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KR100708141B1 - 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 - Google Patents

열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 Download PDF

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KR100708141B1
KR100708141B1 KR1020050052034A KR20050052034A KR100708141B1 KR 100708141 B1 KR100708141 B1 KR 100708141B1 KR 1020050052034 A KR1020050052034 A KR 1020050052034A KR 20050052034 A KR20050052034 A KR 20050052034A KR 100708141 B1 KR100708141 B1 KR 100708141B1
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KR
South Korea
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bubble
heater
inkjet printhead
ink
heaters
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김경일
신수호
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삼성전자주식회사
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Abstract

열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드가 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터; 히터에 전류를 인가하기 위한 도선; 및 히터 상에 돌출되게 마련되는 것으로, 상기 히터에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 상기 히터를 보호하는 버블 분리벽;을 구비한다.

Description

열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드{Thermally driven type inkjet printhead}
도 1은 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터 상에 배치된 버블 분리벽을 보여주는 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터 상에 배치된 버블 분리벽을 보여주는 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터들 사이에 배치된 버블 분리벽을 보여주는 평면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 버블 분리벽의 폭이 2.0㎛, 높이가 2.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 6a 내지 도 6d는 버블 분리벽의 폭이 2.0㎛, 높이가 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 7a 내지 도 7d는 버블 분리벽의 폭이 2.0㎛, 높이가 4.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 8a 내지 도 8d는 버블 분리벽의 폭이 2.0㎛, 높이가 5.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 9a 내지 도 9d는 버블 분리벽의 폭이 2.0㎛, 높이가 6.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 10a 내지 도 10d는 버블 분리벽의 폭이 3.0㎛, 높이가 3.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 11a 내지 도 11d는 버블 분리벽의 폭이 4.0㎛, 높이가 3.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 12a 내지 도 12d는 버블 분리벽의 폭이 3.0㎛, 높이가 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
도 13a 내지 도 13d는 버블 분리벽의 폭이 4.0㎛, 높이가 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
111... 기판 112... 절연층
113,113a,113b... 히터 114... 도선
115... 보호층 120... 챔버층
122... 잉크챔버 130... 노즐플레이트
132... 노즐 151,152,153... 버블 분리벽
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 상세하게는 버블이 소멸할 때 발생하는 압력으로부터 히터의 표면을 보호하여 히터의 내구성을 향상시킬 수 있는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근 에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
한편, 이러한 열구동 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 다시 탑-슈팅(top-shooting) 방식, 사이드-슈팅(side-shooting) 방식 및 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류된다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이고, 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 토출 방식을 말한다.
도 1은 종래 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 다수의 물질층이 적층된 기판(11)과, 상기 기판(11) 위에 적층되어 잉크챔버(22)를 한정하는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 위에 적층되는 노즐플레이트(30)로 이루어져 있다. 상기 잉크챔버(22) 내에는 잉크가 채워지며, 잉크챔버(22)의 아래쪽에는 잉크를 가열하여 버블을 생성시키기 위한 히터(13)가 마련된다. 그리고, 노즐 플레이트(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(32)이 형성되어 있다.
이러한 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 보다 상세히 설명하면, 실리콘으로 이루어진 기판(11) 상에는 히터(13)와 기판(11) 사이의 단열과 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 상기 절연층(12) 위에는 잉크챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(13)가 형성되어 있다. 이 히터(13)는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 등을 절연층(12) 상에 박막의 형태로 증 착함으로써 형성된다. 상기 히터(13) 위에는 상기 히터(13)에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor, 14)이 형성되어 있다. 이 도선(14)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성이 양호한 금속물질로 이루어진다.
상기 히터(13)와 도선(14) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 15)이 형성되어 있다. 이 보호층(15)은 히터(13)와 도선(14)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 실리콘 질화막(SiNx)을 증착함으로써 이루어진다. 그리고, 상기 보호층(15) 위에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer, 16)이 형성되어 있다. 이 캐비테이션 방지층(16)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력으로부터 히터층(13)을 보호하기 위한 것으로, 주로 탄탈륨(Ta)로 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서는, 버블이 소멸할 때 캐비테이션 압력이 히터(13) 상부에 형성된 캐비테이션 방지층(16) 표면의 한 점에 집중되어 발생하게 되므로 캐비테이션 방지층(16)이 손상될 염려가 있다. 그리고, 상기 히터(13)를 보호하기 위한 보호층(15)도 약하므로, 버블이 소멸할 때 발생되는 캐비테이션 압력으로 인하여 히터(13)의 표면이 손상될 수 있다. 이러한 히터(13)의 손상은 잉크젯 프린트헤드의 수명을 감축시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 버블이 소멸할 때 발생하는 압력으로부터 히터의 표면을 보호하여 히터의 내구성을 향상시 킬 수 있는 개선된 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생 팽창시키고, 상기 버블의 팽창력에 의하여 상기 잉크챔버 내의 잉크를 노즐을 통하여 토출시키는 것으로,
상기 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터;
상기 히터에 전류를 인가하기 위한 도선; 및
상기 히터 상에 돌출되게 마련되는 것으로, 상기 히터에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 상기 히터를 보호하는 버블 분리벽;을 구비한다.
상기 히터에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블은 상기 버블 분리벽 상에서 소멸되는 것이 바람직하다.
상기 버블 분리벽은 상기 히터 상에서 잉크 챔버 쪽으로 돌출되게 마련되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 버블 분리벽은 상기 히터에 흐르는 전류에 나란한 방향으로 마련되거나, 상기 히터에 흐르는 전류에 직교하는 방향으로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 히터의 표면에는 보호층이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 버블 분리벽은 에폭시(epoxy) 등과 같은 폴리머 또는 SiO2, SiNx 등과 같은 무기물로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 히터의 크기는 22㎛×55㎛인 경우, 상기 버블 분리벽의 높이는 4㎛ 이하이고, 상기 버블 분리벽의 폭은 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는,
잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 복수의 히터;
상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 도선; 및
상기 히터들 사이에 돌출되게 마련되는 것으로, 상기 히터들에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 상기 히터들을 보호하는 적어도 하나의 버블 분리벽;을 구비한다.
상기 버블 분리벽은 상기 히터들 사이에서 잉크 챔버 쪽으로 돌출되게 마련되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것을 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정이 물질층이 기판이나 다른 층 위에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략 적으로 도시한 단면도이다. 그리고, 도 2b는 도 2a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터(113) 상에 배치된 버블 분리벽(151)을 보여주는 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 히터(113) 및 도선(114)을 포함하는 다수의 물질층이 형성된 기판(111)과, 상기 기판(111) 위에 적층되는 챔버층(120)과, 상기 챔버층(120) 위에 적층되는 노즐플레이트(130)로 이루어진다. 여기서, 상기 챔버층(120)은 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버(122)를 한정하며, 상기 노즐플레이트(130)에는 잉크챔버(122) 내의 잉크가 외부로 토출되는 노즐(132)이 관통되어 형성되어 있다.
상기 기판(111)은 실리콘 기판이 일반적으로 사용된다. 상기 기판(111)의 상면에는 히터(113)와 기판(111) 사이의 단열 및 절연을 위한 절연층(112)이 형성되어 있다. 이러한 절연층(112)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다. 상기 절연층 (112)위에는 잉크챔버(122) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터(113)가 형성되어 있다. 상기 히터(113)는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 등을 절연층(112) 상에 박막의 형태로 증착함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 히터(113) 양측의 상면에는 상기 히터(113)에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor, 114)이 형성되어 있다. 상기 도선(114)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성이 양호한 금속물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터(113)와 도선(114)의 상면에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer,115)이 형성되어 있다. 상기 보호층(115)은 히터(113)와 도선 (114)이 산화되거나 히터(113)와 도선(114)이 잉크챔버(122) 내의 잉크와 직접 접촉하는 것을 방지하기 위한 층으로, 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다.
상기 히터(113) 상에 위치하는 보호층(115)의 상면에는 히터(113)에 의하여 발생된 버블이 소멸할 때 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 히터(113)를 보호하기 위한 버블 분리벽(151)이 설치되어 있다. 여기서, 상기 버블 분리벽(151)은 잉크챔버(122) 쪽으로 돌출되게 마련된다. 그리고, 상기 버블 분리벽(151)은 도선(114)에 의하여 히터(113)에 인가되는 전류의 방향과 직교하는 방향으로 배치된다. 상기 버블 분리벽(151)은 에폭시(epoxy) 등과 같은 폴리머(polymer) 또는 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx) 등과 같은 무기질로 이루어질 수 있다. 상기 버블 분리벽(151)은 히터(113)에 의하여 발생된 버블의 일부 또는 전부를 분리함으로써 버블 분리벽(151)이 설치되지 않았을 경우에 형성될 수 있는 버블의 성장 및 소멸 거동에 변화를 주게 된다. 이에 따라, 상기 히터(113)에 의하여 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블 분리벽(151)의 존재로 인하여 버블은 히터(113)의 표면이 아닌 다른 위치, 예를 들면 버블 분리벽(151) 상에서 소멸하게 된다. 한편, 상기 버블은 히터(113)와 버블 분리벽(151)이 아닌 다른 위치에서 소멸될 수도 있다. 이와 같이, 상기 버블 분리벽(151)은 히터(113)에 의하여 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 버블이 히터(113) 쪽이 아닌 다른 위치에서 소멸되도록 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 버블의 소멸에 의하여 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 히터 (113)를 보호할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 히터(113)의 내구성이 향상될 수 있다.
버블의 소멸 위치를 히터(113) 쪽이 아닌 다른 쪽으로 유도하기 위한 버블 분리벽(151)의 크기는 사용되는 히터(113)의 크기에 따라 적정하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에 따른 열구동형 잉크젯 프린트헤드에서, 22㎛×55㎛ 크기의 히터(113)가 사용되는 경우 버블 분리벽(151)의 높이는 4㎛ 이하이고, 폭은 3㎛ 이하인 것이 바람직한데, 이에 대한 상세한 실험결과에 대해서는 후술한다. 한편, 버블 분리벽(151)의 존재는 히터(113)의 가열면적을 감소시킴으로써 잉크의 토출 성능을 다소 저하시킬 수는 있으나, 상기한 버블 분리벽(151)의 크기는 잉크젯 프린트헤드의 인쇄 성능에는 별다른 영향을 끼치지 못하는 것으로 밝혀졌다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 그리고, 도 3b는 도 3a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터 상에 배치된 버블 분리벽을 보여주는 평면도이다. 이하에서는, 전술한 실시예와 다른 점만을 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 실시예에서는 전술한 실시예와는 달리 버블 분리벽(152)이 도선(114)에 의하여 히터(113)에 인가되는 전류의 방향과 나란한 방향으로 배치되어 있다. 이와 같이 버블 분리벽(152)은 히터(113)에 인가되는 전류의 방향과 나란하게 배치될 수도 있으며, 이 버블 분리벽(152)은 전술한 바와 같이 히터(113)에 의하여 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 버블이 히터(113) 쪽이 아닌 다른 위치에서 소멸되도록 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 히터(113)를 보호 하게 된다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 그리고, 도 4b는 도 4a에 도시된 잉크젯 프린트헤드에서, 히터들(113a,113b) 사이에 배치된 버블 분리벽(153)을 보여주는 평면도이다. 이하에서는, 전술한 실시예들과 다른 점만을 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기판(111) 상에 형성된 절연층(112)의 상면에는 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 제1 및 제2 히터(113a,113b)가 서로 인접하여 나란하게 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 히터(113a,113b) 양측의 상면에는 상기 제1 및 제2 히터(113a,113b)에 전류를 인가하기 위한 도선(114)이 형성되어 있으며, 상기 제1, 제2 히터(113a,113b) 및 도선(114)의 상면에는 이들을 보호하기 위한 보호층(115)이 형성되어 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 히터(113a,113b) 사이에 위치하는 보호층(115)의 상면에는 제1 및 제2 히터(113a,113b)에 의하여 각각 발생되어 합쳐진 버블이 소멸할 때 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 제1 및 제2 히터(113a,113b)를 보호하기 위한 버블 분리벽(151)이 설치되어 있다. 여기서, 상기 버블 분리벽(151)은 잉크챔버(122) 쪽으로 돌출되게 마련된다. 상기 버블 분리벽(151)은 전술한 바와 같이 에폭시 등과 같은 폴리머 또는 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx) 등과 같은 무기질로 이루어질 수 있다. 상기 버블 분리벽(153)은 상기 제1 및 제2 히터(113a,113b)에 의하여 발생되어 합쳐진 버블의 일부 또는 전부를 분리함으로써 버 블 분리벽(153)이 설치되지 않았을 경우에 형성될 수 있는 버블의 성장 및 소멸 거동에 변화를 주게 된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 히터(113a,113b)에 의하여 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블 분리벽(153)의 존재로 인하여 버블은 제1 및 제2 히터(113a,113b)가 아닌 다른 위치, 예를 들면 버블 분리벽(153) 상에서 소멸하게 된다. 한편, 상기 버블은 제1 및 제2 히터(113a,113b)와 버블 분리벽(153)이 아닌 다른 위치에서 소멸될 수도 있다.
한편, 전술한 실시예들에서는 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출방향이 동일한 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 사이드-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드나 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 백-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드에도 적용될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도하기 위한 버블 분리벽은 히터 상에서 잉크챔버 쪽으로 돌출되게 설치되며, 그 크기는 히터의 형상 및 크기에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서 버블 분리벽의 크기에 따른 버블의 소멸 위치를 시뮬레이션 실험으로 통하여 알아보기로 한다. 이하의 실험에서는 히터의 크기를 22㎛×55㎛로 하였다.
도 5a 내지 도 5b는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 2.0㎛ 및 2.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸 과정을 보여주는 시뮬레이션 실험결과이며, 도 6a 내지 도 6d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 2.0㎛ 및 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과 정을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 5a 내지 도 5b 및 도 6a 내지 도6b를 참조하면, 버블 분리벽의 높이가 대략 4.0㎛ 인 경우에는 히터에 의하여 발생된 버블이 버블 분리벽의 상면에서 소멸됨을 알 수 있다. 이 경우 히터는 버블의 소멸에 의해 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 보호될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 2.0㎛ 및 4.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸 과정을 보여주는 시뮬레이션 실험결과이다. 도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 히터에 의하여 발생된 버블이 버블 분리벽과 히터쪽으로 분산되어 소멸됨을 알 수 있다. 이 경우 버블의 소멸에 의해 발생되는 캐비테이션 압력에 의하여 히터의 표면이 손상될 가능성이 있다.
도 8a 내지 도 8b는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 2.0㎛ 및 5.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸 과정을 보여주는 시뮬레이션 실험결과이며, 도 9a 내지 도 9d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 2.0㎛ 및 6.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 8a 내지 도 8b 및 도 9a 내지 도9b를 참조하면, 버블 분리벽의 높이가 대략 5.0㎛ 이상인 경우에는 히터에 의하여 발생된 버블이 히터의 표면에서 소멸됨을 알 수 있다. 이 경우 버블의 소멸에 의해 발생되는 캐비테이션 압력에 의하여 히터의 표면이 손상될 수 있다.
한편, 도 10a 내지 도 10d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 3.0㎛ 및 3.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이며, 도 11a 내지 도 11d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 4.0㎛ 및 3.5㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다. 도 10a 내지 도 10b 및 도 11a 내 지 도11b를 참조하면, 버블 분리벽의 폭이 3.0㎛ 인 경우에는 버블이 버블 분리벽의 상면에서 소멸되지만, 버블 분리벽의 폭이 4.0㎛ 인 경우에는 버블이 히터의 표면에서 소멸됨을 알 수 있다.
그리고, 도 12a 내지 도 12d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 각각 3.0㎛ 및 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이며, 도 13a 내지 도 13d는 버블 분리벽의 폭 및 높이가 4.0㎛ 및 4.0㎛일 때 버블의 성장 및 소멸과정을 보여주는 시뮬레이션 실험 결과이다. 도 12a 내지 도 12b 및 도 13a 내지 도13b를 참조하면, 버블 분리벽의 폭이 3.0㎛ 인 경우에는 버블이 버블 분리벽의 상면에서 소멸되지만, 버블 분리벽의 폭이 4.0㎛ 인 경우에는 버블이 히터의 표면에서 소멸됨을 알 수 있다.
이상의 실험결과들을 종합하여 보면, 히터의 크기가 22㎛×55㎛인 경우에 버블의 소멸 위치를 히터가 아닌 버블 분리벽 쪽으로 유도하기 위하여 버블 분리벽의 높이는 대략 4.0㎛이하이고, 버블 분리벽의 폭은 대략 3.0㎛인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 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 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤 드는 히터 상에 버블의 소멸 위치를 유도하는 버블 분리벽을 설치함으로써 히터에 의해 발생된 버블을 히터의 표면이 아닌 버블 분리벽 상에서 소멸시킬 수 있다. 이에 따라, 버블의 소멸 시에 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 히터의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있으므로, 히터의 내구성 및 잉크젯 프린트헤드의 수명을 증대시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생 팽창시키고, 상기 버블의 팽창력에 의하여 상기 잉크챔버 내의 잉크를 노즐을 통하여 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    상기 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터;
    상기 히터에 전류를 인가하기 위한 도선; 및
    상기 히터 상에 돌출되게 마련되는 것으로, 상기 히터에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 상기 히터를 보호하는 버블 분리벽;을 구비하는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블은 상기 버블 분리벽 상에서 소멸되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 상기 히터 상에서 잉크 챔버 쪽으로 돌출되게 마련되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 상기 히터에 흐르는 전류에 나란한 방향으로 마련되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 상기 히터에 흐르는 전류에 직교하는 방향으로 마련되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터의 표면에는 보호층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 폴리머 또는 무기물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리머는 에폭시(epoxy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 무기물은 SiO2 또는 SiNx 인 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생 팽창시키고, 상기 버블의 팽창력에 의하여 상기 잉크챔버 내의 잉크를 노즐을 통하여 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    상기 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 복수의 히터;
    상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 도선; 및
    상기 히터들 사이에 돌출되게 마련되는 것으로, 상기 히터들에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블의 소멸 위치를 유도함으로써 상기 히터들을 보호하는 적어도 하나의 버블 분리벽;을 구비하는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 히터들에 의해 발생된 버블이 수축하여 소멸할 때 상기 버블은 상기 버블 분리벽 상에서 소멸되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 상기 히터들 사이에서 잉크 챔버 쪽으로 돌출되게 마련되는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 히터들의 표면에는 보호층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 버블 분리벽은 폴리머 또는 무기물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 폴리머는 에폭시(epoxy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 무기물은 SiO2 또는 SiNx 인 것을 특징으로 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드.
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