KR100474838B1 - Ink-jet print head having semispherical ink chamber - Google Patents

Ink-jet print head having semispherical ink chamber Download PDF

Info

Publication number
KR100474838B1
KR100474838B1 KR10-2000-0077745A KR20000077745A KR100474838B1 KR 100474838 B1 KR100474838 B1 KR 100474838B1 KR 20000077745 A KR20000077745 A KR 20000077745A KR 100474838 B1 KR100474838 B1 KR 100474838B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ink
chamber
channel
ink channel
print head
Prior art date
Application number
KR10-2000-0077745A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020048545A (en
Inventor
이상욱
김현철
오용수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-2000-0077745A priority Critical patent/KR100474838B1/en
Publication of KR20020048545A publication Critical patent/KR20020048545A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100474838B1 publication Critical patent/KR100474838B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14088Structure of heating means
    • B41J2/14112Resistive element
    • B41J2/14137Resistor surrounding the nozzle opening
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/1437Back shooter

Abstract

반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드가 개시된다. 개시된 잉크 젯 프린트 헤드는, 잉크를 공급하는 매니폴드와, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버와, 잉크를 매니폴드로부터 잉크 챔버로 공급하는 잉크 채널이 일체로 형성된 기판; 기판 상에 적층되며, 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 노즐이 형성된 노즐판; 노즐판 상에 마련되며, 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터; 및 노즐판 상에 마련되며, 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비한다. 그리고, 잉크 채널은 그 양단부가 각각 매니폴드와 잉크 챔버에 연결되도록 기판의 상면에 소정 깊이로 형성되며, 노즐판에는 잉크 채널을 형성하기 위한 것으로 잉크 채널에 대응되는 위치에 서로 이격된 복수개의 잉크 채널 형성용 홈이 형성된다. 여기에서, 잉크 채널 형성용 홈은 적어도 두 개가 나란하도록 배치되거나, 또는 적어도 두 개가 잉크 챔버에 가까와질수록 서로간의 간격이 점차 벌어지도록 배치될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널의 단면적이 충분히 확보되어 이를 통한 잉크의 리필 시간이 짧아져 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아지게 된다. An ink jet print head with a hemispherical ink chamber is disclosed. The disclosed ink jet print head comprises: a substrate in which an manifold for supplying ink, an ink chamber having a substantially hemispherical shape, and an ink channel for supplying ink from the manifold are integrally formed; A nozzle plate stacked on the substrate and having a nozzle formed at a position corresponding to the center of the ink chamber; A heater provided on the nozzle plate and formed in an annular shape surrounding the nozzle; And an electrode provided on the nozzle plate to apply a current to the heater. Then, the ink channel is formed to a predetermined depth on the upper surface of the substrate so that both ends thereof are connected to the manifold and the ink chamber, respectively, and to form an ink channel on the nozzle plate, a plurality of ink spaced apart from each other at a position corresponding to the ink channel Grooves for channel formation are formed. Here, the at least two ink channel forming grooves may be arranged to be parallel to each other, or as the at least two are closer to the ink chamber, the gaps may be gradually increased. According to the present invention, it is possible to meet all the requirements of the print head, in particular, the cross-sectional area of the ink channel is sufficiently secured to shorten the refill time of the ink through it to increase the drive frequency of the print head.

Description

반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드{Ink-jet print head having semispherical ink chamber}Ink-jet print head having semispherical ink chamber

본 발명은 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드에 관한 것이다. The present invention relates to a bubble jet ink jet print head, and more particularly, to an ink jet print head having a hemispherical ink chamber.

일반적으로 잉크 젯 프린트 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크 젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 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. In general, an ink jet print head is an apparatus for ejecting a small droplet of printing ink to a desired position on a recording sheet to print an image of a predetermined color. As an ink ejection method of such an ink jet printer, an electro-thermal transducer (bubble jet method) in which a bubble is generated in the ink by using a heat source to eject ink by this force, and a piezoelectric body are used. Therefore, there is an electro-mechanical transducer in which ink is ejected by a volume change of ink caused by deformation of the piezoelectric body.

도 1a 및 도 1b는 종래의 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 중 일례로서, 미국특허 US 4882595호에 개시된 잉크 토출부 구조를 나타내 보인 절개 사시도 및 그 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 1A and 1B are cut-away perspective views showing an ink ejection unit structure disclosed in US Pat. No. 48,825,95, and a cross-sectional view for explaining an ink droplet ejection process, as an example of a conventional bubble jet ink jet print head.

도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드는, 기판(10)과, 그 기판(10) 위에 설치되어 잉크(19)가 채워지는 잉크 챔버(13)를 형성하는 격벽부재(12)와, 잉크 챔버(13) 내에 설치되는 히터(14)와, 잉크 액적(19')이 토출되는 노즐(16)이 형성된 노즐판(11)을 포함하고 있다. 상기 잉크 챔버(13) 내에는 잉크 채널(15)을 통해 잉크(19)가 채워지며, 잉크 챔버(13)와 연통된 노즐(16) 내에도 모세관 현상에 의해 잉크(19)가 채워진다. 이와 같은 구성에 있어서, 히터(14)에 전류가 공급되면 히터(14)가 발열되면서 챔버(13) 내에 채워진 잉크(19) 안에 버블(18)이 형성된다. 그 후, 이 버블(18)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 챔버(13) 내에 채워진 잉크(19)에 압력이 가해져 노즐(16)을 통해 외부로 잉크 액적(19')를 밀어내게 된다. 그 다음에, 잉크 채널(15)을 통해 잉크(19)가 흡입되면서 챔버(13)에 다시 잉크(19)가 채워진다. The conventional bubble jet type ink jet print head shown in FIGS. 1A and 1B has a partition wall that forms a substrate 10 and an ink chamber 13 provided on the substrate 10 and filled with ink 19. The member 12, the heater 14 provided in the ink chamber 13, and the nozzle plate 11 in which the nozzle 16 which discharges the ink droplet 19 'are formed are included. The ink 19 is filled in the ink chamber 13 through the ink channel 15, and the ink 19 is also filled in the nozzle 16 in communication with the ink chamber 13 by capillary action. In such a configuration, when current is supplied to the heater 14, the bubble 14 is formed in the ink 19 filled in the chamber 13 while the heater 14 is heated. Thereafter, the bubble 18 continuously expands, and thus pressure is applied to the ink 19 filled in the chamber 13 to push the ink droplet 19 'out through the nozzle 16. Then, the ink 19 is filled in the chamber 13 again while the ink 19 is sucked through the ink channel 15.

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 가능한 한 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 가능한 한 억제되어야 한다. 이를 위해서는 잉크 토출시 노즐 반대방향으로 잉크가 역류하는 현상(back flow)을 억제하여야 한다. 넷째, 고속 프린트를 위해서는, 가능한 한 잉크 토출후 리필되는 주기가 짧아야 한다. 즉, 구동 주파수가 높아야 한다. By the way, an ink jet print head having such a bubble jet ink ejecting portion must satisfy the following requirements. First, the production should be as simple as possible, inexpensive to manufacture, and capable of mass production. Second, in order to obtain clear picture quality, the generation of fine satellite droplets smaller than the main droplets following the main droplets to be discharged should be suppressed as much as possible. Third, when ejecting ink from one nozzle or refilling the ink into the ink chamber after ejecting the ink, cross talk with other adjacent nozzles that do not eject ink should be suppressed as much as possible. To this end, it is necessary to suppress back flow of ink in the opposite direction of the nozzle during ink ejection. Fourth, for high speed printing, the period of refilling after ink discharge should be as short as possible. In other words, the driving frequency must be high.

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. However, these requirements often conflict with each other, and the performance of the ink jet print head is in turn closely related to the structure of the ink chamber, the ink flow path and the heater, the resulting bubble formation and expansion, or the relative size of each element. have.

이에 따라, 상술한 미국특허 US 4882595호 이외에도 US 4339762호, 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 요건들 중 일부는 만족할지라도 전체적으로 만족할 만한 수준은 아니다.Accordingly, in addition to the above-described US patent US 4882595, US 4339762, US 5760804, US 4847630, US 5850241, EP 317171, Fan-Gang Tseng, Chang-Jin Kim, and Chih-Ming Ho, " A Novel Microinjector with Virtual Chamber Neck ", IEEE MEMS '98, pp.57-62, have been proposed ink jet print heads of various structures. However, the ink jet print heads of the structures shown in these patents and documents are not entirely satisfactory, although some of the above requirements are satisfied.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 전술한 요건들을 만족시킬 수 있도록 잉크 챔버의 형상이 반구형으로 되어 있으며 잉크가 보다 빨리 리필될 수 있도록 형성된 잉크 채널을 가진 잉크 젯 프린트 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and in particular, the ink chamber has a hemispherical shape in order to satisfy the above-mentioned requirements, and ink having an ink channel formed so that ink can be refilled more quickly. The purpose is to provide a jet print head.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 잉크를 공급하는 매니폴드와, 실질적으로 반구형의 형상을 가지며 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버와, 잉크를 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로 공급하는 잉크 채널이 일체로 형성된 기판; 상기 기판 상에 적층되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판; 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터; 및 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며, 상기 잉크 채널은 그 양단부가 각각 상기 매니폴드와 상기 잉크 챔버에 연결되도록 상기 기판의 상면에 소정 깊이로 형성되며, 상기 노즐판에는 상기 잉크 채널을 형성하기 위한 것으로 상기 잉크 채널에 대응되는 위치에 서로 이격된 복수개의 잉크 채널 형성용 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a manifold for supplying ink, an ink chamber having a substantially hemispherical shape and filled with ink to be ejected, and ink for supplying ink from the manifold to the ink chamber. A substrate in which channels are integrally formed; A nozzle plate stacked on the substrate and having a nozzle configured to discharge ink at a position corresponding to the center of the ink chamber; A heater provided on the nozzle plate and formed in an annular shape surrounding the nozzle; And an electrode provided on the nozzle plate, the electrode being electrically connected to the heater to apply a current to the heater, wherein the ink channel has both ends thereof connected to the manifold and the ink chamber, respectively. Is formed on the upper surface with a predetermined depth, the nozzle plate for forming the ink channel ink having a hemispherical chamber, characterized in that a plurality of ink channel forming grooves are formed spaced apart from each other at a position corresponding to the ink channel Provides a jet print head.

여기에서, 상기 잉크 채널 형성용 홈은 적어도 두 개가 나란하도록 배치되거나, 또는 적어도 두 개가 상기 잉크 챔버에 가까와질수록 서로간의 간격이 점차 벌어지도록 배치되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the at least two ink channel forming grooves are arranged to be parallel to each other, or that the at least two ink channels are gradually spaced from each other as the closer to the ink chamber.

이와 같은 본 발명에 따르면, 전술한 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널의 단면적이 충분히 확보되어 이를 통한 잉크의 리필 시간이 짧아져 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아지게 된다. According to the present invention, it is possible to meet the above-described requirements of the print head, in particular, the cross-sectional area of the ink channel is sufficiently secured to shorten the refill time of the ink through it to increase the drive frequency of the print head.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 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 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 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 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the examples exemplified below are not intended to limit the scope of the present invention, but are provided to fully explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, when one layer is described as being on top of a substrate or another layer, the layer may be present over and in direct contact with the substrate or another layer, with a third layer in between.

도 2는 본 발명에 따른 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다. 2 is a schematic plan view of an ink jet print head having a hemispherical chamber according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 프린트 헤드는 점선으로 표시된 잉크 공급 매니폴드(112)를 중심으로 좌우에 지그재그로 배치된 잉크 토출부(100)들이 2열로 배치되고, 각 잉크 토출부(100)와 전기적으로 연결되고 와이어가 본딩될 본딩 패드(102)들이 배치되어 있다. 또한, 매니폴드(112)는 잉크를 담고 있는 잉크 컨테이너(미도시)와 연결된다. 한편, 도면에서 잉크 토출부(100)들은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다. 또한, 매니폴드(112)는 잉크 토출부(100)의 각 열마다 하나씩 형성될 수도 있다. 또한, 도면에는 한 가지 색상의 잉크만을 사용하는 프린트 헤드가 도시되어 있지만, 컬러 인쇄를 위해 각 색상별로 3 또는 4군의 잉크 토출부군이 배치될 수도 있다. Referring to FIG. 2, the print head according to the present invention includes two ink ejecting portions 100 arranged in zigzag at left and right centering on the ink supply manifold 112 indicated by dotted lines, and each ink ejecting portion 100 is arranged in two rows. Bonding pads 102 are arranged that are electrically connected to and to which the wire is to be bonded. In addition, the manifold 112 is connected with an ink container (not shown) containing ink. On the other hand, in the drawings, the ink ejecting portions 100 are arranged in two rows, but may be arranged in one row, or may be arranged in three or more rows to further increase the resolution. In addition, one manifold 112 may be formed for each column of the ink ejection unit 100. Further, although a print head using only one color of ink is shown in the drawing, three or four groups of ink ejecting portions may be disposed for each color for color printing.

도 3은 도 2에 도시된 잉크 토출부를 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 4a 내지 4c는 각각 도 3의 A-A, B-B, C-C 선을 따른 잉크 토출부의 수직 구조를 도시한 단면도들이다. 3 is an enlarged plan view of the ink ejecting portion illustrated in FIG. 2, and FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating vertical structures of the ink ejecting portions along the lines A-A, B-B, and C-C of FIG. 3, respectively.

도 3과 도 4a 내지 도 4c를 함께 참조하면, 잉크 토출부(100)의 기판(110)에는 그 표면쪽에 대략 반구형으로 형성되어 잉크가 채워지는 잉크 챔버(114)와, 잉크 챔버(114)보다 얕은 깊이로 형성되어 잉크 챔버(114)로 잉크를 공급하는 잉크 채널(116)이 마련되며, 그 배면쪽에는 잉크 채널(116)과 만나 잉크 채널(116)로 잉크를 공급하는 매니폴드(112)가 형성되어 있다. 또한, 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)이 만나는 지점에는 버블이 팽창할 때 잉크 채널(116) 쪽으로 밀리는 것을 방지하는 버블 걸림턱(118)이 형성되어 있다. Referring to FIGS. 3 and 4A through 4C, the substrate 110 of the ink ejection part 100 may be formed in a substantially hemispherical shape on the surface thereof, and may be filled with ink, and the ink chamber 114 may be formed in the substrate 110 of the ink ejection part 100. An ink channel 116 is formed to have a shallow depth and supplies ink to the ink chamber 114, and a manifold 112 that meets the ink channel 116 and supplies ink to the ink channel 116 at a rear side thereof. Is formed. In addition, at the point where the ink chamber 114 and the ink channel 116 meet, a bubble catching jaw 118 is formed to prevent the bubble from being pushed toward the ink channel 116 when it expands.

여기에서, 기판(110)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 그리고, 매니폴드(112)는 기판(110)의 배면을 경사식각 또는 이방성 식각함으로써 형성될 수 있으며, 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)은 후술하는 노즐(122)과 잉크 채널 형성용 홈(124)을 통해 노출된 기판(110)의 표면을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 이때, 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)의 연결부위에는 버블 걸림턱(118)이 식각에 의해 형성되는 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)이 만나면서 형성된다. 잉크 챔버(114)는 그 깊이와 반경이 대략 20㎛인 대략 반구형의 형상을 가지도록 형성된다. 한편, 잉크 챔버(114)는 기판(110)의 표면을 소정 깊이로 이방성 식각한 뒤에 등방성 식각함으로써 형성될 수도 있다. Here, the substrate 110 is preferably made of silicon widely used in the manufacture of integrated circuits. This is because silicon wafers widely used in the manufacture of semiconductor devices can be used as they are and are effective for mass production. In addition, the manifold 112 may be formed by inclining or anisotropically etching the rear surface of the substrate 110, and the ink chamber 114 and the ink channel 116 may include the nozzle 122 and the ink channel forming groove, which will be described later. It may be formed by isotropic etching the surface of the substrate 110 exposed through the (124). At this time, the ink chamber 114 and the ink channel 116 where the bubble catching jaw 118 is formed by etching are formed at the connection portion between the ink chamber 114 and the ink channel 116. The ink chamber 114 is formed to have an approximately hemispherical shape whose depth and radius are approximately 20 mu m. On the other hand, the ink chamber 114 may be formed by isotropic etching after anisotropically etching the surface of the substrate 110 to a predetermined depth.

그리고, 기판(110)의 표면에는 노즐판(120)이 형성되어, 잉크 챔버(114)의 상부 벽을 이룬다. 노즐판(120)은, 기판(110)이 실리콘으로 이루어진 경우, 실리콘 기판(110)을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있고, 기판(110) 상에 증착된 실리콘 질화막 등의 절연막으로 이루어질 수 있다. The nozzle plate 120 is formed on the surface of the substrate 110 to form an upper wall of the ink chamber 114. When the substrate 110 is made of silicon, the nozzle plate 120 may be formed of a silicon oxide film formed by oxidizing the silicon substrate 110, and may be formed of an insulating film such as a silicon nitride film deposited on the substrate 110. .

노즐판(120) 위에는 노즐(122)을 둘러싸는 환형의 버블 생성용 히터(130)가 형성된다. 이 히터(130)는 노즐판(120) 전면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘과 같은 저항 발열체를 대략 0.7 내지 1㎛ 두께로 증착시킨 다음 이를 환상으로 패터닝함으로써 형성된다. 이 폴리 실리콘막의 증착 두께는, 히터(130)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 그리고, 히터(130)에는 펄스상 전류를 인가하기 위하여 통상 금속으로 이루어진 전극(150)이 연결된다. 전극(150)은 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성된다. On the nozzle plate 120, an annular bubble generating heater 130 surrounding the nozzle 122 is formed. The heater 130 is formed by depositing a resistive heating element such as polysilicon doped with impurities on the entire surface of the nozzle plate 120 to a thickness of about 0.7 to 1 μm and then patterning it in an annular shape. The deposition thickness of this polysilicon film may be set in another range so as to have an appropriate resistance value in consideration of the width and length of the heater 130. In addition, an electrode 150 made of a metal is usually connected to the heater 130 to apply a pulsed current. The electrode 150 is formed by depositing and patterning a metal having good conductivity and easy patterning, such as aluminum or an aluminum alloy, by sputtering to a thickness of about 1 탆.

그리고, 노즐판(120)에는 잉크 챔버(114)의 중심부에 대응하는 위치에 노즐(122)이 형성된다. 노즐(122)은 히터(130)의 안쪽으로 히터(130)의 직경보다 작은 직경, 예컨대 16∼20㎛ 정도의 직경으로 노즐판(120)을 식각함으로써 이루어진다. The nozzle plate 120 is formed at a position corresponding to the center of the ink chamber 114. The nozzle 122 is formed by etching the nozzle plate 120 into the heater 130 to a diameter smaller than the diameter of the heater 130, for example, a diameter of about 16 to 20 μm.

또한, 노즐판(120)에는 잉크 채널(116)을 형성하기 위하여 복수의 잉크 채널 형성용 홈(124)이 형성된다. 잉크 채널 형성용 홈(124)은 노즐판(120)을 히터(130)의 바깥쪽에서 매니폴드(112)의 상부까지 직선상으로 식각함으로써 이루어질 수 있으며, 그 각각의 길이는 대략 50㎛ 정도로 하고 그 각각의 폭은 대략 2㎛ 정도로 한다. 잉크 채널 형성용 홈(124)의 폭은 상술한 바와 같이 대략 2㎛ 정도로 정해지는데, 이보다 작으면 그 아래의 기판(110)을 식각하여 잉크 채널(116)을 형성하기가 힘들어지며, 이보다 크면 잉크 채널(116)을 보다 크게 형성할 수 있으나 잉크 채널(116)을 통해 공급되는 잉크가 이를 통해 외부로 누설되기 쉽다. In addition, a plurality of ink channel forming grooves 124 are formed in the nozzle plate 120 to form the ink channel 116. The ink channel forming grooves 124 may be formed by etching the nozzle plate 120 in a straight line from the outside of the heater 130 to the top of the manifold 112, each of which has a length of about 50 μm Each width is about 2 탆. The width of the ink channel forming groove 124 is determined to be approximately 2 μm as described above. If the width is smaller than this, it is difficult to form the ink channel 116 by etching the substrate 110 below it. The channel 116 can be made larger, but ink supplied through the ink channel 116 is likely to leak out through it.

한편, 잉크 채널(116)은 잉크의 리필(refill) 속도를 높이기 위해서 충분한 단면적을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 잉크 채널(116)은 잉크 챔버(114)의 폭과 깊이보다 작은 한도 내에서 최대한의 폭과 깊이를 가지는 것이 바람직하다. 그런데, 잉크 채널(116)의 깊이가 너무 깊게 되면 후술하는 바와 같이 잉크 챔버(114) 내에 형성된 버블(도 7b의 192')이 잉크 채널(116) 쪽으로 밀릴 수 있게 되어 잉크의 역류 방지 효과가 감소할 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 잉크 채널(116)은 그 깊이보다는 폭 방향으로 넓어지면서 그 전체 단면적이 커지도록 형성하는 것이 바람직하게 된다. 그런데, 상기한 바와 같이 그 폭이 한정되는 잉크 채널 형성용 홈 하나만으로서는 상기한 바와 같은 형상의 잉크 채널(116)을 형성하기는 곤란하다. On the other hand, the ink channel 116 preferably has a sufficient cross-sectional area to increase the refill rate of the ink. That is, the ink channel 116 preferably has a maximum width and depth within a limit smaller than the width and depth of the ink chamber 114. However, if the depth of the ink channel 116 is too deep, bubbles (192 'in FIG. 7B) formed in the ink chamber 114 can be pushed toward the ink channel 116 as described below, thereby reducing the backflow prevention effect of the ink. There is a problem that can be done. Therefore, it is desirable to form the ink channel 116 so that its total cross-sectional area becomes larger while being wider in the width direction than its depth. However, as described above, it is difficult to form the ink channel 116 having the shape as described above with only one ink channel forming groove whose width is limited.

이에 따라, 본 발명에서는 잉크 채널 형성용 홈(124)을 다수개 배치하여, 잉크 채널(116)을 그 깊이보다는 폭 방향으로 넓어지도록 형성한다. 잉크 채널 형성용 홈(124)의 갯수는 잉크 챔버(114)의 크기에 따라 이에 적합한 폭을 가지는 잉크 채널(116)을 형성할 수 있도록 정해진다. 잉크 채널 형성용 홈(124)은 적어도 두 개가 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같이 그 깊이와 반경이 대략 20㎛인 잉크 챔버(114)에 대해서는 세 개 또는 네 개가 바람직하다. 도 3에서는 세 개의 잉크 채널 형성용 홈(124)이 마련된 예를 보여주며, 도 5에서는 네 개의 잉크 채널 형성용 홈(124')이 마련된 예를 보여준다. Accordingly, in the present invention, a plurality of the ink channel forming grooves 124 are arranged to form the ink channel 116 wider in the width direction than the depth thereof. The number of the ink channel forming grooves 124 is determined to form an ink channel 116 having a width suitable for the size of the ink chamber 114. At least two ink channel forming grooves 124 may be formed. As described above, three or four ink chambers 114 having a depth and a radius of approximately 20 μm are preferable. 3 shows an example in which three ink channel forming grooves 124 are provided, and FIG. 5 shows an example in which four ink channel forming grooves 124 ′ are provided.

이와 같이 다수개가 마련되는 잉크 채널 형성용 홈(124)은 서로 소정 간격 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 다수개의 잉크 채널 형성용 홈(124)을 통해 노출된 기판(110)을 XeF2 가스로 등방성 식각하게 되면, 도 4b에 도시된 바와 같은 단면 형상을 가지는 잉크 채널(116)이 형성된다. 이때, 잉크 채널(116)의 깊이는 잉크 챔버(114)의 깊이의 40~70% 정도, 예컨대 잉크 챔버(114)의 깊이가 20㎛인 경우에는 대략 8㎛~14㎛인 것이 바람직하다. 그리고, 잉크 채널(116)의 최대 폭은 잉크 챔버(114)의 폭의 70~90% 정도, 예컨대 잉크 챔버(114)의 폭이 40㎛인 경우에는 대략 28㎛~36㎛인 것이 바람직하다.As described above, the plurality of ink channel forming grooves 124 may be disposed side by side at a predetermined interval. When the substrate 110 exposed through the plurality of ink channel forming grooves 124 isotropically etched with XeF 2 gas, an ink channel 116 having a cross-sectional shape as shown in FIG. 4B is formed. In this case, the depth of the ink channel 116 is preferably about 8 μm to 14 μm when the depth of the ink chamber 114 is about 40 to 70%, for example, when the depth of the ink chamber 114 is 20 μm. The maximum width of the ink channel 116 is preferably about 28 to 36 µm when the width of the ink chamber 114 is about 70 to 90%, for example, when the width of the ink chamber 114 is 40 µm.

한편, 도 5는 잉크 토출부의 변형예를 도시한 평면도이고, 도 6a 내지 6c는 각각 도 5의 D-D, E-E, F-F 선을 따른 잉크 토출부의 수직 구조를 도시한 단면도들이다. 도 5와 도 6a 내지 도 6c를 함께 참조하면, 본 실시예의 잉크 토출부(100')의 히터(130')는 대략 오메가 형상을 가지며, 전극(150)은 히터(130')의 양단부에 각각 접속된다. 즉, 도 3에 도시된 히터는 전극 사이에서 병렬로 접속됨에 반해, 도 5에 도시된 히터(130')는 전극(150) 사이에서 직렬로 접속된다. 5 is a plan view illustrating a modified example of the ink ejecting unit, and FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating vertical structures of the ink ejecting unit along the lines D-D, E-E, and F-F of FIG. 5, respectively. Referring to FIGS. 5 and 6A through 6C, the heater 130 ′ of the ink ejecting portion 100 ′ of the present embodiment has an approximately omega shape, and the electrodes 150 are respectively provided at both ends of the heater 130 ′. Connected. That is, the heater shown in FIG. 3 is connected in parallel between the electrodes, whereas the heater 130 'shown in FIG. 5 is connected in series between the electrodes 150.

그리고, 잉크 챔버(114')의 바닥면은 전술한 실시예의 잉크 챔버(도 4a의 114)와 같이 대략 구면을 이루지만, 상부는 노즐(122')의 가장자리로부터 잉크 챔버(114') 쪽으로 연장되는 액적 가이드(160)와, 잉크 챔버(114')의 상부 벽을 이루는 노즐판(120)의 아래 액적 가이드(160) 주위에 기판 물질이 약간 남아 있는 버블 가이드(170)가 형성되어 있다. 액적 가이드(160)과 버블 가이드(170)의 기능은 후술한다. 이와 같은 액적 가이드(160)와 버블 가이드(170)는 잉크 챔버(114')의 형성 과정에서 동시에 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 먼저 기판(110)을 소정 깊이로 이방성 식각한 후, 노출된 기판(110)의 표면에 소정의 물질층, 예컨대 TEOS 산화막을 대략 1㎛ 두께로 증착한다. 이어서, TEOS 산화막을 그 저면만 이방성 식각하여 제거하면 액적 가이드(160)가 형성된다. 다음으로 노출된 기판(110)을 등방성 식각하면 도 6a에 도시된 바와 같은 형상의 잉크 챔버(114')와 버블 가이드(170)가 형성된다. And, the bottom surface of the ink chamber 114 'is substantially spherical as in the ink chamber (114 in Fig. 4A) of the above-described embodiment, but the top extends from the edge of the nozzle 122' toward the ink chamber 114 '. A bubble guide 170 is formed around the droplet guide 160 and the droplet guide 160 below the nozzle plate 120 forming the upper wall of the ink chamber 114 ′. The function of the droplet guide 160 and the bubble guide 170 will be described later. The droplet guide 160 and the bubble guide 170 may be simultaneously formed in the process of forming the ink chamber 114 ′. In more detail, first, the substrate 110 is anisotropically etched to a predetermined depth, and then a predetermined material layer, for example, a TEOS oxide layer, is deposited on the exposed surface of the substrate 110 to a thickness of about 1 μm. Subsequently, when the TEOS oxide film is anisotropically etched and removed only at the bottom thereof, the droplet guide 160 is formed. Next, when the exposed substrate 110 is isotropically etched, an ink chamber 114 ′ and a bubble guide 170 having a shape as shown in FIG. 6A are formed.

한편, 잉크 채널(116')은 잉크가 보다 원활하고 빠르게 잉크 챔버(114') 내에 채워질 수 있도록 잉크 챔버(114') 쪽에 가까와지면서 그 폭이 점차 넓어지도록 형성된다. 이와 같은 형상의 잉크 채널(116')을 형성하기 위해 노즐판(120)에 네 개가 마련되는 잉크 채널 형성용 홈(124')은 잉크 챔버(114')에 가까와질수록 서로간의 간격이 점차 벌어지도록 배치된다. 잉크 채널(116')을 형성하는 방법은 상기한 바와 같으며, 형성된 잉크 채널(116')은 도 6b에 도시된 바와 같은 단면 형상을 가진다. 이때, 형성되는 잉크 채널(116')의 깊이와 폭도 상기한 바와 같이 정해진다. On the other hand, the ink channel 116 'is formed to gradually increase in width as it approaches the ink chamber 114' side so that ink can be smoothly and quickly filled in the ink chamber 114 '. The four ink channel forming grooves 124 'provided in the nozzle plate 120 in order to form the ink channel 116' having such a shape are gradually spaced from each other as the ink channel 114 'is closer to the ink chamber 114'. Arranged to lose. The method of forming the ink channel 116 'is as described above, and the formed ink channel 116' has a cross-sectional shape as shown in Fig. 6B. At this time, the depth and width of the formed ink channel 116 ′ are also determined as described above.

상기 도 3에서는 환형의 히터(130)와 세 개의 나란한 잉크 채널 형성용 홈(124)이 조합되어 있으며, 도 5에서는 오메가 형상의 히터(130')와 네 개의 벌어진 잉크 채널 형성용 홈(124') 및 액적 가이드(160) 등이 조합되어 있으나, 이들 사이의 조합 관계는 달리 할 수 있다. 즉, 환형의 히터(130)에 네 개의 벌어진 잉크 채널 형성용 홈(124')이 조합된 실시예도 가능하며, 오메가 형상의 히터(130')에 세 개의 나란한 잉크 채널 형성용 홈(124)이 조합된 실시예도 가능하다. 또한, 액적 가이드(160)와 버블 가이드(170)도 도 3의 잉크 토출부(100)에 조합될 수 있다.In FIG. 3, an annular heater 130 and three side-by-side ink channel forming grooves 124 are combined. In FIG. 5, an omega-shaped heater 130 ′ and four open ink channel forming grooves 124 ′ are combined. ) And the droplet guide 160 and the like, but combinations therebetween may be different. That is, an embodiment in which four open ink channel forming grooves 124 'are combined with the annular heater 130 is possible, and three parallel ink channel forming grooves 124 are formed in the omega heater 130'. Combined embodiments are also possible. In addition, the droplet guide 160 and the bubble guide 170 may also be combined with the ink ejection unit 100 of FIG. 3.

이하에서는 도 7a와 도 7b를 참조하며 도 3에 도시된 잉크 토출부에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하기로 한다. Hereinafter, an ink droplet ejection mechanism in the ink ejection unit illustrated in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.

먼저 도 7a를 참조하면, 모세관 현상에 의해 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)을 통해 잉크 챔버(114) 내부로 잉크(190)가 공급된다. 잉크 챔버(114) 내부에 잉크(190)가 채워진 상태에서, 전극(도 3의 150)을 통해 히터(130)에 펄스상 전류를 인가하면 히터(130)에서 발생된 열이 아래의 노즐판(120)을 통해 잉크(190)로 전달되고, 이에 따라 잉크(190)가 비등하여 버블(192)이 생성된다. 이 버블(192)의 형상은 히터(130)의 형상에 따라 도 7a의 오른쪽에 도시된 바와 같이 대략 도우넛 형상이 된다. Referring first to FIG. 7A, ink 190 is supplied into the ink chamber 114 through the manifold 112 and the ink channel 116 by capillary action. In the state where the ink 190 is filled in the ink chamber 114, when a pulsed current is applied to the heater 130 through the electrode 150 of FIG. 3, the heat generated from the heater 130 is lowered through the nozzle plate ( It is delivered to the ink 190 through 120, whereby the ink 190 boils and bubbles 192 are generated. The bubble 192 has an approximately donut shape as shown on the right side of FIG. 7A according to the shape of the heater 130.

도우넛 형상의 버블(192)이 시간이 지남에 따라 팽창하면, 도 7b에 도시된 바와 같이 노즐(122) 아래에서 합쳐져 중앙부가 오목한 대략 원반형의 버블(192')로 팽창한다. 동시에, 팽창된 버블(192')에 의해 잉크 챔버(114)로부터 노즐(122)을 통해 잉크 액적(190')이 토출된다. As the donut shaped bubble 192 expands over time, it expands under the nozzle 122 and expands into a generally disk shaped concave bubble 192 ′, as shown in FIG. 7B. At the same time, ink droplets 190 'are ejected from the ink chamber 114 through the nozzle 122 by the expanded bubble 192'.

인가했던 전류를 차단하면 냉각이 되면서 버블(192')은 수축되거나, 아니면 그 전에 터뜨려지고, 잉크 챔버(114) 내에는 잉크 채널(116)을 통해 다시 잉크(190)가 채워진다. When the applied current is cut off, the bubble 192 'contracts or bursts before cooling, and ink 190 is filled again through the ink channel 116 in the ink chamber 114.

상술한 바와 같은 프린트 헤드의 잉크 토출 메카니즘에 따르면, 도우넛 모양의 버블(192)이 중앙에서 합쳐져 원반형의 버블(192')을 형성함으로써 토출되는 잉크 액적(190')의 꼬리를 잘라주게 되어 전술한 부 액적(satellite droplet)이 생기지 않는다. According to the ink ejection mechanism of the print head as described above, the donut-shaped bubble 192 is combined at the center to form a disk-shaped bubble 192 'to cut the tail of the ejected ink droplet 190'. No satellite droplets are formed.

또한, 히터(130)가 환형 또는 오메가형상으로 그 면적이 넓어 가열과 냉각이 빠르고 그에 따라 버블(192, 192')의 생성에서 소멸에 이르는 소요시간이 빨라져 빠른 응답과 높은 구동 주파수를 가질 수 있다. 더욱이, 잉크 챔버(114)의 형상이 반구형으로 되어 있어 종래의 직육면체 또는 피라밋 모양의 잉크 챔버에 의해 버블(192, 192')의 팽창 경로가 안정적이고, 버블의 생성 및 팽창이 빨라 빠른 시간 내에 잉크의 토출이 이루어진다. In addition, since the heater 130 has an annular or omega shape and its area is wide, the heating and cooling is fast, and accordingly, the time required for the generation and dissipation of the bubbles 192 and 192 'is faster, so that the heater 130 may have a fast response and a high driving frequency. . Moreover, the shape of the ink chamber 114 is hemispherical, so that the expansion path of the bubbles 192 and 192 'is stable by the conventional rectangular parallelepiped or pyramid-shaped ink chamber, and the creation and expansion of the bubbles are quick, so that the ink can be quickly developed. Discharge is made.

그리고, 버블(192, 192')의 팽창이 반구형의 잉크 챔버(114) 내부로 한정되면서 잉크(190)의 역류가 억제되므로 인접한 다른 잉크 토출부와의 간섭(cross talk)이 억제된다. 더욱이, 잉크 채널(116)이 잉크 챔버(114)보다 깊이가 얕을 뿐만 아니라 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)이 만나는 지점에는 버블 걸림턱(118)이 형성되어 있어서, 잉크(190) 및 버블(192') 자체가 잉크 채널(116) 쪽으로 밀리는 역류 현상을 방지하는데 효과적이다. As the expansion of the bubbles 192 and 192 ′ is limited to the hemispherical ink chamber 114, the reverse flow of the ink 190 is suppressed, so that cross talk with other adjacent ink ejecting portions is suppressed. Further, the ink channel 116 is not only shallower than the ink chamber 114, but also bubble buckle 118 is formed at the point where the ink chamber 114 and the ink channel 116 meet, so that the ink 190 And the backflow phenomenon in which the bubble 192 'itself is pushed toward the ink channel 116.

특히, 다수의 잉크 채널 형성용 홈(124)에 의해 잉크 채널(116)의 폭이 넓게 형성될 수 있어서 잉크가 통과하는 단면적이 충분히 확보되므로, 잉크의 리필(refill) 속도가 빨라지게 되어 높은 구동 주파수를 가질 수 있게 된다. 한편, 도 5 및 도 6에 도시된 형태의 잉크 채널(116')은 잉크 챔버(114) 쪽으로 가까와지면서 그 폭이 점차 넓어지게 형성되어 있으므로 잉크가 보다 원활하고 빠르게 잉크 챔버(114) 내에 채워질 수 있게 된다. In particular, the width of the ink channel 116 can be made wide by the plurality of ink channel forming grooves 124, so that the cross-sectional area through which the ink passes is secured, so that the refilling speed of the ink is increased so that high driving is achieved. It can have a frequency. On the other hand, the ink channel 116 ′ of the type shown in FIGS. 5 and 6 is formed to gradually increase in width as it approaches the ink chamber 114, so that ink can be smoothly and quickly filled in the ink chamber 114. Will be.

도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시된 잉크 토출부에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도 5의 D-D 선을 따른 단면도들이다. 8A and 8B are cross-sectional views taken along the line D-D of FIG. 5 for explaining a mechanism of ejecting ink from the ink ejecting portion shown in FIG.

전술한 실시예의 잉크 액적 토출 메카니즘과 다른 점만을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 히터(130)의 아래쪽에서 생성된 버블(193)이 팽창할 때 노즐(122') 주위의 버블 가이드(170)에 의해 아래쪽으로 팽창하고 노즐(122') 아래에서 합쳐질 확률은 적어진다. 그러나, 이 팽창된 버블(193')이 노즐(122') 아래에서 합쳐질 확률은 액적 가이드(160)와 버블 가이드(170)의 아래쪽으로 연장된 길이를 조절함으로써 조절할 수 있다. 한편, 토출되는 액적(190')은 노즐(122') 가장자리에서 아래로 연장된 액적 가이드(160)에 의해 토출방향이 가이드되어 정확히 기판(110)에 수직한 방향으로 토출되게 된다. Only differences from the ink droplet ejection mechanism of the above-described embodiment will be described. First, when the bubble 193 generated below the heater 130 expands, the probability that it expands downward by the bubble guide 170 around the nozzle 122 'and merges under the nozzle 122' becomes less. However, the probability that this expanded bubble 193 'will merge under the nozzle 122' can be adjusted by adjusting the length extending downward of the droplet guide 160 and the bubble guide 170. Meanwhile, the discharged droplet 190 ′ is guided in the discharge direction by the droplet guide 160 extending downward from the edge of the nozzle 122 ′ and discharged in a direction perpendicular to the substrate 110.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 잉크 채널 형성용 홈의 갯수와 배치는 잉크 챔버의 크기에 적합하도록 설정되는 잉크 채널의 폭과 깊이에 따라서 다소 변경될 수 있다. 또한, 본 발명에서 프린트 헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 기판은 반드시 실리콘이 아니라도 가공성이 좋은 다른 물질로 대체될 수 있고, 히터나 전극 등도 마찬가지이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and equivalent other embodiments are possible. For example, the number and arrangement of grooves for forming an ink channel may vary somewhat depending on the width and depth of the ink channel set to suit the size of the ink chamber. Further, in the present invention, the materials used to construct each element of the print head may use materials not illustrated. That is, the substrate may be replaced with another material having good processability even if it is not necessarily silicon. The same applies to the heater and the electrode.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다. As described above, the manufacturing method of the ink jet print head having the hemispherical chamber according to the present invention has the following effects.

첫째, 프린트 헤드의 각 구성요소, 즉 매니폴드, 잉크 챔버 및 잉크 채널이 형성된 기판과, 노즐판 및 히터 등을 기판에 일체화하여 형성함으로써, 종래의 노즐판과 잉크 챔버 및 잉크 채널부를 따로 제작하여 본딩하는 등의 복잡한 공정을 거쳐야 했던 불편과 오정렬의 문제가 해소된다. 또한, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하며 대량생산이 용이해진다. First, by forming the components of the print head, that is, the substrate on which the manifold, the ink chamber and the ink channel, and the nozzle plate and the heater are integrally formed on the substrate, the conventional nozzle plate, the ink chamber and the ink channel portion are manufactured separately. The inconvenience and misalignment that had to go through complicated process such as bonding is solved. In addition, it is compatible with the general manufacturing process of semiconductor devices, and mass production becomes easy.

둘째, 다수의 잉크 채널 형성용 홈에 의해 잉크 채널의 폭이 넓게 형성될 수 있어서 잉크가 통과하는 단면적이 충분히 확보되므로, 잉크의 리필 속도가 빨라지게 되어 높은 구동 주파수를 가질 수 있게 된다. 특히, 잉크 채널이 잉크 챔버 쪽으로 가까와지면서 그 폭이 점차 넓어지게 형성되는 경우에는 잉크가 보다 원활하고 빠르게 잉크 챔버 내에 채워질 수 있게 된다. Second, since the width of the ink channel can be formed wide by the plurality of ink channel forming grooves, the cross-sectional area through which ink passes is secured, so that the refilling speed of the ink can be increased to have a high driving frequency. In particular, when the ink channel is formed to gradually become wider as it approaches the ink chamber, the ink can be filled in the ink chamber more smoothly and quickly.

셋째, 히터를 환상으로 형성하고, 잉크 챔버의 형상을 반구형으로 형성함으로써, 잉크의 역류가 억제되어 다른 잉크 토출부와의 간섭을 피할 수 있으며, 버블이 도우넛 모양으로 형성되어 부 액적의 발생을 억제할 수 있게 된다. 또한, 버블 및 액적 가이드가 형성된 실시예에 의하면 액적이 기판에 정확히 수직인 방향으로 토출되도록 할 수 있다. Third, by forming the heater annularly and forming the shape of the ink chamber in a hemispherical shape, backflow of ink is suppressed to avoid interference with other ink ejecting portions, and bubbles are formed in a donut shape to suppress the occurrence of side droplets. You can do it. In addition, according to the embodiment in which the bubble and the droplet guide are formed, the droplet may be discharged in a direction perpendicular to the substrate.

도 1a 및 도 1b는 종래의 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린팅 헤드의 일례를 나타내 보인 잉크 토출부의 절개 사시도 및 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 1A and 1B are cutaway perspective views and a cross-sectional view for explaining an ink droplet ejection process showing an example of a conventional bubble jet ink jet printing head.

도 2는 본 발명에 따른 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다. 2 is a schematic plan view of an ink jet print head having a hemispherical chamber according to the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 잉크 토출부를 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 4a 내지 4c는 각각 도 3의 A-A, B-B, C-C 선을 따른 잉크 토출부의 수직 구조를 도시한 단면도들이다. 3 is an enlarged plan view of the ink ejecting portion illustrated in FIG. 2, and FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating vertical structures of the ink ejecting portions along the lines A-A, B-B, and C-C of FIG. 3, respectively.

도 5는 도 3에 도시된 잉크 토출부의 변형예를 도시한 평면도이고, 도 6a 내지 6c는 각각 도 5의 D-D, E-E, F-F 선을 따른 잉크 토출부의 수직 구조를 도시한 단면도들이다. FIG. 5 is a plan view illustrating a modified example of the ink ejecting portion illustrated in FIG. 3, and FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating vertical structures of the ink ejecting portions along the lines D-D, E-E, and F-F of FIG. 5, respectively.

도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시된 잉크 토출부에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도 3의 C-C 선을 따른 단면도들이다. 7A and 7B are cross-sectional views taken along line C-C of FIG. 3 for explaining a mechanism of discharging ink from the ink ejecting portion shown in FIG.

도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시된 잉크 토출부에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도 5의 D-D 선을 따른 단면도들이다. 8A and 8B are cross-sectional views taken along the line D-D of FIG. 5 for explaining a mechanism of ejecting ink from the ink ejecting portion shown in FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100,100'...잉크 토출부 110...기판100,100 '... ink discharge section 110 ... substrate

112...매니폴드 114,114'...잉크 챔버112 ... Manifold 114, 114 '... Ink chamber

116,116'...잉크 채널 120...노즐판116,116 '... ink channel 120 ... nozzle plate

122,122'...노즐 124,124'...잉크 채널 형성용 홈122,122 '... Nozzle 124,124' ... Inch channel forming groove

130...히터 150...전극130 ... heater 150 ... electrode

160...액적 가이드 170...버블 가이드160 ... Drop Guide 170 ... Bubble Guide

Claims (8)

잉크를 공급하는 매니폴드와, 실질적으로 반구형의 형상을 가지며 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버와, 잉크를 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로 공급하는 잉크 채널이 일체로 형성된 기판; A substrate having an integrally formed manifold for supplying ink, an ink chamber having a substantially hemispherical shape and filled with ink to be ejected, and an ink channel for supplying ink from the manifold to the ink chamber; 상기 기판 상에 적층되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판; A nozzle plate stacked on the substrate and having a nozzle configured to discharge ink at a position corresponding to the center of the ink chamber; 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터; 및A heater provided on the nozzle plate and formed in an annular shape surrounding the nozzle; And 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며,An electrode provided on the nozzle plate and electrically connected to the heater to apply a current to the heater; 상기 잉크 채널은 그 양단부가 각각 상기 매니폴드와 상기 잉크 챔버에 연결되도록 상기 기판의 상면에 소정 깊이로 형성되며, 상기 노즐판에는 상기 잉크 채널을 형성하기 위한 것으로 상기 잉크 채널에 대응되는 위치에 서로 이격된 복수개의 잉크 채널 형성용 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. The ink channel is formed at a predetermined depth on an upper surface of the substrate such that both ends thereof are connected to the manifold and the ink chamber, and the nozzle plate is formed to form the ink channel. An ink jet print head having a hemispherical chamber, wherein a plurality of spaced grooves for forming ink channels are formed. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 잉크 채널 형성용 홈은 적어도 두 개가 나란하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. And the ink channel forming grooves are arranged so that at least two are parallel to each other. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 잉크 채널 형성용 홈은 적어도 두 개가 상기 잉크 챔버에 가까와질수록 서로간의 간격이 점차 벌어지도록 배치되어, 상기 잉크 채널의 폭이 상기 잉크 챔버에 가까와질수록 점차 넓어지도록 된 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. The ink channel forming grooves are arranged such that the distance between each other gradually increases as the at least two grooves approach the ink chamber, and the width of the ink channel gradually widens as the width of the ink channel approaches the ink chamber. Inkjet printhead with 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수개의 잉크 채널 형성용 홈은 그 각각의 폭이 실질적으로 2㎛인 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. And a plurality of ink channel forming grooves each having a width of substantially 2 [mu] m. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 잉크 채널의 최대 폭은 상기 잉크 챔버의 폭의 70% ~ 90%이며, 상기 잉크 채널의 깊이는 상기 잉크 챔버의 깊이의 40% ~ 70%인 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. The maximum width of the ink channel is 70% to 90% of the width of the ink chamber, the depth of the ink channel is 40% to 70% of the depth of the ink chamber, the ink jet print head having a hemispherical chamber . 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 잉크 채널은 상기 잉크 채널 형성용 홈을 통해 상기 기판을 등방성 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. And the ink channel is formed by isotropically etching the substrate through the ink channel forming grooves. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 잉크 챔버와 상기 잉크 채널의 연결 부위에 상기 잉크 채널의 바닥보다 높게 돌출된 버블 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. And an ink jet print head having a hemispherical chamber formed at a connection portion between the ink chamber and the ink channel. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장된 버블 및 액적 가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 반구형 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드. An ink jet print head having a hemispherical chamber, wherein bubbles and droplet guides extending from the edge of the nozzle in the depth direction of the ink chamber are formed.
KR10-2000-0077745A 2000-12-18 2000-12-18 Ink-jet print head having semispherical ink chamber KR100474838B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0077745A KR100474838B1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Ink-jet print head having semispherical ink chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0077745A KR100474838B1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Ink-jet print head having semispherical ink chamber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020048545A KR20020048545A (en) 2002-06-24
KR100474838B1 true KR100474838B1 (en) 2005-03-08

Family

ID=27682759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0077745A KR100474838B1 (en) 2000-12-18 2000-12-18 Ink-jet print head having semispherical ink chamber

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100474838B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100908115B1 (en) * 2002-10-24 2009-07-16 삼성전자주식회사 Inkjet printhead with ink supply structure through porous medium and its manufacturing method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0948121A (en) * 1995-08-07 1997-02-18 Canon Inc Printing head
JPH0999563A (en) * 1995-10-03 1997-04-15 Seiko Epson Corp Ink cartridge
US6019457A (en) * 1991-01-30 2000-02-01 Canon Information Systems Research Australia Pty Ltd. Ink jet print device and print head or print apparatus using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6019457A (en) * 1991-01-30 2000-02-01 Canon Information Systems Research Australia Pty Ltd. Ink jet print device and print head or print apparatus using the same
JPH0948121A (en) * 1995-08-07 1997-02-18 Canon Inc Printing head
JPH0999563A (en) * 1995-10-03 1997-04-15 Seiko Epson Corp Ink cartridge

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020048545A (en) 2002-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100397604B1 (en) Bubble-jet type ink-jet printhead and manufacturing method thereof
KR100429844B1 (en) Monolithic ink-jet printhead and manufacturing method thereof
KR100400015B1 (en) Inkjet printhead and manufacturing method thereof
KR100668294B1 (en) Ink-jet print head having semispherical ink chamber and manufacturing method thereof
KR100552660B1 (en) Bubble-jet type ink-jet print head
KR100506082B1 (en) Method for manufacturing ink-jet print head having semispherical ink chamber
KR100374788B1 (en) Bubble-jet type ink-jet printhead, manufacturing method thereof and ejection method of the ink
KR100408268B1 (en) Bubble-jet type ink-jet printhead and manufacturing method thereof
KR100552662B1 (en) High density ink-jet printhead having multi-arrayed structure
KR100474838B1 (en) Ink-jet print head having semispherical ink chamber
KR100499132B1 (en) Inkjet printhead and manufacturing method thereof
KR100668292B1 (en) Ink-jet print head having electrohydrodynamic pump and method for supplying ink to ink chamber
KR100668296B1 (en) Ink-jet print head having semispherical ink chamber
KR100668295B1 (en) Ink-jet print head having semispherical ink chamber and method for manufacturing the same by using SOI wafer
KR100400229B1 (en) Bubble-jet type inkjet printhead and manufacturing method threrof
KR100668293B1 (en) Bubble-jet type inkjet print head
KR100400228B1 (en) Inkjet printhead and manufacturing method thereof
KR100513717B1 (en) Bubble-jet type inkjet printhead
KR100438837B1 (en) Bubble-jet type ink-jet printhead
KR20020046824A (en) Bubble-jet type ink-jet print head and manufacturing method thereof
KR20020043669A (en) Both side bubble type ink-jet print head

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080115

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee