KR101609003B1 - 낮은 꼬리 질량 드롭을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

낮은 꼬리 질량 드롭을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

여기서 설명된 것은 멀티-펄스 파형과 가변 크기 드롭을 생산하기 위한 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 액츄에이터를 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 액츄에이터에 적어도 1개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 형성하는 단계를 더 포함한다. 방법은 적어도 1개의 분리 펄스로 드롭의 분리를 가속하는 단계를 더 포함한다. 방법은 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 드롭 분사 장치가 유체의 드롭을 분사하게 하는 단계를 더 포함한다. 분리 펄스가 드롭의 꼬리 질량을 감소하도록 적어도 1개의 구동 펄스에 의해서 형성된 드롭의 분리를 초래한다.

Description

낮은 꼬리 질량 드롭을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS TO PROVIDE VARIABLE DROP SIZE EJECTION WITH LOW TAIL MASS DROPS}
본 출원은 2008년 5월 23일에 출원된 미국 분할 특허 출원 제 61/055,640 호와 동시 계류중인 것으로, 이 출원은 35 U.S.C 제119조(e)에 따라 분할 출원일의 이점을 요구하고 그것의 전제에서 참고문헌으로 여기에 포함된다.
본 발명의 실시예는 드롭 분사에 관한 것으로, 특히 낮은 꼬리 질량 드롭을 제공하기 위한 것이다.
액적 분사 장치는 다양한 목적으로 사용되고, 다양한 매체에 이미지를 프린팅하기 위해 가장 흔하게 사용된다. 그들은 흔히 잉크젯(ink jets) 또는 잉크젯 프린터로 언급된다. 주문형 드롭(drop-on-demand) 액적 분사 장치는 그 유연성 및 경제성 때문에 많은 응용에 사용된다. 주문형 드롭 장치는 단일 펄스 또는 복수의 펄스를 포함하는 특정 신호, 보통 전기적 파형 또는 파형에 응답하여 하나 이상의 액적을 분사한다. 멀티-펄스 파형의 다른 부분은 드롭을 생산하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다. 하나 이상의 구동 펄스가 드롭을 구성하고 하나 이상의 분리 펄스(break off pulse)가 드롭 분사 장치의 노즐로부터 드롭의 분리(break off)를 시작한다.
드롭 분사 장치는 전형적으로 유체 공급에서 노즐 경로까지 유체 경로를 포함한다. 노즐 경로는 노즐 오프닝(opening)에서 종결하고 그곳에서 드롭이 분사된다. 드롭 분사는 예컨대 압전 편향기(piezoelectric deflector), 서멀 버블 젯 제너레이터(thermal bubble jet generator), 또는 정전기적으로 편향된 구성(element)일 수 있는, 액츄에이터를 갖는 유체 경로에서 유체에 압력을 가하여 제어된다. 전형적인 프린트헤드(printhead)는 노즐 오프닝과 연합 액츄에이터에 대응하는 유체 경로의 어레이를 갖고, 각각의 노즐 오프닝에서 드롭 분사는 독립적으로 제어될 수 있다. 주문형 드롭 프린트헤드에서, 각각의 액츄에이터는 프린트헤드 및 기판이 서로 이동됨에 따라 특정 목표 픽셀 위치로 드롭을 선택적으로 분사하기 위해서 점화(fired)된다. 드롭의 질량은 드롭의 머리(head)와 꼬리(tail)로 나눠진다. 드롭 "꼬리"는 드롭 머리와 연결된 유체의 필라멘트(filament) 또는 꼬리 분리가 일어날 때까지 노즐에 드롭의 일부를 초래하는 것과 관련된다. 드롭 꼬리가 자주 드롭의 선도 부분(lead portion)보다 더 느리게 이동한다. 어떤 경우에, 드롭 꼬리가 드롭의 주요 몸체와 동일한 위치에 안착하지 않는 부수물(satellites) 또는 분리된 드롭을 형성할 수 있다. 따라서, 드롭 꼬리가 전체적인 분사기 성능을 감소할 수 있다.
여기서 상세히 설명된 것은 멀티-펄스 파형과 가변 크기 드롭을 생산하기 위한 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 액츄에이터를 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 액츄에이터에 적어도 1개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 형성하는 단계를 더 포함한다. 방법은 적어도 1개의 분리 펄스로 드롭의 분리를 가속하는 단계를 더 포함한다. 방법은 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 드롭 분사 장치가 유체의 드롭을 분사하게 하는 단계를 더 포함한다. 분리 펄스가 드롭의 꼬리 질량을 감소하도록 적어도 1개의 구동 펄스에 의해서 형성된 드롭의 분리를 초래한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드의 분해 조립도,
도 2는 일 실시예에 따른 잉크젯 모듈을 관통하는 횡단면도,
도 3은 일 실시예에 따른 펌핑 챔버 및 압전 엘리먼트에 대응하는 전극의 위치를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도,
도 4a는 도 4b에 도시된 잉크젯 모듈의 다른 실시예의 분해 조립도,
도 5는 다른 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드,
도 6은 일 실시예에 따른 공동 플레이트를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도,
도 7은 낮은 꼬리 질량 드롭을 생산하기 위해 멀티-펄스 파형으로 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 실시예의 흐름도,
도 8은 일 실시예에 따른 2개의 구동 펄스 및 1개의 분리 펄스을 갖는 멀티-펄스 파형도,
도 9는 일 실시예에 따른 드롭 속도 대 주파수 응답 그래프,
도 10은 일 실시예에 따른 드롭 머리 질량 비율 대 분리 펄스 전압 그래프이다.
여기서 설명된 것은 멀티-펄스 파형으로 가변 크기 드롭을 생산하기 위해 드롭 액적 장치를 구동하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 액츄에이터를 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 액츄에이터에 적어도 1개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 형성하는(building) 단계를 더 포함한다. 방법은 적어도 1개의 분리 펄스로 드롭의 분리를 가속하는 단계를 더 포함한다. 분리 펄스(break off pulse)가 서브-드롭 또는 부수물(satellite)을 형성하는 것 없이 드롭의 분리를 가속하고 왜냐하면 드롭 분사 장치의 젯 응답 속도(예컨대, 분사 드롭 속도)가 분리 펄스 동안에 거의 영(zero)이기 때문이다. 방법은 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 드롭 분사 장치가 드롭을 분사하도록 하는 단계를 더 포함한다. 분리 펄스가 드롭의 꼬리 질량(tail mass)을 감소하고 잠재적으로 최소화하기 위해서 적어도 1개의 구동 펄스에 의해 형성된 드롭의 분리를 초래한다. 이는 어플리케이션을 출력하기 위한 이미지 품질 및 제품 품질을 향상할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 드롭 분사 장치가 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 또는 추가적인 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 추가적인 유체의 드롭을 분사한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전단 압전 잉크젯 프린트 헤드의 분해 조립도이다. 도 1과 관련하여, 압전 잉크젯 헤드(2)는 매니폴드 플레이트(manifold plate; 12) 및 오리피스 플레이트(orifice plate; 14)가 부착된 칼라 엘리먼트(collar element; 10)로 조립된 복수의 모듈(4 및 6)을 포함한다. 압전 잉크젯 헤드(2)는 다양한 형태의 프린트헤드의 일례이다. 일 실시예에 따른 잉크는 오리피스 플레이트(14)의 오리피스(16)로부터 다양한 드롭 크기(예컨대, 30 나노그램, 50 나노그램, 80 나노그램)의 잉크 드롭을 분사하기 위해 멀티-펄스 파형으로 동작하는 젯 모듈로 칼라(collar ; 10)를 통해서 유도된다. 잉크젯 모듈(4 및 6) 각각은 탄소 소결체(sintered carbon) 또는 세라믹과 같은 재료의 얇은 사각형 블럭으로 형성된 몸체(20)를 포함한다. 몸체의 양쪽 측면은 잉크 펌핑 챔버를 형성하는 일련의 웰(well ; 22)로 기계가공된다. 또한 잉크는 기계가공된 잉크 충전 통로(26)를 통해서 몸체로 인도된다.
몸체의 반대 표면은 몸체의 펌핑 챔버 상에 위치하도록 배열된 일련의 전기적 컨택을 포함하는 유연한 폴리머 필름(30 및 30')으로 덮힌다. 전기적 컨택은 차례로, 드라이버 집적 회로(33 및 33')를 포함하는 플렉스 프린트(32 및 32')와 연결될 수 있는, 리드(leads)와 연결된다. 필름(30 및 30')은 플렉스 프린트일 수 있다. 각각의 플렉스 프린트 필름은 얇은 층의 에폭시에 의해 몸체(20)에 봉인된다. 에폭시 층은 기계적 결합(mechanical bond)을 제공하도록 젯 몸체의 표면 거칠기(surface roughness)를 채우기에 충분히 얇지만, 또한 충분히 얇아서 오직 작은 양의 에폭시가 결합 라인(bond line)에서 펌핑 챔버로 밀어 넣어진다.
단일 모놀리식의 PZT(Piezoelectric transducer) 부재일 수 있는, 각각의 압전 엘리먼트(34 및 34')는, 플렉스 프린트(30 및 30') 상에 위치한다. 각각의 압전 엘리먼트(34 및 34')는 압전 엘미먼트의 표면으로 진공 증착된 도전 금속을 화학적으로 에칭함으로써 형성되는 전극을 갖는다. 압전 엘리먼트(piezoelectric element)의 전극은 펌핑 챔버와 대응하는 위치에 있다. 압전 엘리먼트의 전극은 플렉스 프린트(30 및 30')와 대응하는 컨택과 전기적으로 맞물린다. 결과적으로, 액츄에이션이 발생하는 엘리먼트의 측면에서 압전 엘리먼트의 각각에 전기적 컨택이 만들어진다. 압전 엘리먼트는 얇은 에폭시 층에 의해 플렉스 프린트에 고정된다.
도 2는 일 실시예에 따른 잉크젯 모듈을 관통하는 횡단면도이다. 도 2와 관련하여, 압전 엘리먼트(34 및 34')는 기계가공된 잉크 펌핑 챔버(22)를 포함하는 몸체의 영역을 오직 덮을 수 있는 크기로 만들어진다. 잉크 충전 통로를 포함하는 몸체의 영역은 압전 엘리먼트에 의해서 덮히지 않는다.
잉크 충전 통로(26)는 모듈 몸체의 외부 영역에 부착된 플렉스 프린트의 영역(31 및 31')에 의해서 봉인된다. 플렉스 프린트는 연식(non-rigid) 커버를 형성하고 잉크-충전 통로를 봉인하며 대기(atmosphere)로 유출된 유체의 자유 표면(free surface)을 근사화한다.
혼선(crosstalk)은 젯 사이에서 상호 작용이 불필요하다. 1개 이상의 젯의 발사(firing)는 분사된 드롭 부피 또는 변경하는 젯 속도에 의해 그 밖의 젯의 성능에 부정적인 영향을 줄 것이다. 이는 불필요한 에너지가 젯 사이에서 전해질 때 일어날 수 있다.
정상 동작에서, 압전 엘리먼트(piezoelectric element)는 펌핑 챔버의 부피가 증가하는 방식으로 먼저 활성화되고, 일정 시간 후에, 압전 엘리먼트가 비활성화되어서 그것의 원래 위치로 돌아간다. 펌핑 챔버의 부피 증가는 네거티브 압력파(negative pressure wave)가 발사되게 한다. 이런 네거티브 압력은 펌핑 챔버에서 시작하고 펌핑 챔버의 끝을 향한다(화살표 33 및 33'에 의해 제안된 것처럼 잉크 충전 통로를 향하고 오리피스를 향하여). 네거티브 파(negative wave)가 펌핑 챔버의 종단에 도달하고 잉크 충전 통로의 큰 영역과 만나고(이는 대략의 자유 표면에 전달한다), 네거티브 파는 오리피스를 향하는 포지티브 파(positive wave)처럼 펌핑 챔버로 반사된다. 또한 원래 위치로 압전 엘리먼트의 귀환은 포지티브 파를 생성한다. 압전 엘리먼트의 비작동(deactuation)의 타이밍은 포지티브 파 및 반사된 포지티브 파가 오리피스에 도달할 때 더해진다.
도 3은 일 실시예에 따른 펌핑 챔버 및 압전 엘리먼트에 대응하는 전극의 위치를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도이다. 도 3과 관련하여, 펌핑 챔버 및 압전 엘리먼트에 대응하는 플렉스 프린트(30)의 전극 패턴(50)이 도시된다. 압전 엘리먼트는 플렉스 프린트와 접촉하는 압전 엘리먼트(34)의 측면에 전극(40)을 갖는다. 각각의 전극(40)은 젯 몸체에서 펌핑 챔버(45)와 대응하는 크기이고 대응되게 위치한다. 각각의 전극(40)은 펌핑 챔버에 대응하여 일반적인 길이 및 넓이를 갖는 연장 영역(42), 그러나 더 짧고 좁아지면서 갭(gap)이 전극(40)의 경계선과 펌핑 챔버의 측면 및 종단 사이에 존재한다. 펌핑 챔버의 중심에 있는 이런 전극 영역(42)은, 구동 전극이다. 압전 엘리먼트의 빗살 형상(comb-shaped)의 제 2 전극(52)은 일반적으로 펌핑 챔버 바깥 영역에 대응한다. 이런 전극(52)은 공통(접지) 전극이다.
플렉스 프린트는 압전 엘리먼트와 접촉하는 플렉스 프린트의 측면(51)에 전극(50)을 갖는다. 플렉스 프린트 전극 및 압전 엘리먼트 전극은 좋은 전기적 컨택과 플렉스 프린트와 압전 엘리먼트의 용이한 정렬을 위해 충분히 오버랩된다. 플렉스 프린트 전극은 구동 회로를 포함하는 플렉스 프린트(32)와 납땜 연결을 허용하도록(도 3에 수직 방향에서) 압전 엘리먼트를 넘어서까지 확장된다. 두 개의 플렉스 프린트(30 및 32)를 갖는 것은 필요 없다. 단일 플렉스 프린트가 사용될 수 있다.
도 4a는 도 4b에 도시된 잉크젯 모듈의 다른 실시예의 분해 조립도이다. 이 실시예에서, 젯 몸체는 복수의 부품(parts)으로 구성된다. 젯 몸체(80)의 프레임은 탄소 소결체이고 잉크 충전 통로를 포함한다. 젯 몸체의 각각의 측면에서 부착된 것은 보강 플레이트(82 및 82')이고, 이는 조립을 단단하게 하도록 설계된 얇은 금속 플레이트이다. 보강 플레이트에 부착된 것은 공동 플레이트(84 및 84')이고, 이는 펌핑 챔버가 화학적으로 가공되는 얇은 금속 플레이트이다. 공동 플레이트가 플렉스 프린트(30 및 30')와 부착되고 플렉스 프린트가 압전 엘리먼트(34 및 34')와 부착된다. 모든 이런 엘리먼트는 에폭시로 함께 결합된다. 구동 회로(32 및 32')를 포함하는 플렉스 프린트는, 납땜 처리에 의해서 부착된다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드이다. 도 5에 도시된 잉크 젯 프린트 헤드는 도 1에 도시된 프린트 헤드와 유사하다. 그러나, 도 5의 프린트 헤드는 도 1의 이중 잉크 젯 모듈(4 및 6)과 대조적으로 단일 잉크 젯 모듈(210)을 갖는다. 어떤 실시예에서, 잉크 젯 모듈(210)은 다음 구성요소 : 탄소체(carbon body ; 220), 보강 플레이트(stiffener plate ; 250), 공동 플레이트(cavity plate ; 240), 플렉스 프린트(flex print ; 230), PZT 부재(PZT member ; 234), 노즐 플레이트(nozzle plate ; 260), 잉크 충전 통로(ink fill passage ; 270), 플렉스 프린트(232), 및 구동 전자회로(drive electronic circuits ; 233)를 포함한다. 이런 구성요소는 도 1 ~ 4와 함께 상기에서 설명된 구성요소와 유사한 기능을 갖는다.
공동 플레이트는 일 실시예에 따른 도 6에서 보다 상세히 도시된다. 공동 플레이트(240)는 PZT(234)에 의해서 작동되거나 왜곡되는 펌핑 챔버(280), 잉크 충전 통로(270), 홀(290)을 포함한다. 드롭 분사 장치로 언급될 수 있는 잉크젯 모듈(210)은 도 5 및 6에 도시된 것처럼 펌핑 챔버를 포함한다. PZT 부재(234)(예컨대, 액츄에이터)는 구동 전자장치(233)에 적용되는 구동 펄스(drive pulse)에 응답하여 펌핑 챔버의 유체 압력을 변화하도록 구성된다. 일 실시예에서, PZT 부재(234)가 펌핑 챔버에서 유체의 드롭을 분사한다. 구동 전자장치(233)는 PZT 부재(234)와 결합된다. 잉크젯 모듈(210)의 동작 중에, 구동 전자장치(233)가 적어도 1개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파로 PZT 부재(234)를 구동한다. 적어도 1개의 펄스가 유체의 드롭을 형성한다. 적어도 1개의 분리 펄스가 드롭의 분리를 가속한다. 적어도 1개의 분리 펄스가 서브 드롭 또는 부수물(satellite) 형성 없이도 드롭의 분리를 가속하는데, 드롭 분사 장치의 젯 응답 속도(예컨대 드롭 분사 속도)는 대략 영(zero)이다. 분리 펄스가 드롭 분사 장치의 노즐까지 이동하고 이미 형성된 이런 드롭의 분리를 가속한다. 적어도 1개의 분리 펄스가 드롭의 꼬리 질량을 감소시키기 위해서 적어도 1개의 구동 펄스에 의해서 형성된 드롭의 분리를 초래한다.
도 7은 일 실시예에 따른 낮은 꼬리 질량 드롭을 생산하기 위해 멀티-펄스 파형으로 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 액츄에이터를 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 처리 블럭(702)에서 액츄에이터에 적어도 1개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 그 다음, 방법은 처리 블럭(704)에서 적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 구성하는 단계를 포함한다. 그 이후, 방법은 처리 블럭(706)에서 적어도 1개의 분리 펄스로 드롭의 분리를 가속하는 단계를 포함한다. 분리 펄스가 서브-드롭 또는 부수물(satellite)을 형성하는 것 없이 드롭의 분리를 가속하고, 왜냐하면 젯 속도 응답이 적어도 1개의 분리 펄스에 대해 대략 영(zero)인 드롭 분사 장치의 분사 드롭 속도에 특징이 있기 때문이다. 또한 방법은 처리 블럭(708)에서 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 드롭 분사 장치가 드롭을 분사하도록 하는 단계를 포함한다. 분리 펄스가 드롭의 꼬리 질량을 감소하기 위해서 적어도 1개의 구동 펄스에 의해서 형성된 드롭의 분리를 초래한다.
일 실시예에서, 드롭 분사 장치가 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하거나 추가적인 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 유체의 추가적인 드롭을 분사한다. 파형은 서로 연결된 일련의 섹션을 포함한다. 각각의 섹션은 고정된 시간 주기(예컨대, 1 에서 3 마이크로세컨드) 및 관련된 데이터의 양을 포함하는 특정 수의 샘플을 포함할 수 있다. 샘플의 시간 주기가 다음 파형 섹션 동안 각각의 젯 노즐을 활성화하거나 비활성화하기 위해서 구동 전자장치의 제어 로직을 위해 충분히 길다. 파형 데이터가 일련의 주소, 전압 및 플래그 비트 샘플로서 테이블에 저장되고 소프트웨어로 접근할 수 있다. 파형은 단일 크기 드롭 및 다양한 다른 크기 드롭을 생산하기 위해 필요한 데이터를 제공한다.
복합 멀티-펄스 파형은 소정의 크기 드롭 분사기로 큰 드롭을 생산하기 위해서 사용될 수 있다. 이런 방법으로 큰 드롭을 생산하는 것에서 발견된 이점 중에 하나는 드롭이 드롭의 머리에 드롭 질량의 더 큰 비율을 갖는 경향이 있다. 이것은 결과이고, 일부는 노즐의 크기에 의해서 제어되는 꼬리 질량이, 더 작아진다는 사실이며, 분사기가 드롭을 생산하기 위해서 복합 파형을 사용한다. 다른 이유는 드롭 형성 과정이 드롭을 생산하기 위해 사용되는 연속의 펄스(예컨대, 분리 펄스)에 의해서 방해받는 것이다. 이는 노즐에서 꼬리의 부드러운 분리를 방해하고 꼬리의 질량을 감소시킨다.
드롭의 꼬리가 아닌 머리에서 가능한 큰 질량이 되는 것이 바람직하다. 이는 이미지 품질 및 제품 품질을 향상하게 할 수 있다. 드롭 꼬리가 멀티-펄스 드롭 발사에 의해서 감소될 수 있고 왜냐하면 유체의 연속 볼륨(volume)의 영향이 드롭 형성의 특징을 변화시키기 때문이다. 멀티-펄스 파형의 이후 펄스가 멀티-펄스 파형의 초기 펄스에 의해서 구동된 유체로 유체를 구동하고, 이는 노즐 출구(nozzle exit)에서, 유체 볼륨으로 섞이게 되어서 그들의 다른 속도로 인하여 퍼진다. 이런 혼합(mixing) 및 퍼짐(spreading)은 노즐로 되돌아가는, 드롭 머리의 전체 직경에 연결로부터 유체의 넓은 필라멘트를 차단할 수 있다. 도 8에 도시된 것처럼, 단일 펄스 파형에서 종종 관찰된 원뿔의 꼬리와는 반대로 멀티-펄스 파형은 꼬리가 없고 매우 얇은 필라멘트를 갖는 드롭을 생산한다.
도 8은 일 실시예에 따른 2개의 구동 펄스 및 1개의 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형을 도시한다. 동작 중에, 각각의 잉크젯은 멀티-펄스 파형에 응답하여 단일 드롭을 분사할 수 있다. 멀티-펄스 파형의 예는 도 8에서 도시한다. 이런 예에서, 멀티-펄스 파형(800)은 3개의 펄스를 갖는다. 각각의 멀티-펄스 파형은 전형적으로 다음 파형에서 복수의 정수 분사 주기에 대응하는 주기(예컨대, 분사 주파수에 대응하는 주기)까지 분리될 수 있다. 각각의 펄스가 펌핑 엘리먼트의 볼륨이 증가할 때에 대응하는 "충전(fill)" 기울기를 갖고, 펌핑 엘리먼트의 볼륨이 감소할 때에 대응하는 "발사(fire)" 기울기(충전 기울기와 반대 경사)를 갖는 것을 특징으로 한다. 멀티-펄스 파형(800)에는 일련의 충전 기울기 및 발사 기울기가 있다. 전형적으로, 펌핑 엘리먼트의 볼륨의 팽창 및 수축은 노즐 밖으로 유체를 구동할 의도로 펌핑 챔버 내 압력 변화를 만든다.
어떤 실시예에서, 멀티-펄스 파형(800)은 도 8에 도시된 것처럼 펄스에 응답하여 드롭 분사 장치가 유체의 드롭을 분사하도록 발사된 구동 펄스(810 및 820) 및 분리 펄스(830)를 갖는다. 일 실시예에서, 구동 펄스(810)는 대략 95 볼트의 피크 전압을 갖고, 구동 펄스(820)는 대략 125 볼트의 피크 전압을 갖으며, 분리 펄스(830)는 대략 60 볼트의 피크 전압을 갖는다. 2개의 구동 펄스가 멀티-펄스 파형(800)의 1개의 분리 펄스 이전에 발생한다. 다른 실시예에서, 추가적인 구동 펄스 또는 소수의 구동 펄스(예컨대, 단일 구동 펄스)는 하나 이상의 분리 펄스에 앞서서 일어난다. 일 실시예에서, 분리 펄스(830)의 피크 전압은 제 2 구동 펄스(820)의 피크 전압보다 작은 제 1 구동 펄스(810)의 피크 전압보다 더 작다. 드롭은 40 나노그램인 감소된 꼬리 질량 드롭보다 더 작다. 구동 펄스(810 및 820)는 분리 펄스(830)로 질량이 감소된 더 큰 드롭을 형성한다. 어떤 실시예에서, 그 밖의 파형 구성이 고려될 수 있다. 제 1 구동 펄스가 제 2 구동 펄스보다 더 높은 피크 전압을 가질 수 있다. 구동 펄스(예컨대, 도 8에서 펄스(810 및 820)) 사이에 전압 최소값은 영(zero)보다 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 2개 이상의 구동 펄스가 드롭을 생산하기 위해서 사용될 수 있다. 어떤 어플리케이션에서, 1개 이상의 구동 펄스가 네거티브일 수 있거나 분리 펄스가 네거티브일 수 있다.
파형(800)의 하나의 이점은 드롭의 꼬리 질량이 실질적으로 감소된다는 것이다. 감소된 꼬리 질량 드롭은 목표에 유체를 더 추가할 수 있고, 따라서 전체 시스템 성능을 향상한다. 일 실시예에서, 파형(800)은 특정 프린트헤드 및 잉크 형태에서 명목상으로 30 나노그램 드롭을 생산하는 분사기로부터 30 나노그램 드롭을 생산할 수 있다. 파형(800)은 펄스(810 및 820)로 40 ~ 50 나노그램이 될 수 있는 드롭을 먼저 생산한다. 그 다음, 초기 꼬리의 분리가 분리 펄스(830)에 의해 개시된다. 일 실시예에서, 분리 펄스(830)가 구동 펄스(820) 후에 대략 4 에서 8 마이크로세컨드에 발생한다. 분리 펄스(830)가 노즐에서 꼬리의 부드러운 추출(extraction)을 방지하고, 30 나노그램까지 전체 드롭 질량을 감소시키며, 드롭의 머리에서 질량의 비율을 증가시킨다. 그 밖의 실시예에서, 1개 이상의 분리 펄스가 가능한 더 큰 효과를 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 분리 펄스가 소정의 속도로 발사하는 드롭을 위한 드롭 질량을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 액적 장치가 명목상 30 나노그램 드롭 질량을 갖고 소정의 속도(예컨대, 8 m/s)로 드롭을 발사한다. 분리 펄스 없이는 소정의 속도를 위해 명목상 30 나노그램 질량에서 이용가능한 변화가 거의 없다. 분리 펄스로, 드롭 속도가 유지될 수 있고 드롭 질량이 감소된다(예컨대, 30 나노그램 보다 더 작음).
일 실시예에서, 드롭 분사 장치가 40 kHz 정도이거나 보다 큰 주파수와 같은 고주파수에서 동작한다. 일 실시예에서, 드롭 분사 장치가 100 kHz보다 더 높은 주파수에서 동작한다. 도 9는 일 실시예에 따른 드롭 속도 대 주파수 응답 그래프를 도시한다. 간격이 반드시 일정하지 않더라도, 멀티-펄스 파형의 펄스 사이에 간격은 효과적으로 파형을 위한 주파수로 정의한다. 효과적인 펄스 주파수가 다음과 같이 연산될 수 있다.
주파수 = 1/시간,
여기서 시간은 펄스 사이에 시간을 의미한다.
이 그래프가 드롭 분사 장치에서 효과적으로 동작할 수 있는 펄스 주파수에 한계가 있음을 보여준다. 일 실시예에서, 구동 펄스(810 및 820)는 드롭 분사 장치의 주파수 응답에서 대략 최후의 최대 드롭 속도로 조정된다. 이는 전체 파형 시간을 짧게 유지하는 것이 필요한데, 이는 높은 주파수 동작을 위한 요구사항이다.
분리 펄스(830)가 드롭 분사 장치의 주파수 응답에서 대략 최소 드롭 속도로 조정된다. 이 주파수(도시 안됨)는 이 실시예에서 대략 160 kHz이다. 이 주파수에서, 젯 속도 응답은, 대략 영(zero)인 드롭 속도에 특징이 있다. 이런 이유 때문에, 분리 펄스(830)가 서브-드롭 또는 부수적인 것(satellite)을 분사하지 않는 경향이 있다. 다소, 분리 펄스(830)가 분사 노즐(ejection nozzle)로 이동하고 이미 형성되는 드롭의 분리를 가속화한다. 다른 실시예에서, 액적 분사 장치의 주파수 응답은 구동 펄스에서 보다 분리 펄스에서 더 낮다.
드롭의 머리에서 드롭 질량의 양은 분리 펄스의 피크 전압, 구동 펄스에서 분리 펄스까지 지연, 분리 펄스의 수, 분리 펄스의 펄스 폭과 같은 다양한 요소에 기초한다. 단일 펄스 파형은 전형적으로 60%의 드롭 머리 질량 비율을 갖고 꼬리에 질량의 나머지 40%를 갖는다.
멀티-펄스 파형은 전형적으로 80%의 머리 질량 비율을 갖는다. 상기에서 설명한 것처럼, 멀티-펄스 파형은 더 높은 머리 질량 비율을 갖는데 왜냐하면 드롭 형성 과정이 드롭을 생산하기 위해서 사용되는 일련의 펄스에 의해서 방해를 받기 때문이다. 이는 노즐에서 드롭의 꼬리의 부드러운 분리를 방해하고, 드롭의 꼬리에 질량을 감소시킨다.
도 10은 일 실시예에 따른, 멀티-펄스 파형에 대한 질량 비율 대 분리 펄스 전압을 도시한다. 분리 펄스를 갖고 있지 않은 멀티-펄스 파형에서, 머리 질량 비율은 대략 80%이다. 도 10은 드롭 머리에 드롭 질량의 양은 분리 펄스의 피크 전압이 증가함에 따라 증가하는 드롭 머리의 질량의 양을 갖는 분리 펄스의 피크 전압에 기초한다는 사실을 도시한다. 드롭은 영보다 더 큰 분리 펄스 동안에 드롭의 머리에서 드롭 질량의 80% 이상을 갖는다. 일 실시예에서, 최대 파형 전압의 대략 95%인 분리 펄스 전압은 대략 95%의 머리 질량 비율 및 대응하는 대략 5%의 꼬리 질량 비율을 갖는다. 이는 꼬리에서 75% 감소가 나타내고 분리 펄스가 없는 경우와 비교했을 때, 부수물의 질량이 20%의 꼬리 질량 비율을 갖는다.
다른 실시예에서, 분리 펄스 전압은 최대 파형 전압의 30% 에서 50% 사이로드롭 머리 비율은 드롭 형성, 드롭 속도 및 합쳐진 특징을 유지하는 동안에 분리 펄스를 갖지 않는 경우와 비교했을 때 증가한다. 상기 언급한 것처럼, 드롭 분사 장치가 발사된 펄스의 타이밍과 비교해서 동일한 상대적인 타이밍으로 드롭이 목표에 도달하도록 특정 속도로 발사되는 질량, 무게, 및/또는 부피로 정량화된 다른 크기의 드롭을 분사한다.
상기 설명한 것은 예시적이고, 제한적으로 의도되지 않았음을 이해할 수 있다. 상기 상세한 설명을 읽고 이해하는 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진가에게는 많은 그 밖의 실시예가 자명해짐은 명백하다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그러한 청구항이 요구하는 것과 균등한 범위에 따라 결정될 것이다.

Claims (24)

  1. 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법으로서,
    액츄에이터에 적어도 1개의 구동 펄스 및 상기 적어도 1개의 구동 펄스를 뒤따르는 분리 펄스를 갖는 파형인, 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계;
    적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 형성하는 단계; 및
    서브-드롭의 형성을 초래하지 않고 분리 펄스를 사용하여 노즐에서 형성되는 드롭의 분리를 가속하는 단계를 포함하되,
    적어도 1개의 구동 펄스가 상기 드롭 분사 장치의 주파수 응답에서 최대 드롭 속도로 조정되고 분리 펄스가 상기 드롭 분사 장치의 주파수 응답에서 최소 드롭 속도로 조정되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    분리 펄스에 대한 노즐의 젯 응답은 영(zero)인 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    드롭 분사 장치가 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 드롭을 분사하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    드롭 분사 장치가 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 유체의 추가적인 드롭을 분사하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    멀티-펄스 파형이 분리 펄스에 선행해서 발생하는 2개의 구동 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    분리 펄스의 피크 전압이 제 2 구동 펄스의 피크 전압보다 작은 제 1 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작은 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 구동 펄스가 분리 펄스에 의해서 질량이 감소된 큰 드롭을 형성하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    분리 펄스가 분사 노즐로부터 드롭의 꼬리의 부드러운 추출을 차단하고 드롭의 머리에 질량의 비율(fraction)을 증가시키는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 및 노즐을 갖춘 드롭 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  10. 펌핑 챔버로부터 유체의 드롭을 분사하기 위한 액츄에이터; 및
    액츄에이터와 결합된 구동 전자장치를 포함하는 장치로서,
    동작 중에 구동 전자장치가 서브-드롭의 형성을 초래하는 분리 펄스 없이, 분리 펄스를 사용하는 노즐에서 형성하는 드롭의 분리를 가속하고 그리고 적어도 1개의 구동 펄스로 유체의 드롭을 형성하기 위해서 적어도 1개의 구동 펄스 및 분리 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형으로 액츄에이터를 구동하고, 적어도 1개의 구동 펄스가 상기 장치의 주파수 응답에서 최대 드롭 속도에 가깝게 조정되고 분리 펄스가 상기 장치의 주파수 응답에서 최소 드롭 속도에 가깝게 조정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    분리 펄스에 대한 노즐의 젯 응답은 영(zero)인 것을 특징으로 하는 장치
  12. 제 10 항에 있어서,
    구동 전자장치는, 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액츄에이터가 드롭을 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    멀티-펄스 파형이 분리 펄스에 선행해서 발생하는 적어도 2개의 구동 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    분리 펄스의 피크 전압이 감소된 꼬리 질량 드롭인 드롭을 분사하기 위해서 제 2 구동 펄스의 피크 전압보다 작은 제 1 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작은 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    드롭은 드롭 헤드의 드롭 질량의 80 퍼센트 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    드롭 헤드의 드롭 질량의 양은 분리 펄스의 피크 전압이 증가함에 따라 증가하는 드롭 헤드의 드롭 질량의 양을 갖는 분리 펄스의 피크 전압에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치
  18. 펌핑 챔버에서 유체의 드롭을 분사하기 위한 액츄에이터; 및
    액츄에이터에 결합된 구동 전자장치를 갖추어 이루어진 잉크젯 모듈을 포함하되,
    동작 중에 구동 전자장치가 서브-드롭의 형성을 초래하는 분리 펄스 없이 분리 펄스를 사용하는 노즐에서 형성하는 드롭의 분리를 가속하고 유체의 드롭을 형성하기 위해서 분리 펄스 및 적어도 2개의 구동 펄스를 갖는 멀티-펄스 파형으로 액츄에이터를 구동하고, 적어도 1개의 구동 펄스가 상기 잉크젯 모듈의 주파수 응답에서 최대 드롭 속도로 조정되고 분리 펄스가 상기 잉크젯 모듈의 주파수 응답에서 최소 드롭 속도로 조정되는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  19. 제 18 항에 있어서,
    분리 펄스에 의한 노즐의 젯 응답은 영(zero)인 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  20. 제 18 항에 있어서,
    구동 전자장치는 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액츄에이터가 드롭을 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  21. 제 20 항에 있어서,
    멀티-펄스 파형이 2개의 분리 펄스에 선행해서 발생하는 2개의 구동 펄스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  22. 제 21 항에 있어서,
    제 1 분리 펄스가 멀티-펄스 파형의 제 2 구동 펄스 이후에 6 마이크로세컨드에 발생하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  23. 제 18 항에 있어서,
    잉크젯 모듈은 탄소체(carbon body), 보강 플레이트(stiffener plate), 공동 플레이트(cavity plate), 제 1 플렉스 프린트(flex print), 노즐 플레이트(nozzle plate), 잉크 충전 통로(ink fill passage), 및 제 2 플렉스 프린트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  24. 제 18 항에 있어서,
    액츄에이터가, 펄스에 응답하여 펌핑 챔버의 유체 압력을 변화하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
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