소수성 코팅막(170) 중 노즐(131)을 막고 있던 부분이 제거되면서, 도 3d에 도시된 것과 마찬가지로, 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 소수성 코팅막(170)이 잔존하게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소수성 코팅막 형성 방법에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 속도 및 잉크 액적의 직진성 등 잉크 토출 성능이 향상되어 인쇄 품질이 향상될 수 있다.

Claims (11)

  1. 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 있어서,
    (가) 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트의 표면에 왁스를 도포하면서 상기 다수의 노즐 내부에 상기 왁스를 채우는 단계;
    (나) 상기 노즐 플레이트의 표면에 도포된 왁스를 제거하는 단계;
    (다) 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계;
    (라) 상기 다수의 노즐 내부에 채워진 상기 왁스를 용융시키는 단계; 및
    (마) 상기 용융된 왁스에 열 및 압력을 가하여 상기 다수의 노즐을 통해 외부로 배출시키면서 상기 소수성 코팅막 중 상기 다수의 노즐을 막고 있는 부분을 제거하는 단계;를 구비하며,
    상기 (가) 단계는,
    상기 왁스를 함유한 용액을 제조하는 단계와, 상기 왁스 용액을 상기 노즐 플레이트의 표면에 도포하면서 상기 다수의 노즐 내부에 상기 왁스 용액을 채우는 단계와, 상기 왁스 용액 중 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 왁스는 100℃ ~ 300℃ 의 융점을 가진 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 왁스 용액의 용매는 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 왁스 용액의 도포는 스핀 코팅 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트 표면에 도포된 왁스는 O2 플라즈마에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 소수성 코팅막은 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 물질을 소정 두께로 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 플루오르 화합물인 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드의 조립이 완료된 상태에서 상기 (가) 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 상기 다수의 노즐에 대응되는 다수의 압력 챔버를 가지며, 상기 (가) 단계에서 상기 다수의 압력 챔버 내에도 상기 왁스가 채워지는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 가지며, 상기 (마) 단계에서 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의해 발생된 압력에 의해 상기 용융된 왁스가 상기 다수의 노즐을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
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