KR20130093885A - 잉크젯 프린트 헤드 - Google Patents

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KR20130093885A
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강필중
박윤석
이화선
신승주
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 잉크젯 프린트 헤드는 노즐, 압력실, 리스트릭터, 매니폴드, 액추에이터를 포함하는 잉크 토출 유닛; 상기 매니폴드로 잉크를 공급하는 잉크 탱크, 상기 액추에이터에 제어신호를 송출하는 회로기판을 포함하는 잉크 공급 유닛; 상기 회로기판과 상기 액추에이터를 전기적으로 연결하는 연결 유닛; 및 상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 도포되고, 상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 상기 액추에이터가 배치될 수 있는 공간이 형성될 수 있도록 소정의 두께를 갖는 접착층;을 포함할 수 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드{Inkjet print head}
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치의 소형화가 가능하고 고해상도의 인쇄가 가능한 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
잉크젯 프린트 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 저장된 잉크를 물방울 크기로 토출하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트 헤드는 압력실 및 노즐을 포함하는 기판, 압력실을 가압하는 액추에이터, 압력실에 잉크를 공급하는 잉크 탱크, 액추에이터에 전기신호를 전달하는 회로기판을 포함할 수 있다.
여기서, 잉크 탱크와 회로기판은 잉크젯 프린트 헤드에서 상당히 큰 면적을 차지한다.
그런데 종래 잉크젯 프린트 헤드는 이러한 잉크 탱크와 회로기판이 압력실 또는 액추에이터의 길이방향(즉, 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향)을 따라 길게 일렬로 배치되므로, 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 크기를 소형화하기 어렵다.
한편, 악추에이터의 위쪽에 구동 기판을 적층하는 선행기술로는 특허문헌 1과 2가 있다.
그러나 특허문헌 1 및 2에 기재된 구조는 기판(30)에 액추에이터가 배치될 수 있는 압전소자 유지부(31)(33)와 배선(140)(130)이 관통할 수 있는 관통부(32)/ 관통 홈(34)을 형성해야 하므로, 잉크젯 헤드의 제작 및 소형화가 어렵다.
즉, 특허문헌 1 및 2는 양면 식각을 통해 기판(30)에 압전소자 유지부(31)(33)와 관통부(32)/관통 홈(34)을 형성해야 하므로, 기판(30)의 두께를 축소하는데 한계가 있고 기판(30)의 제작공정이 번거롭다.
JP2004-001366 A JP2003-063000 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형화가 가능한 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명은 잉크젯 프린트 헤드의 소형화를 통해 인쇄 해상도를 향상시키는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 노즐, 압력실, 리스트릭터, 매니폴드, 액추에이터를 포함하는 잉크 토출 유닛; 상기 매니폴드로 잉크를 공급하는 잉크 탱크, 상기 액추에이터에 제어신호를 송출하는 회로기판을 포함하는 잉크 공급 유닛; 상기 회로기판과 상기 액추에이터를 전기적으로 연결하는 연결 유닛; 및 상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 도포되고, 상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 상기 액추에이터가 배치될 수 있는 공간이 형성될 수 있도록 소정의 두께를 갖는 접착층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 공급 유닛은 상기 연결 유닛이 삽입될 수 있는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 연결 유닛은 상기 관통 구멍에 삽입되는 와이어일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 관통 구멍은 상기 와이어가 안정적으로 고정될 수 있도록 에폭시 수지로 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 관통 구멍의 내벽은 절연물질로 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 관통 구멍의 하부 내벽에는 제1산화막이 형성되고, 상기 관통 구멍의 상부 내벽에는 제2산화막이 형성되고, 상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 상기 잉크 공급 유닛과 상기 잉크 토출 유닛 사이에 산화층이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 공급 유닛은 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 상기 유로에 상기 액추에이터에 의한 잉크 토출과정에서 발생하는 압력파를 감소시키는 기둥이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 상기 기둥에 상기 연결 유닛이 삽입되는 관통 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 탱크는 상기 잉크 공급 유닛의 제1길이방향의 이등분 지점에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 노즐, 상기 압력실, 상기 리스트릭터, 상기 매니폴드, 상기 액추에이터는 상기 잉크 탱크를 기준으로 대칭 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 회로기판은 상기 잉크 탱크를 기준으로 대칭 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 토출 유닛은, 상기 노즐이 형성되는 제1기판; 상기 압력실 및 상기 매니폴드가 형성되는 제2기판; 및 상기 압력실과 상기 매미폴드를 연결하는 리스트릭터 및 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 잉크 유입구가 형성되는 제3기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 토출 유닛은, 상기 노즐이 형성되는 제1기판; 및 상기 압력실, 상기 리스트릭터, 상기 매니폴드, 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 잉크 유입구가 형성되는 제2기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 잉크 공급 유닛은, 상기 매니폴드와 연결되는 제1유로 및 상기 연결 유닛이 삽입되는 제1관통 구멍이 형성되는 제4기판; 상기 잉크 탱크과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로 및 상기 제1관통 구멍과 연결되는 제2관통 구멍이 형성되는 제5기판; 상기 제5기판에 형성되고, 상기 액추에이터와 연결되는 회로기판; 및 상기 제5기판에 형성되고, 상기 압력실에 잉크를 공급하는 잉크 탱크;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 접착층은 과립형 물질을 포함하는 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명은 액추에이터와 연결되는 회로기판이 잉크 토출 유닛의 높이방향으로 배치되므로, 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 크기를 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 인쇄 속도를 증가시키기 위해 다수의 잉크젯 프린트 헤드를 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향을 따라 배치하여도, 잉크젯 프린트 헤드의 인쇄 품질이 저하되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 부분 절개 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 A-A 단면도이고,
도 3은 도 2의 단면도를 기준으로 절개한 잉크젯 프린트 헤드의 부분 절개 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
잉크젯 프린트 헤드는 제1방향(대체로 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향)을 따라 길게 연장되는 압력실, 압력실의 위쪽에 압력실의 길이방향(즉, 제1방향)을 따라 길게 형성되는 액추에이터를 포함할 수 있다.
아울러, 잉크젯 프린트 헤드는 압력실(또는 매니폴드)에 잉크를 공급하는 잉크 탱크(또는 잉크 저장부), 액추에이터에 전기신호를 송출하는 회로기판을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 잉크 탱크와 회로기판은 압력실 또는 액추에이터의 길이방향(즉, 제1방향)으로 길게 배치될 수 있다.
그런데 이러한 잉크 탱크와 회로기판의 배치구조는 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 길이를 증가시키므로, 잉크젯 프린트 헤드의 소형화를 방해할 수 있다.
또한, 이러한 구조는 고속 인쇄를 위해 잉크젯 프린트 헤드를 병렬로 배치한 경우(즉, 잉크젯 프린트 헤드를 제1방향으로 나란히 배치한 경우), 이웃한 잉크젯 프린트 헤드들의 노즐 사이의 거리를 증가시킬 수 있으므로 인쇄 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 길이를 최소화시키고 인쇄 품질을 향상시키는 것을 발명의 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 길이를 증가시키는 구성요소들을 축소 또는 재배치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 액추에이터와 일렬로 연결되는 회로기판을 액추에이터의 위쪽에 배치하여 잉크젯 프린트 헤드의 폭 방향 길이를 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 액추에이터와 회로기판을 가요성 기판(FPCB)보다 배선 간격을 조밀하게 배치할 수 있는 와이어로 연결하므로, 다수의 압력실을 더욱 조밀하게 배치할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 잉크젯 프린트 헤드의 노즐 간격을 더욱 조밀하게 형성할 수 있으므로 인쇄품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 접착층을 이용하여 액추에이터가 배치될 공간을 확보함으로써, 잉크젯 프린트 헤드의 제작공정을 간소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 A-A 단면도이고, 도 3은 도 2의 단면도를 기준으로 절개한 잉크젯 프린트 헤드의 부분 절개 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 설명한다.
제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 잉크 토출 유닛(100), 잉크 공급 유닛(300), 연결 유닛(400), 접착층(500)을 포함할 수 있다.
잉크 토출 유닛(100)은 잉크를 토출하는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉크 토출 유닛(100)은 액추에이터, 압력실, 노즐을 포함할 수 있다.
잉크 공급 유닛(300)은 잉크 토출 유닛(100)에 잉크를 공급하는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉크 공급 유닛(300)은 잉크 탱크, 잉크 공급 유로, 액추에이터용 구동회로를 구비한 회로기판을 포함할 수 있다.
연결 유닛(400)은 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300)을 전기적으로 연결하는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 유닛(400)은 액추에이터와 회로기판을 연결하는 와이어일 수 있다.
접착층(500)은 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300) 사이에 형성될 수 있다. 접착층(500)은 소정의 두께를 가지며, 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300) 사이에 액추에이터가 배치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
잉크젯 프린트 헤드(1000)는 도 2에 도시된 바와 같이 잉크 공급 유닛(300)과 잉크 토출 유닛(100)이 순차적으로 적층되는 구조일 수 있다.
이러한 구조는 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 폭 방향 길이(도 1 기준으로 X축 방향 길이)를 줄일 수 있으므로, 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 소형화에 유리할 수 있다.
또한, 이러한 구조는 상대적으로 고가의 재질로 이루어지는 잉크 토출 유닛(100)의 폭 방향 길이를 줄일 수 있으므로, 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 제조단가를 낮출 수 있다.
다음에서는 잉크 토출 유닛(100), 잉크 공급 유닛(300), 연결 유닛(400), 접착층(500)의 구성을 설명한다.
잉크 토출 유닛(100)은 내부에 저장된 잉크를 토출할 수 있다. 이를 위해 잉크 토출 유닛(100)은 잉크가 토출되는 노즐(210), 잉크가 임시 저장되는 압력실(220), 압력실(220)에 저장된 잉크에 압력을 가하는 액추에이터(140)를 포함할 수 있다.
잉크 토출 유닛(100)은 산화층을 더 구비할 수 있다. 부연 설명하면, 산화층은 잉크 토출 유닛(100)의 표면에 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 산화층은 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300)의 전기적 접속을 차단할 수 있다.
잉크 토출 유닛(100)은 복수의 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 잉크 토출 유닛(100)은 제1기판(110), 제2기판(120), 제3기판(130)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1기판(110), 제2기판(120), 제3기판(130)은 순차적으로 적층될 수 있으며, 단결정의 실리콘으로 제작될 수 있다.
제1기판(110)은 잉크 토출 유닛(100)의 하부층을 형성할 수 있다. 제1기판(110)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 또는, 제1기판(110)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 기판일 수 있다.
제1기판(110)은 다수의 노즐(210)을 포함할 수 있다. 각각의 노즐(210)은 제1기판(110)의 두께 방향(도 1 기준으로 Z축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다.
노즐(210)은 제1기판(110)의 길이방향(도 1 기준으로 Y축 방향)을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 제1기판(110)의 폭 방향(도 1 기준으로 X축 방향)을 따라 다열(참고로, 본 실시 예에서는 2열임)로 형성될 수 있다.
노즐(210)은 제1기판(110)의 두께 방향을 따라 단면적이 달라지는 형상일 수 있다. 예를 들어, 노즐(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 - Z축 방향으로 갈수록 그 단면적이 점차 줄어드는 형상일 수 있다. 그러나 이러한 노즐(210)의 형상은 단지 예시적인 것이지 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 노즐(210)은 동일한 단면 크기를 갖는 구멍 형태일 수 있다.
제2기판(120)은 잉크 토출 유닛(100)의 중간층을 형성할 수 있다. 즉, 제2기판(120)은 제1기판(110)의 위쪽에 적층될 수 있다.
제2기판(120)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 또는, 제2기판(120)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 기판일 수 있다.
제2기판(120)은 압력실(220), 매니폴드(240)를 포함할 수 있으며, 선택적으로 리스트릭터(230)를 더 포함할 수 있다.
압력실(220)은 제2기판(120)에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 압력실(220)은 제2기판(120)의 두께방향(Z축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다.
압력실(220)은 제1기판(110)의 노즐(210)과 연결될 수 있다. 즉, 압력실(220)은 제1기판(110)과 제2기판(120)의 결합상태에서 노즐(210)과 소통할 수 있다.
압력실(220)은 소정의 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, 압력실(220)은 잉크의 1회 토출양과 동일하거나 또는 이보다 큰 체적을 가질 수 있다. 여기서, 전자는 잉크의 정량 토출에 유리할 수 있고, 후자는 잉크의 연속 토출에 유리할 수 있다.
이와 같이 형성된 압력실(220)은 노즐(210)과 마찬가지로 제2기판(210)의 가로 방향(X축 방향) 및 세로 방향(Y축 방향)을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.
매니폴드(240)는 제2기판(120)에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 매니폴드(240)는 도 1에 도시된 바와 압력실(220)과 X축 방향으로 간격을 두고 형성될 수 있다.
매니폴드(240)는 제3기판(130)의 잉크 유입구(250)와 연결될 수 있다. 이를 통해 매니폴드(240)는 다량의 잉크를 저장할 수 있으며, 저장한 잉크를 압력실(220)로 공급할 수 있다.
매니폴드(240)는 다수의 압력실(220)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 매니폴드(240)는 X축 방향으로 길게 형성된 리스트릭터(230)를 통해 다수의 압력실(220)과 연결될 수 있다. 이를 위해 매니폴드(240)는 제2기판(120)의 길이방향(Y축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다.
이와 달리 매니폴드(240)는 다수의 압력실(220)과 일대일로 연결될 수 있다. 예를 들어, 다수의 매니폴드(240)는 제2기판(120)의 길이방향을 따라 다수의 압력실(220)과 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
이러한 구조는 매니폴드(240)를 통한 잉크의 공급이 압력실(220)마다 개별적으로 이루어지므로, 잉크의 공급이 안정적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 고해상도의 인쇄품질을 얻는데 유리할 수 있다. 또한, 이러한 구조는 임의의 압력실에서 발생하는 압력변화(예를 들어, 잉크 역류현상)에 의해 이웃한 압력실이 영향을 받지 않으므로, 잉크젯 프린트 헤드의 문제점인 혼선( cross-talk) 현상을 줄일 수 있다.
제3기판(130)은 잉크 토출 유닛(100)의 상부층을 형성할 수 있다. 즉, 제3기판(130)은 3개의 기판들 중에서 가장 위쪽에 배치될 수 있다.
제3기판(130)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 또는, 제3기판(130)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 기판일 수 있다.
제3기판(130)은 2장 이상의 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제3기판(130)은 리스트릭터(230)가 형성되는 기판(132)과 액추에이터(140)에 의해 진동하는 기판(134)으로 이루어질 수 있다. 그러나 제3기판(130)이 반드시 복수의 기판으로 이루어지는 것은 아니다.
제3기판(130)은 리스트릭터(230)를 포함할 수 있으며, 선택적으로 압력실(220)과 매니폴드(240)를 더 포함할 수 있다.
리스트릭터(230)는 제3기판(130)에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 리스트릭터(230)는 제3기판(130)의 길이방향(Y축 방향)을 따라 압력실(220)과 동일간격으로 형성될 수 있다.
리스트릭터(230)는 제2기판(120)과 제3기판(130)의 결합 상태에서 압력실(220)과 매니폴드(240)를 연결할 수 있으며, 매니폴드(240)로부터 압력실(220)로 공급되는 잉크의 유량을 조절할 수 있다.
본 실시 예에서는 제3기판(130)에 리스트릭터(230)가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 제2기판(120)에 리스트릭터(230)가 형성될 수 있다.
압력실(220) 및 매니폴드(240)는 제3기판(130)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 압력실(220) 및 매니폴드(240)의 일 부분은 도 2에 도시된 바와 같이 제3기판(130)에 형성될 수 있다. 그러나 이는 단지 예시적인 것이므로, 압력실(220) 및 매니폴드(240)의 일부분이 제3기판(130)에 반드시 형성되는 것은 아니다. 즉, 제3기판(130)에 리스트릭터(230)만 형성되는 것도 가능하다.
액추에이터(140)는 제3기판(130)의 상부 표면에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 액추에이터(140)는 제3기판(130)의 상부에서 압력실(220)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
액추에이터(140)는 압전소자와 상하 전극 부재를 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 액추에이터(140)는 상부 전극 부재와 하부 전극 부재를 사이에 두고 압전 소자가 배치된 적층 구조물일 수 있다.
하부 전극 부재는 제3기판(130)의 상부 표면에 형성될 수 있다. 하부 전극 부재는 하나 또는 복수의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 전극 부재는 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속 부재로 이루어질 수 있다.
압전 소자는 하부 전극 부재에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 압전 소자는 스크린 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 하부 전극 부재의 표면에 얇게 형성될 수 있다. 압전 소자는 압전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 압전 소자는 세라믹(예를 들어, PZT) 재질로 이루어질 수 있다.
상부 전극 부재는 압전 소자의 상부 표면에 형성될 수 있다. 상부 전극 부재는 Pt, Au, Ag, Ni, Ti 및 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
이 같이 구성된 액추에이터(140)는 전기신호에 따라 인장 및 수축하며 압력실(220)의 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공할 수 있다.
잉크 공급 유닛(300)은 잉크 토출 유닛(100) 상에 배치될 수 있다. 아울러, 잉크 공급 유닛(300)은 복수의 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 잉크 공급 유닛(300)은 제4기판(310)과 제5기판(320)을 포함할 수 있다. 그러나 잉크 공급 유닛(300)은 필요에 따라 1장의 기판으로 이루어지거나 또는 3장 이상의 기판으로 이루어질 수 있다.
제4기판(310)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 또는, 제4기판(310)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 기판일 수 있다.
제4기판(310)은 제1유로(312)와 제1관통 구멍(314)을 포함할 수 있다.
제1유로(312)는 제4기판(310)의 두께방향(즉, 도 1 기준으로 Z축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제1유로(312)는 제3기판(130)의 잉크 유입구(250) 및 제5기판(320)의 제2유로(322)와 연결될 수 있다.
제1유로(312)는 제4기판(310)의 길이방향(도 1 기준으로 Y축 방향)을 따라 일정간격으로 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 다수의 제1유로(312)는 길이방향을 따라 압력실(220)과 동일 간격으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제1유로(312)는 잉크 유입구(250)를 통해 다수의 압력실(220)에 개별적으로 잉크를 공급할 수 있다.
제1관통 구멍(314)은 제4기판(310)의 두께방향을 따라 길게 형성될 수 있으며, 제4기판(310)의 길이방향을 따라 일정간격으로 형성될 수 있다.
제1관통 구멍(314)의 내벽은 절연물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 제1관통 구멍(314)의 내벽은 제1산화막으로 코팅될 수 있다. 제1산화막은 제1관통 구멍(314)에 삽입되는 와이어와 제4기판(310)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이와 같이 구성된 제1관통 구멍(314)은 액추에이터(140)와 회로기판을 연결하는 연결 유닛(400)의 통로를 형성할 수 있다.
제5기판(320)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 또는, 제5기판(320)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 기판일 수 있다.
제5기판(320)은 제2유로(322)와 제2관통 구멍(324)을 포함할 수 있다.
제2유로(322)는 제5기판(320)의 제1면과 제2면에 걸쳐 형성될 수 있으며, 제1유로(312)와 잉크 탱크(340)를 연결할 수 있다. 따라서, 잉크 탱크(340)의 잉크는 제2유로(322), 제2유로(312), 및 잉크 유입구(250)를 통해 각각의 압력실(220)로 공급될 수 있다.
한편, 제2유로(322)는 제1유로(312)와 달리 제5기판(320)의 길이방향(도 1 기준으로 Y축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제2유로(322)는 복수의 제1유로(312)와 연결될 수 있다.
제2관통 구멍(324)은 제5기판(320)의 두께방향을 따라 길게 형성될 수 있으며, 제5기판(320)의 길이방향을 따라 일정간격으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제2관통 구멍(324)은 제1관통 구멍(314)과 각각 연결되어 제4기판(310)과 제5기판(320)을 Z축 방향으로 관통하는 구멍을 형성할 수 있다.
제2관통 구멍(324)의 내벽은 절연물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 제2관통 구멍(324)의 내벽은 제2산화막으로 코팅될 수 있다.
제1관통 구멍(314)과 제2관통 구멍(324)이 형성하는 구멍으로는 연결 유닛(400)인 와이어가 삽입될 수 있다. 여기서, 와이어는 관통 구멍(314, 324)의 내벽에 형성되는 제1산화막과 제2산화막에 의해 기판들(310, 320)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
한편, 제1관통 구멍(314)에 형성되는 제1산화막은 수십 A ~ 3000 A의 두께로 형성되고, 제2관통 구멍(324)의 제2산화막은 6000 A ~ 1.2 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이는 제2관통 구멍(324)이 제1관통 구멍(314)보다 와이어와 접촉할 가능성이 더 높기 때문이다.
제2관통 구멍(324)은 도 3에 도시된 바와 같이 제2유로(322)와 분리될 수 있다.
제2관통 구멍(324)은 제2유로(322) 상에 독립된 공간을 형성할 수 있으며, 제2유로(322) 내에서 잉크의 유속을 조절하는 저항체 구실을 할 수 있다.
다수의 기판들(110, 120, 130, 310, 320)에 형성된 노즐(210), 압력실(220), 리스트릭터(230), 매니폴드(240), 잉크 유입구(250), 유로(312, 322), 관통 구멍(314, 324)은 선분 D-D을 기준으로 대칭일 수 있다. 여기서, 선분 D-D는 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 폭 방향에 대한 이등분선일 수 있다.
잉크 탱크(340)는 선분 D-D에 상에 배치될 수 있다.
잉크 탱크(340)는 제2유로(322)와 연결될 수 있으며, 제2유로(322)를 통해 상호 대칭인 압력실(220)과 연결될 수 있다. 따라서, 잉크 탱크(340)의 잉크는 유로(322, 312)를 통해 좌우 대칭(도 1 기준 방향임)인 압력실(220)에 공급될 수 있다.
이와 같은 구조는 하나의 잉크 탱크(340)를 통해 2열로 배열된 복수의 압력실(220)에 잉크가 공급되므로, 각 열의 압력실(220)마다 잉크 탱크(340)를 개별적으로 배치한 경우에 비해 잉크 탱크(340)의 배치공간을 줄일 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 따르면 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 크기를 소형화하는데 유리할 수 있다.
한편, 잉크 공급 유닛(300)은 잉크를 지속적으로 공급하는 잉크 탱크(340)와 액추에이터(140)를 제어하기 위한 회로기판(330)을 포함할 수 있다.
회로기판(330)은 제5기판(320)에 형성될 수 있다.
회로기판(330)은 선분 D-D를 기준으로 상호 대칭을 이루며, 각각의 액추에이터(140)와 연결될 수 있다.
회로기판(330)과 액추에이터(140)는 연결 유닛(400)인 와이어를 매개로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 와이어는 일반적인 가요성 기판의 회로패턴보다 배선간격을 조밀하게 형성할 수 있으므로, 조밀하게 배치된 액추에이터(140)를 연결하는데 유리할 수 있다.
예를 들어, 가요성 기판에 형성할 수 있는 최소 배선간격은 200㎛ 정도이나, 와이어를 이용한 최소 배선간격은 70 ~ 100 ㎛일 수 있다. 따라서, 와이어를 이용하여 액추에이터(140)와 회로기판(330)을 연결할 경우, 액추에이터(140)를 더욱 조밀하게 배치할 수 있다.
이는 곧 압력실(220)과 노즐(210)을 더욱 조밀하게 형성할 수 있다는 의미와 상통하므로, 본 실시 예에 따르면 노즐(210)의 간격을 더욱 조밀하게 형성하여 인쇄품질을 향상시킬 수 있다.
접착층(500)은 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300) 사이에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 접착층(5000은 잉크 토출 유닛(100)의 제3기판(130)과 잉크 공급 유닛(300)의 제4기판(310) 사이에 형성될 수 있으며, 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300)을 접합시킬 수 있다.
접착층(500)은 과립형 물질 또는 비드(bead)를 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 접착층(500)은 과립형 물질을 포함하는 에폭시 수지일 수 있다.
과립형 물질 또는 비드는 소정의 크기를 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 과립형 물질은 금속 분말 또는 기타 플라스틱 분말일 수 있다. 아울러, 과립형 물질 또는 비드는 40 ㎛ ± 3의 크기를 가질 수 있다. 이러한 크기의 과립형 물질 또는 비드는 제3기판(130)과 제4기판(310)의 간격을 일정하게 유지시키는데 유리하므로, 접착층(500)의 두께조절이 용이할 수 있다.
이와 같이 구성된 접착층(500)은 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300) 사이에 도포되어 상당한 높이를 가지므로, 잉크 토출 유닛(100)과 잉크 공급 유닛(300) 사이에 액추에이터(140)가 배치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 이를 위해 접착층(500)은 액추에이터(140)가 배치되는 공간을 제외한 부분에만 도포될 수 있다.
이러한 접착층(500)의 구성은 잉크 토출 유닛(100) 또는 잉크 공급 유닛(300)에 액추에이터(140)의 배치공간을 형성할 필요가 없으므로, 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 제작공정을 간소화할 수 있다.
예를 들어, 잉크 토출 유닛(100)의 제3기판(130) 또는 잉크 공급 유닛(300)의 제4기판(310)에 배치공간을 형성하기 위해서는, 이들 기판을 양면 식각해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 양면 식각은 가공이 어려울 뿐만 아니라 가공 정밀성도 확보하기 어렵다.
그러나 본 실시 예와 같이 접착층(500)을 이용하여 액추에이터(140)의 배치공간을 확보하는 경우에는 기판의 양면 식각 공정을 최소화할 수 있으므로, 잉크젯 프린트 헤드(100)의 제작을 간소화시킬 수 있다.
아울러, 과립형 물질을 포함한 접착층(500)은 도포두께를 통해 높이 조절이 용이하므로, 잉크젯 프린트 헤드(1000)의 박형화에도 유리할 수 있다.
다음에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예들을 설명한다.
제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 도 4에 도시된 바와 같이 탄성 물질(410)을 더 포함한 점에서 제1실시 예와 구별될 수 있다.
관통 구멍(314, 324)에 삽입된 와이어는 매우 가늘고 강성이 낮으므로, 외부의 충격에 의해 끊어질 수 있다. 본 실시 예는 이러한 점을 감안하여, 관통 구멍(312, 322)에 탄성 물질(410)을 충전할 수 있다.
탄성 물질(410)은 충격을 흡수할 수 있는 에폭시 수지 등을 이용할 수 있으며, 와이어의 파손을 최소화시킬 수 있다.
제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 잉크 토출 유닛(100)의 구성에 있어서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 잉크 토출 유닛(100)은 2개의 기판(110, 120)으로 형성될 수 있다.
제1기판(110)은 노즐(210)과 리스트릭터(230)를 포함할 수 있고, 제2기판(120)은 압력실(220)과 매니폴드(240)를 포함할 수 있다.
아울러, 잉크 유입구(250)는 생략될 수 있으며, 매니폴드(240)가 제1유로(312)와 직접 연결될 수 있다.
이와 같이 형성된 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 상대적으로 적은 수의 기판(4장)으로 제작될 수 있으므로, 제작단가를 낮출 수 있다.
제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 리스트릭터(230)와 매니폴드(240)가 생략된 구조라는 점에서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다.
일반적으로 잉크젯 프린트 헤드(1000)에서 리스트릭터는 압력실로 공급되는 잉크의 유량을 조절하고, 잉크가 토출되는 과정에서 발생하는 역류현상을 차단하는 구실을 할 수 있다.
그런데 도 6에 도시된 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 잉크 탱크(340)와 압력실(220)이 복수의 유로(322, 312)를 통해 연결되는 구조이므로, 리스트릭터 및 매니폴드를 생략할 수 있다.
즉, 본 실시 예에서 제2유로(322)는 잉크 탱크(340)의 잉크를 복수의 압력실(220)로 분배하는 매니폴드의 구실을 할 수 있다. 그리고 제1유로(312)는 압력실(220)로 공급되는 잉크의 양을 조절하고 압력실(220)의 잉크가 잉크 탱크(340)로 역류하는 것을 차단하는 리스트릭터의 구실을 할 수 있다.
이와 같이 구성된 잉크젯 프린트 헤드(1000)는 기판의 식각 형상을 단순화시킬 수 있으므로, 제조가 용이할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
1000 잉크젯 프린트 헤드
100 잉크 토출 유닛
110 제1기판 120 제2기판
130 제3기판 140 액추에이터
210 노즐 220 압력실
230 리스트릭터 240 매니폴드
250 잉크 유입구
300 잉크 공급 유닛
310 제4기판 312 제1유로
314 제1관통 구멍 320 제5기판
322 제2유로 324 제2관통 구멍
330 회로기판 340 잉크 탱크
400 연결 유닛 500 접착층

Claims (17)

  1. 노즐, 압력실, 리스트릭터, 매니폴드, 액추에이터를 포함하는 잉크 토출 유닛;
    상기 매니폴드로 잉크를 공급하는 잉크 탱크, 상기 액추에이터에 제어신호를 송출하는 회로기판을 포함하는 잉크 공급 유닛;
    상기 회로기판과 상기 액추에이터를 전기적으로 연결하는 연결 유닛; 및
    상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 도포되고, 상기 잉크 토출 유닛과 상기 잉크 공급 유닛 사이에 상기 액추에이터가 배치될 수 있는 공간이 형성될 수 있도록 소정의 두께를 갖는 접착층;
    을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 공급 유닛은 상기 연결 유닛이 삽입될 수 있는 관통 구멍을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    연결 유닛은 상기 관통 구멍에 삽입되는 와이어인 잉크젯 프린트 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관통 구멍은 상기 와이어가 안정적으로 고정될 수 있도록 에폭시 수지로 충전되는 잉크젯 프린트 헤드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 관통 구멍의 내벽은 절연물질로 코팅되는 잉크젯 프린트 헤드.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 관통 구멍의 하부 내벽에는 제1산화막이 형성되고,
    상기 관통 구멍의 상부 내벽에는 제2산화막이 형성되고,
    상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두껍게 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 공급 유닛과 상기 잉크 토출 유닛 사이에는 산화층이 더 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 공급 유닛은 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 유로를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유로에는 상기 액추에이터에 의한 잉크 토출과정에서 발생하는 압력파를 감소시키는 기둥이 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기둥에는 상기 연결 유닛이 삽입되는 관통 구멍이 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 탱크는 상기 잉크 공급 유닛의 제1길이방향의 이등분 지점에 배치되는 잉크젯 프린트 헤드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 노즐, 상기 압력실, 상기 리스트릭터, 상기 매니폴드, 상기 액추에이터는 상기 잉크 탱크를 기준으로 대칭 형태로 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 잉크 탱크를 기준으로 대칭 형태로 배치되는 잉크젯 프린트 헤드.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 토출 유닛은,
    상기 노즐이 형성되는 제1기판;
    상기 압력실 및 상기 매니폴드가 형성되는 제2기판; 및
    상기 압력실과 상기 매미폴드를 연결하는 리스트릭터 및 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 잉크 유입구가 형성되는 제3기판을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 토출 유닛은,
    상기 노즐이 형성되는 제1기판; 및
    상기 압력실, 상기 리스트릭터, 상기 매니폴드, 상기 매니폴드와 상기 잉크 탱크를 연결하는 잉크 유입구가 형성되는 제2기판을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 공급 유닛은,
    상기 매니폴드와 연결되는 제1유로 및 상기 연결 유닛이 삽입되는 제1관통 구멍이 형성되는 제4기판;
    상기 잉크 탱크과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로 및 상기 제1관통 구멍과 연결되는 제2관통 구멍이 형성되는 제5기판;
    상기 제5판에 형성되고 상기 액추에이터와 연결되는 회로기판; 및
    상기 제5기판에 형성되고 상기 압력실에 잉크를 공급하는 잉크 탱크;
    를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 과립형 물질을 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 잉크젯 프린트 헤드.
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