이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 장치는 잉크를 분사하는 다수의 노즐이 형성된 잉크젯 헤드와; 상기 잉크젯 헤드가 3자유도 운동할 수 있도록 설치되는 잉크젯 헤드 마운트와; 상기 잉크젯 헤드 마운트가 설치되는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 잉크젯 헤드 마운트는 상기 프레임에 고정되는 바디부와; 상기 바디부에 대하여 상대운동하며 상기 잉크젯 헤드가 장착되는 헤드 설치부와; 상기 헤드 설치부의 운동 시 복원력을 가해주는 탄성변형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디부는 상기 헤드 설치부를 둘러싸도록 마련되고, 상기 헤드 설치부의 미세 운동영역이 확보되도록 상기 헤드 설치부의 주위에는 상기 헤드설치부와 상기 바디부를 이격시키는 틈새가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성변형부는 상기 헤드설치부와 상기 바디부를 연결시키는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디부, 상기 헤드 설치부 및 상기 탄성변형부는 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 잉크젯 헤드 마운트는 상기 헤드 설치부를 미세 조절하기 위한 위치조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위치조절기는 상기 헤드 설치부를 길이방향으로 이동시키는 제1 위치조절기와; 상기 헤드 설치부의 양단부에서 각 단부를 상기 헤드 설치부의 폭방향으로 이동시키는 제2 및 제3 위치조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 잉크젯 프린트 장치는 상기 프레임을 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 장치는 잉크를 분사하는 다수의 노즐이 형성된 복수의 잉크젯 헤드와; 상기 복수의 잉크젯 헤드 중 기준이 되는 잉크젯 헤드에 대하여 다른 잉크젯 헤드의 상대 위치와 간격 이 조절되도록 상기 복수의 잉크젯 헤드가 설치되는 잉크젯 헤드 마운트와; 상기 잉크젯헤드 마운트가 설치되는 프레임을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 장치는 R, G, B 3색 중 중복되지 않게 어느 한 색의 잉크를 분사하는 제1, 제2 및 제3 잉크젯 헤드; 상기 제1, 제2, 제3 잉크젯 헤드 중 어느 하나의 기준 잉크젯 헤드에 대하여 다른 두 잉크젯 헤드가 3자유도의 미세 조절이 가능하도록 설치된 잉크젯 헤드 마운트; 상기 잉크젯 헤드 마운트가 설치되는 프레임; 상기 프레임을 이동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 잉크젯 헤드는 서로 나란하게 순차로 설치되고, 상기 제2 잉크젯 헤드에 대하여 상기 제1 및 제3 잉크젯 헤드는 상대 운동 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 마운트는 잉크젯 헤드가 설치되는 헤드 설치부; 상기 헤드 설치부가 미세 운동 가능하도록 상기 헤드 설치부와 이격되어 마련되는 바디부; 상기 헤드 설치부와 상기 바디부를 연결함과 동시에 상기 헤드 설치부의 변형 시 복원력을 발생시키는 탄성변형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 마운트(100) 및 이를 구비하는 잉크젯 프린트 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치를 도시한 사시도이다. 이에 도시 된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치는 R(red) 잉크를 분사하는 R 잉크젯 헤드(10), G(green)잉크를 분사하는 G 잉크젯 헤드(20), B(blue)잉크를 분사하는 B 잉크젯 헤드(30)와, 이들 잉크젯 헤드가 설치되는 잉크젯 헤드 마운트(100)와, 잉크젯 헤드 마운트(100)가 설치되는 프레임(200)과, 잉크젯 헤드 마운트(100)와 프레임(200)을 일체로 회전 및 일 방향으로 직선 이동시키는 구동부(210)를 포함한다. 구동부(210) 내부에는 프레임을 회전시키기 위한 구동모터(미도시)가 구비되어 있으며, 이 구동부(210)는 도시 되지 않은 이송기구에 매달려 일 방향으로 이송 가능하게 설치된다.
도2및 도3에 도시 된 바와 같이, R 잉크젯 헤드(10)에는 잉크를 분사하는 다수의 노즐(11)이 형성되며, 이들 노즐(11)은 일직선 상에 배열되어 하나의 노즐 라인(12)을 형성한다. 인접한 노즐(11)들은 동일한 간격으로 배치되며, 인접한 노즐(11) 중심 간의 거리를 노즐피치(NP)라 한다. G 잉크젯 헤드(20) 및 B 잉크젯 헤드(30)도 동일한 구조를 갖는다. 각 잉크젯 헤드(10,20,30)들은 평행하게 설치된다.
이하에서 설명의 편의를 위하여 각 잉크젯 헤드(10,20,30)의 길이방향을 X축 방향, 각 잉크젯 헤드(10,20,30)의 폭 방향(X축에 대하여 수직한 방향)을 Y축 방향으로 하는 좌표를 설정하여 설명하도록 하겠다.
잉크젯 헤드 마운트(100)는 소정 두께의 금속판재로 만들어진다. 잉크젯 헤드 마운트(100)에는 R,G,B 각각의 잉크젯 헤드(10,20,30)를 설치할 수 있도록 장공을 갖는 R,G,B 헤드 설치부(110,120,130)가 구비된다. R 헤드 설치부(110) 둘레는 수mm 이내 선폭의 틈새(111)가 와이어컷팅 가공으로 형성되어 있다. 따라서 R 헤드 설치부(110)는 이를 둘러싸고 있는 바디부(140)와 소정거리 이격되며, 이에 의해 R 헤드 설치부(110)가 X축 및 Y축 방향으로 미세 운동할 수 있는 공간이 확보된다. 마찬가지로, B 헤드 설치부(130)도 바디부(140)와 소정거리 이격될 수 있도록 그 둘레에 틈새(131)가 형성된다. 반면, G 헤드 설치부(120)는 그 둘레에 별도의 틈새가 형성되지 않고 바디부(140) 상에 직접 마련된다.
R 헤드 설치부(110)의 네 모서리 부분에는 R 헤드 설치부(110)와 바디부(140)를 연결하는 탄성변형부(150)가 구비된다. 탄성변형부(150)는 도3에 도시 된 바와 같이 R 헤드 설치부(110)의 일측 모서리 부근에서 절곡되어 X축 방향 및 Y축 방향 양측으로 수직하게 연장되는 형상으로 만들어진 두 개의 판스프링부(151,152)로 이루어진다. R 헤드 설치부(110)에 가까운 것을 내측 판스프링부(151) 먼 것을 외측 판스프링부(152)라 하겠다. 두 판스프링부(151,152)는 Y축 방향으로 연장된 일단부가 서로 연결되어 있으며, X축 방향으로 연장된 내측 판스프링부(151)의 타단부는 R 헤드 설치부(110) 측에 연결되고, X축 방향으로 연장된 외측 판스프링부(152)의 타단부는 바디부(140)에 연결되어 있다. 상기 판스프링부(151,152)는 그 주변부를 도시 된 바와 같은 형상으로 절삭해냄으로써 만들어진 것이다.
이와 같은 탄성변형부(150)는 R 헤드 설치부(110)의 네 모서리 부근 뿐만 아니라, B 헤드 설치부(130)의 네 모서리 부근에도 마련된다.
상기 각각의 헤드 설치부(110,120,130)와, 탄성변형부(150) 및 바디부(140)는 서로 별도의 재질로 만들어지는 것이 아니라, 하나의 금속원판을 절삭가공하여 만들어진다.
한편, 도4는 이러한 탄성변형부의 또 다른 일 예를 도시한 것으로 도3에서와 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용하여 나타낸 것이다. 도4의 탄성변형부(150`)는 두 개의 판스프링부(151`,152`)가 서로 Y축 방향에 대하여 대칭되는 형상을 갖는 다는 점에서 도3의 탄성변형부(150)와 차이가 있다.
탄성변형부의 형상은 도3 및 도4에 제시된 형상에 구애 받지 않고, 다양한 변형이 가능하며 헤드 설치부(110,130)의 미세 이동에 대하여 복원력을 제공할 수 있도록 마련된다면 본 발명의 범위에 속한다고 할 수 있다.
한편 R 헤드 설치부(110)의 미세 위치 조절을 위하여 R 헤드 설치부(110)의 일측 단변부 중앙에서 X축 방향 운동을 일으키는 제1 위치조절기(161)와, R 헤드 설치부(110)의 일측 장변부 양단에서 Y축 방향 운동을 일으키는 제2 위치조절기(162) 및 제3 위치조절기(163)가 구비된다. 제1 위치조절기(161)는 일반적인 마이크로미터와 유사한 구조로 만들어지는데, 도3에 도시 된 바와 같이 잉크젯 헤드 마운트(100)의 바디부(140) 상에 고정되는 슬리브(161a)와, 슬리브(161a) 중앙에 축방향으로 삽입 설치되어 진퇴운동하며 그 단부가 R 헤드 설치부(110)의 단변부에 접하게 되는 스핀들(161b)과, 슬리브(161a)에 대하여 회전운동하며 스핀들(161b)의 진퇴운동을 유도하는 심블(161c)로 구성된다. 스핀들(161b)은 두 탄성변형부(150) 사이의 빈 공간에서 R 헤드 설치부(110)에 접하게 설치된다.
제2 위치조절기(162)도 제1위치조절기(161)와 마찬가지로 슬리브(162a), 스핀들(162b) 및 심블(162c)로 구성된다. 제2위치조절기(162)의 스핀들(162b)이 R 헤드 설치부(110)에 맞닿게 설치될 수 있도록 제2위치조절기(162)부근의 바디부(140)와 내측 및 외측 판스프링부(151,152)에는 홀(140a,151a,152a)이 형성된다. 바디부 (140)에 형성되는 홀(140a)은 제2위치조절기(162)의 슬리브(162a)를 고정할 수 있도록 슬리브(162a) 외경과 동일한 직경을 갖도록 하는 것이 바람직한 반면, 내측 및 외측 판스프링부(151,152)에 형성되는 홀(151a,152a)은 내측 및 외측 판스프링부(151,152)가 유동될 수 있도록 슬리브의 외경보다 큰 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
제3 위치조절기(163)는 제2 위치조절기(162)와 동일한 구성 및 설치구조를 갖는다.
도5a는 제1 위치조절기(161)에 의한 R 헤드 설치부(110)의 미세 움직임과 탄성변형부(150)의 변형을 도시한 것이다. 제1위치 조절기(161)의 심블(161c)을 조작하여 스핀들(161a)을 R 헤드 설치부(110)를 향하여 전진 시키면, 스핀들(161a)이 R 헤드 설치부(110)를 -X축 방향으로 미세 이동시키게 된다. 그리고 R 헤드 설치부(110)에 연결되어 있는 탄성변형부(150)가 도시 된 바와 같은 형상으로 변형된다. 변형된 탄성변형부(150)는 R 헤드 설치부(110)를 이동 전의 중립 위치로 복귀시키는 복원력을 발생시키게 된다. 따라서 스핀들(161a)을 반대방향으로 이동시키면 탄성변형부(150)의 복원력에 의해 R 헤드 설치부(110)가 다시 종전과 반대방향으로 미세 이동하게 된다.
R 헤드 설치부(110)가 중립위치에 있을 때 스핀들(161b)을 R 헤드 설치부(110)에 대하여 전진시킬 때는 R 헤드 설치부(110)가 밀리면서 탄성변형부(150)가 변형되고 복원력이 발생하게 되나, 반대로 스핀들(161b)을 바깥쪽으로 후퇴시킬 때는 R 헤드 설치부(110)가 중립위치에서 정지해 있게 된다. 따라서 R 헤드 설치부 (110)의 중립위치는 R 헤드 설치부(110)를 이동시키고자 하는 미세 운동영역의 중심부에서 바깥쪽으로 전체 미세운동영역의 1/2만큼 오프셋을 주어 설계하는 것이 바람직하다.
도5b는 제2 위치조절기(162)에 의한 R 헤드 설치부(110)의 미세 움직임과 탄성변형부(150)의 변형을 도시한 것이다. 도5a에서와 마찬가지로 제2 위치조절기(162)의 스핀들(162b)을 진퇴이동 시킴에 따라 R 헤드 설치부(110)의 일 단부가 Y축 방향을 따라 움직이게 된다.
R 헤드 설치부(110)의 실제적인 미세 운동은 수십 나노미터 단위까지 매우 정밀하게 제어되기 때문에, 이러한 동작을 가시적으로 확인하기는 어렵다. 도5a 및 도5b는 설명의 편의상 이를 매우 과장하여 표현한 것이다.
이상에서는 R 헤드 설치부(110)를 미세 조절하기 위한 제1, 제2 및 제3 위치조절기(161,162,163)에 대하여만 설명하였으나, B 헤드 설치부(130) 둘레에도 B 헤드 설치부(130)를 미세 조절하기 위한 제4, 제5 및 제6 위치조절기(164,165,166)가 설치된다(도2 참조). 제4 위치조절기(164)는 B 헤드 설치부(130)를 X축 방향으로 미세 이동시키기 위한 것이며, 제5 및 제6 위치조절기(165,166)는 B 헤드 설치부(130)의 양측 단부를 각각 Y축 방향으로 미세 이동시키기 위한 것이다.
다음은 도6를 참조하여 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치의 전체적인 동작을 설명한다.
TFT-LCD의 칼라필터 용 유리 패널(300)에는 도시 된 바와 같이 수많은 픽셀 공동(pixel cavity)들이 일정 간격으로 행과 열을 이루고 있다. 각각의 공동에는 특정 색의 잉크가 도포되어야 하는데, R(red)잉크가 도포되어야 할 R열(RL), G(green)잉크가 도포되어야 할 G열(GL), B(blue)잉크가 도포되어야 할 B열(BL)의 3열이 상하로 반복적으로 형성되어 있다. 동일한 색이 도포되어야 할 픽셀 간의 상하거리, 예를 들어 하나의 R열로부터 다음 R열 까지의 거리가 픽셀피치(PP)가 된다. 한편, 픽셀들의 간격은 칼라필터의 모델마다 서로 다르게 정해진다.
정해진 모델에 따른 유리 패널(300)을 준비하고, 이 유리 패널(300) 상에 잉크젯 프린트 장치를 도시 된 바와 같이 위치시킨다.
다음으로 세 개의 잉크젯 헤드(10,20,30) 중 G 잉크젯 헤드(20)를 기준으로 하여 잉크젯 헤드 마운트(100)를 유리 패널(300) 상에 정렬한다. 일반적으로 잉크젯 헤드(20)의 노즐(21)들 간의 간격인 노즐피치(NP)와 유리 패널(300) 상의 픽셀 간격인 픽셀피치(PP)는 동일하지 않기 때문에, 각각의 노즐(21)들이 각 픽셀 상에 일치되도록 하기 위하여는 픽셀 열의 방향과 노즐라인(22)이 소정의 각을 이루도록 잉크젯 헤드 마운트(100)를 회전시켜야 한다. 편의상 도면상에서 동일한 색깔의 잉크가 도포되는 픽셀들이 이루는 열의 방향을 X`축 방향, 이에 수직한 방향을 Y`축 방향이라 하면, G 잉크젯 헤드(20)의 노즐라인(22)과 Y`축 방향이 이루는 각 θ=arcos(픽셀피치/노즐피치)가 된다. 구동부(210)를 구동하여 프레임(200)과 함께 잉크젯 헤드 마운트(100)를 θ만큼 회전시켜 G 잉크젯 헤드(20)의 노즐(21)들을 G열(GL)들의 픽셀들에 일치시킨다. 물론 이때 X`축 및 Y`축 방향으로의 직선운동이 요구 될 수도 있다. 잉크젯 프린트 장치의 이송방향은 X`축 방향이고, 유리 패널(300)의 이송방향은 Y`축방향으로 설정되므로, 유리 패널(300)과 잉크젯 헤드 마운 트(100)를 X`축 및 Y`축 방향을 따라 이송시켜 G 잉크젯 헤드(20)의 노즐(21)을 픽셀에 일치시킬 수 있다. G 잉크젯 헤드(20)의 정렬 시 G 잉크젯 헤드(20)의 노즐(21)과 유리 패널(300) 픽셀의 일치 여부는 잉크젯 프린트 장치 상에 별도로 마련되는 고배율 카메라(220)를 이용하여 관찰하게 된다.
G 잉크젯 헤드(20)의 정렬이 완료된 상태에서, 나머지 R 잉크젯 헤드(10)와 B 잉크젯 헤드(30)의 노즐(11,31)들은 유리 패널(300) 상의 픽셀에 대하여 어느 정도의 불일치가 발생할 수 있다. 왜냐하면 각 유리 패널(300) 마다 픽셀들의 배열 간격이 동일하지 않기 때문이다. 이러한 불일치는 R 잉크젯 헤드(10)와 B 잉크젯 헤드(30)에 미세 움직임을 가하여 제거할 수 있다. 우선, 고배율 카메라(220)를 이용하여 R 잉크젯 헤드(10)의 노즐(11) 배치상태와 픽셀간의 불일치 정도를 관측하여 R 잉크젯 헤드(10)가 이동하여야 할 X축 방향 이동량 Δx, Y축 방향 이동량 Δy, 그리고 XY평면상에서의 회전량 Δα을 계산한다. 제1 위치조절기(161)를 이용하여 R 잉크젯 헤드(10)를 X축 방향으로 Δx만큼 이동시킨다. 마찬가지로 제2 위치조절기(162) 및 제3 위치조절기(163)를 이용하여 R 잉크젯 헤드(10)를 Y축 방향으로 Δy만큼 이동시킨다. R 잉크젯 헤드(10)를 Y축 방향으로 직선운동시키기 위하여는 R 잉크젯 헤드(10)의 양단부를 동일한 거리만큼 이동시켜야 한다. 제2 및 제3 위치조절기(162,163)를 이용하여 R 잉크젯 헤드(10)의 양단부를 Y축 상에서 서로 반대방향으로 이동시키면 회전운동이 유도된다. 이렇게 하여 다시 R 잉크젯 헤드(10)를 Δα만큼 회전시킨다. 제1, 제2 및 제3 위치조절기(161,162,163)의 조작에 의하여 R 잉크젯 헤드(10)는 X축 방향 및 Y축 방향의 병진운동과, XY 평면상에서의 회전운 동을 하게 된다. 즉, R 잉크젯 헤드(10)는 3자유도 운동하며, 이는 평면운동하는 강체의 운동 기술에 필요한 모든 방향으로 운동 가능함을 의미한다.
마찬가지로, B 잉크젯 헤드(30)도 제4, 제5 및 제6 위치조절기(164,165,166)를 조작하여 유리 패널(300)의 픽셀 상에 정렬 할 수 있다. B 잉크젯 헤드(30) 역시 3자유도의 운동 방향성을 갖게 된다.