KR100738117B1

KR100738117B1 - 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드

Info

Publication number: KR100738117B1
Application number: KR1020060063504A
Authority: KR
Inventors: 홍영기; 정재우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US20080007598A1; US7832846B2

Abstract

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 개시된다. 개시된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 잉크 유로가 형성된 유로 형성판과, 유로 형성판 위에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 구비한다. 상기 잉크 유로는, 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와, 잉크 인렛을 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버에 공급하기 위한 통로인 매니폴드와, 매니폴드와 다수의 압력 챔버를 연결하는 다수의 리스트릭터와, 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 포함한다. 상기 매니폴드는 다수의 제1격벽에 의해 다수의 압력 챔버 각각에 대응하도록 구획된 다수의 개별 매니폴드를 포함한다. 이에 따라, 잉크의 토출 과정에서 압력 챔버로부터 리스트릭터를 통해 매니폴드로 역류되는 잉크가 인접한 다른 압력 챔버에 영향을 미치지 못하게 되므로, 크로스 토크가 방지될 수 있다.

Description

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드{Piezoelectric inkjet printhead}

도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 예를 나타내 보인 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다.

도 4a는 도 3에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 프린트헤드의 조립상태의 수직 단면도이다.

도 4b는 도 4a에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.

도 5는 잉크 공급 베젤을 더 구비한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 사시도이다.

도 6은 도 5에 표시된 B-B'선을 따라 절단한 프린트헤드의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...상부 기판 112...잉크 인렛

113...개별 잉크 인렛 114...제2격벽

116...압력 챔버 117...진동판

118...절연막 120...중간 기판

122...매니폴드 123...개별 매니폴드

124...제1격벽 126...리스트릭터

128...댐퍼 130...하부 기판

133...노즐 140...잉크 공급 베젤

141...잉크 공급구 142...잉크 리저버

148...개방 공간 150...압전 액츄에이터

151...하부 전극 152...압전막

153...상부 전극

본 발명은 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크로스 토크를 방지하기 위해 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 개별 매니폴드가 마련된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전 체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.

상기한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(2), 리스트릭터(3), 압력 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(2)는 도시되지 않은 잉크 탱크로부터 유입된 잉크를 각 압력 챔버(4)로 공급하는 공통 통로이며, 상기 리스트릭터(3)는 매니폴드(2)로부터 각 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 압력 챔버(4)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다.

상기 유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 가공하여 상기한 잉크 유로를 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 압력 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전막과 이 압전막에 전압을 인가하기 위한 전극들이 적층된 형태를 가지고 있다. 이에 따라, 유로 형성판(1)의 압력 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(6)에 의해 변형되는 진동판(1a)의 역할을 하게 된다.

상기한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 변형되면 압력 챔버(4)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(4) 내의 잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(2)로부터 리스트릭터(3)를 통해 압력 챔버(4) 내로 유입된다.

도 2에는 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 예로서, 본 출원인의 한국 공개특허공보 제2003-0050477호(미국 공개특허공보 제2003-0112300호)에 개시된 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 잉크젯 프린트헤드는, 세 개의 실리콘 기판(30, 40, 50)이 적층되어 접합된 구조를 가진다. 세 개의 기판(30, 40, 50) 중 상부 기판(30)의 저면에는 소정 깊이를 가진 다수의 압력 챔버(32)가 형성되어 있다. 그리고, 상부 기판(30)에는 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결된 잉크 인렛(31)이 관통 형성되어 있다. 상기 다수의 압력 챔버(32)는 중간 기판(40)에 형성된 매니폴드(41)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그리고, 상부 기판(30)의 상면에는 다수의 압력 챔버(32) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(60)가 형성되어 있다. 상기 중간 기판(40)에는 잉크 인렛(31)과 연결되는 매니폴드(41)가 형성되어 있으며, 이 매니폴드(41)의 양측에 다수의 압력 챔버(32) 각각과 연결되는 리스트릭터(42)가 형성되어 있다. 또한, 중간 기판(40)에는 다수의 압력 챔버(32)에 대응하는 위치에 다수의 댐퍼(43)가 수직으로 관통 형성되어 있다. 그리고, 하부 기판(50)에는 상기 다수의 댐퍼(43)와 연결되는 다수의 노즐(51)이 형성되어 있다. 상기 노즐(51)은 하부 기판(50)의 상부쪽에 형성된 잉크 도입부(51a)와 하부 기 판(51)의 하부쪽에 형성된 잉크 토출구(51b)로 구성된다. 상기 잉크 도입부(51a)는 이방성 습식 식각에 의해 뒤집힌 피라미드 형상으로 형성되며, 상기 잉크 토출구(51b)는 건식 식각에 의해 일정한 직경을 가지도록 형성된다.

상기한 바와 같이, 도 2에 도시된 잉크젯 프린트헤드에는 다수의 압력 챔버(32)에 대응하여 하나의 공통 매니폴드(41)가 마련되어 있다. 즉, 상기 매니폴드(41)는 다수의 압력 챔버(32)에 잉크를 공급하기 위한 공통 유로로서의 역할을 하도록 되어 있는 것이다.

그런데, 도 1과 도 2에 도시된 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 압전 액츄에이터의 구동에 의해 각 압력 챔버의 압력이 높아지게 되면, 그 압력 챔버 내의 잉크는 노즐을 통해 토출됨과 동시에 일부의 잉크는 리스트릭터를 통해 매니폴드 쪽으로 역류하게 된다. 이와 같이 역류되는 잉크는 공통 매니폴드를 통해 인접한 다른 압력 챔버들에도 영향을 미치게 되는데, 이러한 현상을 크로스 토크(cross talk)라고 한다. 이러한 크로스 토크는 인접한 압력 챔버에 연결된 노즐 내부의 잉크의 메니스커스(meniscus)를 불안정하게 하고, 이에 따라 다수의 노즐 각각을 통해 토출되는 잉크 액적의 속도 및 부피에 편차를 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 크로스 토크를 방지하기 위해 다수의 압력 챔버 각각에 대응하여 격벽에 의해 구획된 개별 매니폴드를 구비한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는,

유로 형성판;

상기 유로 형성판에 형성되는 것으로, 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와, 상기 잉크 인렛을 통해 유입된 잉크를 상기 다수의 압력 챔버에 공급하기 위한 통로인 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버를 연결하는 다수의 리스트릭터와, 상기 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 잉크 유로; 및

상기 유로 형성판 위에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,

상기 매니폴드는 다수의 제1격벽에 의해 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응하도록 구획된 다수의 개별 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 다수의 압력 챔버와 상기 다수의 개별 매니폴드는 동일한 방향으로 평행하게 배열될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 잉크 인렛은 제2격벽들에 의해 구획된 다수의 개별 잉크 인렛을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 개별 잉크 인렛은 각각 2 ~ 4개의 개별 매니폴드에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 상기 유로 형성판 위에 결합되는 잉크 공급 베젤을 더 구비할 수 있으며, 상기 잉크 공급 베젤은 잉크 탱크와 연결되는 잉크 공급구와, 상기 잉크 공급구를 통해 공급된 잉크가 저장되는 잉크 리저버를 가질 수 있다.

그리고, 상기 잉크 리저버는 상기 잉크 인렛의 상부에 형성되어 상기 잉크 인렛과 연통될 수 있으며, 상기 잉크 리저버 내부에 저장된 잉크는 상기 잉크 인렛을 통해 상기 다수의 개별 매니폴드로 공급될 수 있다.

또한, 상기 잉크 공급 베젤에는 상기 압전 액츄에이터를 외부로 노출시키기 위한 개방된 공간이 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 유로 형성판은 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 압력 챔버는 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성되고, 상기 잉크 인렛은 상기 상부 기판을 수직으로 관통하도록 형성되며, 상기 매니폴드와 다수의 리스트릭터는 상기 중간 기판에 형성되고, 상기 다수의 노즐은 상기 하부 기판을 수직으로 관통하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 중간 기판에는 상기 다수의 압력 챔버와 상기 다수의 노즐을 연결하는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성될 수 있다.

또한, 상기 압전 액츄에이터는; 상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구 성요소의 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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이고, 도 4a는 도 3에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 프린트헤드의 조립상태의 수직 단면도이며, 도 4b는 도 4a에 표시된 A-A'선을 따른 프린트헤드의 수직 단면도이다.

도 3, 도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 유로 형성판(110, 120, 130)에 형성된 잉크 유로와, 유로 형성판(110, 120, 130) 위에 형성되어 잉크의 토출을 위한 구동력을 발생시키는 압전 액츄에이터(150)를 구비한다.

상기 유로 형성판(110, 120, 130)에 형성된 상기 잉크 유로는, 도시되지 않은 잉크 탱크로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛(112)과, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 다수의 압력 챔버(116)와, 상기 잉크 인렛(112)을 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(116)에 공급하기 위한 통로인 매니폴드(122)와, 상기 매니폴드(122)와 상기 다수의 압력 챔버(116)를 연결하는 다수의 리스트릭터(126)와, 상기 다수의 압력 챔버(116)로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(133)을 포함한다. 그리고, 상기 잉크 유로는 상기 다수의 압력 챔버(116)와 다수의 노즐(133)을 연결하는 다수의 댐퍼(128)를 포함할 수 있다.

상기한 잉크 유로 구성에 있어서, 크로스 토크를 방지하기 위해 상기 매니폴 드(122)는 다수의 제1격벽(124)에 의해 다수의 압력 챔버(116) 각각에 대응하도록 구획된 다수의 개별 매니폴드(123)를 포함한다. 이와 같은 구성을 가진 매니폴드(122)에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.

상기 유로 형성판(110, 120, 130)은 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 압전 액츄에이터(150)는 상기 상부 기판(110)의 상면에 형성된다. 상기 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)으로는 반도체 집적 회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 기판이 사용될 수 있다.

한편, 상기 유로 형성판(110, 120, 130)은 두 개의 기판으로 이루어질 수도 있으며, 네 개 이상의 기판으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 유로 형성판(110, 120, 130)의 구성은 단지 예시적인 것에 불과하다. 즉, 본원 발명의 특징은 유로 형성판(110, 120, 130)의 구성에 있는 것이 아니라 상기한 바와 같이 잉크 유로의 구성에 있는 것이다.

구체적으로, 상기 다수의 압력 챔버(116)는 상기 상부 기판(110)의 저면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 상기 상부 기판(110) 중 상기 다수의 압력 챔버(116) 각각의 상부벽을 이루는 부분은 압전 액츄에이터(150)의 구동에 의해 진동하는 진동판(117)의 역할을 하게 된다. 상기 다수의 압력 챔버(116)는 매니폴드(122)의 일측에 1열로 배열될 수 있으며, 그 각각은 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상으로 형성될 수 있다.

상기 매니폴드(122)는 상기 중간 기판(120)의 상면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 매니폴드(122)는 상기 중간 기판(120)을 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 상기 매니폴드(122)는 상기한 바와 같이 다수의 제1격벽(124)에 의해 구획된 다수의 개별 매니폴드(123)를 포함하며, 상기 다수의 개별 매니폴드(123) 각각은 다수의 리스트릭터(126) 각각을 통해 다수의 압력 챔버(116) 각각에 연결된다. 상기 다수의 압력 챔버(116)와 상기 다수의 개별 매니폴드(123)는 동일한 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 다수의 압력 챔버(116)에 공통적으로 대응되는 공통 매니폴드가 아니라, 다수의 압력 챔버(116) 각각에 대응되는 개별 매니폴드(123)가 마련된다.

상기한 바와 같이, 다수의 압력 챔버(116) 각각에 대응하여 제1격벽(124)에 의해 구획된 개별 매니폴드(123)가 마련됨으로써, 잉크의 토출 과정에서 압력 챔버(116)로부터 리스트릭터(126)를 통해 개별 매니폴드(123)로 잉크가 역류하더라도 그 역류된 잉크와 압력이 제1격벽(124)에 의해 차단됨으로서 인접한 다른 개별 매니폴드(123)와 인접한 다른 압력 챔버(116)에는 영향을 미치지 못하게 된다. 따라서, 잉크 토출 과정에서 인접한 압력 챔버들(116) 사이에 서로 영향을 미치는 크로스 토크가 방지될 수 있다.

상기 다수의 리스트릭터(126)는 상기 다수의 압력 챔버(116)와 상기 대수의 개별 매니폴드(123)를 대응되는 것끼리 서로 연결하는 통로로서, 상기 중간 기판(120)의 상면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 다수의 리스트릭터(126)는 도 3에 도시된 형상과는 다른 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 잉크 인렛(112)은 도시되지 않은 잉크 탱크로부터 유입된 잉크를 상기 다수의 개별 매니폴드(123)로 공급하기 위한 것으로 상기 상부 기판(110)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다. 상기 잉크 인렛(112)은 상기한 다수의 개별 매니폴드(123) 모두에 공통되는 하나의 공통 인렛으로 이루어질 수도 있으나, 상기 매니폴드(122)와 마찬가지로 제2격벽들(114)에 의해 구획된 다수의 개별 잉크 인렛(113)을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 다수의 개별 잉크 인렛(113)은 각각 2 ~ 4개의 개별 매니폴드(123)에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 잉크 인렛(112)은 제2격벽들(114)에 의해 두 개의 개별 매니폴드(123)에 하나의 개별 잉크 인렛(113)이 대응되도록 구획될 수 있다.

이와 같이, 상기 잉크 인렛(112)이 제2격벽들(114)에 의해 다수의 개별 잉크 인렛(113)으로 구획됨으로써, 상기한 크로스 토크를 더욱 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 각 개별 매니폴드(123)로 유입되는 잉크의 유량을 균일하게 할 수 있는 장점이 있다.

상기 다수의 댐퍼(128)는 상기 다수의 압력 챔버(116)에 각각 연결되도록 중간 기판(120)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.

상기 다수의 노즐(133) 각각은 상기 다수의 댐퍼(128) 각각과 연결되는 위치에서 상기 하부 기판(130)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다. 상기 다수의 노즐(133) 각각은 하부 기판(130)의 아랫 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 잉크 토출구(132)와, 하부 기판(130)의 윗 부분에 형성되어 상기 댐퍼(128)로부터 상기 잉크 토출구(132) 쪽으로 잉크를 유도하기 위한 잉크 유도부(131)로 이루어질 수 있 다. 상기 잉크 토출구(132)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상을 가질 수 있으며, 상기 잉크 유도부(131)는 댐퍼(128)로부터 잉크 토출구(132)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 사각뿔 형상을 가질 수 있다.

상기 압전 액츄에이터(150)는 상부 기판(110)의 상면에 형성될 수 있다. 그리고, 상부 기판(110)과 압전 액츄에이터(150) 사이에는 절연막(118)이 형성될 수 있다. 상부 기판(110)이 실리콘 기판인 경우에, 상기 절연막(118)으로서 실리콘 산화막이 사용될 수 있다. 상기 압전 액츄에이터(150)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(151)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(152)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(153)을 구비한다. 상기 하부 전극(151)은 상기 절연막(118)의 전 표면에 형성될 수 있으며, 도전성 금속 물질층으로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(152)은 하부 전극(151) 위에 형성되며, 상기 다수의 압력 챔버(116) 각각의 상부에 위치하도록 배치된다. 이러한 압전막(152)은 압전물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(152)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(116)의 상부벽을 이루는 진동판(117)을 진동시키는 역할을 하게 된다. 상기 상부 전극(153)은 압전막(152) 위에 형성되며, 압전막(152)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)을 서로 접합하게 되면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드가 구성될 수 있다. 그리고, 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)에는 다수의 개별 잉크 인렛(113), 다수의 개별 매니폴드(123), 다수의 리스트릭터(126), 다수의 압력 챔버(116), 다수의 댐퍼(128) 및 다수의 노즐(133)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다.

도 5는 잉크 공급 베젤을 더 구비한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 표시된 B-B'선을 따라 절단한 프린트헤드의 사시도이다.

도 5와 도 6을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 상부 기판(110) 상에 결합되는 잉크 공급 베젤(140)을 더 구비할 수 있다. 상기 잉크 공급 베젤(140)은 도시되지 않는 잉크 탱크와 연결되는 잉크 공급구(141)와, 상기 잉크 공급구(141)을 통해 공급된 잉크가 저장되는 잉크 리저버(142)를 가진다.

상기 잉크 리저버(142)는 상부 기판(110)에 형성된 잉크 인렛(112)의 상부에 형성되어 상기 잉크 인렛(112)과 연통된다. 상기 잉크 리저버(142)는 상기 잉크 인렛(112)에 대응하여 일 방향으로 긴 형상을 가질 수 있다. 상기 잉크 리저버(142) 내부에 저장된 잉크는 상기 잉크 인렛(112)을 통해 상기 다수의 개별 매니폴드(123)로 공급된다.

그리고, 상기 잉크 공급 베젤(140)에는 상부 기판(110)의 상면에 형성된 압전 액츄에이터(150)를 외부로 노출시키기 위한 개방된 공간(148)이 형성된다. 상기 개방 공간(148)을 통해 도시되지 않은 전압 인가용 가요성 인쇄 회로(FPC; Flexible Printed Circuit)가 상기 압전 액츄에이터(150)에 연결될 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 압전 방식의 잉 크젯 프린트헤드의 작동을 설명하기로 한다.

잉크 탱크(미도시)로부터 잉크 공급구(141)를 통해 리저버(142) 내부로 공급된 잉크는 제2격벽들(114)에 의해 구획된 개별 잉크 인렛들(113)을 통해 제1격벽들(124)에 의해 구획된 다수의 개별 매니폴드(123)로 유입된다. 다수의 개별 매니폴드(123) 내에 유입된 잉크는 리스트릭터들(126)을 통해 다수의 압력 챔버(116) 각각의 내부로 공급된다. 상기 압력 챔버(116) 내부에 잉크가 채워진 상태에서, 압전 액츄에이터(150)의 상부 전극(153)을 통해 압전막(152)에 전압이 인가되면 압전막(152)은 변형되며, 이에 따라 진동판(117)이 아래쪽으로 휘어지게 된다. 상기 진동판(117)의 휨 변형에 의해 압력 챔버(116)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(116) 내의 압력 상승에 의해 압력 챔버(116) 내의 잉크는 댐퍼(128)와 노즐(133)을 통해 외부로 토출된다. 이와 동시에, 압력 챔버(116) 내부의 잉크의 일부는 리스트릭터(126)를 통해 개별 매니폴드(123)로 역류되지만, 이러한 잉크의 역류와 압력은 제1격벽(123)에 의해 차단되어 인접한 다른 개별 매니폴드(123)와 인접한 다른 압력 챔버(116)에 영향을 미치지 못하게 된다.

이어서, 압전 액츄에이터(150)의 압전막(152)에 인가되던 전압이 차단되면 압전막(152)은 원상 복원되고, 이에 따라 진동판(117)도 원상으로 복원되면서 압력 챔버(116)의 부피가 증가하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(116) 내의 압력 감소와 노즐(133) 내에 형성된 잉크의 메니스커스에 의한 표면장력에 의해 개별 매니폴드(123)로부터 리스트릭터(126)를 통해 압력 챔버(116) 내부로 잉크가 유입된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는 다수의 압력 챔버 각각에 대응하여 격벽에 의해 구획된 개별 매니폴드가 마련됨으로써, 잉크의 토출 과정에서 압력 챔버로부터 리스트릭터를 통해 매니폴드로 역류되는 잉크가 인접한 다른 압력 챔버에 영향을 미치지 못하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 잉크 토출 과정에서 인접한 압력 챔버들 사이에 서로 영향을 미치는 크로스 토크가 방지될 수 있으므로, 다수의 압력 챔버로부터 다수의 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 성능, 즉 잉크 액적의 체적과 토출 속도 등이 균일하게 되는 효과가 있다.

Claims

유로 형성판;

상기 유로 형성판에 형성되는 것으로, 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와, 상기 잉크 인렛을 통해 유입된 잉크를 상기 다수의 압력 챔버에 공급하기 위한 통로인 매니폴드와, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버를 연결하는 다수의 리스트릭터와, 상기 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 잉크 유로; 및

상기 유로 형성판 위에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,

상기 매니폴드는 다수의 제1격벽에 의해 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응하도록 구획된 다수의 개별 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다수의 압력 챔버와 상기 다수의 개별 매니폴드는 동일한 방향으로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 잉크 인렛은 제2격벽들에 의해 구획된 다수의 개별 잉크 인렛을 포함하 는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 3항에 있어서,

상기 다수의 개별 잉크 인렛은 각각 2 ~ 4개의 개별 매니폴드에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 유로 형성판 위에 결합되는 잉크 공급 베젤을 더 구비하며,

상기 잉크 공급 베젤은 잉크 탱크와 연결되는 잉크 공급구와, 상기 잉크 공급구를 통해 공급된 잉크가 저장되는 잉크 리저버를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 5항에 있어서,

상기 잉크 리저버는 상기 잉크 인렛의 상부에 형성되어 상기 잉크 인렛과 연통되며, 상기 잉크 리저버 내부에 저장된 잉크는 상기 잉크 인렛을 통해 상기 다수의 개별 매니폴드로 공급되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 5항에 있어서,

상기 잉크 공급 베젤에는 상기 압전 액츄에이터를 외부로 노출시키기 위한 개방된 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 유로 형성판은 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 8항에 있어서,

상기 다수의 압력 챔버는 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성되고, 상기 잉크 인렛은 상기 상부 기판을 수직으로 관통하도록 형성되며,

상기 매니폴드와 다수의 리스트릭터는 상기 중간 기판에 형성되고,

상기 다수의 노즐은 상기 하부 기판을 수직으로 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 9항에 있어서,

상기 중간 기판에는 상기 다수의 압력 챔버와 상기 다수의 노즐을 연결하는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 8항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터는;

상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형 성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.