KR20220038890A - 분산 안정성을 개선한 교반 장치를 포함하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위하여 잉크를 저장하는 저장탱크로서, 하우징 내부의 잉크 저장 공간에서 잉크를 혼합하는 교반 장치를 포함하며, 상기 교반 장치는, 잉크 저장 공간에 수평 방향으로 배치되는 회전축과 상기 회전축의 주변에 돌출된 하나 이상의 블레이드 및 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전 구동부를 포함하며, 잉크 저장 공간의 바닥면이 상기 블레이드의 단부가 이동하는 궤적에 대응되는 오목한 원호형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 수평방향의 회전축을 가지는 교반 장치와 교반 장치의 회전에 맞추어 형성된 오목한 바닥 구조를 통해서, 잉크에 포함된 입자의 분산성을 유지할 수 있으며, 특히 QNED의 제작에 사용되는 나노로드가 포함된 잉크의 분산성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 잉크에 포함된 나노로드가 분산된 상태를 기준으로 하여 교반 장치의 회전을 제어함으로써, 분산성의 유지에 필요한 정도로만 잉크를 교반함으로써 잉크의 과도한 유동을 방지할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

분산 안정성을 개선한 교반 장치를 포함하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크{INK STORAGE TANK OF INKJET PRINTER INCLUDING AGITATING DEVICE FOR IMPROVING DISPERSION STABILITY}
본 발명은 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위하여 저장하는 저장탱크에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산업분야에서 사용되는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크에 관한 것이다.
일반적으로 형상 신호에 따라 매체 표면에 액상의 잉크를 액적형태로 분사하는 잉크젯 방식은 문서나 광고지를 작성하는 프린팅으로서 뿐만이 아니라, 반도체 또는 디스플레이 분야의 용액 공정에 이용되고 있다.
기판에 복잡한 형상의 패턴을 형성하거나 특정 위치에만 잉크를 정확하게 토출할 수 있는 잉크젯 프린팅의 적용범위가 넓어지고 있다. 문서 작성을 위한 소형의 잉크젯 프린터는 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드에서 잉크를 저장하는 형태를 가지고 있지만, 대형의 문서 작성용 프린터나 산업용으로 제작된 잉크젯 프린터는 많은 양의 잉크를 사용하기 때문에 잉크를 저장하는 저장부와 잉크젯 헤드가 분리된 구조를 적용하고 있다.
잉크젯 프린팅 과정에서 정확한 양의 잉크를 토출하기 위해서는, 잉크젯 헤드에서 토출 준비상태인 잉크가 노즐 입구를 기준으로 모세관 현상에 의해서 내측으로 요입된 곡면 상태인 메니스커스(meniscus) 상태를 유지하여야 한다. 이를 위하여 잉크 저장탱크의 위치를 잉크젯 헤드보다 높게 위치하게 하고, 대신에 잉크 저장탱크의 내부에 음압을 발생시킴으로써, 잉크젯 헤드에서 잉크의 흘러내림을 방지하여 메니스커스 상태를 유지하도록 하는 것이 일반적이다.
한편, 최근에는 잉크젯 프린터의 적용분야가 다양해지면서 전극 패턴을 위하여 금속 입자가 분산된 잉크를 적용하는 경우와 같이 입자가 분산된 잉크를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 특히 OLED 디스플레이분야에서 양자점 물질 등이 분산된 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅의 방법으로 잉크에 포함된 양자점 물질 등의 입자를 소정의 패턴 또는 소정의 위치에만 도포하려는 시도가 이어지고 있다. 하지만, 잉크 저장부에 저장된 상태에서 금속 입자나 양자점 물질이 자체의 중량으로 인하여 가라앉는 등의 분산성이 낮아지는 문제로 인하여 잉크젯 프린팅의 적용이 활발히 진행되지 못하고 있는 실정이다.
잉크젯 헤드를 향하여 잉크를 일 방향으로 공급하지 않고, 잉크젯 헤드의 잉크를 다시 잉크 저장부로 되돌려서 순환시켜서 분산성을 유지하는 기술이 개발되었으나, 잉크 저장부에 저장된 잉크의 분산성을 유지하는 것은 여전히 중요한 문제이다. 그에 따라서 잉크 저장부에 잉크가 저장되어 있는 동안에도 잉크에 포함된 물질의 분산성을 유지시키기 위한 기술이 필요한 상황이다.
디스플레이 장치 분야에서, OLED를 거쳐서 양자점(QD) 물질을 이용한 디스플레이 장치가 상용화되었고, 대면적의 디스플레이 장치를 제작하기 위하여 양자점 물질이 분산된 잉크를 사용한 잉크젯 프린팅 기술이 개발되고 있다. 잉크젯 프린팅 과정에서 잉크에 포함된 양자점 물질의 분산성이 유지되어야 하며, 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크에 저장되어 있는 동안에도 양자점 물질의 분산성이 유지되도록 잉크 저장탱크에 교반 장치를 설치하는 경우도 있었다. 하지만, 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크는 그 내부가 음압 상태로 유지되어야 하기 때문에, 일반적으로 사용되는 막대 형태의 교반장치(일본 공개특허공보 특개2012-016823호)는 그 자체만으로 잉크 저장탱크 내부를 음압 상태로 유지하면서 잉크를 충분히 교반하지 못한다.
최근에는 양자점(QD) 물질과 OLED를 사용한 디스플레이장치에서 더욱 발전하여, QNED(또는 QD-무기LED) 디스플레이에 대한 관심이 높아지고 있다. QNED는 앞서 살펴본 것과 같이 양자점물질을 색상의 변환을 위하여 사용하는 점에서 동일하지만, 양자점물질로 입사되는 빛을 발광하는 발광소자로서 OLED가 아닌 무기LED를 사용하며, 특히 나노로드 형태의 무기LED를 적용하는 점을 주요 특징으로 한다. 이러한 QNED는 나노로드 형태의 무기LED를 적용함으로써 기존의 OLED에서만 얻을 수 있었던 고유한 특성을 재현할 수 있으면서, OLED의 단점인 번인 현상이 발생하지 않는 장점을 가진다.
QNED에서 사용되는 나노로드는 나노입자와 같이 나노사이즈의 물질이지만, 지름과 높이의 비율인 종횡비가 큰 외형으로 인하여 나노로드로 명칭 되며, QNED의 제작에 사용되는 나노로드는 높이가 수백 나노미터에서 마이크로미터 범위에 이를 정도의 크기로 제작되기 때문에, 최근에 잉크젯 프린팅이 적용되고 있는 잉크에 분산된 양자점 물질 등에 비하여 그 크기가 크고 분산성을 유지하기 더욱 어려운 물질이다.
종래의 수직한 방향의 회전축을 중심으로 회전하는 바 형태의 교반장치가 양자점 물질이 분산된 잉크에 대해서도 충분한 효과를 얻지 못하는 상황에서 양자점 물질보다 크기가 큰 나노로드를 포함하는 잉크를 사용하는 경우에 분산성을 유지하는 것은 더욱 어렵다.
따라서 디스플레이 장치 제조분야에서 잉크젯 프린팅을 적용하기 위해서는, 나노로드와 같이 잉크 내에서의 분산성이 매우 낮은 물질의 분산성을 유지시키기 위한 기술이 필요한 상황이다.
대한민국 등록특허 10-1989375 일본 공개특허공보 특개2012-016823호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 나노로드가 분산된 잉크에 대해서도 분산성을 유지할 수 있는 잉크젯 프린터용 잉크 저장탱크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크는, 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위하여 잉크를 저장하는 저장탱크로서, 하우징 내부의 잉크 저장 공간에서 잉크를 혼합하는 교반 장치를 포함하며, 상기 교반 장치는, 잉크 저장 공간에 수평 방향으로 배치되는 회전축과 상기 회전축의 주변에 돌출된 하나 이상의 블레이드 및 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전 구동부를 포함하며, 잉크 저장 공간의 바닥면이 상기 블레이드의 단부가 이동하는 궤적에 대응되는 오목한 원호형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 잉크 저장탱크는 특히 QNED 제조에 필요한 나노로드가 분산된 잉크에 대하여 나노로드의 분산성을 유지할 수 있는 뛰어난 효과가 있다. QNED는 색상변환을 위해 양자점물질을 사용하는 것에서는 현재의 QD-OLED와 동일하지만, 빛을 발광하는 발광소자로서 나노로드 형태의 무기LED를 사용하는 점에서 특징이 있다. QNED는 나노로드를 하나의 픽셀에 소정의 수량만큼 정확하게 위치시키는 것이 중요하며, 이때 나노로드를 위치시키는 공정에 잉크젯 프린팅을 적용할 경우에 생산효율을 크게 높일 수 있다. 다만, 높이가 수백 나노미터에서 마이크로미터 범위이고 종횡비가 큰 나노로드가 잉크에 고르게 분산된 상태를 유지하여야 정확한 잉크젯 프린팅이 가능하기 때문에, 나노로드의 분산성을 유지하는 기술이 필요하다.
본 발명은 종래와 같이 회전축이 수직방향으로 배치된 바 형태의 교반장치를 적용한 것에 비하여 교반 효과를 높일 수 있는 새로운 구조의 잉크 저장탱크에 대한 것이며, 잉크 저장탱크의 바닥 구조와 수평방향의 회전축을 가지는 교반 장치에 의해서 나노로드가 포함된 잉크에 대해서도 충분한 분산성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
상기 회전 구동부는 잉크 저장탱크 하우징의 외부에 위치하고, 상기 회전축에 연결되어 하우징의 내부에 위치하는 제1자력부재와 상기 회전 구동부에 연결되어 하우징의 외부에 위치하는 제2자력부재 사이의 자력에 의해서, 하우징 외부에 위치하는 회전 구동부의 회전력이 하우징 내부에 위치하는 회전축을 회전시키는 것이 바람직하다.
교반 장치를 회전시키기 위한 회전 구동부를 하우징의 외부에 설치하여야 관리가 용이하며, 이때 본 발명은 회전축이 하우징을 관통하는 구성이 아닌 자력을 이용하여 하우징 외부에 위치하는 회전 구동부의 회전력을 하우징 내부에 위치하는 회전축에 전달한다. 제1자력부재는 4개의 자극을 포함하며, 4개의 자극은 N극과 S극이 교번하여 위치하고, 제2자력부재는 4개의 자극이 제1자력부재의 자극에 대응되는 위치에서 N극과 S극이 교번하여 위치하도록 구성하면, 회전 구동부의 회전력을 회전축에 정확하게 전달할 수 있다.
블레이드에는 복수의 관통공이 형성된 것이 바람직하며, 관통공은 회전축에 가까울수록 지름이 작고 회전축에서 멀어질수록 지름이 커지도록 구성될 수 있다.
블레이드의 단부는 모따기가 되거나 경사면이 형성될 수 있으며, 고무와 같은 유연한 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
잉크 저장탱크의 하우징에는 잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로가 연결되는 배출구가 형성되며, 상기 배출구는 오목한 원호형상 바닥면의 가장 낮은 위치보다 소정 높이로 높은 위치에 형성된 것이 좋다.
잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로에 설치되어 잉크에 포함된 나노로드의 양을 측정하는 감지기와 상기 감지기에서 감지된 결과를 기준으로 교반 장치의 회전 속도를 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
하우징의 내부에 설치되며 상기 블레이드의 움직임에는 방해되지 않고 잉크의 수면이 접촉하는 높이에 위치하여 하우징 내부 공간을 분할하는 파티션을 더 포함할 수 있으며, 파티션은 위쪽에서 볼 때에 격자 형태로 하우징 내부 공간을 분할하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 수평방향의 회전축을 가지는 교반 장치와 교반 장치의 회전에 맞추어 형성된 오목한 바닥 구조를 통해서, 잉크에 포함된 입자의 분산성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
특히 QNED의 제작에 사용되는 나노로드가 포함된 잉크에서 나노로드의 형태적 특징에 의해서 분산성이 낮아지는 문제를 해결하고, 나노로드의 분산성을 유지함으로써 나노로드가 포함된 잉크를 사용한 잉크젯 프린팅 공정의 정밀도를 유지할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
또한, 잉크에 포함된 나노로드가 분산된 상태를 기준으로 하여 교반 장치의 회전을 제어함으로써, 분산성의 유지에 필요한 정도로만 잉크를 교반함으로써 잉크의 과도한 유동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 교반 장치의 과도한 운전에 따른 에너지 낭비를 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교반 장치에서 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교반 장치에서 자력부재에 자극이 배치된 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크의 구조를 설명하기 위한 평단면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크에서 교반 장치의 동작을 제어하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크에서 회전 구동부를 제어하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 잉크 저장탱크(10)는 하우징(100)과 교반 장치(200)를 포함한다.
하우징(100)은 내부에 잉크를 저장하기 위한 공간인 잉크 저장 공간이 형성되는 케이스이며, 도시되지 않았지만 잉크 저장 공간의 내부 압력을 제어하여 메니스커스 상태를 유지할 수 있도록 하는 압력 조절기가 연결되며, 압력 조절기와 연결된 부분을 제외하면 내부 압력을 제어할 수 있도록 잉크 저장 공간이 밀폐되도록 구성된다.
압력 조절기는 잉크젯 프린팅의 정확도를 높이기 위하여, 잉크 저장탱크의 내부 압력을 매우 정밀하게 제어한다. 압력 조절기는 메니스커스 상태를 유지하도록 음압을 형성하는 음압 발생기만으로 구성될 수도 있지만, 양압을 발생시키는 양압 발생기를 함께 구비하는 것이 바람직하다. 양압 발생기는 압력 조절기가 정밀하게 압력을 조절하도록 보조할 수도 있고, 잉크젯 프린터의 관리 등의 목적에 의해서 잉크 저장탱크에 양압을 가하는 동작을 수행할 수도 있다.
압력 조절기에 의한 잉크 저장탱크 내부의 압력 제어는 매우 정밀하게 수행되기 때문에, 잉크의 움직임이 잉크 저장탱크의 내부 압력에 영향을 미치지 않도록 주의하여야 한다. 잉크를 새롭게 주입하는 과정이나 잉크를 순환시키는 과정에서 잉크가 과도하게 움직이는 경우에 잉크 저장탱크의 내부 압력이 변동될 수 있고, 이는 압력 조절기의 정밀한 제어를 어렵게 만들기 때문이다.
이러한 이유에서 잉크 저장탱크는 기밀성을 유지하는 것이 매우 중요하며, 잉크 저장탱크의 기밀성이 유지되지 않으면 압력 조절기에 의한 제어의 정밀도가 낮아지는 문제가 발생한다.
교반 장치(200)는 하우징(100) 내부에 형성된 잉크 저장 공간에 저장된 잉크를 혼합하여 내부에 포함된 나노로드와 같은 분산 물질의 분산성을 유지하도록 한다.
일반적으로 사용되는 교반 장치는 잉크 저장 공간의 바닥에서 수직방향으로 배치된 회전축을 기준으로 회전하는 구조이고, 이러한 교반 장치는 잉크 자체의 균일성을 유지하는 용도로는 충분히 기능하였으나 잉크에 금속 입자나 양자점 물질이 분산된 경우에 입자의 분산성을 유지하기에는 부족하였다. 따라서 이러한 형태의 교반 장치를 사용하여 분산성이 더욱 낮은 나노로드의 분산성을 유지할 수 없다. 이하에서 언급하는 나노로드는 QNED 디스플레이 장치를 제조하는 과정에서 발광소자로서 가용되는 나노로드를 지칭하며, 일반적으로 QNED 디스플레이 장치를 위한 나노로드로서 GaN 나노로드가 알려져 있으나 이에 제한되지 않고, 현재까지 개발된 재질의 나노로드 뿐만이 아니라 앞으로 연구될 나노로드의 재질이 다양하게 적용될 수 있다. 나노로드의 크기도 현재 개발된 QNED 디스플레이 장치를 위한 나노로드의 크기에 제한되지 않고, 앞으로 연구될 나노로드의 다양한 크기까지 모두 적용이 가능하다.
본 실시예의 교반 장치(200)는 회전축(210)이 수평 방향으로 배치되어, 회전축(210)에서 돌출된 블레이드(220)가 회전하면, 아래쪽의 잉크를 상부로 끌어 올리는 형태로 동작한다. 이러한 블레이드(220)는 2개 이상의 복수로 구성하는 것이 좋으며, 블레이드(220)의 단부는 잉크 저장 공간의 바닥면에 가깝게 위치하여 잉크를 상부로 끌어 올리는 동작의 효율을 높인다.
이때, 블레이드(220)의 단부가 이동하는 궤적에 맞추어 잉크 저장 공간의 바닥면을 원호형상으로 오목하게 구성함으로써, 블레이드(220)의 회전에 의한 잉크 교반 효율을 더욱 높일 수 있다.
잉크에 분산된 입자들, 특히 나노로드는 무게에 의해서 잉크의 바닥 쪽에 가라앉아 위치하므로, 본 실시예와 같은 교반 장치(200)를 적용하면 잉크 저장 공간의 아래쪽에 가라앉은 나노로드를 잉크 저장 공간의 위쪽으로 이동시켜서 분산성을 유지할 수 있다.
그리고 도 1에는 도시되지 않았지만, 블레이드(220)가 잉크의 수면위로 노출되는 경우에 블레이드(220)의 회전과정에서 잉크 상부의 공기를 잉크 내부로 유입시키는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 교반 장치(10)의 블레이드(200)가 잉크에 모두 잠기도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 종래의 교반 장치와는 다른 블레이드(220)의 움직임과 그에 따른 잉크 저장 공간 바닥면의 구조에 의해서 금속 입자나 양자점 물질이 분산된 잉크뿐만이 아니라 나노로드가 분산된 잉크의 분산성도 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 교반 장치(200)는 잉크 저장 공간의 일 측면에 부착된 형태가 아니고, 회전축(210)이 잉크 저장 공간의 거의 전체를 가로지르도록 형성되며, 블레이드(220)가 잉크 저장 공간의 바닥면 전체에 걸쳐 잉크를 상부로 끌어 올리도록 회전축(210)의 전체 길에 대하여 형성된다. 블레이드의 형태는 도시된 것 같이 긴 판상으로 한정되는 것은 아니고 변경될 수 있으며, 회전축(210)을 중심으로 물결형식으로 휘어진 스크류형태일 수 있다. 특히, 블레이드의 회전에 따른 잉크의 움직임이 너무 심한 경우에 메니스커스의 유지에 어려움이 생길 수 있으므로, 잉크를 상부로 끌어 올리는 효과는 유지하면서 잉크에 과도한 유동이 발생하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 블레이드가 직선이 아닌 곡선으로 구성될 수 있고, 길이방향으로 하나의 블레이드를 구성하지 않고 중간에 공간이 배치된 복수의 날개를 적용할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교반 장치에서 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블레이드의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
앞서 살펴본 것과 같이, 본 발명의 교반 장치에 적용된 블레이드는 도 2와 같은 직선형 평판 구조일 수도 있고, 도 3에 도시된 것과 같이 곡선형 단면을 가지는 판상구조일 수도 있다. 도 3과 같은 곡선형 단면에서는 블레이드가 직선형으로 구성되지 않고 회전축(210)을 중심으로 물결형식으로 휘어진 스크류형태일 수 있다. 블레이드의 단면 형상은 다양하게 변경될 수 있으며, 회전축(210)에서 블레이드(220)의 단부까지의 길이인 단면의 길이가 일정하지 않을 수도 있다. 블레이드(220)가 수평방향으로 배치된 회전축(210)을 따라서 회전하는 회전 방향에 의해서 잉크에 포함된 나노로드 등의 분산물질을 퍼 올리는 효과를 유지하면서, 잉크가 과도하게 유동하여 메니스커스 상태를 유지하기 위한 내부 압력의 정밀제어에 방해가 되지 않도록 추가적으로 다양한 블레이드의 형태가 연구 및 개발될 수 있을 것이다.
본 실시예에서는 블레이드(220)의 회전 과정에서 잉크에 과도한 유동이 발생하지 않도록 하는 동시에 잉크 내부에 포함된 기포를 제거할 수 있도록 블레이드(220)에 복수의 관통공(222)을 형성하였다. 관통공(222)은 블레이드(220)가 회전하는 과정에서 잉크가 통과할 수 있도록 형성되며, 이러한 관통공(222)에 의해서 블레이드(220)의 회전에 의한 잉크의 전체적인 유동은 감소하지만, 잉크 저장 공간의 아래쪽에 가라앉은 나노로드를 잉크 저장 공간의 위쪽으로 이동시켜서 분산성을 유지하는 효과는 얻을 수 있다. 앞서 살펴본 것과 같이, 잉크젯 프린팅을 위해서는 잉크젯 헤드가 메니스커스 상태를 유지할 수 있도록 잉크 저장탱크의 내부 압력을 제어하여야 한다. 이때 잉크 저장탱크의 내부 압력을 정밀하게 제어할수록 잉크젯 프린팅의 정밀도가 높아지기 때문에 디스플레이지 장치 제조와 같은 초정밀 분야에 적용하기 위해서는 잉크 저장탱크의 내부 압력을 정밀하게 제어할 수 있어야 한다. 하지만 잉크의 과도한 유동은 내부 압력을 제어하는 정밀도를 낮추는 원인이 되기 때문에, 교반 장치에 의해서 분산성을 유지하는 과정에서 잉크의 유동에 의한 영향을 최소화하는 것이 필요하다. 본 실시예는 블레이드(220)에 관통공(222)을 형성함으로써 잉크의 유동이 잉크 저장탱크의 내부 압력 제어에 미치는 영향을 최소화하도록 구성하였다.
또한 본 실시예에서 블레이드(220)에 형성된 관통공(222)을 통해서, 잉크의 주입과정 또는 잉크의 순환 과정에서 잉크에 포함되는 미세 기포를 제거하는 효과를 얻을 수도 있다.
나아가 도 4에 도시된 것과 같이 블레이드(220)에 형성된 관통공(222)의 크기를 다르게 구성하면, 잉크의 과도한 유동을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 블레이드(220)의 회전이 잉크에 미치는 영향은 블레이드(220)의 끝부분 즉 회전축(210)에서 멀어질수록 강해지므로, 회전축(210)에서의 거리에 비례하여 관통공(222)의 지름이 달라지도록 구성함으로써, 잉크의 과도한 유동을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 본 실시예에서는 관통공(222)을 회전축(210)에서 거리가 다른 복수의 열로 배열하였으며, 회전축(210)에서 가깝게 위치하는 관통공(222)의 지름이 회전축(210)에서 멀리 위치하는 관통공(222)의 지름보다 상대적으로 작도록 하여, 관통공(222)의 지름이 회전축(210)에서의 거리에 비례하여 커지도록 하였다.
도시된 예에서는 관통공(222)이 4개의 열로 구성되어 4곳의 위치마다 관통공의 크기가 순차적으로 변화하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 관통공(222)이 배치되는 위치와 관통공(222)의 지름을 다르게 구성하는 방법은, 회전축(210)에 가까울수록 지름이 작고 회전축(210)에서 멀어질수록 지름이 커지는 기준에 따라서 다양하게 구성될 수 있다.
그리고 블레이드(220)의 단부는 모서리를 모따기 하거나 경사면(223)을 형성함으로써, 블레이드(220)의 회전에 의한 잉크의 과도한 유동을 방지하도록 한다. 블레이드(220)는 고무와 같은 유연한 재질을 적용하는 것이 바람직하며, 블레이드(220)를 유연한 재질로 구성하면 블레이드(220)의 단부가 잉크 저장 공간의 바닥면에 접촉한 상태로 회전하여도 마찰에 의한 문제를 줄일 수 있다.
블레이드(220)가 부착된 회전축(210)을 회전시키기 위한 회전 구동부(230)는 하우징(100)의 외부에 위치하여야 관리가 용이하다. 그러나 하우징(100)의 외부에 위치하는 회전 구동부(230)와 회전축(210)의 연결을 위하여 하우징(100)을 관통하여 위치시키는 것은 다양한 문제를 발생시킨다. 본 실시예는 교반 장치(200)의 회전축(210)과 블레이드(220)가 모두 잉크에 침지된 상태로 위치하도록 구성하였기 때문에, 회전축이 하우징(100)을 관통하여 위치하는 경우에는, 하우징(100)을 관통한 회전축이 원활하게 회전하면서도 잉크가 누출되는 것을 방지하도록 구성하는 것에 어려움이 있다.
나아가 하우징(100)을 관통하는 구성을 적용하는 경우, 잉크 저장탱크의 기밀성을 유지하기 어려운 문제가 발생한다. 앞서 살펴본 것과 같이, 디스플레이 장치의 제조 과정에 잉크젯 프린팅을 적용하기 위해서는 잉크젯 프린팅의 정밀도가 높아야 하며, 이를 위해서는 메니스커스 상태를 유지하기 위한 잉크젯 프린트의 내부에서의 제어가 매우 정밀하게 이루어질 것이 요구된다. 메니스커스 상태를 유지하기 위한 제어는 잉크 저장탱크에 연결된 압력 조절기가 잉크 저장탱크의 내부 압력을 제어하여 수행되기 때문에, 잉크 저장탱크의 기밀성이 낮아지면 잉크젯 프린팅의 정밀도가 낮아지는 결과가 된다. 하우징(100)의 내부에 위치하는 회전축(210)을 회전시키기 위하여 하우징(100)을 관통하는 구성을 적용하는 경우에, 하우징(100)의 기밀성이 낮아지는 것이 당연히 예상되기 때문에 기밀성을 유지하기 위한 다른 형태가 요구된다.
이에 본 실시예에서는 하우징(100)의 내부에 위치하는 회전축(210)과 하우징(100)의 외부에 위치하는 회전 구동부(230)를 자력으로 연결하는 방법을 적용하였다.
제1자력부재(240)는 회전축(210)에 연결되어 하우징(100)의 내부에 위치하며, 하우징(100)의 벽면을 사이에 두고 제2자력부재(250)와 자력으로 연결된다. 제2자력부재(250)는 회전 구동부(230)에 연결되어 하우징(100)의 외부에 위치한다. 회전 구동부(230)에서 회전력이 발생하면 제2자력부재(250)가 회전하고, 하우징(100)의 벽을 사이에 두고 결합된 제1자력부재(240)가 제2자력부재(250)의 회전에 영향을 받아서 회전하며, 제1자력부재(240)에 연결된 회전축(210)이 제1자력부재(240)의 회전에 의해서 회전한다.
이때, 제1자력부재(240)와 제2자력부재(250)는 회전 구동부(230)의 회전력을 전달하는 구성이기 때문에, 자력에 의해 결합하는 일반적인 경우보다 정확한 연결과 힘의 전달이 필요하므로, 제1자력부재(240)와 제2자력부재(250) 각각에 복수의 자극을 설치하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 것과 같이, 본 실시예에서는 제1자력부재(240)와 제2자력부재(250) 각각에 4개의 자극을 설치하였다. 도시된 것과 같이, 원판에서 +자로 배치된 4곳에 N극과 S극이 교번하여 위치하도록 자극(242, 252)을 설치하였으며, 4개의 자극(242, 252)에 의해서 제1자력부재(240)와 제2자력부재(250)의 위치가 서로 고정되고 회전 구동부(230)의 회전력을 회전축(210)에 정확하게 전달할 수 있다. 제1자력부재(240)와 제2자력부재(250)의 위치를 정확하게 고정하고 회전력을 전달하기 위한 자극의 배치 형태는 도시된 경우에 한정되는 것은 아니며, 자극의 개수를 더 추가하거나 배치 형태 등을 바꾸는 것이 가능하다.
본 실시예는 자력을 사용하여 회전축(210)의 위치를 고정하고 회전시키기 때문에, 회전축(210)의 위치가 완전히 고정되기 어렵고 블레이드(220)의 회전 반경도 조금씩 변화할 수 있으나, 앞서 살펴본 것과 같이 블레이드(220)를 고무와 같은 유연한 재질로 구성하여 블레이드(220)가 하우징(100)의 바닥면에 접촉하는 경우에도 문제가 발생하지 않는다.
한편, 하우징(100)에는 잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로(400)가 잉크 저장 공간에 연결되는 배출구(110)가 형성된다. 앞서 살펴본 것과 같이, 본 실시예의 잉크 저장탱크의 하우징(100)에 형성된 바닥면은 블레이드(220)의 단부가 이동하는 궤적에 맞추어 원호형상으로 오목하게 구성되며, 일반적으로 잉크를 배출하기 위한 배출구가 잉크 저장 공간에서 높이가 가장 낮은 바닥에 형성되는 것과는 달리, 본 실시예에서는 원호형상 바닥면의 가장 낮은 위치보다 소정 높이 위쪽에 배출구(110)를 형성하여, 바닥에 가라앉은 나노로드가 교반 장치(200)에 의해서 혼합되기 전에 배출되는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크의 구조를 설명하기 위한 평단면도이다.
왼쪽은 교반 장치(200)의 회전축(210)이 설치된 위치에서의 평단면도이고, 오른쪽은 교반 장치(200)의 블레이드(220)의 회전 범위보다 위쪽에서의 평단면도이다.
회전 구동부(230)에 연결된 제1자력부재(240)와 회전축(210)에 연결된 제2자력부재(250)가 서로 대응되는 위치에서 하우징(100)의 외부와 내부에 위치하고, 회전축(210)에서 돌출 형성된 블레이드(220)에는 복수의 관통공(222)이 형성되어 있다.
블레이드(220)의 움직임에 방해되지 않도록 블레이드(220)가 회전하는 범위의 위쪽에는 하우징(100)의 내부 공간을 수평적으로 분리하는 파티션(300)이 설치된다. 파티션(300)은 잉크 저장 공간에의 상부에서 잉크의 수면과 접촉할 수 있는 높이에 설치된다. 이러한 파티션(300)은 잉크의 수면에서 과도한 유동이 생기는 것을 방지하는 효과가 있다.
잉크 저장탱크(10)는 잉크가 배출되고 유입되는 과정에서 잉크에 유동이 발생한다. 잉크의 과도한 유동은 메니스커스 상태를 유지하는 과정에서 문제를 일으키기 때문에, 잉크의 배출과 유입으로 인한 잉크의 유동이 크지 않도록 조절하고 있다. 하지만, 잉크의 배출과 유입이 반복하여 지속적으로 진행되는 과정에서 작은 유동들이 점차 누적되어 잉크 표면에 과도한 유동이 발생하고 있다. 잉크의 수면이 과도하게 움직이면 잉크 저장탱크의 내부 압력을 제어하는 압력 조절기가 내부 압력을 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 발생하며, 이는 잉크젯 프린터의 프린팅 정밀도의 하락을 가져온다.
본 발명은 잉크 저장 공간 내부에서 발생된 잉크의 유동이 누적되는 문제를 해결하기 위하여, 잉크 저장 공간 내부에 파티션(300)을 설치하여 잉크가 저장되는 공간을 분할함으로써 잉크 표면에서의 과도한 유동이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
파티션(300)을 설치함에 있어서, 종래에는 잉크의 배출과 유입이 가장 큰 이유가 되었기 때문에 잉크 저장 공간의 길이 방향으로 배출구와 유입구의 사이에서 공간을 가로지르며 설치된 제1파티션(300)을 설치하는 것이 중요하다. 다만, 본 실시예는 잉크 저장 공간의 아래쪽에서 회전하면서 잉크를 교반하는 블레이드(220)에 의한 잉크의 유동이 함께 발생하므로, 잉크 저장 공간의 폭 방향에서 공간을 가로지르며 설치된 제2파티션(300)을 함께 사용한다. 이와 같이, 위쪽에서 볼 때에 격자 형태로 하우징 내부 공간을 분할하는 파티션(300)을 설치함으로써 잉크가 유동하는 공간을 분할하여 유동의 누적에 의한 문제를 방지할 수 있다.
나아가 파티션(300)을 설치하여 잉크의 내부에 포함된 미세 기포를 제거하는 효과까지 얻을 수 있으며, 파티션(300)을 미세한 공극이 형성된 형태 또는 메쉬 형태로 구성하는 경우에 미세 기포의 제거 효과가 향상된다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크에서 교반 장치의 동작을 제어하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 잉크 저장탱크는 공급유로(400)에 설치된 감지기(410)와 감지기(410)에서 감지된 결과를 분석하고 회전 구동부(230)를 제어하는 제어부(500)를 더 포함한다. 이하에서는 잉크에 분산된 물질로서 나노로드를 예시하여 기재하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 양자점 물질 등이 분산된 경우에도 동일 또는 유사한 방식이 적용될 수 있다. 그리고 앞서 설명한 것과 같이, 본 실시예에서는 교반 장치의 블레이드가 모두 잉크에 잠긴 상태에서 동작한다.
잉크에 분산된 나노로드의 분산성이 낮아진 경우는, 도 7에 도시된 것과 같이 나노로드의 무게에 의해서 잉크의 상부보다 하부에 나노로드가 더 많이 분포하는 경우이다. 이와 같이 잉크의 분산성이 낮아져서 층이 분리된 경우의 윗부분에 해당하는 영역을 S1로 표시하고 층이 분리되어 나노로드가 가라앉은 아랫부분에 해당하는 영역을 S2로 표시하였다. 이러한 상태에서 잉크젯 헤드로의 잉크 공급이 지속되면, 가동 초기에는 목표량보다 적은 나노로드를 포함한 잉크가 프린팅 되어 불량이 발생한다. 본 발명의 교반 장치(200)는 이러한 문제점을 방지하기 위해서 잉크를 교반하지만, 교반 장치(200)가 불필요하게 지속적으로 동작하는 것은 잉크의 과도한 유동을 유발할 수 있고 에너지가 낭비되는 문제가 있다.
따라서 도 8과 같이 잉크의 내부에 포함된 나노로드가 충분히 분산된 경우에는 회전 구동부(230)의 동작을 잠시 멈추거나 느리게 동작시키고, 도 7과 같이 잉크 내부에 포함된 나노로드의 분산성이 떨어진 경우에는 회전 구동부(230)가 더 강하게 동작하도록 제어하는 것이 좋다.
이를 위하여 하우징(100)의 배출구(110)에 연결된 공급유로(400)에 감지기(410)를 설치한다. 감지기(410)는 공급유로(400)를 지나가는 잉크에 포함된 나노로드의 양을 감지하여 나노로드의 분산정도를 감지한다. 이때, 감지기(410)는 공급유로(400)를 지나가는 잉크에 포함된 나노로드의 분산정도를 감지하여 제어부(500)로 전달하는 동시에, 알람 등의 표시 장치를 통해서 나노로드의 분산도가 낮아져서 침전이 진행되고 있음을 외부로 표시하도록 구성할 수도 있다.
구체적으로 잉크에 포함된 나노로드의 분산성이 낮아진 경우, 잉크젯 헤드와 연결된 공급유로(400)에 적정량보다 적은 나노로드가 통과하며, 제어부(500)는 감지기(410)에서 확인된 나노로드의 양이 설정된 값보다 낮은 경우에 회전 구동부(230)의 회전을 증가시켜서 잉크가 교반되도록 한다.
잉크에 포함된 나노로드가 충분히 분산되어 공급유로(400)에 적정량의 나노로드가 통과되는 것으로 감지기(410)에서 감지되는 경우, 제어부(500)는 회전 구동부(230)가 초기 회전 속도로 회전하도록 제어한다.
이때, 제어부(500)가 회전 구동부(230)를 제어하는 기준을 미리 설정할 수 있도록 구성하는 것이 가능하다. 다른 방법으로는, 잉크 저장 공간에 저장된 잉크에 대한 나노로드 분포의 평균값을 산출하여 제어를 위한 기준으로 적용할 수도 있으며, 이 경우에 나노로드와 같은 분산 물질의 분산량이 다른 잉크에 대해서도 별도의 설정 값 변경 없이 적용할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로 잉크가 층으로 분리된 경우를 기준으로 구분한 S1 영역과 S2 영역에 포함된 나노로드의 양을 평균한 값을 균일한 분산 상태를 나타내는 기준값(SV)로 설정할 수 있고, 감지기(410)에서 측정된 나노로드의 양인 측정값(PV)을 기준값(SV)과 비교하여 회전 구동부(230)를 가동하는 출력값을 설정할 수 있다. 회전 구동부(230)의 초기 출력값(V0)에 대하여 제어부(500)에서 제어된 최종 출력값(V)은 다음의 수식으로 표현된다.
V = V0 ± Vc (단, V≤Vmax )
Vc는 감지기에서 감지된 결과를 기준으로 제어되며, 다음의 수식으로 표현된다.
Vc = | ((PV - SV) / SV) × Vmax |
이때, Vmax는 회전 구동부(230)의 최대 출력이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 저장탱크에서 회전 구동부를 제어하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이와 같이, 공급유로(400)에서 측정된 나노로드의 분산량을 기준으로 회전 구동부(230)의 동작을 제어함으로써, 잉크 내에서 나노로드의 분산성은 유지하면서 잉크를 과도하게 교반하는 방지하여 잉크가 과도하게 유동하는 것을 예방할 수 있으며, 잉크 저장탱크의 내부 압력 제어의 정밀성을 유지하여 최종적으로 잉크젯 프린터의 프린팅 정밀도를 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한 회전 구동부(230)가 불필요하게 가동되어 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 잉크 저장탱크는 종래의 교반 장치와는 달리 잉크 저장 공간 하부의 잉크를 위쪽으로 퍼 올리는 형태로 잉크를 교반함으로써, 잉크에 분산된 물질의 분산성을 유지하는 효과가 뛰어나며, 그에 따라서 종래에 잉크에 분산되었던 물질보다 분산성이 낮은 QNED용 나노로드가 분산된 잉크에 대해서도 분산성을 유지할 수 있다.
나아가 잉크에 포함된 나노로드가 분산된 상태를 기준으로 하여 교반 장치의 회전을 제어함으로써, 분산성의 유지에 필요한 정도로만 잉크를 교반함으로써 잉크의 과도한 유동을 방지할 수 있다.
10: 잉크 저장탱크
100: 하우징
110: 배출구
200: 교반 장치
210: 회전축
220: 블레이드
222: 관통공
223: 경사면
230: 회전 구동부
240: 제1자력부재
242: 자극
250: 제2자력부재
252: 자극
300: 파티션
400: 공급유로
410: 감지기
500: 제어부

Claims (10)

  1. 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위하여 잉크를 저장하는 저장탱크로서,
    하우징 내부의 잉크 저장 공간에서 잉크를 혼합하는 교반 장치를 포함하며,
    상기 교반 장치는, 잉크 저장 공간에 수평 방향으로 배치되는 회전축과 상기 회전축의 주변에 돌출된 하나 이상의 블레이드 및 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전 구동부를 포함하며,
    잉크 저장 공간의 바닥면이 상기 블레이드의 단부가 이동하는 궤적에 대응되는 오목한 원호형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 구동부는 잉크 저장탱크 하우징의 외부에 위치하고,
    상기 회전축에 연결되어 하우징의 내부에 위치하는 제1자력부재와 상기 회전 구동부에 연결되어 하우징의 외부에 위치하는 제2자력부재 사이의 자력에 의해서, 하우징 외부에 위치하는 회전 구동부의 회전력이 하우징 내부에 위치하는 회전축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드에는 복수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  4. 청구항 2에 있어서,
    제1자력부재는 4개의 자극을 포함하며, 4개의 자극은 N극과 S극이 교번하여 위치하고,
    제2자력부재는 4개의 자극이 제1자력부재의 자극에 대응되는 위치에서 N극과 S극이 교번하여 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 관통공은 회전축에 가까울수록 지름이 작고 회전축에서 멀어질수록 지름이 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드의 단부는 모따기가 되거나 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  7. 청구항 1에 있어서,
    잉크 저장탱크의 하우징에는 잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로가 연결되는 배출구가 형성되며,
    상기 배출구는 오목한 원호형상 바닥면의 가장 낮은 위치보다 소정 높이로 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  8. 청구항 1에 있어서,
    잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로에 설치되어 잉크에 포함된 나노로드의 분산량을 측정하는 감지기와 상기 감지기에서 감지된 결과를 기준으로 교반 장치의 회전 속도를 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  9. 청구항 1에 있어서,
    하우징의 내부에 설치되며, 상기 블레이드의 움직임에는 방해되지 않고 잉크의 수면이 접촉하는 높이에 위치하여, 하우징 내부 공간을 분할하는 파티션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 파티션은 위쪽에서 볼 때에 격자 형태로 하우징 내부 공간을 분할하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 저장탱크.
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