KR100482792B1 - 비말분사장치의작동방법 - Google Patents

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로버트 마크 펄맨
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자아 테크날러쥐 리미티드
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Abstract

하나 또는 그 이상의 독립적으로 활성가능한 잉크 분사 챔버를 포함하는 비말 분사 장치에서, 전기 신호가 챔버간의 비말 유체의 온도 변화와 비말 분사 입력 데이터의 변화를 감소시키기 위하여 인가된다. 챔버 내 비말 유체의 온도를 변화시키는 데에 적절한 짧은 전위 차 펄스가 잉크 활성화 수단에 더 긴 지속시간 전압을 인가함으로써 발생될 수 있다.

Description

비말 분사 장치의 작동 방법{OPERATION OF DROPLET DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 비말 분사 장치(droplet deposition apparatus)의 작동 방법에 관한 것으로서, 특히 비말 유체로 채워져 있고 이로부터 비말을 분사하기 위한 노즐과 연결되어 있는 챔버와; 비말 분사가 비말 분사 입력 데이터에 따라서 이루어지기에 충분하도록 상기 챔버의 용량을 변화시키는 전기 신호에 의해 작동되는 작동기 수단을 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 작동 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 장치는 종래에 이미 공지되어 있다 EP-A-0 364 138호는 전극에 의하여 월 표면에 인가된 전기장의 방향으로 편향되어 있으며, 이로써 잉크 채널의 용량을 줄이고 비말을 관련된 노즐로부터 분사시키는, 압전기 측면 월(piezoelectric side walls)에 의해 양쪽 측면에 고정되어 있는 다수의 잉크 채널로 구성된 프린트헤드를 개시한다.
각각의 잉크 채널이 관련된 노즐을 통하여 채널로부터 잉크를 밀어내는 증기 버블을 발생시키도록 작동하는 히터가 구비되는 “열적” 프린트헤드와 달리, 상기 설명한 타입의 ‘ 가변 용량 챔버’ 프린트헤드는 채널 내의 잉크를 가열할 필요가 없다.
그러나, 본 발명자는, 특히 높은 주파수에서 작동될 때, ‘ 가변 용량 챔버’ 프린트헤드의 챔버 내 잉크의 가열이 일어남을 발견하였다. 첨부 도면 중 도 1을 이전에 언급한 EP-A-0 364 136호에서 설명한 타입의 프린트헤드내 채널의 압전기 측면 월에 인가되는 전기 신호의 진폭 V에 대한 비말 분사 속도 U의 플롯을 나타낸 도면이다. 플롯 A는 각각 0.25㎳ 동안 지속되는 모든 비말 분사 주기에 대한 한 드롭의 비말 분사률에 대응하며, 플롯 B는 모든 66 비말 분사 주기에 대한 한 드롭의 비말 분사률에 대응한다. 낮은 분사율에서 보다 높은 분사율에서 작동할 때, 주어진 전기 신호의 진폭 V에 대하여 상당히 빠른 비말이 프린트헤드에 의해서 분사될 것임을 알 수 있을 것이다. 상기의 속도 증가는 비말 분사 과정 동안 잉크 점성의 감소로 인한 점성 손실의 감소로 인한 것이다. 이는 결과적으로 번갈아가며 채널내 잉크의 가열에 의해 야기되는 작동 조건 A와 B간의 잉크 온도를 증가시키며, 이는 프린트헤드에서 비능률적인 것으로 여겨진다.
프린트헤드로부터의 비말 분사와 프린트헤드에 대한 기판의 움직임을 동기시킬 때 비말 분사 속도가 고려되어야 하며, 속도에 있어서의 어떠한 변화는 마지막 프린트에의 비말 배치 에러로써 명백해질 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 비말 배치 허용도는 종종 비말 피치의 1/4로써 규정된다. 따라서, 인치당 360도트의 프린트 매트릭스 밀도를 위한 비말 배치 허용도는 △X=18㎛이다. 비말 분사 속도에 있어서의 변화 △U는 하기 공식에 의한 도트 배치 허용도에 관련된다.
여기서, h는 분사 경로 길이(일반적으로 1.0㎜)이며, Uh는 프린트 기판에 대한 프린트헤드 속도(일반적으로 0.7㎳-1)이고, Ud는 평균 비말 분사 속도이다.
5, 10 및 15㎳-1의 평균 비말 분사 속도에 대해, 비말 분사 속도에 있어서의 최대 허용 오차는 각각 0.65, 2.6 및 5.8㎳-1이다 따라서, 평균 비말 분사 속도가 5㎳-1 이상의 값을 가질 때 실질적으로 더 큰 허용 오차를 갖게 된다.
반면, Uth는 최대 비말 분사 속도(‘ 임계 속도’ )이며, 이는 모세관의 불안정성의 개시에 해당한다. 가변-용량 압전기 프린터에 있어서, 발명자는, 짧은 시간에 집중적으로 비말을 형성하는 동안 더 높은 비말 분사 속도가 얻어질 수 있음에도 불구하고, 연속적인 높은 주파수에서의 비말 분사가 유지될 때 Uthr이 대개 12～15㎳-1 임을 발견하였다.
또한, 그 속도에서 프린트헤드의 특정한 챔버가 유입되는 비말 분사 입력 데이터(이는 프린트되는 이미지에 의해 결정되며, 대개 하이에서 로우로 변함)에 따라서 활성화 된다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 도 1에 따라 작동하는 챔버를 구비하는 프린트헤드에 있어서, 그리고 전기 신호 V의 주어진 진폭-예를 들어 35-에서, 챔버가 자주 비말을 분사하도록 하는 비말 분사 입력 데이터는 15m/s의 비말 속도를 갖게 되며(플롯 A에 해당), 한편 이후의 입력 데이터는 단지 챔버로 하여금 더 낮은 속도에서 비말을 분사시키게 한다(플롯 B에 해당). 분사 속도에 있어서 이와 같은 큰 변화(750％)는 분명히 비말의 배치에 있어서의 부정확 및 프린트되는 이미지 질의 악화를 유발시킨다. 이러한 에러는 다중-챔버 프린트헤드의 모든 챔버에 대해 발생한다. 이들 두 조건들간의 차이의 정도는, 고속 프린터에서 특히 중요한 이러한 영향을 제어하면서, 잉크 점성에 의해서 그리고 또한 작동되는 주파수에 의해서 증가하게 된다.
또한, 활성 파형 크기 V의 단지 좁은 범위-W로 표시-에서는 비말 분사가 높고 낮은 속도에서 보장됨이 도 1로부터 명백해진다. 이는 번갈아가면 프린트헤드의 작동 유연성을 심하게 저지한다.
이제 본 발명은 나머지 첨부 도면을 참조로 하여 단지 예시로써 설명될 것이다.
도 1은 프린트헤드내 채널의 압전기 측면 월에 인가되는 전기 신호의 진폭 V에 대한 비말 분사 속도 U의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 전단 모드에서 작동하는 압전기 월에 작동기를 통합하며 프린트헤드 베이스, 커버 및 노즐 플레이트를 포함하는 잉크 젯 프린트헤드의 한 형태의 투시 분해 조립도이다.
도 3은 조립이 된 도 2의 프린트헤드의 투시도이다.
도 4는 결합 트랙을 통해 프린트헤드에 결합된 구동 회로로서, 구동 전압 파형, 타이밍 신호 및 잉크 채널을 선택하기 위한 비말 분사 입력 데이터가 인가되어, 파형이 인가될 때 선택된 채널로부터 비말이 분사되는 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 5(a) 및 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 스텝 전압 입력에 따른 압전기 작동기의 반응을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 구동되는 프린트헤드로부터 비말을 분사시키기 위하여 인가되는 전기 신호의 진폭 V에 대한 비말 분사 속도 U의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2 내지 도 4에 도시한 일반적인 타입의 프린트헤드의 구동 펄스 크기와 비말 분사 속도 U 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명에 다른 비말 비분사 활성 파형의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 비말 비분사 활성 파형의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따라 “멀티 싸이클” 모드에서 작동하는 여섯 개의 인접 채널에 인가되는 활성 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 15는 채널(e)를 결합시키는 월을 가로지르는 결과적인 전위 차이와 함께, 비-분사/인에이블 채널(e) 및 그의 인접 채널들에 인가된 활성 파형의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 작동할 때, “분할 월(shared-wall)” 프린트헤드 내의 네 개의 인접 채널에 인가되는 활성 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 17은 세 개의 채널에서의 일반적인 그레이스케일 작동을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명을 통합할 때 도 17의 작동에 대응하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 제 2 양상에 따라 작동할 때 네 개의 인접 채널에 인가되는 활성 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 20은 도 19의 파형에 의해 활성화될 때 인에이블된 채널의 월을 가로질러 발생된 전위 차이를 나타낸 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제 1 양태를 이용할 때 도 19 및 도 20의 왼쪽 부분에 대응하는 도면이다.
도 23 및 도 24는 도 19 및 도 20에 도시된 작동 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 이러한 문제는 바람직한 실시예에서의 비말 분사 장치의 작동 방법에 의하여 적어도 해결되며, 이 장치는 비말 유체로 채워져 있고 이로부터 비말을 분사시키기 위한 노즐과 연결되어 있는 챔버와; 비말 분사가 비말 분사 입력 데이터에 따라서 이루어지기에 충분하도록 상기 챔버의 용량을 변화시키는 전기 신호에 의해 작동되는 작동기 수단을 포함하며, 이 방법은 상기 챔버 내 비말 유체의 온도가 비말 분사 입력 데이터의 변화에 실질적으로 무관하게 하기 위하여 상기 전기 신호를 제어하는 단계를 포함한다.
상기의 방법은 개별적인 활성 속도에 의해 야기되는 온도 변화로 종종 귀착되는 잉크 점성의 변화로 인한 인에이블된 채널간의 속도 변화를 회피할 수 있게 한다. 개별적인 활성 속도는 물론 인에이블된 채널간의 비말 분사 입력 데이터 차이의 결과이다.
본 발명의 제 2 양태는 또한 비말 유체로 채워지는 제 1 및 제 2 챔버를 포함하며, 각 챔버는 챔버로부터 비말을 분사하기 위한 노즐과 소통하고 상기 챔버들의 용적을 변화시키도록 전기신호에 의해 작동되어 비말분사 입력신호에 따라 상기 챔버들로부터 선택적으로 비말분사를 실시하는 작동기 수단을 가지는 비말증착장치의 작동방법을 포함하며; 이 방법은 제 1 챔버로부터의 비말분사를 실시하지만 제 2 챔버로부터의 비말분사는 실시하지 않도록 상기 작동기 수단을 작동하는 단계 및 제 2 챔버의 유체를 선택적으로 전기적으로 가열하여 제 2 챔버의 유체와 제 1 챔버의 유체 사이의 온도차를 감소시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 비말 유체로 채워지는 챔버와, 비말분사를 위해 채놀과 소통하는 노즐 및 제 1 및 제 2 전극을 가지며 제 1 및 제 2 전극들 사이의 전위차에 의해 상기 챔버의 용적을 변화시키토록 구동되어 노즐을 통한 챔버로부터의 비말 분사를 실시하는 비말증착장치의 작동방법이 또한 제공되며; 이 방법은 제 1 지속시간 동안 제 1 비제로(non-zero) 전압신호를 상기 제 1 전극에 인가하는 단계와, 제 2 지속시간 동안 제 2 비제로 전압신호를 상기 제 2 전극에 인가하는 단계를 포함하며, 제 1 및 제 2 전압신호는 상기 제 1 및 제 2 시간 중 적어도 어느 한 시간보다 짧은 시간 길이 동안 동시에 인가된다.
여기서, 비제로(non-zero)란 말 그대로 0이 아닌 값, 즉 전극을 활성화시킬 수 있는 소정 수치 이상의 전압값을 말한다(이는 명세서 전체에서 동일한 의미로 사용된다).
이러한 제 2 양태는 짧은 전위 펄스가 더 긴 주기의 전압 파형을 이용하여 발생될 수 있도록 하며, 따라서 복잡하고 비싼 회로를 필요로 하지 않으면서 더 쉽게 발생시킬 수 있게 된다. 일반적으로 프린트헤드 작동에 적용되는, 이러한 짧은 펄스는 상기 설명한 본 발명의 다른 양태를 실행시킬 때 특히 유용하다.
다른 챔버들내 유체간의 온도 변화를 감소시키기 위하여 비말 분사 장치 내의 비-분사(비말 분사) 챔버를 선택적으로 전기적으로 가열하는 새로운 원리는 챔버가 분사되는 기계에 상관없이 어떠한 장치에라도 적용가능하다.
본 발명의 다른 양상에 따라 비말 유체로 채워져 있며 이로부터 비말을 분사하기 위한 노즐과 연결되어 있는 챔버와; 비말 분사가 비말 분사 입력 데이터에 따라서 이루어지기에 충분하도록 상기 챔버의 용량을 변화시키는 전기 신호에 의해 작동되는 작동기 수단을 포함하는 비말 분사 장치의 작동 방법을 제공하며; 이 방법은 상기 노즐로부터 비말 분사가 이루어지지 않으면서 상기 작동기 수단을 작동시키기 위하여, 온도를 나타내는 다른 신호에 의존하여 제어되는 전기 신호를 인가하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서의 상기 방법은 비말 분사 유체의 온도를 더 정교하게 제어할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 상기 언급한 방법을 수행하도록 구성되는 신호 처리 수단 및 이러한 신호 처리 수단을 통합하는 비말 분사 장치를 포함한다.
본 발명의 특징 및 실시예는 종속항에 규정되어 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2는 전단 모드에서 작동하는 압전기 월 작동기를 통합하는 일반적인 잉크 젯 프린트헤드(8)의 투시 분해 조립도이다. 이는 회로 판(12) 위에 장착된 압전기 물질의 베이스(10)를 포함하며 결합 트랙(14)이 표시되는 단지 일부분만이 도시된다. 조립되는 동안 베이스(10)에 접착되는 커버(16)는 조립된 위치에서 위에 나타난다. 노즐 플레이트(17)는 또한 프린트헤드 베이스에 인접한다.
다수의 평행 홈(18)이 압전기 물질층 내로 뻗어있는 베이스(10)에 형성된다. 이 홈은, 예를 들어, 상기 언급한 EP-A-0 364 136호에 설명한 바와 같이 형성되며, 대향하고 있는 작동기 월(22)에 의해 분리되어 있는 잉크 채널(20)이 제공될 수 있도록 홈이 비교적 깊은 전방부를 포함한다. 후방부에 있는 홈은 결합 트랙 위치를 제공할 수 있도록 비교적 앝다. 홈(18)이 형성된 후, 금속 극판이 잉크 채널(20)의 반대면 위에 전극(26)을 구비하고 있는 전방부에 분사되며 이는 월 정상으로 부터의 대략 채널 높이의 1/2 뻗어있고, 각 채널(20)의 전극에 결합된 결합 트랙(24)을 구비하고 있는 후방부에 분사된다. 월의 정상은 트랙(24) 및 전극(26)이 각 채널에 대해 작동 전극을 분리 형성할 수 있도록 금속 극판이 없다. 따라서, 베이스(10)는 잉크로부터 전극 부분의 전기적 절연을 위한 보호층으로 코팅된다.
결과적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 베이스(10)가 회로판(12) 위에 장착되며, 접합 와이어는 베이스(10) 위의 결합 트랙(24)을 회로판(12) 위의 결합 트랙(14)에 결합시킨다.
도 3에는 조립이 된 후의 잉크 젯 프린트헤드(8)가 도시된다. 조립된 프린트헤드에는, 커버(16)가 작동기 월(22)의 상부까지 본딩에 의해 고정되어 있으며, 이로써 재보충 잉크를 공급하기 위한 분기관(28)을 구비하는 커버(16) 내의 창(27)까지 한쪽 단부에서 액세스하는 다수의 닫힌 채널(20)을 형성하게 된다. 노즐 플레이트(17)는 잉크 채널의 다른 쪽 단부에 본딩에 의해 부착된다. 각 채널에 대응되는 노즐 플레이트 내 위치에서 UV 엑시머 레이저 제거에 의해 노즐(30)이 형성된다.
프린트헤드는 잉크 카트리지로부터 잉크 분기관(28)을 통해 잉크가 전달됨으로써 작동하고, 이는 잉크 채널내로 공급되어 노즐(30)까지 끌려들어 간다. 프린트헤드에 결합된 구동 회로(32)가 도 4에 도시된다. 한 실시예에서는, 결합 트랙(14)에 결합된 외부 회로이지만, 다른 실시예(미도시)에서는 집적 회로 칩이 프린트헤드 위에 장착될 수 있다. 구동 회로(32)는, 프린트헤드가 프린트 표면(36) 위에서 스캔될 때, 프린팅, 즉 비말 분사가 이루어질 각 프린트 라인에서의 위치를 규정하는 입력 데이터(35)를 (데이터 링크(34)를 통해) 입력함으로써 작동된다. 또한, 채널 활성화를 위한 전압 파형 신호(38)가 신호 링크(37)를 통해 인가된다. 마지막으로, 클록 펄스(42)가 타이밍 링크(44)를 통해 인가된다.
예를 들어 EP-A-0 277 703호에 공지된 바와 같이, 채널 월 양쪽면의 전극에 전압 파형을 적절하게 인가하게 되면, 결과적로 월을 가로질러 전위 차이를 발생시키는데, 이는 번갈아가며 채널 월의 극성을 갖는 압전기 물질을 전단 모드에서 변형시키며 월을 개별적인 채널에 대해 횡적으로 편향시킨다.
따라서, 잉크 채널을 바운딩시키는 하나 또는 둘의 월이 편향될 수 있다. 즉, 채널의 용량을 줄이는 채널 내로 이동, 채널의 용량을 증가시키는 채널 밖으로의 이동이 이루어지며, 이로써 도 3에서 ‘AL’로써 표시되며 ‘ 액티브 구간’ 으로서 알려진 각 채널의 닫힌 구간을 따라 잉크의 압력 파형이 생성된다. 이 압력 파형이 잉크 비말을 노즐로부터 분사시킨다.
도 2 내지 도 4에 도시한 타입의 구조에서, 채널 당 하나의 전극을 제공하기 위하여 월 전극 사이를 내부적으로 결합시키는 것이 편리하다는 것을 명심해야 한다. 전압 파형 신호가 해당하는 채널의 전극에 인가되고 기준 전압 파형이 이웃하는 채널의 전극에 인가되면(이 둘은 비말 분사 입력 데이터에 반응하여 구동 회로(32)에 의해 제어됨), 채널에 인접하는 월을 가로지르는 결과적인 전위 차이가 각 채널 내 잉크의 용량 및 압력을 증가 또는 감소시키면서 각 월의 변위를 이룰 수 있게 한다. 결합이 프린트헤드에 내부적으로 이루어졌느냐 외부적으로 이루어졌느냐에 상관없이, “선택된 채널에” 인가될 활성 파형을 설명하기가 편하다. 도면에서의 파형 표시에서 양의 신호는 결과적으로 채널을 바운딩시키는 월을 채널로부터 바깥쪽으로, 즉 채널의 용량을 증가시키면서 이동시킴을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 잉크 젯 프린트헤드를 구동시키는 활성 파형을 도시한다. 도 5(a)는 ‘ 드로우-릴리스-레인포스(draw-release-reinforce)’ 타입의 파형을 도시한다. 즉, 신호의 50 부분은 대략 AL/c(AL은 채널의 액티브 구간이고, c는 잉크에서의 압력 파형의 속도이며, 2AL/c는 채널 내 잉크에서의 압력 파의 진동 주기임) 주기 동안 채널의 용량을 초기에 증가시키며, 이어지는 55 부분은 노즐로부터 비말을 분사시키기 위하여 대략 2AL/c 주기 동안 채널의 용량을 감소시킨다. 이러한 형태의 파형은 이미 WO 95/25001호에 개시되어 있다. 주기 L 동안의 비말의 분사가 완료된 후, 그 길이는 챔버 내의 압력 파형을 떨어뜨리는 데 걸리 시간을 포함하는 다수의 요소에 의해 결정될 것이며, 다른 비말을 분사시키기 위하여 활성 파형이 다시 인가될 수 있다.
상기 설명한 타입의 프린트헤드에서, 잉크 가열의 주요 원인은, 인가된 전위 차이에서 스텝 변화가 발생할 때, 압전기 물질에서의 히스테리시스(hysteresis)에 의해 발생되는 열이 잉크로 전송된다는 것이다. 채널의 빈번한 가열이 요구되는 프린트 데이터는 개별적인 구동기에서의 히스테리시스 주기를 증가시키고, 상당한 양의 열을 발생시키며, 이들 중 많은 양이 잉크로 전송되어 잉크의 온도를 증가시키고 점성을 감소시킨다. 반대로, 유입되는 프린트 데이터로 인하여 채널이 덜 빈번하게 가열되는 채널에서는, 열이 덜 발생할 것이며, 잉크를 덜 따뜻하게 하고 이에 따라 잉크의 점성을 덜 감소시킨다. 물론 채널은 분사되는 비말에 의해 열을 잃게 되며, 자주 가열된 채널이 덜 자주 가열된 채널 보다 더 많은 양의 열을 잃게 된다. 열은 또한 대류 및 방사로 인하여 프린트헤드로부터 전용량으로 빼앗길 것이다. 그럼에도 불구하고, 전체 에너지는 덜 빈번하게 가열된 채널 보다는 빈번하게 가열된 채널에서 더 크며, 프린트되는 페이지에서의 비말 배치 에러로써 표시되는 채널간의 비말 분사 점성의 변화를 일으킨다는 것을 발견하였다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 이 문제의 해결책은 프린트 데이터에 따라서 가열이 요구될 때 -이 분야에서 원래 잘 알려져 있는- 제 1 비말-분사 활성 파형을 선택된 채널에 인가하며, 그리고 프린트 데이터에 의해 가열이 요구되지 않을 때 채널에 제 2 파형을 인가함을 포함하고, 상기 제 1 비말-분사 활성 파형으로 활성화될 때의 상기 챔버 내 비말 유체의 온도 변화가 상기 제 2 비말-분사 활성 파형으로 활성화될 때의 상기 챔버 내 비말 유체의 온도 변화와 실질적으로 동등하게 하기 위하여 하나 또는 둘의 파형이 선택된다.
비말분사 파형의 예가 도 5(a)에 도시되어 있다. 비비말 분사 파형의 대응예가 도 5(b)에 도시되어 있고, 이는 비말 분사 파형과 같이 비말분사의 같은 지속시간(L)에 걸친 기간(d)과 크기가 A인 n개의 구형파 펄스를 구비한다. A,d 및 n의 조합은, (a) 비말 분사 파형에 의해 야기되는 것과 실제적으로 동일한 비말 유체의 온도의 변화를 야기하도록 선택되고, (b)비말 분사를 야기하지 않도록 선택된다.
(a)와 (b)의 조건에 부합하는 파형은 변수 A, d 및 n을 작동 수단과 챔버에 적용된 단일 가열 신호의 농도와 독립적으로 일관된 비말분사 속도(잉크 온도와)가 달성될 때까지 수정되는 단순한 시행착오로서 달성될 수 있다.
도 7은 본 발명에 의해 얻어진 특성의 개선을 도시한다. 도 1에서 취한 좌표(A)는 비말분사 매기간(0.25㎳)당 한 비말의 비말 분사율로 도 5(a)의 파형으로 동작하는 도 2 내지 4에 도시된 종류의 프린트 헤드를 위한 작동 파형의 크기(V)와 비말 분사 속도(U)의 변화를 도시한다. 좌표(B‘)는 65번의 개재하는 비말 분사 기간동안 도5(b)에 도시된 종류의 비분사 파형을 가지고 작동하나 매 66비말 분사기간당 한 비말의 비말 분사 비율로 작동하는 프린트헤드의 특성과 대응한다.
두 개의 특성 A 및 B‘ 는 채널내에 있는 잉크의 온도가 두경우에 있어 동일함을 나타내며 실제적으로 동일하다. 따라서 비말분사 속도 즉, 비말분사 입력 데이터와 비말분사 속도의 변화는 무시할 수 있다. 고저 두비율로의 비말 분사는 프린트헤드의 작동 융통성을 향상시키며 작동 파형의 크기(V)의 전체 범위에 걸쳐 실시가능하다.
다르게는, 개략적인 값의 변수는 압전 작동기 자체의 고려로서 얻을 수 있다. 이상에서 설명한바와 같이, 이웃하는 채널에의 적용하는 전압과 함께 ＂ 선택된 채널에” 의 전압 적용은 선택된 채널을 둘러싸는 각각의 월을 가로질러 다른 전위로 변화하는 결과를 낳는다. 각각의 전위차 변화는 채널 월과 구동 회로의 용량 특성과 저항에 의해 결정된다. 압전 물질의 각측면 월상의 전극은 콘덴서(C)를 형성하는 한편 전극 자체들은 저항(R)을 가진다. 탄젠트 손실, tanδ는 콘덴서(C)와 관계가 있으며, 여기에서 Ctanδ는 평행, 비선형 저항으로 간주되고-월 상의 전극들 사이에서의 전위차의 변화에 대응하여 PZT에서의 히스테리 손실을 나타낸다. 또한 통상적으로 비선형인 저항은 구동회로에 병합되어 있다. 이들은 함께 통합 R-C네트워크(분할된 R-C-L 네트워크가 더 정확한 모델일지라도)로 취급될 수 있으며 전위차의 변화에 대응한 전류의 흐름은 설정된 전기 원리를 이용하여 계산된다. 이는 도 2 내지 4에 도시된 종류의 프린트헤드에만 진실이 아니라 일반적으로 압전 작동기와 다른 많은 종류의 작동기에서도 맞는다.
작동기가 예를들면, 도 6에 점선(V)으로 도시된 바와 같이, 전위차의 변경 단계를 받을 때, 전류는 전압 스텝의 크기(V0)에 비례적인 유도 전류의 초기 크기(I0)와 함께 지수함수적으로 감소하는 방식(도 6의 선 1)으로 작동하는 회로에서 흐르며 감소비율은 회로의 R-C 시상수에 의해 결정된다. 분산된 에너지는 회로의 저항 요소에서 발생하는 옴손실 0.5(CV0 2)과 동일하게 도시될 수 있는 전류의 곱의 적분에 비례할 것이다. 또한, 스텝 변화당 0.25.π.(CV0 2).tanδ의 히스테리시스 손실이 발생하고, 여기에서 tanδ는 압전기 월의 전기장에 대응하는 값을 취한다. 따라서, V0를 2배로 하면 커브 i 아래의 면적이 4배가 되며, 소모되는 에너지의 4배와 동등해진다. 만일, 예를 들어, 비비말 분사 활성 파형에 있어서의 전압 스텝의 크기가 비말 분사 활성 파형의 동등한 스텝에서의 절반이라면, 전자에 의해 소모되는 에너지는 후자에 의해 소모되는 에너지의 1/4이 될 것이다. 따라서, 비말 분사 활성 파형과 동일한 에너지 소모를 이루기 위해서는 비비말 분사 활성 파형에서는 네번의 스텝이 필요하다.
실질적으로는, 비분사 펄스 동안에는 어떠한 손실도 발생하지 않는 반면, 가열하는 동안에는 분사된 비말에 의해 채널로부터 조금의 열이 취해지기 때문에 더 적은 에너지가 요구된다. 상기 설명한 타입의 작동기에 있어서, 채널로부터의 열손실의 1/2 이상(약 60％)은 프린트헤드의 몸체를 통해 유도된 것이며, 그 나머지(약 40％)는 비말 분사를 통해 손실되는 것이다. 따라서, 비분사 채널에서는, 프린트헤드의 몸체를 통해 손실되는 에너지의 균형을 맞추는 충분한 히스테리시스 손실을 발생시키는 만큼의 전기 신호가 필요하다.
도 5(a)에 도시한 바와 같은 파형이 다수의 전압 스텝(또는 “에쥐” )을 포함하며, 이들 각각은 전류 흐름 및 에너지 소모를 유발시킬 것임을 이해할 수 있을 것이다. 조건 (a)에 대한 결과를 계산하는 데에는 상기의 모든 스텝이 필요하다. 또한, 소모된 에너지와 전압 단계 크기간의 2차 관계가, 전류 흐름이 연속적인 전압 단계 사이에서 완전하게 감쇠되지 않는 곳에서는 유지되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 사실상, 상기의 상황에서 연속적인 스텝사이에서 경과되는 시간을 제어하게 되면 소모되는 에너지의 양을 정확하게 제어할 수 있게 된다. 상기의 상황에서, 파워의 흐름은 잘 알려진 다른 방법에 의해 계산되어야 한다.
조건(b)를 보면, 그 아래로는 비말 분사가 발생하지 않는 펄스 크기(Vt)의 임계 값은 어떠한 특정한 프린트헤드 구조에 대하여 경험에 입각하여 계산될 수 있따. 도 8은 도 2 내지 도 4에 도시한 타입의 전형적인 프린트헤드의 비말 분사 속도 U와 활성 전압 펄스 진폭 간의 관계를 도시한다.
도 9는 도 5(a)에 도시한 비말 분사 파형과 함께 적절하게 사용되는 비가열 활성 전압의 두 번째 형태이다. 도 5(b)의 파형과는 달리, 비말 분사를 피하기 위하여 선택되는 파형의 -진폭이 아닌- 주파수이다. 램프 부분(60)을 포함하는 도 9 파형의 퓨우리에 분석은 프린트헤드로부터 비말 분사를 일으키는 데 필요한 이들 주파수에는 부족한 주파수 스펙트럼을 제시할 것이다. 상기 램프 펄스의 진폭 및 지속시간은 그럼에도 불구하고 잉크내에서 동일한 온도 변화를 발생시킬 수 있도록 선택된다. 도 10에 도시한 파형에도 동일한 개념이 있다. 펄스(65)의 진폭이 도 8에 도시한 임계 전압(Vt) 보다 크기는 하지만, 파형의 전체 주파수가 비말 분사를 일으키지는 못한다.
상기 설명한 원리는 일반적으로 챔버, 노즐 및 압전기 작동기를 포함하는 어떠한 비말 분사 장치에도 적용가능하다. 특히, 종래에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다수의 상기 요소가 어레이에 배열되고, 챔버가 어레이 방향으로 배열되어 있는 장치에 적용가능하다. 그러나, 예를 들어 US-A-4 584 590호 및 US-A-4 825 227호에 기술된 바와 같이, 그리고 특히 챔버가 베이스에 형성된 다수의 채널 중 하나이고 월이 상기 채널사이에 정의되며 각 월은 상기 채널에 대해 상기 월을 편향시키는 전기 신호에 의해 활성되어, 이로써 상기 채널의 용량을 변화시키는 압전기 물질을 포함하는 도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 프린트헤드에 있어서, 근원적인 문제 및 이에 따른 해결의 필요성은 상기 압전기 물질이 상기 챔버 월의 대부분에 걸쳐 확장되어 있는 소자의 경우 더 심각하다.
상기의 작동 방법이, 예를 들어 분할된 활성 월에 의해 분리된 두 개의 인접 채널을 동시에 가열하는 것이 불가능한 도 2 내지 4에 도시한 종류의 “분할 월”에 적용될 때에는 여전히 다른 개선책이 가능하다. 이러한 장치는 “멀티-싸이클”모드에 알맞게 동작하며, 이로써 어레이 내의 연속적인 채널은 규칙적으로 다수의 그룹 중 하나에 할당되며 채널의 각 그룹은 연속적인 비말 분사 주기 동안 비말 분사에 대해 인에이블 된다. EP-A-0 278 590호는 “2-싸이클” 동작을 개시하는데, 채널이 교대적으로 두 그룹 중 하나에 할당이 되며 각 채널 그룹은 교대적인 비말 분사 주기에서의 비말 분사에 대해 인에이블 된다. EP-A-0 376 532호는 세 그룹으로의 채널의 분할을 개시하는데, 특정한 그룹의 각 채널은 다른 두 개의 그룹에 포함되는 채널에 의해 분리되며, 각 그룹은 다른 두 개의 그룹이 디스에이블된 상태로 남아있는 동안 인에이블 된다. 3 싸이클 이상의 동작 또한 가능하다.
본 발명의 대응 실시예에서는, 프린트 데이터에 따라서 비말 분사 또는 비분사 파형을 그때 비말 분사에 대해 인에이블되는 그룹에 포함되는 채널에 인가하는 것만이 필요하다. 이러한 파형은 이후에 ‘ 인에이블/분사’ 및 ‘ 인에이블/비분사’ 로써 언급될 것이다.
나머지, 디스에이블된 그룹(3-싸이클 동작의 경우 2개)에 포함되는 채널은 인액티브 상태로 남을 수 있고, 상기 설명한 바와 같이 채널 내에 전극을 갖는 장치의 경우에는, 명령 활성화 신호를 디스에이블된 채널의 채널 전극에 인가하도록 한다. 그 결과, 두 개의 디스에이블된 채널을 분리하는 월을 가로질러서는 어떠한 전계도 발생할 수 없으며 이는 정적으로 유지될 것이다. 만일 하나 또는 두 개의 월이 이동하지 않는다면, 채널(이 경우 디스에이블된 채널)은 비말을 분사하지 않을 것이다. 인에이블된 채널 그룹의 인에이블 주기의 마지막에서, 다른 채널 그룹 중 하나가 종래에 잘 알려진 바와 같이 인에이블 될 것이다. 이러한 동작은 WO95/25011에 개시되어 있다.
도 11 내지 16은 상기 원리의 실행을 도시한다.
도 11의 라인 (a)-(f)는 ‘ 분할-월’ 프린트헤드에서의 여섯 개의 인접하는 채널 (a)-(f)의 전극에 인가되는 전압을 도시한다. 규칙적으로, 연속적인 채널이 세 그룹 중 하나에 할당되며, 이에 따라 채널 (a)와 (d)는 제 1 그룹에 속하게 되고, 채널 (b)와 (e)는 제 2 그룹에 속하게 되며, 채널 (c)와 (f)는 제 3 그룹에 속하게 된다. 도 11의 예에서는, 제 2 그룹의 채널 (b)가 비말을 분사하는 데 활성화되도록 하고 (e)는 활성화되지 않도록 하는 비말 분사 입력 데이터와 함께, 제 2 그룹이 인에이블된다(제 1 및 제 3 그룹은 디스에이블됨).
인에이블된 채널 (b)에 전압 펄스(인에이블/분사 파형)(72)이 인가되고 이어서 디스에이블된 채널 (a) 및 (c)에 전압 펄스(70)가 인가되면, 결과적으로 이들을 채널 (b)로부터 비말을 분사시킬 수 있도록 이동하게 하면서, 각 월 바운딩 채널 (b)을 가로질러 도 5(a)에 도시한 타입의 ‘ 드로우-릴리스-레인포스’ 전위 차이를 발생시킨다.
인에이블된/비분사 파형(enabled/non-ejecting waveform)이 인에이블된 채널 (e)에 인가된다. 이는 각각 펄스(70)처럼 동일한 진폭을 가지며, 이웃하는 채널에 인가되는 대응 펄스(70)의 트레일링 에쥐(70)와 동조되는 트레일링 에쥐(74)를 각각 갖는 다수(도시된 예에서는 3개)의 펄스(74)를 포함한다. 그러나, 펄스(74)는 펄스(70) 보다 더 큰 지속시간을 가지며, 그 결과 월 바운딩 채널(e)에 각각 인가되는 도 11(g)에 도시된 종류의 전위 차이(76)를 발생시킨다. 전위 차이는 펄스(70, 72)처럼 동일한 진폭을 갖게 되지만, 지속시간은 비말을 분사하기에 불충분하게 선택된다.
주기(T)의 끝에서, 종래에 잘 알려진 바와 같이, 제 1 채널 그룹은 디스에이블되고 다른 그룹 중 하나가 비말 분사를 위해 인에이블 된다. 도 5(a)를 참조로 상기 언급한 바와 같이, 다-채널 배열의 비말 분사 주기(T)가 단일 채널의 비말 분사 주기(L) 보다 이상적으로는 길지 않아야 함에도 불구하고, 몇몇 비비말 분사 펄스(74)의 조정이 필요하다면, T는 이상적인 것 보다 더 길어야할 필요가 있다.
도 12는 도 11(b)의 인에이블/분사 파형에 사용하기 위한, 그리고 도 11(d)-(f)의 파형을 대신하는 인에이블/비분사 파형의 두 번째 버전을 도시한다. 비말을 분사시키기에는 불충분한 지속시간(그리고, 선택적으로 진폭)을 갖는 첫 번째 펄스(80)가도 11(b)의 인에이블/분사 파형의 첫 번째 펄스(72)와 동기기 되어 인가되며, 이어서 인접하는 디스에이블 라인에 인가된 펄스(70)의 균형을 맞추기 위하여 두 번째 펄스(82)가 인가된다. 결과적인 전위 차가 도 12(g)에 도시된다.
도 11(b)의 인에이블/분사 파형과 결합되어 사용되는 세 번째 버전의 인에이블/비분사 파형이 도 13에 도시된다. 펄스(90)는 펄스(70)와 동일한 진폭을 가지지만, 지속시간이 짧고 ‘ o' 양 만큼 시간이 딜레이 된다. 그 결과 전위 차가 도 13(g)에 도시되는데, 이는 비말을 분사시키기에는 불충분한 각각의 지속시간을 갖는 두 개의 펄스를 갖는다. 이러한 전위 차는 두 배의 에쥐(두 개의 라이징 에쥐(92, 94)와 두 개의 폴링 에쥐(96, 98)를 가지며, 이에 따라 도 12(gh)의 전위 차의 두 배의 전류 흐름을 발생시키는 전위를 갖게 된다.
도 14는 네 번째 버전, 즉 채널(e)에 인가되며 펄스(70)와 동일한 크기 및 지속시간을 갖지만 펄스(70)에 보다 ‘ p' 만큼 앞서있는 펄스(100)를 도시한다. 그 결과 전위 차는 도 14(g)에 도시되는데, 이는 채널 내에서 양 및 음의 압력을 발생시키는 양 및 음의 요소를 갖느다. 펄스(70, 100)는 오프셋 ’ p'와 지속시간은, 결과적인 압력 파가 채널 내의 다른 것을 상쇄시키기 위하여 요소를 2AL/c의 시간 만큼 딜레이 시킬 수 있도록 선택되며, 이로써 채널 내의 압력 파가 상쇄되는 데 걸리는 시간이 감소되며, 이에 따라 비말 분사 주기가 감소된다. 이러한 상쇄 원리는 WO 95/25011호에 개시되어 있으며, 이는 또한 첫 번째 펄스가 상쇄되기 전에 진폭이 감소될 수 있도록 더 낮은 진폭의 두 번째 펄스를 생성하는 원리를 개시한다.
도 15에 따른 인에이블/비분사 파형은, 비분사 채널을 바운딩하는 월을 가로지르는 결과적인 전위 차의 크기 및 지속시간이 제어될 수 있다는 점에서 이전의 실시예 이상의 장점을 갖는다. 이 때문에, 펄스(36)와 동일한 진폭 및 지속시간을 갖는 ‘ 컷아웃(114)’ 을 제외하고는 펄스(70)와 같이 이상적인 타이밍, 지속시간 및 크기를 갖는 더 긴 펄스(112)가 제 1의, 짧은 펄스(110) 뒤에 인가된다. 그 결과 전위차가 도 14(g)에 도시된다. 또한, 펄스(112) 및 컷아웃(114)의 타이밍 및 크기는, 상기 설명한 바와 같이, 비말 분사 주기의 길이를 줄일 수 있도록 선택될 수 있다.
위의 구현예들에 대한 많은 다른 변형예들은 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명에 속하는 것으로 간주될 것이다.
채널들이 디스에이블되는 주기 동안에, 물론 그것들이 받는 에너지의 감소가 있을 것이며, 그에 따라서 잉크의 냉각을 초래할 것이다. 그러나, 모든 채널들이 동일한 비율로 디스에이블되기 때문에, 이러한 냉각은 모든 디스에이블된 채널에 대하여 동일할 것이며, 잉크의 온도는 비말 분사 입력 데이터의 성질에 실질적으로 무관한 상태로 계속 남을 것이다.
다른 변형 실시예에서, “인에이블/비분사” 파형들이 모든 비가열 채널들에 인될 수 있으며, 모든 비가열 채널들이 인에이블되거나, 또는 디스에이블될 수 있다. 도16은 분할-월(shared-wall) 프린트헤드에서의 4 개의 인접한 채널들에 인가되며, 세 사이클 모드로 동작하는 파형들을 예시한다. 채널(a)내지 채널(d)은 동일한, 인에이블 채널 그룹에 속하며, 인에이블된/분사 “드로우-릴리스” 파형 (120)(이 분야에서 잘 알려진 종류의 파형) 및 각각 세 개의 감소된 폭의 펄스들 (125, 126, 127)을 공급받는다. 이 감소된 폭의 펄스들은 인에이블/분사 펄스 (120)로서 잉크에서 실질적으로 동일한 온도변화를 초래하도록 선택된다.
유사한 비분사 파형들은 디스에이블된 채널(b) 및 (c)에 인가된다. 도시된 바와 같이, 이 파형들은, 시간에서 스태거되었지만, 채널(d)에 인가된 파형들과 동일하며( 도 2 내지 도4에 대한 앞서의 설명으로부터, 작동기의 어느 한 쪽의 채널들에 동일한 전압들을 인가함으로써 월을 가로질러 제로(zero; 0) 전위 차를 초래하며, 그러므로 제로(0)의 전류 흐름 및 월의 이동을 초래한다는 것이 자명할 것이다) 분사 펄스(120)로서 개개의 채널에서 잉크의 동일한 온도변화를 일으킬 것이다.
이 부가적인 에너지 입력의 하나의 결과는, 프린트헤드는 더 높은 전용량인 온도에서 동작한다는 것이다. (펄스들의 차원 및 수로서 표시된) 비분사 파형들의 디스에이블된 라인들상의 에너지 입력은, 헤드의 온도를 일정한 값에 유지하기 위하여, 바람직하게는 제어기에 의해 실시간에서 변화될 수 있다.
이 기술, 즉 챔버에서 잉크의 온도를 상승시킬 명백한 의도를 가지고 비말의 분사없이 잉크 젯 프린트헤드의 챔버 용량을 변화시킬 수단의 작동은, 챔버에서의 잉크의 온도가 비말 분사 입력 데이터에 무관하게 유지될 상황들에 제한되지 않으며, 이 작동은, 잉크를 가열하는 것이 바람직한 때마다, 채널들사이의 온도 변이들을 감소시킬 목적을 가지고, 예를 들면 특별하게 그러나 비 한정적으로 사용될 수 있다.
또한, 예에 의하여, 프린트헤드는 온도 검출기와 결합될 수 있으며, 프린트헤드 제어기는, 센서로부터의 피이드백에 근거하여, 프린트헤드를 일정한 온도로 유지하기 위하여 인가된 비분사 파형들의 크기와 수를 조절하도록 배열될 수 있다. 변형예로서, 실온 센서와 프린트헤드 온도 센서로부터의 피이드백이 채용될 수 있다. 또한, 프린트헤드의 공간(extent)에 걸쳐서 불균일한 열손실이 있다는 것- 예들 들면 어레이의 극한들의 실온 비채널들에 대한 더 큰 열손실이 있다는 것- 여분의 열이 비비말 분사 파형을 사용하여 이들 채널들에서 발생할 수 있다는 것이 알려져야 한다. 또한, 여러 가지 색상의 잉크들에서의 변이들을 보상하여, 색상을 균일화하기 위하여 선택된 채널들을 가열하는 것이 바람직할 수 있다.
그 기술은 비분사 또는 분사 채널들에 균일하게 적용될 수 있다: 후자의 경우에, 가열 펄스와 비말 분사 펄스가 단일 비말 분사 주기에서 인가될 수 있다.
비말 분사 속도의 변화는, 또한 프린트헤드 동작의 개시시에 일어난다: 잉크의 온도가 프린트 데이터에 무관하게 유지되는 위에서 간략적으로 설명된 구현예들에서조차도, 채널들에서 발생된 열이 예를 들면 잉크의 관통흐름에 의하여 프린트헤드로부터의 대류에 의하여 발산된 열과 동일한 상태에 동작온도가 도달될 때까지 채널에서 발생된 열이 그 채널에서의 잉크의 온도상승을 일으킬 것이다. 본 발명의 다른 한 구현예에 따라서, 이러한 온도변이와 관련된 속도변화들은 장기간 정지상태에 있었던 프린터의 채널들에, 잉크를 동작온도로 가열하기 위하여 직렬의 비비말 분사 펄스를 인가함으로써 없앨 수있다. 도2 내지 도4에서의 예를 통하여 보여진 종류의 작동기의 경우, 가열의 시간상수들(time constants)은 2 내지 5 초이다.
편리하게는, 이 시간은 데이터를 받고 다른 프리퍼레이션(preparation)을 운반할 때 프린터에 의해 소비된 시간의 차원에 있으며, 그러므로 부가적인 디레이를 구성하지는 않을 것이다.
본 발명은 위의 예를 통하여 주어진 이들 구현예들에 전혀 한정되지 않는다. 특히, 본 발명은, 비말 유체가 공급되며 비말의 분사를 위하여 노즐과 연통하는 챔버와, 상기 챔버의 용량을 변화시키기 위하여 전기적 신호들에 의하여 작동하는 작동기 수단으로 어떠한 비말 분사 장치에 적용될 수 있다. 이러한 작동기는 압전기 효과가 필요하지 않다.-그것은 예를 들면 정전기적 수단을 사용할 수 있다. 유사하게는, 전기적 전위보다는 (주어진 예들에서 사용된) 전하/전류에 대응하는 제어가 바람직하다는 것이 입증될 수 있다.
본 발명은 또한, “멀티펄스” 모드에서 동작하는, 즉, 채널로부터의 여러개의 비말의 연속적인 배출이후에 단일 프린트된 도트를 형성하기 위하여 비상상태 또는 프린팅기판상에서 합쳐지는 프린트헤드들에 적용될 수 있다. 배출되는 비말의 수를 변화시킴으로써, 프린트된 도트가 제어될 수 있다. 이러한 동작은 EP-A-0 422 870에 기재되어 있으며, “그레이스케일 동작(greyscale operation)” 으로 일반적으로 알려져 있다.
개개의 7/7, 4/7 및 1/7의 프린트밀도들을 나타내는 프린트 데이터에 대응하여 세 개의-반드시 인접하지 않은-채널들(a), (b) 및 (c)에 적용될 수 있는 “드로우-릴리스” 작동 파형(130)을 갖는, 종래의 여덟 레벨 멀티펄스 동작(그레이의 일곱 레벨 플러스 화이트)을 나타내는 도17로부터 자명해지는 바와 같이, 적은 수의 비말들이 분사될 때 또는 비말들이 분사되지 않을 때보다 더 많은 수의 비말들이 분사될 때 잉크의 온도가 더 크게 증가될 것이다. 그래서, 채널들 사이의 온도 및 잉크점도 차이들에 대한 가능성이 있고, 따라서 프린트 에러들을 초래하고 실제로 이들 문제점들이 멀티펄스 모드에서 동작된 프린트헤드에서 더 심각하는 것이 밝혀졌다. 이것은 파형 에지들의 더 큰 수와, 사용된 더 작은 비말들의 감소된 냉각효과에 기인한 것이다.
본 발명에 따른 이 문제점에 대한 해결책은 도18에서의 예를 통하여 예시된다: 작동 펄스들(130)의 최대 가능한 수(보여진 예에서 7개)보다 적은 수가 적용되는 이들 채널들(b) 및 (c)에서, 추가적인 펄스들(135)이 결손을 보충하기 위하여 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 추가적인 펄스들(135)의 진폭 및/또는 지속시간은, 비말 분사가 일어나지 않을 지라도 동일한 온도변화가 작동펄스들(130)에 의해서와 같이 잉크에서 유도되도록 선택되어야 한다. 그래서 인에이블먼트 T의 주기에서 발산된 총에너지는 프린트데이터에 무관하게 유지된다. EP-A-0 422 870으로부터 또한 알 수 있듯이, 그레이스케일 동작은 그룹을 이루거나, 또는 역상에서 동작하는 인접한 채널들을 가지고 행해질 수 있다. 전자의 경우에, 위에서의 (1 드롭 또는 제로 드롭(드롭을 분사하지 않는 것을 의미)을 발사하는) “이진(binary)” 동작에 대하여 기재된 그룹 동작의 방법들이 적용될 수 있다: 인에이블되지 않은(non-enabled) 채널들이 완전하게 작동되지 않는 상태로 남거나, 또는 위에서 언급된 타입의 비비말 분사 파형(non-droplet ejecting waveform)들을 공급받을 수 있다. 또한, 비말 분사 펄스(droplet ejecting pulses)들보다 더 긴 지속시간을 가지지만 잉크에서의 동일한 온도변화를 유도하는 더 적은 수의 파형들을 갖는 비비말 분사 채널들(non-droplet ejecting channels)을 작동시킬 수 있다. 다른 비말 분사 파형들-예를 들면 도5(a)의 “드로우-릴리스-레인포스” 파형-이 또한 그것들의 비분사 대응 파형들과 함께 그레이스케일 동작에서 사용될 수 있다.
압전기 재료에서의 히스테리시스 손실이 프린트헤드의 채널들에서의 잉크의 가열의 주요하지만 단일의 원인이라고 믿어지지는 않는다. 채널들의 작동은 채널들에서의 잉크의 이동을 일으키며, 이 이동은 유체 마찰에 의해 온도를 증가시키고, 고레벨의 채널동작은 낮은 레벨보다 잉크온도에서 더 큰 증가를 일으킬 것이다. 열의 또 하나의 소스는 작동 전극들(actuating electrodes)에서의 저항손실일 것이다. 실험적으로 유도된 비분사 파형들은 이러한 추가적인 손실 메카니즘을 고려할 것이다. 파형들은 또한 더 크거나 또는 더 작은 정도로 위에서 설명된 수학적인 모델로 통합될 수 있다.
설명의 도입부에서 언급한 바와 같이, “열적(thermal)” 프린트헤드들은 챔버내의 잉크를 가열하여 노즐을 통해 챔버로부터 잉크를 밀어내는 증기버블을 만드는 원리에 기하여 동작한다. 이러한 가열은, 그러나, 히터가 놓이는 채널의 구역에 국부적으로 행해지며, 히터로부터 멀리 떨어진 노즐 및 그에 인접한 챔버의 부분에서의 잉크에서, 잉크온도에서의 차이에 기인한 비말 분사 속도에서의 변이와 관련된 문제점들-도1과 관련하여 설명된 문제점들과 유사한-이 일어날 수 있다는 것이 본 발명자들에 의하여 인지되었다. “가변성 용량 챔버” 장치와 관련하여 위에서 개략적으로 설명된 해결책들이 또한 “열적” 프린트헤드들에서도 적용될 수 있다고 믿어진다. 특히, 비분사 작동 신호들이 채널에 인가될 수 있으며, 이 신호들은 비말 분사 신호들로서, 노즐에서의 유체에서의 동일한 온도변화를 유도하도록 선택된다.
도 11 내지 도 15의 짧은 유지 펄스들(24, 26, 30, 36)이 적용되는 방식은 본 발명의 또 다른 일면, 다시 말하면, 비말 유체가 공급되는 챔버, 이 챔버로부의 비말의 분사를 위해 채널과 연통하는 노즐, 및 제 1 및 제 2 전극들을 가지며 제 1 및 제 2 전극들을 가로질러 인가된 전위 차에 의해 작동하여 챔버로부터 노즐을 통해 비말을 분사시킬 수 있는 작동기 수단으로 이루어지는 비말 분사 장치의 작동방법을 이룬다;
그 방법은 제 1 전극에 제 1 지속시간 동안 제 1 비제로(non-zero) 전압을 인가하는 단계 및 제 2 전극에 제 2 지속시간 동안 제 2 비제로 전압을 인가하는 단계, 및 제 1 및 제 2 전압들을 상기 제 1 및 제 2 지속시간 중 적어도 하나보다는 적은 시간동안에 동시에 인가하는 단계로 이루어진다.
이 추가적인 일면은, 도 11 내지 도 15에서 보여진 종류의 짧은 펄스들을 적용할 때 특히 유리하다. 예를 들면, 100 ㎑의 비말 분사 주파수에서 동작하는 프린트헤드에 대하여, 이러한 펄스들은 1㎲정도의 짧은 지속시간을 가질 수 있었다. 이러한 짧은 펄스들을 일으키는 회로는 복잡하고 따라서 고가일 수 있다. 앞에서 언급한 제 2 개념을 사용함으로써, 발생하기 용이한 더 긴 지속시간을 사용하는 짧은 지속시간 펄스들을 인가할 수 있다.
그 개념은 또한 WO96/10488에 기재한 대로 2-사이클, 2-위상 모드에서 “분할-월(shared-wall)” 프린트헤드를 동작시킬 때, 유용하다. 어레이에서의 연속적인 채널들은 변형예로서 두 그룹중의 하나의 그룹에 할당되며, 각 그룹은 변형예로서 연속적인 사이클에서 비말 분사를 위해 인에이블된다. 각 사이클내에서, 그룹의 연속적인 채널들은 역상으로 비말들을 분사한다. 이 모드는 특히 멀티펄스 동작에 적당하며, 다수의 비말들이 입력데이터에 따라 어떤 하나의 사이클에서 채널로부터 분사되어 대응하는 프린트 도트를 형성한다.
도 19는 본 발명의 앞서 언급된 개념에 따라 2 사이클/2 위상 동작을 수행하기 위하여 “분할-월” 프린트헤드의 4 개의 인접한 채널들 a, b, c, d에 인가될 전압파형들을 예시한다. 채널들 a-d을 둘러싸는 월들을 가로지르는 대응하는 전위 차이변이가 도 20에 보여진다.
도 19의 왼편은 채널(a) 및 (c)을 포함하는 그룹이 인에이블되는 제 1 사이클의 동작에 해당된다. 디스에이블된 그룹-채널(b) 및 (d)을 포함하는-에서의 각 채널에, 보여진 예에서, 지속시간 AL/c의 사각 펄스와 이어지는 지속시간 AL/c의 드웰 주기로 이루어진 공통 반복 파형(191)이 인가된다.
동일한 진폭을 가지는 유사한 반복 파형(192, 192‘ )이 인에이블된 채널에 인가된다. 단, 사각 펄스 및 드웰 주기의 지속시간은 2AL/c이고, 반복 파형(192‘ )이 180도의 위상차를 가지는 채널(c)에 인가되며, 또한 파형(192)이 채널(a)에 인가된다. 도20은 채널들(a) 및 (c)을 둘러싸는 작동기 월들을 가로지르는 결과적으로 생기며, 채널(a)의 “드로우-릴리스-레인포스” 작동을 초래하여 비말을 분사시키는 전위 차들(201, 202)을 예시한다. 채널(c)의 유사한 작동이 2AL/c후에 일어나지 때문에, 이 채널로부터의 비말 분사는 채널(a)로부터의 것과 역위상을 가질 것이다. 양 채널(a) 및 (c)은, 여러 비말들을 분사하여 대응적으로 크기를 가지는 프린트도트(correspondingly-sized printed dot)을 형성하기 위하여 즉시연속(immediate succession)적으로 여러번 작동될 수 있다.
도 19 및 도 20의 오른편은 채널(b) 및 (d)을 포함하는 제 2 그룹이 인에이블되며 프린트 데이터에 따라 작동될 때 유사한 거동을 보여준다.
도 21 및 도 22는 챔버내의 비말 유체의 온도가, 그렇지 않으면 적용되었을 분사 펄스들을 대신하여- 폭의 전위 차(221)가 비말 분사를 유도하기에 불충분한 경우에-추가적인 비분사 펄스들을 적용함으로써 비밀 분사 입력 데이터에 무관하게 유지될 수 있다는 것을 나타낸다는 점에서 도 16 및 도 17과 유사하다. 이들 펄스들의 진폭/지속시간/수는, 채널내의 잉크의 온도가 비말 분사 주기내에서 적용된 분사 펄스들의 수에 무관하게 유지되도록, 손실(특히 히스테리시스) 및 열을 발생시킬 위에서 개략적으로 언급된 실험적 또는 이론적 방법들중 어느 하나를 사용함으로써 선정될 수 있다.
도 23은 두 사이클/두 위상 개념의 변형 구현예를 보여준다. 반복적인 “톱니(sawtooth)” 작동 전압 파형(231)-이 분야에서 그 자체로 알려진-이 디스에이블된 채널(b) 및 (d)에 적용되며, 반면에 인에이블된 채널(a) 및 (c)에는 진폭은 동일하지만 반복 주파수가 절반인 사각파(232, 232‘ )가 적용된다. 여기서 채널(a)에 적용된 파형(232)은 동일한 그룹에서 이웃한 채널, 즉 채널(c)에 적용된 파형(232‘ )과 역상형을 이룬다. 인에이블된 채널들의 채널월들을 가로질러 생기는 전위 차가 도 24에 도시되어 있다: 다시 톱니파, 그것은 하강하는 인에이블된 채널전압의 작용에 의해 도 23대로 채널들에 인가된 작동파형들중 어느 하나의 진폭의 2 배를 가지며, 반면에 그것의 바로 이웃하는 것들에 인가된 전압은 상승한다. 도23 및 도24의 오른편은 채널들(b) 및 (d)이 인에이블되었을 때의 상황을 예시한다. 파형의 수직에 지에 의해 개시된 비말 분사는 도 19의 구현예에서 가능한 것보다 더 높은 율로 일어날 수 있다는 것이 자명할 것이다. 그러나, 동일한 인에이블된 그룹에서의 이웃한 채널들사이의 비말 분사는 여전히 역상상태에 있을 것이다. 또한, 이 파형은, 그렇지 않으면 비분사 채널들이 우연히 분사되도록 만들었을 “분할-월” 프린트헤드에서의 채널들사이의 압력 크로스토크(pressure crosstalk)를 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
이 명세서(이 용어는 청구항들을 포함한다)에 개시되며, 도면들에서 보여진 각 특징은 다른 개시된 및/또는 예시된 특징들과 무관하게 본 발명에 통합될 수 있다.
이것과 함께 출원된 초록의 원문은 명세서의 일부로서 반복된다.
하나이상의 독립적으로 작동할 수 있는 잉크 분사 챔버들로 이루어진 비말 분사 장치에서, 전기적신호들이 챔버들사이의 비말 유체의 온도에서의 변화를 감소시키기 위해 적용되며, 비말 분사 입력 데이터에서의 변이에 따라서 적용된다.챔버내의 비말 유체의 온도에 영향을 주기에 적합한, 짧은 전위 차의 펄스들은 더 긴 지속시간 전압들을 잉크 챔버 작동수단에 적용함으로써, 발생될 수 있다.

Claims (22)

  1. 비말 유체로 채워지는 제 1 및 제 2 챔버를 포함하며, 각 챔버는 챔버로부터 비말을 분사하기 위한 노즐과 소통하고 상기 챔버들의 용적을 변화시키도록 전기신호에 의해 작동되어 비말분사 입력신호에 따라 상기 챔버들로부터 선택적으로 비말 분사를 실시하는 작동기 수단을 가지는 비말증착장치의 작동방법에 있어서; 제 1 챔버로부터의 비말분사를 실시하지만 제 2 챔버로부터의 비말분사는 실시하지 않도록 상기 작동기 수단을 작동하는 단계 및 제 2 챔버의 유체를 선택적으로 전기적으로 가열하여 제 2 챔버의 유체와 제 1 챔버의 유체 사이의 온도차를 감소시키는 단계를 포함하는 비말증착장치의 작동방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 챔버로부터의 비말 분사는 그의 작동기 수단에 제 1 전기 신호를 인가함으로써 이루어지고, 상기 제 2 챔버내 유체의 상기 선택적이며 전기적인 가열은 그의 작동기 수단에 제 2 전기 신호를 인가함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  3. 비말 유체로 채워져 있고 이로부터 비말을 분사시키기 위한 노즐과 연결되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 용량을 변화시키기 위하여 전기 신호에 의해 활성화되는 작동기 수단을 포함하며, 비말 분사에 충분한 용량의 변화가 비말 분사 입력 데이터에 따라 이루어지는 비말 분사 장치의 작동 방법으로서,
    상기 챔버 내 유체의 온도가 비말 분사 입력 데이터의 변화에 실질적으로 무관하게 유지되도록 하기 위하여 상기 전기 신호를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 연속적인 비말 분사 주기와 비말 분사 입력 데이터에 따라, 비말을 분사시키는 제 1 전기 신호 또는 비말을 분사시키지 않는 제 2 전기 신호를 공급하는 단계에서, 상기 제 1 전기 신호의 인가에 의해 야기되는 상기 챔버내의 비말 유체의 온도 변화는 상기 제 2 전기 신호의 인가에 의해 야기되는 온도 변화와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 전기 신호는 비말을 분사시키는 데 필요한 것 이하의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 비말을 분사시키는 데 필요한 것 이하의 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 비말을 분사시키는 데 필요한 주파수에 못미치는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 작동기 수단은 압전기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 히스테리시스 손실을 발생시키고, 상기 히스테리시스 손실은 상기 제 1 신호에 의해 상기 압전기 물질에 발생되는 히스테리시스 손실의 50％ 보다 큰 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 챔버 또는 챔버들은 베이스에 형성된 채널들의 어레이의 일부이며, 벽들은 상기 채널들 사이에 한정되고, 각 벽은 전기 신호들에 의해 상기 벽들을 상기 채널에 대하여 휘도록 작동되어 상기 채널의 용적을 변화시키는 압전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비말증착장치의 작동방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 비말 분사 입력 데이터가 비말 분사를 지정하는 상기 제 1 신호를 인에이블된 그룹의 챔버에 인가하는 단게와, 비말 분사 입력 데이터가 비말 분사를 지정하지 않는 상기 제 2 신호를 인에이블된 그룹의 챔버들에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 3 신호가 인에이블되지 않은 어레이의 챔버들에 인가되는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 3 전기 신호의 인가에 의해 야기되는 챔버 내 비말 유체의 온도 변화는 상기 제 1 또는 제 2 전기 신호에 의해 인가되는 온도 변화와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  14. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 다수의 제 1 또는 제 2 신호가 비말 분사주기동안 인가되는 것을 특징으로 하는 비말증착장치의 작동방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 인가되는 상기 제 1 신호의 수와 제 2 신호의 수의 합은 연속적인 비말 분사 주기 동안 일정한 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  16. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 전기 신호는 온도를 나타내는 다른 신호에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  17. 비말 유체로 채워져 있고 이로부터 비말을 분사시키기 위한 노즐과 연결되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 용량을 변화시키기 위하여 전기 신호에 의해 활성화되는 작동기 수단을 포함하며, 비말 분사에 충분한 용량의 변화가 비말 분사 입력 데이터에 따라 이루어지는 비말 분사 장치의 작동 방법으로서,
    상기 노즐로부터의 비말 분사가 이루어지지 않으면서 상기 작동기 수단을 활성화시키기 위하여, 온도를 나타내는 다른 신호에 따라 제어되는, 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 다른 신호는 장치의 온도를 나타내고, 상기 전기 신호는 장치의 온도를 일정한 값으로 유지시키기 위하여 인가되는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 작동기 수단은 제 1 및 제 2 전극을 구비하고 노즐을 통해 챔버로부터 비말을 분사시키기 위하여 제 1 및 제 2 전극을 가로질러 인가되는 전위차에 의해 활성가능하며; 상기 제 2 챔버 내의 유체는 제 1 지속시간 동안 제 1 비제로 전압신호를 상기 제 1 전극에 인가하고 제 2 지속시간 동안 제 2 비제로 전압신호를 상기 제 2 전극에 인가함으로써 선택적으로 전기적으로 가열되고, 상기 제 1 및 제 2 전압신호는 상기 제 1 및 제 2 지속시간 중 적어도 어느 한 시간보다 짧은 시간 길이 동안 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 비말증착장치의 작동방법.
  20. 비말 유체로 채워지는 챔버와, 비말분사를 위해 채널과 소통하는 노즐 및 제 1 및 제 2 전극을 가지며 제 1 및 제 2 전극들 사이의 전위차에 의해 상기 챔버의 용적을 변화시키도록 구동되어 노즐을 통한 챔버로부터의 비말분사를 실시하는 비말증착장치의 작동방법에 있어서; 제 1 지속시간 동안 제 1 비제로 전압신호를 상기 제 1 전극에 인가하는 단계와, 제 2 지속시간 동안 제 2 비제로 전압신호를 상기 제 2 전극에 인가하는 단계를 포함하며, 제 1 및 제 2 전압신호는 상기 제 1 및 제 2 시간 중 적어도 어느 한 시간보다 짧은 시간 길이 동안 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 비말증착장치의 작동방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 동일 극성을 갖는 상기 제 1 및 제 2 전압 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 서로에 대해 알맞게 딜레이 되며 동일한 지속시간을 갖는 상기 제 1 및 제 2 전압 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비말 분사 장치의 작동 방법.
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