KR100668292B1 - 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및잉크챔버에 잉크를 공급하는 방법 - Google Patents

Abstract

전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법이 개시된다. 개시된 잉크 젯 프린트 헤드는, 잉크 공급 매니폴드와, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버와, 잉크를 매니폴드로부터 잉크 챔버로 공급하는 잉크 채널이 일체로 형성된 기판; 기판 상에 적층되며, 잉크 챔버에 대응되는 위치에는 노즐이 형성되고, 잉크 채널에 대응되는 위치에는 잉크 채널 형성용 홈이 형성된 노즐판; 노즐판 상에 마련되며, 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터; 노즐판 상에 마련되며, 히터에 전류를 인가하는 히터용 전극; 및 잉크 채널 상부의 노즐판 상에 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격을 두고 배치되어, 잉크 채널 내부에 진행전계를 형성함으로써 잉크를 전기유체역학적으로 펌핑하기 위한 복수의 전계형성 전극;을 구비한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널을 통한 잉크의 공급 속도가 빨라져 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아지게 된다.

Description

전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법{Ink-jet print head having electrohydrodynamic pump and method for supplying ink to ink chamber}

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.

도 2는 본 발명에 따른 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.

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.

도 5는 도 3에 도시된 잉크 토출부의 변형예를 도시한 평면도이다.

도 6a 및 도 6b는 도 3에 도시된 잉크 토출부에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도 3의 C-C선을 따른 단면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,100'...잉크 토출부 110...기판

112...매니폴드 114...잉크 챔버

116,116'...잉크 채널 120...노즐판

122...노즐 124,124'...잉크 채널 형성용 홈

130,103'...히터 150...히터용 전극

160, 160'...전계형성 전극

본 발명은 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법에 관한 것이다.

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.

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.

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.

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 리필(refill)되는 주기가 짧아야 한다. 즉, 구동 주파수가 높아야 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, 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.

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 잉크 챔버에 공급될 수 있도록 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및 전기유체역학적 펌프를 이용하여 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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 챔버에 대응되는 위치에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성되고, 상기 잉크 채널에 대응되는 위치에는 잉크 채널 형성용 홈이 형성된 노즐판; 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터; 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 히터용 전극; 및 상기 잉크 채널 상부의 상기 노즐판 상에 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격을 두고 배치되어, 상기 잉크 채널 내부에 진행전계를 형성함으로써 잉크를 전기유체역학적으로 펌핑하기 위한 복수의 전계형성 전극;을 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다.

여기에서, 상기 진행전계는 상기 복수의 전계형성 전극에 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 펄스상 전류를 인가함으로써 형성되며, 상기 복수의 전계형성 전극 각각은 상기 잉크 공급 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 잉크가 채워지는 잉크 챔버와 상기 잉크 챔버와 연결되어 상기 잉크 챔버 내부로 잉크를 공급하기 위한 잉크 채널을 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 잉크 공급 방법은 상기 잉크 채널에 인접하여 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격을 두고 복수의 전계형성 전극을 배치하여 상기 잉크 채널 내부에 진행전계를 형성함으로써 잉크를 전기유체역학적으로 펌핑하여 상기 잉크 챔버 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 이와 같은 본 발명에 따르면, 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널을 통한 잉크의 공급 속도가 빨라져 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아지게 된다.

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.

도 2는 본 발명에 따른 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.

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 도시 되어 있지만, 컬러 인쇄를 위해 각 색상별로 3 또는 4군의 잉크 토출부군이 배치될 수도 있다.

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.

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.

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. 잉 크 챔버(114)는 그 깊이와 반경이 대략 20㎛인 대략 반구형의 형상을 가지도록 형성되며, 잉크 채널(116)은 그 깊이와 반경이 대략 12㎛ 정도로 형성된다. 한편, 잉크 챔버(114)는 기판(110)의 표면을 소정 깊이로 이방성 식각한 뒤에 등방성 식각함으로써 형성될 수도 있다.

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.

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 히터용 전극(150)이 연결된다. 히터용 전극(150)은 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성된다.

또한, 노즐판(120)에는 잉크 채널(116)의 상부에 복수의 전계형성 전극(160)이 형성된다. 전계형성 전극(160)은 상술한 히터용 전극(150)과 동일한 물질로, 그리고 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 전계형성 전극(160)은 히터용 전극(150)과 동시에 형성될 수 있다. 전계형성 전극(160)은 복수개가 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격 이격되도록 배치되며, 그 각각은 잉크 공급 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 길게 형성된다. 전계형성 전극(160)의 갯수는 잉크 채널(116)의 길이에 따라 이에 적합하도록 정해진다. 그리고, 전계형성 전극(160)들 사이의 간격들은 모두 동일한 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 형성되는 전계형성 전극(160)들은 잉크 채널(116) 내부에 진행전계(travelling wave electric field)를 형성시켜 전기유체역학적 (Electrohydrodynamic; EHD) 펌프를 구현하기 위한 것이다. 여기서, EHD 펌프는 유체의 통로에 전계를 형성시켜 유체의 흐름을 능동적으로 생성시키는 메카니즘을 말한다. 보다 상세하게 설명하면, 복수의 전계형성 전극(160)에 소정의 시간 간격을 두고 잉크 공급 방향을 따라 순차적으로, 즉 매니폴드(112)에 가까운 것으로부터 잉크 챔버(114)에 가까운 것의 순서로 펄스상 전류를 인가한다. 그러면, 잉크 채널(116) 내부에 진행전계, 즉 매니폴드(112)로부터 잉크 챔버(114) 쪽으로 진행하는 전계가 형성되고, 이에 의해 잉크가 매니폴드(112)로부터 잉크 챔버(114) 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 복수의 전계형성 전극(160)에 펄스상 전류를 인가하는 시간 간격은 EHD 펌프에 의한 잉크의 흐름 속도가 모세관 현상에 의한 자연적인 잉크의 흐름 속도보다 빠르도록 정해진다.

그리고, 노즐판(120)에는 잉크 챔버(114)의 중심부에 대응하는 위치에 노즐(122)이 형성되며, 잉크 채널(116)의 길이방향 중심선에 대응하는 위치에 다수의 잉크 채널 형성용 홈(124)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. 다수의 잉크 채널 형성용 홈(116)도 노즐판(120)을 식각함으로써 이루어지는데, 이들은 전계형성 전극(160)들 사이에 하나씩 배치될 수 있다. 다수의 잉크 채널 형성용 홈(124)을 통해 노출된 기판(110)을 XeF₂ 가스로 등방성 식각하게 되면, 도 4b와 도 4c에 도시된 바와 같은 단면 형상을 가지는 잉크 채널(116)이 형성된다.

한편, 도 5는 잉크 토출부의 변형예를 도시한 평면도이다. 도 5에 도시된 잉크 토출부(100')의 히터(130')는 대략 오메가(Ω) 형상을 가지며, 히터용 전극(150)은 히터(130')의 양단부에 각각 접속된다. 즉, 도 3에 도시된 히터(130)는 전극 사이에서 병렬로 접속됨에 반해, 도 5에 도시된 히터(130')는 히터용 전극(150) 사이에서 직렬로 접속된다. 그리고, 잉크 챔버(114), 노즐(122) 및 잉크 채널(116)의 형상과 배치는 도 3에 도시된 잉크 토출부에서와 동일하다.

그리고, 복수의 전계형성 전극(160')은 두 개씩 쌍을 이루어 배치되어 있다. 이는 소정의 길이와 깊이를 가진 잉크 채널(116)을 형성하기 위해 요구되는 잉크 채널 형성용 홈(124')들의 크기와 배치를 고려한 형태이다. 이때, 각 쌍의 간격은 한 쌍을 이루는 전계형성 전극(160')들 사이의 간격보다 넓고, 각 쌍의 사이에 잉크 채널 형성용 홈(124')이 배치된다. 한편, 복수의 전계형성 전극(160')은 상기한 바와 같이 잉크 채널 형성용 홈(124')을 고려하여 세 개 또는 네 개씩 세트를 이루어 배치될 수도 있다.

상기 도 3에서는 환형의 히터(130)와 서로 동일한 간격으로 배치된 전계형성 전극(160)이 결합되어 있으며, 도 5에서는 오메가 형상의 히터(130')와 두 개씩 쌍을 이루도록 배치된 전계형성 전극(160')이 결합되어 있으나, 이들 사이의 결합 관계는 달리 할 수 있다. 즉, 환형의 히터(130)에 두 개씩 쌍을 이루도록 배치된 전계형성 전극(160')이 결합될 수도 있으며, 오메가 형상의 히터(130')에 서로 동일한 간격으로 배치된 전계형성 전극(160)이 결합될 수도 있다.

이하에서는 도 6a와 도 6b를 참조하며 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 잉크 젯 프린트 헤드의 잉크 액적 토출 메카니즘을 도 3에 도시된 잉크 토출부를 기준으로 설명하기로 한다. 여기에서 도 6a와 도 6b에 표시된 화살표는 잉크 공급 방향을 가리킨다.

먼저 도 6a를 참조하면, 먼저 잉크 채널(116)을 통해 매니폴드(112)로부터 잉크 챔버(114) 내부로 잉크(190)가 공급된다. 이때, 상술한 바와 같이 EHD 펌프에 의해 잉크가 펌핑됨으로써 잉크가 보다 빠른 속도로 잉크 챔버(114)에 공급될 수 있다. 그런데, 상기한 바와 같은 전계형성 전극(160)에 의해 구현되는 EHD 펌프에 의하지 않더라도 잉크는 모세관 현상에 의해 잉크 챔버(114)로 공급될 수 있으나, 이러한 경우에는 잉크의 공급 및 리필 속도가 늦어서 높은 구동 주파수를 가지는 프린트 헤드를 구현하기가 곤란하다.

이와 같이, 잉크 챔버(114) 내부에 잉크(190)가 채워진 상태에서, 히터용 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 비 등하여 버블(192)이 생성된다. 이 버블(192)의 형상은 히터(130)의 형상에 따라 도 6a의 오른쪽에 도시된 바와 같이 대략 도우넛 형상이 된다.

도우넛 형상의 버블(192)이 시간이 지남에 따라 팽창하면, 도 6b에 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.

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. 이 때에도 상기한 바와 같이 EHD 펌프에 의해 잉크가 잉크 챔버(190)에 리필되는 시간이 짧아지게 된다.

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.

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.

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.

특히, EHD 펌프에 의해 잉크 채널(116)을 통과하는 잉크가 펌핑되므로, 잉크 챔버(114)로의 잉크의 공급 및 리필 속도가 보다 빨라지게 되어 높은 구동 주파수를 가질 수 있게 된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, EHD 펌프를 구현하기 위한 전계형성 전극의 갯수와 배치는 잉크 채널의 위치와 길이에 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.

그리고, 본 발명의 EHD 펌프에 의한 잉크 공급 방법은 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드 뿐만 아니라 잉크 챔버와 잉크 채널을 가지는 다양한 형태의 잉크 젯 프린트 헤드에도 적용될 수 있다는 것은 본 발명의 기술분야의 당업자로서는 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기유체역학적 펌프가 구비된 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

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.

둘째, EHD 펌프에 의해 잉크 채널을 통한 잉크의 공급 속도가 보다 빨라지게 되어 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아지게 된다.

셋째, 히터를 환상으로 형성하고, 잉크 챔버의 형상을 반구형으로 형성함으로써, 잉크의 역류가 억제되어 다른 잉크 토출부와의 간섭을 피할 수 있으며, 또한 버블이 도우넛 모양으로 형성되어 부 액적의 발생을 억제할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 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 챔버에 대응되는 위치에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성되고, 상기 잉크 채널에 대응되는 위치에는 잉크 채널 형성용 홈이 형성된 노즐판;

   상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터;

   상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 히터용 전극; 및

   상기 잉크 채널 상부의 상기 노즐판 상에 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격을 두고 배치되어, 상기 잉크 채널 내부에 진행전계를 형성함으로써 잉크를 전기유체역학적으로 펌핑하기 위한 복수의 전계형성 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 전계형성 전극에 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 펄스상 전류를 인가함으로써 상기 진행전계를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 전계형성 전극 각각은 상기 잉크 공급 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 전계형성 전극들 사이의 거리는 실질적으로 동일하며, 상기 복 수의 전계형성 전극들 사이에 상기 잉크 채널 형성용 홈이 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 전계형성 전극들은 적어도 두 개가 세트를 이루어 배치되며, 상기 세트들 사이에 상기 잉크 채널 형성용 홈이 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.
6. 잉크가 채워지는 잉크 챔버와 상기 잉크 챔버와 연결되어 상기 잉크 챔버 내부로 잉크를 공급하기 위한 잉크 채널을 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드의 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법에 있어서,

   상기 잉크 채널에 인접하여 잉크의 공급 방향을 따라 서로 소정 간격을 두고 복수의 전계형성 전극을 배치하여 상기 잉크 채널 내부에 진행전계를 형성함으로써 잉크를 전기유체역학적으로 펌핑하여 상기 잉크 챔버 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드의 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 복수의 전계형성 전극에 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 펄스상 전류를 인가함으로써 상기 진행전계를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드의 잉크 챔버에 잉크를 공급하는 방법.

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