JP5130283B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関するもので、さらに詳しくは、印刷品質を向上させることができるインクジェットヘッド及びこのようなインクジェットヘッドを製造する製造方法に関する。
一般的にインクジェットヘッドは、電気信号を物理的な力に変換し、小さいノズルを通じ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。
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ー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したり、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。
このようなインクジェットプリンターのインクジェットヘッド内には、カートリッジでインクを流入及び流出する流入口と流出口、流入されるインクを保存するリザーバ、そして上記リザーバ内のインクをノズルに移動させるためにアクチュエータの駆動力を伝達するチャンバ等が形成される。
しかし、従来のインクジェットヘッドは、内部に別途の温度調節が可能なシステムを含んでいないため、高速でアクチュエータの振動が発生する場合に発熱が発生し、インクの温度が変化するようになる。
従って、このような温度変化によってインクの粘度と表面張力の変化が発生するようになるため、インクの吐出液滴の速度及び体積などが変化し、印刷品質に悪影響を及ぼすという問題点が発生する。
本発明は、上述された従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、インクの温度を制御して印刷品質を向上させることができるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。
本発明によるインクジェットヘッドは、複数のインクチャンバが形成される流路プレートと、上記インクチャンバのインクを外部に吐出するために上記インクチャンバに夫々連結される複数のノズルが形成されるノズルプレートと、上記流路プレート及び上記ノズルプレートのうち少なくとも一方に、インクの温度を制御するための熱交換流路が形成される温度制御部と、を含むことができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの上記温度制御部は、上記熱交換流路を通じて液体の冷媒が循環することを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの上記温度制御部は、上記熱交換流路を通じて気体の冷媒が循環することを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの上記温度制御部は、上記熱交換流路が上記インクチャンバを取り囲むように形成されることを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドは、上記流路プレート及び上記ノズルプレートの間に配置され、上記インクチャンバ及び上記ノズルを連結するダンパを備える中間プレートをさらに含むことを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの上記温度制御部は、上記熱交換流路が上記ダンパを取り囲むように形成されることを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、流路プレート及びノズルプレートを提供する段階と、上記インクチャンバ及び上記ノズルのうち少なくとも一方の周辺に位置するように、循環する経路を有する溝を形成させる段階と、上記流路プレートと上記ノズルプレートを互いに接着させて上記溝によってインクの温度を制御するための熱交換流路を形成させる段階と、を含むことができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記熱交換流路を上記インクチャンバを取り囲むように形成させることを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記熱交換流路を上記ノズルを取り囲むように形成させることを特徴とすることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法における上記熱交換流路を形成させる段階は、エッチング工程を経て上記溝を形成させることを特徴とすることができる。
本発明によるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法は、インクの温度を制御するための温度制御部を含むため、インクの状態が安定して確保され、高周波吐出の特性及び印刷品質の向上を図ることができる。
また、本発明によるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法は、インクチャンバ及びノズルに隣接するように形成される温度制御部によりアクチュエータの振動が周辺の他のチャンバに進行することを妨げ、他のチャンバに影響を与えるクロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）などを防止することができる。
本発明によるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関し、以下では、１から図６を参照してさらに具体的に説明する。
但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内において他の構成要素を追加、変更、削除等を通じ、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るが、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
図１は、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドを説明するための概略的な斜視図であり、図２は、図１のインクジェットヘッドを説明するための断面図であり、図３は、図１のインクジェットヘッドを説明するための側断面図である。
図１を参照すると、インクジェットヘッド１００は、流路プレート１１０、中間プレート１２０、ノズルプレート１３０及び温度制御部１５０を含む。
流路プレート１１０には複数のインクチャンバ１１２が形成され、インクが流入されるためのインク導入口１１６が備えられる。この時、インク導入口１１６はマニホールド１２２と直接連結されるように提供され、マニホールド１２２はレストリクタ１２４を通じてインクチャンバ１１２にインクを供給する役割をする（矢印方向に）。
この時、マニホールド１２２は１つの大きい空間に形成され複数のインクチャンバ１１２に夫々連結されることもできるが、これに限定されず、各インクチャンバ１１２に対応されるように複数形成されることができる。
これと同様に、インク導入口１１６も１つのマニホールド１２２に対応して１つのみ形成されることができるが、複数のマニホールド１２２が形成される場合に、各マニホールド１２２に対応するように複数形成されることも可能である。
そして、インクチャンバ１１２は、圧電アクチュエータ１４０が装着される位置の下部に備えられる。この時、流路プレート１１０においてインクチャンバ１１２の天井を成す部分は振動板１１４の役割をする。
従って、インクを吐出するために圧電アクチュエータ１４０に駆動信号を印加すると、圧電アクチュエータ１４０とともにその下の振動板１１４が変形しながらインクチャンバ１１２の体積が減少するようになる。
これによるインクチャンバ１１２内の圧力の増加により、インクチャンバ１１２内のインクはダンパ１２６とノズル１３２を通じて外部に吐出される。
そして、圧電アクチュエータ１４０は、上面及び下面に電気的に連結される電極が形成されることができ、圧電物質であるＰＺＴ（Ｐｌｕｍｂｕｍ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなることができる。
ここで、流路プレート１１０には、インクチャンバ１１２及びインク導入口１１６を形成するために、エッチング工程を経て温度制御部１５０とともに上記空間が製造されることもできる。
中間プレート１２０には、長さ方向に長く形成されるマニホールド１２２及びノズル１３２とインクチャンバ１１２を連結するダンパ１２６を含むことができる。
マニホールド１２２はインク導入口１１６からインクの供給を受け、インクチャンバ１１２にインクを供給するが、マニホールド１２２及びインクチャンバ１１２はレストリクタ１２４により互いに連結される。
そして、ダンパ１２６は、インクチャンバ１１２から圧電アクチュエータ１４０により吐出されるインクの伝達を受け、ノズル１３２を通じて外部に吐出させる。
また、ダンパ１２６は、多段状に形成されることができ、このような構造によってインクチャンバ１１２から受け入れるインクの量とノズル１３２に進行するインクの量を調節することができるようになる。
この時、上記ダンパ１２６は選択事項としてこれを削除することもでき、このような場合は、流路プレート１１０とノズルプレート１３０のみでもインクジェットヘッドを構成することができる。
そして、中間プレート１２０には、温度制御部１５０とともにダンパ１２６及びマニホールド１２２が形成されることができる。
ノズルプレート１３０は、各インクチャンバ１１２と対応されるように形成され、ダンパ１２６を通過するインクが外部に吐出されるようにノズル１３２を含む。そして、ノズルプレート１３０は中間プレート１２０の下部に接着される。
ノズル１３２は、上記インクジェットヘッド内に形成された流路を通じて移動するインクを液滴で噴射させる。
この時、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０は、半導体直接回路に広く使用されるシリコン基板が使用されることができる。しかし、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０の材質がシリコン基板に限定されず、多様な材料が適用できる。
図４は、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの温度制御部を説明するための部分斜視図である。
図４を参照すると、温度制御部１５０には、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０に流路が形成されるよう、溝が備えられることができる。
従って、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０が互いに接着されるので、インクジェットヘッドの内部には温度制御部１５０が形成される。
この時、温度制御部１５０には、インクジェットヘッドの内部空間である熱交換流路１５２ａ、１５２ｂを冷媒が循環するように形成され（矢印）、上記熱交換流路１５２ａ、１５２ｂを通じてインクの温度を所望する温度に制御することができる。
ここで、冷媒は温度が低い水のような液体であってもよいが、これに限定されず、空気、ヘリウム、水素のような気体冷媒であってもよく、または、一般的にハロカーボン、炭化水素、有機化合物、無機化合物等のうち何れか１つであってもよい。
そして、温度制御部１５０は図２で図示されたように、インクチャンバ１１２の周辺に沿って冷媒が循環するよう、インクチャンバ１１２を取り囲むように熱交換流路１５２ａを含むことができる。
また、温度制御部１５０はダンパ１２６の周辺に沿って冷媒が循環するよう、ダンパ１２６を取り囲むように熱交換流路１５２ｂを含むことができる。
この時、ダンパ１２６は多段状に形成されることができ、熱交換流路１５２ｂもこれに対応するように多段状に形成されることができる。
しかし、本実施例によるインクジェットヘッドは、圧電アクチュエータ１４０が振動する時に発生する発熱によってインクの温度が高くなることを防止するために冷媒が使用されることができ、これによって、インクの状態が安定して確保され、高周波吐出の特性及び印刷品質の向上を図ることができる。
しかし、本実施例では、インクの温度を下げるために冷媒を使用することができるが、インクジェットの用途によりインクの温度を高めるように温度制御部１５０を設計することも可能である。インクの温度を高める方法としては、温水を使用すること等がある。
図５は、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を説明するための断面図である。
図５を参照すると、インクジェットヘッドの製造方法は流路プレート１１０及びノズルプレート１３０を提供する段階を含む。
そして、温度制御部１５０を形成させるため、流路プレート１１０の一面にインクチャンバ１１２及びノズルプレート１３０と接着される面に熱交換流路１５２ａ、１５２ｂを形成させる段階を含むことができる。
上記熱交換流路１５２ａ、１５２ｂを形成させる段階は、インクチャンバ１１２、マニホールド１２２、ダンパ１２６及びノズル１３２等の他の構成と同様にエッチング工程を経て形成される。
また、流路プレート１１０とノズルプレート１３０を互いに接着させて内部にエアトラップ部１５０を形成させる段階を含むことができる。
この時、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０は互いに接着される過程を通じて１つの胴体に形成されることができ、その構造としては、流路プレート１１０の下部には中間プレート１２０が接着され、中間プレート１２０の下部にはノズルプレート１３０が接着される。
しかし、このような接着段階において、各層には冷媒が循環することができる熱交換流路１５２ａ、１５２ｂが形成されることができる。
また、温度交換部１５０は、インクチャンバ１１２とインクが導入されるインク導入口１１６との間に形成されることができるため、圧電アクチュエータ１４０による振動がインク導入口１１６に伝達されることを熱交換流路を循環する冷媒により防止することができる。
図６は、本発明の他の実施例によるインクジェットヘッドの温度制御部を説明するための断面図である。
図６を参照すると、温度制御部２５０は、流路プレート１１０、中間プレート１２０及びノズルプレート１３０に流路が形成されるように、溝がともに備えられることができる。
温度制御部２５０は、図２で図示されたように、インクチャンバ１１２の周辺に沿って冷媒が循環するよう、インクチャンバ１１２を取り囲むように熱交換流路２５２ａを含むことができる。
また、温度制御部２５０はダンパ１２６の周辺に沿って冷媒が循環するよう、ダンパ１２６を取り囲むように熱交換流路２５２ｂを含むことができる。
この時、熱交換流路２５２ｂは、ダンパ１２６と連結されるノズル１３２の周辺を循環するようにＬ字状に形成されることができる。
従って、本実施例の熱交換流路２５２ｂは、ダンパ１２６の周辺とダンパ１２６の底面に隣接するように形成され、ノズル１３２の周辺をともに循環するように形成されるため、外部に吐出されるインクの温度をより効果的に制御することができる。
１１０ 流路プレート
１２０ 中間プレート
１３０ ノズルプレート
１４０ 圧電アクチュエータ
１５０、２５０ 温度制御部
１５２ａ、１５２ｂ、２５２ａ、２５２ｂ 熱交換流路
１２０ 中間プレート
１３０ ノズルプレート
１４０ 圧電アクチュエータ
１５０、２５０ 温度制御部
１５２ａ、１５２ｂ、２５２ａ、２５２ｂ 熱交換流路
Claims (8)
- 複数のインクチャンバが形成される流路プレートと、
前記インクチャンバのインクを外部に吐出するために前記インクチャンバに夫々連結される複数のノズルが形成されるノズルプレートと、
前記流路プレート及び前記ノズルプレートのうち少なくとも一方に、インクの温度を制御するための熱交換流路が形成される温度制御部と、
を含み、
前記温度制御部は、前記熱交換流路が前記インクチャンバの四方を取り囲むように形成されるインクジェットヘッド。 - 前記温度制御部は、前記熱交換流路を通じて液体の冷媒が循環することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記温度制御部は、前記熱交換流路を通じて気体の冷媒が循環することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記温度制御部は、前記熱交換流路が前記インクチャンバを取り囲むよう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ヘッド。
- 前記流路プレート及び前記ノズルプレートの間に配置され、前記インクチャンバ及び前記ノズルを連結するダンパを備える中間プレートをさらに含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記温度制御部は、前記ダンパを取り囲むように形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
- 流路プレート及びノズルプレートを提供する段階と、
インクチャンバ及びノズルの四方を取り囲む経路を有する溝を形成させる段階と、
前記流路プレートと前記ノズルプレートを互いに接着させて、上記溝によってインクの温度を制御するための熱交換流路を形成させる段階と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記熱交換流路を形成させる段階は、エッチング工程を経て前記溝を形成させることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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