KR20080054710A - 크로스 토크를 억제하기 위한 복수의 리스트릭터를 가진잉크젯 헤드 - Google Patents

크로스 토크를 억제하기 위한 복수의 리스트릭터를 가진잉크젯 헤드 Download PDF

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KR20080054710A
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Abstract

크로스 토크를 억제하기 위한 복수의 리스트릭터를 가진 잉크젯 헤드가 개시된다. 개시된 잉크젯 헤드는 잉크 유로가 형성된 유로 형성판과, 유로 형성판 상에 마련된 액츄에이터와, 유로 형성판 위에 결합되며, 매니폴드를 가진 잉크 공급 베젤을 구비한다. 상기 잉크 유로는, 매니폴드로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 유입된 잉크가 저장되는 다수의 리저버와, 다수의 리저버 각각으로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 챔버와, 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐과, 다수의 리저버 각각과 다수의 챔버 각각을 연결하는 다수의 제1 리스트릭터와, 다수의 리저버 각각과 잉크 인렛을 연결하는 다수의 제2 리스트릭터를 포함한다. 그리고, 상기 다수의 리저버 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽에 의해 서로 분리된 제1 리저버와 제2 리저버를 포함할 수 있으며, 분리벽에는 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 제3 리스트릭터가 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 잉크의 토출 과정에서 잉크의 역류와 압력파의 전파로 인한 인접한 노즐들 사이의 크로스 토크를 억제할 수 있다.

Description

크로스 토크를 억제하기 위한 복수의 리스트릭터를 가진 잉크젯 헤드{Inkjet head having plurality of restrictors for restraining crosstalk}
도 1은 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 예를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 부분 절단하여 도시한 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 잉크젯 헤드의 조립 상태의 수직 단면도이다.
도 4a는 도 3a와 도 3b에 도시된 잉크젯 헤드의 잉크 유로 구조를 전기적 상사 회로로 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 표시된 각 지점에서의 압력파를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3a와 도 3b에 도시된 잉크젯 헤드의 제1 변형예를 도시한 수직 단면도이다.
도 6은 도 3a와 도 3b에 도시된 잉크젯 헤드의 제2 변형예를 도시한 수직 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 부분 절단하여 도시한 분해 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 잉크젯 헤드의 조립 상태의 수직 단면도이다.
도 8은 도 7a와 도 7b에 도시된 제3 리스트릭터의 변형예를 도시한 부분 사시도이다.
도 9는 도 7a와 도 7b에 도시된 잉크젯 헤드의 잉크 유로 구조를 전기적 상사 회로로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...상부 기판 112...잉크 인렛
114...격벽 116...챔버
120...중간 기판 122,222...리저버
124,224...격벽 126,226...제1 리스트릭터
127,227...제2 리스트릭터 128...댐퍼
130...하부 기판 133...노즐
140...잉크 공급 베젤 141...잉크 공급구
142...매니폴드 143...공기 배출구
148...개방 공간 150...액츄에이터
161,171...캐비티 162,172...플렉시블 플레이트
222a...제1 리저버 222b...제2 리저버
225...분리벽 228,228'...제3 리스트릭터
229...연결 통로
본 발명은 압전 방식의 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크로스 토크를 억제하기 위해 복수의 리스트릭터가 마련된 압전 방식의 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열 구동 방식의 잉크젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
상기한 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(2), 리스트릭터(3), 압력 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(2)는 도시되지 않은 잉크 탱크로부터 유입된 잉크를 각 압력 챔버(4)로 공급하는 공통 통로이며, 상기 리스트릭터(3)는 매니폴드(2)로부터 각 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 압력 챔버(4)는 토출 될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(6)의 구동 에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다.
상기 유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 가공하여 상기한 잉크 유로를 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 압력 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전막과 이 압전막에 전압을 인가하기 위한 전극들이 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.
상기한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 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) 내의 잉크는 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.
도 2에는 종래의 잉크젯 헤드의 구체적인 예로서, 본 출원인의 한국 공개특허공보 제2003-0050477호(미국 공개특허공보 제2003-0112300호)에 개시된 압전 방식의 잉크젯 헤드가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 잉크젯 헤드는, 세 개의 실리콘 기판(30, 40, 50)이 적층되어 접합된 구조를 가진다. 세 개의 기판(30, 40, 50) 중 상부 기판(30)의 저면에는 소 정 깊이를 가진 다수의 압력 챔버(32)가 형성되어 있다. 그리고, 상부 기판(30)에는 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결된 잉크 인렛(31)이 관통 형성되어 있다. 상기 다수의 압력 챔버(32)는 중간 기판(40)에 형성된 매니폴드(41)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그리고, 상부 기판(30)의 상면에는 다수의 압력 챔버(32) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(60)가 형성되어 있다. 상기 중간 기판(40)에는 잉크 인렛(31)과 연결되는 매니폴드(41)가 형성되어 있으며, 이 매니폴드(41)의 양측에 다수의 압력 챔버(32) 각각과 연결되는 리스트릭터(42)가 형성되어 있다. 또한, 중간 기판(40)에는 다수의 압력 챔버(32)에 대응하는 위치에 다수의 댐퍼(43)가 수직으로 관통 형성되어 있다. 그리고, 하부 기판(50)에는 상기 다수의 댐퍼(43)와 연결되는 다수의 노즐(51)이 형성되어 있다. 상기 노즐(51)은 하부 기판(50)의 상부쪽에 형성된 잉크 도입부(51a)와 하부 기판(51)의 하부쪽에 형성된 잉크 토출구(51b)로 구성된다. 상기 잉크 도입부(51a)는 이방성 습식 식각에 의해 뒤집힌 피라미드 형상으로 형성되며, 상기 잉크 토출구(51b)는 건식 식각에 의해 일정한 직경을 가지도록 형성된다.
그런데, 도 1과 도 2에 도시된 종래의 압전 방식의 잉크젯 헤드에 있어서는, 압전 액츄에이터의 구동에 의해 각 압력 챔버의 압력이 높아지게 되면, 그 압력 챔버 내의 잉크는 노즐을 통해 토출됨과 동시에 일부의 잉크는 리스트릭터를 통해 매니폴드 쪽으로 역류하게 된다. 이와 같은 잉크의 역류와 함께 압력파 또는 진동이 인접한 다른 압력 챔버들의 노즐에 전파되어 그 노즐로부터의 잉크 토출 특성에 영향을 미치게 되는데, 이러한 현상을 크로스 토크(crosstalk)라고 한다. 이러한 크 로스 토크는 인접한 압력 챔버에 연결된 노즐 내부의 잉크의 메니스커스(meniscus)를 불안정하게 하고, 이에 따라 다수의 노즐 각각을 통해 토출되는 잉크 액적의 속도 및 체적에 영향을 끼쳐 인쇄 품질이 나빠지게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 잉크 토출 특성의 향상을 위해 복수의 리스트릭터를 구비하여 크로스 토크를 효과적으로 억제할 수 있는 구조를 가진 잉크젯 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는,
잉크 유로가 형성된 유로 형성판;
상기 유로 형성판 상에 마련되어 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터; 및
상기 유로 형성판 위에 결합되며, 상기 잉크 유로에 잉크를 공급하는 매니폴드를 가진 잉크 공급 베젤;을 구비하며,
상기 잉크 유로는, 상기 매니폴드로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 상기 잉크 인렛을 통해 유입된 잉크가 저장되는 다수의 리저버와, 상기 다수의 리저버 각각으로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 챔버와, 상기 다수의 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐과, 상기 다수의 리저버 각각과 상기 다수의 챔버 각각을 연결하는 다수의 제1 리스트릭터와, 상기 다수의 리저버 각각과 상기 잉크 인렛을 연결하는 다수의 제2 리스트릭터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 리저버는 격벽들에 의해 서로 분리될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 제1 리스트릭터 각각은 상기 다수의 리저버 각각의 상기 챔버에 인접한 측벽에 형성되고, 상기 다수의 제2 리스트릭터 각각은 상기 다수의 리저버 각각의 상기 잉크 인렛에 인접한 측벽에 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 제1 리스트릭터와 다수의 제2 리스트릭터 각각은 "T"자 형상의 단면을 가질 수 있으며, 상기 리저버와 동일한 깊이로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 리저버 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽에 의해 서로 분리된 제1 리저버와 제2 리저버를 포함하며, 상기 분리벽에는 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 제3 리스트릭터가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽의 일측면에 형성되고, 상기 유로 형성판에는 상기 제3 리스트릭터를 통해 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 연결 통로가 형성될 수 있으며, 상기 제3 리스트릭터는 "T"자 형상의 단면을 가질 수 있다.
한편, 상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽을 관통하여 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 리저버의 상부에는 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 플렉시블 플레이트의 상부에 캐비티가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 리저버의 하부에는 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 플렉시블 플레이트의 하부에 캐비티가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유로 형성판은 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 잉크 인렛은 상기 상부 기판을 수직으로 관통하도록 형성되고, 상기 다수의 챔버는 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성되며, 상기 다수의 리저버와 다수의 제1 및 제2 리스트릭터는 상기 중간 기판에 형성되고, 상기 다수의 노즐은 상기 하부 기판을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 중간 기판에는 상기 다수의 챔버와 상기 다수의 노즐을 연결하는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성될 수 있다.
또한, 상기 중간 기판에 형성된 상기 다수의 리저버 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽에 의해 서로 분리된 제1 리저버와 제2 리저버를 포함하며, 상기 분리벽에는 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 제3 리스트릭터가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽의 일측면에 형성되고, 상기 상부 기판의 저면에는 상기 제3 리스트릭터를 통해 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 연결 통로가 소정 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 기판에는 상기 다수의 리저버의 상부에 위치하여 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 플렉시블 플레이트의 상부에는 상기 상부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 캐비티가 형성될 수 있다.
또한, 상기 중간 기판에는 상기 다수의 리저버의 하부에 위치하여 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에는 상기 플렉시블 플레이트의 하부에 위치하도록 캐비티가 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 부분 절단하여 도시한 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 잉크젯 헤드의 조립 상태의 수직 단면도이다.
도 3a와 도 3b를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는, 잉크 유로가 형성된 유로 형성판(110, 120, 130)과, 상기 유로 형성판(110, 120, 130)에 마련되어 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터(150)와, 상기 잉크 유로에 잉크를 공급하는 매니폴드(142)를 가지며 상기 유로 형성판(110, 120, 130) 위에 결합된 잉크 공급 베젤(140)을 구비한다.
상기 유로 형성판(110, 120, 130)에 형성된 상기 잉크 유로는, 기본적으로 상기 잉크 공급 베젤(140)의 매니폴드(142)로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛(112)과, 상기 잉크 인렛(112)을 통해 유입된 잉크가 저장되는 다수의 리저버(122)와, 상기 다수의 리저버(122) 각각으로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 챔버(116)와, 상기 다수의 챔버(116)로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(133)을 포함한다. 그리고, 상기 잉크 유로는 상기 다수의 리저버(122)와 다수의 챔버(116)를 각각 연결하는 다수의 제1 리스트릭터(126)와, 상기 다수의 리저버(122) 각각과 잉크 인렛(112)을 연결하는 다수의 제2 리스트릭터(127)를 더 포함한다. 또한, 상기 잉크 유로는 상기 다수의 챔버(116)와 다수의 노즐(133)을 연결하는 다수의 댐퍼(128)를 더 포함할 수 있다. 상기한 잉크 유로의 구성에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
상기 유로 형성판(110, 120, 130)은 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 액츄에이터(150)는 상기 상부 기판(110)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)으로는 반도체 집적 회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
한편, 상기 유로 형성판(110, 120, 130)은 두 개의 기판으로 이루어질 수도 있으며, 네 개 이상의 기판으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 도 3a와 도 3b에 도시된 유로 형성판(110, 120, 130)의 구성은 단지 예시적인 것에 불과하다. 즉, 본원 발명의 특징은 유로 형성판(110, 120, 130)의 구성에 있는 것이 아니라, 유로 형성판(110, 120, 130) 내에 형성되는 잉크 유로가 다수의 제1 및 제2 리스트릭터(126, 127)를 가진다는 점에 있는 것이다.
상기 잉크 공급 베젤(140)은 상부 기판(110) 상에 결합되며, 상기 잉크 인 렛(112)을 통해 상기 잉크 유로에 공급될 잉크가 저장되는 매니폴드(142)를 가진다. 상기 잉크 공급 베젤(140)에는 상기 매니폴드(142)에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구(141)와, 상기 매니폴드(142) 내에 저장된 잉크 내에 함유된 기포를 제거하기 위한 공기 배출구(143)가 형성된다. 상기 매니폴드(142)는 상부 기판(110)에 형성된 잉크 인렛(112)과 연통되도록, 잉크 공급 베젤(140)의 저면에 소정 깊이로 길게 형성된다. 상기 매니폴드(142)의 길이 방향 일단부 가까이에 상기 잉크 공급구(141)가 배치되고, 길이 방향 타단부 가까이에 상기 공기 배출구(143)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 잉크 공급구(141)와 공기 배출구(143)는 서로 멀리 떨어져 배치된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잉크 공급 베젤(140)에는 상부 기판(110)의 상면에 형성된 액츄에이터(150)를 외부로 노출시키기 위한 개방된 공간(148)이 형성된다. 상기 개방 공간(148)을 통해 도시되지 않은 전압 인가용 가요성 인쇄 회로(FPC; Flexible Printed Circuit)가 상기 액츄에이터(150)에 연결될 수 있다.
이하에서는 상기한 잉크 유로의 구성에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 다수의 챔버(116)는 상기 상부 기판(110)의 저면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 상기 상부 기판(110) 중 상기 다수의 챔버(116) 각각의 상부벽을 이루는 부분은 액츄에이터(150)의 구동에 의해 진동하는 진동판(117)의 역할을 하게 된다. 상기 다수의 챔버(116)는 1열 또는 2열로 배열될 수 있으며, 그 각각은 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상을 가질 수 있다.
상기 잉크 인렛(112)은 상기 매니폴드(142)로부터 유입된 잉크를 다수의 리 저버(122)로 공급하기 위한 것으로, 상부 기판(110)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다. 상기 잉크 인렛(112)은 상기 매니폴드(142)에 대응되도록 일방향으로 길게 형성될 수 있다. 상기 잉크 인렛(112)에는 다수의 격벽(114)이 형성될 수 있으며, 이러한 격벽들(114)에 의해 상기 잉크 인렛(112)은 다수의 부분으로 구획될 수 있다.
상기 다수의 리저버(122)는 상기 중간 기판(120)의 상면에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 다수의 리저버(122)는 상기 중간 기판(120)을 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 상기 다수의 리저버(122)는 다수의 챔버(116)와 동일한 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 상기 다수의 리저버(122)는 다수의 격벽(124)에 의해 각각 분리된다. 상기 다수의 리저버(122) 각각은 다수의 제1 리스트릭터(126) 각각을 통해 다수의 챔버(116) 각각에 연결되고, 다수의 제2 리스트릭터(127) 각각을 통해 잉크 인렛(112)에 연결된다.
상기 다수의 제1 리스트릭터(126)는 다수의 챔버(116)와 다수의 리저버(122)를 대응되는 것끼리 서로 연결하는 통로이고, 다수의 제2 리스트릭터(127)는 다수의 리저버(122)와 잉크 인렛(112)을 연결하는 통로이다. 이를 위해, 상기 다수의 제1 리스트릭터(126) 각각은 다수의 리저버(122) 각각의 상기 챔버(116)에 인접한 측벽에 형성되고, 상기 다수의 제2 리스트릭터(127) 각각은 다수의 리저버(122) 각각의 상기 잉크 인렛(112)에 인접한 측벽에 형성된다. 상기 다수의 제1 및 제2 리스트릭터(126, 127) 각각은 잉크의 역류를 억제하기 위해 상기 챔버(116)와 리저버(122)의 단면적보다 작은 단면적을 가지도록 형성된다. 상기 다수의 제1 및 제2 리스트릭터(126, 127) 각각은 중간 기판(120)에 리저버(122)의 깊이와 동일한 깊이로 형성될 수 있으며, 그 단면은 대략 "T"자 형상을 가질 수 있다. 한편, 상기 다수의 제1 및 제2 리스트릭터(126, 127)는 도 3a에 도시된 형상과는 다른 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 다수의 제1 및 제2 리스트릭터(126, 127)는 잉크 인렛(112)으로부터 다수의 챔버(116)로 잉크를 공급하는 역할과 함께, 다수의 챔버(116) 각각으로부터 잉크 인렛(112) 쪽으로 향하는 잉크의 역류와 압력파의 전파를 효과적으로 억제하는 역할을 하게 된다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기 다수의 댐퍼(128)는 상기 다수의 챔버(116)에 각각 연결되도록 중간 기판(120)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.
상기 다수의 노즐(133) 각각은 상기 다수의 댐퍼(128) 각각과 연결되는 위치에서 상기 하부 기판(130)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다. 상기 다수의 노즐(133) 각각은 하부 기판(130)의 아랫 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 잉크 토출구(132)와, 하부 기판(130)의 윗 부분에 형성되어 상기 댐퍼(128)로부터 상기 잉크 토출구(132) 쪽으로 잉크를 유도하기 위한 잉크 유도부(131)로 이루어질 수 있다. 상기 잉크 토출구(132)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상을 가질 수 있으며, 상기 잉크 유도부(131)는 댐퍼(128)로부터 잉크 토출구(132)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 사각뿔 형상을 가질 수 있다.
상기 액츄에이터(150)는 상부 기판(110)의 상면에 형성될 수 있다. 그리고, 상부 기판(110)과 액츄에이터(150) 사이에는 절연막(118)이 형성될 수 있다. 상부 기판(110)이 실리콘 기판인 경우에, 상기 절연막(118)으로서 실리콘 산화막이 사용될 수 있다. 상기 액츄에이터(150)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(151)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(152)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(153)을 구비할 수 있다. 상기 하부 전극(151)은 상기 절연막(118)의 전 표면에 형성될 수 있으며, 도전성 금속 물질층으로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(152)은 하부 전극(151) 위에 형성되며, 상기 다수의 챔버(116) 각각의 상부에 위치하도록 배치된다. 이러한 압전막(152)은 압전물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(152)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 상기 챔버(116)의 상부벽을 이루는 진동판(117)을 진동시키는 역할을 하게 된다. 상기 상부 전극(153)은 압전막(152) 위에 형성되며, 압전막(152)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기한 바와 같이 구성된 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)을 서로 접합한 후, 그 위에 잉크 공급 베젤(140)을 결합하면 본 발명에 따른 잉크젯 헤드가 구성될 수 있다. 그리고, 상부 기판(110), 중간 기판(120) 및 하부 기판(130)에는 잉크 인렛(112), 다수의 제2 리스트릭터(127), 다수의 리저버(122), 다수의 제1 리스트릭터(126), 다수의 챔버(116), 다수의 댐퍼(128) 및 다수의 노즐(133)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다.
도 4a는 도 3a와 도 3b에 도시된 잉크젯 헤드의 잉크 유로 구조를 전기적 상사 회로로 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 표시된 각 지점에서의 압력파를 보여주는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 상기 챔버(116)는 제1 리스트릭터(126), 리저버(122) 및 제2 리스트릭터(127)를 통해 매니폴드(142)에 연결된다. 여기에서, 제1 리스트릭터(126)와 제2 리스트릭터(127)는 각각 인덕턴스(L)로 상사시킬 수 있으며, 리저버(122)는 커패시턴스(C)로 상사시킬 수 있다. 이러한 전기적 상사 회로는 L 성분과 C 성분의 상호 작용으로 로우 패스 필터(low pass filter)를 구성한다.
상기 액츄에이터(150)의 구동에 의해 발생된 압력파는 챔버(116)로부터 매니폴드(142) 쪽으로 전파된다. 이 전파 과정에서, 압력파는 상기한 로우 패스 필터(low pass filter)를 구성하는 제1 리스트릭터(126), 리저버(122) 및 제2 리스트릭터(127)를 차례로 통과하게 되면서, 그 고주파 성분이 제거되므로, 저주파 성분만 매니폴드(142)에 도달하게 된다. 도 4b를 참조하면, A지점, 즉 챔버(116)에서의 압력파는 고주파 성분을 가지고 있으나, 제1 리스트릭터(126)을 통과한 후의 B지점에서의 압력파는 그 고주파 성분이 다소 제거되었음을 알 수 있으며, 리저버(122)와 제2 리스트릭터(127)를 통과한 후 C지점에서의 압력파는 고주파 성분이 대부분 제거되어 매니폴드(142)에는 저주파 성분의 압력파만 도달됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다수의 챔버(116) 각각과 매니폴드(142) 사이에 리저버(122)와 두 개의 리스트릭터(126, 127)가 마련됨으로써, 잉크의 토출 과정에서 챔버(116)로부터의 잉크의 역류와 압력파의 전파를 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서, 잉크 토출 과정에서 인접한 노즐들(133) 사이에 서로 영향을 미치는 크로스 토크를 억제할 수 있게 되어, 다수의 노즐(133)을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 성능, 즉 잉크 액적의 체적과 토출 속도 등이 균일하게 되는 효과가 있다.
도 5와 도 6은 도 3a와 도 3b에 도시된 잉크젯 헤드의 변형예들을 도시한 수직 단면도들이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 상부 기판(110)에는 그 상면으로부터 소정 깊이의 캐비티(161)가 형성되고, 이 캐비티(161)의 하부에는 상기 리저버(122)의 상부벽을 형성하는 얇은 두께의 플렉시블 플레이트(162)가 형성된다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 중간 기판(120)에는 리저버(122)의 바닥벽을 형성하는 얇은 두께의 플렉시블 플레이트(172)가 형성되고, 이 플렉시블 플레이트(172)의 하부에 캐비티(171)가 형성된다. 상기 캐비티(171)는 중간 기판(120)의 저면과 하부 기판(130)의 상면 각각에 소정 깊이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 캐비티(171)는 중간 기판(120)의 저면에만 형성될 수도 있고, 하부 기판(130)의 상면에만 형성될 수도 있다.
도 5와 도 6에 도시된 플렉시블 플레이트(162, 172)는 리저버(122) 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 역할을 하게 된다. 상기 플렉시블 플레이트(162, 172)의 두께는 대략 10㎛ ~ 30㎛ 정도가 바람직하다. 상기 플렉시블 플레이트(162, 172)의 두께가 너무 두꺼우면 쉽게 변형이 되지 못하며, 너무 얇으면 내구성이 떨어지게 된다. 상기 캐비티(161, 171)는 상기 플렉시블 플레이트(161, 171)의 자유로운 변형이 가능하도록 한다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 리저버(122)의 상부 또는 하부에 플렉시블 플레이트(162, 172)가 형성되면, 리저버(122) 내부로 전파된 압력파를 흡수할 수 있다. 다시 설명하면, 상기 플렉시블 플레이트(162, 172)는 리저버(122)의 유연성을 증대시켜서, 도 4b에 도시된 로우 패스 필터의 커패시턴스(C)를 증대시키게 되고, 이에 따라 더욱 낮은 주파수의 압력파만 통과할 수 있게 된다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 부분 절단하여 도시한 분해 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 잉크젯 헤드의 조립 상태의 수직 단면도이다.
도 7a와 도 7b를 함께 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 헤드도 잉크 유로가 형성된 유로 형성판(110, 120, 130)과, 액츄에이터(150)와, 매니폴드(142)가 형성된 잉크 공급 베젤(140)을 구비한다. 상기 잉크 공급 베젤(140)과 액츄에이터(150)의 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 상기 유로 형성판(110, 120, 130)의 구성도 전술한 제1 실시예와 동일하다. 다만, 본 발명의 제2 실시예에 있어서는, 상기 유로 형성판(110, 120, 130)에 형성된 잉크 유로의 구성에 있어서 전술한 제1 실시예와 차이가 있다.
상기 잉크 유로는 상기 잉크 공급 베젤(140)의 매니폴드(142)로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛(112)과, 다수의 챔버(116)와, 다수의 노즐(133)을 포함하며, 상기 다수의 챔버(116)와 다수의 노즐(133)을 연결하는 다수의 댐퍼(128)를 더 포함할 수 있다. 상기, 잉크 인렛(112), 다수의 챔버(1160, 다수의 노즐(133) 및 다수의 댐퍼(128)는 전술한 제1 실시예와 동일하다.
그리고, 상기 잉크 유로는 상기 잉크 인렛(112)을 통해 유입된 잉크가 저장되는 곳으로, 다수의 격벽(224)에 의해 서로 분리된 다수의 리저버(222)를 포함한 다. 상기 다수의 리저버(222)는 상기 중간 기판(120)의 상면에 소정 깊이로 형성되거나, 상기 중간 기판(120)을 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기 다수의 리저버(222) 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽(225)에 의해 서로 분리된 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)로 구성된다. 그리고, 상기 잉크 유로는 상기 제1 리저버(222a)와 챔버(116)를 연결하는 제1 리스트릭터(226)와, 상기 제2 리저버(222b)와 잉크 인렛(112)을 연결하는 제2 리스트릭터(227)와, 상기 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)를 연결하는 제3 리스트릭터(228)를 포함한다. 즉, 상기 제1 리저버(222a)는 제1 리스트릭터(226)를 통해 챔버(116)에 연결되고, 제2 리저버(222b)는 제2 리스트릭터(227)를 통해 잉크 인렛(112)에 연결되며, 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)는 제3 리스트릭터(228)를 통해 서로 연결된다. 이를 위해, 제1 리스트릭터(226)는 제1 리저버(222a)의 상기 챔버(116)에 인접한 측벽에 형성되고, 제2 리스트릭터(227)는 제2 리저버(222b)의 상기 잉크 인렛(112)에 인접한 측벽에 형성된다. 상기 제3 리스트릭터(228)는 상기 분리벽(225)의 일측면에 형성될 수 있다. 도 7a와 도 7b에서, 제3 리스트릭터(228)가 분리벽(225)의 제1 리저버(222a)쪽 측면에 형성된 것으로 도시되어 있지만, 반대로 분리벽(225)의 제2 리저버(222b)쪽 측면에 형성될 수도 있다. 그리고, 상부 기판(110)의 저면에는 상기 제3 리스트릭터(228)를 통해 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)를 연결하는 연결 통로(229)가 소정 깊이로 형성된다.
상기 제1, 제2 및 제3 리스트릭터(226, 227, 228) 각각은 잉크의 역류를 억 제하기 위해 상기 챔버(116)와 리저버(222)의 단면적보다 작은 단면적을 가지도록 형성된다. 상기 다수의 제1, 제2 및 제3 리스트릭터(226, 227, 228) 각각은 중간 기판(120)에 리저버(222)의 깊이와 동일한 깊이로 형성될 수 있으며, 그 단면은 대략 "T"자 형상을 가질 수 있다. 한편, 상기 제1, 제2 및 제3 리스트릭터(226, 227, 228)는 도 7a에 도시된 형상과는 다른 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
도 8은 도 7a와 도 7b에 도시된 제3 리스트릭터의 변형예를 도시한 부분 사시도이다.
도 8을 참조하면, 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)를 연결하는 제3 리스트릭터(228')는 좁은 폭으로 분리벽(225)을 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 제3 리스트릭터(228')가 제1 리저버(222a)와 제2 리저버(222b)를 직접 연결하게 되므로, 도 7a와 도 7b에 도시된 연결 통로(229)가 상부 기판(110)에 형성될 필요가 없다.
한편, 도시되지는 않았지만, 도 7a와 도 7b에 도시된 제2 실시예에도 도 5 와 도 6에 도시된 병형예들이 적용될 수 있다.
도 9는 도 7a와 도 7b에 도시된 잉크젯 헤드의 잉크 유로 구조를 전기적 상사 회로로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 챔버(116)는 제1 리스트릭터(226), 제1 리저버(222a), 제3 리스트릭터(228), 제2 리저버(222b) 및 제3 리스트릭터(227)를 통해 매니폴드(142)에 연결된다. 여기에서, 제1, 제2 및 제3 리스트릭터(227, 228, 229)는 각각 인덕턴스(L)로 상사시킬 수 있으며, 제1 및 제2 리저버(222a, 222b)는 각 각 커패시턴스(C)로 상사시킬 수 있다. 이러한 전기적 상사 회로는 도 4a에 도시된 구성에 비해 하나의 인덕턴스와 하나의 커패시턴스를 더 가진 로우 패스 필터를 구성한다. 따라서, 액츄에이터(150)의 구동에 의해 발생된 압력파는 챔버(116)로부터 매니폴드(142) 쪽으로 전파되는 과정에서, 그 고주파 성분이 더욱 효과적으로 제거될 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 따른 잉크젯 헤드는 다수의 챔버 각각과 매니폴드 사이에 적어도 두 개의 리스트릭터가 마련됨으로써, 잉크의 토출 과정에서 챔버로부터 매니폴드 쪽으로 향하는 잉크의 역류와 압력파의 전파를 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서, 잉크 토출 과정에서 인접한 노즐들 사이에 서로 영향을 미치는 크로스 토크를 억제할 수 있게 되어, 다수의 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 성능, 즉 잉크 액적의 체적과 토출 속도 등이 균일하게 되는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 잉크 유로가 형성된 유로 형성판;
    상기 유로 형성판 상에 마련되어 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터; 및
    상기 유로 형성판 위에 결합되며, 상기 잉크 유로에 잉크를 공급하는 매니폴드를 가진 잉크 공급 베젤;을 구비하며,
    상기 잉크 유로는, 상기 매니폴드로부터 잉크가 유입되는 잉크 인렛과, 상기 잉크 인렛을 통해 유입된 잉크가 저장되는 다수의 리저버와, 상기 다수의 리저버 각각으로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 챔버와, 상기 다수의 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐과, 상기 다수의 리저버 각각과 상기 다수의 챔버 각각을 연결하는 다수의 제1 리스트릭터와, 상기 다수의 리저버 각각과 상기 잉크 인렛을 연결하는 다수의 제2 리스트릭터를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 리저버는 격벽들에 의해 서로 분리된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 리스트릭터 각각은 상기 다수의 리저버 각각의 상기 챔버에 인접한 측벽에 형성되고, 상기 다수의 제2 리스트릭터 각각은 상기 다수의 리저버 각각의 상기 잉크 인렛에 인접한 측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 리스트릭터와 다수의 제2 리스트릭터 각각은 "T"자 형상의 단면을 가진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다수의 제1 리스트릭터와 다수의 제2 리스트릭터 각각은 상기 리저버와 동일한 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 리저버 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽에 의해 서로 분리된 제1 리저버와 제2 리저버를 포함하며, 상기 분리벽에는 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 제3 리스트릭터가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽의 일측면에 형성되고, 상기 유로 형성판 에는 상기 제3 리스트릭터를 통해 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 연결 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제3 리스트릭터는 "T"자 형상의 단면을 가진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 리저버의 상부에는 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 플렉시블 플레이트의 상부에 캐비티가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 리저버의 하부에는 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고, 상기 플렉시블 플레이트의 하부에 캐비티가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 유로 형성판은 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 잉크 인렛은 상기 상부 기판을 수직으로 관통하도록 형성되고, 상기 다수의 챔버는 상기 상부 기판의 저면에 소정 깊이로 형성되며, 상기 다수의 리저버와 다수의 제1 및 제2 리스트릭터는 상기 중간 기판에 형성되고, 상기 다수의 노즐은 상기 하부 기판을 수직으로 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 중간 기판에는 상기 다수의 챔버와 상기 다수의 노즐을 연결하는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 중간 기판에 형성된 상기 다수의 리저버 각각은 그 중간부에 형성된 분리벽에 의해 서로 분리된 제1 리저버와 제2 리저버를 포함하며, 상기 분리벽에는 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 제3 리스트릭터가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제3 리스트릭터는 상기 분리벽의 일측면에 형성되고, 상기 상부 기판의 저면에는 상기 제3 리스트릭터를 통해 상기 제1 리저버와 제2 리저버를 연결하는 연결 통로가 소정 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 상부 기판에는 상기 다수의 리저버의 상부에 위치하여 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고,
    상기 플렉시블 플레이트의 상부에는 상기 상부 기판의 상면으로부터 소정 깊이로 캐비티가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 중간 기판에는 상기 다수의 리저버의 하부에 위치하여 상기 다수의 리저버 내부로 전파된 압력파를 흡수하는 플렉시블 플레이트가 형성되고,
    상기 중간 기판의 저면과 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 일 면에는 상기 플렉시블 플레이트의 하부에 위치하도록 캐비티가 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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