Design of array typed inkjet head for line-printing

라인 프린팅을 위한 어레이 방식 잉크젯 헤드 설계

Although line printing technology is capable of high-speed and large area printing, residual stresses generated during the manufacturing process can deform the feedhole, causing nozzle plate crack or ink leaks. Therefore, in this paper, we propose a new thermal inkjet print head that is robust, reliable and more suitable for line-printing. The amount of deformation of the conventional line printing head measured through the experiment was converted into an equivalent load, and the validity of the load estimation method was verified through FEA analysis. In addition, in order to minimize deformation without increasing the head size, the head structure was designed to increase internal rigidity by reinforcing the unit nozzle with a pillar or support wall or by adding a support beam or dry/wet etched bridge. The FEA analysis results show that the feedhole deformation was reduced by up to 90%, and it is confirmed that the suggested print head with dry etched feedhole bridge operates normally without nozzle plate cracks and ink leakage through fabrication.

고속 및 대면적 인쇄를 위한 라인 프린팅 기술은 늘어난 헤드 길이만큼 헤드 내부로 잉크를 공급하는 유로를 확보해야 하는 구조적 취약점과 제조 과정에서 발생하는 잔류응력에 의한 피드홀 변형으로 인해 노즐층이 파손되거나 잉크가 누출되는 결함이 있다. 따라서 본 논문에서는 견고하고 신뢰할 수 있으며 라인 프린팅 방식에 보다 적합한 열전사 방식의 잉크젯 프린트 헤드 형상을 제안하고자 한다. 먼저 실험을 통해 초기 라인 프린팅 헤드의 변형량을 측정한 후 이를 등가의 하중량으로 변환하였으며 FEA 해석을 통해 하중 추정 방법의 타당성을 검증하였다. 또한 헤드 크기를 증가시키지 않으면서 변형을 최소화할 수 있도록 기둥이나 지지벽으로 단위 노즐을 보강하거나 지지빔이나 건/습식각된 브릿지를 추가하여 내부 강성을 증가시킨 헤드 구조를 설계하였으며, 피드홀 변형이 최대 90% 감소하는 것을 확인하였다. 제안된 형상 중 공정 편의성과 제작비용을 고려하여 건식각된 피드홀 브릿지 형태의 헤드를 선정하였으며 실제 제작을 통해 노즐층 변형이나 잉크 누출 없이 정상 작동하는 것을 확인하였다.