KR100645426B1 - 잉크젯 프린터 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크 챔버 내로 잉크가 공급되는 유로 구조를 개선한 열분사 방식의 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 잉크젯 프리터 헤드는, 잉크가 공급되는 주공급로가 중앙부를 관통하여 형성되며 주공급로에 수직하게 연통되는 잉크 공급로가 형성되는 기판, 기판상에 형성된 가열부, 잉크가 충전되는 잉크챔버의 측벽을 형성함과 동시에 잉크 공급로의 상면을 형성하도록 기판상에 적층되는 잉크 챔버 배리어, 가열부에 대향하는 노즐을 가지며 잉크 챔버 배리어상에 적층되는 노즐판 및 잉크 챔버와 잉크 공급로를 연결하는 제 1 유로 연결부를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의하면, 역류방지를 위하여 잉크 공급로상에 별도의 구조물을 설치할 필요가 없으므로 잉크 공급로의 가공 공정을 단순화하여 잉크젯 프린터 헤드의 제조 비용을 절감할 수 있다.
잉크젯 프린터 헤드, 잉크 공급로, 잉크 챔버, 유로연결부

Description

잉크젯 프린터 헤드{Ink-jet printer head}
도 1은 종래의 잉크젯 프린터 헤드의 일부 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략 사시도.
도 3은 도 2에서의 A-A선 일부 단면도.
도 4a 내지 도 4e 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략적 평면도 및 측단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략적 평면도 및 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 기판 11 : 주공급로
12 : 잉크 공급로 13 : 제 1 유로연결부
14 : 차단벽 15 : 제 2 유로연결부
20 : 가열부 30 : 노즐판
31 : 노즐 40 : 잉크 챔버 배리어
41 : 잉크 챔버 42 : 저항벽
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 챔버 내로 잉크가 공급되는 유로 구조를 개선한 열분사 방식의 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 열분사 방식의 잉크젯 프린터는, 헤드에서 소량의 잉크를 급속하게 가열하여 증발시켜, 잉크의 액적을 인쇄매체에 인쇄하는 방식의 프린터를 말한다.
도 1에는 종래의 잉크젯 프린터 헤드의 일부 절개 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린터 헤드는 크게 기판(1), 기판(1)의 상면에 형성되는 배리어층(2), 배리어층(2)의 상면에 형성되는 노즐판(3)으로 구성된 토출요소가 다수 배열됨으로써 구성된다.
기판(1)에는 도시되지 않은 레저버로부터 다수 개의 토출요소로 잉크가 분배되는 주공급로(4)가 형성되며, 주공급로(4)로부터 일정한 거리를 두고 히터(5)가 기판(1)의 상면에 배치된다.
배리어층(2)에는 히터(5) 주위를 둘러싸는 형태로 잉크 챔버(6)와, 잉크 챔버(6)와 주공급로(4)를 연결하는 잉크 공급로(7)가 형성된다. 한편, 잉크 공급로(7)에는 잉크 토출 작업시 잉크 챔버(6)로부터 주공급로(7) 쪽으로 잉크가 역류되는 것을 방지하기 위한 돌출부(7a)가 형성된다. 노즐판(3)에는 히터(5)와 대 향하는 위치에 노즐(8)이 형성된다.
이와 같이 구성된 종래의 잉크젯 프린터 헤드를 통하여 잉크가 토출되는 과정은 다음과 같다. 도선(미도시)으로 부터 히터(5)에 전기 신호가 인가되면, 히터(5)는 전기 신호를 열에너지로 변환하여 잉크 챔버(6) 내의 잉크를 가열한다. 잉크가 가열되면, 히터(5)의 상부에는 버블이 형성되어 팽창하고, 버블의 팽창력에 의해 잉크가 노즐(8)을 통하여 토출됨으로써 인쇄가 이루어지게 된다. 한편, 버블의 팽창력은 노즐(8) 방향만이 아니라, 잉크 공급로(7) 방향으로도 작용하게 되므로, 잉크가 잉크 공급로(7) 쪽으로 역류하게 될 우려가 있다. 이러한 잉크의 역류는 잉크젯 프린터 헤드의 토출성능을 저하시키며, 인접한 토출요소 사이의 상호 간섭(cross-talk)이 발생되는 요인이 되므로, 이를 최소화할 필요가 있다. 도 1에서는 돌출부(7a)에 의해 잉크 공급로(7)의 단면적을 변화시킴으로써, 잉크 공급로(7)에서의 유동저항을 크게 하여 잉크의 역류를 최소화하는 것을 개시하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 잉크젯 프린터 헤드는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 잉크 공급로(7)를 배리어층(3)에 형성하게 됨으로써, 잉크 공급로(7)에서의 유동저항을 크게 하기 위한 방법이 상기한 바와 같이 돌출부(7a)를 형성하는 방법으로 제한되며, 돌출부(7a)를 형성하기 위해서 배리어층(3)을 식각하는 과정에서 균일한 잉크 공급로(7)의 구조를 얻기가 어려운 문제점이 있다.
이러한 제한을 극복하기 위하여 잉크 공급로(7)의 길이를 히터(5)와 노즐(8)까지의 길이보다 길게 함으로써 잉크 공급로(7)에서의 유동저항을 증가시키는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법을 사용하면, 잉크젯 프린터 헤드 내에 다수의 단 위 토출구조를 배열할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.
한편, 잉크 공급로(7)의 적절한 유동저항을 확보하기 위해서는 배리어층(3)의 높이가 제한될 수 밖에 없어서, 배리어층(3)에 형성되는 잉크 챔버(6)의 높이도 제한될 수밖에 없으므로, 잉크 토출 성능을 향상하기 위하여 잉크 챔버(6)의 높이를 변화시키는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 잉크젯 프린터 헤드의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 잉크의 역류 방지를 위한 잉크 공급로의 유동저항을 조절함에 있어서, 잉크 공급로의 단면적에 제한을 받지 않는 유로 구조를 갖는 잉크젯 프린터 헤드를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 잉크젯 프리터 헤드는, 잉크가 공급되는 주공급로가 중앙부를 관통하여 형성되며 주공급로에 수직하게 연통되는 잉크 공급로가 형성되는 기판, 기판상에 형성된 가열부, 잉크가 충전되는 잉크챔버의 측벽을 형성함과 동시에 잉크 공급로의 상면을 형성하도록 기판상에 적층되는 잉크 챔버 배리어, 가열부에 대향하는 노즐을 가지며 잉크 챔버 배리어상에 적층되는 노즐판 및 잉크 챔버와 잉크 공급로를 연결하는 제 1 유로 연결부를 포함하여 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략 사시도이다. 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린터 헤드는 기판(10)에 형성된 주공급로(11)를 중심으로 좌우에 다수의 단위 토출요소(100)를 배열하여 구성된다. 단위 토출요소(100)에는 잉크 토출을 제어하기 위한 구동회로부(50)가 연결되며, 구동회로부(50)에는 프린터 구동부(미도시)와의 전기적 연결을 위한 패드(60)가 연결된다. 잉크젯 프린터 헤드는 반도체 제조방법에 의해 제조되므로, 기판(10)으로는 주로 실리콘 웨이퍼를 사용한다.
이하 본 발명의 제 1 실시예에 의한 잉크젯 프린터 헤드의 구성을 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 도 2에서의 A-A선 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기판(10)의 중앙에는 주공급로(11)가 형성되고, 기판(10)의 상면에는 주공급로(11)와 수직하게 연통되도록 잉크 공급로(12)가 형성된다.
기판(10)의 상면에는 잉크 공급로(12)에 인접하여 가열부(20)가 형성된다. 가열부(20)는 기판(10)의 상면에 형성된 단열 및 절연을 위한 산화막(21), 산화막(21) 위에 설치된 히터(22), 히터(22)와 구동회로부(50)와의 전기적 연결을 위한 도선(23) 및 히터(22)와 도선(23) 위에 형성되어 절연 및 버블 수축시의 충격에 의한 손상을 방지하는 보호막(24)에 의해 형성된다. 여기서, 히터(22)의 재료로서는 탄탈-알루미늄(Ta-Al) 또는 다결정 실리콘(Polycristalline Silicon) 등의 저항체를 사용하며, 보호막(24)은 절연과 버블 수축에 의한 충격의 완화를 위해 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막과 금속층의 복합 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 기판(10)의 상면에는 잉크 챔버(41)의 측벽을 형성하는 잉크 챔버 배리어(40)가 적층되며, 잉크 챔버 배리어(40) 위에는 히터(22)와 대향하는 노즐(31)이 형성 노즐판(30)이 적층된다.
잉크 챔버 배리어(40)로 둘러싸인 노즐(31)과 가열부(20) 사이의 공간이 잉크 챔버(41)를 형성하며, 잉크 챔버(41)와 잉크 공급로(12)는 제 1 유로연결부(13)에 의해 소통된다. 잉크 공급로(12) 위에 잉크 챔버 배리어(40)의 하면이 위치하게 되는데, 잉크 챔버 배리어(40)의 하면의 길이를 잉크 공급로(12)의 길이보다 작게 형성함으로써 생기게 되는 공간, 즉 잉크 공급로(12)의 가열부(20)측 단부와 잉크 챔버 배리어(40)의 하단부 사이의 공간이 제 1 유로연결부(13)를 형성하게 된다.
잉크는 잉크 레저버(미도시)로 부터 주공급로(11), 잉크 공급로(12), 제 1 유로연결부(13)를 순차적으로 통과하여 잉크 챔버(41)에 충전된다. 본 발명에 의하면, 잉크 공급로(12) 상의 잉크 챔버 배리어(40)의 길이를 조절하여 제 1 유로연결부(13)의 면적을 변화시킴으로써, 잉크 공급로(12)에서의 잉크 유동저항을 조절할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에서 잉크가 토출되는 과정은 다음과 같다.
먼저, 외부의 프린터 구동부(미도시)로부터 패드(60), 구동회로부(50) 및 도선(23)을 통하여 히터(22)에 전기 신호가 인가되면, 히터(22)는 전기 신호를 열에너지로 변환하여 잉크 챔버(41) 내의 잉크를 가열한다. 잉크가 가열되면, 히터(22)의 상부에는 버블이 형성되어 팽창하고, 버블의 팽창력에 의해 잉크가 노즐(31)을 통하여 토출됨으로써 인쇄가 이루어지게 된다.
이때 버블의 팽창력은 노즐(31) 방향뿐만아니라 제 1 유로연결부(13) 방향으로도 작용하게 되어 제 1 유로연결부(13)를 통해 잉크 공급로(12)로 잉크가 역류될 수 있다. 그러나, 제 1 유로연결부(13) 방향으로의 잉크 유동은 잉크 공급로(12) 상부에 위치한 잉크 챔버 배리어(40)에 의해 저항을 받게 되며, 잉크 챔버 배리어(40)의 길이를 조절함으로써 제 1 유로연결부(13)의 면적을 작게 하면, 제 1 유로연결부(13) 및 잉크 공급로(12)에서의 유동저항이 크게 되어 잉크의 역류가 최소화 될 수 있다.
이하 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 절연층으로서 산화막(21)을 형성한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 산화막(21)을 구동가열부(20)를 형성하기 위한 형상으로 패터닝한다. 다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 산화막(21) 위에 히터(22) 및 도선(23)을 형성하고, 히터(22) 및 도선(23) 위에는 보호막(24)을 형성함으로써 구동가열부(20)를 완성시킨다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 그 상면 중앙부로부터 구동가열부(20)까지 소정 깊이만큼 ICP(Inductive Coupled Plasma) 등의 건식 식각(Dry Etching)이나 비등방성 식각(Anisotropic Etching) 공정으로 식각하여 잉크 공급로(12)를 형성한다. 건식 식각의 경우 잉크 공급로(12)의 단면의 형상이 사각형으로 형성되며, 비등방성 식각의 경우에는 잉크 공급로(12)의 단면의 형상이 삼 각형으로 형성되게 된다. 한편, 건식 식각으로 잉크 공급로(12)를 형성하는 경우에는 기판(10) 상의 산화막(21) 및 보호막(24)을 패터닝할 필요 없이, 이들이 적층된 상태에서 기판(10) 상면을 가공하는 것이 가능하다. 이와 같이, 잉크 공급로(12)를 형성하는 공정에서는 주공급로(11)가 형성될 부분인 기판(10)의 상면 중앙부도 함께 가공함으로써, 기판(10) 상에서 주공급로(11)로부터 단위 토출요소(100; 도 2 참조)간의 상대적 위치가 달라서 나타나게 되는 잉크 유동저항의 차이를 보상할 수 있게 된다.
다음에, 도 4e에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저(eximer laser) 또는 비등방성 식각 공정으로 기판(10)을 그 중앙부 하면으로부터 관통하여 주공급로(11)를 형성한다.
한편, 도시하지는 않았으나, 노즐판(30) 및 잉크 챔버 배리어(40)를 형성하는 하나의 방법으로서는, 폴리머 재질의 두꺼운 판을 2단으로 엑시머 레이저 가공하여, 잉크 챔버 배리어(40) 및 노즐판(30)을 형성한 후, 노즐판(30)에 노즐(31)을 형성하는 방법이 있다. 이와 달리, 노즐(31)이 가공된 노즐판(30) 상에 폴리머 재질의 감광성 드라이 필름(Photosensitive Dry Film)을 적층한 후, 이 필름층을 패터닝하여 잉크 챔버 배리어(40)를 형성하는 방법도 있다.
마지막으로, 가열부(20)가 형성된 기판(10)에 잉크 챔버 배리어(40)를 열압착하여 접합시킴으로써 잉크젯 프린터 헤드의 제조가 완료된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략적 평면도 및 측단면도로서, 도 5b는 도 5a의 B-B선 단면을 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 대부분의 구성이 동일하며, 다만, 주공급로(11)와 잉크 공급로(12) 사이에 차단벽(14)이 형성된 것에 차이가 있을 뿐이다. 즉 제 1 실시예와 같이 기판(10) 상에 주공급로(11)과 잉크 공급로(12)가 연통되도록 형성하는 것이 아니라, 잉크 챔버 배리어(40)의 길이를 잉크 공급로(12)의 길이보다 짧게 함으로써 차단벽(14)와 잉크 챔버 배리어(40) 사이에 제 2 유로연결부(15)를 형성하여, 잉크가 주공급로(11)로부터 제 2 유로연결부(15)를 통하여 잉크 공급로(12)에 유입되도록 한다. 본 발명의 제 2 실시예에 의하면 잉크 공급로(12)의 상면을 형성하는 잉크 챔버 배리어(40)의 길이를 조절함으로써 제 1 유로연결부(13) 및 제 2 유로연결부(15)의 면적을 조절하여, 잉크 공급로(12)에서의 잉크의 유동저항을 증가시켜 잉크 역류를 최소화 할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 개략적 평면도 및 측면도로서, 도 6b는 도 6a의 C-C선 단면을 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예도 제 1 실시예와 대부분의 구성이 동일하며, 다만, 잉크 챔버(41) 내의 가열부(20)와 제 1 유로연결부(13) 사이에 저항벽(42)을 설치한 점에 차이가 있을 뿐이다. 저항벽(42)은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 잉크의 유입방향(200)과 수직하게 설치됨으로써, 구동가열부(20)와 제 1 유로연결부(13) 사이의 잉크 챔버(41)의 단면적이 감소하여 이 부분에서의 잉크 유동저항이 커지게 되고, 버블의 팽창압력이 유로연결부(13) 방향으로 작용하는 것을 차단하게 되어 잉크의 역류를 보다 확실하게 방지할 수 있게 된다.
한편, 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 제 2 실시예와 제 3 실시예를 결합한 형태, 즉 주공급로(11)와 잉크 공급로(12) 사이에 차단벽(14)을 형성하고, 또한 가열부(20)와 제 1 유로연결부(13) 사이에 저항벽(42)을 설치하는 형태로 본 발명을 적용할 수도 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 제 1 유로연결부(13)의 면적에 의해 잉크의 유동저항을 크게 함으로써 역류를 방지하므로, 잉크 공급로(12) 상에 역류방지를 위한 별도의 구조물이 필요없게 된다. 따라서, 잉크 공급로(12)의 가공 공정이 단순화 됨으로써 잉크젯 프린터 헤드의 제조비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 잉크 공급로(12)를 기판(10)에 형성함으로써, 잉크 공급로(12)에서의 유동저항 확보를 위해 잉크 챔버 베리어(40)의 높이를 제한할 필요가 없게 되어, 잉크 토출 성능을 향상하기 위하여 잉크 챔버(41)의 높이를 변화시키는 데 따르는 제한이 적어진다.
한편, 본 발명에 의하면, 제 1 유로연결부(13)는 잉크 챔버(41)의 하면에 형성되므로, 버블이 팽창할 때 팽창압력이 잉크 챔버(41)로 잉크가 유입되는 방향에 거의 수직으로 작용하므로, 잉크의 역류를 최소화 할 수 있는 부수적 효과도 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 잉크가 공급되는 주공급로가 중앙부를 관통하여 형성되며, 상기 주공급로에 수직하게 연통되는 잉크 공급로가 형성되는 기판;
    상기 기판상에 형성된 가열부;
    잉크가 충전되는 잉크챔버의 측벽을 형성함과 동시에 상기 잉크 공급로의 상면을 형성하도록 상기 기판상에 적층되는 잉크 챔버 배리어;
    상기 가열부에 대향하는 노즐을 가지며 상기 잉크 챔버 배리어상에 적층되는 노즐판; 및
    상기 잉크 챔버와 상기 잉크 공급로를 연결하는 제 1 유로 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유로 연결부는 상기 잉크 공급로의 상면을 형성하는 상기 잉크 챔버 배리어의 길이를 상기 잉크 공급로의 길이보다 짧게 함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주공급로와 상기 잉크 공급로 사이에 형성되는 차단벽 및 상기 차단벽과 상기 잉크 공급로의 상면을 형성하는 상기 잉크 챔버 배리어 사이에 형성되는 제 2 유로 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부와 상기 제 1 유로 연결부 사이에 형성되는 저항벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 주공급로와 상기 잉크 공급로 사이에 형성되는 차단벽;
    상기 차단벽과 상기 잉크 공급로의 상면을 형성하는 상기 잉크 챔버 배리어 사이에 형성되는 제 2 유로 연결부; 및
    상기 구동가열부와 상기 제 1 유로 연결부 사이에 형성되는 저항벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
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