KR102012174B1

KR102012174B1 - 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드

Info

Publication number: KR102012174B1
Application number: KR1020180002440A
Authority: KR
Inventors: 박영우; 송희욱
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2018-01-08
Publication date: 2019-08-21
Also published as: KR20190085201A

Abstract

본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드는 내부에 공간부가 갖추어진 하우징(Housing)과; 상기 공간부 내부에 장착되고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 자기장 발생부; 상기 자기장 발생부 안에 끼워지고 자기장 발생부로부터 발생 된 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 변화되는 자기 변형 부재; 상기 공간부 내부에서 자기 변형 부재의 하부에 배치되고 윗면이 자기 변형 부재의 밑면과 맞닿아 자기 변형 부재의 길이가 늘어났을 때 자기 변형 부재에 밀려 하강하며 둘레면에 수평 방향으로 확장된 확장판이 갖추어진 푸쉬 로드(Push rod); 코일형 스프링으로서 상기 푸쉬 로드가 관통되고 하단이 공간부 내벽에 형성된 걸림턱에 걸쳐 지지 되며 상단이 푸쉬 로드의 확장판 밑면과 맞닿아 일정한 압력으로 푸쉬 로드를 밀어 올려주며 자기 변형 부재의 길이가 늘어나 푸쉬 로드가 하강되었을 때에는 확장판에 눌려 수축되는 반면, 자기 변형 부재의 길이가 축소되었을 때에는 탄성 복원력에 의해 푸쉬 로드를 밀어 올려주는 예압 스프링; 상기 공간부 내부에 설치되고 유체가 채워지며 하우징 하단에 설치된 토출 노즐과 연통된 챔버(Chamber); 상기 하우징 내부에 설치되고 일단이 챔버와 연통 되며 타단이 하우징 외부에 설치된 유체 저장 탱크와 연결된 유체 공급 노즐(Nozzle); 바(Bar) 형태로서 상기 챔버에 끼워진 채 챔버의 상하 방향으로 슬라이드 되고 챔버의 하부 방향으로 하강 되었을 때에는 챔버에 채워진 유체가 토출 노즐을 통해 토출 노즐 바깥으로 토출 되는 반면, 챔버의 상부 방향으로 상승 되었을 때에는 유체 공급 노즐을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버 내부로 빨아들이는 니들(Needle); 및 상기 푸쉬 로드와 챔버 사이의 공간부에 설치되어 푸쉬 로드가 하강 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드의 변위를 증폭시켜 니들을 하강시키는 반면, 푸쉬 로드가 상승 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드의 변위를 증폭시켜 니들을 상승시키는 변위 증폭 수단으로 이루어져, 자기장 발생부로부터 발생 된 자기장에 의해 길이가 늘어난 자기 변형 부재는 푸쉬 로드를 밀어 하강시키고 상기 예압 스프링은 수축되며 변위 증폭 수단은 유압을 이용하여 니들을 밀어내려 챔버에 채워진 유체를 토출 노즐 바깥으로 토출 시키는 반면, 자기장 발생부로부터 발생된 자기장에 의해 자기 변형 부재의 길이가 축소되면 수축된 예압 스프링이 탄성 복원되면서 푸쉬 로드를 밀어올리고 푸쉬 로드가 상승됨에 따라 상기 변위 증폭 수단은 유압을 이용하여 하강 된 니들을 끌어올려 유체 공급 노즐을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버 내부로 빨아들인다.

Description

유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드{The magnetostrictive inkjet head for hydraulic amplified displacement}

본 발명은 컴퓨터 제어에 따라 길이가 변화되는 자기 변형 부재를 이용하여 잉크젯 헤드에 채워진 유체를 기판 재료에 분사시켜 인쇄 작업을 자동으로 수행할 수 있는 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 특히, 잉크젯 헤드에 자기 변형 부재의 변위를 10배 이상 증폭시킬 수 있는 구조를 삽입하여 접착제 같은 높은 점도의 유체도 토출 할 수 있는 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크젯을 이용한 인쇄 기술은 수십 또는 수백(um)의 직경을 갖는 액적(droplet)을 피분사 부재상의 원하는 위치에 분사시키는 기술로서 잉크젯 헤드에 채워진 유체를 피분사 부재 위에 고속 분사하여 특정 형상을 새겨넣는 기술이다.

이러한 잉크젯을 이용한 인쇄기술은 유체가 증착되는 피분사 부재 재질로서 종이와, 직물, 금속, 세라믹, 폴리머 등을 이용할 수 있기 때문에 현재 LCD, OLED 등 디스플레이 제조 공정뿐만 아니라 PCB 제조 공정, DNA Microarray와 같은 바이오 분야에까지 그 응용 범위가 광범위하다는 장점이 있다.

한편, 상기 잉크젯 헤드에 포함된 유체를 잉크젯 헤드에 구비된 노즐 바깥으로 내 보내주기 위한 방법으로는 일반적으로 열 전사(Thermal) 방식과, 정전기력(electrostatic) 방식 등이 있다.

상기 열 전사 방식은 히터를 통해 유체를 가열시켜 잉크젯 헤드에 채워진 유체에 기포를 발생시킴으로써 잉크젯 헤드에 채워진 유체를 노즐 바깥으로 내보내는 방식이고, 상기 정전기력 방식은 유체와 피분사 부재에 높은 전압을 가해 유체와 피분사 부재 상에 인력을 발생시킴으로써 피분사 부재 위에 원하는 형상을 새기는 기술이다.

하지만, 상기 열 전사 방식과 정전기력 방식은 유체에 열을 가하거나 높은 전압을 가해야 함으로 유체가 변성될 수 있어 활용 가능한 유체에 한계가 있다는 문제점이 있었다.

한편, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 챔버를 압박하여 챔버 내부에 저장된 유체를 노즐 바깥으로 밀어낼 수 있는 피에조(Piezo) 방식이 있는데, 상기 피에조 방식은 외부 전기 신호에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 피에조 소자의 일단을 챔버와 맞닿게 함으로써 챔버에 채워진 유체를 노즐 바깥으로 밀어내는 방식이다.

하지만, 상기 피에조 소자는 소자 특성상 다양한 힘을 발휘할 수 없어 노즐 바깥으로 다양한 크기의 액적을 내보내는데 한계가 있다는 등의 문제점이 있었다.

한편, 본 발명의 선행 기술로는 특허공개번호 "10-2004-0020902"호의 "잉크젯 기기"가 출원되어 공개되었는데, 상기 잉크젯 기기는 잉크젯 프린트 헤드의 노즐로부터 재료의 하나 이상의 방울을 토출하여 인쇄하도록 배열된 구동 신호를 상기 잉크젯 프린트 헤드에 공급하는 수단과; 상기 재료로 인쇄될 기판과 상기 잉크젯 프린트 헤드 간의 상대 이동을 제공하는 이송 스테이지(Translation stage); 상기 이송 스테이지의 위치를 감시하는 감시 유닛; 및 상기 이송 스테이지의 감시 위치에 따라 상기 구동 신호의 공급을 제어하는 제어 수단을 포함한다.

또 다른 선행 기술로는 특허공개번호 "10-2012-0041040"호의 "자기 변형 잉크젯 헤드"가 출원되어 공개되었는데, 상기 자기 변형 잉크젯 헤드는 자기 변형 부재의 주위를 감싸고 있는 자기장 크기의 변화에 따라 자기 변형 부재의 길이가 늘어나는 원리를 이용한 잉크젯 헤드를 구성하는 장치와 제어 수단을 포함한다.

이 기술은 토출 가능 유체 점도가 1000cP 정도로, 상기 피에조 소자 방식의 잉크젯 헤드의 한계(수십cP)를 어느 정도 해소할 수 있지만 1000cP 이상의 접착제 같은 고점도의 유체 토출에는 한계를 가지고 있다.

대한민국 특허공개번호 10-2004-0020902 (2004.03.09) 대한민국 특허등록번호 10-1634419 (2016.06.28) 대한민국 특허공개번호 10-2012-0041040 (2012.04.30)

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 잉크젯 헤드의 토출 압력을 증대시켜 잉크젯 헤드로 접착제와 같은 고점도의 유체도 토출할 수 있는 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드는 내부에 공간부가 갖추어진 하우징(Housing)과; 상기 공간부 내부에 장착되고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 자기장 발생부; 상기 자기장 발생부 안에 끼워지고 자기장 발생부로부터 발생 된 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 변화되는 자기 변형 부재; 상기 공간부 내부에서 자기 변형 부재의 하부에 배치되고 윗면이 자기 변형 부재의 밑면과 맞닿아 자기 변형 부재의 길이가 늘어났을 때 자기 변형 부재에 밀려 하강하며 둘레면에 수평 방향으로 확장된 확장판이 갖추어진 푸쉬 로드(Push rod); 코일형 스프링으로서 상기 푸쉬 로드가 관통되고 하단이 공간부 내벽에 형성된 걸림턱에 걸쳐 지지 되며 상단이 푸쉬 로드의 확장판 밑면과 맞닿아 일정한 압력으로 푸쉬 로드를 밀어 올려주며 자기 변형 부재의 길이가 늘어나 푸쉬 로드가 하강되었을 때에는 확장판에 눌려 수축되는 반면, 자기 변형 부재의 길이가 축소되었을 때에는 탄성 복원력에 의해 푸쉬 로드를 밀어 올려주는 예압 스프링; 상기 공간부 내부에 설치되고 유체가 채워지며 하우징 하단에 설치된 토출 노즐과 연통된 챔버(Chamber); 상기 하우징 내부에 설치되고 일단이 챔버와 연통 되며 타단이 하우징 외부에 설치된 유체 저장 탱크와 연결된 유체 공급 노즐(Nozzle); 바(Bar) 형태로서 상기 챔버에 끼워진 채 챔버의 상하 방향으로 슬라이드 되고 챔버의 하부 방향으로 하강 되었을 때에는 챔버에 채워진 유체가 토출 노즐을 통해 토출 노즐 바깥으로 토출 되는 반면, 챔버의 상부 방향으로 상승 되었을 때에는 유체 공급 노즐을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버 내부로 빨아들이는 니들(Needle); 및 상기 푸쉬 로드와 챔버 사이의 공간부에 설치되어 푸쉬 로드가 하강 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드의 변위를 증폭시켜 니들을 하강시키는 반면, 푸쉬 로드가 상승 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드의 변위를 증폭시켜 니들을 상승시키는 변위 증폭 수단으로 이루어져, 자기장 발생부로부터 발생 된 자기장에 의해 길이가 늘어난 자기 변형 부재는 푸쉬 로드를 밀어 하강시키고 상기 예압 스프링은 수축되며 변위 증폭 수단은 유압을 이용하여 니들을 밀어내려 챔버에 채워진 유체를 토출 노즐 바깥으로 토출 시키는 반면, 자기장 발생부로부터 발생된 자기장에 의해 자기 변형 부재의 길이가 축소되면 수축된 예압 스프링이 탄성 복원되면서 푸쉬 로드를 밀어올리고 푸쉬 로드가 상승됨에 따라 상기 변위 증폭 수단은 유압을 이용하여 하강 된 니들을 끌어올려 유체 공급 노즐을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버 내부로 빨아들인다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드는 니들(Needle)을 승·하강시키는 동력원으로서 입력 전류의 크기에 따라(주위 자기장 크기에 따라) 변하는 자기 변형 부재의 변화량을, 상기 변위 증폭 수단을 사용하여 니들의 변위 즉, 니들의 상하 이동 범위를 증대시킬 수 있고, 니들의 상하 이동 범위가 증대됨에 따라 유체 토출 압력을 높일 수 있어 접착제와 같은 고점도의 유체를 토출 할 수도 있다.

또한, 유체를 노즐 바깥으로 내보내거나 챔버 안으로 들여보내는 니들(needle)의 동력원으로서 자기 변형 부재의 길이에 따라 조절되는 유압을 이용함으로써 챔버(Chamber) 안으로 유입된 유체에 높은 전압이나 열을 가하지 않아도 된다는 장점이 있었다.

또, 유압을 조절하는 자기 변형 부재는 피에조 소자에 비해 높은 구동력을 발휘할 수 있으므로 그 응용 범위가 넓다는 장점이 있었다.

또, 상기 자기 변형 부재는 기존 피에조 소자보다 입력 전류에 빠르게 반응할 수 있다는 장점이 있었고, 입력 전류의 주파수 범위도 광범위하다는 장점이 있었다.

도면 1은 종래의 잉크젯 헤드에 대한 종단면도,
도면 2는 본 발명의 종단면도.
도면 3은 본 발명에 갖추어진 변위 증폭 수단의 원리를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드는 도면 1에 도시한 바와 같이, 내부에 공간부(1)가 갖추어진 하우징(3)(Housing)과; 상기 공간부(1) 내부에 장착되고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 자기장 발생부(5); 상기 자기장 발생부(5) 안에 끼워지고 자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 변화되는 자기 변형 부재(7); 상기 공간부(1) 내부에서 자기 변형 부재(7)의 하부에 배치되고 윗면이 자기 변형 부재(7)의 밑면과 맞닿아 자기 변형 부재(7)의 길이가 늘어났을 때 자기 변형 부재(7)에 밀려 하강하며 둘레면에 수평 방향으로 확장된 확장판(9)이 갖추어진 푸쉬 로드(11)(Push rod); 코일형 스프링으로서 상기 푸쉬 로드(11)가 관통되고 하단이 공간부(1) 내벽에 형성된 걸림턱(13)에 걸쳐 지지 되며 상단이 푸쉬 로드(11)의 확장판(9) 밑면과 맞닿아 일정한 압력으로 푸쉬 로드(11)를 밀어 올려주며 자기 변형 부재(7)의 길이가 늘어나 푸쉬 로드(11)가 하강되었을 때에는 확장판(9)에 눌려 수축되는 반면, 자기 변형 부재(7)의 길이가 축소되었을 때에는 탄성 복원력에 의해 푸쉬 로드(11)를 밀어 올려주는 예압 스프링(15); 상기 공간부(1) 내부에 설치되고 유체가 채워지며 하우징(3) 하단에 설치된 토출 노즐(17)과 연통된 챔버(19)(Chamber); 상기 하우징(3) 내부에 설치되고 일단이 챔버(19)와 연통 되며 타단이 하우징(3) 외부에 설치된 유체 저장 탱크와 연결된 유체 공급 노즐(23)(Nozzle); 바(Bar) 형태로서 상기 챔버(19)에 끼워진 채 챔버(19)의 상하 방향으로 슬라이드 되고 챔버(19)의 하부 방향으로 하강 되었을 때에는 챔버(19)에 채워진 유체가 토출 노즐(17)을 통해 토출 노즐(17) 바깥으로 토출 되는 반면, 챔버(19)의 상부 방향으로 상승 되었을 때에는 유체 공급 노즐(23)을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버(19) 내부로 빨아들이는 니들(25)(Needle); 및 상기 푸쉬 로드(11)와 챔버(19) 사이의 공간부(1)에 설치되어 푸쉬 로드(11)가 하강 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드(11)의 변위를 증폭시켜 니들(25)을 하강시키는 반면, 푸쉬 로드(11)가 상승 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드(11)의 변위를 증폭시켜 니들(25)을 상승시키는 변위 증폭 수단(27)으로 이루어져, 자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장에 의해 길이가 늘어난 자기 변형 부재(7)는 푸쉬 로드(11)를 밀어 하강시키고 상기 예압 스프링(15)은 수축되며 변위 증폭 수단(27)은 유압을 이용하여 니들(25)을 밀어내려 챔버(19)에 채워진 유체를 토출 노즐(17) 바깥으로 토출 시키는 반면, 자기장 발생부(5)로부터 발생된 자기장에 의해 자기 변형 부재(7)의 길이가 축소되면 수축된 예압 스프링(15)이 탄성 복원되면서 푸쉬 로드(11)를 밀어올리고 푸쉬 로드(11)가 상승됨에 따라 상기 변위 증폭 수단(27)은 유압을 이용하여 하강 된 니들(25)을 끌어올려 유체 공급 노즐(23)을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버(19) 내부로 빨아들인다.

상기 자기장 발생부(5)는 상기 공간부(1) 내부에 설치되고 고정된 세기와 방향의 자기장을 발생하는 영구 자석(29)과, 상기 영구 자석(29) 안에 끼워지고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 코일 뭉치(31), 상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 윗면에 덮어 씌워져 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)로부터 발생 된 자기장이 흐트러지지 않고 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 상부에 집중되어 흐르도록 하는 상부 플럭스 패싱부(33); 및 상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 밑면에 장착되어 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)로부터 발생 된 자기장이 흐트러지지 않고 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 하부에 집중되어 흐르도록 하며 중앙에 자기 변형 부재(7)나 푸쉬 로드(11)의 상단이 드나드는 이통 통로가 형성된 하부 플럭스 패싱부(35)로 이루어져, 상기 자기 변형 부재(7)는 코일 뭉치(31) 안에 끼워지고, 상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)의 합성 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 늘어나거나 축소된다.

상기 변위 증폭 수단의 변위 증폭 원리를 도면 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

밀폐 영역에서의 유체 이동량은 같으므로 변위 증폭 비율은

이 된다.

여기서,

상기

은 상부 플레이트의 단면적이고,

상기

은 니들의 단면적,

상기

은 상부 플레이트의 변위이고,

상기

은 니들의 변위이다.

예를 들어 설명하면, 단면적

이

의 10배일 경우 변위

는 변위

의 10배가 된다.

다시 말하면 자기 변형 부재의 변위가 0.01mm일 경우 니들의 변위는 0.1mm가 되어 이론적으로 유체 토출 능력을 10배 증가시킬 수 있다.

상기 변위 증폭 수단(27)은 니들(25)을 밀어 내리거나 끌어올리는 유압유(37)가 채워지고 윗면에 상부 플레이트(39)가 끼워지는 상부 플레이트 설치홀(41)이 관통되며 아랫면에 니들(25)이 끼워지는 니들 설치홀(43)이 관통된 유압유 탱크(45)와, 상기 상부 플레이트 설치홀(41)에 끼워지고 푸쉬 로드(11) 하단에 연결되어 푸쉬 로드(11)가 하강 되었을 때 유압유 탱크(45)에 채워진 유압유(37)를 밀어 니들(25)을 밀어내리는 반면, 푸쉬 로드(11)가 상승 되었을 때 유압유(37)를 끌어올려 하강된 니들(25)을 끌어올리는 상부 플레이트(39)로 이루어진다.

상기 니들 설치홀(43)을 통해 유압유 탱크(45)안으로 인입된 니들(25)의 상부 가장자리에는 니들(25)의 상부 가장자리를 따라 걸림 돌기(71)가 갖추어져 니들 설치홀(43) 바깥으로 니들(25)이 빠져나올 수 없도록 한다.

상기 유압유 탱크(45)는 내부가 비어 있고 상·하단이 개방되며 내부에 유압유(37)가 채워지는 바디(47)(Body)와, 상기 바디(47)의 개방된 상단에 덮어 씌워지고 중앙에 상부 플레이트 설치홀(41)이 관통된 상부 캡(49), 상기 바디(47)의 개방된 하단에 덮어 씌워지고 중앙에 니들 설치홀(43)이 관통된 하부 캡(51), 상기 바디(47)와 상부 캡(49) 사이에 끼워져 바디(47)에 채워진 유압유(37)가 바디(47)와 상부 캡(49) 사이의 틈으로 새어 나오지 않도록 밀봉하는 상부 가스켓(53), 및 상기 바디(47)와 하부 캡(51) 사이에 끼워져 바디(47)에 채워진 유압유(37)가 바디(47)와 하부 캡(51) 사이의 틈으로 새어 나오지 않도록 밀봉하는 하부 가스켓(55)으로 이루어진다.

상기 상부 캡(49) 밑면에는 상부 플레이트 설치홀(41)을 중심으로 일정 반경 이내에 2층 이상의 하향 환턱(57)이 가공되고, 상기 상부 플레이트(39)의 윗면에는 상부 플레이트(39)를 중심으로 일정 반경 이내에 2층 이상의 상향 환턱(59)이 가공되며, 상기 상향 환턱(59)과 하향 환턱(57)은 서로 맞물린다.

상기 하우징(3)은 내부에 상부 공간부(61)가 갖추어진 상부 하우징(63)과, 내부에 상기 상부 공간부(61)와 연통 되는 하부 공간부(65)가 갖추어지고 상기 상부 하우징(63)과 연결되는 하부 하우징(67)으로 이루어지고, 상기 하부 하우징(67)은 단이 진 원추 형상으로 가공되며, 상기 상부 공간부(61)에는 자기장 발생부(5)와, 자기 변형 부재(7), 확장판(9), 푸쉬 로드(11), 및 예압 스프링(15)이 설치되고, 상기 하부 공간부(65)에는 토출 노즐(17)과, 챔버(19), 유체 공급 노즐(23), 니들(25), 및 변위 증폭 수단(27)이 장착된다.

상기 예압 스프링(15)과 맞닿는 확장판(9)의 밑면에는 예압 스프링(15)의 상단이 끼워지는 예압 스프링 삽입홈(69)이 가공된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드가 동작 되는 과정을 도면 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

상기 자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장에 의해 길이가 늘어난 자기 변형 부재(7)는 푸쉬 로드(11)를 밀어 하강시킨다.

한편, 상기 푸쉬 로드(11)가 하강 되면 예압 스프링(15)이 푸쉬 로드(11)와 일체로 결합된 확장판(9)에 눌려 수축되고, 푸쉬 로드(11)에 연결된 상부 플레이트(39)는 푸쉬 로드(11)에 떠 밀려 하강 되면서 유압유 탱크(45)에 채워진 유압유(37)를 눌러 압축하며, 상기 니들(25)은 압축된 유압유(37)에 떠밀려 하강 되면서 챔버(19) 안에 채워진 유체를 토출 노즐(17) 바깥으로 분사시킨다.

한편, 상기 자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장에 의해 자기 변형 부재(7)의 길이가 축소되면 수축된 예압 스프링(15)이 탄성 복원되면서 푸쉬 로드(11)와 일체로 결합된 확장판(9)을 밀어올리고 동시에 푸쉬 로드(11)와 상부 플레이트(39)가 확장판(9)을 따라 상승된다.

한편, 상승된 상부 플레이트(39)는 유압유 탱크(45)에 채워진 유압유(37)를 빨아들이고 이어서 하강된 니들(25)이 상승되면서 유체 저장 탱크에 저장된 유체가 유체 공급 노즐(23)을 통해 챔버(19) 내부로 리필(Refill)된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드는 니들(25)(Needle)을 승·하강시키는 동력원으로서 자기 변형 부재(7)의 길이에 따라 압력이 조절되는 유압유(37)를 사용하여 니들(25)의 변위 즉, 니들(25)의 상하 이동 범위를 증대시킬 수 있고, 니들(25)의 상하 이동 범위가 증대됨에 따라 유체 토출 압력을 높일 수 있어 접착제와 같은 고점도의 유체를 토출 할 수도 있다.

또한, 유체를 노즐 바깥으로 내보내거나 챔버(19) 안으로 들여보내는 니들(25)(needle)의 동력원으로서 자기 변형 부재(7)의 길이에 따라 조절되는 유압을 이용함으로써 챔버(19)(Chamber) 안으로 유입된 유체에 높은 전압이나 열을 가하지 않아도 된다는 장점이 있었다.

또, 유압을 조절하는 자기 변형 부재(7)는 피에조 소자에 비해 높은 구동력을 발휘할 수 있으므로 그 응용 범위가 넓다는 장점이 있었다.

또, 상기 자기 변형 부재(7)는 기존 피에조 소자보다 입력 전류에 빠르게 반응할 수 있다는 장점이 있었고, 입력 전류의 주파수 범위도 광범위하다는 장점이 있었다.

1. 공간부 3. 하우징
5. 자기장 발생부 7. 자기 변형 부재
9. 확장판 11. 푸쉬 로드
13. 걸림턱 15. 예압 스프링
17. 토출 노즐 19. 챔버
25. 니들 27. 변위 증폭 수단
29. 영구 자석 31. 코일 뭉치
33. 상부 플럭스 패싱부 35. 하부 플럭스 패싱부
37. 유압유 39. 상부 플레이트
41. 상부 플레이트 설치홀 43. 니들 설치홀
45. 유압유 탱크 47. 바디
49. 상부 캡 51. 하부 캡
53. 상부 가스켓 55. 하부 가스켓
57. 하향 환턱 59. 상향 환턱
61. 상부 공간부 63. 상부 하우징
65. 하부 공간부 67. 하부 하우징
69. 예압 스프링 삽입홈 71. 걸림 돌기

Claims

내부에 공간부(1)가 갖추어진 하우징(3)(Housing)과;
상기 공간부(1) 내부에 장착되고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 자기장 발생부(5);
상기 자기장 발생부(5) 안에 끼워지고 자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 변화되는 자기 변형 부재(7);
상기 공간부(1) 내부에서 자기 변형 부재(7)의 하부에 배치되고 윗면이 자기 변형 부재(7)의 밑면과 맞닿아 자기 변형 부재(7)의 길이가 늘어났을 때 자기 변형 부재(7)에 밀려 하강하며 둘레면에 수평 방향으로 확장된 확장판(9)이 갖추어진 푸쉬 로드(11)(Push rod);
코일형 스프링으로서 상기 푸쉬 로드(11)가 관통되고 하단이 공간부(1) 내벽에 형성된 걸림턱(13)에 걸쳐 지지 되며 상단이 푸쉬 로드(11)의 확장판(9) 밑면과 맞닿아 일정한 압력으로 푸쉬 로드(11)를 밀어 올려주며 자기 변형 부재(7)의 길이가 늘어나 푸쉬 로드(11)가 하강되었을 때에는 확장판(9)에 눌려 수축되는 반면, 자기 변형 부재(7)의 길이가 축소되었을 때에는 탄성 복원력에 의해 푸쉬 로드(11)를 밀어 올려주는 예압 스프링(15);
상기 공간부(1) 내부에 설치되고 유체가 채워지며 하우징(3) 하단에 설치된 토출 노즐(17)과 연통된 챔버(19)(Chamber);
상기 하우징(3) 내부에 설치되고 일단이 챔버(19)와 연통 되며 타단이 하우징(3) 외부에 설치된 유체 저장 탱크와 연결된 유체 공급 노즐(23)(Nozzle);
바(Bar) 형태로서 상기 챔버(19)에 끼워진 채 챔버(19)의 상하 방향으로 슬라이드 되고 챔버(19)의 하부 방향으로 하강 되었을 때에는 챔버(19)에 채워진 유체가 토출 노즐(17)을 통해 토출 노즐(17) 바깥으로 토출 되는 반면, 챔버(19)의 상부 방향으로 상승 되었을 때에는 유체 공급 노즐(23)을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버(19) 내부로 빨아들이는 니들(25)(Needle);
및 상기 푸쉬 로드(11)와 챔버(19) 사이의 공간부(1)에 설치되어 푸쉬 로드(11)가 하강 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드(11)의 변위를 증폭시켜 니들(25)을 하강시키는 반면, 푸쉬 로드(11)가 상승 되었을 때에는 유압을 통해 푸쉬 로드(11)의 변위를 증폭시켜 니들(25)을 상승시키는 변위 증폭 수단(27)으로 이루어져,
자기장 발생부(5)로부터 발생 된 자기장에 의해 길이가 늘어난 자기 변형 부재(7)는 푸쉬 로드(11)를 밀어 하강시키고 상기 예압 스프링(15)은 수축되며 변위 증폭 수단(27)은 유압을 이용하여 니들(25)을 밀어내려 챔버(19)에 채워진 유체를 토출 노즐(17) 바깥으로 토출 시키는 반면, 자기장 발생부(5)로부터 발생된 자기장에 의해 자기 변형 부재(7)의 길이가 축소되면 수축된 예압 스프링(15)이 탄성 복원되면서 푸쉬 로드(11)를 밀어올리고 푸쉬 로드(11)가 상승됨에 따라 상기 변위 증폭 수단(27)은 유압을 이용하여 하강 된 니들(25)을 끌어올려 유체 공급 노즐(23)을 통해 유체 저장 탱크에 저장된 유체를 챔버(19) 내부로 빨아들이고,
상기 자기장 발생부(5)는 상기 공간부(1) 내부에 설치되고 고정된 세기와 방향의 자기장을 발생하는 영구 자석(29)과,
상기 영구 자석(29) 안에 끼워지고 입력된 전류량이나 전류 방향에 따라 세기와 방향이 다른 자기장을 발생하는 코일 뭉치(31),
상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 윗면에 덮어 씌워져 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)로부터 발생 된 자기장이 흐트러지지 않고 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 상부에 집중되어 흐르도록 하는 상부 플럭스 패싱부(33);
및 상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 밑면에 장착되어 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)로부터 발생 된 자기장이 흐트러지지 않고 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31) 하부에 집중되어 흐르도록 하며 중앙에 자기 변형 부재(7)나 푸쉬 로드(11)의 상단이 드나드는 이통 통로가 형성된 하부 플럭스 패싱부(35)로 이루어져,
상기 자기 변형 부재(7)는 코일 뭉치(31) 안에 끼워지고, 상기 영구 자석(29)과 코일 뭉치(31)의 합성 자기장의 세기 및 방향에 따라 길이가 늘어나거나 축소되며,
상기 변위 증폭 수단(27)은 니들(25)을 밀어 내리거나 끌어올리는 유압유(37)가 채워지고 윗면에 상부 플레이트(39)가 끼워지는 상부 플레이트 설치홀(41)이 관통되며 아랫면에 니들(25)이 끼워지는 니들 설치홀(43)이 관통된 유압유 탱크(45)와,
상기 상부 플레이트 설치홀(41)에 끼워지고 푸쉬 로드(11) 하단에 연결되어 푸쉬 로드(11)가 하강 되었을 때 유압유 탱크(45)에 채워진 유압유(37)를 밀어 니들(25)을 밀어내리는 반면, 푸쉬 로드(11)가 상승 되었을 때 유압유(37)를 끌어올려 하강된 니들(25)을 끌어올리는 상부 플레이트(39)로 이루어지고,
상기 니들 설치홀(43)을 통해 유압유 탱크(45)안으로 인입된 니들(25)의 상부 가장자리에는 니들(25)의 상부 가장자리를 따라 걸림 돌기(71)가 갖추어져 니들 설치홀(43) 바깥으로 니들(25)이 빠져나올 수 없도록 하며,
상기 유압유 탱크(45)는 내부가 비어 있고 상·하단이 개방되며 내부에 유압유(37)가 채워지는 바디(47)(Body)와,
상기 바디(47)의 개방된 상단에 덮어 씌워지고 중앙에 상부 플레이트 설치홀(41)이 관통된 상부 캡(49),
상기 바디(47)의 개방된 하단에 덮어 씌워지고 중앙에 니들 설치홀(43)이 관통된 하부 캡(51),
상기 바디(47)와 상부 캡(49) 사이에 끼워져 바디(47)에 채워진 유압유(37)가 바디(47)와 상부 캡(49) 사이의 틈으로 새어 나오지 않도록 밀봉하는 상부 가스켓(53),
및 상기 바디(47)와 하부 캡(51) 사이에 끼워져 바디(47)에 채워진 유압유(37)가 바디(47)와 하부 캡(51) 사이의 틈으로 새어 나오지 않도록 밀봉하는 하부 가스켓(55)으로 이루어지고,
상기 상부 캡(49) 밑면에는 상부 플레이트 설치홀(41)을 중심으로 일정 반경 이내에 2층 이상의 하향 환턱(57)이 가공되고,
상기 상부 플레이트(39)의 윗면에는 상부 플레이트(39)를 중심으로 일정 반경 이내에 2층 이상의 상향 환턱(59)이 가공되며,
상기 상향 환턱(59)과 하향 환턱(57)은 서로 맞물리고,
상기 하우징(3)은 내부에 상부 공간부(61)가 갖추어진 상부 하우징(63)과, 내부에 상기 상부 공간부(61)와 연통 되는 하부 공간부(65)가 갖추어지고 상기 상부 하우징(63)과 연결되는 하부 하우징(67)으로 이루어지고,
상기 하부 하우징(67)은 단이 진 원추 형상으로 가공되며,
상기 상부 공간부(61)에는 자기장 발생부(5)와, 자기 변형 부재(7), 확장판(9), 푸쉬 로드(11), 및 예압 스프링(15)이 설치되고,
상기 하부 공간부(65)에는 토출 노즐(17)과, 챔버(19), 유체 공급 노즐(23), 니들(25), 및 변위 증폭 수단(27)이 장착되는 것을 특징으로 하는 유압식 변위 증폭형 자기 변형 잉크젯 헤드.
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