KR100624443B1 - 일방향 셔터를 구비한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 - Google Patents

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Abstract

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와, 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터와, 다수의 압력 챔버 각각에 공급될 잉크를 담고 있는 매니폴드와, 매니폴드로부터 다수의 압력 챔버에 잉크를 공급하기 위한 다수의 리스트릭터와, 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐과, 다수의 리스트릭터 각각의 출구에 설치되는 다수의 일방향 셔터를 구비한다. 상기 일방향 셔터는 리스트릭터로부터 압력 챔버로 잉크가 공급될 때에는 리스트릭터를 개방시키고, 압력 챔버로부터 노즐을 통해 잉크가 토출될 때에는 리스트릭터를 막아 잉크의 역류를 차단한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 일방향 셔터에 의해 잉크의 역류가 차단되므로, 일정한 부피의 잉크 액적을 토출하는데 필요한 진동판의 면적과 압력 챔버의 크기를 줄일 수 있어서 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 CPI를 증가시킬 수 있게 된다.

Description

일방향 셔터를 구비한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드{Piezo-electric type inkjet prihthead having one-way shutter}
도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 챔버의 길이 방향을 따른 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 압력 챔버, 리스트릭터 및 일방향 셔터의 상대적인 크기를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 노즐 배치를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 보여주는 부분 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서의 일방향 셔 터의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200...잉크젯 프린트헤드 101,201...매니폴드
102,202...리스트릭터 103,203...압력 챔버
104,204...댐퍼 105,205...노즐
107,207...진동판
111,112,113,211,212,213,214,215,216...유로 플레이트
120,220...셔터 플레이트 122,222...일방향 셔터
130,230...압전 액츄에이터
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CPI의 증가를 위해 압력 챔버의 크기를 줄일 수 있는 구조를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지나 직물 등 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄 매체의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기한 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1과 도 2에 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 함께 참조하면,
유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(13), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(11)가 형성되어 있으며, 노즐 플레이트(20)에는 다수의 압력 챔버(11) 각각에 대응하는 다수의 노즐(22)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(30)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(13)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(11) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(13)로부터 압력 챔버(11) 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(11)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(13)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 이러한 압력 챔버(11)는 압전 액츄에이터(30)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로 플레이트(10)의 압력 챔버(11) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(30)에 의해 변형되는 진동판(14)의 역할을 하게 된다.
이러한 구성을 가진 종래의 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(30)의 구동에 의해 진동판(14)이 변형되면 압력 챔버(11)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(11) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버 (11) 내의 잉크는 노즐(22)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(30)의 구동에 의해 진동판(14)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(11)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(13)로부터 리스트릭터(12)를 통해 압력 챔버(11) 내로 유입된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 이용하여 화상을 인쇄하는 데 있어서, 화상의 해상도는 인치당 노즐의 수에 크게 영향을 받는다. 여기에서, 인치당 노즐의 수는 일반적으로 CPI(Channel per Inch)로 나타내어지며, 화상의 해상도는 일반적으로 DPI(Dot per Inch)로 나타내어진다.
그런데, 도 1과 도 2에 도시된 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 노즐(22)을 통해 토출되는 잉크 액적의 부피는 진동판(14)의 변위에 크게 영향을 받는다. 즉, 진동판(14)의 변위가 클수록 토출되는 잉크 액적의 부피가 커지게 되며, 진동판(14)의 변위가 작을수록 잉크 액적의 부피는 작아지게 되는 것이다. 그리고, 이러한 진동판(14)의 변위는 진동판(14)의 면적에 영향을 받으며, 진동판(14)의 면적은 압력 챔버(11)의 크기에 좌우된다. 그런데, 종래의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 압전 액츄에이터(30)의 구동에 의해 진동판(14)이 변형되면, 잉크는 노즐(22)을 통해 토출될 뿐만 아니라 리스트릭터(12)를 통해 매니폴드(13) 쪽으로 역류되기도 한다. 따라서, 일정한 부피를 가진 잉크 액적을 토출하기 위해서는 역류되는 잉크의 양을 고려하여 진동판(14)의 변위가 더 커져야 하고, 이에 따라 진동판(14)의 면적과 압력 챔버(11)의 크기가 커져야 한다.
압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 CPI는 인접한 노즐(22) 사이의 간격(DN)에 반비례하므로, 프린트헤드의 CPI를 증가시키기 위해서는 인접한 노즐(22) 사이의 간격(DN)을 줄여야 한다. 그러나, 상기한 구조를 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 전술한 바와 같은 이유로 인해 인접한 노즐(22) 사이의 간격(DN)을 줄이는 데에는 한계가 있다.
한편, 종래의 잉크젯 프린트헤드는 인쇄 매체, 예컨대 인쇄 용지의 이송 방향과 직교하는 방향, 즉 인쇄 용지의 폭 방향으로 왕복 이동하며, 상기 인쇄 용지 상에 화상을 인쇄하게 된다. 따라서, 종래의 잉크젯 프린트헤드는 인쇄 속도가 느린 단점을 가지고 있었다.
최근, 인쇄 용지의 폭과 동일한 길이를 가져서 인쇄 속도를 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드가 개발되고 있으며, 그 일예가 미국특허 US 6,003,971호에 개시되어 있다. 여기에 개시된 프린트헤드는 인쇄 용지의 폭 방향으로 멀티플 어레이 형태로 배열된 다수의 노즐을 가지고 있어서, 인쇄 용지의 폭 방향으로의 왕복 이동이 없이 인쇄 용지 상에 빠른 속도로 화상을 인쇄할 있는 장점이 있다. 이러한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 일반적으로 페이지-와이드(Page-Wide) 방식의 잉크젯 프린트헤드라고 한다.
그러나, 인쇄 용지의 폭 방향으로의 왕복 이동이 전혀 없이 충분히 높은 해상도의 화상을 인쇄하기 위해서는, 화상의 DPI와 동일한 CPI로 배열된 노즐들을 가진 프린트헤드가 필요하게 된다. 그러나, 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구조에 있어서는, 전술한 바와 같이 CPI를 증가시키는 데 한계가 있어서, 화상의 DPI와 동일한 수준의 CPI를 가진 프린트헤드의 구현은 어려운 실정이다.
따라서, 점차 보다 높은 해상도의 화상을 요구하는 최근의 추세를 충분히 만족시키기 위해서는 프린트헤드의 CPI를 증가시키는 지속적인 노력이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 잉크의 역류를 차단하는 일방향 셔터를 구비함으로써 CPI가 증가된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는,
토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버;
상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;
상기 다수의 압력 챔버에 공급될 잉크를 담고 있는 매니폴드;
상기 매니폴드로부터 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크를 공급하기 위한 다수의 리스트릭터;
상기 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐; 및
상기 다수의 리스트릭터 각각의 출구에 설치되는 것으로, 상기 리스트릭터로부터 상기 압력 챔버로 잉크가 공급될 때에는 상기 리스트릭터를 개방시키고, 상기 압력 챔버로부터 상기 노즐을 통해 잉크가 토출될 때에는 상기 리스트릭터를 막아 잉크의 역류를 차단하는 다수의 일방향 셔터;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 일방향 셔터는 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의한 압력 변화에 의해 휨 변형될 수 있도록 예컨대 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 두께를 가진 박판 형상으로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 일방향 셔터는 상기 리스트릭터의 출구를 완전히 덮을 수 있는 형상을 가진 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 일방향 셔터는 상기 리스트릭터의 출구 형상에 대응하여 사각형의 형상을 가진 것이 바람직하다. 그리고, 상기 리스트릭터의 폭은 상기 압력 챔버의 폭보다 좁으며, 상기 일방향 셔터의 폭은 상기 압력 챔버의 폭보다 좁고 상기 리스트릭터의 출구 폭보다 넓은 것이 바람직하다. 또한, 상기 일방향 셔터의 길이는 상기 리스트릭터의 출구 길이보다 긴 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 다수의 압력 챔버, 매니폴드, 다수의 리스트릭터 및 다수의 노즐은 적층된 복수의 유로 플레이트에 형성되고, 상기 다수의 일방향 셔터는 박판 형상의 셔터 플레이트에 형성되며, 상기 셔터 플레이트는 상기 복수의 유로 플레이트 중 상기 다수의 압력 챔버가 형성된 유로 플레이트와 상기 다수의 리스트릭터가 형성된 유로 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 유로 플레이트는 각각 실리콘 기판 또는 금속 박판으로 이루어질 수 있으며, 상기 셔터 플레이트는 금속 박판으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 금속 박판은 스테인레스 강판인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 프린트헤드는 인쇄 매체의 폭에 대응하는 길이를 가질 수 있으며, 상기 다수의 노즐은 상기 프린트헤드의 길이 방향을 따라 멀티플 어레이 형태로 배열될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 보여주는 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 압력 챔버, 리스트릭터 및 일방향 셔터의 상대적인 크기를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드(100)는, 다수의 압력 챔버(103)를 포함하는 잉크 유로와, 상기 다수의 압력 챔버(103) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(130)와, 상기 잉크 유로 내에 설치되어 잉크의 역류를 차단하는 다수의 일방향 셔터(one-way shutter, 122)를 구비한다.
상기한 잉크 유로는, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 다수의 압력 챔버(103)와, 상기 다수의 압력 챔버(103)에 공급 될 잉크를 담고 있는 매니폴드(101)와, 상기 매니폴드(101)로부터 상기 다수의 압력 챔버(103) 각각에 잉크를 공급하기 위한 다수의 리스트릭터(102)와, 상기 다수의 압력 챔버(103)로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(105)을 포함한다. 그리고, 압력 챔버(103)와 노즐(105) 사이에는 압전 액츄에이터(130)에 의해 압력 챔버(103)에서 발생된 에너지를 노즐(105)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(104)가 마련될 수 있다.
이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 적층된 복수의 유로 플레이트(111, 112, 113)에 형성된다. 예컨대, 상기 복수의 유로 플레이트(111, 112, 113)는 도시된 바와 같이 제1 유로 플레이트(111), 제2 유로 플레이트(112) 및 제3 유로 플레이트(113)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 유로 플레이트(111)의 저면에 상기 다수의 압력 챔버(103)가 소정 깊이로 형성된다. 상기 다수의 압력 챔버(103)는 나란히 배열되어 있으며, 그 각각은 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 유로 플레이트(111)의 상기 압력 챔버(103)의 상부벽을 이루는 부위는 상기 압전 액츄에이터(130)의 구동에 의해 변형되는 진동판(107)의 역할을 하게 된다.
상기 제2 유로 플레이트(112)에 상기 매니폴드(101)가 형성된다. 상기 매니폴드(101)는, 도시된 바와 같이 제2 유로 플레이트(112)를 수직으로 관통하여 형성될 수도 있고, 제2 유로 플레이트(112)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수도 있다. 그리고, 상기 제2 유로 플레이트(112)에는 매니폴드(101)와 다수의 압력 챔 버(103) 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터(102)가 형성된다. 상기 리스트릭터(102)는, 도시된 바와 같이 상기 제2 유로 플레이트(112)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 유로 플레이트(112)에는 다수의 압력 챔버(103) 각각의 타단부에 대응되는 위치에 압력 챔버(103)와 노즐(105)을 연결하는 댐퍼(104)가 수직으로 관통 형성된다.
상기 제3 유로 플레이트(113)에는 상기 댐퍼(104)에 대응되는 위치에 노즐(105)이 관통 형성된다. 그리고, 상기 노즐(105)은, 출구쪽으로 가면서 점차 단면적이 감소하는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 세 개의 유로 플레이트(111, 112, 113)는 각각 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 기판의 표면을 반도체 공정에 의해 미세 가공함으로써 상기한 잉크 유로를 다양하게 형성할 수 있게 된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 세 개의 유로 플레이트(111, 112, 113) 각각은 상기 실리콘 기판이 아니더라도 가공성이 우수한 다른 기판으로 이루어질 수도 있다.
한편, 위에서는 잉크 유로를 이루는 구성 요소들이 세 개의 유로 플레이트(111, 112, 113)에 나뉘어져 배치된 것으로 도시되고 설명되었지만, 이러한 잉크 유로의 배치 구조는 단지 예시적인 것이다. 즉, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드(100)에는 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있으며, 이러한 잉크 유로는 세 개의 유로 플레이트(111, 112, 113)가 아니라 그 보다 많은 유로 플레이트에 형성될 수도 있다.
상기 압전 액츄에이터(130)는, 상기 압력 챔버(103)가 형성된 제1 유로 플레이트(111)의 상부에 형성되어, 상기 압력 챔버(103)에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 이러한 압전 액츄에이터(130)는, 도시되지는 않았지만 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극이 제1 유로 플레이트(111) 위에 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
그리고, 본 발명의 특징부로서, 상기 다수의 리스트릭터(102) 각각의 출구에 상기한 다수의 일방향 셔터(122)가 설치된다. 상기 일방향 셔터(122)는 상기 리스트릭터(102)로부터 상기 압력 챔버(103)로 잉크가 공급될 때에는 리스트릭터(102)를 개방시키고, 상기 압력 챔버(103)로부터 상기 노즐(105)을 통해 잉크가 토출될 때에는 상기 리스트릭터(102)를 막아 잉크의 역류를 차단하는 역할을 하게 된다. 이와 같은 일방향 셔터(122)의 작동에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명된다.
이와 같이, 상기 일방향 셔터(122)에 의해 잉크의 역류가 차단되면, 일정한 부피의 잉크 액적을 토출하는데 필요한 진동판(107)의 면적과 압력 챔버(103)의 크기를 종래에 비해 줄일 수 있게 된다. 따라서, 인접한 노즐(105) 사이의 간격도 줄어 들게 되므로, 프린트헤드(100)의 CPI가 종래에 비해 증가될 수 있다.
상기한 바와 같은 역할을 하는 다수의 일방향 셔터(122)는 박판 형상의 셔터 플레이트(120)에 형성된다. 그리고, 상기 셔터 플레이트(120)는 상기 다수의 압력 챔버(103)가 형성된 제1 유로 플레이트(111)와 상기 다수의 리스트릭터(102)가 형성된 제2 유로 플레이트(112) 사이에 배치된다.
상기 일방향 셔터(122)는 후술하는 바와 같이 상기 압전 액츄에이터(130)의 구동에 의한 압력 챔버(103) 내의 압력 변화에 의해 휨 변형되면서 그 역할을 수행하게 된다. 따라서, 이를 위해 상기 일방향 셔터(122)는 상기 압력 변화에 의해 영구 변형이 일어나지 않는 한도 내에서 쉽게 탄성 변형이 가능하도록 가능한 한 얇은 두께, 예컨대 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 일방향 셔터(122)는 소정의 탄성을 가진 금속 재료, 바람직하게는 탄성 뿐만 아니라 잉크에 대한 내식성을 가진 스테인레스 강으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 일방향 셔터(122)가 형성된 상기 셔터 플레이트(120)도 금속 박판, 바람직하게는 스테인레스 강판으로 이루어지게 된다.
그리고, 상기 일방향 셔터(122)는 상기 리스트릭터(102)의 출구를 완전히 덮을 수 있는 형상과 크기를 가진 것이 바람직하다. 이 경우, 잉크의 역류를 완전히 차단할 수 있기 때문이다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 일방향 셔터(122)는 상기 리스트릭터(102)에 대응되는 형상, 예컨대 사각형의 형상을 가진다.
상기 리스트릭터(102)의 폭(WR)은 상기 압력 챔버(103)의 폭(WC)보다 좁게 형성된다. 그리고, 상기 일방향 셔터(122)는 상기 압력 챔버(104) 내에서 자유롭게 휨 변형될 수 있도록, 그 폭(WS)이 상기 압력 챔버(103)의 폭(WC)보다 좁게 형성된다. 또한, 상기 일방향 셔터(122)는 상기 리스트릭터(102)의 출구를 완전히 덮을 수 있도록, 그 폭(WS)은 상기 리스트릭터(102)의 출구 폭(WR)보다 넓게 형성되고, 그 길이(LS)는 상기 리스트릭터(102)의 출구 길이(LR)보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 리스트릭터(102)의 출구는 상기 리스트릭터(102)와 압력 챔버(103)가 겹쳐지는 부분으로 정의된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 방식 잉크젯 프린트헤드의 노즐 배치를 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 보여주는 부분 단면도이다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명은 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드(200)에도 적용될 수 있다. 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드(200)는 인쇄 매체, 예컨대 인쇄 용지의 이송 방향에 대해 직교하는 방향, 즉 인쇄 용지의 폭 방향에 대응되는 길이를 가진다. 그리고, 상기 잉크젯 프린트헤드(200)에는 다수의 노즐(205)이 프린트헤드(200)의 길이 방향을 따라 멀티플 어레이 형태로 배열된다.
다음으로 도 7을 참조하면, 상기 프린트헤드(200)의 단면 구조는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드(100)의 단면 구조와 거의 동일하다. 따라서, 이하에서는 이들 사이의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
잉크 유로를 구성하는 매니폴드(201), 다수의 리스트릭터(202), 다수의 압력 챔버(203), 다수의 댐퍼(204) 및 다수의 노즐(205)은 적층된 6 개의 유로 플레이트(211 ~ 216)에 형성된다.
구체적으로, 제1 유로 플레이트(211)에는 상기 다수의 압력 챔버(203)가 관통 형성된다. 상기 제1 유로 플레이트(211)의 저면에는 제2 유로 플레이트(212)가 부착되며, 상기 제2 유로 플레이트(212)에는 상기 다수의 리스트릭터(202)가 관통 형성된다. 그리고, 상기 제2 유로 플레이트(212)에는 상기 댐퍼(204)의 상단부가 형성된다. 상기 제2 유로 플레이트(212)의 저면에는 제3 유로 플레이트(213)가 부착되며, 여기에는 상기 매니폴드(201)의 상부와 상기 댐퍼(204)의 중간 부분이 형성된다. 상기 제3 유로 플레이트(213)의 저면에는 제4 유로 플레이트(214)가 부착되며, 상기 제4 유로 플레이트(214)에는 상기 매니폴드(201)의 하부와 상기 댐퍼(204)의 하부가 형성된다. 상기 제4 유로 플레이트(214)의 저면에는 제5 유로 플레이트(215)가 부착되며, 여기에는 다수의 노즐(205)이 관통 형성된다. 상기 제1 유로 플레이트(211) 위에는 상기 압력 챔버(203)를 덮는 제6 유로 플레이트(216)가 부착되며, 이는 진동판(207)의 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 제6 유로 플레이트(216)의 상부에는 상기 진동판(207)을 변형시키는 압전 액츄에이터(230)가 형성된다.
상기한 바와 같이 구성된 여섯 개의 유로 플레이트(211 ~ 216)는, 비교적 긴 길이를 가진 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드(200)의 강도를 유지할 수 있도록 금속 박판, 바람직하게는 잉크에 대한 내식성을 가진 스테인레스 강판으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 스테인레스 강판을 에칭, 펀칭 또는 레이저 가공함으로써 상기한 잉크 유로를 다양하게 형성할 수 있다. 그리고, 상기 스테인레스 강판들은 브레이징(brazing)에 의해 서로 부착될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 잘 알려진 다양한 가공 방법과 다양한 부착 방법이 적용될 수 있을 것이다.
한편, 위에서는 잉크 유로를 이루는 구성 요소들이 여섯 개의 유로 플레이트(211 ~ 216)에 나뉘어져 배치된 것으로 도시되고 설명되었지만, 이러한 잉크 유로의 배치 구조는 단지 예시적인 것이다. 즉, 전술한 바와 마찬가지로 상기 잉크젯 프린트헤드(200)에는 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있으며, 이러한 잉크 유로는 여섯 개의 유로 플레이트(211 ~ 216)가 아니라 이 보다 많거나 적은 유로 플레이트에 형성될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 특징부로서, 상기 다수의 리스트릭터(202) 각각의 출구에 설치되어 잉크의 역류를 차단하는 다수의 일방향 셔터(222)는 박판 형상의 셔터 플레이트(220)에 형성된다. 그리고, 상기 셔터 플레이트(220)는 상기 다수의 압력 챔버(203)가 형성된 제1 유로 플레이트(211)와 상기 다수의 리스트릭터(202)가 형성된 제2 유로 플레이트(212) 사이에 배치된다. 상기 일방향 셔터(222)의 형상과 크기 및 두께는 전술한 바와 같다. 그리고, 상기 셔터 플레이트(220)도 전술한 바와 같이 금속 박판, 예컨대 스테인레스 강판으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드(200)는 다수의 스테인레스 박판을 적층함으로써 쉽게 제조될 수 있으며, 잉크의 역류를 방지하는 일방향 셔터(222)를 구비함으로써 전술한 바와 마찬가지로 인접한 노즐(205) 사이의 간격을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드(200)는 그 CPI가 화상의 DPI에 근접 내지 일치되도록 증가될 수 있어서, 인쇄 용지의 폭 방향으로의 왕복 이동이 최소화 또는 필요 없게 되므로, 보다 빠른 인쇄 속도를 구현할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 4, 도 8a 및 도 8b를 참조하며, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서의 일방향 셔터의 작동을 설명하기로 한다. 도 4에 도시된 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드와 도 7에 도시된 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드에서의 일방향 셔터의 작동은 동일하므로, 이하에서는 도 4에 도시된 잉크젯 프린트헤드를 기준으로 그 일방향 셔터의 작동이 설명된다.
먼저 도 4를 참조하면, 압전 액츄에이터(130)의 구동이 없는 경우에는 압력 챔버(103) 내부의 압력 변화가 없으므로, 일방향 셔터(122)는 변형되지 않고 원래의 편평한 상태를 유지한다.
다음으로 도 8a를 참조하면, 잉크의 토출을 위해 압전 액츄에이터(130)가 구동되면, 그 아래의 진동판(107)이 변형되면서 압력 챔버(103)의 부피가 감소하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(103) 내의 압력 증가에 의해 압력 챔버(103) 내의 잉크는 댐퍼(104)와 노즐(105)을 통해 외부로 토출된다. 이 때, 압력 챔버(103) 내의 압력 증가로 인해 일방향 셔터(122)는 아래쪽으로 휨 변형되면서 리스트릭터(102)의 출구를 막게 되므로, 압력 챔버(103)로부터 리스트릭터(102)로 향하는 잉크의 역류는 완전히 차단될 수 있다.
잉크의 토출이 이루어진 후, 도 8b에 도시된 바와 같이, 진동판(107)이 원 상태로 복원되면, 압력 챔버(103)의 부피가 증가하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(103) 내의 압력 변화에 의해 일방향 셔터(122)는 위쪽으로 휨 변형되면서 리스트릭터(102)의 출구를 개방하게 된다. 따라서, 매니폴드(101)에 저장된 잉크가 리스트릭터(102)를 통해 압력 챔버(103) 내로 유입된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드(100)에 있어서는, 상기 압력 챔버(103) 내의 압력 변화에 의해 상기 일방향 셔터(122)가 휨 변형되면서 리스트릭터(102)의 출구를 막거나 개방하게 되고, 이에 따라 잉크의 역류가 차단될 수 있으며 또한 잉크의 공급이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 일방향 셔터에 의해 잉크의 역류를 차단할 수 있어서, 일정한 부피의 잉크 액적을 토출하는데 필요한 진동판의 면적과 압력 챔버의 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 종래에 비해 증가된 CPI를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 보다 빠른 인쇄 속도를 가진 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드를 용이하게 구현할 수 있으며, 이러한 페이지-와이드 방식의 잉크젯 프린트헤드는 다수의 스테인레스 박판을 적층함으로써 쉽게 제조될 수 있다.

Claims (13)

  1. 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버;
    상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;
    상기 다수의 압력 챔버에 공급될 잉크를 담고 있는 매니폴드;
    상기 매니폴드로부터 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크를 공급하기 위한 다수의 리스트릭터;
    상기 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐; 및
    상기 다수의 리스트릭터 각각의 출구에 설치되는 것으로, 상기 리스트릭터로부터 상기 압력 챔버로 잉크가 공급될 때에는 상기 리스트릭터를 개방시키고, 상기 압력 챔버로부터 상기 노즐을 통해 잉크가 토출될 때에는 상기 리스트릭터를 막아 잉크의 역류를 차단하는 다수의 일방향 셔터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일방향 셔터는 박판 형상으로 형성되어 상기 압전 액츄에이터의 구동에 의한 압력 변화에 의해 휨 변형되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 일방향 셔터는 상기 리스트릭터의 출구를 완전히 덮을 수 있는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 일방향 셔터는 상기 리스트릭터의 출구 형상에 대응하여 사각형의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 리스트릭터의 폭은 상기 압력 챔버의 폭보다 좁으며, 상기 일방향 셔터의 폭은 상기 압력 챔버의 폭보다 좁고 상기 리스트릭터의 출구 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 일방향 셔터의 길이는 상기 리스트릭터의 출구 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 압력 챔버, 매니폴드, 다수의 리스트릭터 및 다수의 노즐은 적 층된 복수의 유로 플레이트에 형성되고,
    상기 다수의 일방향 셔터는 박판 형상의 셔터 플레이트에 형성되며,
    상기 셔터 플레이트는 상기 복수의 유로 플레이트 중 상기 다수의 압력 챔버가 형성된 유로 플레이트와 상기 다수의 리스트릭터가 형성된 유로 플레이트 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 유로 플레이트는 각각 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 셔터 플레이트는 금속 박판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 금속 박판은 스테인레스 강판인 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 유로 플레이트와 상기 셔터 플레이트는 각각 금속 박판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 금속 박판은 스테인레스 강판인 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 인쇄 매체의 폭에 대응하는 길이를 가지며, 상기 다수의 노즐은 상기 프린트헤드의 길이 방향을 따라 멀티플 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
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