KR20010045299A - 잉크역류 방지용 네크부를 구비한 열압축방식의잉크분사장치 - Google Patents

잉크역류 방지용 네크부를 구비한 열압축방식의잉크분사장치 Download PDF

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Abstract

잉크분사장치는 노즐부, 구동부, 및 멤브레인을 가지고 있다. 노즐부는 잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 잉크챔버 내의 잉크를 분사하기 위한 노즐공 가진다. 구동부는 작동유체챔버, 및 작동유체챔버 내에 설치된 히터를 가진다. 멤브레인은 잉크챔버와 작동유체챔버간을 구획한다. 멤브레인은 외부의 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되는 잉크주입로와 작동유체챔버간을 연통시키는 잉크주입공, 및 잉크주입공을 통해 주입된 작동유체챔버 내의 잉크가 잉크챔버 내로 공급되도록 작동유챔버와 잉크챔버를 연통시키는 연통공을 갖는다. 잉크주입공 및/또는 연통공은 각각 잉크챔버 및 작동유체챔버의 내경보다 좁게 형성되어 네크부를 형성한다. 네크부에 의해 잉크주입공 및/또는 연통공의 크기가 잉크의 이동경로상의 내경보다 좁혀져 있으므로, 잉크토출작동시 잉크가 역류하지 않게 된다.

Description

잉크역류 방지용 네크부를 구비한 열압축방식의 잉크분사장치 {Thermal-compress type ink jetting apparatus having a neck part for prevent backflow of ink}
본 발명은 잉크젯 프린터(Inkjet Printer)나 팩시밀리 등의 출력장치에 관한 것으로서, 특히, 출력장치의 프린터 헤드에 사용되는 열압축방식의 잉크분사장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터나 팩시밀리 등과 같은 출력장치의 프린터헤드에 사용되는 잉크분사장치는 잉크가 수용되어 있는 잉크챔버 내부에 물리적인 힘을 가하여 소정량의 잉크를 노즐을 통해 외부로 분사시킨다. 이러한 유체분사장치는 유체에 물리력을 가하는 방식에 따라 가열방식, 압전방식, 및 열압축방식 등으로 구분된다.
이 중에서 열압축 방식의 유체분사장치가 도 1에 도시되어 있다. 유체분사장치는 구동부(20), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)로 구성되어 있다.
구동부(20)는 기판(15), 기판(15) 위에 적층되는 산화막(14), 작동유체챔버(27)를 갖는 작동유체배리어(25), 작동유체챔버(27)내에 개재되는 히터(16), 및 히터(16)에 연결되어 있는 도선(17)을 포함하여 구성된다.
노즐부(40)는 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버배리어(45), 및 잉크챔버배리어(45)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(47)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(47)의 상면에는 잉크챔버(57) 내의 잉크를 분사하기 위한 노즐공(49)이 형성되어 있다.
멤브레인(30)은 잉크챔버배리어(45)와 작동유체배리어(25) 사이에 개재된다. 멤브레인(30)은 작동유체챔버(27)와 잉크챔버(57)를 상호 구획한다.
작동유체챔버(27) 내에는 헵테인 등과 같은 작동유체가 충진되며, 잉크챔버(57) 내에는 도시않은 잉크공급원으로부터 잉크가 지속적으로 공급된다.
도선(17)에 전류가 흐르면 히터(16)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(27) 내의 작동유체가 가열되어 버블이 발생된다. 이 버블에 의해 작동유체챔버(27) 내부의 압력이 증가되어 멤브레인(30)이 상향만곡되고, 이에 따라 잉크챔버(57)의 내부가 가압되어 노즐(49)을 통해 잉크가 분출된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 유체분사장치는, 잉크와는 별도로 작동유체를 마련하여야 하고, 작동유체를 작동유체챔버(27) 내에 충진시킨 후 기밀적으로 실링하는 공정이 필연적으로 수반되어야 하므로 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 작동유체로 사용되는 헵테인과 같은 유기용제가 쉽게 증발하는 성질을 가지므로 작동유체챔버(27) 내에 빈 공간이 생길 우려가 있다. 작동유체챔버(27) 내에 빈 공간이 생길 경우 발열체(16)의 발열시 멤브레인(30)에 충분한 압력이 전달되지 못하여 잉크토출량의 정밀한 제어가 불가능하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본원발명의 출원인에 의하여 도 2에 도시된 바와 같이 잉크를 작동유체로 사용하는 잉크분사장치가 고안되어 기 출원된 바 있다.
도 2를 참조하면, 구동부(120), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)의 구성은 도 1에 도시된 종래의 잉크분사장치와 동일하다. 즉, 구동부(120)는 기판(115), 산화막(114), 작동유체챔버(127)를 형성하는 작동유체배리어(125), 히터(116), 및 도선(117)으로 구성되어 있으며, 노즐부(140)는 잉크챔버(157)를 갖는 잉크챔버배리어(145), 및 노즐공(149)을 갖는 노즐플레이트(47)로 구성되어 있다.
도 2에 도시된 잉크분사장치는 멤브레인(130)에 형성된 연통공(135)를 갖는다. 외부의 잉크공급원으로부터 공급되는 잉크는 잉크챔버(157) 내에 공급됨과 동시에 연통공(135)을 통해 작동유체챔버(127) 내에도 공급된다. 이에 따라 잉크가 작동유체의 기능을 한다. 따라서, 히터(116)가 작동유체챔버(127) 내의 잉크를 가열하면 작동유체챔버(127) 내에 버블(B)이 발생하며, 이 버블(B)에 의해 멤브레인(130)이 상향벤딩되어 잉크챔버(157) 내부를 가압한다. 이에 따라 노즐공(149)으로부터 잉크가 토출된다.
이와 같은 유체분출장치에 따르면, 작동유체로서 잉크를 사용하므로, 별도의 작동유체를 마련할 필요가 없고, 작동유체챔버(127)의 실링공정이 필요없으며, 오동작이 발생하지 않게 된다.
그런데, 상기와 같이 잉크를 작도유체로 사용하는 유체공급장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기와 같은 잉크분사장치에서는 작동유체챔버(127) 내에 수용된 잉크가 지속적으로 작동유체의 기능을 수행하므로, 히터(116)에 의한 반복적인 가열작동에 의해 작동유체챔버(127) 내부의 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 과열에 의해 유체분사장치의 수명이 단축되게 된다.
또한, 히터(116)의 발열작동에 의해 생성된 버블(B)의 팽창에 의해 작동유체챔버(127) 내의 잉크가 가압될 때, 멤브레인(130)이 상향벤딩됨과 동시에 연통공(135)을 통해 작동유체챔버(127) 내의 잉크가 작동유체챔버(127)의 외측으로 역류하게 된다. 따라서, 작동유체챔버(127) 내에 적절한 양의 잉크가 유지되지 못하게 되어, 다음번의 히터(116) 작동시 노즐공(149)을 통해 토출되는 잉크의 토출 압력이 낮아지게 된다. 따라서, 소망하는 양의 잉크 분사가 어렵게 되며, 연속적으로 프린팅작업을 수행할 때 프린팅 성능이 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 작동유체챔버 내에 작동유체의 기능을 하는 잉크가 지속적으로 새로이 공급되도록 함으로써 작동유체챔버 내의 온도 상승을 방지하고, 또한 잉크챔버 및 작동유체챔버 내의 잉크의 역류를 방지할 수 있는 잉크분사장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 잉크분사장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 관련 발명에 따른 잉크분사장치의 단면도, 그리고
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 잉크분사장치의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
216 : 히터 220 : 구동부
227 : 작동유체챔버 230 : 멤브레인
240 : 노즐부 257 : 작동유체챔버
231 : 네크부 231a : 잉크주입공
233 : 네크부 233a : 연통공
290 : 잉크주입로
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크분사장치는, 잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐부; 작동유체챔버를 형성하며, 상기 작동유체챔버 내에 설치된 히터를 구비한 구동부; 및 상기 잉크챔버 및 상기 작동유체챔버간을 구획하며, 외부의 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되는 잉크주입로와 상기 작동유체챔버간을 연통시키는 잉크주입공, 및 상기 잉크주입공을 통해 주입된 상기 작동유체챔버 내의 잉크가 상기 잉크챔버 내로 공급되도록 상기 작동유챔버와 상기 잉크챔버를 연통시키는 연통공을 갖는 멤브레인을 포함하며, 상기 잉크주입공 및/또는 상기 연통공은 각각 상기 잉크챔버 및 상기 작동유체챔버의 내경보다 좁게 형성되어 네크부를 형성한다.
본 발명에 따르면, 네크부에 의해 잉크주입공 및/또는 연통공의 크기가 잉크의 이동경로상의 내경보다 좁혀져 있으므로, 잉크토출작동시 잉크가 역류하지 않게 된다. 또한, 작동유체챔버 내에 작동유체의 기능을 하는 새로운 잉크가 지속적으로 공급되므로, 작동유체챔버 내부의 과열이 방지되고 잉크분사장치의 수명이 길어지게 된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 열압축식 잉크분사장치를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 유체분사장치는, 종래의 유체분사장치와 마찬가지로, 구동부(220), 멤브레인(230) 및 노즐부(240)로 구성되어 있다.
구동부(220)는 기판(215), 작동유체챔버(227)를 형성하는 작동유체배리어(225), 작동유체챔버(227) 내에 개재되는 히터(216), 및 히터(216)에 연결되어 있는 도선(217)으로 구성되어 있다.
노즐부(240)는 잉크챔버(257)를 갖는 잉크챔버배리어(245), 및 잉크챔버부재(245)의 상면에 결합되는 노즐플레이트(247)로 구성되어 있다. 노즐플레이트(247)에는 각 잉크챔버(257)에 대응하는 노즐공(249)이 형성되어 있다.
멤브레인(230)은 잉크챔버부재(245)와 유체챔버부재(225) 사이에 개재된다. 멤브레인(230)은 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257)를 상호 구획한다.
잉크챔버(249)의 측방에는 잉크주입로(290)가 형성되어 있다. 잉크주입로(290)는 외부의 잉크공급원과 연결된다. 맴브레인(230)에는 잉크주입공(231a)과 연통공(233a)이 형성되어 있다. 잉크주입공(231a)은 외부의 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되는 잉크주입로(290)와 작동유체챔버(227)간을 연통시키며, 연통공(233a)은 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257)간을 연통시킨다. 멤브레인(230)에 형성된 잉크주입공(231a)과 연통공(233a)은 작동유체챔버(227)의 상호 반대쪽에 배치되어 있으며, 이에 의해 작동유체챔버(227)는 실질적으로 양측이 개방된 구조를 가진다.
잉크주입로(290)를 통해 잉크공급원으로부터 유입되는 잉크는 잉크주입공(231a)을 통해 작동유체챔버(227) 내로 유입되고, 작동유체챔버(227) 내에 충진된 잉크는 더 진행하여 연통공(233a)을 통해 잉크챔버(257) 내로 유입된다. 이에 따라 작동유체챔버(227) 및 잉크챔버(257) 내에 잉크가 충진되게 된다.
잉크주입공(231a)의 연부에는 잉크주입공(231a)의 크기가 작동유체챔버(227)의 내경보다 좁게 형성되도록 네크부(231)가 형성되어 있다. 이 네크부(231)에 의해 작동유체챔버 (227)내의 잉크가 잉크주입로(290) 내로 역류되는 것이 방지된다. 또한, 연통공(233a)의 연부에는 연통공(233a)의 크기가 잉크챔버(257)의 내경보다 좁게 형성되도록 네크부(233)가 형성되어 있다. 이 네크부(233)에 의해 잉크챔버(257) 내의 잉크가 작동유체챔버(227) 내로 역류되는 것이 방지된다.
잉크주입로(290)를 통해 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257) 내에 잉크를 충진시키기 위해서는, 먼저 진공장치를 잉크주입로(290)에 연결하여 작동유체챔버(227)와 잉크챔버(257) 내부의 공간을 진공화시킨다. 그런 다음 잉크주입로(290)에 잉크공급원을 연결하면, 진공의 흡입력에 의해 잉크공급원으로부터의 잉크가 잉크주입로(290), 잉크주입공(231a), 작동유체챔버(227), 연통공(233a) 및 잉크챔버(257) 내에 충진되게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 잉크분사장치의 동작을 설명하는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같은 상태에서 도선(217)에 전원이 인가되면 히터(216)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(227) 내의 잉크가 가열되어 도 4에 도시된 바와 같이 버블(BB)이 발생된다. 이 버블(BB)에 의해 작동유체챔버(227) 내의 부피가 증가하여 멤브레인(230)이 도 4에 도시된 바와 같이 상향만곡되고, 이에 따라 잉크챔버(257)의 내부가 가압되어 노즐공(249)을 통해 잉크가 분출된다.
이때, 멤브레인(230)의 상향 만곡시 증가되는 잉크챔버(257) 내의 압력에 의해 잉크챔버(257) 내의 잉크가 연통공(233a)을 통해 작동유체챔버(227)를 향해 역류하는 방향으로 힘을 받게 된다. 그러나, 네크부(233)에 의해 연통공(233a)의 크기가 잉크챔버(257)의 내경보다 좁아져 있으므로, 잉크의 역류가 방지되게 되며, 이에 따라 잉크가 노즐공(249)을 통해 원활하게 토출되게 된다.
또한, 버블(BB)의 발생시 증가되는 작동유체챔버(227) 내의 압력에 의해 작동유체챔버(227) 내의 잉크가 잉크주입공(231a)을 통해 잉크주입로(290)를 향해 역류하는 방향으로 힘을 받게 된다. 그라나, 네크부(231)에 의해 잉크주입공(231a)의 크기가 작동유체챔버(227)의 내경보다 좁아져 있으므로, 잉크의 역류가 방지되게 되며, 이에 따라 히터(216)의 발열작동시 작동유체챔버(227) 내의 압력이 멤브레인(230)을 가압할 수 있는 충분한 크기로 유지되게 된다.
히터(216)의 발열작동이 중지되면, 멤브레인(230)은 다시 도 3에 도시한 바와 같은 상태로 복귀된다. 이에 따라 잉크챔버(257) 내의 압력이 감소하여 작동유체챔버(227) 내의 잉크가 연통공(233a)를 통해 잉크챔버(257) 내로 유입되고, 작동유체챔버(257) 내에는 잉크주입로(290)와 잉크주입공(231a)을 통해 잉크공급원으로부터 새로운 잉크가 보충되게 된다. 이와 같이 노즐(249)을 통해 잉크가 분사될 때마다 작동유체챔버(227) 내에 새로운 잉크가 계속 공급되게 되므로, 히터(216)의 반복적인 발열작동시에도 작동유체챔버(227) 내부가 새로운 잉크에 의해 적절히 냉각되어 과열이 방지되게 된다. 따라서 잉크분사장치의 수명이 길어지게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 네크부(231, 233)에 의해 잉크주입공(231a)과 연통공(233a)의 크기가 잉크의 이동경로상의 내경보다 좁혀져 있으므로, 잉크토출작동시 잉크가 역류하지 않게 된다. 또한, 작동유체챔버(227) 내에 작동유체의 기능을 하는 새로운 잉크가 지속적으로 공급되므로, 작동유체챔버(227) 내부의 과열이 방지되고 잉크분사장치의 수명이 길어지게 된다.

Claims (3)

  1. 열압축방식의 잉크분사장치에 있어서,
    잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐부;
    작동유체챔버를 형성하며, 상기 작동유체챔버 내에 설치된 히터를 구비한 구동부; 및
    상기 잉크챔버 및 상기 작동유체챔버간을 구획하며, 외부의 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되는 잉크주입로와 상기 작동유체챔버간을 연통시키는 잉크주입공, 및 상기 잉크주입공을 통해 주입된 상기 작동유체챔버 내의 잉크가 상기 잉크챔버 내로 공급되도록 상기 작동유챔버와 상기 잉크챔버를 연통시키는 연통공을 갖는 멤브레인을 포함하며,
    상기 잉크주입공은 상기 작동유체챔버의 내경보다 좁게 형성되어 상기 작동유체챔버 내의 잉크가 상기 잉크주입로 내로 역류되는 것을 방지하는 네크부를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연통공은 상기 잉크챔버의 내경보다 좁게 형성되어 상기 잉크챔버 내의 잉크가 상기 작동유체챔버 내로 역류되는 것을 방지하는 네크부를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
  3. 열압축방식의 잉크분사장치에 있어서,
    잉크를 수용하는 잉크챔버, 및 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크를 분사하기 위한 노즐공 구비한 노즐부;
    작동유체챔버를 형성하며, 상기 작동유체챔버 내에 설치된 히터를 구비한 구동부; 및
    상기 잉크챔버 및 상기 작동유체챔버간을 구획하며, 외부의 잉크공급원으로부터 잉크가 공급되는 잉크주입로와 상기 작동유체챔버간을 연통시키는 잉크주입공, 및 상기 잉크주입공을 통해 주입된 상기 작동유체챔버 내의 잉크가 상기 잉크챔버 내로 공급되도록 상기 작동유챔버와 상기 잉크챔버를 연통시키는 연통공을 갖는 멤브레인을 포함하며,
    상기 연통공은 상기 잉크챔버의 내경보다 좁게 형성되어 상기 잉크챔버 내의 잉크가 상기 작동유체챔버 내로 역류되는 것을 방지하는 네크부를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치.
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