KR100416543B1 - 잉크 젯 프린트헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트헤드에 관한 것이다. 개시된 잉크 젯 프린트헤드는: 기판과; 상기 기판 상에 접착층에 의해 고정되는 것으로 다수의 노즐을 가지는 노즐판을 구비하며, 상기 기판에는 상기 각 노즐에 대응하는 오목부가 형성되고, 상기 오목부의 바닥의 둘레에는 상기 노즐을 통과하는 중심축을 에워싸는 형태의 저항층이 형성되어 있고, 상기 오목부의 바닥 중앙에는 상기 노즐에 대응하는 잉크유입홈이 마련되어 있는 구조를 가진다. 본 발명에 따르면, 복잡한 구조의 유로가 없는 구조를 가지기 때문에 종래와 같이 이물질 이나 잉크의 응고에 따른 막힘현상이 극히 억제되며, 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.

Description

잉크 젯 프린트헤드{Ink-jet print head}

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

잉크 젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 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(11)이 형성된 잉크 유로(10)에 저항 발열체로 이루어진 제 1 히터(12)에 전류 펄스를 인가하면, 제 1 히터(12)에서 발생된 열이 잉크(14)를 가열하여 잉크 유로(10) 내에 버블(15)이 생성되고 그 힘에 의해 잉크 액적(droplet,14')이 토출된다.

도 1a 및 도 1b에서 제 2 히터(13)는 이러한 잉크 역류를 억제하기 위한 것이다. 상기 제 2 저항층(13)는 제 1 저항층(12) 보다 먼저 발열하여 제 1 저항층(12) 후방의 잉크유로(10)를 버블(16)에 의해 차단하고, 이에 이어 제 1 저항층(12)가 발열함으로써 버블(15)의 팽창력에 의해 잉크 액적(15')이 토출되게 한다.

그런데, 이와 같은 버블 젯 방식의 잉크 토출부를 가지는 잉크 젯 프린트헤드는 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.

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

다섯째, 노즐 및 노즐로 잉크를 도입시키는 유로가 이물질 및 잉크의 응고에따른 막힘이 없어야 한다.

그런데, 이러한 요건들은 서로 상충하는 경우가 많고, 또한 잉크 젯 프린트헤드의 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 4,339,762호, US 4,882,595호, US 5,760,804호, US 4,847,630호, US 5,850,241호, US 5,734,339, US 5,912,685, 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 프린트헤드가 제안되었다. 그러나, 이들 특허나 문헌에 제시된 구조의 잉크 젯 프린트헤드는 전술한 요건들중 일부는 만족할지라도 전체적으로 만족할 만한 수준은 아니다.

도 2는 미국특허 4,882,595호에 개시된 잉크 젯 프리터 헤드의 발췌도면이다. 도 2를 참조하면, 기판(1)에 형성된 저항층(12)가 위치하는 공간을 제공하는 챔버(26)와 챔버(26)로 잉크를 유도하기위한 유로(24)를 형성하는 매개층(38)이 마련되고, 매개층(38) 위에는 상기 챔버(26)에 대응하는 노즐(16)을 갖는 노즐판(18)이 마련되어 있다.

도 3은 미국특허 5,912,685 호에 개시된 잉크 젯 프리터 헤드의 발췌도면이다. 도 3을 참조하면, 기판(2) 상에 상기한 바와 같이 저항층로서의 저항체(4)가 위치하는 챔버(3a)와 챔버로 잉크를 유도하기 위한 유로를 제공하는 매개층(3)가 위치하며, 상기 매개층(3)의 위에는 상기 챔버(3a)에 대응하는 노즐(6)을 구비하는노즐판(5)이 형성되어 있다.

도 2와 도 3에 도시된 종래 잉크 젯 프린트헤드는 물론 앞에서 언급된 문헌 상의 잉크 젯 프린트헤드들은 각각의 노즐에 하나의 챔버가 할당되고, 그리고 각 챔버로 잉크공급카드리치로 부터의 잉크를 공급하기 위한 복잡한 구조의 유로를 구비한다.

따라서, 종래의 잉크 젯 프린트헤드는 구조가 복잡하여 제작공정이 매우 복잡할 뿐 아니라 이로 인해 제조가격이 매우 높다. 또한 복잡한 구조의 유로는 각 챔버로 공급되는 잉크에 대한 유동저항이 각각 다르게 나타나 실제 각 챔버에 공급되는 잉크량이 큰 차이를 보이고 따라서 이를 조절하기 위한 설계상의 어려움이 뒤따른다. 이와 같은 유로 및 이에 연결되는 챔버의 복잡한 구조에 의해, 유로 및 챔버에 이물질이 부착되거나 잉크가 응고됨으로써 챔버에 대한 잉크의 공급의 장애는 물론 유로 및 노즐의 막힘으로 인해 더 이상 사용할 수 없는 상태가 될 수 있다.

한편, 미국특허 4,847,630호는 노즐판의 내면에 잉크가 토출되는 각 노즐을 감싸는 형태의 고리형 저항층가 형성되고, 저항층 주위에는 일측이 개방된 C 형 격리벽체가 마련되는 구조의 잉크 젯 프린트헤드를 개시한다. 이와 같이 노즐판 자체에 저항층 및 격리벽체가 마련되는 구조의 잉크 젯 프린트헤드는 노즐과 저항층간의 오프셋을 구조적으로 해결된 장점이 있지만, 노즐판에 의한 열손실이 크고, 그리고 여전히 각 노즐별로 격리벽체에 의한 잉크챔버가 마련되는 구조적 복잡성을 피할 수 없다.

본 발명의 제1의 목적은 구조가 간단하고 따라서 제작이 용이한 구조의 잉크 젯 프린트헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 이물질이나 잉크의 응고를 효과적으로 방지할 수 있는 잉크 젯 프린트헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3의 목적은 가격이 저렴하고 수명이 연장된 잉크 젯 프린트헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제4의 목적은 내부에 자체 크리닝 기능이 부여된 잉크 젯 프린트헤드를 제공하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트헤드 구조 및 잉크 토출 메카니즘을 도시한 단면도들이다.

도 2는 종래 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 부분 발췌 사시도이다.

도 3는 종래 다른 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 부분 발췌 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크 젯 프린트헤드에서 노즐판이 생략된 상태를 보인 기판의 개략적 평면도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크 젯 프린트헤드에서 노즐판이 생략된 상태를 보인 기판의 개략적 평면도이다.

도 6와 도 7은 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 단면도를 보이는 것으로서, 도 6은 도 5의 A-A' 선 단면도이며, 도 7은 B-B' 선단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드에서, 기판 상에 형성된 저항층과 이에 대응하는 잉크유입홈과의 관계를 보인 발췌 평면도이다.

도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드에서 도너츠형 버블의 발생, 성장 및 이에 따른 액적의 토출 및 버블의 수축과정을 단계적으로 보인 개략적 단면도이다.

도 13 내지 도 21은 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 저항층의 변형례를 보인다.

도 22는 본 발명의 잉크 젯 프린트헤드에 있어서, 저항층를 중심으로 한 기판 및 노즐판의 구조를 보다 상세히 보인 부분 확대도이다.

도 23a 내지 도 23i는 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 제조공정도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따르면,

기판과;

상기 기판 상에 접착층에 의해 고정되는 것으로 다수의 노즐을 가지는 노즐판을 구비하며,

상기 기판에는 상기 각 노즐에 대응하는 오목부가 형성되고,

상기 오목부의 바닥의 둘레에는 상기 노즐을 통과하는 중심축을 에워싸는 형태의 저항층이 형성되어 있고,

상기 오목부의 바닥 중앙에는 상기 노즐에 대응하는 잉크유입홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드가 제공된다.

상기 본 발명의 잉크 젯 프린트헤드에 있어서, 상기 노즐에서 상기 기판을 향하는 부분의 가장자리 부분은 상기 저항층의 둘레를 감싸는 크기를 가지며, 상기 기판의 저면에 진동소자가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판의 저면에는 그 하부가 확개된 잉크도입부가 다수 마련되며, 각 잉크도입부는 상기 잉크유입홈의 각각에 대응하여 상호 연통되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 저항층은 일측이 개방된 도너츠형, Ω형 및 다각 테두리형 중의 어느 하나인 것이 바람직하며, 특히 일정한 간격을 두고 변화되는 저항치를 가지는 것이 바람직하며, 상기 저항층의 저항치는 저항층의 폭 또는 높이에 의해 조절된 것이 바람직하다.

보다 바람직한 실시예로서, 상기 기판의 표면에 열적 절연층이 형성되고, 상기 저항층은 상기 절연층 상에 형성되며, 특히 상기 저항층을 보호하는 보호층이 상기 저항층의 위에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 잉크 젯 프린트헤드의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.

아래에 예시되는 실시예들은 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, 도면 상에서 각 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드가 적용된 잉크 젯 카트리지의 제1실시예에서 노즐판이 분리된 기판의 평면적 구조를 보인다.

도 4를 참조하면, 기판(102)의 바닥에는 다수의 Ω형상의 저항층(104)이 형성되어 있다. 상기 각 저항층(104)의 중앙부분에는 상기 기판(102)을 관통하는 잉크공급홈(108)이 형성되어 있다. 상기 저항층(104)은 기판(102)의 길이 방향으로 2열로 배열되어 있다. 본 실시예에서는 노즐(108) 및 이에 대응하는 저항층(104)이 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 한편으로는 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 또는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 제2실시예에서와 같이 4열 또는 그 이상으로 배치될 수도 있다.

한편, 상기 저항층(104)에는 배선층(105)이 연결되어 있고, 이들 배선층(105)은 기판(102)의 가장자리부분으로 연장되고, 그 바깥측 단부에는 패드(106)가 연결된다. 상기 기판(100) 상의 각 패드(106)는 종래 잉크 젯프린트헤드에서와 같이 FPC(Flexible Printed Cuirt) 보드에 마련된 단자들에 각각 접촉된다.

도 6와 도 7은 상기 기판(102)에 노즐판(101)이 결합된 상태의 잉크 젯 프린트헤드의 단면도를 보이는 것으로서, 도 6은 도 4의 A-A' 선 단면도이며, 도 4은 B-B' 선단면도이다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(102)의 상면에 노즐판(101)이 접착층(103)에 의해 부착되어 있으며, 상기 접착층(103)은 상기 저항층(104)에 대응하는 관통공을 가진다. 상기 노즐판(101)에는 환형의 저항층(104)을 포괄하는, 즉 저항층(104)의 바깥쪽을 감쌀수 있는 정도의 하부 직경을 가지는 콘형 또는 절두 원추형 노즐(또는 오리피스, 109)가 형성되어 있다. 여기에서, 상기 노즐판(101)의 노즐(109)의 내부는 단위 잉크챔버(110)에 해당한다. 잉크챔버로는 그 하부에 마련된 잉크 공급홈(108)를 통해 잉크가 공급되며, 잉크공급홈(108) 둘레에 마련된 저항층(104)에 의한 버블이 노즐(104) 내에서 발생되며, 노즐내에 존재하는 잉크가 버블에 의한 패창력에 의해 토출되게 된다.

한편, 상기 기판(102)에는 저항층(104)의 중앙부분을 관통하는 잉크 공급홈(108)이 형성되어 있고, 이 잉크 공급홈(108)의 하부에는 그 하부가 확개된 콘형 또는 절두 원추형 잉크도입부(108a)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(102)에서 상기 저항층(104)이 형성되는 부분은 상기 잉크공급홈(108)을 통과하는 중심축으로 기울어져 있는 접시형 오목부(102a)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 오목부(102a)에 형성되는 저항층(104)의 상면은 노즐(109)의 중심을 향하여 기울어져 있다.

한편, 상기 기판(102)의 저면에는 피에조 소자와 같은 진동소자(600)가 부착되어 있다. 상기 진동소자(600)는 기판(102)과 노즐판(101) 및 이들 사이에 축적되는 이물질을 크리닝하기 위한 것으로서 선택적 요소이다.

이하 상기와 같은 구조에 특징을 둔 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드에 의한 잉크 토출과적을 설명한다.

도 8은 기판(102)에 형성되는 하나의 저항층(104) 및 이와 동축 상에 마련되는 잉크공급홈(108)을 보이며, 도 9 내지 도 12는 저항층(104)에 의해 도너츠형 버블의 발생, 성장 및 이에 따른 액적의 토출 및 버블의 수축과정을 단계적으로 보인다.

먼저 도 8에 도시된 바와 같이 상기 저항층(104)은 전술한 바와 같이노즐(109) 및 잉크유입홈(108)의 중심을 통과하는 축을 감싸는 형태 및 배치구조를 가진다. 따라서, 저항층(104)에 펄스 직류가 인가되면, 저항층(104)으로 부터의 순간적인 발열이 일어 나고, 이에 의해 저항층(104)의 형상에 대응하는 잉크 비등에 의해 도너츠형 버블이 발생된다.

도 9 내지 도 12은 상기와 같은 저항층(104)에 의해 상기와 같은 도너츠형 버블의 생성 및 성장 그리고 이에 따른 잉크이 토출 그리고 버블의 수축 및 잉크의 리필(refill)과정을 단계적으로 보인다.

도 9는 저항층(104)이 전기적으로 무부하 상태를 보인다. 따라서 잉크(400)가 노즐(109) 내에 충만한 상태이다. 잉크(400)는 모세관 현상에 의해 잉크공급홈(108)을 통해 공급된다.

도 10은 펄스 직류가 인가된 저항층(104)에 의해 초기 형태의 도너츠형 버블(401)이 생성된 상태를 보인다. 여기에서 도 10에서 도시된 바와 같이 노즐(108) 내의 잉크챔버(110)에 위치하는 잉크가 상기 버블(401)에 의해 그 하부의 잉크공급홈(108) 내의 잉크와 분리되기 시작하면서 압축되어 노즐(108)을 통해 토출을 시도하게 된다.

도 11은 상기 저항층(104)에 의해 형성된 도너츠형 버블(401)이 최대한으로 성장된 상태를 보인다. 최대로 성장된 도너츠형 버블(401)에 의해 잉크챔버(110)의 하부가 폐쇄되고 그리고 버블(401)에 의한 압력에 의해 잉크 액적(402)이 노즐(109)을 통해 토출되기 시작한다.

도 12는 노즐(108)을 통한 잉크 방울(400)의 토출이 완료되고, 그리고 저항층(104)의 냉각에 의한 버블(401)의 수축단계를 보인다. 버블(401)이 수축되면서 잉크(400)의 리필이 시작되고, 도 9의 상태로 복귀된다. 이때에 버블(401)의 축소는 펄스 직류의 차단에 따라 저항층(104)의 냉각에 기인한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 도우넛 모양의 버블(401)이 노즐의 중심부를 향하도록 그 표면이 기울지게 설계된 저항층(104)에 의해 버블이 노즐(109)의 중심부분을 향하여 성장됨으로써 잉크의 토출이 매우 빠르게 이루어지고, 이와 동시에 버블이 최대한으로 성장했을 때 그 하부의 잉크유입홈(108)이 폐쇄됨으로써 버블(401)의 팽창력에 따른 잉크의 역유동이 원천적으로 봉쇄되고, 또한 잉크챔버(110) 내에서 고립된 한정된 양의 잉크가 토출됨으로써 액적의 미세화는 물론이고 부 액적(satellite droplet)발생이 최소화된다.

한편, 히터(104)가 환상으로 그 면적이 넓어 가열과 냉각이 빠르고 그에 따라 버블(401)의 생성에서 소멸에 이르는 주기가 빨라져 빠른 응답과 높은 구동 주파수를 가질 수 있다.

위의 실시예의 설명에서, 상기 도너츠형 저항층(104)은 다른 형상으로의 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 도너츠형 저항층(104)은 도 13에 도시된 바와 같이 사각 테두리형의 저항층(104a), 도 14에 도시된 바와 같이 오각 테두리형의 저항층(104b) 등으로 대체될 수 있다. 따라서, 전술한 상기 저항층(104, 104a, 104b)들의 형상은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 잉크 젯 프린트헤드에 있어서, 상기 저항층(104, 104a, 104b)은, 전술한 바와 같이, 각각에 대응하는 노즐(108)의 중심축(109)을 일정거리를 에워싸는 어떠한 형상으로의 변형도 가능하다.

이하, 도 15 내지 도 11을 참조하면서, 본 발명에 따른 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트헤드에서 저항층의 또 다른 유형에 대해 설명한다.

먼저, 도 15를 참조하면, 저항층(104c)은 내측가장자리가 원형이며 바같측 가장자리는 실질적으로 밀폐된 사각형인 4각틀 형상을 가진다. 따라서, 저항층(104a)에는 폭이 넓은 저저항부(B)와 상대적으로 폭이 좁은 고저항부(A)를 가진다. 대칭방향의 양 저저항부(A)에는 배선층(105)이 접속된다. 따라서, 상기 양측 전극(105c, 105c)의 사이에는 두개의 전류경로를 가지는 저항체의 병렬회로가 구성된다.

이러한 저항층(104c)에 상기 양측 배선층(105, 105)을 통해 소정의 전류가 인가되며, 저항층(104c) 전체적으로 발열이 시작된다. 이때에 저항층(104c)의 부위별 저항에 따라 고저항부(A)에서 승온속도가 저저항부(B)에 비해 빠르다.

따라서, 상기 저항층(104c)은 상기와 같은 승온속도 차이에 의해 국부적으로 온도를 달리하게 되며, 따라서, 도 16의 왼쪽에 도시된 바와 같이, 저항층(104c)의 고저항부(A)에서의 가파른 승온에 의해 먼저 기포(A')가 발생되고, 이에 이어서 도 16의 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, 저항층(104c)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 저항층를 설계 및 제작 당시부터 인위적으로 주기적인 저항변화를 부여하여 저항층 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 17은 설계 및 제작 시 정상원형으로 유도된 도너츠 형 저항층(104d)를 도시한다.

도 17을 참조하면 내측가장자리와 외측가장자리가 진원의 형태를 가지도록 설계되고 제작된 저항층(104d)의 양측에는 배선층(105, 105)이 대칭적으로 접속되어 있다. 그러나 설계와는 달리 실제 제작될 때에, 저항층의 국부적인 에칭차이 등에 의해 저항층(104d) 자체에 저항치의 불균일화가 나타난다. 이러한 불균일화는 설계에서 의도하지 않았을 뿐 아니라 공정 상 저항층 재료 증착 및 식각 공정에서의 공정 오차에 의존하기 때문에 저항층의 국부적인 저항치의 변화를 예측할 수 없다.

도 17 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 17에 도시된 바와 같은 저항층(104d)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 15에 도시된 바와 같이, 저항층의 모양을 설계 단계에서 부터 조절하여 공정 오차에 따른 비정상적인 버블의 형상을 정상적인 형상, 실제로는 대칭화 및 균형화하는 것이다.

도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드에 적용되는 저항층의 변형례를 보인다.

도 18와 도 19에 도시된 저항층(104e, 104f)는 일측이 개방된 형상을 가지며, 전술한 저항층(104d)와 마찬가지로 고저항부(A)와 저저항부(B)를 가진다. 도 18와 도 19에 도시된 바와 같이, 저항층(104e, 104f)의 형상에 대응하여, 저항층(104e, 104f)에 양측 배선층(104, 104)을 통해 소정의 전류가 인가되며, 저항층(104e, 104f) 전체적으로 발열이 시작된다. 이때에 저항층(104e, 104f의 부위별 저항에 따라 고저항부(A)에서 승온속도가 저저항부(B)에 비해 빠르다.

따라서, 상기 저항층(104e, 104f)는 상기와 같은 승온속도 차이에 의해 국부적으로 온도를 달리하게 되며, 따라서, 도 16에 도시된 바와 같은 유형으로 기포가 발생된다.

한편, 상기 저항층의 저항은 전술한 바와 같이 폭의 차이에 의해서 변화시킬 수 있으나, 그 두께의 변화에 의해서도 가능하다.

도 20은 완전히 밀폐된 도너츠형 저항층(104g)를 도시하며, 도 21은 일측이 개방된 도너츠형 저항층(104h)를 도시한다. 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 저항층(104g, 104h)에는 두꺼운 두께에 의해 낮은 저항값을 가지는 저저항부(A')와저저항부(A')에 비해 얇은 두께에 의해 높은 저항값을 유지하는 고저항부(B')가 형성된다. 이러한 저항차이에 의해 상기 저항층(104g, 104h)에 의해서는 전술한 바와 같은 양상으로 버블을 발생시킨다.

본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 실시예는 전술한 다양한 형태의 저항층의 적용이 가능하며, 이에 대응하여 이에 인접한 요소의 설계적 변경이 가능하다.

도 27은 도 5 내지 도 8과 함께 설명된 본 발명의 잉크 젯 프린트헤드에 있어서, 저항층(104)를 중심으로 한 기판(102) 및 노즐판(101)의 부분 확대도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 오목부(102a)가 형성된 기판(102)의 상면에 절연층(102b)가 형성되어 있고 그 위에 저항층(104)이 형성되어 있다. 저항층(104a)의 위에는 잉크와 저항층(104a)의 접촉을 방지하기 위한 보호층(102c)이 형성되어 있다.

상기 절연층(102b)가 보호층(102c)은 전술한 실시예들에서 언급된 바 없다. 그러나, 상기 보호층(102c) 및 절연층(102b)은 모든 실시예에 필수적 또는 선택적으로 각각 채택될 수 있다. 상기 절연층(102b)은 열적인 절연을 위한 것으로서, 저항층(104)으로부터 발생된 열이 기판(102)로 전달되지 않도록 열저항체로서 작용한다. 상기 절연층(102b)은 SiO₂등에 의해 형성되며, 보호층(102c)는 Si₃N₄등에 의해 형성된다.

상기 기판(102)의 저면에 전술한 바와 같이 진동소자(600)가 마련되어 있다. 진동소자(600)로 연결되는 전기선 신호선은 편의상 생략되었다. 상기진동소자(600)는 진동에 의해 기판(102)의 상면에 누적되는 잉크 등의 이물질을 분리하기 위한 것이다. 이러한 진동소자(600)는 본 발명에 따른 모든 실시예에 선택적으로 적용될 수 있다.

이하, 상기 실시예 1 에서 설명된 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드의 제조과정 중, 그 일부를 개략적으로 살펴본다.

도 23a에 도시된 바와 같이, 기판(102)에 접시형 오목부(102a)를 형성한다. 전술한 바와 같이 상기 오목부(102a)는 노즐판(101)의 각 노즐(109)에 대응하게 다수 마련된다.

도 23b에 도시된 바와 같이 상기 오목부(102a)의 바닥중앙에 잉크유입부(108) 및 잉크 도입부(108a)를 형성한다.

도 23c에 도시된 바와 같이 상기 기판(102)의 상면에 SiO₂절연막(102b)을 증착한다.

도 23d에 도시된 바와 같이, 소정의 과정을 통해 오목부(102a)의 상방에 소정형상의 저항층(104)을 형성한다.

도 23e에 도시된 바와 같이, 상기 저항층(104a)로 연결되는 금, 구리, 알루미늄 등에 의해 신호선(105)을 상기 절연층(102a)에 형성한다.

도 23f에 도시된 바와 같이, 상기 적층 위에 Si₃N₄보호층(102c)을 증착한다.

도 23g에 도시된 바와 같이, 상기 기판(102)의 저면에 피에조 소자에 의한진동소자(600)를 형성한다.

도 23h에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(102c) 상에 접착층(103)을 형성한다. 접착층(103)에는 상기 저항층(104)을 포괄하는 크기의 관통공을 가진다.

도 23i에 도시된 바와 같이, 별도의 과정을 통해 마련된 노즐판(101)을 상기 기판(102)의 상방에 고정하여 도 22에 도시된 바와 같은 적층 및 결합 구조의 잉크 젯 프린트헤드를 완성한다.

위의 제조공정은 특정 실시예에 대한 것이나, 전술한 바와 같은 다양한 형태의 저항층를 적용한 다른 모든 실시예들에도 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 잉크챔버가 노즐판의 노즐에 의해 제공되기 때문에 액정의 미세화가 가능하여 인쇄화질의 고밀도화가 가능하고, 특히 환형 또는 고리형 또는 다각 테두리형의 버블에 의해 잉크챔버와 잉크유입공을 폐쇄함으로써 잉크토출시 잉크의 역유동을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 기판의 배면에 진동소자가 마련되어 있어서 이물질이나 응고된 잉크에 의한 노즐의 막힘을 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 잉크 젯 프린트헤드는 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.

이러한 본 발명의 잉크 젯 프린트헤드는 빠른 응답속도와 높은 구동 주파수를 보장한다. 그리고, 도우넛 모양의 버블을 중앙에서 합쳐지게 함으로써 부 액적(satellite droplet)의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (13)

1. 기판과;

   상기 기판 상에 접착층에 의해 고정되는 것으로 다수의 노즐을 가지는 노즐판을 구비하며,

   상기 기판에는 상기 각 노즐에 대응하는 오목부가 형성되고,

   상기 오목부의 바닥의 둘레에는 상기 노즐을 통과하는 중심축을 에워싸는 형태의 저항층이 형성되어 있고,

   상기 오목부의 바닥 중앙에는 상기 노즐에 대응하는 잉크유입홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노즐에서 상기 기판을 향하는 부분의 가장자리 부분은 상기 저항층의 둘레를 감싸는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 기판의 저면에 진동소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
4. 제2항에 있어서,

   상기 기판의 저면에 진동소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판의 저면에는 그 하부가 확개된 잉크도입부가 다수 마련되며,

   각 잉크도입부는 상기 잉크유입홈의 각각에 대응하여 상호 연통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층이 일측이 개방된 도너츠형, Ω형 및 다각 테두리형 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
7. 제5항에 있어서,

   상기 저항층이 일측이 개방된 도너츠형, Ω형 및 다각 테두리형 중의 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 일정한 간격을 두고 변화되는 저항치를 가지는 것을 특징으로하는 잉크 젯 프린트헤드.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 저항층은 일정한 간격을 두고 변화되는 저항치를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 저항층은 일정한 간격을 두고 변화되는 저항치를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 저항층의 저항치는 저항층의 폭 또는 높이에 의해 조절된 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
12. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 7 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판의 표면에 열적 절연층이 형성되고, 상기 저항층은 상기 절연층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 저항층을 보호하는 보호층이 상기 저항층의 위에 형성되어 있는 것을특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드.