KR20020009083A - 잉크 젯 프린팅 헤드 - Google Patents

Abstract

개시된 잉크젯 프린팅 헤드는, 잉크가 충전되는 제1챔버가 형성된 기판과; 기판 상에 설치되며 제1챔버와 연통되는 노즐홀이 형성된 멤브레인과; 멤브레인 상방에 설치되어 그 멤브레인과의 사이에 소정 잉크유입로를 통해 잉크가 충전되는 제2챔버를 형성하며, 외부로 잉크 액적을 방출할 수 있도록 제2챔버와 연통되는 오리피스가 형성된 노즐 플레이트와; 멤브레인에 설치되어 제1,2챔버내의 잉크를 함께 가열함으로써 오리피스를 통해 잉크 액적을 방출하기 위한 버블을 두 챔버 안에서 각각 발생시키는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 히터의 열을 이용하여 그 상하의 두 챔버에서 각각 버블이 형성되도록 하므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 두 챔버를 통한 냉각이 가능해져서 버블의 생성과 소멸 주기가 짧아지게 되므로 프린트 속도도 향상시킬 수 있게 된다.

Description

잉크젯 프린팅 헤드{Ink jet printing head}

본 발명은 잉크젯 프린팅 헤드에 관한 것으로서, 특히 버블을 형성시키는 히터의 배치구조가 개선된 잉크젯 프린팅 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린팅 헤드는, 인쇄용 잉크의 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 방출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)과, 그 기판(10) 위에 설치되어 잉크가 충전되는 챔버(12a)를 형성하는 격벽부재(12)와, 상기 챔버(12a) 내에 설치되는 발열용 히터(13)와, 잉크 액적이 방출될 오리피스(11a)가 형성된 노즐 플레이트(11)를 포함하고 있다. 상기 챔버(12a) 내에는 유입로(12b)를 통해 잉크가 충전되며, 챔버(12a)와 연통된 상기 오리피스(11a) 안에도 모세관 현상에 의해 잉크가 채워진다. 상기 구성에 있어서 히터(13)에 전류가 공급되면, 히터(13)가 발열되면서 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(12a)에 충전된 잉크 안에 버블(B)이 형성된다. 그러면, 이 버블(B)의 부피 팽창에 의해 챔버(12a) 안에 충전된 잉크에 압력이 가해지게 되고, 이 압력에 의해 상기 오리피스(11a)를 통해 외부로 잉크 액적(I)이 방출되는 것이다.

그런데, 상기와 같은 구성의 프리팅 헤드에 있어서는, 상기 히터(13)에 의해 발생된 열의 대부분이 기판(10)으로 전열되어 흡수된다. 즉, 이 열은 잉크를 가열하여 그 안에 버블을 발생시키는데 사용되어야 하는데, 상기와 같이 히터(13)가 기판(10)에 설치된 구성에서는 대부분이 기판(10)으로 전열되어 버리고, 그 나머지 열량만이 버블 형성에 사용되는 것이다. 이것은, 버블을 발생시키기 위해 공급된 에너지가 기판을 가열하는 데로 낭비되는 셈이 되므로, 결국 에너지 소모가 심해지는 문제가 있다. 또한, 상기와 같이 기판(10)으로 열이 새어나가면, 그만큼 잉크의 가열에도 시간이 걸리게 되고, 그에 따라 냉각도 서서히 이루어지게 되므로, 버블의 생성과 소멸 주기가 길어져 프린트 속도가 느려지는 문제도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 버블 발생을 위해 히터에 공급되는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 개선된 잉크젯 프린팅 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 잉크젯 프린팅 헤드의 내부 구조를 도시한 절제사시도,

도 2는 도 1에 도시된 프린팅 헤드의 잉크 액적 방출과정을 설명하기 위한 단면도,

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 절제사시도,

도 3b는 도 3a의 단면도,

도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 절제사시도,

도 4b는 도 4a의 단면도,

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 단면도,

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 단면도,

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 단면도,

도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 보인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...기판 101...제1챔버

110...멤브레인 111...히터

112...전극 113...노즐홈

120...노즐 플레이트 121...오리피스

122...제2챔버 123...잉크유입로

B...버블 I...잉크 액적(droplet)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 잉크가 충전되는 제1챔버가 형성된기판과; 상기 기판 상에 설치되며 상기 제1챔버와 연통되는 노즐홀이 형성된 멤브레인과; 상기 멤브레인 상방에 설치되어 그 멤브레인과의 사이에 소정 잉크유입로를 통해 잉크가 충전되는 제2챔버를 형성하며, 외부로 잉크 액적을 방출할 수 있도록 상기 제2챔버와 연통되는 오리피스가 형성된 노즐 플레이트와; 상기 멤브레인에 설치되어 상기 제1,2챔버내의 잉크를 함께 가열함으로써 상기 오리피스를 통해 잉크 액적을 방출하기 위한 버블을 두 챔버 안에서 각각 발생시키는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드의 구조를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 먼저 기판(100)에는 잉크유입로(102)와 연결되어 그 안에 잉크가 충전되는 반구형의 제1챔버(101)가 형성되어 있다. 이 제1챔버(101)는 멤브레인(110)에 덮혀지며, 그 멤브레인(110) 위에는 접착층(124)을 개재하여 노즐 플레이트(120)가 설치된다. 여기서, 멤브레인(110)과 노즐 플레이트(120)의 사이 공간에도 잉크유입로(123)를 통해 공급된 잉크가 충전될 수 있는 제2챔버(122)가 형성되며, 상기 제1,2챔버(101)(122)는 멤브레인(110)에 형성된 노즐홈(113)을 통해 연통된다. 참조부호 121은 잉크 액적이 방출되는 오리피스를 나타내며, 이 오리피스(121)와 노즐홈(113)은 동축상에 배치된다. 또한 상기 멤브레인(110)의 제2챔버(122)측 면에는 전극(112)과 연결된 히터(111)가 설치되어 있다. 따라서 이히터(111)가 발열되면, 제1,2챔버(101)(122)에 충전되어 있는 잉크가 동시에 가열된다.

상기 구성에 있어서, 프린트에 사용될 잉크는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 잉크유입로(102)(123)를 통해 제1,2챔버(101)(122)에 채워진다. 이 상태에서 상기 전극(112)을 통해 히터(111)에 전류가 공급되면, 순간적으로 히터(111)가 약 400℃ 정도로 발열하게 되고, 그 열에 의해 제1챔버(101)와 제2챔버(122)에는 도면과 같이 버블(B)이 함께 발생하게 된다. 즉, 이 구조에서는 히터(111)의 상하부에 모두 잉크가 채워지는 챔버(101)(122)가 형성되어 있기 때문에, 히터(111)에 발생된 열이 거의 다 버블(B)을 발생시키는데 사용되는 것이다. 이와 같이 버블(B)이 발생되면 그 부피 팽창에 의해 내압이 증가하게 되고, 이에 따라 상기 제1챔버(101)에서는 상기 노즐홈(113)을 통해 제2챔버(122) 측으로 잉크를 밀어올리게 되며, 제2챔버(122)에서는 자체 버블의 압력에다 상기 제1챔버(101)에서 올라오는 잉크 압력이 더해지므로, 종래보다 한층 강화된 방출력으로 잉크 액적(I)을 오리피스(121) 밖으로 밀어내게 된다.

따라서, 종래에는 기판으로 전열되어 사라지던 히터의 발열 에너지를 상기 제1챔버(101) 내의 버블 형성에 활용하기 때문에, 오리피스(121)를 통한 방출 압력을 배가시킬 수 있어서, 같은 에너지로도 보다 증가된 잉크 액적(I)의 방출력을 얻을 수 있게 된다. 바꿔 말하면, 종래보다 적은 에너지를 공급해도 거의 유사한 수준의 방출력을 얻을 수 있게 되므로, 에너지 효율이 그만큼 좋아지게 된다. 또한, 본 발명에서는 히터(111)의 상하부에 다 잉크가 채워져 있기 때문에, 냉각도 종래보다 빨라지게 된다. 따라서, 버블의 생성과 소멸 주기가 짧아지게 되어 프린트 속도를 향상시킬 수 있는 효과도 생긴다.

다음으로, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드를 나타낸다. 본 실시예는 버블 팽창시 잉크가 잉크유입로로 역류하는 현상도 가능한 한 억제할 수 있도록 착안된 것이다.

도면을 참조하면, 기판(200)에는 잉크유입로(202)와 연결되어 그 안에 잉크가 충전되는 반구형의 제1챔버(201)가 형성되어 있고, 이 제1챔버(201)는 멤브레인(210)에 덮혀지며, 그 멤브레인(210) 위에는 접착층(224)을 개재하여 노즐 플레이트(220)가 설치된다. 상기 멤브레인(210)과 노즐 플레이트(220)의 사이 공간에는 잉크유입로(223)를 통해 공급된 잉크가 충전될 수 있는 제2챔버(222)가 형성되며, 상기 제1,2챔버(201)(222)는 멤브레인(210)에 형성된 노즐홈(213)을 통해 연통된다. 참조부호 221은 잉크 액적이 방출되는 오리피스를 나타내는데, 본 실시예에서는 이 오리피스(221)와 노즐홈(213)이 동축상에 배치되지 않고, 서로 이격된 다른 축상에 배치된다. 또한 상기 멤브레인(210)의 제2챔버(222)측 면에는 전극(212)과 연결된 히터(211)가 설치되어 있다. 본 실시예에서도 이 히터(211)가 발열되면, 제1,2챔버(201)(222)에 충전되어 있는 잉크가 동시에 가열된다.

상기 구성에 있어서, 프린트에 사용될 잉크는 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 잉크유입로(202)(223)를 통해 제1,2챔버(201)(222)에 채워진다. 이 상태에서 상기 전극(212)을 통해 히터(211)에 전류가 공급되면, 히터(111)가 발열하면서 제1챔버(101)와 제2챔버(122)에는 도면과 같이 각각 버블(B)이 발생하게 된다. 이와같이 버블(B)이 발생되면 그 부피 팽창에 의해 내압이 증가하게 되고, 이에 따라 상기 제1챔버(201)에서는 상기 노즐홈(213)을 통해 제2챔버(222) 측으로 잉크를 밀어올리게 되며, 제2챔버(222)에서는 자체 버블의 압력에다 상기 제1챔버(201)에서 올라오는 잉크 압력이 더해지므로, 종래보다 더 강화된 방출력으로 잉크 액적(I)을 오리피스(221) 밖으로 밀어내게 된다. 그리고 본 실시예에서는, 상기 제1챔버(201)에서 노즐홈(213)을 통해 제2챔버(222)로 올라오는 잉크의 흐름이, 그 제2챔버(222)에서의 역류(reverse flow)를 차단해주는 역할도 하게 된다. 즉, 제2챔버(222)에서 발생된 버블(B)은 잉크 액적(I)을 오리피스(221) 밖으로 밀어내는데 주로 작용하지만, 일부는 잉크유입로(223)로 잉크가 역류하는 방향으로도 압력을 가하게 된다. 특히, 이 제2챔버(222)는 잉크 액적을 오리피스(221)를 통해 최종 방출하는 곳이므로, 여기서 이와 같은 역류가 많아지면 방출량이 예측치와 달라져서 정확한 제어가 어려워진다. 그런데 본 실시예에서는 상기 노즐홈(213)을 통해 올라오는 잉크의 흐름이 잉크유입로(223) 측으로 향하려는 흐름을 방해하고 있기 때문에, 결과적으로 역류를 억제하는 효과가 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 제2실시예의 구성은, 히터(211)의 열을 제1챔버(201)와 제2챔버(222)에 함께 전달하여 각각에 버블을 형성시키도록 사용함으로써 방출력을 향상시킴과 동시에, 잉크 역류도 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드를 나타낸다. 본 실시예의 구성은 전술한 제1실시예의 구성과 거의 유사하고, 히터(311)의 배치를 멤브레인(310)의 제1챔버(301)측 면으로 바꾼 점이 다르다.

그 구성을 살펴보면, 기판(300)에는 잉크유입로(302)와 연결되어 그 안에 잉크가 충전되는 반구형의 제1챔버(301)가 형성되어 있고, 이 제1챔버(301)는 멤브레인(310)으로 덮혀지며, 그 멤브레인(310) 위에는 접착층(324)을 개재하여 노즐 플레이트(320)가 설치된다. 여기서, 멤브레인(310)과 노즐 플레이트(320)의 사이에 형성되는 제2챔버(322)는 노즐홈(313)을 통해 상기 제1챔버(301)와 연통된다. 그리고, 잉크 액적이 방출되는 오리피스(321)과 노즐홈(313)은 동축상에 배치된다. 여기서 본 실시예의 특징은, 상기한 바와 같이 히터(311)가 멤브레인(110)의 제1챔버(122)측 면에 설치되어 있다는 점이다. 이렇게 되면, 히터(111)가 발열될 때 제1,2챔버(101)(122)에 충전되어 있는 잉크가 함께 가열되는 것은 마찬가지이나, 그 중에서 히터(111)와 직접 접촉되고 있는 제1챔버(301)가 상대적으로 조금 더 빨리 가열된다. 그러면 미소한 차이지만 제1챔버(301)에서 먼저 버블(B)이 형성되고, 조금 후에 제2챔버(322)에서 버블(B)이 형성된다. 이와 같이 제1챔버(301)에서 먼저 버블(B)이 형성되도록 유도하는 이유는, 제1챔버(301)의 버블(B)에 의해 밀려올라오는 잉크가 노즐홈(313)을 통해 제2챔버(322)에 도달할 때까지 시간이 걸리기 때문이다. 따라서, 이와 같이 제1챔버(301)에 먼저 버블(B)이 형성되게 하면, 제2챔버(322)에서 버블(B)이 생기는 순간에 상기 노즐홈(313)을 통해 밀려올라오는 잉크의 흐름이 합세되기 때문에, 방출 순간의 압력을 극대화할 수 있다. 그리고, 상술한 제1,2실시예에서처럼 제2챔버(322)에서 먼저 버블(B)이 형성될 경우에는 자칫 제2챔버(322)의 버블(B)에 의해 잉크 액적(I)이 방출된 다음에 제1챔버(301)의 버블(B)에 의해 또 다시 잉크 액적이 방출될 가능성도 있으나, 본실시예에서는 방출시의 타이밍을 맞출 수 있으므로 그러한 우려를 해소할 수 있다. 따라서 본 실시예는, 히터(311)의 열을 효율적으로 사용함과 동시에, 제1,2챔버(301)(322)에서 각각 발생된 버블(B)에 의한 압력을 방출 순간에 집중되도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드를 나타낸 것으로, 구성은 상기 제2실시예와 유사하며, 히터(411)의 배치를 멤브레인(410)의 제1챔버(401)측 면에 설치한 점이 다르다. 즉, 본 실시예에서는 상기 제2실시예에서처럼 잉크유입로(423)로 제2챔버(422)의 잉크가 역류되는 것을 방지하도록 노즐홈(413)을 오리피스(421)의 축에서 잉크유입로(423) 쪽으로 이격 배치하였으며, 또한 상기 제3실시예처럼 방출시의 타이밍을 맞출 수 있도록 히터(411)를 멤브레인(410)의 제1챔버(401)측 면에 설치하였다. 따라서, 본 실시예의 구성은, 잉크의 역류를 방지하면서, 제1,2챔버(401)(422)의 버블에 의한 압력을 방출시에 집중시킬 수 있게 된다. 도면의 참조부호 420은 접착층(424)을 개재하여 멤브레인(410)에 설치되는 노즐 플레이트를 나타내며, 참조부호 402는 잉크유입로를, 참조부호 400은 기판을 각각 나타낸다.

다음으로, 도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드를 나타낸다. 도면을 참조하면, 기판(500)에는 잉크유입로(502)와 연결되어 그 안에 잉크가 충전되는 반구형의 제1챔버(501)가 형성되어 있고, 이 제1챔버(501)는 멤브레인(510)으로 덮혀지며, 그 멤브레인(510) 위에는 접착층(524)을 개재하여 노즐 플레이트(520)가 설치된다. 여기서, 멤브레인(510)과 노즐 플레이트(520)의 사이에 형성되는 제2챔버(522)는 노즐홈(513)을 통해 상기 제1챔버(501)와 연통된다. 그리고, 잉크 액적이 방출되는 오리피스(521)와 노즐홈(513)은 동축상에 배치된다. 여기서 본 실시예의 특징은, 상기 멤브레인(510)이 두 겹으로 마련되어 있고, 히터(511)가 그 사이에 끼워져 설치된 점이다. 이 구성은, 히터(511)가 발열될 때 제1,2챔버(501)(522)에 충전되어 있는 잉크가 시간 차이 없이 동시에 가열되도록 한 것이다. 이것은 전술한 제3실시예의 구성보다는 제1챔버(501)의 버블(B)과 제2챔버(522)의 버블(B)에 의한 압력 작용 사이에 시간차가 생길 수 있으나, 제1실시예에 비해서는 그 시간차를 줄일 수 있는 구성이다. 그리고 히터(511)가 멤브레인(510) 사이에 끼워져 있기 때문에, 전체가 잉크 안에 잠겨 있는 것보다는 그 수명이 연장될 수 있는 이점도 있다.

도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 잉크젯 프린팅 헤드를 나타낸 것으로, 상기 제5실시예와 같은 방식으로 제2실시예를 변형한 것이다. 즉, 상기 제2실시예에서처럼 잉크유입로(623)로 제2챔버(622)의 잉크가 역류되는 것을 방지하도록 노즐홈(613)을 오리피스(621)의 축에서 잉크유입로(623) 쪽으로 이격 배치하였으며, 또한 상기 제5실시예처럼 방출시 제1,2챔버(601)(622)의 버블(B) 압력이 오리피스(621) 측으로 작용하는 시간차를 줄일 수 있도록 히터(611)를 두 겹 멤브레인(610)의 사이에 설치하였다. 따라서, 본 실시예의 구성은, 잉크의 역류를 방지하면서, 히터(611)를 보호하고, 제1챔버(601)의 버블(B)과 제2챔버(622)의 버블(B)에 의한 압력 작용 사이에 시간차를 줄일 수 있다. 도면의 참조부호 620은 접착층(624)을 개재하여 멤브레인(610)에 설치되는 노즐 플레이트를 나타내며, 참조부호 602는 잉크유입로를, 참조부호 600은 기판을 각각 나타낸다.

이와 같은 여러 실시예들을 통해 예시된 본 발명의 잉크젯 프린팅 헤드는, 종래에 기판으로 전열되어 사라지던 히터의 발열 에너지를 두 개의 챔버 내의 버블 형성에 활용하기 때문에, 오리피스를 통한 방출 압력을 배가시킬 수 있어서, 종래보다 적은 에너지를 공급해도 거의 유사한 수준의 방출력을 얻을 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 히터의 상하부에 다 잉크가 채워져 있어서 냉각도 종래보다 빨라지게 되므로, 버블의 생성과 소멸 주기가 짧아지게 되어 프린트 속도를 향상시킬 수 있는 효과도 생긴다.

한편, 상기한 실시예들에서 제1챔버를 반구형이 아닌 다른 형태로 형성할 수도 있으나, 버블 팽창에 의한 잉크의 흐름을 노즐홈 측으로 모아주기 위해서는 바닥면이 반구형인 것이 보다 바람직할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 프린팅 헤드는, 히터의 열을 이용하여 그 상하의 두 챔버에서 각각 버블이 형성되도록 하므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 두 챔버를 통한 냉각이 가능해져서 버블의 생성과 소멸 주기가 짧아지게 되므로 프린트 속도도 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims (7)

1. 잉크가 충전되는 제1챔버가 형성된 기판과;

   상기 기판 상에 설치되며 상기 제1챔버와 연통되는 노즐홀이 형성된 멤브레인과;

   상기 멤브레인 상방에 설치되어 그 멤브레인과의 사이에 소정 잉크유입로를 통해 잉크가 충전되는 제2챔버를 형성하며, 외부로 잉크 액적을 방출할 수 있도록 상기 제2챔버와 연통되는 오리피스가 형성된 노즐 플레이트와;

   상기 멤브레인에 설치되어 상기 제1,2챔버내의 잉크를 함께 가열함으로써 상기 오리피스를 통해 잉크 액적을 방출하기 위한 버블을 두 챔버 안에서 각각 발생시키는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노즐홀과 오리피스는 동축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 노즐홀은 상기 오리피스의 축에서 상기 잉크유입로 쪽으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 히터는 상기 멤브레인의 상기 제2챔버측 면에 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 히터는 상기 멤브레인의 상기 제1챔버측 면에 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 멤브레인은 상기 제1,2챔버 사이에 두 겹으로 설치되고, 상기 히터는 그 두 겹의 멤브레인 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1챔버는 반구형인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 헤드.