KR20000026991A

KR20000026991A - 마이크로 인젝팅 디바이스

Info

Publication number: KR20000026991A
Application number: KR1019980044783A
Authority: KR
Inventors: 안병선; 노부유키 야마무라
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-05-15

Abstract

본 발명은 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것으로, 본 발명에서는 전극층에 직류전원과 상이한 다른 성질의 전원, 예컨대, 교류전원을 인가한다. 이 경우, 유전매체 저장챔버의 잉크저장 공간으로 노출된 각 전극층은 일정 주기로 증감하는 전류 또는 전압을 인가받아 이를 잉크로 전달할 수 있게 되고, 결국, 유전매체 저장챔버를 채운 잉크 이온은 전극층의 어느 한 방향으로 치우침 없이 전극층의 양 방향으로 고르게 이동할 수 있게 된다.

이러한 본 발명이 달성되면, 잉크 이온의 이동이 전극층의 어느 한쪽으로만 집중적으로 발생하는 문제점은 미리 방지되며, 그 결과, 전극층에 다량의 이온 침전물이 생성되는 문제점 또한 완전히 해결될 수 있다. 결국, 각 전극층은 이온 침전물의 방해를 받지 않고, 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 있다.

Description

마이크로 인젝팅 디바이스

본 발명은 잉크젯 프린터, 의료기기의 마이크로 펌프, 연료 분사장치 등에 적용되는 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 잉크 이온이 전극층의 어느 한쪽으로만 집중적으로 이동하는 문제점을 미리 방지함으로써, 전극층의 전기에너지 전달기능을 정상적으로 유지시킬 수 있도록 하는 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것이다.

통상, 마이크로 인젝팅 디바이스는 잉크, 주사액, 휘발류 등의 목적물을 특정 대상물, 예컨대, 인쇄용지, 인체, 자동차 등에 미량으로 공급하고자 하는 경우, 목적물로 일정 크기의 전기적·열적 에너지를 가하여, 목적물의 체적변화를 유도함으로써, 미량의 목적물을 원하는 대상물에 적절히 공급할 수 있도록 설계된 장치를 일컫는다.

최근, 전기·전자 기술의 발달에 힘입어 이러한 마이크로 인젝팅 디바이스 또한 빠른 발전을 거듭하고 있으며, 전반적인 생활영역에 걸쳐 광범위한 영역을 확대해 가고 있다. 마이크로 인젝팅 디바이스가 실 생활에 적용되는 실례로, 예컨대, 잉크젯 프린터를 예시할 수 있다.

마이크로 인젝팅 디바이스의 한 종류인 잉크젯 프린터는 기존의 도트 프린터와 달리 카트리지의 사용에 따라 다양한 칼라의 구현이 가능하고 소음이 적으며, 인자품질이 미려하다는 많은 장점을 갖고 있어 점차 그 사용영역이 확대되고 있는 추세에 있다.

한편, 이와 같은 장점을 지닌 잉크젯 프린터에는 통상, 미소직경의 노즐을 갖는 프린터 헤드가 장착되는 것이 일반적인데, 이러한 프린터 헤드는 외부로부터 온/오프되는 전기적인 신호를 통해 액체상태의 잉크를 기포상태로 변환·팽창시킨 후 이를 외부로 분사시킴으로써, 인쇄용지에 원활한 인쇄작업이 진행되도록 하는 역할을 수행한다.

종래의 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 다양한 구성, 동작원리 등은 예컨대, 미국특허공보 제 4490728 호 "써멀 잉크젯 프린터(Thermal inkjet printer)", 미국특허공보 제 4809428 호 "잉크젯 프린터 헤드용 박막 디바이스와 그 제조방법(Thin film device for an ink jet printhead and process for the manufacturing same)", 미국특허공보 제 5140345 호 "리퀴드 젯 레코딩 헤드용 기판의 제조방법과 그 제조방법에 의해 제조된 기판(Method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head and substrate manufactured by the method)", 미국특허공보 제 5274400 호 "잉크젯 프린트헤드의 고온구동을 위한 잉크 경로 배열(Ink path geometry for high temperature operation of ink-jet printheads), 미국특허공보 제 5420627 호 "잉크젯 프린트헤드(Inkjet Printhead)" 등에 상세하게 제시되어 있다.

이러한 종래의 잉크젯 프린터 헤드는 일례로, 미국특허공보 제 3179042 호 "써든 스팀 프린터(Sudden steam printer)", 미국특허공보 제 5737000 호 "폴리크리스탈 금속전극을 갖는 잉크젯 헤드(Ink jet head with polycrystalline metal electrodes)", 미국특허공보 제 5805186 호 "잉크 젯 헤드(Ink jet head)" 등에 제시된 바와 같이, 통상의 유전매체, 예컨대, 잉크를 저장하고 있는 유전매체 저장챔버가 저장챔버 베리어층에 의해 정의되고, 유전매체 저장챔버의 상부에 일정 직경의 노즐을 갖는 노즐 플레이트가 형성된 구조를 갖는다.

이러한 종래의 잉크젯 프린터 헤드에서, 예컨대, 유전매체 저장챔버의 내부에는 한 쌍의 전극층이 외부의 전원과 연결된 상태로 유전매체 저장챔버의 빈 공간으로 노출되어 매설된다. 이 경우, 전극층은 유전매체 저장챔버에 저장된 잉크와 서로 직접 접촉된 구조를 이룬다.

이러한 상태에서, 전극층으로 예컨대, 직류전원이 인가되는 경우, 전극층은 유전매체 저장챔버 내부의 잉크로 전기적인 열 에너지를 전달하게 된다. 잉크는 이와 같이 전달된 전기적인 열 에너지에 따라, 급속히 이온화되게 되고, 결국, 잉크는 이온의 이동에 의한 열에너지에 의해 강하게 팽창됨으로써, 노즐 플레이트의 노즐을 통해 외부의 매디아, 예컨대, 인쇄용지로 신속하게 분사되게 된다.

그러나, 이러한 기능을 수행하는 종래의 마이크로 인젝팅 디바이스에는 몇 가지 중대한 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 전극층에는 직류전원이 인가되는 것이 일반적인데, 이때, 직류전원이 인가되어 잉크의 이온화가 급격히 진행되는 경우, 잉크 이온은 전극층의 어느 한쪽으로만 집중적으로 이동하는 문제점을 야기한다. 이는 직류전원의 특성상, 인가되는 전류나 전압의 방향은 일정한 변화 없이 항상 동일한 경향을 유지할 수밖에 없기 때문이다.

이와 같이, 직류전원이 인가되어 잉크 이온의 이동이 전극층의 어느 한쪽으로만 집중적으로 발생하면, 결과적으로, 해당 전극층에는 다량의 이온 침전물이 생성되는 문제점이 야기되며, 결국, 해당 전극층은 이온 침전물의 방해에 의해 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 없게 된다.

이러한 결과, 잉크젯 프린터 헤드의 전체적인 잉크 분사기능은 현저히 저하된다.

또한, 상술한 바와 같이, 전극층은 유전매체 저장챔버에 저장된 잉크와 서로 직접 접촉된 구조를 이루는데, 이와 같이, 전극층이 잉크와 장시간 직접 접촉되면, 전극층은 잉크와의 화학적인 작용에 의해 크게 부식되어 자신의 일정 부분이 파손되는 결과를 야기한다.

이와 같이, 전극층이 파손되면, 해당 전극층은 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 없게 된다.

더욱이, 전극층의 부식물이 저장챔버 베리어층의 내벽에 다량으로 잔류하는 경우, 잉크의 분사경로가 부식물에 의해 방해를 받아 잉크가 외부로 신속히 분사되지 못하는 또 다른 문제점이 야기된다.

이 경우, 상술한 바와 같이, 잉크젯 프린터 헤드의 전체적인 잉크 분사기능이 현저히 저하되는 결과가 초래된다.

따라서, 본 발명의 목적은 잉크 이온의 이동이 전극층의 어느 한쪽으로만 집중되는 것을 방지하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극층에 잔류하는 이온 침전물의 생성을 미리 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크와 전극층과의 직접적인 접촉을 미리 차단하여 전극층의 파손을 미리 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크의 분사통로를 방해하는 전극층 부식물의 발생을 미리 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크젯 프린터 헤드의 전체적인 잉크분사기능을 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 형상을 도시한 예시도.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 부분사시도.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 작용을 도시한 예시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 형상을 도시한 예시도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 형상을 도시한 예시도.

도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 부분사시도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전극층에 직류전원을 인가하지 않고, 그것과 다른 성질을 갖는 전원, 예컨대, 교류전원을 인가한다.

통상, 교류전원은 인가되는 전류나 전압의 크기가 일정 주기에 따라 양 또는 음의 방향으로 증감하는 특성을 갖고 있는 바, 본 발명에서는 이를 응용하여, 전극층에 교류전원을 인가한다. 이 경우, 유전매체 저장챔버의 잉크저장 공간으로 노출된 각 전극층은 일정 주기로 증감하는 전류 또는 전압을 인가받아 이를 잉크로 전달할 수 있게 되고, 결국, 유전매체 저장챔버를 채운 잉크 이온은 전극층의 어느 한 방향으로 치우침 없이 전극층의 양 방향으로 고르게 이동할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 전극층과 잉크와의 직접적인 접촉을 미리 차단하기 위하여 전극층의 표면에 절연층을 코팅한다. 이 경우, 전극층은 메탈층과, 메탈층의 표면에 코팅된 절연층의 이중 구조를 이룬다.

이러한 본 발명이 달성되면, 절연층의 접촉 차단에 의해, 전극층과 잉크와의 직접적인 접촉은 미리 방지되고, 결국, 전극층은 잉크에 의한 화학적인 손상을 피할 수 있음으로써, 별다른 파손 없이 자신에게 주어진 잉크 가열 기능을 원활히 수행할 수 있다.

더욱이, 이러한 본 발명이 달성에 의해 전극층 부식물의 생성이 미리 차단되면, 부식물이 잉크의 분사경로에 잔존하는 문제점 또한 아울러 해결되기 때문에, 잉크젯 프린터 헤드의 전체적인 잉크 분사기능은 정상적인 상태를 장시간 유지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스(100)에서, 예컨대, Si 재질의 기판(1) 상부에는 SiO₂재질의 보호막(2)이 형성되며, 보호막(2)의 상부에는 서로 마주보며 일정 간격 이격된 구조를 이루는 한 쌍의 전극층(30)이 형성된다. 이러한 각 전극층(60)은 외부의 전원(도시안됨)과 연결된다.

이때, 각 전극층(60)이 커버되도록 보호막(2)의 상부에는 저장챔버 베리어층(4)이 형성되며, 이러한 저장챔버 베리어층(4)의 형성에 의해 유전매체 저장챔버(3)가 정의된다.

이 경우, 유전매체 저장챔버(3) 내부에는 특정 성질의 유전매체, 예컨대, 잉크가 충진된다. 여기서, 잉크는 외부의 잉크 저장통(200)에 저장되어 있다가, 기 충진되어 있던 잉크가 외부로 분사되어 유전매체 저장챔버(3)의 내부압력이 낮아지면, 잉크공급덕트(201)를 따라 일정 유속으로 흐름으로써, 유전매체 저장챔버(3)의 내부를 다시 채우게 된다.

이때, 유전매체 저장챔버(3)와 접촉되도록 저장챔버 베리어층(4)의 상부에는 노즐(6)이 형성된다. 이러한 노즐(6)은 외부의 메디아, 예컨대, 인쇄용지로 분사되는 잉크의 분사게이트(Jet gate) 역할을 수행한다. 여기서, 노즐(6)은 상술한 유전매체 저장챔버(3)와 동일축상에 놓이도록 노즐 플레이트(5)를 관통하여 형성된다.

이러한 구조를 갖는 본 발명에서, 상술한 전극층(30)에는 종래의 직류전원과 다른 성질을 갖는 전원, 예컨대, 교류전원이 인가된다.

이는 본 발명의 요지를 이루는 부분으로 물론, 종래와 비교해도 그 방법이 매우 상이한 부분이다.

널리 알려진 바와 같이, 통상, 교류전원은 인가되는 전류나 전압의 크기가 일정 주기에 따라 양 또는 음의 방향으로 증감하는 특성을 갖고 있다.

이러한 종래 기술을 응용하여, 본 발명에서는 전극층(30)에 직류전원이 아닌 교류전원을 인가한다. 이 경우, 유전매체 저장챔버(3)의 잉크저장 공간으로 노출된 각 전극층(30)은 일정 주기로 증감하는 전류 또는 전압을 인가받아 이를 잉크로 전달할 수 있게 된다. 이때, 잉크는 전극층(30)으로부터 전달되는 전기적인 열 에너지에 의해 급속히 이온화된다.

이와 같이, 전극층(30)이 일정 주기로 증감하는 전류 또는 전압을 인가받게 되면, 결국, 유전매체 저장챔버(3)를 채운 잉크 이온은 전극층(30)의 어느 한 방향으로 치우침 없이 전극층(30)의 양 방향, 즉, 좌측 전극층(10) 및 우측 전극층(20)으로 고르게 이동할 수 있게 된다.

이러한 본 발명이 달성되면, 잉크 이온의 이동이 전극층(30)의 어느 한쪽으로만 집중적으로 발생하는 문제점은 미리 방지되며, 그 결과, 전극층(30)의 일부에 다량의 이온 침전물이 생성되는 문제점 또한 완전히 해결될 수 있다. 결국, 각 전극층(30)은 이온 침전물의 방해를 받지 않고, 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 있다. 이러한 잉크 이온의 이동 메카니즘 및 잉크의 분사과정은 아래의 설명에서 상세히 기술한다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극층(30), 예컨대, 좌측 전극층(10)은 메탈층(12)과, 메탈층(12)의 표면에 코팅된 절연층(11)의 이중 구조를 이룬다. 이 경우, 좌측 전극층(10)의 코어를 이루는 메탈층(12)은 절연층(11)에 의해 잉크와의 접촉을 미리 차단받는다.

이러한 본 발명이 달성되면, 절연층(11)의 접촉 차단에 의해, 메탈층(12)과 잉크와의 직접적인 접촉은 미리 방지되고, 결국, 좌측 전극층(10)의 중심 부품인 메탈층(11)은 잉크에 의한 화학적인 손상을 피할 수 있음으로써, 별다른 파손 없이 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 있다.

이때, 바람직하게, 절연층(11)은 예컨대, Al₂O₃, Ta₂O₅의 조합물 또는 TiOx, SiO₂의 조합물로 형성된 산화피막층으로 이루어진다. 통상, 상술한 조성의 산화피막층은 잉크에 대한 내화학성이 매우 우수하다고 알려져 있기 때문에, 메탈층(12)의 표면이 이러한 산화피막층으로 코팅되는 경우, 메탈층(12)은 잉크에 의한 화학적 손상을 미리 방지받을 수 있다.

이때, 바람직하게, 전극층(30) 중의 어느 하나, 예컨대, 유전매체 저장챔버(3)의 좌측에서 노출된 좌측 전극층(10)은 개별전극의 역할을 수행하며, 전극층 중의 다른 어느 하나, 예컨대, 유전매체 저장챔버(3)의 우측에서 노출된 우측 전극층(20)은 공통전극의 역할을 수행한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 외부의 전원으로부터 전극층(30)으로 교류전원이 인가되면, 전극층(30) 사이에 채워진 잉크(300)는 급속히 이온화된다. 이때, 잉크 이온(400)은 양극화하려는 성질에 따라, 전극층(30)의 양 방향, 즉, 좌측 전극층(10) 및 우측 전극층(20)으로 신속히 이동한다.

일례로, 전극층(30) 사이에 +의 교류전원이 인가되는 경우, 잉크 이온(400)은 개별전극 역할을 수행하는 좌측 전극층(10)에서 공통전극 역할을 수행하는 우측 전극층(20)으로 신속히 이동하게 되고, 전극층(30) 사이에 -의 교류전원이 인가되는 경우, 잉크 이온(400)은 공통전극 역할을 수행하는 우측 전극층(20)에서 개별전극 역할을 수행하는 좌측 전극층(10)으로 신속히 이동하게 된다.

이때, 상술한 바와 같이, 교류전원은 인가되는 전류나 전압의 크기가 일정 주기에 따라 양 또는 음의 방향으로 증감하는 특성을 갖고 있기 때문에, 전극층(30) 사이에는 +,-의 전압이 연속 교번하여 인가되는 효과가 발생하게 되고, 결국, 잉크 이온(400)은 좌측 전극층(10)에서 우측 전극층(20)으로 또는 우측 전극층(20)에서 좌측 전극층(10)으로 신속히 이동하게 된다.

결과적으로, 유전매체 저장챔버(3)를 채운 잉크 이온(400)은 전극층(30)의 어느 한 방향으로 치우침 없이 전극층(30)의 양 방향으로 고르게 이동할 수 있게 된다.

이와 같은 잉크 이온(400)의 양 방향 이동이 신속하게 진행되면, 양 전극층(30) 사이에는 일정 크기의 주울열이 발생하게 되고, 결국, 발생된 주울열에 의해 유전매체 저장챔버(3) 내부에 충진된 잉크(300)는 급속히 가열되어 버블형상으로 변형된다.

이때, 유전매체 저장챔버(3)의 내부로 지속적인 주울열의 전달이 이루어지면, 버블형상의 잉크(300)는 급속한 체적변형을 일으켜 팽창되고, 결국, 노즐 플레이트(5)의 노즐(6)을 통해 외부로 밀려나감으로써, 분사직전의 상태에 놓여진다. 이러한 분사직전의 잉크(300)는 자체의 중량에 의해 타원형/원형으로 차례로 변형되어, 외부의 인쇄용지로 분사되며, 이에 따라, 외부의 인쇄용지에는 신속한 프린팅이 이루어진다.

요컨대, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 전극층(30)으로 교류전원을 인가함으로써, 잉크 이온(400)의 이동이 전극층(30)의 어느 한쪽으로만 집중적으로 발생하는 문제점을 미리 방지할 수 있으며, 그 결과, 전극층(30)의 어느 한쪽에 다량의 이온 침전물이 집중 생성되는 문제점 또한 완전히 해결할 수 있다. 결국, 본 발명이 실시되면, 각 전극층(30)은 이온 침전물의 방해를 받지 않고, 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 있다.

이때, 바람직하게, 보호막(2)의 두께 c는 절연층(11,21)을 포함한 좌/우측 전극층(10,20) 사이의 거리 b 또는 절연층(11,21)을 포함하지 않은 좌/우측 전극층 (10,20) 사이의 거리 a보다 더 크다. 본 발명이 이러한 구성을 이루는 이유는 만약, 보호막(2)의 두께 c가 상술한 거리 a, b 보다 더 작아지면, 좌/우측 전극층(10,20)으로 인가된 교류전원의 일부가 기판(1)으로 누설되는 새로운 문제점이 야기될 수 있기 때문이다.

이를 감안하여, 본 발명에서는 보호막(2)의 두께 c를 거리 a, b 보다 크게 유지시킴으로써, 좌/우측 전극층(10,20)으로 인가된 교류전원이 기판(1)으로 누설되는 문제점을 미리 방지할 수 있다.

이때, 본 발명의 특징에 따르면, 좌/우측 전극층(10,20) 사이의 거리 b는 예컨대, 2μm~10μm를 유지한다.

다른 한편, 상술한 잉크(300)의 분사가 이루어진 상태에서, 외부의 전원으로부터 공급되던 교류전원이 차단되면, 잉크(300)의 이온화는 순간적으로 중지되고, 이에 따라, 주울열의 발생 또한 급격히 중단된다.

이 경우, 유전매체 저장챔버(3)의 내부에 잔류하고 있던 버블형태의 잉크(300)는 급속히 수축되어 정상적인 형태로 복원되려는 복원력을 발생시킨다. 이와 같이 발생된 복원력은 유전매체 저장챔버(3) 내부의 압력을 급격히 저하시킴으로써, 상술한 잉크공급덕트(201)를 흐르는 잉크(300)가 유전매체 저장챔버(3)의 내부로 신속히 재충전되도록 한다.

이후, 본 발명의 마이크로 인젝팅 디바이스(100)는 교류전원 인가를 수시로 진행하여 상술한 잉크분사/잉크재충전 과정을 지속적으로 반복함으로써, 외부로부터 공급되는 인쇄용지에 신속한 인쇄작업이 이루어지도록 한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 개별전극 역할을 수행하는 우측 전극층(40)은 다수개, 예컨대, 2개가 구비된다. 이 경우, 각 우측 전극층(41,42)은 서로 개별적인 전류인가 제어를 받을 수 있다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에서, 만약, 우측 전극층(40)의 어느 하나, 예컨대, 우측 전극층(41)으로만 교류전원이 인가되는 경우, 좌/우측 전극층(40,50) 사이에는 전극층 하나에 해당하는 크기의 주울열만이 발생하게 되고, 결국, 발생된 주울열의 크기 만큼만 잉크는 버블링될 수 있다.

이에 비하여, 만약, 우측 전극층(40)의 모두, 예컨대, 우축 전극층들(41,42) 로 교류전원이 인가되는 경우, 좌/우측 전극층(40,50) 사이에는 전극층 하나에만 교류전원이 인가되는 경우 보다 더 큰 주울열이 발생하게 되고, 결국, 잉크는 더 크고 빠르게 버블링될 수 있다.

요컨대, 본 발명의 다른 실시예가 진행되면, 다수개의 개별전극을 선택적으로 제어시킬 수 있어, 유전매체 저장챔버(3) 내부의 주울열을 적정 크기로 가변킬 수 있음으로써, 분사되는 잉크의 양을 주위의 상황에 따라서 적절히 제어할 수 있다.

다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 좌/우측 전극층(50,60)의 서로 마주 보는 단부에는 지그재그형상의 요철이 형성된다. 이 경우, 좌/우측 전극층(50,60) 사이의 폭 길이는 요철이 형성되지 않는 경우 보다 크게 증가하게 된다.

이와 같은 요철이 형성된 상태에서, 교류전원이 인가되면, 좌/우측 전극층(50,60)은 유전매체 저장챔버(3) 내부에서 다량의 미세 잉크버블을 발생시키게 된다. 이는 요철의 절곡면이 유효 잉크버블 발생면으로 작용하여 잉크의 버블화를 촉진시키기 때문이다.

이러한 본 발명이 실시되면, 상술한 바와 같이, 유효 잉크버블 발생면의 증가에 의해 유전매체 저장챔버(3) 내부에는 다량의 미세 잉크버블이 발생되며, 그 결과, 최종 분사되는 잉크버블의 크기는 크게 확대되게 된다. 물론, 최종 분사되는 잉크버블의 크기가 커지면, 분사되는 잉크의 양이 많아져 인쇄품질이 향상되는 것은 당연하다.

통상, 최종 분사되는 잉크버블의 크기를 크게하는 방법으로, 좌/우측 전극층(50,60)으로 인가되는 교류전원의 크기를 크게 하거나, 좌/우측 전극층(50,60) 사이의 거리를 멀리하는 방법이 주로 이용되고 있다. 그러나, 좌/우측 전극층(50,60)으로 인가되는 교류전원의 크기를 크게 하는 경우, 전력량의 낭비가 초래되며, 좌/우측 전극층(50,60) 사이의 거리를 멀리하는 경우, 전체적인 장치의 크기가 대형화되는 문제점이 유발된다.

이에 비하여, 본 발명을 적용하는 경우, 교류전원의 크기를 크게 하거나, 좌/우측 전극층(50,60) 사이의 거리를 멀리하지 않고서도 최종 분사되는 잉크버블의 크기를 증가시켜 전체적인 인쇄품질을 크게 향상시킬 수 있다. 이는, 요철의 형성에 의해 유효 잉크버블 발생면의 면적증가가 유도되어 메인 잉크버블의 크기 증가를 촉진시키는 다량의 미세 잉크버블이 추가로 발생될 수 있기 때문이다.

이러한 본 발명이 실시되면, 좌/우측 전극층(50,60)은 요철의 작용에 의하여 요철이 형성되지 않은 경우 보다, 훨씬 적은 크기의 교류전원을 인가받고서도 외부로 분사되는 잉크버블의 크기증가를 유도할 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 적용되는 경우, 전체적인 전력량의 낭비는 미리 방지된다.

또한, 좌/우측 전극층(50,60)은 요철의 작용에 의하여 요철이 형성되지 않은 경우 보다, 훨씬 가까운 이격 거리를 유지하고서도 외부로 분사되는 잉크버블의 크기증가를 유도할 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 적용되는 경우, 장치의 크기는 적정 사이즈로 박형화될 수 있다.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극층(70), 예컨대, 좌측 전극층(50)의 요철은 직선형 또는 곡선형을 이룬다. 도 6에는 일례로, 직선형의 경우가 도시되어 있다.

이때, 직선형의 요철은 유효발열면을 크게 할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 정교한 패터닝이 어려운 단점이 있고, 곡선형의 요철은 정교한 패터닝이 쉽다는 장점이 있는 장점이 있는 반면에, 유효발열면이 직선형의 경우 보다 적어지는 단점이 있다. 각각의 경우는 실 상황에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.

이와 같이, 좌/우측 전극층(50,60)의 서로 마주 보는 단부에 지그재그형상의 요철이 형성되는 경우에도, 각 좌/우측 전극층(50,60), 예컨대, 좌측 전극층(50)은 상술한 실시예의 경우와 마찬가지로 메탈층(42)과, 메탈층(42)의 표면에 코팅된 절연층(41)의 이중 구조를 이룬다. 이 경우, 메탈층(42)과 잉크와의 직접적인 접촉은 절연층(41)에 의해 미리 방지되고, 결국, 메탈층(42)은 잉크와의 접촉에 의한 화학적인 손상을 피할 수 있음으로써, 별다른 파손 없이 자신에게 주어진 전기에너지 전달기능을 원활히 수행할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에서는 전극층으로 교류전원을 인가하고, 이를 통해, 잉크 이온이 전극층의 어느 한쪽으로만 집중적으로 이동하는 문제점을 미리 방지함으로써, 전극층의 전기에너지 전달기능을 정상적으로 유지시킬 수 있다.

이러한 본 발명은 단지 상술한 잉크젯 프린터 헤드에 국한되지 않으며, 전극층의 전기적인 에너지를 이용하는 다른 여러 가지 마이크로 인젝팅 디바이스, 예컨대, 마이크로 펌프, 연료 분사장치 등에서 전반적으로 유용한 효과를 나타낸다.

그리고, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스에서는 전극층에 직류전원과 상이한 다른 성질의 전원, 예컨대, 교류전원을 인가한다. 이 경우, 유전매체 저장챔버의 잉크저장 공간으로 노출된 각 전극층은 일정 주기로 증감하는 전류 또는 전압을 인가받아 이를 잉크로 전달할 수 있게 되고, 결국, 유전매체 저장챔버를 채운 잉크 이온은 전극층의 어느 한 방향으로 치우침 없이 전극층의 양 방향으로 고르게 이동할 수 있게 된다.

Claims

보호막이 형성된 기판과;

상기 보호막상에 형성되며, 외부전원과 연결되고, 상기 외부전원으로부터 전기적인 에너지를 공급받아 발열하는 전극층과;

상기 전극층과 접촉되는 유전매체 저장챔버를 정의하기 위해 상기 전극층이 커버되도록 상기 보호막상에 형성되는 저장챔버 베리어층과;

상기 유전매체 저장챔버와 접촉되는 노즐을 정의하기 위해 상기 저장챔버 베리어층상에 형성되는 노즐 플레이트를 포함하며,

상기 전극층에 공급되는 전원은 교류전원인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 전극층은 메탈층과;

상기 메탈층의 표면에 코팅된 절연층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 2 항에 있어서, 상기 절연층은 산화피막층인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 3 항에 있어서, 상기 산화피막층은 Al₂O₃, Ta₂O₅의 조합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 3 항에 있어서, 상기 산화피막층은 TiOx, SiO₂의 조합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 전극층은 서로 마주본 상태로 소정 간격 이격되며, 쌍을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 전극층 사이의 거리는 상기 보호막의 두께보다 적은 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 7 항에 있어서, 상기 전극층 사이의 거리는 2μm~10μm인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 전극층 중의 어느 하나는 개별전극인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 9 항에 있어서, 상기 개별전극은 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 10 항에 있어서, 상기 개별전극은 두 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 9 항에 있어서, 상기 전극층 중의 다른 어느 하나는 공통전극인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 전극층의 서로 마주 보는 단부에는 지그재그형상의 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 13 항에 있어서, 상기 요철은 직선형인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
제 13 항에 있어서, 상기 요철은 곡선형인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.