KR19990048602A

KR19990048602A - Piezoelectric Inkjet Printheads

Info

Publication number: KR19990048602A
Application number: KR1019970067344A
Authority: KR
Inventors: 이형식; 성우경
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 압전형 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 하단에 일체로 분사구멍판(110)이 형성되고, 상기 분사구멍판(110)의 한쪽으로 치우져서 잉크 분사구멍(100)이 형성된 헤드 몸체(120)와, 상기 분사구멍판(110)의 직선상의 위치에 잉크 공급구멍(122)이 형성되어, 상기 헤드 몸체(120)의 상부에 적층된 잉크 공급구멍판(130)과, 상기 잉크 공급구멍판(130)과 상기 분사구멍판(110)사이에 형성된 압력챔버(140)와, 상기 잉크 공급구멍판(130)상부의 잉크 저장소(150)와, 상하의 전극(172)(174)과 그 사이에 압전체(176)로 이루어져, 상기 압력챔버(140)에 압력을 인가하도록 상기 분사구멍판(110)의 하면에 부착된 압전 액튜에이터(170)로 구성됨에 따라, 압전 액튜에이터(170)의 압전체(176)의 팽창에 의해 분사구멍판(110)이 안쪽으로 휘어서 압력챔버(140)내의 잉크가 잉크분사구멍(100)을 통해 분사되고, 압전 액튜에이터(170)의 복원에 의해 잉크 저장소(150)의 잉크가 잉크 공급구멍(122)을 통해 압력챔버(140)로 이동되므로, 잉크의 분사와 재공급 시간의 차이로 인한 분사속도의 지연을 방지하게 되어 잉크 공급속도가 향상되고, 부품수가 절감되어 제조공정이 간단하므로 제품의 신뢰성을 증가하는 효과를 가진다.The present invention relates to a piezoelectric inkjet print head, in which a jet hole plate (110) is integrally formed at a lower end thereof, and is disposed to one side of the jet hole plate (110) so that an ink jet hole (100) is formed. ), An ink supply hole 122 is formed at a linear position of the ejection hole plate 110, the ink supply hole plate 130 stacked on the head body 120, and the ink supply hole plate. A pressure chamber 140 formed between the 130 and the injection hole plate 110, the ink reservoir 150 above the ink supply hole plate 130, and the upper and lower electrodes 172 and 174, Composed of a piezoelectric body 176, piezoelectric actuator 170 attached to the lower surface of the injection hole plate 110 to apply pressure to the pressure chamber 140, the piezoelectric body 176 of the piezoelectric actuator 170 Of the injection hole plate 110 is bent inward by the expansion of the ink, and the ink in the pressure chamber 140 And the ink of the ink reservoir 150 is moved to the pressure chamber 140 through the ink supply hole 122 by the restoration of the piezoelectric actuator 170, so that the ejection and resupply time of the ink It is possible to prevent the delay of the injection speed due to the difference, the ink supply speed is improved, the number of parts is reduced, and the manufacturing process is simple, thereby increasing the reliability of the product.

Description

Piezoelectric Inkjet Printheads

본 발명은 압전형 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 특히 인쇄속도를 향상할 수 있는 압전형 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric inkjet print head, and more particularly, to a piezoelectric inkjet print head capable of improving printing speed.

잘 알려진 바와 같이, 잉크젯 프린트 헤드는 터멀(thermal) 방식과 압전 방식으로 나누어 지며, 이러한 터멀 방식은 헤드의 챔버내에 열을 공급할 수 있는 히터를 장착하여 매우 짧은 시간안에 상당히 큰 열에너지를 공급함에 따라, 챔버내의 잉크에 방울(bubble)이 형성되고, 이것이 챔버내의 잉크를 밀어냄으로서 분사되는 것이지만, 터멀 방식은 열에너지에 의해 발생되는 잉크 방울이 소멸될 때 발생하는 충격파 때문에 내구성에 문제가 있으며, 잉크 방울의 크기를 조절하기 어렵고, 속도의 증가에 한계가 있었다.As is well known, inkjet print heads are divided into thermal and piezoelectric methods, which are equipped with a heater capable of supplying heat in the chamber of the head, which supplies a large amount of thermal energy in a very short time. Bubbles are formed in the ink in the chamber, which is ejected by pushing the ink in the chamber, but the thermal method has a problem in durability due to the shock wave generated when the ink droplet generated by the thermal energy disappears. Difficult to scale and limited in speed increase.

이에 반하여 압전 방식은 헤드의 챔버에 압력을 가할 수 있도록, 다이아프램에 압전물질을 부착하여 전압이 인가되면 힘을 발생시키는 압전특성을 이용하여 챔버에 압력을 제공하여 잉크를 밀어내는 방식으로, 인가되는 전압에 따라 힘을 발생시켜 챔버내에 압력을 전달하는 방식이므로 속도 측면에서 성능이 우수하여 널리 사용되고 있다.On the other hand, the piezoelectric method is a method in which a piezoelectric material is attached to a diaphragm so as to apply pressure to the chamber of the head so as to push the ink by providing pressure to the chamber using a piezoelectric property that generates a force when a voltage is applied. It is widely used because of its excellent performance in terms of speed because it generates a force in accordance with the voltage to transfer the pressure in the chamber.

이러한 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 잉크분사구멍(2)이 형성된 바닥의 금속 분사구멍판(10)과, 잉크흐름구멍(12)(14)이 형성된 금속판(20)과, 상부의 덮개판(30)이 순차로 적층된다. 금속 분사구멍판(10)과 금속판(20)사이에는 잉크 공급통로 유지부(40)가 개재되어 잉크공급통로(50)가 형성되는 한편, 금속판(20)과 덮개판(30)사이에 간격유지판(60)이 개재되어, 잉크공급통로(50)로 공급된 잉크가 잉크흐름구멍(12)을 통해 압력챔버(70)에 공급된다.In the piezoelectric inkjet printhead, as shown in FIG. 1, the metal injection hole plate 10 at the bottom where the ink injection holes 2 are formed and the metal plate 20 having the ink flow holes 12 and 14 are formed. ) And the upper cover plate 30 are sequentially stacked. An ink supply passage 50 is formed between the metal ejection hole plate 10 and the metal plate 20 to form an ink supply passage 50, while maintaining a gap between the metal plate 20 and the cover plate 30. The plate 60 is interposed, and the ink supplied to the ink supply passage 50 is supplied to the pressure chamber 70 through the ink flow hole 12.

또한, 공급통로 유지부(40)에는 금속판(20)의 잉크흐름구멍(14)과 금속 분사구멍판(10)의 잉크분사구멍(2)을 통해 압력챔버(70)에 공급된 잉크를 분사하는 분사통로(42)가 형성된다.In addition, the supply passage holding portion 40 sprays the ink supplied to the pressure chamber 70 through the ink flow hole 14 of the metal plate 20 and the ink injection hole 2 of the metal injection hole plate 10. The injection passage 42 is formed.

한편, 압력챔버(70)상부의 덮개판(30)위에는 압력챔버(70)에 압력을 가하기 위해 상하의 전극(82)(84)과 그 사이의 압전체(86)로 이루어진 압전 액튜에이터(80)가 부착되어, 압력챔버(70)에 압력을 가하게 된다.On the other hand, a piezoelectric actuator 80 composed of upper and lower electrodes 82 and 84 and a piezoelectric element 86 therebetween is attached on the cover plate 30 of the upper portion of the pressure chamber 70 to apply pressure to the pressure chamber 70. Thus, pressure is applied to the pressure chamber 70.

이와 같이 구성된 종래의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 압력챔버(70)와 잉크 공급통로(50)에 잉크가 차 있다가 외부에서 전기신호가 인가되어, 압전체(86)상하의 전극(82)(84)에 전위차가 발생하면, 압전체(86)는 수축하게 된다. 이때, 압전체(86)의 하부 전극(84)이 덮개판(30)에 부착되어 있기 때문에, 덮개판(30)이 하부로 휘어져서 압력챔버(70)에 압력을 가하게 된다. 압력챔버(70)가 압력을 받게 되면, 압력챔버(70)내에 있는 잉크는 금속판(20)의 잉크흐름구멍(14)과 분사통로(42)와 잉크분사구멍(2)을 통해 분사된다. 이때, 잉크흐름구멍(12)과 잉크분사구멍(2)은 잉크의 역류를 방지하고자 잉크의 흐름방향으로 경사져 있기 때문에, 역류량은 적게된다. 이후, 덮개판(30)이 원래의 위치로 복원되면, 잉크 공급통로(50)에 있는 잉크는 압력챔버(70)로 흡입되고, 잉크 공급통로(50)에는 다시 잉크가 채워진다.In the conventional piezoelectric inkjet printhead configured as described above, the ink is filled in the pressure chamber 70 and the ink supply passage 50, and an electric signal is applied from the outside to the electrodes 82 and 84 above and below the piezoelectric body 86. When a potential difference occurs, the piezoelectric body 86 contracts. At this time, since the lower electrode 84 of the piezoelectric body 86 is attached to the cover plate 30, the cover plate 30 is bent downward to apply pressure to the pressure chamber 70. When the pressure chamber 70 is pressurized, the ink in the pressure chamber 70 is injected through the ink flow hole 14, the injection passage 42, and the ink injection hole 2 of the metal plate 20. At this time, since the ink flow holes 12 and the ink injection holes 2 are inclined in the flow direction of the ink to prevent the back flow of the ink, the amount of back flow is small. Then, when the cover plate 30 is restored to its original position, the ink in the ink supply passage 50 is sucked into the pressure chamber 70, and the ink supply passage 50 is filled with ink again.

하지만, 이러한 종래의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 공급통로(50)로부터 압력챔버(70)로 잉크가 공급될 때, 덮개판(30)이 수축하였다 복원되는 힘을 이용하여 공급되기 때문에 공급시간이 늦고, 또한 구성 부품의 수가 많아서 제조 공정이 복잡하다는 문제가 있었다.However, in the conventional piezoelectric inkjet print head, when ink is supplied from the ink supply passage 50 to the pressure chamber 70, since the cover plate 30 is supplied using a force that is contracted and restored, the supply time is long. There was a problem that the manufacturing process was complicated due to the late and large number of component parts.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 분사속도를 증가할 수 있는 압전형 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is to provide a piezoelectric inkjet print head capable of increasing the ejection speed.

본 발명의 다른 목적은 부품수가 감소되고 제조공정이 간단한 압전형 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a piezoelectric inkjet print head having a reduced number of parts and a simple manufacturing process.

이러한 목적들을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 하단에 일체로 분사구멍판이 형성되고, 상기 분사구멍판의 한쪽으로 치우져서 잉크 분사구멍이 형성된 헤드 몸체와, 상기 분사구멍판의 직선상의 위치에 잉크 공급구멍이 형성되어, 상기 헤드 몸체의 상부에 적층된 잉크 공급구멍판과, 상기 잉크 공급구멍판과 상기 분사구멍판사이에 형성된 압력챔버와, 상기 잉크 공급구멍판상부의 잉크 저장소와, 상하의 전극과 그 사이에 압전체로 이루어져, 상기 압력챔버에 압력을 인가하도록 상기 분사구멍판의 하면에 부착된 압전 액튜에이터로 구성되어, 상기 압전 액튜에이터의 압전체의 팽창에 의해 상기 분사구멍판이 안쪽으로 휘어서 상기 압력챔버내의 잉크가 상기 잉크분사구멍을 통해 분사되고, 상기 압전 액튜에이터의 압전체의 복원에 의해 상기 잉크 저장소의 잉크가 잉크 공급구멍을 통해 압력챔버로 이동되는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above objects, the piezoelectric inkjet printhead of the present invention has a head body in which an injection hole plate is integrally formed at a lower end thereof, and is disposed to one side of the injection hole plate to form an ink injection hole; An ink supply hole is formed at a linear position, the ink supply hole plate stacked on the head body, a pressure chamber formed between the ink supply hole plate and the ejection hole plate, and an ink reservoir on the ink supply hole plate. And a piezoelectric actuator composed of a piezoelectric body between the upper and lower electrodes and between the upper and lower electrodes, the piezoelectric actuator attached to a lower surface of the injection hole plate to apply pressure to the pressure chamber, and the injection hole plate is moved inward by expansion of the piezoelectric body of the piezoelectric actuator. The ink in the pressure chamber is bent through the ink ejection hole to bend, and the piezoelectric actuator By restoration of the piezoelectric it characterized in that the ink in the ink reservoir is moved into the pressure chamber through the ink feed holes.

본 발명에 따르면, 압전 액튜에이터가 잉크 분사판에 부착되고, 상부에 바로 잉크 저장소가 있으므로, 구성 부품이 간단하고, 분사 구멍판이 외팔보의 형태로 작동되므로 적은 힘으로 큰 변위를 발생하며, 잉크 공급구멍과 잉크 분사구멍이 일치하는 위치에 형성되어 있으므로 잉크가 효과적으로 유입되고, 압력챔버내의 잉크를 능동적으로 압축하여 분사하므로, 종래에 비해 잉크의 분사와 재공급 시간의 차이로 인한 분사속도의 지연을 방지하게 되어 잉크 공급속도가 향상되고, 제품의 신뢰성이 증가되는 장점을 가진다.According to the present invention, the piezoelectric actuator is attached to the ink ejection plate, and there is an ink reservoir directly on top, so that the component parts are simple, and the ejection hole plate is operated in the form of cantilever to generate large displacement with little force, and ink supply hole Since the ink injection hole is formed at the same position as the ink, the ink flows effectively, and the ink in the pressure chamber is actively compressed and jetted, thereby preventing the delay of the jetting speed due to the difference in the jet and resupply time of the ink. The ink supply speed is improved, and the reliability of the product is increased.

도 1은 종래의 압전형 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 나타내는 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional piezoelectric inkjet print head,

도 2는 본 발명의 압전형 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a piezoelectric inkjet print head of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

2,100 : 잉크분사구멍 10 : 금속 분사구멍판2,100: ink jetting hole 10: metal jetting hole plate

12,14 : 잉크흐름구멍 20 : 금속판12,14: ink flow hole 20: metal plate

30,130 : 덮개판 40 ; 잉크 공급통로 유지부30,130: cover plate 40; Ink Supply Path Holder

42 : 분사통로 50 : 잉크공급통로42: injection passage 50: ink supply passage

60 : 간격유지판 70,140 : 압력챔버60: spacing plate 70,140: pressure chamber

80,170 : 압전 액튜에이터 82,172 : 상부 전극80,170: piezoelectric actuator 82,172: upper electrode

84,174 : 하부 전극 86,176 : 압전체84,174 Lower electrode 86,176 Piezoelectric body

110 : 분사구멍판 120 : 헤드 몸체110: injection hole plate 120: head body

122 : 잉크 공급구멍 130 : 잉크 공급구멍판122: ink supply hole 130: ink supply hole plate

150 : 잉크 저장소150: ink reservoir

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 압전형 잉크젯 프린트 헤드를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 압전형 잉크젯 프린트 헤드의 구성을 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 특징적 구성은, 분사 구멍판(110)의 하면에 압전 액튜에이터(170)가 부착되어 압력챔버(140)에 있는 잉크를 능동적으로 압축하여 분사한다는 것이다.Figure 2 shows the configuration of the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention, as shown, the characteristic configuration of the inkjet printhead of the present invention, the piezoelectric actuator 170 is attached to the lower surface of the injection hole plate 110 The ink in the pressure chamber 140 is actively compressed and sprayed.

즉, 본 발명의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 헤드 몸체(120)의 하단에 일체로 분사구멍판(110)이 형성되고, 헤드 몸체(120)의 상부에 잉크 공급구멍판(130)이 적층되어, 잉크 공급구멍판(130)과 분사구멍판(110)사이에 압력챔버(140)가 형성된다.That is, in the piezoelectric inkjet printhead of the present invention, the injection hole plate 110 is integrally formed at the lower end of the head body 120, and the ink supply hole plate 130 is stacked on the head body 120. The pressure chamber 140 is formed between the ink supply hole plate 130 and the injection hole plate 110.

분사구멍판(110)의 한쪽으로 치우져서 잉크 분사구멍(100)이 형성되고, 이 잉크 분사구멍(100)의 직선상의 위치에는 잉크 공급구멍판(130)의 잉크 공급구멍(122)이 형성되어, 잉크 공급구멍판(130)의 상부에 위치된 잉크 저장소(150)로부터 잉크가 효과적으로 유입된다. 이때, 잉크 공급구멍(122)은 하방으로 경사진 형태를 취하므로 잉크의 흐름이 역류되는 것을 방지하게 된다.The ink ejection hole 100 is formed by being oriented to one side of the ejection hole plate 110, and the ink supply hole 122 of the ink supply hole plate 130 is formed at a straight position of the ink ejection hole 100. The ink is effectively introduced from the ink reservoir 150 located above the ink supply hole plate 130. At this time, since the ink supply hole 122 is inclined downward, the flow of ink is prevented from flowing back.

한편, 상하의 전극(172)(174)과 그 사이에 압전체(176)로 이루어진 압전 액튜에이터(170)는 상기 분사구멍판(110)이 외팔보의 형태이므로, 압력챔버(140)에 효과적으로 압력을 인가하게 된다.On the other hand, the piezoelectric actuator 170 composed of the upper and lower electrodes 172, 174 and the piezoelectric body 176 therebetween, so that the injection hole plate 110 is in the form of a cantilever beam, to effectively apply pressure to the pressure chamber 140. do.

이와 같이 구성된 본 발명의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 저장소(150)로부터 잉크 공급구멍(122)을 통해 압력챔버(140)에 잉크가 차 있다가, 외부에서 전기신호가 인가되어, 압전체(176)상하의 전극(172)(174)에 전위차가 생기면, 압전체(176)가 팽창하게 되며, 이 결과 분사구멍판(110)이 안쪽으로 휘어서 압력챔버(140)내의 잉크가 잉크분사구멍(100)을 통해 분사되고, 압전 액튜에이터(170)의 압전체(176)가 복원하게 되면, 잉크 저장소(150)의 잉크가 잉크 공급구멍(122)을 통해 압력챔버(140)로 공급된다.In the piezoelectric inkjet printhead of the present invention configured as described above, the ink is filled in the pressure chamber 140 from the ink reservoir 150 through the ink supply hole 122, and an electric signal is applied from the outside to the piezoelectric body 176. When a potential difference occurs between the upper and lower electrodes 172 and 174, the piezoelectric element 176 expands, and as a result, the injection hole plate 110 is bent inward, so that the ink in the pressure chamber 140 passes through the ink injection hole 100. When the injection is performed and the piezoelectric body 176 of the piezoelectric actuator 170 is restored, the ink of the ink reservoir 150 is supplied to the pressure chamber 140 through the ink supply hole 122.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 압전형 잉크젯 프린트 헤드는 압전 액튜에이터가 잉크 분사판에 부착되고, 상부에 바로 잉크 저장소가 있으므로, 구성 부품이 간단하고, 분사 구멍판이 외팔보의 형태로 작동되므로 적은 힘으로 큰 변위를 발생하며, 잉크 공급구멍과 잉크 분사구멍이 일치하는 위치에 형성되어 있으므로 잉크가 효과적으로 유입되고, 압력챔버내의 잉크를 능동적으로 압축하여 분사하므로, 종래에 비해 잉크의 분사와 재공급 시간의 차이로 인한 분사속도의 지연을 방지하게 되어 잉크 공급속도가 향상되고, 제품의 신뢰성이 증가되는 장점을 가진다.As described above, the piezoelectric inkjet printhead of the present invention has a small force because the piezoelectric actuator is attached to the ink jetting plate and has an ink reservoir directly on top, so that the components are simple and the injection hole plate is operated in the form of a cantilever beam. Large displacement is generated and the ink supply hole and the ink ejection hole are formed at the same position, so that the ink flows in effectively, and the ink in the pressure chamber is actively compressed and ejected. By preventing the delay of the injection speed due to the difference of the ink supply speed is improved, the product reliability has the advantage.

Claims

In a piezoelectric inkjet print head,

An injection hole plate 110 integrally formed at a lower end thereof, the head body 120 having an ink injection hole 100 formed by being biased to one side of the injection hole plate 110, and

An ink supply hole 122 is formed at a linear position of the injection hole plate 110, and is stacked on top of the head body 120;

A pressure chamber 140 formed between the ink supply hole plate 130 and the injection hole plate 110;

An ink reservoir 150 on the ink supply hole plate 130;

It consists of a piezoelectric actuator 170 attached to the lower surface of the injection hole plate 110 to apply pressure to the pressure chamber 140, the upper and lower electrodes 172, 174 and a piezoelectric body 176 therebetween. ,

The injection hole plate 110 is bent inward by the expansion of the piezoelectric body 176 of the piezoelectric actuator 170, so that ink in the pressure chamber 140 is injected through the ink injection hole 100, and the piezoelectric actuator Piezoelectric inkjet printhead, characterized in that the ink of the ink reservoir 150 is moved to the pressure chamber 140 through the ink supply hole (122) by the restoration of the piezoelectric member (176).