KR0159669B1 - 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본 발명은 복수의 경계층을 가진 가열부와 복수의 전극을 이용하므로서 분사되는 드롭의 량을 조정하여 계조성을 향상시킬 수 있는 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.

[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]

본 발명은 분사되는 드롭의 량을 조정하여 고해상도의 화상을 형성할 수 있는 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

[발명의 해결방법의 요지]

본 발명은 잉크를 분사시키는 복수의 개구부와, 상기 개구부와 연결되어 잉크를 각각의 개구부로 안내하는 채널과, 상기 채널상의 한 개의 케버티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 복수의 경계층을 가진 가열부와, 상기 가열부에 에너지를 공급하는 전극부와, 실리콘 재질로된 기판층과 전극부와의 경계면을 절연시키는 저항층과, 상기 전극부와 가열부와 저항층을 잉크와의 화학작용에 의해 부식및 산화를 방지하는 보호막으로 구성된 것이다.

[발명의 중요한 용도]

본 발명은 복수의 경계층으로 형성된 가열부와 복수의 전극에 해당되는 계조성에 맞도록 전류를 인가시켜서 거품의 크기를 조정할 수 있도록 함으로서 펄수폭을 길게 할 필요가 없으며, 이로 인해 인쇄 속도의 제한을 받지 않으며, 또한 1드롭을 형성시키기 위해 1블럭내의 복수 펄수를 인가함에 따른 복수의 드롭이 1드롭으로 형성됨으로서 중력과 중량이 개구부에서의 표면장력보다 커서 중간 드롭에서 분리되어 초후에 1블럭의 종료시에 분리되는 드롭이 위성을 이루게 됨으로서 요구되지 않은 화상의 결함을 본 발명에서는 1펄스에 1드롭을 발생시켜서 요구되는 거품의 크기로 요구하는 드롭을 분사시킴으로서 계조성 향상 및 고해상도의 화상을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

잉크-젯 헤드장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법

제1도는 종래 기술에서 잉크-젯 헤드장치의 구성을 나타낸 단면도.

제2도는 종래 기술에서 계조성을 실행할 때 발생되는 전류와 시간의 관계를 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명에 따른 잉크-젯 헤드 장치의 구성을 나타낸 단면도.

제4도는 제3도에서 가열부와 전극부의 구성을 나타낸 평면도.

제5도는 본 발명에 따른 잉크-젯 헤드 장치에서 계조성을 구현할 수 있는 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 플레이트 12 : 개구부

14 : 채널(channel) 16 : 보호막

18 : 전극부 20 : 저항층

22 : 기판층 24 : 가열부

26 : 가열분포 l₁∼l₇: 전류

R₁∼R₇: 저항

본 발명은 잉크-젯 헤드에 관한 것으로서, 특히 복수의 경계층을 가진 가열부와 복수의 전극을 이용하므로써 분사되는 드롭(drop)의 량을 조정하여 계조성을 향상시킬 수 있는 잉크-젯 헤드장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.

종래에는 제1도에 도시된 바와 같이 잉크-젯 헤드 장치의 구성을 나타낸 단면도로서, 잉크-젯 헤드의 플레이트(40)는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부(42)와, 상기 개구부(42)와 연결되어 잉크를 각각의 개구부(42)로 안내하는 채널(54)과, 상기 채널(54)의 케버티(cavity)상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부(52)와, 상기 가열부(52)에 에너지를 공급하는 전극부(46)와, 실리콘 재질로 형성된 기판층(50)과 전극부(46)와의 경계면을 절연시키는 저항층(48)과, 상기 전극부(46)와 가열부(52)와 저항층(48)을 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(44)으로 구성된 것이다.

상기와 같이 구성된 잉크-젯 헤드장치의 동작 상태를 설명하면 다음과 같다.

중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅(printing) 명령 신호를 입력시키면, 각각의 노즐의 해당되는 부분의 전극부(46)로 전압이 인가되어 진다. 그후, 상기 전극부(46)에 의해 가열부(52)는 가열되어 가열부(52)와 인접하고 있는 잉크는 증발하여 거품(bubble)을 형성시킨다. 그후, 상기 증기압에 의해 채널(54)내의 잉크를 개구부(42)를 통해 기록용지로 분사하여 문자나 그림을 형성시킨다.

여기서, 그림을 인쇄하고자 할 때는 명암의 효과를 얻기 위해 계조성 기술이 요구되며, 상기와 같은 계조성은 일정 전압 즉 일정 전류를 인가한 상태에서 제2도에 도시된 바와 같이 펄스폭(pulse width) 즉, 시간을 조정함과 동시에 각각의 일정한 펄스를 어느 한 블럭내에서 요구되는 계조성의 정도에 해당하는 펄스를 인가한다. 이때, 각각의 블럭간의 시간은 분리되는 시간보다 길게 한 후 1개의 펄스를 인가하면 1드롭이 분사되고 1블럭내에 16개의 펄스를 인가하면 분사되는 1개의 드롭량이 16드롭에 해당하는 량만큼의 드롭을 분사시켜 분사량에 따른 농도와 드롭의 크기를 크게 하여 계조성의 효과를 얻을수 있다. 또한, 분사되는 드롭의 제어 방식은 초기 1펄스 폭(pulse width)에 의해 드롭이 노즐에서 분리되기 직전, 다음 펄스의 인가에 의해 추가 드롭이 상호교류에 의해 새로운 드롭을 형성하고, 다시 추가로 1블럭내의 펄스 수만큼 계속적으로 드롭이 추가되어 1블럭이 완전히 끝난 후 다음 블럭으로 진행전, 불럭간 시간이 드롭의 분리 시간보다 길게 됨에 따라서 매체인 기록용지상으로 분리 및 분사되어 인쇄를 완료시킨다.

위와 같은 방법을 사용시 계조성을 내기 위해서 블럭별 해당 농도에 따른 펄스수와 시간을 결정하여 분사시킴에 따라 프린팅 속도에 제한을 받게 되며, 또한 고농도의 계조성인 16계조성을 이루기 위해 16단계로 나누어 펄스를 발생시켜야 하며, 계조성에 있어서 고단계의 경우 잉크가 계속해서 드롭의 상호교류에 의해 중력 및 중량의 증가로 잉크와 노즐 사이의 표면 장력보다 크게 됨에 따라 드롭이 중간에서 분리가되며, 이로 인해 나중에 노즐로부터 1블럭의 종료에 의해 분리되는 현상으로 메인 드롭의 주변에 위성드롭이 발생하며, 상기 메인 드롭의 농도 저하로 요구되는 계조성과 고해상도의 화상을 형성할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 분사되는 드롭의 량을 조정하여 고해상도의 화상을 형성할 수 있는 잉크-젯 헤드장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 경계층으로 형성된 가열부와 복수 전극을 사용함으로서 계조성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 문자나 그림을 인쇄시에 인쇄 속도를 단축시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크의 농도를 항상 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은 달성하기 위하여 본 발명은 잉크-젯 헤드의 플레이트는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부와, 상기 개구부와 연결되어 잉크를 각각의 개구부로 안내하는 채널과, 상기 채널상의 한개 의 케버티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜증기압을 발생시키는 복수의 경계층을 가진 가열부와, 상기 가열부에 에너지를 공급하는 전극부와, 실리콘 재질로된 기판층과 전극부와의 경계면을 절연시키는 저항층과, 상기 전극부와 가열부와 저항층을 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구되는 프린팅 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브(drive)는 개구부의 요구되는 계조성을 위한 농도에 맞는 드롭의 크기 즉, 량을 결정시키기 위해 저항 경계층에 해당되는 전류(ln의 전류)를 전극부를 통해 인가 시키는 제2과정과, 상기 전극부의 Rn저항부에 ln의 전류가 인가됨에 따라 전극부에서 En=ln²Rn의 에너지를 발생시키는 제3과정과, 상기 Rn저항부 내부측 R₁∼R_n-₁의 열량이 E₁=E₂=E₃=···=En으로 구성되어 지도록 전류와 저항을 각각 ln=l_n-1=···=l₂=l₁과 R₁=R₂=···=R_n-1=Rn으로 하는 제4과정과, n번째 계조성에 해당하는 전류 l₁∼ln을 각각의 해당 전극을 통해 복수 경계층을 형성한 가열부를 가열시키는 제5과정과, 상기 가열부 단면은 에너지 E₁∼E_n∼E_2n까지의 열을 발생시키는 제6과정과, 잉크가 거품을 발생시킬 수 있는 최소 에너지부 En 까지의 영역에서 잉크저장통으로 부터 삼투압 현상에 의해 공급되어 개구부까지 채워지는 제7과정과, 거품에 의한 증기압과 체적변화에 의해 개구부를 통해 거품의 크기에 비례하여 드롭을 발생시켜 상기 드롭이 개구부로 부터 분리되어 매체인 기록용지상에 화상을 형성시키는 제8과정으로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법은 제3,4,5도에 도시된 바와 같이 상기 잉크-젯 헤드의 플레이트(10)는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부(12)와, 이때 상기 1개의 개구부(12)는 1개의 전극부(18)상에 복수전극이 가열부(24)와 각각 전기적으로 연결되며, 또한 상기 개구부(12)와 연결되어 잉크를 각각의 개구부(12)로 안내하는 채널(14)과, 상기 채널(14)상의 한 개의 케버티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키기 위해 단면적이 서로 다른 복수의 경계층을 가진 가열부(24)와, 이때 상기 각각의 가열부(24)의 에너지는 최소 거품 발생 에너지보다 크게 형성되며 ,상기 가열부(24)의 저항은 한 개의 단면에 서로 동일한 저항값으로 여러 개의 저항을 이루고 있다. 상기 가열부(24)에 에너지를 공급하는 전극부(18)와, 이때 상기 전극부(18)에 형성된 복수의 전극은 서로 분리되어 절연 경계층을 형성하며, 또한 상기 전극부(18)에는 항상 동일한 전류가 흐르도록 형성되어 있다. 실리콘 재질로 형성된 기판층(22)과 전극부(18)와의 경계면을 절연시키는 저항층(20)과, 상기 전극부(18)와 가열부(24)와 저항층(20)을 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(16)으로 구성된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 잉크-젯 헤드는 중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브(drive)는 개구부(12)의 요구되는 계조성을 위한 농도에 맞는 드롭의 크기 즉, 량을 결정시키기 위해 저항경계층에 해당되는 전류(ln의 전류)를 전극부(18)를 통해 인가시키는 제2과정과, 상기 전극부(18)의 Rn저항부에 ln의 전류가 인가됨에 따라 전극부(18)에서 En=ln²Rn의 에너지를 발생시키는 제3과정과, 이때 En=ln²Rn의 에너지는 잉크가 거품을 발생시키는데 필요한 최소 에너지이다. Rn 저항부 내부측 R1∼Rn-1의 열량이 E1=E2=E3=···=En으로 구성되어 지도록 전류와 저항을 각각 ln=ln-1=···=12=l1 과 R1=R2=···=Rn-1=Rn으로 하는 제4과정과, n번째 계조성에 해당하는 전류l1∼ln을 각각의 해당 전극을 통해 복수 경계층을 형성한 가열부(24)를 가열시키는 제5과정과, 상기 가열부(24) 단면은 에너지 E1∼En∼E2n 까지의 열을 발생시키는 제6과정과, 잉크가 거품을 발생시킬 수 있는 최소 에너지부 En 까지의 영역에서 잉크저장통으로 부터 삼투압 현상에 의해 공급되어 개구부까지 채워지는 제7과정과, 거품에 의한 증기압과 체적 변화에 의해 개구부(12)를 통해 거품의 크기에 비례하여 드롭을 발생시켜 상기 드롭이 개구부(12)로 부터 분리되어 매체인 기록용지상에 화상을 형성시키는 제8과정으로 이루어져 인쇄 과정이 완료된다. 이때, 상기 가열부(24)의 가열 면적을 조정하여 거품의 크기는 가열부(24)의 가열면적을 조정하여 크기를 결정하며, 또한 전극부(18)에서 인가되는 전류의 세기로 거품을 크게 하여 농도를 높이고자 할 때는 각각의 저항과 연결된 전극을 동시에 내측에서 외측으로 인가시키며, 농도를 낮추고자 할 때는 내측의 저항만을 인가시켜서 거품의 크기를 작게 하므로써 농도를 조정할 수 있다.

여기서, 제4도를 참조하여 설명하면 각각의 계조성에 따라 가열부(24)를 온(ON) 시킴으로서 가열면적을 조정하여 거품의 크기를 제어하기 때문에 R1만을 온시키면 이에 해당하는 크기의 거품에 상응하는 잉크가 분사되고 R1, R2를 온시키면 R1+R2의 단면적 크기만큼의 상응되는 잉크가 분사되는 방법으로 계조성의 단계 수만큼 저항의 경계층을 형성시키고 ,각각의 가열부(24)에 전극을 연결시켜서 R1, R1+R2, R1+R2+R3, R1+R2+R3+···+R1+R2···+Rn-1, R1+R2+···+Rn-1+Rn 까지 N단계의 계조성을 발생시키기 위해서 각각의 전극을 온시켜서 거품의 크기를 제어함과 동시에 분사되는 양을 제어하여 기록용지상에 화상을 형성시키는 방법이다.

상기와 같은 본 발명에 의하여 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법은 복수의 경계층으로 형성된 가열부와 복수의 전극에 해당되는 계조성에 맞도록 전류를 인가시켜서 거품의 크기를 조정할 수 있도록 함으로서 펄스 폭을 길게 할 필요가 없으며, 이로 인해 인쇄 속도의 제한을 받지 않으며, 또한 1드롭을 형성시키기 위해 1블럭내의 복수 펄스를 인가함에 따른 복수의 드롭이 1드롭으로 형성됨으로서 중력과 중량이 개구부에서의 표면장력보다 커서 중간 드롭에서 분리되어 최후에 1블럭의 종료시에 분리되는 드롭이 위성을 이루게 됨으로서 요구되지 않은 화상의 결함을 본 발명에서는 1펄스에 1드롭을 발생시켜서 요구되는 거품의 크기로 드롭을 분사시킴으로서 계조성 향상 및 고해상도의 화상을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 잉크-젯 헤드 장치에 있어서, 잉크-젯 헤드의 플레이트(10)는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부(12)와, 상기 개구부(12)와 연결되어 잉크를 각각의 개구부(12)로 안내하는 채널(14)과, 상기 채널(14)상의 한 개의 케버티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 복수의 경계층을 가진 가열부(24)와, 상기 가열부(24)에 에너지를 공급하는 전극부(18)와, 실리콘 재질로된 기판층(22)과 전극부(18)와의 경계면을 절연시키는 저항층(20)과, 상기 전극부(18)와 가열부(24)와 저항층(20)을 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(16)으로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 1개의 개구부(12)는 1층의 전극부(18)상에 복수전극이 가열부(24)와 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가열부(24)는 단면적이 서로 다른 복수개의 가열부(24)로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전극부(18)에 형성된 복수의 전극은 상로 분리되어 절연 경계층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 가열부(24)의 에너지는 최소 거품 발생에너지보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 가열부(24)의 저항은 한 개의 단면에 여러 개의 저항을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 저항은 서로 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 전극부(18)에는 항상 동일한 전류가 흐르도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
9. 잉크-젯 헤드에서 계조성을 발생시키는 방법에 있어서, 중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브(drive)는 개구부(12)의 요구되는 계조성을 위한 농도에 맞는 드롭의 크기 즉, 량을 결정시키기 위해 저항 경계층에 해당되는 전류(ln의 전류)를 전극부(18)를 통해 인가시키는 제2과정과, 상기 전극부(18)의 Rn저항부에 ln의 전류가 인가됨에 따라 전극부(18)에서 En=ln²Rn의 에너지를 발생시키는 제3과정과, Rn저항부 내부측 R1∼Rn-1의 열량이 E1=E2=E3=···=En으로 구성되어 지도록 전류와 저항을 각각 ln=ln-1=···=12=l1과 R1=R2=···Rn-1=Rn으로 하는 제4과정과, n번째 계조성에 해당하는 전류l1∼ln을 각각의 해당 전극을 통해 복수 경계층을 형성한 가열부(24)를 가열시키는 제5과정과, 상기 가열부(24) 단면은 에너지 E1∼En∼E2n 까지의 열을 발생시키는 제6과정과, 잉크가 거품을 발생시킬 수 있는 최소 에너지부 En 까지의 영역에서 잉크저장통으로 부터 삼투압 현상에 의해 공급되어 개구부까지 채워지는 제7과정과, 거품에 의한 증기압과 체적 변화에 의해 개구부(12)를 통해 거품의 크기에 비례하여 드롭을 발생시켜 상기 드롭이 개구부(12)로 부터 분리되어 매체인 기록용지상에 화상을 형성시키는 제8과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계조성을 구현할 수 있는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 전극부(18)에서 발생되는 En=ln²Rn의 에너지는 잉크가 거품을 발생시키는데 필요한 최소 에너지인 것을 특징으로 하는 계조성을 구현할 수 있는 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 가열부(24)의 가열 면적을 조정하여 거품의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 계조성을 구현할 수 있는 방법.
12. 제9항에 있어서, 전극부(18)에서 인가되는 전류의 세기로 거품을 크게 하여 농도를 높이고자 할 때는 각각의 저항과 연결된 전극을 동시에 내측에서 외측으로 인가시키며, 농도를 낮추고자 할 때는 내측의 저항만을 인가시켜서 거품의 크기를 작게 하므로써 계조성의 농도를 조정하여 계조성을 구현할 수 있는 방법.