KR20010045298A - 잉크를 이용한 열압축방식의 유체분사장치 - Google Patents

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Abstract

유체구동장치는, 노즐부, 구동부, 멤브레인을 가진다. 노즐부는 잉크챔버와 노즐공 구비하고 있다. 구동부는 작동유체챔버와 발열체를 구비하고 있다. 멤브레인은 잉크챔버 및 작동유체챔버간을 구획한다. 작동유체챔버에는 외부의 잉크공급원으로부터 잉크를 공급받는 잉크공급공이 형성되고, 잉크챔버에는 작동유체챔버와 연통되는 연통로가 형성되어 있다. 작동유체챔버에 공급된 잉크는 연통로를 통해 잉크챔버에 공급된다. 발열체의 발열작동시 멤브레인에 의해 잉크챔버가 가압되어 노즐공을 통해 잉크가 분사된다. 잉크챔버에는 연통로를 통해 작동유체챔버 내의 잉크가 유입되고, 작동유체챔버에는 잉크공급공을 통해 잉크가 유입된다. 따라서, 작동유체챔버의 열을 냉각시킬 수 있고 유체공급장치의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

잉크를 이용한 열압축방식의 유체분사장치{Thermal-compress type fluid jetting apparatus using ink}
본 발명은 잉크젯 프린터(Inkjet Printer)나 팩시밀리 등의 출력장치에 관한 것으로서, 특히, 출력장치의 프린터 헤드에 사용되는 열압축방식의 유체분사장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터나 팩시밀리 등과 같은 출력장치의 프린터헤드에 사용되는 유체분사장치는 잉크가 수용되어 있는 잉크챔버 내부에 물리적인 힘을 가하여 소정량의 잉크를 노즐을 통해 외부로 분사시킨다. 이러한 유체분사장치는 유체에 물리력을 가하는 방식에 따라 가열방식, 압전방식, 및 열압축방식 등으로 구분된다.
이 중에서 열압축 방식의 유체분사장치가 도 1에 도시되어 있다. 유체분사장치는 구동부(20), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)로 구성되어 있다.
구동부(20)는 기판(15), 다수의 작동유체챔버(27)를 갖는 유체챔버부재(25), 각각의 작동유체챔버(27)내에 개재되는 다수의 발열체(16), 및 각 발열체(16)에 연결되어 있는 전극(17)을 포함하여 구성된다.
노즐부(40)는 다수의 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버부재(45), 및 잉크챔버부재(45)의 상면에 결합되는 노즐플레이트(47)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(47)의 상면에는 각 잉크챔버(57)에 대응하는 노즐공(49)이 형성되어 있다.
멤브레인(30)은 잉크챔버부재(45)와 유체챔버부재(25) 사이에 개재된다. 멤브레인(30)은 작동유체챔버(27)와 잉크챔버(57)를 상호 구획한다.
기판(15), 유체챔버부재(25), 멤브레인(30) 및 잉크챔버부재(45)에는 각각 상호 연결된 잉크공급공(11, 21, 31, 41)이 형성되어 있으며, 잉크챔버부재(45)의 잉크공급공(41)은 잉크공급로(59)를 통해 잉크챔버(57)에 연결되어 있다. 기판(15)의 잉크공급공(11)은 외부의 잉크공급원(도시되지 않음)과 연결되어 있으며, 이에 따라 잉크공급원으로부터 공급된 잉크는 잉크공급공(11, 21, 31, 41)과 잉크공급로(59)를 거쳐 잉크챔버(57) 내에 공급되게 된다.
노즐플레이트(47), 잉크챔버부재(45), 멤브레인(30) 및 유체챔버부재(25)에는 각각 상호 연결된 유체공급공(53, 43, 33, 23)이 형성되어 있으며, 유체챔버부재(25)의 유체공급공(23)은 유체공급로(29)를 통해 작동유체챔버(27)에 연결되어 있다. 작동유체는 유체공급공(53, 43, 33, 23)과 유체공급로(29)를 통해 작동유체챔버(27)에 충진된다. 노즐플레이트(47)에 형성된 유체공급공(53)은 작동유체가 작동유체챔버(27), 유체공급로(29) 및 유체공급공(23, 33, 43) 내에 충진된 후 시일부재(55)에 의해 기밀적으로 폐쇄된다.
전극(16)에 전원이 인가되면 발열체(17)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(27) 내의 작동유체가 가열되어 버블이 발생된다. 이 버블에 의해 작동유체챔버(27) 내의 부피가 증가하여 멤브레인(30)이 상향만곡되고, 이에 따라 잉크챔버(57)의 내부가 가압되어 노즐(49)을 통해 잉크가 분출된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 유체분사장치는, 잉크와는 별도로 작동유체를 마련하여야 하고, 작동유체를 작동유체챔버(27) 내에 충진시킨 후 기밀적으로 실링하는 공정이 필연적으로 수반되어야 하므로 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 작동유체로 사용되는 헵테인과 같은 유기용제가 쉽게 증발하는 성질을 가지므로 작동유체챔버(27) 내에 빈 공간이 생길 우려가 있다. 작동유체챔버(27) 내에 빈 공간이 생길 경우 발열체(16)의 발열시 멤브레인(30)에 충분한 압력이 전달되지 못하여 잉크토출량의 정밀한 제어가 불가능하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본원발명의 출원인은 본원발명과 동일자로 출원된 발명, '열압축방식의 유체분사장치'에서 도 2에 도시된 바와 같은 잉크를 작동유체로 사용하는 유체분사장치를 개시하였다.
도 2를 참조하면, 기판(115), 유체챔버부재(125), 멤브레인(130) 및 잉크챔버부재(145)에는 각각 상호 연결된 잉크공급공(111, 121, 131, 141)이 형성되어 있다. 잉크챔버부재(145)의 잉크공급공(141)은 잉크공급로(159)를 통해 잉크챔버(157)에 연결되어 있으며, 유체챔버부재(125)의 잉크공급공(121)은 잉크공급로(129)를 통해 작동유체챔버(127)에 연결되어 있다. 따라서, 잉크챔버(157)와 유체챔버(127)는 상호 연통되어 있다.
기판(115)의 잉크공급공(111)은 외부의 잉크공급원과 연결된다. 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되면 잉크는 잉크공급공(111, 121, 131, 141)과 잉크공급로(129, 159)를 통해 작동유체챔버(127)와 잉크챔버(157)에 공급된다. 작동유체챔버(127)에 공급된 잉크는 작동유체로서 기능하게 된다.
전극(116)에 전원이 인가되면 발열체(117)에서는 열이 발생되고, 전술한 바와 같이 멤브레인(130)의 만곡에 의해 잉크챔버(157)의 내부가 가압되어 노즐(149)을 통해 잉크가 분출된다. 이와 같은 유체분출장치에 따르면, 작동유체로서 잉크를 사용하므로, 별도의 작동유체를 마련할 필요가 없고, 작동유체챔버(127)의 실링공정이 필요없으며, 오동작이 발생하지 않게 된다.
그런데, 상기와 같이 잉크를 작도유체로 사용하는 유체공급장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
발열체(116)의 발열작동에 의해 생성된 버블의 팽창에 의해 작동유체챔버(127) 내의 잉크가 외측으로 밀려날 경우, 잉크의 충진이 계속적으로 이루어지지 않으므로 잉크의 토출 압력이 낮아지게 되어 소망하는 양의 잉크 분사가 어렵게 된다. 따라서, 연속적으로 프린팅작업을 수행할 때 프린팅 성능이 떨어지게 된다.
또한, 발열체(117)에 의한 반복적인 가열작동에 의해 작동유체챔버(127) 내부의 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 과열에 의해 유체분사장치의 수명이 단축되게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 잉크의 토출압력이 일정하게 유지되어 프린팅 성능이 저하되지 않으며, 또한 과열을 방지하여 그 수명이 오래 지속되는 유체분사장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 유체분사장치의 분해사시도,
도 2는 본 발명의 관련 발명에 따른 유체분사장치의 분해사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 유체분사장치의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
211, 221, 231, 241 : 잉크공급공
215 : 기판 217 : 발열체
220 : 구동부 227 : 작동유체챔버
230 : 멤브레인 149 : 노즐공
251 : 연통로 257 : 잉크챔버
261 : 잉크공급로 BB : 버블
I : 잉크
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체구동장치는, 노즐부, 구동부, 멤브레인을 포함한다. 노즐부는 잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비하고 있다. 구동부는 작동유체챔버를 형성하며, 작동유체챔버 내에 수용되는 발열체를 구비하고 있다. 멤브레인은 잉크챔버 및 작동유체챔버간을 구획하며, 발열체의 발열 작동시 작동유체챔버 내의 압력상승에 의해 만곡되어 잉크챔버 내부를 가압한다. 작동유체챔버에는 외부의 잉크공급원으로부터 잉크를 공급받는 잉크공급공이 형성되고, 잉크챔버에는 작동유체챔버와 연통되는 연통로가 형성되어 있다. 따라서, 작동유체챔버에 공급된 잉크는 연통로를 통해 잉크챔버에 공급되게 된다.
본 발명에 따르면, 작동유체챔버 내에 잉크가 지속적으로 공급되므로 작동유체챔버 내의 압력 저하와 과열이 방지되게 된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열압축식 유체구동장치를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 유체분사장치는, 종래의 유체분사장치와 마찬가지로, 구동부(220), 멤브레인(230) 및 노즐부(240)로 구성되어 있다.
구동부(220)는 기판(215), 작동유체챔버(227)를 갖는 유체챔버부재(225), 각각의 작동유체챔버(227) 내에 개재되는 발열체(216), 및 각 발열체(216)에 연결되어 있는 전극(217)을 포함하여 구성된다.
노즐부(240)는 다수의 잉크챔버(257)를 갖는 잉크챔버부재(245), 및 잉크챔버부재(245)의 상면에 결합되는 노즐플레이트(247)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(247)에는 각 잉크챔버(257)에 대응하는 노즐공(249)이 형성되어 있다.
멤브레인(230)은 잉크챔버부재(245)와 유체챔버부재(225) 사이에 개재된다. 멤브레인(230)은 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257)를 상호 구획한다.
기판(215), 유체챔버부재(225), 멤브레인(230) 및 잉크챔버부재(245)에는 각각 상호 연결된 잉크공급공(211, 221, 231, 241)이 형성되어 있다. 각 잉크공급공(211, 221, 231, 241)은 상호 연결되어 하나의 잉크공급로(261)를 형성한다. 멤브레인(230)의 중앙부위에는 연통공(251a)이 형성되어 있으며, 이 연통공(251a)에 의해 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(227)를 상호 연결하는 연통로(251)가 형성된다. 멤브레인(230)에 형성된 잉크공급공(231)과 연통로(251)는 작동유체챔버(227)의 상호 반대쪽에 배치되어 있으며, 이에 의해 작동유체챔버(227)는 실질적으로 양측이 개방된 구조를 가진다.
기판(215)의 잉크공급공(211)에는 외부의 잉크공급원이 연결된다. 이에 따라 잉크공급원으로부터 공급되는 잉크는 잉크공급로(261)를 거쳐 작동유체챔버(227)에 충진되며, 작동유체챔버(227)에 충진된 잉크는 더 진행하여 연통로(251)를 통해 잉크챔버(257)에 공급되게 된다.
도면에 도시된 바와 같이, 하나의 열에는 한 쌍의 작동유체챔버(227) 및 잉크챔버(257)가 상호 대칭적으로 배치되어 있으며, 이러한 대칭을 이루는 구조가 다수의 열을 이루어 배치되어 있다. 연통로(251)는 멤브레인(230)의 중앙부위에 형성되며, 이에 따라 실질적으로 한 쌍의 잉크챔버(257)는 하나의 연통로(251)를 공유하게 된다. 따라서, 양측방의 잉크공급로(261)를 통해 작동유체챔버(257)에 공급된 잉크는 중앙의 연통로(251)에 수렴된 후 잉크챔버(257)에 공급되게 된다.
잉크공급로(261)를 통해 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257) 내에 잉크를 충진시키기 위해서는, 먼저 진공장치를 잉크주입공(211)에 연결하여 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257) 내부의 공간을 진공화시킨다. 그런 다음 잉크공급공(211)에 잉크공급원을 연결하면, 진공의 흡입력에 의해 잉크공급원으로부터의 잉크가 잉크공급로(261), 작동유체챔버(227), 연통공(251) 및 잉크챔버(257) 내에 충진되게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 유체분사장치의 동작을 설명하는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같은 상태에서 전극(216)에 전원이 인가되면 발열체(217)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(227) 내의 잉크가 가열되어 도 4에 도시된 바와 같이 버블(BB)이 발생된다. 이 버블(BB)에 의해 작동유체챔버(127) 내의 부피가 증가하여 멤브레인(230)이 도 4에 도시된 바와 같이 상향만곡되고, 이에 따라 잉크챔버(257)의 내부가 가압되어 노즐(249)을 통해 잉크(I)가 분출된다.
발열체(217)의 발열작동이 중지되면, 멤브레인(230)은 다시 도 3에 도시한 바와 같은 상태로 복귀된다. 이에 따라 잉크챔버(257) 내의 압력이 감소하여 작동유체챔버(227) 내의 잉크가 연통로(251)를 통해 잉크챔버(257) 내로 유입되고, 작동유체챔버(257) 내에는 잉크공급로(261)를 통해 잉크공급원으로부터 새로운 잉크가 보충되게 된다. 이와 같이 노즐(249)을 통해 잉크(I)가 분사될 때마다 작동유체챔버(227) 내에 새로운 잉크가 계속 공급되게 되므로, 발열체(217)의 반복적인 발열작동시에도 작동유체챔버(227) 내부가 새로운 잉크에 의해 적절히 냉각되어 과열이 방지되게 된다. 따라서 잉크분사장치의 수명이 길어지게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 발열체(217)의 발열작동시 발생되는 버블(BB)은 멤브레인(230)을 가압하는 기능을 수행함과 동시에 작동유체챔버(227) 내부의 유로를 차단하는 기능을 한다. 따라서, 버블(BB)에 의해 잉크챔버(257)가 가압되는 상태에서도 작동유체챔버(227)로부터 잉크공급로(261) 측으로의 잉크의 역류가 방지되게 된다.
또한, 한 쌍의 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257)가 하나의 연통로(251)를 공유하는 대칭적인 구조로 배치되어 있으므로, 잉크가 작동유체챔버(227) 및 잉크챔버(257) 내로 더욱 원활하게 공급되게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 작동유체로서 사용되는 잉크가 지속적으로 작동유체챔버(227)에 공급되므로, 작동유체챔버(227)의 과열 및 작동유체의 역류가 방지되게 된다.

Claims (3)

  1. 열압축방식의 유체분사장치에 있어서,
    잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐부;
    작동유체챔버를 형성하며, 상기 작동유체챔버 내에 수용되는 발열체를 구비한 구동부; 및
    상기 잉크챔버 및 상기 작동유체챔버간을 구획하며, 상기 발열체의 발열 작동시 상기 작동유체챔버 내의 압력상승에 의해 만곡되는 멤브레인을 포함하며,
    상기 작동유체챔버에는 외부의 잉크공급원으로부터 잉크를 공급받는 잉크공급공이 형성되고, 상기 잉크챔버에는 상기 작동유체챔버와 연통되는 연통로가 형성되어, 상기 작동유체챔버에 공급된 잉크가 상기 연통로를 통해 상기 잉크챔버에 공급되는 것을 특징으로 하는 열압축방식의 유체분사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크공급공과 상기 연통로는 상기 작동유체챔버의 상호 반대쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열압축방식의 유체분사장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    하나의 상기 연통로를 공유하는 한 쌍의 상기 작동유체챔버 및 상기 잉크챔버가 상호 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 열압축방식의 유체분사장치.
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