KR20060090456A - 잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지 - Google Patents

잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지 Download PDF

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Abstract

잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지가 개시된다. 개시된 잉크 공급 장치는, 예열 플레이트와, 잉크 리저버와, 압력 조절 필름과, 평판형의 예열 히터를 구비한다. 예열 플레이트에는 제1 잉크 인렛과 제1 잉크 아웃렛을 가진 잉크 통로가 마련된다. 잉크 리저버는 잉크 수용 공간과. 제1 잉크 아웃렛으로부터 잉크 수용 공간으로 잉크를 유입하기 위한 제2 잉크 인렛과. 잉크 수용 공간으로부터 프린트헤드 칩으로 잉크를 공급하기 위한 제2 잉크 아웃렛을 포함한다. 압력 조절 필름은 잉크 수용 공간을 덮도록 잉크 리저버의 표면에 부착된다. 예열 히터는 예열 플레이트와 잉크 리저버 사이에 배치되어 이들과 각각 열적으로 접촉된다. 그리고, 개시된 프린트헤드 패키지는, 상기한 구성을 가진 잉크 공급 장치와, 제2 잉크 아웃렛과 연결되는 잉크 공급구를 가진 프레임과, 프레임의 저면에 장착된 프린트헤드 칩을 구비한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 높은 효율로 잉크를 충분히 가열할 수 있어서 고점도의 잉크에 대해서도 우수한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있으며, 프린트헤드 칩에 공급되는 잉크의 압력이 균일하게 유지되므로 안정된 잉크 토출 성능을 얻을 수 있다.

Description

잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지{Ink supply apparatus and ink-jet printhead package having the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 예열 플레이트의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 예열 히터의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 잉크 리저버의 분해 사시도이다.
도 5a는 도 4에 표시된 A-A'선을 따른 잉크 리저버의 수직 단면도이다.
도 5b는 도 4에 표시된 B-B'선을 따른 잉크 리저버의 수직 단면도이다.
도 5c는 도 4에 표시된 C-C'선을 따른 잉크 리저버의 수직 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 프레임과 프린트헤드 칩의 분해 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 프레임과 프린트헤드 칩을 뒤집어 본 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지의 프린트헤드 칩으로부터 토출되는 잉크의 시간에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...프린트헤드 칩 102...잉크 유입구
104...잉크 챔버 106...노즐
108...액츄에이터 200...프레임
202...잉크 공급구 203...니플
204,224,234...슬롯 206...장착 홈
208...접착제 220...보조 히터
222,232...니플 삽입홀 226...콘택트 패드
227...전력 공급선 230...히터 커버
236...개구 240,360...스크류
250...잉크 공급 튜브 300...잉크 공급 장치
310...예열 플레이트 312...그루브
314...열교환 튜브 315...제1 잉크 인렛
316...제1 잉크 아웃렛 318...온도 센서
320...예열 히터 321...제1 절연판
322...제2 절연판 324...열선
326...콘택트 패드 327...전력 공급선
328...개구 330...잉크 리저버
331...잉크 수용 공간 332...제2 잉크 인렛
333...제2 잉크 아웃렛 334...공기 배출구
335...오목홈 336...필터
337...스프링 340...압력 조절 필름
350...연결 튜브 400...잉크 탱크
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크의 점도를 제어할 수 있으며 잉크 공급 압력을 균일하게 유지할 수 있는 구조를 가진 잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지나 직물 등 인쇄 대상물 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄 대상물의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다.
이러한 잉크젯 프린트헤드는 반도체 제조 공정을 비롯한 여러가지 방법에 의해 칩 형태로 제조되며, 제조된 프린트헤드 칩은 패키징되어 인쇄 장치에 장착된다. 일반적으로, 잉크젯 프린트헤드 패키지는 프린트헤드 칩이 장착되는 프레임과, 프린트헤드 칩에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 장치를 구비한다.
그런데, 잉크젯 프린트헤드를 이용하여 고점도를 가진 잉크를 토출시킬 경우, 일반적으로 잉크의 점도가 증가할수록 유동 저항이 커져서 토출된 액적의 체적과 토출 속도가 감소하게 되므로, 전체적인 잉크 토출 성능이 저하된다.
또한, 인쇄 장치에서 잉크젯 프린트헤드 패키지는 고속으로 이동하게 되는데, 이 때 감속과 가속으로 인해 잉크 공급 장치로부터 프린트헤드 칩에 공급되는 잉크의 압력이 변하게 되고, 이에 따라 잉크의 토출 성능에 편차가 발생하게 된다.
상기한 바와 같이, 잉크의 점도 변화에 따라 잉크 토출 성능이 저하되거나 잉크 공급 압력의 변화에 따라 잉크의 토출 성능에 편차가 발생하는 경우에는, 만족할만한 인쇄 품질을 얻지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 잉크의 점도를 제어하기 위한 히터와 잉크 공급 압력을 균일하게 유지하기 위한 압력 조절 수단을 가진 잉크 공급 장치와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지의 잉크 공급 장치는,
프린트헤드 칩에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 장치에 있어서,
잉크가 유입되는 제1 잉크 인렛과 잉크가 배출되는 제1 잉크 아웃렛을 가진 잉크 통로가 마련된 예열 플레이트; 잉크 수용 공간과, 상기 예열 플레이트의 제1 잉크 아웃렛으로부터 상기 잉크 수용 공간으로 잉크를 유입하기 위한 제2 잉크 인렛과, 상기 잉크 수용 공간으로부터 상기 프린트헤드 칩으로 잉크를 공급하기 위한 제2 잉크 아웃렛을 포함하는 잉크 리저버; 상기 잉크 리저버의 표면에 부착되어 상기 잉크 수용 공간을 덮는 압력 조절 필름; 및 상기 예열 플레이트와 잉크 리저버 사이에 배치되어 상기 예열 플레이트와 잉크 리저버에 각각 열적으로 접촉되는 평판형의 예열 히터;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 예열 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 잉크 리저버와 상기 압력 조절 필름은 플라스틱, 예컨대 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크 통로는 상기 예열 플레이트의 표면에 형성된 그루브와 상기 그루브 내에 삽입 설치되는 열교환 튜브를 포함하며, 상기 열교환 튜브의 일단부에 상기 제1 잉크 인렛이 마련되고, 상기 열교환 튜브의 타단부에 상기 제1 잉크 아웃렛이 마련되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 열교환 튜브는 스테인레스 강으로 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 상기 예열 플레이트에는 온도 센서, 예컨대 서미스터(thermistor)가 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 잉크 인렛은 상기 잉크 리저버의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간의 하단부까지 연통되도록 형성되어, 잉크가 상기 제2 잉크 인렛을 통해 상기 잉크 수용 공간의 하단부로부터 유입되도록 된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 잉크 아웃렛은 상기 잉크 수용 공간의 하단부로부터 상기 잉크 리저버의 저면까지 연통되도록 형성될 수 있으며, 상기 잉크 수용 공간의 하단부 양측 구석 부위에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 잉크 리저버에는 상기 잉크 수용 공간과 연결된 공기 배출구가 마련된 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 공기 배출구는 상기 잉크 리저버의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간의 상단부까지 연통되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크 수용 공간 내에는 상기 제2 잉크 아웃렛 가까 이에 잉크 내의 이물질을 걸러내기 위한 필터가 설치된 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 잉크 수용 공간 내에 오목홈이 형성되고, 상기 필터는 상기 오목홈을 덮도록 설치되며, 상기 제2 잉크 아웃렛은 상기 오목홈과 연통되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 필터는 스테인레스 망으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크 수용 공간 내에는 상기 잉크 수용 공간 내의 압력을 부압으로 유지시키는 스프링이 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 예열 히터는, 서로 평행하도록 배치된 두 개의 절연판과, 상기 두 개의 절연판 사이에 배치된 열선과, 상기 열선에 연결된 전력 공급선을 포함할 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지는,
상기한 구성을 가진 잉크 공급 장치; 상기 잉크 공급 장치의 아래쪽에 배치되며, 상기 잉크 공급 장치의 잉크 리저버에 마련된 제2 잉크 아웃렛과 연결되는 잉크 공급구를 가진 프레임; 및 상기 프레임의 저면에 장착되며, 상기 프레임의 잉크 공급구를 통해 공급된 잉크를 다수의 노즐을 통해 토출시키는 프린트헤드 칩;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 프레임의 상부에는 상기 프린트헤드 칩 내부의 잉크를 가열하는 평판형의 보조 히터가 설치된 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 보조 히터의 상부에는 상기 보조 히터를 상기 프레임의 상면에 밀착시키는 히터 커버가 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프레임의 저면에는 상기 프린트헤드 칩이 장착되는 장착 홈이 형성되고, 상기 장착 홈 내부에는 그 가장자리 부위를 따라 접착제가 도포되며, 상기 프린트헤드 칩은 상기 접착제에 의해 상기 프레임에 접착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프린트헤드 칩은, 상기 프레임의 잉크 공급구와 연통되는 잉크 유입구와, 상기 잉크 유입구를 통해 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크 챔버와, 상기 다수의 잉크 챔버 각각에 대응되는 다수의 노즐과, 상기 잉크 챔버 내의 잉크를 상기 노즐을 통해 토출시키는 구동력을 제공하는 액츄에이터를 포함할 수있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 높은 효율로 잉크를 충분히 가열할 수 있어서 고점도의 잉크에 대해서도 우수한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있으며, 프린트헤드 칩에 공급되는 잉크의 압력이 균일하게 유지되므로 안정된 잉크 토출 성능을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 예열 플레이트의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 예열 히터의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 잉크 리저버의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지는, 프레임(200)과, 상기 프레임(200)의 저면에 장착된 프린트헤드 칩(100)과, 상기 프린트헤드 칩(100)에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 장치(300)를 구비한다.
상기 프린트헤드 칩(100)은 상기 잉크 공급 장치(300)로부터 공급된 잉크를 미소한 액적(droplet)의 형태로 용지나 직물 등 인쇄 대상물 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄 대상물의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다. 이러한 프린트헤드 칩(100)은 상기 프레임(200)의 저면에 장착되어 지지된다. 상기 프린트헤드 칩(100)과 프레임(200)에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기 잉크 공급 장치(300)는 상기 프린트헤드 칩(100)에 잉크를 공급하기 위한 장치로서, 예열 플레이트(310)와, 잉크 리저버(330)와, 예열 히터(320)와, 압력 조절 필름(340)을 구비한다.
상기 예열 플레이트(310)는 잉크 탱크(400)로부터 상기 프린트헤드 칩(100)으로 공급될 잉크를 1차 가열하기 위한 것으로, 잉크를 충분히 가열할 수 있도록 열전도율이 높은 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어진다.
상기 잉크 리저버(330)는 상기 예열 플레이트(310)를 거쳐 유입되는 잉크를 수용하여 상기 예열 플레이트(310)에서 1차 가열된 잉크를 2차 가열하게 된다. 상기 잉크 리저버(330)에는 여기에 수용된 잉크의 압력을 조절하기 위한 상기 압력 조절 필름(340)이 부착된다. 따라서, 상기 잉크 리저버(330)는 상기 압력 조절 필름(34)의 부착이 용이하도록 플라스틱, 예컨대 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)으로 이루어진다.
상기 예열 히터(320)는 평판 형상을 가지며, 상기 예열 플레이트(310)와 잉크 리저버(330) 사이에 배치된다. 이 상태로, 상기 예열 히터(320), 예열 플레이트(310) 및 잉크 리저버(330)는 다수의 스크류(360)에 의해 견고하게 결합된다. 그리고, 상기 예열 히터(320)는 상기 예열 플레이트(310)와 잉크 리저버(330)에 각각 열적으로 접촉되어, 상기 예열 플레이트(310)를 통과하는 잉크와 상기 잉크 리저버(330)에 수용된 잉크를 함께 가열하게 된다.
상기한 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 예열 플레이트(310)와 플라스틱으로 이루어진 잉크 리저버(330) 사이에 평판형의 예열 히터(320)가 배치되므로, 잉크는 상기 예열 플레이트(310)에서 1차 가열되고 상기 잉크 리저버(330)에서 2차 가열된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 보다 높은 효율로 잉크를 충분히 가열할 수 있어서, 고점도의 잉크에 대해서도 우수한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있게 된다.
이하에서는, 상기 잉크 공급 장치(300)의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1과 도 2를 함께 참조하며 상기 예열 플레이트(310)의 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 예열 플레이트(310)에는 잉크 탱크(400)로부터 잉크가 유입되는 제1 잉크 인렛(315)과 잉크가 배출되는 제1 잉크 아웃렛(316)을 가진 잉크 통로가 마련된다. 상기 예열 플레이트(310)는 상기 예열 히터(320)의 일측면에 접촉되도록 설치되어 상기 예열 히터(320)에 의해 가열됨으로써, 상기 잉크 통로를 통해 흐르는 잉 크를 소정 온도로 가열하는 역할을 하게 된다.
한편, 잉크의 종류는 다양하며, 이 중에서 수용성 잉크는 알루미늄과 반응을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 잉크 통로를 통해 흐르는 수용성 잉크가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 예열 플레이트(310)에 직접 접촉하는 것은 바람직하지 않다. 이에 따라, 상기 잉크 통로는, 도시된 바와 같이, 상기 예열 플레이트(310)의 예열 히터(320) 반대쪽 표면에 소정 깊이로 형성된 그루브(312)와, 상기 그루브(312) 내에 삽입 설치되는 열교환 튜브(314)를 포함하며, 상기 열교환 튜브(314)의 일단부에 상기 제1 잉크 인렛(315)이 마련되고, 상기 열교환 튜브(314)의 타단부에 상기 제1 잉크 아웃렛(316)이 마련된다. 그리고, 상기 열교환 튜브(314)는 수용성 잉크에 대해서도 반응성이 없어서 다양한 종류의 잉크를 사용할 수 있도록 스테인레스 강으로 이루어진 것이 바람직하다.
이러한 구성에 있어서, 상기 예열 히터(320)로부터 예열 플레이트(310)로 전달된 열은 열교환 튜브(314)를 통해 그 내부의 잉크로 전달되고, 이에 따라 잉크는 가열될 수 있다.
그리고, 상기 예열 플레이트(310)에는 온도 센서(318)가 설치될 수 있다. 상기 온도 센서(318)로는 서미스터(thermistor)가 사용될 수 있다. 여기에서, 서미스터는 각종 금속 산화물을 혼합 소결한 반도체 소자로서, 온도에 따라 전기 저항의 변화가 심한 특성을 가지므로, 각종 온도 센서로 널리 이용되고 있다. 그러나, 본 발명에 있어서, 상기 온도 센서(318)로는 서미스터 뿐만 아니라 알려진 여러가지 종류의 것이 사용될 수도 있다.
상기 온도 센서(318)는 예열 플레이트(310)의 표면에 설치되어 직접적으로는 예열 플레이트(310)의 온도를 측정하지만, 간접적으로는 열교환 튜브(314) 내의 잉크의 온도를 측정하게 된다. 상기 온도 센서(318)에 의해 측정된 온도에 따라 상기 예열 히터(320)에 공급되는 전력을 제어하면, 잉크의 온도를 적정하게 유지할 수 있게 된다. 구체적으로, 사용되는 잉크의 점도에 따라 적정한 기준 온도를 설정한 후, 온도 센서(318)에 의해 측정된 온도와 기준 온도를 비교한다. 이때, 측정 온도가 기준 온도보다 낮으면, 예열 히터(320)에 전력을 공급하여 발열시킨다. 만약, 측정 온도가 기준 온도보다 높으면, 예열 히터(320)에 공급되던 전력을 차단한다.
다음으로, 도 1과 도 3을 함께 참조하며 상기 예열 히터(320)의 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 예열 히터(320)는, 서로 평행하도록 배치된 제1 및 제2 절연판(321, 322)과, 상기 제1 및 제2 절연판(321, 322) 사이에 배치된 열선(324)과, 상기 열선(324)에 연결된 전력 공급선(327)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 절연판(321, 322)은 절연성 및 내열성을 가진 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 절연판(321)의 표면에는 상기 열선(324)이 가능한 한 넓은 영역에 배열되어 있다. 그리고, 상기 제1 절연판(321)의 표면 일측에는 두 개의 콘택트 패드(326)가 마련되어 있으며, 이 두 개의 콘택트 패드(326)에는 상기 열선(324)의 양단부가 각각 연결된다. 상기 열선(324)은 니크롬선 또는 스테인레스 강선으로 이루어질 수 있다. 이러한 열선(324)에는 콘택트 패드(326)에 접속된 상기 전력 공급선(327)을 통해 전력이 공급된다.
한편, 상기 제2 절연판(322)에는 제1 절연판(321)의 표면에 마련된 상기 콘택트 패드(326)를 외부로 노출시키기 위한 개구(328)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 1과 도 4를 함께 참조하며 상기 잉크 리저버(330)와 압력 조절 필름(340)의 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 잉크 리저버(330)는 잉크 수용 공간(331)과, 상기 예열 플레이트(310)의 제1 잉크 아웃렛(316)으로부터 상기 잉크 수용 공간(331)으로 잉크를 유입하기 위한 제2 잉크 인렛(332)과, 상기 잉크 수용 공간(331)으로부터 상기 프린트헤드 칩(100)으로 잉크를 공급하기 위한 제2 잉크 아웃렛(333)을 포함한다.
상기 잉크 리저버(330)는 상기 예열 히터(320)의 타측면에 접촉되도록 설치되어 상기 예열 히터(320)에 의해 가열되고, 이에 따라 상기 잉크 수용 공간(331) 내에 수용된 잉크도 다시 가열된다.
상기 잉크 수용 공간(331)은 상기 잉크 리저버(330)의 예열 히터(320) 반대쪽 표면에 소정 깊이를 가진 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 잉크 리저버(330)의 제2 잉크 인렛(332)은 상기 예열 플레이트(310)의 제1 잉크 아웃렛(316)과 연결 튜브(350)를 통해 서로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제1 잉크 아웃렛(316)으로부터 배출되는 잉크는 상기 연결 튜브(350)를 통해 제2 잉크 인렛(332)으로 유입된다.
상기 제2 잉크 인렛(332)은, 도 4와 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 잉크 리저버(330)의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간(331)의 하단부까지 연통되도록 형성될 수 있다. 따라서, 잉크는 상기 제2 잉크 인렛(332)을 통해 상기 잉크 수용 공간(331)의 하단부로부터 유입된다. 이는, 잉크 내의 공기나 이물질이 자연스럽게 잉크 수용 공간(331) 내에 수용된 잉크의 상면쪽으로 떠 오르기 쉽도록 한다.
그리고, 상기 잉크 리저버(330)에는 상기 잉크 수용 공간(331)과 연결된 공기 배출구(334)가 마련될 수 있다. 상기 공기 배출구(334)는 상기한 바와 같이 잉크로부터 빠져 나와 잉크 수용 공간(331)내에 모여진 공기를 외부로 배출하는 역할을 하게 된다.
상기 공기 배출구(334)는, 도 4와 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 잉크 리저버(330)의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간(331)의 상단부까지 연통되도록 형성될 수 있다. 이는, 잉크 수용 공간(331)의 상단부에 모여지는 공기를 보다 쉽게 배출할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 잉크 리저버(330)의 제2 잉크 아웃렛(333)에는 잉크 공급 튜브(250)가 연결되며, 이 잉크 공급 튜브(250)는 후술하는 프레임(200)의 잉크 공급구(202)에 연결된다. 따라서, 상기 제2 잉크 아웃렛(333)으로부터 배출되는 잉크는 상기 잉크 공급 튜브(250)와 프레임(200)의 잉크 공급구(202)를 통해 프린트헤드 칩(100)으로 공급된다.
그리고, 도 4와 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 잉크 아웃렛(333)은, 상기 잉크 수용 공간(331)의 하단부로부터 상기 잉크 리저버(330)의 저면까지 연통되도록 형성될 수 있으며, 상기 잉크 수용 공간(331)의 하단부 양측 구석 부위에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 잉크 수용 공간(331) 내에는 상기 제2 잉크 아웃렛(333) 가까이 에 잉크 내의 이물질을 걸러내기 위한 필터(336)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 잉크 수용 공간(331) 내에 오목홈(335)이 형성되고, 상기 필터(336)는 상기 오목홈(335)을 덮도록 설치된다. 그리고, 상기 제2 잉크 아웃렛(333)은 상기 오목홈(335)과 연통되도록 형성된다. 상기 필터(336)로는 여러 가지 종류의 것이 사용될 수 있으나, 잉크와 반응하는 것을 방지하기 위해 스테인레스 망으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기한 구성에 의하면, 잉크 수용 공간(331) 내의 잉크는 상기 필터(336)를 거쳐 오목홈(335) 내부로 이동하게 되고, 이 과정에서 잉크 내의 이물질은 필터(336)에 의해 효과적으로 걸러지게 된다. 이와 같이, 이물질이 제거된 잉크는 상기 오목홈(335)으로부터 상기 제2 잉크 아웃렛(33)을 통해 프린트헤드 칩(100)으로 공급된다.
상기 압력 조절 필름(340)은 상기 잉크 수용 공간(331)을 덮도록 상기 잉크 리저버(330)의 표면에 부착된다. 상기 압력 조절 필름(340)은, 변형이 쉽도록 100㎛ 이하의 두께를 가지며, 잉크 리저버(330)와 마찬가지로 플라스틱, 예컨대 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)으로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 압력 조절 필름(340)을 잉크 리저버(330)의 표면에 가열 압착하여 융착시킬 수 있으므로, 압력 조절 필름(340)의 부착 강도가 높아져, 내구성이 향상된다.
상기한 압력 조절 필름(340)은 잉크 수용 공간(331) 내의 압력에 따라 변형됨으로써 잉크 수용 공간(331) 내의 압력을 일정하게 조절하는 역할을 한다. 즉, 잉크 수용 공간(331) 내의 압력이 낮아지면 압력 조절 필름(340)은 잉크 수용 공간(331)의 안쪽으로 휨 변형되어 잉크 수용 공간(331) 내의 압력을 높이게 되고, 잉크 수용 공간(331) 내의 압력이 높아지면 압력 조절 필름(340)은 잉크 수용 공간(331)의 바깥쪽으로 휨 변형되어 잉크 수용 공간(331) 내의 압력을 낮추게 된다. 이와 같은 압력 조절 필름(340)의 작용에 의해, 프린트헤드 칩(100)에 공급되는 잉크의 압력이 균일하게 유지될 수 있으므로, 안정된 잉크 토출 성능을 얻을 수 있다.
한편, 잉크 수용 공간(331) 내의 압력이 대기압보다 높아지게 되면, 잉크 수용 공간(331) 내의 잉크가 프린트헤드 칩(100)의 노즐(106)을 통해 외부로 흘러내리는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점을 방지하기 위해, 상기 잉크 수용 공간(331) 내에는 상기 잉크 수용 공간(331) 내의 압력을 외부의 대기압보다 낮은 부압으로 유지시키는 스프링(337)이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 스프링(337)은 도 4에 도시된 형상 뿐만 아니라, 잉크 수용 공간(331)의 형상에 적합한 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 프레임과 프린트헤드 칩의 분해 사시도이고, 도 7은 도 1에 도시된 프레임과 프린트헤드 칩을 뒤집어 본 사시도이다.
도 1, 도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 프레임(200)은 수직으로 관통 형성된 잉크 공급구(202)를 가진다. 상기 잉크 공급구(202)는 상기 프린트헤드 칩(100)의 잉크 유입구(102)에 대응하는 위치에 형성되어, 프린트헤드 칩(100) 내부에 마련된 다수의 잉크 챔버(104)로 잉크를 공급하는 통로 역할을 하게 된다. 이러 한 잉크 공급구(202)는 도시된 바와 같이 두 개가 마련될 수 있으며, 하나만 마련될 수도 있다. 그리고, 상기 잉크 공급구(202)는 상기 잉크 공급 장치(300)의 잉크 리저버(330)에 마련된 제2 잉크 아웃렛(333)과 연결된다. 전술한 바와 같이, 상기 잉크 공급 장치(300)의 제2 잉크 아웃렛(333)과 상기 프레임(200)의 잉크 공급구(202)는 잉크 공급 튜브(250)를 통해 서로 연결될 수 있다. 이를 위해, 상기 잉크 공급구(202)에는 상기 잉크 공급 튜브(250)가 끼워지는 니플(203)이 설치될 수 있다.
그리고, 상기 프레임(100)에는 그 길이 방향으로 길게 형성되며 수직 방향으로 관통된 두 개의 슬롯(204)이 형성된다. 상기 슬롯(204)은 프린트헤드 칩(100)에 구동 전압을 인가하기 위한 플렉시블 인쇄회로(FPC; Flexible Printed Circuit, 미도시)를 프린트헤드 칩(100)에 연결하기 위한 통로 역할을 하게 된다.
한편, 상기 두 개의 슬롯(204)은 수직으로 관통 형성된 하나의 중공부로 합쳐질 수도 있다. 또한, 상기 두 개의 슬롯(204)은 상기 프레임(200)의 양 측면에 형성될 수도 있다.
상기 프린트헤드 칩(100)은 상기 잉크 공급구(202)를 통해 공급된 잉크를 다수의 노즐(106)을 토출시키는 기능을 한다. 이를 위해, 상기 프린트헤드 칩(100)의 상면에는 상기 프레임(200)에 형성된 잉크 공급구(202)와 연통되는 잉크 유입구(102)가 형성된다. 그리고, 상기 프린트헤드 칩(100)의 내부에는 잉크 유입구(102)를 통해 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크 챔버(104)가 마련되고, 그 저면에는 상기 다수의 잉크 챔버(104) 각각에 대응되는 다수의 노즐(106)이 형성된다. 또한, 상기 프린트헤드 칩(100)의 상면에는 액츄에이터(108)가 마련되며, 이 액츄에이터(108)는 잉크 챔버(104) 내의 잉크를 상기 노즐(106)을 통해 토출시키는 구동력을 제공한다.
한편, 상기 프린트헤드 칩(100)은 상기한 구성이 아니라 다른 구성을 가질 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 다양한 구성을 가진 프린트헤드 칩(100)이 사용될 수 있으며, 위에서 설명된 프린트헤드 칩(100)의 구성은 단지 일 예를 보여주는 것이다.
이러한 프린트헤드 칩(100)은 상기 프레임(200)의 저면에 장착된다. 구체적으로, 상기 프레임(200)의 저면에는 프린트헤드 칩(100)이 삽입 장착되는 장착 홈(206)이 형성된다. 상기 장착 홈(206)의 깊이는 프린트헤드 칩(100)의 두께와 같을 수 있다. 그리고, 상기 장착 홈(206) 내부에는 프린트헤드 칩(100)을 프레임(200)에 접착시키기 위한 접착제(208)가 잉크 공급구(202)의 둘레와 장착 홈(206)의 가장자리 부위를 따라 도포된다. 상기 접착제(208)로는 우수한 접착성과 실링 특성을 제공하는 여러가지 종류의 접착제, 예컨대 상온경화(RTV; Room Temperature Vulcanizing) 실리콘 수지와 에폭시 수지가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 프레임(200)의 상부에는 상기 프린트헤드 칩(100) 내부의 잉크를 가열하는 평판형의 보조 히터(220)가 설치될 수 있다. 상기 보조 히터(220)는 상기 프레임(200)의 상면에 프린트헤드 칩(100)과 평행하도록 설치된다. 상기 보조 히터(220)에는 프레임(200)에 형성된 슬롯(204)과 대응되는 위치에 동일한 형상을 가진 슬롯(224)이 형성된다. 또한, 상기 보조 히터(220)에는 프레임(200)의 잉크 공급구(202)에 설치된 니플(203)이 삽입되는 니플 삽입홀(222)이 형성된다. 상기 보조 히터(220)의 일측에는 콘택트 패드(226)가 마련되며, 이 콘택트 패드(226)에는 상기 보조 히터(220)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급선(227)이 접속된다. 이러한 보조 히터(200)의 구성은 도 3에 도시된 예열 히터(320)의 구성과 동일하다.
상기한 바와 같이, 프린트헤드 칩(100)에 인접하게 보조 히터(220)가 설치된 경우에는, 프린트헤드 칩(100) 내부의 잉크를 보다 균일한 온도로 가열할 수 있게 된다. 또한, 상기 잉크 공급 장치(300)에 마련된 예열 히터(320)의 부하가 줄어들게 되고, 온도 제어에 대한 정밀도가 향상된다.
그리고, 상기 보조 히터(220)의 상부에는 상기 보조 히터(220)를 덮는 히터 커버(230)가 설치될 수 있다. 상기 히터 커버(230)에도 보조 히터(220)의 슬롯(224) 및 니플 삽입홀(222) 각각과 동일한 역할을 하는 슬롯(234)과 니플 삽입홀(232)이 형성된다. 그리고, 상기 히터 커버(230)에는 상기 보조 히터(220)에 마련된 콘택트 패드(226)를 외부로 노출시키기 위한 개구(236)가 형성된다.
이러한 구성을 가진 히터 커버(230)는 스크류(240)에 의해 프레임(200)에 견고하게 체결됨으로써, 상기 보조 히터(220)를 프레임(200)의 상면에 밀착시키는 기능을 하게 된다. 따라서, 상기 보조 히터(220)에서 발생된 열 에너지가 프레임(200)으로 원활하게 전도될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 패키지의 프린트헤드 칩으로부터 토출되는 잉크의 시간에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8의 그래프는, 토출되는 잉크의 온도를 50℃로, 구동 주파수를 20㎑로, 잉크의 유량을 4cc/분으로 설정한 후, 10 개의 노즐을 통해 토출되는 잉크의 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8의 그래프를 보면, 잉크의 온도가 설정 온도, 즉 50℃까지 도달하는 시간이 매우 짧다는 것을 알 수 있으며, 장 시간이 경과하여도 그 온도가 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다. 또한, 다수의 노즐을 통해 토출되는 잉크의 온도가 매우 균일하다는 것도 알 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 알루미늄으로 이루어진 예열 플레이트와 플라스틱으로 이루어진 잉크 리저버 사이에 평판형의 예열 히터가 배치되므로, 보다 높은 효율로 잉크를 충분히 가열할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 고점도의 잉크에 대해서도 우수한 잉크 토출 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다. 그리고, 프린트헤드 칩에 인접하게 보조 히터가 설치된 경우에는, 프린트헤드 칩 내부의 잉크를 보다 균일한 온도로 가열할 수 있게 된다. 또한, 예열 플레이트에 온도 센서를 마련함으로써, 잉크의 가열 온도를 적정하게 유지할 수 있게 된다.
둘째, 잉크 리저버에 압력 조절 필름이 부착되므로, 프린트헤드 칩에 공급되 는 잉크의 압력이 균일하게 유지될 수 있다. 따라서, 프린트헤드 칩의 다수의 노즐 각각을 통해 토출되는 잉크 액적의 속도 및 체적이 균일하게 유지되어 안정된 잉크 토출 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 잉크 리저버가 플라스틱으로 이루어져 있으므로, 역시 플라스틱으로 이루어진 압력 조절 필름의 융착이 쉬운 장점이 있다.
셋째, 잉크 리저버 내에 필터가 설치되어 있으므로, 잉크 내의 이물질을 효과적으로 걸러낼 수 있는 장점이 있다.
넷째, 잉크 리저버에 공기 배출구가 마련되어 있으므로, 잉크 내의 공기를 용이하게 제거할 수 있는 장점이 있다.

Claims (28)

  1. 프린트헤드 칩에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 장치에 있어서,
    잉크가 유입되는 제1 잉크 인렛과 잉크가 배출되는 제1 잉크 아웃렛을 가진 잉크 통로가 마련된 예열 플레이트;
    잉크 수용 공간과, 상기 예열 플레이트의 제1 잉크 아웃렛으로부터 상기 잉크 수용 공간으로 잉크를 유입하기 위한 제2 잉크 인렛과, 상기 잉크 수용 공간으로부터 상기 프린트헤드 칩으로 잉크를 공급하기 위한 제2 잉크 아웃렛을 포함하는 잉크 리저버;
    상기 잉크 리저버의 표면에 부착되어 상기 잉크 수용 공간을 덮는 압력 조절 필름; 및
    상기 예열 플레이트와 잉크 리저버 사이에 배치되어 상기 예열 플레이트와 잉크 리저버에 각각 열적으로 접촉되는 평판형의 예열 히터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 예열 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 통로는 상기 예열 플레이트의 표면에 형성된 그루브와 상기 그루브 내에 삽입 설치되는 열교환 튜브를 포함하며, 상기 열교환 튜브의 일단부에 상기 제1 잉크 인렛이 마련되고, 상기 열교환 튜브의 타단부에 상기 제1 잉크 아웃렛이 마련되는 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열교환 튜브는 스테인레스 강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 예열 플레이트에는 온도 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 온도 센서는 서미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 리저버는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 잉크 리저버는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 잉크 인렛은 상기 잉크 리저버의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간의 하단부까지 연통되도록 형성되어, 잉크가 상기 제2 잉크 인렛을 통해 상기 잉크 수용 공간의 하단부로부터 유입되도록 된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 잉크 아웃렛은 상기 잉크 수용 공간의 하단부로부터 상기 잉크 리저버의 저면까지 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 잉크 아웃렛은 상기 잉크 수용 공간의 하단부 양측 구석 부위에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 리저버에는 상기 잉크 수용 공간과 연결된 공기 배출구가 마련된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 공기 배출구는 상기 잉크 리저버의 상면으로부터 상기 잉크 수용 공간의 상단부까지 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 수용 공간 내에는 상기 제2 잉크 아웃렛 가까이에 잉크 내의 이물질을 걸러내기 위한 필터가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 잉크 수용 공간 내에 오목홈이 형성되고, 상기 필터는 상기 오목홈을 덮도록 설치되며, 상기 제2 잉크 아웃렛은 상기 오목홈과 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 필터는 스테인레스 망으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 예열 플레이트의 제1 잉크 아웃렛과 상기 잉크 리저버의 제2 잉크 인렛은 연결 튜브를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 조절 필름은 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 압력 조절 필름은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 100 ㎛ 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 조절 필름은 상기 잉크 리저버의 표면에 융착된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 수용 공간 내에는 상기 잉크 수용 공간 내의 압력을 부압으로 유지시키는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 예열 히터는, 서로 평행하도록 배치된 두 개의 절연판과, 상기 두 개의 절연판 사이에 배치된 열선과, 상기 열선에 연결된 전력 공급선을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 공급 장치.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 잉크 공급 장치;
    상기 잉크 공급 장치의 아래쪽에 배치되며, 상기 잉크 공급 장치의 잉크 리저버에 마련된 제2 잉크 아웃렛과 연결되는 잉크 공급구를 가진 프레임; 및
    상기 프레임의 저면에 장착되며, 상기 프레임의 잉크 공급구를 통해 공급된 잉크를 다수의 노즐을 통해 토출시키는 프린트헤드 칩;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 프레임의 상부에는 상기 프린트헤드 칩 내부의 잉크를 가열하는 평판형의 보조 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 보조 히터의 상부에는 상기 보조 히터를 상기 프레임의 상면에 밀착시키는 히터 커버가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 프레임의 저면에는 상기 프린트헤드 칩이 장착되는 장착 홈이 형성되고, 상기 장착 홈 내부에는 그 가장자리 부위를 따라 접착제가 도포되며, 상기 프린트헤드 칩은 상기 접착제에 의해 상기 프레임에 접착되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
  27. 제 23항에 있어서,
    상기 잉크 공급 장치의 제2 잉크 아웃렛과 상기 프레임의 잉크 공급구는 잉크 공급 튜브를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
  28. 제 23항에 있어서,
    상기 프린트헤드 칩은, 상기 프레임의 잉크 공급구와 연통되는 잉크 유입구와, 상기 잉크 유입구를 통해 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크 챔버와, 상기 다수의 잉크 챔버 각각에 대응되는 다수의 노즐과, 상기 잉크 챔버 내의 잉크를 상기 노즐을 통해 토출시키는 구동력을 제공하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 패키지.
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