KR20050000395A - 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 푸쉬어 액츄에이션 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 푸쉬어 액츄에이션 Download PDF

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Abstract

복수의 노즐장치(70)가 프린트헤드 칩의 기판(12)에 위치한다. 각 장치는 기판에 위치하는 노즐챔버구조(72,74,76,78)를 포함하고 잉크가 분사되는 노즐챔버(80)를 형성한다. 잉크분사 메카니즘은 노즐챔버구조에 대해 작동하도록 배열된다. 상기 잉크분사 메카니즘은, 잉크를 분사하기 위해 노즐챔버내에 압력펄스를 발생하기 위해 변위할 수 있는 적어도 하나의 구동부품(106)을 포함한다. 액츄에이터(92)가 기판에 위치하고, 열팽창계수를 가진 재료로 된 적어도 하나의 작업부재(4)를 가지고 있어, 작업부재는 실질적으로 선팽창할 수 있다. 에너지이동수단은 구동부품과 상기 작업부재로 서로 연결하고 있어, 상기 작업부재의 팽창과 연이은 수축의 결과로서 상기 작업부재의 의해 발생될 에너지가 상기 구동부품으로 전달되어 압력펄스가 발생하게 된다.

Description

잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 푸쉬어 액츄에이션{PUSHER ACTUATION IN A PRINTHEAD CHIP FOR AN INKJET PRINTHEAD}
상기의 참조된 출원/특허에서 알 수 있는 바와 같이, 본 출원인은 인쇄에 필요한 잉크의 분사를 위한 기본구성요소인 마이크로 전기기계 시스템(MEMS;Micro Electro Mechanical System)을 포함하는 프린트헤드를 개발하기 위해 상당한 시간과 노력을 기울여 왔다.
본 출원인의 연구와 개발의 결과로서, 본 출원인은 84000 노즐장치들을 통합하는 하나 또는 그 이상의 프린트헤드 칩들을 가지는 프린트헤드를 개발할 수 있었다. 본 출원인은 각각의 프린트헤드를 조절할 수 있는 적절한 처리기술도 개발하였다. 특히, 상기 처리기술 및 프린트헤드들은 일반적 해상도인 1600dpi 및 경우에 따라서는 그 이상을 얻기 위해 상호 협력할 수 있다. 적합한 처리기술이 상기의 참조된 특허출원/특허에 제공되어 있다.
본 출원인이 개발한 대부분의 프린트헤드 칩들의 공통점은, 부품이 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위해 기판상으로 이동한다는 것이다. 이러한 부품은 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위해 노즐챔버에서 변위하는 잉크분사부재의 형태일 수 있다.
상기 출원들에 의해 명백한 바와 같이, 출원인은 각각의 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위한 다양한 방법들을 개발하였다. 상기 방법들의 대부분은 열팽창계수가 있는 재료의 선택에 기초하고 있어, MEMS상에서, 가열에 의한 팽창 및 계속되는 냉각에 의한 수축이 작업을 수행하는 데 이용될 수 있다. 상기 재료는 전열회로를 포함하는 열 액츄에이터의 적어도 일부를 규정하기 위해 형성된다. 상기 전열회로는 전류가 회로를 통과할 때, 저항적으로 가열되도록 형성된다. 상기 전류는 인쇄요구조건에 따르는 주파수로서 펄스의 형태로 회로에 공급된다. 상기 펄스들은 대체로 프린트헤드 칩의 기판에 위치한 CMOS층에서 공급된다. 상기 펄스들은 인쇄요구조건에 따른 형상과 크기를 가지고 있다. 상기 펄스들의 발생과 조절은 상기 참조된 출원서에 기재된 적절한 마이크로프로세서(Microprocessor)에 의해 행하여 진다.
거시적인 규모로는, 작업수행을 달성하기 위해 재료의 팽창과 수축을 이용하는 것은 반직관적이다. 본 출원인은 상기 팽창과 수축이 늦은 비율로 인식되는 것이, 거시적인 기술분야에서의 통상의 기술자라면 다른 대안의 에너지원을 찾게 될 것임을 제안한다.
MEMS 규모에서, 본 출원인은 그러한 재료의 팽창과 수축이 작업을 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 발견하였다. 그 이유는, 이러한 규모에서는, 팽창과수축이 비교적 빠르고 큰 힘으로 전달될 수 있다는 것이다.
여기에서 이동범위의 문제점은 남아있다. 상기 팽창과 수축이 둘 다 빠르고 강하긴 하지만, 본 출원인은 그러한 빠르고 강한 움직임이 잉크분사를 위한 작업이 요구되는 지역에서 증폭되는 메카니즘이 바람직하다는 것을 발견하였다.
상기 출원과 특허들에 개시된 상기 노즐장치의 대부분은 열 액츄에이터를 구부리기 위해 상기 열 액츄에이터상의 서로 다른 팽창을 이용한다. 이러한 굽힘이동은 잉크를 분출하기 위해 직선적으로 또는 각을 이루고 변위된 잉크분사부품에 전달된다.
본 출원인은 열 액츄에이터의 단순한 직선적인 팽창이 잉크분사장치로 변위되는 것이 바람직하다는 것을 알았는 데, 이는 MEMS 규모에서 단순한 직선적인 팽창이 비교적 효율적이기 때문이다.
본 출원인은 상기에서 언급한 동작의 바람직한 전송과 확대를 위해 본 발명을 착안하게 되었다.
본 발명은 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 잉크방울을 분출하기 위한 푸쉬어 액츄에이션을 포함하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩에 관한 것이다.
도면에서,
도 1은, 본 발명에 있어서 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 1실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
도 2는, 본 발명에 있어서 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 2실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
도 3은, 본 발명에 있어서 프린트헤드 칩의 제 3실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
도 4는, 본 발명에 있어서 프린트헤드 칩의 제 4실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
도 5는, 본 발명에 있어서 프린트헤드 칩의 제 5실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
도 6은, 정지상태에서 도 5의 노즐장치를 더욱 상세하게 도시한 측면개략도를 나타낸다.
도 7은, 작동상태에서 도 5의 노즐장치의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 8은, 도 5의 노즐장치의 평면구성도를 나타낸다.
도 9는, 본 발명에 있어서 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 6실시예에 의한 노즐장치의 개략도를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩이 제공되는 데, 상기 프린트헤드 칩은,
기판과; 그리고
상기 기판상에 위치하는 복수의 노즐장치를 포함하며, 각 노즐장치는,
상기 기판상에 위치하고, 잉크가 분사되는 노즐챔버를 형성하는 노즐챔버구조;
상기 노즐챔버구조에 대하여 작동되게 배열되고, 상기 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위해 상기 노즐챔버내로 압력펄스를 발생시키기 위해 변위되는 적어도 하나 이상의 이동부품을 포함하는 잉크분사기구;
상기 기판상에 위치하고 열팽창계수를 가지는 재료로 된 작동부재가 적어도 하나이상이 있어, 상기 또는 각 작업부재가 가열되고 계속해서 냉각될 때에 본질적으로 직선적인 팽창과 수축을 할 수 있는 액츄에이터(Actuator); 그리고
상기 또는 각 이동부품과 상기 또는 각 작동부재를 상호연결하고, 상기 또는 각 작동부재의 팽창과 연이은 수축의 결과로 발생된 에너지가 상기 또는 각 이동부품으로 전달되어, 상기 또는 각 이동부품의 변위 및 압력펄스의 발생을 야기시키는 에너지 전달수단;
을 포함한다.
이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명을 예로서 설명한다. 다음의 설명은 상기한 요약의 넓은 범위를 제한하려는 것은 아니다.
도 1에서, 참고번호 10은 일반적으로 본 발명에 있어서 잉크젯 프린트헤드 칩의 제 1실시예에 의한 노즐장치를 가리킨다.
상기 노즐장치(10)는, 본 발명의 프린트헤드 칩을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼 기판(12, 도 6참조)상에 형성된 복수의 노즐장치중의 하나이다. 본 명세서의 배경기술에서 전술한 바와 같이, 하나의 프린트헤드는 84,000의 노즐장치들을 포함할 수 있다. 설명을 명확하고 쉽게 하기 위해, 단지 하나의 노즐장치를 설명한다. 당해분야에서 통상의 기술자라면 웨이퍼 기판(12)상의 노즐장치(10)를 단순히 반복함으로써 상기 프린트헤드 칩을 용이하게 얻을 수 있다는 것이 이해되어져야 한다.
상기 프린트헤드 칩은 집적회로 제조기술의 산물(産物)이다. 특히, 각 노즐장치(10)는 제조기술에 기반을 둔 마이크로 전기기계 시스템(MEMS)의 산물이다. 알려진 바와 같이, 이러한 제조기술은 집적회로 재료의 기능층 및 희생층의 증착을 포함한다. 상기 기능층들은 다양한 이동부품들을 형성하기 위해 식각된다. 그리고, 상기 희생층은 상기 부품들을 제거하기 위해 식각된다. 알려진 바와 같이, 일반적으로 어떠한 제조기술들은 다양한 장치들을 서로 분리하기 위해 계속적으로 시행되는 싱글 웨이퍼상에서 많은 수의 유사장치들의 반복을 포함한다. 이것은 당해분야에서 통상의 기술자라면 상기 노즐장치(10)를 반복하여 본 발명의 프린트헤드 칩을 쉽게 얻을 수 있다는 것을 강하게 뒷받침한다.
상기 전기구동 회로층(14)은 상기 실리콘 웨이퍼기판(12)상에 배치된다. 상기 전기구동 회로층(14)은 CMOS 구동회로를 포함한다. 상기 CMOS 구동회로의 특수한 배열은 본 명세서에서 중요한 것이 아니어서, 도면에서 개략적으로 나타난다. 그것은 적절한 마이크로 프로세서에 연결되어 있고, 상기 적절한 마이크로 프로세서로부터 가능한 신호를 접수하여 노즐장치(10)에 전류를 공급한다는 것으로 충분하다. 적절한 마이크로 프로세서의 예는 상기 참조된 특허/특허출원들에 기재되어 있다. 본 명세서에는 이 정도로 상세하게 설명하지는 않을 것이다.
잉크 부동태층(16)은 구동회로층(14)에 배치된다. 상기 잉크부동태층(16)은예컨대 실리콘 질화물과 같은 어떤 적절한 재료일 수 있다.
상기 노즐장치(10)는, 넓은 개념으로 도 1에 나타나 있다. 상기 노즐장치(10)는 전기 열 액츄에이터(18) 형태의 액츄에이터를 포함한다. 상기 액츄에이터(18)는 전기저항 가열회로(20)를 포함한다. 상기 회로(20)는 전도가열요소(22)의 형태의 작업부재를 포함한다. 상기 가열요소(22)는 열 팽창계수를 갖는 재료여서, 재료에 열을 가하고 연이어 냉각을 할 때, MEMS-스케일상에서 작업을 수행하기에 충분한 범주에서 팽창과 수축을 할 수 있다. 많은 수의 재료들이 적합한 집적회로제작에 사용된다. 그러한 재료들은 금, 구리, 티타늄을 포함할 수 있다. 본 출원인은 티타늄 알루미늄 질소화합물(TiALN)이 이러한 목적에 상당히 적합하다는 것을 발견하였다.
열팽창과 수축은 알려진 바와 같이 가열요소(22)의 단위길이당으로 발생한다. 상기 노즐장치의 숨겨진 원리는, 충분한 길이의 가열요소(22)를 제공하여 상기 가열요소(22)가 팽창 및 수축될 때의 이동범위가 유용한 에너지를 발생시키기에 충분하다는 것이다. 따라서, 상기 가열요소(22)의 길이는 유용한 에너지를 전달하는 수단을 규정하는 인자이다. 특히, 상기 가열요소(22)는 이동범위가 상기한 참조된 특허/특허출원들에 기재된 노즐장치의 부품들의 운동의 범위와 유사한 범위를 갖는 길이로 되어 있다.
상기 가열부품(22)은 잉크-분사부재 또는 피스톤(24)의 형태로 잉크-분사 메카니즘에 연결된다. 상기 피스톤(24)은 노즐 챔버구조(26)에 위치한다. 상기 노즐 챔버구조(26)는 노즐챔버 벽들(28)과 루프(Roof, 30)를 가지고 있다. 상기 루프(30)는 잉크분사 포트(32)를 형성한다.
상기 가열요소(22)는 고정단(34)과 작업단(36)을 가지고 있어, 상기 가열요소(22)의 팽창과 수축상에서, 상기 작업단(36)은 상기 고정단(34)에 대해 직선적으로 변위가 가능하다. 이로 인하여 상기 루프(30)에 대해 상기 피스톤(24)이 상호이동하고, 계속해서 상기 잉크분사포트(32)로부터 잉크가 분사된다.
도 2에서, 참고번호 40은 일반적으로 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 2실시예인 노즐장치를 나타낸다. 도 1을 참조하여 달리 명시되지 않는 한, 동일한 번호는 동일한 부품을 나타낸다.
다시 상기 노즐장치(40)는 단지 개념상으로 나타낸다. 이것은 MEMS 제조분야에서 통상의 기술자가 도 2에 도시된 개념을 활용하여 노즐장치를 용이하게 제조할 수 있다는 것을 나타낸다.
상기 노즐장치(40)는 또한 가열회로(42)를 포함한다. 상기 가열회로(42)의 가열요소(44)는 사용하기 알맞은 길이이다. 상기 노즐장치(40)는 전달수단으로 유용한 힘을 달성하기 위해 수압의 원리를 활용한다. 본 실시예에서, 상기 피스톤(24)과 노즐챔버(26)의 단면적은 잉크분사포트(32)의 단면적보다 큰 크기의 순서로 된 상당히 높은 수이다. 따라서, 요구되는 피스톤(24)의 운동범주는, 잉크방울 분사를 달성하면서도 상기 참고된 출원서에 기재된 노즐장치에서 통상 요구되는 것으로 부터 상당히 감소될 수 있다.
도 3에서, 참고번호 50은 일반적으로 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 3실시예에 의한 노즐장치를 가리킨다. 참고도면 도 1 및 도 2에서, 달리 명시되지 않는 한, 동일한 참고번호는 동일한 부품을 나타낸다.
상기 노즐장치(50)를 다시 넓은 개념으로 나타난다. 특히, 상기 노즐장치(50)는 종전의 실시예에서 설명된 치수형상 대신에, 적절한 동작확대 수단(52)이 가열요소(44)와 피스톤(24)사이에 위치한다. 상기 동작확대수단(52)은 다양한 서로 다른 형태들을 취할 수 있다. 특히, 상기 동작확대수단은 기어시스템처럼 편리한 마이크로 기계장치의 형태일 수 있다.
도 4에서, 참고번호 60은 일반적으로 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 4실시예에 의한 노즐장치를 가리킨다. 참고도면 도 1 및 도 3에서, 달리 명시되지 않는 한, 동일한 참고번호는 동일한 부품을 나타낸다.
상기 노즐장치(60)는 넓은 개념으로 나타나 있다. 본 실시예에서, 레버기구(62)가 가열요소(44)와 피스톤(24)의 작업단(36)의 중간에 위치하게 된다. 상기 기계장치(62)는 지레받침부(68)와 함께 실제 하중아암(66)에 연결된 실제 작동아암(64)을 가지고 있다. 도 4에서 도시된 레버기구(62)는 개략적으로 도시된 것이고, 상기 레버기구(62)를 형성하는 어떠한 다수의 마이크로 기계 시스템이 사용될 수 있다.
상기 레버기구(62)는 실제 하중아암(66)이 실제 작동아암(64)보다 대략 20 및 60배 더 길게 형성된다. 특히, 상기 레버기구(62)는 실제 하중아암(66)이 실제 작동아암(66)보다 대략 40배 더 길게 형성된다.
도 5 내지 8에서, 참고번호 70은 일반적으로 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 5실시예에 의한 노즐장치를 가리킨다. 도 1 및 도 4를참조하여 달리 명시되지 않는 한, 동일한 참고번호는 동일한 부품을 나타낸다.
상기 노즐장치(70)는, 말단단벽(72), 인접단벽(74)과 한 쌍의 대응되는 측벽(76)에 형성하는 노즐챔버벽을 규정한다. 루프(78)는 벽(72,74,76)에 걸쳐 있다. 상기 루프(78)와 벽(72,74,76)은 노즐챔버(80)를 규정한다. 상기 루프(78)는 노즐챔버(80)와 유체적으로 소통하는 잉크분사 포트(82)를 규정한다. 상기 벽(72,74,76)과 루프(78)는 상기 노즐챔버(80)가 평면상에서 보여질 때 직각형태를 가지도록 치수화된다. 상기 잉크분사 포트(82)는 노즐챔버(80)에 인접한 말단부(84)에 위치한다.
복수의 잉크 입구채널(86)은 기판(12)과 층(14,16)에 의해 규정된다. 각 잉크 입구채널(86)은 각 노즐챔버(80)와 유체적으로 소통된다. 더욱이, 잉크 삽입채널(86)의 개방부(88)는 노즐챔버(80)와 연관된 잉크분사 포트(82)에 맞추어져 있다.
한 쌍의 앵커(Anchor, 90)형태인 앵커부는 노즐챔버(80)의 인접측면의 기판(12)에서 견고히 고정된다. 상기 가열회로(44)는 상기 앵커(90)와 견고히 고정되고 인접단벽(74)으로 연장된 전기 열팽창 액츄에이터(92)를 포함한다. 상기 열팽창 액츄에이터(92)는 전도재이고 가열회로(44)의 일부를 규정한 형태이다. 상기 액츄에이터(92)는 열 팽창계수를 갖는 재료로 되어 있어 가열되고 연이어 냉각될 때, 재료의 팽창과 수축이 MEMS스케일에서 작업을 수행할 수 있게 한다. 적절한 재료의 예로는, TiALN이 있다. 특히, 상기 열팽창 액츄에이터(92)는 연결포트(96)에 의해 상호 연결되는 한 쌍의 아암(94)을 가지고 있다. 상기 액츄에이터(92)는 각 앵커(90)에 견고하게 고정된 아암(94)의 고정단부(98)에 의해 규정된 고정부를 가지고 있다.
상기 각 앵커(90)들은 고정단부(98)와 전기구동회로층(14)의 사이에서 전기연결을 위해 배치된다. 특히, 상기 앵커들(90)은 하나의 고정단부(98)와의 음접촉과 다른 고정단부(98)와의 양접촉 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 배치된다. 상기 전기 구동회로층(14)은, 상기 참조하는 특허/출원서에서 설명된 타입의 마이크로 프로세서에 연결되어 있어, 적당한 형태와 범위의 전기 전류펄스가 상기 액츄에이터(94)에 공급된다.
상기 액츄에이터(92)의 연결포트(96)는 액츄에이터(92)의 작업포트를 형성한다.
상기 노즐장치(70)는 인접단벽(74)에서 선회가능 하도록 배열된 피봇부재(Pivot, 100)를 포함한다. 상기 액츄에이터(92)의 연결부(96)는 피봇부재(100)와 인접단벽(74)에 의해 규정된 102로 표시된, 피봇점의 중간위치에서 피봇부재(100)에 연결된다. 피봇점(102)은 상기 피봇부재(100)와 인접단벽(74)의 배열 수에 의해 형성될 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 이유에서, 상기 피봇점(102)은 단지 개략적으로 만 도시되어 있다. 한가지 가능한 실시예는, 상기 인접단벽(74)이 피봇부재(100)를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 피봇점(102)은 인접단벽(74)과 측벽(76)사이에서 규정되어 질 수 있다. 특히, 이것은 인접단벽(74)과 측벽(76)이 달라 붙게 연결될 수 있다.
어떤 경우에도, 상기 피봇부재(100)가 인접단벽(74)의 일부를 형성하는 것을이해할 수 있을 것이다. 따라서, 씰링부재(Sealing member, 104)는 피봇부재(100)와 잉크 부동태층(16)의 사이에 제공된다. 상기 씰링부재(104)는 열팽창 액츄에이터(92)의 팽창에 이은 수축으로 피봇부재(100)의 축이동과 일치하게 배열된다.
상기 노즐장치(70)는 패들(Paddle, 106)형태의 잉크분사부를 포함한다. 상기 패들(106)은 상기 노즐챔버(80)와 일반적으로 대응하는 크기로 형성된다. 특히, 상기 패들(106)은 패들(106)의 말단부(108)가 잉크분사포트(82)와 잉크삽입 채널(86)의 개방부(88)의 중간에 위치하기 위한 크기로 형성된다.
상기 패들(106)과 피봇부재(100)는 패들(106)이 패들(106)과 피봇부재(100)에 의해 형성되는 110으로 표시된, 작동레버 아암보다 대략 20배 및 60배 길게 배치된다. 특히, 상기 패들(106)은 작동레벨 아암(110)보다 대략 40배 길다. 상기 레버아암(110)은, 상기 레버아암(110)을 형성하는 데에는 광범위하게 다양한 형상이 있기 때문에 단지 개략적으로만 나타내는 것을 이해하여야 한다. 더욱이, 레버아암 길이에 대한 패들길이의 비율은 40:1 비율로부터 광범위하게 변화할 수 있다. 이것은 구동 신호세기와 액츄에이터 재료와 같이 많은 요소들에 의존할 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예로, 본 출원인은 패들(106)의 말단부(108)가 1과 2마이크론 사이를 지나는 동안에 50나노미터로 팽창하는 액츄에이터(92)를 고안하게 되었다.
상기 패들(106)의 최대 연장이동은, 상기 패들(106)의 말단부(108)에서 발생한다는 것으로 이해될 수 있다. 더욱이, 이러한 이동의 범위는 작동레버 아암(110)의 이동범위보다 40배까지 크다. 상기 열 액츄에이터(92)의 팽창은 말단부에서 기본적으로 확장된다. 따라서, 도 7에서, 114로 나타내는 바와 같이, 잉크분사포트(82)에서 잉크(112)의 분사를 쉽게 한다. 상기 액츄에이터(92)가 냉각될 때, 연이은 액츄에이터(92)의 수축은, 도 6에서 나타난 정지위치로 들어가 말단부(108)의 이동범위를 확대하게 되는 원인이 된다. 이것에 의해 잉크방울(116)을 형성하기 위해 상기 잉크(112)로부터 잉크(114)가 분리된다.
상기 패들(106)은 패들(106)을 강화시키기 위한 강화 리브(118)를 포함한다. 이것은, 패들(106)의 상대적인 길이와 패들(106)에 가해지는 굽힘모멘트의 합성때문에 필요하다.
상기한 참조된 출원서와 발명에 비추어, 상기 노즐장치(70)가 집적회로 제조기술로 제조하는 데 적합하다는 것이 이해될 것이다. 더욱이 피봇부재(100)와 피봇점(102)은 어떤 다수의 마이크로 기계장치들에 의해 형성될 수 있다. 예들 들면, 유연부재가 피봇부재(100)와 측벽(76) 또는 상기 피봇부재(100)의 선회운동에 적응하기 위해 변형되는 인접단벽의 중간에 형성될 수 있다.
도 9에서, 참고번호 120은 일반적으로 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩의 제 6실시예에 의한 노즐장치를 가리킨다. 도 8은 달리 명시되지 않는 한, 동일한 참고번호는 동일한 부품을 나타낸다.
상기 노즐장치(120)는 활성화 잉크분사구조(122)의 형태로 노즐챔버구조를 포함한다. 상기 활성화 잉크분사구조(122)는 기판(12)으로 향하는 루프(124)로부터 연장하는 루프(124)와 벽(126)을 가진다. 상기 루프(124)는 잉크분사 포트(128)를 형성한다. 상기 루프(124)와 벽(126)들은 함께 노즐챔버(130)를 형성한다.
상기 벽(126)들은 인접단벽(132)과 대응되는 말단단벽(134)과 한 쌍의 대응되는 측벽(136)을 포함한다. 상기 잉크 삽입채널(86)의 개방부(88)가 인접한 말단단벽(134)에 위치되는 반면 상기 잉크분사포트(128)의 말단단벽(134) 옆에 위치된다.
상기 인접단벽(132)은 기판(12)상에서 선회가능하게 장착되고, 상기 활성화 잉크분사구조(122)는 각각 기판(12)에 관하여 선회가능하다. 특히, 활성화 잉크분사구조(122)는 화살표방향으로 상기 잉크분사포트(128)로부터 잉크를 분사하기에 충분할 정도의 범위가지 선회한다.
상기 루프(124)와 벽(126)들은 노즐챔버(130)가 직각이고 노즐챔버(130)의 높이보다 3배 이상인 길이를 갖도록 치수화 된다.
이것은, 잉크분사포트(128)와 개방부(88)가 노즐챔버(130)의 반대단에 위치한다는 사실과 함께, 상기 구조(122)가 기판(12)을 향하여 선회할 때, 개방부(88)로 향하는 잉크분사포트(128)로부터의 잉크흐름이 지연되는 것을 용이하게 한다.
이러한 흐름은 역흐름이라 불리우며, 상당히 바람직하지 못하다.
상기 액츄에이터(92)의 연결부(96)는 인접단벽(132)에 고정된다. 따라서, 상술한 방향으로 상기 액츄에이터(92)를 가열 및 후속 팽창시킴으로써, 상기 잉크분사 구조(122)는 기판(12)을 향해 선회한다. 상술한 방법으로 상기 액츄에이터(92)를 냉각 및 팽창시킴으로써, 상기 잉크분사 구조(122)는 상기 기판(12)으로부터 멀어지는 영향으로 선회한다. 이러한 잉크분사구조(122)의 상호이동은, 잉크분사포트(128)로부터 잉크방울을 분사하게 한다.
상기 연결부(96)는 상기 잉크분사구조(122)의 길이가 140으로 표시된 작동레버아암의 길이보다 40배 까지 큰 위치에서 상기 인접단벽(132)에서 연결된다. 상기 액츄에이터(92)의 가열 및 연이은 냉각에 의해 상기 연결부(96)의 변위에 의한 상기 작동레버아암(140)의 선회운동은, 요소에 의해 40배까지 증폭될 수 있다. 이것은 효율적인 잉크방울 분사를 용이하게 한다는 것이 본 출원에 의해 발견되었다.
상기 노즐장치(120)는 잉크부동태층(16)으로부터 연장되는 씰링구조(120)를 포함한다. 상기 벽들(126)은, 상기 씰링구조(142)를 덮게 되어 상기 노즐챔버(130)가 잉크로 채워질 때, 상기 씰링구조(142)와 벽들(126)사이에서 유체적 씨일을 형성한다.
본 출원인은 본 발명이 제공하는 수단에 의해, 단순한 열팽창 및 수축이 직선적인 방법에 의해 유용한 작업으로 전환될 수 있다는 것을 믿는다.

Claims (10)

  1. 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩으로서, 상기 프린트헤드 칩은,
    기판과; 그리고
    상기 기판상에 위치하는 복수의 노즐장치를 포함하며, 각 노즐장치는,
    상기 기판상에 위치하고, 잉크가 분사되는 노즐챔버를 형성하는 노즐챔버구조;
    상기 노즐챔버구조에 관하여 작동되게 배열되고, 상기 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위해 상기 노즐챔버내로 압력펄스를 발생시키기 위해 변위되는 적어도 하나 이상의 이동부품을 포함하는 잉크분사기구;
    상기 기판상에 위치하고 열팽창계수를 가지는 재료로 된 작동부재를 적어도 하나이상 가지고 있어, 상기 또는 각 작업부재가, 가열되고 계속해서 냉각될 때에 본질적으로 직선적인 팽창과 수축을 할 수 있는 액츄에이터(Actuator); 그리고
    상기 또는 각 이동부품과 상기 또는 각 작동부재를 상호연결하고, 상기 또는 각 작동부재의 팽창과 연이은 수축의 결과로 발생된 에너지가, 상기 또는 각 이동부품으로 전달되어, 상기 또는 각 이동부품의 변위 및 압력펄스의 발생을 야기시키는 에너지 전달수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 집적회로 제조기술의 산물(産物)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 상기 기판이 실리콘 웨이퍼 기판과 실리콘 회로기판상에 위치하는 CMOS구동회로층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 각 액츄에이터가 고정단부와 작업단부를 가지는 하나의 가늘고 긴 작업아암을 포함하고, 상기 작업아암은 저항 가열회로의 일부를 규정하도록 형성되고, 상기 구동회로층에 전기적으로 연결되어 전류펄스의 결과로 상기 작업아암의 가열 및 연이은 냉각에 의해 상기 고정단부에 대해 상기 작업단부를 변위시키기 위해 상기 작업아암에 전류펄스가 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 각 노즐챔버구조가 노즐챔버벽과 상기 노즐챔버벽에 위치한 루프를 포함하고, 상기 루프는 압력펄스의 발생으로 잉크가 분사되는 잉크분사 포트를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 각 잉크분사기구는, 상기 노즐챔버에 위치하고 상기 압력펄스를 발생시키기 위해 상기 루프방향으로 그리고 그로 부터 멀어지는 방향으로 변위할 수 있는 잉크분사부재 형태의 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 유압의 잇점을 이용하기 위해 잉크분사포트의 개방부보다 더 큰 크기로 미리 설정된 잉크분사표면적을 갖는 잉크분사부재에 의해 에너지 이동수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 상기 에너지 이동수단이 상기 잉크분사부재의 이동이 상기 작업부재의 작업단부보다 큰 크기로 미리 설정하도록 형성된 동작확장수단의 형태인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 상기 동작확대수단이 레버기구를 포함하고, 상기 레버기구는 상기 작업부재의 작업단부에 연결되는 작동아암과 하중아암을 형성하는 잉크분사부재를 형성하고, 상기 하중아암은 상기 작동아암의 유효길이 보다 큰 미리 설정된 유효길이를 가지고 있고, 상기 레버기구는 상기 작동아암 및 하중아암을 상기 기판 및 노즐챔버구조 중의 하나에 선회가능하게 연결하는 지레 받침부를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
  10. 제 1항에 기재된 프린트헤드 칩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 칩.
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