KR20110067507A - 잉크젯 헤드 어셈블리 - Google Patents

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KR20110067507A
KR20110067507A KR1020090124121A KR20090124121A KR20110067507A KR 20110067507 A KR20110067507 A KR 20110067507A KR 1020090124121 A KR1020090124121 A KR 1020090124121A KR 20090124121 A KR20090124121 A KR 20090124121A KR 20110067507 A KR20110067507 A KR 20110067507A
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inkjet head
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head
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김재훈
정재우
유영석
박윤석
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 잉크젯 헤드 어셈블리에 관한 것으로, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 잉크 채널이 형성된 탱크 헤드; 상기 잉크 채널을 통하여 유입되는 잉크를 토출하도록 상기 탱크 헤드 내에 배치되는 잉크젯 헤드; 및 상기 잉크젯 헤드 상에 배치되어 상기 잉크젯 헤드에서 잉크 토출 시의 떨림을 제어하도록 하중을 가하는 질량체;를 포함한다. 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 잉크 토출시 영향을 미치는 외부인자를 줄여 잉크 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있고, 균일한 품질의 인쇄가 가능하다.
탱크 헤드, 잉크젯 헤드, 질량체, 잉크젯 헤드 어셈블리.

Description

잉크젯 헤드 어셈블리{Inkjet head assembly}
본 발명은 잉크젯 헤드 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있고, 균일한 품질의 인쇄가 가능한 잉크젯 헤드 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록 용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치로써, 최근에는 산업용 잉크젯 프린터에서도 사용되고 있다.
예를 들어, 인쇄회로기판(PCB) 상에 금, 은 등의 금속을 포함하는 잉크를 분사해 회로 패턴을 직접 형성시켜 산업 그래픽이나 액정 디스플레이(LCD), 유기발광다이오드(OLED)의 제조, 태양전지 등에 사용되고 있다.
잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두가지로 나뉠 수 있다. 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열 구동 방식의 잉크 젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출하는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
압전 방식의 잉크젯 헤드는 카트리지에서 잉크를 유입 및 유출하는 유입구와 유출구, 유입되는 잉크를 저장하는 매니폴드, 그리고 상기 매니폴드 내의 잉크를 노즐로 이동시키기 위한 압력 챔버 등이 형성되며, 상기 압력 챔버의 표면에는 잉크를 외부로 토출시키기 위한 압전 엑츄에이터가 장착된다.
압전 방식의 잉크젯 헤드는 토출되는 액적의 크기가 매우 작아 미세한 진동에 의해서도 인쇄 품질이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 잉크 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있고, 균일한 품질의 인쇄가 가능한 잉크젯 헤드 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 잉크 채널이 형성된 탱크 헤드; 상기 잉크 채널을 통하여 유입되는 잉크를 토출하도록 상기 탱크 헤드 내에 배치되는 잉크젯 헤드; 및 상기 잉크젯 헤드 상에 배치되어 상기 잉크젯 헤드에서 잉크 토출 시의 떨림을 제어하도록 하중을 가하는 질량체;를 포함하는 잉크젯 헤드 어셈블리를 제공한다.
상기 질량체는 상기 잉크젯 헤드에 대한 질량비가 0.1 내지 100일 수 있다.
상기 질량체는 복수 개의 단위 질량체로 구성될 수 있다.
상기 질량체는 시트 형상일 수 있다.
상기 질량체는 내부에 관통 홀을 포함하는 링 형상의 복수 개의 단위 질량체로 구성될 수 있다.
상기 질량체는 동일한 질량을 가지는 복수 개의 단위 질량체로 구성될 수 있다.
상기 질량체는 동일한 질량을 가지는 복수 개의 단위 질량체로 구성되며, 상기 복수 개의 단위 질량체는 서로 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 잉크젯 헤드 상에는 상기 질량체를 고정하기 위한 바인더를 추가로 포함할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드는 상부에 장착된 압전 엑츄에이터 및 상기 압전 엑츄에이터에 구동 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로를 포함할 수 있다.
상기 질량체는 상기 플렉서블 인쇄회로에 하중을 가하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 잉크 토출을 위하여 잉크젯 헤드가 탱크 헤드와 결합되는 경우, 발생할 수 있는 잉크 젯 헤드의 변위가 억제된다.
잉크젯 헤드의 변위는 잉크 토출시 생기는 잉크의 파동의 변화 및 토출 성능에 영향을 미칠 수 있으나, 본 발명에 따르면, 잉크젯 헤드 상에 하중을 주어 잉크 젯 헤드의 변위가 제어된다. 이에 따라, 잉크 토출시 영향을 미치는 외부인자를 줄여 잉크 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있고, 균일한 품질의 인쇄가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 개략적으로 나 타낸 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A'를 따라 취한 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 탱크 헤드(10), 상기 탱크 헤드 내에 배치되는 잉크젯 헤드(20) 및 상기 잉크젯 헤드 상에 배치되는 질량체(30)를 포함한다.
상기 탱크 헤드(10)에는 잉크 채널(11)이 형성되어 있고, 상기 잉크 채널(11)에는 잉크가 흐르게 되고, 상기 잉크 채널을 통하여 탱크 헤드(10) 내에 배치되는 잉크젯 헤드(20)에 잉크를 공급한다.
탱크 헤드(10)는 잉크 채널(11)에 잉크를 공급하기 위하여 일 수단과 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리와 잉크 탱크가 연결된 잉크젯 패키지를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 탱크 헤드(10) 상에는 잉크 탱크(40)가 장착되어 있다. 상기 탱크 헤드(10)에는 잉크 유로(12)가 형성되고, 상기 잉크 유로(12)는 잉크 탱크(40)로부터 잉크를 공급받을 수 있다.
상기 잉크 유로(12)는 잉크 채널(11)과 연통되어 상기 잉크 채널(11)에 잉크를 공급한다.
탱크 헤드(10) 내의 잉크 채널(11)에 잉크를 공급하는 방법은 이에 제한되지 않는다.
상기 잉크젯 헤드(20)는 상기 탱크 헤드(10) 내에 배치되는 것으로, 상기 탱크 헤드(10)의 잉크 채널(11)을 통하여 잉크가 유입되고, 유입되는 잉크를 토출한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(20)를 나타내는 개략적인 사시고이고, 도 3b는 도 3a의 B-B'를 따라 취한 잉크젯 헤드(20)를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(20)는 유로 플레이트(21), 중간 플레이트(22), 노즐 플레이트(23) 및 압전 엑츄에이터(24)를 포함한다.
유로 플레이트(21)는 복수 개의 잉크 챔버(26)가 규칙적으로 형성되며, 잉크가 유입되기 위한 잉크 유입구(21a)가 구비된다. 이때, 상기 잉크 유입구(21a)는 매니폴드(27)와 직접적으로 연결되도록 형성되고, 상기 매니폴드(27)는 리스트릭터(28)를 통해서 잉크 챔버(26)로 잉크를 공급하는 역할을 한다.
이때, 상기 매니폴드(27)는 하나의 큰 공간으로 형성되어 복수개의 상기 잉크 챔버(26)에 각각 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 각 상기 잉크 챔버(26)에 대응되도록 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 잉크 유입구(21a)도 마찬가지로 하나의 매니폴드(27)에 대응해서 하나만 형성될 수 있으나, 복수 개가 형성되는 것도 가능하다.
상기 잉크 챔버(26)는 후술할 압전 엑츄에이터(24)가 장착되는 위치의 하부에 마련된다. 이때, 상기 유로 플레이트(21) 중에서 잉크 챔버(26)의 천장을 이루는 부분은 진동판(21b) 역할을 한다.
따라서, 잉크의 토출을 위해서 상기 압전 엑츄에이터(24)에 구동 신호를 인가하면, 상기 압전 엑츄에이터(24)와 함께 그 아래의 상기 진동판(21b)이 변형되면서 잉크 챔버(26)의 부피가 감소하게 된다.
이에 따른 잉크 챔버(26)내의 압력 증가에 의해 상기 잉크 챔버(26)내의 잉크는 댐퍼(25)와 노즐(23a)을 통해 외부로 토출된다.
상기 유로 플레이트(21)는 상기 잉크 챔버(26) 및 상기 잉크 유입구(21a)를 형성하기 위하여 에칭 공정을 통해 한번에 상기 공간들이 제조될 수 있다.
중간 플레이트(22)는 길이방향으로 길게 형성되는 상기 매니폴드(27) 및 상기 노즐(23a)과 상기 잉크 챔버(26)를 연결하는 댐퍼(25)를 포함할 수 있다.
상기 매니폴드(27)는 잉크 유입구(21a)로부터 잉크를 공급받아 상기 잉크 챔버(26)로 잉크를 공급하는데, 상기 매니폴드(27) 및 상기 잉크 챔버(26)는 리스트릭터(28)에 의해 서로 연결된다.
상기 댐퍼(25)는 상기 잉크 챔버(26)로부터 상기 압전 엑츄에이터(24)에 의해서 토출되는 잉크를 전달받아 상기 노즐(23a)을 통해서 외부로 토출시킨다.
또한, 댐퍼(25)는 다단 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 구조에 의해서 상기 잉크 챔버(60)로부터 받아들이는 잉크 양과 상기 노즐(35)로 진행되는 잉크 양을 조절 할 수 있게 된다.
이때, 상기 댐퍼(25)는 선택사항으로 이를 삭제할 수 있으며, 이러한 경우는 상기 유로 플레이트(21)와 후술할 노즐 플레이트(23) 만으로도 잉크젯 헤드(20)를 구성할 수 있다.
노즐 플레이트(23)는 각 잉크 챔버(26)와 대응되도록 형성하며, 상기 댐퍼(25)를 지나는 잉크가 외부로 토출되도록 노즐(23a)을 포함한다. 상기 노즐 플레이트(23)는 중간 플레이트(22) 하부에 접착된다.
상기 노즐(23a)은 상기 잉크젯 헤드(20) 내에 형성된 유로를 통해 이동하는 잉크를 액적으로 분사하게 된다.
이때, 유로 플레이트(21), 중간 플레이트(22) 및 노즐 플레이트(23)는 이에 제한되지 않으나, 반도체 직접 회로에 널리 사용되는 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
압전 엑츄에이터(24)은 상기 유로 플레이트(21)위에 순차 적층된 하부 전극, 압전체 및 상부 전극을 포함하며, 상기 압전체는 압전 물질인 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
상기 상부 전극은 상기 압전체에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 되며, 상부 전극에는 전압 인가용 플렉서블 인쇄회로(FPCB, 29)가 연결되고, 플렉서블 인쇄회로(29)를 통하여 구동부와 전기적으로 연결된다.
상기 상부 전극에서 구동 펄스를 인가하면, 압전체가 변형되면서 상기 진동판(21b)을 변형시켜 상기 잉크 챔버(26)의 부피를 변화시킨다. 이에 의하여 상기 잉크 챔버(26) 내부의 잉크가 상기 노즐(23a)을 통하여 토출된다.
잉크젯 헤드(20)의 가공이 끝나면, 탱크 헤드(10) 내에 배치되는데, 잉크 채널(11)을 흐르는 잉크는 상기 잉크 유입구(21a)를 통하여 잉크젯 헤드에 유입되고, 노즐(23a)을 통하여 토출된다.
상기 잉크젯 헤드 상에는 질량체(30)가 배치되어 있다. 상기 질량체(30)는 상기 잉크젯 헤드에서 잉크 토출시 떨림을 제어하도록 하중을 가하는 것이다.
일반적으로, 잉크젯 헤드(20)는 접합 재료를 통하여, 탱크 헤드(10) 내에 배치된다. 이때, 경도가 높은 접합 재료를 사용하는 경우, 가공으로 인한 스트레스로 인해 압전 엑츄에이터(24)의 구동시 잉크젯 헤드가 파괴될 수 있다. 따라서, 경도가 낮은 소프트(soft)한 재질의 접합 재료를 사용하여 잉크젯 헤드(20)를 탱크 헤드(10)와 결합한다.
그러나, 경도가 낮은 소프트한 재질의 접합 재료를 이용하는 경우, 압전 엑츄에이터의 구동시 잉크젯 헤드의 변위(displacement)가 발생한다.
잉크젯 헤드의 변위는 잉크 토출시 생기는 잉크의 파동의 변화 및 토출 성능에 영향을 미칠 수 있다.
그러나, 본 실시형태에 따르면, 잉크젯 헤드 상에 하중을 주어 잉크 젯 헤드의 변위를 제어한다. 이에 따라, 잉크 토출시 영향을 미치는 외부인자를 줄여 잉크 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있고, 균일한 품질의 인쇄가 가능하다.
상기 질량체(30)는 상기 잉크젯 헤드(20)에 대한 질량비가 이에 제한되는 것은 아니나, 0.1 내지 100일 수 있다. 바람직하게는 1 내지 50일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 내지 7일 수 있다.
상기 질량체(30)는 복수 개의 단위 질량체(31)로 구성될 수 있고, 상기 단위 질량체(31)는 내부에 관통 홀을 포함하는 링 형상일 수 있다.
복수 개의 단위 질량체(31)는 서로 일정 간격을 두고 잉크 젯 헤드 상에 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 단위 질량체(31)는 동일한 질량을 가질 수 있다.
상기 질량체(30)가 복수 개의 단위 질량체(31)로 구성되고, 복수 개의 단위 질량체 간에 간격이 존재하는 경우, 잉크젯 헤드의 떨림을 흡수할 수 있는 영역이 확장되어 액적의 거동 안정성을 확보할 수 있다.
상기 질량체(30)는 잉크젯 헤드의 압전 엑츄에이터에 연결된 플렉서블 인쇄회로 상에 배치되어, 상기 플렉서블 인쇄회로에 하중을 가할 수 있다. 이에 따라 플렉서블 인쇄회로에 기인한 잉크 젯 헤드의 떨림을 방지할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드 상에는 바인더가 형성되고, 상기 바인더에 의하여 질량체(30)가 고정될 수 있다. 상기 바인더는 접착력을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 경도가 100A이하인 물질을 사용할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략적인 사시도이다. 상술한 실시예와 다른 구성요소를 중심으로 설명하며, 동일한 구성요소에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 잉크 채널(11)이 형성된 탱크 헤드(10), 상기 잉크 채널을 통하여 유입되는 잉크를 토출하도록 상기 탱크 헤드 내에 배치되는 잉크젯 헤드(20) 및 상기 잉크젯 헤드 상에 배치되어 상기 잉크젯 헤드에서 잉크 토출시의 떨림을 제어하도록 하중을 가하는 질량체(30)를 포함한다.
상기 질량체(30)는 시트(sheet) 형상일 수 있고, 하나의 시트 형상의 질량체 가 잉크젯 헤드 전체를 덮도록 배치될 수 있다. 또는 질량체는 복수 개의 시트 형상의 단위 질량체로 구성될 수 있고, 상기 복수 개의 시트 형상의 단위 질량체가 일정 간격을 두고 잉크젯 헤드 상에 배치될 수 도 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A'를 따라 취한 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리와 잉크 탱크가 연결된 잉크젯 패키지를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(20)를 나타내는 개략적인 사시고이고, 도 3b는 도 3a의 I-I'를 따라 취한 잉크젯 헤드(20)를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략적인 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 탱크 헤드 20: 잉크젯 헤드
21: 유로 플레이트 22: 중간 플레이트
23: 노즐 플레이트 24: 압전 엑츄에이터
29: 플렉서블 인쇄회로 30: 질량체

Claims (10)

  1. 잉크 채널이 형성된 탱크 헤드;
    상기 잉크 채널을 통하여 유입되는 잉크를 토출하도록 상기 탱크 헤드 내에 배치되는 잉크젯 헤드; 및
    상기 잉크젯 헤드 상에 배치되어 상기 잉크젯 헤드에서 잉크 토출 시의 떨림을 제어하도록 하중을 가하는 질량체;
    를 포함하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 상기 잉크젯 헤드에 대한 질량비가 0.1 내지 100인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 복수 개의 단위 질량체로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 시트 형상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 내부에 관통 홀을 포함하는 링 형상의 복수 개의 단위 질량체로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 동일한 질량을 가지는 복수 개의 단위 질량체로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 질량체는 동일한 질량을 가지는 복수 개의 단위 질량체로 구성되며, 상기 복수 개의 단위 질량체는 서로 일정 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드 상에는 상기 질량체를 고정하기 위한 바인더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 상부에 장착된 압전 엑츄에이터 및 상기 압전 엑츄에이터에 구동 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 질량체는 상기 플렉서블 인쇄회로에 하중을 가하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
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