KR20170128924A - 액적 토출 장치 - Google Patents

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KR20170128924A KR1020160059621A KR20160059621A KR20170128924A KR 20170128924 A KR20170128924 A KR 20170128924A KR 1020160059621 A KR1020160059621 A KR 1020160059621A KR 20160059621 A KR20160059621 A KR 20160059621A KR 20170128924 A KR20170128924 A KR 20170128924A
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장석원
윤국진
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세메스 주식회사
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Abstract

개시된 액적 토출 장치는 액적을 토출하기 위한 노즐이 구비되는 잉크젯 헤드 및 상기 잉크젯 헤드로 공급하기 위한 상기 액적을 저장하는 레저버를 포함하는 액적 토출 장치에 있어서, 상기 레저버로 상기 액적을 공급할 때 상기 레저버의 설정된 내부 압력이 변화하는 것을 방지하도록 자유 낙하에 의해 상기 레저버로 상기 액적이 공급되게 상기 레저버의 상단에 배치되는 버퍼 레저버를 포함할 수 있다.

Description

액적 토출 장치{Apparatus for Droplet Formation}
본 발명은 액적 토출 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 기판으로 액적을 토출하기 위한 노즐이 구비되는 잉크젯 헤드 및 잉크젯 헤드로 공급하기 위한 액적을 저장하는 레저버를 포함하는 액적 토출 장치에 관한 것이다.
최근, 종이 등의 프린트 매체에 잉크를 사용하여 인쇄를 행할 경우, 액정 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판(투명 기판) 상에 배향막의 형성이나 UV 잉크를 도포할 경우, 또는 유기 EL 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 컬러 필터를 도포할 경우 등에 대해서는 잉크젯 헤드를 구비하는 인쇄 장치, 즉 액적 토출 장치를 사용하고 있다.
상기 액적 토출 장치에서 상기 잉크젯 헤드에는 잉크, 즉 액적을 토출하기 위한 노즐이 구비될 수 있다. 그리고 상기 액적 토출 장치는 상기 잉크젯 헤드로 공급하기 위한 액적을 저장하는 레저버(reservoir) 및 상기 레저버로 상기 액적을 공급하는 캐니스터(canister)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 레저버는 상기 잉크젯 헤드 상부 근처에 배치될 수 있고, 상기 캐니스터는 상기 액적을 저장하는 저장 탱크로 이해할 수 있기 때문에 상기 레저버와는 다소 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이에, 상기 캐니스터에 저장된 상기 액적은 가압에 의해 상기 레저버로 공급될 수 있다.
상기 가압을 이용하여 상기 레저버로 상기 액적을 공급할 경우 상기 레저버의 내부 압력이 변화될 수 있다. 즉, 상기 레저버의 음압이 파과될 수 있는 것이다. 이와 같이, 상기 레저버의 음압이 파괴될 경우에는 상기 잉크젯 헤드의 노즐 단부에 잔류하는 액적에 대한 메니스커스(meniscus)가 유지되지 못하고 상기 액적이 노즐면으로 흘러내리고, 유막을 형성하는 상황이 발생할 수 있다.
여기서, 상기 잉크젯 헤드의 노즐면에 액적이 흘러내리고, 유막이 형성될 경우 상기 액적의 토출시 토출 타점에 이상이 발생할 수 있고, 심할 경우 액적이 토출되지 않는 상황까지도 발생할 수 있다. 따라서 종래에는 상기 노즐면에 흘러내리고 유막을 형성하는 상기 액적을 닦아내는 세정 공정을 수행하고 있다.
이와 같이, 종래에는 상기 세정 공정을 수행함에 따라 공정 진행 시간이 연장됨으로써 생산성을 저하시키는 문제점이 있을 수 있고, 상기 세정 공정의 수행시 소모품 등을 사용함에 따라 유지비가 상승하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명은 목적은 레저버로 액적을 공급할 때 레저버의 내부 압력을 설정된 상태로 유지할 수 있는 액적 토출 장치를 제공하는데 있다.
언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치는 액적을 토출하기 위한 노즐이 구비되는 잉크젯 헤드 및 상기 잉크젯 헤드로 공급하기 위한 상기 액적을 저장하는 레저버(reservoir)를 포함하는 액적 토출 장치에 있어서, 상기 레저버로 상기 액적을 공급할 때 상기 레저버의 설정된 내부 압력이 변화하는 것을 방지하도록 자유 낙하에 의해 상기 레저버로 상기 액적이 공급되게 상기 레저버의 상단에 배치되는 버퍼 레저버를 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치에서, 가압에 의해 상기 버퍼 레저버로 상기 액적을 공급하는 캐니스터(canister)를 더 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치에서, 상기 버퍼 레저버로부터 상기 레저버로 상기 액적을 공급함에 의해 상기 레저버의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 상기 변화된 내부 압력을 상기 설정된 내부 압력으로 보상하는 압력 보상부를 더 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치에서, 상기 압력 보상부는 기계적 또는 전기적 입력 신호에 의해 상기 레저버의 내부 압력을 제어할 수 있는 서보 밸브(servo valve)를 구비하는 압력 콘트롤러(pressure controller)로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치에서, 상기 압력 보상부는 상기 레저버의 내부 압력을 보상할 때 상기 압력 콘트롤러를 조력함과 아울러 상기 서보 밸브가 요동치는 것을 방지하도록 구비되는 압력 조정기(regulator)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 액적 토출 장치에 따르면 버퍼 레저버를 구비함으로써 자유 낙하에 의해 액적을 레저버로 공급할 수 있고, 나아가 압력 보상부를 구비함으로써 버퍼 레저버로부터 레저버로 액적을 공급할 때 레저버의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 변화된 내부 압력을 설정된 내부 압력으로 보상할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 레저버의 내부 압력을 설정된 상태로 유지할 수 있기 때문에 잉크젯 헤드의 노즐 단부에 잔류하는 액적에 대한 메니스커스를 유지할 수 있고, 그 결과 액적이 노즐면으로 흘러내리거나 유막을 형성하는 상황을 사전에 방지할 수 있다. 이에, 본 발명의 액적 토출 장치를 사용할 경우 노즐면을 세정하기 위한 세정 공정을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 액적 토출 장치의 잉크젯 헤드에 구비되는 노즐 단부에서의 메니스커스를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예를 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저 본 발명의 액적 토출 장치는 액정 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 배향막의 형성이나 UV 잉크를 도포하거나, 또는 유기 EL 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 컬러 필터를 도포하는데 사용할 수 있다.
그리고 본 발명의 액적 토출 장치는 후술하는 잉크젯 헤드와 함께 도시하지는 않았지만 베이스, 기판 지지 부재, 갠트리, 갠트리 이동 유닛, 잉크젯 헤드 이동 유닛, 잉크 공급 유닛, 제어 유닛, 액적 토출량 측정 유닛, 노즐 검사 유닛, 잉크젯 헤드 세정 유닛 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 잉크젯 헤드를 구비하는 본 발명의 액적 토출 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 잉크젯 헤드(11), 레저버(13), 캐니스터(15), 버퍼 레저버(17), 압력 보상부(25) 등을 포함할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드(11)에는 액적을 토출할 수 있는 노즐이 구비될 수 있다. 특히, 상기 노즐은 상기 잉크젯 헤드의 저면(노즐면)(12)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 잉크젯 헤드(11)에는 노즐이 복수개가 구비될 수 있는데, 본 발명에서는 128개 또는 256개의 노즐이 구비될 수 있다. 이때, 상기 노즐은 일정 피치의 간격으로 일렬로 배치될 수 있고, ㎍ 단위의 양으로 액적을 토출할 수 있도록 구비될 수 있다. 상기 잉크젯 헤드(11)에서의 상기 노즐에는 상기 노즐에 대응하는 수만큼의 압전 소자(도시되지 않음)가 구비될 수 있고, 이에 상기 압전 소자의 동작에 의해 상기 노즐을 통하여 액적을 토출시킬 수 있다. 상기 노즐이 128개 구비될 경우에는 상기 압전 소자 또한 128개가 구비되고, 상기 노즐이 256개 구비될 경우에는 상기 압전 소자 또한 256개가 구비되는 것이다. 그리고 상기 노즐로부터 토출되는 액적량은 압전 소자들에 인가되는 전압의 제어에 의해 각기 독립적으로 조절될 수 있다.
도 2는 도 1의 액적 토출 장치의 잉크젯 헤드에 구비되는 노즐 단부에서의 메니스커스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 언급한 노즐 단부(27)에 잔류하는 상기 액적은 메니스커스 상태(29)를 유지해야 한다. 즉, 상기 액적을 토출하지 않는 대기 상태에서는 상기 노즐 단부(27)에서의 상기 액적이 메니스커스 상태(29)를 유지해야 하는 것이다.
만약 상기 노즐 단부(27)에서의 상기 액적이 메니스커스 상태(29)를 유지하지 못할 경우에는 상기 잉크젯 헤드의 노즐면으로 상기 액적이 흘러내리거나 또는 유막을 형성할 수 있고, 그 결과 상기 잉크젯 헤드의 노즐을 통하여 토출되는 액적에 대한 토출 타점의 이상이 발생하거나 액적이 토출되지 않는 상황이 발생할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 레저버(13)는 상기 잉크젯 헤드(11)로 공급하기 위한 상기 액적을 저장하는 것으로써, 상기 잉크젯 헤드(11)와 연결되도록 구비될 수 있다. 주로 상기 레저버(13)가 상기 잉크젯 헤드(11)의 상부에 배치되도록 구비될 수 있다. 이에, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 상기 레저버(13)로부터 상기 잉크젯 헤드(11)로 상기 액적이 공급되는 경로를 가질 수 있다.
상기 캐니스터(15)는 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급하기 위한 것으로써, 주로 상기 액적을 저장하는 저장 탱크 등과 같은 구조를 갖도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 캐니스터(15)가 언급한 바와 같이 저장 탱크 등과 같은 구조로 구비되기 때문에 별도 장소에 배치되도록 구비될 수 있다. 이에, 상기 캐니스터(15)는 상기 레저버(13)와는 다소 이격된 장소에 배치되도록 구비될 수 있다.
이와 같이, 상기 캐니스터(15)가 상기 레저버(13)와 다소 이격된 장소에 배치되기 때문에 가압을 이용하여 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급하도록 구비될 수 있다. 그러나 상기 가압을 이용하여 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급할 경우에는 상기 레저버(13)의 내부 압력을 변화시킬 수 있고, 그 결과 상기 잉크젯 헤드(11)의 노즐 단부에 잔류하는 상기 액적의 메니스커스 상태를 파괴할 수 있다. 즉, 상기 가압을 이용하여 상기 액적을 공급할 경우에는 상기 레저버(13)의 음압을 파괴하여 상기 잉크젯 헤드(11)의 노즐 단부에 잔류하는 상기 액적의 메니스커스 상태를 파괴할 수 있는 것이다.
이에, 본 발명에서의 액적 토출 장치(100)는 상기 캐니스터(15)와 상기 레저버(13) 사이에 언급한 버퍼 레저버(17)를 구비할 수 있고, 상기 버퍼 레저버(17)를 구비함에 의해 상기 가압을 이용하여 상기 캐니스터(15)로부터 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급하여도 상기 잉크젯 헤드(11)의 노즐 단부에 잔류하는 상기 액적의 메니스커스 상태를 유지할 수 있다.
상기 버퍼 레저버(17)는 언급한 바와 같이 상기 캐니스터(15)와 상기 레저버(13) 사이에 구비되는 것으로써, 상기 액적이 상기 캐니스터(15)로부터 상기 버퍼 레저버(17)를 경유하여 상기 레저버(13)로 공급되는 경로를 가질 수 있다. 특히, 상기 버퍼 레저버(17)는 수두차를 이용한 자유 낙하에 의해 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급하도록 구비될 수 있다. 이에, 상기 버퍼 레저버(17)는 상기 레저버(13)의 상단에 배치되도록 구비될 수 있는 것으로써, 상기 레저버(13)의 상단 바로 근처에 배치되도록 구비될 수 있다. 따라서 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 가압에 의해 상기 캐니스터(15)로부터 상기 버퍼 레저버(17)로 상기 액적을 공급하고, 자유 낙하에 의해 상기 버퍼 레저버(17)로부터 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 상기 버퍼 레저버(17)를 구비하여 자유 낙하에 의해 상기 레저버(11)로 상기 액적을 공급할 수 있기 때문에 상기 레저버(11)의 설정된 내부 압력이 변화하는 것을 사전에 방지할 수 있다. 이에, 본 발명의 액적 토출 장치(100)를 사용할 경우에는 상기 레저버(16)로 상기 액적을 공급함에 불구하고 상기 레저버(13)의 내부 압력을 설정된 상태로 유지할 수 있고, 그 결과 상기 잉크젯 헤드(11)의 노즐 단부에 잔류하는 상기 액적에 대한 메니스커스 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
그리고 본 발명에서는 상기 버퍼 레저버(17)를 구비함에도 불구하고 상기 액적의 공급시 상기 레저버(13)의 설정된 내부 압력이 다소 변화할 수도 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 버퍼 레버저(17)를 구비함에도 불구하고 상기 레저버(13)로 상기 액적을 공급할 때 상기 레저버(13)의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 상기 레저버(13)의 변화된 내부 압력을 상기 설정된 내부 압력이 되도록 보상할 수 있다.
상기 압력 보상부(25)는 언급한 바와 같이 상기 레저버(13)의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 상기 레저버(13)의 변화된 내부 압력을 상기 설정된 내부 압력이 되게 보상하도록 구비될 수 있다. 상기 압력 보상부(25)는 기계적 또는 전기적 입력 신호에 의해 상기 레저버(13)의 내부 압력을 제어할 수 있는 서보 밸브(servo valve)(19)를 구비하는 압력 콘트롤러(pressure controller)(21)로 이루어질 수 있다. 따라서 언급한 바와 같이 상기 레저버(13)의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 상기 압력 콘트롤러(21)가 이를 감지하여 상기 레저버(13)의 변화된 내부 압력이 상기 설정된 내부 압력으로 보상되도록 상기 서버 밸브(19)의 개폐를 진행시키는 구성을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 레저버(13)의 내부 압력을 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 상기 서보 밸브(19)의 홀 사이즈를 약 1.5Φ에서 약 0.4Φ로 상대적으로 더 작게 형성할 수도 있다.
그리고 상기 레저버(13)의 변화된 내부 압력을 설정된 내부 압력으로 보상할 때 상기 압력 보상부(25)의 서보 밸브(19)가 심하게 작동하여 요동치는 상황이 발생할 수 있다. 또한, 상기 서보 밸브(19)를 구비하는 압력 콘트롤러(21)만으로는 상기 레저버(13)의 변화된 내부 압력을 설정된 내부 압력으로 충분하게 보상하지 못하는 상황이 발생할 수도 있다.
이에, 본 발명의 액적 토출 장치(100)에서 상기 압력 보상부(25)는 상기 레저버(13)의 내부 압력을 보상할 때 상기 압력 콘트롤러(21)를 조력함과 아울러 상기 서보 밸브(19)가 요동치는 것을 방지하도록 압력 조정기(regulator)(23)를 더 구비할 수 있다. 상기 압력 조정기(23)는 상기 레저버(13)의 내부 압력의 음압 상태가 파괴될 경우 상기 레저버(13)의 내부 압력을 감압하는데 사용하도록 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서의 액적 토출 장치(100)는 상기 버퍼 레저버(17) 이외에도 상기 서보 밸브(19)를 구비하는 압력 콘트롤러(21) 및 압력 조정기(23)로 이루어지는 압력 보상부(23)를 더 포함함으로써 상기 레저버(13)로 액적을 공급할 때 상기 레저버(13)의 내부 압력을 설정된 상태로 유지할 수 있다.
본 발명에서는 레저버의 내부 압력을 설정된 상태로 유지할 수 있기 때문에 잉크젯 헤드의 노즐 단부에 잔류하는 액적에 대한 메니스커스를 유지할 수 있고, 그 결과 액적이 노즐면으로 흘러내리거나 유막을 형성하는 상황을 사전에 방지할 수 있다.
이에, 본 발명의 액적 토출 장치를 사용할 경우 노즐면을 세정하기 위한 세정 공정을 생략할 수 있기 때문에 생산성의 향상을 기대할 수 있고, 액적 토출 장치의 유지 보수에 소요되는 유지비의 절감까지도 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11 : 잉크젯 헤드 12 : 노즐면
13 : 레저버 15 : 캐니스터
17 : 버퍼 레저버 19 : 서보 밸브
21 : 압력 콘트롤러 23 : 압력 조정기
25 : 압력 보상부 27 : 노즐 단부
29 : 메니스커스 상태 100 : 액적 토출 장치

Claims (5)

  1. 액적을 토출하기 위한 노즐이 구비되는 잉크젯 헤드 및 상기 잉크젯 헤드로 공급하기 위한 상기 액적을 저장하는 레저버(reservoir)를 포함하는 액적 토출 장치에 있어서,
    상기 레저버로 상기 액적을 공급할 때 상기 레저버의 설정된 내부 압력이 변화하는 것을 방지하도록 자유 낙하에 의해 상기 레저버로 상기 액적이 공급되게 상기 레저버의 상단에 배치되는 버퍼 레저버를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    가압에 의해 상기 버퍼 레저버로 상기 액적을 공급하는 캐니스터(canister)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 버퍼 레저버로부터 상기 레저버로 상기 액적을 공급함에 의해 상기 레저버의 설정된 내부 압력이 변화할 경우 상기 변화된 내부 압력을 상기 설정된 내부 압력으로 보상하는 압력 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 압력 보상부는 기계적 또는 전기적 입력 신호에 의해 상기 레저버의 내부 압력을 제어할 수 있는 서보 밸브(servo valve)를 구비하는 압력 콘트롤러(pressure controller)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 압력 보상부는 상기 레저버의 내부 압력을 보상할 때 상기 압력 콘트롤러를 조력함과 아울러 상기 서보 밸브가 요동치는 것을 방지하도록 구비되는 압력 조정기(regulator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
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