KR19990041106A - Printhead - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형상기억합금이 냉각되는 과정에서 열방출이 신속하게 이루어지도록 열방출수단을 구비함으로써, 작동속도를 높여 신뢰성이 향상되는 프린트헤드에 관한 것으로서, 특히 하부에 공간부가 마련되고 상기 공간부를 덮는 진동판이 상부에 형성된 기판; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 상기 박막형상기억합금의 상부에 구비되어 상기 박막형상기억합금이 냉각될 때 열을 능동적으로 방출하여 냉각속도를 증가시키는 열방출수단; 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 박막형상기억합금과 연통되는 액실이 구비되며 상기 액실을 둘러싼 벽면의 일측에 기록액이 상기 액실 내부로 유입되도록 유로가 형성된 유로판; 그리고 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금이 형상변화될 때 기록액이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 액실 면적보다 작은 면적의 노즐이 형성된 노즐플레이트가 구비된 특징이 있다.The present invention relates to a printhead having a heat dissipation means for rapid heat dissipation in the process of cooling a thin film-shaped retaining alloy, thereby improving reliability by increasing an operating speed. A substrate having a diaphragm covering thereon; A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; Heat dissipation means provided on an upper portion of the thin film type suppression alloy to actively release heat when the thin film type suppression alloy is cooled to increase a cooling rate; A flow path plate provided at an upper portion of the substrate and provided with a liquid chamber communicating with the thin film-type storage alloy and having a flow path formed at one side of a wall surface surrounding the liquid chamber so that a recording liquid flows into the liquid chamber; And a nozzle plate provided on the flow path plate and having a nozzle having a smaller area than the liquid chamber area so that the recording liquid can be ejected in the form of droplets when the thin film-shaped suppression alloy is changed in shape.

Description

프린트헤드Printhead

본 발명은 프린트헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형상기억합금이 상변화 되는 과정에서 변형에 의해 기록액이 분사되도록 하고 또한 열방출이 신속하게 이루어지도록 함으로써, 소형으로 제작할 수 있고 또한 반도체 박막제조공정을 이용하여 제조함으로 공정이 단순화되며 특히 작동속도가 향상되는 프린트헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a printhead, and more particularly, it is possible to manufacture a compact and semiconductor thin film by allowing a recording liquid to be injected by deformation in the process of phase change of the thin film-shaped retaining alloy and to quickly release heat. By manufacturing using a manufacturing process, the process is simplified and particularly relates to a printhead with improved operating speed.

일반적으로 널리 이용되고 있는 프린트해드는 DOD(Dorp On Demand)방식을 사용하고 있다. 이 DOD방식은 기록액 방울을 대전(帶電)하거나 편향시킬 필요가 없고, 고압도 필요치 않으며, 대기의 압력하에서 즉시 기록액 방울을 분사하여 손쉽게 프린트할 수 있기 때문에 이용이 점차 늘어 나고 있다. 대표적인 분사원리는 저항을 이용하는 가열식 분사방법과 압전소자(Piezo-Electric)를 이용하는 진동식 분사방법이 있다.In general, the widely used printhead uses a DoD On Demand (DOD) method. This DOD method is increasingly used because it does not need to charge or deflect recording liquid droplets, does not require high pressure, and can easily print by spraying the recording liquid droplets under atmospheric pressure. Typical spraying principles include a heating spray method using a resistance and a vibration spray method using a piezo-electric.

도 1은 가열식 분사방법의 원리를 설명하기 위한 것으로 기록액이 내장되는 챔버(a1)가 있고, 이 챔버(a1)로 부터 피기록재를 향한 분사구(a2)가 있으며, 이 분사구(a2)의 반대쪽인 챔버(a1) 바닥에는 저항(a3)이 매설되어 공기의 팽창을 유발하도록 구성되어 있다. 따라서 저항에 의해 팽창된 공기 거품(Bubble)은 챔버(a1) 내부의 기록액을 분사구(a2)로 밀려 나가게 하는 것이고, 기록액은 그 힘으로 피기록재를 향해 분사되는 것이다.Fig. 1 is for explaining the principle of the heating spray method, which has a chamber a1 in which recording liquid is built, and has an injection hole a2 from the chamber a1 toward the recording material. At the bottom of the chamber a1, on the opposite side, a resistor a3 is embedded to cause the air to expand. Therefore, the bubble inflated by the resistance causes the recording liquid inside the chamber a1 to be pushed out to the injection port a2, and the recording liquid is ejected toward the recording material by the force.

그러나 이러한 가열식 분사방법은 기록액이 열에 가열되므로 화학적 변화를 유발하게 되고, 이러한 기록액이 분사구(a2) 내경에 붙어 막힘현상을 유발하는 문제가 있으며, 또한 발열저항기의 수명이 짧은 단점과 함께 수용성 기록액을 사용해야 하므로 문서의 보존성이 뒤떨어 지는 것이다.However, this heating spray method causes a chemical change since the recording liquid is heated to heat, and the recording liquid adheres to the inner diameter of the injection hole (a2), causing clogging, and also has a short lifespan of the heat generating resistor. Documents need to be used, which results in poor document retention.

도 2는 압전소자에 의한 진동식 분사방법의 원리를 설명하기 위한 것으로 역시 기록액이 내장되어 있는 챔버(b1)가 있고, 이 챔퍼(b1)로 부터 피기록재를 향한 분사구(b2)가 있으며, 분사구의 반대쪽 바닥에는 압전소자(Piezo Transducer)가 매설되어 진동을 유발하도록 구성되어 있다.FIG. 2 is for explaining the principle of the vibrating jetting method by the piezoelectric element, and there is also a chamber b1 in which recording liquid is incorporated, and there is an injection hole b2 from the chamfer b1 toward the recording material. Piezoelectric elements (Piezo Transducer) is embedded in the bottom opposite the injection port is configured to cause vibration.

상기와 같이 챔버(b1)의 바닥에서 압전소자(b3)가 진동을 유발하면 기록액은 진동의 힘에 의해 분사구(b2)로 밀려 나가게 되며 따라서 기록액은 그 진동의 힘에 의해 피기록재로 분사되는 것이다.As described above, when the piezoelectric element b3 causes vibration at the bottom of the chamber b1, the recording liquid is pushed out to the injection hole b2 by the vibration force, and thus the recording liquid is transferred to the recording material by the vibration force. To be sprayed.

이와 같이 압전소자의 진동에 의한 분사방법은 열을 이용하지 않으므로 기록액의 선택폭이 넓은 잇점은 있으나 상기한 압전소자의 가공이 어렵고, 특히 압전소자를 챔버(b1)의 바닥에 부착하는 작업이 어렵기 때문에 양산성이 저하되는 문제점이 있다.As the spraying method by vibrating the piezoelectric element does not use heat, there is a wide range of choice of the recording liquid, but it is difficult to process the piezoelectric element, and in particular, the operation of attaching the piezoelectric element to the bottom of the chamber b1 is difficult. Since it is difficult, there exists a problem that mass productivity falls.

또한 종래의 프린트해드는 기록액을 토출하기 위해 형상기억합금이 사용된다. 일본 공개특허공보 공개번호 소57-203177, 소63-57251, 평성4-247680, 평성2-265752, 평성2-308466, 평성3-65349 에는 형상기억합금이 사용된 프린트해드의 실시예가 개시돼 있다. 종래의 실시예는 상변태온도가 다르고 두께가 서로다른 형상기억합금이 여러장 결합되어 휨변형되도록 구성된 것과, 탄성부재와 형상기억합금의 결합에 의해 휨변형되도록 구성된 것 등이 있다.In addition, a conventional shape memory alloy is used to discharge the recording liquid. Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 57-203177, 63-57251, Pyeong 4-247680, Pyeong 2-265752, Pyeong 2-308466, and Pyeong 3-65349 disclose examples of printheads in which shape memory alloys are used. . Conventional embodiments include a plurality of shape memory alloys having different phase transformation temperatures and different thicknesses, which are configured to be bent and deformed, and those configured to be bent by a combination of the elastic member and the shape memory alloy.

그러나 종래의 형상기억합금을 이용한 프린트해드는 해드크기의 소형화가 어려우며 노즐의 밀집도가 떨어져 해상도가 좋지 않으며 제조하기 어려워 양상성이 떨어진다. 또한 사용된 형상기억합금은 박막으로 구현하지 않고 두께가 50㎛이상인 후막으로 구현했기 때문에 가열시 전력소비가 크고 냉각시간이 길어 작동주파수가 떨어지며 인쇄속도가 낮아 실용성이 없는 등의 단점이 있다.However, the printhead using the conventional shape memory alloy is difficult to miniaturize the size of the head and the density of the nozzle is low, the resolution is not good, and the aspect is difficult to manufacture. In addition, the shape memory alloy used is not a thin film but a thick film having a thickness of 50 μm or more, which causes disadvantages such as high power consumption during heating and long cooling time, low operating frequency, and low printing speed.

본 출원인은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 박막형상기억합금의 상변화 과정에서 발생되는 변형에 의해 액실의 압력이 가변되면서 기록액이 분사되도록 함으로써, 형상기억합금의 발생력(Actuating force)이 매우 큼으로 노즐의 막힘현상이 감소되고 또한 박막의 변형량이 크기 때문에 박막형상기억합금을 소형으로 제작하여 노즐의 밀집도를 높여 해상도를 높일 수 있고, 반도체 박막제조공정을 이용하여 기판에 박막으로 형상기억합금을 증착하고 필요한 변위량을 얻을 수 있으므로 양산성이 증가되는 프린트헤드의 기록액 분사장치 및 그 방법을 선출원중에 있다.In order to solve the various problems as described above, the present applicant causes the recording liquid to be injected while the pressure of the liquid chamber is changed by the deformation generated during the phase change process of the thin film-shaped storage alloy, thereby generating the actuation force of the shape memory alloy. ), The nozzle clogging phenomenon is reduced and the deformation amount of the thin film is large. Therefore, the thin film-type memory alloy can be manufactured in small size to increase the density of the nozzle to increase the resolution, and the thin film to the substrate using the semiconductor thin film manufacturing process. Since a shape memory alloy can be deposited and a required amount of displacement can be obtained, a recording liquid ejecting apparatus and a method of a printhead in which mass productivity is increased are among prior applications.

본 발명의 목적은 선출원된 프린트헤드의 개선에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 박막형상기억합금이 냉각되는 과정에서 열방출이 신속하게 이루어지도록 열방출수단을 구비함으로써, 작동속도를 높여 신뢰성이 향상되는 프린트헤드를 제공함에 있다.An object of the present invention relates to an improvement of a pre- filed printhead, and an object of the present invention is to provide a heat release means for rapid heat release in the process of cooling the thin film-shaped retaining alloy, thereby increasing the operation speed to improve reliability To provide a printhead.

도 1은 종래 가열식 프린트헤드의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional heated printhead,

도 2는 종래 압전소자식 프린트헤드의 단면도,2 is a cross-sectional view of a conventional piezoelectric element type printhead;

도 3a,b,c는 본 발명 프린트헤드의 단면도,3a, b, c are cross-sectional views of the printhead of the present invention;

도 4는 본 발명의 열방출곡선을 나타낸 선도.4 is a diagram showing a heat emission curve of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 기판 11 : 공간부10 substrate 11 space part

12 : 박막형상기억합금 13 : 진동판12: thin-film shape memory alloy 13: vibration plate

14 : 열방출수단 15 : 초전체막14 heat release means 15 pyroelectric film

15a : 절연층 15b : 상하부전극15a: insulating layer 15b: upper and lower electrodes

16 : 유로판 17 : 액실16: Europan 17: liquid chamber

18 : 유로 19 : 노즐플레이트18: Euro 19: nozzle plate

20 : 노즐 21 : 기록액20: nozzle 21: recording liquid

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하부에 공간부가 마련되고 상기 공간부를 덮는 진동판이 상부에 형성된 기판; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금; 상기 박막형상기억합금의 상부에 구비되어 상기 박막형상기억합금이 냉각될 때 열을 능동적으로 방출하여 냉각속도를 증가시키는 열방출수단; 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 박막형상기억합금과 연통되는 액실이 구비되며 상기 액실을 둘러싼 벽면의 일측에 기록액이 상기 액실 내부로 유입되도록 유로가 형성된 유로판; 그리고 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금이 형상변화될 때 기록액이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 액실 면적보다 작은 면적의 노즐이 형성된 노즐플레이트를 구비하는 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate having a space portion at a lower portion and a diaphragm covering the space portion; A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; Heat dissipation means provided on an upper portion of the thin film type suppression alloy to actively release heat when the thin film type suppression alloy is cooled to increase a cooling rate; A flow path plate provided at an upper portion of the substrate and provided with a liquid chamber communicating with the thin film-type storage alloy and having a flow path formed at one side of a wall surface surrounding the liquid chamber so that a recording liquid flows into the liquid chamber; And a nozzle plate provided on the flow path plate and having a nozzle having an area smaller than that of the liquid chamber so that the recording liquid can be ejected in the form of droplets when the thin film-shaped suppression alloy is changed in shape.

본 발명은 기존의 압전소자를 이용한 방식 및 가열에 의한 공기팽창을 이용한 방식의 단점과 기존 형상기억합금을 이용한 방식의 단점을 해결하기 위하여 반도체 박막제조공정을 이용하여 기판상에 박막형상기억합금을 형성하고 기판의 일부를 에칭하여 박막형상기억합금이 진동할 수 있는 공간부를 구성하고 박막형상기억합금의 진동에 의해 액적을 형성하는 프린트헤드를 구현했다.The present invention uses a semiconductor thin film manufacturing process using a semiconductor thin film manufacturing process to solve the disadvantages of the conventional piezoelectric method and the method of using the air expansion by heating and the method using a conventional shape memory alloy By forming a portion of the substrate and etching a portion of the substrate to form a space in which the thin film-type storage alloy can vibrate, a printhead is formed to form droplets by the vibration of the thin film-type storage alloy.

기판상에 형상기억합금을 반도체 박막제조공정을 이용하여 증착(deposition)한 후 열처리하여 박막형상기억합금을 형성한다. 따라서 모상상태에서 편평한 형상이 이루어진다. 증착된 박막형상기억합금은 마르텐사이트에서 잔류압축응력을 갖도록 할수 있고, 증착조건, 열처리온도 및 시간 등에 따라 잔류압축응력의 크기를 변화시킬수 있다. 기판의 일부를 에칭하여 공간부를 형성하면 잔류압축응력에 의해 박막형상기억합금은 좌굴현상(Buckling)에 의한 휨변형 하게 된다. 박막형상기억합금을 가열하면 박막형상기억합금은 모상이 되고 편평한 상태로 변화하려하며 이때 액실용적이 감소되어 기록액이 분사된다. 냉각시에는 잔류압축응력에 의해 휨변형이 발생하고 이때 기록액 재충전이 이루어진다. 이러한 과정을 반복하여 연속적인 기록액 분사를 행한다.The shape memory alloy is deposited on a substrate using a semiconductor thin film manufacturing process and then heat-treated to form a thin film-type memory alloy. Therefore, a flat shape is achieved in the mother state. The deposited thin film storage alloy may have residual compressive stress in martensite, and may change the magnitude of residual compressive stress according to deposition conditions, heat treatment temperature, and time. When a portion of the substrate is etched to form a space portion, the thin film-shaped suppression alloy is warped and deformed due to buckling due to residual compressive stress. When the thin film storage alloy is heated, the thin film storage alloy becomes a matrix and tries to change to a flat state. At this time, the liquid volume decreases and the recording liquid is ejected. During cooling, bending deformation occurs due to residual compressive stress, and recording liquid is refilled at this time. This process is repeated to perform continuous recording liquid injection.

본 발명은 특히 박막형상기억합금이 전기저항에 의해 가열되어 급속하게 온도를 상승시킬수 있는 반면에 냉각의 경우 발열에 비하여 상대적으로 느리기 때문에 액적 토출까지의 시간이 길어져 인쇄속도가 느려진다. 이를 보완하기 위해 박막형상기억합금의 상부에 초전체 물질로 이루어진 막을 형성하고 이 막 사이에 전계를 걸어주므로써, 열을 막의 위쪽방향으로 능동적으로 빼주는 것을 특징으로한다.In the present invention, in particular, the thin film-type suppression alloy can be heated by electric resistance to rapidly increase the temperature, while cooling is relatively slow compared to the heat generation, and thus the printing speed is slowed due to a long time until discharge of the droplets. In order to compensate for this, a film made of a pyroelectric material is formed on top of the thin film-type suppression alloy, and an electric field is applied between the films, thereby actively dissipating heat upward.

이렇게 열을 능동적으로 빼줄수 있는 막을 설치할 경우 박막형상기억합금에 전계를 걸어 가열할때에는 상대적으로 높은 온도상승 때문에 엑츄에이터가 빨리 작동하게 되며, 냉각시에는 박막형상기억합금에 열이 발생하지 않는 상태에서 초전체 막이 열을 빼내므로 빨리 냉각되게 된다. 따라서 이러한 구조를 가진 강제 열방출 구조는 복귀하는 시간이 빨라져 인쇄속도가 증가된다.In this case, when the film is installed to actively dissipate heat, the actuator operates quickly due to the relatively high temperature rise when the electric field is heated on the thin film-type storage alloy, and when the film is cooled, the heat is not generated in the thin film-type storage alloy. The pyroelectric film removes heat and cools quickly. Therefore, the forced heat dissipation structure having such a structure increases the time for returning and increases the printing speed.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 한 실시예의 프린트헤드의 단면도 이다. 기판(10)에 공간부(11)가 형성되고 기판(10)의 상부에 공간부(11)를 덮는 진동판(13)이 구비된다. 그리고 진동판(13)의 표면에 박막형상기억합금(12)이 구비된다. 또한 기판(10)의 상부를 덮는 유로판(16)이 구비되고 박막형상기억합금(12)의 직상부에 기록액(21)이 수용되는 액실(17)이 형성된다. 또한 유로판(16)의 중앙에는 기록액(21)이 흐르는 유로(18)가 마련되고 유로(18)와 액실(17)이 서로 연통된다.3 is a cross-sectional view of the printhead of one embodiment of the present invention. The diaphragm 13 is formed in the substrate 10, and the diaphragm 13 covering the space 11 is provided on the substrate 10. And the thin film-shaped storage alloy 12 is provided on the surface of the diaphragm 13. In addition, a flow chamber plate 16 covering the upper portion of the substrate 10 is provided, and a liquid chamber 17 in which the recording liquid 21 is accommodated is formed directly on the thin film-type storage alloy 12. Further, a flow path 18 through which the recording liquid 21 flows is provided in the center of the flow path plate 16, and the flow path 18 and the liquid chamber 17 communicate with each other.

또한 유로판(16)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(19)가 구비되고 노즐플레이트(19)는 유로판(16)에 형성된 액실(17)과 대응되는 노즐(20)이 형성된다. 또한 노즐(20)은 액실(17) 쪽으로 노출된 박막형상기억합금(12)과 대응되며 박막형상기억합금(12)이 변형될 때 액실(17)의 압력이 변하면서 기록액(21)이 액적의 상태로 노즐(20)을 거쳐 용지에 분사된다. 박막형상기억합금(12)은 온도에 따라 상변화되어 변형을 일으키는 형상기억합금(Shape memory alloy)이 사용되며 재질은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)이 주성분이며 그 두께는 약 0.3㎛ ∼ 5㎛ 정도이다. 그리고 진동판(13)은 0.5㎛ ∼ 10㎛ 정의 두께로 구성되고 액실(17)의 크기는 가로 : 100㎛ ∼ 500㎛, 세로 : 100㎛ ∼ 5000㎛ 정도가 바람직하다. 그리고 기판(10)의 재질은 유리 또는 폴리머(polymer), 니켈, 스테인레스판재 등이 사용된다.In addition, a nozzle plate 19 coupled to the upper portion of the flow path plate 16 is provided, and the nozzle plate 19 is formed with a nozzle 20 corresponding to the liquid chamber 17 formed in the flow path plate 16. In addition, the nozzle 20 corresponds to the thin film storage alloy 12 exposed toward the liquid chamber 17. When the thin film storage alloy 12 is deformed, the pressure of the liquid chamber 17 changes, and the recording liquid 21 is liquid. It is sprayed on the paper via the nozzle 20 in an enemy state. The thin-film shape memory alloy 12 is a shape memory alloy which is changed in phase with temperature to cause deformation. The material is mainly composed of titanium (Ti) and nickel (Ni), and its thickness is about 0.3 μm to 5 μm. It is about a micrometer. And the diaphragm 13 is comprised from 0.5 micrometer-10 micrometers positive thickness, and the magnitude | size of the liquid chamber 17 is preferably about 100 micrometers-500 micrometers in length, and about 100 micrometers-5000 micrometers in length. The substrate 10 may be made of glass, polymer, nickel, stainless steel, or the like.

또한 형상기억합금으로 구성된 박막형상기억합금(12)은 제조방법에 따라 방향성을 갖는다. 본 발명은 일방향박막형상기억합금(Oen-Way Thin film Shape memory alloy)에 관한 것이다. 실리콘 등의 재질로 구성된 기판(10)의 표면에 진동판(13)과 박막형상기억합금(12)을 증착시킨다. 증착은 주로 스퍼터 디포지션(Sputter-deposition)과 레이져 에블에이션(Laser ablation)의 방법이 사용된다.In addition, the thin film-shaped storage alloy 12 composed of a shape memory alloy has a direction according to the manufacturing method. The present invention relates to a one-way thin film shape memory alloy. The diaphragm 13 and the thin film storage alloy 12 are deposited on the surface of the substrate 10 made of a material such as silicon. Deposition is mainly the method of sputter-deposition and laser ablation.

그리고 일정온도에서 일정시간 열처리 하여 결정화 시키면 모상(parent phase)에서 잔류인장응력에 의해 휨변형된다. 이후 마르텐사이트 종료온도 약 40℃ ∼ 70℃로 냉각되면서 모상은 마르텐사이트(Martensite)로 되어 평판의 형태로 된다. 또한 박막형상기억합금(12)의 직 하부를 에칭하면 실리콘웨이퍼로 구성된 기판(10)에 공간부(11)가 형성되고 이때 진동판(13)이 공간부(11) 쪽으로 노출된다.If the crystallization is performed by heat treatment at a constant temperature for a certain time, the bending deformation is caused by residual tensile stress in the parent phase. Thereafter, while the end temperature of martensite is cooled to about 40 ° C. to 70 ° C., the mother phase becomes martensite to form a flat plate. In addition, when the lower portion of the thin film-type storage alloy 12 is etched, a space 11 is formed on the substrate 10 formed of a silicon wafer, and the diaphragm 13 is exposed to the space 11.

이같은 방법에 의해 기판(10)과 진동판(13) 및 박막형상기억합금(12)이 제조되며 이후 기판(10)의 상부 또는 하부에 유로판(16)과 노즐플레이트(19)를 선택적으로 형성시키면 본 발명의 프린트헤드가 구성된다.By the above method, the substrate 10, the diaphragm 13, and the thin film-shaped storage alloy 12 are manufactured, and then the flow path plate 16 and the nozzle plate 19 are selectively formed on the upper or lower portion of the substrate 10. The printhead of the present invention is constructed.

본 발명에 따라 제작된 프린트헤드의 박막형상기억합금(12)은 마르텐사이트에서 평판으로 되고 설정온도 즉 모상 종료온도 약 50℃ ∼ 90℃로 온도를 올리면 모상으로 변형되고 잔류인장응력에 의해 휨변형되면서 기록액(21)이 분사된다.The thin film-shaped retaining alloy 12 of the printhead fabricated according to the present invention becomes a flat plate at martensite and is deformed into a shape when the temperature is raised to a set temperature, that is, the phase termination temperature of about 50 ° C. to 90 ° C., and the bending deformation is caused by the residual tensile stress. The recording liquid 21 is ejected as it is.

또한 본 발명은 박막형상기억합금(12)의 상부에 열을 신속하게 방출하여 박막형상기억합금(12)의 냉각속도를 증가시키는 열방출수단(13)이 구비된다. 열방출수단(14)은 전압차에 따라 열을 방출하는 초전체막(15)이 구비되고 초전체막(15)의 상하부에 상,하부전극(15b)이 각각 구성되며 하부전극(15b)과 박막형상기억합금(12)의 사이에 절연층(15a)이 구비된다.In addition, the present invention is provided with a heat dissipation means 13 for rapidly dissipating heat on the upper portion of the thin-film-type storage alloy 12 to increase the cooling rate of the thin-film-type storage alloy 12. The heat dissipation means 14 includes a pyroelectric film 15 for dissipating heat according to a voltage difference, and upper and lower electrodes 15b are formed on the upper and lower portions of the pyroelectric film 15, respectively, and the lower electrode 15b and An insulating layer 15a is provided between the thin film storage alloys 12.

이처럼 구성된 본 발명은 박막형상기억합금(12)은 온도변화에 따라 연속적으로 상변화되고 이 과정에서 변형에 의해 진동이 일어나게되며 기록액(21)이 노즐(20)을 통하여 액적의 상태로 분사된다. 박막형상기억합금(12)이 가열되지 않은 초기상태에서 진동판(13)과 박막형상기억합금(12)은 펼쳐진 상태가 유지된다. 그리고 박막형상기억합금(12)에 전류가 인가되면 자체 저항에 의해 발열되고 이때 설정온도 이상으로 가열되면 모상(parent phase)으로 변하면서 휨변형된다. 박막형상기억합금(12)이 가열되면 내부의 잔류인장응력에 의해 휨변형되고 이때 액실(17)의 부피가 팽창되면서 기록액(21)이 유로(18)를 따라 액실(17) 내부로 유입된다.According to the present invention configured as described above, the thin film-shaped storage alloy 12 is continuously changed in phase with temperature change, and vibration occurs due to deformation in this process, and the recording liquid 21 is sprayed in the state of droplets through the nozzle 20. . The diaphragm 13 and the thin film type retaining alloy 12 remain in an unfolded state in an initial state in which the thin film type retaining alloy 12 is not heated. In addition, when a current is applied to the thin-film-type storage alloy 12, heat is generated by its own resistance, and when it is heated above the set temperature, the film is changed into a parent phase and warped. When the thin film-shaped retaining alloy 12 is heated, it is warped and deformed by the residual tensile stress therein. At this time, the volume of the liquid chamber 17 is expanded, and the recording liquid 21 flows into the liquid chamber 17 along the flow path 18. .

그리고 전류가 차단되면 박막형상기억합금(12)이 설정온도 이하로 내려가게 되고 이 과정에서 박막형상기억합금(12)의 내부잔류인장응력이 사라지게 되며 따라서 진동판(13)의 탄성력에 의해 원상태로 복원되어 박막형상기억합금(12)과 진동판(13)이 초기상태로 펼쳐진다. 또한 펼쳐지는 과정에서 액실(17)의 내압이 증가되어 압축됨과 동시에 기록액(21)이 노즐(20)을 거쳐 분사된다. 또한 박막형상기억합금(12)의 가열과 냉각이 연속적으로 일어나면서 기록액이 분사되고 인쇄가 진행된다.When the current is cut off, the thin film-shaped suppression alloy 12 is lowered below the set temperature, and in this process, the internal residual tensile stress of the thin film-shaped suppression alloy 12 disappears, and thus is restored to its original state by the elastic force of the diaphragm 13. As a result, the thin film-shaped storage alloy 12 and the diaphragm 13 are unfolded in an initial state. In addition, during the unfolding process, the internal pressure of the liquid chamber 17 is increased and compressed, and at the same time, the recording liquid 21 is ejected through the nozzle 20. In addition, while the heating and cooling of the thin film storage alloy 12 occur continuously, the recording liquid is ejected and printing proceeds.

또한 냉각되는 과정에서 열방출수단(14)에 의해 박막형상기억합금(12)의 냉각속도가 증가된다. 전극(15b)에 전원이 인가되면 전압차에 따라 초전체막(15)에서 열을 능동적으로 방열해 냉각속도를 높인다. 따라서 박막형상기억합금(12)과 진동판(13)의 진동속도 즉 작동주파수가 증가되어 인쇄속도가 향상된다.In addition, the cooling rate of the thin film-type storage alloy 12 is increased by the heat dissipation means 14 during the cooling process. When power is applied to the electrode 15b, heat is actively radiated from the pyroelectric film 15 according to the voltage difference, thereby increasing the cooling rate. Therefore, the vibration speed, that is, the operating frequency of the thin film storage alloy 12 and the diaphragm 13 is increased, thereby improving the printing speed.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 박막형상기억합금의 상변화에 따라 진동판이 함께 진동하게 되고 이 과정에서 기록액이 노즐을 통하여 액적의 상태로 분사된다. 그리고 박막형상기억합금의 상부에 전압차에 따라 열을 능동적으로 방출하는 초전체막이 구비된다. 따라서 박막형상기억합금의 작동속도가 증가되어 인쇄속도가 향상되는 등의 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the diaphragm vibrates together in accordance with the phase change of the thin film-type suppression alloy, and in this process, the recording liquid is injected into the droplet state through the nozzle. In addition, a pyroelectric film that actively dissipates heat according to a voltage difference is provided on the thin film-type storage alloy. Therefore, the operation speed of the thin-film type memory alloy is increased, such that the printing speed is improved.

Claims (12)

하부에 공간부가 마련되고 상기 공간부를 덮는 진동판이 상부에 형성된 기판;A substrate having a space provided at a lower portion thereof and having a diaphragm covering the space formed thereon; 상기 기판의 상부에 상기 진동판을 덮은 상태로 구비되어 온도변화에 따라 형상변화되면서 상기 진동판을 진동시키는 박막형상기억합금;A thin film type retaining alloy provided on the substrate to cover the diaphragm to vibrate the diaphragm while changing its shape according to temperature change; 상기 박막형상기억합금의 상부에 구비되어 상기 박막형상기억합금이 냉각될 때 열을 능동적으로 방출하여 냉각속도를 증가시키는 열방출수단;Heat dissipation means provided on an upper portion of the thin film type suppression alloy to actively release heat when the thin film type suppression alloy is cooled to increase a cooling rate; 상기 기판의 상부에 구비되고 상기 박막형상기억합금과 연통되는 액실이 구비되며 상기 액실을 둘러싼 벽면의 일측에 기록액이 상기 액실 내부로 유입되도록 유로가 형성된 유로판; 그리고A flow path plate provided at an upper portion of the substrate and provided with a liquid chamber communicating with the thin film-type storage alloy and having a flow path formed at one side of a wall surface surrounding the liquid chamber so that a recording liquid flows into the liquid chamber; And 상기 유로판 위에 설치되고 상기 박막형상기억합금이 형상변화될 때 기록액이 액적의 형태로 분사될 수 있도록 상기 액실 면적보다 작은 면적의 노즐이 형성된 노즐플레이트를 구비하는 프린트헤드.And a nozzle plate provided on the flow path plate and having a nozzle having a smaller area than the liquid chamber area so that the recording liquid can be ejected in the form of droplets when the thin film-shaped suppression alloy is changed in shape. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)을 주성분으로한 형상기억합금임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the thin-film-type storage alloy is a shape memory alloy mainly composed of titanium (Ti) and nickel (Ni). 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 0.3㎛ ∼ 5㎛의 두께를 갖는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the thin film-shaped retaining alloy has a thickness of 0.3 μm to 5 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the substrate is made of silicon. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유리재질임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the substrate is made of glass. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 폴리머임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the substrate is a polymer. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 니켈 또는 스테인레스등의 금속재질임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the substrate is made of metal such as nickel or stainless steel. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판의 두께는 약 5㎛ ∼ 10㎛임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead of claim 1, wherein the diaphragm has a thickness of about 5 μm to 10 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금은 모상 종료온도 이상으로 가열하여 모상으로 변화되면 잔류인장응력에 의해 상기 진동판과 함께 휨변형되고 이때 기록액이 상기 액실 내부로 보충되며,The method of claim 1, wherein the thin film-shaped retaining alloy is bent and deformed together with the diaphragm by residual tensile stress when heated to a mother phase end temperature or more, and the recording liquid is replenished into the liquid chamber. 마르텐사이트 종료온도 이하로 냉각하여 마르텐사이트로 변화되면 상기 진동판의 탄성에 의해 원상태의 평판으로 변형되며 이때 기록액이 액적의 상태로 노즐를 거쳐 분사됨을 특징으로 하는 프린트헤드.And a cooling liquid below the end temperature of martensite to be changed into martensite, thereby deforming to the original flat plate by the elasticity of the diaphragm, wherein the recording liquid is ejected through the nozzle in the form of droplets. 제 9 항에 있어서, 상기 모상 종료온도는 약 50℃ ∼ 90℃ 이고, 상기 마르텐사이트 종료온도는 약 40℃ ∼ 70℃임을 특징으로 하는 프린트헤드.10. The printhead of claim 9, wherein the mother phase end temperature is about 50 ° C to 90 ° C and the martensite end temperature is about 40 ° C to 70 ° C. 제 1 항에 있어서, 상기 열방출수단은 전압차에 따라 열을 방출하는 초전체막임을 특징으로 하는 프린트헤드.The printhead according to claim 1, wherein the heat dissipation means is a pyroelectric film that emits heat according to a voltage difference. 제 11 항에 있어서, 상기 박막형상기억합금의 상부에 절연층이 형성되고 상기 절연층의 상부에 초전체막이 구비되며 상기 초전체막의 상하측에 상기 초전체막으로 전류를 인가하는 상하부전극이 각각 구비됨을 특징으로 하는 프린트헤드.The upper and lower electrodes of claim 11, wherein an insulating layer is formed on the thin film type suppression alloy, a pyroelectric layer is provided on the insulating layer, and upper and lower electrodes for applying current to the pyroelectric layer on the upper and lower sides of the pyroelectric layer, respectively. Printhead, characterized in that provided.
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