KR20140099700A - 잉크젯 프린트 헤드 - Google Patents

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KR20140099700A
KR20140099700A KR1020130012427A KR20130012427A KR20140099700A KR 20140099700 A KR20140099700 A KR 20140099700A KR 1020130012427 A KR1020130012427 A KR 1020130012427A KR 20130012427 A KR20130012427 A KR 20130012427A KR 20140099700 A KR20140099700 A KR 20140099700A
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이태경
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Abstract

본 발명의 잉크젯 프린트 헤드는 노즐과 연결되는 압력실; 상기 압력실에 잉크를 공급하는 매니폴드; 및 상기 복수의 압력실과 상기 매니폴드 사이에 배치되고, 상기 압력실로부터 상기 매니폴드로 전파되는 압력파를 감소시키는 하나 이상의 완충실;을 포함할 수 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드{Inkjet print head}
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력실에서 발생하는 압력파가 매니폴드로 전파되는 현상을 감소시킬 수 있는 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
잉크젯 프린트 헤드는 노즐을 통해 일정량의 잉크를 토출하는 장치이다.
일반적으로, 잉크젯 프린트 헤드는 잉크가 저장되는 압력실과 잉크의 토출에 필요한 구동력을 제공하는 액추에이터를 포함한다.
액추에이터에 의해 발생하는 대부분의 압력은 압력실의 잉크를 토출하는데 사용된다. 그러나 일부 압력은 잉크가 채워져 있는 매니폴드 또는 잉크 공급 유로로 전파되어 이웃한 압력실의 잉크 토출에 영향을 미친다. 이를 혼선(cross-talk)현상이라고 하는데, 이러한 현상은 잉크의 토출속도가 빨라지거나 또는 잉크젯 프린트 헤드의 구동 주파수가 높아질수록 커진다.
잉크젯 프린트 헤드의 혼선현상을 최소화하기 위한 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.
특허문헌 1은 공통리저버(11)에 기둥(30)을 형성하여 압력파를 감소시키는 구조이고, 특허문헌 2는 압력실(21, 24)에 필터(22, 23)를 형성하여 압력파를 흡수하는 구조이다.
그러나 특허문헌 1 및 2는 기둥(30) 및 필터(22, 23)를 통해 잉크의 흐름을 지나치게 방해하므로, 압력실에 잉크가 원활하게 공급되기 어렵다. 아울러, 특허문헌 1 및 2는 압력파를 감소시키기 위해 잉크가 공급되는 유로 내에 별도의 구조물을 형성해야 하므로 잉크젯 프린트 헤드의 제작이 복잡해지는 단점이 있다.
KR 2011-058422 A JP 1997-239974 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압력파에 의한 혼선 현상을 최소화할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드는 노즐과 연결되는 압력실; 상기 압력실에 잉크를 공급하는 매니폴드; 및 상기 복수의 압력실과 상기 매니폴드 사이에 배치되고, 상기 압력실로부터 상기 매니폴드로 전파되는 압력파를 감소시키는 하나 이상의 완충실;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 압력실과 상기 완충실은 진동기판의 일면을 따라 직렬로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 완충실은 상기 압력실의 길이방향을 따라 직렬로 배치되는 제1완충실과 제2완충실을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 완충실은 상기 압력실과 각각 연결될 수 있도록 병렬로 배치되는 제1완충실과 제2완충실을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 완충실은 상기 완충실의 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성되는 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 상기 완충실은 상기 완충실의 길이방향을 따라 일 단에서 타 단으로 갈수록 확장되는 단면 형상을 가질 수 있다.
본 발명은 잉크의 토출과정에서 발생하는 압력파가 압력실로부터 매니폴드로 전파되는 현상을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 임의의 압력실에서 발생한 토출 압력에 의해 이웃한 압력실의 토출 특성이 저하되는 현상(cross-talk)을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 잉크젯 프린트 헤드의 토출 품질 및 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 종 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고,
도 5는 및 도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이다.
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 종 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고, 도 5는 및 도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 횡 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 설명한다.
잉크젯 프린트 헤드(100)는 노즐 형성 기판(110), 유로 형성 기판(120), 진동 기판(130), 액추에이터(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 노즐 형성 기판(110), 유로 형성 기판(120), 진동 기판(130)은 상하방향(도 1 기준 방향임)을 따라 순차적으로 적층될 수 있다.
노즐 형성 기판(110)은 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 그러나 노즐 형성 기판(110)은 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 이 경우 노즐 형성 기판(110)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 구조물일 수 있다.
노즐 형성 기판(110)에는 다수의 노즐(210)이 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 노즐(210)은 노즐 형성 기판(110)을 상하방향으로 완전히 관통할 수 있다. 즉, 노즐(210)의 깊이는 노즐 형성 기판(110)의 두께와 같거나 또는 이보다 작을 수 있다. 노즐의 깊이가 노즐 형성 기판(110)보다 작은 경우 노즐 직경보다 크고 압력실 폭보다 작은 또 다른 유로를 형성하여 잉크 토출 시 압력실에서 노즐방향으로의 급격한 압력 강하를 예방하도록 할 수 있다. 노즐(210)의 단면 크기는 도 1에 도시된 바와 같이 노즐 형성 기판(110)의 두께방향을 따라 동일할 수 있다. 그러나 노즐(210)의 단면 크기가 이러한 형상으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 노즐(210)의 단면 크기는 노즐 형성 기판(110)의 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 축소될 수 있다.
유로 형성 기판(120)은 노즐 형성 기판(110)과 마찬가지로 단결정의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 그러나 유로 형성 기판(120)은 필요에 따라 SOI(Silicon on insulator) 기판으로 이루어질 수 있다. 이 경우 유로 형성 기판(120)은 실리콘 기판과 다수의 절연 부재가 적층된 적층 구조물일 수 있다. 이와 같이 이루어진 유로 형성 기판(120)은 노즐 형성 기판(110)의 일면(상면)에 형성될 수 있다.
유로 형성 기판(120)에는 압력실(220), 리스트릭터(230), 매니폴드(240)가 형성될 수 있다. 아울러, 유로 형성 기판(120)에는 압력실(220)로부터 매니폴드(240)로 전파되는 압력파를 저감시키는 완충실(250)이 형성될 수 있다. 여기서, 압력실(220), 완충실(250), 매니폴드(240)는 진동 기판(130)의 일면(도 1 기준으로 하면)을 따라 동일 높이로 형성될 수 있다.
진동 기판(130)은 유로 형성 기판(120)에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 진동 기판(130)은 유로 형성 기판(120)의 일면(상면)에 형성될 수 있다. 진동 기판(130)은 진동층과 산화 방지층을 포함할 수 있다. 진동층은 단결정의 실리콘으로 이루어질 수 있다. 산화 방지층은 산화 방지층의 상부 표면에 형성되는 압전 소자의 세라믹 물질이 진동층으로 확산되는 것을 차단할 수 있다. 이와 같이 구성된 진동 기판(130)은 액추에이터(140)에 의해 발생하는 구동력을 압력실(220)로 전달할 수 있다.
액추에이터(140)는 진동 기판(130)의 상부에 형성될 수 있다. 액추에이터(140)는 압력실(220)의 길이와 폭에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 부연 설명하면, 액추에이터(140)의 길이는 압력실(220)의 길이와 동일하거나 이보다 클 수 있고, 액추에이터(140)의 폭은 압력실(220)의 폭과 동일하거나 이보다 클 수 있다.
액추에이터(140)는 하부 전극(142), 압전 소자(144), 상부 전극(146)을 포함할 수 있다. 하부 전극(142)은 진동 기판(130)의 상부에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 하부 전극(142)은 산화 방지층(134)의 상부 표면의 전 영역에 형성될 수 있다. 압전 소자(144)는 하부 전극(142)의 상부에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 압전 소자(144)는 압력실(220)의 대응하는 부분에 형성될 수 있다. 여기서, 압전 소자(144)의 길이 및 폭은 압력실(220)의 길이 및 폭과 동일할 수 있다. 상부 전극(146)은 압전 소자(144)의 상부에 형성될 수 있다. 여기서, 상부 전극(146)의 크기는 압전 소자(144)의 크기와 동일할 수 있다. 그러나 상부 전극(146)과 하부 전극(142) 간의 합선을 방지하기 위해, 상부 전극(146)은 압전 소자(144)보다 작게 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 액추에이터(140)는 하부 전극(142)과 상부 전극(146)을 통해 공급되는 전류 신호에 의해 압전 소자(144)가 변형됨으로써 구동력을 발생시킬 수 있다.
압력실(220)은 소정의 체적을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 압력실(220)은 액추에이터(140)의 1회 작동에 의해 토출될 수 있는 잉크의 체적과 동일하거나 또는 이보다 큰 체적을 가질 수 있다. 여기서, 전자는 잉크의 정량 토출에 유리할 수 있고, 후자는 잉크젯 프린트 헤드(100)의 연속 토출에 유리할 수 있다.
매니폴드(240)는 압력실(220)과 소정의 간격을 두고 형성되며, 리스트릭터(230)에 의해 압력실(220)과 연결될 수 있다. 매니폴드(240)는 유로 형성 기판(120)의 길이방향(도 2 기준으로 Y축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다. 즉, 매니폴드(240)는 유로 형성 기판(120)의 길이방향을 따라 일체로 형성되어, 다수의 압력실(220)과 동시에 연결될 수 있다. 매니폴드(240)는 도면에 도시되어 있지 않으나 잉크 공급 탱크와 연결될 수 있다. 따라서, 잉크 공급 탱크의 잉크는 매니폴드(240)를 통해 각각의 압력실(220)로 공급될 수 있다.
한편, 압력실(220)과 매니폴드(240)는 유로 형성 기판(120)의 두께와 동일한 깊이로 형성될 수 있다. 이 경우, 에칭 공정을 통한 압력실(220)과 매니폴드(240)의 형성이 용이할 수 있다.
완충실(250)은 압력실(220)와 매니폴드(240) 사이에 배치될 수 있다. 아울러, 완충실(250)은 진동 기판(130)의 아래쪽에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 완충실(250)은 압력실(220)로부터 매니폴드(240)로 전파되는 압력파를 저감시킬 수 있다. 부연 설명하면, 압력실(220)로부터 완충실(250)로 전파된 압력파는 완충실(250)의 위쪽에 배치된 진동 기판(130)을 진동시킬 수 있고, 이에 따라 점차 소멸될 수 있다.
이를 위해 완충실(250)은 상당한 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 완충실(250)의 길이(L2)는 압력실(220)의 길이(L1)보다 클 수 있다. 아울러, 완충실(250)의 위쪽에 배치된 진동 기판(130)은 부분적으로 얇은 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 완충실(250)의 상부를 덮는 진동 기판(130)의 영역은 다른 부분보다 얇게 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 잉크젯 프린트 헤드(100)는 압력실(220)로부터 매니폴드(240)로 전파되는 압력파가 완충실(250)를 지나면서 자연 소멸되므로, 노즐 간의 간격이 조밀한 고밀도 잉크젯 프린트 헤드에서 흔히 발생하는 혼선현상을 현저하게 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 잉크젯 프린트 헤드(100)에 따르면 고밀도 잉크젯 프린트 헤드의 토출 품질 및 성능을 향상시킬 수 있다.
다음에서는 본 발명의 다른 실시 예들에 대해 설명한다. 참고로, 이하에서 설명되는 실시 예에서 제1실시 예와 동일한 구성요소는 제1실시 예의 구성요소와 동일한 도면부호를 사용하고, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 설명한다.
본 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(100)는 복수의 완충실(250: 252, 254, 256)을 구비한 점에서 제1실시 예와 구별될 수 있다.
본 실시 예에서 완충실(250)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수 일 수 있다. 부연 설명하면, 완충실(250)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 완충실(252, 254, 256)이 직렬로 배치될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 완충실(252, 254)이 병렬로 배치될 수 있다.
이와 같이 구성된 잉크젯 프린트 헤드(100)는 각각의 완충실(252, 254, 256)에서 진동 기판(130)의 변형이 이루어질 수 있으므로, 완충실(250)을 통한 압력파 감쇄 효과를 극대화시킬 수 있다.
다음에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제3실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 설명한다.
본 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(100)는 완충실(250)에 복수의 돌기(270)가 형성된다는 점에서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시 예에 따른 완충실(250)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 돌기(270)를 포함할 수 있다. 여기서, 돌기(270)는 도 5에 도시된 바와 같이 완충실(250)의 폭 및 길이방향을 따라 소정의 높이로 형성될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 완충실(250)의 일 측면에서 타 측면으로 돌출될 수 있다.
이와 같이 구성된 잉크젯 프린트 헤드(100)는 완충실(250)의 돌기(270)가 압력파를 흡수하는 구실을 하므로, 진동 기판(130)의 변형을 야기하지 않는 작은 압력파도 효과적으로 감쇄할 수 있다.
다음에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 설명한다.
본 실시 예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 대체로 사다리꼴 형상의 단면 형상을 갖는 완충실(250)을 구비한 점에서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시 예에 따른 완충실(250)은 도 7에 도시된 바와 같이 압력실(220)로부터 매니폴드(240) 방향으로 갈수록 점진적으로 확장되는 단면 형상을 가질 수 있다.
이와 같이 구성된 잉크젯 프린트 헤드(100)는 압력실(220)로부터 매니폴드(240)로의 잉크의 유동 및 압력파의 전파를 효과적으로 억제시키면서도 식각 공정에 의한 완충실(250)의 형성이 용이한 장점이 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.
100 잉크젯 프린트 헤드
110 노즐 형성 기판
120 유로 형성 기판
130 진동 기판
140 액추에이터
210 노즐
220 압력실
230 리스트릭터
240 매니폴드
250 완충실
270 돌기

Claims (6)

  1. 노즐과 연결되는 압력실;
    상기 압력실에 잉크를 공급하는 매니폴드; 및
    상기 복수의 압력실과 상기 매니폴드 사이에 배치되고, 상기 압력실로부터 상기 매니폴드로 전파되는 압력파를 감소시키는 하나 이상의 완충실;
    을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력실과 상기 완충실은 진동기판의 일면을 따라 직렬로 배치되는 잉크젯 프린트 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 완충실은,
    상기 압력실의 길이방향을 따라 직렬로 배치되는 제1완충실과 제2완충실을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충실은,
    상기 압력실과 각각 연결될 수 있도록 병렬로 배치되는 제1완충실과 제2완충실을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 완충실은,
    상기 완충실의 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성되는 복수의 돌기를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 완충실은,
    상기 완충실의 길이방향을 따라 일 단에서 타 단으로 갈수록 확장되는 단면 형상을 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
KR1020130012427A 2013-02-04 2013-02-04 잉크젯 프린트 헤드 KR20140099700A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020528014A (ja) * 2017-07-15 2020-09-17 新科實業有限公司ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ． 薄膜圧電アクチュエータ

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