KR20000044155A

KR20000044155A - 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드를 위한 구동 입력 신호 최적화 방법과 오버히팅 방지 장치 및 그방법

Info

Publication number: KR20000044155A
Application number: KR1019980060639A
Authority: KR
Inventors: 최해용
Original assignee: 이형도; 삼성전기 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-15
Also published as: US6527372B1; JP2000198194A

Abstract

본 발명은 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드를 위한 구동 입력 신호 최적화 방법에 관한 것으로, 변위 발생 시간이 최소일때의 입력 전압을 기준 입력 전압의 크기로 결정하는 단계와; 상기 기준 입력 전압의 공급 시작부터 형상 기억 합금층의 변위가 시작되는 제 1 시간을 측정하고, 그 제 1 시간부터 형상 기억 합금의 변위가 최대치가 되는 제 2 시간을 측정한 후, 상기 제 1 시간과 제 2 시간을 합한 시간을 상기 기준 입력 전압의 인가 신간으로 정하는 단계와; 그리고, 적어도 상기 기준 입력 전압의 크기보다 큰 전압을 인가하고, 그 전압의 크기를 제어하여 잉크액적의 분사 속도와 크기를 결정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

형상 기억 합금 잉크 젯 헤드를 위한 구동 입력 신호 최적화 방법과 오버히팅 방지 장치 및 그 방법

본 발명은 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 방법 및 오버히팅 방지 장치 및 그 방법 에 관한 것으로, 특히 가열에 의해 구동되는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 전압을 최적화하여 잉크 분사 특성을 향상시키고 오버히팅을 방지하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드(SMA Ink-jet Head)의 구조를 보인 단면도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 중앙에 개구부(11a)를 가진 기판(11)이 있고, 상기 개구부(11a)를 포함한 상기 기판(11)상에 산화막(12)이 형성되어 있으며, 상기 개구부(11a)상에 형성된 상기 산화막(12)의 부위(12a)는 하향 만곡되어 있다. 상기 만곡부(12a)를 가진 상기 산화막(12)의 상면에 만곡부(13a)를 가진 형상 기억 합금층(13)이 형성되어 있고, 상기 형상 기억 합금층(13) 상면의 양측단에 전극층(14)이 형성되어 있다. 상기 만곡부(12a)(13a)를 포함하는 상기 전체 구조의 상부에는 잉크를 보관하기 위한 액실(15)이 형성되어 있고, 그 액실(15)의 상면 중앙에는 상기 잉크를 외부로 분사하기 위한 분사구(15a)가 형성되어 있다.

이어, 도 1에 도시된 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 상기 전극층(14)에 전압을 인가하여 상기 형상 기억 합금층(13)에 열이 가해지면, 그 형상 기억 합금층(13)의 만곡부(13a)가 산화막(12)의 만곡부(12a)와 함께 평평해지면서 상기 액실(15)내에 보관된 잉크(17)를 위로 밀게 되고, 이때 잉크(17)는 상기 분사구(15a)를 통하여 분사된다. 또한, 상기 전극층(14)에 가해지는 전압을 중단하면 상기 평평해진 만곡부(12a)(13a)는 다시 원래의 하향 만곡된 모양으로 되돌아오게 된다. 이와 같이 상기 전극층(14)에 인가되는 전압 신호에 의해 상기 만곡부(12a)(13a)의 모양이 변하게 되고, 그 만곡부(12a)(13a)의 변위에 따라 상기 액실(15)내에 보관된 잉크(17)가 분사구(15a)를 통하여 외부로 분사되는 것이다.

그러나, 현재까지는 상기 전극층(14)에 인가되는 전압 신호의 최적화가 이루어지지 않았기 때문에, 분사량의 조절 및 최적화가 구현되지 않았고, 또한 상기 헤드의 오버히팅(overheating)을 방지하기 위한 방법도 구현하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 잉크 젯 헤드의 전극층에 인가되는 전압 신호를 최적화하여 분사의 최적화를 구현하고 오버히팅을 방지하기 위한 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 및 오버히팅 방지 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 일반적인 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구조를 보인 단면도,

도 2(A)는 도 1의 잉크 젯 헤드의 전극층에 가해지는 구동 입력 신호 파형을 도시한 도면,

도 2(B)는 도 2(A)의 구동 입력 신호에 따른 형상 기억 합금층의 변위를 나타내는 파형도,

도 3(A)는 본 발명에 따라 도1의 잉크 젯 헤드의 전극층에 가해지는 구동 입력 신호 파형을 도시한 도면,

도 3(B)는 도 3(A)의 구동 입력 신호에 따른 형상 기억 합금층의 변위를 나타내는 파형도,

도 4는 도 1의 형상 기억 합금의 온도에 따라 저항값이 변화되는 것을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 장치의 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 기판 11a : 개구부

12 : 산화막 13 : 형상 기억 합금층

12a,13a : 만곡부 14 : 전극층

15 : 액실 15a : 분사구

17 : 잉크 20 : 전원 공급부

30 : 전압 검출부 40 : 구동부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 방법은:

형상 기억 합금 잉크 젯 헤드내에 구비된 형상 기억 합금층의 변위 발생 시간이 최소일때의 입력 전압을 기준 입력 전압의 크기로 결정하는 단계와;

상기 기준 입력 전압의 공급 시작부터 형상 기억 합금층의 변위가 시작되는 제 1 시간을 측정하고, 그 제 1 시간부터 형상 기억 합금의 변위가 최대치가 되는 제 2 시간을 측정한 후, 상기 제 1 시간과 제 2 시간을 합한 시간을 상기 기준 입력 전압의 인가 신간으로 정하는 단계와; 그리고

적어도 상기 기준 입력 전압의 크기보다 큰 전압을 인가하고, 그 전압의 크기를 제어하여 잉크액적의 분사 속도와 크기를 결정하는 단계로 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 장치는:

전원을 공급하기 위한 전원 공급부와;

상기 전원 공급부의 출력 신호를 스위칭하기 위한 스위칭부와;

상기 스위칭부를 구동하기 위한 구동부와;

상기 스위칭부를 통하여 상기 전원 공급부로부터 제공되는 전압을 제공받아 구동되는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드가 있고, 그 잉크젯 헤드내의 형상 기억 합금의 자체 저항값의 변화를 측정하는 저항측정부와;

상기 저항 측정부의 저항값과 표준 저항값에 의해 분압된 전압을 검출하기 위한 전압 검출부와;

상기 전압 검출부의 출력 신호에 따라 상기 스위칭부를 구동하기 위한 구동부를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 방법은:

형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 전극층에 전압이 인가될시, 형상 기억 합금의 온도 변화에 따른 비저항의 변화를 측정하는 단계와;

상기 변화하는 비저항대 기준저항에 의한 분압 전압을 검출하여 오버히팅 방지를 위한 기준 전압과 비교하는 단계와; 그리고

상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 작으면 계속하여 상기 전극층에 전압을 인가하고 크면 상기 전극층에 인가되는 전압을 차단하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 및 오버히팅 방지 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2(A)는 도1의 잉크 젯 헤드의 전극층(14)에 가해지는 구동 입력 신호 파형을 도시한 것이고, 도 2(B)는 도 2(A)의 구동 입력 신호에 따른 형상 기억 합금층(13)의 변위를 나타내는 파형도로서, t0는 구동 입력 신호의 인가 시간(즉, 전압 인가 시간)을 나타내고, ts는 구동 입력 신호의 인가 시작 시간부터 상기 형상 기억 합금층(13)의 변태 시작 시간까지의 시간을 나타내며, tr은 상기 형상 기억 합금층(13)의 변위 발생 시간을 나타낸다.

도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 상기 형상 기억 합금(13)은 변태 시작에서 변태 종료까지의 변위 방생 시간 tr은 구조적인 요인에 의해 결정된다. 또한 그 구조적인 요인에 의해 실온에서 변태 시작까지의 시간 ts도 결정된다. 이와 같은 이유로 본 발명을 구현하기 위해서는 도 2(A)의 구동 입력 신호의 전압 인가 시간 t0 및 그것의 크기에 제약이 따르는 바, 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3(A)는 본 발명에 따라 도 1의 잉크 젯 헤드의 전극층(14)에 가해지는 구동 입력 신호 파형을 도시한 것이고, 도 3(B)는 도 3(A)의 구동 입력 신호에 따른 형상 기억 합금층(13)의 변위를 나타내는 파형도로서, t0는 구동 입력 신호의 인가 시간(즉, 전압 인가 시간)을 나타내고, ts는 구동 입력 신호의 인가 시작 시간부터 상기 형상 기억 합금층(13)의 변태 시작 시간까지의 시간을 나타내며, tr은 상기 형상 기억 합금층(13)의 변위 발생 시간을 나타낸다. 또한, S1은 상기 구동 입력 신호에서 기준 입력 전압 신호를 나타내고, S2와 S3는 적어도 상기 S1의 크기 이상의 크기를 갖는 구동 입력 신호들이다. f1, f2 및 f3는 각각 상기 S1, S2 및 S3의 구동 입력 신호에 따른 형상 기억 합금층(13)의 변위량을 나타낸 파형들이다.

도 3(A) 및 도 3(B)에 도시된 바와 같이, 먼저 구동 입력 전압을 S1에서 S2 또는 S3로 높여 전류를 크게 흘려 주어도 상기 변위 발생 시간 tr에는 변화가 없다. 따라서, 상기 변위 발생 시간 tr 및 상기 형상 기억 합금층(13)의 변위량이 최소일때의 입력 전압을 기준 입력 전압 S1으로 결정한다. 즉, 상기 기준 입력 전압 S1이 상기 전극층(14)에 인가될 때 최소의 변위가 발생된다.

상기와 같이 기준 입력 전압 S1이 결정되면 전압 인가 시간 t0를 결정해야 한다. 상기 기준 입력 전압 S1인가되는 최초 시작 시간부터 상기 형상 기억 합금(13)의 최초 변위 발생 시작까지의 시간 ts를 측정한다. 이어 상기 형상 기억 합금(13)의 변위가 최대가 될때까지의 최소의 변위 발생 시간 tr을 측정한다. 따라서, 최적의 전압 인가 시간 t0는 ts + tr이 된다.

또한, 입력 전압을 어느 이상으로만 인가하면 상기 변위 발생 시간 tr은 변화되지 않고 변위량만 증가한다. 변위량의 증가는 액적의 속도와 부피에 영향을 주기 때문에 최소의 변위 발생 시간 tr이 이루어진 전압(S1)을 기준이로 그 이상으로 전압을 인가하면 액적의 속도가 빨라지고 액적의 크기를 크게할 수있다. 즉, 적어도 상기 기준 입력 전압 S1의 크기보다 큰 전압 S2 또는 S3 등을 인가하고, 그 전압의 크기를 제어하여 잉크액적의 분사 속도와 크기를 결정할 수 있다.

도 4는 도 1의 형상 기억 합금층(13)의 온도 변화에 따른 비저항의 변화를 나타낸 도면이다. 도 4에서 보듯이 형상 기억 합금(13)은 온도가 커지면 마르테사이트에서 오오스테나이트로 변하는 변태에 의해 자체저항이 변하게 된다. 즉, 상기형상 기억 합금(13)은 온도가 증가하면 저항이 커지는데, 이를 이용하여 오버히팅을 방지할 수 있다.

도 5는 오버히팅을 방지하기 위한 회로도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(20)와, 상기 전원 공급부(20)로부터 공급되는 전압을 스위칭하기 위한 스위칭 트랜지스터(Q1)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)를 통한 전압의 공급에 따라 저항값이 변화되는 형상 기억 합금(13)의 자체 저항(R1)과, 상기 자체 저항(R1)에 연결된 표준저항(Rf)과, 상기 자체 저항(R1)과 표준 저항(Rf)의 분압에 의한 전압치를 검출하기 위한 전압 검출부(30)와, 상기 전압 검출부(30)의 출력 신호에 의해 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)를 구동시키기 위한 구동 펄스 발생부(40)로 구성된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 회로에 의한 오버히팅 방지 방법은: 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 전극층(14)에 전압이 인가될시, 형상 기억 합금(13)의 온도 변화에 따른 비저항(R1)의 변화를 그 비저항(R1)과 표준 저항(Rf)의 분압 전압으로 만들어 전압 검출부(30)에 인가하고, 상기 전압 검출부(30)는 상기 변화하는 비저항(R1)대 기준저항(Rf)에 의한 분압 전압을 검출하여 오버히팅 방지를 위한 기준 전압과 비교한 후, 상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 작으면 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)를 턴온 상태로 구동시켜 계속하여 상기 전극층(14)에 전압을 인가하고, 상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 크면 상기 전극층(14)에 인가되는 전압을 차단함으로써, 상기 형상 기억 합금(13)의 오버히팅을 방지한다.

이상 상세히 설명한 바와같이 본 발명에 따른 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 및 오버히팅 방지 방법에 의하면, 잉크 분사의 안정성을 확보하고, 과도한 입력에너지를 방지하며, 오버히팅에의한 열손상을 방지하여, 제품의 신뢰성을 한층 향상시키는 효과가 있다.

Claims

형상 기억 합금 잉크 젯 헤드내에 구비된 형상 기억 합금층의 변위 발생 시간이 최소일때의 입력 전압을 기준 입력 전압의 크기로 결정하는 단계와;

상기 기준 입력 전압의 공급 시작부터 상기 형상 기억 합금층의 변위가 시작되는 제 1 시간을 측정하고, 그 제 1 시간부터 상기 형상 기억 합금의 변위가 최대치가 되는 제 2 시간을 측정한 후, 상기 제 1 시간과 제 2 시간을 합한 시간을 상기 기준 입력 전압의 인가 시간으로 결정하는 단계와; 그리고

적어도 상기 기준 입력 전압의 크기보다 큰 전압을 인가하고, 그 전압의 크기를 제어하여 잉크액적의 분사 속도와 크기를 결정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 구동 입력 신호 최적화 방법.
전원을 공급하기 위한 전원 공급부와;

상기 전원 공급부의 출력 신호를 스위칭하기 위한 스위칭부와;

상기 스위칭부를 구동하기 위한 구동부와;

상기 스위칭부를 통하여 상기 전원 공급부로부터 제공되는 전압을 제공받아 구동되는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드가 있고, 그 잉크젯 헤드내의 형상 기억 합금의 자체 저항값의 변화를 측정하는 저항측정부와;

상기 저항 측정부의 저항값과 표준 저항값에 의해 분압된 전압을 검출하기 위한 전압 검출부와;

상기 전압 검출부의 출력 신호에 따라 상기 스위칭부를 구동하기 위한 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 장치.
형상 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 전극층에 전압이 인가될시, 형상 기억 합금의 온도 변화에 따른 비저항의 변화를 측정하는 단계와;

상기 변화하는 비저항대 기준저항에 의한 분압 전압을 검출하여 오버히팅 방지를 위한 기준 전압과 비교하는 단계와; 그리고

상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 작으면 계속하여 상기 전극층에 전압을 인가하고 크면 상기 전극층에 인가되는 전압을 차단하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 잉크 젯 헤드의 오버히팅 방지 방법.