KR100327250B1 - 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터와 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전체의 변형량을 증대시켜 구동력이 증대되도록 하는 잉크젯 프린터 헤드의 마이크로 액츄에이터와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 상기한 목적 달성을 위하여 본 발명은 압전체에 증착되는 상부 전극이 압전체의 상부면과 측면을 동시에 커버하되 압전체의 저부에 형성되는 진동판 또는 하부 전극과는 단락되게 하므로서 압전체에서의 전극 이용 효율이 극대화되도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있으며, 압전체의 상부면과 측면에 걸쳐 상부 전극이 폭넓게 증착되게 하므로서 전극의 이용 효율을 극대화시켜 보다 손쉽게 마이크로 액츄에이터의 구동 특성이 향상될 수 있도록 하는 동시에 압전체에 간단히 상부 전극을 이배포레이션 또는 스퍼터링에 의해 증착되도록 하여 상부 전극을 형성시키는 작업성이 대폭 향상되도록 하는 것이다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터와 그의 제조방법{A micro actuator of inkjet printhead and manufacturing method thereof}

본 발명은 압전체의 변형량을 증대시켜 구동력이 증대되도록 하는 잉크젯 프린터 헤드의 마이크로 액츄에이터와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 압전체를 상부전극에 의해서 최대한 커버되게 증착하므로서 압전체에서의 전극 이용 효율이 증대시켜 압전체와 진동판의 변형량이 증강될 수 있도록 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터와 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 분사시키는 방식에 따라 크게 서몰·버블 젯방식(Thermal·bubble jet type)과 압전방식(Piezo transducer type)이 주로 사용된다.

이중 서몰·버블 젯방식은 전기적으로 챔버를 가열하여 챔버내 잉크가 열팽창에 의해서 노즐을 통해 분사되도록 하는 것이며, 압전방식은 압전체의 변형에 의해서 진동판을 구동시켜 그 진동력으로 챔버내 잉크가 노즐을 통해 분사되도록 하는 것이다.

상기와 같은 방식으로 분사되는 잉크는 그 입자가 수십㎛(약 40㎛)의 크기를 가지면서 대단히 많은 수의 입자가 동시 다발적으로 분사되므로 무엇보다도 정밀한 작동성이 요구된다.

도 1은 전기한 분사방식들 중 현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 압전방식의 일실시예를 도시한 것으로서, 이때의 압전체는 PZT를 사용하였다.

이러한 압전 분사 방식에서의 잉크젯 프린트헤드는 다수의 박판들을 적층시키는 구조로 이루어지며, 적층 박판들에는 잉크를 토출하는 노즐(1, nozzle)과 리저버(2, reservoir)와 리스트릭터(3, restrictor)와 챔버(4, chamber) 및 유로(5)가 형성되도록 하며, 챔버(4) 상부의 압전체(8)와 진동판(6, vibration plate)을 구동시키는 작용에 의해 잉크가 분사되는 구성이다.

다시말해 압전체(8)의 상부와 하부에 형성시킨 전극(7)(9)에 전원이 공급되면 압전체(8)는 수축 및 팽창을 하게 되며, 이러한 압전체(8)의 변형시 진동판(6)이 휨변형을 하게 되므로 챔버(4)내 체적을 변하게 한다.

따라서 전극(7)(9)에 전원이 공급되면서 압전체(8)의 수축작용에 의해 진동판(6)을 휨변형시키게 되면 일단 챔버(4)내 체적이 축소되면서 챔버(4)내에 채워져 있던 잉크가 유로(5)를 거쳐 노즐(1)을 통해 토출된다.

그리고 전원 공급이 단절되면 수축되어 있던 압전체(8)가 본래의 상태로 팽창을 하면서 챔버(4)내 체적을 다시 확장시키게 되는데 이때 챔버(4)내에서의 체적 확장에 따른 흡입력이 발생되어 리저버(2)와 리스트릭터(3)를 통해 일정량의 잉크가 챔버(4)내 충진되도록 한다.

이와같이 압전체(8)와 진동판(6)의 구동에 의해 챔버(4)내로 잉크를 충진시키거나 토출시키는 연속적인 동작에 의해서 인쇄가 이루어지게 되며, 이렇게 전기적으로 구동하게 되는 구성들 즉 챔버(4)를 형성한 진동판(6)과 그 상부의압전체(8)와 전극(7)(9)을 통틀어 통상 마이크로 액츄에이터라고 한다.

한편 마이크로 액츄에이터의 구동력은 결국 일정하게 공급되는 전원에 의해 변형되는 압전체(8)의 변형량에 의해서 결정된다고 하여도 과언이 아니다.

또한 압전체(8)의 변형은 그 상부와 하부에 형성되는 하부 전극(7)과 상부 전극(9)간 통전량에 의해서 결정이 되는 것인바 현재 사용되고 있는 마이크로 액츄에이터는 도 2 또는 도 3에서와 같은 구성으로 제작된다.

즉 챔버(4)가 형성된 진동판(6)의 상부면에 하부 전극(7)을 스크린 프린팅 또는 일렉트로 포밍, 접합등에 의해 미세한 두께로 증착되도록 하면서 필요에 따라서는 패터닝을 하기도 하는데 이렇게 형성되는 하부 전극(7)의 상부로는 하부 전극(7)보다는 두꺼운 두께로 압전체(8)가 증착되도록 한다.

이때 압전체(8)는 도 2에서와 같이 스크린 프린팅에 의해 증착되게 한 후 패터닝하여 형성되게 할 수도 있고, 도 3에서와 같이 에칭에 의해서 형성되게 할 수도 있다.

한편 이와같은 마이크로 액츄에이터의 구성에서 특히 도 3과 같은 에칭에 의한 압전체(8)의 패터닝방법은 이미 본 출원인이 제안한바 있으며, 이때의 압전체(8)는 하부가 상부보다 단면적이 넓은 형상을 갖도록 하는 것이 특징이었다.

하지만 에칭에 의해 압전체(8)를 패터닝시키게 되면 그 상부에 형성하게 되는 상부 전극(9)은 통상 도 3에서 보는바와 같이 압전체(8)의 상단면만을 커버하는 구조로 형성되는 것이 일반적이다.

이렇게 압전체(8)의 상부로만 상부 전극(9)을 형성시키게 되면 결국압전체(8)에 접하게 되는 전극 면적의 이용 효율이 낮아지게 되며, 이러한 구성은 전극(7)(9)간 통전율을 감소시켜 압전체(8)의 변형량을 감소시키는 원인이 된다.

다시말해 압전체(8)는 전극(7)(9)간 통전율에 의해서 그 변형량이 결정이 되나 종전에는 특히 상부 전극(9)이 단순히 패터닝에 의해 가장 좁은 단면적을 갖는 압전체(8)의 상부면에 증착되는 구조로 형성되므로 전극(7)(9)간 통전율이 작아지면서 구동 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 압전체의 상부면과 측면에 걸쳐 상부 전극이 폭넓게 증착되게 하므로서 전극의 이용 효율을 극대화시켜 보다 손쉽게 마이크로 액츄에이터의 구동 특성이 향상될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 압전체에 간단히 상부 전극을 이배포레이션 또는 스퍼터링에 의해 증착되게 하므로서 상부 전극을 형성시키는 작업성이 대폭 향상되도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1 은 종래 압전 분사 방식의 잉크젯 프린트헤드를 도시한 단면도,

도 2 는 종래 마이크로 액츄에이터의 일실시예를 도시한 단면도,

도 3 은 종래 마이크로 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 4 는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 일실시예의 구조를 도시한 단면도,

도 5 는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 다른 실시예의 구조를 도시한 단면도,

도 6 내지 도 10 은 본 발명의 마이크로 액츄에이터를 제조하는 제1실시예를 도시한 것이며,

도 11 내지 도 12 는 본 발명의 마이크로 액츄에이터를 제조하는 제2실시예를 도시한 것이고,

도 13 내지 도 14 는 본 발명의 마이크로 액츄에이터를 제조하는 제3실시예를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 진동판 11 : 챔버

20 : 압전체 30 : 상부 전극

40 : 하부 전극 50 : 포토 레지스터(photo-register)

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압전체에 증착되는 상부 전극이 압전체의 상부면과 측면을 동시에 커버하되 압전체의 저부에 형성되는 진동판 또는 하부 전극과는 단락되게 하므로서 압전체에서의 전극 이용 효율이 극대화되도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있다.

이에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과같다.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 일실시예를 도시한 것으로서, 도면부호 10은 진동판이며, 이 진동판(10)에는 일정 간격으로 하향 개방되도록 한 챔버(11)가 형성된다.

이때의 진동판(10)은 도전성을 갖는 금속 재질로서 형성되게 하므로서 별도의 하부 전극을 구비하지 않고도 공통 전극으로 사용될 수 있게 하는 것이 가장 바람직하다.

진동판(10)에는 챔버(11)가 형성되는 직상부면으로 압전체(20)가 형성되도록 하되 이때의 압전체(20)는 에칭에 의해 하부가 상부보다 단면적이 넓게 형성되는 형상이다.

진동판(10)에 챔버(11)와 함께 일정 간격으로 형성되는 압전체(20)에는 진동판(10)에 접하는 저면을 제외한 상부면과 측면을 동시에 커버하도록 상부 전극(30)이 증착된다.

이때 압전체(20)에 증착되는 상부 전극(30)은 압전체(20)의 측면을 커버하는 부위의 하단이 진동판(10)과는 단락이 되는 구성을 갖는다.

도 5는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 진동판(10)은 전기한 실시예에서와 동일하게 판면에 일정 간격으로 하향 개방되게 챔버(11)가 형성되도록 한 구성이다.

이때의 진동판(10)은 비전도성 재질로서 이루어진다.

진동판(10)의 상부면에는 하부 전극(40)이 적층되도록 하여 공통 전극으로사용할 수 있도록 하며, 하부 전극(40)에는 챔버(11)의 직상부 위치에 압전체(20)가 형성되도록 한다.

이때의 압전체(20) 또한 전기한 실시예에서와 같이 에칭에 의해서 하부가 상부보다는 단면적이 넓은 형상으로서 형성되도록 하며, 이 압전체(20)의 상부면과 측면으로는 전극이 증착되도록 한다. 이 압전체(20)의 상부면과 측면에 증착된 전극을 상부전극(30)이라 한다.

압전체(20)에 증착되는 상부 전극(30)은 압전체(20)의 측면을 커버하는 부위의 하단이 반드시 진동판(10)과는 단락이 되도록 한다.

이상에서 설명한 바와같은 마이크로 액츄에이터는 다음과 같은 공정에 의해서 제작될 수가 있다.

즉 도 6내지 도 10은 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 제조하는 제1실시예를 도시한 것으로서, 우선 진동판(10)에 하향 개방되도록 챔버(11)를 일정 간격으로 형성되도록 하며, 이 진동판(10)의 상부면에 도 6에서와 같이 소정의 두께로서 압전체(20)를 적층시킨다.

그리고 압전체(20)의 상부면으로는 도 7에서와 같이 일정한 두께로 포토 레지스터(60)를 도포하고, 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 수행한 후 세척액을 사용하여 도 8에서와 같이 포토 레지스터의 불필요한 부분을 제거시킨다.

포토 레지스터(60)를 제거한 부위에는 에칭물질을 접촉시켜 압전체(20)가 에칭되도록 하면 도 9에서와 같이 챔버(11)의 직상부로 하부가 상부보다는 단면적이 넓게 형성되는 압전체(20)가 남게 된다.

이와같은 상태에서 압전체(20)의 상부에 남아있는 포토 레지스터(60)를 세척액을 사용하여 완전 제거하고, 압전체(20)의 상부로부터 도 10에서와 같이 압전체(20)의 상부면과 측면에 상부 전극(30)을 증착시킨다.

이때 상부 전극(30)의 증착방법은 이배포레이션(evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해서 증착되도록 하며, 증착되는 상부 전극(30)은 압전체(20)의 상부면과 측면을 완전 커버하되 진동판과는 접촉되지 않는 단락된 상태가 되도록 한다.

상부 전극(30)을 증착시 압전체(20)에 증착되는 부위와는 달리 압전체(20) 사이의 진동판(10)에도 전극이 일부 형성되나 이는 그 상태로 남길 수도 있고, 또한 제거시킬 수도 있다.

이와같은 공정에 의해 도 4에서와 같은 마이크로 액츄에이터가 제작된다.

또한 도 11 내지 도 12는 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터를 제조하는 제2실시예를 도시한 것으로서, 우선 챔버(11)가 일정 간격으로 형성되도록 하여 진동판(10)을 구비하는 것은 전기한 제1실시예에서와 동일하다.

이렇게 해서 구비되는 진동판(10)에는 도 11에서와 같이 하부 전극(40)이 적층되도록 하며, 하부 전극(40)의 상부면에는 도 12와 같이 소정의 두께로서 압전체(20)가 적층되도록 한다.

그리고 압전체(20)의 상부면으로는 도 7 내지 도 10에서의 제1실시예에서와 같이 일정한 두께로 포토 레지스터(60)를 도포하고, 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 수행한 후 세척액을 사용하여 포토 레지스터의 불필요한 부분이 제거되도록 하며, 포토 레지스터(60)가 제거한 부위에는 에칭물질을 접촉시켜 압전체(20)가 에칭되도록 한다.

계속해서 하면 압전체(20)의 상부에 남아있는 포토 레지스터(60)를 세척액을 사용하여 완전 제거한 후 압전체(20)의 상부로부터 상부 전극(30)을 증착시킨다.

이때 형성되는 압전체(20)는 하부가 상부보다는 단면적이 넓게 형성되는 형상이며, 상부 전극(30)은 이배포레이션(evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해서 증착되도록 하되 증착되는 상부 전극(30)은 압전체(20)의 상부면과 측면이 완전 커버되도록 하면서 단지 진동판과는 접촉되지 않는 단락된 상태가 되도록 한다.

특히 상부 전극(30)을 증착시 압전체(20)에 증착되는 부위와는 달리 압전체(20) 사이의 진동판(10)에도 전극의 일부가 증착이 되나 이는 그 상태로 남겨도 무방하며, 제거시킬 수도 있다.

이와같은 공정에 의해 도 5와 같은 구성을 갖는 마이크로 액츄에이터를 제작한다.

한편 도 13 내지 도 은 본 발명의 마이크로 액츄에이터를 제작하기 위한 제3실시예를 도시한 것으로서, 본 실시예에서 챔버(11)가 일정 간격으로 형성되도록 하여 진동판(10)을 구비시키는 것은 전기한 제1실시예 및 제2실시예에서와 동일하다.

그리고 진동판(10)의 상부로 하부 전극(40)을 적층하고, 이 하부 전극(40)에는 도 13에서 보는바와 같이 스크린 프린팅에 의해 압전체(20)가 패터닝되어 증착되도록 한다.

이때의 압전체(20)는 전기한 실시예와는 달리 압전체(20)의 형상을 상,하부 단면적이 거의 동일하게 하여 측면이 거의 수직인 형상이 된다.

이와같이 형성되는 압전체(20)의 상부로 제1,2실시예에서와 마찬가지로 상부 전극(30)을 이배포레이션 또는 스퍼터링에 의해 증착시키게 되면 도 14에서와 같은 마이크로 액츄에이터를 만들게 된다.

이상과 같은 구성과 제조방법에 의해서 마이크로 액츄에이터를 형성시키므로서 압전체(20)에서의 전극 이용 면적이 확장되도록 하여 전극의 이용효율을 극대화시킬 수가 있게 된다.

또한 상부 전극(30)을 증착시 상부 전극(30)의 단부가 진동판(10) 또는 하부 전극(40)과 미세하게 이격되도록 하여 서로 접촉이 단절되는 상태가 되게 하므로서 안정된 통전상태를 유지할 수가 있게 된다.

특히 상부 전극(30)의 형성을 마이크로 액츄에이터의 제조단계에서 최종적으로 수행하도록 하여 다른 공정에 전혀 영향을 미치지 않는 안전하고 정확한 증착을 가능토록 한다.

그러므로 상술한 바와같은 마이크로 액츄에이터의 구성과 제조방법에 의해서 압전체에 증착되는 상부 전극을 보다 용이하게 형성할 수가 있으면서 압전체에 대해서 폭넓게 상부 전극이 분포되게 하여 전극의 이용효율이 극대화될 수가 있도록 한다.

또한 이러한 전극의 이용 효율 증대는 결국 압전체와 진동판의 변형량을 증대시켜 마이크로 액츄에이터에서의 구동력을 증강시키게 되므로 보다 강력한 분사력을 갖는 잉크젯 프린트헤드를 제공할 수가 있는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 챔버가 일정 간격으로 형성되도록 한 진동판과;

   상기 진동판의 상기 챔버가 형성된 상부면에 하부가 상부보다 단면적이 넓게 형성되도록 하여 적층되는 압전체; 및

   상기 압전체의 상부면과 측면을 동시에 커버하면서 상기 진동판과는 단절되도록 증착시킨 상부 전극;

   이 결합된 구성인 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판은

   도전성의 금속재질인 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터.
3. 챔버가 일정 간격으로 형성되도록 한 진동판과;

   상기 진동판의 상부면에 적층되는 하부 전극과;

   상기 하부 전극의 상기 챔버가 형성된 직상부면에 하부가 상부보다 단면적이 넓게 형성되도록 하여 적층되는 압전체; 및

   상기 압전체의 상부면과 측면을 동시에 커버하면서 상기 진동판과는 단절되도록 증착시킨 상부 전극;

   이 결합된 구성인 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 진동판은

   비도전성 재질인 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터.
5. 청구항5는 삭제 되었습니다.
6. 청구항6는 삭제 되었습니다.
7. 청구항7는 삭제 되었습니다.
8. 청구항8는 삭제 되었습니다.
9. 청구항9는 삭제 되었습니다.
10. 청구항10는 삭제 되었습니다.
11. 청구항11는 삭제 되었습니다.
12. 청구항12는 삭제 되었습니다.
13. 청구항13는 삭제 되었습니다.