JP2013082191A - インクジェットプリントヘッド組立体 - Google Patents

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ジュン パク、ホ
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ジョー シン、セウン
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Abstract

【課題】本発明は、インクジェットプリントヘッド組立体に関し、より詳細には、プリンティングの際に発生する熱を効果的に吸収及び放出して一定のサイズの液滴を噴射することができるインクジェットプリントヘッド組立体に関する。
【解決手段】本発明のインクジェットプリントヘッド組立体は、インクジェットプリントヘッドと、当該インクジェットプリントヘッドに形成されて当該インクジェットプリントヘッドから発生する熱を吸収及び放出させる第1のコーティング層と、を含むことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、インクジェットプリントヘッド組立体に関し、より詳細には、プリンティングの際に発生する熱を効果的に吸収及び放出して一定のサイズの液滴を噴射することができるインクジェットプリントヘッド組立体に関する。
インクジェットプリンターは、カートリッジ内部に貯蔵されたインクを噴射して所望の形状や色を印刷することができる。このようなインクジェットプリンターは、文書を印刷するための事務用機器として活用される上に特定製品に色を注入するための工業用機器としても活用されている。
一般に、インクジェットプリンターは、インクカートリッジ付きのキャリッジを印刷媒体の幅方向に移動しながら印刷作業を行う。
しかしながら、このような印刷作業形態は、印刷過程でキャリッジが左右に何度も移動しなければならないため、印刷速度が遅い上、キャリッジの移動過程で騒音が発生する等の問題がある。
このような理由で、近年では、印刷速度の向上のために多数のインクジェットプリントヘッドを備えたインクジェットプリンターが開発され用いられている。このようなインクジェットプリンターは、1回の作動で広域の範囲を印刷することができるという長所がある。
しかしながら、多数のインクジェットプリントヘッドを備えたプリンターは、作業量の増加に伴う温度の上昇幅が大きい。このようなインクジェットプリントヘッドの温度上昇は、圧力室に貯蔵されたインクの粘度を落とすため、当該インクジェットプリントヘッドから噴射される液滴のサイズを急激に変化させることがある。
したがって、作業量に関係なく概ね一定のサイズの液滴を噴射することができるインクジェットプリントヘッド又は当該インクジェットプリントヘッドを備えた組立体の開発が求められている。
本発明の目的は、上記の問題を解決するためのもので、作業量の増加に伴って温度が上昇しても液滴のサイズが大きく変わらないインクジェットプリントヘッド組立体を提供することである。
上記の目的を達成するための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組立体は、インクジェットプリントヘッドと、当該インクジェットプリントヘッドに形成されて当該インクジェットプリントヘッドから発生する熱を吸収及び放出させる第1のコーティング層と、を含むことができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、金属粉末を含むことができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、ポリマー成分を含む混合物からなることができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、アルコール成分を含む混合物からなることができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、銀(Ag)、窒化ホウ素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリオールエステルの少なくとも一つ以上を含む混合物からなることができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、銀10〜15重量%と、窒化ホウ素1〜10重量%と、酸化亜鉛1〜10重量%と、酸化アルミニウム22〜27重量%と、ポリオールエステル50〜52重量%と、を含むことができる。
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組立体の上記インクジェットプリントヘッドは、上記第1のコーティング層が収容されることができる収容空間を備えることができる。
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組立体の上記収容空間は、多数の隔壁で分離された構造であることができる。
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組立体の上記インクジェットプリントヘッドは、圧力室が形成された第1の基板と、上記圧力室に貯蔵されたインクを噴射するノズルが形成された第2の基板と、を含むことができる。
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組立体の上記第1のコーティング層は、上記第1の基板の一面に形成されることができる。
上記の目的を達成するための本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体は、インクジェットプリントヘッドと、当該インクジェットプリントヘッドに形成されて当該インクジェットプリントヘッドから発生する熱を吸収及び放出させる第1のコーティング層と、当該第1のコーティング層に形成され当該第1のコーティング層とは異なる混合物からなる第2のコーティング層と、を含むことができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第2のコーティング層は、上記インクジェットプリントヘッドと上記第1のコーティング層との間に形成されることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第2のコーティング層は、RTVシリコン(Room Temperature Vulcanization Silicone)からなることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第1のコーティング層は、金属粉末を含む混合物からなることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第1のコーティング層は、ポリマー成分を含む混合物からなることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第1のコーティング層は、アルコール成分を含む混合物からなることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第1のコーティング層は、銀(Ag)、窒化ホウ素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリオールエステルの少なくとも一つ以上を含む混合物からなることができる。
本発明の他の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上記第1のコーティング層は、銀10〜15重量%と、窒化ホウ素1〜10重量%と、酸化亜鉛1〜10重量%と、酸化アルミニウム22〜27重量%と、ポリオールエステル50〜52重量%と、を含むことができる。
本発明によるインクジェットプリントヘッド組立体は、インクジェットプリントヘッドから発生する熱を一定の速度で吸収及び放出するため、印刷作業時間による液滴のサイズの変化の幅を最小化することができる。
したがって、本発明によると、インクジェットプリントヘッドの印刷品質を向上させることができる。
本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の断面図である。 図1に示されるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を示すグラフである。 図1に示されるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を示すグラフである。 既存のインクジェットプリントヘッド組立体の熱分布を示すグラフである。 既存のインクジェットプリントヘッド組立体の熱分布を示すグラフである。 本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の熱分布を示すグラフである。 本発明の第2の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の断面図である。 図7に示されるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を示すグラフである。 本発明の第3の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上部を示す平面図である。 本発明の第4の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上部を示す平面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。但し、本発明を説明する上で、本発明の構成要素を示す用語は、それぞれの構成要素の機能を考慮して記されたものであるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならない。
図1は、本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の断面図であり、図2及び図3は、図1に示されるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を示すグラフであり、図4及び図5は、既存のインクジェットプリントヘッド組立体の熱分布を示すグラフであり、図6は、本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の熱分布を示すグラフであり、図7は、本発明の第2の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の断面図であり、図8は、図7に示されるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を示すグラフであり、図9は、本発明の第3の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上部を示す平面図であり、図10は、本発明の第4の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の上部を示す平面図である。
本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体1000は、インクジェットプリントヘッド100と、第1のコーティング層200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100は、第1の基板110と、第2の基板120と、圧電素子130と、を含むことができる。
上記第1の基板110は、単結晶シリコン基板又は二つのシリコン層の間に絶縁層が形成されるSOI(Silicon on Insulator)ウエハであることができる。上記第1の基板110には、インクが流入されるインク流入口112及び圧力室114が形成されることができる。上記第1の基板110がSOIウエハの場合、圧力室114の高さは、当該SOIウエハの二つのシリコン層のうち下部のシリコン層の厚さと実質的に同一であることができる。
上記圧電素子130は、圧力室114に対応するように上記第1の基板110の上部に形成されることができる。上記圧電素子130は、圧力室114に流入されたインクをノズル126を介して吐出するための駆動力を提供する。例えば、上記圧電素子130は、共通電極の役割をする下部電極と、電圧の印加に応じて変形される圧電膜と、駆動電極の役割をする上部電極と、を含んで構成されることができる。
上記下部電極は、第1の基板110の全表面に形成され、一つの導電性金属物質からなることができる。例えば、上記下部電極は、チタニウム(Ti)と白金(Pt)からなる二つの金属薄膜層で構成されることができる。このような下部電極は、共通電極の役割のみならず、圧電膜と第1の基板110との間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割もすることができる。上記圧電膜は、下部電極の上に形成され、多数の圧力室114のそれぞれの上部に位置するように配置されることができる。このような圧電膜は、圧電物質、例えば、PZT(Lead Zirconate Titanate)からなることができる。上記上部電極は、圧電膜の上に形成され、Pt、Au、Ag、Ni、Ti及びCu等の物質のいずれか一つの物質からなることができる。上記上部電極は、PZTペーストをスクリーンプリンティングした後にAg/Pdペーストをスクリーンプリンティングして一緒に焼結することにより製作されることもできる。
なお、本実施例では、圧電素子130を用いた圧電駆動方式によりインクが吐出される構成を例に挙げて説明しているが、インク吐出方式により本発明が制限又は限定されるものではなく、要求条件に応じて熱駆動方式等の多様な方式によりインクが吐出されるように構成されることができる。
上記第2の基板120は、単結晶シリコン基板やSOIウエハからなることができる。しかしながら、上記第2の基板120は、下部シリコン層、絶縁層、上部シリコン層が順次積層されてなるSOIウエハ構造であることができる。上記第2の基板120には、インク流入口112に流入されるインクを多数の圧力室114のそれぞれに移送するマニホールド122と、インクを吐出する多数のノズル126と、圧力室114とノズル126との間に形成されるダンパー124と、を含むことができる。上記マニホールド122と上記ダンパー124は、側面が斜めに形成され、上部から下部に行くほど水平断面が小さくなる形状であることができる。なお、本明細書において、水平断面は、インクジェットプリントヘッドの設置面に平行な断面を意味することができる。
上記マニホールド122と上記圧力室114との間には、インクが吐出される際に当該圧力室114のインクが当該マニホールド122に逆流することを抑制するためにリストリクター(図示せず)が形成されることができる。具体的には、上記リストリクターは、圧力室114とマニホールド122とが連結される部分に形成されて当該マニホールド122から当該圧力室114に供給されるインクの流量を調節することができる。
上記第1のコーティング層200は、インクジェットプリントヘッド100に形成されることができる。例えば、上記第1のコーティング層200は、インクジェットプリントヘッド100の上部に形成されることができる。しかしながら、上記第1のコーティング層200は、必要に応じて、インクジェットプリントヘッド100の側面に形成されることもできる。
上記第1のコーティング層200は、金属粉末を含む混合物からなることができる。例えば、上記第1のコーティング層200は、熱伝導率が高い銅粉末又はアルミニウム粉末を含む混合物からなることができる。
また、上記第1のコーティング層200は、ポリマー成分を含む混合物からなることができる。ここで、ポリマー成分は、金属粉末の表面を取り囲む形態に構成されることができる。このように構成されたポリマー成分は、第1のコーティング層200に含まれた金属粉末によって漏電する現象を最小化することができる。また、ポリマー成分は、金属粉末が吸収した熱が急激に放出されることを抑制させることができる。
また、上記第1のコーティング層200は、アルコール成分を含むことができる。上記アルコール成分は、第1のコーティング層200に含まれた金属粉末を全体的に均一に分布させる役割をすることができる。
上記第1のコーティング層200は、例えば、銀(Ag)、窒化ホウ素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリオールエステルの少なくとも一つ以上を含む混合物からなることができる。具体的には、上記第1のコーティング層200は、銀10〜15重量%と、窒化ホウ素1〜3重量%と、酸化亜鉛1〜3重量%と、酸化アルミニウム20〜27重量%と、ポリオールエステル40〜52重量%と、を含むことができる。
このように構成された第1のコーティング層200は、インクジェットプリントヘッド100から発生する熱を吸収して当該インクジェットプリントヘッド100を冷却させる役割をし、また、吸収した熱を空気中に徐々に放出させてインクジェットプリントヘッド100の内部に貯蔵されたインクの粘度が急激に変わることを最小化することができる。
以下、図2から図6を参照して本実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体の性能実験結果を説明する。なお、比較例1は、インクジェットプリントヘッドのみからなるインクジェットプリントヘッド組立体を示すものであり、比較例2は、インクジェットプリントヘッドにRTVがコーティングされたインクジェットプリントヘッド組立体を示すものであり、実施例1は、本発明の第1の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体を示すものである。
図2及び図3中、Y軸は液滴のサイズを示し、X軸はインクジェットプリントヘッド組立体の移送距離を示す。
LCDのプリンティング工程は、インクジェットプリントヘッドを往復移送させながら行われる。しかしながら、このようなプリンティング工程では、インクジェットプリントヘッドの稼働時間が相当に長くなって当該インクジェットプリントヘッドに相当な熱が発生するため、インクの粘度を変化させる。したがって、インクジェットプリントヘッドを連続的に稼働させる場合、液滴のサイズが最初に設定した液滴のサイズより相当に大きくなる。
図2から分かるように、比較例1は、インクジェットプリントヘッドの正方向印刷作業による液滴のサイズと逆方向印刷作業による液滴のサイズとの偏差が大きい。特に、比較例1は、正方向印刷作業が完了した後、インクジェットプリントヘッドを再設定して液滴のサイズを調節してこそ、当該インクジェットプリントヘッドの加熱による噴射液滴のサイズ増加を抑制させることができるという短所がある。
比較例2は、インクジェットプリントヘッドの正方向印刷作業による液滴のサイズと逆方向印刷作業による液滴のサイズとの偏差が相対的に小さい。しかしながら、これは、比較例1で説明したように、正方向印刷作業後にインクジェットプリントヘッドを冷却させるか又はインクジェットプリントヘッドの液滴サイズ設定を調節して得られた結果であるため、当該インクジェットプリントヘッドの作業速度効率が大きく落ちるという短所がある。
これに対し、本発明による実施例1は、図2に示されるように、インクジェットプリントヘッドの正方向印刷作業による液滴のサイズと逆方向印刷作業による液滴のサイズとの偏差が比較的安定している。即ち、本実施例では、第1のコーティング層200がインクジェットプリントヘッド100から発生した熱を迅速に吸収しこの熱を徐々に放出させるため、当該インクジェットプリントヘッド100の正方向印刷作業による液滴のサイズと逆方向印刷作業による液滴のサイズとの偏差が小さいことができた。
図3は、インクジェットプリントヘッドの移送距離による色座標偏差を示すグラフである。
図3から分かるように、比較例1は、インクジェットプリントヘッドの移送距離による色座標偏差が非常に大きく不安定しているが、比較例2と実施例1は、比較的安定している。特に、実施例1の色座標偏差は、0.5/1000で、比較例2の色座標偏差1.0/1000に比べて相対的に小さかった。
図4から図6は、インクジェットプリントヘッドの作動時の熱分布を撮影したグラフである。
図4から分かるように、比較例1は、インクジェットプリントヘッド300の上部に相当な熱が集中されるが、外部への熱の放出も同時に行われる。
このような比較例1によるインクジェットプリントヘッド組立体では、圧力室の温度上昇時に液滴のサイズが大きくなることもあるが、インクジェットプリントヘッド300の冷却が急激に行われることから液滴のサイズの偏差が大きい。
これに比べ、比較例2は、図5に示されるようにRTV410がインクジェットプリントヘッド400から発生した熱をある程度冷却させることはできるが、熱が外部に放出されることを遮断する役割をすることから当該インクジェットプリントヘッド400の過熱現象を防止することができない。
これとは異なり、実施例1は、図6に示されるように第1のコーティング層200がインクジェットプリントヘッド100から発生した熱を吸収しこの熱を徐々に外部に放出させるため、当該インクジェットプリントヘッド100の印刷品質が急激に変化することを抑制することができる。
したがって、本実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体は、大型LCDの印刷作業のように相当な印刷作業時間と印刷作業距離を要する工程で効果的に用いられることができるのみならず、このような工程でも優れた印刷品質を発揮することができる。
以下、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、第1の実施例と同一の構成要素に対しては第1の実施例と同一の図面符号を用い、これら構成要素に関する詳細な説明は省略する。
本発明の第2の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体1000は、図7に示されるように、第2のコーティング層210をさらに含むことができる。
上記第2のコーティング層210は、第1のコーティング層200に形成されることができる。例えば、上記第2のコーティング層210は、インクジェットプリントヘッド100と第1のコーティング層200との間に形成されるか又は第1のコーティング層200の上側に形成されることができる。
上記第2のコーティング層210は、RTVシリコン(Room Temperature Vulcanization Silicone)を含むか又は第1のコーティング層200とは 混合成分又は混合割合が異なる混合物からなることができる。
例えば、上記第2のコーティング層210は、第1のコーティング層200と同様に金属粉末を含む混合物からなるか、ポリマー成分を含む混合物からなるか又はアルコール成分を含むことができる。
また、上記第2のコーティング層210は、銀(Ag)、窒化ホウ素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリオールエステルの少なくとも一つ以上を含む混合物からなることができる。
但し、上記第2のコーティング層210は、このような成分において銀又は酸化アルミニウムの含量が第1のコーティング層200と異なることができる。具体的には、上記第2のコーティング層210は、銀又は酸化アルミニウムの含量が第1のコーティング層200に比べて相対的に低いことができる。
したがって、上記第2のコーティング層210は、第1のコーティング層200に比べて熱伝達効率が相対的に低いため、インクジェットプリントヘッド100から発生した熱が外部に急激に放出されることを抑制することができる。
このように構成されたインクジェットプリントヘッド組立体1000は、第1のコーティング層200と第2のコーティング層210を介してインクジェットプリントヘッド100から発生する熱を徐々に放出させるため、当該インクジェットプリントヘッド100の作業時間による液滴のサイズの偏差を最小化し、これにより、印刷品質を向上させることができる。
以下、図9及び図10を参照して本発明の第3及び第4の実施例によるインクジェットプリントヘッド組立体を説明する。
本発明による第1及び第2のコーティング層200、210は、インクジェットプリントヘッド100に堅固に付着可能なジェル状やゲル状物質又はUVによる硬化が可能な物質からなることができる。しかしながら、上記第1及び第2のコーティング層200、210は、必要に応じて、所定の粘性を有する液状物質からなることができる。
ここで、後者の場合(液状の場合)は、上記第1及び第2のコーティング層200、210をインクジェットプリントヘッド100に固定させることが困難となる。
第3の実施例と第4の実施例では、このような点を考慮して、上記インクジェットプリントヘッド100の上部に収容空間102を形成することができる。
上記収容空間102は、インクジェットプリントヘッド100の第1の基板110に形成されることができる。具体的には、上記収容空間102は、第1の基板110の上部のうち圧力室114に対応する部分に形成されることができる。
このように形成された収容空間102に第1のコーティング層200又は第2のコーティング層210を構成する物質が塗布又はコーティングされることにより圧力室114から発生する熱を吸収するか又は外部に放出させることができる。
一方、上記収容空間102には、図10に示されるように隔壁104が形成されることができる。このような隔壁104は、収容空間102を複数の空間に分割するため、第1及び第2のコーティング層200、210を形成する液状物質がインクジェットプリントヘッド100の移動時に揺れる現象を減少させることができる。
本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって添付の特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様に変更され実施されることができる。
1000 インクジェットプリントヘッド組立体
100 インクジェットプリントヘッド
110 第1の基板
112 インク流入口
114 圧力室
120 第2の基板
122 マニホールド
124 ダンパー
126 ノズル
130 圧電素子
200 第1のコーティング層
210 第2のコーティング層

Claims (13)

  1. インクジェットプリントヘッドと、
    前記インクジェットプリントヘッドに形成されて当該インクジェットプリントヘッドから発生する熱を吸収及び放出させる第1のコーティング層と
    を含む、インクジェットプリントヘッド組立体。
  2. 前記第1のコーティング層は、金属粉末を含む混合物を有する、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  3. 前記第1のコーティング層は、ポリマー成分を含む混合物を有する、請求項1または2に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  4. 前記第1のコーティング層は、アルコール成分を含む混合物を有する、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組立体。
  5. 前記第1のコーティング層は、銀(Ag)、窒化ホウ素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al)、ポリオールエステルの少なくとも一つ以上を含む混合物を有する、請求項1から4の何れか1項に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  6. 前記第1のコーティング層は、銀10〜15重量%と、窒化ホウ素1〜10重量%と、酸化亜鉛1〜10重量%と、酸化アルミニウム22〜27重量%と、ポリオールエステル50〜52重量%と、を含む、請求項1から5の何れか1項に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  7. 前記インクジェットプリントヘッドは、前記第1のコーティング層が収容されることができる収容空間を備える、請求項1から6の何れか1項に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  8. 前記収容空間は、複数の隔壁で分離された構造である、請求項7に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  9. 前記インクジェットプリントヘッドは、
    圧力室が形成された第1の基板と、
    前記圧力室に貯蔵されたインクを噴射するノズルが形成された第2の基板と
    を含む、請求項1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組立体。
  10. 前記第1のコーティング層は、前記第1の基板の一面に形成される、請求項9に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  11. 前記第1のコーティング層に形成され当該第1のコーティング層とは異なる混合物からなる第2のコーティング層を含む、請求項1から10の何れか1項に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  12. 前記第2のコーティング層は、前記インクジェットプリントヘッドと前記第1のコーティング層との間に形成される、請求項11に記載のインクジェットプリントヘッド組立体。
  13. 前記第2のコーティング層は、RTVシリコンである、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組立体。
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