KR101069927B1

KR101069927B1 - 잉크젯 헤드

Info

Publication number: KR101069927B1
Application number: KR1020090015987A
Authority: KR
Inventors: 김범석; 정재우; 양주환; 유영석
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2011-10-05
Also published as: US20100214368A1; KR20100096905A; JP2010195031A

Abstract

잉크젯 헤드가 개시된다. 잉크가 수용되는 챔버, 잉크가 토출되도록 챔버와 결합되는 노즐, 챔버의 노즐과 대향하는 측에 형성되는 멤브레인, 멤브레인을 변형시키도록 멤브레인 상에 결합되는 제1 구동부 및 멤브레인을 변형시키도록 챔버의 일측에 결합되는 제2 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드는, 박막형 구동부를 가지면서도 필요한 멤브레인의 변위를 확보할 수 있다.

잉크젯 헤드, 박막, 압전, 멤브레인

Description

잉크젯 헤드{Ink-Jet Head}

본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 전기적인 신호를 물리적인 힘으로 변환하여 노즐을 통해 잉크 액적을 토출 함으로써 인쇄를 수행할 수 있는 장치이다. 잉크젯 헤드는 챔버, 리스트릭터, 노즐, 압전체 등의 다양한 부품을 각각의 층에 가공하여, 이들을 서로 접합하는 방식으로 제작될 수 있다.

최근 들어 잉크젯 헤드는 기존의 종이 및 섬유에 인쇄하는 그래픽 잉크젯 산업뿐만 아니라 프린트 기판, LCD 패널 등의 전자 부품 제작에도 그 적용이 확대되고 있다.

그에 따라, 기존의 그래픽 프린팅에 비하여 기능성 잉크를 정확하고 정밀하게 토출 시켜야 하는 전자부품용 잉크젯 프린팅 기술에는 기존의 잉크젯 헤드에서는 요구되지 않았던 기능들이 요구된다. 액적의 토출 크기 및 속도의 편차 등이 기본적으로 요구되고, 이외에도 생산량을 증가시키기 위하여 고밀도의 노즐과 고 주파수 특성이 요구된다.

기존의 잉크젯 헤드의 구동은 챔버 위에 접합되어 있는 후막형 압전체의 압전특성을 이용하고 있다. 후막형 압전체의 경우 그 제작이 용이하고 압전 특성 또한 우수하나, 구동전압을 낮추기 위한 압전체의 두께를 낮출 경우 압전특성의 저하뿐 아니라 접합 및 다이싱(dicing) 공정에서의 어려움 때문에 후막형 압전체의 두께를 낮추는데 한계가 있다.

박막형 압전체를 사용할 경우 낮은 두께의 구동부를 구현할 수 있고 다이싱 공정 없이 증착과 패터닝을 통하여 원하는 구조의 제조가 가능하다. 하지만 후막형 압전체에 비해 월등히 낮은 압전특성 때문에 실제 잉크젯 토출을 위한 구동부로써 응용하는데 한계가 있다.

본 발명은 박막형 구동부를 가지는 잉크젯 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 잉크가 수용되는 챔버, 잉크가 토출되도록 챔버와 결합되는 노즐, 챔버의 노즐과 대향하는 측에 형성되는 멤브레인, 멤브레인을 변형시키도록 멤브레인 상에 결합되는 제1 구동부 및 멤브레인을 변형시키도록 챔버의 일측에 결합되는 제2 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드가 제공된다.

여기서, 제2 구동부는 챔버의 양측에 결합될 수 있으며, 제2 구동부는 챔버 의 측면을 포위할 수도 있다.

제1 구동부는 압전체를 포함할 수 있으며, 제1 구동부의 압전체는 양측으로 신축될 수 있다. 그리고, 제2 구동부는 압전체를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 제2 구동부의 압전체는 양측으로 신축될 수 있으며, 제2 구동부는 압전체의 양측으로 신축될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 박막형 구동부를 가지면서도 필요한 멤브레인의 변위를 확보할 수 있다.

본 발명의 특징, 이점이 이하의 도면과 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)는, 잉크가 수용되는 챔버(102), 잉크가 토출되도록 챔버(102)와 결합되는 노즐(104), 챔버(102)의 노즐(104)과 대향하는 측에 형성되는 멤브레인(106), 멤브레인(106)을 변형시키도록 멤브레인(106) 상에 결합되는 제1 구동부(110) 및 멤브레인(106)을 변형시키도록 챔버(102)의 일측에 결합되는 제2 구동부(120)를 포함함으로써, 박막형 구동부를 가지면서도 필요한 멤브레인(106)의 변위를 확보할 수 있다.

챔버(102)는 잉크젯 헤드(100)의 내부에 형성될 수 있으며, 잉크를 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 챔버(102)의 상측은 전체적으로 직육면체의 형상을 가지며, 챔버(102)의 하측은 노즐(104)을 향해 점차적으로 단면적이 감소하는 형상을 가진다.

노즐(104)은 잉크가 토출되도록 챔버(102)와 결합된다. 노즐(104)은 챔버(102)의 하측의 단면적이 점차적으로 감소되는 부분에 형성되며, 챔버(102)에 수용되는 잉크가 외부로 토출될 수 있는 통로를 제공할 수 있다.

멤브레인(106)은 챔버(102)의 노즐(104)과 대향하는 측에 형성된다. 멤브레인(106)은 얇은 박막의 형태를 가지며, 챔버(102)의 상측을 커버한다. 멤브레인(106)은 제1 구동부(110)에 의해 발생한 진동을 챔버(102) 내의 잉크에 전달하여 잉크가 도출되도록 할 수 있다.

제1 구동부(110)는 멤브레인(106)을 변형시키도록 멤브레인(106) 상에 결합된다. 제1 구동부(110)는 멤브레인(106) 상에 결합되는 하부전극(114), 하부전극(114) 상에 결합되는 압전체(112), 압전체(112) 상에 결합되는 상부전극(116)을 포함할 수 있다.

챔버(102)가 형성되는 잉크젯 헤드(100)의 몸체는 복수의 실리콘 웨이퍼를 적층하여 형성될 수 있으며, 하부전극(114)은 실리콘 웨이퍼 상에 백금(Pt)과 티타 늄(Ti)을 증착(deposit)하여 형성될 수 있다.

압전체(112)는 하부전극(114) 상에 압전재료(piezoelectric material)를 증착하여 박막형으로 형성될 수 있다. 증착으로 형성되는 박막형 압전체(112)는 후막형 압전체에 비해 상대적으로 낮은 구동전압으로도 동작이 가능하여, 잉크젯 헤드(100)의 구동전압을 낮출 수 있다. 결국, 박막형 압전체(112)는 잉크젯 헤드(100)의 전기적 특성을 개선시킬 수 있다.

상부전극(116)은 압전체(114) 상에 백금(Pt)를 증착하여 형성될 수 있다. 상부전극(116)과 하부전극(114)은 압전체가 동작 가능하도록 압전체(112)에 전기적 연결을 제공할 수 있다.

상부전극(116)과 하부전극(114)을 통해 압전체(112)에 전압이 인가되면, 압전체(112)는 그 양측으로 신장되도록 분극될 수 있다. 본 실시예의 압전체(112)는 정사각형의 박막의 형태를 가지고 있으므로, 압전체(112)에 전압이 인가되면 정사각형의 면적이 증가하도록 상하좌우의 네 방향으로 신장될 수 있다. 압전체(112)에 전압이 인가되지 않으면, 압전체(112)는 다시 원래의 형태로 돌아오며 수축될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)를 나타낸 평면도이다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 제2 구동부(120)는 멤브레인(106)을 변형시키도록 챔버(102)의 측면을 포위하고 있다.

제2 구동부(120)는 챔버(102)의 측벽(101)에 인접하여 형성되며, 챔버(102)의 측벽(101)을 포위하고 있다. 제2 구동부(120)의 하부전극(124)은 제1 구동 부(110)의 하부전극(114)과 같이 챔버(102)가 형성되는 잉크젯 헤드(100)의 실리콘 웨이퍼 상에 백금(Pt)과 티타늄(Ti)을 증착하여 형성될 수 있다.

제2 구동부(120)의 압전체(122)는 하부전극(124) 상에 압전재료(piezoelectric material)를 증착하여 박막형으로 형성될 수 있다. 증착으로 형성되는 박막형 압전체(124)는 후막형 압전체에 비해 상대적으로 낮은 구동전압으로도 동작이 가능하여, 잉크젯 헤드(100)의 구동전압을 낮출 수 있다.

제2 구동부(120)의 압전체(124) 상에 백금(Pt)를 증착하여 제2 구동부(120)의 상부전극(126)을 형성할 수 있다.

제2 구동부(120)에 구동전압이 인가되면, 제2 구동부(120)의 압전체(122)는 양측으로 신장된다. 제2 구동부(120)는 챔버(102)의 측벽(101)을 따라 환형의 형태를 가지고 있으므로, 제2 구동부(120)의 압전체(122)는 환형의 내 외측으로 신장될 수 있다.

결국, 제2 구동부(120)는 챔버(102)의 측벽(101)을 챔버(102)의 내측으로 밀어줌으로써, 제1 구동부(110)의 동작에 의해 멤브레인(106)이 상측으로 변형되는 것을 보조할 수 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)의 동작을 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(110)와 제2 구동부(120)에 전압이 인가되면, 제1 구동부(110)와 제2 구동부(120)의 압전체(112, 124)가 각각 양측으로 신장된다. 그러면, 챔버(102)의 상측의 멤브레인(106)은 챔버(102)의 상측을 향해 볼록하게 변형되고, 챔버(102)의 측벽(101)은 챔버(102)의 내측으로 수축되며 멤브레인(106)이 상측으로 볼록해지는 것을 돕게 된다. 결국, 챔버(102) 내부의 용적은 증가하게 된다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(110)와 제2 구동부(120)에 전압이 인가되지 않게 되면, 제1 구동부(110)와 제2 구동부(120)는 원래의 형태로 되돌아오게 되고, 멤브레인(106)과 챔버(102)의 측벽(101)은 원래의 형태로 돌아오게 된다. 결국, 챔버(102) 내부의 용적은 감소하게 되고, 잉크가 노즐(104)을 통해 잉크젯 헤드(100)의 외부로 토출될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)는 박막형 압전체(112, 124)를 이용하여 제1 구동부(110) 및 제2 구동부(120)를 구현하여, 잉크젯 헤드(100)의 구동전압을 낮추어, 잉크젯 헤드(100)의 전기적 특성을 개선하면서도, 챔버(102)의 측면에 형성되는 제2 구동부(120)를 구비하여 멤브레인(106)의 충분한 변위를 확보할 수 있게 되었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타낸 평면도.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 동작을 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 잉크젯 헤드 101: 측벽

102: 챔버 104: 노즐

106: 멤브레인 110: 제1 구동부

120: 제2 구동부

Claims

잉크가 수용되는 챔버;

상기 잉크가 토출되도록 상기 챔버와 결합되는 노즐;

상기 챔버의 상기 노즐과 대향하는 측에 형성되는 멤브레인;

상기 멤브레인을 변형시키도록 상기 멤브레인 상에 결합되며, 양측 방향으로 신축되는 제1 구동부; 및

상기 멤브레인을 변형시키도록 상기 챔버의 측면을 포위하여 형성되며, 양측 방향으로 신축되는제2 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드.
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제1항에 있어서,

상기 제1 구동부는 압전체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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제4항에 있어서,

상기 제2 구동부는 압전체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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