KR20070080487A - 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을형성하는 방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법이 개시된다. 개시된 소수성 코팅막 형성 방법은, 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트와 스탬프를 준비하는 단계와, 준비된 스탬프의 표면에 소수성 물질을 도포하는 단계와, 스탬프의 표면에 도포된 소수성 물질을 노즐 플레이트의 표면에 접촉시키고 노즐 플레이트를 가열하여 노즐 플레이트의 표면에 소수성 물질이 접착되도록 하는 단계와, 스탬프를 노즐 플레이트로부터 분리시키는 단계를 구비한다. 그러면, 소수성 물질 중 노즐 플레이트의 표면에 접착된 부분은 잔존되어 소수성 코팅막을 형성하며 다수의 노즐에 대응되는 부분은 스탬프와 함께 노즐 플레이트로부터 분리된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.
Description
도 1은 종래의 잉크젯 헤드의 일 예로서 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트의 표면 처리 불량으로 인해 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다.
도 4는 잉크젯 헤드가 완성된 상태에서 본 발명에 따른 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...잉크젯 헤드 110...유로 플레이트
113...압력 챔버 120...진동판
130...노즐 플레이트 131...노즐
140...압전 액츄에이터 141...하부 전극
142...압전막 143...상부 전극
170...소수성 물질 170'...소수성 코팅막
200...스탬프
본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에만 선택적으로 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
도 1은 종래의 잉크젯 헤드의 일 예로서 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트의 표면 처리 불량으로 인해 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(11), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(13)가 형성되어 있다. 상기 유로 플레이트(10)의 상면에는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되는 진동 판(20)이 접합되어 있으며, 유로 플레이트(10)의 저면에는 다수의 노즐(31)이 형성된 노즐 플레이트(30)가 접합되어 있다. 한편, 상기 유로 플레이트(10)와 진동판(20)은 일체로 형성될 수 있으며, 또한 유로 플레이트(10)와 노즐 플레이트(30)도 일체로 형성될 수 있다.
상기 매니폴드(11)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(13) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(11)로부터 다수의 압력 챔버(13)의 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(13)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(11)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 상기 다수의 노즐(31)은 노즐 플레이트(30)를 관통하도록 형성되며 다수의 압력 챔버(13) 각각에 연결된다. 상기 진동판(20)은 다수의 압력 챔버(13)를 덮도록 유로 플레이트(10)의 상면에 접합된다. 상기 진동판(20)은 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되면서 다수의 압력 챔버(13) 각각에 잉크의 토출을 위한 압력 변화를 제공한다. 상기 압전 액츄에이터(40)는 진동판(20) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 하부 전극(41)은 진동판(20)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 다수의 압력 챔버(13) 각각의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 헤드에 있어서, 노즐 플레이트(30)의 표면 처리는 노즐(31)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성과 토출 속도 등의 잉크 토출 성능에 직접적인 영향을 미치게 된다. 즉, 잉크 토출 성능을 향상시키기 위해서는, 노즐(31)의 내면은 친수성을 가져야 하고, 노즐(31) 외부의 노즐 플레이트(30) 표면은 소수성을 가져야 한다.
따라서, 통상적으로 노즐 플레이트(30)의 표면에는 소수성 코팅막이 형성되며, 이러한 소수성 코팅막을 형성하는 방법으로는 여러 가지가 알려져 있다. 예를 들어, 종래의 소수성 코팅막 형성 방법 중 한 가지는, 용액 상태의 소수성 물질 내에 노즐 플레이트(30)를 디핑(dipping)하여 그 표면에 소수성 물질이 코팅되도록 하는 방법이고, 다른 한 가지는, 증착 방식을 통해 노즐 플레이트(30)의 표면에 소수성 물질을 코팅하는 방법이다.
그러나, 상기한 종래의 코팅 방법은 노즐 플레이트(30)의 표면에만 선택적으로 소수성 코팅막이 형성되기 힘들고, 노즐(31)의 내면에도 소수성 코팅막이 불균일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 액적의 직진성이 저하되고 다수의 노즐(31)로부터 토출되는 잉크 액적들의 속도와 체적 등이 불균일하게 되는 등 잉크 액적의 토출 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있는 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법은,
(가) 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트와 스탬프를 준비하는 단계;
(나) 준비된 상기 스탬프의 표면에 소수성 물질을 도포하는 단계;
(다) 상기 스탬프의 표면에 도포된 상기 소수성 물질을 상기 노즐 플레이트의 표면에 접촉시키고, 상기 노즐 플레이트를 가열하여 상기 노즐 플레이트의 표면에 상기 소수성 물질이 접착되도록 하는 단계; 및
(라) 상기 스탬프를 상기 노즐 플레이트로부터 분리시키는 단계;를 구비하며,
상기 (라) 단계에서, 상기 소수성 물질 중 상기 노즐 플레이트의 표면에 접착된 부분은 잔존되어 상기 소수성 코팅막을 형성하며 상기 다수의 노즐에 대응되는 부분은 상기 스탬프와 함께 상기 노즐 플레이트로부터 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는, 상기 소수성 물질을 함유한 용액을 제조하는 단계와, 상기 용액을 상기 스탬프의 표면에 도포하는 단계와, 상기 용액 중 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 용액의 용매는 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔, 자일렌 및 에탄올 등으로 이루어진 군 중에서 선택된 것일 수 있다. 그리고, 용매에 대한 상기 소수성 물질의 농도는 5 ~ 20wt%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 용액의 도포는 스핀 코팅 방법 또는 디핑 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소수성 물질은 플루오르 화합물 또는 황화합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 스탬프는 PDMS와 같은 고분자 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (나), (다) 및 (라) 단계는 복수회 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 헤드의 조립이 완료된 상태에서 상기 단계들이 수행될 수 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다. 한편, 이하의 도면들은 노즐 플레이트의 일부를 도시한 것으로서, 일반적인 노즐 플레이트에는 수십 내지 수백 개의 노즐이 1열 또는 복수의 열로 배열되어 있다.
먼저 도 3a를 참조하면, 다수의 노즐(131)이 형성된 노즐 플레이트(130)와 스탬프(200)를 준비한다. 이때, 상기 노즐 플레이트(130)는 실리콘 웨이퍼, 글라스 기판 또는 금속 기판 등으로 제조될 수 있으며, 상기 스탬프(200)는 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 고분자 재질로 제조될 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 준비된 스탬프(200)의 표면에 소수성 물질(170)을 소정 두께로 도포한다. 이때, 소수성 물질(170)은 용액 상태로 스핀 코팅이나 디핑(dipping) 방식에 의해 예컨대 대략 5nm ~ 10nm 정도의 두께로 도포될 수 있다. 상기 소수성 물질(170)을 함유하는 용액은 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔, 자일렌 또는 에탄올 등과 같은 용매에 대략 5 ~ 20wt%, 바람직하게는 10wt%의 농도로 소수성 물질(170)을 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 소수성 물질(170)로는 통상적으로 사용되는 여러 가지 소수성 물질, 예컨대 플루오르 화합물 또는 황 화합물 등이 사용될 수 있다. 이어서, 상기 스탬프(200)의 표면에 도포된 용액을 소정 시간 동안 자연 건조시켜 용매를 증발시킨다. 그러면, 스탬프(200)의 표면에는 소수성 물질(170)로 이루어진 막이 형성된다.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 스탬프(200)를 노즐 플레이트(130)의 표면 위로 이동시켜 소수성 물질(170)이 노즐 플레이트(130)의 표면에 접촉되도록 한다. 이때, 상기 노즐 플레이트(130)를 소정 온도, 예컨대 대략 100℃ 정도의 온도로 가열하는데, 이 가열 단계는 소수성 물질(170)을 노즐 플레이트(130) 표면에 접촉시키는 단계 이전에 미리 수행될 수 있으며, 또한 동시에 진행되거나 그 이후에 수행될 수도 있다. 그러면, 노즐 플레이트(130)의 표면에 접촉된 소수성 물질(170)의 계면이 연화되면서 노즐 플레이트(130)의 표면에 견고하게 접착된다.
다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 스탬프(200)를 노즐 플레이트(130)로부터 분리시킨다. 이때, 소수성 물질(170)은 스탬프(200)의 표면에는 단순히 도포된 상태이지만, 노즐 플레이트(130)의 표면에는 상기한 바와 같이 견고하게 접착된 상태이므로, 소수성 물질(170)과 스탬프(200) 사이의 접착력보다 소수성 물질(170)과 노즐 플레이트(130) 사이의 접착력이 훨씬 강하다. 따라서, 스탬프(200)를 노즐 플레이트(130)로부터 분리시키면, 소수성 물질(170) 중 노즐 플레이트(130)의 표면에 접착된 부분은 노즐 플레이트(130)의 표면에 접착된 상태로 잔존되어 소수성 코팅막(170')을 형성하고, 다수의 노즐(131)에 대응되는 부분은 스탬프(200)에 도포된 상태로 스탬프(200)와 함께 노즐 플레이트(130)로부터 분리된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 소수성 코팅막(170')이 형성될 수 있으며, 노즐(131) 내면에는 소수성 코팅막이 형성되지 않는다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 균일한 소수성 코팅막(170)이 형성될 수 있으며, 노즐(131) 내면에는 소수성 코팅막(170)이 형성되지 않는다.
그리고, 상기 소수성 코팅막(170')의 두께는 상기한 도 3b, 3c 및 3d에 도시된 단계들을 복수회, 예컨대 2회 또는 3회 반복하여 수행함으로써 조절될 수 있다.
한편, 위에서는 별도로 분리된 상태의 노즐 플레이트(130)의 표면에 소수성 코팅막(170')을 형성하는 것으로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 이하에서 설명하는 바와 같이, 잉크젯 헤드(100)가 완성된 상태에서도 본 발명의 방법에 따라 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에 선택적으로 소수성 코팅막(170')을 형성할 수 있다.
도 4는 잉크젯 헤드가 완성된 상태에서 본 발명에 따른 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 잉크젯 헤드(100)의 유로 플레이트(110)에는 다수의 압력 챔버(113)가 형성되어 있으며, 상기 유로 플레이트(110)의 상면에는 다수의 압력 챔버(113)를 덮는 진동판(120)이 접합되어 있고, 상기 진동판(120) 위에는 압전 액츄에이터(140)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(110)의 저면에는 다수의 노즐(131)이 관통 형성된 노즐 플레이트(130)가 접합되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(110)에는 도시되지는 않았지만 매니폴드와 다수의 리스트릭터가 형성될 수 있다. 상기 압전 액츄에이터(140)는 다수의 압력 챔버(113) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 진동판(120) 위에 순차 적층된 하부 전극(141)과, 압전막(142)과, 상부 전극(143)으로 구성된다. 상기 하부 전극(141)은 진동판(120)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 상기 압전막(142)은 다수의 압력 챔버(113) 각각의 상부에 위치하도록 하부 전극(141) 위에 형성된다. 상기 상부 전극(143)은 압전막(142) 위에 형성되며, 압전막(142)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
한편, 상기 유로 플레이트(110)와 진동판(120)은 하나의 기판으로 이루어질 수 있으며, 또한 유로 플레이트(110)와 노즐 플레이트(130)도 하나의 기판으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 헤드(100)의 조립이 완료된 상태에서, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 단계들이 수행될 수 있다. 이 경우, 노즐(131)의 내부 뿐만 아니라 다수의 압력 챔버(113) 내부에도 소수성 물질이 침투되지 않으며, 노즐 플레이트(130)의 바깥쪽 표면에만 소수성 코팅막(170')이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 잉크젯 헤드(100)가 완성된 상태에서도 다른 부위에 영향을 미치지 않으면서 노즐 플레이트(130)의 표면에만 용이하게 소수성 코팅막(170')을 형성할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소수성 코팅막 형성 방법에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 다수의 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 속도 및 잉크 액적의 직진성 등 잉크 토출 성능이 향상되어 인쇄 품질이 향상될 수 있다.
그리고, 본 발명은 소수성 물질을 함유한 용액을 사용한 스탬핑 방식에 의해 소수성 코팅막을 형성하므로, 종래의 증착 방식에 비해 소수성 물질의 선택 폭이 넓은 장점이 있으며, 값비싼 증착 장비를 사용하지 않아도 되므로 제조 비용이 값싼 장점이 있다.
Claims (9)
- 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 있어서,(가) 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트와 스탬프를 준비하는 단계;(나) 준비된 상기 스탬프의 표면에 소수성 물질을 도포하는 단계;(다) 상기 스탬프의 표면에 도포된 상기 소수성 물질을 상기 노즐 플레이트의 표면에 접촉시키고, 상기 노즐 플레이트를 가열하여 상기 노즐 플레이트의 표면에 상기 소수성 물질이 접착되도록 하는 단계; 및(라) 상기 스탬프를 상기 노즐 플레이트로부터 분리시키는 단계;를 구비하며,상기 (라) 단계에서, 상기 소수성 물질 중 상기 노즐 플레이트의 표면에 접착된 부분은 잔존되어 상기 소수성 코팅막을 형성하며 상기 다수의 노즐에 대응되는 부분은 상기 스탬프와 함께 상기 노즐 플레이트로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 소수성 물질을 함유한 용액을 제조하는 단계와, 상기 용액을 상기 스탬프의 표면에 도포하는 단계와, 상기 용액 중 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 용액의 용매는 THF(tetrahydrofuran), 아세톤, 톨루엔, 자일렌 및 에탄올로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 2항에 있어서,용매에 대한 상기 소수성 물질의 농도는 5 ~ 20wt%인 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 용액의 도포는 스핀 코팅 방법 또는 디핑 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 소수성 물질은 플루오르 화합물 또는 황화합물인 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 스탬프는 PDMS로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (나), (다) 및 (라) 단계는 복수회 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 잉크젯 헤드의 조립이 완료된 상태에서 상기 단계들이 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
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