KR20050063654A

KR20050063654A - 잉크젯 프린트헤드

Info

Publication number: KR20050063654A
Application number: KR1020040037545A
Authority: KR
Inventors: 김광열
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-06-28
Also published as: KR100570823B1

Abstract

잉크젯 프린트헤드가 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는 잉크비아와 히터가 포함된 다수의 잉크챔버와 상기 잉크비아와 각 잉크챔버를 연결하는 잉크유로가 형성된 챔버층과, 상기 잉크챔버와 대응하는 위치에 다수의 노즐이 형성된 노즐층을 포함하며, 상기 잉크유로는 다기능 구조체가 포함된다. 상기 다기능 구조체는 리스트릭터와 필터역할을 수행한다.

Description

잉크젯 프린트헤드{INKJET PRINT HEAD}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 액적의 토출 매커니즘을 열구동 방식에 의해 수행하는 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.

잉크젯 프린트헤드는 카트리지로부터 공급된 잉크의 미소 액적(droplet)을 인쇄매체상의 원하는 위치에 토출 시켜서 문자나 그림 같은 화상을 형성하는 장치이다. 이와 같은 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메커니즘에 따라 크게 두 가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 히터를 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜서 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출 시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 이 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출 시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.

상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서, 잉크 액적 토출 메커니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크를 순간 가열한다. 이에 따라, 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크챔버 밖으로 토출된다. 이후, 잉크챔버내부에서는 버블이 소멸하면서 액적분리가 일어나며, 새로운 잉크가 잉크챔버 내에 재충진되어 상기와 같은 액적형태의 잉크토출을 되풀이하게 된다.

여기서, 상기 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드는 챔버층과 노즐층을 형성하는 제조방법에 따라 접착방식과 일체식으로 구분할 수 있는데, 상기한 일체식의 잉크젯 헤드 제조방법에 의하면, 반도체 기판상에 다수의 박막층과 회로부를 반도체 공정, 예컨대 포토레지스트공정에 의해 구성하여 챔버층과 노즐층을 일체로 형성한다.

한편, 잉크 내에 존재하는 오염물질은 잉크젯 프린트헤드의 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다. 즉, 오염물질이 잉크유로를 막게 되면 잉크챔버 내로 잉크의 원활한 공급이 이루어지지 않게 된다. 이러한 오염물질은 잉크젯 프린트헤드와 카트리지의 패키징공정에서도 유입될 수 있으며, 잉크가 카트리지의 필터를 거치더라도 미세한 오염물질은 여전히 잉크 내에 존재할 수 있다. 따라서, 프린트헤드의 성능을 향상시키기 위해서는 상기의 요건 이외에도 잉크 내에 존재하는 오염물질을 여과하여 오염물질에 의해 잉크유로가 막히는 것을 방지해야 한다.

도 1a는 오염물질을 필터링할 수 있는 종래 잉크젯 프린트헤드의 일례로써, 미국특허 6,582,064호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.

도 1a를 참조하면, 잉크는 챔버층(a)의 잉크비아(110 : Ink Via)로부터 잉크유로(130)을 통하여 잉크챔버(120)내 히터(150)부위로 공급된다. 그리고, 챔버층(a)의 상부면에는 노즐층(b)이 마련된다. 상기 잉크유로(130)의 입구에는 필터(140)를 마련하여 오염물질(160)이 히터(150)부위로 유입되는 것을 방지하고 있다.

하지만, 미국특허 6,582,064호의 잉크젯 프린트헤드(100)는 필터(140)에 의해 형성되는 개구부(141)가 잉크의 유입경로에 대하여 나란하게 배열되어 있어서, 잉크에 포함되어 있는 오염물질, 예컨대 창 형태 또는 막대기 형태의 오염물질(160)을 여과하기에 한계가 있다.

도 1b는 오염물질을 필터링할 수 있는 종래 잉크젯 프린터헤드의 또 다른 일례를 도시한 평면도로써, 챔버층에서 노즐층을 분리한 상태의 평면도이다.

도 1b를 참조하면, 잉크유로(230)에는 리스트릭터(260 : Restrictor)와, 필러(Pillar)형태의 필터(Filter : 240)가 마련된다. 상기 리스트릭터(260)는 잉크비아(210)로부터 잉크챔버(220)에 공급되는 잉크에 적절한 임피던스(IMPEDANCE)를 부여함과 아울러 잉크챔버(220)에서 성장된 버블이 잉크유로(230)측으로 팽창하는 것을 억제하여 새로운 잉크의 재충진(Refill)을 원할하게 한다. 상기 필터(240)는 일련의 섬모양의 형상들이 일렬로 형성되어 있어서 여러 종류의 오염물질을 필터링함과 아울러 히터(250) 또는 노즐이 막히는 현상을 방지한다.

상기한 리스트릭터(260)와 필터(240)는 포토레지스트공정와 같은 반도체공정 또는 몰드 또는 필-업 등의 MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM)공정을 통해 형성될 수 있는데, 이러한 리스트릭터(260)와 필터(240)는 상호 엇갈리는 형태로 배치되어 있어서 긴 창 또는 막대기 형태의 오염물질(Dust)이 잉크챔버(220)에 유입되는 것을 방지한다.

하지만, 도 1b에 도시된 잉크젯 프린트헤드(200)는 히터(250)와 잉크비아(210)의 사이에 필터(240)가 마련되므로 프린팅속도를 높이기에 한계가 있다. 다시 말하면, 잉크의 리필주기를 짧게 하여 프린팅속도를 높이기 위해서는 히터(250)의 중심과 잉크비아(210)사이의 거리(SH : SUPPLY PORT-HEATER DISTANCE)를 최대한 짧게해야하는데, 도 1b에 도시된 잉크젯 프린트헤드(200)와 같이 히터(250)와 잉크비아(210)의 사이에 필터(240)를 마련하면 프린트속도를 향상시키기에 한계가 있다.

그리고, 도 1b에 도시된 잉크젯 프린트헤드(200)는 각각의 노즐에 한 개씩의 리스트릭터(260)가 존재하기 때문에 헤드와 카트리지의 패키징공정중에 발생할 수 있는 오염물질에 의해 그 입구가 막힐 경우 해당 노즐에서 잉크를 토출할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 기존 잉크젯 프린트헤드가 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 히터중심과 잉크비아사이의 거리를 짧게 형성하여 프린팅속도를 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 여러 가지 형태의 오염물질들을 필터링함과 아울러 성장된 버블이 잉크비아측으로 팽창하는 것을 막아 리필시간을 짧게 하므로써 프린팅속도를 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

잉크비아와, 히터가 포함된 다수의 잉크챔버와, 상기 잉크비아와 각 잉크챔버를 연결하는 잉크유로가 형성된 챔버층; 및

상기 잉크챔버와 대응하는 위치에 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 포함하되,

상기 잉크유로는 상기 잉크챔버로부터 상기 잉크비아까지 연장된 마주보는 두 벽의 사이에 형성되며, 필터역할과 리스트릭터역할을 동시에 수행하는 다기능 구조체; 가 포함된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드를 구비한다.

바람직한 실시예로써, 상기 다기능 구조체는 상기 히터를 향하도록 돌출되어 리스트릭터역할을 수행하는 제 1 돌출부와, 상기 잉크유로의 두 벽을 향하도록 돌출되어 필터역할을 수행하는 제 2,3 돌출부를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 다기능 구조체는 상기 히터를 향하도록 돌출되어 리스트릭터역할을 수행하는 제 1 돌출부와, 상기 제 1 돌출부보다 낮은 높이를 갖는 제 2,3 돌출부를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 잉크유로에는 상기 잉크비아로부터 잉크가 유입되는 부위에 리스트릭터 유로부를 마련할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 다기능 구조체는 상기 잉크유로의 리스트릭터 유로부 내에 형성할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 리스트릭터 유로부를 형성하는 두 벽은 상기 잉크비아측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 리스트릭터 유로부를 형성하는 두 벽은 상기 잉크유로를 형성하는 두 벽에 대하여 단차를 갖도록 형성할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 제 1 돌출부는 상기 히터에 의해 생성되는 버블이 상기 잉크비아 측으로 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 히터의 상부면에 대하여 수직된 구조로써 구성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제 1 돌출부와 상기 히터간의 간격은 적어도 40㎛이내로 설정할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제 1 돌출부는 상기 잉크챔버에서 생성된 버블이 상기 잉크비아측으로 누출되는 것을 방지하기 위해 제 1 돌출부가 위치한 리스트릭터 유로부의 폭에 대하여 2/3이내의 폭을 갖도록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 제 2,3 돌출부에는 침상형태의 이물질을 필터링하기 위한 적어도 하나의 절곡부를 대칭되게 마련할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 제 2,3 돌출부는 그 폭이 적어도 5㎛보다 큰 폭을 갖도록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 제 2,3 돌출부는 상기 리스트릭터 유로부의 폭에 대하여 1/2이내의 폭을 갖도록 구성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제 2,3 돌출부는 대칭구조로써 구성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제 2,3 돌출부는 비대칭구조로써 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 다기능 구조체는 폴리머 계열의 플레이트로 구성하여 상기 챔버층에 열압착방식으로 고정할 수 있다.

바람직한 실시예로써, 상기 다기능 구조체는 마이크로 몰드로 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

<제 1실시예>

도 2a는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일부분을 확대도시한 수직단면도이고, 도 2b는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 노즐층을 분리한 상태의 평면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판상에 다수의 박막층이 형성된 챔버층(a)에는 잉크비아(2)와 잉크챔버(3)가 마련되고, 상기 잉크비아(2)와 잉크챔버(3)는 잉크유로(4)에 의해 연결된다. 상기 잉크챔버(3)에는 저항발열체인 히터(5)가 포함되는데, 상기 챔버층(a)은 상기 히터(5)에 전류를 공급하기 위한 회로부(도면에 미도시됨.)를 더 포함한다. 상기 노즐층(b)에는 상기 잉크챔버(3)와 대응하는 위치에 노즐(6)이 마련된다.

상기 잉크유로(4)는 상기 잉크챔버(3)로부터 상기 잉크비아(2)까지 연장된 마주보는 두 벽의 사이에 형성되는데, 상기 잉크유로에는 필터역할과 리스트릭터역할을 동시에 수행하는 다기능 구조체(7)가 마련된다. 이와 같은 다기능 구조체(7)가 상기 잉크유로(4)내에 마련되는 위치를 상세히 설명하면, 상기 잉크유로(4)에 있어서, 상기 잉크비아(2)로부터 잉크가 유입되는 부위를 리스트릭터 유로부(41)라고 정의할 경우, 상기 다기능 구조체는 상기 리스트릭터 유로부(41) 내에 형성된다.

상기 다기능 구조체(7)는 상기 히터를 향하도록 돌출되어 리스트릭터역할을 수행하는 제 1 돌출부(71)와, 상기 리스트릭터 유로부(41)의 두 벽을 향하도록 돌출되어 필터역할을 수행하는 제 2,3 돌출부(72,73)가 일체로 된 구조체인데, 상기 제 1 돌출부(71)는 상기 히터(5)에 의해 생성된 버블이 팽창하는 것을 막을 수 있도록 상기 히터(5)와 최대한 근접되게 위치하며, 상기 히터(5)에 대하여 수직된 구조를 갖는다.

그리고, 상기 리스트릭터 유로부(41)를 형성하는 두 벽은 상기 잉크비아(2)측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성할 수 있는데, 이러한 리스트릭터 유로부(41)의 두 벽과 상기 제 2,3 돌출부(72,73)의 사이에는 잉크유입경로가 형성된다. 이울러, 상기 제 2,3 돌출부(72,73)에는 긴 창 또는 막대기와 같은 침상형태 오염물질을 필터링하기 위한 절곡부(721,731), 예컨대 한번 이상 꺾이는 형태의 절곡부(721,731)가 대칭되게 형성된다.

여기서, 잉크젯 프린트헤드(1)의 구동 주파수(1sec당 drop수)는 잉크의 리필시간, 즉 노즐(6)을 통해 잉크를 토출한 후 새로운 잉크가 잉크챔버(3)에 재충진(Refill)되는 시간에 상응하여 구동 주파수 값이 달라지는데, 이러한 리필시간은 노즐(6)과 잉크챔버(3) 및 리스트릭터 유로부(41)의 유동저항에 따라 그 값이 달라진다.

표 1은 (노즐+잉크챔버)/(리스트릭터 유로부+잉크챔버)의 유동저항비(Impedance Ratio)에 따른 잉크젯 프린트헤드(1)의 리필시간(Refill time)의 수치해석결과를 나타낸 것이다.

표 1에 나타난 바와 같이, 잉크의 리필시간(Refill time)은 유동저항비(Impedance Ratio)가 증가할수록, 즉 리스트릭터 유로부(41)의 저항이 증가할수록 리필시간이 늘어나는 것을 확인할 수 있다.

이에 따라, 상기 다기능 구조체(7)는 유동저항에 따른 잉크의 리필시간을 고려하여 제 1 돌출부(71) 및 제 2,3 돌출부(72,73)의 위치, 크기, 길이를 설계해야 하는데, 상기 제 1 돌출부(71)는 버블이 잉크챔버(3)에서 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 히터(5)와 상기 제 1 돌출부(71)간의 간격(G)은 1㎛ ~ 40㎛ 의 간격을 갖도록함과 아울러 제 1 돌출부가 위치한 리스트릭터 유로부(41)의 폭에 대하여 2/3이하의 폭을 갖도록 구성하고, 상기 제 2,3 돌출부(72,73)는 적어도 5㎛이상의 폭을 갖도록하되, 잉크유로(4)의 리스트릭터 유로부(41) 폭에 대하여 1/2이하의 폭을 갖도록 구성함이 바람직하다. 이와 같은 형상을 갖는 다기능 구조체(7)는 시뮬레이션(FLOW-3D)을 이용한 수치해석을 수행한 결과 잉크토출속도 15m/s, 토출 액적량 4.4 pico liter, 리필시간 45㎲의 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 최초 리필시간으로부터 구동 주파수를 산출하면 약 22㎑(1sec당 2200drop)의 구동 주파수를 얻을 수 있으므로 통상적인 컬러 잉크젯 프린터의 성능을 충족할 수 있다.

도 3은 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 1 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 구성도이다.

도 3을 참조하면, 다기능 구조체(7)의 제 1 돌출부(71)는 히터(5)와 인접된 위치에 수직으로 형성되므로 잉크챔버(3)에서 생성된 버블(B)이 팽창하는 것을 막을 수 있어서 버블(B)이 잉크비아(2)측으로 밀려나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제 1 돌출부(71)는 생성된 버블(B)을 보다 빨리 쇠약시킬 수 있고 이를 통해 빠른 잉크의 리필시간을 구현함과 아울러 고 주파수를 구현할 수 있다. 즉, 제 1 돌출부(71)에 의해 버블(B)이 팽창하는 것을 막아서 버블을 빨리 쇠약시키면, 잉크의 토출속도가 증대됨과 아울러 잉크의 리필시간 또한 빠르게 할 수 있기 때문에 잉크를 인쇄매체의 정확한 위치에 액적을 토출할 수 있어서 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 2,3 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 구성도이다.

도 4a를 참조하면, 다기능 구조체(7)의 제 2,3 돌출부(72,73)는 리스트릭터 유로부(41)의 두 벽사이에 잉크유입경로를 형성하므로써 히터(5)의 운용에 영향을 미치는 둥근 형태 및 불규칙한 형태의 오염물질(d)을 용이하게 필터링할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 제 2,3 돌출부(72,73)는 절곡부(721,731)가 구비되어 있어서, 절곡부(721,731)의 절곡면을 이용하여 침상형태의 이물질(d')또한 필터링할 수 있다.

이와 같은 제 2,3 돌출부(72,73)에 포함되는 절곡부(721,731)는 다수개로써 구성할 수 있으며, 제 2,3 돌출부(72,73)는 대칭구조 또는 비대칭구조로써 구성할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 다기능 구조체(7)는 상기 제 2,3 돌출부(72,73)가 버블이 생성되는 잉크챔버(3)와 근접위치에 형성됨에 따라 제 2,3 돌출부(72,73)에 의해 형성되는 잉크유입경로를 이물질이 막더라도 버블의 팽창력에 의해 자력으로 오염물질을 제거할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 제 2,3 돌출부(72,73)에 의해 형성되는 잉크유입경로에서는 팽창하는 버블의 최대 유동속도가 1㎲에서 약 12m/s에 달하는데, 이는 헤드와 카트리지의 패키징공정 중에 막혀있는 오염물질까지도 충분히 제거할 수 있는 속도이다.

한편, 상기한 다기능 구조체(7)는 반도체 공정 또는 MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM)공정을 통해 제조할 수 있다.

반도체공정은 엑시머 레이저를 이용하여 폴리머 계열의 얇은(50㎛ 이하)플레이트를 가공하여 다기능 구조체(7)를 플레이트 상에 형성한 후, 형성된 다기능 구조체 플레이트를 열압착방식으로 기판(실리콘 웨이퍼), 예컨대 챔버층을 제조하는 기판에 고정할 수 있다.

MEMS공정에 의해 제조되는 다기능 구조체(7)는 마이크로 몰드를 세워서 잉크젯 프린트헤드의 챔버층과 노즐층을 형성하는 기법을 적용할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 잉크젯 프린트헤드(1)는 기존의 리스트릭터와 필터를 병합한 다기능 구조체(7)를 히터(5)근접부위에 위치시키므로써 기존의 필터가 설치되는 부위까지 에칭을 할 수 있어, 히터(5)의 중심에서부터 잉크비아(2)의 끝단까지의 거리(SH)를 줄일 수 있으므로 고 주파수를 구현할 수 있고, 다기능 구조체(7)의 형상이 단순함에 따라 제조공정작업또한 용이하게 수행할 수 있다.

아울러, 고성능의 오염물질 필터링과 버블이 잉크챔버(3)에서 밀려나오는 현상을 최소화할 수 있어서 잉크의 리필을 안정화할 수 있고, 헤드와 카트리지의 패키징공정중 또는 카트리지의 필터 및 폼(FOAM)에서 발생할 수 있는 오염물질을 효과적으로 필터링할 수 있기 때문에 고주파수의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.

<제 2 실시예>

도 5a는 본 발명의 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일부분을 확대도시한 수직단면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A'선 단면도이며, 도 5c는 본 발명의 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 노즐층을 분리한 상태의 평면도이다.

도 5a를 참조하면, 2실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드(1)는 다기능 구조체(7')의 제 2,3 돌출부(72', 73')가 제 1 돌출부(71')에 대하여 낮게 형성된다. 즉, 리스트릭터 유로부(41')의 유동저항을 줄일 수 있도록 제 2,3 돌출부(72',73')를 잉크유로(4)의 높이보다 낮게 형성한 것이다. 그리고, 리스트릭터 유로부(41')를 형성하는 두 벽은 상기 잉크비아(2)측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성하되, 상기 잉크유로(4)를 형성하는 두 벽에 대하여 단차를 더 포함하는 형태로 형성할 수 있다. 이와 같은 리스트릭터 유로부(41')의 구조는 전술한 1실시예의 형태를 적용할 수 있으며, 2실시예에 의한 리스트릭터 유로부(41')의 형태를 1실시예에도 적용할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 상기 제 1 돌출부(71')는 버블의 팽창억제작용을 강화하기 위해 리스트릭터 유로부(41')의 내부에 위치하는데, 이와 같은 제 1 돌출부(41')는 버블이 잉크챔버(3)에서 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 히터(5)의 상부면에 대하여 수직된 구조를 갖되, 잉크의 리필시간을 고려하여 상기 히터(5)와의 간격(G)은 1㎛ ~ 40㎛의 간격을 갖도록함과 아울러 제 1 돌출부(71')가 위치된 리스트릭터 유로부(41')의 폭에 대하여 2/3이하의 폭을 갖도록 구성함이 바람직하다. 이에 따라, 제 1 돌출부(71')는 생성된 버블(B)을 보다 빨리 쇠약시킬 수 있으므로 이를 통해 빠른 잉크의 리필시간을 구현함과 아울러 고 주파수를 구현할 수 있다.

도 5a 또는 도 5c를 참조하면, 상기 제 2,3 돌출부(72',73')는 상기 제 1 돌출부(71')에 대하여 4㎛이상의 높이차이를 갖도록 구성된다. 이와 같은 제 2,3 돌출부(72',73')에는 전술한 1실시예에서와 같이 침상형태의 이물질을 필터링하기 위한 절곡부(721',731')가 대칭되는 형태로 마련된다. 그리고, 상기 제 2,3 돌출부(72',73')의 폭은 적어도 5㎛이상의 폭을 부여하되, 리스트릭터 유로부(41') 폭에 대하여 1/2이하의 폭을 갖도록 함이 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 2,3 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 구성도이다.

도 6a를 참조하면, 다기능 구조체(7')의 제 2,3 돌출부(72',73')는 잉크유로(4)의 리스트릭터 유로부(41') 양 측벽 사이에 잉크유입경로를 형성하므로써 히터(5)의 운용에 영향을 미치는 둥근 형태 및 불규칙한 형태의 오염물질(d)을 용이하게 필터링할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제 2,3 돌출부(72',73')는 절곡부(721',731')가 구비되어 있어, 절곡부(721',731')의 절곡면을 이용하여 침상형태의 이물질(d')또한 필터링할 수 있다.

이와 같은 제 2,3 돌출부(72',73')에 구비되는 절곡부(721',731')는 다수개로써 구성할 수 있으며, 제 2,3 돌출부(72',73')는 대칭구조 또는 비대칭구조로써 구성할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 다기능 구조체(7')는 상기 제 2,3 돌출부(72',73')가 버블이 생성되는 잉크챔버(3)와 근접위치에 형성됨에 따라 제 2,3 돌출부(72',73')에 의해 형성되는 잉크유입경로를 오염물질이 막더라도 버블의 팽창력에 의해 자력으로 이물질을 제거할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 제 2,3 돌출부(72',73')에 의해 형성되는 잉크유입경로에서는 팽창하는 버블의 최대 유동속도가 전술한 1실시예보다 빠른 1㎲에서 약 28m/s에 달함에 따라 잉크젯 프린트헤드와 카트리지의 패키징공정중에 막혀있는 오염물질까지도 충분히 제거할 수 있다.

한편, 다기능 구조체(7')는 반도체공정 또는 MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM)공정을 통해 제조할 수 있다.

반도체공정은 엑시머 레이저를 이용하여 폴리머 계열의 얇은(50㎛ 이하)플레이트를 가공하여 다기능 구조체(7')를 플레이트 상에 형성한 후, 형성된 다기능 구조체 플레이트를 열압착방식으로 기판(실리콘 웨이퍼), 예컨대 챔버층을 제조하는 기판에 고정하므로써 제조할 수 있다.

MEMS공정에 의해 제조되는 다기능 구조체(7')는 마이크로 몰드를 세워서 잉크젯 프린트헤드의 챔버층과 노즐층을 형성하는 기법을 적용할 수 있는데, 2실시예의 다기능 구조체(7')는 하나의 구조물이 단차를 가짐에 따라 제 2,3 돌출부(72',73')의 높이로 구조물을 형성한 후, 그 위에 제 1돌출부(71')를 쌓아나가는 방법으로 제조할 수 있다.

따라서, 2실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드(1)는 다기능 구조체(7')의 제 1돌출부(71')를 리스트릭터 유로부(41')내에 위치시켜서 버블의 팽창을 막는 리스트릭터 기능을 강화할 수 있다. 아울러, 제 2,3 돌출부(72',73')는 리스트릭터 유로부(41')의 유동저항을 줄이기 위해 잉크유로(4)의 높이보다 낮게 형성하므로써, 결과적으로 볼 때 잉크의 유동저항비(Impedance Ratio)를 줄일 수 있어서 잉크의 리필시간을 단축할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 리스트릭터와 필터역할을 수행하는 다기능 구조체를 잉크유로 내에 형성하므로써, 히터중심과 잉크비아사이의 거리를 짧게 형성할 수 있어 주파수 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 여러 가지 형태의 이물질을 필터링함과 아울러 버블팽창을 막아 리필시간을 짧게 하므로써 고성능, 고주파수를 구현할 수 있다.

도 1a는 오염물질을 필터링할 수 있는 종래 잉크젯 프린트헤드의 일례로써 미국특허 6,582,064호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일부분을 확대도시한 수직단면도이다.

도 2b는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 노즐층을 분리한 상태의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 1 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 1실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 2,3 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 5a는 본 발명의 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 일부분을 확대도시한 수직단면도이다.

도 5b는 도 5a의 A-A'선 단면도이다.

도 5c는 본 발명의 2실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 노즐층을 분리한 상태의 평면도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어, 다기능 구조체의 제 2,3 돌출부의 작용상태를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 잉크젯 프린트헤드 2 : 잉크비아

3 : 잉크챔버 4 : 잉크유로

5 : 히터 6 : 노즐

7,7' : 다기능 구조체 41,41' : 리스트릭터 유로부

71,71' : 제 1 돌출부 72,72' : 제 2 돌출부

73,73' : 제 3 돌출부 721,721',731,731' : 절곡부

a : 챔버층 b : 노즐층

d,d' : 오염물질 B : 버블

Claims

잉크비아와, 히터가 포함된 다수의 잉크챔버와, 상기 잉크비아와 각 잉크챔버를 연결하는 잉크유로가 형성된 챔버층; 및

상기 잉크챔버와 대응하는 위치에 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 포함하며,

상기 잉크유로는 상기 잉크챔버로부터 상기 잉크비아까지 연장된 마주보는 두 벽의 사이에 형성되며, 필터역할과 리스트릭터역할을 동시에 수행하는 다기능 구조체; 가 포함된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다기능 구조체는 상기 히터를 향하도록 돌출되어 리스트릭터역할을 수행하는 제 1 돌출부와, 상기 잉크유로의 두 벽을 향하도록 돌출되어 필터역할을 수행하는 제 2,3 돌출부가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 잉크유로에는 상기 잉크비아로부터 잉크가 유입되는 부위에 리스트릭터 유로부가 마련된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다기능 구조체는 상기 잉크유로의 리스트릭터 유로부 내에 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 3항에 있어서,

상기 리스트릭터 유로부를 형성하는 두 벽은 상기 잉크비아측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 3항에 있어서,

상기 리스트릭터 유로부를 형성하는 두 벽은 상기 잉크유로를 형성하는 두 벽에 대하여 단차를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 돌출부는 상기 히터에 의해 생성되는 버블이 상기 잉크비아 측으로 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 히터의 상부면에 대하여 수직된 구조로써 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 돌출부와 상기 히터간의 간격은 적어도 40㎛이내인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 돌출부는 상기 잉크챔버에서 생성된 버블이 상기 잉크비아측으로 누출되는 것을 방지하기 위해 제 1 돌출부가 위치한 리스트릭터 유로부의 폭에 대하여 2/3이내의 폭을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 2,3 돌출부에는 침상형태의 이물질을 필터링하기 위한 적어도 하나의 절곡부가 대칭되게 마련된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 2,3 돌출부는 그 폭이 적어도 5㎛보다 큰 폭을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 2,3 돌출부는 상기 리스트릭터 유로부의 폭에 대하여 1/2이내의 폭을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 제 2,3 돌출부는 대칭구조로써 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서.

상기 제 2,3 돌출부는 비대칭구조로써 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다기능 구조체는 상기 히터를 향하도록 돌출되어 리스트릭터역할을 수행하는 제 1 돌출부와, 상기 제 1 돌출부보다 낮은 높이를 갖는 제 2,3 돌출부가 일체로 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 15항에 있어서,

상기 제 1 돌출부는 상기 리스트릭터 유로부내에 위치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 15항에 있어서,

상기 제 2,3 돌출부와 상기 제 1 돌출부의 높이차이는 적어도 4㎛보다 큰 높이차이를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다기능 구조체는 폴리머 계열의 플레이트로 구성하여 상기 챔버층에 열압착방식으로 고정된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 다기능 구조체는 마이크로 몰드로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.