KR0174692B1 - 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법 - Google Patents

잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 단일층의 가열부와 복수의 전극부를 이용하므로서 분사되는 드롭(drop)의 량을 조정하여 계조성을 향상시킬 수 있는 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 복수의 전극부를 가열부의 단면에 각각 연결하여 원하는 계조성에 따라 공급하기 때문에 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 잉크를 분사시키는 복수의 개구부와, 상기 개구부와 연결하여 잉크를 각각의 개구부로 안내하는 채널과, 상기 채널상의 한 개의 케비티(cavity)상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부와, 상기 가열부에 에너지를 공급하기 위해 복수로 형성된 전극부와, 제1전극부와 제2전극부의 경계면을 절연시키는 저항부와, 상기 전극부와 가열부와 저항부를 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막과, 상기 제2전극부, 제3전극부, 제4전극부, 제5전극부를 지지하기 위해 실리콘 재질로 형성된 기판층으로 구성된 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 프린팅(printing) 속도의 제한을 가열부를 통해 발생되는 열에너지에 의해 가열 및 증발에 의한 거품(bubble)의 발생속도에 제한을 받기 때문에 계조성을 위해 주어지는 펄스 폭(pulse width)인 1드롭(drop)당 복수 펄스에 의한 시간의 지연으로 인한 속도 제한을 받지 않으며, 드롭(drop)이 1블럭 내에서 반복되는 복수 펄스에 의해 중력 및 드롭(drop)의 중량으로 중간에서 드롭(drop)이 분리되어 나중에 분사된 드롭(drop)이 커다란 위성 드롭(drop)과 같이 요구되지 않은 드롭(drop)을 프린팅(printing)하지 않고 해당되는 계조성의 전극에서 1펄스의 구동에 의해 1드롭(drop)이 발생되므로 드롭(drop)의 중간이 분리되지 않으며, 이로 인해 고해상도의 화상을 형성할 수 있으며, 또한 전극부를 가열부의 단면에 각각 연결하여 원하는 계조성에 따라 공급하기 때문에 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법
제1도는 종래 기술에서 잉크-젯 헤드 장치의 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 본 발명에 따른 잉크-젯 헤드 장치에서 계조성을 구현할 수 있는 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 개구부 12 : 보호막
14 : 전극부 16 : 저항부
18 : 가열부 20 : 가열분포
22 : 채널(channel) 24 : 기판층
14a : 제1전극부 14b : 제2전극부
14c : 제3전극부 14d : 제4전극부
14e : 제5전극부
본 발명은 잉크-젯 헤드에 관한 것으로서, 특히 단일층의 가열부와 복수의 전극부를 이용하므로서 분사되는 드롭(drop)의 량을 조정하여 계조성을 향상시킬 수 있는 잉크-젯 헤드 장치 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 케비티(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 헤드 장치의 동작 상태를 설명하면 다음과 같다.
중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅(printing) 명령 신호를 입력시키면, 각각의 노즐의 해당되는 부분의 전극부(46)로 전압이 인가되어진다. 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 펄스 폭(pulse width) 즉, 시간을 조정함과 동시에 각각의 일정한 펄스를 어느 한 블록내에서 요구되는 계조성의 농도에 해당하는 펄스를 인가한다. 이때, 각각의 블록간의 시간은 분리되는 시간보다 길게한 후 1개의 펄스를 인가하면 1드롭(drop)이 분사되고 1블럭내에 16개의 펄스를 인가하면 분사되는 1개의 드롭(drop)량이 16드롭(drop)에 해당하는 량만큼의 드롭(drop)을 분사시켜 분사량에 따른 농도와 드롭(drop)의 크기를 크게하여 계조성의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분사되는 드롭(drop)의 제어 방식은 초기 1펄스 폭(pulse width)에 의해 드롭(drop)이 노즐에서 분리되기 직전, 다음 펄스의 인가에 의해 추가 드롭(drop)이 상호교류에 의해 새로운 드롭(drop)을 형성하고, 다시 추가로 1블럭내의 펄스 수만큼 계속적으로 드롭(drop)이 추가되어 1블럭이 완전히 끝난 후 다음 블록으로 진행전, 블록간 시간이 드롭(drop)의 분리 시간보다 길게됨에 따라서 매체인 기록용지상으로 분리 및 분사되어 인쇄를 완료시킨다.
위와 같은 방법을 사용시 계조성을 내기 위해서 블록별 해당 농도에 따른 펄스 수와 시간을 결정하여 분사시킴에 따라 프린팅(printing) 속도에 제한을 받게되며, 또한 고농도의 계조성인 16계조성을 이루기 위해 16단계로 나누어 펄스를 발생시켜야 하며, 계조성에 있어서 고단계의 경우 잉크가 계속해서 드롭(drop)의 상호 교류에 의해 중력 및 중량의 증가로 잉크와 노즐 사이의 표면 장력보다 크게됨에 따라 드롭(drop)이 중간에서 분리가 되며, 이로인해 나중에 노즐로부터 1블럭의 종료에 의해 분리되는 현상으로 메인 드롭(drop)의 주변에 위성 드롭(drop)이 발생하며, 상기 메인 드롭(drop)의 농도 저하로 요구되는 계조성과 고해상도의 화상을 형성할 수 없는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 분사되는 드롭(drop)의 량을 조정하여 고해상도의 화상을 형성할 수 있는 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 전극부를 가열부의 단면에 각각 연결하여 원하는 계조성에 따라 공급하기 때문에 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 전극부를 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 잉크를 분사시키는 복수의 개구부와, 상기 개구부와 연결되어 잉크를 각각의 개구부로 안내하는 채널과, 상기 채널상의 한 개의 케비티(cavity)상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부와, 상기 가열부에 에너지를 공급하기 위해 복수로 형성된 전극부와, 제1전극부와 제2전극부의 경계면을 절연시키는 저항부와, 상기 전극부와 가열부와 저항부를 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막과, 상기 제2전극부, 제3전극부, 제4전극부, 제5전극부를 지지하기 위해 실리콘 재질로 형성된 기판층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅(printing) 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브(drive)는 개구부의 요구되는 계조성을 위해 농도에 맞는 복수의 전극부중에 한개소에 전원을 공급하는 제2과정과, 상기 전극부에서 발생되는 에너지로 한개소의 전극부와 접하고 있는 가열부를 가열시키는 제3과정과, 상기 가열부의 열에 의해 잉크는 잉크저장통으로부터 삼투압 원리에 의해 채널을 통해 개구부까지 이동하는 제4과정과, 상기 가열부 주위에서 케비티(cavity)로 발열된 열에너지가 가열부의 상단부에 형성된 보호막을 통해 잉크로 전달되는 제5과정과, 상기 열에너지로 잉크는 가열 및 증발되어 거품(bubble)을 발생시키는 제6과정과, 거품(bubble)에 의한 증기압과 체적 변화에 의해 개구부를 통해 거품(bubble)의 크기에 비례하여 드롭(drop)을 발생시켜 상기 드롭(drop)이 개구부로부터 분리되어 매체인 기록 용지상에 화상을 형성시킴으로서 요구되는 계조성을 형성하는 제7과정으로 이루어지는 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 제3,4도에 도시된 바와 같이 상기 잉크-젯 헤드는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부(10)와, 상기 개구부(10)와 연결되어 잉크를 각각의 개구부(10)로 안내하는 채널(22)과, 상기 채널(22)상의 한 개의 케비티(cavity)상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부(18)와, 이때 상기 각각의 가열부(18)의 에너지는 최소 거품(bubble) 발생 에너지보다 크게 형성되어 있다. 상기 가열부(18)에 에너지를 공급하기 위해 복수로 형성된 전극부(14)와, 이때 상기 전극부(14)는 제1전극부(14a), 제2전극부(14b), 제3전극부(14c), 제4전극부(14d), 제5전극부(14e)로 구성되어져 상기 가열부(18)에 전류를 공급하며, 상기 전극부(14)의 각각의 제1전극부(14a), 제2전극부(14b), 제3전극부(14c), 제4전극부(14d), 제5전극부(14e)는 서로 상호 전류가 통하지 않도록하기 위해 절연층이 형성되어 있다. 또한, 상기 전극부(14)는 1개의 개구부(10)당 한 개의 가열부(18)를 가지고 상기 가열부(18)를 계조성의 수량만큼 복수의 전극으로 분할하여 서로 다른 가열 크기를 이루도록 형성되어 있으며, 또한 상기 전극부(14)에서 1개의 전극만이 작동하고 동시에 작동하지 않도록하는 전원공급드라이브가 설치되어 있다. 상기 제1전극부(14a)와 제2전극부(14b)의 경계면을 절연시키는 저항부(16)와, 상기 전극부(14)와, 가열부(18)와 저항부(16)를 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(12)과, 상기 제2전극부(14b) 제3전극부(14c) 제4전극부(14d) 제5전극부(14e)를 지지하기 위해 실리콘 재질로 형성된 기판층(24)으로 구성된 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
상기 잉크-젯 헤드의 제조 공정은 실리콘 재질로 이루어진 기판층(24) 상단부에 가열부(18)에 에너지를 공급하는 제5전극부(14e)를 설치하는 제1공정과, 상기 제5전극부(14e)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제4전극부(14d)를 설치하는 제2공정과, 상기 제4전극부(14d)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제3전극부(14c)를 설치하는 제3공정과, 상기 제3전극부(14c)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제2전극부(14b)를 설치하는 제4공정과, 상기 제2전극부(14b)의 상단부에 제1전극부(14a)와의 경계면을 절연시키는 저항부(16)를 설치하는 제5공정과, 상기 저항부(16)의 중심부에 채널(22)상의 한 개의 케버티(cavity)상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부(18)를 형성하는 제6공정과, 이때 상기 전극부(14)는 복수의 전극부로 형성된다. 상기 저항부(16)와 가열부(18)상단부에 잉크의 화학 작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(12)을 설치하는 제7공정으로 이루어진다.
상기와 같이 제조된 잉크-젯 헤드 장치의 동작 상태를 설명하면 다음과 같다.
중앙처리장치로부터 드라이브(drive)로 요구하는 프린팅(printing) 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브(drive)는 개구부(10)의 요구되는 계조성을 위한 농도에 맞는 복수의 전극부(14)중에 한개소에 전원을 공급하는 제2과정과, 상기 전극부(14)에서 발생되는 에너지로 한개소의 전극부(14)와 접하고 있는 가열부(18)를 가열시키는 제3과정과, 상기 가열부(18)의 열에 의해 잉크는 잉크저장통으로부터 삼투압 원리에 의해 채널(22)을 통해 개구부(10)까지 이동하는 제4과정과, 상기 가열부(18) 주위에서 케비티(cavit)로 발열된 열에너지가 가열부(18)의 상단부에 형성된 보호막(12)을 통해 잉크로 전달되는 데5과정과, 상기 열에너지로 잉크는 가열 및 증발되어 거품(bubble)을 발생시키는 제6과정과, 이때 상기 거품(bubble)의 크기는 가열부(18)의 단면적 크기에 비례하여 형성되어 진다. 상기 거품(bubble)에 의한 증기압과 체적 변화에 의해 개구부(10)를 통해 거품(bubble)의 크기에 비례하여 드롭(drop)을 발생시켜 상기 드롭(drop)이 개구부(12)로부터 분리되어 매체인 기록용지상에 화상을 형성시키는 제7과정으로 이루어져 고해상도의 계조성을 구현할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의하여 잉크-젯 헤드 장치 및 계조성을 구현할 수 있는 방법을 프린팅(printing) 속도의 제한을 가열부를 통해 발생되는 열에너지에 의해 가열 및 증발에 의한 거품(bubble)의 발생속도에 제한을 받기 때문에 계조성을 위해 주어지는 펄스 폭(pulse width)인 1드롭(drop)당 복수 펄스에 의한 시간의 지연으로 인한 속도 제한을 받지 않으며, 드롭(drop)이 1블럭 내에서 반복되는 복수 펄스에 의해 중력 및 드롭(drop)의 중량으로 중간에서 드롭(drop)이 분리되어 나중에 분사된 드롭(drop)이 커다란 위성 드롭(drop)과 같이 요구되지 않은 드롭(drop)을 프린팅(printing)하지 않고 해당되는 계조성의 전극에서 1펄스의 구동에 의해 1드롭(drop)이 발생되므로 드롭(drop)의 중간이 분리되지 않으며, 이로인해 고해상도의 화상을 형성할 수 있으며, 또한 전극부를 가열부의 단면에 각각 연결하여 원하는 계조성에 따라 공급하기 때문에 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 잉크-젯 헤드 장치에 있어서, 잉크-젯 헤드는 잉크를 분사시키는 복수의 개구부(10)와, 상기 개구부(10)와 연결되어 잉크를 각각의 개구부(10)로 안내하는 채널(22)과, 상기 채널(22)상의 한개의 케비티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부(18)와, 상기 가열부(18)에 에너지를 공급하기 위해 복수로 형성된 전극부(14)와, 제1전극부(14a)와 제2전극부(14b)의 경계면을 절연시키는 저항부(16)와, 상기 전극부(14)와 가열부(18)와 저항부(16)을 잉크와의 화학작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(12)과, 상기 제2전극부(14b) 제3전극부(14c) 제4전극부(14d) 제5전극부(14e)를 지지하기 위해 실리콘 재질로 형성된 기판층(24)으로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극부(14)는 제1전극부(14a), 제2전극부(14b), 제3전극부(14c), 제4전극부(14d), 제5전극부(14e)로 구성되어져 상기 가열부(18)에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극부(14)의 각각의 제1전극부(14a), 제2전극부(14b), 제3전극부(14c), 제4전극부(14d), 제5전극부(14e)은 서로 상호 전류가 통하지 않도록하기 위해 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각각의 가열부(18)의 에너지는 최소 거품 발생 에너지보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극부(14)는 1개의 개구부(10)당 한 개의 가열부(18)를 가지고 상기 가열부(18)를 계조성의 수량만큼 복수의 전극으로 분할하여 서로 다른 가열 크기를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극부(14)에서 1개의 전극만이 작동하고 동시에 작동하지 않도록하는 전원공급드라이브가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드장치.
  7. 잉크-젯 헤드에서 계조성을 발생시키는 방법에 있어서, 중앙처리장치로부터 드라이브로 요구하는 프린팅 명령 신호를 입력시키는 제1과정과, 상기 드라이브는 개구부(10)의 요구되는 계조성을 위한 농도에 맞는 복수의 전극부(14)중에 한개소에 전원을 공급하는 제2과정과, 상기 전극부(14)에서 발생되는 에너지로 한개소의 전극부(14)와 접하고 있는 가열부(18)를 가열시키는 제3과정과, 상기 가열부(18)의 열에 의해 잉크는 잉크저장통으로부터 삼투압 원리에 의해 채널(22)을 통해 개구부(10)까지 이동하는 제4과정과, 상기 가열부(18) 주위에서 케비티로 발열된 열에너지가 가열부(18)의 상단부에 형성된 보호막(12)을 통해 잉크로 전달되는 제5과정과, 상기 열에너지로 잉크는 가열 및 증발되어 거품을 발생시키는 제6과정과, 거품에 의해 증기압과 체적 변화에 의해 개구부(10)를 통해 거품의 크기에 비례하여 드롭을 발생시켜 상기 드롭이 개구부(12)로부터 분리되어 매체인 기록용지상에 화상을 형성시킴으로서 요구되는 계조성을 형성하는 제7과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계조성을 구현할 수 있는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 거품의 크기는 가열부(18)의 단면적 크기에 비례하여 형성되는 것을 특징으로 하는 계조성을 구현할 수 있는 방법.
  9. 잉크-젯 헤드의 제조 방법에 있어서, 실리콘 재질로 이루어진 기판층(24) 상단부에 가열부(18)에 에너지를 공급하는 제5전극부(14e)를 설치하는 제1공정과, 상기 제5전극부(14e)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제4전극부 제(14d)를 설치하는 제2공정과, 상기 제4전극부(14d)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제3전극부(14c)를 설치하는 제3공정과, 상기 제3전극부(14c)의 상단부에 가열부에 에너지를 공급하는 제2전극부(14b)를 설치하는 제4공정과, 상기 제2전극부(14b)의 상단부에 제1전극부(14a)와의 경계면을 절연시키는 저항부(16)를 설치하는 제5공정과, 상기 저항부(16)의 중심부에 채널(22)상의 한 개의 케비티상에 열을 가하여 잉크를 가열 및 증발시켜 증기압을 발생시키는 가열부(18)를 형성하는 제6공정과, 상기 저항부(16)와 가열부(18) 상단부에 잉크의 화학 작용에 의해 발생하는 부식 및 산화를 방지하는 보호막(12)을 설치하는 제7공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 제조 공정.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1전극부(14a), 제2전극부(14b), 제3전극부(14c), 제4전극부(14d), 제1전극부(14e)의 5개의 전극부외에 복수개의 전극부를 설치하는 것을 특징으로 하는 잉크-젯 헤드 제조 공정.
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