KR20080013625A - 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한장의 실리콘 웨이퍼를 사용하여 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐 등을 일체로 형성할 수 있는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법은, Si 산화(oxidation)후 Si02를 소정의 형태로 패터닝을 수행하는 단계; 디프 반응성 이온 에칭(DRIE) 기법으로 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 실리콘 웨이퍼에 일체로 형성하는 단계; 상기 Si02층 제거 후 멤브레인(membrane)을 접합하는 단계; 상기 멤브레인에 메탈 전극과 압전 액츄에이터를 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 여러장의 실리콘을 가공하여 적층하는 종래의 프린터 헤드 형성 방식에서 발생하는 문제점인 가공시간 및 조립오차, 가공오차를 방지할 수 있다.
압전, 프린터 헤드
Description
도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린터 헤드의 제조 방법을 나타내는 제작 공정도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 압전형 잉크젯 프린터의 헤드를 보여주는 단면도.
본 발명은 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블 (bubble)을 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식 (electro-mechanical transducer, 압전 방식)이 있다.
상기 열 버블젯(Thermal bubble jet)을 이용하면 기포가 발생된 후 기포가 소멸되는 순간에는, 작아진 기포의 높은 곡률로 인하여, 기포가 열 변환막 위에 있는 보호막에 가하는 충격이 커져서 공동화 손상(Cavitation Damage)이 발생하는 문제점이 발생하며, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것이, 비가열 방식의 압전 재료를 이용한 프린터 헤드이다.
도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 이루는 매니폴드(2), 리스트릭터(3), 압력 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 매니폴드(2)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 각 압력 챔버(4)로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(3)는 매니폴드(2)로부터 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 압력 챔버(4)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다.
유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 절삭 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 압력 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전박판과 이 압전박판에 전압을 인가하기 위한 전극이 적층된 형태를 가지고 있다. 이에 따라, 유로 형성판(1)의 압력 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(6)에 의해 변형되는 진동판(1a)의 역할을 하게 된다.
이러한 구성을 가진 종래의 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 변형되면 압력 챔버(4)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(4) 내의잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(2)로부터 리스트릭터(3)를 통해 압력 챔버(4) 내로 유입된다.
하지만, 종래의 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드를 제조하기 위해서는, 다수의 금속 플레이트와 세라믹 플레이트 각각을 다양한 가공 방법에 의해 별도로 가공한 뒤, 이들을 적층하여 소정의 접착제에 의해 서로 접합시키는 복잡한 공정을 거치게 되며, 이를 구성하는 플레이트들의 수가 비교적 많아 플레이트들을 정렬시키는 공정이 많아져서 정렬 오차도 따라서 커지게 되고 이로 인해 잉크유로를 통한 잉크의 흐름이 원활하지 못하며, 이는 프린터 헤드의 잉크 토출 성능을 저하시키는 문제점이 발생한다.
또한 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드를 제조하기 위해 그라파이트, 알루미늄, SUS 와 같은 재질을 사용하는 기계가공 방식은, 그 기계가공 정밀도의 한계와 조립상의 오차로 인해 균일성과 정확도가 떨어지는 문제점이 발생하며, 여러장의 실리콘 기판을 미세 가공하여 유로와 구성물을 형성한 후 적층 조립하는 방식은 여러장 의 실리콘을 가공해야 하므로 가공시간이 길어지고 생산단가가 높아지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한장의 실리콘 웨이퍼에 압전 방식의 잉크젯 헤드의 구성 요소들을 일체로 형성하여 상기 헤드 제조시 발생되는 오차를 줄일 수 있도록 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프리터 헤드 제조 방법은, Si 산화(oxidation)후 Si02를 소정의 형태로 패터닝을 수행하는 단계; 디프 반응성 이온 에칭(DRIE) 기법으로 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 실리콘 웨이퍼에 일체로 형성하는 단계; 상기 Si02층 제거 후 멤브레인(membrane)을 접합하는 단계; 상기 멤브레인에 메탈 전극과 압전 액츄에이터를 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 멤브레인은 플렉시블한 투명체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프리터 헤드는, 공급되는 잉크를 저장하여 잉크 유로로 유입하는 리저버와; 상기 리저버로부터 유입되는 잉크를 노즐로 출력하여 분사되도록 하는 압력 챔버와; 상기 리저버와 압력 챔버 사이에 잉크 필터링을 수행하는 격자 형식으로 구성되는 필터와; 상기 잉크의 역흐름을 방지하는 리스트릭터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 잉크 유로에 블록을 형성하거나 또는 잉크 유로의 폭과 길이를 조절하여 잉크의 역흐름을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 잉크 유로내에 스플리터를 형성하여 에어 버블의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 리저버, 압력챔버, 리스트릭터, 필터, 잉크유로, 노즐은 실리콘 웨이퍼를 이용하여 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린터 헤드의 제조 방법을 나타내는 제작 공정도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 실리콘(Si) 웨이퍼 양면에 산화막(Si02)을 형성한 후(a), 패터닝(patterning) 공정을 통해 산화막(Si02)의 일부를 제거한다(b).
이후, 디프 반응성 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching : 이하 DRIE) 기법으로 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 일체로 형성한다(c).
이후, 산화막(Si02)을 제거하고(d), 플렉시블(flexible)한 투명체 멤브레인(membrane)을 실리콘 가공물에 에폭시 수지 접착 또는 아노닉본딩(anodic bonding)으로 접합한다.
여기서, 상기 플렉시블 투명체는 폴리싱(polishing)처리를 통해 두께를 얇게 하여 압전체의 변위가 구속받지 않도록 한다.
이후, 플렉시블 투명체 상부에 메탈 전극을 접합시키고(f), 다시 그 상부에 압전 액츄에이터(PZT)를 접합한 후(g), 노즐면에 잉크의 웨팅(wetting)현상을 줄일 수 있도록 소수성 코딩제를 도포하여 압전 방식의 잉크젯 프린터 헤드를 제조한다(h).
따라서, 본 발명에서는 한장의 실리콘 웨이퍼에 DRIE 기법을 통해 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 일체로 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 압전형 잉크젯 프린터의 헤드를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 잉크젯 프린터의 헤드는 노즐(31), 압력챔버(32), 유입된 잉크가 흐르는 경로인 잉크유로(33), 리스트릭터(34), 필터(37), 리저버(38)를 포함하여 구성된다.
상기의 구성에 의하여 잉크젯 프린터 헤드에서 잉크 유로(33)의 폭과 길이를 조절하거나, 유로(33)내에 블록(36)을 형성하여 잉크의 역흐름(reverse flow)을 방지한다. 또한 유로(33)내에 스플리터(35)를 형성하여 에어 버블의 발생을 방지한다.
또한 실리콘 웨이퍼 미세 정밀 가공 기술을 이용하여 리저버(38)와 압력 챔버(32) 사이의 유로(33)에 폭이 좁은 격자를 가공 배치하여 필터(37) 역할을 하게 한다.
자세히 설명하면, 도 3(a)의 실시 예에 의한 잉크젯 프린터 헤드는 잉크통에 서 공급된 잉크를 리저버(38)에 저장시켰다가 프린터시 좁은 격자 형태의 필터(37)를 거쳐 유로(33)를 통하여 압력 챔버(32)내로 유입시킨다.
이때, 필터(37)와 압력 챔버(32) 사이에 형성된 리스트릭터(34)는 잉크가 챔버(32)내로 유입되는 속도를 일정하게 유지시켜 주며, 상기 유로 중앙에 블록(36)을 형성하고 잉크가 통과할 수 있는 유로의 간격을 가늘게 하여 리스트릭터(34)를 형성함으로써 잉크의 역흐름을 차단시킬 수 있다.
도 3(b)의 실시 예에 의한 잉크젯 프린터 헤드는 유로를 지그재그 형태로 길게 배치하여 리스트릭트(34)를 형성함으로써 잉크의 역흐름을 차단시킬 수 있다.
도 3(c) 및 도 3(d) 실시 예에 의한 잉크젯 프린터 헤드는 유로에 스플리터(35)를 형성하여 잉크 주입시 발생하기 쉬운 에어 버플을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 잉크 유로(33)의 폭과 길이를 조절하여 리스트릭트(34)와 유로내의 블록(37)을 형성하여 잉크의 역흐름(reverse flow)을 방지할 수 있으며, 유로내에 스플리터(35)를 형성하여 버블(bubble)의 발생을 방지할 수 있다.
또한 실리콘 웨이퍼 미세 정밀 가공 기술을 이용하여 리저버(38)와 압력 챔버(32) 사이의 유로에 폭이 좁은 격자 형식으로 실리콘을 가공하여 필터(37)를 형성할 수 있다.
또한 상기 노즐(31), 압력챔버(32), 잉크유로(33), 리스트릭터(34), 필터(37), 리저버(38)을 한장의 실리콘 웨이퍼에 일체형으로 구성함으로써, 기존의 여러장의 실리콘 기판을 이용하여 압전 방식의 잉크젯 프린터 헤드를 구성하는 것과 달리 가공시간을 절약할 수 있어 생산단가를 낮출 수 있으며, 수개의 실리콘 기판을 적층하는데 발생할 수 있는 조립오차를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 잉크젯 프린터 헤드와 지그와의 조립을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 압전체(40)와, 멤브레인(50), 전술한 방법으로 하나의 실리콘 웨이퍼에 노즐, 압력챔버, 잉크유로, 리스트릭터, 필터, 리저버를 일체형으로 형성하는 다채널 잉크젯 프린터 헤드(60)를 스테인레스 스틸(Steel Use Stainless:SUS), 그래파이트(graphite), 알루미늄 재질 등의 지그(70)와 조립하는 구성이다.
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드의 공정과정에서 하나의 실리콘 웨이퍼에 노즐, 압력챔버, 잉크유로, 리스트릭터, 필터, 리저버를 일체형으로 구성하기 때문에 별도의 추가적인 지그가 필요없으며, 이로인해 공정과정에서의 불량율을 낮출 수 있으며 투명 멤브레인으로 잉크의 버블 등을 확인 할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드에 의하면, 디프 반응성 이온 에칭(DRIE) 기법을 통해 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 한장의 실리콘 웨이퍼에 일체형으로 형성하여, 여러장의 실리콘 기판을 이용하여 압전 방식의 잉크젯 프린터 헤드를 형성하는 것과 달리 가공시간을 절약하여 생산단가를 낮출 수 있으며, 수개의 실리콘 기판을 적층하는데 발생할 수 있는 조립오차를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 잉크 유로의 폭과 길이를 조절하고 블록을 형성하여 잉크의 역흐름(reverse flow)을 방지할 수 있으며, 유로내에 스플리터를 형성하여 에어 버블의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼 미세 정밀 가공 기술을 이용하여 리저버와 챔버 사이의 유로에 폭이 좁은 격자를 가공 배치하여 필터를 형성할 수 있다.
Claims (6)
- Si 산화(oxidation)후 Si02를 소정의 형태로 패터닝을 수행하는 단계;디프 반응성 이온 에칭(DRIE) 기법으로 리저버, 필터, 리스트릭터, 잉크유로, 압력챔버, 노즐을 실리콘 웨이퍼에 일체로 형성하는 단계;상기 Si02층 제거 후 멤브레인(membrane)을 접합하는 단계;상기 멤브레인에 메탈 전극과 압전 액츄에이터를 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 멤브레인은 플렉시블한 투명체인 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 공급되는 잉크를 저장하여 잉크 유로로 유입하는 리저버와;상기 리저버로부터 유입되는 잉크를 노즐로 출력하여 분사되도록 하는 압력 챔버와;상기 리저버와 압력 챔버 사이에 잉크 필터링을 수행하는 격자 형식으로 구성되는 필터와;상기 잉크의 역흐름을 방지하는 리스트릭터를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 3항에 있어서,상기 잉크 유로에 블록을 형성하거나 또는 잉크 유로의 폭과 길이를 조절하여 잉크의 역흐름을 방지하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 3항에 있어서,상기 잉크 유로내에 스플리터를 형성하여 에어 버블의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 3항에 있어서,상기 리저버, 압력챔버, 리스트릭터, 필터, 잉크유로, 노즐은 실리콘 웨이퍼를 이용하여 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060075385A KR20080013625A (ko) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020060075385A KR20080013625A (ko) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | 압전 방식 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 |
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Family
ID=39341359
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR20080013625A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018158466A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | ブラザー工業株式会社 | アクチュエータ装置の製造方法 |
-
2006
- 2006-08-09 KR KR1020060075385A patent/KR20080013625A/ko not_active Application Discontinuation
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