KR20010002682A - 잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지 방법 및 그에 따른 장치 - Google Patents

잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지 방법 및 그에 따른 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크젯헤드의 노즐부분에 1)아몰퍼스실리콘을 증착하거나, 2)석유계물질 예를들어서, 파라핀왁스를 코팅하거나, 3)잉크젯헤드의 내부에 잉크풀의 길이방향으로 형성된 격막이 상기 잉크풀의 폭의 양끝단 사이에 복수개가 배열된 스크린을 형성하여 잉크 안료입자가 엉킨 것을 차단함으로써, 잉크젯헤드의 노즐이 막히는 것을 방지하는 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것으로서, 잉크젯헤드의 노즐이 막히던 현상을 사전에 방지할 수 있고, 실제적으로 적용하기가 용이하고, 재활용이 가능한 장점을 가진다.

Description

잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지 방법 및 그에 따른 장치{THE METHOD FOR PREVENTING THE NOZZLE OF INKJET HEAD FROM BEING OBSTRUCTED AND THE APPARATUS THEREOF}
본 발명은 잉크젯헤드(Inkjet Head)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 잉크젯헤드의 잉크분사구인 노즐(Nozzle)이 막히는 현상을 방지하기 위한 잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯프린터는 레이저프린터에 비해 저렴한 비용으로 컬러인쇄물을 제작할 수 있고, 도트프린터에 비해 높은 해상도를 실현할 수 있는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
또한, 액체잉크를 사용해서 프린팅하는 잉크젯프린터의 특성은 산업현장에서도 응용되어 사용범위가 확대되고 있는데, 예를들어서 액정표시소자의 컬러필터층을 인쇄하는 잉크젯프린터가 그것이다.
그런데, 잉크젯프린터는 액체잉크를 사용하기 때문에 프린팅작업시 번지기 쉽고, 잉크를 분사하는 헤드의 노즐부가 막히는 현상도 발생되는 단점도 있기 때문에 이에 대한 연구가 시급한 실정이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 잉크젯프린터 헤드를 설명하면 다음과 같다. 잉크젯 프린터는 여러 가지 방식이 있지만, 피에조방식 잉크젯헤드를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 잉크젯헤드를 나타낸 사시도로서, 잉크젯헤드(10)는 일 라인을 인쇄하기 위해 좌우로 이동하고, 다음 라인을 인쇄하기 위해 상하로 이동한다. 소정의 데이터를 프린팅하기 위해 인쇄할 지면의 해당위치로 잉크젯헤드의 노즐(12)을 통해 소정량의 잉크를 분사한다.
그런데, 잉크젯헤드는 다른 종류의 프린터 예를 들어, 도트프린터나 레이저프린터와는 달리 액체잉크를 사용하기 때문에 잉크분사 후, 잔류잉크가 상기 노즐(12)주위에 눌러 붙을 수가 있기 때문에 소수성이 좋아야한다.
상기 소수성(疏水性)은 물에 대하여 친화력을 갖지 아니하는 성질로서, 용해하기 어려운 성질을 말한다. 도 2는 금속의 표면상에 잉크 한방울이 인쇄된 단면을 나타낸 단면도로서, 소수성을 측정하기 위해 한방울의 잉크(3)를 측정할 금속(1) 표면상에 인쇄한다. 이때, 물질의 소수성은 잉크분사후, 해당 금속(1)상에 맺힌 잉크방울(3)의 웨트앵글인 θ로써 측정한다. 대체로, 소수성이 좋은 금속은 웨트앵글(wet angle)이 45。이상이고, 이러한 금속들로는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 등을 들 수 있다.
한편, 잉크젯헤드의 노즐에 잔류잉크가 눌러붙지 않도록 하기 위해 상기한 소수성이 좋은 금속을 노즐부분에 증착 또는 코팅하는 공정을 실시한다.
상기 소수성이 좋은 금속을 증착하거나 코팅하는 것은 잉크젯노즐의 막힘을 방지하기 위한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 잉크젯헤드(10)를 향하여 상기 티타늄, 구리, 금등을 증착하여, 상기 노즐의 내경 일부와 노즐주변에 소수성을 확보한다.
상술한 방법외에도 잉크젯헤드의 노즐 막힘 현상을 방지하기 위한 다른 방법도 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 일반적인 잉크젯헤드의 일 노즐의 내부구조를 도시한 평면도로서, 잉크를 담아두는 잉크풀(14)이 배치되어 있고, 상기 잉크풀(14)과 연통된 잉크공급로 사이에 다수개의 스크린(16)이 배치되어 있다. 상기 잉크공급로를 통해 공급된 잉크를 외부로부터 인가된 소정의 제어신호에 따라 펌핑하는 피에조소자(18)가 위치한다. 이때, 상기 피에조소자(18)는 잉크를 상/하로 펌핑하여 도면의 좌측방향으로 이동시키는 기능을 수행한다.
그런데, 상기 피에조소자(18) 하부는 다른 잉크공급로보다 면적이 넓은데, 이는 피에조소자(18)가 누를수 있는 공간을 제공하기 위함이다.
이 피에조소자(18)의 하부와 연통되고, 잉크젯헤드의 노즐쪽으로 점점 좁아지도록 잉크공급로(20)가 형성되어 있다.
도면에 도시된 스크린(16)은 잉크젯헤드의 기판이 되는 웨이퍼(Wafer) 또는 유리기판으로 이루어진 것이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정패턴에 따라 식각공정을 실시하여 유리기판(1)의 표면에 일정간격을 가진 오목한 골이 생기도록 패터닝함으로써 스크린(16)을 형성한다. 도 5에서의 볼록한 면이 도 4에 도시된 스크린(16)의 단면이고, 오목한 면이 식각된 부분이고, 이 스크린(16)은 잉크풀(14)로부터 흐르는 잉크가 일시에 다량으로 공급되어 병목현상이 발생하지 않도록 조절하는 기능을 수행한다. 이에따라, 상기 피에조소자(18)의 펌핑에너지가 상기 노즐부분으로 균일하게 미치도록 하는 역할을 하여 프린팅작업에서 잉크량의 적절한 분사가 이뤄지도록 한다.
한편, 잉크젯헤드의 노즐이 친수성을 가지고 있기 때문에 프린팅한 후, 잉크가 노즐주변에 남아 있으므로써, 노즐이 막히는 원인이 된다. 뿐만 아니라, 노즐이 상기 피에조소자의 펌핑작용 때문에 막혔다가 갑자기 뚫리는 현상도 발생하기 때문에 과다분사가 일어나거나 인쇄위치가 달라지는 문제점이 일어난다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 잉크젯헤드의 노즐부분에 소수성을 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 헤드로드부(21)상에 잉크젯헤드(10a)를 올려놓고, 헤드가이드(25)를 장착한다. 상기 헤드로드부(21) 하부에 위치한 회전축(23)을 회전시킨 상태에서 불소(F)계 폴리머(Polymer) 예를 들어서, 사이탑(Cytop™), 테프론 등의 폴리머를 도포하여 노즐부분에 소수성을 가지도록 한다.
잉크젯헤드의 노즐 부분에 소수성 물질을 증착하거나 코팅함으로써 어느정도의 노즐막힘 현상을 방지하기는 했지만, 아직도 문제점이 남아있다.
즉, 첫 번째 방법인 경우에는 소수성물질이 금속이기 때문에 쉽게 벗겨진다는 단점을 가지고 있고, 두 번째 방법인 경우에서의 소수성물질은 폴리머성분 특유의 점착성을 가지기 때문에 잉크젯헤드의 노즐이 막히는 단점이 있다.
따라서, 제조후 소정시간 동안은 노즐부분이 소수성을 띠지만, 그 후로는 상술한 문제점 때문에 소수성이 사라지므로, 보다 근원적으로 노즐 부분에 소수성을 확보할 필요가 있다.
한편, 도 7a에서와 같이, 종래의 잉크젯헤드는 압력에 의해 잉크(22)가 노즐을 통해 소정의 인쇄면으로 분사되고, 이러한 분사동작이 반복되면서 도 7b에서와 같이, 잔류잉크(24)가 노즐주변에 남아있게 되면서 노즐이 막히는 현상이 일어나게 된다.
잉크젯헤드에서 노즐이 막히게 되면, 잉크젯헤드가 인쇄동작을 수행할 때 분사잉크가 줄어들거나 인쇄위치가 틀려지는 문제가 생긴다. 이는 노즐이 막혀서 분사잉크량이 적어지거나, 때로는 과도한 압력으로 인해서 막힌 노즐이 갑자기 뚫리면서 잉크량이 많아지기도 하며, 인쇄할 위치를 벗어나서 인쇄되는 것이다.
상술한 바와 같은 문제점은 전체적인 인쇄품질의 저하를 가져오기 때문에 제조업체로서는 심각한 문제점이 아닐 수 없다.
전술한 바와 같은 종래의 잉크젯헤드의 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 잉크젯헤드의 노즐부분에 소수성물질을 종래보다 효과적으로 형성하는 잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지방법 및 그에 따른 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 잉크젯 헤드의 외형을 도시한 사시도.
도 2는 잉크젯헤드로부터 분사된 잉크방울의 웨트앵글을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 일반적인 잉크젯헤드의 노즐막힘 현상을 방지하기 위한 제1 방법을 설명하기 위한 잉크젯헤드의 사시도.
도 4는 일반적인 잉크젯헤드의 개략적인 내부구조를 나타낸 평면도.
도 5는 도 4의 5-5'을 따라 절단한 단면을 나타낸 단면도.
도 6은 일반적인 잉크젯헤드의 노즐막힘 현상을 방지하기 위한 제2 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 7a는 도 5에 도시된 A 영역의 세부적인 모습을 나타낸 잉크젯노즐의 평면도.
도 7b는 잉크젯헤드의 노즐이 막힌 상태를 나타낸 잉크젯노즐의 평면도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따라 잉크젯헤드의 노즐막힘 현상의 방지방법을 설명하기 위한 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 잉크젯헤드의 노즐막힘 현상의 방지방법을 설명하기 위한 평면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따라 잉크젯헤드의 노즐막힘 현상의 방지방법을 설명하기 위한 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
14 ; 잉크풀 20 ; 잉크공급로
30 ; 제2 스크린 50 ; 가열통
52 ; 파라핀왁스
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 특징은 잉크를 배출하기 위한 오프닝을 포함한 잉크풀과; 상기 잉크풀의 오프닝과 연통된 잉크공급로와; 상기 잉크공급로와 연통되어, 프린팅시 잉크가 분사되는 노즐과; 소정의 제어신호에 따라 상기 잉크공급로의 잉크가 상기 노즐을 통해 분사시키는데 필요한 압력을 제공하는 압전소자와; 상기 잉크풀의 길이방향으로 형성된 격막이 상기 잉크풀의 폭의 양끝단 사이에 복수개가 배열된 스크린을 포함하는 잉크젯헤드의 노즐막힘방지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지 방법으로서, 잉크젯헤드의 노즐 주변 및 노즐의 내경 일부에 아몰퍼스실리콘(a-Si)을 형성하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법으로서, 잉크젯헤드의 노즐 주변 및 노즐의 내경 일부에 석유계 물질을 형성하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법을 제공하는 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
제 1 실시예는 잉크젯헤드의 노즐부분에 아몰퍼스실리콘을 증착하여 노즐의 소수성을 형성한 것이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따라 잉크젯헤드의 노즐부분에 아몰퍼스실리콘을 증착하는 것을 나타낸 잉크젯헤드의 사시도로서, 잉크젯헤드(10)의 노즐부분을 향하여 아몰퍼스실리콘(Amorphous Silicon; 이하, a-Si라 칭함)을 수백Å의 두께로 증착하여 노즐부분에 소수성을 형성한다. 이때, 상기 노즐의 직경은 수십㎛ 정도가 되기 때문에 노즐이 막히는 현상은 발생되지 않는다.
그리고, 잉크젯헤드의 노즐을 향해 a-Si를 증착하기 위한 방법은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 등에서 선택한 방법을 사용한다.
잉크젯헤드의 노즐부분에 소수성을 형성하기 위한 다른 방법은 다른 실시예에서 설명하도록 한다.
제2 실시예
제2 실시예는 잉크풀의 유리기판에 복수개의 스크린을 형성하여 잉크의 찌꺼기를 걸러주는 기능을 수행함으로써, 잉크젯헤드의 노즐이 막히는 현상을 방지한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 잉크젯헤드의 잉크풀내부에 복수개의 스크린이 설치된 것을 나타낸 평면도로서, 잉크통으로부터 공급관을 경유해서 잉크를 임시보관하는 장소로서, 소정위치에 잉크를 배출하기 위한 오프닝(Opening)을 가진 잉크풀(14)이 위치한다.
또한, 잉크풀(14)의 오프닝과 연통된 병목부분에 잉크 공급 방향으로 설치된 제1 스크린(16)이 형성되어 있고, 이 병목부분과 연통되어 잉크를 소정방향으로 공급하기 위한 펌핑동작을 수행하기에 적합한 소정의 공간이 위치하고 있다. 이 공간 상부에는 피에조소자(18)가 위치하여 상/하 펌핑동작을 수행한다. 상기 소정의 공간과 연통되어 잉크 공급 방향으로 직경이 줄어들도록 형성된 잉크공급로(20)가 배치되어 있다.
또한, 상기 잉크풀(14) 내부에는 장방향의 격막이 단방향으로 복수개가 배열된 제2 스크린(30)이 형성되어 있다. 이 격막열은 필요에 따라 하나만 형성할 수도 있고, 복수개로 형성할 수도 있으며, 상기 스크린(30)은 기판인 유리기판 또는 웨이퍼를 식각한 다음 패터닝하여 형성한다.
한편, 상기 제2 스크린(30)은 장방향의 수직방향으로 복수개가 배열된 격막이 위치하고, 이 격막 사이의 간격(F)은 수십㎛로 형성한다. 여기서, 잉크의 안료는 5000Å이고, 이들이 엉키면 수십㎛ 정도가 되기 때문에 엉킨 잉크의 안료는 충분히 걸러낼 수 있다. 따라서, 엉킨 잉크의 안료가 잉크젯헤드의 잉크공급로(20)를 통과하지 않기 때문에 노즐이 막힐 우려가 없다.
상술한 제1 및 제2 실시예가 아니더라도 노즐에 잉크가 막히는 현상을 방지할 수 있는데, 이는 다른 실시예에서 설명하도록 한다.
제3 실시예
제3 실시예는 잉크젯헤드의 노즐부분에 석유계 물질을 증착하여 소수성을 확보하는 것이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따라 잉크젯헤드의 노즐부분에 석유계물질을 증착하는 것을 나타낸 공정도이다.
도 10을 참조하면, 가열통(50) 내에 담긴 석유계 물질 예를 들어, 파라핀왁스(Paraffin Wax; 52)를 가열시켜 증발시키고, 파라핀왁스(52)의 증기를 잉크젯헤드(10a)의 노즐(12)부분에 코팅시켜 소수성을 확보한다.
그리고, 상기 파라핀왁스(52)를 가열시키는 방법은 전기로에 의한 방법과, 가연(可燃) 연료에 의한 방법 등에서 하나의 방법을 선택하면 되지만, 시간 및 연료 등의 전자식 제어가 가능한 전기로에 의한 방법이 바람직하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 중심사상은 보다 실제적인 방법으로 잉크젯 노즐 주변에 소수성물질을 형성하는 것이므로 제1 내지 제3 실시예에 한정되지는 않을 뿐만 아니라, 본 발명으로부터 유추가능한 변형예 또한 다음에 기술된 특허청구범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
상기한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 양태에 따르면 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 잉크젯헤드의 노즐이 막히던 현상을 사전에 방지할 수 있다.
둘째, 실제적으로 적용하기가 용이하고, 제3 실시예의 경우에는 파라핀 왁스부분이 닳아서 폐기되어도 기존 파라핀 왁스를 녹이고, 재 코팅하면 되므로 재활용이 용이한 장점을 가진다.

Claims (8)

  1. 잉크를 임시로 보관하기 위한 소정의 공간을 가지고, 잉크를 배출하기 위한 오프닝을 포함하는 잉크풀과,
    상기 잉크풀의 오프닝과 연통된 잉크공급로와,
    상기 잉크공급로와 연통되어, 프린팅시 잉크가 분사되는 노즐과,
    소정의 제어신호에 따라 상기 잉크공급로의 잉크가 상기 노즐을 통해 분사시키는데 필요한 압력을 제공하는 압전소자와,
    상기 잉크풀 내부에 길이방향으로 형성된 격막이 상기 잉크풀의 폭의 양끝단 사이에 복수개가 배열된 스크린을 포함하는 잉크젯헤드의 노즐막힘방지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크린의 격막 열(列)이 복수개인 것을 포함하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크린의 격막은 기판을 소정 두께만큼 식각하여 형성된 패턴인 잉크젯헤드의 노즐막힘방지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크린의 격막 사이의 간격은 25∼30㎛인 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지장치.
  5. 다수개의 노즐을 가진 잉크젯헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위한 방법으로서,
    상기 잉크젯헤드의 노즐 주변 및 노즐의 내경 일부에 아몰퍼스실리콘(a-Si)을 형성하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법.
  6. 다수개의 노즐을 가진 잉크젯헤드의 노즐의 막힘을 방지하기 위한 방법으로서,
    잉크젯헤드의 노즐 주변 및 노즐의 내경 일부에 석유계 물질을 형성하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 석유계물질은 파라핀 왁스인 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 석유계물질을 형성하는 방법은 상기 석유계물질을 가열시킨 증기를 코팅하는 잉크젯헤드의 노즐막힘 방지방법.
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