KR19990048605A

KR19990048605A - Electromagnetic Inkjet Printer Head

Info

Publication number: KR19990048605A
Application number: KR1019970067347A
Authority: KR
Inventors: 연제욱
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 압전 액튜에이터(80)에 대신에 전자기 액튜에이터(180)를 채용한 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로, 본 발명의 전자기 액튜에이터(180)는 덮개판(30)상에 부착된 이동자(120)에 코일(110)이 복수회 권선되어 있다. 이러한 이동자(120)의 상부에는 스프링(130)에 의해 고정자(140)가 탄성지지된다.The present invention relates to an electrophoretic inkjet printer head employing an electromagnetic actuator (180) instead of a piezoelectric actuator (80), wherein the electromagnetic actuator (180) of the present invention is a mover (120) attached to a cover plate (30). The coil 110 is wound several times. The stator 140 is elastically supported by the spring 130 above the mover 120.

본 발명에 따르면, 가장 큰 변위를 발생하는 것으로 알려진 전자기 액튜에이터를 압전형 대신에 채용하는 것이므로, 수십 kHz이상의 더 높은 주파수에서 작동할 수 있고, 종래보다 압력챔버의 수축을 용이하게 할 수 있으며, 제조공정도 간단하므로, 생산성 측면에서 유리한 효과를 가진다.According to the present invention, since the electromagnetic actuator known to generate the largest displacement is employed instead of the piezoelectric type, it can operate at a higher frequency of several tens of kHz or more, and can facilitate the contraction of the pressure chamber than before, and Since the process is simple, it has an advantageous effect in terms of productivity.

Description

Electromagnetic Inkjet Printer Head

본 발명은 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로, 특히 전자기력을 이용하여 제어가 용이하고 압력챔버의 변위를 크게 할 수 있고, 제조공정이 용이한 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrophoretic inkjet printer head, and more particularly, to an electrophoretic inkjet printer head which can be easily controlled by using electromagnetic force, can increase the displacement of the pressure chamber, and can be easily manufactured.

잘 알려진 바와 같이, 잉크젯 프린터 헤드에는 열전사(thermal) 방식또는 압전 방식으로 나누어 지며, 이러한 열전사 방식은 헤드의 챔버내에 열을 공급할 수 있는 히터를 장착하여 매우 짧은 시간안에 상당히 큰 열에너지를 공급함에 따라, 챔버내의 잉크에 방울(bubble)이 형성되고, 이것이 노즐을 통해 분사되는 것이지만, 터멀 방식은 열에너지에 의해 발생되는 잉크 방울의 압력으로 인한 연속적인 충격 때문에 내구성에 문제가 있으며, 잉크 방울의 크기를 조절하기 어렵고, 속도의 증가에 한계가 있었다.As is well known, inkjet printer heads are divided into thermal or piezoelectric methods, which are equipped with a heater capable of supplying heat into the chamber of the head to provide a large amount of thermal energy in a very short time. Accordingly, bubbles are formed in the ink in the chamber, which is sprayed through the nozzles, but the thermal method has a durability problem due to the continuous impact caused by the pressure of the ink droplets generated by thermal energy, and the size of the ink droplets. It was difficult to control, and there was a limit to the increase in speed.

이에 반하여 압전 방식은 헤드의 챔버에 압력을 가할 수 있도록, 다이아프램에 압전물질을 부착하여 전압이 인가되면 힘을 발생시키는 압전특성을 이용하여 챔버에 압력을 제공하여 잉크를 밀어내는 방식으로, 인가되는 전압에 따라 힘을 발생시켜 챔버내에 압력을 전달하는 방식이므로 속도 측면에서 성능이 우수하여 널리 사용되고 있다.On the other hand, the piezoelectric method is a method in which a piezoelectric material is attached to a diaphragm so as to apply pressure to the chamber of the head so as to push the ink by providing pressure to the chamber using a piezoelectric property that generates a force when a voltage is applied. It is widely used because of its excellent performance in terms of speed because it generates a force in accordance with the voltage to transfer the pressure in the chamber.

이러한 압전형 잉크젯 프린터 헤드는 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 잉크분사구멍(2)이 형성된 바닥의 바닥판(10)과, 잉크흐름구멍(12)(14) 및 잉크 흡입구(16)가 형성된 금속판(20)과, 상부의 덮개판(30)이 순차로 적층된다. 바닥판(10)과 금속판(20)사이에는 잉크 공급통로 유지부(40)가 개재되어 잉크공급통로(50)가 형성되는 한편, 금속판(20)과 덮개판(30)사이에 간격유지판(60)이 개재되어, 잉크통(90)내에서 잉크 흡입구(16)를 통해 잉크공급통로(50)로 공급된 잉크가 잉크흐름구멍(12)을 통해 압력챔버(70)에 공급된다.In the piezoelectric inkjet printer head, as shown in FIG. 1, the bottom plate 10 having the ink ejection hole 2 formed thereon, the ink flow holes 12, 14, and the ink suction port 16 are provided. The formed metal plate 20 and the upper cover plate 30 are sequentially stacked. An ink supply passageway 50 is formed between the bottom plate 10 and the metal plate 20 to form an ink supply passageway 50, while a gap maintaining plate is formed between the metal plate 20 and the cover plate 30. 60 is interposed, and ink supplied to the ink supply passage 50 through the ink suction port 16 in the ink container 90 is supplied to the pressure chamber 70 through the ink flow hole 12.

또한, 공급통로 유지부(40)에는 금속판(20)의 잉크흐름구멍(14)과 바닥판(10)의 잉크분사구멍(2)을 통해 압력챔버(70)에 공급된 잉크를 분사하는 분사통로(42)가 형성된다.In addition, the supply passage holding portion 40 is an injection passage for injecting the ink supplied to the pressure chamber 70 through the ink flow hole 14 of the metal plate 20 and the ink injection hole 2 of the bottom plate 10. 42 is formed.

한편, 압력챔버(70)상부의 덮개판(30)위에는 압력챔버(70)에 압력을 가하기 위해 상하의 전극(82)(84)과 그 사이의 압전체(86)로 이루어진 압전 액튜에이터(80)가 부착되어, 압력챔버(70)에 압력을 가하게 된다.On the other hand, a piezoelectric actuator 80 composed of upper and lower electrodes 82 and 84 and a piezoelectric element 86 therebetween is attached on the cover plate 30 of the upper portion of the pressure chamber 70 to apply pressure to the pressure chamber 70. Thus, pressure is applied to the pressure chamber 70.

이와 같이 구성된 종래의 압전형 잉크젯 프린터 헤드는 압력챔버(70)와 잉크 공급통로(50)에 잉크가 차 있다가 외부에서 전기신호가 인가되면, 인가된 전압에 따라 압전체(86)는 수축하게 된다. 이때, 압전체(86)의 하부 전극(84)이 덮개판(30)에 부착되어 있기 때문에, 덮개판(30)이 하부로 휘어져서 압력챔버(70)에 압력을 가하게 된다. 압력챔버(70)가 압력을 받게 되면, 압력챔버(70)내에 있는 잉크는 금속판(20)의 잉크흐름구멍(14)과 분사통로(42)와 잉크분사구멍(2)을 통해 분사된다. 이때, 잉크흐름구멍(12)과 잉크분사구멍(2)은 잉크의 역류를 방지하고자 잉크의 흐름방향으로 경사져 있기 때문에, 역류량은 적게된다. 이후, 덮개판(30)이 원래의 위치로 복원되면, 잉크 공급통로(50)에 있는 잉크는 압력챔버(70)로 흡입되고, 잉크 공급통로(50)에는 다시 잉크가 채워진다.In the conventional piezoelectric inkjet printer head configured as described above, when the ink is filled in the pressure chamber 70 and the ink supply passage 50 and an electric signal is applied from the outside, the piezoelectric element 86 contracts according to the applied voltage. . At this time, since the lower electrode 84 of the piezoelectric body 86 is attached to the cover plate 30, the cover plate 30 is bent downward to apply pressure to the pressure chamber 70. When the pressure chamber 70 is pressurized, the ink in the pressure chamber 70 is injected through the ink flow hole 14, the injection passage 42, and the ink injection hole 2 of the metal plate 20. At this time, since the ink flow holes 12 and the ink injection holes 2 are inclined in the flow direction of the ink to prevent the back flow of the ink, the amount of back flow is small. Then, when the cover plate 30 is restored to its original position, the ink in the ink supply passage 50 is sucked into the pressure chamber 70, and the ink supply passage 50 is filled with ink again.

하지만, 이러한 종래의 압전형 잉크젯 프린터 헤드는 피에조 압전물질을 이용함에 따라, 대량 생산시 재질의 불균일성을 가지며, 압전특성에 의해 발생되는 변위가 적으며, 제조공정이 복잡하고 제어가 용이하지 않은 문제점이 있었다.However, such a piezoelectric inkjet printer head of the related art has a non-uniformity of materials during mass production due to the use of piezoelectric piezoelectric materials, has a small displacement caused by piezoelectric properties, and is complicated in manufacturing process and not easy to control. There was this.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전자기형을 이용함으로서 압전형 변환기(transducer)보다 헐씬 큰 변위를 가지므로서 잉크의 분사를 용이하게 할 수 있는 고성능의 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is a high performance electrophoretic inkjet which can facilitate the ejection of ink by using an electromagnetic type and having a displacement much larger than that of a piezoelectric transducer. To provide a print head.

이러한 목적들을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 잉크젯 프린터 헤드는 압전 액튜에이터에 의해 구동되는 대신에, 코일이 복수회 권선되어, 덮개판상에 부착된 이동자와, 이 이동자의 상부에 스프링에 의해 탄성지지되는 고정자와, 고정자를 지지하고 전원을 공급하는 앵커로 구성된 전자기 액튜에이터를 채용하는 것을 특징으로 한다.Instead of being driven by a piezoelectric actuator, the inkjet printer head of the present invention, as a means for achieving these objects, is wound with a coil wound several times, elastically supported by a spring attached to the cover plate, and on top of the mover. An electromagnetic actuator comprising a stator and an anchor supporting and supplying power to the stator is adopted.

본 발명에 따른 전자기구동방식은 열전사방식또는 압전방식보다 수십 kHz이상의 더 높은 주파수에서 작동할 수 있고, 제조공정도 간단하므로, 생산성 측면에서 유리한 효과를 가진다.The electronically driven method according to the present invention can operate at a higher frequency of several tens of kHz or more than the thermal transfer method or the piezoelectric method, and the manufacturing process is simple, which has an advantageous effect in terms of productivity.

도 1은 종래의 압전형 잉크젯 프린터 헤드의 구성을 나타내는 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional piezoelectric inkjet printer head,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자기형 잉크젯 프린터 헤드의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an electromagnetic ink jet printer head according to a preferred embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

2 : 잉크분사구멍 10 : 금속 분사구멍판2: ink ejection hole 10: metal ejection hole plate

12,14 : 잉크흐름구멍 16 : 잉크 흡입구12,14: ink flow hole 16: ink inlet

20 : 금속판 30 : 덮개판20: metal plate 30: cover plate

40 ; 잉크 공급통로 유지부 42 : 분사통로40; Ink supply passage holding portion 42: injection passage

50 : 잉크공급통로 60 : 간격유지판50: ink supply passage 60: gap holding plate

70 : 압력챔버 80 : 압전 액튜에이터70 pressure chamber 80 piezoelectric actuator

82,84 : 상하부 전극 86 : 압전체82,84: upper and lower electrodes 86: piezoelectric body

90 : 잉크통 110 : 코일90: ink container 110: coil

120 : 이동자 130 : 스프링120: mover 130: spring

140 : 고정자 150 : 앵커140: stator 150: anchor

180 : 전자기 액튜에이터180: electromagnetic actuator

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 정전구동형 잉크젯 프린터 헤드를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the electrostatically driven inkjet printer head according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드의 구성을 나타내고, 종래와 동일한 구성에는 동일한 참조번호를 첨부하였고, 설명의 편의상 상세한 설명은 생략하였다.Figure 2 shows the configuration of the electrophoretic inkjet printer head according to the present invention, the same reference numerals are attached to the same components as the prior art, and the detailed description is omitted for convenience of description.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잉크젯 프린터 헤드의 특징적 구성은, 종래의 압전 액튜에이터(80)에 대신에 전자기 액튜에이터(180)를 채용하는 것이다.As shown in Fig. 2, the characteristic configuration of the inkjet printer head of the present invention is to employ the electromagnetic actuator 180 instead of the conventional piezoelectric actuator 80.

이러한 전자기 액튜에이터(180)는 덮개판(30)상에 부착된 이동자(120)에 코일(110)이 복수회 권선되어 있다. 이러한 이동자(120)의 상부에는 스프링(130)에 의해 고정자(140)가 탄성지지되며, 도면중 미설명부호 (150)은 고정자(140)를 지지하고 전원을 공급하는 앵커를 나타내고 있다.In the electromagnetic actuator 180, the coil 110 is wound a plurality of times on the mover 120 attached to the cover plate 30. The stator 140 is elastically supported by the spring 130 on the upper part of the mover 120, and the reference numeral 150 in the drawing indicates an anchor for supporting the stator 140 and supplying power.

이와 같이 구성된 전자기 액튜에이터의 이동자(120) 및 고정자(140)는 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금인 퍼멀로이(permalloy)로 만들어 지는 것으로, 발생되는 힘은 힘은 다음과 같다.The mover 120 and the stator 140 of the electromagnetic actuator configured as described above are made of permalloy, which is an alloy of nickel (Ni) and iron (Fe), and the generated force is as follows.

F = kx = F = kx =

(여기서, k는 스프링의 상수이고, x는 이동변위이고, I는 전류이며, n은 코일의 권선수이고, k_1,k₂ 는 비례상수이고, g는 고정자와 이동자사이의 길이이다.)Where k is the constant of the spring, x is the displacement, I is the current, n is the number of turns of the coil, k _1, k ₂ Is the proportionality constant and g is the length between the stator and the mover.)

즉, 전자기 액튜에이터에 의해 발생되는 힘은 코일의 권선수(turn)와 전류(current)의 제곱에 비례하는 것으로, 그 공진 주파수는 (여기서, m은 이동자의 질량이다.)이다.In other words, the force generated by the electromagnetic actuator is proportional to the square of the number of turns and the current of the coil. Where m is the mass of the mover.

이상과 같이 구성된 본 발명의 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드는 이동자(120)의 코일(110)에 전류를 인가하면, 전류의 극성에 따라 압력챔버(70)에 압력을 가하여 덮개판(30)이 아래쪽으로 휘게 되므로서 압력챔버(70)내의 잉크가 종래와 마찬가지로 금속판(20)의 잉크흐름구멍(14)과 분사통로(42)와 잉크분사구멍(2)을 통해 분사된다. 이후, 덮개판(30)이 원래의 위치로 복원되면, 잉크 공급통로(50)에 있는 잉크는 압력챔버(70)로 흡입되고, 잉크 공급통로(50)에는 다시 잉크가 채워진다.In the electrophoretic inkjet printer head of the present invention configured as described above, when a current is applied to the coil 110 of the mover 120, the cover plate 30 is lowered by applying pressure to the pressure chamber 70 according to the polarity of the current. The ink in the pressure chamber 70 is injected through the ink flow hole 14, the injection passage 42, and the ink injection hole 2 of the metal plate 20, as in the prior art. Then, when the cover plate 30 is restored to its original position, the ink in the ink supply passage 50 is sucked into the pressure chamber 70, and the ink supply passage 50 is filled with ink again.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전자기구동형 잉크젯 프린터 헤드는 가장 큰 변위를 발생하는 것으로 알려진 전자기 액튜에이터를 압전형 대신에 채용하는 것이므로, 수십 kHz이상의 더 높은 주파수에서 작동할 수 있고, 종래보다 압력챔버의 수축을 용이하게 할 수 있으며, 제조공정도 간단하므로, 생산성 측면에서 유리한 효과를 가진다.As described above, the electrophoretic inkjet printer head of the present invention employs an electromagnetic actuator known to generate the largest displacement instead of a piezoelectric type, so that it can operate at a higher frequency of several tens of kHz or more, and is more pressure than conventional. The contraction of the chamber can be facilitated, and the manufacturing process is simple, which has an advantageous effect in terms of productivity.

Claims

The bottom plate 10 on which the ink injection holes 2 are formed, the metal plate 20 on which the ink flow holes 12 and 14 are formed, and the upper cover plate 30 are sequentially stacked. An ink supply passageway 50 is formed between the 10 and the metal plate 20 to form an ink supply passage 50, while the gap maintaining plate 60 is formed between the metal plate 20 and the cover plate 30. Interposed therebetween, the ink supplied to the ink supply passage 50 is supplied to the pressure chamber 70 through the ink flow hole 12, and the upper and lower electrodes 82, 84 and the piezoelectric body 86 therebetween. By the contraction of the piezoelectric body 86 of the piezoelectric actuator 80 attached to the cover plate 30 by the pressure flow through the ink flow hole 14, the injection passage 42 and the ink injection hole (2) ( In the inkjet printer head for ejecting the ink supplied to 70),

And an electromagnetic actuator (180) instead of the piezoelectric actuator (80).

The method of claim 1,

The electromagnetic actuator 180 is a coil 110 is wound a plurality of times, the mover 120 is attached to the cover plate 30, and the elastic support is supported by a spring 130 on the top of the mover 120 Electromagnetic inkjet printer head, characterized in that consisting of a stator (140), and an anchor (150) for supporting and supplying power to the stator (140).

The method of claim 2,

The mover 120 and the stator 140 of the electromagnetic actuator is an electrophoretic inkjet printer head, characterized in that made of permalloy, an alloy of nickel and iron.

The method of claim 2,

And the force generated by the electromagnetic actuator is proportional to the square of the number of windings of the coil and the current supplied.