KR101101623B1 - 잉크젯 프린트 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 리저버 내의 잉크가 유입되어 노즐로 토출되기 위해 저장되는 압력 챔버; 상기 압력 챔버와 인접하도록 구비되어 상기 압력 챔버에 잉크 토출의 구동력을 제공하는 압전체; 상기 리저버와 상기 압력 챔버의 유로가 되는 리스트릭트; 및 상기 압력 챔버 내에 형성되며, 상기 압력 챔버 내에서의 잉크 흐름에 변화를 발생하도록 하는 단차부;를 포함할 수 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드{Inkjet print head}
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전체의 구동에 의해 압력변화가 발생하는 압력 챔버를 단구조로 형성하여 동일한 크기의 잉크젯 프린트 헤드에서 토출되는 잉크의 액적의 크기와 속도가 다른 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적의 형태로 토출되도록 하는 구조체이다.
잉크젯 프린트 헤드는 엑추에이터의 방식에 따라 압전체의 변형을 구동력으로 이용하는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)이 발생하도록 하여 버블의 힘으로 잉크를 토출시키는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드로 구분된다.
최근, 압전 방식의 잉크젯 헤드는 산업용 잉크젯 프린터에서도 사용되고 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB) 상에 금, 은 등의 금속을 녹여 만든 잉크를 분사해 회로 패턴을 직접 형성시키거나 산업 그래픽이나 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광다이오드(OLED)의 제조, 태양전지 등에 사용된다.
산업용 잉크젯 프린터의 잉크젯 프린트 헤드 내에는 카트리지에서 잉크를 유입하는 유입구, 유입되는 잉크를 저장하는 리저버, 그리고 상기 리저버 내의 잉크를 노즐로 이동시키기 위해 엑츄에이터의 구동력을 전달하는 압력 챔버 등이 형성된다.
최근 산업용 잉크젯 프린터의 응용분야의 확대에 따라 액적의 크기 및 속도를 제어할 필요성이 있었고, 이에 대한 연구가 필요한 실정이었다.
종래의 압력 챔버는 리스트릭트와 연통된 부분과 노즐과 연통된 부분의 높이가 동일하게 이루어진다. 즉, 압력 챔버는 위면과 아래면 사이의 거리가 일정하게 형성되는 직육면체 구조를 가진다.
압력 챔버의 위면과 아래면 사이의 거리가 일정하게 형성됨으로써, 액적의 크기 및 속도는 동일한 크기의 잉크젯 헤드에서는 동일할 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 따라서, 응용분야의 필요에 따라 동일한 크기의 잉크젯 프린트 헤드에서 액적의 크기 및 속도가 다른 잉크젯 프린트 헤드를 개발할 필요성이 있었다.
본 발명의 목적은 압전체의 구동에 의해 압력변화가 발생하는 압력 챔버를 단구조로 형성하여 동일한 크기의 잉크젯 프린트 헤드에서 토출되는 잉크의 액적의 크기와 속도가 다른 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 리저버 내의 잉크가 유입되어 노즐로 토출되기 위해 저장되는 압력 챔버; 상기 압력 챔버와 인접하도록 구비되어 상기 압력 챔버에 잉크 토출의 구동력을 제공하는 압전체; 상기 리저버와 상기 압력 챔버의 유로가 되는 리스트릭트; 및 상기 압력 챔버 내에 형성되며, 상기 압력 챔버 내에서의 잉크 흐름에 변화를 발생하도록 하는 단차부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 방향으로 단차 상면이 높게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 노즐 방향으로 단차 상면이 높게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가할 수 있 다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 방향 및 노즐 방향으로 단차 상면이 높게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 방향 및 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 및 노즐 방향으로 단차 상면이 낮게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 및 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 상기 단차부 상에는 마이크로 필러가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 의하면, 동일한 크기의 잉크젯 헤드에서도 압력 챔버의 위면과 아래면 사이의 거리를 다르게 형성하여 액적의 크기 및 속도를 다르게 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 액적의 크기와 속도를 다르게 구성함으로써, 잉크젯 방식이 적용되는 응용분야에서 필요에 따른 액적의 크기와 속도를 가진 잉크젯 프린트 헤드를 선택할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 일부를 절개하여 도시한 개략 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(200)는 압력 챔버(224), 리스트릭트(246) 및 단차부(241)을 포함할 수 있다.
상기 잉크젯 프린트 헤드(200)는 실리콘 또는 글래스 등의 기판 플레이트를 적층하여 제조되는 구조체이다. 상기 기판 플레이트들에 멤스 가공으로 홀이나 홈 등을 형성하고, 상기 기판 플레이트들이 적층됨에 따라 상기 압력 챔버(224), 리스트릭트(246) 및 단차부(241)가 이루어진다.
본 실시예에서의 상기 잉크젯 프린트 헤드(200)는 하부 기판(260), 중간 기판(240) 및 상부 기판(220)으로 적층되어 형성된다.
한편, 잉크젯 프린트 헤드(20)의 실리콘 플레이트는 2층 구조일 수 있으며, 더 많은 기판을 적층하여 이루어질 수 있다.
상기 상부 기판(220)에는 상기 잉크젯 프린트 헤드(20) 내로 잉크가 유입되는 잉크 유입구(222)와 잉크에 토출 구동력이 제공되는 압력 챔버(224)가 형성된다. 상기 압력 챔버(224)의 상부에는 멤브레인(225)을 사이에 두고 상기 압력 챔버(224)에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전체(250)가 구비될 수 있다.
상기 압전체(250)는 압력 챔버(224)의 상면인 멤브레인(225)을 변형시켜 잉크의 토출을 구동시킬 수 있다. 압전체는 전기적에너지를 기계적 에너지로 또는 반대로 변환할 수 있는 요소이며, 그 재료로서 티탄산지르콘산납(Pb(Zr,Ti)O3)이 대표적이다. 또한, 잉크의 토출을 위해 압전체(250)를 이용한 압전 방식이 아니라 버블 젯 또는 써멀 젯 방식이 이용될 수 있다.
이때, 상기 하부 기판(260)에는 노즐(262)이 형성되며, 상기 중간 기판(240)에는 댐퍼(244)와 헤드 내에 잉크를 저장하는 리저버(242)가 형성될 수 있다. 또 한, 중간 기판(240)에는 압력 챔버(224)의 잉크가 리저버(242)로 역류되는 것을 방지하는 리스트릭트(246)가 형성될 수 있다.
상기 압전체(250)는 전원의 공급에 의해 변형되는 압전 물질층의 상하부에 전극이 형성되어 이루어지며, 상기 상하부 전극에는 전압 인가를 위해 플렉스블 인쇄 회로 기판이 연결될 수 있다.
상기 노즐(262)은 상기 압전체(250)의 구동력에 의해 압력 챔버(224)에 저장된 잉크를 액적단위로 토출할 수 있다. 이때, 상기 노즐(262)은 액적의 크기와 액적의 방향성을 결정한다.
여기서, 상기 중간 기판(240)에는 단차부(241)가 형성되며, 상기 단차부(241)는 상기 중간 기판(240)과 상부 기판(220)이 접합으로 형성되는 상기 압력 챔버(244)의 위면과 아래면의 높이를 다르게 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 단차부(241)는 상기 리스트릭트(246) 방향으로 단차부(241)의 단차 상면(2412)이 높게 형성된다. 즉, 압력 챔버(244)의 높이는 노즐(262) 방향으로 증가하게 된다. 이러한 구조를 확산형 압력 챔버로 정의하기로 한다.
상기 확산형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드를 이용해 잉크의 액적 부피와 토출 속도를 시뮬레이션하여 측정한 결과, 액적 부피는 0.92pL, 토출 속도는 1.59m/s였다.
상기 확산형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드와 동일한 크기를 가 지며, 종래의 플랫형 압력 챔버를 가지는 잉크젯 프린트 헤드로 잉크의 액적 부피와 토출 속도를 시뮬레이션하여 측정하면, 액적 부피는 1.28pL, 토출 속도는 2.78m/s이었다.
즉, 확산형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드는 액적의 부피와 토출속도는 감소하게 된다.
확산형 압력 챔버 내의 단차부(241)는 노즐(262)로 유입되기 전에 챔버의 높이를 증가시켜, 일종의 댐퍼 역할을 하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드와의 차이점은 상기 단차부(243)는 상기 노즐(262) 방향으로 단차부(243)의 단차 상면(2432)이 높게 형성된다. 즉, 압력 챔버(244)의 높이는 노즐(262) 방향으로 감소하게 된다. 이러한 구조를 수렴형 압력 챔버로 정의하기로 한다.
상기 수렴형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드를 이용해 잉크의 액적 부피와 토출 속도를 시뮬레이션하여 측정한 결과, 액적 부피는 1.13pL, 토출 속도는 2.20m/s였다.
상기 수렴형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드와 동일한 크기를 가지며, 종래의 플랫형 압력 챔버를 가지는 잉크젯 프린트 헤드로 잉크의 액적 부피와 토출 속도를 시뮬레이션하여 측정하면, 액적 부피는 1.28pL, 토출 속도는 2.78m/s이었다.
즉, 수렴형 압력 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드는 액적의 부피와 토출속도는 감소하게 된다.
수렴형 압력 챔버는 노즐 출구방향으로의 잉크의 흐름성을 좋게 하고, 잉크 토출 후 리스트릭트(246)로 역류하는 잉크의 흐름을 방해하는 데 큰 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도 및 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 단차부(245)는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트(246) 방향으로 상기 단차부(245)의 높이가 점차적으로 증가하도록 하여, 노즐 방향으로 압력 챔버(224)의 높이가 점차적으로 높아지는 확산형 잉크 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 알 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 단차부(247)는 다단 형성되며, 상기 노즐(262) 방향으로 상기 단차부(247)의 높이가 점차적으로 증가하도록 하여, 노즐 방향으로 압력 챔버(224)의 높이가 점차적으로 감소하는 수렴형 잉크 챔버가 형성되는 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 알 수 있다.
도 4 및 도 5의 실시예와 같이 상기 확산형 압력 챔버와 수렴형 압력 챔버를 다단 구조로 하여, 잉크 토출의 부피와 속도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 잉크의 흐름성을 적절하게 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이며, 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 단차부(249a)는 상기 압력 챔버(224) 내에서 상기 리스트릭트(246) 방향 및 노즐(262) 방향으로 단차 상면(2492)이 높게 형성될 수 있다.
또한, 단차부(249a)는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트(246) 및 노즐 방향으로 상기 단차부(249a)의 높이가 점차적으로 증가하도록 하여, 리스트릭트(246) 및 노즐(262) 방향으로 압력 챔버(224)의 높이가 점차적으로 낮아지는 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 단차부(249b)는 상기 압력 챔버(224) 내에서 상기 리스트릭트(246) 방향 및 노즐(262) 방향으로 단차 상면(2494)이 낮게 형성될 수 있다.
또한, 단차부(249b)는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트(246) 및 노즐 방향으로 상기 단차부(249b)의 높이가 점차적으로 낮아지도록 하여, 리스트릭트(246) 및 노즐(262) 방향으로 압력 챔버(224)의 높이가 점차적으로 높아지는 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 알 수 있다.
이와 같은 확산형 압력 챔버와 수렴형 압력 챔버의 원리를 적절히 조합함으로써, 잉크의 액적의 부피, 속도 및 잉크의 흐름성을 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드 내에 마이크로 필러가 배치된 모습을 도시한 개략 사시도이다.
도 8을 참조하면, 잉크 챔버(224) 내의 단차부(241) 상에는 마이크로 필러(248)가 형성될 수 있다.
상기 마이크로 필러(248)는 압전체(250)의 구동으로 인해 상기 압력 챔버(224)에서 발생하는 음파를 감쇄할 뿐만 아니라, 잉크 토출 후 역류하는 잉크가 리스트릭트(246)로 흘러가는 잉크의 흐름에 유동저항을 발생시키는 역할을 한다.
즉, 수렴형 잉크 챔버의 역류하는 잉크의 유동저항을 보충할 뿐만 아니라, 확산형 잉크 챔버의 역류하는 잉크의 유동저항을 보완할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에 의하면, 동일한 크기의 잉크젯 헤드에서도 압력 챔버의 위면과 아래면 사이의 거리를 다르게 형성하여 액적의 크기 및 속도를 다르게 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 액적의 크기와 속도를 다르게 구성함으로써, 잉크젯 방식이 적용되는 응용분야에서 필요에 따른 액적의 크기와 속도를 가진 잉크젯 프린트 헤드를 선택할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 일부를 절개하여 도시한 개략 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드 내에 마이크로 필러가 배치된 모습을 도시한 개략 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200: 잉크젯 프린트 헤드 222: 잉크 유입구
224: 압력 챔버 241, 243: 단차부
248: 마이크로 필러 262: 노즐

Claims (10)

  1. 리저버 내의 잉크가 유입되어 노즐로 토출되기 위해 저장되는 압력 챔버;
    상기 압력 챔버와 인접하도록 구비되어 상기 압력 챔버에 잉크 토출의 구동력을 제공하는 압전체;
    상기 리저버와 상기 압력 챔버의 유로가 되는 리스트릭트; 및
    상기 압력 챔버 내에 형성되며, 상기 압력 챔버 내에서의 잉크 흐름에 변화를 발생하도록 하는 단차부;를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 방향으로 단차 상면이 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 노즐 방향으로 단차 상면이 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 방향 및 노즐 방향으로 단차 상면이 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 방향 및 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 압력 챔버 내에서 상기 리스트릭트 및 노즐 방향으로 단 차 상면이 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단차부는 다단 형성되며, 상기 리스트릭트 및 노즐 방향으로 상기 단차부의 높이가 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단차부 상에는 마이크로 필러가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
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