KR20060112870A - 압전 소자 및 이를 갖는 프린터 헤드 - Google Patents

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KR20060112870A
KR20060112870A KR1020050035558A KR20050035558A KR20060112870A KR 20060112870 A KR20060112870 A KR 20060112870A KR 1020050035558 A KR1020050035558 A KR 1020050035558A KR 20050035558 A KR20050035558 A KR 20050035558A KR 20060112870 A KR20060112870 A KR 20060112870A
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배종성
원민영
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삼성전자주식회사
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Abstract

튜브 형상의 압전 소자 및 이를 갖는 프린터 헤드가 개시된다. 압전 유닛은 제1 압전체, 제2 압전체 및 전압 인가 부재를 포함한다. 제1 압전체는 튜브 형상을 갖는다. 제2 압전체는 제1 압전체의 제1 개구에 끼워진다. 전압 인가 부재는 제1 압전체 및 제2 압전체에 각각 구동 전압을 인가한다. 오리피스 플레이트는 제1 압전체에 대응하는 제1 노즐 개구들 및 제2 압전체에 대응하는 제2 노즐 개구들이 형성된 몸체를 포함한다. 탄성 부재는 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들과 압전 유닛 사이에 배치되고, 압전 유닛의 변형에 상응하여 변형되어 노즐 개구를 통하여 잉크를 분사시킨다. 따라서, 프린터 헤드의 노즐 피치를 감소시킬 수 있다.
프린터, 헤드, 튜브, 압전, 노즐, 피치

Description

압전 소자 및 이를 갖는 프린터 헤드{PIEZOELECTRIC MEMBER AND PRINTER HEAD HAVING THE PIEZOELECTRIC MEMBER}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다.
도 1b는 도 1에 도시된 압전 소자의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터 헤드의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 오리피스 플레이트의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 일부 영역(A)의 확대도이다.
도 7은 도 4에 도시된 탄성 부재의 평면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 오리피스 플레이트를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프린터 헤드가 포함하는 오리피스 플레이트의 부분 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300 : 압전 소자 110, 120 : 압전 부재
370, 470 : 전압 인가 부재 400 : 압전 유닛
410, 430 : 압전체 500 : 오리피스 플레이트
505 : 몸체 510, 530 : 노즐 개구
520, 540 : 잉크 공급홈 600 : 프린터 헤드
650 : 탄성 부재
본 발명은 압전 소자 및 이를 갖는 프린터 헤드에 관한 것으로 보다 상세하게는, 튜브형 압전 소자 및 노즐 피치를 감소시킨 프린터 헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 헤드는 압전 소자를 잉크를 분사시키는 압력 생성도구로 이용하는 압전젯(Piezoelectric Jet) 방식과 기체의 압력으로 잉크를 분사시키는 버블젯(Bubble Jet) 방식이 사용된다.
상기 압전젯 방식의 잉크젯 헤드에는 반도체 박막 공정을 이용하여 미세 패턴 내지 박막층으로 헤드 구조물을 형성하는 박막(thin film) 진동자 헤드 방식과, 세라믹 압전 물질을 봉 형상으로 가공하여 상기 압전 소자로 활용하는 벌크(bulk) 진동자 헤드 방식이 있다.
상기 버블젯 방식은 버블을 발생시키기 위하여 잉크에 열을 가하는 방식이기 때문에 열에 취약한 기능성 잉크를 사용하는 공정에서는 사용할 수 없는 방식이다.
한편, 상기 박막 진동자를 적용하는 헤드(Xaar type, Spectra type, Bend type 등)는 진동자를 스크린 프린팅(screen printing), 데포지션(Deposition) 등의 방법으로 코팅한 후 소결 및 패터닝을 거쳐 제조된다. 따라서, 박막 진동자 헤드는 노즐 피치(pitch)의 소형화가 가능하다.
그러나, 대면적 공정에서는 상기 벌크 진동자 헤드가 상기 박막 진동자 헤드보다 유리한 것으로 알려져 있다. 이는 벌크 진동자가 박막 진동자보다 진동자의 신뢰성이 높고 큰 액적을 생성할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 액정 표시 장치의 기판 상에 액정의 배열 방향을 선차적으로 부여하기 위하여 배향막을 형성하는 배향막 형성 장치에 프린팅 기법을 도입하는 경우, 대면적 기판에 유리한 상기 벌크 진동자 헤드를 사용할 수 있다.
반면, 벌크 진동자는 압전 세라믹을 벌크 형태로 성형 및 소결하고, 이를 직접 절삭 가공해야 한다. 그러나, 압전 세라믹은 깨지기 쉬운(brittle) 특성을 갖기 때문에 압전 세라믹의 두께를 1mm 이하로 정밀 가공하는 것이 어렵다. 이에 따라, 벌크 진동자에 대응하여 형성되는 노즐 개구들 간의 간격(nozle pitch)을 일정 간격 이하로 줄이는 것에 한계가 있다.
따라서, 잉크젯 배향막 인쇄기에 벌크 진동자 헤드를 채택하는 경우, 잉크의 드롭 피치(drop pitch)를 일정 간격 이하로 줄이는데 한계가 있고, 이로 인해 균일한 두께를 갖는 배향막을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 튜브 형상을 가져 노즐 개구들을 밀집시킬 수 있는 압전 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 압전 소자를 구비하여 노즐 피치를 감소시킨 프린터 헤드를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자는 잉크젯 프린터 헤드에서 노즐을 통해 분사되는 잉크를 가압하는 펌프로서 작동하며, 구동 전압을 인가 받으면 형상이 변형된다. 상기 압전 소자는 제1 압전 부재 및 제2 압전 부재를 포함한다. 상기 제1 압전 부재는 제1 방향으로 제1 개구가 형성되어 튜브 형상을 갖는다. 상기 제2 압전 부재는 상기 제1 개구에 끼워진다.
선택적으로, 상기 제2 압전 부재는 상기 튜브 형상을 갖는 2 개 이상의 서브 압전 부재들을 포함한다. 상기 서브 압전 부재들 중, 크기가 작은 상기 서브 압전 부재는 보다 큰 상기 서브 압전 부재에 상기 제1 방향으로 형성된 개구에 끼워진다.
선택적으로, 상기 압전 소자는 상기 제1 압전 부재 및 제2 압전 부재에 전기적으로 각각 연결되어 상기 구동 전압을 인가하는 전압 인가 부재를 더 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터 헤드는 압전 유닛, 오리피스 플레이트 및 탄성 부재를 포함한다. 상기 압전 유닛은 제1 압전체, 제2 압전체 및 전압 인가 부재를 포함한다. 상기 제1 압전체에는 제1 방향으로 제1 개구가 형성되어, 상기 제1 압전체는 튜브 형상을 갖는다. 상기 제2 압전체는 상기 제1 압전체의 상기 제1 개구에 끼워진다. 상기 전압 인가 부재는 상 기 제1 압전체 및 제2 압전체에 각각 구동 전압을 인가하여 상기 제1 압전체 및 제2 압전체의 형상을 변형시킨다. 상기 오리피스 플레이트는 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들이 형성된 몸체를 포함한다. 상기 제1 노즐 개구들은 상기 몸체의 일면에 상기 제1 압전체와 마주보게 형성되고, 상기 제2 노즐 개구들은 상기 제2 압전체와 마주보게 형성된다. 상기 탄성 부재는 상기 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들과 상기 압전 유닛 사이에 배치되고, 상기 압전 유닛의 변형에 상응하여 변형되어, 상기 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들을 통하여 잉크를 분사시킨다.
선택적으로, 상기 제1 압전체는 링 형상의 제1 바닥면 및 상기 제1 바닥면으로부터 연장된 제1 측벽을 포함한다. 선택적으로, 상기 제2 압전체는 상기 제1 바닥면과 동일한 중심을 갖는 제2 바닥면 및 상기 제2 바닥면으로부터 연장되고 상기 제1 측벽이 정의하는 상기 제1 개구에 끼워진 제2 측벽을 포함한다.
선택적으로, 상기 오리피스 플레이트에는 상기 몸체의 상기 일면에 제1 잉크 공급홈 및 제2 잉크 공급홈이 형성된다. 상기 제1 잉크 공급홈은 상기 링 형상으로 상기 제1 바닥면과 마주보게 형성되고, 상기 제2 잉크 공급홈은 상기 링 형상으로 상기 제2 바닥면과 마주보게 형성된다.
바람직하게는, 상기 몸체의 상기 일면의 법선에 수직한 어느 하나의 방향을 기준으로 상기 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들은 상호 동일한 간격으로 이격되도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 오리피스 플레이트는 상기 제1 노즐 개구의 주변을 감싸며,상기 제1 잉크 공급홈의 제1 바닥부로부터 상기 제1 잉크 공급홈 깊이보다 작은 높이로 돌출된 제1 격벽과, 상기 제2 노즐 개구의 주변을 감싸며, 상기 제2 잉크 공급홈의 제2 바닥부로부터 상기 제2 잉크 공급홈 깊이보다 작은 높이로 돌출된 제2 격벽을 더 포함한다.
선택적으로, 상기 프린터 헤드는 복수개의 상기 압전 유닛들을 포함하고, 상기 제1 잉크 공급홈들은 제2 방향을 따라 지그 재그 형태로 배치된다.
본 발명에 따른 압전 소자 및 이를 갖는 프린터 헤드에 의하면, 하나의 압전 소자에 대하여 다수개의 노즐 개구들이 대응한다. 따라서, 노즐 피치가 감소되어 균일한 두께의 막을 형성시킬 수 있는 프린터 헤드를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하지만 본 발명이 하기 하는 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
압전 소자
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다. 도 1b는 도 1에 도시된 압전 소자의 분해 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 압전 소자(100)는 제1 압전 부재(110) 및 제2 압전 부재(130)를 포함한다.
상기 제1 압전 부재(110)에는 제1 방향(k-k’)으로 제1 개구(115)가 형성되어 상기 제1 압전 부재(110)는 튜브 형상을 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 압전 부재(110)는 제1 바닥면(111) 및 제1 측벽(113)을 포함한다. 상기 제1 바닥면(111)은, 예들 들어, 링 형상을 갖는다. 이와 다르게 상기 제1 바닥면(111)은 외곽이 다 각형 형상을 갖는 폐곡면일 수 있다. 상기 제1 측벽(113)은 상기 제1 바닥면(111)으로부터 대략 수직을 이루도록 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 제1 측벽(113)의 내측 공간으로 정의되는 상기 제1 개구(115)가 형성된다.
상기 제2 압전 부재(130)는 상기 제1 개구(115)에 끼워진다. 이를 위하여 상기 제2 압전 부재(130)는, 예들 들어, 제2 바닥면(131) 및 제2 측벽(133)을 포함한다. 상기 제2 바닥면(131)은 상기 제1 바닥면(111)과 닮은 꼴로 형성된다. 따라서 제2 바닥면(131)은 링 형상을 갖고 상기 제1 바닥면(111)과 동일한 중심을 갖는다. 상기 제2 측벽(133)은 상기 제2 바닥면(131)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 제1 측벽(113)의 내측면에 밀착된다.
상기 제1 압전 소자(110) 및 제2 압전 소자(130)에 외부로부터 소정의 구동 전압이 인가되면, 상기 제1 압전 소자(110) 및 제2 압전 소자(130)는 신장되거나 신축된다. 상기 제1 압전 소자(110) 및 제2 압전 소자(130)는, 예를들어, 잉크젯 프린터 헤드에서 노즐을 통해 분사되는 잉크를 가압하는 일종의 펌프로서 작동한다.
상기 제1 압전 소자(110) 및 제2 압전 소자(130)는, 예를들어, 압전 물질을 상기 튜브 형상으로 소결시킨 진동자이다. 상기 압전 물질의 예로는 수정, 전기석, 로셸염 등이 있으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어난 압전 물질로 사용되고 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 압전 소자(200)는 제1 압전 부재(210) 및 제2 압전 부재 (230)를 포함한다.
본 실시예에 따른 압전 소자(200)는 상기 제2 압전 부재(230)가 복수 개의 서브 압전 부재들을 포함하는 것을 제외하고는 도 1a에 도시된 압전 소자(100)와 실질적으로 동일하다.
상기 제2 압전 부재(230)는, 예들 들어, 제1 서브 압전 부재(240) 및 제2 서브 압전 부재(250)를 포함한다. 상기 제2 압전 부재(230)는 상기 제1 압전 부재(210)에 형성된 제1 개구(215)에 끼워진다.
상기 제1 서브 압전 부재(240)에는 상기 제1 방향(k-k’)으로 제2 개구(245)가 형성되어 상기 제1 서브 압전 부재(240)는 튜브 형상을 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 서브 압전 부재(240)는 링 형상을 갖는 제2 바닥면(241) 및 제2 측벽(243)을 포함한다. 상기 제2 측벽(243)은 상기 제2 바닥면(241)으로부터 대략 수직을 이루도록 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 제2 측벽(243)의 내측 공간으로 정의되는 상기 제2 개구(245)가 형성된다.
상기 제2 서브 압전 부재(250)는 상기 제2 개구(245)에 끼워진다. 이를 위하여 상기 제2 서브 압전 부재(250)는, 예들 들어, 제3 바닥면(251) 및 제3 측벽(253)을 포함한다. 상기 제3 바닥면(251)은 상기 제2 바닥면(241)과 닮은 꼴로 형성된다. 따라서 제3 바닥면(251)은 상기 링 형상을 갖고 상기 제2 바닥면(241)과 동일한 중심을 갖는다. 상기 제3 측벽(253)은 상기 제3 바닥면(251)으로부터 연장되어 형성되며 상기 제2 측벽(243)의 내측면에 밀착되게 배치된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 소자의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 압전 소자(300)는 제1 압전 부재(310), 제2 압전 부재(330) 및 전압 인가 부재(370)를 포함한다. 도 3에서 상기 압전 소자(300)는 상기 전압 인가 부재(370)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1a에 도시된 상기 압전 소자(100)와 실질적으로 동일하다.
제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)는 특수한 결정을 가지며, 상기 특수한 결정에 외력이 가해져 상기 결정이 변형되면, 상기 결정의 표면에 전압이 발생한다. 반대로 상기 결정에 외부 전압을 걸면 상기 결정이 변형된다. 상기 전압 인가 부재(370)는 상기 제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)에 전기적으로 각각 연결되어 상기 구동 전압을 인가한다.
이를 위하여, 상기 전압 인가 부재(370)는 제1 전극(371) 및 제2 전극(375)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(371) 및 제2 전극(375)은 상기 제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)의 다양한 위치에 전기적으로 연결될 수 있다.
예들 들어, 상기 제2 전극(375)은 상기 제1 압전 부재(310)의 상기 제1 바닥면(311) 및 상기 제2 압전 부재(330)의 상기 제2 바닥면(331)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(371)은 상기 제1 바닥면(311)과 대향하는 상기 제1 압전 부재(310)의 제1 상면(312) 및 상기 제2 바닥면(331)과 대향하는 상기 제2 압전 부재(330)의 제2 상면(332)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(371)은 상기 제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)에 개별적으로 상기 구동 전압을 인가하고, 상기 제2 전극(375)은 상기 제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)에 상기 구동 전압과 극성이 서로 다른 공통 전압을 인가한다. 이에 따라, 상기 제1 압전 부재(310) 및 제2 압전 부재(330)는 신장되거나 신축된다.
프린터 헤드
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터 헤드의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 프린터 헤드(600)는 복수개의 압전 유닛(400)들, 오리피스 플레이트 (Orifice Plate)(500) 및 탄성 부재(650)를 포함한다.
상기 압전 유닛(400)들은 후술할 상기 오리피스 플레이트(500) 상에 배치된다. 상기 압전 유닛(400)은 제1 압전체(410), 제2 압전체(430) 및 전압 인가 부재(도시되지 않음)를 포함한다.
상기 제1 압전체(410)에는 제1 방향(k-k’)으로 제1 개구(415)가 형성되어 상기 제1 압전체(410)는 튜브 형상을 갖는다. 예들 들어, 상기 제1 압전체(410)는, 제1 바닥면(411) 및 제1 측벽(413)을 포함한다. 상기 제1 바닥면(411)은, 예들 들어, 링 형상을 갖는다. 상기 제1 측벽(413)은 상기 제1 바닥면(411)으로부터 대략 수직을 이루도록 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 제1 측벽(413)의 내측 공간으로 정의되는 상기 제1 개구(415)가 형성된다.
상기 제2 압전체(430)는 상기 제1 개구(415)에 끼워진다. 이를 위하여 상기 제2 압전체(430)는, 예들 들어, 제2 바닥면(431) 및 제2 측벽(433)을 포함한다. 상기 제2 바닥면(431)은 상기 제1 바닥면(411)과 닮은 꼴로 형성된다. 따라서 제2 바닥면(431)은 링 형상을 갖고 상기 제1 바닥면(411)과 동일한 중심을 갖는다. 상기 제2 측벽(433)은 상기 제2 바닥면(431)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 제1 측벽(413)의 내측면에 밀착된다.
상기 전압 인가 부재(도시되지 않음)는 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)에 각각 구동 전압을 인가하여 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)의 형상을 변형시킨다. 상기 전압 인가 부재(도시되지 않음)에 대해서는 후술한다.
도 5는 도 4에 도시된 오리피스 플레이트의 평면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 일부 영역(A)의 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 오리피스 플레이트(500)는 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들이 형성된 몸체(505)를 포함한다. 상기 몸체(505)는 플레이트 형상을 갖고 상면 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함한다. 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들에 대해서는 후술한다.
상기 몸체(505)의 상기 상면에는 제1 잉크 공급홈(520)들 및 제2 잉크 공급홈(540)들이 더 형성된다. 상기 제1 잉크 공급홈(520) 및 제2 잉크 공급홈(540)은 외부로부터 잉크를 제공받아 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들에 잉크를 제공한다.
상기 제1 잉크 공급홈(520)은 상기 몸체(505)의 상기 상면 중, 상기 제1 압전체(410)의 상기 제1 바닥면(411)과 마주보는 위치에 형성된다. 상기 제2 잉크 공급홈(540)은 상기 몸체(505)의 상기 상면 중, 상기 제2 압전체(430)의 상기 제2 바닥면(431)과 마주보는 위치에 형성된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 잉크 공급홈(520, 540)들은 동일한 중심을 갖는 원 형상들을 갖는다.
상기 제1 잉크 공급홈(520) 및 제2 잉크 공급홈(540)은 원 형상의 경계벽(525)에 의해 상호 격리된다. 상기 경계벽(525)의 상단부 소정의 위치들에는 제1 연결홈들이 형성된다. 상기 제1 연결홈들은 상기 제1 잉크 공급홈(520)에 제공된 잉크를 상기 제2 잉크 공급홈(540)에 유입시킨다.
복수개의 상기 제1 잉크 공급홈(520)들은 제2 방향(L-L’)을 따라 지그 재그 형태로 배치된다. 서로 이웃한 상기 제1 잉크 공급홈(520)들은 제2 연결홈(527)에 의해 상호 연결된다. 상기 제2 연결홈(527)은 서로 이웃한 상기 제1 잉크 공급홈(520)들 사이에 상기 잉크가 유통되는 통로를 제공한다.
상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들은 상기 몸체(505)의 상기 상면에 형성된다. 구체적으로, 상기 제1 노즐 개구(510)들은 상기 제1 잉크 공급홈(520)의 제1 바닥부(521)에 원 형상으로 배열되고, 상기 제2 노즐 개구(530)들은 상기 제2 잉크 공급홈(540)의 제2 바닥부(541)에 원 형상으로 배열된다. 이에 따라, 상기 제1 노즐 개구(510)들은 상기 제1 압전체(410)의 상기 제1 바닥면(411)과 마주보고, 상기 제2 노즐 개구(530)들은 상기 제2 압전체(430)의 상기 제2 바닥면(431)과 마주보도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들은 상기 프린터 헤드(600)가 소정의 방향으로 진행하며 프린팅 하는 경우, 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들로부터 분사된 잉크 방울들이 상호 중첩되지 않도록 상기 몸체(505)에 배치된다.
예들 들어, 상기 몸체(505)의 상기 상면의 법선에 수직한 어느 하나의 방향 을 기준으로, 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들은 상호 동일한 간격으로 이격되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 법선에 수직한 어느 하나의 방향은 상기 프린터 헤드(600)가 프린팅하며 진행하는 방향과 실질적으로 수직을 이룬다.
도 6에서 프린터 헤드(600)의 진행 방향에 대하여 수직을 이루는 방향을 제3 방향(p-p')이라고 할 때, 상기 제3 방향(p-p')을 기준으로 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 상기 제2 노즐 개구(530)들 사이의 상호 이격 간격(D/2)은 일정하다.
여기서, 상기 제3 방향(p-p')을 기준으로, 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 상기 제2 노즐 개구(530)들 사이 이격 간격이 일정하도록 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들을 배치하는 방식은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 오리피스 플레이트(500)는 제1 격벽(550) 및 제2 격벽(560)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 격벽(550)은 상기 제1 노즐 개구(510)의 주변을 감싸며, 상기 제1 바닥부(521)로부터 상기 제1 잉크 공급홈(520) 깊이보다 작은 높이로 돌출된다. 상기 제2 격벽(560)은 상기 제2 노즐 개구(530)의 주변을 감싸며, 상기 제2 바닥부(541)로부터 상기 제2 잉크 공급홈(540) 깊이보다 작은 높이로 돌출된다.
상기 압전 유닛(400)이 상기 제1 노즐 개구(510)들 및 제2 노즐 개구(530)들을 통하여 잉크를 분사시키는 경우, 상기 제1 격벽(550) 및 제2 격벽(560)은 상기 제1 격벽(550) 및 제2 격벽(560)의 내부 영역과 외부 영역간의 압력차가 발생할 수 있는 근거를 제공한다.
도 7은 도 4에 도시된 탄성 부재의 평면도이다. 도 8은 도 6에 도시된 I-I' 선을 따라 프린터 헤드를 절단한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 탄성 부재(650)는 상기 압전 유닛(400)들과 상기 오리피스 플레이트(500) 사이에 배치되어, 상기 탄성 부재(650)는 상기 제1 잉크 공급홈(520)들 및 제2 잉크 공급홈(540)들 덮는다.
상기 탄성 부재(650)는 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 포함하여 플레이트 형상을 갖는다. 상기 탄성 부재(650)는 상기 제1 면이 상기 오리피스 플레이트(500)의 상기 상면과 마주보도록 배치된다. 상기 탄성 부재(650)의 상기 제1 면에는 상기 제1 노즐 개구(510)들과 마주보는 제1 유동홈(651)들 및 상기 제2 노즐 개구(530)들과 마주보는 제2 유동홈(655)들이 형성된다.
상기 제1 유동홈(651)은 상기 제1 잉크 공급홈(520) 및 상기 제1 격벽(550)의 상기 내부 영역과 오버랩된다. 상기 탄성 부재(650)는 상기 제1 유동홈(651)으로 인해 상기 제1 격벽(550)의 상부와 소정 간격 이격된다. 상기 제1 유동홈(651)은 상기 제1 잉크 공급홈(520)으로부터 상기 제1 격벽(550)의 상기 내부 영역으로 잉크를 유입시키는 통로를 제공한다.
마찬가지로, 상기 제2 유동홈(655)은 상기 제2 격벽(560)의 상기 외부 영역 및 상기 내부 영역과 오버랩된다. 상기 탄성 부재(650)는 상기 제2 유동홈(655)으로 인해 상기 제2 격벽(560)의 상부와 소정 간격 이격된다. 상기 제2 유동홈(655)은 상기 제2 잉크 공급홈(540)으로부터 상기 제2 격벽(560)의 상기 내부 영역으로 잉크를 유입시키는 통로를 제공한다.
상기 전압 인가 부재(470)는 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)에 상 기 구동 전압을 인가하기 위하여 제1 전극(471) 및 제2 전극(475)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(471) 및 제2 전극(475)은 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)의 다양한 위치에 전기적으로 연결될 수 있다. 예들 들어, 상기 제2 전극(475)은 상기 탄성 부재(650)의 제2 면에 배치되어, 상기 제1 바닥면(411) 및 제2 바닥면(431)에 함께 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(471)은 상기 제1 압전체(410)의 상기 제1 상면(412) 및 상기 제2 압전체(430)의 상기 제2 상면(432)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(471)은 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)에 개별적으로 상기 구동 전압을 인가하고, 상기 제2 전극(475)은 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)에 상기 구동 전압과 극성이 서로 다른 공통 전압을 인가할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 압전체(410) 및 제2 압전체(430)는 개별적으로 신장되거나 신축된다. 이로 인해, 상기 탄성 부재(650)는 상기 제1 노즐 개구(510) 또는 제2 노즐 개구(530)를 향하여 볼록해지거나 원상 회복된다. 따라서, 상기 제1 격벽(550) 또는 상기 제2 격벽(560)의 내부 영역의 체적이 변화되어, 상기 제1 격벽(550) 또는 상기 제2 격벽(560)의 내부 영역과 외부 영역 간의 압력차가 유발된다.
그 결과, 상기 제1 유동홈(651)은 상기 제1 격벽(550)의 외부로부터 상기 제1 격벽(550)의 상부를 넘어, 상기 제1 격벽(550)의 내부로 잉크를 유입시키고, 상기 제2 유동홈(655)은 상기 제2 격벽(560)의 외부로부터 상기 제2 격벽(560)의 상부를 넘어, 상기 제2 격벽(560)의 내부로 잉크를 유입시킨다. 또한, 상기 제1 격벽 (550) 및 제2 격벽(560)의 내부 영역에 제공된 잉크는 상기 제1 노즐 개구(510) 및 제2 노즐 개구(530)들 통하여 상기 오리피스 플레이트(500)의 외부로 분사된다.
본 실시예에 따른 프린터 헤드(600)는 상기 압전 유닛(400)들을 커버하여 보호하는 보호 케이스를 더 포함할 수 있다. 상기 보호 케이스는 상기 압전 유닛(400)들의 위치를 고정한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프린터 헤드가 포함하는 오리피스 플레이트의 부분 평면도이다.
도 9를 참조하면, 프린터 헤드(900)는 압전 유닛(700)들, 오리피스 플레이트(800) 및 탄성 부재(950)를 포함한다.
상기 압전 유닛(700)은 도 2에 도시된 압전 소자(200)와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 오리피스 플레이트(800)는 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)이 형성된 몸체(805)를 포함한다. 상기 몸체(805)는 플레이트 형상을 갖고 상면 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)에 대해서는 후술한다.
상기 몸체(805)의 상기 상면에는 제1 내지 제3 잉크 공급홈들(820, 840, 860)이 더 형성된다. 상기 제1 내지 제3 잉크 공급홈들(820, 840, 860)은 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)에 각각 잉크를 제공한다.
상기 제1 내지 제3 잉크 공급홈들(820, 840, 860)은 상기 몸체(805)의 상기 상면에 각각 상기 제1 내지 제3 압전체들(710, 730, 750)의 상기 제1 내지 제3 바 닥면들(711, 731, 751)과 마주보는 위치에 형성된다. 따라서, 상기 제1 내지 제3 잉크 공급홈들(820, 840, 860)들은 동심을 갖는 원 형상을 갖는다.
상기 제1 잉크 공급홈(820) 및 제2 잉크 공급홈(840)은 원 형상의 제1 경계벽(825)에 의해 상호 격리되고, 상기 제2 잉크 공급홈(840) 및 제3 잉크 공급홈(860)은 원 형상의 제2 경계벽(845)에 의해 상호 격리된다.
상기 제1 경계벽(825)의 상단부 소정의 위치들에는 제1 연결홈들이 형성되고, 상기 제2 경계벽(845)의 상단부 소정의 위치들에는 제2 연결홈들이 형성된다. 상기 제1 연결홈들은 상기 제1 잉크 공급홈(820)에 제공된 잉크를 상기 제2 잉크 공급홈(840)에 유입시키고, 상기 제2 연결홈들은 상기 제2 잉크 공급홈(840)에 유입된 잉크를 상기 제3 잉크 공급홈(860)에 유입시킨다.
복수개의 상기 제1 잉크 공급홈(820)들은 제2 방향(L-L’)을 따라 지그 재그 형태로 배치될 수 있다. 서로 이웃한 상기 제1 잉크 공급홈(820)들은 제3 연결홈(827)에 의해 상호 연결된다. 상기 제3 연결홈(827)은 서로 이웃한 상기 제1 잉크 공급홈(820)들 사이에 상기 잉크가 유통되는 통로를 제공한다.
상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)은 상기 몸체(805)의 상기 상면에 형성된다. 구체적으로, 상기 제1 노즐 개구(810)들은 상기 제1 잉크 공급홈(820)의 제1 바닥부(821)에 원 형상으로 배열되고, 상기 제2 노즐 개구(830)들은 상기 제2 잉크 공급홈(840)의 제2 바닥부(841)에 원 형상으로 배열되며, 상기 제3 노즐 개구(850)들은 상기 제3 잉크 공급홈(860)의 제3 바닥부(861)에 원 형상으로 배열된다.
이에 따라, 상기 제1 노즐 개구(810)들은 상기 제1 압전체(710)의 상기 제1 바닥면(711)을 마주보고, 상기 제2 노즐 개구(830)들은 상기 제2 압전체(730)의 상기 제2 바닥면(731)을 마주보며, 상기 제3 노들 개구(850)들은 상기 제3 압전체(750)의 상기 제3 바닥면(751)을 마주보도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)은 상기 프린터 헤드(900)가 일 방향으로 진행하며 프린팅 하는 경우, 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)로부터 분사된 잉크 방울들이 상호 중첩되지 않도록 상기 몸체(805)에 배치된다.
예들 들어, 상기 몸체(805)의 상기 상면의 법선에 수직한 어느 하나의 방향을 기준으로, 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)은 상호 동일한 간격으로 이격되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 법선에 수직한 어느 하나의 방향은 상기 프린터 헤드(900)가 프린팅하며 진행하는 방향과 실질적으로 수직을 이룬다.
도 9에서 프린터 헤드(900)의 진행 방향에 대하여 수직을 이루는 방향을 제3 방향(q-q')이라고 할 때, 상기 제3 방향(q-q')을 기준으로 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850) 사이의 상호 이격 간격(E/3)은 일정하다. 여기서, 상기 제3 방향(q-q')을 기준으로, 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850) 사이 이격 간격이 일정하도록 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)을 배치하는 방식은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 오리피스 플레이트(800)는 제1 내지 제3 격벽들(870, 880, 890)을 더 포함한다. 상기 제1 격벽(870)은 상기 제1 노즐 개구(810)의 주변을 감싸며, 상기 제1 바닥부(821)로부터 상기 제1 잉크 공급홈(820) 깊이보다 작은 높이로 돌출된다. 상기 제2 격벽(880)은 상기 제2 노즐 개구(830)의 주변을 감싸며, 상기 제2 바닥부(841)로부터 상기 제2 잉크 공급홈(840) 깊이보다 작은 높이로 돌출된다. 상기 제3 격벽(890)은 상기 제3 노즐 개구(850)의 주변을 감싸며, 상기 제3 바닥부(861)로부터 상기 제3 잉크 공급홈(860)의 깊이보다 작은 높이로 도출된다.
상기 압전 유닛(700)이 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)을 통하여 잉크를 토출시키는 경우, 상기 제1 내지 제3 격벽들(870, 880, 890)은 상기 제1 내지 제3 격벽들(870, 880, 890)의 내부 영역과 외부 영역 간의 압력차가 발생할 수 있는 근거를 제공한다.
상기 탄성 부재(950)는 상기 압전 유닛(700) 및 상기 오리피스 플레이트(800) 사이에 배치된다. 상기 탄성 부재(950)는 상기 압전 유닛(700)의 변형에 상응하여 변형되어 상기 제1 내지 제3 노즐 개구들(810, 830, 850)을 통하여 잉크를 분사시킨다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 압전 소자는 튜브 형상을 갖는다. 따라서, 하나의 상기 압전 소자에 대하여 다수의 노즐 개구들을 대응시킬 수 있다.
또한, 프린터 헤드가 포함하는 압전 유닛은 튜브 형상의 압전체들을 포함한다. 이에 따라, 오리피스 플레이트에 형성되는 노즐 개구들을 하나의 압전체의 링 형상의 일면을 따라 원형으로 배열할 수 있다. 그 결과, 하나의 방향을 기준으로 노즐 개구들 간 상호 이격 간격이 보다 감소된다. 따라서, 프린터 헤드의 해상도가 향상된다.
또한, 노즐 개구들의 개수에 대하여 배치되는 압전체의 개수가 감소된다. 따라서, 압전체의 수명에 의해 결정되는 프린터 헤드의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 노즐 개구들로부터 분사되는 잉크 방울들 간의 드롭 피치(drop pitch)를 감소시켜 프린팅된 막의 두께를 보다 균일하게 할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 잉크젯 프린터 헤드가 노즐을 통해 분사되는 잉크를 가압하는 수단으로서 포함하며, 구동 전압을 인가 받으면 형상이 변형되는 압전 소자에서,
    제1 방향으로 제1 개구가 형성된 튜브 형상의 제1 압전 부재; 및
    상기 제1 개구에 끼워진 제2 압전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 압전 부재는 상기 튜브 형상을 갖는 2 개 이상의 서브 압전 부재들을 포함하고,
    상기 서브 압전 부재들 중 크기가 작은 상기 서브 압전 부재는 보다 큰 상기 서브 압전 부재에 상기 제1 방향으로 형성된 개구에 끼워진 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압전 소자는 상기 제1 압전 부재 및 제2 압전 부재에 전기적으로 각각 연결되어, 상기 구동 전압을 인가하는 전압 인가 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전압 인가 부재는,
    상기 제1 압전 부재 및 제2 압전 부재에 개별적으로 상기 구동 전압을 인가 하는 제1 전극; 및
    상기 제1 압전 부재 및 제2 압전 부재에 상기 구동 전압과 극성이 서로 다른 공통 전압을 인가하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  5. 제1 방향으로 제1 개구가 형성된 튜브 형상의 제1 압전체와, 상기 제1 압전체의 상기 제1 개구에 끼워진 제2 압전체와, 상기 제1 압전체 및 제2 압전체에 각각 구동 전압을 인가하여 상기 제1 압전체 및 제2 압전체의 형상을 변형시키는 전압 인가 부재를 포함하는 압전 유닛;
    몸체의 일면에 상기 제1 압전체와 마주보는 복수 개의 제1 노즐 개구들이 형성되고, 상기 제2 압전체와 마주보는 복수 개의 제2 노즐 개구들이 형성된 오리피스 플레이트; 및
    상기 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들과 상기 압전 유닛 사이에 배치되고, 상기 압전 유닛의 변형에 상응하여 변형되어, 상기 노즐 개구를 통하여 잉크를 분사시키는 탄성 부재를 포함하는 프린터 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 몸체의 상기 일면의 법선에 수직한 어느 하나의 방향을 기준으로 상기 제1 노즐 개구들 및 제2 노즐 개구들은 상호 동일한 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 압전체는,
    링 형상의 제1 바닥면; 및
    상기 제1 바닥면으로부터 연장된 제1 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 압전체는,
    상기 제1 바닥면과 동일한 중심을 갖는 제2 바닥면; 및
    상기 제2 바닥면으로부터 연장되고 상기 제1 측벽이 정의하는 상기 제1 개구에 끼워진 제2 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 압전 유닛은,
    상기 제2 바닥면과 동일한 중심을 갖는 제3 바닥면; 및
    상기 제3 바닥면으로부터 연장되고 상기 제2 측벽이 정의하는 제2 개구에 끼워진 제3 측벽을 포함하는 제3 압전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오리피스 플레이트에는 상기 몸체의 상기 일면에 상기 제3 압전체와 마주보며 상기 링 형상으로 배열되는 복수개의 제3 노즐 개구들이 더 형성된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  11. 제7항에 있어서, 상기 오리피스 플레이트에는,
    상기 몸체의 상기 일면에 상기 링 형상으로 상기 제1 바닥면과 마주보는 제1 잉크 공급홈; 및
    상기 제2 바닥면에과 마주보는 제2 잉크 공급홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 잉크 공급홈의 제1 바닥부에는 상기 제1 노즐 개구들이 상기 링 형상으로 배열되어 형성되고,
    상기 제2 잉크 공급홈의 제2 바닥부에는 상기 제2 노즐 개구들이 상기 링 형상으로 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  13. 제11항에 있어서, 상기 오리피스 플레이트는,
    상기 제1 노즐 개구의 주변을 감싸며, 상기 제1 바닥부로부터 돌출된 제1 격벽; 및
    상기 제2 노즐 개구의 주변을 감싸며, 상기 제2 바닥부로부터 돌출된 제2 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 탄성 부재에는,
    상기 제1 격벽의 외부로부터 상기 제1 격벽의 상부를 넘어, 상기 제1 격벽의 내부로 잉크를 유입시키는 제1 유동홈과, 상기 제2 격벽의 외부로부터 상기 제2 격벽의 상부를 넘어, 상기 제2 격벽의 내부로 잉크를 유입시키는 제2 유동홈이 형성 된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  15. 제11항에 있어서, 상기 프린터 헤드는 복수개의 상기 압전 유닛들을 포함하고,
    상기 제1 잉크 공급홈들은 제2 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 잉크 공급홈들은 상기 제2 방향을 따라 지그 재그 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
  17. 제5항에 있어서, 상기 전원 인가 부재는,
    상기 제1 압전체 및 제2 압전체에 개별적으로 상기 구동 전압을 인가하는 제1 전극; 및
    상기 제1 압전체 및 제2 압전체에 상기 구동 전압과 극성이 서로 다른 공통 전압을 인가하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터 헤드.
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