KR20090024381A - 잉크젯 프린트 헤드 - Google Patents

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KR20090024381A
KR20090024381A KR1020070089368A KR20070089368A KR20090024381A KR 20090024381 A KR20090024381 A KR 20090024381A KR 1020070089368 A KR1020070089368 A KR 1020070089368A KR 20070089368 A KR20070089368 A KR 20070089368A KR 20090024381 A KR20090024381 A KR 20090024381A
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ink
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feed hole
dummy
heater
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KR1020070089368A
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이규석
한은봉
김남균
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 특히 본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 잉크 토출시 잉크피드홀 단부에 모여 있는 에어 버블을 내측으로 밀려내도록 더미 잉크챔버 및 더미 히터를 추가적으로 배치함으로써 외부에서 유입되거나 잉크에 녹아 있다가 분리된 공기에 의해 발생한 에어 버블이 잉크피드홀의 단부측에 모이더라도 이를 잉크피드홀의 잉크저장소와 연통된 중앙쪽으로 강제로 밀어내어 잉크저장소로 빠져나갈 수 있도록 할 수 있어 잉크피드홀 단부에 인접한 잉크챔버로 잉크의 흐름이 원활히 이루어지기 때문에 미싱 노즐이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드{INKJET PRINT HEAD}
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크저장소로부터의 잉크가 잉크피드홀을 통해 잉크를 일정량 수용하는 잉크챔버로 유입되는 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린트 헤드는 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다.
이러한 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 액적의 토출 메커니즘에 따라 크게 열 구동 방식과 압전 구동 방식으로 구분된다. 이 중 열 구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시키고, 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시킨다.
열 구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열되고, 잉크가 비등하면서 버블이 생성된다. 생성된 버블이 팽창하여 잉크챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 되면, 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 외부로 토출된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 대한민국 공개특허공보 제2006-0006657호에 개시된 잉크젯 프린트 헤드(10)는 잉크저장용기로부터 잉크를 공급받도록 잉크피드홀(Ink Feed Hole)(12)이 형성된 반도체기판(11)과, 잉크를 일정량 수용하도록 반도체기판(11) 상에 잉크피드홀(12)의 양측부에 평행하게 정렬되어 배치된 잉크챔버(13)와, 잉크챔버(13)의 잉크를 가열하도록 각 잉크챔버(13)들 내에 구비된 잉크히터(14)와, 잉크챔버(13)의 잉크가 토출되도록 각 잉크챔버(13)마다 마련된 노즐(15)을 구비한다.
이러한 잉크젯 프린트 헤드에 인쇄명령이 내려지면, 잉크히터(14)는 잉크챔버(13)에 저장된 잉크를 순간적으로 가열하게 된다. 이에 잉크챔버(13) 내부에서는 소정 버블이 형성되고, 이 버블은 점차 커지면서 잉크챔버(13) 내 잉크를 가압하게 된다. 이에 따라 잉크챔버(13) 내 잉크는 이 버블의 압력에 의해 노즐(15)을 통하여 외부로 토출된다.
한편, 상기한 잉크피드홀(12)은 반도체기판(11)을 관통하여 배치되며, 도시되지 않는 잉크저장용기와 연통되도록 마련된다. 잉크피드홀(12)은 평면도상으로 보았을 때 직사각형 구조를 가진다.
각 잉크챔버(13)는 잉크피드홀(12)의 양측부에 정렬되어 위치된다. 잉크챔버(13)들 각각은 개별유로(16)들을 통해 잉크피드홀(12)에 연결된다. 이에, 잉크저장용기에 저장된 잉크는 잉크피드홀(12)을 통해 반도체기판(11)으로 유입된 다음 각각의 개별유로(19)들을 따라 잉크챔버(13)들에 공급된다. 따라서, 잉크피드홀(12)은 각 개별유로(16)들에 잉크를 공급하는 공통유로의 역할을 한다.
상기한 잉크젯 프린트 헤드에서는 잉크가 토출되는 시점에 외부 공기가 노즐을 통해 유입되거나, 잉크젯 프린트 헤드의 온도가 상승하면서 잉크 속에 녹아 있던 공기가 잉크로부터 분리되어 에어 버블(Air Bubble)을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 대부분의 에어 버블은 잉크피드홀을 통해 잉크저장소로 유입되도록 함으로써 인쇄 동작이나 인쇄 화질에 영향을 주지 않는다.
하지만, 상대적으로 토출 주기가 떨어지는 최외측 노즐측에서 발생하는 에어 버블이 잉크저장소로 빠져나가지 못하고 다른 부분에 비해 상대적으로 거칠게 가공될 수밖에 없는 잉크피드홀의 단부(edge)측으로 모이게 된다. 잉크젯 프린트 헤드의 구동주기가 많아질수록 외부에서 유입되거나 잉크에서 분리되는 공기의 양이 많아서 에어 버블의 양은 증가하게 되고, 더 많은 에어 버블이 잉크피드홀의 단부측에 모이게 된다. 이렇게 모여진 에어 버블은 단부 측에 인접한 노즐의 잉크챔버로 유입되는 잉크의 흐름을 방해하거나 막게 된다. 원활하지 못한 잉크의 공급은 결국 노즐에서 잉크가 토출되는 것을 방해할 뿐만 아니라, 인쇄 화질의 불량을 유발시킬 수 있다. 또한, 잉크가 공급되지 않는 상태에서 지속적으로 히터에 전류가 가해지면서 히터의 손상을 야기 시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 잉크 토출시 외부로부터 유입되는 공기나 잉크 속에 녹아 있던 공기가 모여서 에어 버블을 형성하여 잉크피드홀의 단부에 부착됨으로 인해 발생하는 여러 문제들을 방지할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드는 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판과, 상기 기판 상에 마련되며, 상기 잉크피드홀을 통해 유입된 잉크를 수용하도록 마련된 잉크챔버 및 잉크 가열을 위해 상기 잉크챔버 내에 마련된 히터가 상기 잉크피드홀의 양측부에 평행하게 배치된 챔버층과, 상기 챔버 층 상에 마련되며, 상기 잉크챔버 내의 잉크가 외부로 토출되는 노즐이 형성된 노즐층을 포함하고, 상기 챔버층에는 잉크 토출시 상기 잉크피드홀의 단부에 모여 있는 에어 버블을 잉크저장소와 연통된 내측으로 밀어내도록 더미 챔버 및 더미 히터가 마련된 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 잉크젯 프린트 헤드에 잉크 토출시 잉크피드홀 단부에 모여 있는 에어 버블을 내측으로 밀려내도록 더미 잉크챔버 및 더미 히터를 구비함으로써 외부에서 유입되거나 잉크에 녹아 있다가 분리된 공기에 의해 발생한 에어 버블이 잉크피드홀의 단부측에 모이더라도 이를 잉크피드홀의 잉크저장소와 연통된 중앙쪽으로 강제로 밀어내어 잉크저장소로 빠져나갈 수 있도록 할 수 있어 잉크피드홀 단부에 인접한 잉크챔버로 잉크의 흐름이 원활히 이루어지기 때문에 미싱 노즐의 발생을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 미싱 노즐을 미연에 방지함으로써 인쇄 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 미싱 노즐을 미연에 방지함으로써 잉크가 공급되지 않는 상태에서 지속적으로 히터에 전류가 가해지는 것을 막을 수 있어 히터의 손상을 예방할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
이하에서는 설명의 편의상 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드를 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시키고 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식 잉크젯 프린트 헤드로 한정하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이고, 도 3은 도 2에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(20)는 잉크저장소로부터 잉크가 유입되도록 잉크피드홀(22)이 형성된 기판(21)과, 이 반도체기판(21) 상에 설치되며, 잉크가 토출되도록 다수의 노즐(24)이 마련된 노즐층(27), 이 노즐층(27)과 반도체기판(21) 사이에 개재되는 유로형성층(28)을 구비한다.
유로형성층(28)에는 잉크피드홀(22)을 통해 유입된 잉크를 일정량 수용하는 잉크챔버(23)와, 이 잉크챔버(23)의 잉크를 노즐(24) 측으로 토출시키는 히터(25)와, 잉크가 유동되도록 잉크피드홀(22)과 잉크챔버(23)를 연결하는 개별유로(26)를 구비한다. 또한, 유로형성층(28)에는 히터(25) 상에 배치되어 잉크로부터 히터(25)를 보호하는 보호층과 이 보호층 상에 배치되어 캐비테이션 압력으로부터 히터(25)를 보호하는 안티캐비테이션층을 구비한다.
잉크피드홀(22)은 반도체기판(21)을 길이방향으로 관통하도록 형성된다. 잉크피드홀(22)은 잉크저장용기와 연통된다. 잉크피드홀(22)은 평면도상으로 보았을 때 직사각형 구조를 가진다.
유로형성층(28)에는 잉크피드홀(22)의 양측부에 대응하는 위치에 각 잉크챔 버(23)가 정렬되어 위치된다. 잉크챔버(23)들 각각은 개별유로(41)들을 통해 잉크피드홀(22)에 연결된다. 이에 따라, 잉크저장용기에 저장된 잉크는 잉크피드홀(22)을 통해 반도체기판(21)으로 유입된 다음 각각의 개별유로(41)들을 따라 다수의 잉크챔버(23)에 공급된다. 따라서, 잉크피드홀(22)은 각 개별유로(41)들에 잉크를 공급하는 공통유로의 역할을 한다.
한편, 유로형성층(28)에는 잉크피드홀(22)의 양단부에 대응하는 위치에 더미 챔버(23a) 및 더미 히터(25a)가 위치한다. 보다 구체적으로, 잉크피드홀(22)의 모서리측에 대응되는 위치에 배치된다. 따라서, 잉크 토출시 잉크피드홀(22)의 양단부에 에어 버블이 모이더라도 더미 히터(25a)의 구동시 발생되는 버블 압력에 의해 에어 버블을 잉크저장소와 연통된 중앙쪽으로 강제로 밀어낼 수 있어 잉크피드홀(22) 양단부에 인접한 잉크챔버(23)로 잉크가 원활히 흐른다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 잉크젯 프린트 헤드(20)에 인쇄명령이 내려지면, 인가된 전원에 의해 히터(25)가 발열되면서 잉크챔버(23)에 수용된 잉크를 계속 가열하게 된다. 따라서, 잉크챔버(23) 내부에서는 이러한 잉크가열로 인하여 잉크 버블이 생성되고, 이 잉크 버블은 계속되는 가열로 인하여 점차 팽창되면서 잉크챔버(23)에 수용된 잉크를 가압하게 된다. 이에 따라 잉크챔버(23)에 수용된 잉크 중 일부는 이러한 가압으로 인하여 노즐(24)을 통해 외부의 기록용지 상으로 토출된다. 그러므로, 기록용지 상에는 이러한 잉크의 토출로 인하여 소정 화상이 인쇄된다.
하지만, 상술한 바와 같이, 상기한 잉크젯 프린트 헤드(20)에서는 잉크가 토출되는 시점에 외부 공기가 노즐을 통해 유입되거나, 잉크젯 프린트 헤드의 온도가 상승하면서 잉크 속에 녹아 있던 공기가 잉크로부터 분리된다. 이로 인해, 에어 버블(Air Bubble)을 형성하게 된다.
대부분의 에어 버블은 잉크피드홀(22)을 통해 잉크저장소로 유입되기 때문에 인쇄 동작이나 인쇄화질에 영향을 주지 않는다. 하지만, 상대적으로 토출 주기가 떨어지는 특히 제일 외측 노즐(24) 측에서 발생하는 에어 버블이 잉크저장소로 빠져나가지 못하고 다른 부분에 비해 상대적으로 거칠게 가공될 수 밖에 없는 잉크피드홀(22)의 단부측에 모이게 된다. 이러한 에어 버블의 양은 잉크젯 프린트 헤드(20)의 구동주기가 많아질수록 외부에서 유입되거나 잉크에서 분리되는 공기의 양이 많아지기 때문에 더욱 증가한다. 따라서, 더 많은 에어 버블이 잉크피드홀(22)의 단부측에 모이게 된다. 이렇게 모여진 에어 버블은 점점 더 부풀려져 잉크피드홀(22) 단부 측에 인접한 노즐의 잉크챔버(23)로 유입되는 잉크의 흐름을 방해하거나 막는다.
이러한 원인에 의해 결국 노즐에(24)서 잉크가 토출되는 것을 방해할 뿐만 아니라, 인쇄 화질의 불량을 유발시킬 수 있다. 또한, 잉크가 공급되지 않는 상태에서 지속적으로 히터에 전류가 가해지면서 히터의 손상을 야기 시킬 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1실시예에서는 잉크피드홀(22)의 모서리에 대응하는 위치에 더미 챔버(23a) 및 더미 히터(25a)가 마련되어 있기 때문에 더미 히터(25a)를 주기적으로 작동시키는 것만으로도 에어 버블이 잉크피드홀(22)의 단부에 모이더라 도 이를 버블 압력에 의해 잉크피드홀(22)에 잉크저장소와 연통된 중앙쪽으로 강제로 밀어내어 잉크저장소로 빠져나가게 할 수 있어 잉크피드홀(22) 단부에 인접한 잉크챔버(23)로 잉크가 원활히 흐를 수 있어 미싱 노즐의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
상기한 본 발명의 제1실시예에서는 잉크토출수단으로서 히터를 사용한 것에 대하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 외부로부터 전원이 공급됨에 따라 잉크챔버에 수용된 잉크를 가열하여 소정크기의 버블을 형성함으로써 잉크챔버에 수용된 잉크를 선택적으로 토출하는 수단이면 다양한 수단들이 모두 사용가능하다.
한편, 상기한 본 발명의 제1실시예에서는 유로형성층(28)에서 더미 챔버(23a)와 더미 히터(25a)가 잉크피드홀(22)의 모서리에 대응하는 위치에만 마련된 경우에 대해서 설명하였다. 하지만, 이러한 경우, 잉크피드홀(22)의 폭이 넓은 경우에는 잉크피드홀(22)의 모서리에 모여 있는 에어 버블이 밀어낼 수 있지만, 상대적으로 짧은 길이로 모서리와 모서리사이에 모여 있는 에어 버블을 밀어내기 어렵다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이고, 도 5는 도 4에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 유로형성층(28)에는 잉크피드홀(22)의 모서리측에 대응하는 위치에 더미 챔버(23b) 및 더미 히터(25b)를 마련함과 함께 모서리와 모서리 사이에도 추가로 더미 챔버(23b) 및 더미 히터(25b)를 마련한다.
이렇게 함으로써 잉크피드홀(22)의 모서리와 모서리사이에 모여 있는 에어 버블도 밀어낼 수 있다.
상기한 본 발명의 제1실시예와 제2실시예와 달리 모서리 대신에 모서리와 모서리 사이에만 더미 챔버 및 더미 히터를 마련할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이고, 도 7은 도 6에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유로형성층(28)에는 잉크피드홀(22)의 모서리 대신에 모서리와 모서리 사이에만 더미 챔버(23c) 및 더미 히터(25c)를 마련할 수 있다. 이때, 더미 챔버(23c) 및 더미 히터(25c)는 잉크피드홀(22)의 양측부에 정렬된 잉크챔버(23) 및 히터(25)와 수직하게 배치된다.
도 1은 종래 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이다.
도 3은 도 2에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이다.
도 5는 도 4에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 레이아웃도이다.
도 7은 도 6에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 분리 사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
20 : 잉크젯 프린트 헤드 21 : 기판
22 : 잉크피드홀 23 : 잉크챔버
24 : 노즐 25 : 히터
27 : 노즐층 28 : 유로형성층
23a,23b,23c : 더미챔버 24a,24b,24c : 더미 노즐
25a,25b,25c : 더미히터

Claims (8)

  1. 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판과,
    상기 기판 상에 마련되며, 상기 잉크피드홀을 통해 유입된 잉크를 수용하도록 마련된 잉크챔버 및 잉크 가열을 위해 상기 잉크챔버 내에 마련된 히터가 상기 잉크피드홀의 양측부에 평행하게 배치된 챔버층과,
    상기 챔버층 상에 마련되며, 상기 잉크챔버 내의 잉크가 외부로 토출되는 노즐이 형성된 노즐층을 포함하고,
    상기 챔버층에는 잉크 토출시 상기 잉크피드홀의 단부에 모여 있는 에어 버블을 잉크저장소와 연통된 내측으로 밀어내도록 더미 챔버 및 더미 히터가 마련된 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미 챔버 및 더미 히터는 상기 잉크피드홀의 단부측에 대응하는 위치에 배치된 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 더미 챔버 및 더미 히터는 상기 잉크피드홀의 단부측에 대응하는 위치에 복수로 배치되는 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 더미 챔버 및 더미 히터는 직사각형 형상의 상기 잉크피드홀의 모서리에 배치되는 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 더미 챔버 및 더미 히터는 상기 잉크피드홀의 단부에, 상기 잉크 챔버 및 히터에 대응하는 노즐 열과 수직하게 배치되는 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 더미 히터는 주기적으로 작동하는 것을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히터 상에 배치되어 상기 히터를 보호하는 보호층을 더 포함하는 것인 잉크젯 프린트 헤드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호층 상에 배치되어 캐비테이션 압력으로부터 상기 히터를 보호하는 안티캐비테이션층을 더 포함하는 것인 잉크젯 프린트 헤드.
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