JP2011126267A - インクジェットプリントヘッド、インクジェットプリントヘッドアセンブリー及びインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】側面にインクを吐出するサイド吐出方式のインクジェットプリントヘッド内の流路を単純化し、インクジェットプリントヘッドにインクを供給するカートリッジヘッドのパッケージングを容易にする。
【解決手段】本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、インクを側面に吐出するノズルが長さ方向に形成されるヘッドプレートと、前記ヘッドプレートの底面に形成され、インクを流入するインク流入口と、前記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、前記ノズルと連通される圧力チャンバと、前記圧力チャンバと連通される前記ノズルを介して吐出されるインクの方向と垂直に駆動力を提供するよう、前記圧力チャンバとメンブレンを介して配置される圧電体と、を含むことができる。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、インクを側面に吐出するノズルが長さ方向に形成されるヘッドプレートと、前記ヘッドプレートの底面に形成され、インクを流入するインク流入口と、前記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、前記ノズルと連通される圧力チャンバと、前記圧力チャンバと連通される前記ノズルを介して吐出されるインクの方向と垂直に駆動力を提供するよう、前記圧力チャンバとメンブレンを介して配置される圧電体と、を含むことができる。
【選択図】図２
Description
本発明は、側面にインクを吐出するサイド吐出方式のインクジェットプリントヘッド内の流路を単純化し、インクジェットプリントヘッドにインクを供給するカートリッジヘッドのパッケージングを容易にすることができるインクジェットプリントヘッド、インクジェットプリントヘッドアセンブリー及びインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法に関する。
一般的に、インクジェットプリントヘッドは、電気信号を物理的な力に変換し、小さなノズルを介してインクが液滴の形態で吐出されるようにする構造体である。特に、インクジェットヘッドアセンブリーは、ノズルプレートを具備するインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドにインクを供給するカートリッジと、からなる。
最近、圧電方式のインクジェットヘッドは産業用インクジェットプリンタにおいても使用されている。例えば、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に金、銀等の金属を溶かして作ったインクを噴射して回路パターンを直接形成させるか、または、産業グラフィックや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造、太陽電池等に使用される。
産業用インクジェットプリンタのインクジェットヘッド内には、インクを流入する流入口、流入されるインクを貯蔵するリザーバ、並びに上記リザーバ内のインクをノズルに移動させるために圧電体の駆動力を伝達するチャンバ等が形成される。
従来のインクジェットヘッドは、流入口が上記インクジェットプリントヘッドの上部に形成され、上記上部から流入されるインクは、インクジェットプリントヘッドの下部に形成されるリザーバに貯蔵された後、上記圧力チャンバへ再び上昇するという複雑な流路構造であった。
また、圧電体とインク流入口が上記インクジェットプリントヘッドの同一面上に形成され、配線ラインが複雑で、かつカートリッジの結合時にパッケージングが容易でないという問題点があった。
本発明の目的は、側面にインクを吐出するサイド吐出方式のインクジェットプリントヘッド内の流路を単純化し、インクジェットプリントヘッドにインクを供給するカートリッジヘッドのパッケージングを容易にすることができるインクジェットプリントヘッド、インクジェットプリントヘッドアセンブリー及びインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法を提供することにある。
本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、インクを側面に吐出するノズルが長さ方向に形成されるヘッドプレートと、上記ヘッドプレートの底面に形成され、インクを流入するインク流入口と、上記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、上記ノズルと連通される圧力チャンバと、上記圧力チャンバと連通される上記ノズルを介して吐出されるインクの方向と垂直に駆動力を提供するよう、上記圧力チャンバとメンブレンを介して配置される圧電体と、を含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドは、上記圧力チャンバと上記インク流入口の間に形成され、上記圧力チャンバのインクが上記インク流入口に逆流されることを防止するリストリクタをさらに含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの上記リストリクタは、多数の微細ホールを含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの上記ヘッドプレートは、２枚のシリコン基板を含み、上記圧力チャンバは、上部基板に形成され、上記ノズルとインク流入口は下部基板に形成されることができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの上記上部基板はＳＯＩ基板であることができる。
一方、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーは、インク流入口とリストリクタが高さ方向に形成され、ノズルが幅方向に形成される下部基板と、上記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、上記ノズルとインクを吐出するように連通される圧力チャンバが形成される上部基板と、上記上部基板のメンブレン上に具備され、上記圧力チャンバに駆動力を提供する圧電体と、上記下部基板が接合され、インク流入口にインクを提供するよう、インクを貯蔵するマニホールドが形成されるカートリッジヘッドと、を含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの上記カートリッジヘッドは、外部のインクを流入するための連通ホールを含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの上記リストリクタは、多数の微細ホールを含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの上記上部基板はＳＯＩ基板であることができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの上記カートリッジヘッドは金属材質であることができる。
さらに他の側面で、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法は、上部基板をエッチングして圧力チャンバとなる溝を形成するステップと、下部基板の上記圧力チャンバの一部と対応する位置にリストリクタとなる多数の微細ホールをエッチングし、上記下部基板の上部の側面端部から上記圧力チャンバの他の一部と対応する位置までノズルとなる溝をエッチングし、上記微細ホールと連通され、上記下部基板の下面に露出するインク流入口をエッチングするステップと、上記上部基板と下部基板を接合し、上記圧力チャンバとノズル及び上記圧力チャンバとリストリクタが連通されるようにするステップと、外部から提供されるインクを貯蔵するマニホールドが形成されたカートリッジヘッドを上記マニホールドと上記下部基板のインク流入口と連通されるように、上記下部基板とカートリッジヘッドを接合するステップと、を含むことができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法において、上記上部基板はＳＯＩ基板であることができる。
また、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法において、上記カートリッジヘッドは金属材質であることができる。
本発明によるインクジェットプリントヘッド、インクジェットプリントヘッドアセンブリー及びインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法によると、インクがインクジェットプリントヘッドの下部から流入され、側面に吐出される単純な構造を有する。
また、インクジェットプリントヘッド内の流路構造が簡単で、製造工程を単純化させることができ、インクを側面に吐出して圧電体の駆動力伝達方向とインクの吐出方向が垂直を成し、ノズル間クロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）を減殺することができる。
また、圧電体の反対面にインク流入口が形成され、インクジェットプリントヘッドの下部面をパッケージングするため、配線構造を外部に露出させることが容易で、インクジェットプリントヘッドのパッケージングの自動化が可能となる。
以下では図面を参照し、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に限らず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等を通して退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
また、各実施例の図面に示す同一または類似する思想の範囲内で機能が同一の構成要素は同一の参照符号を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの概略分解斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリー１は、インクジェットプリントヘッド２０と、圧電体４０と、カートリッジヘッド１０と、を含むことができる。
上記インクジェットプリントヘッド２０は直方体状のヘッドプレート２５からなり、上記ヘッドプレート２５内にはカートリッジヘッド１０から流入されるインクを外部に吐出するようにする流路構造が形成される。
本実施例におけるインクはヘッドプレート２５の下部に形成されるインク流入口２２２を通じて流入され、ヘッドプレート２５の側面を通じて外部に吐出される。
上記圧電体４０は、上記ヘッドプレート２５内のインクを外部に吐出することができる駆動力を提供することができる。
上記カートリッジヘッド１０は上記インクジェットプリントヘッド２０が装着される装着部１２が形成され、上記装着部１２の内側には外部のインク供給源から供給されるインクを貯蔵するマニホールド１４が形成される。
本実施例におけるカートリッジヘッド１０は外部のインク供給源からチューブ６０を通してインクの提供を受ける。この際、上記チューブ６０は、上記マニホールド１４内に形成される連通ホール１６と連通されることができる。
一方、具体的に示していないが、カートリッジヘッド１０はインクが貯蔵された貯蔵タンクであるカートリッジからインクの提供を受けることができる。
上記インクジェットプリントヘッドアセンブリー１に適用されるインクジェットプリントヘッド２０は、以下に説明する図２から図５の実施例のインクジェットヘッド２０の技術的特徴を全て含むことができる。
図２は、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドの概略斜視図であり、図３は、図２のIII−IIIラインの断面図であり、図４は、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの概略断面図である。
図２から図４を参照すると、本発明によるインクジェットプリントヘッド２０は、ヘッドプレート２５と、上記ヘッドプレート２５内に形成される流路構造と、圧電体４０と、を含むことができる。
上記ヘッドプレート２５は、多数のシリコン基板が積層されて形成される直方体の構造体であり、本実施例では下部基板２２及び上部基板２４が積層されて形成されることができる。
ここで、以下で使用される方向について定義すると、上記下部基板２２から上部基板２４に積層される方向を高さ方向（Ｈ）、上記インクジェットプリントヘッド２０内において流路の移動方向が幅方向（Ｗ）及び上記ノズルが一列に並んだ方向を長さ方向（Ｌ）と定義する。
本実施例のインクジェットプリントヘッド２０は、上記ヘッドプレート２５の側面にインクを吐出するノズル２２５が長さ方向に形成されることができる。上記ヘッドプレート２５の底面にはインク流入口２２２が形成されることができる。上記インク流入口２２２で流入されるインクは圧力チャンバ２４２に移動して貯蔵された後、圧電体４０の駆動により上記ノズル２２５を介して外部に吐出される。
具体的に説明すると、上記上部基板２４には上記インク流入口２２２から流入されるインクを貯蔵し、上記ノズル２２５とインクを吐出するように連通される圧力チャンバ２４２が形成されることができる。上記圧力チャンバ２４２の正確な高さを設定するために、上記上部基板２４はエッチング停止層の役割をする中間酸化膜が形成されるＳＯＩ基板を使用することができる。
また、上記下部基板２２には、インク流入口２２２の上部に上記圧力チャンバ２４２でインクの逆流を防止するリストリクタ２２４がさらに形成されることができる。上記リストリクタ２２４は多数の微細ホールで形成され、インクのフィルターの役割をすることができる。
上記圧電体４０は、上記上部基板２４のメンブレン２４４上に具備され、上記圧力チャンバ２４２にインク吐出の駆動力を提供することができる。
上記圧電体４０は、圧力チャンバ２４２の上面であるメンブレン２４４を変形させてインクの吐出を駆動させることができる。圧電体は電気的エネルギーを機械的エネルギーに、または逆に変換できる要素であり、その材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）が代表的である。また、インクの吐出のために圧電体４０を用いた圧電方式ではなくバブルジェット（登録商標）またはサーマルジェット方式が用いられることができる。
このような圧電体４０は、共通電極の役割をする下部電極４２と、電圧の印加により変形する圧電部４４と、上記圧電部４４に電圧を印加する駆動電極の役割をする上部電極４６と、を含むことができる。
上記圧電部４４に電圧が印加されると、上記メンブレン２４４の上下変形により圧力チャンバ２４２で駆動力が垂直方向に伝達される。このときの駆動力により、上記圧力チャンバ２４２内のインクがノズル２２５を介して外部に吐出されることができる。
上記ノズル２２５は、幅方向にヘッドプレート２５の側面に向かうように形成されるため、上記インクは上記圧力チャンバ２４２内の駆動力伝達方向と垂直方向に吐出される。
圧力チャンバ２４２内の駆動力伝達方向と垂直方向にインクが吐出されると、ノズル間に相互干渉現象であるクロストークが減殺されることができる。
このようにインク流入口２２２が下部基板２２に形成され、圧電体４０と反対面に形成されるため、図４のようにカートリッジヘッド１０のパッケージングが容易にできる。
上記カートリッジヘッド１０は、上記下部基板２２の下部で接合される。この際、上記カートリッジヘッド１０内のマニホールド１４が上記インク流入口２２２と連通されるようにする。
ここで、上記カートリッジヘッド１０は、上記インクジェットプリントヘッド２０の材質とは違って金属材質を用いることで、インクの貯蔵に対する耐食性を増加させることができる。
図５ａから図５ｅは、本発明の一実施例によるインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法を説明するための概略断面図である。
図５ａは、ＳＯＩ基板である上部基板２４をエッチングして圧力チャンバ２４４となる溝を形成する図面である。ＳＯＩ基板は、基板の内部に中間酸化膜が形成され、エッチング時にエッチング停止層の役割をするため、圧力チャンバ２４４の高さを正確に設定することができる。
図５ｂ及び図５ｃは、下部基板２２に流路構造を形成する様子を図示している。上記下部基板２２は、ＳＯＩ基板を用いてインク流入口２２２及びリストリクタ２２４とノズル２２５の層を区分することができる。
上記上部基板２４及び下部基板２２の成形工程は、特に順序には拘束されない。
上記リストリクタ２２４は、上記下部基板２２に上記圧力チャンバ２４２の一部と対応する位置に多数の微細ホールをエッチングして形成されることができる。
そして、上記インク流入口２２２は、上記下部基板２２の底面から高さ方向にエッチングされ、上記多数の微細ホールと連通されるようにする。
上記ノズル２２５は、上記下部基板２２の上部の側面端部から上記圧力チャンバ２４２の他の一部と対応する位置までエッチングされて形成される溝により形成されることができる。
微細加工された上部基板２４及び下部基板２２の接合工程が図５ｄに開示される。上記上部基板２４と下部基板２２の接合により、インク流入口２２２、リストリクタ２２４、圧力チャンバ２４２及びノズル２２５につながる流路が完成される。
図５ｅには、下部基板２２とカートリッジヘッド１０が接合される様子が開示されている。
外部から提供されるインクを貯蔵するマニホールド１４が形成されたカートリッジヘッド１０を上記マニホールド１４と上記下部基板２２のインク流入口２２２と連通されるように、上記下部基板２２とカートリッジヘッド１０を接合することによってインクジェットプリントヘッドアセンブリー１が完成される。
本発明によるインクジェットプリントヘッド、インクジェットプリントヘッドアセンブリー及びインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法によると、インクがインクジェットプリントヘッドの下部から流入されて側面に吐出される単純な構造を有する。
また、インクジェットプリントヘッド内の流路構造が簡単であるため製造工程を単純化させることができ、インクを側面に吐出して圧電体の駆動力伝達方向とインクの吐出方向が垂直を成すため、ノズル間のクロストークを減殺することができる。
さらに、圧電体と反対面にインク流入口が形成され、インクジェットプリントヘッドの下部面をパッケージングするため、配線構造を外部に容易に露出させることができ、インクジェットプリントヘッドのパッケージングを自動化することができる。
１ インクジェットプリントヘッドアセンブリー
１０ カートリッジヘッド
２０ インクジェットヘッド
２２ 下部基板
２４ 上部基板
４０ 圧電体
５０ フレキシブル印刷回路基板
１０ カートリッジヘッド
２０ インクジェットヘッド
２２ 下部基板
２４ 上部基板
４０ 圧電体
５０ フレキシブル印刷回路基板
Claims (13)
- インクを側面に吐出するノズルが長さ方向に形成されるヘッドプレートと、
前記ヘッドプレートの底面に形成され、インクを流入するインク流入口と、
前記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、前記ノズルと連通される圧力チャンバと、
前記圧力チャンバと連通される前記ノズルを介して吐出されるインクの方向と垂直に駆動力を提供するよう、前記圧力チャンバとメンブレンを介して配置される圧電体と
を含むインクジェットプリントヘッド。 - 前記圧力チャンバと前記インク流入口の間に形成され、前記圧力チャンバのインクが前記インク流入口に逆流されることを防止するリストリクタと、
をさらに含む請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記リストリクタは、複数の微細ホールを含むことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ヘッドプレートは、シリコン製の上部基板および下部基板を含み、
前記圧力チャンバは、前記上部基板に形成され、前記ノズルとインク流入口は前記下部基板に形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記上部基板は、ＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
- インク流入口とリストリクタが高さ方向に形成され、ノズルが幅方向に形成される下部基板と、
前記インク流入口から流入されるインクを貯蔵し、前記ノズルとインクを吐出するように連通される圧力チャンバが形成される上部基板と、
前記上部基板のメンブレン上に具備され、前記圧力チャンバに駆動力を提供する圧電体と、
前記下部基板が接合され、インク流入口にインクを提供するよう、インクを貯蔵するマニホールドが形成されるカートリッジヘッドと
を含むインクジェットプリントヘッドアセンブリー。 - 前記カートリッジヘッドは、外部のインクを流入するための連通ホールを含むことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリー。
- 前記リストリクタは、複数の微細ホールを含むことを特徴とする請求項６または７に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリー。
- 前記上部基板はＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリー。
- 前記カートリッジヘッドは金属材質であることを特徴とする請求項６から９の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリー。
- 上部基板をエッチングして圧力チャンバとなる溝を形成するステップと、
下部基板の前記圧力チャンバの一部と対応する位置にリストリクタとなる複数の微細ホールをエッチングし、前記下部基板の上部の側面端部から前記圧力チャンバの他の一部と対応する位置までノズルとなる溝をエッチングし、前記微細ホールと連通され、前記下部基板の下面に露出するインク流入口をエッチングするステップと、
前記上部基板と前記下部基板を接合し、前記圧力チャンバとノズル及び前記圧力チャンバとリストリクタが連通されるようにするステップと、
外部から提供されるインクを貯蔵するマニホールドが形成されたカートリッジヘッドを前記マニホールドと前記下部基板のインク流入口と連通されるように、前記下部基板とカートリッジヘッドを接合するステップと
を含むインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法。 - 前記上部基板はＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法。
- 前記カートリッジヘッドは金属材質であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブリーの製造方法。
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