KR101067839B1 - 잉크젯 프린트 헤드 - Google Patents

Abstract

정전기장 유도 방식을 이용하는 멀티 노즐 잉크젯 프린트 헤드가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는, 상기 노즐 마다에 형성되는 제1 전극; 및 상기 노즐과 이격된 측면에 위치하여 이웃한 어느 2개의 노즐 사이 마다를 가로막는 형태로 배치되며, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하는 제2 전극을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 인접 노즐 간 전계 간섭을 차폐함으로써 크로스토크 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

잉크젯 프린트 헤드, 정전기장 유도 방식, 멀티 노즐, 크로스토크.

Description

잉크젯 프린트 헤드{INK-JET PRINT HEAD}

본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정전기장 유도 방식을 이용하는 멀티 노즐 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.

잉크젯 프린트 헤드는 그 구동 방식에 따라 크게 서멀젯 방식(thermal jet type), 압전 방식(piezo type), 정전기장 유도 방식(electrostatic type)으로 나뉜다. 서멀젯 방식은 가열 히터 등을 구비함으로써 잉크 가열시 발생하는 기포의 팽창력을 이용하여 잉크를 토출(분사)시키는 방식이고, 압전 방식은 인가 전압에 따라 팽창 또는 수축하는 압전 물질을 포함한 압전 액츄에이터를 구비함으로써 기계적 떨림 혹은 팽창력을 이용하여 잉크를 토출시키는 방식이다.

서멀젯 방식은 가열 방식을 이용하고 있기 때문에 잉크 재료가 한정되며 잉크 분사량이 고정되는 문제가 있고, 압전 방식은 구조적으로 복잡하여 제조 단가가 상승하며 잉크 굳음으로 인한 노즐 막힘 현상이 자주 발생하는 문제가 있다.

정전기장 유도 방식은 전극 간에 유도된 정전기적 인력을 이용하여 잉크를 토출시키는 방식으로서, 상기의 다른 방식들에 비해 구조가 간단하며 소비 전력이 작은 강점이 있다. 그러나 최근 고해상도의 인쇄 품질에 관한 요구 및 고속 인쇄의 요구가 증가함에 따라, 멀티 노즐(즉, 복수개의 노즐)을 구비한 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서 인접 노즐 간의 정전기장에 의한 간섭의 문제(즉, 크로스토크 현상의 발생 문제)가 크게 대두되고 있다.

고해상도의 인쇄 품질의 확보 및 고속 인쇄를 위해서는 잉크젯 프린트 헤드의 고밀도화 및 고집적화가 필수적인데, 이와 같은 경우 인접 노즐 간의 이격 거리가 점점더 가까워지면서 인접 노즐 간의 전계 간섭이 심해져 노즐 마다의 독립적 구동에 악영향을 미치고 있다. 따라서, 노즐별로 독립적으로 고속의 동작 및 정확한 위치로의 잉크 토출을 가능하게 하기 위해서는, 멀티 노즐을 구비한 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에서 상기와 같은 전계 간섭의 문제는 반드시 해결될 필요가 있다.

또한, 기존의 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 경우에는, 노즐 주변에 위치하는 토출 전극과 상기 노즐과 대향하여 위치하는 대향 전극 간에 구동 전압을 인가하는 방식을 이용하였다(도 8a 및 도 8b의 좌측 도면 참조). 그러나 기존의 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 의하면, 상기와 같은 대향 전극을 구비하여야 했던 이유로, 전체 장치의 크기, 부피가 증가함은 물론 구동 회로의 연결 구조가 복잡한 문제가 있었다.

본 발명은 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 인접 노즐 간 전계 간섭을 차폐함으로써 크로스토크 현상을 방지할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드가 제공된다.

또한, 본 발명은 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 측면 배치 방식의 전극 구조를 통해 잉크젯 프린트 헤드 전체의 장치 구성의 관점 및 설계의 관점에서 유리한 잉크젯 프린트 헤드가 제공된다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 상기 노즐 마다에 형성되는 제1 전극; 및 상기 노즐과 이격된 측면에 위치하여 이웃한 어느 2개의 노즐 사이 마다를 가로막는 형태로 배치되며, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하는 제2 전극을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 전극은 상기 노즐의 표면 중 적어도 일부분을 도전성 물질로 코팅함에 의해 형성되거나, 또는 상기 노즐의 적어도 일부분이 도전성 재질로 제작됨에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 상기 노즐을 통해 토출될 잉크와 접하도록 형성된 제1 전극; 및 상기 노즐과 이격된 측면에 위치하여 이웃한 어느 2개의 노즐 사이 마다를 가로막는 형태로 배치되며, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하는 제2 전극을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 전극은 상기 노즐 별로 따로 구비될 수 있다.

상술한 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드는 하기의 특징들을 공유할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은 상기 노즐과 이격된 양방 측면에 위치할 수있다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은 상기 노즐의 측면을 사방에서 에워싸도록 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제2 전극은 사각 기둥 형상의 외형을 갖도록 제작될 수 있다. 또는, 상기 제2 전극은 상기 노즐을 중심으로 하여 동일 반경을 갖는 원기둥 형상의 외형을 갖도록 제작될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 전극은 상기 노즐의 정면에도 더 위치하되, 상기 노즐 정면의 상기 제2 전극 중 상기 노즐의 잉크 토출구의 위치에 상응하는 부위에는 개구가 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 노즐의 잉크 토출 방향의 끝단은 상기 제2 전극의 끝단보다 낮게 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 구동 전원을 제공하기 위한 구동 회로부를 더 포함하되, 상기 구동 회로부는 잉크 토출을 위한 토출 전압을 상기 제1 전극에 상기 노즐 별로 독립적으로 인가하고, 접지 전압을 상기 제2 전극에 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 구동 전원을 제공하기 위한 구동 회로부를 더 포함하되, 상기 구동 회로부는 잉크 토출을 위한 토출 전압을 상기 제2 전극에 상기 노즐 별로 독립적으로 인가하고, 접지 전압을 상기 제1 전극에 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복수개의 노즐은 상호간 동일 간격만큼 이격되어 일렬로 정렬 배치될 수 있다. 또는, 상기 복수개의 노즐은 상호간 이격되어 2차원 정렬 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 인접 노즐 간 전계 간섭을 차폐함으로써 크로스토크 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 측면 배치 방식의 전극 구조를 통해 잉크젯 프린트 헤드 전체의 장치 구성의 관점 및 설계의 관점에서 유리한 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

본 발명은, 멀티 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 상기 노즐 마다에 형성되거나 또는 상기 노즐을 통해 토출될 잉크와 접하도록 형성되는 제1 전극과, 상기 노즐과 이격된 다방 측면에 위치함으로써 인접한 어느 2개의 노즐 사이 사이를 가로막는 형태로 배치되며, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하는 제2 전극을 포함함을 그 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 첫 번째 특징은, 기존의 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드가 토출 전극과 이와 대향 위치하는 대향 전극에 의한 대향 전극 구조를 갖는다는 점과 비교할 때, 본 발명이 채용하고 있는 전극 구조가 제1 전극과 이의 측면 방향에 위치하는 제2 전극에 의한 측면 전극 구조(다만, 이와 같은 표현이 후술할 정면 전극을 더 포함하는 경우를 배제하는 것은 아님, 이하 이와 같음)로 이루어지고 있다는 점에 있다.

본 발명의 두 번째 특징은, 제1 전극의 측면에 위치하는 상기 제2 전극이 단순히 전원 인가를 위한 전극으로서만 역할하는 것이 아니라, 인접한 노즐 간의 전계 간섭에 의한 크로스토크를 방지하는 차폐벽으로서의 역할도 함께 수행한다는 점에 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 제2 전극은, 상기 제1 전극의 양방 측면에만 배치될 수도 있지만(도 1 및 도 2의 실시예 참조), 그 차폐 효율을 보다 향상시키기 위한 방법으로서, 제1 전극의 측면을 사방에서 에워싸도록 배치되는 형태로 제작될 수도 있고(도 3의 실시예 참조), 제1 전극의 양방 측면은 물론 그 정면에 배치되는 형태로 제작될 수도 있으며(도 4 및 도 5의 실시예 참조) 또는 제1 전극의 사방 측면은 물론 그 정면에 배치되는 형태로 제작될 수도 있다(도 6의 실시예 참조). 또한, 제2 전극은 제1 전극 간에 형성될 정전기적 인력의 균형 혹은 대칭성 확보를 위해 원기둥 형상으로 제작될 수도 있다(도 8a의 우측 그림 참조).

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 여러 실시예들에 관하여 차례차례 설명하되, 실시예별로 중복될 수 있는 내용에 관한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 여기서, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드를 일 방향에서 바라본 측단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는, 복수개의 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)과, 그 복수개의 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4) 개개 마다에 형성된 제1 전극(110-1, 110-2, 110-3, 110-4)과, 인접한 어느 2개의 노즐 사이 마다에 위치한 제2 전극(120)을 포함한다.

도 1 및 도 2(도 3 내지 도 6도 이와 같음)에 도시된 잉크젯 프린트 헤드는, 인접한 2개의 제2 전극(120) 사이 마다에는 절연 물질(30)이 개재되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 이는 장치 구성의 일 예에 불과할 뿐, 반드시 이와 같은 구성을 구비하여야 하는 것이 아님을 해당 기술 분야의 당업자라면 자명히 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드는 본 명세서에 첨부된 도면을 통해 도시된 바와 같은 기계적 방식의 결합으로서 구현될 수도 있지만, MEMS(Microelectromechanical system) 기술을 통해 구현될 수 있음이 바로 그것이다.

또한 이와 유사한 관점에서, 도 1 및 도 2에서는 노즐, 제1 전극 그리고 제2 전극만을 중심으로 도시하고 있지만, 이것이 잉크젯 프린트 헤드를 구성할 다른 구성요소들이 배제됨을 의미하는 것은 아님도 당연하다. 즉, 도 1 및 도 2는 도면 도시의 편의상 본 발명의 핵심 특징과 직접적으로 연관된 구성요소들만을 중심으로 도시한 것에 불과한 바, 잉크젯 프린트 헤드가 정상적인 동작을 수행하기 위해 필요한 기타의 다른 구성요소들(예를 들어, 잉크 공급부, 구동 회로부, 구동 제어부, 헤드 이송부 등등)도 포함될 수 있는 것이다. 다만, 이와 같은 기타의 구성요소들은 공지의 요소들이 그대로 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드에 적용될 수 있는 것인 바, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 도 1 및 도 2(도 3 내지 도 6도 이와 같음)에서는 도면 도시의 편의상 단 4개의 노즐만을 도시하고 이들이 서로 동일 간격 만큼씩 이격된 상태로 일렬로 정렬 배치된 경우를 가정하고 있다.

그러나 멀티 노즐을 구비한 잉크젯 프린트 헤드는 보다 많은 수의 노즐을 구비할 수 있으며, 또한 이외에도 다양한 노즐 배치 방식(예를 들어, 멀티 노즐이 n × n 행렬 형태 등과 같이 다양한 형태로 2차원 배열되는 경우 등)이 채용될 수 있음은 물론이다. 이와 같은 경우, 본 발명에서의 제2 전극의 배치 방식 또한 잉크젯 프린트 헤드에 구비되는 노즐의 수 및 채용된 노즐 배치 방식에 상응하여 다양히 변형될 수 있을 것이다. 다만, 이하의 모든 설명에서는 설명의 편의상, 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드가 첨부된 도면에서와 같은 노즐 배치 방식을 갖는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 전극(110-1, 110-2, 110-3, 110-4)은 각각의 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4) 마다에 형성된다. 이는 각각의 노즐 마다를 독립적으로 구동(동작)시키기 위함이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 제1 전극(110- 1, 110-2, 110-3, 110-4)은 기존과 달리 각 노즐의 잉크 토출구 주변 등에 형성되는 것이 아니라, 노즐 자체에 함께 형성된다.

이를 위해, 제1 전극은 노즐 표면의 적어도 일부분(예를 들어, 잉크 토출부 또는/및 그와 인접한 노즐 부위 등) 혹은 노즐 내부의 적어도 일부분면을 도전성 물질로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 노즐 자체 혹은 노즐의 적어도 일부분 자체가 도전성 재질을 갖도록 제작됨으로써, 그 부분이 그대로 제1 전극으로서 활용될 수도 있다. 여기서, 도전성 물질/재질은 일반적으로 전기전도성이 높은 금속(metal)과 같은 물질을 의미할 수도 있지만, 이외에도 전기전도성을 가져 전극 재료로서 사용될 수 있는 기타 공지의 물질들일 수도 있음은 자명하다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서는 제1 전극을 노즐 자체에 함께 형성시키고 있기 때문에, 기존과 달리 노즐 따로 그리고 전극 따로 구비하여야 할 필요가 없어, 장치 구성을 단순화시킬 수 있는 이점이 있다. 이는 이하 설명할 도 3 내지 도 6에서도 마찬가지이다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 전극(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)의 양쪽 측면에 각각 위치함으로써, 인접한 어느 2개의 노즐 사이를 각각 공간적으로 격리(분리)시킨다.

즉, 본 발명에서, 제2 전극(120)은, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하기 위한 전극으로서의 기능을 수행함과 아울러, 각각의 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4) 의 독립 구동 과정에서 인접 노즐 간에 발생하는 전계 간섭에 의한 크로스 토크 현상을 방지하기 위한 일종의 차폐벽으로서의 기능도 수행한다.

기존의 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 경우, 이하 설명할 도 8a 및 도 8b의 각각의 좌측 도면에서와 유사하게, 노즐과 정면 방향으로 대향되는 위치에 전극이 배치되는 대향 전극 구조를 가지고 있었기 때문에, 상기와 같은 인접 노즐 간의 크로스토크 문제를 해결하기 위해서는 노즐 주변에 별도의 물리 장벽 등을 두었어야 했다. 이는 전체적인 장치 구성 및 설계를 복잡/번잡하게 하는 요인이 되었으며, 또한 전계 간섭에 관한 차폐 효율도 좋지 않았었다.

이에 비해, 본 발명에서 인접 노즐 간의 전계 간섭을 방지하는 차폐벽으로서 기능하는 것은 제2 전극(120) 자체인 바, 위의 둘을 따로 둘 필요가 없어 그 장치 구성 및 설계의 간편성이 확보됨은 물론, 그 차폐 효율도 보다 개선되는 효과가 있다. 이는 노즐 주변의 토출 전극과 대향 위치하는 대향 전극(예를 들어, 도 8a 및 도 8b의 좌측 도면의 참조번호 125 참조) 사이에 전계가 형성되는 기존의 전극 배치 구조와는 달리, 본 발명은 제1 전극과 그 측면 방향에 위치한 제2 전극 사이에 전계가 형성되는 전극 배치 구조를 갖는다는 점에서 기인한다. 즉, 본 발명은 측면 전극 구조라는 특수한 전극 배치 구조를 가짐에 따라, 인접 노즐에 미치는 전계 간섭의 영향성(가능성) 자체가 애초에 기존의 대향 전극 구조에 비해 낮을 수 밖에 없다. 또한, 본 발명에서는 차폐벽으로서 기능하는 부분 자체가 전압이 인가되는 전극이라는 점도 전계 간섭의 차폐 효율을 높이는 요소로서 작용한다.

상기와 같은 제2 전극에 의한 전계 간섭 차폐의 원리는 도 3 내지 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예들에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서도 동일히 적용된다. 이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들을 설명하되, 앞서 설명한 도 1 및 도 2에서와 중복될 수 있는 내용에 관한 설명은 생략하고 구별되는 차이점(즉, 제2 전극의 배치 방식, 형상의 차이점)을 중심으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 여기서, 도 5는 도 4에 도시된 잉크젯 프린트 헤드를 일 방향에서 바라본 측단면도이다. 도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 도 1 및 도 2의 경우와 비교할 때, 제2 전극의 배치 방식에 차이점을 갖고 있다.

도 3에서 제2 전극(120a)은 도 1 및 도 2의 제2 전극(120)에서와 같은 측면 전극 구조를 유지하면서도, 노즐(100-1, 100-2, 100-3, 100-4) 마다의 사방 측면에 각각 위치함으로써 인접한 어느 2개의 노즐 사이를 공간적으로 격리시키고 있다는 점에서 특징을 갖고 있다. 이에 의하면, 양방 측면에 위치할 때보다 전계 간섭의 차폐 효율이 향상되는 이점이 있다.

도 3에서 제2 전극(120a)은 사각 기둥 형상의 외형을 갖는 것으로 도시되고 있지만, 사방 측면에 위치함으로써 노즐을 측면 방향에서 완전히 에워싸는 형태로 배치되기만 한다면 위와는 다른 형상을 갖도록 제작되어도 무방하다. 예를 들어, 삼각 기둥 형상, 육각 기둥 형상 등의 다각 기둥 형상은 물론, 원기둥 형상을 가질 수도 있으며, 윗면과 아랫면의 면적 또는 직경이 서로 상이하게 제작되거나, 기둥면이 직선 형태가 아닌 곡선 형태를 갖도록 제작될 수도 있음은 물론이다.

다만, 사각 기둥 형상으로 제작하는 경우에는 도 3을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 제2 전극을 일체로 설계/제작하기가 간편함은 물론, 인접한 전극 간의 경계면이 완전히 면접될 수 있어 장치의 고밀도화, 고집적화에도 도움을 줄 수 있다.

이외에도, 어느 하나의 노즐을 중심으로 동일 반경을 갖는 원기둥 형상으로 제작하는 경우(도 8a의 우측 도면 참조)에는 제1 전극과 제2 전극 간에 형성될 정전기력의 균형성/대칭성이 확보된다는 이점이 있다.

위와 같은 내용은 앞서 설명한 도 1 및 도 2에서는 물론, 이하 설명할 도 4 내지 도 6에서도 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

도 4 내지 도 6에서, 제2 전극은 각각의 노즐을 기준으로 다방 측면 및 그 노즐의 정면에 위치한다는 점에서 도 1 내지 도 3에서와는 또다른 특징을 가지고 있다.

먼저, 도 4 및 도 5의 경우, 제2 전극(120b)은 노즐의 양방 측면 및 정면에 위치함으로써, 인접한 어느 2개의 노즐 사이를 공간적으로 격리시킨다는 점에서 특 징이 있다. 또한, 도 6의 경우, 제2 전극(120c)은 노즐의 사방 측면 및 정면에 위치한다.

이와 같이, 노즐의 정면 방향에도 차폐벽 및 전극의 기능을 함께 수행하는 제2 전극을 위치시키게 되면, 노즐의 정면 방향을 통해 인접한 노즐로 전달될 가능성이 있는 전계를 차폐시킬 수 있어, 전계 간섭의 차폐 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한 상기와 같은 경우, 제2 전극이 노즐의 정면에도 위치하게 되기 때문에, 제2 전극이 노즐의 측면에만 위치하는 경우보다 전기장의 세기가 증가하여 잉크의 토출이 보다 용이하게 되는 이점이 있다.

아울러, 제2 전극이 노즐의 정면에도 더 위치하는 경우에는, 기판 등과 같은 인쇄 대상물은 물론 외부로부터 유발될 수 있는 전기장의 영향도 차단할 수 있어, 보다 안정적인 잉크 토출을 할 수 있다는 이점이 있다.

다만, 상기와 같이 제2 전극이 노즐 정면에도 위치하는 경우에는, 그 노즐 정면의 제2 전극 중 노즐의 잉크 토출구의 위치에 상응하는 부위에는 개구(121)가 각각 형성될 필요가 있다. 특히, 도 6과 같은 경우, 제2 전극(120c)은 그 개구(121)를 제외하면 노즐을 완전히 에워싸는 형태로 제작되고 있어, 그 차폐 효율이 극대화될 것임을 쉽게 짐작할 수 있다.

이하, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동 원리와, 도 7c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤 드에서의 잉크 토출 원리를 간략히 설명하기로 한다. 도면 설명시 그 설명의 편의를 위해, 노즐은 참조번호 100번으로 통칭한다.

도 7a 및 도 7b는 앞서 설명한 도 4 내지 도 6과 같이, 노즐 정면에도 제2 전극이 위치하고 있는 실시예를 가정하여, 제1 전극과 제2 전극(120b 또는 120c) 간에 구동 전압을 인가한 경우를 예시하고 있다.

여기서, 도 7a는 제1 전극이 노즐(100) 마다에 함께 형성된 경우를 중심으로 도시하였고, 도 7b는 제1 전극이 노즐(100)과는 별도로 형성시킨 경우를 도시하였다.

즉, 앞선 도 1 내지 도 6의 경우, 제1 전극이 노즐에 함께 형성되어 있는 경우를 중심으로 도시 및 설명하였지만, 제1 전극은 반드시 노즐 자체에 형성될 필요는 없다. 제1 전극은 노즐과 떨어진 부분에 존재할 수도 있으며, 이 경우에는 노즐 자체 혹은 노즐의 일부가 도전성 물질로 형성되거나 코팅될 필요가 없다. 예를 들어, 노즐은 그 자체가 유전 물질로서 제작될 수도 있는 것이다.

결론적으로, 제1 전극은 제2 전극과의 관계에서 정전기장의 유도에 따라 노즐로부터 잉크를 토출시킬 수 있게 하는 기능만을 수행하면 되는 바, 노즐을 통해 토출될 잉크와 접하도록만 형성되어 있기만 해도 족한 것이다. 도 7b는 이러한 점을 명확히 보여주고 있다. 이때, 제1 전극은 도 7b를 통해 도시된 바와 같이 노즐 별로 따로 구비될 수도 있고, 또는 잉크가 저장될 전체 저장소 또는 유로에 담궈져 전선을 통해 단 하나의 공통 전압을 인가받도록 구비될 수도 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 측면 전극 구조를 가짐으로써 제1 전극과 그 측면에 위치한 제2 전극 간에 구동 전압을 인가(물론, 도 7a 및 도 7b의 경우에는 노즐 정면에도 제2 전극이 위치하고 있는 바, 그 정면의 제2 전극에도 전압이 인가됨)함으로써, 노즐의 잉크 토출부로부터 잉크는 노즐 전방에 놓일 특정의 인쇄 대상물에 토출된다. 이는 도 11a 및 도 11b를 통해서도 명확히 확인되고 있다.

도 11a 및 도 11b는 각각 도 10a와 도 10b의 경우를 가정하였을 때, 노즐(혹은 제1 전극)과 제2 전극 간에 형성되는 등전위선의 분포를 나타낸 도면이다. 도 11a 및 도 11b의 등전위선 분포를 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명의 측면 전극 구조를 통해서도 노즐 전방을 향해 잉크가 토출될 수 있도록 하는 정전기적 인력이 작용함으로써, 잉크는 노즐로부터 인쇄 대상물을 향해 토출되게 된다.

구동 전원(130)에 의해 인가되는 구동 전압이 변화(증가)에 따른 전극 간에 유도되는 정전기적 인력의 변화(증가)에 따라, 개별 노즐의 잉크 토출부에 형성되는 잉크 액적에 의한 메니스커스(21)도 순차적으로 변화하게 된다. 즉, 전극 간의 정전기적 인력이 증가함에 따라, 잉크 토출부에 맺히는 잉크 액적은 점점더 농축된다.

이때, 전극 간의 정전기적 인력(Fe)은 하기의 수학식에서와 같이 전기장의 세기(E)의 제곱에 비례한다.

여기서, S는 노즐로부터 토출될 액적이 구(sphere) 형태를 가질 것을 가정하였을 때의 그 액면의 표면적을 의미하고,

는 공기의 유전 상수를 의미한다.

즉, 잉크 액적의 토출 현상은 전기장의 세기에 직접적으로 영향을 받는다. 따라서, 전기장의 세기를 조절하여 잉크 액적의 토출을 제어할 수 있다. 반면, 인접 노즐 간의 크로스토크는 전기장의 세기를 변화시키므로, 잉크 토출 현상을 정확히 제어하는데 어려움을 준다. 그러나 본 명세서를 통해 제안하는 측면 전극 구조에서는 상기와 같은 크로스토크에 의한 잉크 토출 현상의 변화를 최소화할 수 있다.

상기와 같은 원리를 통해서, 잉크 토출부에 맺힌 잉크 액적 중 일부가 떨어지기 직전의 임계 상태에 있을 때까지는 도 7c에서와 같이 잉크의 낙하 방향으로 작용하는 힘(즉, 중력(F_g)과 정전기적 인력(F_e))과 그와 반대 방향으로 작용하는 힘(즉, 잉크의 표면 장력(F_st)) 간의 평형 상태가 유지된다. 이와 같은 평형 상태는 전극 간 유도되는 정전기적 인력이 더 커짐에 따라 깨지며, 이에 따라 잉크는 잉크 토출부에 맺힌 잉크 액적으로부터 분리되어 인쇄 대상물이 위치하는 방향을 향해 떨어지게 된다.

일반적으로 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서는, 노즐로부터 잉크가 토출되지 않을 정도의 전압을 각각의 노즐 마다의 전극 간에 상시 인가하고 있다가, 잉크 토출이 필요한 특정 노즐에 대하여는 상기 상시 전압과는 별개로 토출 전압을 추가 인가함으로써 노즐 별로 독립적으로 구동시키는 구동 방식을 이용한다. 예를 들어, 상시 전압으로서 1 ㎸의 직류 전압(혹은 바이어스 전압)을 모든 노즐의 전극 간에 인가하고 있다가, 실제 구동시킬 일부 노즐에 관해서만 그 상시 전압에 추가하여 펄스 형태의 0.5 ㎸ 교류 전압을 더 인가하는 구동 방식이 이용됨이 바로 그것이다. 물론 이외의 다양한 전압 인가 방식이 채용될 수 있음도 물론이다.

따라서, 도 7a 및 도 7b에서는 구동 전원(130)이 각각 하나씩의 교류 전원으로서 구현되는 것과 같이 도시되고 있지만, 이는 테스트 전원으로서 도시된 것에 불과할 뿐, 그 이상의 어떤 의미를 갖는 것은 아님을 명확히 이해하여야 할 것이다. 도 7a 및 도 7b를 통해 도시된 구동 회로의 연결 방식도 마찬가지로 일 예시 혹은 테스트를 위한 개념적 연결 방식으로 이해되어야 할 것임은 물론이다.

또한, 도 7a 및 도 7b에서는, 제2 전극이 공통 전극으로서 접지(ground)되고 제1 전극에 구동 전압이 개별적으로 인가됨으로써, 노즐별로 독립 구동되는 방식을 가정하여 도시하고 있다. 앞서 설명한 도 1 내지 도 6의 경우에도 상기와 같은 연결 방식을 가정하여 제2 전극이 이에 최적화된 배치 구조를 갖도록 도시하였다. 그러나 이와 반대의 연결 방식도 가능함은 물론이다. 즉, 각각의 노즐에 형성되는 제1 전극이 모두 접지되고, 구동 전압이 제2 전극에 개별적으로 인가됨으로써, 노즐 별로 독립 구동되는 방식도 가능하다. 다만, 이와 같은 경우에는 그에 맞게 제2 전극의 배치 구조를 도 1 내지 도 6에서와는 조금 다르게 변형시킬 필요가 있을 것이다.

도 8a 및 도 8b는 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 기존 전극 구조와 본 발명의 실시예에 의한 전극 구조를 비교한 도면이고, 도 8c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전극 구조를 예시한 도면이다. 또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 갖는 전극 구조에 있어서 전극 간 높이차에 따른 전계 세기를 나타낸 그래프이다.

도 8a 및 도 8b의 각각의 좌측 도면은 기존의 대향 전극 구조를 보여주고 있다. 이와 달리, 도 8a 및 도 8b의 각각의 우측 도면 및 도 8c는 본 발명의 측면 전극 구조의 여러가지 예를 보여준다. 본 발명의 측면 전극 구조에 있어서도, 도 8a 및 도 8b의 각각의 우측 도면의 경우보다 도 8c에 도시된 바와 같은 전극 구조가 보다 바람직할 수 있다. 이는 도 9에 도시된 전극 간 높이차에 따른 전계 세기 그래프를 통해 쉽게 확인할 수 있다.

도 9의 그래프에서, 수평축은 노즐의 잉크 토출 방향의 끝단을 기준으로 하였을 때의 제2 전극의 끝단과의 높이차를 나타내고, 수직축은 전계 세기를 나타낸다. 여기서, 수평축의 값이 음의 값을 갖는다는 것은 노즐의 끝단이 제2 전극의 끝단보다 높게 위치한다는 것을 의미하고, 반대로 양의 값을 갖는다는 것은 노즐 끝단이 제2 전극의 끝단보다 낮게 위치한다는 것을 의미한다. 도 9의 그래프를 참조 할 때, 노즐 끝단이 제2 전극의 끝단보다 낮게 위치할 때(즉, 도 8c와 같은 경우)가 전극 간 형성되는 전계의 세기(즉, 정전기적 인력의 크기)가 커짐을 알 수 있다. 이는 동일 조건의 경우(즉, 전극 간에 동일 크기의 구동 전압의 인가시)라면, 노즐 끝단이 제2 전극의 끝단보다 낮게 위치하도록 설계되는 것이 전계 효율 면에서 유리함을 보여주는 것이다.

이하, 도 10a 및 도 10b의 시뮬레이션 결과를 통해, 본 발명이 인접 노즐 간의 전계 간섭에 의한 크로스토크 현상을 충실히 방지하고 있음을 확인한다.

여기서, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 노즐 구동시 나타나는 전기력선의 분포에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면으로서, 도 10a는 인접 노즐들이 on-off-on 상태로 구동될 때를, 도 10b는 인접 노즐들이 on-on-on 상태로 구동될 때를 보여주고 있다.

도 10a의 on-off-on 상태는 물론, 도 10b의 on-on-on 상태에서도 각각의 노즐 마다의 전극 간에 형성된 전기력선의 분포를 살펴보면, 차폐벽으로서의 기능도 갖는 제2 전극에 의해 가로막혀, 인접한 2개의 노즐 상호간은 전계 간섭에 의한 영향을 받지 않고 있음이 분명히 확인되고 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 노즐 마다에 형성된 제1 전극과, 노즐의 다방 측면에 위치한 제2 전극에 의한 측면 전극 구조를 이용함으로써, 인접 노즐 간 전계 간섭을 차폐함으로써 크로스토크 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 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 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드를 일 방향에서 바라본 측단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 잉크젯 프린트 헤드를 일 방향에서 바라본 측단면도.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.

도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서의 잉크 토출 원리를 설명하기 위한 도면.

도 8a 및 도 8b는 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 기존 전극 구조와 본 발명의 실시예에 의한 전극 구조를 비교한 도면.

도 8c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전극 구조를 예시한 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 갖는 전극 구조에 있어서 전극간 높이 차에 따른 전계 세기를 나타낸 그래프.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 노즐 구동시 나타나는 전기력선의 분포에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.

도 11a는 도 10a의 경우 등전위선을 나타낸 도면.

도 11b는 도 10b의 경우 등전위선을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100-1, 100-2, 100-3, 100-4 : 노즐

110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110 : 제1 전극

120, 120a, 120b, 120c : 제2 전극

121 : 개구

Claims (15)

1. 복수개의 노즐이 구비된 정전기장 유도 방식의 잉크젯 프린트 헤드에 있어서,

   상기 노즐 마다에 형성되는 제1 전극; 및

   상기 노즐과 이격된 측면에 위치하여 이웃한 어느 2개의 노즐 사이 마다를 가로막는 형태로 배치되며, 상기 제1 전극과의 사이에서 전위차를 형성함으로써 상기 노즐로부터 잉크를 토출시키기 위한 정전기장을 유도하는 제2 전극을 포함하고,

   상기 노즐의 잉크 토출 방향의 끝단은, 상기 제2 전극의 끝단과 동등하거나 상기 제2 전극의 끝단보다 낮게 위치하는

   잉크젯 프린트 헤드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 전극은 상기 노즐과 이격된 양방 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 전극은 상기 노즐의 측면을 사방에서 에워싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2 전극은 사각 기둥 형상의 외형을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제2 전극은 상기 노즐을 중심으로 하여 동일 반경을 갖는 원기둥 형상의 외형을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2 전극은 상기 노즐의 정면에도 더 위치하되,

   상기 노즐 정면에 위치하는 제2 전극 중 상기 노즐의 잉크 토출구의 위치에 상응하는 부위에는 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1 전극은 상기 노즐의 표면 중 적어도 일부분을 도전성 물질로 코팅함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제1 전극은 상기 노즐의 적어도 일부분이 도전성 재질로 제작됨에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
11. 제1항에 있어서,

    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 구동 전원을 제공하기 위한 구동 회로부를 더 포함하되, 상기 구동 회로부는 잉크 토출을 위한 토출 전압을 상기 제1 전극에 상기 노즐 별로 독립적으로 인가하고, 접지 전압을 상기 제2 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
12. 제1항에 있어서,

    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 구동 전원을 제공하기 위한 구동 회로부를 더 포함하되, 상기 구동 회로부는 잉크 토출을 위한 토출 전압을 상기 제2 전극에 상기 노즐 별로 독립적으로 인가하고, 접지 전압을 상기 제1 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
13. 삭제
14. 제1항에 있어서,

    상기 복수개의 노즐은 상호간 동일 간격만큼 이격되어 일렬로 정렬 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
15. 제1항에 있어서,

    상기 복수개의 노즐은 상호간 이격되어 2차원 정렬 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.

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