KR101616654B1 - 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

CIJ 프린터를 위해 균질한 잉크를 얻기 위하여, 잉크젯(12)은 개별적으로 동일한 크기의 잉크 액적(16, 32, 38)으로 나뉘고, 상기 잉크 액적(16, 32, 38)의 적어도 일부에 전하가 제공되며 상기 잉크 액적(16, 32, 38)은 편향 장치(20)를 통해 가이드된다. 미리한정된 양만큼 편향되는 잉크 액적(32)은 균질화 액적 캐쳐(34)에 의해 수집되고 인쇄를 위해 사용된다.

Description

잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OBTAINING HOMOGENEOUS INK FOR INKJET DEVICES}

본 발명은, 잉크젯을 생성하기 위한 설비, 잉크젯을 개별적이고 동일한 크기의 잉크 액적으로 나누기 위해 초음파 발진기(ultrasonic oscillator) 및 노즐을 포함하는 노즐 장치, 잉크 액적의 적어도 일부에 전하가 제공되는 대전 터널, 개별적이고 전기 대전된(electrically charged) 잉크 액적을 편향시키는 편향 장치 및 균질화 액적 캐쳐(homogenization droplet catcher)를 갖는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법 및 장치에 관한 것이다.

연속 잉크젯 프린터(CIJ 프린터)에서, 잉크젯(12)(도 1 참조)은 노즐을 통해 프린트헤드(10)로부터 압력을 받으며 나온다. 이러한 제트(12)는 노즐 뒤에 위치된 압전 변환기를 통해 변조되고, 그 결과 개별 액적(16)으로의 균일한 분할(breakup)이 성취된다(레일리의 액적 분할). 분리되는 액적(16)은 대전 터널(18)을 통해 더 크거나 더 적은 정도로 정전기적으로 대전된다. 이로써, 10m/s 내지 40m/s의 속도인 액적(16)은 더 큰 편향 전극(20)을 통해 날아가고, 여기서 액적은 상이하고 특정한 전하 상태에 의해 측방향 또는 수직으로 편향된다. 장치의 종류에 따라, 대전되거나 대전되지 않은 액적(16)이 이제 인쇄될 표면(21)에 도달한다. 요구되지 않는 액적(16)은 종래의 액적 캐쳐(22)의 프린트헤드에 먼저 편향되고 수집되어서 잉크 시스템으로 다시 공급된다. 액적의 속도, 잉크의 품질 및 액적의 형성 및 대전을 검사하고 제어하여 높은 인쇄 품질을 성취하는 것이 EP 0 362 101에서 알려져 있다.

2개의 거터(gutter)를 갖는 잉크젯 매트릭스 프린터(CIJ 프린터)가 DE-OS 23 31 803에 알려져 있다. 제 1 거터는 액적 형성 및 액적의 대전의 동기화를 위한 제어 신호를 생성한다. 검사 간격에서, 제 2 거터는 미사용 액적을 수집하고 이 액적은 인쇄를 위해 사용되는 액적에 비해 상당히 높은 전하를 가지기 때문에 편향 전압 또는 폰트 크기의 오류와 같은 시스템 오류가 감지될 수 있다.

JP 56113463 A의 초록에서, CIJ 프린터를 위한 2-부분 액적 캐쳐가 기재되고, 이는 편향되지 않은 액적과 기록을 위해 사용되는 액적과 반대인 전하를 갖는 액적을 수집한다. 이러한 반대로 대전된 액적은 잉크 점도(viscosity)를 결정하기 위해 사용된다.

특수 잉크가 CIJ 프린터에서 사용된다. 이러한 잉크는 염료, 바인더 및 용매로 구성된다. 요건에 따라, 추가 염, 4차 암모늄 화합물 또는 다른 물질이 포함되어서 잉크의 전도성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 표면 장력을 증가시키거나 감소시키기 위한 물질(agent)뿐만 아니라 접착 촉진제가 포함될 수 있다. 염료 외에도, 또한 안료가 잉크의 색을 내도록 사용될 수 있다. 염료 잉크가 비교적 보다 밝은 색상을 생성하지만, 안료 잉크는 인쇄될 표면상에서 덜 나아가고 더욱 참(true) 색상이 되고 더 높은 콘트라스트를 보이는 장점이 있다.

CIJ 인쇄 공정에서 잉크가 가능한 균질하여 잉크 액적이 가능한 균일한 형태가 되는 것이 특히 중요하다. 잉크 액적은 일정한 액적 분할 길이, 액적 속도, 질량 및 전기 대전가능성을 가져야 한다. 잉크의 균질성은 잉크젯을 일정한 화학적 특성 및 물리적 특성을 갖는 작은 액적으로 나눌 수 있는 전제 조건이다. 특히, 여기서, 중량과 관련한 대전가능성이 결정적인데, 이것은, 액적이 특정한 전하/질량비를 가질 때만 기록 매트릭스에서의 할당된 위치로 보내질 수 있기 때문이다. 그러므로, 균일하지 않은 액적 형상은 제어가 어렵거나 이탈하는 잉크 액적을 야기하여 프린트헤드의 서체의 훼손을 초래한다.

가능한 높은 균질화의 정도를 갖는 잉크를 생성하기 위하여, 종래 기술에서는, 잉크의 개별 성분이 가능한 높은 용해도 및 분산도를 갖고 잉크의 높은 균질성을 초래하는 절차적 수단이 선택되는 것이 주목된다. 특히, 잉크는 생산 동안 수차례 필터링된다. 더욱이, 지금까지, 잉크는 잉크가 사용될 장치에서 각각의 경우 정확하게 일치되어 왔다(EP 0 438 427).

사용된 품질이 불량한 잉크는 프린드헤드 조절이 더 어려운 것으로 입증된다. 품질이 불량한 잉크는 정확히 조절된 프린트헤드의 경우에만 허용가능한 인쇄 결과를 이끌어 낸다. 이것은, 프린트가 심지어 잉크 농도의 약간의 변경 또는 주변 상태에서의 변화의 경우에도 심하게 변형되는 결과를 가질 수 있다. 반대로 품질이 우수한 잉크는 프린트 이미지의 손상을 야기하지 않고도 넓은 범위의 조절 범위에서 사용될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 더 깨끗한 서체가 CIJ 인쇄에서 성취되게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법에 의해 성취되고, 이 방법에서

- 잉크젯은 개별적으로 동일한 크기의 잉크 액적으로 나뉘고,

- 잉크 액적의 적어도 일부에 전하가 제공되고,

- 잉크 액적은 편향 장치를 통해 가이드되고,

- 미리한정된 양만큼 편향되는 잉크 액적이 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집되며,

- 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집되는 잉크 액적은 인쇄를 위해 사용된다.

바람직하게 각각의 잉크 액적에 동일한 전하가 제공된다. "각각의 잉크 액적"은 오직 잉크젯 장치를 위해 균질한 잉크를 얻는데 사용되는 잉크 액적을 의미한다. 페이징(phasing)에 필요한 잉크 액적은 또한 본 발명에 따른 방법에서 약간만 대전되며 상기의 잉크 액적을 의미하지 않는다. 더욱이, 이하에서 기재되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은, 인쇄와 페이징을 위해 요구되지 않는 잉크 액적이 균질한 잉크를 얻는데 사용되는 방식으로 CIJ 인쇄 공정과 결합될 수 있다. 그러므로 "각각의 잉크 액적"은 오직 이처럼 마지막으로 언급한 잉크 액적에 관한 것이다.

바람직하게, 균질한 잉크를 얻는데 사용되는 잉크 액적의 비행 거리는 CIJ 인쇄의 경우보다 크다. 바람직하게, 비행 거리는 50mm를 초과하고, 특히, 70mm를 초과한다. 잉크 액적의 비행 거리가 더 길고 더 편향이 더 클수록, 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집된 잉크 액적의 입자-크기 부분은 더 좁아지고 얻어진 잉크는 더욱 균질해진다.

바람직하게, 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집된 상기 잉크 액적은 중간 컨테이너에 저장된다.

바람직하게, 잉크 액적은 CIJ 인쇄에서 보다 더 강하게 편향되어서, 잉크 액적의 불균질성은 특히 뚜렷한 효과를 갖는다.

더욱이, 이러한 목적은 이하의 특징을 갖는 장치에 의해 성취된다:

- 잉크젯을 생성하는 설비,

- 잉크젯을 동일 크기의 개별 잉크 액적으로 나누기 위한, 초음파 발진기 및 노즐을 포함하는 노즐 장치,

- 적어도 일부의 잉크 액적에 전하가 제공되게 하는 대전 터널,

- 대전된 개별 잉크 액적이 편향되게 하는 편향 장치 및

- 잉크 액적의 편향되지 않은 비행 경로로부터 떨어져서 배치되는 균질화 액적 캐쳐.

바람직하게, 편향 장치는 잉크 액적을 편향시키기 위한 정전기장(electrostatic field) 또는 정자기장(magnetostatic field)을 생성한다.

바람직하게, 장치는 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집되는 잉크 액적을 저장하기 위한 중간 컨테이너를 갖는다.

이 장치는 균질한 잉크를 얻고 균질한 잉크를 사용하여 표면상에 인쇄하는데 모두 이용가능할 수 있다. 이것을 위하여, 이 장치는 인쇄될 표면을 갖는 기판을 고정하고 가이드하기 위한 설비 및 인쇄에 요구되지 않는 상기 편향되지 않은 잉크 액적을 수집하도록 배치된 액적 캐쳐를 갖는다.

인쇄될 표면을 갖는 기판을 고정하고 가이드하기 위한 상기 설비 및 균질화 액적 캐쳐는 편향되지 않은 잉크 액적에 대한 액적 캐쳐의 대향하는 측 상에 배열된다. 특히, 인쇄될 표면을 갖는 기판을 고정하고 가이드하기 위한 설비는 편향되지 않은 잉크 액적을 위한 액적 캐쳐 위에 배열되고, 균질화 액적 캐쳐는 상기 편향되지 않은 잉크 액적을 위한 액적 캐쳐 아래에 배열된다.

본 발명에 따른 균질화 장치는 종래의 잉크젯 프린트헤드와 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 오직 하나의 균질화 액적 캐쳐가 편향되지 않은 비행 경로 밖에 제공되고, 그 결과, 상응하는 양만큼 편향되었던 이러한 잉크 액적 만이 수집된다. 잉크젯 프린트헤드는 다편향 CIJ 인쇄를 위한 것 또는 2원(binary) CIJ 인쇄를 위한 것이 될 수 있다. 다편향 CIJ 인쇄에서, 일련의 개별 잉크 액적은 단일 노즐 개구를 갖는 프린트헤드에 의해 생성되고, 잉크 액적이 인쇄될 표면에 충돌하는 지점은 편향의 범위에 의해 제어되고 이것은 결국 액적의 전하를 통해 제어된다. 2원 CIJ 인쇄에서, 다수, 예컨대 192 또는 256개의 노즐 개구를 갖는 프린트헤드에 의해, 이에 상응하는 수의 잉크젯, 즉, 일련의 잉크 액적이 생성되고 잉크 액적이 인쇄될 표면에 충돌하는 지점은 프린트헤드 상의 상응하는 노즐 개구의 위치에 의해 결정되며, 모든 잉크 액적은 문자 또는 빈자리의 인쇄 여부에 따라 전하 또는 동일한 전하를 수용하지 않는다.

본 발명에 따른 방법에서, 점도 및 전도도의 측면에서 대략적으로 요구되는 특성을 갖는 미가공 잉크(raw ink)는 편의상 먼저 제조된다. 이러한 잉크로부터, 잉크젯이 생성되고 이는 초음파 진동기 및 노즐에 의해 개별적으로 동일한 크기의 액적으로 나뉜다. 잉크젯에는 대전 장치를 통해 전하가 제공되고, 그 결과, 잉크젯으로부터 분리된 각각의 액적은 전하를 갖는다. 편향 장치는 그 기본 비행 경로로부터 대전된 액적을 편향시키고 균질화 액적 캐쳐로 잉크 액적을 가이드한다. 균질화 액적 캐쳐의 위치에 상응하는 편향의 액적만이 균질화 액적 캐쳐에 의해 수용되고 중간 컨테이너로 전달된다. 잉크의 비균질성 또는 불순물로 인해 미리한정된 값과 상이한 편향을 겪는 액적은 균질화 액적 캐쳐에 충돌하지 않고 중간 컨테이너로 전달되지 않으므로, 그 결과, 잉크의 균질한 성분과 불균질한 성분 간의 효과적인 분리가 야기될 수 있다. 최적으로 형성되고 뷸균질성 또는 불순물을 거의 갖지 않는 액적만이 중간 컨테이너에 모인다. 액적으로 분할되는 잉크는 높은 선형성 및 반복 정확성을 가지므로 더욱 깨끗한 서체를 얻는다.

균질화 액적 캐쳐에 의해 수용되지 않은 잉크 액적은 편향판에 충돌하고, 이것으로부터 벗어나서 별도의 수집 컨테이너에 떨어져서 수집될 수 있다. 편향판은 바람직하게는 액적의 비행 방향으로 균질화 액적 캐쳐 뒤에 배치된다. 수집 컨테이너에 수집된 잉크는 재활용될 수 있으므로 균질화 장치에 다시 공급될 수 있다.

실제로, 바로 연속하는 잉크 액적은 정전기력 및 특히 후류 효과(slipstream effect)로 서로의 비행 경로에 영향을 주는 문제가 발생한다. 선행 잉크 액적 단독의 후류는, 액적이 동일한 전하/질량비를 갖더라도 후속하는 액적의 더 강한 편향을 야기할 수 있다. 후속하는 액적이 후류로 인한 더 고속을 성취하여 선행하는 액적을 추월할 가능성도 있다. 이러한 효과는 특히, 균질화 공정 시작 시점에서의 파괴 효과를 갖는다. 시간이 흐르면서, 균형에 도달하고, 여기서, 동일한 전하/질량비를 갖는 모든 잉크 액적이 동일한 경로상으로 편향된다. 본 발명에 따른 균질화 공정은, CIJ 인쇄 공정과 마찬가지로 수초의 짧은 간격에서 조절되어서 온도 변동, 압력 변화 및 유사한 동작 파라미터에서의 변화를 보상하고 페이징을 수행한다. 각각의 조절 이후, 균질화 공정이 다시 시작되면, 균형에 다시 도달하기까지 대기하는 것이 필요하다. 빈번한 중단으로 인하여, 특히, 균질화 공정이 다시 시작할 때 일어나는 후류 효과는 파괴 효과를 갖는다.

잉크 액적의 상호 영향을 보상하기 위한 다수의 가능성이 존재한다. 기술적으로 단순한 해결책은 잉크 액적의 안정화된 비행 경로에 균질화 액정 캐쳐를 위치시키는 것이며, 잉크 액적이 충돌하는 경우, 일단 전하 및 후류 효과로 인한 초기 파괴가 약해진다. 이러한 해결책의 단점은 각각의 경우에 제 1의 대략 5 내지 8의 액적이 그 일관성과 관계없이 균질화 액적 캐쳐에 충돌하지 않고 요구되는 것보다 더 많은 잉크가 먼저 버려진다. 이러한 경우에, 그러므로, 먼저 버려진 잉크 액적을 수집하고 이 액적을 균질화 장치에 다시 공급하는 것이 타당하다.

대안적으로, 개별 잉크 액적의 전하는 경험적으로 결정되고 먼저 비행하는 잉크 액적의 수에 따라 제어된다. 잉크 액적의 전하는, 잉크 액적의 비행 경로가 안정화될 때까지 연속하여 감소된다. 이런 식으로, 잉크 액적이 손실되지 않더라도 추가적인 비선형 제어가 요구되어서, 장치의 동작 및 유지에 더욱 비용이 많이 든다.

추가 대안은 높게 대전된 그리고 대전되지 않거나 약하게만 대전된 잉크 액적을 교호로 생성하는 단계로 구성된다. 높게 대전된 개별 잉크 액적 사이의 거리가 상당히 크기 때문에 더 이상 서로 영향을 줄 수 없다. 높게 대전된 잉크 액적 사이의 거리를 늘리기 위하여, 제 3, 4번째 잉크 액적을 매우 높게 대전하는 것이 가능하다. 이러한 방법에서, 산출량이 마찬가지로 상당히 줄어들 수 있지만 가장 높고 가장 안정적인 분리 효과가 성취될 수 있다. 오직 약하게 대전된 액적만이 페이징에 사용될 수 있다.

상이한 편광의 전하를 갖는 잉크 액적을 교호로 로드(load)하는 것 또한 가능하다. 잉크 액적은 (도면의 기하학적 형상에서) 상하 교대로 편향되고, 그 결과, 다시, 연속하는 잉크 액적의 비행 경로의 상호 영향이 일어나지 않는다. 그러나, 대향하게 극성을 띤 잉크 액적을 수용하는 추가 균질화 액적 캐쳐가 제공되어야 한다.

잉크 액적의 비행 경로의 상호 영향을 피하기 위한 개별적인 방법은 또한 최적화를 위해 서로 결합될 수 있다.

대전된 잉크 액적의 편향의 정도는 그 전하/질량비에 따른다. 전하/질량비의 선택은 대전 터널로부터 균질화 액적 캐쳐의 거리뿐만 아니라 균질화 액적 캐쳐의 위치, 잉크 압력, 대전 전압, 편향 전압을 통해 설정될 수 있다. 균질화 장치의 분리 효과는 편향 필드의 강도뿐만 아니라 대전 터널과 균질화 액적 캐쳐 사이의 거리를 통해 결정될 수 있다.

잉크 액적에 실제로 공급되는 전하는 배출 노즐과 분리 지점(break-off point) 사이의 잉크의 전도도에 따른다. 이러한 영역의 잉크의 전도도의 변화는 잉크 액적의 상이한 대전을 야기한다. 분리 지점의 위치는 노즐의 구동 전압뿐만 아니라 잉크의 속도 또는 압력에 따른다. 잉크의 불균질성으로 유도된, 점도 또는 표면 장력에 대하여 국지적으로 발생하는 변화는 분리 길이의 변화와 그로 인한, 현안의 잉크 액적의 전하의 변화를 유도한다.

편향 필드는 하나 이상의 고전압 전극에 의해 생성되는 정전기장이 될 수 있다. 그러나, 잉크 액적의 편향은 또한 자기장을 통해 실현될 수도 있다.

잉크의 장기간 안정성에 따라, 균질화 공정은 잉크 제조사에서 또는 인쇄 직전에 수행될 수 있다. 잉크가 높은 장기간 안정성을 가질 경우, 잉크 제조 동안 먼저 균질화를 수행하고 사용자에게 완료된 잉크 산물을 제공하는 것이 유리하다.

대안으로, 잉크는 사용자의 인쇄 장치에서 직접적으로 균질화 장치에 의해 생성될 수 있고, 여기서, 잉크는 균질화 액적 캐쳐로부터 중간 컨테이너 내로 운반되고, 중간 컨테이너로부터 프린트헤드가 인쇄를 위한 잉크를 추출한다. 이러한 구성의 잉크가 "요구될 때", 즉, 프린트헤드가 잉크를 요구할 때 생성되고, 균질화 장치가 요구되는 잉크를 생산하는 특정 리드 타임(lead time)이 제공되어야 한다.

프린트헤드 그 자체가 인쇄 장치 및 균질화 장치 양쪽으로 사용되는 것이 가능하다. 이러한 목적으로, 프린트헤드는 또한 종래의 액적 캐쳐에 더하여 균질화 공정을 수행하기 위한 균질화 액적 캐쳐를 필요로 한다. 휴지 기간 동안, 프린트헤드는 제 1 저장소로부터 미가공 잉크를 추출하고, 이 잉크의 균질화를 수행하여 필터링된 잉크를 중간 컨테이너에 가이드할 수 있다. 인쇄를 위하여, 프린트헤드는 이어서 중간 컨테이너로부터 필터링되거나 균질화된 잉크를 추출한다. 이러한 결합된 실시예의 장점은 완전히 동일한 프린트헤드가 인쇄 및 잉크의 균질화 양쪽에 사용되는 것이다. 이러한 프린트 헤드에 의해 원하는 전하/질량비를 갖는 잉크 액적으로 형성될 수 있는 균질화 공정에서 이미 기재한 잉크는 또한 후속 인쇄 공정에서 다시 균일한 잉크 액적으로 분해될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 액적의 교호로 반대되는 대전의 상기 언급된 가능성은 음으로 대전된 액적이 인쇄를 위해 사용되고, 적절한 곳에서, 종래의 액적 캐쳐에 충돌하되, 양으로 대전된 액적은 균질화를 위해 사용되고 균질화 액적 캐쳐 또는 편향판에 충돌하는 방식으로 사용될 수 있다.

일반적으로, 균질화 장치의 노즐 장치는 잉크젯 장치의 기록 헤드의 구조와 동일한 구조가 되어야 한다. 균질화 장치의 노즐의 직경은 기록 헤드에서 사용된 노즐의 직경과 동일하거나 더 작을 수 있고 균질화 장치의 동작 주파수는 기록 헤드의 동작 주파수와 동일하거나 그보다 클 수 있다. 이런 식으로 균질화된 잉크는 또한 잉크젯 장치의 기록 헤드에서의 균질한 잉크 액적을 형성하고 더욱 깨끗한 서체를 생성하는 것이 보장된다.

본 발명으로 성취될 수 있는 장점은 사용된 잉크의 증가된 균질성으로 인해 고품질 서체가 성취될 수 있다는 점이다. 게다가, 잉크는 넓은 조절 범위에 대하여 어려움 없이 사용될 수 있다.

추가 장점은, 심지어 염료 잉크보다 더 낮은 균질성을 일반적으로 갖는 안료 잉크에 의해서도, 안정된 잉크 조합이 성취될 수 있고 이는 CIJ 인쇄에 최적으로 적합하다는 점이다. 임의의 안료는 안료 잉크를 위해 사용될 수 있다. TiO₂ 안료가 바람직하게 사용된다. 이 안료는 통상적으로 CIJ 응용을 위하여 0.5㎛ 내지 2㎛의 직경을 갖는다. 잉크 액적은 통상적으로 50㎛ 내지 120㎛의 크기를 갖는다. 그러므로 통상적으로 필터링되지 않은 안료 잉크는 가우시안 분포 액체에 해당하고, 즉, 잉크에 용해된 안료의 크기 분포는 대략 가우시안 분포에 상응한다. 안료의 크기가 개별 잉크 액적의 화학적 및 물리적 특성에 영향을 주기 때문에, 본 발명에 따른 균질화 장치에 의해 가우시안 분포 안료 잉크로부터 선택하는 것이 가능하고, 그 대역폭 뿐만 아니라 그 전하/중량비가 정확히 미리결정된다.

잉크 속의 입자는 덩어리가 되는 경향이 있다. 이러한 덩어리는 액적 형성을 방해하고 마찬가지로 서체를 손상시킨다. 잉크가 인쇄 공정 직전에 본 발명에 따른 균질화 공정을 거치므로, 인쇄를 위해 사용되는 잉크는 균일한 액적 형성을 허용하고 파괴 덩어리가 균질화 공정과 인쇄 공정 사이의 짧은 기간으로 인해 잉크에서 일어나지 않는 것이 보장된다.

균질화 액적 캐쳐의 위치 및 대전 터널의 제어에 관계와는 관계없이 균질화 장치는 바람직하게 잉크가 사용될 프린트 헤드와 구성상 실질적으로 동일하다. 이런 식으로, 잉크는 인쇄 공정 동안 지배적인 주변 조건 하에서 최적의 액적 형성을 허용하는 것이 보장된다.

본 발명의 실시예적인 예시는 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 기재된다. 도면에서:
도 1은 종래 기술에 따른 종래의 CIJ 장치의 기능적인 스케치를 도시하고;
도 2는 CIJ 장치를 위해 잉크를 균질화하는 본 발명에 따른 장치를 도시하며;
도 3은 CIJ 장치를 위해 잉크를 인쇄하고 균질화 하기 위하여 적합한 결합된 장치를 도시한다.

종래의 CIJ 프린트헤드(10)의 구조가 도 1에 도시된다. 잉크젯(12)은 고압 라인(13)을 통해 프린트헤드(10)로 가이드되고 초음파 발진기와 노즐을 포함하는 노즐 장치(14)에 의해 동일한 크기의 개별 잉크 액적(16)으로 나뉜다. 대전 터널(18)은 잉크젯(12)을 정전기적으로 대전하는 역할을 한다. 대전된 잉크젯(12)으로부터 분리된 잉크 액적(16)은 전하의 일부를 이와 함께 운반한다. 대전된 잉크 액적(16)은 이로써 편향 장치(20)에 의해 가이드되고, 여기서, 잉크 액적(16)은 그 전하/질량비에 상응하는 기존 비행 경로로부터 편향된다. 표면은 서로 일치하는 잉크 액적(16)의 수직 편향 및 프린트헤드(10) 또는 인쇄될 표면(21)의 상응하는 수평 움직임에 의해 인쇄된다. 요구되지 않거나 대전되지 않는 잉크 액적(16)은 그 기존 비행 경로에 남겨지고, 액적 캐쳐(22)에 의해 수용되어서 저장소(24)내에 공급된다.

본 발명에 따른 균질화 장치(30)의 일 실시예는 도 2에서 도시된다. 균질화 장치(30)의 구조는 종래의 CIJ 프린트헤드(10)의 구조와 상당히 일치한다. 잉크젯(12)은 동일한 크기의 잉크 액적(16)으로 다시 분해되고, 대전 터널(18)은 개별 잉크 액적(16)이 각각의 경우에 동일한 양의 전하를 제공받는 방식으로 구성된다. 이로써 대전된 잉크 액적(16)은 편향 전극(20)의 정전기장에서 그 기존 비행 경로로부터 편향된다. 잉크 액적(16)의 편향은 편향 전극(20)의 정전기장의 강도와 잉크 액적(16)의 전하/질량비 양쪽에 의존한다. 균질화 장치(30)는, 이러한 잉크 액적(32)이 먼저 고정된 전하/질량비를 갖고, 균질화 액적 캐쳐(34)에 충돌하여 이 캐쳐로부터 중간 컨테이너(36)로 전달되도록 조절된다. 도 1의 액적 캐쳐(22)는 편향되지 않은 잉크 액적(16)의 경로 상에 배열되지만, 균질화 액적 캐쳐(34)는 오직 균질한 액적(32)만이 충돌하도록 배열된다. 전하/질량비의 미리 결정된 값은 개별적으로 각각의 잉크에 의존하고, 균질화 액적 캐쳐(34)의 위치, 잉크젯(12)의 압력, 대전 터널(18)에서의 대전 전압, 편향 전극(20)의 전압의 상응하는 선택에 의해 뿐만 아니라 대전 터널(18)로부터의 균질화 액적 캐쳐(34)의 거리를 통해 설정될 수 있다. 균질화 공정 또는 페이싱의 조절 이후, 연속하는 잉크 액적의 비행 경로의 상호 영향이 정전기적 상호작용 및 후류 효과로 인해 초래된다. 그러나, 공정의 과정에서, 이러한 비행 경로가 안정화되고, 그 결과 동일한 전하/질량비를 갖는 잉크 액적은 또한 동일한 비행 경로를 갖는다. 그러므로, 도 2의 실시예에서, 균질화 액적 캐쳐는, 안정화된 비행 경로를 갖는 잉크 액적을 수집하도록 위치된다.

다른 한편으로 잉크 액적(38) - 이것의 편향은 균질화 액적 캐쳐(34)의 위치에 의해 고정된 값에 해당하지 않음 - 은 상이한 비행 경로로 편향되므로 균질화 액적 캐쳐(34)에 충돌하지 않는다. 그러므로 이러한 비균질 잉크 액적(38)은 균질한 잉크 액적(32)으로부터 효과적으로 분리된다. 비균질 액적 캐쳐내로 충돌하지 않는 모든 잉크 액적, 그러므로 비균질한 잉크 액적과, 균질화 공정의 시작에서 여전히 다소 작은 편향을 겪으며, 다른 한편으로 편향판(39)에 충돌하는 균질한 잉크 액적은 저장소(24)에 다시 운반된다.

중간 컨테이너(36)에서 수집된 잉크는 원하는 전하/질량비를 갖는 잉크 액적(32)으로만 구성된다. 이러한 잉크 액적(32)으로부터 형성된 잉크는 높은 반복 정확도를 갖고, 즉, 후속 인쇄 공정에서, 이러한 잉크는 일정한 전하/질량비를 갖는 잉크 액적(32)으로 다시 분해할 수 있으므로, 그 결과 매우 깨끗한 서체가 성취될 수 있다.

본 발명에 따른 균질화 장치(40)의 추가 실시예는 도 3에 도시된다. 이러한 실시예에서, 잉크의 균질화 및 표면(21) 상의 인쇄는 모두 동일한 프린트헤드(10)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 실시예는 도 2의 균질화 장치(30)에 더하여 인쇄될 표면(21)을 갖는 기판 및 종래의 액적 캐쳐(22)를 고정하고 가이드하기 위한 설비 - 상세히 도시되지 않음 - 를 포함한다. 3-방향 벨브(42)를 통해, 프린트헤드(10)에 저장소(24)로부터의 미가공 잉크 또는 중간 컨테이너(36)로부터의 균질화된 잉크가 제공될지 선택하는 것이 가능하다.

종래의 액적 캐쳐(22)는 노즐 장치(14)의 레벨에 위치하고, 인쇄될 표면(21)을 갖는 기판을 고정하고 가이드하기 위한 설비는 이러한 액적 캐쳐(22) 위에 배열되며 균질화 액적 캐쳐(34)는 종래의 액적 캐쳐(22) 아래에 배열되고, 그 반대의 구성도 가능하다. 전체 구조는 또한 수평에 대해 경사질 수 있다. 인쇄를 위한 잉크 액적(16)이, 균질한 잉크를 얻기 위해 사용되는 잉크 액적(32, 38)의 전하의 반대인 전하를 수용하는 것이 중요하다.

인쇄를 위해서, 균질화된 잉크는 중간 컨테이너(36)로부터 프린트헤드(10)로 가이드된다. 인쇄 공정은 상기 기재된 바와 같이 수행된다. 잉크 액적(16)이 대전되고 편향 전극(20)을 통해 표면(21)의 의도된 기록 행렬 위치로 가이드된다. 후속 인쇄 공정에서 다시 잉크를 사용하기 위하여, 요구되지 않는 잉크 액적(16)은 액적 캐쳐(22)에서 수집되어서 중간 컨테이너(36)로 다시 공급된다. 휴지 기간 또는 중간 컨테이너(36)에서의 잉크 채움 레벨이 상당히 낮을 때, 균질한 잉크를 얻기 위한 본 발명의 방법은 프린트헤드(10)에 의해 수행될 수 있다. 이를 위하여, 3-방향 벨브(42)는 프린트헤드(10)가 저장소(24)로부터 미가공 잉크를 추출하도록 제어된다. 도 2와 관련해 설명된 바와 같이, 미가공 잉크젯(12)은 균일하고 동일하게 대전된 잉크 액적(16)으로 분해된다. 미리결정된 전하/질량비를 갖는 이러한 잉크 액적(32)은 편향 전극(20)에 의해 균질화 액적 캐쳐(34)로 가이드되어서 그로부터 중간 컨테이너(36)에 운반된다. 반대로 미리설정된 전하/질량비를 갖지 않는 비균질한 잉크 액적(38)은 폐기된다. 균질화 공정(예컨대 장치의 조절) 동안 종래의 액적 캐쳐(22)에 의해 수용되는 잉크 액적(16)은 중간 컨테이너(36)에 들어가서는 안되지만 저장소(24)에 다시 주입되어야 한다. 이러한 이유로, 추가 3방향 벨브(44)가 제공되고, 이것에 의해, 어느 컨테이너에 잉크가 종래의 액적 캐쳐(22)로부터 가이드될지 선택하는 것이 가능하다.

실시예의 예시

비디오젯의 CIJ 인쇄 시스템(독일, EXCEL 2000 불투명형)은 이하와 같이 수정되었다:

프린트헤드는 80kHz에 대하여, 석영으로 만들어진, 53㎛ 노즐 및 비디오젯의 CIJ 프린터(EXCEL 170i 초고속형)의 소프트웨어를 포함하는 프린트헤드로 대체되었다.

액적 캐쳐의 튜브는 오직 프레쉬 잉크가 공급되는 것을 보장하도록 진공 플라스크내로 가이드되었다.

2개의 보드(board)와 4개의 포텐시오미터(potentiometor)의 통합에 의해, 엑셀(Excel) 전자기기는, 기록을 위해 요구되는 것보다 많은 액적이 대전될 수 있고 대전 전압과 임계값이 일반적인 정도를 초과하여 증가할 수 있도록 변형된다. 그러므로 동일한 전하와 가장 높은 편향은 모든 대전된 액적에서 강요된다. 모든 액적이 동일한 전하를 가지므로, 선체가 생성되지 않되 모든 액적이 최대한 편향된다. 액적 수집의 효율은 그렇게 함으로써 상당히 증가된다.

수직으로 그리고 측방으로 조절가능한 균질화 액적 캐쳐가 프린터의 변형에 유사하게 기본 플레이트 상에 피트되었다. 균질화 액적 캐쳐는 작은 금속 튜브이고, 이것의 단부는 수평으로 구부려지고 정확히 1mm의 직경을 갖는 개구를 갖는다. 균질화된 잉크 액적을 위한 이러한 트랩은 플라스크(flask)내로 개방되고 이는 부압으로 대전될 수 있다.

이러한 설계는 이동가능하므로 프린트헤드에 대한 거리 또는 잉크 액적의 비행 경로의 계속된 조절은 프린트헤드의 포지셔닝에 의해 가능하다.

전자기기의 변형 및 다수의 액적을 대전하고 생성된 액적을 더 높게 편향시키는 가능성의 결합으로, 이러한 구조는 잉크 액적을 균질화할 가능성을 개방하여, 액적의 특성, 크기 또는 질량이 비행 경로를 연장시키고 대전 전압을 변경함으로써 넓은 범위 내에서 제어될 수 있다.

프린트헤드로부터의 균질화 액적 캐쳐의 거리는 대부분의 테스트에서 50mm였다. 일부 테스트는 또한 70mm의 거리로 수행되었다.

비행 경로가 더 길어지고 편향이 더욱 높아질수록, 균질화된 액적의 입자 크기의 부분이 더 좁아진다.

잉크 액적이 생성되고 대전된다. CIJ 인쇄의 대전 전압은 70볼트 내지 275볼트였다. 이것은 16×24 잉크 액적의 완전한 행렬(h×w)의 일반 전압이다. 페이싱 액적은 10볼트를 갖는다. 균질한 액적을 얻기 위하여, 모든 잉크 액적에 대한 대전 전압은 변형된 전자에 의해 210볼트까지 증가했다. 이러한 대전 전압에서, 눈에 띄는 잉크 액적의 상호작용은 없었다. 대전되지 않은 모든 잉크 액적은 표준 액적 캐쳐를 통해 다시 공급된다. 이러한 임계값은, 10볼트로 대전된 페이징 액적을 허용하기 위해 50볼트가 되며, 이들 액적은 더 높은 레벨이 되지는 않게 한다.

대전된 액적은 고전압 보드에서 편향되고, 자격이 주어질 경우, 즉, 균질화될 경우, 잉크 액적은 균질화 액적 캐쳐를 통해 수집된다.

본 명세서에 따라 편향되지 않은 잉크 액적 - 더 작거나 더 큰 질량 또는 전하로 인해 편향되지 않음 - 은 편향판에서 또는 주변에서 수집되며 이러한 잉크 액적은 수집되어 폐기된다.

이러한 설계는 약 250ml의 균질화된 잉크를 운반하고, 이는 3.5 시간 이내에 상이한 인쇄 시스템에서 매우 우수한 성능을 보여준다. 그로 인해 얻어진 프린터 잉크는 CIJ 인쇄를 위해 사용되었다. 이를 위하여, 프린터 잉크의 점도는 균질한 잉크가 얻어질 때 일어나는 증발 손실에 대한 보상을 위하여 먼저 설정되었다. 비균질화된 미가공 잉크로 인해 인쇄 테스트에서 발생된 정확하지 않은 전하는 5% 내지 10%이지만, 균질화된 잉크가 사용될 때의 정확하지 않은 전하는 1% 미만이었다.

10 프린트헤드
12 잉크젯
13 고압 라인
14 노즐 장치
16 잉크 액적
18 대전 터널
20 편향 전극
21 인쇄될 표면
22 인쇄를 위한 액적 캐쳐
24 저장소
30 균질화 장치
32 균질한 잉크 액적
34 균질화 액적 캐쳐
36 중간 컨테이너
38 불균질 잉크 액적
39 편향판
40 결합된 균질화/인쇄 장치
42 3-방향 밸브
44 추가 3-방향 밸브

Claims (11)

1. 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법으로서,
   - 잉크젯(12)이 동일한 크기의 개별 잉크 액적(16)으로 나뉘고,
   - 상기 잉크 액적(16)의 적어도 일부에 전하가 제공되며,
   - 상기 잉크 액적(16)은 편향 장치(20)를 통해 가이드되고,
   - 미리 한정된 양만큼 편향되는 잉크 액적(32)의 일부분이 균질화 액적 캐쳐(34)에 의해 수집되고, 이 때, 수집된 부분의 개별 잉크 액적(32)은 미리 한정된 편향의 정도에 따라 고정된 전하/질량비를 갖고,
   - 상기 균질화 액적 캐쳐(34)에 의해 수집된 상기 잉크 액적(32)이 인쇄를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 각각의 잉크 액적(16)에 동일한 전하가 제공되는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 잉크 액적(16)의 비행 거리(flight length)는 50mm를 초과하는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 균질화 액적 캐쳐(34)에 의해 수집된 상기 잉크 액적(32)은 중간 컨테이너(36)에 저장되는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법.
5. 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치로서,
   - 잉크젯(12)을 생성하는 설비,
   - 상기 잉크젯(12)을 동일한 크기의 개별 잉크 액적(16)으로 나누기 위한, 초음파 발진기 및 노즐을 포함하는 노즐 장치(14),
   - 각각의 잉크 액적(16)에 전하가 제공되게 하는 대전 터널(charge tunnel)(18),
   - 전기 대전된 상기 개별 잉크 액적(16)이 편향되게 하는 편향 장치(20), 및
   - 균질화 액적 캐쳐(34)를 포함하고,
   - 상기 균질화 액적 캐쳐(34)가 미리 한정된 양만큼 편향된 잉크 액적(16)의 일부분을 수집하기 위한 위치에 배치되며, 이 때, 수집된 부분의 개별 잉크 액적(16)은 미리 한정된 편향의 정도에 따라 고정된 전하/질량비를 갖는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 편향 장치(20)는 상기 잉크 액적(16)을 편향시키기 위한 정전기장 또는 정자기장을 생성하는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 균질화 액적 캐쳐에 의해 수집된 상기 잉크 액적(34)을 저장하기 위한 중간 컨테이너(36)를 갖는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
8. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 균질한 잉크를 얻고 균질한 잉크를 사용하여 표면(21) 상에 인쇄하는데 모두 이용가능하고, 인쇄될 표면(21)을 갖는 기판을 고정하고 가이드하기 위한 설비, 및 인쇄를 위해 요구되지 않는 편향되지 않는 상기 잉크 액적(16)을 수집하도록 배치된 액적 캐쳐(22)를 갖는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 인쇄될 상기 표면(21)을 갖는 상기 기판을 고정하고 가이드하기 위한 상기 설비 및 상기 균질화 액적 캐쳐(34)는 편향되지 않는 상기 잉크 액적(16)을 위한 상기 액적 캐쳐(22)의 대향하는 측 상에 배열되는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 인쇄될 상기 표면(21)을 갖는 상기 기판을 고정하고 가이드하기 위한 상기 설비는, 편향되지 않은 상기 잉크 액적(16)을 위한 상기 액적 캐쳐(22) 위에 배열되고, 상기 균질화 액적 캐쳐(34)는 편향되지 않은 상기 잉크 액적(16)을 위한 상기 액적 캐쳐(22) 아래에 배열되는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 장치.
11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 잉크 액적(16)의 비행 거리(flight length)는 70mm를 초과하는, 잉크젯 장치를 위한 균질한 잉크를 얻는 방법.
    

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