KR20020010181A

KR20020010181A - 잉크젯 프린터 헤드

Info

Publication number: KR20020010181A
Application number: KR1020000043462A
Authority: KR
Inventors: 문재호; 권오근
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-04
Also published as: US6394588B2; KR100406946B1; US20020015080A1

Abstract

잉크챔버의 일측을 나란한 상태로 지나도록 잉크공급로에 직교하는 방향으로 형성된 제1잉크통로와, 잉크챔버를 사이에 두고 잉크공급로와 나란한 상태로 배치되도록 상기 제1잉크통로와 직교하는 방향으로 연결 형성되는 제2잉크통로와, 상기 잉크공급로와 대향되는 상기 잉크챔버의 후방부와 상기 제2잉크통로를 연결하는 제3잉크통로를 포함하도록 잉크 공급 유로의 구조를 개선함에 의해 노즐홀에서의 잉크 토출시 백-플로우현상을 방지하여 안정된 잉크토출을 구현함으로써 프린팅 품질 향상에 기여할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드.

Description

잉크젯 프린터 헤드{Ink-jet Printer Head}

본 발명은 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로서, 특히 노즐홀에서의 잉크 토출시 후방 잉크 공급 유로를 향해 잉크가 밀려나가는 소위, 백 플로우(back-flower) 현상을 억제할 수 있도록 잉크 공급 유로의 구조가 개선된 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것이다.

소위, 써멀(Thermal) 프린팅방식이 적용되는 종래의 잉크젯 프린터 헤드는 저항 발열체를 히터로 이용하여 잉크를 순간 가열함에 따라 잉크 버블을 생성하여 팽창시킴으로써 노즐홀을 통해 잉크를 토출, 분사시키도록 되어 있다.

종래의 통상적인 써멀 프린팅방식 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로(Ink flow path)의 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 노즐홀(미도시)과 각각 연통되도록 도시되어 있지 않은 기판과 노즐플레이트 및 잉크챔버 배리어(barrier; 140) 등에 의해 둘러 싸이도록 형성된 잉크챔버(160)와 잉크통로(170)에 의해 잉크공급로(180)가 연결되도록 형성된다.

도 2는 상기 잉크챔버(160)의 구조를 보이기 위해 도 1의 II-II선을 절제한 수직 단면도로서, 이를 참조하면 상기 잉크챔버(160)는 도시된 바와 같이 실리콘 기판(110)상에 박막의 저항 발열체(120)와 전극층(130) 및 잉크챔버 배리어(barrier)(140)가 순차 적층된다. 그리고, 상기 전극층(130)과 잉크챔버 배리어(140)의 중앙부는 예컨대, 포토리소그래피공정 등과 같은 반도체 제조공정에 의해 식각되어 저부에 상기 저항 발열체(120)의 상면 일부가 노출되도록 형성된다. 또한, 상기 잉크챔버 배리어(140)상에는 상기 잉크챔버(160)와 통하는 노즐홀(151)이 형성된 노즐플레이트(150)가 적층된 구조를 가진다.

상기와 같은 구성을 가지는 종래 잉크젯 프린트 헤드(100)에 따르면, 상기 전극층(130)에 전원을 인가함에 따라 상기 저항 발열체(120)가 잉크챔버(160)에 충전된 잉크를 순간 가열하여 끓게 함으로써 잉크 버블을 생성하여 팽창시키게 된다. 따라서, 팽창된 잉크 버블이 잉크챔버(160)의 내부에 압력을 가하게 됨에 따라 노즐홀(151) 부근의 잉크를 토출, 분사시킨다. 그리고, 잉크가 토출 분사된후에는 전극층(130)에 인가된 전원을 차단시켜 히터를 냉각시킴에 따라 잉크 버블이 수축되면서 잉크챔버(160)에 다시 잉크가 충전되는 과정을 반복하면서 프린팅동작을 수행하게 된다.

그런데, 상기한 종래 잉크젯 프린트 헤드의 잉크 공급 유로 구조에 따르면, 상기 잉크챔버(160)와 잉크공급로(180)의 사이에 보다 협소한 직선형의 잉크통로(170)가 직접적으로 연결되도록 형성된다.

따라서, 상기 잉크공급로(180)를 경유한 잉크가 상기 잉크공급로(180)와 대면되는 잉크챔버(160)의 전방으로 유입됨에 따라 버블 팽창 압력에 의한 잉크 토출시 잉크통로(170)의 후방에 위치하게 되는 잉크공급로(180)를 향해 잉크가 밀려나가는 소위, 백-플로우(back-flower) 현상이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 백-플로우현상은 그 충격에 따른 영향으로 인하여 프린팅 동작과정에서 크로스-토크(cross-talk)를 유발시키는 원인으로 작용함과 동시에 잉크 공급 유로를 들뜨게 하여 노즐 플레이트가 박리되는 등 잉크 토출 자체가 불가능하게 되는 심각한 불량상태를 야기시키는 원인으로 작용하게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 해결과제는 상술한 바와 같은 종래 잉크젯 프린트 헤드의 잉크 공급 유로가 가지는 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, 노즐홀에서의 잉크 토출시 백-플로우현상을 방지할 수 있도록 잉크챔버와 잉크공급로의 연결 통로에 대한 구조를 개선하여 안정된 잉크토출을 구현함으로써 프린팅 품질 향상에 기여할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로를 개략적으로 나타내 보인 평면구성도,

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 절제한 개략적 수직 단면 구조도,

도 3은 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로를 개략적으로 나타내 보인 평면구성도,

도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절제한 수직 단면 구조도,

도 5는 도 3의 요부를 발췌하여 도시한 개략적 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

210...기판 220...저항 발열체

230...전극층 240...잉크챔버 배리어

250...노즐플레이트 251...노즐홀

260...잉크 챔버 271...제1잉크통로

272...제2잉크통로(잉크 버퍼) 273...제3잉크통로

274...잉크 안내부 280...잉크공급로

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드는, 잉크공급로의 양측부에 대응적으로 형성되며 노즐홀과 연통되도록 형성된 복수의 잉크챔버와, 상기 잉크공급로와 상기 각 잉크챔버를 상호 연결하는 잉크통로가 잉크 공급 유로를 형성하는 잉크젯 프린터 헤드에 있어서, 상기 잉크통로는, 상기 잉크공급로와 대향되는 상기 잉크챔버의 후방부와 연결되어 잉크가 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성을 가지는 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에 따르면, 상기 잉크통로에는 적어도 하나의 잉크 플로우 버퍼가 형성되며, 적어도 둘 이상의 직교하는 방향전환부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다른 잉크젯 프린터 헤드는, 잉크공급로의 양측부에 대응적으로 형성된 복수의 잉크챔버와, 상기 잉크공급로와 상기 각 잉크챔버를 상호 연결하는 잉크통로가 잉크 공급 유로를 형성하는 잉크젯 프린터 헤드에 있어서, 상기 잉크통로는, 상기 잉크챔버의 일측을 나란한 상태로 지나도록 상기 잉크공급로에 직교하는 방향으로 형성된 제1잉크통로와; 상기 잉크챔버를 사이에 두고 상기 잉크공급로와 나란한 상태로 배치되도록 상기 제1잉크통로와 직교하는 방향으로 연결 형성되는 제2잉크통로와; 상기 잉크공급로와 대향되는 상기 잉크챔버의 후방부와 상기 제2잉크통로를 연결하도록 형성된 제3잉크통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성을 가지는 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에 있어서, 상기 제1잉크통로의 길이는 상기 제2잉크통로와 상기 제3잉크통로의 길이보다 길게 형성되고, 상기 제2잉크통로의 길이는 상기 제1잉크통로의 길이보다 짧게 형성되는 동시에 상기 제3잉크통로의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2잉크통로의 단면적의 폭은 상기 제1잉크통로의 단면적의 폭보다 크거나 같게 형성되고, 상기 제1잉크통로의 단면적의 폭은 상기 제3잉크통로의 단면적의 폭보다 크거나 같게 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드에 있어서, 상기 잉크공급로와 상기 잉크통로 또는 제1잉크통로의 연결부에는 잉크 유입을 안내하기 위해 확장된 잉크안내부가 형성되어 있는 것이 바람직하며, 상기 잉크통로의 폭은 상기 챔버내에 마련된 히터의 피치보다 작게 형성되고, 상기 잉크통로의 길이는 상기 노즐칩 규격의 1/2보다 짧게 형성된 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로를 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드(200)의 잉크 공급 유로의 구조는, 잉크공급로(280)의 양측부에 대응적으로 형성된 복수의 잉크챔버(260)와, 상기 잉크공급로(280)와 상기 각 잉크챔버(260)를 상호 연결하는 잉크통로로서, 상기 잉크챔버(260)의 일측을 나란한 상태로 지나도록 상기 잉크공급로(280)에 직교하는 방향으로 형성된 제1잉크통로(271)와, 상기 잉크챔버(260)를 사이에 두고 상기 잉크공급로(280)와 나란한 상태로 배치되도록 상기 제1잉크통로(271)와 직교하는 방향으로 연결 형성되는 제2잉크통로(272)와, 상기 잉크공급로(280)와 대향되는 상기 잉크챔버(260)의 후방부와 상기 제2잉크통로(272)를 직교하는 방향으로 연결하도록 형성된 제3잉크통로(273)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 잉크공급로(280)와 상기 제1잉크통로(271)의 연결부에는 잉크 유입을 안내하기 위해 확장된 잉크안내부(274)가 형성된다.

상기한 바와 같은 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로의 구조에 따르면, 상기 잉크공급로(280)에 충전된 잉크는 상기 잉크안내부(274)를 통하여 상기 제1잉크통로(271)로 유입되어 상기 제2잉크통로(272)와 상기 제3잉크통로(273)를 거쳐 잉크챔버(260)에 충전된다. 상기 제2잉크통로(272)는 상기 잉크챔버(260)에 충전된 잉크가 가열되어 생성된 버블의 압력에 의해 노즐홀 부근의 잉크가 토출될 때, 그 충격으로 인하여 제3잉크통로(273)를 향해 밀려 나오는 소위, 백-플로우 잉크를 수용할 수 있는 버퍼의 역할을 하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에 따르면, 노즐홀 부근의 잉크 토출시 백-플로우되는 잉크가 상기 제2잉크통로(273)의 잉크 버퍼(ink buffer 또는 ink reservoir) 역할로 인하여 상기 제1잉크통로(271)와 잉크공급로(271)쪽으로 유입되지 않게 된다.

도 4는 상기 잉크챔버(260)의 구조를 보이기 위해 도 3의 IV-IV선을 절제한 수직 단면도로서, 이를 참조하면 상기 잉크챔버(260)는 도시된 바와 같이 실리콘 기판(210)상에 박막의 저항 발열체(220), 전극층(230), 잉크챔버 배리어(barrier)(240)가 순차 적층되고, 상기 저항 발열체(220)는 상기 전극층(230)과 잉크챔버 배리어(240)의 중앙부가 식각되어 잉크챔버(260)를 이루고 있는 공간부로 상면 일부가 노출된다. 그리고, 상기 잉크챔버(160)와 통하는 노즐홀(251)이 형성된 노즐플레이트(250)는 상기 잉크챔버 배리어(240)상에 적층된 구조를 가진다.

상기와 같은 구성을 가지는 잉크젯 프린트 헤드(200)에 따르면, 상기 잉크공급로(280)에 충전된 잉크는 상기 잉크안내부(274)에 의해 상기 제1잉크통로(271)와 제2잉크통로(272) 및 제3잉크통로(273)를 거쳐 잉크챔버(260)에 충전된다.

이와 같이 잉크챔버(260)에 잉크가 충전된 상태에서 상기 전극층(230)에 전원을 인가함에 따라 상기 저항 발열체(220)가 잉크챔버(260)에 충전된 잉크를 순간 가열하여 끓게 함으로써 잉크 버블을 생성하여 팽창시키게 된다. 이에 따라, 팽창된 잉크 버블이 잉크챔버(260)의 내부에 압력을 가하여 노즐홀(251) 부근의 잉크를 토출, 분사시키게 된다. 이때, 노즐홀(251) 부근의 잉크가 토출될 때의 잉크 버블의 압력 영향으로 인하여 노즐홀(251)의 후방부에 충전되어 있는 잉크가 상기 제3잉크통로(273)를 향해 밀려 나오는 소위, 백-플로우현상이 발생하게 되는데, 이와 같이 백-플로우된 잉크는 상기 제2잉크통로(272)가 버퍼(buffer 또는 reservoir)의역할을 하여 수용함으로써, 상기 제1잉크통로(271)와 잉크공급로(271)쪽으로 밀려나지 않게 된다.

한편, 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로의 구조에 따르면, 상기 제2잉크통로(272)가 백-플로우된 잉크의 버퍼(ink buffer 또는 ink reservoir) 역할을 최적 상태로 수행하기 위한 조건으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1잉크통로(271)의 길이는 상기 제2잉크통로(272)와 상기 제3잉크통로(273)의 길이보다 길게 형성되고, 상기 제2잉크통로(272)의 길이는 상기 제1잉크통로(271)의 길이보다 짧게 형성되는 동시에 상기 제3잉크통로(273)의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2잉크통로(272)의 단면적의 폭(B)은 상기 제1잉크통로(271)의 단면적의 폭(A)보다 크거나 같게 형성되고, 상기 제1잉크통로(271)의 단면적의 폭(A)은 상기 제3잉크통로(273)의 단면적의 폭(C)보다 크거나 같게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1잉크통로(271)와 제2잉크통로(272) 및 제3잉크통로(273)의 폭은 상기 챔버(260)내에 마련된 발열히터(미도시)의 피치보다 작게 형성되고, 상기 제1잉크통로(271)와 제2잉크통로(272) 및 제3잉크통로(273)의 길이는 상기 잉크챔버(260)와 연통되는 노즐홀(미도시)이 형성되는 단위칩 규격의 1/2보다 짧게 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에 따르면, 잉크공급로와 잉크챔버를 상호 연결하는 잉크통로를, 잉크공급로와 대향되는 잉크챔버의 후방부쪽으로 연통시킴으로써, 잉크가 잉크챔버의 후방으로 유입되도록 하여 백-플로우되는 잉크를 적절히 수용함에 따라 그 충격을 완화시킬 수가 있게 되는 것이다. 그리고, 후방 유입형 잉크통로상에 백-플로우되는 잉크를 수용하기 위한 버퍼 및 방향전환부를 구비함으로써 백-플로우되는 잉크가 잉크공급로쪽으로 밀려나오는 것을 완벽하게 차단할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드에 따르면, 상기 제1잉크통로(271)와 제2잉크통로(272) 및 제3잉크통로(273)는 그 길이와 폭을 적절히 조절하여 다양한 형태의 규격으로 형성함으로써 잉크 토출 성능을 다양한 형태로 구현할 수 있으므로, 프린팅 품질 안정에 기여할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드에 따르면,

개선된 잉크 공급 유로의 구조에 의해 잉크 토출시 백-플로우되는 잉크를 완벽하게 차단할 수 있으므로, 안정된 상태의 잉크 토출이 가능하여 잉크젯 프린터 헤드의 성능을 향상시킬 수 있고, 또한, 크로스 토크의 발생 방지 등을 통해 프린팅 품질을 향상시킬 수가 있다.

또한, 기존 잉크젯 프린터 헤드의 잉크 공급 유로의 구조에 있어서 백-플로우되는 잉크 압력에 의한 데미지로 인하여 노즐플레이트가 박리되는 등의 문제점을 원천적으로 방지할 수 있으므로 잉크젯 프린터 헤드의 수명을 향상시킬 수가 있다.

본 발명은 상술한 특정 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

Claims

잉크공급로의 양측부에 대응적으로 형성되며 노즐홀과 연통되도록 형성된 복수의 잉크챔버와, 상기 잉크공급로와 상기 각 잉크챔버를 상호 연결하는 잉크통로가 잉크 공급 유로를 형성하는 잉크젯 프린터 헤드에 있어서,

상기 잉크통로는,

상기 잉크공급로와 대향되는 상기 잉크챔버의 후방부와 연결되어 잉크가 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제1항에 있어서,

상기 잉크통로에는 적어도 하나의 잉크 플로우 버퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제1항에 있어서,

상기 잉크통로에는 적어도 둘 이상의 방향전환부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제1항에 있어서,

상기 잉크통로에는 적어도 둘 이상의 직교하는 방향전환부가 형성되어 있는것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제1항에 있어서,

상기 잉크공급로와 상기 잉크통로의 연결부에는 잉크 유입을 안내하기 위해 확장된 잉크안내부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제1항 내지 제5항중의 어느 한 항5에 있어서,

상기 잉크통로의 폭은 상기 챔버내에 마련된 히터의 피치보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제1항 내지 제5항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크통로의 길이는 상기 노즐홀이 형성되는 노즐칩 규격의 1/2보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
잉크공급로의 양측부에 대응적으로 형성된 복수의 잉크챔버와, 상기 잉크공급로와 상기 각 잉크챔버를 상호 연결하는 잉크통로가 잉크 공급 유로를 형성하는 잉크젯 프린터 헤드에 있어서,

상기 잉크통로는,

상기 잉크챔버의 일측을 나란한 상태로 지나도록 상기 잉크공급로에 직교하는 방향으로 형성된 제1잉크통로와,

상기 잉크챔버를 사이에 두고 상기 잉크공급로와 나란한 상태로 배치되도록 상기 제1잉크통로와 직교하는 방향으로 연결 형성되는 제2잉크통로와,

상기 잉크공급로와 대향되는 상기 잉크챔버의 후방부와 상기 제2잉크통로를 연결하도록 형성된 제3잉크통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항에 있어서,

상기 제1잉크통로의 길이는 상기 제2잉크통로와 상기 제3잉크통로의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항에 있어서,

상기 제2잉크통로의 길이는 상기 제1잉크통로의 길이보다 짧게 형성되는 동시에 상기 제3잉크통로의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항에 있어서,

상기 제2잉크통로의 단면적의 폭은 상기 제1잉크통로의 단면적의 폭보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항에 있어서,

상기 제1잉크통로의 단면적의 폭은 상기 제3잉크통로의 단면적의 폭보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항에 있어서,

상기 제3잉크통로의 단면적의 폭은 상기 제2잉크통로의 단면적의 폭보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항 내지 제13항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크공급로와 상기 제1잉크통로의 연결부에는 잉크 유입을 안내하기 위해 확장된 잉크안내부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항 내지 제13항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크통로의 폭은 상기 챔버내에 마련된 히터의 피치보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
제8항 내지 제13항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크통로의 길이는 상기 노즐홀이 형성되는 노즐칩 규격의 1/2보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.