KR100402567B1

KR100402567B1 - 열잉크-제트펜

Info

Publication number: KR100402567B1
Application number: KR1019950019914A
Authority: KR
Inventors: 쥬레스지.모리츠3세; 케니뜨트루바; 윌리암나이트
Original assignee: 휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 2004-03-09
Also published as: EP0691204B1; TW261587B; DE69501801T2; HK1011956A1; JPH0839803A; EP0691204A1; US5519423A; DE69501801D1; KR960003969A

Abstract

잉크 액적을 인쇄대상물에 배출하기 위한 조정된 프린트헤드를 포함하는 열전사 잉크-제트 펜이 구비되어 있다. 프린트헤드는 (a) 다수개의 저항요소와, (b) 상기 잉크액적이 관통하여 배출되는 다수개의 노즐과, (c) 다수개의 잉크분출실과, (d) 한쌍의 돌출부 중 하나에 의해 형성된 통로 유입구를 구비하는 다수개의 잉크공급통로와, (e) 상기 다수개의 잉크공급통로와 동작가능하게 연결되며, 상기 가장자리로부터 상기 다수개의 잉크공급통로까지 단(a shelf)을 구비하기 위해 가장자리에 의해 형성된 잉크재보급슬룻을 포함한다. 상기 다수개의 저항요소는 셋(set)으로 분리되며, 각 저항요소는 상기 가장자리로부터 다른 거리로 엇갈리며, 셋내에서 각각의 잉크공급통로는 다른 임계 치수 값을 구비하며, 상기 임계 치수는 (1) 상기 잉크공급통로까지 상기 유입의 폭과, (2) 상기 잉크공급통로의 폭과, (3) 상기 잉크공급통로의 길이와, (4) 상기 분출실의 상기 네번째 측면까지 상기 유입에 상기 저항요소의 거리로 구성하는 군으로부터 적어도 하나가 선택된 것을 포함한다. 상기 임계 치수 값은 상기 가장자리로부터 상기 저항요소의 거리와 관계된다. 다른 폭을 갖는 저항요소의 각 셋을 구비함으로써, 펜의 댐핑은 개선되고 모든 노즐은 거의 동일한 재보급속도를 갖는다.

Description

열 잉크-제트 펜

본 발명은 일반적으로 열 잉크-제트 프린터(thermal ink-jet printer)에 이용되는 잉크-제트 펜에 관한 것으로서, 특히 잉크를 인쇄 매체상에 분사하는 분사실내로 잉크를 유도하는 개선된 프린트헤드 구조체에 관한 것이다. 개선된 프린트 헤드 구조체는 펜의 댐핑(damping)을 향상시켜, 모든 분사실이 실질적으로 동일한 보급 속도를 유지하게 한다.

열 잉크-제트 인쇄 분야에 있어서, 인접한 잉크 용기에 수납된 대응하는 다수의 잉크 양을 가열하기 위해 공통 기판상에 다수의 전기 저항 요소를 설치하여 잉크 분사 및 인쇄 프로세스를 행하는 것은 공지되어 있다. 그러한 장치를 이용하는 경우, 통상적으로 인접한 잉크 용기는 기계적 에너지를 소정량의 잉크에 적절히 분리시키기 위해 기판에 부착된 배리어 층내의 공동으로서 설치된다. 기계적 에너지는 저항 요소에 공급되는 전기적 에너지의 변환으로부터 발생되고, 이러한 변환은 저항 요소 위의 잉크 내에 급격히 팽창하는 증기 방울을 발생시킨다. 또한, 다수의 잉크 분사 오리피스는 노즐 플레이트의 이들 공동 위에 설치되고, 인쇄 프로세스 중에 잉크의 출구 경로를 제공한다.

열 잉크-제트 프린트헤드의 동작에 있어서, 열 또는 저항 요소에 잉크의 흐름을 공급하여 잉크 방울 분사를 발생시킬 필요가 있다. 이것은 기판, 잉크 배리어 또는 노즐 플레이트내에 잉크 보급 채널 또는 슬롯을 설치함으로써 달성되었다.

현재의 열 잉크-제트 펜의 설계에는 저항기가 상이한 시간에 "분사"되게 하는 저항기 다중 패턴(a resistive multiplex pattern)을 사용한다. 그러므로, 저항기는 이러한 타이밍을 보상하기 위해 공간적으로 오프셋 된다. 이러한 펜은 실리콘 기판을 통한 잉크 보급 슬롯을 절단함으로써 조립되며, 이 실리콘 기판은 인쇄 스와스(print swath)에 수직인 수직 연부 또는 셀프(shelf)를 제공하는 한편, 저항기는 이 연부에 대해 엇갈리게 배치되어 각 저항기에 대한 잉크 공급원 또는 충전 슬롯으로부터 상이한 경로 길이를 형성한다.

이러한 설계 결과는 입구 길이(셀프의 연부로부터 개개의 분사실 기부상의 채널 입구까지의 거리)가 61μm 내지 94μm 사이에서 변화되고 어떤 특정한 상용의 열 잉크-제트 펜에서는 40μm의 공칭 셀프 길이를 갖는다. 현재, 모든 분사실은 슬롯과 채널 사이에 존재하는 90° 의 테이퍼 각을 갖는다. 라인 폭 주파수 시험은 보급 속도가 분사실 사이에서 변화하는 것을 나타내었고, 입구 길이가 61μm인 경우 94μm의 입구 길이 보다 "고속의" 분사실을 형성한다. 특히, 최단 입구 길이를 갖는 노즐은 슬롯으로부터 최장 입구 길이를 갖는 노즐 보다 350Hz 빠르다.

상이한 경로 길이는 잉크 흐름의 저항을 변화시켜 각 저항기 분사실에 보급하는데 걸리는 시간을 변화시킨다. 분사실은 보급이 이루어질 때 까지는 예측 가능한 방법으로 분사될 수 있었다. 게다가, 이러한 가변 저항은 분사실의 댐핑을 변화시킨다. 분사실이 과잉으로 댐핑되는 경우에는 최적 상태보다 느린 구조가 되며, 댐핑이 부족한 경우에는 노즐이 불안정하게 되어 잉크 분무 등이 발생한다.

한가지 가능한 해결책은 실리콘 셀프를 입구 채널까지 에칭하는 것이다(본 출원인에게 양도된 1993년 1월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제 08/009,151 호 및 미국 특허 출원 제 08/009,181 호 참조). 상기 해결책은 확실히 만족할 만한 결과를 제공하지만, 그럼에도 불구하고 공정 단계에 비용이 많이 든다.

따라서, 입구 길이에 관계없이 전체의 분사실이 동일한 보급 속도를 갖도록 하는 기구를 제공할 필요가 있다.

본 발명에 따르면, 잉크 보급 슬롯의 연부로부터의 저항기의 거리에 따라 잉크 유로의 하나 이상의 한계 치수를 변화시킴으로써 각각의 분사실이 최적으로 조정된다. 한계 치수는, 잉크 공급 채널로의 입구의 폭, 잉크 공급 채널의 폭, 잉크 공급 채널의 길이 및/또는 저항기에서 채널의 말단부의 개구부까지의 중 어느 것이 될 수도 있다:

예를 들면, 제 1 실시예에 있어서(잉크 공급 채널로의 입구의 폭), 잉크 보급 슬롯에 근접한 분사실은 비교적 작은 채널 개구부를 갖는데 비해, 이 잉크 보급 슬롯으로부터 멀리 이격된 분사실은 비교적 넓은 개구부를 갖는다. 입구 길이가 가장 큰 분사실은 폭이 가장 넓지만, 입구 길이가 가장 작은 분사실은 폭이 가장 좁을 것이다. 현재의 열 잉크-제트 펜 설계에 필요한 유일한 변화는 배리어 마스크(barrier mask)이다. 그렇게 폭을 변화시켜서 펜의 댐핑을 향상시킨다. 저항기의 다중 패턴을 보상하기 위해 폭을 조정함으로써 전체의 노즐이 동일한 보급 속도를 갖게 된다.

각각의 이들 실시예에 있어서, 노즐로부터 셀프까지의 거리에 대한 지시된 한계 치수를 조정함으로써, 전체의 분사실의 임피던스가 균형을 이루게 되어 전체의 노즐에 실질적으로 동일한 보급 속도를 제공할 수 있다. 이러한 접근 방법은 모두 펜의 댐핑을 개선시킨다.

일 예로서, 어떤 노즐의 폭(입구 또는 채널중 하나의 폭)을 감소시킴으로써, 노즐간의 주파수 변동을 감소시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 슬롯에 가장 근접한 노즐의 폭은 종래의 설계보다 상당히 좁지만, 슬롯으로부터 가장 멀리 이격된 노즐의 폭은 근본적으로 변화되지 않는다. 그 결과, 가장 근접한 노즐과 가장 멀리 이격된 노즐 사이의 차이(주파수 변동)는 350Hz(종래 설계)에서 단지 50Hz로 감소된다.

본 발명의 열 잉크-제트 펜은 인쇄 매체상에 잉크 방울을 분사하기 위한 프린트헤드와 같은 종래 기술의 펜과 공통된 요소를 포함하며, 이 프린트헤드는 (a) 잉크 용기로부터 공급된 잉크를 가열하여 잉크 방울을 발생시키기 위한 다수의 저항 요소와, (b) 하나의 노즐이 하나의 저항 요소에 관련되어 있는 잉크 방울을 분사하는 다수의 노즐과, (c) 다수의 잉크 분사실로서, 각 분사실이 배리어에 의해 세 측면이 폐쇄되고, 저항 요소를 지지하는 플로어를 구비하며, 노즐이 배리어에 의해 저항 요소의 상부에 지지되는, 다수의 잉크 분사실과, (d) 잉크 분사실 중 하나에 잉크를 각각 공급하기 위한 다수의 잉크 공급 채널로서, 각 잉크 공급 채널은 그것의 어느 한 측면에 한쌍의 돌출부에 의해 규정된 채널 입구를 구비하는, 다수의 잉크 공급 채널과, (e) 다수의 잉크 공급 채널과 연동하는 잉크 보급 슬롯으로서, 연부에 의해 규정되어 연부로부터 다수의 잉크 공급 채널까지 셀프(a shelf)를 제공하는, 잉크 보급 슬롯을 포함한다. 다수의 저항 요소는 1 세트당 일정 수의 저항 요소로 이루어진 복수의 세트(set)로 분할되며, 각 저항 요소는 연부로부터 상이한 거리로 엇갈리게 배치되어 있다. 각 잉크 공급 채널은 적어도 하나의 상이한 한계 치수(잉크 공급 채널 입구의 폭, 잉크 공급 채널의 폭, 잉크 공급 채널의 길이 및 저항기로부터 채널의 말단부까지의 거리)를 구비한다. 연부에 근접한 저항 요소의 폭(입구 또는 채널)은 연부로부터 멀리 이격된 저항 요소의 폭보다 좁다. 연부에 근접한 저항 요소의 채널의 길이는 연부로부터 멀리 이격된 저항 요소의 채널의 길이보다 길다. 연부에 근접한 저항기로부터 저항 요소의 채널의 말단부까지의 거리는 연부로부터 멀리 이격된 저항 요소의 채널의 말단까지의 거리보다 크다.

본 발명의 조정된 한계 치수는 펜을 횡단하여 구성의 최적화를 허용하고, 전체의 노즐을 최적 댐핑 계수에서 작동시켜 잉크 분무를 보다 적게 하고 보다 균일한 인쇄를 할 수 있도록 한다.

도면을 참조하면, 도면 전체를 통해 유사 참조 부호는 유사 요소를 가리키며, 단일 저항 요소(10)는 제 1 도에 도시되어 있고, 이 저항 요소는 잉크 공급 채널(14)의 일 단부(14a)에 배치된 저항기(12)를 포함한다. 화살표 "A"로 도시한 바와 같이, 잉크(도시하지 않음)는 플리넘 또는 잉크 보급 슬롯[일괄적으로 참조 부호(16)로 표시함]으로부터 그것의 반대측 단부(14b)에 도입된다. 이 저항기는 노즐 플레이트(20)의 저항기(12)의 상부에 배치된 노즐(18)과 대응한다. 저항기(12)는도시하지 않은 수단에 의해 전압이 인가되어 노즐을 통하여(즉, 저항기의 표면에 직각으로) 잉크 거품을 분사한다.

저항기(12)는 잉크 공급 채널(14)의 말단부(14a)에 있는 분사실(22)내에 배치된다. 분사실(22)과 잉크 공급 채널(14)은 모두 바람직하게는 포토레지스트 재료를 포함하는 배리어 재료(24)로 형성된다. 이 포토레지스트 재료는 종래의 사진제판 기술을 이용하여 처리하여 분사실(22)과 잉크 공급 채널(14)을 형성한다.

잉크 공급 채널(14)의 입구의 양측면상에 설치된 팽(fang) 또는 인입 돌출부(lead-in lobes)(26)는 잉크 중의 거품이 잉크 보급 슬롯 영역에 잔류하는 것을 방지하며, 그러한 잉크중의 거품을 분사실(22)내로 안내하는 기능을 하며, 잉크 거품은 저항기(12)의 분사중에 분사실(22)에서 제거된다. 팽은 팽의 팁(26a)에서 종단된다. 그러한 팽은 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,882,595 호에 개시되어 있다.

다수의 그러한 저항기(12) 및 그와 관련된 노즐(18)을 사용하여 프린트헤드를 형성한다. 제 2 도는 종래의 펜 설계를 도시하며, 2열의 다수의 저항기(12)가 잉크 보급 슬롯(16)의 각 측면에 하나씩 설치된다. 이러한 종래의 설계에 있어서, 전체의 저항기(12)는 잉크 보급 슬롯(16)으로부터 상이한 거리로 엇갈리게 배치되어 있으며, 공통의 잉크 공급원으로부터 잉크가 공급된다. 제 2 도에 도시하지는 않았지만, 팽 팁(26a)도 종래의 설계에서 잉크 보급 슬롯(16)으로부터 엇갈리게 배치되어 있다.

제 3 도는 본 출원에서 사용되는 용어를 설명하기 위한 도면이다. 입구길이(L_E)는 잉크 보급 슬롯(16)의 연부(16a)로부터 잉크 공급 채널(14)의 시점까지의 거리이다. 셀프 길이(L_s)는 저항기(12)로부터 셀프(28a)의 연부(16a)까지의 거리이다. 입구 폭(W_E)은 팽 팁(26a) 사이의 측정 거리인 반면에, 채널 폭(W_c)은 배리어(24)의 벽에 의해 형성되는 잉크 공급 채널(14) 자체의 폭이다. 채널 길이(L_c)는 잉크 공급 채널(14)의 채널 입구(14b)로부터 종점(14a)까지의 길이이다. 거리(W_F)는 저항기(12)로부터 저항기 분사실(22)의 입구까지의 거리이며, 이 분사실(22)의 입구는 잉크 공급 채널(14)의 종점(14a)에 의해 형성되고, 또한 "전방 벽"이라 칭한다. 사잇각(α)은 팽(26)의 연부에 관련이 있다. 셀프(28a)는 팽(26) 및 저항기 요소(10)의 다른 형상을 규정하는 경우에, 배리어 재료(24)의 제거에 의해 노출되는 기판(28)의 상부를 나타낸다.

셀프 길이(L_s)가 일정하다고 가정하면, 4개의 매개 변수 또는 한계 치수가 존재하고, 이들 한계 치수는 본 발명에 따라 변경되어 펜의 전체의 노즐을 최적의 댐핑율(damping rate)로 작동하도록 조정할 수 있다. 이들 매개 변수는 채널 입구 폭(W_E), 채널 폭(W_C), 채널 길이(L_C) 및 저항기와 전방 벽 사이의 거리(W_F)를 변화시키는 것을 포함한다. 이러한 매개 변수 중 하나 이상을 변경하여 최적의 댐핑율을 제공할 수도 있다. 이러한 각각의 매개 변수의 조정은 하기에서 보다 상세하게 설명한다.

채널 입구 폭(W_E)의 변경에 의한 조정

열 잉크-제트 펜 설계에 있어서 분사실 보급 및 댐핑에 대한 종래의 해결책을 검토하는 것이 유익하다. 종래의[디폴트(default)] 접근 방법은 일정한 90° 의 입구각을 가지며, 팽 팁은 그에 따르는 형상을 이룬다. 제 1 도 및 제 2 도는 이러한 접근 방법을 도시하며, 잉크 보급 슬롯(16)의 연부로부터 상이한 거리에 위치하고, 그것에 의해 상이한 입구 길이(L_E)를 제공하는 다수의 분사실을 도시한 것이다. 이러한 종래의 펜 설계는 13개의 지그재그형 분사실(22)의 반복 패턴을 사용한다.

제 2 도에 도시된 것과 같은 펜의 시험으로부터, 개개의 노즐의 최대 작동 주파수가 노즐의 지그재그형 패턴을 따르는 경향이 있다는 것을 알게 되었다. 어떤 특정한 이론에 따름이 없이, 하기의 가설이 성립되었다. 잉크 보급 슬롯(16a)에 가장 근접한[입구 길이(L_E)가 감소된] 노즐은 가장 멀리 이격된 노즐보다 동반 질량(entraine dmass)이 적고, 점성 저항(viscous drag)이 낮기 때문에, 잉크 보급 슬롯(16)에 가장 근접한 노즐은 보다 신속하게 보급할 수 있다. 입구 영역에서 노즐간의 편차를 보상하기 위한 제 1 시도로서 층류 전개 모델(laminar flow spreadsheet model)이 제안되었다. 이 모델은 완전한 분석과는 거리가 있지만, 입구를 조정할 가능성을 보여 주었다. 그후에, 보급 속도가 입구 길이(L_S) 및 폭(W_S)(이 용어는 제 3 도에 도시됨)과 상관 관계에 있다는 것을 예측하는 것이 가능하게 되었다.

이러한 방법의 이론적 근거는, 가장 근접하여 배치되는[가장 짧은 입구 길이(L_E)를 갖는] 노즐의 보급 속도는 그것의 입구 폭(W_E)을 좁게 함으로써 느려질수 있는 반면에, 잉크 보급 슬롯(16)에서 가장 멀리 이격된 노즐의 보급 속도는 근본적으로 변화되지 않는다는 것이다. 종래의 디폴트 설계 뿐만 아니라 4개의 조정된 입구 설계에 의해 배리어 매트릭스 마스크(barrier matrix mask)가 설계되었다. 펜을 제조한 후에, 선폭 주파수 응답기술(a linewidth frequency response technique)을 사용하여 측정하였다.

디폴트 또는 종래 기술의 펜 설계는 비교 목적을 위해 본 발명에 포함되었다. 제 2 도에 도시된 바와 같이, 디폴트 설계는 전체의 입구에 일정한 90°의 사잇각을 갖는다. 이러한 종류의 펜에 관한 상술한 실험에 따르면, 잉크 보급 슬롯(16)에 가장 근접한 노즐은 가장 멀리 위치한 노즐보다 보급 속도가 빠르다고 예측되었다. 제 2 도는 입구 길이(L_E)에 관계없이 모든 종래의 디폴트 입구에 일정한 90°의 사잇각이 존재하는 것을 도시한다.

선폭 주파수 응답 측정 기술을 사용하여, 개개의 노즐 응답에 대한 데이터를 수집하였다. 제 4 도에 도시하는 바와 같이, 잉크 보급 슬롯(16)에 가장 근접한 노즐은 가장 멀리 위치한 노즐보다 보급 속도가 빠르다. 도면에서 사각형은 평균치를 나타내며, 수직선은 95% 신뢰 수준을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 이 실험은 슬롯에서 가장 멀리 위치한 노즐의 보급 속도가 기본적으로 변화하지 않는 반면에, 가장 근접한 노즐의 보급 속도는 그 입구 폭(W_E)을 좁게 함으로써 제한될 수 있다는 사상에 근거한다. 이 개념은 전체의 노즐의 보급 속도를 가장 느린 노즐의 보급 속도와 동일하게 하는 것이었다. 이것에 의해 펜의 평균 주파수가 낮아지기 때문에, 작동 속도를 유지하기 위하여 이러한 설계는 디폴트 1 mil의 배리어(24) 및 그보다 두꺼운 1.1 mil의 배리어(24)를 사용하여 제조되었다. 계산상의 모델링 결과에 따르면, 도 5에 도시된 본 발명의 조정된 입구 설계는 가장 성공적인 것으로 판단되었다. 제 5 도에 있어서, 도면의 상부에 있는 노즐은 최장 입구 길이(L_E)를 갖는다. 그러나, 슬롯에 가장 근접한(도면의 하부에 있는) 노즐은 제 2 도에 도시된 디폴트 설계보다 상당히 좁은 입구 폭(W_E)을 갖는다.

선폭 주파수 응답 측정을 사용하여 개개의 노즐 응답에 대한 데이터를 다시 수집하였다. 제 6 도에 도시하는 바와 같이, 셀프에 가장 근접한 노즐과 가장 멀리 이격된 노즐 사이의 최대 작동 주파수의 차이는 디폴트 설계보다 상당히 작다. 선의 경사는 디폴트 설계(제 2 도 참조)에 비해서 상당히 작다. 사각형과 수직선은 제 4도에서와 동일한 의미를 갖는다.

제 6 도에 도시된 결과는 현재 가장 최적의 설계에서도 일부 노즐간의 편차가 여전히 있다는 것을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 매트릭스 마스크는 큰 실험적 설계 공간을 포함하였다. 배리어 두께(t)(mil로 측정), 입구 길이(L_E)(μm로 측정) 및 입구 폭(W_E)(μm로 측정)의 함수로서 최대 작동 주파수(단위 Hz)에 대하여 개개의 노즐을 분석하여 0.97의 상관 계수를 얻었다.

이 식을 이용하여 펜에 대해 충분히 밀집되고 조정된 입구 배리어 마스크를 설계하였다.

본 실험은 특정 펜 설계에 대해서만 실행되었지만, 조정된 입구는 임의의 슬롯 공급 펜 설계에 적용될 수 있다. 이러한 개념은 저항기, 오리피스 또는 채널 치수를 변경시키지 않고도 노즐간의 편차를 최소화하기 때문에, 그것의 적용은 비교적 용이할 것으로 기대된다. 상기 식은 하기와 같이 단단하게 할 수 있다.

정수의 값을 결정하기 위해서는, 슬롯으로부터 가장 멀리 이격된 노즐의 디폴트 치수가 입력된다. 본 명세서에 설명된 특정 펜의 형태에 있어서, 입구 길이가 82μm이고, 입구 폭이 198μm이며, 정수 값은 -35μm가 된다. 다른 노즐에 소망되는 입구 폭을 구하기 위해서는, 상기 간소화된 식에 그의 입구 길이를 대입하는 것만이 필요하다. 일 예로서, 본 명세서에서 설명된 특정 펜 형태에 있어서의 한 세트의 노즐의 제 1 노즐의 입구 길이가 57μm이면, 2.84× 57 - 35 = 127 이고, 그에 따라 완전히 밀집된 배리어 마스크상에 127μm의 입구 폭을 제공한다.

어떤 펜의 설계에 있어서는, 조정된 입구를 제공하기 위해 노즐 사이에서의 공간이 충분치 않다. 노즐간의 편차를 보상하기 위한 3가지의 변형예가 있으며, 이것은 하기에서 설명된다.

채널 폭(W_C)의 변경에 의한 조정

제 2 실시예에 있어서, 채널 폭은 변경될 수 있다. 셀프에 가장 근접한 노즐은 가장 멀리 이격된 노즐보다 좁은 채널 폭(W_C)을 갖는다. 최대 셀프 길이가 130μm인 경우에, 채널 폭은 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하다.

반면에 최대 셀프 길이가 160μm인 경우에, 채널 폭은 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 잉크 공급 채널 자체의 폭(W_C)은 변경될 수 있다. 제 7도는 한 세트의 3개의 지그재그형 저항기 요소의 조정된 형태를 나타낸다.

보급 시간은 노즐 분사를 다중화하기 위한 노즐 오프셋에 의해 변화하기 때문에, 잉크 공급 채널의 다른 폭을 제공함으로써 조정을 수행한다. 특히, 보다 긴 채널은 보다 넓은 공간을 갖는다.

보급 시간(t_R)과 채널 길이(L_C) 사이 관계는 하기 식으로 주어진다.

채널 길이(L_C)를 변환시키는 것에 의한 조정:

또한, 상술한 보상 방법에 추가하여, 채널 길이(L_C)는 노즐간의 편차를 제거하는데 사용될 수 있다. 채널의 길이가 길면 분사실은 저속으로 된다. 따라서, 셀프에 가장 근접한 노즐은 긴 채널을 갖는 반면에, 가장 멀리 이격된 노즐은 짧은채널을 가져야 한다. 최대 셀프 길이가 130μm인 경우에, 채널 길이는 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하며,

반면에, 최대 셀프 길이가 160μm인 경우에, 채널 길이는 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하다.

전방 벽 거리(W_F)를 변화시키는 것에 의한 조정

여러 분사실의 임피던스의 균형을 유지하기 위한 다른 변형예는 전방 벽 거리(W_F)를 변화시키는 것이다. 모델링과 열 잉크-제트 이력에 따르면, 전방 벽이 크면 노즐이 저속으로 된다. 그러므로, 셀프에 가장 근접한 노즐상에 큰 전방 벽을 구비하고 가장 멀리 이격된 노즐상에 작은 전방 벽을 구비함으로써, 분사실은 최소의 보급 편차를 가질 것이다. 셀프 길이가 130μm이고 전방 벽 거리(W_F)가 8μm 내지 34μm 범위인 경우에, 전방 벽 거리는 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하며,

반면에, 셀프 길이가 160μm이고 전방 벽 거리(W_F)가 8μm 내지 64μm의 범위인 경우에, 전방 벽 거리는 하기 식으로 주어지는 것이 바람직하다.

다른 변형예에 있어서, 모델링 데이터를 이용하여, 한 세트당 22개의 저항기를 포함하는 여러 세트의 저항기(12)가 설계되었다. 이 저항기 세트에서는 저항기로부터 전방 벽까지의 거리(W_F)는 8μm로부터 75.75μm까지였다. 셀프 길이(L_S)는 (8μm의 전방 벽 거리에서)160μm로부터 (75.75μm의 전방 벽 거리에서)123.75μm까지였다. 하기 관계식은 보급 주파수에서 기본적으로 "0" 편차를 제공하도록 전개되었다.

상술된 특정 펜 설계에 있어서, 정수 값은 306.5이다.

이 모델링에 의해 제 1 벽 거리(W_F)가 8μm로 일정하게 유지되고 셀프 길이(L_S)가 130μm인 약 3 kHz(통상적으로 8kHz 펜용)의 보급 주파수의 편차가 예측된다.

실시예

예 1 내지 예 12:

컴퓨터 모델링 결과를 사용하여 다른 한계 치수를 일정하게 유지하면서 하나 또는 2개의 한계 치수를 변화시키는 것의 효과를 판정하였다. 예 1 내지 예 6은 130μm의 최대 셀프 길이를 갖는 펜 설계의 예인 반면에, 예 7 내지 예 12는 160μm의 최대 셀프 길이를 갖는 펜 설계의 예이다.

각 경우에 있어서, 최대 및 최소 셀프 길이(L_S)는 대응하는 채널 폭(W_C), 전방 벽 거리(W_F) 및 채널 길이(L_C)에 따라 정리되어 있다. 이 치수의 단위는 μm이다. 각 경우에 대해 발생하는 펜 보급 주파수(f)를 Hz 단위로 표시한다.

130μm의 최대 셀프

예 1 : 보상 없음

예 2 : 채널 폭 보상

예 3 : 전방 벽 보상

예 4 : 채널 길이 보상

예 5 : 채널 폭 및 전방 벽 보상

에 6 : 채널 폭과 채널 길이 보상

160μm의 최대 셀프 길이

예 7 : 보상 없음

예 8 : 채널 폭 보상

예 9 : 전방 벽 보상

예 10 : 채널 폭 보상

예 11 : 채널 폭 및 전방 벽 보상

예 12 : 채널 폭 및 채널 길이 보상

상기 결과로부터, 적어도 하나의 한계 치수를 변화시킴으로써 열거된 두 셀프 길이 사이의 보급 주파수의 차이가 감소되어 펜의 성능이 향상된다는 것이 명확하다. 적어도 2개의 한계 치수를 변화시키면 성능이 더욱 개선된다.

예 13 내지 예 14 :

노즐 주파수에 대한 채널 폭의 효과는 2개의 저항기 크기, 즉 52μm 및 55μm에 대해 하기에 표로 나타내고 있다. 국소 보급은 하나의 노즐 분사가 잉크를 보급하는 주파수를 나타내는 반면에, 전체 보급은 모든 노즐 분사가 잉크를 보급하는 주파수를 나타낸다.

예 13 :

예 14 :

저항기의 크기가 52μm인 경우에, 노즐 주파수는 전체의 채널 폭에 대해 실질적으로 일정하다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 표는 저항기가 큰 경우에 다량의 잉크가 분사되어, 결과적으로 분사실의 보급의 주파수 응답이 낮게 되는 것을 나타낸다. 또한, 큰 저항기의 경우에, 채널 폭이 보급 주파수에 미치는 영향은 보다 크게 된다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 조정된 입구 팽의 구성은 미래의 열 잉크젯 프린터에 사용될 것으로 예측된다.

이상, 열 잉크-제트 프린트헤드에 있어서 조정된 입구 팽의 구성을 개시하였다. 당업자는, 명백한 특성의 여러 변화 및 변경이 이루어질 수도 있고, 그리고 전체의 그러한 변화 및 수정이 첨부된 청구 범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 속한다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

제 1 도는 열 잉크-제트 펜의 단일의 저항 요소와 이에 관련된 구성 요소를 도시하는 사시도,

제 2 도는 제 1 도의 펜의 프린트헤드의 일부를 포함하는 다수의 저항 요소의 평면도,

제 3 도는 설명을 위한 하나의 저항 요소의 평면도,

제 4 도는 종래의 설계의 셀프의 에지와 채널 입구 사이의 거리의 함수로서의 최대 작동 주파수를 주파수(단위 Hz)와 거리(단위 μm)의 좌표상에 나타낸 그래프,

제 5 도는 잉크 공급 채널의 입구의 폭이 셀프 길이의 함수로서 변화되는 본 발명에 따른 설계를 이용하는 저항 요소의 4분의 1의 평면도,

제 6 도는 제 5 도에 도시한 설계에 기초하여 제 4 도와 동일한 주파수(단위 Hz)와 거리(단위 μm)의 좌표에 표시하는 그래프,

제 7 도는 잉크 공급 채널의 폭이 셀프 길이의 함수로 변화되는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 프린트헤드의 일부 평면도,

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

12 : 저항기 14 : 잉크 공급 채널

16 : 잉크 보급 슬롯 18 : 노즐

19 : 저항 요소 22 : 분사실

26 : 인입 돌기부(탱)

Claims

잉크 방울을 인쇄 매체상에 분사하기 위한 프린트헤드를 포함하는 열 잉크-제트 펜에 있어서,

(a) 잉크 용기로부터 공급된 잉크를 가열하여 상기 잉크 방울을 생성하는 다수의 저항 요소(12)와,

(b) 하나의 노즐(18)이 하나의 저항 요소(12)에 각각 관련되어 있는, 상기 잉크 방울을 분사하는 다수의 노즐(18)과,

(c) 다수의 잉크 분사실(22)로서, 각 분사실(22)이 배리어(24)에 의해 세 측면이 폐쇄되고, 각 분사실(22)이 상기 저항 요소를 지지하는 플로어를 구비하며, 상기 노즐(18)은 상기 배리어(24)에 의해 상기 저항 요소의 상부에 지지되는, 다수의 잉크 분사실(22)과,

(d) 상기 잉크 분사실의 제 4 측면상의 입구(14a)를 통하여 하나의 잉크 분사실(22)에 잉크를 각각 공급하기 위한 다수의 잉크 공급 채널(14)로서, 각 잉크 공급 채널(14)은 길이(L_C)를 가지며, 각 잉크 공급 채널(14)은 어느 한쪽 측면에 한쌍의 돌출부(26)에 의해 형성된 채널 입구(14b)를 구비하고, 각각의 상기 입구(14b)는 길이(L_E)를 갖는, 다수의 잉크 공급 채널(14)과,

(e) 상기 다수의 잉크 공급 채널(14)과 연동하는 잉크 보급 슬롯(16)으로서, 상기 슬롯이 연부(16a)로부터 상기 다수의 잉크 공급 채널(14)까지의셀프(shelf)(28a)를 제공하는 연부(16a)에 의해 형성되어 있는, 잉크 보급 슬롯(16)을 포함하고;

상기 다수의 저항 요소(12)는 세트(set)로 분할되고, 각각의 저항 요소(12)는 상기 연부(16a)로부터 상이한 거리(L_S)로 엇갈리게 배치되고, 상기 거리(L_S)는 상기 잉크 공급 채널(14)의 길이(L_C)와 상기 입구(14b)의 길이(L_E)의 합이고, 하나의 세트내의 각 잉크 공급 채널은 상이한 한계 치수 값을 가지며,

상기 한계 치수는, (1) 상기 잉크 공급 채널(14)의 채널 입구의 폭(W_E)과, (2) 상기 잉크 공급 채널(14)의 폭(W_C)과, (3) 상기 잉크 공급 채널(14)의 길이(L_C)와, (4) 상기 저항 요소(12)로부터 상기 분사실(22)의 입구까지의 거리(W_F)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,

상기 한계 치수는 상기 연부(16a)로부터 상기 저항 요소(12)의 거리와 관계가 있는 열 잉크-제트 펜.
제 1 항에 있어서,

상기 채널 입구의 폭(W_E)이 잉크 공급 채널을 규정하는 돌출부(26) 사이에서 측정되는 열 잉크-제트 펜.
제 2 항에 있어서,

상기 연부에 상대적으로 근접한 상기 저항 요소는 상기 연부로부터 상대적으로 멀리 이격된 저항 요소보다 상기 잉크 공급 채널의 채널 입구의 폭이 좁은 열 잉크-제트 펜.
제 2 항에 있어서,

상기 펜은 f = 23300x t - 91.2x L_E+ 32.1x W_E- 13800의 식에 의해 부여되는 주파수에서 동작하고, 여기서, t는 상기 배리어의 두께이고, L_E는 상기 셀프로부터 상기 잉크 공급실의 채널 입구까지의 거리이며, W_E는 상기 잉크 공급 채널의 입구의 폭인 열 잉크-제트 펜.
제 3 항에 있어서,

상기 폭은 식 「W_E= 2.84x L_E+ 정수」에 의해 계산되며, 상기 정수는 특정 펜 형태에 좌우되는 열 잉크-제트 펜.
제 5 항에 있어서,

상기 정수 값이 -35인 열 잉크-제트 펜.
제 1 항에 있어서,

상기 채널(14)의 폭은 특정 잉크 공급 채널을 규정하는 상기 배리어(24)의벽 사이에서 측정되는 열 잉크-제트 펜.
제 7 항에 있어서,

상기 연부에 상대적으로 근접한 상기 저항 요소(12)는 상기 연부로부터 상대적으로 멀리 이격된 저항 요소(12)보다 채널의 폭이 좁은 열 잉크-제트 펜.
제 8 항에 있어서,

상기 채널 폭이 식 「W_C= 0.7222x L_S+ 정수」에 의해 계산되는 열 잉크-제트 펜.
제 9 항에 있어서,

상기 정수 값이 130μm의 최대 셀프 길이에 대해 -42.89인 열 잉크-제트 펜.
제 9 항에 있어서,

상기 정수 값이 160μm의 최대 셀프 길이에 대해 -64.56인 열 잉크-제트 펜.
제 1 항에 있어서,

상기 채널의 길이는 특정 잉크 공급 채널을 규정하는 상기 배리어(24)의 벽을 따라 측정되는 열 잉크-제트 펜.
제 12 항에 있어서,

상기 연부에 상대적으로 근접한 상기 저항 요소(12)는 상기 연부로부터 상대적으로 멀리 이격된 저항 요소(12)보다 상기 채널의 길이가 긴 열 잉크-제트 펜.
제 13 항에 있어서,

상기 채널 길이가 130μm의 최대 셀프 길이에 대해 식 「L_C= -0.7222x L_S+ 정수」에 의해 계산되는 열 잉크-제트 펜.
제 14 항에 있어서,

상기 정수 값이 97.89인 열 잉크-제트 펜.
제 13 항에 있어서,

상기 채널 길이가 160μm의 최대 셀프 길이에 대해 하기 식 「L_C= -0.8056xL_S+ 정수」에 의해 계산되는 열 잉크-제트 펜.
제 16 항에 있어서,

상기 정수 값이 132.9인 열 잉크-제트 펜.
제 1 항에 있어서,

상기 저항 요소(12)로부터 상기 분사실(22)의 제 4 측면까지의 거리는 상기 분사실의 상기 제 4 측면에 가장 근접한 상기 저항 요소(12)의 연부로부터 측정되는 열 잉크-제트 펜.
제 18 항에 있어서,

상기 저항 요소(12)로부터 상기 분사실(22)의 제 4 측면까지의 거리(W_F)가 W_F= -0.7222x L_S+ 정수의 식으로 계산되고, 여기서, L_S는 상기 저항 요소(12)로부터 상기 잉크 보급 슬롯(16)의 연부까지의 거리인 열 잉크-제트 펜.
제 19 항에 있어서,

상기 정수의 값이 101.9인 열 잉크-제트 펜.
제 18 항에 있어서,

상기 저항 요소(12)로부터 상기 분사실의 입구까지의 거리가 W_F= -1.556x L_S+ 정수의 식으로 계산되고, 여기서, L_S는 상기 잉크 보급 슬롯의 상기 연부에서 상기 저항 요소의 상기 거리인 열 잉크-제트 펜.
제 21 항에 있어서,

상기 정수의 값이 256.9인 열 잉크-제트 펜.
제 18 항에 있어서,

상기 저항 요소로부터 상기 분사실의 입구까지의 거리가 W_F= -1.865X L_S+ 정수의 식으로 계산되고, 여기서, L_S는 상기 잉크 보급 슬롯의 상기 연부에서 상기 저항 요소의 상기 거리인 열 잉크-제트 펜.
제 23 항에 있어서,

상기 정수의 값이 306.5인 열 잉크-제트 펜.