KR100242804B1 - 잉크제트프린트헤드및잉크제트프린터 - Google Patents

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도모노가오루
사토마사유키
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이데이 노부유끼
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Abstract

본 발명은 온 디멘드형의 잉크제트 프린터에 있어서, 노즐이 폐막될 우려가 없고, 보수가 거의불필요하게 이루는 것을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 캐리어액체(7)가 충진되는 액체실(2)과, 그 액체실(2)에 설치된 잉크제트 구동수단(3,4)과, 액체실(2)에 연통하는 노즐(14)과, 그 노즐(14)의 근방에 설치된 캐리어액체(7)에 잉크(9)를 혼합하는 혼합부(14)를 갖추고 있다. 그리고, 혼합부(14)에서 액체실(2)의 캐리어액체(7)에 잉크(9)가 혼합되어, 이것이 잉크 제트 구동수단(3,4)에 의해 가압되어,노즐(14)로 부터 토출된다. 노즐(14)내에는 항상 캐리어액체(7)가 충진되어 있으므로 노즐(14)이 막히지 않는다.

Description

잉크제트 프린트헤드 및 잉크제트 프린터
제 1도는 본 발명의 잉크제트 프린트헤드의 일실시예의 개략구성을 나타낸 종단면도이다.
제 2도는 제 1도의 노즐부분의 확대단면도이다.
제 3도는 제 1도에 나타낸 실시예의 전체구성을 나타낸 설명도이다.
제 4도는 본 발명의 다른 실시예의 개략 구성을 나타낸 종단면도이다.
제 5도는 본 발명의 또 다른 실시예의 전체 구성을 나타낸 설명도이다.
제 6도는 드럼회전형 잉크제트 프린터의 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 7도는 시리얼형 잉크제트 프린터의 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 8도는 라인형 잉크제트 프린터의 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 9도는 잉크제트 프린터의 신호처리, 제어계의 일예의 구성을 나타낸 블록도이다.
제 10도는 잉크제트 프린터헤드의 일실시예의 구체적 구성 및 동작을 나타낸 종단면 설명도이다.
제 11도는 제 10도의 요부확대 단면도이다.
제 12도는 제 10도의 일방향변의 구성을 나타낸 사시도이다.
제 13도는 제 10도에 나타낸 전기침투부의 작용을 나타낸 설명도이다.
제 14도는 전기침투 및 토출 전기펄스의 일예를 나타낸 선도이다.
제 15도는 제 10도의 제 2다공질막의 확대단면도이다.
제 16도는 제 10도의 제 2다공질막을 대신하는 미세공 플레이트를 나타낸 확대단면도이다.
제 17도는 풀칼라 잉크제트 프린터의 일예의 구성을 나타낸 사시도이다.
제 18도는 본 발명의 잉크제트 프린트헤드의 일실시예의 잉크공급구예 설치된 개폐부의 기본구조를 나타낸 설명도이다.
제 19도는 제 18도에 나타낸 개폐부의 제 1예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 20도는 제 19도에 나타낸 개폐부의 동작을 나타낸 설명도이다.
제 21도는 제 18도에 나타낸 개폐부의 제 2예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 22도는 제 21도에 나타낸 개폐부의 동작을 나타낸 설명도이다.
제 23도는 모노모르프의 구성을 나타낸 측면도이다.
제 24도는 바이모르프의 구성을 나타낸 측면도이다.
제 25도는 제 18도에 나타낸 개폐부의 제 3예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 26도는 제 25도에 나타낸 개폐부의 동작을 나타낸 설명도이다.
제 27도는 제 18도에 나타낸 개폐부의 제 4예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 28도는 제 27도에 나타낸 개폐부의 동작을 나타낸 설명도이다.
제 29도는 제 18도에 나타낸 개폐부를 갖는 노즐을 멀티화한 경우의 구성을 일예를 나타낸 설명도이다.
제 30도는 제 29도에 나타낸 멀티노즐에 의해 2색 동시 혼합하는 경우의 구성의 일예를 나타낸 설명도이다.
제 31도는 제 30도의 다른 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 32도는 제 31도에 나타낸 멀티노즐의 신호파형의 일예를 나타낸 선도이다.
제 33도는 시리즈형 액츄에이터의 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 34도는 패러렐형 액츄에이터의 일예의 구성을 나타낸 설명도이다.
제 335도은 시리즈형 액츄에이터를 사용한 잉크제트 프린트헤드의 일예의 구성을 나타낸 평면도이다.
제 36도는 제 35도의 종단면도이다.
제 37도는 제 35도의 바이모르프의 배치를 변경한 일예의 구성을 나타낸 평면도이다.
제 38도는 제 37도의 종단면도이다.
제 39도는 단층 구조의 피에조소자의 액츄에이터를 사용한 잉크제트 프린트헤드의 일예의 구성을 나타낸 평면도이다.
제 40도는 제 39도의 종단면도이다,
제 41도는 본 발명의 잉크제트 프린트헤드의 구동회로의 일예의 구성을 나타낸 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 액체실 3,4 : 피에조소자(잉크제트 구동수단)
7 : 투명용매(캐리어액체) 8 : 잉크탱크
9 : 잉크 10 : 격막(잉크혼합량 조정수단)
12,13 : 전극(잉크혼합량 조정수단) 14 : 노즐
14a : 혼합부 21,71 : 헤 드
22,73 : 프린트종이(인쇄물) 23,74 : 드럼
24,72 : 이송나사(구동부재) 28 : 모터(구동부재)
52 : 제 1다공질막 55 : 제 1의 일방향변
56 : 제 2다공질막 57 : 투명용매 캐비티(액체실)
58 : 제 2의 일방향변 66 : 제 3의 일방향변
71 : 개폐부(개폐기구) 72 : 변좌
73 : 피에조소자 76 : 잉크공급로
본 발명은 온 디맨드(on demand)형 잉크제트 프린터에 관한 것이다.
잉크제트 프린터(ink-jet printer)에는 대별하여 연속 분사형과 온 디맨드형이 있다.
또 온 디맨드형 잉크제트 프린터에는 전기기계 변환식, 전기열 변환식, 정전기의 흡인식 및 방전식이 있다.
연속분사형 잉크제트 프린터는 압력에 의해 미소 노즐로부터 잉크액적(液滴)을 토출시켜 진동에 의해 그 액적을 일정 주기로 토출시키고, 그 액적에 전하를 부여함으로써 그 액적을 편향시키거나 확산시키거나 한다.
이 연속분사형 잉크제트 프린터는 장치가 대형을 이루고, 잉크의 회수를 요하는등의 결점도 있으나, 주파수 응답성이 높기 때문에 고속기록에 적합하고, 또 노즐을가늘게 하거나 액적을 가늘게 분열시킴으로써 해상도가 높은 화상기록이 가능하다.
이에 대하여 온 디맨드형의 잉크제트 프린터는 연속분사형의 것에 비하여 구조가간단하여 소형을 이룰 수 있고, 이 때문에 저렴한 것을 얻기 쉬우므로 널리 보급되고 있다.
이 온 디맨드형 잉크제트 프린터의 프린트헤드에 있어서는 피에조 소자의 변형에 의한 압력 또는 발열소자에 의해 잉크를 가열비등시켜 생기는 기포의 압력을 이용하여 잉크를 토출시키고 있다.
그러나 이러한 온 디맨드 형의 잉크제트 프린터는 연속분사형의 것과 달리 노즐로부터 항상 잉크를 토출시키는 것은 아니므로, 잉크의 건조, 변질, 먼지의 막힘 등에 의해 노즐이 폐색되어 잉크가 원활하게 토출하지 않는 경우가 많아서, 이 때문에 보수가 필요하다는 결점이 있었다. 또, 이 형의 잉크제트 프린터는 중간조(中間調)의 인쇄가 곤란하기 때문에 디더(dither) 처리에 의해 의사적으로 중간조의 인쇄를 행하고 있기 때문에 인쇄품질이 그다지 좋지 않고, 또 풀칼라(full colour)의 동시인쇄도 곤란하였다.
또한 이 형의 잉크제트 프린터는 구동기구가 대형으로 이루어져 멀티노즐화에 상당한 제한이 가해지기 때문에 라인헤드화에 의한 인쇄의 고속화가 곤란하였다.
이러한 점을 감안하여 본 발명의 제 1목적은 온 디맨드형의 잉크제트 프린트헤드및 잉크제트 프린터에 있어서 노즐이 폐색될 염려가 없고, 보수가 거의 불필요하게되는 것을 제안하고 있다.
본 발명의 제 2목적은 온 디맨드형의 잉크제트 프린트헤드 및 잉크제트 프린터에있어서 인쇄품질이 높은 증간조의 인쇄가 가능한 것을 제안하는 데 있다
본 발명의 제 3목적은 온 디맨드 형의 잉크제트 프린트헤드 및 잉크제트 프린터에 있어서, 풀칼라의 동시인쇄가 가능한 것을 제안하는 데 있다.
본 발명의 제 4목적은 온 디맨드 형 잉크제트 프린트헤드 및 잉크제트 프린터에있어서, 멀티노즐화가 용이하여, 라인헤드화에 의한 인쇄의 고속화가 용이한 것을제안하는 데 있다.
청구범위 제 2항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 캐리어 액체로서의 투명용매(7)가 충전되는 액체실(2)과, 액체실(2)에 설치된 잉크제트구동수단으로서의 피에조소자(3,4)와, 액체실(2)에 연통하는 노즐(14)과, 노즐(14)의 근방에 설치된 투명용매(7)에 잉크(9)를 혼합하는 혼합부(14a)를 구비한 잉크제트 프린트헤드에 있어서, 혼합부(14a)에서의 투명용매(7)에 대한 잉크(9)의 혼합량을 조정하는 조정수단으로서의 상기잉크가 충전된 잉크탱크 내에 설치된 제 1다공질막을 갖는 전기침투부(11,12,13)를 설치한 것올 특징으로 한다.
청구범위 제 3항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 조정수단은 복수색의 잉크의 혼합량을 각별히 조정하는 복수의 조정수단으로서 이루어진 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 4항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 액체실(2)에 연통하는 노즐(14)은 복수인 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 6항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 잉크탱크(8)와 혼합부(14a)를 연통하는 잉크공급로에 잉크(9)의 역류를 방지하는 제 1일방향변(55)을 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 7항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 잉크공급로와 혼합부(14a)와의접속부에 제 2다공질막(56)을 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 8항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 액체실(2)과 혼합부(14a)와의 사이에 제 2일방향변(58)을 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 9항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 액체실(2)의 입구에 제 3일방향변(66)을 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 10항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 액체실(2)에 설치된 피에조 소자(3,4)는 바이모르프 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 11항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 바이모르프 피에조 소자가 액체실(2) 내의 투명용매(7)에 접하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 12항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 액체실(2)에 설치된 피에조소자(3,4)는 모노모르프 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 13항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 혼합부(14a)의 잉크공급부에 잉크(9)의 혼합량을 조정하기 위한 개폐기구(71)를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 14항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 변좌(72)와 전압의 인가에 의해 변좌(72)와의 사이의 간극이 변화하는 피에조소자(73)로 이루어진 개폐기구를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 15항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 개폐기구가 액체실(2)에 설치되고, 피에조소자(3)로 구성된 구동수단의 일부인 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 16항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 변좌와 피에조소자(73)와의 사이의 간극이 진동적으로 개폐하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 17항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 변좌(72)와 피에조소자와의 사이의 간극이 잉크제트 구동수단의 피에조소자(3)에 의해 개폐하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 18항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 개폐기구가 각각 설치된 혼합부(14a)를 복수 개 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 19항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 복수 개의 혼합부(14a)에 의해각각 다른 색의 잉크(9)가 시분할로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 20항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 복수 개의 혼합부(14a)가 각각에 설치된 피에조 소자의 공진주파수의 변화에 의해 복수 색의 잉크(9)의 혼합을 행하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 21항에 기재된 잉크제트 프린트헤드는 피인쇄물로서의 프린트지(22)를 권회하여 회전하는 드럼(23)의 축방향으로 이동가능하게 헤드(21)를 배치함과 동시에 헤드(21)를 드럼(23)의 회전과 연동하여 이동시키는 구동부재로서의 이송나사(29)를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 22항에 기재된 잉크제트 프린터는 프린트지(22)를 권회하여 회전하는 드럼(23)의 축방향으로 이동가능하게 헤드(21)를 배치함과 동시에 드럼(23)을 헤드(21)의 이동과 연동하여 회전시키는 구동부재로서의 모터(28)를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 23항에 기재된 잉크제트 프린터는 프린트지(22)를 권회하여 회전하는 드럼(23)의 축방향으로 복수 개의 헤드(21)를 라인형상으로 배치한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 2항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는 혼합부(14a)에서 액체실(2)의 투명용매(7)에 잉크(9)가 혼합되고 이것이 피에조소자(3,4)에 의해 구동되어 노즐(14)로부터 토출된다. 따라서 노즐(14) 내에는 항상 투명용매(7)가 충전되어있으므로 노즐(4)이 막히지는 않는다.
또한 청구범위 제 2항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 의하면 잉크탱크(8) 내에제 1다공질막(52)을 갖는 전기침투부(11,12,13)에 의해 투명용매(7)에 혼합되는 잉크(9)의 량이 정밀하게 조정되어 중간조 인쇄가 가능하게 된다.
청구범위 제 3항에 기재된 잉크제느 프린트헤드에 있어서는 복수의 전기침투부(11,12,13)에 의해 각각 복수 색의 잉크(9M, 9Y, 9C, 9BK)의 혼합량을 각별히 조정함으로써 풀칼라의 동시 인쇄가 가능하게 된다.
청구범위 제 4항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는 액체실(2)에 연통하는 노즐(14)이 복수이므로 라인헤드화에 의한 인쇄의 고속화가 용이하게 된다.
청구범위 제 6항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는 잉크공급로에 제 1일방향변(55)을 설치하였으므로 잉크(9)의 역류를 방지할 수 있다.
청구범위 제 7항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는 잉크공급로와 혼합부(14a)의 사이에 제 2다공질막(56)을 설치하였으므로 잉크(9)와 투명용매(7)와의 불필요한 혼합을 막을 수 있다.
청구범위 제 8항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는, 액체실(2)과 혼합부(14a)와의 사이에 제 2일방향변(58)을 설치하였으므로, 잉크(9)가 혼합된 투명용매(7)가 액체실(2) 내로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
청구범위 제 9항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는, 액체실(2)의 입구에 제 3일방향변(66)을 설치하였으므로, 피에조소자(3)에 의해 액체실(2) 측에 전해지는 압력이 저지되고, 효율적으로 혼합액을 토출할 수 있다.
청구범위 제 10항 내지 12항에 기재된 잉크제프 프린트헤드에 있어서는, 피에조소자(3,4)의 종류 및 배치를 나타내고 있다.
청구범위 제 13항 내지 17항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는, 혼합부(14a)의 잉크공급로에 개폐기구(71)를 설치하였으므로, 잉크(9)와 투명용매(7)의 자연혼합이 방지될 수 있다.
청구범위 제 18항 내지 제 20항에 기재된 잉크제트 프린트헤드에 있어서는, 개폐기구(71)가 설치된 혼합부(14a)를 복수 개 설치하였으므로, 하나의 노즐로 다수색이 혼합함이 없이 명료한 칼라프린트를 행할 수 있다.
청구범위 제 21항 내지 제 23항에 기재된 잉크제트 프린터에 있어서는, 프린트지(22)를 권회하여 회전하는 드럼(23)에 대하여 헤드(21)의 이송과 배치를 3종류로 변화시킬 수 있다.
[실시예]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1도, 제 2도 및 제 3도를 참조하여 본 발명의 실시예 1을 설명한다. 이 실시예의 잉크제트 프린터는, 하우징(1)을 포함하고, 그 안에 이하의 각 구성부분이 배치되어 있다. (2)는 액체실이고 이 안에 캐리어 액체(7)가 충전되어 있다. (5)는 액체실(2)에 연통하는 파이프로, 이것에 제 3도에 나타낸 캐리어 액체송급 파이프(17)가 연결된다. (6)은 파이프(5)의 입구이다. 캐리어 액체(7)는 투명한 물, 알코올, 기타 유기용제가 가능하다. 액체실(2)에는 잉크제트 드라이버(3,4)가 설치되어있다. 이 드라이버(3,4)는 피에조 소자로 구성되고, 이들에 펄스적 전압이 인가됨에따라, 액체실(2)의 내측을 향하여 변형하고, 이에 의해 액체실(2) 내의 캐리어액체가 순간적으로 가압되도록 되어있다.
또, 이 전기기계변환식 잉크제트 드라이버(3,4)를 대신하여 종래 공지의 전기열변환식, 정전흡인식, 방전식 잉크제트 드라이버 등을 채용할 수가 있다.
이 액체실(2)에 연통하는 가느다란 노즐(14)이 설치된다. 그리고 잉크탱크(8) 내의 농축잉크(9)가 파이프(10)를 통하여 노즐(14) 내로 도입되도록 구성되어 있다. 제2도에도 도시한 바와 같이, 파이프(10)의 출구에는 칸막이 밸브의 기능을 갖는 격막(隔膜)(11)이 부착되어 있다. 이 격막(11)으로는 소위 마이크로 포러스 멤브레인 필터(micro porous membrane filter) 등의 다공질막이 사용가능하다. 이 격막(11)의 존재에 의해 잉크탱크(8) 내의 잉크(9)가 노즐(14) 내의 캐리어액체(7)에 자연히 혼입되지않도록 구성되어 있다.
이 격막(11)의 양측에 각각 메시(mesh)전극(12,13)이 배설되고, 이 전극(12, 13)간에 직류전압이 인가됨으로써, 전기침투(전기 영동)에 의해, 잉크탱크(8) 내의 농축잉크(9)가 격막(11)을 통과하여, 노즐(14) 내로 침투하고, 캐리어액체(7)와 혼합된다. 이노즐(14) 내로 침투하는 잉크(9)의 량은 전극(12,13)간에 흐르는 전류에 비례하므로,그 전류를 제어함으로써 노즐(14) 내에 침투하는 잉크(9)의 량을 고정밀도로서 제어할 수가 있으나, 이 량은 캐리어 액체(7)의 물성, 전극(12)(13)의 간극, 면적, 인가전압, 전압인가 시간 등에 따라서 결정된다.
또한, 잉크(9)를 노즐(14) 내의 캐리어액체(7) 측으로 이동시키는 수단으로서는 공지의 전기적, 전기 화학적, 기계적 수단등이 가능하다.
캐리어액체(7)와 잉크(9)는 서로 섞이기 쉬운 것(수성계-수성계)이라도 좋고, 섞이기 어려운(수성계-유성계) 것이라도 좋으며, 후자의 경우에는 드라이버(3,4)에 인가하는 전압을 고주파전압으로 하여, 초음파에 의해 양자를 강제적으로 혼합시킬 수가있다.
제 3도에 나타낸 바와 같이 각각 드라이버(3,4)(제 3도에서는 도시를 생략함) 및 노즐(14)이 설치된 액체실(2)이 복수 개 설치되고, 그 각 액체실(2)에 캐리어 액체 송급파이프(17)를 통하여 캐리어액체(7)가 송급된다. 또, 각 액체실(2)에 대응하여 설치된 잉크탱크(8)(제 3도에서는 도시를 생략함)에 잉크송급 파이프(18)로부터 농축잉크(9)가 송급된다. 또, 복수의 노즐(14)은 직선 상으로 등간격으로 일렬로 배치된다.
다음으로 본 실시예의 동작올 설명한다. 소망의 잉크탱크(8) 및 노즐(14) 사이에설치된 전극(12,13) 간에, 어떤 시간 동안 걸려있는 전압을 인가하여, 탱크(8)내에 원하는 량의 농축탱크(9)를, 격막(11)을 침투시켜 노즐(14) 내의 캐리어액체(7)에 혼입하고, 그 후 원하는 액체실(2)의 드라이버(3,4)에 각각 소정전압을 소정시간 인가함으로써, 노즐(14)로부터 잉크입자(15) 또는 잉크가 포함되지 않은 캐리어 액체만의 입자를 비상시키고, 이것을 도시생략한 종이예 부착시킴으로서 문자, 도형, 화상 등의 인쇄를 행할 수가 있다. 또 이 노즐(14) 내의 용적은 잉크입자(15) 또는 잉크 없는 액체입자 한 개 분의 체적에 상당하게 된다. 이에 의해 지금 토출한 입자와 다음에 토출하는 입자와의 사이에서 잉크농도의 간섭은 거의 없게 된다. 이 경우, 전극(12,13) 간에 인가하는 전압 및 전압인가 시간을 제어하면, 캐리어액체(7)에 혼입되는 잉크(9)의 량이 제어되고, 이에 의해 임의의 농도의 중간조의 인쇄가 가능하게 된다. 따라서 가장 옅은 인쇄의 경우는잉크(9)의 혼입량이 0이고, 캐리어 액체만의 투명한 입자가 종이에 부착하게 된다.
다음으로 제 4도를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하고, 제 4도에 있어서 제 1도, 제 2도와 대응하는 부분예는 동일부호를 불이고, 중복설명을 생략한다.
이 실시예예서는 하우징(1) 내에 각각 마젠타 잉크(9M), 옐로우 잉크(9Y), 시안 잉크(9C) 및 흑색잉크(9)가 들어있는 잉크탱크(8M)(8Y)(8C) 및 (8BK)를 설치하고, 각각의 잉크탱크(8M)(8Y)(8C) 및 (8BK)의 파이프(10)를 각각 노즐(14)에 연결하고, 각각의 격막(11) 및 전극(12,13)에 의해, 각각 각별히 원하는 량의 각색의 잉크(9M)(9Y)(9C)및 (9BK)를 노즐(14) 내의 캐리어액체(7)와 혼입함으로써 노출(14)로부터 임의의 색잉크입자(15)(제 4도에서는 도시를 생략함)를 비상시켜 종이에 부착시킴으로써, 동시다색인쇄를 가능하게 하고 있다.
이 경우, 흑색잉크(9BK)를 사용하여 하색제거 처리를 행함으로서, 칼라잉크(9M)(9Y)(9C)만을 혼합한 경우에 비하여, 잉크의 혼합전체량을 적게 할 수가 있다. 이것은 각 색잉크의 혼합에 의한 흑색에 상당한 부분을 흑색잉크로 치환함으로서 검은 색 부분의 잉크량을 3배에서 2배로 저감할 수 있다.
상술한 실시예 1의 경우에는 제 3도에 나타낸 바와 같이, 드라이버(3,4)를 각각 갖춘 액체실(2)에 대하여, 각각 한 개의 노즐(14)을 설치한 경우이나, 제 5도에 나타낸 바와 같이 한 개의 액체실(2)에 대하여 각각 복수 개의 노즐(14)을 설치할 수가있다. 그리고 각 노즐(14)마다 캐리어액체(7)에 대해 농축잉크(9)를 필요량씩 혼합하고, 그 액체실(2)의 드라이버(3,4)(도시하지 않음)에 의해, 각 노즐(14)에서 일제히 잉크입자(15) 또는 잉크를 포함하지 않은 캐리어 액체만의 입자를 비상시켜 종이에동시에 부착시킬 수가 있다.
제 6도 내지 제 9도에 본 실시예에 의한 잉크제트 프린트헤드(21)가 탑재된 잉크제트 프린터의 구성예를 나타낸다. 제 6도는 드럼 회전형의 구성예이다. 피인쇄물로서의 프린트종이(22)는 드럼(23)의 외주로 권회되고, 소정 위치에 고정되어 있다.드럼(23)의 외주에는 이송나사(24)가 드럼 축방향으로 평행하게 설치되어 있고, 이송나사(24)에는 헤드(21)가 나사결합하고 있다. 그리고 이송나사(24)의 회전에 의해 헤드(21)가 축방향으로 이동하도록 되어 있다. 또, 드럼(23)은 풀리(25), 벨트(26), 풀리(27)를 거쳐 모터(28)에 의해 회전구동된다. 또 이송나사(24) 및 모터(28)의 회전과 헤드(21)의 구동은 구동제어부(29)에 의해 인화데이타 및 제어신호(30)에 의거하여 구동제어된다. 상기의 구성에 있어서, 드럼(23)이 회전하면 그 회전에 동기하여 헤드(21)로부터 잉크가 토출되고, 프린트종이(22)위에 화상이 형성된다. 드럼(23)이 회전하여 프린트지(2) 상에 원주방향으로 1렬의 인쇄가 완료하면, 이송나사(24)가 회전하여 헤드(21)를 1피치(pitch) 이동시켜 다음 렬의 인쇄를 행한다. 이 경우 드럼(23)과 이송나사(24)를 동시에 회전시켜 인쇄하면서 헤드(21)를 서서히 이동시키는 방법도 있다. 멀티노즐헤드의 경우나 동일장소를 및 번인가 인쇄하도록 한 구성의 경우는 스텝이송이 적합하지만, 단 노즐이나 멀티노즐에서도 이러한 수가 적은경우는 드럼(23)과 이송나사(24)를 연동하여 동시에 회전시키면서 스파이럴(spiral)형의 인쇄를 행한다.
제 7도는 시리얼형의 구성예이다. 이 경우도 제 6도에 나타낸 드럼회전형의 경우와 거의 동일한 구성이지만, 프린터종이(22)는 드럼(23)에 권회되어 있지 않고, 축방향으로 평행하게 설치된 종이압착롤러(31)에 의해 드럼(23)에 압착지지 되어 있다.이 경우는 헤드(21)가 이동하여 1행의 인쇄를 행하면, 드럼(23)을 1행분만 회전시켜다음 행의 인쇄를 행한다. 헤드(21)의 이동은 동일방향의 경우와 왕복방향의 경우가 있다.
제 8도는 라인형의 구성예이다. 이 경우는 제 7도에 나타낸 시리얼형의 헤드(21)및 이송나사(24)를 대신하여, 다수의 헤드(21)가 라인형상으로 배치된 라인헤드(32)를 축방향으로 고정하여 설치되어 있다. 이 구성에서는 라인헤드(32)에서 1행분의 인쇄가 동시에 행해지고, 인쇄가 완료되면 드럼(23)을 1행분만 회전시켜 다음 행의 인쇄를 행한다. 이 경우 전 라인을 일괄하여 인쇄하거나, 복수의 블록으로 분할하거나, 1행 걸러 교호 인쇄하는 방법도 생각할 수 있다.
제 9도는 인쇄 및 제어계의 블록도이다. 인쇄데이타 등의 신호(41)는 신호처리 제어회로(42)에 입력되고, 회로(42)에 있어서 인쇄순번으로 정돈되어 드라이버(43)를 거쳐 헤드(44)에 전송된다. 인쇄순번은 헤드나 인쇄부의 구성에서 다르고, 또 인쇄데이터의 입력순번과의 관계도 있으며, 필요에 따라 라인버퍼 메모리나 1화면메모리 등의 메모리(45)에 일단 기록하고 나서 취출한다. 헤드(44)에는 계조신호나 토출신호를 출력한다.
또한 멀티헤드에서 노즐의 수가 매우 많은 경우에는 헤드(44)에 IC를 탑재하여 헤드(44)에 접속하는 배선수를 줄이도록 한다. 또 신호처리·제어회로(42)에는 보정회로(46)가 접속되어 있고,γ보정, 칼라의 경우의 색보정, 각 헤드의 엇갈림 보정등을 행한다. 보정회로(46)에는 미리 정해진 보정데이타를 ROM맵형식으로 격납하여 두고, 외부조건 예를 들면, 노즐번호, 온도, 입력신호 등에 따라 취출하도록 하는 것이 일반적이다.
신호처리·제어회로(42)는 CPU나 DSP구성으로서 소프트웨어로 처리하는 것이 일반적이고, 처리된 신호는 각종 제어부(47)에 전송된다. 각종 제어부(47)에는 드럼(23) 및 이송나사(24)를 회전구동하는 모터의 구동, 동기, 헤드의 클리닝, 프린트종이(22)의 공급, 배출 등의 제어를 행한다.
또 신호(41)에는 인쇄데이터 이외의 조작부 신호나 외부 제어신호가 포함되는 것은 물론이다.
다음으로 본 발명의 잉크제트 프린트헤드의 구체적 구성예를 제 10도 내지 제 41도를 참조하여 설명한다. 이들의 도면에 있어서, 제 1도에 나타낸 실시예의 부분과 대응하는 부분에는 동일부호를 붙여 표시한다.
제 10도 및 제 11도에 본 발명의 헤드구성의 일예 및 그 동작원리를 나타낸다.
제 10도 및 제 11도의 (a)에 있어서, 잉크(9)는 도시하지 않은 잉크탱크(8)로부터 도입되어 잉크실(51)에 충전되어 있다. 잉크실(51)은 제 1다공질막(52)에 의해 둘로 갈라져 있다. 제 1다공질막(52)의 표리에는 잉크(9)를 투과할 수 있는 금속메시전극(53,54)이 고정되어 있다. 잉크(9)는 거듭 제 1일방향변(55)을 거쳐 제 2다공질막(56)까지 도면과 같이 도입한다. 여기서 일방향변이란 제 12도에 나타낸 바와 같이 중심에 통과구(55a)를 갖는 변좌(弁座)(55b)와 둥근 환형상의 변판(55c)으로구성되어 있고, 잉크(9)의 역류를 방지하는 역할을 갖는다.
한편, 투명용매(7)는 도시하지 않은 투명용매 탱크로부터 진입되어, 액체실로서의 투명용매 캐비티(57)에 충전되고, 제 2일방향변(58)을 거쳐 혼합실(14a)의 잉크토출구(59)까지 도달하고 있다. 잉크토출구(59)에서는 투명용매(7)는 그 표면장력에 의해 반월형의 소위 메니스커스(60)를 형성한다.
잉크(9)와 투명용매(7)는 제 2다공질막(56)에 의해 간막이되어 불필요한 혼합을 제한하고 있다.
여기서 제 10도, 제 11도의 (b)에 나타낸 바와 같이, 메시전극(54)에 메시전극(53)에 대하여 예를 들면, 부의 펄스형 직류전압을 인가하면, 잉크(9)와 잉크실(51)의 메시전극(53) 측으로부터 메시전극(54) 측에 일정량 전기침투한다.
전기침투란, 예를 들면 제 13도에 나타낸 바와 같이 U자관(61)의 중앙부에 다공질격막(62)이 배설되어 있고, U자관(61)이 전해질 용액(63)으로 충전되어 있을 때 U자관(61)의 양 개구로부터 전극판(64,65)을 삽입하고, 직류전압을 인가하면 전해질 용액(63)이 한쪽으로부터 다른쪽으로 이동하는 것과 같은 현상이다.
이 전기침투는 다공질격막(62)과 전해질 용액(63)의 경계면에 전기 이중층이 형성되어 액체(전해질 용액)가 고체(다공질 격막)에 대하여 어떤 전위를 가짐으로써 일어난다.
이 전위는 경계면 동전위 또는 ξ전위로 불리워지고, 이것은 액체 및 고체의 재질이나 경계면의 상태에 따라 정해진다. 액체가 전기침투하는 속도는 전위 및 전계의 강도에 비례한다. 액체의 투과량은 흐르는 전기량에 비례한다.
또한, 제 10 도 및 제 11도의 (b)에 있어서, 잉크실(51)에서 메시전극(53)측으로부터 메시전극(54)측에 제 1다공질막(53)을 통하여 전기침투한 잉크(9)에 의해 메시전극(54)측의 내압이 높아지고, 잉크(9)는 일방향변(55)을 눌러 올리고, 거듭 제 2다공질막(56)을 투과하여, 혼합실(14a) 내에 스며나온다. 혼합실(14a)에 스며나오는 잉크(9)의 량은 메시전극(53,54) 간에 흐르는 전류의 량으로 정확히 콘트롤할 수 있다.
실제로는 메시전극(54)에 인가하는 전압펄스의 펄스폭으로 잉크의 침투량을 제어하는 것이 회로 상 간편하다.
스며들은 소정량의 잉크(9)는 혼합실(14a) 내에서 투명용매(7)와 혼합되면서 직접 피에조소자(3)가 구동됨예 따라 압력에 의해 잉크토출구(59)로부터 소정 농도의 혼합잉크로 되어 토출된다.
피에조소자(3)에 전압펄스가 가해지면 제 10도 및 제 11도의 (c)와 같이 피에조소자(3)는 만곡한다. 동시에 이것이 접착되어 있는 투명용매 캐비티(57)의 벽면도 함께 만곡하고, 캐비티(57)의 용적이 감소하여 내압이 발생한다. 압력은 도면의 검정화살표 방향으로 전해지지만, 투명용매 탱크 측에 전해지는 압력은 제 3일방향변(66)에 의해 저지되고, 압력은 혼합실(14a) 및 잉크토출구(59) 방향으로 집중하여 효율적으로 잉크를 토출할 수가 있다. 잉크는 도면과 같이 기둥형으로 잉크토출구(59)로부터 토출한다.
제 1일방향변(55)은 이미 서술한 바와 같이 잉크의 역류를 방지하기 위한 것이며, 특히 제 10도 및 제 11도의 (c)에서 혼합한 잉크를 토출할 때에 혼합한 잉크 혹은 투명용매(7)가 토출압력에 의해 제 2다공질막(56)을 투과하여 잉크 측으로 혼입하는것을 방지한다. 일방향변의 구조는 제 12도에 나타내었다.
제 10 도 및 재 11도의 (d)와 같이 피에조소자(3)에 대한 전압펄스가 OFF되면 피에조소자(3)는 원래의 형상으로 복귀하고, 투명용매 캐비티(57)도 원래의 체적으로되기 위해 캐비티의 내압이 내려가고, 제 3일방향변(66)이 열려 투명용매(7)가 캐비티(57)내로 진입된다. 잉크토출구(59)에서는 돌출한 혼합잉크 기둥이 절리된다.
혼합잉크는 주 잉크방울(9a)과 새틀라이트 잉크방울(9b)로 나뉘어 비상한다. 이때 혼합잉크가 모두 비상하는 잉크방울에 포함되고, 캐비티(57) 내에 진입되는 투명용매(7)에 잔존하지 않는 것이 필요하다. 그 때문에 혼합하는 잉크(9)의 량에 대해 토출하는 혼합잉크의 량이 충분히 많은 것이 필요하다.
잉크(9)가 캐비티(57) 측의 투명용매(7)에 섞이지 않기 위한 잉크(9)의 혼합비는 토출주파수 등의 조건에 의하지만 실험적으로는 50%이하이다. 바람직하게는 최대농도를 낼 때의 잉크혼합비는 30% 정도로 하는 것이 좋다. 따라서 충분한 최대농도를 얻기 위해 잉크(9)가 충분한 농도를 가지고 있는 것이 필요하다. 그 때문에 잉크(9)가 혼합중량(%)에서 30%일 때, 인쇄농도가 반사농도로 1.5 이상 얻어질 정도로 잉크(9)에 염료를 함유시킨다.
인입된 투명용매의 메니스커스(60)는 제 10도 및 제 11도의 (e)와 같이 거듭 모세관 현상에 의해 잉크토출구(59)까지 충전되어 초기상태로 돌아간다.
전기침투에 의해 잉크(9)를 혼합실(14a)에 압출하는 전압펄스와, 혼합실(14a) 내의 잉크(9)와 투명용매(7)를 토출하는 전압펄스는 어떤 소정의 타이밍으로 가해질 필요가 있다. 전기침투로 압출된 잉크(9)가 확산하여 제 2일방향변(58) 측의 투명용매(7)에 혼입하지 않기 위해서는 소정량의 잉크(9)가 압출되거나 직접 투명용매(7)와함께 토출하여 버리는 것이 좋다. 제 14도에 전기침투의 전압펄스(Pa)와 토출전압펄스(Pb)의 타이밍의 일예를 나타낸다.
전기침투의 펄스폭(tei)은 잉크(9)를 혼합시키는 량에 따라 tel1, tel2, tel3과 같이 변화시킨다. 잉크(9)를 토출하는 간극(T), 토출전압펄스폭(tp) 및 전기침투의 펄스가 끊어지고 나서 토출펄스를 온(on)할 때까지의 시간(td)은 일정하다. 따라서 인쇄도트의 농도, 즉 잉크의 혼합량은 전기침투의 전압펄스를 온(ON)시키는 시간의 빠르기 및 늦기로 제어한다. 전기침투의 전압펄스와 실제 잉크의 움직임은 완전히는 동기시키지 않고 후자가 지연을 갖는다, 그 지연, 즉 응답성은 헤드 및 잉크의 특성에 따라 변화한다. td의 값은 실험적으로 구해지는 최적치로 설정한다.
토출전압펄스가 OFF하고 나서 전기침투의 전압펄스가 ON할 때까지의 간극(tx)은 전기침투의 전압펄스를 ON하는 타이밍에 따라 변화한다. 토출구 근방에서는 이미 설명한 바와 같이 이 사이에 투명용매(7)의 재충전이 행해진다. 재충전에는 어떤 일정한 시간(tr)이 걸린다. 이 값은 잉크(9)의 점도나 표면장력, 혜드의 노즐지름 등에 의존한다. 전기침투로 잉크(9)를 혼합실(14a) 내로 압출하기 전에 투명용매(7)의 재충전이 완료하고 있는 것이 필요하며, 그 때문에 tx는 tr이상이 되지 않으면 안된다. 전기침투의 펄스폭(tci)이 최대 일 때 tx는 최소가 되지만 이 때의 tx가 tr 이상이 되게 설정한다.
이미 설명한 바와 같이 잉크(9)와 투명용매(7)는 제 2다공질막(56)에 의해 매우 동떨어져 있고, 확산에 의한 지연혼합이 제한되어 있다. 이에 의해 인쇄 중에 잉크(9)와 투명용매(7)가 불필요한 혼합을 하지는 않는다. 장기간 방치되어 제 2다공질막(56)을 통하여 잉크(9)와 투명용매(7)가 자연 혼합한 경우에도 제 1일방향변(55)및 제 2일방향변(58)에 의해 그 이상의 확산이 방지된다. 인쇄하고 있지 않을 때는 제 1일방향변(55)과 제 2일방향변(58)에 끼워진 부분에서 기본적으로 항상 잉크(9)와 투명용매(7)가 자연혼합하는 상테에 있다. 따라서 인쇄를 시작하기 전에는 매회 제 1일방향변(55)과, 제 2일방향변(58)에 끼워진 부분의 혼합한 잉크를 배출한다.
배출 시에는 우선 제 2일방향변(8)과 제 2다공질막(56)에 끼워진 부분의 혼합잉크를 피에조소자(3)를 필요 회수 구동함으로써 배출한다. 이에 따라서 이 부분의 혼합잉크는 투명용매(7)로 치환된다. 다음으로 제 1일방향변(55)과 제 2다공질막(56)에 끼워진 부분의 혼합잉크를 전기침투에 의해 혼합실(14a)로 압출하면서 피에조 소자(3)를 구동하여 배출한다. 이와 같은 동작에 의해 제 1일방향변(55)과 제 2다공질막(56)의 사이는 잉크(9)로 치환되고, 제 2일방향변(58)과 제 2다공질막(56)의 사이는 투명용매(7)로 치환되어 인쇄대기상태가 된다.
제 2다공질막(56)의 또 하나의 역할은 미소량 잉크의 정량을 가능하게 하는 것이다. 제 15도와 같이 잉크(9)가 다공질막(56)의 미세한 구멍을 투과함으로써 미소량씩의 잉크(9)를 혼합실(14a)에 압출하는 것이 가능하게 된다.
제 2다공질막을 대신하여 제 16도와 같이 미소지름의 구멍을 갖는 플레이트(56a)로 하는 것도 가능하다. 구멍지름은 0.5μm 내지 2μm가 적당하다. 이와 같은 구멍은 예를 들면 두께가 3μm의 스테인리스 박막으로 엑사이머 레이저(excimer laser)를 조사하는 방법에 의해 얻어진다.
이 경우에도 이 구멍의 역할은 잉크(9)와 투명용매(7)의 불필요한 혼합을 방지하고, 또 미소량 잉크의 정량을 가능하게 하는 것이다.
제 1다공질막(52)에는 예를 들면 소위 마이크로 포러스 멤브레인 필터를 사용한다. 그 재질로서는 니트로 셀룰로오스, 아세틸 셀룰로오스, 재생 셀룰로오스 등의 셀룰로오스류, 폴리테트라 플루오로 에틸렌, 폴리 카보네이트, 폴리아미드, 폴리에틸렌 등의 플라스틱, 글라스, 알루미나 등의 세라믹 등이 사용될 수 있으나, 사용하는 잉크(9)에 의해 팽윤하거나, 침범되지 않고, 잉크(9)를 전기침투시키는 것이 필요하다.
잉크(9)에는 수성계의 것, 비수성계의 것의 양쪽 사용이 가능하지만, 수성계의 것은 전기분해를 일으키므로, 분해전압(1V 전후) 이하로 구동전압을 설정하지 않으면안되고, 침투 스피드가 빠르지 않기 때문에 양호하지 않다. 비수성계 소위 유성잉크가 양호하지만 제 1다공질막(52)에 대하여 전기침투성을 갖는 것이 필요하다. 상기의 다공질막(52)의 재질 가운데 예를 들면 니트로 셀룰로오스에 대하여는 예를들어 클로로옥탄을 용매로 하여, 이것에 전해질로서 도덱실벤젠 썰포닉산의 4급 암모늄염을 중량비로 1∼5% 용해하고, 또한 염료, 습윤제, 비히클제 등을 가하여 구성한 잉크가 사용될 수 있다.
투명용매(7)에는 잉크(9)와 상용성(相溶性)을 갖는 것, 또는 상용성을 갖지 않는것을 사용한다. 상용성을 갖는 것으로서는 예를 들면 상기 구성의 잉크(9)에 대해서는 클로로옥탄 혹은 이것에 습윤제, 비히클제 등을 가한 것이 사용될 수 있다.상용성을 갖지 않는 것으로서는 물 혹은 이것에 습윤제, 비히클제 등을 가한 것을사용할 수 있다.
상용성을 갖지 않는 것을 투명용매(7)에 사용한 경우에는 투명용매(7) 안으로 잉크(9)의 확산이 불완전하기 때문에 투명용매(7)는 잉크(9)를 종이까지 운반하기 위한캐리어가 주된 역할이 되고, 프린트된 화상은 잉크제트의 크기, 즉 면적의 변화에따라 계조표현된 것예 근접한다.
이 경우에, 잉크(9)는 투명용매(7)에 섞이지 않기 때묵예 전술한 확산에 의한 잉크(9)의 투명용매(7)로의 자연혼합이나 전기침투로 잉크(9)를 혼합실(14a)에 압출할 때의 잉크(9)의 투명용매 캐비티(57) 측으로의 혼입이 일어나기 어렵게 된다고 하는 양호한 면도 있다.
상용성을 갖는 것을 투명용매(7)로 사용한 경우에는 잉크(9)가 투명용매(7)에 잘확산하기 때문에 혼합잉크방울의 농도가 균일하게 되기 때문에 프린트 화상은 도트의 농담으로 계조표현된 것이 되어, 보다 고화질이 얻어진다.
그런데 이와 같은 헤드에 있어서는 인쇄하지 않은 대기 시에는 잉크토출구(59)에는 종래의 잉크제트 헤드와는 달리 염료를 포함하지 않은 투명용매(7)가 노출하게 된다. 따라서 예를 들면, 투명용매(7)에 순수한 물을 사용하면 종래와 같은 잉크용매의 증발에 의한 염료 등의 석출은 증점을 일으키지 않고, 토출구(59)의 플러깅(plugging)의 확률은 현저히 저감한다. 이것도 본 발명의 헤드의 큰 이점이다.
금속메시전극(53,54)은 잉크(9) 중의 물질과 블필요한 반응을 일으키지 않도록 불활성 금속인 것이 좋으며, 예를 들어 두께 50μm,100μm피치의 철의 메시에 니켈도금한 후, 백금 혹은 금을 도금한 것 등이 적합하다. 흑은 제 1다공질막(52)의 표리에 직접 예를 들어, 금을 증착하고, 이것을 전극으로서 사용하는 것도 가능하다.
제 2다공질막(56)은 이미 설명한 바와 같이 인쇄 시예 잉크(9)와 투명용매(7)가 불필요한 혼합을 일으키지 않도록 이들의 확산혼합의 스피드를 지연시키고, 또 미소량의 잉크(9)의 정량을 가능하게 하는 것이다.
재질로서는 폴리테트라 플루오로 에틸렌(상품명 테플로(Teflon) 등), 폴리에틸렌, 폴리아미드 등의 플라스틱, 니트로 셀룰로오스, 아세틸 셀룰로오스, 재생 셀룰로오스등의 셀룰루오스, 글라스, 알루미나 등의 세라믹이 사용될 수 있다. 제 2다공질막(56)도 제 1다공질막(52)과 마찬가지로 잉크(9) 및 투명용매(7)에 침범되거나, 그들에의해 팽윤하지 않는 것이 필요하다. 따라서 플라스틱의 경우, 테프른 등의 내용제성의 것이 좋고, 또 글라스, 알루미나 등의 세라믹도 적합하다, 전기침투성은 필요하지 않다. 다공질막의 직경은 잉크(9), 투명용매(7)의 조성에도 의하지만, 0.1μm 내지 10μm, 바람직하게는 0.5μm 내지 2μm가 혼합방지성과 투과성의 균형으로 적당하다.
본체의 재질도, 잉크(9)나 투명용매(7)에 사용되는 용제에 대한 내용제성을 갖는것일 필요가 있다. 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라 플루오로 예틸렌 등의 플라스틱, 혹은 글라스, 알루미나 등의 세라믹 재료, 스테인리스 등의 금속 등으로 구성한다.
이와 같은 잉크기록헤드를 풀 칼라의 잉크제트 프린터를 구성한 예를 제 17도에 나타낸다.
옐로우, 시안, 마젠타, 블랙의 각 색용의 헤드(71Y)(71M)(71C)(71BK)가 도면과 같이 리드나사(72) 상에 배설되어 있다. 종이(73)는 드럼(74)에 감겨져 고정되어 있다. 드럼(74)을 모터(75)로 회전시키면서 헤드(71)를 드럼(74)의 축방향으로 이동시켜 헤드(71)로부터 각색의 소정 농도의 잉크방울을 토출하여 종이(73)에 기록하여 간다. 이 경우는 스파이럴형으로 인가되게 된다. 드럼(74)의 1회전마다 헤드(71)를 1라인분씩 단계적으로 보내는 방법이라도 좋다.
이와 같은 잉크기록헤드는 잉크토출구를 복수 개 배열한 소위 멀티헤드구성으로 할 수도 있다. 이 때는 잉크를 전기침투시키는 부분만을 멀티화하고, 투명용매를 토출하는 부분은 공통구조로 할 수가 있다. 즉, 각 도트마다의 잉크농도를 전기침투로 콘트롤하고, 토출은 복수도트 혹은 전 도트 동시에 행하면 좋다. 도트마다에 토출을 제어할 필요가 없다.
또 다음과 같은 헤드도 가능하다. 이 헤드에서는 옐로우, 시안, 마젠타 3종의 잉크를 동일 노즐 내에서 혼합토출한다. 따라서 통상 중간색을 재생할 경우, 인쇄된 각 색의 도트조합으로 행하고 있었지만, 이 헤드에 의하면 소정의 중간색을 1도트 단위로 만들 수가 있다. 또 각 색을 개개의 헤드로 기록할 경우, 소위 색차이가 일어나지 않도록 소정 밀도의(4000DPI의 경우, 오차 30 μm정도) 메커니컬 한조정을 필요로 하고 있었으나, 이것도 필요없게 된다.
이상과 같이 구성한 잉크기록헤드는 다음과 같은 이점을 갖는다.
첫째, 1화소단위로 고계조 기록이 가능하기 때문에 고품위의 연속계조 기록을 행할 수 있다는 점이다. 종래 불가능하였던 1도트 단위에서의 농도계조가 가능하게된다.
둘째, 간단한 구조로 고정밀도의 잉크정량기구가 실현될 수 있다는 점이다. 전기침투를 이용함으로써 다공질막과 전극의 조합만으로 잉크정량 점프가 가능하다.
게다가, 잉크의 침투량은 전극 간에 흐르는 전기량만으로 비례하기 때문에 미소량으로도 정확한 정량이 가능하다. 멀티헤드화도 비교적 용이하다.
셋째, 잉크의 플러깅을 일으키기 어렵다는 점이다. 종래의 잉크제트 헤드로는 잉크가 토출구에 노출되어 있기 때문에 장시간 방치하면 잉크용매의 증발에 의해 토출구에 염료가 석출되어 잉크의 플러깅을 일으키기 쉽다는 문제가 있었다. 본발명의 헤드에 의하면 대기 시는 토출구에는 투명용매가 노출되어 있고, 잉크는 노출되어 있지 않기 때문에 장시간 방치하면 잉크용매의 중발에 의해 토출구에 염료가 석출되어 잉크의 플러깅을 일으키기 쉽다는 문제가 있었다. 본 발명의 헤드에 의하면 대기 시는 토출구에는 투명용매가 노출되어 있고, 잉크는 노출되어 있지 않기 때문에 염료의 석출에 의한 잉크의 플러깅의 염려가 없다. 이미 설명한 바와같이 잉크가 투명 용매에 자연혼합하였다고 하여도, 토출구에 노출하는 혼합잉크의 농도는 종래에 비해 현저히 낮아서 플러깅의 확률은 낮다. 종래 헤드와 같이 헤드캡 등을 병용하면 더욱 더 플러깅은 일으키기 어렵게 된다.
다음으로 제 10 도 및 제 11도에 나타낸 잉크제트 프린트헤드의 혼합부(14a)의 잉크공급부에 개폐기구를 설치하면 잉크(9)와 투명용매(7)와의 자연혼합을 방지하도록한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
제 18도 내지 제 32도에 본 실시예의 구성 및 작용을 나타낸다. 제 18도에 본실시예의 기본구조를 나타낸다. 투명용매(7)가 충전되는 혼합부(14a)로의 잉크(9)의 공급로에 개폐기구로서의 개폐부(71)를 설치하고, 대기 시예는 (a)에 나타낸 바와같이 개폐부(71)를 닫아, 잉크(9)가 투명용매(7)에 혼합하는 것을 방지하고 있다.
그리고 잉크혼합 시예는 (b)나타낸 바와 같이 개폐부(71)를 연다. 또 혼합잉크를 할 때에도 개폐부(71)를 닫음으로서 변화에 의한 불필요한 혼합도 방지할 수 있다. 또한 개폐부(71)의 동작을 아날로그적으로 제어하든가, 펄스폭 변조 등을 이용함으로써 잉크정량기능을 가지게 할 수도 있고, 이 경우는 잉크(9)에 어느 정도의 일정 압력을 가하여 둔다.
제 19도 내지 제 28도에 개폐부(71)의 각종 구성예를 나타낸다. 제 19도 및 제20도에 나타내는 예는 변좌(72)와 피에조소자(73)를 대향하여 배치한 것이다. 그리고 피에조소자(73)의 전극(73a) 간에 전압을 인가함으로써 피에조소자(73)의 두께(t)를 변화시켜 변좌(72)와의 사이의 간극을 변화시키고 잉크유로의 개폐를 행한다. 또한 피에조소자(73)를 대신하여 자왜(磁歪)소자를 사용하여도 좋다.
제 21도 내지 제 24도에 나타낸 예는, 피에조 소자(73)의 휘어짐에 따라 변좌(72)에 설치된 개구(72a)의 개폐를 행하는 것이다. 제 19도 및 제 20도에 나타낸 바와같이 피에조소자(73)의 두께변화를 사용한 경우에는 그 변화량은 매우 적기 때문에 큰 치수의 피에조소자(73)가 필요하게 되지만, 제 23도에 나타낸 피에조소자(73)의 한쪽 면에 금속(74)을 접합한 모노모르프(monomorph)라든가, 제 24도에 나타낸 바와같이 금속(74)의 양면에 피에조소자(73)를 접합한 바이모르프를 사용함으로써 휘어짐의 변화량을 크게 할 수가 있다.
제 25도 및 제 26도에 나타낸 예를 제 19도 및 제 20도에 나타낸 예의 피에조소자(73)의 전극(73a) 간에 교류전압을 인가하고, 초음파 진동시켜 개폐를 행하는 것이다. 이 경우는 잉크(9)와 투명용매(7)와의 혼합을 신속하게 행할 수가 있고, 특히 잉크(9)와 투명용매(7)가 불친화성인 경우에 이 효과가 더욱 더 유효하게 된다. 또한 제 21도 및 제 22도에 나타낸 바와 같은 경우에 응용하여도 동일한 효과가 있다.
제 27도에 나타낸 예는 제 10도에 나타낸 토출구동용의 피에조소자(3)의 일단은 고정하고, 타단을 자유단으로 하여 잉크공급로에 돌출시킨 것이다. 이 도면에서는 토출구동용으로 바이모르프 또는 모노모르프구조를 이용한 예를 나타낸다. 토출기준으로서 피에조소자(3)가 서서히 휘어지고, 점선으로 나타낸 바와 같이 변좌(72)와의 사이에 간극이 발생하여 잉크(9)가 혼합부(14a) 내로 공급되어 투명용매(7)에 혼합된다.
토출 시에는 피에조소자(3)가 실선으로 나타낸 바와 같이 급속히 원래로 되돌아가고, 그 압력으로 혼합액이 토출된다. 이 상태에서는 개폐부(71)는 닫혀있으므로 잉크(9)와 투명용매(7)와의 자연혼합이 방지된다. 제 28도에 개폐부(71)의 개폐동작과 혼합액의 토출동작의 동작타이밍을 나타낸다. 즉 혼합기간만 개폐부(71)가 열려있고, 토출 시와 방치 시는 닫혀있다,
제 29도에 노즐(14)을 멀티화한 경우를 나타낸다. 즐형(櫛形)의 피에조소자(75)의 볼록부가 각 잉크공급로(76)에 배치되어, 개폐부(71)를 개폐한다. 전극은 피에조소자(75)의 상면과 하면예 배치하지만, 한쪽 면을 전면 공통으로 하고, 다른 한쪽면을 각 볼록부마다 분리하면, 각 잉크공급로(76)를 각각 독립하여 판단할 수 있다.
또 양면으로도 공통전극으로 하면, 전 잉크공급로(76)가 동시에 개폐한다. 부호(77)는 투명용매통로이다.
제 30도 및 제 31도는 혼합부(14a)에 복수 개의 잉크공급로를 설치하고,2색의 잉크를 동시에 혼합토출하는 경우의 예이다. 피에조소자(75)의 한쪽 면에 노즐마다 대응한 전극이며, 다른 한쪽 면예 A색, B색에 대응하여 각 노즐에 걸치는 2개의 공통전극을 설치한다. 그리고 각 노즐의 잉크혼합량에 따라 개폐부(71)가 열려 있는 시간을 신호(78)에 의해 제어한다.
제 30도에 나타낸 경우는, 색변환 스위치(79)에 의해 A색을 혼합한 후, 다음으로 B색측으로 변환하여 B색을 혼합한다. 즉 A색을 혼합하고 다음에 B색을 혼합하여나서 토출한다. 또 개폐부(71)가 잉크정량부를 겸하고 있어, 잉크정량부가 별도로 설치되어 있는 경우는 전 개폐부를 동시에 개폐하여도 좋다. 여기서 별도로 설치한 잉크정량부가 색마다 순차 정량하도록 한 경우는 노즐마다의 전극을 공통으로하고, 색변환 전극을 제어하도록 구성하는 것도 용이하다.
제 31도는 개폐부(71)의 변에 공진을 가지게 하고, 그 공진주파수를 색마다 다르게 구성한 예이다. 본 예에서는 변의 길이를 바꾸어 공진주파수를 변화시키고 있다. 제 32도에 나타낸 바와 같이 A색만을 혼합하고 싶을 때에는 A색의 주파수,예를 들면 저주파수를 신호로하고, B색을 혼합하고 싶을 때는 B색의 주파수, 예를들면 고주파수를 신호로서 피에조소자(75)에 인가하여 증다. 혼합량은 파형의 지속시간으로 제어한다. 또 복수의 색에 대응한 주파수의 신호를 동시에 겹쳐 가하여도 좋다.
또한 변 자체가 가진(加振)기능을 가지지 않고, 공진을 가진 구조로 피에조 등의 진동으로 밖에서 여진하여도 좋다. 또 색의 수는 2색으로 한정되지 않는다.
다음으로 상기 각 실시예에서 사용하는 피에조 소자에 대하여 설명한다. 피에조 소자란 압전성을 갖는 세라믹을 이용한 액츄에이터이며, 그 재료에는 지르콘 티탄산 납(PZT)이 대표적으로 이용된다. 바이모르프란 이 압전세라믹의 박판을 2매 맞붙이는 것이며, 결선방법예 따라 제 33도에 나타낸 시리즈형과 제 34도에 나타낸 패러렐형이 있다. 제 33도에 나타낸 시리즈형은 2매의 세라믹판(81)(82) 간에 전압을 인가하는 것이다. 제 34도에 나타낸 패러렐형은 세라믹판(81)(82) 간에 금속탄성판(83)을 삽입하고, 세라믹판(81)(82) 간을 금속박(84)으로 접속하고, 한쪽의 세라믹판(81)과 금속탄성판(83)과의 사이에 전압을 인가하는 것이다. 또한 도면 중의 화살표는 분극방향이다.
제 36도 및 제 37도는 제 10도에 나타낸 잉크제트 프린트헤드에 시리즈형 바이모르프(91)를 사용한 예이다. 바이모르프(91)는 전극(92), 제라믹판(93), 전극(94), 세라믹판(95), 전극(90)이 적층된 구조이다.
세라믹판(93)과 세라믹판(95)의 분극방향은 대향하고 있다. 부호(9刀,(98)은 접속선이며, 접속선(97)(98) 간에 전압을 인가함으로써 바이모르프(91)가 변형한다.
제 37도 및 제 38도는 제 35도 및 제 36도에 있어서 바이모르프(91)의 배치방법을 변경한 예이다. 이 예예서는 전극(92)을 투명용매(7)에 접하고 있다. 이 때문에 전극(92)에는 금, 백금 등의 불활성 금속을 재료로서 이용하든가, 혹은 금, 백금 등으로 도금하는 것이 바람직하다.
제 39도 및 제 40도는 바이모르프를 대신하여 단층구조의 피에조소자를 이용한예이다. 즉, 스테인레스 등의 진동판(99)에 피에조소자(3)를 접착하고 있고, 접속선(97)(98)의 각각 진동판(99)과 피에조소자(3)의 전극(3a)에 접속되어 있다. 그리고 접속선(97)(98) 간에 전압을 인가함으로서 진동판(99)과 피에조소자(3)가 만곡하여 투명용매(7)를 압출하는 구조로 되어 있다.
제 41도는 제 14도에 나타낸 전압펄스를 출력하기 위한 구동회로의 구성의 일예를 나타낸다. 디지털 중간조 데이터가 다른 블록으로부터 공급되면, 데이터 전송회로(101)에 의해 잉크정량부 드라이버(103)에 전송된다. 인쇄타이밍이 되면 타블록으로부터 인쇄 트리거가 출력되어 타이밍 제어회로(102)가 그것을 검출하고, 소정의 타이밍에서 잉크정량부 인에이블신호와 투명용매 토출 인에이블 신호를 각각 잉크정량부 드라이버(103) 및 투명용매 토출드라이버(104)에 출력한다. 각각의 신호는 제 14도에 나타낸 타이밍으로 출력한다.
잉크정량부 인에이블신호에 따라서 잉크정량부 드라이버(103)는 잉크정량부(105)를 제어하고, 이에 따라 소정량의 잉크가 전기침투에 의해 잉크출구에 압송된다.한편, 잉크정량부 인에이블 신호보다 소정의 시간 지연을 갖는 투명용매토출 인에이블 신호에 의해 투명용매 토출부 드라이버(104)는 투명용매 토출부(106)를 제어하고,이에 따라 투명용매가 잉크와 혼합되면서 토출된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명예 의하면 캐리어 액체로서의 투명용매가 충전되는 액체실에 연통하는 노즐의 근방에 잉크를 혼합하는 혼합부를 설치하고, 잉크제트구동수단에 의해 혼합액을 토출하도록 하였으므로, 노즐이 폐막됨없이 보수가 용이하게 된다. 또 잉크의 혼합량을 조정하는 조정수단을 설치하였으므로, 인쇄품질이 높은 중간조의 인쇄가 가능하게 된다.
또, 조정수단을 복수 개 설치함으로써 풀칼라의 동시인쇄가 가능하게 되고, 액체실에 연통하는 노즐을 복수 개 설치함으로써 멀티 노즐에 의한 라인헤드를 구성할수 있고, 인쇄의 고속화가 용이하게 된다.
또 혼합부로서의 잉크공급로에 개폐기구를 설치함으로써 잉크와 투명용매와의 자연혼합을 더욱더 확실하게 방지할 수가 있고, 게다가 정밀도가 좋은 잉크농도제어를 행할 수 있다.

Claims (21)

  1. 캐리어 액체가 충전되는 액체실과, 상기 액체실예 연통하는 노즐과, 상기노즐의 근방예 설치된 상기 캐리어 액체예 잉크를 혼합하는 혼합부를 구비한 잉크제트 프린트헤드에 있어서,
    상기 혼합부에서의 상기 캐리어 액체에 대한 상기 잉크의 혼합량을 조정하는 조정수단으로서 상기 잉크가 충전된 잉크탱크 내에 설치된 제 1다공질막을 갖는 전기침투 잉크 정량부를 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정수단은 복수 색의 잉크혼합량을 각별히 조정하는 복수의 조정부로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  3. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 액체실에 연통하는 노즐은 복수인 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드
  4. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 잉크탱크와 상기 혼합부를 연통하는 잉크공급로에 상기 잉크의 역류를 방지하는 제 1일방향변을 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트프린트헤드.
  5. 제4항 있어서, 상기 잉크공급로와 상기 혼합부와의 접속부에 제 2 다공질막을 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트혜드.
  6. 제5항 있어서, 상기 액체실과 상기 혼합부와의 사이에 제 2 일방향변을 설치한 것을 특징으로하는 잉크제트프린트헤드.
  7. 제6항 있어서, 상기 액체실의 입구에 제 3 일방향변을 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트프린트헤드.
  8. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 액체실에 설치된 상기 구동수단은 바이모르프 피에조소자인 것을 특징으로하는 잉크제트 프린트헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이모르프 피에조 소자가 상기 액체실내의 캐리어 액체에 접하고 있는것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  10. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 액체실에 설치된 상기 구동수단은 모노모르프 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 혼합부의 잉크공급부에 상기 잉크의 혼합량을 조정하기 위한 개폐기구를 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 개폐기구는 변좌와, 전압의 인가에 의해 상기 변좌와의 사이에 간극이 변화하는 피에조 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크제트프린트헤드.
  13. 제11항에 있어서, 상기 개폐기구는 상기 액체실에 설치되고, 상기 피에조소자로 구성된 구동수단의 일부인 것을 특징으로 하는 잉크제트프린트헤드.
  14. 제11항에 있어서, 상기 변좌와 상기 피에조소자와의 사이의 간극이 진동적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  15. 제12항에 있어서, 상기 변좌와 피에조소자와의 사이의 간극이 상기 잉크제트 구동수단에 의해 개폐하는 것을 특징으로 하는 잉크제트프린트헤드.
  16. 제11항에 있어서, 상기 개폐기구가 각각 설치된 상기 혼합부를 복수 개 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수 개의 혼합부에 의해 각각 다른 색의 잉크가 시분할로 혼합되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  18. 제16항에 있어서, 상기 복수 개의 혼합부가 각각에 설치된 상기 피에조 소자의 공진주파수의 변화에 의해 복수 색의 잉크의 혼합을 행하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린트헤드.
  19. 피인쇄물을 권회하여 회전하는 드럼의 축방향으로 이동가능하게 제1항,2항,5항,6항, 7항, 9항 또는 11항 내지 18항중 어느 하나의 항에 기재된 헤드를 배치함과 동시에 상기 헤드를 상기 드럼의 회전과 연동하여 이동시키는 구동부재를 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린터.
  20. 상기 피인쇄물을 권회하여 회전하는 상기 드럼의 축방향으로 이동가능하게 제1항,2항,5항,6항, 7항, 9항 또는 11항 내지 18항중 어느 하나의 항에 기재된 헤드를 배치함과 동시에 상기 드럼을 헤드의 이동과 연동하여 회전시키는 구동부재를 설치한 것을 특징으로 하는 잉크제트프린터.
  21. 상기 피인쇄물을 권회하여 회전하는 상기 드럼의 축방향으로 제1항,2항,5항,6항, 7항, 9항 또는 11항 내지 18항중 어느 하나의 항에 기재된 헤드를 복수 개 라인형상으로 배치한 것을 특징으로 하는 잉크제트 프린터.
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