KR100788991B1 - 개선된 구동 파형에 따라 구동하는 프린트 헤드를 구비하는화상 재생 및 형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 노즐로부터 액체 방울을 분사하여 매체에 화상을 형성하는 분사 헤드와, 방울을 분사하기 위한 분사 펄스와 방울을 분사하지 아니하도록 에너지를 생성하는 비분사 펄스를 포함하는 구동 신호를 발생시키는 구동 신호 발생 유닛 및, 분사 헤드의 자연 주파수와 다른 구동 주파수에서 분사 헤드를 구동시키기 위하여 인쇄 구간에서 인쇄 헤드에 분사 펄스를 전달하고 비 인쇄 구간에서 인쇄 헤드에 비 분사 펄스를 전달하는 구동 유닛을 포함하는 화상 재생 및 형성장치가 제공된다.

화상, 액체, 분사 헤드, 펄스, 진동, 주파수

Description

개선된 구동 파형에 따라 구동하는 프린트 헤드를 구비하는 화상 재생 및 형성장치 {IMAGE REPRODUCING/FORMING APPARATUS WITH PRINT HEAD OPERATED UNDER IMPROVED DRIVING WAVEFORM}

본 발명은 일반적으로 화상 재생 및 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진효과 감소에 따라 구동되는 분사 헤드를 이용한 화상 재생 및 형성장치에 관한 것이다.

프린터, 팩스기, 복사기 또는 플로터 등과 같은 몇몇 타입의 화상 재생 및 형성장치는 매체에 하드카피 화상을 재생하는 잉크젯 인쇄장비를 이용한다. 잉크젯 인쇄장비는 일반적으로 잉크방울을 분사하기 위한 노즐 세트를 구비하는 잉크젯 헤드를 포함한다. 잉크젯 헤드 내에는 잉크 챔버(이는 압력 챔버 또는 잉크 유동채널이라고 불리기도 한다)가 각 노즐구와 연결되도록 정렬되고, 액추에이터 또는 다른 적절한 압력 발생수단에 의하여 잉크 챔버 내의 잉크에 압력이 인가되었을 때 잉크방울이 노즐구로부터 분사된다.

몇 가지의 잉크젯 헤드가 알려져 있다. 소위 압전 타입이라는 잉크젯 헤드는 압력 발생수단으로 압전 소자를 이용하는데, 이는 잉크 챔버의 크기를 바꿔 잉크방울을 분사시키기 위하여 잉크 유동채널의 벽을 변형한다. 열방식 잉크젯 헤드는 압력 하에 잉크방울을 분사하기 위하여 잉크를 가열하고 잉크 챔버 내에 거품을 형성하는 가열 레지스터를 사용한다. 정전 방식의 잉크젯 헤드는 잉크 유동채널을 형성하는 진동판 및 상기 진동판 맞은 편의 전극을 사용한다. 전극과 진동판 사이에서 정전력이 발생되는데, 이와 같은 정전력은 진동판을 변형시키고 잉크 유동채널의 크기를 변경시켜, 잉크방울을 분사시킨다.

진동판을 사용하는 잉크젯 헤드들은 몇 가지 타입으로 더 분류된다. 한 타입은 잉크방울들을 방출하기 위하여 진동판을 잉크 챔버에 밀어 넣어 챔버의 크기를 감소시킨다. 다른 타입은 진동판을 외측으로 당겨 잉크 챔버의 크기를 팽창시킨 후, 진동판을 원래 위치로 복귀시켜 잉크방울들을 분사시킨다. 또 다른 타입은 밀어서 분사시키는 방법과 당겨서 분사시키는 방법의 조합에 의해 잉크젯 헤드를 구동시킨다.

일반적으로, 잉크젯 인쇄 유닛은 각 색상을 위한 몇십 개 또는 그 이상의 노즐들을 구비하고, 잉크방울들을 분사하도록 구동될 노즐들을 화소 데이터에 따라 선택하여 매체에 이미지를 형성한다. 몇 개의 노즐들이 (압력 발생수단 활성화에 의하여) 구동될 때, 작은 잉크방울 분사를 위한 압력에 따른 반응력이 잉크젯 헤드에 작용한다. 이와 같은 이유로 인하여, 헤드는 화소 데이터에 따라 잉크 분사압력이 적용되면 진동하고, 헤드의 자연 주파수(고유 주파수)에서 공진이 발생한다.

만약 헤드가 공진 주파수 부근의 주파수에서 구동되면, 분사된 작은 방울들은 곡선을 그리면서 공기 중에서 비행하거나, 작은 방울의 크기가 변경되거나, 종속된 조각들이 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 정확한 형상은 재생되지 아니할 것이다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여, JPA 9-29962호는 공진에 따른 상호 간섭을 감소시키기 위하여 액추에이터(전자기계학적 변환기)의 유효 거리를 변경시킴으로써 재생된 화상에 악영향을 제거하는 기술을 개시한다.

그러나, 상이한 규격의 액추에이터를 제조하기 위한 기계공정은 비효과적이며, 헤드 구조가 복잡하게 된다.

그러므로, 형상 재생 및 형성장치를 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 단순한 구조로 공진의 악영향을 감소시킬 수 있고 개선된 인쇄 품질의 형상을 출력하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 헤드 구동 유닛은 분사 헤드의 자연 주파수와 다른 구동 주파수에서 장치의 분사 헤드를 구동시킨다.

발명의 한 모양으로, 형상 재생 및 형성장치는 매체에 형상을 형성하기 위하여 노즐로부터 작은 액체방울을 분사하도록 구성되는 분사 헤드와, 분사 헤드의 자연 주파수와 다른 구동 주파수에서 분사 헤드를 동작시키는 파형을 갖는 구동 신호를 발생하도록 구성되는 구동 신호 발생 유닛 및, 구동 신호 발생 유닛으로부터 제공되는 구동 신호를 근거로 하여 분사 헤드를 구동하도록 구성되는 구동 유닛을 포함한다.

바람직하게는, 구동 신호 발생 유닛은 작은 물방울을 분사하지 아니하도록 에너지를 생성하는 비분사 파동을 포함하는 구동 신호를 생성하고, 구동 유닛은 분사 헤드의 자연 주파수와 다른 구동 주파수에서 분사 헤드를 구동하기 위하여 비분사 영역에서 분사 헤드에 비분사 파동을 적용한다.

비분사 파동은 구동 신호 내에서 작은 물방울을 분사하도록 분사 파동의 일부를 이용하여 생성될 수 있다.

비분사 파동은 노즐 메니스커스(maniscus)를 끌어당기는 파동일 수 있다. 이와 같은 경우, 노즐 메니스커스를 끌어당기기 위한 전압 변화 비율은 노즐 메니스커스를 복구하기 위한 전압 변화 비율보다 큰 것이 바람직하다.

대tls, 비분사 파동은 노즐 메니스커스를 밀어내는 파동일 수 있다. 이와 같은 경우, 비분사 파동의 폭은 분사 헤드의 액체 챔버 내에서 압력 유발 공진의 주기보다 작은 것이 바람직하다.

구동 신호는 노즐 메니스커스를 밀어내는 제1 파형과, 노즐 메니스커스를 끌어당기기 위하여 제1 파형을 따르는 제2 파형을 포함할 수 있고, 제1 파형의 파동 폭은 분사 헤드 액체 챔버의 공진주파수보다 작게 형성된다.

본 발명의 다른 목적, 형상 및 이점은 이하 상세한 설명으로부터 첨부된 도면과 함께 파악할 때 보다 명확해진다.

도 1은 본 발명이 적용된 잉크젯 프린터의 주요 부분의 사시도이다.

도 2는 잉크젯 프린터의 단면도이다.

도 3은 잉크 챔버의 세로축을 따라 절단된 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크젯 헤드의 단면도이다.

도 4는 잉크 챔버의 폭방향으로 절단된 잉크젯 헤드의 단면도이다.

도 5는 잉크젯 프린터 제어부의 블록도이다.

도 6은 헤드 구동 제어 메카니즘의 블록도이다.

도 7은 상이한 크기의 잉크방울을 분사하기 위한 헤드 구동 파동들의 일반적 파형을 도시한다.

도 8은 헤드의 공진 주파수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생성되는 헤드 구동 신호 파형의 제1 예이다.

도 10은 헤드 구동 신호 파형의 제2 예이다.

도 11은 헤드 구동 신호 파형의 제3 예이다.

도 12는 헤드 구동 신호 파형의 제4 예이다.

도 13은 헤드 구동 신호 파형의 제5 예이다.

도 14는 헤드 구동 신호 파형의 제6 예이다.

도 15는 실제 실시예에 사용되는 헤드의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 16은 인쇄실행 평가에 사용되는 형상 패턴을 도시한다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 이하 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도 1 및 도 2는 본 발명이 적용된 형상 재생 및 형성장치 실시예인 잉크젯 프린터를 도시한다. 도 1은 잉크젯 프린터의 주요부분 단면도이고, 도 2는 잉크젯 프린터의 단면도이다.

잉크젯 프린터에 있어서, 인쇄부(2)는 메인 프레임(1) 내에 수용된다. 인쇄부(2)는 고속 주행 방향으로 이동 가능한 캐리지(13)와, 캐리지(13)에 장착되는 분사 헤드(프린트 헤드 기능을 함)(14)와, 잉크젯 헤드(14)로 잉크를 공급하기 위한 잉크 카트리지(15)를 포함한다. 용지는 용지 카세트(4) 또는 수동 공급 트레이(5)로부터 프린터로 공급되고, 규정된 형상은 인쇄부(2)에 의해 용지에 재생(또는 인쇄)된다. 그리고 나서, 인쇄된 용지는 거취 트레이(6)로 배출된다.

인쇄부(2)에서, 캐리지(13)는 고속 주행 방향(도 2의 종이와 직각인 방향)으로 슬라이딩 가능한 구조로서 주 가이드 로드(11)와 보조 가이드 로드(12)에 의해 고정된다. 잉크젯 헤드(14)는 아래쪽을 향하는 잉크젯의 표면으로 캐리지(13)에 결합된다. 잉크젯 헤드(14)는 노랑(Y), 청록(C), 빨강(M), 검정(B) 각 색상의 잉크방울을 분사한다. 상기 캐리지(13)는 교체 가능한 방식으로 잉크의 각 색상들을 공급하기 위한 잉크 카트리지들이 제공된다.

잉크 카트리지(15)는 공중을 향하는 개구부를 상면에 구비하고, 잉크젯 헤드(14)로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 포트들을 저면에 구비한다. 잉크 카트리지(15)의 내측은 잉크로 채워진 다공성 물질이고, 잉크는 다공성 물질의 모세관 현상 힘에 의해 잉크젯 헤드(14)로 공급되기 위하여 약간의 진공압을 유지한다.

캐리지(13)는 주 가이드 로드(11)에 의해 슬라이딩 방식으로 후단(용지 경로의 뒤쪽에 위치하는)에 고정되고, 보조 가이드 로드(12)에 의하여 슬라이딩 방식으로 선단(용지 경로의 앞쪽에 위치함)에 고정된다. 고속 주행 방향으로 캐리지(13)를 이동시키기 위하여, 타이밍 벨트(20)는 고속 주행 모터(17)와 하위 풀리(19)에 의해 회전되는 구동 풀리(18) 주변에 장착된다. 타이밍 벨트(20)는 캐리지(13)에 고정되고, 캐리지(13)는 고속 주행 모터(17)의 정방향 및 역방향 회전에 의해 후방 및 전방으로 이동된다.

복합의 잉크젯 헤드(14)들은 각 색상에 대응하도록 제공될 수 있고, 또는 그 대신, 각 색상의 잉크방울 분사를 위하여 노즐들을 구비하는 단일 잉크젯 헤드(14)가 사용될 수 있다. 상기 두 가지 경우 모두, 잉크젯 헤드(14)는 압전 방식이고, 잉크 유로 채널 벽의 적어도 일부로 정의되는 진동판과 상기 진동판 변형을 위한 압전기의 요소를 구비한다.

한장의 용지는 공급 롤러(21)와 마찰 패드(22)에 의해 용지 카세트(4)로부터 인출된다. 용지(3)는 가이드부(23)에 의해 가이드되고, 용지 방향은 공급 롤러(24)에 의해 뒤집어진다. 롤러(25)는 공급 롤러(24)의 회전면을 향해 가압된다. 말단 롤러(26)는 공급 롤러(24)로부터 잉크젯 헤드(14)의 아래로 용지(3)의 이송 각도를 조정한다. 공급 롤러(24)는 기어들의 한 세트를 통해 저속 주행 모터(27)에 의하여 회전된다.

용지 거취 가이드(29)는 고속 주행 방향에서 연장되는 캐리지(13)의 이송구간과 대응되는 잉크젯 헤드(14)의 아래에 위치된다. 용지 거취 가이드(29)는 잉크젯 헤드(14)에 의해 인쇄가 이루어지는 동안 공급 롤러(24)에서 공급되는 용지를 수용하여 고정시키고, 인쇄가 완료된 이후 용지 경로의 말단을 향하여 인쇄된 용지(3)를 가이드 한다. 형상이 새겨진 용지(3)는 용지 경로를 따라 더 멀리 공급되고, 롤러(31)와 스퍼(32), 가이드 부재(35, 36)와, 롤러(33)와 스퍼(34)에 의해 거취 트레이(6)로 배출된다.

인쇄 작업 동안, 분사 헤드(14)는 캐리지(13)와 함께 고속 주행 방향으로 움직일 때 화소 신호들에 따라 정지된 용지(3)에 잉크 방울을 분사하도록 구동된다. 화상의 한 라인이 인쇄될 때, 용지는 사전에 설정된 양만큼 저속 주행 방향으로 공급되고, 화상의 다음 라인이 인쇄된다. 인쇄 종료 신호 또는 인쇄 구역에 용지(3)의 말단부가 도달하였음을 감지하는 신호에 응답하여, 인쇄 작업은 종료되고, 용지(3)는 배출된다.

잉크젯 헤드(14)에서의 잉크 분사 조건 결함을 수정하기 위한 정비 유닛(37)은 도 1에 도시된 바와 같이 인쇄 구역으로부터 오프셋되도록 캐리지 이송 구간 바깥쪽에 위치된다. 도면에는 도시되지 아니하였지만, 정비 유닛(37)은 캡, 흡입 장치, 클리닝 장치를 포함한다. 대기 상태에서, 캐리지(13)는 정비 유닛(37)을 향하여 이동하고, 잉크젯 헤드(14)는 그 곳에서 캡으로 씌워져 노즐에서의 잉크 증발을 방지하고 노즐 구멍들(분사 포트들)을 촉촉한 상태로 유지한다. 인쇄 작업들 중간에 인쇄에 불필요한 과도한 양의 잉크 정화에 의하여, 잉크 점성은 모든 노즐 팁에서 일정하게 유지된다.

잉크 분사 조건에 있어서 어느 하나가 잘못되면, 잉크젯 헤드(14)의 노즐들은 빈틈없이 막혀지고, 거품들과 잉크는 분사 포트에서 흡입 장치에 의하여 튜브를 통해 흡입된다. 먼지와 분사 포트들을 향해 유착되는 잉크들 또한 클리닝 장치에 의하여 제거되어 분사 포트들은 양호한 분사 조건으로 복귀된다. 흡입된 잉크는 메인 프레임(1) 아래에 위치하는 배출 탱크(미도시)로 배출되고, 탱크 내부의 잉크 흡수체에 흡수된다.

도 3 및 도 4는 잉크젯 헤드(14)의 한 예를 도시한다. 도 3은 잉크 챔버의 세로축을 따라 절단된 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크젯 헤드의 단면도이고, 도 4는 잉크 챔버의 폭방향으로 절단된 잉크젯 헤드의 단면도이다.

잉크젯 헤드(14)는 단일 결정체 실리콘 재질로 규정된 채널형상으로 제작되는 채널판(41)과, 상기 채널판(41)의 바닥에 결합되는 진동판(42)과, 상기 채널판(41)의 상단에 결합되는 노즐 플레이트(43)을 구비한다. 채널판(41)과, 진동판(42) 및 노즐판(43)은, 노즐 개구부(45)와, 노즐 구멍(45a)과, 상기 노즐 구멍(45a)을 거쳐 노즐 개구부와 연결되는 압력 챔버(46) 및 잉크 공급 채널(47)을 형성한다. 잉크 공급 채널(47)은 유체 저항체 역할을 하고 잉크 공급 포트(49)를 거쳐 압력 챔버(46)로 잉크를 공급하기 위한 공유 잉크 챔버(48)에 연결된다.

박판 압전소자는 기초 보드(53)에 지지되고, 각각의 압전소자(52)가 하나의 압력 챔버(46)에 대응하는 방식과 같이 진동판(42)의 외측면(잉크 챔버와 마주보는 면)에 결합된다(도 4 참조). 압전소자(52)는 전자기구학적 변환기이고, 압력 챔버(46) 내에서 잉크에 압력을 제공하기 위한 압력 발생기(또는 액추에이터)의 역할을 한다. 지지부(54)는 인접한 두 개의 압전소자(52) 사이 사이에 각각 위치된다. 지지부(54)들은 인접한 두 개의 압력 챔버(46) 사이 사이에 각각 위치되는 분할벽들(41a)과 대응하도록 위치된다. 도 4에 도시된 예에서, 압전 수단은 절반 절단기를 이용한 다수의 슬릿들 형성을 통해 규격화된다. 압전소자들(52)과 지지부(54)는 사이에 슬릿을 갖도록 교호로 배열된다. 지지부(54)와 압전소자(52)의 구조 및 재료는 동일하다. 그러나, 지지부(54)에 구동 펄스가 인가되지 아니하는 동안, 지지부(54)는 단순히 지지수단의 역할을 하게 된다.

진동판(42)의 외측면은 간격 이격수단들을 포함하는 프레임에 접착제(50)로 접착된다. 공통 잉크 챔버(48)가 되는 오목부와 외부에서 공통 잉크 챔버(48)로 잉크를 공급하기 위한 외부 잉크 공급 포트(미도시)는, 프레임(44) 내에 형성된다. 프레임(44)은 에폭시 합성수지나 폴리페닐렌 황화물을 이용하는 분사 몰딩에 의해 형성된다.

노즐 구멍(45a)을 구비하는 채널판(41)과 압력챔버(46) 및 잉크 공급 채널(47)은, 칼륨 수화물 용액과 같은 알칼리성의 부식액을 이용하여 단일 결정체 실리콘 웨이퍼에 이방성 에칭을 하는 공정을 통하여 제조된다. 물론, 스테인리스 보드들이나 감광 수지들이 단일 결정체 실리콘 웨이퍼 대신 채널판으로 사용될 수 있다.

진동판(42)은 니켈로 만들어지고, 예를 들어 전기 주조에 의해 제작된다. 물론, 다른 적절한 금속판이나, 플라스틱판이나, 금속과 플라스틱의 조합물이 사용될 수도 있다. 진동판(42)은 채널판(41)에 접착되는 평면과, 압전 장치와 프레임(44)에 접착되는 반대편의 요철면을 구비한다. 진동판(42)의 요철면은 변형이 용이하도록 압력 챔버(46)에 대응하게 위치되는 격판형 박판부들(55)과, 압전소자들(52)과 대응하게 위치되는 고립형 후판부들(56)을 포함한다. 고립형 후판부들(56)은 접착제(50)에 의해 각각의 압전소자(52)들에 접착된다. 진동판(42)의 요철면 또한 접착제(50)로 지지부들(54)과 프레임(44)에 접착되는 박판부(57)를 포함한다. 예를 들어, 진동판(42)은 전기 주조에 의해 제작되는 두 겹의 니켈판이 된다. 이와 같은 경우, 격판형 박판부들(55)의 두께와 너비는 각각 3㎛와 35㎛가 된다.

노즐판(43)은, 압력 챔버들(46)과 대응되는 위치에 10 내지 35㎛의 직경을 갖는 노즐 개구부들(45)을 구비한다. 노즐판(43)은 접착제로 채널판(41)에 접착되고, 상기 노즐 개구부들(45)은 채널판(41) 내에 형성된 노즐 구멍들(45a)과 연결된다. 노즐판(43)은 니켈이나 스테인리스와 같은 금속, 금속과 합성수지 화합물(예를 들어 폴리아미드 합성수지 필름), 실리콘 또는, 상기 물질들의 혼합물로 제작된다. 이와 같은 예에서, 노즐판(43)은 전기 주조에 의해 형성되는 니켈판으로 적용된다. 노즐 개구부(45)는 뿔(또는 원통 또는 꼭대기가 잘려진 원추)과 같은 형상으로 형성되고, 잉크 분사측의 노즐 개구부(45) 내측 지름은 약 20 내지 35㎛이며, 각 라인의 노즐 피치는 150 디피아이(dpi:dots per inch)이다.

도면에는 도시되지 아니하였지만, 노즐판(43)의 노즐면(또는 분사면)은 발수 코팅(water-shedding coat)으로 덮여있다. 발수 코팅 형성 방법들과 재료는, 잉크방울들의 이상적인 모양 즉, 공중 비행에 안정적인 모양과 높은 화상 품질을 얻기 위하여 잉크의 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, PTFE-Ni 공융 설계, 플루오르화폴리머 전기침전 코팅, 증발성 플루오르화폴리머(예를 들어 플루오르화카본 피치)를 이용한 증기 침전, 플루오르화폴리머 용제 코팅 후 굽는 과정, 및 이외의 적절한 방법들이 적용될 수 있다.

압전소자(52)는 박막화된 압전층들(61)과 내부 전극층들(62)을 선택적으로 포함한다. 압전층(61)은 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 티탄산지루콘산납(PZT:Lead Zirconium Titanate)으로 제작되고, 내부 전극층(62)은 수 마이크론의 두께를 갖는 은과 팔라듐의 합금으로 제작된다. 내부 전극층(62)은 도 3에 도시된 바와 같이, 얽혀 짜맞추어지고 각 전극들(63)과 공용 전극(64)에 교번으로 전기적 연결이 된다. 각 전극들(63)과 공용 전극(64)은 외부 전극들과 같이 압전 장치의 개구부 말단과 표면에 마련된다. 압전 소자(52)는 d33의 압전 상수를 가지며, 압전 소자(52)의 팽창과 수축은 압력 챔버(46)의 팽창과 수축을 유발한다. 압전 소자(52)에 전기 충전을 위하여 구동신호가 인가되면, 상기 압전 소자(52)는 팽창한다. 압전 소자(52) 내에 축적된 전기 전하들이 방전되면, 상기 압전 소자(52)는 수축한다.

압전 장치의 일단면에 마련되는 외부 전극은 절반 절단공정에 의해 각 복수 개의 전극들(63)로 나뉘어진다. 이외의 외부 전극은 모든 압전 소자들(52)에 공용으로 사용되는 공용 전극(64)이다. 공용 전극(64)은 절단 가공에 기인한 제한 때문에 나뉘어지지 아니한다.

FPC 케이블(65)은 용접, 이방성 전도필름(ACF:Anisotropic Conductive Film) 본딩, 또는 와이어 본딩에 의해 각 전극(63)에 결합되고, 압전 소자(52)로 구동 신호를 공급한다. FPC 케이블(65)의 반대편 말단은 압전 소자들(52) 각각에 구동 펄스를 선택적으로 제공하는 구동 회로(구동 IC)에 연결된다. 한편, 공용 전극(64)은 추출 전극을 통해 FPC 케이블(65)의 그라운드(GND) 전극에 전기적으로 연결된다.

분사 헤드(14)에서, 구동 펄스(10 내지 50V)는 인쇄 신호에 응답하여 압전 소자(52)에 적용되고 압전소자(52)는 층을 이루는(또는 얇은 박판을 이루는) 방향으로 변형된다. 이러한 변형은 진동판(42)을 통해 압력 챔버 내의 잉크에 압력을 인가하고, 그 결과, 잉크 방울은 노즐 개구부(45)로부터 분사된다.

잉크 방울이 분사되면 압력 챔버(46) 내의 압력은 감소되고, 잉크 유동의 관성과 구동 펄스의 전기적 방전으로 인하여 압력 챔버(46) 내에는 진공압이 형성된다. 따라서, 추가 잉크가 압력 챔버(46) 내부로 인입된다. 보다 정확하게는, 잉크 탱크(미도시)로부터 공급되는 잉크는 공용 잉크 챔버(48) 내로 유입되고, 잉크 공급 포트(49)와 잉크 공급 채널(유동 저항체)(47)을 통해 압력 챔버(46) 내로 유입된다.

도 5 및 도 6은 잉크젯 프린터의 제어부를 도시한다. 도 5는 제어부의 전체 구조를 도시하는 블록도이고, 도 6은 헤드 구동 제어 메카니즘의 블록도이다.

제어부는 프린터 컨트롤러(70)와, 고속 주행 모터(17)와 저속 주행 모터(27)의 구동을 위한 모터 드라이버(81)와, 프린터 헤드(잉크젯 헤드)(14)의 구동을 위한 헤드 드라이버(82)를 포함한다. 헤드 드라이버(82)는 헤드 구동 회로 또는 구동 IC로 이루어진다.

프린터 컨트롤러(70)는 케이블이나 네트워크를 통해 호스트 컴퓨터로부터 프린트 데이터를 전송받는 인터페이스(I/F)(72)를 포함하고, (CPU와 같은)마스터 컨트롤러(73), 다양한 종류의 데이터를 일시적으로 보존하는 램(74)과, 데이터 처리를 위한 루틴들을 저장하는 롬(75)과, 발진 회로(76)와, 잉크젯 헤드(14)로 제공되 는 구동 파형을 발생하도록 구성되는 구동신호 발생회로(또는 구동 파형을 발생기)(77)를 포함한다. 또한 프린터 컨트롤러(70)는 도트 패턴의 데이터(비트맵 데이터)로 변환된 프린트 데이터를 전송하기 위한 인터페이스(I/F)(78)와, 모터 드라이버(81)에 모터 구동 데이터를 전송하기 위한 인터페이스(I/F)를 포함한다.

램(74)은 버퍼들과 작업 메모리로 사용된다. 롬(75)은 마스터 컨트롤러(73)에 의하여 실행되는 제어 루틴들과, 폰트 데이터와, 그래픽 기능들과, 다양한 절차들을 저장한다.

마스터 컨트롤러(73)는 인터페이스(I/F)(72) 내의 수신 버퍼로부터 프린트 데이터를 읽고, 프린트 데이터를 중간 코드들로 변환시키고, 램(74) 내에 규정된 구역에서 한정되는 중간 버퍼 내의 중간 코드 데이터를 올린다. 그리고, 마스터 컨트롤러(73)는 중간 코드 데이터를 읽고 중간 코드 데이터를 롬(75)에 저장된 폰트 데이터를 사용하는 도트 패턴의 데이터로 변환한다. 도트 패턴의 데이터는 램(74) 내의 다른 구역에 올려진다. 잉크젯 프린터가 프린터 데이터를 비트맵 데이터로 변환하는 호스트로부터 비트맵 데이터를 전송받으면, 프린터 컨트롤러(70)는 수신된 비트맵 데이터를 램(74)에 올린다.

잉크젯 헤드(14)를 위한 한 줄의 도트 패턴 데이터가 얻어지게 되면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 마스터 콘트롤러(73)는 발진회로로(76)부터 공급되는 클럭 신호(CLK)와 동시에 발생하는 시리얼 데이터(SD)와 같은 도트 패턴의 데이터를 인터페이스(78)를 통해 헤드 드라이버(82)로 출력한다. 추가로, 마스터 콘트롤러(73)는 래치 신호(LAT)를 규정된 시점에 헤드 드라이버(82)로 출력한다.

구동 신호 발생 회로(77)는, 도 7에 도시된 구동 신호의 펄스 패턴 데이터 Pv를 저장하는 (롬(75)에 의해 구성될 수 있는)롬을 포함한다. 구동 신호 발생 회로(77)는 도 6에 도시된 바와 같이, 롬에서 읽혀진 구동 파형 데이터를 디지털에서 아날로그로 변환시키는 D/A 변환기를 구비하는 파형 발생기(91)와, 증폭기(92)를 포함한다.

헤드 드라이버(82)는 시프트 레지스터(shift register)(95)와, 래치 회로(96)와, 레벨 시프터(97) 및, 아날로그 스위치 어레이(98)를 포함한다. 시프트 레지스터(95)는 마스터 컨트롤러(73)로부터 클럭 신호(CLK)와 시리얼 데이터 SD (프린트 데이터에서 변환된)를 전달받는다. 래치 회로(96)는 마스터 컨트롤러(73)로부터 공급된 래치 신호(LAT)에 시프트 레지스터(95)의 레지스터 값을 유지시킨다. 레벨 시프터(97)는 래치 회로(96)의 출력 값을 레벨 시프트한다. 아날로그 스위치 어레이(98)는 레벨 시프터(97)에 의해 온/오프 되도록 제어된다.

스위치 어레이(98)는 AS1 부터 ASn 까지의 스위치 어레이를 포함하고, 구동 신호 발생 회로(77)로부터 구동 신호 Pv가 입력된다. AS1내지 ASn의 각 스위치들은 분사 헤드(14)의 각 노즐들에 대응되는 압전 소자(52) 하나에 연결된다.

연속적으로 시프트 레지스터(95)로 전송되는 도트 패턴의 프린트 데이터 SD는 래치 회로(96)에 의해 유지된다. 유지되는 프린트 데이터의 전압은, 레벨 시프터(97)에 의해 스위치 어레이(98)의 스위치들을 구동하기에 충분하도록 사전에 설정된 레벨(예를 들면 수십 볼트)로 승압된다. 레벨 시프트된 프린트 데이터들은 스위치 어레이(98)로 입력된다.

구동 신호 Pv는 구동 신호 발생 회로(77)에서 스위치 어레이(98)의 입력 스테이지로 적용된다. 스위치 어레이(98)의 출력 스테이지는 액추에이터 또는 압력 발생수단 역할을 하는 압전 소자들(52)에 결합된다. 스위치 어레이(98)로 입력되는 프린터 데이터가 "1"이면, 사전에 설정된 파형을 갖는 구동신호 Pv는 대응하는 압전 소자(52)에 적용되어 이러한 압전 소자(52)를 형성한다. 스위치 어레이(98)로 입력되는 프린트 데이터가 "0"이면, 압전 소자(52)로는 어떠한 구동 신호도 적용되지 아니한다.

레벨 시프터(97)와 스위치 어레이(98)가 아날로그 회로인 반면, 시프트 레지스터(95)와 래치 회로(96)는 디지털 논리 회로이다.

도 7A 내지 도 7E는 대형, 중형 및 소형 잉크방울들을 분사하기 위하여 가변형 잉크젯 프린터에 의해 발생되는 구동 펄스들의 구동 파형들을 나타낸다.

형상을 프린트할 때, 스위칭 동작은 표 1에 도시된 제어 표를 근거로 실행되고, 입력 화소 데이터를 참고하여 도 7B 내지 도 7E에 도시된 펄스 중 이상적인 펄스를 선택한다. 대형 잉크방울을 분사하기 위하여, 스위치 어레이(98)에 적용되는 프린트 데이터(도트 패턴의 데이터)의 레벨은 표 1을 근거로 S1과 S2 구역에서 "1"로 설정되고, S3와 S4 구역에서는 "0"으로 설정된다. 이와 같은 경우, 제1 펄스 P1과 제2 펄스 P2는 도 7B에 도시된 바와 같이 압전 소자(52)에 적용된다. 중형 잉크방울을 분사하기 위하여, 오직 제1 펄스 P1 만을 압전 소자(52)에 적용하도록 표 1에 기초하여 스위칭 동작을 실행한다. 소형 잉크 방울을 분사하기 위해서는, 표 1을 근거로 하여 오직 제3 펄스 P3만이 압전 소자(52)에 적용된다.

	S1	S2	S3	S4
대형 잉크방울	1	1	0	0
중형 잉크방울	1	0	0	0
소형 잉크방울	0	0	1	0
비 분사	0	0	0	1

상기 언급된 스위치 제어 하에, 적절한 펄스는 프린트 데이터를 근거로 각 노즐에 적용되도록 도 7B 내지 도 7E에 도시된 펄스들 중에서 선택되고, 형상 인쇄를 위해 잉크 방울을 분사하기 위하여 모든 구동 구간에 대응하는 압전 소자(52)로 출력된다.

다수의 노즐들을 이용하여 고속 인쇄 작업이 가능한 잉크젯 헤드로, 잉크 방울들은 다수의 채널들로부터 동시에 분사되고, 헤드는 특히 짙은 색의 형상이 인쇄되는 경우 잉크 분사력에 대응하는 반응력에 의해 자체적으로 흔들리게 된다. 진동 주파수가 잉크젯 헤드의 자연 주파수와 일치하면, 잉크 방을들은 노즐들로부터 정확하게 분사되지 아니하고, 결함 있는 형상이 재생된다.

도 8은 모든 채널들의 액추에이터들(압전 소자들(52))이 구동될 때 얻어지는 잉크젯 헤드의 주파수 특성을 도시하는 그래프이다. 첫 번째 공진은 4.5 ㎑에서 발생되고, 두 번째 공진은 11.2 ㎑에서 발생된다.

도 7A에서, 125㎲의 구동 구간으로, 인쇄 작업은 8 ㎑ 내지 그 이하의 주파수에서 실행된다. 짙은 형상을 인쇄하기 위하여, 잉크 방울들은 다수의 채널로부터 모든 구동 주기에서 분사되고, 헤드는 8 ㎑에서 자체적으로 흔들리게 된다. 인쇄된 화상 또는 인쇄 방법에 따라, 잉크 방울들은 다수의 채널들로부터 250㎲(구동 주기 2배) 주기로 분사될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기와 같은 주파수에서 액추에이터들이 구동되기 때문에 헤드는 4 ㎑로 진동한다.

실제로, 도 8에 도시된 주파수 특성을 갖는 헤드가 화상 인쇄를 위해 4 ㎑ 또는 그 근방에서 구동되면, 구동 주파수가 헤드의 자연 주파수에 가까워지므로 헤드는 공진하고, 인쇄된 화상은 질이 떨어지게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 헤드 구동 신호는 헤드의 공진 주파수와 다른 주파수에서 헤드를 구동할 수 있도록 생성된다.

도 9는 본 발명의 선택된 실시예에 따라 생성되는 헤드 구동 신호 파형의 제1 예이다. 구동 파형은 시작부와 종료부에 각각 더미 펄스들 Pd1 및 Pd2를 포함하고, 상기 더미 펄스들은 잉크방울을 분사하지 아니하는 비 분사 펄스이다. 구동 주기에서, S1은 더미 펄스 Pd1을 생성하기 위한 구간이고, S2는 더미 펄스 Pd1에서 제1 펄스 P1 발생으로의 변환 주기이며, S3은 제1 펄스 P1 생성을 위한 구간이고, S4는 제1 펄스 P2 생성을 위한 구간이며, S5는 제3 펄스 P3 생성을 위한 구간이고, S6는 제3 펄스 P3에서 더미 펄스 Pd2로의 변환 주기이며, S7은 더미 펄스 Pd2를 위한 구간이다. 출력 파형은 표 2의 제어 표를 근거로 선택된다.

	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7
대형 방울	0	0	1	1	0	0	0
중형 방울	0	0	1	0	0	0	0
소형 방울	0	0	0	0	1	0	0
비 분사	1	0	0	0	0	0	1

이러한 구동 신호로 인하여, 도 9B 내지 도 9D에 도시된 대형, 중형 및 소형 잉크방울 펄스들은 도 7에 도시된 것과 같은 것이 된다.

그러나, 프린트 데이터가 없는 경우, 더미 펄스 Pd1에서 발생되어 발생 전압(Vb에 비한 전위차 Vd)을 유지시키고 더미 펄스 Pd2를 낮추는 구동 신호가 입력된다.

도 9에 도시된 파형을 갖는 구동신호를 사용하면, 도 8에 도시된 주파수 특성을 갖는 잉크젯 헤드(14)가 4 ㎑로 구동되더라도 도 9B 내지 도 9D에 도시된 잉크 분사 펄스들이나 도 9E에 도시된 비 분사 (더미) 펄스가 잉크젯 헤드(14)에 적용되므로, 만족한 인쇄 형상이 얻어질 수 있다. 이는 4 ㎑에서 공진 영향 없이 잉크젯 헤드(14)가 사실상 8 ㎑에서 구동되고, 프린트 데이터는 만족할만한 인쇄 품질의 인쇄 형상으로 재생됨을 의미한다.

도 9E에 도시된 비 분사 펄스가 적용되면, 잉크 방울을 분사하지 아니함이 요구된다. 따라서, Vb로부터 전압 하강 이후 균일한 전압 Vd는 잉크 방울 분사를 요구하지 아니하는 레벨로 설정되거나, 또는 그 대안으로 펄스의 하강 주변이나 상승 주변 경사면들은 하강 시간 상수와 상승 시간 상수를 적절하게 선택함으로써 완만하게 설정된다. 자연 주파수와 다른 주파수에서 잉크젯 헤드 구동의 목적 면에서 보면, 비 분사 전압 Vd를 크게 설정하는 것과 하강 주변과 상승 주변을 완만하게 설정하는 것이 효과적이다. 그러나, 경사면이 완만하게 설정되면, 더미 신호의 펄스 폭은 커지게 되고, 구동 주기는 길어진다. 이는 감소된 인쇄 비율을 초래하기 때문에, 펄스 경사면을 필요치보다 더 완만하게 설정하는 것은 바람직하지 아니하다.

상승 주변의 가파른 경사로 인하여, 잉크가 분사되지 아니하더라도 잔여 진동이 발생하게 된다. 이러한 잔여 진동은 잉크 분사 조건을 불안정하게 만든다. 따라서, 상승 경사면을 하강 경사면보다 완만하게 설정함이 바람직하다. 비 분사 펄스가 메니스커스(하강 펄스)를 당기는 펄스이면, 메니스커스 당김 구간에서의 전압 변화 비율은 메니스커스 복원 구간에서의 전압 비율보다 크게 설정된다. 이러한 조정은 비 분사 펄스의 개선된 진폭을 갖는 여진의 큰 효과를 발생할 수 있고, 공진의 역효과가 효과적으로 방지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 선택된 실시예에 따라 제작된 헤드 구동신호 파형의 제2 예이다. 이러한 구동 신호는 도 9에 도시된 제1 예의 개량이다. 더미 펄스들 Pd1과 Pd2의 극성은 도 9에 도시된 예와 비교하였을 때 초기 전압 Vb에 관하여 반대가 된다. 표 2를 근거로 한 도 10A에 도시된 구동 파형으로부터 적절하게 주기를 선택함으로써, 도 10B 내지 도 10E에 도시된 각 구동 펄스들은 입력된다.

이와 같은 구동 파형을 사용하면, 잉크젯 헤드(14)는 도 10E에 도시된 비 분사 (더미) 펄스 적용에 의하여 공진 주파수에서 구동하게 되고, 공진의 역효과 없이 만족할만한 인쇄 품질이 얻어진다.

도 10E에 도시된 비 분사 펄스는 압력 챔버(46)(도 3 참조)의 체적을 감소시키는 형상을 가지고 있음을 주의하여야 한다. 이러한 비 분사 펄스는 노즐 개구부(45)의 메니스커스를 상승시킨다. 노즐 개구부(45) 주변 부위가 잉크 연무로 오염되면, 메니스커스와 잉크 얼룩 사이의 간격은 메워지고, 나아가 노즐 표면에 오염을 조장한다.

바라지 않는 오염을 방지하기 위하여, 도 11에 도시된 형상을 갖는 헤드 구동 신호가 적용된다. 이러한 구동신호로, 비 분사 펄스는 팽창 위치에 메니스커스를 잉크가 차는 지점에 유지하지 아니하도록 발생된다.

도 11은 본 발명의 선택된 실시예에 따라 생성된 헤드 구동 신호 파형의 제3 예이다. 비 분사 펄스 Pe는 제1 펄스 P1 이전에 인입된다. 표 3을 근거로 하는 출력 파형 선택에 의해, 도 11B 내지 도 11E에 도시된 각 구동 파형들이 출력된다.

	S1	S2	S3	S4
대형 방울	0	1	1	0
중형 방울	0	1	0	0
소형 방울	0	0	0	1
비 분사	1	0	0	0

도 11E에 도시된 비 분사 펄스 Pe의 펄스 폭은 압력 챔버(46) 내의 압력 유도 공진 주기보다 짧은 것이 바람직하다. 압력 유도 공진 주기는, 계단식 압력 신호가 압전 소자(52)에 적용될 때 압력 챔버(46) 내에서 생성되는 압력 파동의 파동 주기이다.

비 분사 펄스 Pe의 펄스 폭을 압력 유도 공진의 파형보다 짧게 하는 설정에 의해, 메니스커스는 돌출되고, 도 11E에 도시된 바와 같이 비 분사 펄스 Pe 적용으로 인하여 복원된다. 따라서, 도 10에 도시된 구동 파형에 의해 발생 될 수 있는 바라지 아니하는 얼룩 또는 오염이 방지될 수 있다. 또한, 도 11E에 도시된 비 분사 펄스 Pe는 돌출된 메니스커스가 노즐 개구부(45) 근처에 부착되는 순수한 잉크 연무를 탈취하고 깨끗하게 한다는 점에 있어서 장점을 갖는다. 이러한 조정은 안정된 잉크 분사를 얻을 수 있다.

도 11에 도시된 형상을 갖는 헤드 구동 신호로, 잉크젯 헤드의 공진을 방지하는 효과는 비 분사 펄스의 감소된 폭 때문에 감소될 수 있음을 주의하여야 한다.

이점을 해결하는 헤드 구동 동작을 보다 개선하기 위하여, 도 12에 도시된 형상의 헤드 구동 신호가 적용된다.

도 12는 헤드 구동 신호 파형의 제4 예이고, 이때 비 분사 펄스 Pe1과 Pe2는 각각 S1과 S4 구역에 삽입된다. 표 4를 근거로 하는 출력 파형을 적절하게 선택함으로써, 도 12B 내지 도 12E에 도시된 각각의 구동 펄스들은 출력될 수 있다.

	S1	S2	S3	S4	S5
대형 방울	0	1	1	0	0
중형 방울	0	1	0	0	0
소형 방울	0	0	0	0	1
비 분사	1	0	0	1	0

이러한 구동 신호로, 비 분사 펄스는 도 11에 도시된 구동 신호와 비교하였을 때 더욱 빈번히 적용된다. 따라서, 잉크젯 헤드는 사실상 높은 주파수에서 구동되고, 여진 효과는 증가된다. 비록 도 12에 도시된 예에서는, 비 분사 펄스들이 두 지점에 이입되고 있지만, 구동 구역 내에 인입되는 다수의 비 분사 펄스들은 파형에 따라 증가될 수 있다. 비 분사 펄스들이 인입되는 지점들은 분사 헤드의 진동 특성에 근거하여 적절하게 결정된다.

도 13은 헤드 구동 신호 파형의 제5 예이다. 도 13에 도시된 파형은 도 9에 도시된 제1 예의 변형이고, 제2 더미 펄스 Pd2가 생략되었다. 표 5를 근거로 도 13A에 도시된 구동 신호에서 출력 파형을 적절히 선택함으로써, 도 13B 내지 도 13E에 도시된 각 구동 펄스들은 출력될 수 있다.

	S1	S2	S3	S4	S5	S6
대형 방울	0	0	1	1	0	0
중형 방울	0	0	1	0	0	0
소형 방울	0	0	0	0	1	1
비 분사	1	0	0	0	0	1

이러한 예에서, 비분사 펄스는 도 13E에 도시된 바와 같이 제3 분사 펄스의 지점을 이용하여 만들어진다. 분사 펄스의 지점을 이용함으로써, 구동 신호의 총 길이는 짧아질 수 있고, 인쇄 속도는 증가될 수 있다.

도 14는 헤드 구동 신호 파형의 제6 예이다. 이 파형은 도 13에 도시된 제3 예의 변형이고, S1 구역에서 상승하였다가 하강하는 비 분사 펄스가 적용된다. 표 5를 근거로 하여 도 14A에 도시된 구동 신호에서 출력 파형을 적절하게 선택함으로써, 도 14B 내지 도 14E에 도시된 각 구동 펄스들은 출력될 수 있다.

도 14E에 도시된 비 분사 펄스는 도 11E에 도시된 돌출된 짧은 펄스의 혼합 펄스이고, 도 13E에 도시된 톱니형의 긴 펄스이다.

앞의 돌출된 짧은 펄스는 메니스커스를 빠르게 돌출시키고, 노즐 개구부 주변의 잉크 연무를 탈취하여 깨끗하게 한다. 연속되는 톱니형 펄스는 여진 효과를 개선한다.

다른 말로, 비 분사 펄스 Pe는, 노즐 표면 상의 잉크 메니스커스를 당기는 제1 펄스와, 제1 펄스를 따라가서 메니스커스 내에서 나아가는 제2 펄스를 포함한다. 제1 펄스의 펄스 폭은 상기 설명한 바와 같이 압력 챔버 내의 압력 유발 공진 주기보다 짧다. 요컨대, 도 14E에 도시된 비 분사 펄스는, 인쇄 화상 품질상의 공진 역효과를 효과적으로 없애는 동안, 개선된 펄스 진동을 갖는 여진 효과를 얻는다. 동시에, 노즐의 표면에 점착되는 바라지 아니하는 잉크 연무의 영향은 인쇄 작업이 계속되는 동안 제거될 수 있다. 결국, 잉크 방울들의 분사는 안정된 방식으로 실행될 수 있다.

더미 펄스 일부 또는 구동 파형을 이용한 비 분사 펄스 생성에 의해, 잉크젯 헤드의 특성들에 따라, 헤드 공진의 반대 영향은 없어지고, 높은 인쇄 품질이 얻어질 수 있다.

비록 본 발명은 도 8에 도시된 진동 특성을 갖는 압전 타입의 잉크젯 헤드를 예로 들어 설명되고 있으나, 인쇄 방법이나 진동 특성은 본 예에 한정되지 아니한다. 본 발명은, 분사 헤드를 이용하는 인쇄 장치의 모든 타입뿐만 아니라, 잉크젯 출력 장비를 사용하는 이미지 재생 장치의 모든 타입에 적용될 수 있다.

실제 예가 이하에서 설명된다.

[예 1]

도 15에 도시된 구조를 갖는 잉크젯 헤드가 준비된다. 2㎜의 두께를 가지며 그 위에 전극 패턴을 구비하는 세라믹 회로기판(101)이 마련된다. 박판형 압전 소자(102)는 혐기성 접착제를 사용하여 회로기판(101)의 상면에 결합된다.

접지된(GND) 측의 내부 전극들과 고압 터미널(Hot) 측의 내부 전극들은 서로 짜맞추어지고, 내부 전극들의 두 접지들은 서로 다른 두 개의 전기적으로 격리된 판에 각각 형성되는 외부 전극에 연결된다. 실제 사용에 있어, 전압은 압전 소자(102) 각 구성들이 변형되도록 외부 전극들에 교차하여 인가되고, 이로 인하여 적층방향(또는 두께 방향)으로의 변형을 이용한 잉크 분사 압력이 발생된다. 고압 터미널 측의 외부 전극과 회로기판(101) 사이의 경계면에는 전도성 반죽이 마련되는데, 이와 같은 전도성 반죽은 이후 압전 소자(102)의 외부 전극과 회로기판(101) 상의 전극 패턴의 전기적 결합을 견고히 한다.

압전 소자(102)와 회로기판(101) 상의 전극은 약 85㎛ 피치의 절단 톱을 이용한 홈 가공에 의해 다수의 절단면으로 나누어진다. 회로기판(101) 상에 접지된 측의 전극은 전도성 반죽에 의해 단락된다. 이후, 유리 강화 에폭시 수지로 제작된 프레임이 에폭시 수지에 의해 회로기판(101)의 위에 고착된다. 최종적으로, 압전 소자(102)와 프레임(103)의 상면들은 표면 그라인딩에 의해 상호 정렬되고, 실크 스크린에 의해 에폭시 접착제가 압전 소자(102)와 프레임(103)의 상면에 도포된다. 액체 챔버 유닛은 매우 정밀하게 프레임(103)과 압전 소자(102) 위에 안착되고 결합된다.

액체 챔버 유닛은, 실리콘 기판 에칭에 의하여 공통 액체 유동 채널(105)과 압력 챔버(106)와 유체 저항체(107)가 내부에 형성되는 채널판(104)을 포함한다. 노즐판(108)과 진동판(109)은 상호 사이의 내측면에 에폭시 접착제가 제공되는 전기주조에 의해 제조되며, 채널판(104)는 노즐판(108)과 진동판(109) 사이에 삽입된다. 노즐 개구부(110)는 압력 챔버(106)와 연결되도록 노즐판(108) 내부에 형성된다. 가변 다이어프램들(111)은 진동판(109) 내부에 형성된다.

제작된 잉크젯 헤드는 내부가 잉크로 채워지고, 계단식 전압이 헤드에 인가되고, 노즐 표면 상의 메니스커스 응답은 레이저 도플러 진동계에 의해 측정된다. 진동의 자연 구간 Tc는 약 12㎲(microsecond)이다. 주파수 쓸기(frequency sweeping)를 하는 동안 노즐 표면의 진동이 측정되어, 헤드의 특성이 평가된다. 4.5 ㎑에서의 제1 피크를 가지고 11.2 ㎑에서 제2 피크를 갖는 공진 특성이 확증된다.

125㎲의 구동 구간에 대형, 중형 및 소형 방울을 분사할 수 있는 잉크젯 헤드는, 도 7에 도시된 통상의 구동 파형 제공에 의해 인쇄된 형상을 평가할 수 있도록 프린터 내부에 결합된다. 상기와 같은 평가를 위하여, 도 16에 도시된 대형, 중형 및 소형 방울의 짙은 색 화상의 시험 양식이 사용된다. 잉크 방울들은 짙은 색 화상을 인쇄하기 위하여 서로 다른 네 개의 구동 주파수(8 ㎑, 4 ㎑, 2.7 ㎑, 2 ㎑)에서 잉크젯 헤드의 모든 채널들(노즐들)로부터 분사된다.

시험 결과, 8 ㎑와, 2.7 ㎑ 및, 2 ㎑에서 만족할만한 짙은 색 화상들이 얻어졌다. 그러나, 4 ㎑에서 중형 및 소형 방울이 분사된 짙은 색 화상에서 수평 줄무늬가 나타났다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따라 더미 펄스를 이용한 도 9에 도시된 구동 파형이 사용되고, 동일한 측정이 수행된다. 이와 같은 구동 신호로, 노즐에서 잉크 방울이 분사되지 아니하도록 하는 도 9E에 도시된 비 분사(더미) 펄스가 비 인쇄 영역 내에서 잉크젯 헤드에 적용된다. 4 ㎑의 구동 주파수에서도 수평 줄무늬 없는 만족할만한 인쇄 형상이 얻어졌다.

다음으로, 평가는 비 분사 펄스의 바람직한 전압 구간을 시험하기 위하여 매개변수와 같이 도 9E에 도시된 비 분사 더미 펄스 Vd를 이용하여 이루어진다. 펄스 하강시간 tf와 펄스 상승시간 tr은 3㎲로 설정된다. 평가 결과는 표 6에 도시된다.

표 6에서, 비 분사 전압 Vd의 마이너스 값은 적용되는 펄스가 도 9E에 도시된 비 분사 펄스와 비교하였을 때 반대 양극(도 10E에 도시됨)을 가지고 있음을 나타낸다. "인쇄 품질"은 시작 시 인쇄된 시험 양식에서 관찰된 초기 화상 품질이다. "내구성"은 시험 양식이 수 회에 걸쳐 연속적으로 인쇄된 후 인쇄 품질의 저하 관찰을 통해 측정된다. 표 6에서 동그라미는 만족할만한 결과를 표시하고, 엑스는 나쁜 결과를 표시한다.

측정 항목	Vd [V]
	-10	-8	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
인쇄 품질	×	×	○	○	×	×	×	○	○	×	×
내구성	-	-	×	×	-	-	-	○	○	-	-

표 6에서, -10 V, -8 V, 8 V, 10 V 의 전압에서는, 초기 인쇄 품질 측정에서 가장자리나 뒷면에서 잉크 접착이 관찰되었다. 이는 몇 개의 잉크 방울들이 비 분사 기간 동안 비 분사 더미 펄스 적용 하에 노즐로부터 분사되었음을 의미한다. -2 V 부터 2 V 까지의 구역에서, 화상 저하는 4 ㎑의 구동 주파수에서의 시험 양식 화상에서 발생하였다.

그 후, 내구성 측정은 초기 인쇄 품질 측정의 만족할만한 조건에서 500장의 시험 양식 화상 연속 출력을 통해 이루어진다. 비 분사 전압이 -6 V 와 -4 V일 때, 인쇄 화상은 저하되고, 최악의 경우 노즐이 떨어진다. 이에 비하여, 4 V 와 6 V 의 전압에서는, 500장의 시험 양식 화상을 연속적으로 출력하는 작업 이후에도 만족할만한 인쇄 화상이 얻어졌다.

다음으로, 비교 평가는 도 10 또는 도 11에 도시된 구동 파형을 사용하여 실행되었다. 전압 Vd는 5 V로 설정되고, 펄스 폭은 각각 3, 8, 12, 16, 20, 30 및 100㎲ 중 하나이다. 평가 결과는 표 7에 도시된다. 기호들을 보면, 원(○)은 만족할만한 결과를 나타내고, 삼각형은 무던한 결과를 나타내며, 엑스(×)는 나쁜 결과를 나타낸다.

측정 항목	펄스 폭 [㎲]
	3	8	12	16	20	30	100
인쇄 품질	△	△	△	△	△	○	○
내구성	○	○	○	△	△	×	×

초기 인쇄 품질에 관하여, 만족할만한 인쇄 화상 품질은 긴 펄스 폭에서 얻어진다. 짧은 펄스 폭에서는, 4㎑에서의 소형 방울 화상에서 약간의 줄무늬들이 관찰되었다. 그리고, 500장의 시험 양식을 연속적으로 인쇄하는 작업 이후의 내구성 시험에서, 잉크젯 헤드 메니스커스 진동의 자연 주파수 Tc인 펄스 폭이 12㎲ 이하일 때 만족할만한 결과가 얻어진다. 16㎲와 20㎲의 펄스 폭에서, 소형 방울 화상에서 인쇄 밀도의 불균일이 관찰된다. 이는 만곡된 분사 경로 때문일 수 있다. 30㎲와 100㎲의 펄스 폭에서, 인쇄된 화상에서 줄무늬가 관찰된다.

다음으로, 두 개의 더미 펄스들(Pe1 과 Pe2)을 구비하는 도 12에 도시된 구동 파형은, 펄스 폭을 8㎛로 설정하는 동안 분사 헤드에 적용된다. 500장의 시험 양식이 연속적으로 인쇄된다. 초기 인쇄 품질과 내구성 모두 만족할만한 결과가 얻어진다.

다음으로, 제1 비 분사 펄스가 S1에서 발생되고 제2 비 분사 펄스가 S6 에서 소형 방울 분사 펄스 P3 부분으로써 발생 되는 도 14에 도시된 구동 파형을 이용하여 비교 평가를 하였다. S1에서 펄스 상승 시작점에서 펄스 하강까지의 시간 구간은 5㎲이고, 펄스 상승 시간은 S6에서 10㎲이다. S1에서 제1 비 분사 펄스의 최고 전압은 기초 전압 Vb보다 5 V 높고, 최저 전압은 기초 전압 Vb보다 10 V 낮아서, 제3 분사 펄스 P3의 전압 레벨과 일치한다.

이와 같은 구동 파형으로, 연속 인쇄작업 이후 초기 인쇄 품질과 내구성에서 모두 만족할만한 결과들이 얻어진다. 도 14에 도시된 구동파형에서 S6 구간의 비분사 펄스 상승 말단 기울기가 완만하게 되면, 비분사 전압이 커질 때 표 6에 기재된 바와 같이 일어나는 위험 발생 없이 중대한 여진 효과가 얻어지게 된다.

상기 서술된 바와 같이, 분사 헤드는 분사 헤드의 공명 주파수와 다른 구동 주파수에서 구동되고, 그 결과로서, 공명의 역효과는 단순한 구조로 감소될 수 있다. 따라서, 인쇄 품질은 안정된 동작하에서 개선될 수 있다.

상술된 예에서 두께 모드(d33 효과) PZT가 압전소자로 사용되더라도, 탄성 진동 타입 PZT 역시 사용될 수 있다. 두께 모드(d33) PZT를 사용할 때, 장치의 높은 신뢰성이 얻어진다. 본 발명은 압전 타입 분사 헤드뿐만 아니라, 열 방식이나 정전 방식 분사 헤드 구동에도 적용될 수 있다.

실시예에서 설명된 화상 재생장치가 인쇄된 형상을 제작하기 위하여 분사 헤드를 사용한다 할지라도, 본 발명은 화상 재생 및 형성 장치에 사용되는 모든 타입의 액체 방울 분사 헤드에 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명은 액체 절연도료를 분사하기 위한 분사 헤드를 갖는 절연도료 패턴 형성 장치, 또는 유전자 분석 액체 샘플을 분사하기 위한 분사 헤드를 구비하는 샘플 패턴 제작 장치에 적용될 수 있다.

Claims (10)

1. 매체에 화상을 형성하기 위하여 노즐로부터 작은 액체방울을 분사하도록 구성되는 분사헤드;

   상기 분사헤드의 자연 주파수와 다른 구동 주파수에서 분사 헤드를 동작시키는 파형을 갖는 구동 신호를 발생하도록 구성되는 구동 신호 발생 유닛; 및

   상기 구동 신호 발생 유닛으로부터 공급되는 구동 신호를 근거로 하여 분사 헤드를 구동하도록 구성되는 구동 유닛;을 포함하며,

   상기 구동 신호 발생 유닛은 작은 방울이 분사되지 아니하도록 에너지를 발생시키는 비분사 파동을 구비하는 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 유닛은 상기 분사 헤드의 자연 주파수가 아닌 구동 주파수에서 상기 분사 헤드를 구동시키기 위하여 비인쇄 영역 내에서 상기 분사 헤드에 비분사 파동을 적용시키는 화상 재생 및 형성장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 구동 신호 발생 유닛은, 상기 구동 신호의 분사 파형 일부를 이용하여 비분사 파동을 발생하는 화상 재생 및 형성장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구동 신호 발생 유닛은 상기 노즐의 메니스커스를 끌어당기는 비분사 파동을 생성하는 화상 재생 및 형성장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 구동 신호 발생 유닛은, 상기 노즐의 메니스커스를 밀어내고 상기 분사 헤드의 액체 챔버 내에서 압력유도 공진의 주기보다 짧은 파형 폭을 갖는 비분사 파동을 생성하는 화상 재생 및 형성장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 비분사 파동은,

   전압변화의 첫 번째 비율을 갖는 하강 모서리와,

   전압변화의 첫 번째 비율보다 작은 전압변화의 두 번째 비율을 갖는 상승 모서리를 구비하는 화상 재생 및 형성장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 비분사 파동은,

   전압변화의 첫 번째 비율로 노즐의 메니스커스를 끌어당기는 제1 부분과,

   전압변화의 첫 번째 비율보다 작은 전압변화의 두 번째 비율로 노즐의 메니스커스를 복구하는 제2 부분을 포함하는 화상 재생 및 형성장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 비분사 파동은, 노즐의 메니스커스를 밀어내는 제1 파형과, 노즐의 메니스커스를 끌어당기도록 제1 파형을 따르는 제2 파형을 포함하고,

   상기 제1 파형은 분사 헤드의 액체 챔버 공진 주파수보다 작은 파동 폭을 구비하는 화상 재생 및 연결장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 구동 신호는,

   구동 신호의 시작부에 삽입되는 제1 비분사 신호와, 구동 신호의 종료부에 삽입되는 제2 분사 신호를 구비하는 화상 재생 및 연결장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 분사 헤드는 작은 물방울을 분사하기 위하여 압력을 생성하기 위한 액추에이터를 포함하고,

    상기 구동 신호는 액추에이터에 적용되는 비분사 파동을 포함하는 화상 재생 및 연결장치.

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