KR100968850B1 - 마이크로 인젝팅 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것으로, 본 발명에서는 압전체 및 진동판의 형상(위치)을, 동일 인가전압 대비, 전단변형 변위효율이 상대적으로 우수한 캔틸레버 형태(Cantilever shape)로 대폭 개선함과 아울러, 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에, 챔버를 밀봉시킨 상태에서, 일련의 전단변형을 일으켜, 액적분출 구동체(압전체, 진동판)의 전단변형을 챔버 측에 원활하게 전달시킬 수 있는 챔버차단/변형전달 겸용층을 추가 배치하고, 이를 통해, 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전압의 크기가 최소한으로 유지된 상태에서도, 압전체 및 진동판의 전단변형 크기, 챔버의 용적변화량 등이 최적의 상태로 극대화될 수 있도록 가이드 함으로써, 최종 분출되는 분사액이 구동전압의 불필요한 소모 없이도, 최적의 분사품질을 유지할 수 있도록 유도할 수 있다.

Description

마이크로 인젝팅 디바이스{Micro injecting device}

본 발명은 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 압전체 및 진동판의 형상(위치)을, 동일 인가전압 대비, 전단변형 변위효율이 상대적으로 우수한 캔틸레버 형태(Cantilever shape)로 대폭 개선함과 아울러, 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에, 챔버를 밀봉시킨 상태에서, 일련의 전단변형을 일으켜, 액적분출 구동체(압전체, 진동판)의 전단변형을 챔버 측에 원활하게 전달시킬 수 있는 챔버차단/변형전달 겸용층을 추가 배치하고, 이를 통해, 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전압의 크기가 최소한으로 유지된 상태에서도, 압전체 및 진동판의 전단변형 크기, 챔버의 용적변화량 등이 최적의 상태로 극대화될 수 있도록 가이드 함으로써, 최종 분출되는 분사액이 구동전압의 불필요한 소모 없이도, 최적의 분사품질을 유지할 수 있도록 유도할 수 있는 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것이다.

통상, 마이크로 인젝팅 디바이스는 잉크, 주사액, 휘발유 등과 같은 일련의 분사액을 이를테면, 인쇄용지, 인체, 자동차 등과 같은 특정 대상물에 미량으로 공급할 수 있도록 설계된 장치를 일컫는다.

최근, 전기·전자 기술의 급격한 발달에 힘입어 이러한 마이크로 인젝팅 디바이스 또한 빠른 발전을 거듭하고 있으며, 일상 생활영역 전반에 걸쳐 광범위한 기능확대를 이어가고 있다. 이러한 마이크로 인젝팅 디바이스가 실제의 생활에 적용되는 대표적인 예로써, 잉크젯 프린터 헤드를 예시할 수 있다.

통상, 이러한 종래의 기술에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 분사액의 저장 및 분출경로를 제공하는 액적 유로체(15)와, 이 액적 유로체(15)의 상부에 적층·배치되면서, 일련의 전단변형을 통해, 액적 유로체(15)에 저장되어 있던 분사액이 외부로 분출될 수 있도록 유도하는 액적분출 구동체(14)가 일체로 조합된 구조를 취하게 된다.

이때, 액적 유로체(15)는 분사액 분출용 노즐(13)이 형성된 노즐 플레이트(10)와, 분사액 저장용 리저버(11:Reservoir)를 구비하면서, 노즐 플레이트(10)의 상부에 적층·배치된 리저버판(9)과, 분사액 이동통로용 유로(11a)를 구비하면서 리저버판(9)의 상부에 적층·배치된 유로판(8)과, 유로(11a)와 연통된 구조의 분사액 분출속도 조절용 리스트릭터(6:Restricter)를 구비하면서, 유로판(8)의 상부에 적층·배치된 리스트릭터판(7)과, 분사액 저장용 챔버(12:Chamber)를 구비하면서, 리스트릭터판(7)의 상부에 적층·배치된 챔버판(5) 등이 긴밀하게 적층·조합된 구성을 취하게 된다.

또한, 액적분출 구동체(14)는 외부로부터 인가된 전압에 의해 일련의 전계를 형성하는 상/하부전극(1,3)과, 자신의 표면 및 이면에 앞의 상/하부 전극(1,3)을 구비하면서, 해당 상/하부 전극(1,3)에 전압이 인가되고, 이 전압에 의해, 일련의 전계가 형성되는 경우, 해당 전계형성에 상응하는 일련의 전단변형을 일으키는 압전체(2)와, 상술한 챔버(12)를 포함하는 챔버판(5)의 상부에 위치한 상태로, 압전체(2)를 지지하면서, 이 압전체(2)가 전단변형을 일으키는 경우, 자신도 일련의 전단변형을 일으켜, 아래에 위치한 챔버판(5) 측 챔버(12)가 일련의 용적감소를 일으키도록 유도하는 진동판(4) 등이 긴밀하게 조합·적층된 구조를 취하게 된다.

이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 액적분출 구동체(14)에 속한 압전체(2)는, 액적유로체(15)에 속한 챔버(12)의 전 영역을 일괄적으로 커버하는 일련의 직사각형 구조(Rectangular shape)를 형성하게 되며, 액적분출 구동체(14)에 속한 진동판(4) 역시, 액적유로체(15)에 속한 챔버(12)/챔버판(5)의 전 영역을 일괄적으로 커버하는 일련의 직사각형 구조를 형성하게 된다(도 1 참조).

이러한 구조를 취하는 종래의 마이크로 인젝티 디바이스 체제 하에서, 분사액 공급통(도시 안됨)에서 공급된 분사액(예컨대, 잉크, 주사액, 휘발유 등)은 리저버(11)에 저장되어 있다가, 유로(11a), 리스트릭터(6) 등을 경유하여, 챔버(12)의 내부로 유입되는 절차를 겪게 된다. 이 경우, 리스트릭터(6)는 챔버(12) 내로 유입되는 분사액의 유입속도를 일정하게 유지시켜주는 역할을 수행하게 된다.

이 상황에서, 외부로부터 액적분출 구동체(14)의 상부전극(1) 및 하부전극(3)에 일련의 전압이 인가되면, 인가된 전압으로 인하여, 예컨대, 압전체(2)의 폴링방향(Poling direction:즉, 압전체의 도메인이 정렬된 방향)과 수직인 방향으로는 일련의 전계가 자연스럽게 형성되며, 이와 같이 형성된 전계의 영향으로 인하여, 압전체(2)는 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 일으키 게 되고, 결국, 이를 지지하고 있던 진동판(4) 역시, 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 연속적으로 일으키게 된다.

물론, 이러한 진동판(4)의 액추에이팅(전단변형)이 진동판(4) 하부의 챔버(12)에 영향을 미치게 되면, 이 챔버(12) 역시, 자신의 용적이 순간적으로 감소하는 상황에 직면하게 되며, 결국, 이러한 챔버(12)의 순간적인 용적감소 상황 하에서, 챔버(12) 내의 분사액(잉크, 주사액, 휘발유 등)은 노즐 플레이트(10)에 형성된 노즐(13)을 통해 분출되어, 인쇄용지, 인체, 자동차 등과 같은 외부의 특정 대상물에 미량으로 공급되는 동작을 유연하게 수행할 수 있게 된다.

이와 같은 종래의 마이크로 인젝티 디바이스(20) 체제 하에서, 노즐(13)을 통해, 외부의 특정 대상물에 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 최대한 크게 조절하는 작업은 분사액의 분사품질, 예컨대, 잉크의 인쇄품질을 결정짓는데 있어, 매우 중요한 변수로 작용하게 된다.

물론, 특정 대상물에 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 최대화하기 위해서는 해당 분사액의 분출파워(Injecting power)를 최대화하는 작업이 선행되어야 하며, 이러한 분출파워의 최대화를 위해서는 챔버(12)의 용적변화량을 최대한 크게 하는 작업이 선행되어야 한다.

그러나, 상술한 바와 같이, 챔버(12)의 용적변화량은 압전체(2) 및 진동판(4)의 전단변형에 전적으로 종속되어 있고, 압전체(2) 및 진동판(4)의 전단변형 역시, 상부전극(1) 및 하부전극(2)에 인가되는 전압의 크기에 전적으로 종속되어 있기 때문에, 챔버(12)의 용적변화량을 최대화하기 위해서는 상부전극(1) 및 하부 전극(2)에 인가되는 전압의 크기를 증가시키는 작업이 선행될 수밖에 없게 되며, 결국, 종래의 체제 하에서, 마이크로 인젝팅 디바이스(20)는 막대한 량의 구동전압을 소모하지 아니하는 한, 자가 품질의 폭 넓은 개선을 손쉽게 달성할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 압전체 및 진동판의 형상(위치)을, 동일 인가전압 대비, 전단변형 변위효율이 상대적으로 우수한 캔틸레버 형태(Cantilever shape)로 대폭 개선함과 아울러, 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에, 챔버를 밀봉시킨 상태에서, 일련의 전단변형을 일으켜, 액적분출 구동체(압전체, 진동판)의 전단변형을 챔버 측에 원활하게 전달시킬 수 있는 챔버차단/변형전달 겸용층을 추가 배치하고, 이를 통해, 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전압의 크기가 최소한으로 유지된 상태에서도, 압전체의 전단변형 크기, 챔버의 용적변화량 등이 최적의 상태로 극대화될 수 있도록 가이드 함으로써, 최종 분출되는 분사액이 구동전압의 불필요한 소모 없이도, 최적의 분사품질을 유지할 수 있도록 유도하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 분사액의 저장을 위한 챔버를 구비하면서, 상기 분사액의 분출경로를 제공하는 액적 유로체와; 상기 액적 유로체의 상부에 적층·배치되면서, 외부로부터 인가되는 전압에 의해, 압전체 및 진동판의 전단변형을 유발시켜, 상기 챔버에 저장되어 있던 분사액의 외부 분출을 유발시키는 액적분출 구동체를 포함하며, 상기 압전체 및 진동판은, 자신의 한쪽이 상기 액적분출 구동체에 의해 고정된 고정단 영역을 이루고, 자신의 다른 한쪽이 상기 챔버의 상부로 연장·돌출된 자유단 영역을 이루는 캔틸레버 형상(Cantilever shape)을 취하며, 상기 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에는, 상기 챔버가 차단되도록 상기 액적 유로체의 전면을 커버하여, 상기 분사액의 외부 누출을 차단하면서, 상기 압전체 및 진동판이 전단변형을 일으키는 경우, 해당 전단변형에 상응하는 전단변형을 일으켜, 상기 압전체 및 진동판의 전단변형을 상기 챔버 측에 전달시키는 챔버차단/변형전달 겸용층이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스를 개시한다.

본 발명에서는 압전체 및 진동판의 형상(위치)을, 동일 인가전압 대비, 전단변형 변위효율이 상대적으로 우수한 캔틸레버 형태(Cantilever shape)로 대폭 개선함과 아울러, 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에, 챔버를 밀봉시킨 상태에서, 일련의 전단변형을 일으켜, 액적분출 구동체(압전체, 진동판)의 전단변형을 챔버 측에 원활하게 전달시킬 수 있는 챔버차단/변형전달 겸용층을 추가 배치시키기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 압전체 및 진동판의 전단변형 크기, 챔버의 용적변화량 등은 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전압의 크기가 최소한으로 유지된 상태에서도, 최적의 상태로 극대화될 수 있게 되며, 결국, 최종 분출되는 분사액은 구동전압의 불필요한 소모 없이도, 최적의 분사품질을 유지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스(50)는 분사액의 저장 및 분출경로를 제공하는 액적 유로체(45)와, 이 액적 유로체(45)의 상부에 적층·배치되면서, 일련의 전단변형을 통해, 액적 유로체(45)에 저장되어 있던 분사액이 외부로 분출될 수 있도록 유도하는 액적분출 구동체(44)가 일체로 조합된 구조를 취하게 된다.

이때, 액적 유로체(45)는 분사액 분출용 노즐(43)이 형성된 노즐 플레이트(40)와, 분사액 저장용 리저버(41)를 구비하면서, 노즐 플레이트(40)의 상부에 적층·배치된 리저버판(39)과, 분사액 이동통로용 유로(41a)를 구비하면서 리저버판(39)의 상부에 적층·배치된 유로판(38)과, 유로(41a)와 연통된 구조의 분사액 분출속도 조절용 리스트릭터(36)를 구비하면서, 유로판(38)의 상부에 적층·배치된 리스트릭터판(37)과, 분사액 저장용 챔버(42:Chamber)를 구비하면서, 리스트릭터판(37)의 상부에 적층·배치된 챔버판(35) 등이 긴밀하게 적층·조합된 구성을 취하게 된다.

또한, 액적분출 구동체(44)는 외부로부터 인가된 전압에 의해 일련의 전계를 형성하는 상/하부전극(31,33)과, 자신의 표면 및 이면에 앞의 상/하부 전극(31,33)을 구비하면서, 해당 상/하부 전극(31,33)에 전압이 인가되고, 이 전압에 의해, 일련의 전계가 형성되는 경우, 해당 전계형성에 상응하는 일련의 전단변형을 일으키는 압전체(32)와, 상술한 챔버(42)의 상부에 위치한 상태로, 압전체(32)를 지지하면서, 이 압전체(32)가 전단변형을 일으키는 경우, 자신도 일련의 전단변형을 일으켜, 아래에 위치한 챔버판(35) 측 챔버(42)가 일련의 용적감소를 일으키도록 유도 하는 진동판(34) 등이 긴밀하게 조합·적층된 구조를 취하게 된다(이 경우, 진동판(34)은 상황에 따라, 상부전극(31)의 상면으로 위치 변경이 가능함).

이러한 구조를 취하는 본 발명의 마이크로 인젝팅 디바이스 체제 하에서, 분사액 공급통(도시 안됨)에서 공급된 분사액(예컨대, 잉크, 주사액, 휘발유 등)은 리저버(41)에 저장되어 있다가, 유로(41a), 리스트릭터(36) 등을 경유하여, 챔버(42)의 내부로 유입되는 절차를 겪게 된다. 이 경우, 리스트릭터(36)는 챔버(42) 내로 유입되는 분사액의 유입속도를 일정하게 유지시켜주는 역할을 수행하게 된다.

이 상황에서, 외부로부터 액적분출 구동체(44)의 상부전극(31) 및 하부전극(33)에 일련의 전압이 인가되면, 인가된 전압으로 인하여, 예컨대, 압전체(32)의 폴링방향(Poling direction:즉, 압전체의 도메인이 정렬된 방향)과 수직인 방향으로는 일련의 전계가 자연스럽게 형성되며, 이와 같이 형성된 전계의 영향으로 인하여, 압전체(32)는 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 일으키게 되고, 결국, 이를 지지하고 있던 진동판(34) 역시, 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 연속적으로 일으키게 된다.

물론, 이러한 진동판(34)의 액추에이팅(전단변형)이 진동판(34) 하부의 챔버(42)에 영향을 미치게 되면, 이 챔버(42) 역시, 자신의 용적이 순간적으로 감소하는 상황에 직면하게 되며, 결국, 이러한 챔버(42)의 순간적인 용적감소 상황 하에서, 챔버(42) 내의 분사액(잉크, 주사액, 휘발유 등)은 노즐 플레이트(40)에 형성된 노즐(43)을 통해 분출되어, 인쇄용지, 인체, 자동차 등과 같은 외부의 특정 대상물에 미량으로 공급되는 동작을 유연하게 수행할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 마이크로 인젝티 디바이스(50) 체제 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 노즐(43)을 통해, 외부의 특정 대상물에 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 최대한 크게 조절하는 작업은 분사액의 분사품질, 예컨대, 잉크의 인쇄품질을 결정짓는데 있어, 매우 중요한 변수로 작용하게 된다.

물론, 상술한 바와 같이, 특정 대상물에 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 최대화하기 위해서는 해당 분사액의 분출파워를 최대화하는 작업이 선행되어야 하며, 이러한 분출파워의 최대화를 위해서는 챔버(42)의 용적변화량을 최대한 크게 하는 작업이 선행되어야 한다.

그러나, 챔버(42)의 용적변화량은 압전체(32) 및 진동판(34)의 전단변형에 전적으로 종속되어 있고, 압전체(32) 및 진동판(34)의 전단변형 역시, 상부전극(31) 및 하부전극(32)에 인가되는 전압의 크기에 전적으로 종속되어 있기 때문에, 별도의 조치가 취해지지 아니하는 한, 챔버(42)의 용적변화량을 최대화하기 위해서는 상부전극(31) 및 하부전극(32)에 인가되는 전압의 크기를 증가시키는 작업이 불가피하게 선행될 수밖에 없게 된다.

이러한 민감한 상황에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 압전체(32) 및 진동판(34)이, 자신의 한쪽은 액적 유로체(45)에 의해 지지·고정되어, 일련의 고정단 영역(32a,34a)을 이루고, 자신의 다른 한쪽은 챔버(42)의 상부로 연장·돌출되어, 일련의 자유단 영역(32b,34b)을 이루는 구조를 취하도록 한다(상술한 바와 같이, 종래의 체제 하에서, 압전체 및 진동판은, 챔버의 전 영역을 일괄적 으로 커버하는 일련의 직사각형 구조를 취하였음을 참조).

물론, 이 상황에서, 본 발명의 압전체(32) 및 진동판(34)은 전체적으로, <한쪽만 고정되고, 다른 한쪽은 마치 공중에 떠 있는 듯한 일련의 캔틸레버 형상(Cantilever shape)>을 자연스럽게 형성하게 된다.

이때, 압전체(32) 및 진동판(34)의 고정단 영역(32a,34a)은 하부의 액적 유로체(45)에 의해지지·구속되어, 그 변위 자유도가 0을 가지기 때문에, 상부전극(31) 및 하부전극(33)에 일련의 전압이 인가되어, 전계가 형성되더라도, 일련의 전단변형을 일으키지 않게 되며, 그에 비해, 압전체(32) 및 진동판(34)의 자유단 영역(32b,34b)은 챔버(42)의 상부에 대응·배치되어, 충분한 변위 자유도를 보장받을 수 있기 때문에, 상부전극(31) 및 하부전극(33)에 일련의 전압이 인가되어, 압전체(32)의 폴링방향(Poling direction:즉, 압전체의 도메인이 정렬된 방향)과 수직인 방향으로 일련의 전계가 형성되는 경우, 매우 유연한 전단변형을 일으킬 수 있게 된다.

여기서, 상술한 캔틸레버 형상을 취하는 본 발명의 압전체(32) 및 진동판(34)이 <종래의 기술에 따른 압전체 및 진동판에 비하여, 어느 정도 우수한 전단변형범위를 나타낼 수 있는가>를 이론적으로 알아보기 위하여, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 네 개의 끝단이 고정된 사각형상의 플레이트(P1:종래의 경우에 해당함), 두 개의 끝단이 고정된 빔 형상의 플레이트(P2:종래 및 본 발명의 중간경우에 해당함), 나아가, 한 개의 끝단이 고정된 캔틸레버 형상의 플레이트(P3:본 발명의 경우에 해당함)를 임의로 가정해본다.

여기서, 예컨대, 네 개의 끝단이 고정된 사각형상을 취하는 플레이트(P1)는, 서적 <Michael Koch, Alan Evans. Arthur Brunnschweiler 공저, "Microfluidic Technology and applications">(RESEARCH STUDIES PRESS LTD, 2000, 1. 12 발행, 제1판)의 "Mechanical Aspects of Microfluidic Devices" 부분(22페이지~35페이지)에 세부적으로 제시된 바와 같이, 이를테면,

(여기서,

는 플레이트의 최대 변위,

는 플레이트에 가해지는 하중,

은 플레이트의 폭,

는 영률,

는 플레이트의 두께)(포아송비가 0.3이라고 가정함) 정도의 최대 변위를 나타낼 수 있게 되며, 두 개의 끝단이 고정된 빔 형상을 취하는 플레이트(P2)는,

정도의 최대 변위를 나타낼 수 있게 되고, 나아가, 한개의 끝단이 고정된 캔틸레버 형상을 취하는 플레이트(P3)는,

정도의 최대 변위를 나타낼 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 경우에 상응하는 <한 개의 끝단이 고정된 캔틸레버 형상의 플레이트(P3)>가 30의 최대변위를 나타낼 때, 다른, <네 개의 끝단이 고정된 사각형상의 플레이트(P1)>(종래의 경우에 해당함), <두 개의 끝단이 고정된 빔 형상의 플레이트(P3)>(종래 및 본 발명의 중간경우에 해당함) 등은 이보다 훨씬 열악한 1.6, 11 등의 최대변위만을 나타내게 되는 것이다.

물론, 이러한 사실은, 동일 하중이 가해진다는 조건 하에서, 본 발명의 경우에 상응하는 <한 개의 끝단이 고정된 캔틸레버 형상의 플레이트(P3)>가 다른 플레 이트들(P1,P2)에 비하여, 월등히 우수한 최대변위를 나타낼 수 있게됨을 의미하는 것이며, 결과적으로, <동일 값의 전압이 인가된다는 전제 하에서, 캔틸레버 형상을 취하는 본 발명의 압전체(32) 및 진동판(34)이 사각형상을 취하던 종래의 압전체에 비하여, 월등히 우수한 최대변위범위를 나타낼 수 있게 된다>는 것을 이론적으로 뒷받침하는 것이다.

결국, 압전체(32) 및 진동판(34)의 형상(위치)을, 동일 인가전압 대비, 전단변형 변위효율이 상대적으로 우수한 캔틸레버 형태로 대폭 개선한 본 발명의 구현 환경 하에서, 마이크로 인젝팅 디바이스(50)는 상부전극(31) 및 하부전극(33)에 인가되는 전압의 크기가 최소한으로 유지된 상태에서도, 압전체(32) 및 진동판(34)의 전단변형 크기, 챔버의 용적변화량 등을 최적의 상태로 극대화할 수 있게 되며, 그 결과, 구동전압의 불필요한 소모 없이도, 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 최대한으로 크게 조절할 수 있게 됨으로써, 사용자의 요구에 상응하는 최적의 분사품질을 자연스럽게 유지할 수 있게 된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 압전체(32) 및 진동판(34)의 자유단 영역(32b,34b)이 챔버(42) 폭 L의

이상만큼, 좀더 바람직하게, 챔버(42) 폭의

만큼 연장·돌출되도록 하는 조치를 강구하게 된다(이 경우, 압전체(32) 및 진동판(34)의 자유단 영역(32b,34b)은 이를테면,

정도의 연장·돌출 규모를 유지할 수 있게 된다).

이러한 조치를 취하는 이유는, 본 출원인의 반복적인 실험결과, 만약, 압전체(32) 및 진동판(34)의 자유단 영역(32b,34b)이 챔버(42) 폭 L의

보다 적게 연장·돌출될 경우, 압전체(32) 및 진동판(34)의 최대변위범위가 상술한 <두 개의 끝단이 고정된 빔 형상의 플레이트(P2)>와 유사한 수준으로 크게 떨어질 수도 있다는 사실이 발견되었기 때문이다.

결국, 상술한 조치 하에, 자신의 자유단 영역(32b,34b)을 챔버(42) 폭 L의

이상만큼, 좀더 바람직하게, 챔버(42) 폭 L의

만큼 효과적으로 연장·돌출시킨 상황 하에서, 압전체(32) 및 진동판(34)은 좀더 우수한 최대 변위범위를 나타낼 수 있게 되며, 그 결과, 마이크로 인젝팅 디바이스(50)는 좀더 향상된 분사품질을 자연스럽게 보일 수 있게 된다.

한편, 상술한 바와 같이, 종래의 체제 하에서, 압전체 및 진동판은, 챔버의 전 영역을 일괄적으로 커버하고 있었기 때문에, 챔버의 내부는 이러한 압전체 및 진동판에 의해 자연스럽게 차단(커버)될 수 있었으며, 이에 따라, 챔버 내부에 저장되어 있던 분사액은 외부로 누출되는 등의 문제점을 일으키지 않았다.

그러나, 본 발명의 체제 하에서, 압전체(32) 및 진동판(34)은 앞서 언급한 바와 같이, 전체적으로, <한쪽만 고정되고, 다른 한쪽은 마치 공중에 떠 있는 듯한 일련의 캔틸레버 형상>을 취하고 있기 때문에, 만약, 별도의 조치가 강구되지 않으면, 챔버(42) 내부에 저장되어 있던 분사액이 외부로 누출되는 등의 문제점이 발생할 수 있게 된다.

이 상황에서, 본 발명에서는, 앞의 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 액적 유로체(45) 및 액적분출 구동체(44) 사이에, 챔버(42)가 차단되도록 액적 유로체(45)의 전면을 커버하는 챔버차단/변형전달 겸용층(46)을 추가 형성하는 조치를 강구하게 된다.

물론, 이러한 챔버차단/변형전달 겸용층(46)의 배치 상황에서, 챔버(42)의 내부는 챔버차단/변형전달 겸용층(46)에 의해 자연스럽게 차단(커버)될 수 있게 되며, 결국, 챔버(42) 내부에 저장되어 있던 분사액은 압전체(32) 및 진동판(34)이 캔틸레버 형상을 취하고 있는 상황 하에서도, 외부로 누출되는 등의 문제점을 전혀 일으키지 않게 된다.

이때, 챔버차단/변형전달 겸용층(46)은 압전체(32)-진동판(34)-챔버(42) 등으로 이루어진 일련의 전단변형 전달경로 상에 개재되어, 챔버(42)의 용적변화에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 이러한 챔버차단/변형전달 겸용층(46)이, 압전체(32), 진동판(34)의 움직임에 상응하는 원활한 움직임을 나타내어, 압전체(32), 진동판(34) 등의 움직임을 챔버(42) 측에 유연하게 전달할 수 있겠느냐 하는 문제는 본 발명의 구현에 있어, 큰 영향을 미치게 된다.

이 상황에서, 본 발명에서는 챔버차단/변형전달 겸용층(46)의 재질을 압전체(32), 진동판(34) 등과 다른 특성을 보유(예를 들어, 압전체, 진동판 등이 딱딱한 특성을 보유하는데 비해, 폴리이미드는 물렁물렁한 특성을 보유함)하면서도, 물리적, 화학적 안정성이 뛰어난 PI(polyimide), PEEK(polyetheretherketon), PES(polyethersulfone), PEI(polyetherimide), PC(polycarbonate), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephtalate), PMMA(polymethylmethacrylate), PVA(polyvinylalcohol) 등으로 선택하고, 그 두께를 0.5㎛~1.5㎛ 정도로 유지시켜, 압전체(32) 및 진동판(34)이 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 일으킬 때, 챔버차단/변형전달 겸용층(46) 역시, 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 강하고 유연하게 연이어 일으킬 수 있도록 유도하는 조치를 강구하게 된다(이때, 챔버차단/변형전달 겸용층(46)은 상기 언급된 여러 물질들 중에서 선택된 어느 한 재질로 이루어질 수도 있고, 상황에 따라, 이들 중에 선택된 두 개 이상의 물질이 조합된 복합 재질로 이루어질 수도 있다).

물론, 이처럼, 챔버차단/변형전달 겸용층(46)이 0.5㎛~1.5㎛ 정도의 두께를 가지는 PI(polyimide), PEEK(polyetheretherketon), PES(polyethersulfone), PEI(polyetherimide), PC(polycarbonate), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephtalate), PMMA(polymethylmethacrylate), PVA(polyvinylalcohol) 등의 재질을 이루어, 압전체(32) 및 진동판(34)의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형) 시, 그와 동일한 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 강하고 유연하게 연속적으로 일으킬 수 있게 되는 경우, 챔버(42) 측에서는, 압전체(32), 진동판(34) 등의 저부에 챔버차단/변형전달 겸용층(46)이 개재된 어려운 조건 하에서도, 압전체(32) 및 진동판(34)의 전단변형 영향을 거의 100% 전달받을 수 있게 되며, 결국, 챔버(42) 내의 분사액(잉크, 주사액, 휘발유 등)은 별다른 문제점 없이, 노즐 플레이트(40)에 형성된 노 즐(43)을 통해 분출되는 절차를 정상적으로 겪을 수 있게 된다.

다른 한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 마이크로 인젝팅 디바이스(51,52)의 압전체 및 진동판을 각 압전체들(32,62,72,82) 및 진동판들(34,64,74,84)과 같이, 챔버(42)의 상부에 다수개 배열시키는 변형조치를 강구하게 된다(물론, 종래의 압전체 및 진동판은 챔버의 상부를 전체적으로 일괄 커버하고 있는 구조를 취하고 있기 때문에, 종래의 체제 하에서는 이러한 변형조치 자체가 상정 불가능함).

물론, 이처럼, 각 압전체(32,62,72,82) 및 진동판(34,64,74,84)이 챔버(42)의 상부에 다수개 배열된 상황 하에서, 외부로부터 액적분출 구동체(44)의 상부전극(31) 및 하부전극(33)에 전압이 인가되고, 그로 인하여, 일련의 전계가 형성되게 되면, 해당 전계의 영향으로 인하여, 각 압전체들(32,62,72,82)은 일련의 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 한꺼번에 일으키게 되며, 결국, 이를 지지하고 있던 진동판들(34,64,74,84) 역시, 강력한 수축·팽창 동작(즉, 액추에이팅 또는 전단변형)을 연속적으로 일으키게 된다.

물론, 이러한 진동판(34,64,74,84)의 강력한 액추에이팅(전단변형)이 진동판(34,64,74,84) 하부의 챔버(42)에 영향을 미치게 되면, 이 챔버(42) 역시, 자신의 용적이 훨씬 크게 감소하는 상황에 직면하게 되며, 결국, 이러한 챔버(42)의 순간적인 대규모 용적감소 상황 하에서, 챔버(42) 내의 분사액(잉크, 주사액, 휘발유 등)은 노즐 플레이트(40)에 형성된 노즐(43)을 통해 강하게 분출되어, 인쇄용지, 인체, 자동차 등과 같은 외부의 특정 대상물에 미량으로 공급되는 동작을 유연하게 수행할 수 있게 되고, 결국, 이와 같은 본 발명의 다른 실시예 체제 하에서, 마이크로 인젝팅 디바이스는 최종 분사되는 분사액의 액적크기를 좀더 크게 조절할 수 있게 됨으로써, 더욱 향상된 분사품질을 자연스럽게 보일 수 있게 된다.

상술한 본 발명은 마이크로 인젝팅 디바이스를 필요로 하는 다양한 유형의 전자/전기 기기에서 전반적으로 유용한 효과를 나타낸다.

그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스를 개념적으로 도시한 예시도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스를 개념적으로 도시한 예시도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 기능향상내역을 설명하기 위한 개념도.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스를 개념적으로 도시한 예시도.

Claims (5)

1. 분사액의 저장을 위한 챔버를 구비하면서, 상기 분사액의 분출경로를 제공하는 액적 유로체와; 상기 액적 유로체의 상부에 적층·배치되면서, 외부로부터 인가되는 전압에 의해, 압전체 및 진동판의 전단변형을 유발시켜, 상기 챔버에 저장되어 있던 분사액의 외부 분출을 유발시키는 액적분출 구동체를 포함하며,

   상기 압전체 및 진동판은, 자신의 한쪽이 상기 액적분출 구동체에 의해 고정된 고정단 영역을 이루고, 자신의 다른 한쪽이 상기 챔버의 상부로 연장·돌출된 자유단 영역을 이루는 캔틸레버 형상(Cantilever shape)을 취하며,

   상기 액적 유로체 및 액적분출 구동체 사이에는, 상기 챔버가 차단되도록 상기 액적 유로체의 전면을 커버하여, 상기 분사액의 외부 누출을 차단하면서, 상기 압전체 및 진동판이 전단변형을 일으키는 경우, 해당 전단변형에 상응하는 전단변형을 일으켜, 상기 압전체 및 진동판의 전단변형을 상기 챔버 측에 전달시키는 챔버차단/변형전달 겸용층이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 및 진동판의 자유단 영역은 상기 챔버 폭의

   

   이상만큼 연장·돌출 되는 것을 특징으로 마이크로 인젝팅 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 압전체 및 진동판의 자유단 영역은 상기 챔버 폭의

   

   만큼 연장·돌출 되는 것을 특징으로 마이크로 인젝팅 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 및 진동판은 상기 챔버의 상부에서, 다수개 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버차단/변형전달 겸용층은 PI(polyimide), PEEK(polyetheretherketon), PES(polyethersulfone), PEI(polyetherimide), PC(polycarbonate), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephtalate), PMMA(polymethylmethacrylate), PVA(polyvinylalcohol) 중에 선택된 어느 한 재질, 또는, 두 개 이상의 복합 재질을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스.

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