(57)【要約】      （修正有）【課題】堅固で信頼性のある構造を有する熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】インク供給のためのインクフィードホール１１１が貫通形成された基板１１０と、基板上に積層されるものであって、インクフィードホールから供給されたインクの充填される複数のインクチャンバ１２２が形成されたチャンバ層１２０と、チャンバ層上に積層されるものであって、インクの吐出される複数のノズル１３２が形成されたノズル層１３０と、基板とノズル層との間に設けられて、基板及びノズル層を支持する複数の支持壁１５０と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。【選択図】図３
2008105384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク供給のためのインクフィードホールが貫通形成された基板と、
前記基板上に積層されるものであって、前記インクフィードホールから供給されたインクが充填される複数のインクチャンバが形成されたチャンバ層と、
前記チャンバ層上に積層されるものであって、インクの吐出される複数のノズルが形成されたノズル層と、
前記基板とノズル層との間に設けられて、前記基板及びノズル層を支持する複数の支持壁と、を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間に形成された前記チャンバ層の側壁と前記インクフィードホールとの間の基板上に設けられることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記支持壁は、前記チャンバ層の側壁から延びて形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間の中心に対応する位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記支持壁は、前記インクフィードホールを介して相互対向する前記チャンバ層の側壁の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記支持壁は、前記チャンバ層の側壁から延びて相互対向する前記チャンバ層の側壁の間を連結するように形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間の中心に対応する位置に形成された前記チャンバ層の側壁から延びることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記チャンバ層には、前記インクフィードホールとインクチャンバとを連結する通路である複数のリストリクターが形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記リストリクターは、前記インクチャンバより狭い幅で形成されることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記インクフィードホールは、前記基板の表面に対して垂直に貫通形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記基板の表面には、絶縁層が形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記絶縁層の上面には、前記インクチャンバ内のインクを加熱してバブルを発生させるための複数のヒータが形成され、前記ヒータそれぞれの上面には、電流印加のための電極が形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記ヒータ及び電極の表面には、保護層がさらに形成されることを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記ヒータの上部に位置する前記保護層の上面には、バブルの消滅時に発生するキャビテーション圧力から前記ヒータを保護するためのキャビテーション防止層がさらに形成されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリントヘッドに係り、さらに詳細には、堅固で信頼性のある構造を有する熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インクジェットプリンタは、インクジェットプリントヘッドからインクの微小な液滴を印刷媒体上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像を形成する装置である。このようなインクジェットプリンタには、インクジェットプリントヘッドが印刷媒体の移送方向と直角方向に往復動しつつ、印刷作業を行うシャトル方式のインクジェットプリンタと、最近高速印刷の具現のために開発されているものであって、印刷媒体の幅に該当するサイズのアレイプリントヘッドを備えるラインプリンティング方式のインクジェットプリンタがある。このようなアレイプリントヘッドには、複数のインクジェットプリントヘッドが所定形態で配列されている。ラインプリンティング方式のインクジェットプリンタは、アレイプリントヘッドが固定された状態で印刷媒体のみが移送しつつ、印刷作業を行うので、高速印刷を具現しうる。
【０００３】
一方、インクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって２つの方式に大別されうる。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させ、そのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは、圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によってインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
【０００４】
熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴吐出メカニズムをさらに詳細に説明すれば、次の通りである。抵抗発熱体からなるヒータにパルス状の電流が流れれば、ヒータから熱が発生しつつ、ヒータに隣接したインクは、約３００℃に瞬間加熱される。これにより、インクが沸騰しつつ、バブルが生成され、生成されたバブルは、膨脹してインクチャンバ内に充填されたインクに圧力を加える。これにより、ノズルの付近にあったインクがノズルを通じて液滴の形態でインクチャンバの外部に吐出される。
【０００５】
図１には、従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドの概略的な断面が示されている。図１を参照すれば、従来のインクジェットプリントヘッドは、複数の物質層が形成された基板１０と、前記基板１０上に積層されるチャンバ層２０と、前記チャンバ層２０上に積層されるノズル層３０と、を備える。前記チャンバ層２０には、吐出されるインクが充填される複数のインクチャンバ２２が形成されており、前記ノズル層３０には、インクの吐出されるノズル３２が形成されている。そして、前記基板１０には、前記インクチャンバ２２にインクを供給するためのインクフィードホール１１が貫通形成されている。また、前記チャンバ層２０には、前記インクチャンバ２２とインクフィードホール１１とを連結する複数のリストリクター２４が形成されている。
【０００６】
前記基板１０としては、一般的にシリコン基板が使われうる。前記基板１０上には、ヒータ１４と基板１０との間の絶縁のための絶縁層１２が形成されている。そして、前記絶縁層１２上には、インクチャンバ２２内のインクを加熱してバブルを発生させるためのヒータ１４が形成されており、前記ヒータ１４上には、ヒータ１４に電流を印加するための電極１６が形成されている。前記ヒータ１４と電極１６との表面には、これらを保護するための保護層１８が形成されており、前記保護層１８上には、バブルの消滅時に発生するキャビテーション圧力からヒータ１４を保護するためのキャビテーション防止層１９が形成されている。
【０００７】
しかし、前記のような構造のインクジェットプリントヘッドでは、積層過程で発生する残留応力及びインクカートリッジとの結合過程で発生する熱応力がノズル層３０の変形を誘発する。また、インクフィードホール１１が基板１０を貫通して形成しているため、基板１０が脆弱で変形される恐れがある。これにより、インクフィードホール１１が変形され、基板１０の上部に積層されるノズル層３０も変形される恐れがある。そして、インクジェットプリントヘッドの維持補修過程でも変形されたノズル層３０を中心に破損が発生してインクの吐出時に所望の位置にインクを吐出させられないという問題点が発生する。このようなインクジェットプリントヘッドの脆弱性の問題は、インクジェットプリントヘッドの長さが延長するにつれて大きくなるので、最近、高速印刷の具現のために開発されているラインプリンティング方式のインクジェットプリンタでは、このようなインクジェットプリントヘッドの脆弱性問題がさらに深刻化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、堅固で信頼性のある構造を有する熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の具現例によるインクジェットプリントヘッドは、インク供給のためのインクフィードホールが貫通形成された基板と、前記基板上に積層されるものであって、前記インクフィードホールから供給されたインクが充填される複数のインクチャンバが形成されたチャンバ層と、前記チャンバ層上に積層されるものであって、インクの吐出される複数のノズルが形成されたノズル層と、前記基板とノズル層との間に設けられ、前記基板及びノズル層を支持する複数の支持壁と、を備える。
【００１０】
前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間に形成された前記チャンバ層の側壁及び前記インクフィードホールの間の基板上に設けられうる。ここで、前記支持壁は、前記チャンバ層の側壁から延びて形成されうる。前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間の中心に対応する位置に設けられうる。
【００１１】
一方、前記支持壁は、前記インクフィードホールを介して相互対向する前記チャンバ層の側壁の間に形成されうる。ここで、前記支持壁は、前記チャンバ層の側壁から延びて相互対向する前記チャンバ層の側壁の間を連結するように形成されうる。前記支持壁は、相互隣接する前記インクチャンバの間の中心に対応する位置に形成された前記チャンバ層の側壁から延びうる。
【００１２】
前記チャンバ層には、前記インクフィードホールとインクチャンバとを連結する通路である複数のリストリクターが形成されうる。ここで、前記リストリクターは、前記インクチャンバより狭い幅で形成されることが望ましい。
【００１３】
前記基板の表面には、絶縁層が形成されうる。そして、前記絶縁層の上面には、前記インクチャンバ内のインクを加熱してバブルを発生させるための複数のヒータが形成され、前記ヒータそれぞれの上面には、電流印加のための電極が形成されうる。
前記ヒータ及び電極の表面には、保護層がさらに形成され、前記ヒータの上部に位置する前記保護層の上面には、バブルの消滅時に発生するキャビテーション圧力から前記ヒータを保護するためのキャビテーション防止層がさらに形成されうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、次のような効果がある。
【００１５】
第一に、基板とノズル層との間に複数の支持壁を設けることによって、積層過程やインクカートリッジとの結合過程で発生しうる基板及びノズル層の変形を防止しうる。そして、インクジェットプリントヘッドの維持補修過程で発生しうるノズル層の破損も防止することによって、吐出特性を向上させうる。
【００１６】
第二に、幅が均一であり、かつ変形されないインクフィードホールを形成しうるので、インクフィードホールから各インクチャンバに供給されるインクの量及び速度が均一になり、その結果、ノズル間の吐出特性を均一にしうる。
【００１７】
第三に、支持壁が相互隣接するインクチャンバの間に設けられるので、インクの吐出時に相互隣接するインクチャンバ間にクロストークの発生を防止しうる。
【００１８】
第四に、支持壁がインクフィードホールを介して相互対向するチャンバ層の側壁の間を連結するように形成される場合には、基板の表面に対して垂直方向に基板が変形されることを効果的に防止しうる。これにより、垂直方向に均一な幅を有するインクフィードホールを形成し、ノズルの間の吐出特性をさらに均一にしうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素のサイズや厚さは、説明の明瞭性のために誇張されている。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを概略的に示す平面図である。そして、図３は、図２に示されたインクジェットプリントヘッドの概略的な分離斜視図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ’線による断面図である。
【００２１】
図２ないし図４を参照すれば、本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、複数の物質層が形成された基板１１０と、前記基板１１０上に積層されるチャンバ層１２０と、前記チャンバ層１２０上に積層されるノズル層１３０と、前記基板１１０とノズル層１３０との間に設けられる複数の支持壁１５０と、を備える。ここで、前記チャンバ層１２０には、複数のインクチャンバ１２２が形成されており、前記ノズル層１３０には、複数のノズル１３２が形成されている。
【００２２】
前記基板１１０には、主にシリコンウェーハが使われうる。前記基板１１０には、インク供給のためのインクフィードホール１１１が形成されている。ここで、前記インクフィードホール１１１は、基板１１０の表面に対して垂直に貫通形成されうる。一方、図面では、基板１１０に一つのインクフィードホール１１１が形成された場合が示されているが、これに限定されず、多様な数のインクフィードホール１１１が形成されうる。
【００２３】
前記基板１１０の上面には、基板１１０とヒータ１１４との間の絶縁のための絶縁層１１２が形成されうる。前記絶縁層１１２は、例えば、シリコン酸化物から形成されうる。そして、前記絶縁層１１２の上面には、インクチャンバ１２２内のインクを加熱してバブルを発生させるための複数のヒータ１１４が形成されている。前記ヒータ１１４は、例えば、タンタル−アルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物、タングステンシリサイドのような発熱抵抗体で形成されうる。前記ヒータ１１４のそれぞれの上面には、電極１１６が形成されている。前記電極１１６は、ヒータ１１４に電流を印加するためのものであって、電気伝導性に優れた物質で形成されうる。例えば、前記電極１１６は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、金（Ａｕ）、は（Ａｇ）で形成されうる。
【００２４】
前記ヒータ１１４及び電極１１６の上面には、保護層１１８が形成されうる。このような保護層１１８は、ヒータ１１４及び電極１１６がインクと接触して酸化されるか、または腐食されることを防止するためのものであって、例えば、シリコン窒化物またはシリコン酸化物で形成されうる。そして、インクチャンバ１２２の底部をなす保護層１１８、すなわち、前記ヒータ１１４の発熱部分の上部に位置する保護層１１８の上面には、キャビテーション防止層１１９がさらに形成されうる。ここで、前記キャビテーション防止層１１９は、バブルの消滅時に発生するキャビテーション圧力からヒータ１１４を保護するためのものであって、例えば、タンタル（Ｔａ）で形成されうる。
【００２５】
複数の物質層が形成された基板１１０上にチャンバ層１２０が積層されている。前記チャンバ層１２０には、前記インクフィードホール１１１から供給されたインクが充填される複数のインクチャンバ１２２が形成されている。ここで、前記インクチャンバ１２２は、ヒータ１１４の上部に位置しうる。そして、前記チャンバ層１２０には、インクフィードホール１１１とインクチャンバ１２２とを連結する通路である複数のリストリクター１２４がさらに形成されうる。ここで、前記リストリクター１２４は、インクチャンバ１２２より狭い幅で形成されうる。前記チャンバ層１２０は、例えば、ポリマーで形成されうる。
【００２６】
前記チャンバ層１２０上には、ノズル層１３０が積層されている。前記ノズル層１３０には、インクチャンバ１２２内のインクが外部に吐出される複数のノズル１３２が形成されている。ここで、前記ノズル１３２は、インクチャンバ１２２の上部に位置しうる。前記ノズル層１３０は、例えば、ポリマーで形成されうる。
【００２７】
そして、複数の物質層が形成された基板１１０とノズル層１３０との間には、基板１１０及びノズル層１３０を支持する複数の支持壁１５０が設けられている。ここで、前記支持壁１５０は、相互隣接するインクチャンバ１２２の間に形成されたチャンバ層１２０の側壁及びインクフィードホール１１１の間の基板１１０上に形成される。このような支持壁１５０は、チャンバ層１２０の側壁から延びて形成されうる。前記支持壁１５０は、相互隣接するインクチャンバ１２２の間の中心に対応する位置に設けられることが望ましい。このような支持壁１５０は、チャンバ層１２０と実質的に同じ高さで形成される。これにより、前記支持壁１５０の上面は、ノズル層１３０と接し、支持壁１５０の下面は、物質層の形成された基板１１０と接する。このような支持壁１５０は、チャンバ層１２０と同じ物質で形成されうる。
【００２８】
このように、本実施形態では、基板１１０とノズル層１３０との間に複数の支持壁１５０を設けることによって、積層過程やインクカートリッジとの結合過程で発生しうる基板１１０及びノズル層１３０の変形を防止しうる。そして、インクジェットプリントヘッドの維持補修過程で発生しうるノズル層１３０の破損を防止することによって吐出特性を向上させうる。そして、幅が均一であり、かつ変形されないインクフィードホール１１１を形成しうるので、インクフィードホール１１１から各インクチャンバ１２２に供給されるインクの量及び速度が均一になり、その結果、ノズル１３２の間の吐出特性を均一にしうる。また、本実施形態では、前記支持壁１５０が相互隣接するインクチャンバ１２２の間に形成されるチャンバ層１２０の側壁及びインクフィードホール１１１間の基板１１０上に形成されるので、インクの吐出時に相互隣接するインクチャンバ１２２の間にクロストークが発生することを防止しうる。
【００２９】
図５は、本発明の他の実施形態による熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを概略的に示す平面図である。そして、図６は、図２に示されたインクジェットプリントヘッドの概略的な分離斜視図であり、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線による断面図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３０】
図５ないし図７を参照すれば、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、複数の物質層が形成された基板２１０と、前記基板２１０上に積層されるチャンバ層２２０と、前記チャンバ層２２０上に積層されるノズル層２３０と、前記基板２１０とノズル層２３０との間に設けられる複数の支持壁２５０と、を備える。ここで、前記基板２１０には、インク供給のためのインクフィードホール２１１が貫通形成されており、前記チャンバ層２２０には、複数のインクチャンバ２２２が形成されており、前記ノズル層２３０には、複数のノズル２３２が形成されている。そして、前述したように、前記基板２１０の上面には、絶縁層２１２、複数のヒータ２１４及び電極２１６、保護層２１８及びキャビテーション防止層２１９が順次に形成されている。
【００３１】
複数の物質層が形成された基板２１０上にチャンバ層２２０が積層されており、このようなチャンバ層２２０には、インクフィードホール２１１から供給されたインクが充填される複数のインクチャンバ２２２が形成されている。そして、前記チャンバ層２２０には、インクフィードホール２１１とインクチャンバ２２２とを連結する複数のリストリクター２２４がさらに形成されうる。前記チャンバ層２２０上には、ノズル層２３０が積層されており、このようなノズル層２３０には、インクの吐出される複数のノズル２３２が形成されている。
【００３２】
そして、複数の物質層が形成された基板２１０とノズル層２３０との間には、基板２１０及びノズル層２３０を支持する複数の支持壁２５０が設けられている。ここで、前記支持壁２５０は、インクフィードホール２１１を介して相互対向するチャンバ層２２０の側壁の間に形成される。具体的に、前記支持壁２５０は、前記チャンバ層２２０の側壁から延びて、インクフィードホール２１１を介して相互対向するチャンバ層２２０の側壁の間を連結するように形成されうる。ここで、前記支持壁２５０は、相互隣接するインクチャンバ２２２の間の中心に対応する位置に形成されたチャンバ層２２０の側壁から延びることが望ましい。このような支持壁２５０は、チャンバ層２２０と実質的に同じ高さで形成される。これにより、前記支持壁２５０の上面は、ノズル層２３０と接し、支持壁２５０の両端の下面は、基板２１０と接する。このような支持壁２５０は、チャンバ層２２０と同じ物質で形成されうる。
【００３３】
このように、本実施形態には、基板２１０とノズル層２３０との間に複数の支持壁２５０を設けることによって、基板２１０及びノズル層２３０の変形を防止し、インクジェットプリントヘッドの維持補修過程で発生しうるノズル層２３０の破損を防止することによって吐出特性を向上させうる。そして、基板２１０に幅が均一であり、かつ変形されないインクフィードホール２１１を形成しうるので、ノズル２３２の間の吐出特性を均一にしうる。そして、前記支持壁２５０が相互隣接するインクチャンバ２２２の間に形成されるチャンバ層２２０の側壁に延長されて形成されるので、インクの吐出時に相互隣接するインクチャンバ２２２の間にクロストークが発生することを防止しうる。また、本実施形態では、前記支持壁２５０がインクフィードホール２１１を介して相互対向するチャンバ層２２０の側壁の間を連結するように形成されるので、基板２１０の変形、特に基板２１０の表面に対して垂直方向への変形を効果的に防止しうる。これにより、垂直方向に均一な幅を有するインクフィードホール２１１を形成しうるので、ノズル１３２の間の吐出特性をさらに均一にしうる。
【００３４】
以上、本発明の望ましい実施形態が詳細に説明されたが、本発明の範囲は、これに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。例えば、本発明でインクジェットプリントヘッドの各要素を構成するために使われる物質は、例示されていない物質も使われうる。また、一層が基板や他層の上に存在すると説明されるとき、その層は、基板や他層に直接接しつつ存在してもよく、その間に第３の層が存在してもよい。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、インクジェットプリンタ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【図３】図２に示されたインクジェットプリントヘッドの概略的な分離斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ’線による断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【図６】図５に示されたインクジェットプリントヘッドの概略的な分離斜視図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線による断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１１    インクフィードホール、
１２２    インクチャンバ、
１２４    リストリクター、
１３２    ノズル、
１５０    支持壁。
【図１】
2008105384.tif 000003
【図２】
2008105384.tif 000004
【図３】
2008105384.tif 000005
【図４】
2008105384.tif 000006
【図５】
2008105384.tif 000007
【図６】
2008105384.tif 000008
【図７】
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