KR20030012059A - 노즐의 집적도를 향상시키는 잉크방을 갖는 잉크젯프린트헤드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

잉크젯 프린트헤드의 잉크방 및 그의 제조방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 분사되는 노즐이 배치되는 최적의 잉크방을 공급하기 위한 것으로, 잉크방에 위치되는 노즐의 접적도를 향상시켜 고해상도 및 고속의 잉크젯 프린트헤드의 잉크방 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법 요지

본 발명은 잉크 분사를 위한 노즐이 배치되는 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 때, 상기 잉크방의 단면이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에서 형성될 경우, 상기 잉크방의 분사구측의 단면 도형의 합이 2 × (a + b) 를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 것 중 하나로 형성시킨 잉크젯 프린트 헤드 및 그의 제조방법을 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

고해상도 및 고속의 프린트를 구현하는 잉크젯 프린트 헤드에 사용될 수 있는 것임.

Description

노즐의 집적도를 향상시키는 잉크방을 갖는 잉크젯 프린트헤드 및 그의 제조방법{Ink-jet printhead having a ink-chamber for improving accmulation of nozzle and manufactureing method thereof}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드(ink-jet printhead)에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프린터의 카트리지에 장착되어 잉크 분사를 수행하는 잉크젯 프린트헤드 내에서 잉크방에 잉크를 공급하는 통로로 사용되는 잉크 공급로의 모양을 다수의 노즐이 최적으로 집적될 수 있는 형태로 형성시켜 고해상도 및 고속의 프린트를 구현할 수 있는 노즐의 집적도를 향상시키는 잉크 공급로를 갖는 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 프린터, 워드프로세서 등의 각종 전자기기에는 인쇄기구의 일부로서 잉크젯 프린트헤드가 탑재되어 있다. 상기 잉크젯 프린트헤드는 소정의 제어신호에 따라 잉크 카트리지에 저장된 잉크를 소정량 만큼 인쇄면에 분사하는 헤드를 말한다.

잉크젯 프린트헤드는 잉크를 분사하는 방식에 따라 피에조(piezo)방식과 열분사방식으로, 칼라로 구현 가능하고 고해상도의 출력물을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 최근 프린트 시장에서 매우 큰 비중을 차지하고 있는 제품이다.

최근에는 디지털 카메라의 보급에 따라 더욱 고해상도를 요구하고 있고 사진과 똑같은 수준의 출력물을 얻는 수 있도록 2400dpi 급의 잉크젯 프린트헤드들이 개발되고 있다.

잉크젯 프린트헤드는 잉크분사 특성을 결정하는 가장 핵심부품으로 주요 구성요소인 실리콘 기판, 잉크를 분사하는 노즐, 잉크에 기계적인 운동에너지를 가해주는 엑츄에이터(acuator), 즉 히터 내지 피에조일레스릭(piezoelectric) 물질, 잉크가 팽창하는 잉크방, 잉크방에 잉크를 공급하는 통로인 잉크 공급로 등을 포함한다.

그 일예로, 도 1 을 참조하여 일반적인 피에조 방식의 잉크젯 헤드를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 일반적인 피에조 방식의 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2a 는 종래기술에 의한 잉크 공급로의 분사구측에 노즐이 배치된 구성도이며, 도 2b 는 종래기술의 다른 실시예에 의한 잉크 공급로의 분사구측에 노즐이 배치된 구성도이다.

먼저, 상부전극(1a)과 하부전극(1b)으로 이루어진 피에조 소자(1)와, 상기 피에조소자(1)의 상부에 탄성층(2)이 위치되며, 상기 탄성층(2) 상부에는 잉크 공급로(A) 및 잉크방(B)을 내부에 포함하는 웨이퍼, 즉 실리콘 기판(3)이 형성되어 있다.

이 때, 상기 잉크방(B)은 잉크가 흐르도록 단면이 직사각형 또는 타원형으로된 파이프형태로 형성되고, 잉크가 분사되는 그 분사구측 주변에는 도 2a 및 도 2b와 같이 노즐(4)이 일렬로 배치되어 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 피에조방식의 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 분사되는 원리를 설명하면, 인쇄하기 위한 제어신호가 전압의 형태로 상기 피에조소자(1)의 상부 전극(1a)으로 전달된다.

상기 제어신호를 전달받은 상기 상부 전극(1a)은 전기력에 의해서 인접한 탄성층(2)을 소정시간동안 압력을 가하게 된다. 그 압력에 의해서, 상기 탄성층(2)은 잉크방(B)쪽으로 휘면서, 순간적으로 상기 압력을 잉크방(B)에 전달함에 따라, 도시된 바와 같이, 하부의 잉크를 우측 상단의 배출구로 잉크를 전달시켜 우측 상단의 잉크 공급로 주위에 배치된 노즐(4)을 통해서 잉크를 분사시키게 된다.

한편, 도 3 은 일반적인 열분사 방식의 프린트 헤드의 개략적인 구성을 나타낸 구성도이며, 전술한 피에조 방식의 구성요소와 동일 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여한다.

이에 도시한 바와 같이, 일반적인 열분사 방식의 프린트 헤드는, 잉크 공급로(A)가 형성된 실리콘 기판(5)과, 상기 실리콘 기판(5)의 상부에 설치되며 그 연결면에 상기 잉크 공급로(A)로 공급된 잉크가 팽창하는 잉크방(B)이 형성되는 노즐판(6)과, 상기 노즐판(6)에 형성된 노즐(4)과, 상기 노즐(4) 하부측 기판(5)에 설치되는 엑츄에이터(7)를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 열분사 방식의 프린트 헤드의 잉크 분사 원리를 간단히 설명하면, 잉크가 실리콘 기판(5)의 뒷면으로부터 잉크공급로(A)를 통해 잉크방(B)으로 제공되고, 이 잉크방(B)에 일시적으로 머무는 잉크는 노즐판(6)의 노즐(4) 하부측에 있는 엑츄에이터(7)로부터 발생된 열에 의해 순간적으로 가열된다. 이때 발생하는 기포에 의하여 잉크방(B)내의 잉크 중 일부가 밀려서 잉크방(B)의 상부에 형성된 노즐(4)를 통하여 잉크젯 프린트 헤드 밖으로 분출된다.

이와 같은 열분사 방식의 프린트 헤드의 노즐 또한 도 2a 또는 도 2b 에 도시한 형태와 같이 배치되어 있다.

그런데, 잉크를 분사시키는 것에 있어서, 고해상도를 구현하기 위해서는 노즐(4)의 크기가 작아야 하지만, 잉크 방울의 크기가 작아짐에 따라 기존보다 훨씬 빠른 속도로 잉크를 분사해야 만족할 만한 인쇄속도를 확보 할 수 있으므로 가급적 많은 수의 노즐을 집적(accumulation)하는 것이 절대적으로 중요하게 요구되는 사항이다.

따라서, 잉크 공급로(A)가 가져야 할 중요한 인자는 단면의 면적이 아니라 변의 길이가 길어야 많은 수의 노즐을 그 주위에 배치할 수 있다.

그러나, 종래의 기술에서는 노즐이 주로 직사각형 형태를 가지는 잉크 공급로의 분사측 주변에 일렬로 배치되기 때문에, 실리콘 기판 내에서 노즐을 배치할 수 있는 유효면적이 매우 적은 문제점이 있었다.

또한, 종래와 같은 형태의 잉크 공급로 모양을 사용하면 일정면적이 기판에집적할 수 있는 노즐의 개수는 노즐과 노즐간의 간격이 좁아지지 않는 이상 일정한 한계를 갖는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 다변의 잉크 공급로를 제공하여 잉크 공급로의 변의 길이가 길어져 잉크 공급로 주위로 많은 수의 노즐을 배치될 수 있도록 하여 고해상도 및 고속의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 피에조 방식의 잉크젯 헤드의 개략적인 구성을 나타낸 구성도.

도 2a 는 종래기술에 의한 잉크 공급로의 분사구측에 노즐이 배치된 구성도.

도 2b 는 종래기술의 다른 실시예에 의한 잉크 공급로의 분사구측에 노즐이 배치된 구성도.

도 3 은 일반적인 열분사 방식의 잉크젯 헤드의 개략적인 구성을 나타낸 구성도.

도 4 는 본 발명에 따른 노즐의 집적도를 향상시킨 잉크방의 제1 실시 형태를 도시한 구성도.

도 5 는 도 4 의 잉크방의 다른 형태를 도시한 구성도.

도 6 은 본원 발명에 따른 잉크젯 헤드의 잉크방의 제2 실시예를 도시한 구성도.

도 7 은 본원 발명에 따른 잉크젯 헤드의 잉크방의 제3 실시예를 도시한 구성도.

도 8 은 본원 발명에 따른 잉크젯 헤드의 잉크방의 제4 실시예를 도시한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

4: 노즐5: 실리콘 기판

6: 노즐판10: 잉크방

a, b, c: 변

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 잉크 분사를 위한 노즐이 배치되는 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 때, 상기 잉크방의 단면이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에서 형성될 경우, 상기 잉크방의 분사구측의 단면 도형의 합이 2 × (a + b) 를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 것 중 하나로 형성시킨 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.

상기 잉크방의 분사구측 단면형태는 ∃ 형태 또는 Ж 형태 또는 와선 형태 중 어느 하나로 형성된다.

또한 본 발명은 잉크 분사를 위한 노즐이 배치되는 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 때, 상기 잉크방의 단면이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에 형성될 경우, 상기 잉크방의 분사구측의 단면 도형의 합이 2 × (a + b) 를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 것 중, 하나로 형성되어 잉크방의 변 길이를 증가시킨 잉크젯 프린트 헤드의 잉크방 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고, 종래와 동일구성요소에 대해서는 동일부호를 부여하였다.

본원 발명에 따르면, 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 시, 상기 잉크방이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에 형성된다고 가정할 경우, 노즐이 위치되는 상기 잉크 방의 분사구측 단면 도형의 합이 2 × (a + b)를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 형태로 형성되어 잉크방의 변 길이를 증가시킴으로써 노즐의 집적도를 높인다.

그 일예로, 도 4 는 본 발명에 따른 노즐의 집적도를 향상시킨 잉크방의 제1실시 형태를 도시한 구성도로서, 그 잉크방의 분사구측은 내각이 180°를 넘는 다수의 모서리(M)를 가지는 다각형, 대략 "∃" 형태로 형성된 잉크방으로 형성된다.

상기 도 4 와 같이 다수의 변을 갖는 형태의 잉크방(10)으로 형성하면, 그 면적이 기존의 직사각형 형태로 형성되는 잉크방이 위치되는 면적과 동일하게 차지하지만, 잉크방의 변의 길이가 대폭 늘릴 수 있어 잉크방(10)의 변의 길이가 길어짐에 따라 같은 면적의 기판에 훨씬 많은 수의 노즐(4)을 배치시킬 수 있다.

다시 말해서, 기존 기술에서는 a 변 및 b 변에만 노즐이 위치되는 것임에 반해, 본원 발명은 그 가장자리변 전체, 즉 a 변 및 b 변 그리고 c 변에 걸쳐 노즐(4)을 위치시키도록 하여 보다 많은 수의 노즐이 위치되도록 한 것이다.

또한, 도 5 는 도 4 의 잉크방의 다른 형태를 도시한 것으로서, 변과 변이만나는 모서리를 예각(銳角)으로 만나지 않고 둥글게 형성, 대략 "∋" 형태로 형성시킬 수도 있다.

상기한 바와 같이 도 4 와 도 5 의 경우에는, 각각 변의 길이가 a, b인 직사각형에 있어서, 변 길이의 총합이 2(a+b)를 초과하는 모든 형태의 잉크방으로 형성하기 위한 것이다.

또한, 도 6 및 도 7 은 각각 본원 발명의 잉크방의 제3 및 제4 실시예를 도시한 것으로, 다각형의 내각이 180°를 넘는 모서리를 가진 다각형, 대략 Ж형태 및 W 형태로 형성시킬 수 있고, 도 8 과 같이 와선 형태로 형성시킬 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐 집적도를 향상시킨 잉크방를 갖는 잉크젯 프린트헤드는 다변의 잉크방을 제공하여 잉크방의 변의 길이가 길어져 잉크 방 주위로 많은 수의 노즐을 배치될 수 있도록 하여 고해상도 및 고속의 프린트를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 잉크 분사를 위한 노즐이 배치되는 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 때, 상기 잉크방의 단면이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에서 형성될 경우,

   상기 잉크방의 분사구측의 단면 도형의 합이 2 × (a + b) 를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 것 중 하나로 형성시킨

   잉크젯 프린트 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 잉크방의 분사구측 단면형태는 ∃ 형태로 형성되는

   잉크젯 프린트헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 잉크방의 분사구측 단면형태는 Ж 형태로 형성되는

   잉크젯 프린트헤드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 잉크방의 분사구측 단면형태는 와선으로 형성되는

   잉크젯 프린트헤드.
5. 잉크 분사를 위한 노즐이 배치되는 잉크방이 실리콘 기판에 형성될 때, 상기 잉크방의 단면이 a, b 두변을 갖는 직사각형내에 형성될 경우, 상기 잉크방의 분사구측의 단면 도형의 합이 2 × (a + b) 를 초과하거나 이루는 내각이 180°이상인 모서리부를 복수개 포함하는 것 중, 하나로 형성되어 잉크방의 변 길이를 증가시킨 잉크젯 프린트 헤드의 잉크방 제조방법.