KR100985161B1 - 잉크젯 헤드 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 헤드가 개시된다. 잉크를 저장하는 리저버, 리저버로부터 잉크를 공급 받는 챔버, 리저버와 챔버를 연결하는 리스트릭터, 잉크를 토출하는 노즐, 및 챔버와 노즐 사이에 개재되는 댐퍼를 포함하는 잉크젯 헤드로서, 챔버, 리저버, 리스트릭터 및 댐퍼가 형성되는 몸체부; 및 몸체부에 접합되며, 노즐이 형성되는 노즐판을 포함하며, 노즐판은 투명한 재질로 이루어지고, 노즐판에는 노즐과 이격되어 형성되며, 노즐에 형성되는 매니스커스를 관측하기 위한 관측창이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드는, 노즐판에 관측창을 형성함으로써, 노즐에 형성되는 매니스커스를 용이하게 관찰할 수 있으며, 그 결과 잉크의 토출특성을 효과적으로 파악할 수 있다.
잉크젯, 헤드, 관측창, 매니스커스

Description

잉크젯 헤드{ink-jet head}
본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
잉크젯 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적의 형태로 토출되도록 하는 원리를 이용한 것이다. 이러한 잉크젯 헤드는 챔버, 리스트릭터, 노즐, 댐퍼 등의 다양한 부품을 각각의 층에 가공을 한 후, 가공된 각각의 층을 서로 접합하여 제작한다. 이러한 잉크젯 기술은 기존의 종이 및 섬유에 인쇄하는 그래픽 잉크젯 산업뿐만 아니라, 최근에는 프린트 기반, LCD 패널 등의 전자 부품 제작에도 잉크젯 기술의 사용이 확대되고 있다.
최근에는 전자부품 제조분야에 잉크젯 프린팅 기술이 적용되고 있는데, 이러한 전자제품 제조분야에서는 토출 액적의 크기 및 속도의 편차 등과 같은 토출특성에 대한 제어기술이 기본적으로 요구되고 있다.
이러한 토출특성은, 잉크젯 헤드를 구동하였을 때 해당 노즐에 형성되는 매니스커스의 움직임에 의존하므로, 잉크젯 헤드의 토출특성을 파악하기 위해서는 노 즐에 형성되는 매니스커스를 관측할 필요가 있다.
본 발명은 잉크의 토출특성을 파악하기 위해 노즐에 형성되는 매니스커스를 용이하게 관측할 수 있는 잉크젯 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잉크를 저장하는 리저버, 리저버로부터 잉크를 공급 받는 챔버, 리저버와 챔버를 연결하는 리스트릭터, 잉크를 토출하는 노즐, 및 챔버와 노즐 사이에 개재되는 댐퍼를 포함하는 잉크젯 헤드로서, 챔버, 리저버, 리스트릭터 및 댐퍼가 형성되는 몸체부; 및 몸체부에 접합되며, 노즐이 형성되는 노즐판을 포함하며, 노즐판은 투명한 재질로 이루어지고, 노즐판에는 노즐과 이격되어 형성되며, 노즐에 형성되는 매니스커스를 관측하기 위한 관측창이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드를 제공할 수 있다.
이 때, 몸체부는 실리콘 재질로 이루어지고, 노즐판은 글래스 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 노즐판에 관측창을 형성함으로써, 노 즐에 형성되는 매니스커스를 용이하게 관찰할 수 있으며, 그 결과 잉크의 토출특성을 효과적으로 파악할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 관측창과 노즐을 확대하여 나타내는 저면도이며, 도 3은 도 1의 관측창과 노즐을 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 몸체부(10), 챔버(12), 리저버(13), 리스트릭터(14), 댐퍼부(15), 유입구(16), SOI 기판(20, 30), 상부 실리콘층(21, 31), 절연층(22, 32), 하부 실리콘층(23, 33), 노즐판(40), 노즐(42), 관측창(44)이 도시되어 있다.
챔버(12)는 잉크를 수용하며, 진동판(31)의 상면에 형성되는 액추에이터(미 도시) 등에 의해 압력이 가해지면, 수용된 잉크를 노즐(42) 방향으로 이동시켜 잉크가 토출 될 수 있도록 하는 수단이다.
리저버(13)는 유입구(16) 등을 통해 외부로부터 잉크를 공급 받아 이를 저장하고, 상술한 챔버(12)에 잉크를 공급해주는 수단이다.
리스트릭터(14)는 상술한 리저버(13)와 챔버(12)를 연통시키며, 리저버(13)와 챔버(12) 사이에서 발생하는 잉크의 흐름을 조절하는 기능을 수행하는 수단이다. 이러한 리스트릭터(14)는 리저버(13) 및 챔버(12)보다 작은 단면적을 갖도록 형성되며, 액추에이터(미도시)에 의해 진동판(31)이 진동하는 경우 리저버(13)로부터 챔버(12)로 공급되는 잉크의 양을 조절할 수 있다.
노즐(42)은 챔버(12)와 연결되어 챔버(12)로부터 잉크를 공급받아 잉크를 분사하는 기능을 수행한다. 액추에이터에 의해 발생한 진동이 진동판을 통하여 챔버(12)에 전달되면, 챔버(12)에는 압력이 가해지고, 이 압력에 의해 노즐(42)이 잉크를 분사할 수 있게 된다.
한편, 상술한 챔버(12)와 노즐(42) 사이에는 댐퍼부(15)가 형성된다. 댐퍼부(15)는 챔버(12)에서 발생된 에너지를 노즐(42) 측으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충 하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 잉크젯 헤드는 크게 몸체부(10)와 노즐판(40)으로 이루어진다. 몸체부(10)에는 상술한 챔버(12), 리저버(13), 리스트릭터(14) 및 댐퍼부(15)가 형성되며, 노즐판(40)에는 상술한 노즐(42) 및 관측창(44)이 형성된다.
관측창(44)은 노즐(42)의 내부 및 노즐(42)에 형성되는 매니스커스(50)를 관측하기 위한 것으로서, 노즐(42)과 이격된 곳에 형성된다. 노즐(42)의 측면에 형성되는 관측창(44)은 노즐 내부 및 노즐(42)에 형성되는 매니스커스(50)를 관측할 수 있을 만큼 근접한 부분에 형성되는 것이 좋다. 이 때, 노즐(42) 및 관측창(44)이 형성되는 노즐판(40)은 글래스 웨이퍼와 같은 투명한 재질로 이루어진다. 이러한 관측창(44) 및 노즐(42)이 확대된 모습이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
한편, 챔버(12)와 리저버(13) 등이 형성되는 몸체부(10)는, 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 실리콘 웨이퍼를 이용하여 몸체부(10)를 형성하고, 글래스 웨이퍼를 이용하여 노즐판(40)을 형성하게 되면, 몸체부(10)와 노즐판(40) 사이의 접합면에서 실리콘과 글래스 사이의 양극접합이 구현될 수 있게 되어, 견고한 결합력을 바탕으로 한, 향상된 제품의 신뢰도를 기대할 수 있게 된다.
몸체부(10)는 여러 장의 실리콘 웨이퍼가 적층된 구조로 이루어질 수도 있고, 실리콘 웨이퍼와 SOI 기판이 적층된 구조로 이루어질 수도 있으며, 단일 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에서는 두 장의 SOI 기판(20, 30)이 적층된 구조로 이루어지는 몸체부(10)를 제시한다.
실리콘층(21, 31, 23, 33) 사이에 SiO2와 같은 절연층(22, 32)이 개재되는 형태를 갖는 SOI 기판(20, 30)을 가공하여 몸체부(10)를 형성하게 되면, 상하부 실리콘층(21, 31, 23, 33) 사이에 위치한 절연층(22, 32)이 에칭장벽(etch stop)으로서의 기능을 수행할 수 있게 되어, 챔버(12), 리저버(13)의 깊이 및 진동판(31)의 두께 등을 보다 안정적으로 확보할 수 있게 된다.
이상에서는, 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구조에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 제조하는 방법에 대해, 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 충분한 두께를 갖는 글래스 웨이퍼(40')를 준비한 다음, 글래스 웨이퍼(40')의 상면에 패터닝 된 에칭레지스트(60)를 형성한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐(42) 및 관측창(44)이 형성될 부분이 선택적으로 개방된 형상의 에칭레지스트(60)를 글래스 웨이퍼의 상면에 형성하는 것이다.
그 다음, 글래스 웨이퍼(40')의 상면에 노즐(42) 및 관측창(44)에 상응하는 홈(42', 44')을 형성한다. 글래스 웨이퍼(40')의 상면을 가공하는 방법으로는 수직 형상제어에 유리한 RIE(reactive ion etching) 공정을 이용할 수 있다. 이 밖의 여러 가공 방법을 이용할 수도 있음은 물론이다.
노즐(42) 및 관측창(44)에 상응하는 홈(42', 44')이 형성되고 에칭레지스트(60)가 제거된 상태의 글래스 웨이퍼가 도 7에 도시되어 있다.
이상의 공정과 별도로, 몸체부(10)를 형성한다. 이를 위해 도 8에 도시된 바와 같이 제1 SOI 기판(30)의 상하 실리콘층(31, 33)에 챔버(12)와 유입구(16) 등을 형성하고, 도 9에 도시된 바와 같이 제2 SOI 기판(20)의 상하 실리콘층(21, 23)에 댐퍼(15)와 리저버(13) 등을 형성한 다음, 도 10에 도시된 바와 같이 이들을 접합 하는 방법을 이용할 수 있다.
본 실시예에서는 두 장의 SOI 기판(20, 30)을 이용하여 몸체부(10)를 형성하는 방법을 제시하였으나, 이 밖의 다양한 방법으로 몸체부(10)를 형성할 수도 있음은 물론이다.
그 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)의 하면에 글래스 웨이퍼 (40')를 접합하고, 글래스 웨이퍼 (40')의 하면을 연마한다. 글래스 웨이퍼 (40')를 연마하기 위하여 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용함으로써, 공정의 최적화 및 우수한 품질을 확보할 수 있다.
또한, 몸체부(10)가 실리콘 재질로 이루어지는 경우, 몸체부(10)와 노즐판(40) 사이의 접합면에서 실리콘과 글래스 사이의 양극접합이 구현될 수 있게 되어, 견고한 결합력을 바탕으로 한, 향상된 제품의 신뢰도를 기대할 수 있다.
이상의 공정을 거쳐 제조된 잉크젯 헤드의 모습이 도 12에 도시되어 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 관측창과 노즐을 확대하여 나타내는 저면도.
도 3은 도 1의 관측창과 노즐을 확대하여 나타내는 단면도.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 제조하는 방법을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 몸체부 12: 챔버
13: 리저버 14: 리스트릭터
15: 댐퍼부 16: 유입구
20, 30: SOI 기판 21, 31: 상부 실리콘층
22, 32: 절연층 23, 33: 하부 실리콘층
40: 노즐판 42: 노즐
44: 관측창

Claims (2)

  1. 잉크를 저장하는 리저버, 상기 리저버로부터 잉크를 공급 받는 챔버, 상기 리저버와 상기 챔버를 연결하는 리스트릭터, 잉크를 토출하는 노즐, 및 상기 챔버와 상기 노즐 사이에 개재되는 댐퍼를 포함하는 잉크젯 헤드로서,
    상기 챔버, 리저버, 리스트릭터 및 댐퍼가 형성되는 몸체부; 및
    상기 몸체부에 접합되며, 상기 노즐이 형성되는 노즐판을 포함하며,
    상기 노즐판은 투명한 재질로 이루어지고,
    상기 노즐판에는 상기 노즐과 이격되어 형성되며, 상기 노즐에 형성되는 매니스커스를 관측하기 위한 관측창이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 실리콘 재질로 이루어지고,
    상기 노즐판은 글래스 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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