KR101113608B1 - 표면 탄성파 잉크젯 헤드 - Google Patents

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KR101113608B1 KR1020100016562A KR20100016562A KR101113608B1 KR 101113608 B1 KR101113608 B1 KR 101113608B1 KR 1020100016562 A KR1020100016562 A KR 1020100016562A KR 20100016562 A KR20100016562 A KR 20100016562A KR 101113608 B1 KR101113608 B1 KR 101113608B1
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김형찬
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 잉크가 주입되기 위한 주입구 및 상기 잉크가 토출되기 위한 토출구를 구비하는 헤드 본체와, 상기 주입구와 토출구에 연통되도록 상기 헤드 본체의 내부에 형성되며 상기 주입구로부터 유입된 잉크를 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되며, 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버 내부의 잉크를 이온화시키는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크만을 통과시키도록 상기 잉크를 필터링하는 필터, 및 상기 필터를 통과한 잉크가 상기 토출구까지 안내되도록 상기 필터와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드에 관한 것으로서, 헤드 본체 하부의 토출구를 통해 기화된 잉크를 상부에서 하부 방향으로 분사시킬 수 있는 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 구조를 제공한다.

Description

표면 탄성파 잉크젯 헤드{SURFACE ACOUSTIC WAVE INK-JET HEAD}
본 발명은 표면 탄성파를 이용하여 잉크를 기화시킨 후 분사함으로써 기판에 잉크를 인쇄하기 위한 표면 탄성파 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰, 휴대폰, 모니터, 디지털 TV 등에는 시각 정보를 표시하기 위한 디스플레이가 적용된다. 최근에는 이러한 디스플레이를 대화면화하면서도 고화질을 유지할 수 있도록 하기 위해 디스플레이의 제조 공정에 다양한 기술들이 적용되고 있다.
이러한 기술들의 일 예로서 표면 탄성파 잉크젯 기술을 들 수 있다. 예를 들어, 액정 패널의 글래스 기판에 배향막(액정 패널에서 액정의 방향을 결정하는 얇은 막)을 형성하는 공정에 잉크젯 기술이 채용될 수 있다. 액정 디스플레이의 배향막 형성에 표면 탄성파 잉크젯 기술을 이용하면, 막 두께의 균일성을 향상시켜 액정 패널의 화질을 향상시킬 수 있다.
이러한 표면 탄성파 잉크젯 기술에 사용되는 잉크젯 헤드의 경우, 일반적으로 액상의 잉크를 표면 탄성파 발생 장치에 의해 기화시킨 후 이를 분사하여 기판에 증착시키도록 구성된다. 기화된 잉크는 공기보다 상대적으로 밀도가 작으므로,이에 의해 발생하는 상승 기류에 의해 잉크는 잉크젯 헤드의 아래에서 위 방향으로 분사된다. 즉, 잉크젯 헤드의 잉크가 지면으로부터 상측 방향으로 분사된다. 따라서, 기판 위에 여러가지 물질을 적층하거나 다른 생산 및 처리 공정을 연속적으로 진행해야할 경우, 잉크젯 공정을 위해 기판을 뒤집어야 한다. 이와 같이, 잉크의 분사가 잉크젯 헤드의 아래에서 위로 이루어지는 방식은 상기와 같은 공정들에 부적합한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기화된 잉크를 잉크젯 헤드의 상부에서 하부 방향으로 토출구를 통해 분사시킬 수 있는 구조의 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 잉크가 주입되기 위한 주입구 및 상기 잉크가 토출되기 위한 토출구를 구비하는 헤드 본체와, 상기 주입구와 토출구에 연통되도록 상기 헤드 본체의 내부에 형성되며 상기 주입구로부터 유입된 잉크를 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되며 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버 내부의 잉크를 이온화시키는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크만을 통과시키도록 상기 잉크를 필터링하는 필터, 및 상기 필터를 통과한 잉크가 상기 토출구까지 안내되도록 상기 필터와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 개시한다.
상기 토출구는 상기 헤드 본체의 하부에 형성되며, 상기 전기장은 상기 필터를 통과한 잉크를 지면 방향으로 이동시키도록 형성될 수 있다.
상기 액츄에이터는 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체(piezoelectrics)로 형성될 수 있다.
상기 필터는 상기 챔버 내부의 잉크가 맺힐 수 있게 형성된 복수의 관통홀들을 구비할 수 있으며, 상기 관통홀들은 메쉬 형태로 필터 상에 배열 가능하다.
상기 필터는 상기 액츄에이터의 측면에 설치되며, 상기 액츄에이터의 동작에 의해 진동하도록 구성될 수 있다.
상기 전기장 형성부는 상기 필터에 형성되는 제1전극과, 상기 토출구의 일측에 장착되는 도전성 재질의 제2전극, 및 상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 잉크를 수용하기 위한 챔버를 구비하는 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 하부에 형성되며, 상기 챔버 내부의 잉크를 지면 방향으로 토출시키기 위한 토출구와, 상기 상기 챔버의 내부에 설치되며, 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버 내부의 잉크를 이온화시키는 액츄에이터, 및 상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크가 상기 토출구까지 안내되도록 상기 액츄에이터와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 개시한다.
상기 전기장 형성부는 상기 액츄에이터에 형성되는 제1전극과, 상기 토출구의 일측에 설치되는 도전성 재질의 제2전극, 및 상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 액츄에이터에 의해 기화(이온화)된 잉크를 전기장 형성부에 의해 형성된 전기장을 이용하여 잉크젯 헤드의 하부 방향으로 유도시킬 수 있으므로, 기화된 잉크를 지면 방향으로 잉크를 분사시킬 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
상기와 같은 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 구성에 따르면, 본 발명의 잉크젯 헤드는 기판 위에 여러가지 물질을 적층하거나 여러가지 공정을 연속적으로 진행해야할 경우에도 효율적인 공정 수행이 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 표면 탄성파 발생 장치인 액츄에이터와 고전압을 공급할 수 있는 장치인 필터를 헤드 본체 내에 동시에 구성하여 일체화된 잉크젯 헤드를 제공할 수 있다.
도 1은 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 내부 구성을 보인 단면 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 필터의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태를 나타내는 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 단면도.
이하, 본 발명과 관련된 잉크젯 헤드에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 보인 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 내부 구성을 보인 단면 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 헤드 본체(110), 챔버(120), 액츄에이터(130), 및 필터(140)를 포함한다.
헤드 본체(110)는 잉크젯 헤드의 외관을 형성하며, 외부에서 공급된 잉크를 임시 수용하기 위한 공간을 제공하는 기능을 한다. 헤드 본체(110)는 절연성 재질로서 합성 수지 등의 재질로 형성 가능하다. 본 발명에 적용되는 잉크는 전도성 잉크, 유기 화합물 잉크 등 다양한 종류의 잉크가 사용될 수 있다.
헤드 본체(110)에는 잉크가 주입되기 위한 주입구(111)와, 잉크가 토출되기 위한 토출구(112)가 구비된다. 주입구(111)는 튜브를 통해 잉크 공급 장치에 연결될 수 있으며, 토출구(112)는 헤드 본체(110)의 하부(예를 들어,바닥)에 형성된다. 헤드 본체(110) 내부의 잉크는 헤드 본체(110)의 바닥으로부터 지면 방향으로 토출된다.
본 실시예는 주입구(111)가 헤드 본체(110)의 측면에 형성된 것을 예시하고 있으나, 주입구(111)가 헤드 본체(110)의 상면에 형성되는 것도 가능하다.
챔버(120)는 주입구(111)로부터 주입된 잉크를 임시적으로 수용하기 위한 공간을 말한다. 챔버(120)는 헤드 본체(110)의 내부에 형성되며, 주입구(111)와 토출구(112)에 연통되도록 형성된다.
액츄에이터(130)는 전기적 신호에 의해 진동하여 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave)를 발생시킨다. 챔버(120) 내부의 잉크는 이러한 표면 탄성파에 의해 진동하여 이온화되며, 액상의 잉크는 이온화됨에 따라 기체로 상변화되게 된다.
액츄에이터(130)는 외부로부터 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체(piezoelectrics)로 형성 가능하다. 이러한 압전체의 대표적인 예로서 압전 세라믹을 들 수 있다.
액츄에이터(130)는 챔버(120)의 내벽에 설치될 수 있으며, 외부로부터 전압이 인가되면 상하 방향으로 반복적으로 변형되도록 구성된다. 액츄에이터(130)는 일정한 주파수를 가지고 반복적으로 변형되며, 그에 따라 액츄에이터(130)의 표면 주변에 기계적인 파장을 갖는 표면 탄성파가 발생하게 되는 것이다. 본 실시예에 따르면, 액츄에이터(130)는 챔버(120)의 양 내측벽에 한쌍으로 장착되며, 액츄에이터(130)의 진동 주파수로서 수 메가헤르쯔(Mhz)를 사용하였다.
필터(140)는 챔버(120) 내부의 잉크를 필터링하기 위한 것으로서, 필터(140)의 상측의 잉크 중 이온화가 완료된 잉크만을 필터(140)의 하측으로 통과시킨다. 필터(140)는 액츄에이터(130)의 측면에 장착될 수 있으며, 액츄에이터(130)가 동작하여 진동함에 따라 필터(140)도 함께 진동하게 된다. 본 실시예는 필터(140)가 한쌍의 액츄에이터(130)들의 사이에 장착된 것을 예시하고 있다.
이하, 도 3을 참조하여 필터(140) 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 도 2에 도시된 필터의 평면도이다.
도 3과 같이, 필터(140)는 복수의 관통홀(141)들이 형성된 플레이트 형태를 가질 수 있다. 관통홀(141)들은 메쉬(mesh) 형태로서 서로 일정한 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 이러한 관통홀(141)들은 챔버(120) 내부의 잉크가 맺힐 수 있게 형성된다.
필터(140) 상측의 잉크는 필터(140)의 상면에 접해 있으며, 그 중 일부는 모세관 현상에 의해 관통홀(141) 내부에 맺히게 된다. 필터(140) 상측의 잉크는 그 표면 장력에 의해 관통홀(141)을 통과하지 못한다.
관통홀(141)의 크기는 잉크의 특성에 따라 결정되며, 관통홀(141)은 수 마이크로미터(㎛)에서 수 나노미터(nm)의 크기를 가질 수 있다. 이러한 관통홀(141)들을 갖는 필터(140)는 '마이크로 메쉬' 또는 '나노 메쉬'로도 지칭될 수 있다.
필터(140)는 이하에서 설명되는 바와 같이 전압을 인가할 수 있도록 도전성 재질, 예를 들어, 금속 재질로 형성 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태를 나타내는 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 필터(140)와 토출구(112)의 사이{또는, 액츄에이터(130)와 토출구(112)의 사이)의 공간에 전기장(E)을 형성시키는 전기장 형성부(150)를 포함한다. 전기장 형성부(150)는 전기장(E)을 형성시킴으로써 필터(140)를 통과한 이온화된 잉크가 토출구(112)까지 안내되도록 한다. 즉, 이온화된 잉크는 전기장(E)의 전기력에 의해 토출구(112)까지 이동하게 된다.
이러한 전기장(E)은 필터(140)를 통과한 이온화된 잉크를 아래 방향(즉, 지면 방향)으로 이동시키도록 형성된다. 예를 들어, 도 4의 도시와 같이 이온화된 잉크가 양의 극성을 갖는 경우, 전기장(E)은 아래 방향을 향하도록 형성된다. 만약, 이온화된 잉크가 음의 극성을 갖는다면, 전기장(E)을 반대 방향으로 형성시켜야 할 것이다. 이온화된 잉크의 극성은 잉크의 종류에 따라 달라지며, 이에 따른 이온화된 잉크의 극성에 따라 전기장(E)의 형성 방향을 달리하도록 설정 가능하다.
전기장 형성부(150)는 필터(140)에 형성되는 제1전극(151)과, 토출구(112)의 일측에 장착되는 제2전극(152), 및 제1 및 제2전극(151,152)에 전기적으로 연결되는 전극 인가부(153)를 포함할 수 있다.
제1전극(151)은 필터(140) 상에 형성되는 바, 도 4에서는 제1전극의 도면부호인 151을 필터의 도면부호인 140의 괄호 상에 병기하였다. 필터(140)는 전극으로서의 기능을 할 수 있도록 도전성 재질로 형성된다.
제2전극(152)은 도전성 재질의 플레이트 또는 링 형태를 가질 수 있으며, 헤드 본체(110)의 하부에 장착될 수 있다. 제2전극(152)은 한 쌍으로 형성 가능하며, 이들 사이의 공간에 의해 토출구(112)가 형성될 수 있다. 여기서, 토출구(112)의 크기를 조절함으로써 이온화된 잉크의 분사량을 조절할 수 있다.
전극 인가부(153)는 제1 및 제2전극(151,152) 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 제1 및 제2전극(151,512) 중 다른 하나에 음극을 인가한다. 예를 들어, 도 4와 같이 전기장(E)의 방향을 아래로 형성시킬 경우, 전극 인가부(153)는 제1전극(151)에 양극을 인가하고 제2전극(152)에 음극을 인가하도록 구성된다. 반대로, 전기장(E)의 방향을 위로 형성시킬 경우, 전극 인가부(153)는 도 4의 경우와 반대로 제1전극(151)에 음극을 인가하고 제2전극(152)에 양극을 인가하도록 구성된다.
전극 인가부(153)는 제1 및 제2전극(152)에 전선 등에 의해 전기적으로 연결된다. 필터(140)와 액츄에이터(130)가 전기적으로 연결되어 있으므로, 도 4는 전극 인가부(153)가 액츄에이터(130)에 연결되어 있는 것을 예시하고 있으며, 이러한 경우 액츄에이터(130)도 도전성 재질로 형성된다. 다만, 전극 인가부(153)가 필터(140)에 직접 연결되는 것도 가능하다.
이하, 이상의 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 구성에 대한 설명을 근거로 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 주입구(111)에 연결된 잉크 공급 장치를 동작시켜 챔버(120)의 내부로 액상의 잉크(115, 이하, '잉크액')을 주입시킨다. 이에 따라, 잉크액(115)은 챔버(120)의 내부에 채워지게 된다. 여기서, 잉크액(115)은 필터(140)를 기준으로 상측까지만 채워지게 된다. 앞선 설명과 같이, 필터(140)의 관통홀(141)들은 잉크액(115)이 맺힐 수 있는 크기를 가지는 바, 잉크액(115)은 관통홀(141)을 통과하지 못하고 관통홀(141)에 맺히게 된다.
다음으로, 액츄에이터(130)를 동작시켜 액츄에이터(130) 및 필터(140)가 상하 방향으로 반복적으로 진동하도록 한다. 이에 따라, 관통홀(141)에 맺혀 있던 잉크액(115)이 진동에 의해 이온화되어 기체 상태로 전환되게 된다.
다음으로, 전극 인가부(153)를 동작시켜 제1전극(151)과 제2전극(152)에 양극과 음극을 각각 인가한다. 그에 따라, 필터(140)와 토출구(112)의 사이에 아래 방향의 전기장(E)이 형성된다.
이온화된 잉크는 밀도가 낮은 기체 상태이므로, 챔버(120)의 상부 영역으로 이동하려는 성질을 가진다. 전기장 형성부(150)에 의해 형성된 전기장(E)은 이온화된 잉크를 강제적으로 챔버(120)의 하부 영역으로 이동시킨다. 그에 따라, 이온화된 잉크가 토출구(112)까지 안내되는 것이다.
본 실시예는 이온화된 잉크가 양의 극성을 가지는 경우를 예시하고 있으며, 그에 따라 전기장의 방향이 아래 방향을 가지도록 제1 및 제2전극(151,152)에 각각 양극과 음극을 인가하였다. 만약, 이온화된 잉크가 음의 극성을 갖는 경우, 전기장의 방향이 반대가 되도록 제1 및 제2전극(151,152)에 각각 음극과 양극을 인가하면 될 것이다.
토출구(112)까지 안내되어진 잉크는 토출구(112)를 통해 아래 방향(즉, 지면 방향)으로 분사되게 되며, 인쇄 대상체(예를 들어, 기판)에 증착되게 된다.
이상에서는 필터(140)를 사용하여 잉크를 필터링하고 필터(140)와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 구성을 기초로 설명하였으나, 필터(140)를 사용하지 않는 구성도 가능하다. 이러한 경우, 잉크액(115)을 소량으로 계속적으로 주입하면서 잉크액(115)이 액츄에이터(130)에 도달하는 즉시 이온화되도록 해야 할 것이다. 아울러, 액츄에이터(130) 상에 제1전극(151)을 형성시킴으로써 액츄에이터(130)와 토출구(112) 사이의 공간에 전기장(E)이 형성되도록 한다.
이상에서 설명한 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 잉크가 주입되기 위한 주입구와, 상기 잉크가 토출되기 위한 토출구를 구비하는 헤드 본체;
    상기 주입구와 토출구에 연통되도록 상기 헤드 본체의 내부에 형성되며, 상기 주입구로부터 유입된 잉크를 수용하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버 내부의 잉크를 이온화시키는 액츄에이터;
    상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크만을 통과시키도록 상기 잉크를 필터링하는 필터; 및
    상기 필터를 통과한 잉크가 상기 토출구까지 안내되도록 상기 필터와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하고,
    상기 전기장 형성부는,
    상기 필터에 형성되는 제1전극;
    상기 토출구의 일측에 장착되는 도전성 재질의 제2전극; 및
    상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 헤드 본체의 하부에 형성되며,
    상기 전기장은 상기 필터를 통과한 잉크를 지면 방향으로 이동시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터는,
    메쉬 형태로 배열되며, 상기 챔버 내부의 잉크가 맺힐 수 있게 형성된 복수의 관통홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 상기 액츄에이터의 측면에 설치되며, 상기 액츄에이터의 동작에 의해 진동하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터 및 필터는 도전성 재질로 형성되어 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 전극 인가부는 상기 액츄에이터에 연결되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  7. 잉크를 수용하기 위한 챔버를 구비하는 헤드 본체;
    상기 헤드 본체의 하부에 형성되며, 상기 챔버 내부의 잉크를 지면 방향으로 토출시키기 위한 토출구;
    상기 상기 챔버의 내부에 설치되며, 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버 내부의 잉크를 이온화시키는 액츄에이터; 및
    상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크가 상기 토출구까지 안내되도록 상기 액츄에이터와 토출구 사이에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하고,
    상기 전기장 형성부는,
    상기 액츄에이터에 형성되는 제1전극;
    상기 토출구의 일측에 설치되는 도전성 재질의 제2전극; 및
    상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전체는 일정 주파수로 반복적으로 진동하여 표면 탄성파를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 액츄에이터의 측면에는 이온화된 잉크만을 통과시키도록 상기 잉크를 필터링하는 필터가 장착되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필터는,
    메쉬 형태로 배열되며, 상기 챔버 내부의 잉크가 맺힐 수 있게 형성된 복수의 관통홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.

KR1020100016562A 2010-02-24 2010-02-24 표면 탄성파 잉크젯 헤드 KR101113608B1 (ko)

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