KR100408270B1 - 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 - Google Patents

Abstract

버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드에 관해 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트 헤드는: 잉크의 토출이 이루어 지는 노즐이 마련된 노즐판; 상기 노즐판을 지지하며 노즐판과의 사이에 상기 노즐에 대응하는 잉크챔버를 제공하는 기판; 상기 노즐의 중심축을 에워싸는 형태를 가지며, 일정한 간격을 두고 저항치가 변화되는 히이터; 상기 히이터에 전류에 인가하는 전극을 구비한다. 환형의 버블을 형성함에 있어서, 노즐의 중심축을 에워싸는 주변에 일정한 각도 간격으로 버블을 먼저 성장시키고, 이에 이어 이들 사이에 버블이 발생되어 전체적으로 환형의 버블을 형성시키게 된다. 따라서, 공정 오차에 의해 유발될 수 있는 히이터의 국부적인 저항값을 차이에 의한 불균형적인 환형 버블의 발생이 방지된다. 그리고, 노즐의 중심축 상에 환형 버블의 중심을 맞출수 있고 따라서 환형 버블 내에서 발생되는 액적이 정상적인 방향, 즉 노즐판에 수직인 방향으로 토출될 수 있게 된다.

Description

버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드{Bubble-jet type ink-jet printhead}

본 발명은 잉크 젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 특히 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드에 관한 것이다.

잉크 젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermaltransducer, 버블 젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식(electro-mechanical transducer)이 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하여 버블 젯 방식의 잉크 토출 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 노즐(7)이 형성된 잉크 유로(1)에 저항 발열체로 이루어진 히터(2)에 전류 펄스를 인가하면, 히터(2)에서 발생된 열이 잉크(4)를 가열하여 잉크 유로(1) 내에 버블(5)이 생성되고 그 힘에 의해 잉크 액적(droplet, 4')이 토출된다.

그런데, 이와 같은 버블 젯 방식의 잉크 토출부를 가지는 잉크 젯 프린트 헤드는 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다.

첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다.

둘째, 선명한 화질을 얻기 위해서는, 토출되는 주 액적(main droplet)에 뒤따르는 주 액적보다 작은 미세한 부 액적(satellite droplet)의 생성이 억제되어야 한다.

셋째, 하나의 노즐에서 잉크를 토출하거나 잉크의 토출후 잉크 챔버로 잉크가 다시 채워질 때, 잉크를 토출하지 않는 인접한 다른 노즐과의 간섭(cross talk)이 억제되어야 한다. 이를 위해서는 잉크 토출시 노즐 반대방향으로 잉크가 역류하는 현상(back flow)을 억제하여야 한다.

도 1a 및 도 1b에서 제 2 히터(3)는 이러한 잉크 역류를 억제하기 위한 것이다. 상기 제 2 히이터(3)는 제 1 히이터(2) 보다 먼저 발열하여 제 1 히이터(2) 후방의 잉크유로(1)를 버블(6)에 의해 차단하고, 이에 이어 제 1 히이터(2)가 발열함으로써 버블(5)의 팽창력에 의해 잉크 액적(4')이 토출되게 한다.

넷째, 고속 프린트를 위해서는, 가능한 한 잉크 토출과 다시 채워지는 주기가 짧아야 한다.

그런데, 이러한 요건들은 서로 상충하는 경우가 많고, 또한 잉크 젯 프린트 헤드의 성능은 결국 잉크 챔버, 잉크 유로 및 히터의 구조, 그에 따른 버블의 생성 및 팽창 형태, 또는 각 요소의 상대적인 크기와 밀접한 관련이 있다.

이에 따라, 미국특허 US 4339762호, US 4882595호, US 5760804호, US 4847630호, US 5850241호, 유럽특허 EP 317171호, Fan-Gang Tseng, Chang-Jin Kim, and Chih-Ming Ho, "A Novel Microinjector with Virtual Chamber Neck", IEEE MEMS '98, pp.57-62 등 다양한 구조의 잉크 젯 프린트 헤드가 제안되었다. 그러나, 이들 특허나 문헌에 제시된 구조의 잉크 젯 프린트 헤드는 전술한 요건들중 일부는 만족할지라도 전체적으로 만족할 만한 수준은 아니다.

상기와 같은 문제를 개선하기 위하여 본 출원인은 한국특허출원번호 10-2000-0022260호(2000년 4월 26일)와 10-2000-0039554호(2000년 7월 11일)를 통해 개선된 구조의 잉크젯 프린트 헤드를 제안한 바 있다.

도 3은 10-2000-0022260호에 개시된 잉크젯 프린트 헤드 중 하나를 보인 발췌 단면도이며, 도 4는 그의 평면도이다.

먼저 도 3을 참조하면, 실리콘 웨이퍼로 부터 얻어지는 기판(10)에는, 그 표면쪽에 대략 반구형으로 형성되어 잉크가 채워지는 잉크 챔버(20)가 형성되어 있다. 그리고, 기판(10)의 위에는 상기 잉크 챔버(20)에 대응하는 노즐(또는 오리피스, 16)이 형성되고, 그리고 노즐(16)의 주위를 에워싸며 상기 잉크 챔버(20)의 상방에 위치하는 환형 또는 오메가 형의 히이터(12)가 마련되어 있는 노즐판(11)이 마련되어 있다. 여기에서 상기 히이터(12)의 양단은 상기 노즐판(11)의 상면에 형성되는 것으로 전류의 공급을 위한 신호선(18)에 연결되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 잉크 챔버(20)로 연결되는 잉크 채널(21)이 상기 노즐판(11) 하부의 기판(10) 상에 형성되며, 이 잉크 채널(21)은 잉크의 공급이 이루어 지는 매니폴드(15)에 연결되어 있다.

이러한 구조의 잉크젯 프린트 헤드는 상기한 바와 같이 환형 또는 오메가형의 히이터에 의해 도너츠형 버블을 발생시키도록 하는 점에 특징이 있다.

이러한 구조의 잉크젯 프린트 헤드는, 버블의 모양을 도우넛 형태로 함으로써 잉크의 역류를 방지할 수 있어 다른 잉크 토출부와의 간섭을 피할 수 있다. 잉크 챔버의 형상을 반구형으로 한 점, 잉크 채널의 깊이를 잉크 챔버보다 얕게 한 점 및 잉크 챔버와 잉크 채널의 연결부위에 돌출된 걸림턱을 형성한 점 등에 의해서도 잉크의 역류를 방지하는 효과 등을 가져온다.

한편, 10-2000-0039554호에는 상기와 같은 도너츠형 버블을 발생시키는 구조를 응용하는 새로운 구조의 잉크젯 프린트 헤드가 개시되어 있다.

도 5는 10-2000-0039554호에 개시된 잉크젯 프린트 헤드 중 하나를 보인 발췌 횡단면도이며, 도 6은 그의 종단면도이며, 그리고, 도 7은 이에 적용되는 환형 또는 도너츠형 히이터의 발췌 평면도이다.

도 5 과 도 6에 도시된 바와 같이, 양 벽체(32)에 의해 기판(31)과 노즐판(33) 사이의 공간이 하나의 공통챔버(34)가 마련된다. 그리고, 전술한 바와 같이, 도 7에 도시된 바와 같은 Ω형 또는 도너츠형 히이터(35)는 노즐(36)의 중심축(36')을 에워싸는 형태를 가진다. 이러한 히이터(35)는 각 노즐(36)에 대응되게 형성된다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기판(31)의 양단 부분에 잉크공급홈(37)이 마련된다.

상기 공통챔버(34)의 양단은 벽체(32)에 의해 밀폐되어 있지 않고 이는 잉크를 수용하는 카드리지(미도시)의 헤드 장착부에 장착된 상태에서, 실링부재에 의해 밀폐되고, 상기 잉크공급홈(37)은 잉크가 공급되는 카트리지의 내부와 연결된다.

이러한 구조의 잉크젯 프린트 헤드는 상기와 같은 환형 또는 오메가형 히이터에 의해 형성되는 버블에 의해 그 안쪽에 가상의 챔버를 구성하고 가상챔버에 존재하는 잉크가 노즐로 토출되게 하는 것이다.

이러한 구조의 잉크젯 프린트 헤드는, 노즐판과 기판 사이의 공간이 하나의 공통챔버로 구성되어 있고, 또한 복잡한 구조의 유로가 없는 구조를 가지기 때문에 종래와 같이 이물질 이나 잉크의 응고에 따른 막힘현상이 극히 억제된다. 또한, 그 구조가 간단하므로 설계 및 제조가 용이하고 따라서 그 제조단가를 현저히 줄일 수 있다. 특히, 구조가 간단함로 설계상의 자유도가 높고 특히 이로 인해 노즐의 자유로운 배열이 가능하다. 특히, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하며 대량생산이 용이해진다. 또한 도우넛 형태의 버블에 의해 가상챔버가 형성되고 이를 통해 잉크의 역류를 방지할 수 있어 다른 노즐과의 간섭을 피할 수 있다. 특히,하나의 노즐에 대한 가상 챔버에 모든 방향으로 부터 잉크의 리필이 가능하기 때문에 잉크의 연속적인 고속토출이 가능하다.

이상에서 설명된 두개의 새로운 구조의 잉크젯 프린터에 있어서의 하나의 과제는 환형 또는 오메가 히이터에 의한 발열에 의해 도너츠형 버블이 고른 분포로 균형적으로 발생시키는 것이며, 이에 따라 모든 방향으로 고른 팽창력의 발생이 가능하도록 하는 것이다. 또한

본 발명이 이루고자 하는 제 1 의 기술적 과제는 환형 히이터의 모든 방향에 대해 고른 팽창력으로 도너츠형 버블을 성장시킬 수 있는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 제 2 의 기술적 과제는 고른 분포의 도너츠형 버블을 발생시키는 히이터의 제작이 용이한 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래의 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 구조 및 잉크 토출 메카니즘을 도시한 단면도들이다.

도 3 및 도 4는 한국특허출원 10-2000-0022260호에 개시된 잉크젯 프린트 헤드 중 하나를 보인 발췌 단면도 및 그 평면도이다.

도 5은 한국특허출원 10-2000-0039554호에 개시된 잉크젯 프린트 헤드 중 하나를 보인 발췌 횡단면도이며, 도 6은 그 종단면도이며, 그리고, 도 7은 이에 적용되는 환형 또는 도너츠형 히이터의 발췌 평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 히이터의 제 1 응용례를 보인다.

도 9는 도 8에 도시된 본 발명에 따른 히이터에 의한 버블 발생상태를 보인다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 히이터의 제 2, 3 응용례를 각각 보인다.

도 10는 설계 및 제작 시 정상원형으로 유도된 도너츠 형 히이터를 도시한다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 히이터의 제 4, 5 응용례를 각각 보인다.

도 13a 및 13b는 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드에 따른 제1실시예를 도시하는 것으로서, 도 13a는 히이터에 의한 버블의 발생 초기의 상태를 보이는 단면도이며, 도 13b는 이때의 히이터의 평면도이다.

도 14a 및 14b는 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드에 따른 제1실시예를 도시하는 것으로서, 도 14a는 히이터에 의한 버블이 성장되어 잉크 토출이 되는 상태에서의 단면도이며, 도 14b는 이때의 히이터의 평면도이다.

도 15a 및 15b는 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드에 따른 제2실시예를 도시하는 것으로서, 도 15a는 히이터에 의한 버블의 발생 초기의 상태를 보이는 단면도이며, 도 15b는 이때의 히이터의 평면도이다.

도 16a 및 16b는 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드에 따른 제2실시예를 도시하는 것으로서, 도 16a는 히이터에 의한 버블이 성장되어 잉크 토출이 되는 상태에서의 단면도이며, 도 16b는 이때의 히이터의 평면도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 잉크의 토출이 이루어 지는 노즐이 마련된 노즐판, 상기 노즐판을 지지하며 노즐판과의 사이에 상기 노즐에 대응하는 잉크챔버를 제공하는 기판, 상기 노즐의 중심축을 에워싸는 형태를 가지며, 일정한 간격을 두고 저항치가 변화되는 히이터, 상기 히이터에 전류에 인가하는 전극을 구비하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다.

상기 히이터는 상기 노즐판의 전면, 배면 및 상기 기판의 상면 중의 어느 하나에 형성된다.

상기 히이터는, 상기 노즐의 중심축을 에워싸면서 일측이 개방되어 있는 원형 또는 다각형의 틀 형상 또는 완전히 폐쇄된 원형 또는 다각형의 틀 형상을 가진다.

일측이 개방된 원형 또는 다각형의 히이터의 개방된 부분의 양단이 상기 전극에 전기적으로 접속되며, 완전히 폐쇄된 원형 또는 다각형의 히이터에는 상기 전극이 소정각도 간격, 바람직하기로는 대칭되게 180도의 각도 간격으로 접속된다.

상기 히이터의 저항치의 변화는 히이터의 폭 또는 높이를 일정한 거리 또는 각도 간격으로 조절함으로써 일어난다.

본 발명의 구체적인 하나의 유형에 따르면 상기 노즐판은 상기 기판에 밀착되며, 노즐판의 노즐에 대응하는 기판의 상면에 소정 체적의, 바람직하기로는 반구형, 잉크챔버가 형성되고 잉크챔버에는 잉크공급을 위한 유로가 형성되고, 상기 노즐판의 전면 또는 배면에 상기 각 노즐의 중심축을 에워싸는 형태로 상기 히이터가 형성된다.

본 발명의 다른 하나의 유형에 따르면, 상기 노즐판과 상기 기판은 소정간격을 유지하며, 상기 노즐판과 상기 기판의 사이의 가장자리에 이들의 사이에 잉크가 존재하는 공통챔버를 형성하는 벽체가 마련되고, 상기 기판의 상면에는 노즐판의 각 노즐에 대응하는 히이터가 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며,본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 것을 지칭하며, 도면상에서 각 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 존재할 수도 있다. 또한, 이하의 설명에 환형의 버블은 정상원형의 도너츠형 또는 노즐의 중심축을 에워싸는 다각 테두리형의 버블을 통칭한다.

이하, 도 8 내지 도 11을 참조하면서, 본 발명에 따른 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드를 특징지우는 히이터에 대해 먼저 살펴본다.

먼저, 도 8를 참조하면, 히이터(50a)는 내측가장자리가 원형이며 바같측 가장자리는 실질적으로 밀폐된 사각형인 4각틀 형상을 가진다. 따라서, 히이터(50a)에는 폭이 넓은 저저항부(B)와 상대적으로 폭이 좁은 고저항부(A)를 가진다. 대칭방향의 양 저저항부(A)에는 전극(51a)이 접속된다. 따라서, 상기 양측 전극(51a, 51a)의 사이에는 두개의 전류경로를 가지는 저항체의 병렬회로가 구성된다.

이러한 히이터(50a)에 상기 양측 전극(51a, 51a)을 통해 소정의 전류가 인가되며, 히이터(50a) 전체적으로 발열이 시작된다. 이때에 히이터(50a)의 부위별 저항에 따라 고저항부(A)에서 승온속도가 저저항부(B)에 비해 빠르다.

따라서, 상기 히이터(50a)는 상기와 같은 승온속도 차이에 의해 국부적으로 온도를 달리하게 되며, 따라서, 도 9의 왼쪽에 도시된 바와 같이, 히이터(50a)의 고저항부(A)에서의 가파른 승온에 의해 먼저 기포(A')가 발생되고, 이에 이어서 도9b의 오른쪽에 도시된 바와 같이, 고저항부(A)에서 발생된 기포(A')는 더 성장하고 그리고 저저항부(B)에서도 기포(B')의 발생이 시작된다. 즉, 전류의 인가가 시작된 후, 일정 시간이 흐르면, 히이터(50a)에 의해 가열되는 잉크로 부터의 버블(A', B')은 발열량에 대응하는 크기의 차이를 보이며, 이와 같은 기포 크기의 차이는 전체적으로 대칭적(균형적)이다.

이와 같이 본 발명은 히이터를 설계 및 제작 당시부터 인위적으로 주기적인 저항변화를 부여하여 히이터 전체적으로 균형적인 발열 및 이에 따라 대칭적인 기포성장을 유도한다. 이와 같이 인위적으로 저항치의 주기적 변화를 주는 이유는 다음을 통해 보다 더 쉽게 이해될 수 있다.

도 10는 설계 및 제작 시 정상원형으로 유도된 도너츠 형 히이터(50')를 도시한다.

도 10을 참조하면 내측가장자리와 외측가장자리가 진원의 형태를 가지도록 설계되고 제작된 히이터(50')의 양측에는 전극(50a', 50a')이 대칭적으로 접속되어 있다. 그러나 설계와는 달리 실제 제작될 때에, 히이터의 국부적인 에칭차이 등에 의해 히이터(50') 자체에 저항치의 불균일화가 나타난다. 이러한 불균일화는 설계에서 의도하지 않았을 뿐 아니라 공정 상 히이터 재료 증착 및 식각 공정에서의 공정 오차에 의존하기 때문에 히이터의 국부적인 저항치의 변화를 예측할 수 없다.

도 10 에서 C 와 D 는 공정 오차에 따라 수반될 수 있는 것으로 다른 부분에 비해 높은 저항을 가지는 고저항부를 나타내며, 이들 사이에 저항값을 차이가 있을 수 있다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같은 히이터(50')의 경우는 저항의 병렬 접속 구조이므로 각 전류 흐름 방향에서 다른 부분에 비해 가파르게 승온이 이루어 지는 부분(C, D)이 발생된다. 이와 같은 경우 전술한 바와 같이 각 부분(C, D)에서 먼저 기포가 발생하므로 전체적으로 찌그러지거나 아니면 일측이 비어 있는 비정상적인 형태의 기포가 발생된다. 이와 같은 비정상적인 기포의 발생은 잉크 챔버 내의 잉크의 비정상적인 방향으로의 잉크 토출이 발생할 수 있다.

이러한 결점을 고려하여 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같이, 히이터의 모양을 설계 단계에서 부터 조절하여 공정 오차에 따른 비정상적인 버블의 형상을 정상적인 형상, 실제로는 대칭화 및 균형화하는 것이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 적용되는 히이터의 변형례를 보인다.

도 11a와 도 11b에 도시된 히이터(50b, 50c)는 일측이 개방된 형상을 가지며, 전술한 히이터(50a)와 마찬가지로 고저항부(A)와 저저항부(B)를 가진다. 도 11a와 도 11b에 도시된 바와 같이, 히이터(50b, 50c)의 형상에 대응하여, 히이터(50b, 50c)에 상기 양측 전극(51b, 51b),(51c, 51c)을 통해 소정의 전류가 인가되며, 히이터(50b, 50c) 전체적으로 발열이 시작된다. 이때에 히이터(50b, 50c)의 부위별 저항에 따라 고저항부(A)에서 승온속도가 저저항부(B)에 비해 빠르다.

따라서, 상기 히이터(50b, 50c)는 상기와 같은 승온속도 차이에 의해 국부적으로 온도를 달리하게 되며, 따라서, 도 9b에 도시된 바와 같은 유형으로 기포가 발생된다.

한편, 상기 히이터의 저항은 전술한 바와 같이 폭의 차이에 의해서 변화시킬수 있으나, 그 두께의 변화에 의해서도 가능하다.

도 12a는 완전히 밀폐된 도너츠형 히이터(50d)를 도시하며, 도 12b는 일측이 개방된 도너츠형 히이터(50e)를 도시한다. 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 히이터(50d, 50e)에는 두꺼운 두께에 의해 낮은 저항값을 가지는 저저항부(A')와 저저항부(A')에 비해 얇은 두께에 의해 높은 저항값을 유지하는 고저항부(B')가 형성된다. 이러한 저항차이에 의해 상기 히이터(50d, 50e)에 의해서는 전술한 바와 같은 양상으로 버블을 발생시킨다.

이하에서는 상기와 같은 구조의 히이터를 적용하는 잉크젯 프린트 헤드의 실시예에 대해 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예들은 상기와 같은 특징을 가지는 히이터들을 택일적으로 적용할 수 있다. 따라서, 상기 히이터(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)를 하나로 통칭하여 개선된 히이터(enhanced heater, 50)로 명명하며, 이는 상기한 특징의 히이터(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)들과 이들과 본발명의 개념으로부터 얻어질수 있는 어떠한 히이터를 적용할 수 있다라는 점을 전제한다.

도 13a는 기판(100) 자체에 반구형 잉크챔버(101)가 마련되고, 기판(100) 상면에 노즐(102)이 형성된 노즐판(103)이 부착된 구조의 잉크젯 프린트 헤드의 발췌 단면도이다. 본 실시예는 도 3 및 도 4에 도시된 유형의 잉크젯 프린트 헤드에 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 특징지우는 개선된 히이터(50)를 적용한 구조를 가진다.

상기 노즐판(103)에 본 발명의 잉크 젯 프린터 헤드를 특징지우는 개선된 히이터(50)가 형성된다. 상기 개선 히이터(50)는 상기 노즐판(103)의 노즐(102)을 에워싸는 형태를 가진다. 여기에서 상기 개선된 히이터(50)에 전류가 인가되면 상기 개선된 히이터(50)로 부터의 발열이 시작되고 승온이 가장 빠르게 나타나는 고저항부(A)에서 기포(A') 발생이 먼저 시작된다. 이때에 도 13b에 도시된 바와 같이 일정한 각도 간격으로 배치된 고저항부(A)에서 기포(A')가 발생되어 챔버(101) 내에 있는 잉크(105)에 대해 압력을 가하게 된다.

그리고, 히이터(50)의 발열이 계속되면, 도 14a에 도시된 바와 같이, 상기 기포(A')가 크게 성장됨과 아울러 이들의 사이의 저저항부(B)에서도 기포(B')가 성장되어 액적(105')이 노즐(102)을 통해 토출된다. 여기에서 상기 기포(A', B')는 일정크기 이상 성장되면 전체적으로 하나로 합쳐지게 되며 이 과정에서 상기 기포(A', B')들이 이루는 경계선 안쪽의 잉크가 기포(A', B')들에 의한 팽창력에 의해 토출된다.

도 14b는 고저항부(A)에서의 기포(A')와 저저항부(B)의 기포(B')가 이해를 돕기 위하여 독립적인 형태로 도시되어 있으나, 이는 초기에 나타나는 현상으로서 각 기포(A', B')가 시차를 두고 성장하여 상호 중첩되게 되면 하나로 결합되고 따라서 전체적으로 도너츠형 버블을 형성하게 되고, 그리고 버블이 더욱 성장하면 도 14a에 도시된 바와 같이 버블의 중간부분이 기포로 채워지거나 아니면 매우 작은 직경을 가지게 된다. 이와 같이 기포들인 전체적으로 하나로 합쳐질 때에 잉크(105)를 최대한으로 가압하여 이로 부터 액적(105')이 토출되게 된다.

위의 구조에 있어서 상기 개선된 히이터(50)가 노즐판(103)의 외측면에 마련되어 있으나, 잉크(105)에 직접 접촉되도록 노즐판(103)의 안쪽에 형성될 수도 있다.

도 15a는 노즐판(203)과 기판(200)이 소정간격을 유지하도록 이격되고 이들의 사이에 전체 노즐(202)이 공유하는 공통챔버(201)가 마련되는 구조의 잉크젯 프린트 헤드의 발췌 단면도이다. 본 실시예는 도 5 및 도 6에 도시된 유형의 잉크젯 프린트 헤드에 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 특징지우는 개선된 히이터(50)를 적용한 구조를 가진다.

도 15a를 참조하면, 공통챔버 내의 바닥, 즉 기판(200)의 표면에 본 발명을 특징지우는 개선된 히이터(50)가 형성된다. 이 개선된 히이터(50)는 노즐판(203)에 형성된 노즐(202)의 중심축을 에워싸는 형태를 가진다.

따라서, 상기 개선된 히이터(50)에 전류가 공급되면 개선된 히이터(50)에 전류가 인가되면 상기 개선된 히이터(50)로 부터의 발열이 시작되고 승온이 가장 빠르게 나타나는 고저항부(A)에서 기포(A') 발생이 먼저 시작된다. 이때에 도 15b에 도시된 바와 같이 일정한 각도 간격으로 배치된 고저항부(A)에서 기포(A')가 발생되어 챔버(201) 내에 있는 잉크(105)에 대해 압력을 가하게 된다.

그리고, 히이터(50)의 발열이 계속되면, 도 16a에 도시된 바와 같이, 상기 기포(A')가 크게 성장됨과 아울러 이들의 사이의 저저항부(B)에서도 기포(B')가 성장되어 액적(105')이 노즐(102)을 통해 토출되기 시작한다. 된다. 여기에서 상기 기포(A', B')는 일정 크기 이상 성장되면 전체적으로 하나로 합쳐지게 되며 이 과정에서 상기 기포(A', B')들이 이루는 경계선 안쪽의 잉크가 기포(A', B')들에 의한 팽창력에 의해 토출된다.

도 16b는 고저항부(A)에서의 기포(A')와 저저항부(B)의 기포(B')가 이해를 돕기 위하여 독립적인 형태로 도시되어 있으나, 이는 초기에 나타나는 현상으로서 각 기포(A', B')가 시차를 두고 성장하여 상호 중첩되게 되면 하나로 결합되고 따라서 전체적으로 도너츠형 버블을 형성하게 되고, 그리고 버블이 더욱 성장하면 도 16a에 도시된 바와 같이 버블의 중간부분이 기포로 채워지거나 아니면 매우 작은 직경을 가지게 된다. 이와 같이 기포들인 전체적으로 하나로 합쳐질 때에 잉크(105)를 최대한으로 가압하여 이로 부터 액적(105')이 토출되게 된다.

위에서 설명된 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 바람직한 실시예들에 있어서, 상기 기판은 결정방향이 [100] 이고 그 두께는 대략 500㎛인 실리콘 기판을 적용한다. 그리고, 개선된 히이터(50)는 폴리실리콘 또는 TaAl 등에 의해 형성되며, 히이터에 연결되는 도전체 또는 전극은 알루미늄등으로 형성된다.

상기 폴리실리콘에 의한 개선된 히이터(50)는 저압 화학기상증착법(low pressure chemical vapor deposition)으로 예컨대 대략 0.8㎛ 두께로 증착될 수 있으며, 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 실리콘 산화막 전면에 증착된 다결정 실리콘막을 식각하는 식각공정에 의해 패터닝된다.

개선된 히이터(50)에 전류를 인가하기 위한 전극은 도전성이 좋은 금속 예컨대 알루미늄을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성된다. 한편, 전극으로서 구리를 사용할 수도 있는데, 이 경우는 전기 도금을 이용하는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 균등한 변형예가 가능하다. 예컨대, 본 발명의 프린트 헤드의 각 요소를 구성하는 물질은 예시되지 않은 물질로 이루어질 수도 있다. 즉, 기판은 반드시 실리콘이 아니라도 가공성이 좋은 다른 물질로 대체될 수 있고, 개선된 히터(50)나 이에 연결되는 전극 등도 마찬가지이다. 또, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 환형의 버블을 형성함에 있어서, 노즐의 중심축을 에워싸는 주변에 일정한 각도 간격으로 버블을 먼저 성장시키고, 이에 이어 이들 사이에 버블이 발생되어 전체적으로 환형의 버블을 형성시키게 된다. 따라서, 공정 오차에 의해 유발될 수 있는 히이터의 국부적인 저항값을 차이에 의한 불균형적인 환형 버블의 발생이 방지된다. 그리고 노즐의 중심축 상에 환형 버블의 중심을 맞출수 있고 따라서 환형 버블 내에서 발생되는 액적이 정상적인 방향, 즉 노즐판에 수직인 방향으로 토출될 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 잉크의 토출이 이루어 지는 노즐이 마련된 노즐판;

   상기 노즐판을 지지하며 노즐판과의 사이에 상기 노즐에 대응하는 잉크챔버를 제공하는 기판;

   상기 노즐의 중심축을 에워싸는 형태를 가지며, 일정한 간격을 두고 저항치가 변화되는 히이터;

   상기 히이터에 전류에 인가하는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 히이터의 저항치는 히이터의 폭 또는 높이에 의해 조절된 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 히이터는 상기 노즐판의 전면, 배면 및 상기 기판의 상면 중의 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 히이터는 상기 노즐판의 전면, 배면 및 상기 기판의 상면 중의 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 히이터는, 상기 노즐의 중심축을 에워싸면서 일측이 개방되어 있는 원형 및 다각형 중의 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
6. 제5항에 있어서,

   상기 히이터의 개방된 부분의 양단에 상기 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드.
7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 히이터는, 상기 노즐의 중심축을 에워싸면서, 완전히 폐쇄된 원형 또는 다각형 중의 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
8. 제7항에 있어서,

   상기 전극은 상기 히이터의 대칭된 방향의 양측 부분에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
9. 제1내지 제4항, 제6항 및 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 노즐판은 상기 기판에 밀착되며, 노즐판의 노즐에 대응하는 기판의 상면에 소정 체적의 잉크챔버가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
10. 제5항에 있어서,

    상기 노즐판은 상기 기판에 밀착되며, 노즐판의 노즐에 대응하는 기판의 상면에 소정 체적의 잉크챔버가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
11. 제7항에 있어서,

    상기 노즐판은 상기 기판에 밀착되며, 노즐판의 노즐에 대응하는 기판의 상면에 소정 체적의 잉크챔버가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
12. 제1내지 제4항, 제6항 및 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 노즐판과 상기 기판은 소정간격을 유지하며, 상기 노즐판과 상기 기판의 사이에 잉크가 존재하는 공통챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
13. 제5항에 있어서,

    상기 노즐판과 상기 기판은 소정간격을 유지하며, 상기 노즐판과 상기 기판의 사이에 잉크가 존재하는 공통챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
14. 제7항에 있어서,

    상기 노즐판과 상기 기판은 소정간격을 유지하며, 상기 노즐판과 상기 기판의 사이에 잉크가 존재하는 공통챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 버블 젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.