KR20140045846A - 잉크젯 프린팅 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 프린팅 장치는, 압력 챔버가 형성된 유로 형성 기판과, 제1방향으로 연장된 노즐 블록과 압력 챔버와 연통되고 노즐 블록을 관통하여 형성되는 노즐과 노즐 블록의 제1방향과 직교하는 제2방향 측에 위치되며 노즐 블록의 하면에 대하여 몰입되어 상기 제1방향으로 연장된 트렌치를 포함하는 노즐 기판을 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치{Inkjet rinting device}
잉크젯 프린팅 장치가 개시된다.
잉크젯 프린팅 장치는 잉크의 미세한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정의 화상을 인쇄하는 장치이다.
잉크젯 프린팅 장치에는 그 토출 방식에 따라 압전체의 변형에 의하여 잉크를 토출시키는 압전 방식(piezoelectric)의 잉크젯 프린팅 장치와, 정전기력에 의하여 잉크를 토출시키는 정전 방식(electrostatic)의 잉크젯 프린팅 장치가 있다. 정전 방식의 잉크젯 프린팅 장치에는 정전 유도(electrostatic induction)에 의하여 잉크 액적을 토출하는 방식과, 대전 안료(charged pigments)를 정전기력에 의하여 축적시킨 다음, 잉크 액적을 토출하는 방식이 있다.
메인터넌스 과정에서 노즐의 파손 위험을 줄일 수 있는 잉크젯 프린팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
미세 액적에 의한 정밀 인쇄를 구현할 수 있는 잉크젯 프린팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 프린팅 장치는, 압력 챔버가 형성된 유로 형성 기판; 제1방향으로 연장된 노즐 블록과, 상기 압력 챔버와 연통되고 상기 노즐 블록을 관통하여 형성되는 노즐과, 상기 노즐 블록의 상기 제1방향과 직교하는 제2방향 측에 위치되며 상기 노즐 블록의 하면에 대하여 몰입되어 상기 제1방향으로 연장된 트렌치를 포함하는 노즐 기판;을 포함한다.
상기 노즐은 상기 노즐 기판의 하면을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼형상일 수 있다.
상기 노즐의 상기 제1방향의 벽의 상기 노즐의 관통 방향에 대한 경사각도는 예각일 수 있다.
상기 노즐은 다각뿔 형상과 원뿔 형상 중 어느 한 형상일 수 있다. 상기 노즐은 사각뿔 형상일 수 있다.
상기 노즐 기판은 단결정 실리콘 기판일 수 있다.
상기 노즐의 상기 제2방향의 벽은 SiO2로 형성될 수 있다.
상기 노즐의 상기 제1방향의 벽은 SiO2와 Si의 복합 형태일 수 있다.
상기 잉크젯 프린팅 장치는, 상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터; 상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 프린팅 장치는, 압력 챔버가 형성된 유로 형성 기판; 상기 압력 챔버 내의 잉크가 토출되는 출구를 포함하는 노즐이 형성된 노즐 기판; 상기 노즐을 통하여 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액추에이터;를 포함하며, 상기 노즐의 제1방향의 벽의 두께는 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 벽의 두께보다 두껍다.
상기 노즐 기판은 상기 제1방향으로 연장되고 상기 노즐이 형성된 노즐 블록과, 상기 노즐 블록의 상기 제2방향 측에 위치되며 상기 노즐 기판의 하면으로부터 몰입된 트렌치를 포함할 수 있다.
상기 노즐 블록에는 상기 제1방향으로 복수의 상기 노즐이 배열될 수 있다.
상기 노즐의 상기 제1방향의 벽은 상기 노즐 블록과 상기 트렌치의 경계를 형성할 수 있다.
상기 노즐은 상기 하면을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼 형상일 수 있다. 상기 노즐의 상기 제1방향의 벽의 상기 노즐의 관통 방향에 대한 경사각도는 예각일 수 있다. 상기 노즐은 다각뿔 형상과 원뿔 형상 중 어느 한 형상일 수 있다. 상기 노즐은 사각뿔 형상일 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.
개시된 잉크젯 프린팅 장치의 실시예들에 따르면, 제1방향으로 연장된 노즐 블록과 노즐 블록의 제2방향 측에 제1방향으로 연장된 트렌치를 배치함으로써 제2방향의 단면이 뽀족한 형태의 노즐을 구현할 수 있다. 이에 의하여, 노즐의 강성을 유지하여, 메인터넌스 과정에서 노즐에 가해지는 마찰력, 충격력 등의 기계적 힘에 의한 노즐의 파손위험을 줄일 수 있다.
또한, 뾰족한 형태의 노즐 주위에 큰 전기장을 형성할 수 있어, 노즐을 통하여 토출되는 잉크 액적에 가해지는 정전 구동력을 증가시킬 수 있다. 액적을 매우 효과적으로 가속할 수 있으며, 주어진 정전구동전압의 크기 하에서 액적의 크기를 더욱 줄일 수 있다. 수 피코리터, 나아가서는 수 펨토리터의 초 미세 잉크 액적을 구현하기 쉬우며, 토출된 잉크 액적의 직진성을 향상시켜 정밀 인쇄를 구현할 수 있다. 압전 구동 방식과 정전 구동방식을 혼용하므로, 미세한 크기의 잉크 액적을 DOD방식으로 잉크를 토출할 수 있어 프린팅 작업을 제어하기가 용이하다.
도 1은 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 부분 저면 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B' 단면도이다.
도 5는 노즐 출구 주변의 등전위선을 도시한 도면이다.
도 6은 노즐의 제2방향의 측부에만 트렌치가 형성된 경우와 노즐의 주위에 전체적으로 트렌치가 형성된 경우의 전기장의 세기를 비교한 일 예를 도시한 그래프이다.
도 7은 트렌치의 깊이의 변화에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 트렌치의 폭에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 9는 노즐의 벽의 두께에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 10a 내지 도 10k, 도 10m, 도 10n은 도 2에 도시된 뾰족한 형태의 노즐을 형성하는 방법의 일 실시예를 보여주는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 잉크젯 프린팅 장치의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 잉크젯 프린팅 장치의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 유로 플레이트(110)와, 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 개시되어 있다. 본 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치에 적용된 액추에이터는 압력 구동력과 정전 구동력을 각각 제공하는 압전 액추에이터(130)와 정전 액추에이터(140)를 포함하는 복합 방식의 액추에이터이다.
유로 플레이트(110)에는 잉크 유로와, 잉크 액적을 토출시키기 위한 복수의 노즐(128)이 형성된다. 잉크유로는 잉크가 유입되는 잉크 인렛(121)과, 유입된 잉크를 담고 있는 복수의 압력 챔버(125)를 포함할 수 있다. 잉크 인렛(121)은 유로 플레이트(110)의 상면 측에 형성될 수 있으며, 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결된다. 잉크 탱크로부터 공급된 잉크는 잉크 인렛(121)을 통해 유로 플레이트(110) 내부로 유입된다. 복수의 압력 챔버(125)는 유로 플레이트(110) 내부에 형성되며, 잉크 인렛(121)을 통해 유입된 잉크가 저장된다. 유로 플레이트(110) 내부에는 잉크 인렛(121)과 복수의 압력 챔버(125)를 연결하는 매니폴드(122, 123)와 리스트릭터(124)가 형성될 수 있다. 복수의 노즐(128)은 복수의 압력 챔버(125) 각각에 대해 하나씩 대응되어 연결된다. 복수의 압력 챔버(125)에 채워진 잉크는 복수의 노즐(128)을 통하여 액적의 형태로 토출된다. 복수의 노즐(128)은 유로 플레이트(110)의 하면측에 형성될 수 있으며, 1열 또는 2열 이상으로 배열될 수 있다. 유로 플레이트(110)에는 복수의 압력 챔버(125)와 복수의 노즐(128)을 각각 연결하는 복수의 댐퍼(126)가 마련될 수 있다.
유로 플레이트(110)는 미세 가공성이 양호한 재질의 기판, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유로 플레이트(110)는 잉크 유로가 형성되는 유로 형성 기판(114)과 노즐(128)이 형성되는 노즐 기판(111)을 포함할 수 있다. 유로 형성 기판(114)은 제1, 제2유로 형성 기판(113)(112)을 포함할 수 있다. 잉크 인렛(121)은 가장 상부에 위치한 제1유로 형성 기판(113)을 관통하도록 형성될 수 있으며, 복수의 압력 챔버(125)는 제1유로 형성 기판(113)에 그 하면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다. 복수의 노즐(128)은 가장 하부에 위치한 기판, 즉 노즐 기판(111)을 관통하도록 형성될 수 있다. 매니폴드(122, 123)는 제1유로 형성 기판(113)과 제2유로 형성 기판(112)에 각각 형성될 수 있다. 복수의 댐퍼(126)은 제2유로 형성 기판(112)을 관통하도록 형성될 수 있다. 순차 적층된 세 개의 기판, 즉 제1, 제2유로 형성 기판(113)(112) 및 노즐 기판(111)은 SDB(Silicon Direct Bonding)에 의해 접합될 수 있다. 유로 플레이트(110) 내부에 형성되는 잉크 유로는 도 1에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 다양한 구성으로 다양하게 배치될 수 있다.
압전 액추에이터(130)는, 잉크 토출을 위한 압전 구동력, 즉 복수의 압력 챔버(125)에 압력 변화를 제공하는 역할을 하는 것으로, 유로 플레이트(110)의 상면에 복수의 압력 챔버(125)에 대응하는 위치에 형성된다. 압전 액추에이터(130)는, 유로 플레이트(110)의 상면에 순차 적층되는 하부 전극(131), 압전막(132) 및 상부 전극(133)을 포함할 수 있다. 하부 전극(131)은 공통 전극의 역할을 하며, 상부 전극(133)은 압전막(132)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다. 압전전압 인가수단(135)은 하부 전극(131)과 상부 전극(133)에 압전구동전압을 인가한다. 압전막(132)은 압전전압 인가수단(135)으로부터 인가되는 압전구동전압에 의해 변형됨으로써 압력 챔버(125)의 상부벽을 이루는 제1 유로 형성 기판(113)을 변형시키는 역할을 하게 된다. 압전막(132)은 소정의 압전 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 형성될 수 있다.
정전 액추에이터(140)는 노즐(128) 내부의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 것으로서, 서로 대향하게 배치된 제1 정전 전극(141) 및 제2 정전 전극(142)을 포함할 수 있다. 정전전압 인가수단(145)은 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 정전구동전압을 인가한다.
예를 들어, 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)에 마련될 수 있다. 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)의 상면, 즉 제1 유로 형성 기판(113)의 상면에 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 정전 전극(141)은 압전 액추에이터(130)의 하부 전극(131)과 이격되도록 잉크 인렛(121)이 형성된 영역에 배치될 수 있다. 제2 정전 전극(142)은 유로 플레이트(110)의 하면과 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있으며, 제2 정전 전극(142) 상에는 유로 플레이트(110)의 노즐들(128)로부터 토출되는 잉크 액적들이 인쇄되는 인쇄 매체(P)가 배치된다.
정전전압 인가수단(145)은 펄스 형태의 정전구동전압을 인가할 수 있다. 도 1에서는 제2 정전 전극(142)이 접지되나, 제1 정전 전극(141)이 접지될 수도 있다. 정전전압 인가수단(145)은 직류전압 형태의 정전구동전압을 인가할 수도 있다. 이 경우에, 제1 정전 전극(141) 또는 제2 정전 전극(142)이 접지될 수 있다. 제1 정전 전극(141)의 위치는 도 1에 도시된 위치에 한정되지 않는다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 제1 정전 전극(141)이 유로 플레이트(110)의 내부에 형성될 수도 있다. 예를 들어 제1 정전 전극(141)은 압력 챔버(125), 리스트릭터(124) 및 매니폴드(123)의 바닥면에 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110) 내부의 다양한 위치에 마련될 수 있다. 예를 들면, 제1 정전 전극(141)은 압력 챔버(125)의 바닥면에만 형성될 수도 있으며, 리스트릭터(124)의 바닥면이나 매니폴드(123)의 바닥면에 형성될 수도 있다. 또한, 제1 정전 전극(141)은 상기 하부 전극(131)과 일체로 형성되는 것도 가능하다.
도 2에는 도 1에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 부분 저면 사시도이다. 도 2를 참조하면, 노즐 블록(170)과 트렌치(160)가 도시되어 있다. 노즐 블록(170)은 제1방향(X)으로 연장되며, 트렌치(160)는 노즐 블록(170)에 대하여 제1방향(X)과 직교하는 제2방향(Y)에 위치되며, 제1방향(X)으로 연장된다. 이에 의하여, 노즐 기판(111)은 노즐 블록(170)과 트렌치(160)가 제2방향(Y)으로 교대로 배열된 형태가 되며, 노즐 블록(170)의 제2방향(Y)의 양측에 트렌치(160)가 위치된다. 노즐(128)은 노즐 기판(111)의 노즐 블록(170)을 관통하여 형성된다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다. 도 4는 도 2의 B-B' 단면도이다. 도 3과 도 4를 보면, 노즐(128)은 유로 플레이트(110)의 하면, 즉 노즐 기판(111)의 하면(111a)을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼 형상일 수 있다. 노즐(128)은 단면 형상이 원형인 원뿔 형태, 단면 형상이 다각형인 다각뿔 형태일 수 있다. 일 실시예로서, 후술하는 바와 같이 단결정 실리콘 기판의 이방성 식각에 의하여 사각뿔 형태의 노즐(128)을 형성할 수 있다. 노즐(128)의 단면 형상이 다각형인 경우, 노즐(128)의 직경, 즉 내경(NID)와 외경(NOD)은 등가의 원의 직경으로 표시될 수 있다. 이에 의하여, 노즐(128)의 출구(128c)의 직경이 작은, 미세 액적의 토출이 가능한 잉크젯 프린팅 장치의 구현이 가능하다. 트렌치(160)는 유로 플레이트(110)의 하면, 즉 노즐 기판(111)의 하면(111a)으로부터 몰입된 형태이다. 트렌치(160)는 노즐 블록(170)의 제2방향(Y) 측에 위치되며, 노즐 블록(170)의 제1방향(X) 측에는 트렌치(160)가 형성되지 않는다.
노즐(128)의 벽(128a)은 노즐 기판(111)과 노즐(128)의 제2방향(Y)의 경계를 형성한다. 동시에 벽(128a)은 노즐(128)과 트렌치(160)의 경계를 형성한다. 벽(128a)의 노즐 관통 방향(Z)에 대한 경사각도(G)는 예각일 수 있다. 즉 경사각도(G)는 90도 미만일 수 있다. 이에 의하여 노즐(128)의 제2방향(Y)의 단면 형상은 출구(128c)가 하면(111a)을 향하여 트렌치(160) 내부로 연장된 뾰족한 형상이 된다.
이 구성에 의하여, 노즐 기판(111)에는 그 하면(111a)으로부터 상면(111c)을 향하여 단차지고 제1방향(X)으로 연장된 단차면(111b)이 형성된다. 노즐(128)은 테이퍼 형태로 상면(111c)으로부터 단차면(111b)까지 관통된다. 벽(128a)은 노즐 기판(111)과 노즐(128), 및 트렌치(160)와 노즐(128)의 경계를 형성하며, 테이퍼 형태를 유지하면서 단차면(111b)을 넘어 하면(111a)을 향하여 연장된다. 노즐(128)의 단부(128b) 및 출구(128c)는 노즐 기판(111)의 하면(111a)을 넘어서지 않도록 형성될 수 있다. 물론, 노즐(128)의 단부(128b) 및 출구(128c)는 노즐 기판(111)의 하면(111a)을 넘어서까지 연장될 수도 있다.
벽(128d)은 제1방향(X)으로 노즐(128)들 사이의 경계를 형성한다. 벽(128d)의 두께(T1)은 벽(128a)의 두께(T2)보다 두껍다. 노즐(128)이 전체적으로 하향 경사진 형태인 경우 노즐(128)의 관통방향(Z)의 위치에 따라 벽(128d)의 두께가 달라진다. 이 경우, 벽(128d)의 두께(T1)는 최소 두께를 의미한다. 즉, 노즐 기판(111)의 상면(111c)에서의 인접하는 두 노즐(125) 사이의 간격을 의미한다.
벽(128a)은 노즐 기판(111)과 다른 재료, 예를 들어 SiO2, SiN, Ti, Pt, Ni 등으로 형성될 수 있다. 벽(128a)은 노즐 기판(111)과 동일한 재료, 예를 들어 Si로 형성될 수도 있다. 벽(128d)은 노즐 기판(111)과 다른 재료, 예를 들어 SiO2, SiN, Ti, Pt, Ni 등 및 노즐 기판(111)과 동일한 재료가 제1방향(X)으로 겹쳐진 복합형태일 수 있다. 물론 벽(128d)은 노즐 기판(111)과 동일한 재료만에 의하여 형성될 수도 있다.
압전 액추에이터(130)에 의한 압전 구동력만으로 잉크를 토출한 경우, 특히 미세 잉크 액적을 토출하는 경우에는 잉크 액적이 노즐(128)을 벗어난 후 공기의 저항에 의하여 잉크 액적의 속도가 감소될 수 있다. 또한, 공기 저항에 의하여 잉크 액적의 비행경로가 왜곡될 수 있다. 정전 액추에이터(140)에 의한 정전 구동력은 잉크 액적을 가속시킨다. 그러므로, 잉크 액적은 비행경로의 왜곡없이 인쇄 매체(P)의 원하는 위치에 도달될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 형태의 노즐(128)을 구비하는 노즐 블록(170)의 제2방향(Y) 측에 트렌치(160)를 형성하고, 벽(128a)의 경사각도를 예각으로 함으로써 노즐(128)은 제2방향(Y)의 단면 형상이 뾰족한 형태가 된다. 일반적으로 전하(charge)는 뾰족한 부분에 집중되는 경향이 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 트렌치(160)로 인하여 정전구동전압에 의한 등전위선이 노즐(128)의 출구(128c) 부근에 집중되어 노즐(128)의 출구(128c) 부근에 매우 큰 전기장이 형성되어 노즐(128)의 출구(128c)에서의 정전 구동력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 액적을 매우 효과적으로 가속할 수 있으며, 주어진 정전구동전압의 크기 하에서 액적의 크기를 더욱 줄일 수 있다. 또한, 수 피코리터, 나아가서는 수 펨토리터의 초 미세 잉크 액적을 인쇄 매체(P)에까지 안정적으로 토출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 프린팅 장치는 압전 구동 방식과 정전 구동방식을 혼용하므로, DOD방식으로 잉크를 토출할 수 있어 인쇄 작업을 제어하기가 용이하다. 또한, 출구(128c)를 향하여 단면적이 점차 감소하고 노즐 블록(170)의 제2방향(Y)의 측부에 위치된 트렌치(160)에 의하여 제2방향(Y)의 단면이 뽀족한 형태의 노즐(128)을 채용함으로써, 초 미세 액적을 구현하기 쉬우며, 토출된 잉크 액적의 직진성을 향상시켜 정밀 인쇄를 구현할 수 있다.
잉크젯 프린팅 장치를 사용하여 인쇄작업을 수행하는 경우 노즐(128) 주위에는 잉크, 먼지 등이 부착될 수 있다. 이러한 이물질은 노즐(128)을 통하여 토출되는 잉크 액적의 형태과 양을 변형시키거나 잉크 액적의 토출 방향을 왜곡시킬 수 있다. 그러므로, 노즐(128)을 통하여 잉크를 토출하기 전, 또는 잉크를 규정된 횟수만큼 토출한 후 주기적으로, 또는 인쇄를 완료한 후에 노즐(128) 주위에 묻은 잉크를 제거하기 위한 와이핑(wiping) 작업이 수행될 수 있다. 와이핑 작업은 예를 들어 고무 재질, 펠트(felt) 재질 등으로 된 블레이드, 롤러 등의 와이핑 수단을 이용하여 노즐 기판(111)의 하면을 제1방향(X) 또는 제2방향(Y)으로 닦아냄으로서 수행될 수 있다.
정전 구동력을 증가시키는 데에는 노즐(128)의 형태가 뽀족할수록 유리하다. 그러나, 뽀족한 노즐(128)은 와이핑 과정에서 작용하는 마찰력, 기계적 충격 등에 의한 손상의 위험이 평탄한 노즐, 즉 트렌치(160)가 없는 형태의 노즐에 비하여 높다. 본 실시예의 잉크젯 프린팅 장치에 따르면, 제1방향(X)으로 연장된 형태의 노즐 블록(170)에 노즐(128)을 형성하고, 노즐 블록(170)의 제2방향(Y) 측에만 트렌치(160)를 형성함으로써, 벽(128a)의 두께에 비하여 벽(128d)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 또한, 노즐 블록(170)이 전체적으로 제1방향(X)으로 연장된 형태이므로 노즐(128)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 경우에 비하여 노즐 블록(170) 자체가 상당한 강성을 가진다. 그러므로, 와이핑 과정에서 노즐(128)의 손상 위험을 낮출 수 있다.
도 6은 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우와 노즐(128)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기를 비교한 일 예를 도시한 그래프이다. 도 6에서, 선(C1)는 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기의 최대값(E1)의 트렌치(160)가 없는 평탄한 노즐인 경우의 전기장의 세기(Ef)에 대한 비(E1/Ef)를 표시한다. 선(C2)는 노즐(128)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기의 최대값(E2)의 트렌치(160)가 없는 평탄한 노즐인 경우의 전기장의 세기(Ef)에 대한 비(E2/Ef)를 표시한다. 가로축은 노즐(128)의 외경(NOD)에 대한 트렌치(160)의 깊이(TD)의 비이다.
도 6을 참조하면, 트렌치(160)를 형성하는 경우 트렌치(160)가 없는 경우에 비하여 전기장의 세기가 더 커지며, 이는 정전 구동력이 더 커진다는 것을 의미한다. 또, 트렌치(160)의 깊이(TD)가 깊을수록 전기장의 세기는 커지며, 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우와 노즐(128)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기는 거의 유사하다. 즉, 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)를 형성하더라도 노즐(128)의 주위에 전체적으로 트렌치(160)가 형성된 경우와 거의 동일한 정전 구동력을 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시예의 잉크젯 프린팅 장치에 의하면, 정전 구동력을 증가시키면서 동시에 노즐(128)의 강성을 강화하여 와이핑 과정에서 노즐(128)의 손상 위험을 낮출 수 있다.
도 7은 트렌치(160)의 깊이(TD) 변화에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다. 트렌치(60)의 폭은 600㎛, 벽(128a)의 두께는 3㎛, 노즐(128)의 내경(NID)은 3㎛, 노즐(128)의 외경(NOD)은 9㎛이다. 세로축은 트렌치(160)가 없는 평탄한 노즐인 경우의 전기장의 세기(Ef)에 대한 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기의 최대값(E1)의 비(E1/Ef)이다.
도 8은 트렌치(160)의 폭에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다. 트렌치(160)의 깊이(TD)는 100㎛, 노즐(128)의 내경(NID)은 3㎛, 벽(128a)의 두께(T2)는 3㎛이다. 세로축은 트렌치(160)가 없는 평탄한 노즐인 경우의 전기장의 세기(Ef)에 대한 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기의 최대값(E1)의 비(Ef/E1)이다. 도 8을 참조하면, 주어진 조건에서 트렌치(160)의 폭이 클수록 전기장의 세기가 증가됨을 알 수 있다. 트렌치(160)의 폭은 인접하는 노즐(128)간의 간격 등을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.
주어진 노즐(128) 출구(128c)의 외경(NOD)에 대하여, 트렌치(160)의 깊이(TD)가 깊을수록 등전위선은 노즐(128)의 출구(128c) 부근에 더욱 집중된다. 트렌치(160)의 깊이(TD)를 적어도 노즐(128) 출구(128c)의 외경(NOD)보다 크게 설정함으로써 전기장의 세기를 증가시킬 수 있다. 트렌치(160)의 깊이(TD)가 과도하면 오히려 전기장의 세기가 줄어들게 되므로 이를 감안하여 트렌치(160)의 깊이(TD)를 적절히 선정할 수 있다.
노즐(128)의 출구(128c)는 가능한 한 뾰족한 상태로 형성될 필요가 있다. 이를 위하여는 노즐(128) 출구(128c)의 외경(NOD)을 가능한 한 작게 하여야 하나, 이 경우에 노즐(128) 출구(128c)의 내경(NID)이 작아지고 이에 수반하여 노즐(128) 내에서의 압력강하가 커지게 된다. 잉크 토출을 위하여 압력 챔버(125)에 형성되는 압력은 압전구동전압의 크기에 비례하며, 압전구동전압은 압력강하를 보상하고 잉크를 소정의 속도로 토출할 수 있도록 결정되어야 한다. 미세한 잉크 액적을 토출하기 위하여는 노즐(128) 출구(128c)의 내경(NID)이 작아짐에 따라 압력강하는 급격히 커지게 되므로, 압전 액추에이터(130)에 매우 큰 부하가 걸리게 된다. 압력 강하를 적정 수준 이하로 유지하여 압전 액추에이터(130)에 과도한 부하가 걸리지 않도록 하기 위하여, 노즐(128) 출구(128c)의 외경(NOD)과 내경(NID)의 비(NOD/NID)는 5 미만으로 할 수 있다.
노즐(128)의 벽(128a)의 두께(T2)가 작을수록 노즐(128)이 뾰족한 형상을 유지할 수 있다. 도 9는 노즐(128)의 벽(128a)의 두께(T2)에 따른 전기장의 세기의 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다. 트렌치(60)의 폭은 600㎛, 트렌치(160)의 깊이(TD)는 100㎛, 노즐(128)의 내경(NID)은 3㎛이다. 세로축은 트렌치(160)가 없는 평탄한 노즐인 경우의 전기장의 세기(Ef)에 대한 노즐(128)의 제2방향(Y)의 측부에만 트렌치(160)가 형성된 경우의 전기장의 세기의 최대값(E1)의 비(E1/Ef)이다. 도 9를 참조하면, 주어진 조건에서 노즐(128)의 벽(128a)의 두께(T2)가 작을수록 전기장의 세기가 증가됨을 알 수 있다.
노즐(128)의 형상은 노즐(128) 내에서의 압력 강하가 최소화될 수 있도록 결정될 수 있다. 노즐(128)은 입구에서 출구(128c)에까지 완전하게 테이퍼진 형상일 때에 압력 강하가 제일 작다. 다만, 제조 공정상의 필요에 의하여 또는 제조 공정상 불가피하게 노즐(128c) 부근에는 테이퍼 형상이 아닌 하방으로 직선적으로 연장된 부분이 형성될 수 있다. 이 연장된 부분의 길이를 노즐의 내경(NID)보다 짧게 형성함으로써 압전구동전압의 과도한 증가를 방지할 수 있다.
이하에서, 도 10a 내지 도 10n을 보면서 노즐(128)을 형성하는 방법의 일 예를 설명한다.
기판(210)의 일 면에 식각 마스크를 형성한다. 예를 들어, 도 10a를 참조하면, 그 상면의 결정 방향이 <100> 방향인 실리콘 단결정 기판(210)을 준비한다. 그런 다음, 마스크층(221)을 형성한다. 마스크층(221)은 예를 들어, SiO2층일 수 있다. SiO2층은 실리콘 단결정 기판(210)을 산화시켜 형성될 수 있다. SiO2층의 두께는 예를 들어 약 100~4000Å 정도일 수 있다. 다음으로, 마스크층(221) 위에 포토레지스트층(222)을 형성하고, 이를 예를 들어 리소그래피법에 의하여 패터닝하여 마스크층(221)의 일부를 노출시킨다. 포토레지스트층(222)을 마스크로 하여 마스크층(221)을 패터닝하면 도 10b에 도시된 바와 같이 기판(210)의 노즐(128)이 형성될 부분(223)을 노출시킨 마스크층(221)이 형성된 기판(210)이 제조된다. 마스크층(221)을 패터닝하는 공정은 예를 들어, HF용액(buffered Hydrogen Fluoride acid)을 이용한 습식 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다.
마스크층(221)을 식각 마스크로 하여 기판(210)을 식각한다. 이 공정은 예를 들어 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)를 이용하는 이방성 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 도 10c를 참조하면, 기판(210)의 상면의 결정 방향은 <100> 방향이며, 식각이 진행된 면의 결정 방향은 <111>방향이다. <100> 방향과 <111> 방향의 식각 속도의 차이로 인하여, 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이 식각은 아래쪽으로 빠르게 옆으로는 느리게 수행된다. 이에 의하여 기판(210)에는 아래쪽으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상의 몰입부(230)가 형성된다. 마스크층(221)의 노출된 부분(223)의 형상과 식각 공정의 종류 및 조건에 따라 다각뿔 또는 원뿔 형상의 몰입부(230)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 마스크층(221)의 노출된 부분(223)의 형상을 사각형 형상으로 하여 사각뿔 형상의 몰입부(230)를 형성한다. 습식 이방성 식각 공정에 적용되는 경우에는 마스크층(221)의 노출된 부분(223)의 형상을 원형으로 하더라도 사각뿔 형상의 몰입부(230)이 형성될 수 있다. 몰입부(230)는 기판(210)의 하면에까지 관통되는 것은 아니다.
노즐(128)을 기판(210)의 하면까지 관통시키는 공정이 수행된다. 도 10e에 도시된 바와 같이 식각, 폴리싱(polishing) 등의 공정에 의하여 기판(210)의 상면과 하면에 형성된 마스크층(221)을 제거한다. 다음으로, 도 10i에 도시된 바와 같이, 몰입부(230)를 기판(210)의 하면에까지 관통시키기 위하여 기판(210)의 하면을 폴리싱할 수 있다. 다른 방안으로서, 도 10f에 도시된 바와 같이 기판(210)의 상면과 몰입부(230)의 벽면에 보호층(224)을 형성한다. 보호층(224)은 예를 들어 기판(210)을 산화시킴으로써 얻어지는 SiO2층일 수 있다. 보호층(224)의 두께는 예를 들어 약 100~10000Å 정도일 수 있다. 기판(210)의 하면에 형성되는 SiO2층은 산화 공정에서 자연스럽게 형성되는 것으로서, 꼭 필요한 것은 아니다. 다음으로, 예를 들어 폴리싱(polishing) 공정에 의하여 도 10g에 도시된 바와 같이 기판(210)을 하면으로부터 소정 두께만큼 제거하고, 도 10h에 도시된 바와 같이 식각 후의 하면(211)이 적어도 몰입부(230)에 형성된 보호층(224)의 첨두부(225)보다 높은 위치에 위치되도록 기판(210)을 아래쪽으로부터 식각한다. 보호층(224)은 이 식각 공정에서 식각 물질로부터 몰입부(230)를 보호한다. 그런 후에 보호층(224)을 제거하면, 도 10i에 도시된 바와 같이 몰입부(230)가 기판(210)의 하면(211)까지 관통된다.
다음으로, 벽(128a)과 트렌치(160)를 형성한다. 먼저, 도 10j에 도시된 바와 같이 기판(210)의 상면, 하면, 및 몰입부(230)의 벽면에 벽체 형성 물질층(240)을 형성한다. 벽체 형성 물질층(240)은 예를 들어 SiO2층일 수 있다. 이 경우, 벽체 형성 물질층(240)은 실리콘 단결정 기판(210)을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 이 외에도 벽체 형성 물질층(240)은 SiN, Ti, Pt, Ni 등의 코팅, 도포, 증착 등에 의하여 형성될 수 있다. 벽체 형성 물질층(240)의 두께는 예를 들어 약 100~10000Å 정도일 수 있다. 다음으로, 도 10k에 도시된 바와 같이, 기판(210)의 하면 측의 벽체 형성 물질층(240)의 일부를 제거함으로써 트렌치(160)가 형성될 영역(241)을 정의한다. 도 10m은 도 10k의 저면 사시도이다. 도 10m에 도시된 바와 같이, 영역(241)은 기판(210)의 하면 측의 벽체 형성 물질층(240) 중에서 노즐 블록(170)이 형성될 영역(242)을 제외한 영역이다. 이 공정은 벽체 형성 물질층(240) 위에 포토레지스트를 코팅한 후에 포토레지스트 중 영역(241)에 대응되는 부분이 노출되도록 패터닝하고, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 벽체 형성 물질층(240)을 식각함으로써 수행될 수 있다. 다음으로, 남은 벽체 형성 물질층(240)을 식각 마스크로 하여 기판(210)이 영역(241)에 대응되는 부분을 식각하여 트렌치(160)를 형성한다. 그런 다음, 필요에 따라 영역(242)에 위치되는 벽체 형성 물질층(240)을 제거한다. 그러면, 도 10n에 도시된 바와 같이, 몰입부(230)의 벽면에 형성된 벽체 형성 물질층(240)은 벽(128a)이 되고, 출구(128c)는 하면을 향하여 트렌치(160)의 내부로 연장된 형태가 된다. 도 10n에 도시된 바와 같이 출구(128c)는 하면(111a)과 동일한 위치에 존재하거나 또는 하면(111a)과 상면(111c) 사이 또는 하면(111a)보다 더 아래쪽에까지 연장될 수도 있다.
상기한 공정에 의하여, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 노즐 기판(111)이 제조될 수 있다.
본 실시예의 프린트 장치는, 압전 액츄에이터(130)에 인가되는 압전 구동 전압과 정전 액추에이터(140)에 인가되는 정전 구동 전압의 인가 순서, 크기 및 지속 시간을 제어함으로써, 잉크 액적을 서로 다른 크기와 형태로 토출하는 다수의 구동 모드로 구동될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 프린팅 장치는 노즐의 크기에 비해 작은 크기를 가진 미세 액적을 토출하는 드리핑 모드(dripping mode), 드리핑 모드보다 더 작은 크기의 미세 액적을 토출하는 콘-제트 모드(cone-jet mode), 잉크 액적을 제트 스트림 형태로 토출하는 스프레이 모드(spray mode)로 구동될 수 있다.
드리핑 모드에 의하면, 노즐의 크기에 비해 작은 크기의 미세한 잉크 액적을 토출할 수 있다. 즉, 비교적 큰 직경, 예컨대 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 정도의 직경을 가진 노즐을 통해서도 액적의 체적이 수 피코리터 수준의 미세한 액적 또는 펨토리터 수준의 초 미세 액적을 토출할 수 있다. 그리고, 미세한 액적을 토출하면서도 비교적 큰 직경의 노즐을 사용할 수 있으므로, 노즐의 막힘(clogging)이 발생할 가능성이 낮아 신뢰성이 높아진다.
콘-제트 모드에 의하면, 전술한 마이크로-드리핑 모드에서의 잉크 액적보다 더욱 미세한 크기의 잉크 액적을 토출할 수 있게 된다. 드리핑 모드와 콘-제트 모드는 잉크의 전기 전도도와 점도에 영향을 받는다. 예컨대, 전기 전도도가 높거나 점도가 낮은 잉크에서는 잉크의 표면쪽으로의 전하의 챠징(charging) 속도가 빨라지게 되어 테일러 콘 형상의 메니스커스를 형성하기 전에 돔 형상의 메니스커스로부터 잉크 액적의 분리가 쉽게 이루어지므로, 드리핑 모드에 의한 잉크 액적의 토출이 쉽게 일어날 수 있다. 반면에, 전기 전도도가 낮거나 점도가 높은 잉크에서는 잉크 표면으로의 전하의 챠징 속도가 느려지게 되어 테일러 콘 형상의 메니스커스(M)가 형성되기 쉬우므로, 콘-제트 모드에 의해 더욱 미세한 크기의 잉크 액적을 토출할 수 있다. 따라서, 잉크의 특성을 적절히 활용하여 상기한 두 가지 모드를 적절하게 구현할 수 있다. 콘-제트 모드를 위해서는, 압전구동전압을 비교적 낮게 유지하여 잉크(129)를 노즐(128) 밖으로 밀어내는 압력보다 잉크(129)를 노즐(128) 밖으로 당기는 정전기력이 더 크게 작용하도록 하는 것이 테일러 콘 형상의 메니스크스(M)를 보다 용이하게 형성할 수 있도록 한다.
콘-제트 스트림 모드에 의하면, 잉크를 스트림 형태로 연장시켜 인쇄 매체 상에 다수의 실선으로 이루어진 인쇄 패턴을 형성하거나 그 잉크 스트림을 분산시켜 인쇄 매체(P) 상에 스프레이 방식으로 코팅된 인쇄 패턴을 형성할 수 있다.
지금까지, 압전 방식과 정전 방식을 함께 사용하는 복합 방식의 프린팅 장치를 실시예로 설명하였다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 개시된 노즐 또는 트렌치의 구조나 제작방법은 미세 액적을 토출하기 위한 압전 방식 또는 정전 방식의 프린팅 장치에도 적용이 가능함을 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
110... 유로 플레이트 111...노즐 기판
112...제2 유로 형성 기판 113...제1 유로 형성 기판
114...유로 형성 기판 121... 잉크 인렛(ink inlet)
122, 123... 매니폴드 124... 리스트릭터
125... 압력챔버 126... 댐퍼
128... 노즐 128a, 128d...벽
128b...노즐의 단부 128c...노즐 출구
129...잉크 130... 압전 액추에이터
131... 하부전극 132... 압전막
133... 상부전극 140...정전 액추에이터
141... 제1 정전 전극 142... 제2 정전 전극
160...트렌치 170...노즐 블록

Claims (19)

  1. 압력 챔버가 형성된 유로 형성 기판;
    제1방향으로 연장된 노즐 블록과, 상기 압력 챔버와 연통되고 상기 노즐 블록을 관통하여 형성되는 노즐과, 상기 노즐 블록의 상기 제1방향과 직교하는 제2방향 측에 위치되며 상기 노즐 블록의 하면에 대하여 몰입되어 상기 제1방향으로 연장된 트렌치를 포함하는 노즐 기판;을 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 노즐 기판의 하면을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노즐의 상기 제1방향의 벽의 상기 노즐의 관통 방향에 대한 경사각도는 예각인 잉크젯 프린팅 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 노즐은 다각뿔 형상과 원뿔 형상 중 어느 한 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노즐은 사각뿔 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 기판은 단결정 실리콘 기판인 잉크젯 프린팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐의 상기 제2방향의 벽은 SiO2로 형성된 잉크젯 프린팅 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 노즐의 상기 제1방향의 벽은 SiO2와 Si의 복합 형태인 잉크젯 프린팅 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터;
    상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  10. 압력 챔버가 형성된 유로 형성 기판;
    상기 압력 챔버 내의 잉크가 토출되는 출구를 포함하는 노즐이 형성된 노즐 기판;
    상기 노즐을 통하여 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액추에이터;를 포함하며,
    상기 노즐의 제1방향의 벽의 두께는 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 벽의 두께보다 두꺼운 잉크젯 프린팅 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노즐 기판은 상기 제1방향으로 연장되고 상기 노즐이 형성된 노즐 블록과, 상기 노즐 블록의 상기 제2방향 측에 위치되며 상기 노즐 기판의 하면으로부터 몰입된 트렌치를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 노즐 블록에는 상기 제1방향으로 복수의 상기 노즐이 배열된 잉크젯 프린팅 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 노즐의 상기 제1방향의 벽은 상기 노즐 블록과 상기 트렌치의 경계를 형성하는 잉크젯 프린팅 헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 하면을 향하여 그 단면적이 감소하는 테이퍼 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 노즐의 상기 제1방향의 벽의 상기 노즐의 관통 방향에 대한 경사각도는 예각인 잉크젯 프린팅 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 노즐은 다각뿔 형상과 원뿔 형상 중 어느 한 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 노즐은 사각뿔 형상인 잉크젯 프린팅 장치.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 노즐 내의 잉크에 정전 구동력을 제공하는 정전 액추에이터를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 압력 챔버 내의 잉크에 토출을 위한 압력 변화를 제공하는 압전 액츄에이터를 더 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170015804A1 (en) * 2015-07-16 2017-01-19 Dow Global Technologies Llc Stabilized nanoparticles and dispersions of the stabilized nanoparticles and methods of application
EP3409474B1 (en) * 2016-01-29 2020-08-05 Konica Minolta, Inc. Ink jet driving apparatus and ink jet driving method
JP6704323B2 (ja) * 2016-09-23 2020-06-03 京セラ株式会社 液体吐出ヘッド、および記録装置
JP7028178B2 (ja) * 2016-09-28 2022-03-02 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェットプリンタ
JP6961978B2 (ja) * 2017-03-30 2021-11-05 ブラザー工業株式会社 液滴吐出ヘッド
CN108340681B (zh) * 2018-01-31 2019-08-30 华中科技大学 一种电场-流场混合控制的电流体喷印方法及装置
JP7467125B2 (ja) 2020-01-07 2024-04-15 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4007464A (en) * 1975-01-23 1977-02-08 International Business Machines Corporation Ink jet nozzle
JP2001219559A (ja) * 2000-02-09 2001-08-14 Seiko Epson Corp インクジェット式記録装置
JP2010058279A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Ricoh Co Ltd 画像記録装置
KR20110065098A (ko) * 2009-12-09 2011-06-15 삼성전자주식회사 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282533A (en) 1980-02-22 1981-08-04 Celanese Corporation Precision orifice nozzle devices for ink jet printing apparati and the process for their manufacture
US5949454A (en) * 1994-07-29 1999-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head, ink jet head cartridge, ink jet recording apparatus and method for making ink jet head
US7347532B2 (en) 2004-08-05 2008-03-25 Fujifilm Dimatix, Inc. Print head nozzle formation
KR20080073129A (ko) 2007-02-05 2008-08-08 삼성전자주식회사 잉크젯 헤드 및 그 제조방법
US7862160B2 (en) 2007-03-30 2011-01-04 Xerox Corporation Hybrid manifold for an ink jet printhead
KR100948954B1 (ko) 2008-01-25 2010-03-23 성균관대학교산학협력단 정전기력을 이용한 잉크분사장치, 그 제조방법 및 잉크공급방법
KR100985161B1 (ko) 2008-10-20 2010-10-05 삼성전기주식회사 잉크젯 헤드
KR101113607B1 (ko) 2009-05-29 2012-02-10 제주대학교 산학협력단 하이브리드 방식의 잉크 젯 프린트 헤드
KR101569837B1 (ko) 2009-12-09 2015-11-30 삼성전자주식회사 잉크젯 프린팅 장치 및 그 구동 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4007464A (en) * 1975-01-23 1977-02-08 International Business Machines Corporation Ink jet nozzle
JP2001219559A (ja) * 2000-02-09 2001-08-14 Seiko Epson Corp インクジェット式記録装置
JP2010058279A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Ricoh Co Ltd 画像記録装置
KR20110065098A (ko) * 2009-12-09 2011-06-15 삼성전자주식회사 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법

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