KR100373749B1 - 정전력을이용한유체분사장치 - Google Patents

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Abstract

노즐을 가지는 쳄버 내부의 유체에 구동력을 가하여 소정량의 유체를 노즐 밖으로 분사시키는 유체 분사 장치가 개시되어 있다. 개시된 유체 분사 장치는 유체에 가해지는 구동력으로 정전력을 이용한다. 유체에 구동력을 가하기 위한 구동부는 소정 간격으로 대향된 상부 및 하부 전극을 가진다. 상부 전극은 상기 쳄버의 하면을 이루는 멤버레인의 내부에 설치된다. 이에 따르면, 상하부 전극 사이에서 발생되는 정전력으로 상부 전극이 상하로 변위되는 것에 의해 멤버레인이 구동되어 쳄버 내의 유체에 구동력을 가하여 유체가 노즐을 통해 분사된다.

Description

정전력을 이용한 유체 분사 장치
본 발명은 잉크젯 프린터(ink jet printer)나 팩시밀리 등의 출력 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 정전력을 이용하여 유체를 토출시키는 유체 분사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터(ink jet printer)나 팩시밀리등의 출력 장치에 사용되는 프린터 헤드에 적용되는 유체 분사 장치는 쳄버 내부의 유체에 물리적인 힘을 가하는 것에 의해 유체를 노즐을 통해 외부로 분사시키는 장치이다.
이러한 유체 분사 장치는 쳄버 내부의 유체에 물리적인 힘을 가하는 방법에 따라 크게 압전 방식과 가열 방식으로 구분된다.
압전 방식은 구동 신호에 따라 기계적으로 신축되는 압전 소자의 작용으로 쳄버 내의 잉크를 노즐 밖으로 밀어내는 방식이다. 그리고, 가열 방식은 발열체에서 발생되는 열에 의해 쳄버 내의 유체에 기포가 발생되고, 이 기포가 유체를 노즐 밖으로 밀어내는 방식이다. 또한, 이러한 가열 방식을 개선한 것으로 열압축 방식이 최근 개발되었다. 이 열압축 방식은 도 1에 도시된 바와 같은 유체 쳄버(33)와 발열체(14) 사이에 구동 유체실(16) 및 멤버레인(20)이 마련되어 있다. 발열체(14)에서 열이 발생되면 구동 유체실(16)의 구동 유체가 열팽창된다. 이에 따라 멤버레인(20)이 유체 쳄버(33) 측으로 변형되면서 유체 쳄버(33) 내의 유체를 노즐(32)밖으로 밀어내게 된다. 이러한 열압축 방식은 발열체(14)가 직접 유체와 접촉되지 않기 때문에 유체가 열에 의해 변질되지 않는 장점이 있다. 참고로, 미설명 부호 11은 실리콘 기판, 12는 절연판, 13은 전극이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 유체 분사 장치는 다음과 같은 단점이 있었다.
우선, 압전 소자를 이용한 방식의 경우 압전 소자 자체가 상당히 고가의 부품이기 때문에 장치 전체의 가격이 비싸지는 단점이 있었다. 또한, 가열 방식 및 열 압축 방식의 경우 유체(또는 구동 유체)를 가열하고, 가열된 유체가 기화되어 열팽창되면서 발생되는 압력으로 유체에 물리력을 가하는 메커니즘의 특성상 응답성이 늦어 성능이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 단점을 해결하고자 안출된 것으로, 보다 저렴한 비용으로 높은 성능을 얻을 수 있는 유체 분사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 열압축식 유체 분사 장치의 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전력을 이용한 유체 분사 장치의 단면도.
도 3은 도 2의 상부 전극을 보인 평면도.
도 4는 도 2의 상부 전극의 다른 예를 보인 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분사 장치의 상하부 전극 사이에 전압이 인가된 상태를 보인 단면도.
도 6는 도 5에서 전압이 끊어져 상부 전극이 원상 복귀되는 모습을 보인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
112 ; 실리콘 기판 114 ; 절연판
122 ; 하부 전극 124 ; 스페이서 배리어
132 ; 쳄버 배리어 134 ; 노즐 플레이트
136 ; 쳄버 138 ; 노즐
140 ; 멤버레인 142 ; 상부 멤버레인 부재
144 ; 하부 멤버레인 부재 146 ; 상부 전극
148 ; 스프링
상기와 같은 목적은, 노즐을 가지는 쳄버 내부의 유체에 구동력을 가하여 소정량의 유체를 노즐 밖으로 분사시키는 유체 분사 장치에 있어서, 유체에 가해지는 구동력으로 정전력을 이용하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 유체 분사 장치에 의해 달성된다.
유체에 구동력을 가하기 위한 구동부는 소정 간격으로 대향된 상부 및 하부 전극을 가진다. 상부 전극은 상기 쳄버의 하면을 이루는 멤버레인의 내부에 설치된다. 이에 따르면, 상하부 전극 사이에서 발생되는 정전력으로 상부 전극이 상하로 변위되는 것에 의해 멤버레인이 구동되어 쳄버 내의 유체에 구동력을 가하여 유체가 노즐을 통해 분사된다. 구동부는 상부 및 하부 전극의 사이를 소정 간격으로 유지하기 위한 스페이서 배리어를 더 가지는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정전력을 이용한 유체 분사 장치를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분사 장치가 도 2에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분사 장치는 실리콘 기판(112) 위에 절연판(114), 하부 전극(122), 스페이서 배리어(124), 멤버레인(140), 쳄버 배리어(132), 및 노즐 플레이트(134)가 차례로 적층된 구조를 가진다.
멤버레인(140)과 하부 전극(122)이 구동부를 이루고 있으며, 노즐 플레이트(134)와, 쳄버 배리어(132)와, 멤버레인(140) 사이에 유체가 수용되는 쳄버(136)가 형성되어 있다. 노즐 플레이트(134)에는 쳄버(136) 내의 유체가 분사되는 노즐(138)이 형성되어 있다.
멤버레인(140)은 상부 멤버레인 부재(142)와 하부 멤버레인 부재(144) 사이에 상부 전극(146)이 개재된 구조를 가진다. 상, 하부 멤버레인 부재(142, 144)는 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기성 재질로 이루어져 있고, 쳄버(136) 내의 유체와 상부 전극(146)이 직접 접촉되는 것을 방지함과 동시에 쳄버 배리어(132) 및 스페이서 배리어(124)에 대하여 용이하게 접착된다.
상부 전극(146)은 소정의 탄성을 가지는 얇은 금속막이다. 상부 전극(146)은 도 3에 도시된 바와 같이 멤버레인 부재(144, 142는 미도시) 보다 조금 작은 크기를 가지며, 그의 둘레에 적어도 둘의 스프링(148)이 멤버레인 부재(144)의 끝단과 상부 전극(146)을 연결하고 있다. 이 스프링(148)을 통해 상부 전극(146)에 전원이 인가된다. 또한, 이 스프링(148)은 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 굴곡부를 가지도록 구부러진 형상을 가질 수도 있다. 이 경우 스프링(148)의 강성이 보다 감소되므로 멤버레인(140)이 보다 용이하게 구동될 수 있다.
스페이서 배리어(124)는 상부 전극(146)과 하부 전극(122) 사이의 간격을 유지시키기 위한 것이다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분사 장치는 다음과 같이 작동된다.
즉, 상, 하부 전극(146, 122)에 전압이 인가되면 이들 상, 하부 전극(146, 122) 사이에는 정전력(electrostatic force)이 발생된다. 이 정전력의 크기는 다음의 식으로 나타난다.
F=e22
이때, 상부 전극(146)의 전체 면적에 대하여 정전력이 작용되어 멤버레인(140)은 도 5에 도시된 바와 같이 하방으로 변형된다. 멤버레인(140)이 변형되면 쳄버(136)의 부피가 늘어나고, 늘어난 부피만큼의 유체가 유체 공급로(도시되지 않음)를 통해 쳄버(136)로 유입된다.
이 상태에서 전원이 차단되면, 정전력이 제거된다. 따라서, 도 6에 도시된바와 같이, 상부 전극(146)을 포함한 멤버레인(140)이 탄성에 의해 원래 상태로 복귀된다. 멤버레인(140)이 원래 상태로 복귀되는 것에 의해 유입된 잉크가 노즐(138)을 통해 외부로 토출된다.
상기된 바와 같은 본 발명은, 양 전극 사이에 전압이 인가될 때 발생되는 정전력으로 멤버레인을 구동시켜 쳄버 내의 유체를 노즐 밖으로 분사한다. 따라서, 종래의 압전식에 비하여 매우 저렴한 비용으로 구성할 수 있으며, 가열식 및 열압축식에 비해서도 응답성이 매우 빨라 뛰어난 성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 열압축식에서와 같은 구동 유체실이 필요없기 때문에 구동 유체의 누설과 같은 문제점이 없어 제품의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 노즐을 가지는 챔버와 이 챔버 내부의 유체에 구동력을 가하는 수단을 구비하여 챔버 내의 유체를 노즐 밖으로 분사시키는 유체 분사장치에 있어서,
    상기 구동력 인가수단은,
    상기 챔버의 하면을 이루는 멤버레인;
    상기 멤버레인의 하부에 설치되는 하부전극; 및
    상기 멤버레인의 내부에 설치되어 전압의 인가에 따라 상기 하부전극과의 사이에 발생되는 정전력으로 상기 멤버레인을 구동시키는 상부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극은 다수의 굴곡부를 가지는 스프링을 통해 상기 멤버레인에 지지되고 전원을 인가받도록 된 것을 특징으로 하는 유체 분사장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 멤버레인과 하부전극을 소정간격으로 인격 유지시키기 위한 스페이서 배리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분사장치.
  4. 하면이 멤버레인으로 이루어지고, 노즐을 가지는 유체쳄버;
    상기 멤버레인의 하측에 설치된 하부전극;
    상기 멤버레인과 상기 하부전극을 소정간격으로 이격 유지시키기 위한 스페이서 배리어; 및
    상기 멤버레인의 내부에 그 양단이 다수의 굴곡부를 가지는 스프링을 통해 지지되도록 설치되며, 전압의 인가에 따라 상기 하부전극과의 사이에 발생되는 정전력으로 상기 멤버레인을 구동시키는 것에 의해 상기 유체쳄버 내의 유체가 노즐을 통해 분사되도록 하는 상부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분사장치.
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