KR20090081759A - Fluid ejecting device - Google Patents
Fluid ejecting device Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090081759A KR20090081759A KR1020080007811A KR20080007811A KR20090081759A KR 20090081759 A KR20090081759 A KR 20090081759A KR 1020080007811 A KR1020080007811 A KR 1020080007811A KR 20080007811 A KR20080007811 A KR 20080007811A KR 20090081759 A KR20090081759 A KR 20090081759A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- chamber
- piezoelectric element
- reservoir
- acoustic wave
- working fluid
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
Abstract
Description
본 발명은 잉크젯 프린트헤드(Inkjet printhead)에 적용되는 유체토출장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 압전소자(壓電素子, piezoelectric element)의 구동에 따라 챔버 내부에 발생하는 음향파(acoustic wave)의 거동을 해석하고, 이를 이용함으로써 작동유체의 토출량을 증가시키거나, 작동유체를 안정적으로 토출시킬 수 있는 유체토출장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 토출시켜서 소정색상의 화상으로 인쇄하는 장치로서, 잉크의 토출 메카니즘에 따라 열구동방식(thermal type)과 압전방식(piezoelectric type)으로 구분된다.In general, an inkjet printhead is a device that prints a predetermined color image by discharging minute droplets of printing ink. The inkjet printhead is classified into a thermal type and a piezoelectric type according to an ink ejection mechanism. do.
열구동방식의 잉크젯 프린트헤드는 열원을 이용하여 작동유체인 잉크에 버블(bubble)을 발생시키고, 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 방식이다. 이에 반해 압전방식의 잉크젯 프린트헤드는 소정의 전압신호가 인가되어 압전소자가 변형됨에 따라 잉크에 압력이 가해지게 되고, 이로 인해 잉크가 토출되는 방식이 다. 압전방식의 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 가열하지 않기 때문에 사용가능한 잉크의 종류가 제한되지 않는 장점이 있다.The thermally driven inkjet printhead is a method of generating bubbles in ink, which is a working fluid, by using a heat source, and discharging ink by the expansion force of the bubbles. On the other hand, the piezoelectric inkjet printhead is a method in which pressure is applied to ink as a piezoelectric element is deformed by applying a predetermined voltage signal, thereby discharging ink. Piezoelectric inkjet printheads do not heat the ink, there is an advantage that the type of ink that can be used is not limited.
도 1은 종래기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참고하면, 종래기술에 따른 일반적인 잉크젯 프린트헤드는 작동유체인 잉크의 유로를 형성하게 되는 리저버(reservoir)(3), 챔버(chamber)(5) 및 노즐(nozzle)(7)이 유로형성부재(1) 내부에 형성된다. 그리고, 챔버(5)의 일측에는 소정의 전압신호에 따라 변형하는 압전소자(8)와, 압전소자(8)의 진동판역할을 하는 멤브레인(membrane)(9)이 구비된다.1 is a view showing a general configuration of an inkjet printhead according to the prior art. Referring to FIG. 1, in a conventional inkjet printhead according to the related art, a
프린터에는 인쇄를 위해 상기와 같은 구성을 같는 잉크젯 프린트헤드가 복수개가 구비된다. 그리고, 리저버(3)는 잉크를 저장하는 곳으로, 각 잉크젯 프린트헤드의 챔버(5)와 연통되어 잉크를 공급한다. 따라서, 압전소자(8)가 구동하여 변형되면 챔버(5)에 압력이 가해지고, 이에 따라 챔버(5) 내의 잉크가 노즐(7)을 통하여 토출되는 것이다. 그리고, 압전소자(8)의 변형이 복원되면, 챔버(5)의 내부압력이 상대적으로 작아져서 잉크가 리저버(3)로부터 이동하여 챔버(5)에 채워지게 된다. 결국, 잉크젯 프린트헤드는 상기와 같은 과정이 반복됨에 따라 수 kHz 이상의 구동주파수를 갖게 된다.The printer is provided with a plurality of inkjet printheads having the same configuration as described above for printing. The
한편, 종래기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 설계는 잉크 토출성능을 향상시키기 위해 주로 잉크 유동의 유체역학적 거동에 관심을 두었다. 이에 따른 종래의 잉크젯 프린트헤드의 설계방식에 대하여 설명한다.On the other hand, the design of the inkjet printhead according to the prior art mainly focuses on the hydrodynamic behavior of the ink flow in order to improve the ink ejection performance. The conventional design method of the inkjet printhead will be described.
도 1에 도시된 바와 같이 압전소자(8)가 구동함에 따라 챔버(5)의 내부압력 이 높아지면, 그 압력에너지는 노즐(7) 방향과 챔버 입구(6) 방향으로 나뉘어 전달된다. 이는 챔버(5)에서 발생된 압력에너지가 모두 잉크 토출에 사용되지 않고, 에너지가 낭비된다는 것을 보여준다. 따라서, 종래기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 설계는 노즐(7)에서의 잉크 토출량을 증가시키기 위해 챔버 입구(6)에서의 유체저항을 증가시키는 설계가 주로 수행되었다.As shown in FIG. 1, when the internal pressure of the
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 입구측의 유로 단면적을 줄이거나, 그 유로를 절곡하는 방식으로 유체저항을 증가시키는 리스트릭터(restrictor)(6")를 구비하도록 설계되었다. 이러한 설계방식은 잉크젯 프린트헤드 내부에서의 잉크 유동이 비압축성 유동, 즉 잉크의 밀도가 압력에 따라 변하지 않는다는 가정에서 기인한다.That is, as shown in Fig. 2, it is designed to have a
그러나, 압전소자(8)는 매우 짧은 시간에 미소한 변형이 반복하여 발생되기 때문에 음향파가 발생하게 되고, 이에 따라 잉크젯 프린트헤드 내부에서의 잉크 유동을 음향파가 발생된다는 관점에서 파악할 수 있다. 즉, 압전소자(8)에 의하여 발생된 음향파는 노즐(7)로 전달되는데 일정시간이 필요하게 된다. 따라서 음향파가 매질인 잉크에서 전파(傳播)되는 특성을 중요시해야 할 필요가 있다. 이로 인해 작동유체인 잉크가 압축성을 가지고 있다고 볼 수 있다. However, the
또한, 발생된 음향파의 파장(λ)은 잉크에서의 음속(C)과 압전소자의 구동주파수(f)의 곱으로 구할 수 있는데, 구해진 음향파의 파장(λ)이 잉크젯 프린트헤드의 전체 길이보다 작을 경우에 압축성 및 음향파의 전파현상을 고려해야 한다. 즉, 잉크젯 프린트헤드 내부의 잉크 유동을 음향파의 전달 관점에서 접근하는 것이 타당하다고 볼 수 있다. In addition, the wavelength λ of the generated acoustic wave can be obtained by multiplying the sound speed C of the ink by the driving frequency of the piezoelectric element, and the wavelength λ of the obtained acoustic wave is the total length of the inkjet printhead. If smaller, the compressibility and propagation of acoustic waves should be considered. In other words, it may be reasonable to approach the ink flow inside the inkjet printhead from the perspective of acoustic wave transfer.
그러나, 종래기술에서는 잉크젯 프린트헤드 내부의 잉크 유동을 비압축성 유체의 운동으로 보아, 즉 유체역학적 거동에 관심을 두어 설계하였기 때문에 잉크젯 헤드의 성능을 향상시키는데 물리적인 한계가 있었다.However, in the prior art, since the ink flow inside the inkjet printhead is regarded as the movement of an incompressible fluid, that is, designed to pay attention to hydrodynamic behavior, there is a physical limitation in improving the performance of the inkjet head.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 잉크젯 프린트헤드 내부에서의 음향파 거동을 정확히 파악하고, 이를 설계에 반영할 필요가 있다.Therefore, in order to solve this problem, it is necessary to accurately grasp the acoustic wave behavior inside the inkjet printhead and reflect it in the design.
본 발명은 상기한 종래기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 잉크젯 프린트헤드와 같은 유체토출장치에서 발생되는 음향파의 거동을 정확히 해석하고, 이를 이용함으로써 유체토출성능이 향상된 유체토출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and accurately analyzes the behavior of acoustic waves generated in a fluid ejection apparatus such as an inkjet printhead, and uses the fluid ejection apparatus with improved fluid ejection performance. The purpose is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체토출장치는 작동유체를 저장하는 리저버와, 일단이 상기 리저버와 연통되어 상기 작동유체의 이동을 위한 유로를 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 일측에 설치되어 인가되는 전압신호에 의해 구동하는 압전소자와, 상기 챔버의 타단과 연통되어 상기 압전소자의 구동에 의해 상기 작동유체가 토출되는 노즐을 포함하며, 상기 챔버는 상기 리저버와 인접한 유로가 상기 리저버측으로 갈수록 점차로 좁아지게 형성되어 상기 압전소자의 구동에 의해 발생되는 음향파가 상기 리저버에서 상기 챔버로 증폭되어 반사되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 압전소자는 초기구동시 상기 챔버의 체적을 증가시키도록 작용하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the fluid discharge device according to the first embodiment of the present invention comprises a reservoir for storing the working fluid, a chamber in which one end is in communication with the reservoir to form a flow path for the movement of the working fluid, A piezoelectric element driven by a voltage signal installed and applied to one side of the chamber, and a nozzle communicating with the other end of the chamber to discharge the working fluid by driving the piezoelectric element, wherein the chamber includes the reservoir and the reservoir. Adjacent flow paths are formed to become narrower toward the reservoir side, so that acoustic waves generated by driving the piezoelectric element are amplified and reflected from the reservoir to the chamber. At this time, the piezoelectric element is preferably acting to increase the volume of the chamber during the initial drive.
본 발명의 제2 실시예에 따른 유체토출장치는 작동유체를 저장하는 리저버와, 일단이 상기 리저버와 연통되어 상기 작동유체의 이동을 위한 유로를 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 일측에 설치되어 인가되는 전압신호에 의해 구동하는 압전소 자와, 상기 챔버의 타단과 연통되어 상기 압전소자의 구동에 의해 상기 작동유체가 토출되는 노즐 및 상기 리저버와 인접한 상기 챔버의 유로 상에 상기 압전소자의 구동에 의해 발생되어 상기 리저버에서 반사되는 음향파를 상쇄간섭시키기 위한 음향파 상쇄간섭부재를 포함한다. 이때, 상기 압전소자는 초기구동시 상기 챔버의 체적을 감소시키도록 작용하는 것이 바람직하다.A fluid discharge device according to a second embodiment of the present invention includes a reservoir for storing a working fluid, a chamber having one end communicating with the reservoir to form a flow path for movement of the working fluid, and installed at one side of the chamber. A piezoelectric element driven by a voltage signal, which is in communication with the other end of the chamber, is driven to drive the piezoelectric element on a nozzle in which the working fluid is discharged by driving the piezoelectric element and a flow path of the chamber adjacent to the reservoir. And an acoustic wave canceling interference member for canceling and interfering acoustic waves generated by and reflected from the reservoir. At this time, the piezoelectric element is preferably acting to reduce the volume of the chamber during the initial drive.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체토출장치에 있어서, 상기 음향파 상쇄간섭부재는 상기 챔버의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제1 블록과, 상기 제1 블록들과 서로 엇갈린 상태로 상기 챔버의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제2 블록으로 구성되되, 상기 제1 블록과 제2 블록 사이의 거리는 상기 음향파 파장의 1/4인 것이 바람직하다.In addition, in the fluid discharge device according to the second embodiment of the present invention, the acoustic wave canceling interference member is a plurality of first blocks arranged in a predetermined interval perpendicular to the longitudinal direction of the chamber, and the first blocks And a plurality of second blocks arranged at a predetermined interval perpendicular to the longitudinal direction of the chamber in a staggered state with each other, wherein a distance between the first block and the second block is 1/4 of the acoustic wave wavelength. Do.
다른 한편으로 상기 음향파 상쇄간섭부재는 상기 챔버의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제3 블록과, 상기 음향파가 반사되는 상기 각 제3 블록의 반사면 중앙부에서 상기 챔버의 길이방향으로 연장형성되는 제4 블록으로 구성되되, 상기 제4 블록의 길이는 상기 음향파 파장의 1/4인 것이 바람직하다.On the other hand, the acoustic wave canceling interference member may include a plurality of third blocks arranged at regular intervals perpendicular to the longitudinal direction of the chamber, and at the center of the reflecting surface of each of the third blocks on which the acoustic waves are reflected. It is composed of a fourth block extending in the longitudinal direction, the length of the fourth block is preferably 1/4 of the wavelength of the acoustic wave.
본 발명의 제1 실시에에 따른 유체토출장치는 압전소자의 팽창모드 구동방식에 있어서 챔버의 형상을 리저버측으로 갈수록 그 유로가 점차로 좁아지게 형성하여 압전소자의 구동에 의해 발생된 음향파가 리저버측에서 챔버로 반사될 때, 반사 되는 음향파를 증폭시킴으로써 노즐에서 작동유체의 토출량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.In the fluid ejection apparatus according to the first embodiment of the present invention, in the expansion mode driving method of the piezoelectric element, the flow path is gradually narrowed toward the reservoir side so that acoustic waves generated by the piezoelectric element are driven to the reservoir side. When reflected from the chamber to, there is an advantage that can increase the discharge amount of the working fluid from the nozzle by amplifying the reflected acoustic wave.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체토출장치는 압전소자의 압축모드 구동방식에 있어서 리저버와 인접한 챔버의 유로 상에 음향파 상쇄간섭부재를 구비함으로써 리저버에서 챔버로 반사되는 음향파의 세기를 최소화시켜 노즐에서의 잉크 토출 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, the fluid ejection apparatus according to the second embodiment of the present invention includes the acoustic wave canceling interference member on the channel of the chamber adjacent to the reservoir in the compression mode driving method of the piezoelectric element, and thus the intensity of the acoustic wave reflected from the reservoir to the chamber. There is an advantage that can be minimized to improve the ink ejection performance in the nozzle.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성, 작용 및 효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention and the configuration, operation and effect of the present invention to achieve the same will be more clearly understood by the following detailed description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
상세한 설명에 앞서, 본 발명에 따른 유체토출장치는 잉크젯 프린터의 프린터헤드에 사용되기 적합하기 때문에, 이하의 설명에서는 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 것을 전제로 하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 잉크젯 프린트헤드 이외의 유체토출장치에 적용가능함을 밝힌다.Prior to the detailed description, since the fluid ejection apparatus according to the present invention is suitable for use in the printhead of an inkjet printer, the following description will be given on the assumption that it is applied to the inkjet printhead. However, the present invention is not limited to being applied to an inkjet printhead, but it is found that it can be applied to a fluid discharge device other than the inkjet printhead.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토 출장치의 구성 및 음향파의 전파 메카니즘을 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 챔버에 있어서 AB구간의 형상을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 압전소자의 구동파형을 나타내는 도면이다.3A is a view showing the configuration of a fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead according to the first embodiment of the present invention and the propagation mechanism of the acoustic waves, and FIG. 3B is a view showing the shape of the AB section in the chamber of FIG. 3A. 4 is a diagram showing a driving waveform of the piezoelectric element in the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치는 도 3a에 도시된 바와 같이 크게 리저버(20), 챔버(30), 압전소자(40) 및 노즐(50)을 포함하여 구성된다. 잉크, 즉 작동유체의 유로를 이루는 리저버(20), 챔버(30) 및 노즐(50)은 유로형성부재(10)에 의해 형성된다. 이러한 유로형성부재(10)는 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료로 이루어진 다수의 박판을 각각 절삭 가공하여 유로를 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층하는 방식으로 제조된다.The fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead according to the first embodiment of the present invention includes a
리저버(20)는 작동유체인 잉크를 저장하는 곳으로, 복수개가 구비되는 잉크젯 프린트헤드 각각의 챔버(30)에 잉크를 공급하게 된다. 그리고, 챔버(30)는 그 일단이 리저버(20)와 연통되어 잉크의 직선유로를 형성하고, 타단에는 잉크의 토출을 위한 노즐(50)이 형성된다.The
압전소자(40)는 챔버(30)의 일측에 위치하도록 유로형성부재(10)에 설치된다. 그리고, 압전소자(40)의 진동판 역할을 하는 멤브레인(membrane)(45)이 유로형성부재(10)에 구비된다. 압전소자(40)는 압전박판과, 상기 압전박판에 전압을 인가하기 위한 전극이 적층된 형태를 갖는다. 또한, 각 유체토출장치의 압전소자(40)는 제어부(미도시)와 연결된 전압신호 인가부(미도시)가 그 외부에 위치하고 있다. 즉, 전압신호 인가부(미도시)는 압전소자(40)가 구동할 수 있도록 전압신호를 인가하게 된다.The
한편, 전압신호 인가부(미도시)에서 압전소자(40)에 가해지는 전압신호의 종류에 따라 압전소자(40)의 초기구동이 달라진다. 이하, 압전소자(40)의 초기구동방식에 따라 팽창모드 구동방식과 압축모드 구동방식으로 구분하여 설명하기로 한다. 팽창모드 구동방식은 압전소자(40)에 전압신호가 인가되면 압전소자(40)가 축소되어 챔버(30)의 체적이 팽창하게 된다. 그리고, 압축모드 구동방식은 상기 팽창모드 구동방식에서의 전압신호와 크기가 같고 극성이 반대인 전압신호가 인가되는 것으로, 이러한 접압신호가 인가되면 압전소자(40)가 확대되어 챔버(30)의 체적이 압축되게 된다.On the other hand, the initial driving of the
본 발명의 제1 실시예에 따른 유체토출장치는 압전소자(40)의 초기구동이 팽창모드 방식인 경우에 관한 실시예이다. 그리고, 본 발명의 제1 실시예는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 챔버(30)의 AB구간, 즉 리저버(20)와 인접한 유로가 리저버(20)측으로 갈수로 점차로 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 한다.The fluid ejection apparatus according to the first embodiment of the present invention is an embodiment in which the initial driving of the
이하, 도 3a 내지 도 4를 참고하여 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체토출장치의 작동을 살펴보기로 한다. Hereinafter, the operation of the fluid discharge device according to the first embodiment of the present invention having the configuration as described above with reference to FIGS. 3A to 4 will be described.
한편, 도 3a에서 유체토출장치의 하단에 그려진 도면은 압전소자(40)에 의해 발생된 음향파의 전파 메카니즘을 설명하기 위한 도면으로, 압전소자(40)의 구동 시간에 따른 음향파의 거동을 나타내고 있다. 도 4는 압전소자(40)의 구동 파형을 나타내고 있다.On the other hand, the drawing drawn on the lower end of the fluid discharge device in Figure 3a is a view for explaining the propagation mechanism of the acoustic wave generated by the
압전소자(40)는 전압신호가 인가되면 압전소자(40)가 축소되면서 멤브레 인(45)이 하방향으로 내려와 챔버(30)의 체적이 팽창하게 되고, 음향파가 발생된다(t1). 이때, 도 3a 및 도 4에 도시된 바와 같이 음(-)의 음향파가 발생된다(챔버의 체적이 팽창되는 경우에 발생되는 음향파를 임의로 음(-)으로 함). 그리고, 발생된 음향파는 챔버(30)의 노즐(50)측 방향과 리저버(20)측 방향으로 나뉘어 진행하게 된다(t2). 이때, 음향파저항(acoustic impedance)의 변화가 일어나는 곳에서 음향파의 반사가 발생하게 된다(t3). 리저버(20)측으로 진행하는 음향파는 챔버 입구(A)에서 유로의 단면적이 갑자기 커짐에 따라 음향파저항이 변화하게 되어 음향파가 반사되는 것이다. 이때, 챔버 입구(A)는 음향학적으로 고정단으로 작용하기 때문에 음향파의 위상이 음(-)에서 양(+)으로 바뀌어 반사된다(t3). 이와 반대로 노즐(50)측으로 진행하는 음향파는 유로가 거의 막힌 상태가 되므로, 음향학적으로 자유단으로 작용하여 음향파의 위상이 바뀌지 않은 상태에서 반사가 이루어지게 된다(t3).In the
이후, 압전소자(40)에 인가된 전압신호가 초기화되어 0 V로 바뀌면 압전소자(40) 및 멤브레인(45)은 원상태로 복원된다(t4). 이때, 챔버(30)의 체적은 상대적으로 압축되기 때문에 양(+)의 음향파가 발생된다. 이 경우, 챔버(30)의 유로길이 및 압전소자(40)에 인가되는 전압의 세기 등을 적절히 조절하면 새로 발생된 양(+)의 음향파가 상기 챔버 입구(A)에서 위상이 바뀌어 반사된 양(+)의 음향파와 보강간섭을 일으키게 된다(t4). 따라서, 보강간섭된 양(+)의 음향파에 의하여 노 즐(50)에서의 잉크의 토출량을 증가시킬 수 있게 되는 것이다(t5).Thereafter, when the voltage signal applied to the
본 발명의 제1 실시예에 따른 유체토출장치는 도 3b에 도시된 바와 같이 챔버(30)의 AB구간의 형상이 리저버(20)측으로 갈수록 그 유로가 점차로 좁아지게 형성되어 있다. 따라서, 리저버(20)에서 챔버(30) 측으로 반사되는 음향파가 증폭되게 된다. 결국, 앞서 설명한 보강간섭효과를 극대화시킬 수 있게 되고, 잉크의 토출량이 크게 증가되는 것이다. 이때, 챔버(30) 입구(A)는 작동유체인 잉크가 리필되는 통로이므로, 잉크의 리필과 상술된 음향파의 증폭작용을 고려하여 챔버(30) 입구(A)의 단면적 크기를 적절히 설계해야 한다. In the fluid discharge device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3B, an AB section of the
한편, 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치는 구동주파수가 커짐에 따라 발생되는 음향파 간에 간섭현상이 발생하게 되고, 이것은 노즐(50)의 메니스커스(meniscus)가 효율적으로 후퇴하는 것에 악영향을 주어 노즐(50)의 잉크 토출 성능을 저하시키게 된다. 그러나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 음향파를 보강간섭시킴으로써 이러한 문제점을 극복하고, 잉크 액적이 원활하게 분리되도록 함으로써 잉크 토출 성능을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, the fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead generates interference between acoustic waves generated as the driving frequency increases, which adversely affects the efficient meniscus retraction of the
[제2 실시예]Second Embodiment
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치의 구성 및 음향파의 전파 메카니즘을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 압전소자의 구동파형을 나타내는 도면이며, 도 7a는 도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 일례를 나타내는 도면이고, 도 7b는 도 7a에서 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 8a는 도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 8b는 도 8a에서 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a fluid discharge device applied to an inkjet printhead and a propagation mechanism of acoustic waves according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7A is a diagram illustrating an example of the acoustic wave canceling interference member of FIG. 5, and FIG. 7B is a diagram for explaining the principle of canceling interference of acoustic waves in FIG. 7A, and FIG. 8A is the sound of FIG. 5. FIG. 8B is a view illustrating another example of the wave canceling interference member, and FIG. 8B is a view for explaining the principle of canceling interference of acoustic waves in FIG. 8A.
본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치는 도 5에 도시된 바와 같이 크게 리저버(20), 챔버(30), 압전소자(40), 노즐(50) 및 음향파 상쇄간섭부재(60, 70)를 포함하여 구성된다. 유로형성부재(10)에 의하여 리저버(20), 챔버(30) 및 노즐(50)이 형성되고, 압전소자(40) 및 멤브레인(45)이 챔버(30)의 일측에 구비되는 것은 제1 실시예와 동일하다. As shown in FIG. 5, the fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead according to the second embodiment of the present invention has a
본 발명의 제2 실시예에 따른 유체토출장치의 압전소자(40)는 초기구동시 챔버(30)의 체적을 감소시키도록 작용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시예의 압전소자(40)는 제1 실시예의 팽창모드 구동방식과 전압신호와 크기가 같고 극성이 반대인 전압신호가 인가되어 압전소자(40)가 확대되어 챔버(30)의 체적이 압축되도록 하는 압축모드 구동방식을 갖는다.The
본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치는 도 5에 도시된 바와 같이 리저버(20)와 인접한 챔버(30)의 유로상 즉, 챔버(30)의 AB구간에 음향파 상쇄간섭부재(60, 70)를 구비하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 5, the fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead according to the second embodiment of the present invention has a sound on the flow path of the
도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 일례를 나타내는 도 7a 및 도 7b를 참고하면, 음향파 상쇄간섭부재(60)는 챔버(30)의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제1 블록(62)과, 상기 제1 블록(62)들과 서로 엇갈린 상태로 챔 버(30)의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제2 블록(64)으로 구성된다. 이때, 제1 블록(62)과 제2 블록(64) 사이의 거리는 음향파 파장의 1/4인 것을 특징으로 한다.Referring to FIGS. 7A and 7B illustrating an example of the acoustic wave canceling interference member of FIG. 5, the acoustic wave canceling
한편, 도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 다른 예를 나타내는 도 8a 및 도 8b를 참고하면, 음향파 상쇄간섭부재(70)는 챔버(30)의 길이방향과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되는 복수개의 제3 블록(72)과, 음향파가 반사되는 각 제3 블록의 반사면(72a) 중앙부에서 챔버(30)의 길이방향으로 연장형성되는 제4 블록(74)으로 구성된다. 이때, 제3 블록(72)과 제4 블록(74) 사이의 거리에 해당하는 제4 블록(74)의 길이는 음향파 파장의 1/4인 것을 특징으로 한다.Meanwhile, referring to FIGS. 8A and 8B, which illustrate another example of the acoustic wave canceling interference member of FIG. 5, the acoustic wave canceling
도 5 내지 도 8을 참고하여 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치의 작용을 살펴보기로 한다.5 to 8 will be described the operation of the fluid discharge device applied to the inkjet printhead according to the second embodiment of the present invention having the configuration as described above.
한편, 도 5에서 잉크젯 프린트헤드의 하단에 그려진 도면은 압전소자(40)에 의해 발생된 음향파의 전파 메카니즘을 설명하기 위한 도면으로, 압전소자(40)의 구동 시간에 따른 음향파의 거동을 나타내고 있다. 도 6은 압전소자(40)의 구동 파형을 나타내고 있다.5 is a view for explaining the propagation mechanism of the acoustic wave generated by the
압전소자(40)는 전압신호가 인가되면 압전소자(40)가 확대되면서 멤브레인(45)이 상방향으로 올라가 챔버(30)의 체적이 압축되고, 음향파가 발생된다(t1). 이때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 팽창모드 구동방식과는 반대로 양(+)의 음 향파가 발생된다. 그리고, 발생된 음향파는 챔버(30)의 노즐(50)측 방향과 리저버(20)측 방향으로 나뉘어 진행하게 된다(t2).When the
이때, 음향파저항(acoustic impedance)의 변화가 일어나는 곳에서 음향파의 반사가 발생하게 된다(t3). 리저버(20)측으로 진행하는 음향파는 챔버(30) 입구(A)에서 유로의 단면적이 갑자기 커짐에 따라 음향파저항이 변화하게 되어 음향파가 반사되는 것이다. 이때, 챔버 입구(A)는 음향학적으로 고정단으로 작용하기 때문에 음향파의 위상이 양(+)에서 음(-)으로 바뀌어 반사된다(t3). 이와 반대로 노즐(50)측으로 진행하는 음향파는 유로가 거의 막힌 상태가 되므로, 음향학적으로 자유단으로 작용하여 음향파의 위상이 바뀌지 않은 상태에서 반사가 이루어지게 된다(t3). At this time, the reflection of the acoustic wave is generated where the change of the acoustic impedance occurs (t3). As the acoustic wave proceeds to the
이때, 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예의 팽창모드 구동방식과는 달리 리저버(20)측으로 전파되는 음향파는 챔버(30)의 AB구간에 설치되는 음향파 상쇄간섭부재(60, 70)와 충돌하면서 상쇄감쇄되고, 리저버(20)에서 챔버(30)로 반사되는 음향파를 최소화시키는 것이다(t4, t5).At this time, in the second embodiment of the present invention, unlike the expansion mode driving method of the first embodiment, the acoustic wave propagated to the
본 발명의 제2 실시예에서 음향파 상쇄간섭부재(60, 70)를 설치하는 이유를 설명하기로 한다. 압전소자(40)가 인가된 전압신호에 의해 구동한 뒤 전압 신호가 초기화되더라도 압전소자(40)의 잔류진동이 잉크의 관성력과 결합하여 계속적으로 챔버(30) 내에 음향파가 발생되어 전파된다. 이는 노즐(50)의 메니스커스의 진동으로 이어지게 되고, 계속된 메니스커스의 진동은 그 다음 전압신호가 인가될 때까 지 이어져 잉크 액적의 불안정한 토출을 야기하게 된다. 따라서, 압전소자(40)에서 발생되는 음향파를 상쇄간섭시켜 잉크 토출 성능을 향상시킬 필요가 있는 것이다.The reason for installing the acoustic wave canceling
한편, 본 발명의 제2 실시예에 있어서 음향파 상쇄간섭부재(60)의 일례가 도 7a 및 7b에 도시되어 있다. 도 7b를 참고하여 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기로 한다. 압전소자(40)에 의해 발생되어 리저버(20)측(화살표 방향)으로 향하는 음향파는 먼저 복수개의 제2 블록(64) 각각의 제2 반사면(64a)에서 반사된다. 그리고, 제2 블록(64) 사이를 통과한 음향파는 제2 블록(64)들과 엇갈린 상태로 배치된 제1 블록(62)의 제1 반사면(62a)에서 다시 반사하게 된다. 이때, 제1 블록(62)의 제1 반사면(62a)과 제2 블록(64)의 제2 반사면(64a) 사이의 거리는 음향파 파장(λ)의 1/4이므로, 제2 블록(64)에서의 반사파(α)와 제1 블록(62)에서의 반사파(β)는 서로 반대 위상을 갖게 되어 상쇄간섭이 일어나는 것이다.On the other hand, an example of the acoustic wave canceling
또한, 본 발명의 제2 실시예에 있어서 음향파 상쇄간섭부재(70)의 다른 예가 도 8a 및 8b에 도시되어 있다. 도 8b를 참고하여 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기로 한다. 압전소자(40)에 의해 발생되어 리저버(20)측(화살표 방향)으로 향하는 음향파는 먼저 복수개의 제4 블록(74) 각각의 제4 반사면(74a)에서 반사된다. 그리고, 제4 블록(74) 사이를 통과한 음향파는 제3 블록(72)의 제3 반사면(72a)에서 다시 반사하게 된다. 이때, 제3 블록(72)의 제3 반사면(72a)과 제4 블록(74)의 제4 반사면(74a) 사이의 거리는 음향파 파장(λ)의 1/4이므로, 제4 블록(74)에서의 반사파(θ)와 제3 블록(72)에서의 반사파(γ)는 서로 반대 위상을 갖게 되어 상쇄 간섭이 일어나는 것이다.Further, another example of the acoustic wave canceling
본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치는 상술한 바와 같이 압전소자(40)에서 발생되는 음향파를 상쇄간섭시킴으로써 메니스커스의 진동감쇄를 구현하게 되고, 결국 잉크 토출 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치의 안정적 고주파 구동을 가능하게 한다.The fluid ejection apparatus applied to the inkjet printhead according to the second embodiment of the present invention realizes the vibration reduction of the meniscus by canceling the interference of the acoustic waves generated by the
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The preferred embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 종래기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing a general configuration of an inkjet printhead according to the prior art,
도 2은 종래기술에 따른 잉크젯 프린트헤드의 설계방식을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a design method of an inkjet printhead according to the prior art;
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치의 구성 및 음향파의 전파 메카니즘을 나타내는 도면,3A is a view showing the configuration of a fluid discharge device applied to an inkjet printhead and a propagation mechanism of acoustic waves according to the first embodiment of the present invention;
도 3b는 도 3a의 챔버에 있어서 AB구간의 형상을 나타내는 도면,3B is a view showing the shape of the AB section in the chamber of FIG. 3A;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 압전소자의 구동파형을 나타내는 도면,4 is a diagram showing a driving waveform of a piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention;
도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 적용되는 유체토출장치의 구성 및 음향파의 전파 메카니즘을 나타내는 도면,5 is a view showing a configuration of a fluid ejection apparatus applied to an inkjet printhead according to a second embodiment of the present invention and a propagation mechanism of acoustic waves;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 압전소자의 구동파형을 나타내는 도면,6 is a view showing a driving waveform of a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention;
도 7a는 도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 일례를 나타내는 도면,7A is a diagram illustrating an example of the acoustic wave canceling interference member of FIG. 5;
도 7b는 도 7a에서 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기 위한 도면,FIG. 7B is a view for explaining the principle of canceling interference of acoustic waves in FIG. 7A; FIG.
도 8a는 도 5의 음향파 상쇄간섭부재의 다른 예를 나타내는 도면,8A is a view showing another example of the acoustic wave canceling interference member of FIG. 5;
도 8b는 도 8a에서 음향파의 상쇄간섭원리를 설명하기 위한 도면FIG. 8B is a view for explaining the principle of canceling interference of acoustic waves in FIG. 8A
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 유로형성부재 20 : 리저버(reservoir)10: flow path forming member 20: reservoir (reservoir)
30 : 챔버(chamber) 40 : 압전소자30
45 : 멤브레인(membrane) 50 : 노즐(nozzle)45: membrane 50: nozzle
60, 70 : 음향파 상쇄간섭부재 62 : 제1 블록60, 70: acoustic wave canceling interference member 62: first block
62a : 제1 반사면 64 : 제2 블록62a: first reflective surface 64: second block
64a : 제2 반사면 72 : 제3 블록64a: second reflective surface 72: third block
72a : 제3 반사면 74 : 제4 블록72a: third reflective surface 74: fourth block
74a : 제4 반사면74a: fourth reflective surface
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080007811A KR20090081759A (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Fluid ejecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080007811A KR20090081759A (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Fluid ejecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090081759A true KR20090081759A (en) | 2009-07-29 |
Family
ID=41292992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080007811A KR20090081759A (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Fluid ejecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20090081759A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018071039A1 (en) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device |
-
2008
- 2008-01-25 KR KR1020080007811A patent/KR20090081759A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018071039A1 (en) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device |
US10632747B2 (en) | 2016-10-14 | 2020-04-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6799821B1 (en) | Method of driving ink jet recording head | |
US10166768B2 (en) | Ink jet head drive device | |
US10239313B2 (en) | Inkjet head drive apparatus | |
EP2296894B1 (en) | Method and apparatus to provide variable drop size ejection by dampening pressure inside a pumping chamber | |
WO2000021754A1 (en) | Ink-jet printer head and ink-jet printer | |
US6196664B1 (en) | Ink droplet eject apparatus and method | |
JP3099653B2 (en) | Fluid ejection device and method | |
EP1800866A1 (en) | Droplet generator and ink-jet recording device using thereof | |
US10328693B2 (en) | Fluid jetting device, printing apparatus, and method therefor | |
KR20090081759A (en) | Fluid ejecting device | |
JP3173561B2 (en) | Laminated ink jet recording head and driving method thereof | |
JP4576910B2 (en) | Inkjet printhead driving method | |
JP3988351B2 (en) | Inkjet recording head and image recording apparatus | |
US7669949B2 (en) | Liquid droplet ejecting apparatus | |
JP4570316B2 (en) | Ink droplet ejection device | |
JP2008126583A (en) | Inkjet head | |
JP3687481B2 (en) | Inkjet recording head | |
JP2005246663A (en) | Liquid ejection head and driving method therefor | |
JP6535777B2 (en) | Ink jet head drive device | |
JPH1024568A (en) | Ink jet head | |
JP2007137054A (en) | Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection apparatus and liquid droplet ejection method | |
JP2007105924A (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
JP3785058B2 (en) | Ink jet apparatus and ink jet head driving method | |
JP2007210340A (en) | Inkjet head | |
JP2023144261A (en) | Driving method for print head |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |