KR0147902B1 - 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법 - Google Patents

액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법

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Abstract

본 발명은 액체금속(LIQUID METAL)을 프린터 헤드에 이용한 것에 있어서, 상기 액체금속이 액체상태를 유지할 수 있도록 제어하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법에 있어서, 잉크통으로 부터 공급되는 잉크의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 잉크를 가열하여 간접적으로 상기 액체금속의 온도를 용융점 이상으로 유지하기 위한 발열수단을 상기 잉크로의 소정부위에 더 설치하여 구성한 것과, 액체금속의 온도를 검출하는 단계와, 상기 검출된 액체금속의 온도가 용융점 이하의 온도인가를 판단하는 단계와, 상기 판단단계에서, 액체금속의 온도가 용융점 이하의 온도로 판단되면, 발열수단을 구동시키는 단계와, 상기 판단단계에서, 액체금속의 온도가 용융점 이하의 온도가 아니라면, 발열수단의 구동을 차단하는 단계를 포함하여 된 것이다.
따라서, 본 발명은 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드에 있어서, 상기 액체금속의 온도를 항상 용융점이상으로 유지할 수 있게 되어 프린터 헤드의 동작온도를 적정하게 유지하여 줌으로서, 인쇄기능을 향상시킨 효과가 있다.

Description

액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법.
제1도는 종래의 개량된 잉크분사식 프린터 헤드를 나타내는 단면도로서, (a)는 단일개의 잉크저장실을 나타내는 요부단면도, (b)는 상기 (a)의 A-A단면도,
제2도는 상기 제1도의 잉크분사식 프린터 헤드에 액체금속을 이용한 경우를 나타내는 요부단면도로서, (a)는 단일개의 잉크저장실을 나타내는 요부단면도, (b)는 상기 (a)의 B-B단면도,
제3도는 본 발명에 따른 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치를 나타내는 바람직한 일실시예,
제4도는 본 발명에 따른 다른 실시예,
제5도는 본 발명에 따른 잉크분사식 프린터 헤드의 구동회로도,
제6도는 본 발명에 따른 프린터 헤드의 구동회로를 프린터 내부회로에 이용한 제어 블럭도,
제7도는 제6도에 따른 제어 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10:헤드 11:몸체
12:저장실 13:노즐
14:공급로 15:잉크
16,17:전극 18,19:자성체
20:액체금속 21,21A:온도감지수단
21B:변환회로 22,22A:발열수단
22B:구동회로 23:잉크통
30:제어수단 31:메모리
본 발명은 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 액체금속(LIQUID METAL)을 프린터 헤드에 이용한 것에 있어서 상기 액체금속이 액체상태를 유지할 수 있도록 제어하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
종래, 버블젯(BUBBLE JET) 방식의 프린터의 인쇄제어방법은 프린터 헤드내에 설치된 발열체를 발열시켜 비등현상으로 기인되는 잉크의 삼투압 현상을 유발시킴으로서, 상기 잉크가 분출되어 인쇄동작을 수행하도록 한 것이다.
그러나 상기 버블방식은 상기 발열체의 빈번한 열가열로 인해 잉크의 특성이 쉽게 변하게 된다.
이와 같은 현상은 프린터 헤드의 수명을 단축시키는 요인이 될 뿐 아니라 상기 발열체의 수명이 단축되는 문제점을 내포한다.
전술한 문제점을 감안하여 안출된 방식을 첨부된 도면인 제1도를 통해 설명한다.
상기 제1도는 종래의 개량된 잉크분사식 프린터 헤드(10)를 나타내는 단면도로서, (a)는 단일개의 잉크저장실(12)을 나타내는 요부 단면도이고, (b)는 상기 (a)의 A-A단면도이다.
도시된 바와 같이, 상기 프린터 헤드(10)의 몸체(11)내부에는 잉크저장실(12)이 마련된다. 상기 저장실(12)의 일측(상부)에는 잉크(15)방울이 분출되는 노즐(13)이 구성되고, 미도시된 잉크통으로 부터 상기 저장실(12)로 잉크(15)가 공급되는 통로인 공급로(14)가 구성된다.
또한, 상기 저장실(12)의 하부외면에는 한쌍의 전극(16)(17)과, 한쌍의 N,S극의 자성체(18)(19)가 서로 대칭으로 설치된다.
이와 같은 구성의 프린터 헤드(10)에서 상기 잉크(15)가 노즐(13)로 분사되는 동작은 상기 저장실(12)의 외부 자성체(18)(19)에 놓인 잉크(15)가 받는 힘의 크기가 로렌쯔의 힘(Force, F=Bilsinθ)에 좌우되며, 그 힘의 방향은 플레밍의 왼손법칙에 의하여 자장(B),전류(i)방향과 직교되는 방향으로 움직인다는 기본원리를 이용하고 있다.
따라서, 상기 이론에 따르자면, 상기 전극(16)(17)에 적정한 전압(종,부펄스)을 인가하면 소정의 자장이 발생되어 잉크(15)가 노즐(13)을 통해 한방울씩 분사되는 것이다.
또한, 상기 제1도와 같은 프린터 헤드(10)의 구성에 이용되는 잉크(15)는 그 전기적 저항이 5Ω 이하가 되어야 한다. 그러나, 이는 현실적으로 불가능하다.
그래서, 상기 잉크(15) 대신에 피에조(PIEZO)와 같은 진동소자를 이용하여 상기 잉크(15)를 간접적으로 움직이게 하는 것이 제안되어 온 바 있다.
이러한 기술적인 배경 아래, 상기 피에조와 같은 진동소자 대신에 상기 잉크(15)를 간접적으로 움직이게 하는 특별한 물질이 추가적으로 제안되고 있다.
그중의 하나가 액체금속이다.
이와 같은 액체금속을 이용하여 인쇄를 시도하는 잉크분사용 프린터 헤드에 관련된 기술은 미국(출원번호 제 4,845,517 호)에서 소개된 바 있다.
첨부된 도면, 제2도는 상기 제1도의 잉크분사식 프린터 헤드(10)에 액체금속(20)을 이용한 경우를 나타내는 요부 단면도로서, (a)는 단일개의 잉크 저장실(12)을 나타내는 요부 단면도이고, (b)는 상기 (a)의 B-B단면도이다.
상기 액체금속(20)은 상기 저장실(12)의 소정부위에 적정량 투입된다.
즉, 상기 액체금속(20)은 갈륨/인듐(Ga/In)화합물로서 잉크(15)대신 운동에너지를 발생시키는 역할을 하게 되며, 상기 잉크(15)가 구비할 수 없는 극히 낮은 전기적 저항(5Ω 이하)조건을 만족하게 된다.
따라서, 잉크(15)는 상기 액체금속(20)의 운동에너지를 전달받아 노즐(13)로 분출되어 인쇄를 수행하게 된다.
그러나, 상기 액체금속(20)은 소정온도(용융점;18℃)이하에서는 고체적 성질을 가지게 되어 정상적인 인쇄기능을 수행할 수 없는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 액체금속이 채용된 잉크분사식 프린터의 헤드장치에서, 상기 액체금속이 고체화 되지 않는 용융점 이상의 온도를 유지하도록 제어하는 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 액체금속이 채용된 잉크분사식 프린터의 헤드장치에서, 상기 액체금속이 고체화 되지 않는 용융점 이상의 온도를 유지하도록 제어하는 잉크분사식 프린터 헤드의 제어방법을 제공하는 것에 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 프린터 헤드의 몸체 내부에는 다수개의 잉크 저장실이 마련되고, 상기 저장실의 일측에는 잉크방울이 분출되는 노즐이 구성되고, 잉크통으로부터 공급되는 잉크의 통로인 공급로가 구성되며, 상기 저장실의 노즐의 하측에는 한쌍의 전극과, 한쌍의 N,S극의 자성체가 서로 대칭으로 설치되고, 상기 저장실의 노즐의 타측에는 액체금속이 투입 저장되는 잉크분사식 프린터 헤드장치에 있어서, 잉크프린터 헤드의 일정부위의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 잉크를 가열하여 간접적으로 상기 액체금속의 온도를 소정온도이상으로 유지하기 위한 발열 수단을 상기 프린터 헤드의 소정부위에 더 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어방법에 있어서, 프린터 헤드의 일정부위를 감지하여 액체금속의 온도를 검출하는 제1단계와, 상기 검출된 액체금속의 온도가 미리 설정된 소정온도 이하인가를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 액체금속의 온도가 미리 설정된 소정온도 이하의 온도로 판단되면, 발열수단을 구동시키는 제3단계와, 제2단계에서 액체금속의 온도가 미리 설정된 소정온도 이하가 아니라면, 발열수단의 구동을 중지하는 제4단계를 포함하여 된 다른 특징이 있다.
이하, 본 발명에 따른 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드 제어 장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 참조된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용한다.
제3도는 본 발명에 따른 액체금속(20)을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드(10A)의 제어장치의 바람직한 일실시예이다.
도시된 바와 같이, 상기 프린터 헤드(10A)의 몸체(11) 내부에는 다수개의 잉크저장실(12)에 마련된다. 상기 저장실(12)은 각각 독립되어 있을수도 있고, 서로 연결되어 있을수도 있다. 또한, 상기 저장실(12)이 서로 연결되면 연결통로만을 가지는 형태가 될 수도 있고, 큰 하나의 잉크저장실이 있는 형태가 될 수가 있다. 또한 상기 저장실(12)의 일측에는 잉크(15)방울이 분출되는 노즐(13)이 구성되고, 잉크통(23)으로 부터 공급되는 잉크(15)의 통로인 공급로(14)(14)가 구성된다. 상기 공급로(14)(14)와 잉크 저장실(12)은 최소한 하나이상 연결되어야 한다.
또한, 상기 저장실(12)의 노즐타측 외면에는 한쌍의 전극(16)(17)과, 상기 제1,2도에서 언급된 한쌍의 N,S극의 자성체(18)(19)가 서로 대칭으로 설치되고, 상기 저장실(12)에는 액체금속(20)이 투입 저장된다.
여기서, 상기 노즐(13)타측이라 함은 도시된 바와 같이, 반대측이 아니므로 액체금속(20)의 움직임에 의해 노즐(13)로 잉크를 분사할 수 있는 어떤 위치도 가능하다.
이와 같이 구성된 액체금속(20)을 이용한 공지의 잉크분사식 프린터 헤드(10A)에 있어서, 상기 프린터 헤드(10A)의 일정부위의 온도를 감지하는 온도감지수단(21)과, 상기 잉크(15)를 가열하여 간접적으로 상기 액체금속(20)의 온도를 소정온도 이상으로 유지하기 위한 발열수단(22)을 상기 공급로(14)의 소정부위에 설치하여 구성한다.
또한, 본 발명에 따르자면, 상기 온도감지수단(21)과 발열수단(22)은 프린터 헤드(10A)에 단일개가 설치될 수 있거나, 몇개의 블럭 또는 단위노즐(13)마다 각각 설치될 수 있다.
제4도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 것으로, 상기 잉크(15)의 온도를 감지하기 위한 온도감지수단(21A)을 프린터 헤드(10B)의 외부소정부위에 설치하고, 액체금속(20)을 가열하기 위한 발열수단(22A)을 상기 액체금속(20)의 하부에 설치하여 구성한 것이다.
여기서, 상기 발열수단(22A)은 잉크(15)를 가열하여 액체금속(20)을 간접가열하거나 상기 액체금속(20)을 직접가열하는 프린터헤드(10B)의 어떤 위치에도 위치할 수 있다. 즉, 몸체(11), 저장실(12)의 잉크저장부위, 저장실(12)의 액체금속 저장부위, 잉크공급로(14) 및 헤드(10B)표면 어디에도 위치할 수 있다.
또한, 상기 온도감지수단(21A)은 액체금속(20)의 주변에 위치하여 액체금속(20)의 온도를 직접감지할 수도 있다. 즉, 액체금속(20)의 온도를 직접/간접으로 측정할수 있는 몸체(11), 저장실(12)의 잉크 저장부위, 저장실(12)의 액체금속 저장부위, 잉크공급로(14) 및 헤드(10B)표면의 어디에도 위치할 수 있다.
제5도는 본 발명에 따른 잉크분사식 프린터 헤드(10A) 제어장치의 구동회로도로서, 저항(R1)과 저항(R2)의 분압에 의해 생성되는 일정 기준전압(Vref)이 비교기 (COM)의 반전단자(-)에 인가되도록 접속하고, 저항(R3)과 온도감지수단(21)의 분압에 의해 생성되는 비교전압(Va)이 상기 비교기(COM)의 비반전단자(+)에 인가되도록 접속하고, 상기 비교기(COM)의 출력단이 에미터단이 접지된 트랜지스터(TR)의 베이스에 접속되도록 하여 주며 상기 트랜지스터(TR)의 컬렉터단이 발열수단(22)을 통해 전원(+V)과 연결되도록 구성된다.
따라서, 상기 온도감지수단(21)이 감지한 잉크(15)의 온도, 곧 액체금속(20)의 온도가 미리 설정된 소정온도 이하, 예를 들면 액체금속(20)의 용융점(18℃)온도이하 혹은 액체금속(20)의 용융점 온도보다 약간 높은 온도이하로 검출되면, 상기 온도감지수단(21)의 내부저항이 높아지게 되어 비교전압(Va)은 상기 기준전압(Vref)보다 높아지게 되어 상기 비교기(COM)는 하이 레벨신호를 출력한다. 여기서, 상기 소정온도는 용융점온도보다 0~5℃정도 높은 온도가 바람직하다.
따라서, 상기 트렌지스터(TR)가 턴온되어 발열수단(22)은 발열되고, 잉크(15)의 온도, 즉 액체금속(20)의 온도는 상승한다.
한편, 상기 액체금속(20)의 온도가 상승하여 미리 설정된 소정온도이상이 되면, 상기 온도감지수단(21)의 내부저항이 감소하게 되어 비교전압(Va)이 낮아지게 되고, 이 전압(Va)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮아지면 상기 비교기(COM)는 로우레벨신호를 출력하여 트랜지스터(TR)를 턴오프시킨다.
따라서, 상기 발열수단(22)은 발열을 중지하게 된다.
결국, 이와같은 발열수단(22)의 온-오프제어는 상기 액체금속(20)의 온도를 용융점 이상으로 유지하는 제어가 된다.
제6도는 본 발명에 따른 프린터 헤드(10A)의 구동회로를 프린터 내부회로에 채용한 것을 나타내는 제어 블럭도로서, 본 발명에 따른 제어를 소프트웨어적으로 처리하기 위한 방안이다.
도시된 바와 같이, 잉크(15)의 온도를 감지하는 온도감지수단(21)과, 상기 온도감지수단(21)의 저항변화를 정형화하여 일정전압으로 변환하는 변환회로(21B)와, 프린터의 전체제어를 담당하는 제어수단(30)과, 상기 제어수단(30)의 내부 또는 외부에 마련되어 저장된 정보(프로그램 또는 데이터)를 상기 제어수단(30)으로 제공하는 메모리(31)와, 발열수단(22)을 구동하는 구동회로(22B), 발열수단(22)으로 구성된다.
제7도는 상기 제6도의 구성에 따른 제어 흐름도이다.
먼저, 본 발명에 따른 제어 프로그램을 상기 메모리(31)에 적재한다.
프로그램이 동작개시하면, 상기 온도감지수단(21) 및 변환회로(21B)를 통해 제어수단(30)으로 입력되는 온도정보를 검출한다(S1단계)
상기 제어수단(30)은 상기 검출된 액체금속(20)의 온도가 상기 메모리(31)에 설정된 데이터에 의한 소정온도이하의 온도인가를 판단한다(S2단계).
상기 S2단계에서, 액체금속(20)의 온도가 소정온도 이하의 온도로 판단되면, 구동회로(22B)로 소정의 출력을 행하여 발열수단(22)을 구동시킨다(S3단계).
그러나, 상기 S2단계에서, 액체금속(20)의 온도가 소정온도 이하의 온도가 아니라면, 구동회로(22B)로의 출력을 차단하여 발열수단(22)의 구동을 차단한다(S4단계).
따라서, 상기 액체금속(20)은 소정온도이상의 온도를 유지하게 되는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드에 있어서, 상기 액체금속의 온도를 항상 용융점이상으로 유지할 수 있게 되어 프린터 헤드의 동작온도를 적정하게 유지하여 줌으로서, 인쇄기능을 향상시킨 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성요지의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (13)

  1. 잉크프린터 헤드의 몸체 내부에는 잉크저장실이 마련되고, 상기 저장실의 일측에는 잉크방울이 분출되는 노즐이 구성되고, 잉크통으로부터 상기 저장실로 공급되는 잉크의 통로인 공급로가 구성되며, 상기 저장실의 노즐타측면에는 한쌍의 전극과, 한쌍의 N,S극의 자성체가 서로 대칭으로 설치되고, 상기 저장실의 내부에는 액체금속이 투입 저장되는 잉크분사식 프린터 헤드장치에 있어서, 잉크 프린터헤드의 일정부위의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 잉크를 가열하여 간접적으로 상기 액체금속의 온도를 소정온도 이상으로 유지하기 위한 발열수단을 상기 잉크 프린터헤드의 소정부위에 더 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단과 발열수단은 프린터 헤드에 단일개가 설치될 수 있거나, 몇개의 블럭 또는 단위 노즐마다 각각 설치될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단은 상기 프린터 헤드의 몸체의 소정부위에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단은 상기 저장실의 잉크저장 부위에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단은 상기 저장실의 액체금속 저장부위에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크 분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단은 상기 프린터 헤드의 잉크공급로에 설치하여 된것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발열수단은 상기 프린터 헤드의 표면 소정부위에 설치하여 된것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발열수단은 상기 프린터 헤드의 몸체의 소정 부위에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 잉크분사식 프린터 해드의 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 발열수단은 상기 저장실의 잉크저장부위에 설치하여 된것을 특징으로 하는 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 발열수단은 상기 저장실의 액체금속 저장부위에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 발열수단은 상기 프린터 헤드의 잉크공급로에 설치하여 된것을 특징으로 하는 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 온도감지수단과 연계되는 발열수단은 소정 값을 가지는 저항들의 분압에 의해 생성되는 일정기준전압이 비교기의 반전단자에 인가되도록 하고, 소정저항과 온도감지수단의 분압에 의해 생성되는 비교전압이 상기 비교기의 비반전단자에 인가되도록 하고, 상기 비교기의 출력이 트랜지스터를 구동하도록 접속하여 주고, 상기 트랜지스터의 동작으로 발열수단에 전원이 인가되도록 구성한 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어장치.
  13. 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어방법에 있어서, 프린터 헤드의 일정부위를 감지하여 액체금속의 온도를 검출하는 제1단계와, 상기 검출된 액체금속의 온도가 소정온도 이하인가를 판단하는 제2단계와 , 상기 제2단계에서 액체금속의 온도가 상기 소정온도 이하로 판단되면, 발열수단을 구동시키는 제3단계와, 상기 제2단계에서 액체금속의 온도가 상기 소정온도 이하가 아니라면, 발열수단의 구동을 차단하는 제4단계를 포함하여 된것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 잉크분사식 프린터 헤드의 제어방법.
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