KR102373301B1 - 액체 토출 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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도루 나카쿠보
가즈히로 야마다
요시유키 나카가와
아키코 함무라
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토출 소자에 연관지어진 순환 유로를 갖는 구성에서, 액체 증발, 전원 용량, 및 노이즈의 영향을 저감하면서, 적합하게 액체를 순환시키고 안정적인 토출 동작을 유지하는 것이 가능한 액체 토출 장치를 제공한다. 이 목적을 위해, 유로의 흐름을 용이하게 하는 액체 전달 기구를 압력실에 연관지어 준비하는 구성에서, 액체 전달 기구를 복수의 블록으로 분할하고, 상기 블록 각각에 포함되는 액체 전달 기구를 상이한 타이밍에 구동한다.

Description

액체 토출 장치 및 제어 방법{LIQUID EJECTING APPARATUS AND CONTROL METHOD}
본 발명은 액체 토출 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
잉크젯 기록 헤드와 같은 액체 토출 모듈에서는, 토출 동작이 잠시 행하여지지 않는 토출구에서 휘발 성분의 증발이 진행되어, 잉크(액체)의 변질을 초래할 수 있다. 이는, 휘발 성분의 증발은, 색재 등의 성분의 농도를 상승시키고, 색재가 안료일 경우에는 안료의 응집이나 침강을 일으켜서, 토출 상태에 영향을 주기 때문이다. 더 구체적으로는, 토출량 및 토출 방향이 변동되고, 따라서 화상은 농도 불균일이나 줄무늬를 포함한다.
이러한 잉크 변질을 억제하기 위해서, 최근에는, 액체 토출 모듈 내에서 잉크를 순환시켜서, 규칙적으로 신선한 잉크를 토출구에 공급하는 방법이 제안되고 있다. 국제 공개 제WO 2016/068987호는, 각각의 토출구에 잉크를 공급하는 순환 유로 내에 액체 전달 기구(펌프 소자)를 제공하고, 토출 소자와 펌프 소자의 구동 간격을 제어하는 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 액체 토출 장치로서, 액체를 수용하는 압력실; 상기 압력실의 액체에 에너지를 부여하는 에너지 발생 소자; 상기 에너지 발생 소자에 의해 에너지가 부여된 액체를 토출시키는 토출구; 상기 압력실에 연관지어 준비되고 상기 압력실을 통한 액체 흐름을 용이하게 하는 액체 전달 기구; 및 복수의 상기 액체 전달 기구의 구동을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 액체 전달 기구를 복수의 블록으로 분할하고, 상기 블록 각각에 포함되는 상기 액체 전달 기구를 상이한 타이밍에서 구동하는 액체 토출 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 액체 토출 장치의 제어 방법으로서, 상기 액체 토출 장치는, 액체를 수용하는 압력실; 상기 압력실의 액체에 에너지를 부여하는 에너지 발생 소자; 상기 에너지 발생 소자에 의해 에너지가 부여된 액체를 토출시키는 토출구; 및 상기 압력실에 연관지어 준비되고, 상기 압력실을 통한 액체의 흐름을 용이하게 하는 액체 전달 기구를 포함하며, 복수의 상기 액체 전달 기구를 복수의 블록으로 분할하고, 상기 블록 각각에 포함되는 상기 액체 전달 기구를 상이한 타이밍에 구동하는 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 잉크젯 기록 헤드의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 채용가능한 잉크 순환의 개념도이다.
도 3은 액체 토출 장치에서의 제어 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시예에서의 기록 소자 기판의 유로 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 액체 전달 기구로서 압전 액추에이터를 사용하는 경우의 구동예를 나타낸다.
도 6은 토출구로부터의 잉크 증발 속도를 비교하는 도면이다.
도 7은 복수의 액체 전달 기구가 블록으로 분할된 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 블록 구동의 타이밍 차트이다.
도 9a 및 도 9b는 주위의 온도 및 습도에 따른 증발 속도의 차이를 도시하는 도면이다.
도 10은 분할 구동의 경우의 타이밍 차트이다.
도 11은 액체 전달 기구의 구동 횟수를 조정하는 경우의 타이밍 차트이다.
도 12는 액체 전달 기구의 구동 횟수를 조정하는 경우의 다른 타이밍 차트이다.
도 13a 및 도 13b는 제3 실시예에서의 기록 소자 기판의 유로 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 제3 실시예에서의 타이밍 차트이다.
도 15는 제3 실시예에서의 타이밍 차트의 다른 예이다.
도 16a 및 도 16b는 제4 실시예에서의 기록 소자 기판의 유로 구성을 도시하는 도면이다.
도 17은 교류 전기-삼투(alternating current electro-osmotic)(ACEO) 펌프의 평면도이다.
국제 공개 제WO 2016/068987호에서는, 각각의 토출구에 대응하는 각각의 순환 유로에 관한 최적화는 고려하고 있지만, 다수의 토출구를 포함하는 순환 유로 전체에 대해서는 고려되지 않는다. 이로 인해, 이하에 기재되는 문제가 발생하고 있었다.
풀라인형 잉크젯 기록 헤드와 같이 다수의 토출 소자를 구비하는 구성에서는, 토출 소자의 토출 빈도 사이의 불균형이 기록 헤드 내의 잉크 증발 및 변질의 정도의 변동을 증가시킨다. 한편, 모든 토출 소자에서 잉크 변질을 회피하기 위해서 잉크를 충분히 순환시키면, 액체가 토출구를 통해서 대기에 노출하는 빈도가 높아지고, 결과적으로 순환하는 잉크 전체의 증발량이 필요 이상으로 증가된다.
또한, 다수의 액체 전달 기구를 동시에 구동하면, 단위 시간당 흐르는 전류가 커지고, 큰 전원 용량이 필요해져서 비용을 증가시킨다. 또한, 액체 전달 기구에 인가되는 구동 펄스가 토출 소자에 인가되는 구동 펄스에 영향을 미치고, 노이즈의 영향이 토출 동작에 드러날 가능성이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은, 토출 소자에 대응지어서 순환 유로를 구비하는 구성에서, 액체 증발, 전원 용량, 노이즈의 영향을 억제하면서, 적합하게 액체를 순환시키고 안정된 토출 동작을 유지하는 것이 가능한 액체 토출 장치를 제공하는 것이다.
(제1 실시예)
도 1은, 본 발명의 액체 토출 장치에서 사용될 수 있는 잉크젯 기록 헤드(100)(이하, 간단히 기록 헤드라고도 칭함)의 사시도이다. 기록 헤드(100)는, Y 방향으로 배열된 복수의 기록 소자 기판(4)을 가지며, 각각의 기록 소자 기판(4)은 Y 방향으로 배열된 복수의 기록 소자를 갖는다. 도 1은, 기록 소자 기판(4)이 A4 사이즈의 폭에 대응하는 거리만큼 Y 방향으로 배열되는 풀라인형 기록 헤드(100)를 나타내고 있다.
기록 소자 기판(4)은 플렉시블 배선 기판(101)을 통해 동일한 전기 배선 기판(102)에 접속되어 있다. 전기 배선 기판(102)에는, 전력을 수용하기 위한 전력 공급 단자(103)와 토출 신호를 수신하기 위한 신호 입력 단자(104)가 설치되어 있다. 잉크 공급 유닛(105)은, 도시하지 않은 잉크 탱크로부터 각각의 기록 소자 기판(4)에 잉크를 공급하고 기록에 의해 소비되지 않은 잉크를 회수하는 순환 유로를 갖는다.
상술한 구성에서, 기록 소자 기판(4)에 제공된 각각의 기록 소자는, 신호 입력 단자(104)로부터 입력된 토출 신호에 기초하여, 전력 공급 단자(103)로부터 공급된 전력을 사용하여, 잉크 공급 유닛(105)으로부터 공급된 잉크를 도면의 Z 방향으로 토출한다.
도 2a 및 도 2b는 본 실시예에서 채용가능한 잉크 순환의 개념도이다. 도 2a는, 공급용 잉크 탱크와 잉크젯 기록 헤드 사이에서 잉크를 순환시키는 구성을 나타낸다. 공급용 잉크 탱크로부터 기록 헤드에 공급된 잉크는 기록 헤드의 토출 동작에 의해 부분적으로 소비되고, 토출 동작에 의해 소비되지 않은 잉크는 다시 공급용 잉크 탱크에 회수된다. 회수된 잉크가 기록 헤드(100)에서의 휘발 성분의 증발에 의해 변질되는 경우, 공급용 잉크 탱크는 회수 잉크의 성분을 조정하는 기능을 가질 수 있다.
도 2b는, 공급용 잉크 탱크와 회수용 잉크 탱크가 개별적으로 제공되는 구성을 도시한다. 공급용 잉크 탱크로부터 기록 헤드에 공급된 잉크는 기록 헤드의 토출 동작에 의해 부분적으로 소비되며, 토출 동작에 의해 소비되지 않은 잉크는 회수용 잉크 탱크에 회수된다. 회수용 잉크 탱크에 회수된 잉크의 잉크 성분을 조정하는 유닛을 제공하면 조정 후의 잉크를 다시 공급용 잉크 탱크로 복귀시킬 수 있다. 본 실시예의 액체 토출 장치에는 양 구성이 적용될 수 있다.
도 3은, 액체 토출 장치에서의 제어의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 컨트롤러(400)는 CPU(401), ROM(402), 및 RAM(403)을 포함한다. CPU(401)는, ROM(402)에 저장되어 있는 프로그램 및 파라미터에 기초하여, RAM(403)을 워크 에어리어로서 사용하여 장치 전체를 제어한다.
헤드 제어 유닛(404)은 잉크젯 기록 헤드(100)를 제어한다. 더 구체적으로는, 헤드 제어 유닛(404)은, CPU(401)로부터의 지시에 따라 기록 헤드(100) 내에 제공된 액체 전달 기구를 구동해서 기록 헤드 내의 잉크를 순환시키고, 에너지 발생 소자를 구동해서 토출 동작을 실행한다. 헤드 제어 유닛(404)에 의해 실행되는 구체적인 제어에 대해서는 상세히 후술한다.
메커니즘 유닛(406)은, 예를 들어 기록 매체를 반송하기 위한 반송 기구 및 기록 헤드(100)의 메인터넌스를 처리하기 위한 메인터넌스 기구를 포함한다. 또한, 메커니즘 유닛(406)은 기록 헤드(100) 내의 잉크를 순환시키기 위한 펌프, 유로 내의 압력(부압)을 제어하기 위한 부압 제어 유닛, 및 유로를 개폐하기 위한 밸브를 포함한다. 메커니즘 제어 유닛(405)은 CPU(401)로부터의 지시 하에 메커니즘 전체를 제어한다.
센서 유닛(408)은, 온도 센서, 습도 센서, 및 시트 급지 상태를 검출하는 센서 등, 장치가 놓인 환경 및 때때로의 장치의 상태를 확인하기 위한 각종 센서를 포함한다. 센서 유닛(408)은 또한 기록 헤드(100)의 기판 온도를 검출하기 위한 다이오드 센서, 및 기록 헤드(100) 내에서 순환하는 잉크의 유체 압력을 검출하는 센서를 포함한다. 센서 제어 유닛(407)은 센서로부터 취득된 검출 결과를 CPU(401)에 제공한다. CPU(401)는, 센서로부터 얻어진 정보에 기초하여, 메커니즘 유닛(406) 및 기록 헤드(100)를 구동한다.
도 4a 및 도 4b는 기록 소자 기판(4)의 유로 구성을 도시하는 도면이다. 도 4a는 기록 소자 기판(4)을 토출구 측(+Z 측)으로부터 본 투시도이며, 도 4b는 단면도이다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 도시되지 않은 펌프에 의해 생성된 압력차는 잉크가 공급 유로(8)를 통해 Y 방향으로 흐르게 한다. +Y 방향으로 흐르는 잉크는, 공급 유로(8)의 양 측에 제공된 개별 유로(7) 안으로 흐른 후, 공급 유로(8)에 복귀한다. 각각의 개별 유로(7)의 도중에 2개의 압력실(3)이 제공되어 있다.
2개의 압력실(3)을 공급 유로(8)에 접속하는 2개의 접속 유로(6, 6')는 Y 방향으로 상이한 폭을 갖는다. 유로 저항의 차가 일방향 흐름을 생성한다. 각각의 개별 유로(7)에서, 상류에 위치되고 넓은 폭을 갖는 접속 유로(6)는 액체의 흐름을 촉진하기 위한 액체 전달 기구(12)를 갖는다. 상술한 구성에 의해, 각각의 개별 유로(7)에서는, 액체가 공급 유로(8)로부터 폭이 넓은 접속 유로(6)를 통해 제1 압력실(3)에 유입하고, 연통 유로(5)를 통해 제2 압력실(3)에 유입하며, 폭이 좁은 접속 유로(6')를 통해 공급 유로(8)에 복귀되도록 흐름이 생성된다. 공급 유로(8)의 +Y 방향으로의 흐름과 함께 각각의 개별 유로(7)에서의 흐름을 제어함으로써, 토출구(2) 근방의 잉크의 변질을 억제할 수 있다.
도면에는 도시되지 않지만, 접속 유로(6)의 도중에는, 이물, 기포 등이 내부에 유입하는 것을 방지하기 위한 필터가 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 필터로서는 주상 구조물이 사용될 수 있다.
도 4b는 도 4a에서의 IVB-IVB 선을 따라 취한 단면도이다. 기록 소자 기판(4)은, 실리콘 등의 기판(4a) 위에 기능층(9), 유로 형성 부재(10), 및 토출구 형성 부재(11)를 이 순서로 적층함으로써 획득된다. 공급 유로(8), 개별 유로(7) 및 연통 유로(5)는 유로 형성 부재(10)의 유로 벽에 의해 동일면에 형성된다.
기능층(9)의 압력실(3)에 상당하는 위치에는 에너지 발생 소자(1)가 제공된다. 토출구 형성 부재(11)에는 에너지 발생 소자(1)에 대응하는 위치에 토출구(2)가 형성된다. 토출 신호에 기초하여 에너지 발생 소자(1)에 전압 펄스가 인가되면, 에너지 발생 소자(1)에 접촉하는 잉크에 막 비등이 발생하고, 발생한 기포의 성장 에너지에 의해 토출구(2)로부터 잉크가 액적으로서 Z 방향으로 토출된다. 본 실시예에서는, 토출구(2), 에너지 발생 소자(1), 및 압력실(3)의 조합을 기록 소자(토출 소자)라 칭한다.
각각의 개별 유로(7)에서, 기능층(9)의, 상류에 위치되고 폭이 넓은 접속 유로(6)에 대응하는 위치에는 액체 전달 기구(12)가 제공된다. 개별 유로(7)에서의 흐름은 구동 신호에 기초하여 액체 전달 기구(12)를 구동함으로써 가속된다.
이하, 상기 구조의 구체적인 치수 예에 대해서 설명한다. 에너지 발생 소자(1)의 크기는 25μm × 30μm이고, 토출구(2)의 직경은 25μm이며, 압력실(3)의 면적은 30μm × 35μm이다. 상류측 접속 유로(6)는 20 μm의 폭 및 40 μm의 길이를 갖고, 하류측 접속 유로(6')는 10 μm의 폭 및 40 μm의 길이를 갖고, 연통 유로(5)는 20 μm의 폭 및 10 μm의 길이를 가지며, 개별 유로(7) 전체는 20 μm의 높이를 갖는다. 공급 유로(8)의 폭은 50 μm이며, 토출구 형성 부재(11)의 두께는 20 μm이다. 사용되는 잉크의 점도는 2 cP이며, 각각의 토출구로부터의 잉크 토출량은 10 pl이다.
본 실시예의 기록 소자 기판(4)에서, 기록 소자는 Y 방향으로 600 dpi(dots per inch)의 피치로 배열된다. 공급 유로(8)의 각 측에 있는 2개의 기록 소자 열은 Y 방향으로 서로 절반 피치로 어긋나 있다. 결과적으로, X 방향으로 미리결정된 속도로 반송되는 기록 매체에 1200 dpi의 해상도로 화상을 기록할 수 있다.
도 4a는 1개의 공급 유로(8)와 공급 유로(8)의 각 측에 위치되는 2개의 기록 소자 열을 나타내지만, 본 실시예의 기록 소자 기판은 동일한 타입의 잉크를 토출하기 위해 X 방향에 도 4a에 나타내는 다른 기록 소자군을 더 포함한다(도 7 참조). 즉, 1200 dpi의 1 화소 폭을 갖고 X 방향으로 연장되는 화소 열은 2개의 기록 소자를 사용한 또는 미리결정된 순서의 토출 동작에 의해 기록될 수 있다. 본 실시예의 액체 토출 장치가 컬러 잉크젯 기록 장치인 경우에는, 동일한 타입의 잉크를 토출하는 4개의 기록 소자 열의 군이 잉크 색의 수에 대응하는 수로 X 방향으로 더 배열된다.
본 실시예의 액체 전달 기구(12)로서는, 교류 전기-삼투(ACEO) 펌프, 액추에이터 등을 사용할 수 있다. 액추에이터를 사용하는 경우에는, 압전 액추에이터, 정전 액추에이터, 및 기계/충격 액추에이터 같은 다양한 액추에이터를 사용할 수 있다. 이하의 설명에서는, 액체 전달 기구(12)로서 압전 액추에이터를 사용하는 경우를 예로서 설명한다.
도 5는 액체 전달 기구(12)로서 압전 액추에이터를 사용하는 경우의 구동 예를 나타내고 있다. 횡축은 시간을 나타내며, 종축은 압전 액추에이터의 변위를 나타낸다. 압전 액추에이터에 전압이 인가됨으로써, 압전 액추에이터가 유로 내에 돌출하고 접속 유로(6)를 좁힌다. 전압의 인가가 정지된 후, 압전 액추에이터는 서서히 하강하고 접속 유로(6)를 원래의 용적으로 회복시킨다. 이런 방식으로, 시간에 대하여 비대칭인 액추에이터의 변위와, 접속 유로(6 및 6') 사이의 유로 저항의 차에 의해, 잉크가 개별 유로(7)를 통해 도 4a 및 도 4b에 도시된 방향으로 흐르게 된다. 본 실시예에서는, 100 μsec 내에 전압을 3회 인가하여, 액추에이터를 도 5에 도시된 바와 같이 3회 변위시킴으로써, 1회분의 액체 전달 동작이 행해진다.
도 6은, 토출구로부터의 잉크 증발 속도를, 잉크를 순환시켰을 경우와 잉크를 순환시키지 않을 경우에서 비교하는 도면이다. 횡축은 기록 헤드(100)로부터 캡을 제거함으로써 토출구를 개방시킨 후에 경과된 시간을 나타낸다. 종축은 토출구로부터의 잉크 증발 속도(단위 시간 및 단위 면적당의 증발량)를 나타내고 있다.
잉크를 순환시키지 않을 경우, 토출구로부터 잉크의 휘발 성분이 어느 정도 증발하면, 토출구 근방에서 정체하는 잉크의 농축이 진행된다. 농축된 잉크가 토출구 내부의 잉크의 증발을 방해함으로써, 잉크 전체의 증발 속도는 서서히 저하된다. 대조적으로, 잉크를 순환시켰을 경우, 토출구(2)와 압력실(3)에는 규칙적으로 신선한 잉크가 공급되기 때문에 높은 잉크 증발 속도가 유지된다. 더 상세하게는, 토출구(2)로부터의 증발 속도가 개별 유로(7) 내의 잉크 유속에 대응하는 신선한 잉크로의 잉크의 치환 속도에 비례하는 값에서, 증발 속도는 안정된다. 즉, 잉크를 순환시키는 경우, 토출구(2)의 근방에서, 완전히 신선하지 않지만 농축이나 변질이 어느 정도 방지된 잉크를 규칙적으로 준비할 수 있다.
그러나, 상술한 순환을 위해서 모든 액체 전달 기구(12)를 동시에 구동하는 경우, 순간적으로 대전류가 흐른다. 이는, 액체 토출 장치에서는, 액체 전달 기구(12)를 위해서 충분한 전원 용량을 확보할 필요를 발생시키고, 비용 상승을 초래할 수 있다. 또한, 본 실시예와 같이, 에너지 발생 소자(1)와 액체 전달 기구(12)가 동일한 평면에 고밀도로 배열되는 구성에서는, 이들에 전력을 공급하기 위한 배선도 조밀하고 복잡하게 제공되기 때문에, 에너지 발생 소자(1)를 위한 구동 신호가 노이즈를 포함할 가능성이 있다. 이러한 상황을 감안하여, 본 실시예에서는, 동일한 기록 소자 기판(4)에 배열되는 액체 전달 기구(12)를 복수의 블록으로 분할하고 블록마다 구동한다.
도 7은 복수의 액체 전달 기구(12)가 블록으로 분할된 상태를 도시하는 도면이다. 도 7은, 1개의 색에 대한 기록 소자군, 공급 유로(8) 및 개별 유로(7)의 레이아웃을 나타내고 있다. Y 방향으로 연장되는 2개의 공급 유로(8) 각각의 양 측에 기록 소자 열이 제공되는데, 즉 총 4개의 기록 소자 열이 제공된다. 도 7은 4개의 기록 소자 열로서 BLKa, BLKb, BLKc, 및 BLKd를 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 각각의 개별 유로(7)에는 하나의 액체 전달 기구(12)가 설치된다. 각각의 기록 소자 열에서, 액체 전달 기구(12)는 6개의 연속하는 액체 전달 기구(12) 및 12개의 연속하는 기록 소자를 각각 포함하는 블록으로 분할된다. 구동은 블록마다 제어된다. 도 7은, 동일한 블록에 포함되는 6개의 액체 전달 기구를 P1 내지 P6(펌프(1) 내지 펌프(6)이라고도 칭함)을 나타내고 있다. 분할은, 4개의 기록 소자 열(BLKa, BLKb, BLKc, 및 BLKd)이 Y 방향의 상이한 위치에 인접하는 블록 사이의 경계를 포함하도록 이루어진다. 더 상세하게는, 동일한 공급 유로(8)로부터 잉크가 공급되는 기록 소자 열(BLKa 및 BLKb)이 반 주기만큼(3개의 액체 전달 기구에 대응) Y 방향으로 서로 어긋나 있다. 기록 소자 열(BLKc 및 BLKd) 또한 동일한 방식으로 어긋나 있다.
도 8은 블록 구동의 타이밍 차트이다. 도 5에서 도시된 100 μsec 내에 3회 구동을 행하는 액체 전달 동작을 P1 내지 P6(펌프(1) 내지 펌프(6))의 액체 전달 기구에 대해 순서대로 행한다. 본 예에서, 기록 소자 기판(4)에 제공된 액체 전달 기구(12) 중 6분의 1이 동시에 구동되며, 이에 의해 큰 전원 용량에 의해 비용이 필요 이상으로 상승하는 것이 방지된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 동시에 구동되는 액체 전달 기구(12)의 위치, 즉 각각 P1, P2, P3, P4, P5, 또는 P6의 액체 전달 기구의 위치는 기록 소자 기판(4)의 XY 평면에서 실질적으로 균등하게 분산된다. 즉, 동시 구동은 균등하게 분산된 액체 전달 기구에 대해서만 행해진다. 따라서, 각 에너지 발생 소자(1)에 대한 구동 신호의 노이즈가 충분히 감소될 수 있고, 고도의 구동 제어성을 유지할 수 있다.
또한, 각각의 액체 전달 기구(12)에 대해서는, 액체 전달 동작은 600 μsec의 주기로 간헐적으로 반복된다. 결과적으로, 잉크는 공급 유로(8)를 포함하는 순환 유로 전체를 통해 지속적으로 그리고 완만하게 흐르고, 기록 헤드 전체 및 각각의 토출구에서 신선한 잉크로의 치환이 필요 이상으로 빈번하게 행해지지 않는다. 결과적으로, 잉크 전체의 증발량이 필요 이상으로 증가되지 않고 잉크가 변질되지 않는 정도로 감소될 수 있으며, 안정적인 토출 동작이 유지될 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예에서는, 제1 실시예의 것과 동일한 기록 헤드가 사용되며, 액체 전달 기구의 분할 구동이 제1 실시예와 동일한 방식으로 행해진다. 또한, 본 실시예에서는, 액체 전달 기구의 구동량은 다양한 조건에서 함께 또는 개별적으로 조정된다.
도 9a 및 도 9b는, 기록 장치가 배치된 주위의 온도 및 습도에 따른 증발 속도의 차이를 도시하는 도면이다. 도 9a는, 토출구를 개방한 시점에서의 증발 속도(단위 시간 및 단위 면적당의 증발 체적)를, 3 단계의 주위 온도 및 습도와 연관지어 나타내고 있다. 도 9a는 온도가 증가하고 습도가 낮아짐에 따라 증발 속도가 높아지는 것을 나타낸다.
도 9b는, 제1 실시예의 방법에서 잉크를 순환시켰을 경우에, 3개의 환경(25℃/50%, 50℃/50%, 및 50℃/10%)에서의 토출구를 개방한 시점으로부터의 증발 속도의 변화를 비교한 그래프이다. 증발 속도는 각 조건에서 시간과 함께 소정의 값으로 수렴하지만, 수렴 값은 장치가 놓인 환경에 따라 상이하다. 결과적으로, 토출구 근방에서의 잉크의 농축 및 변질의 정도 또한 장치가 놓인 환경에 따라 상이하다.
본 실시예에서는, 상술한 상황을 감안하여, 제1 실시예와 동일한 분할 구동을 행하면서, 모든 액체 전달 기구(12)의 구동량을 주위 온도 및 습도의 조합에 기초하여 조정한다. 더 구체적으로는, 상대적으로 증발 속도가 높은 환경에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 1회의 액체 전달 동작에서 액체 전달 기구(12)가 3회 구동된다. 증발 속도가 느려짐에 따라, 1회의 액체 전달 동작에서의 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수가 저감되거나, 액체 전달 동작의 주기가 2배(1200 μsec)가 된다.
예를 들어, 도 9b에 나타내는 3개의 환경의 경우에는, 액체 전달 기구(12)는 1회의 액체 전달 동작에서 50℃/10%에서는 3회, 50℃/50%에서는 2회, 및 25℃/50%에서는 1회 구동되며, 이에 의해 증발 속도가 서로 근접해질 수 있다.
이상 설명한 액체 전달 기구(12)의 구동 제어는, 컨트롤러(400)에 의해 헤드 제어 유닛(404)을 통해 잉크젯 기록 헤드(100)에 대하여 행해진다(도 3 참조). 더 구체적으로는, 주위 온도 및 습도의 조합이 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수 및 구동 주기에 연관지어진 테이블을, ROM(402)에 미리 저장해두기만 하면 된다. CPU(401)는, 센서 유닛(408)의 온도 및 습도 센서의 검출값을 취득하고, ROM(402)에 저장되어 있는 상기 테이블로부터, 검출값에 대응하는 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수 및 구동 주기를 취득한다. 기록 헤드(100)의 액체 전달 기구(12)는 취득된 구동 횟수 및 구동 주기에 기초하여 구동될 수 있다.
이와 같이, 기록 장치가 놓인 환경이 다양하게 변화하는 경우에도, 기록 헤드 전체의 잉크 증발량을 잉크가 변질되지 않는 정도로 저감하면서, 안정적인 토출 동작을 유지할 수 있다. 상기 설명에서, 구동 횟수는 주위 온도 및 습도의 양자 모두에 기초하여 제어된다. 그러나, 제어가 주위 온도 또는 주위 습도만에 기초하여 행해지는 경우에도, 잉크가 필요 이상으로 증발되는 것을 회피한 유리한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 잉크 증발의 정도는 주위 온도뿐만 아니라 기록 소자 기판(4)의 온도에 의해서도 영향을 받는다. 따라서, 주위 온도 센서 대신에 또는 이에 추가하여 기록 소자 기판(4)에 제공된 다이오드 센서의 검출값이 취득될 수 있고, 이 취득된 값(들)에 기초하여 구동 횟수나 구동 주기를 제어한다.
또한, 토출구로부터의 증발 속도는 상술한 온도 및 습도에 의해서만 영향을 받는 것이 아니라, 공통 유로(8)를 통해 흐르는 잉크의 유속에 의해서도 영향을 받는다. 공급 유로(8)를 통해 흐르는 잉크의 유속이 증가함에 따라, 개별 유로(7)에서의 유속도 빨라지고 토출구(2)로부터의 잉크 증발이 용이해 진다. 따라서, 필요 이상의 잉크 증발을 회피하기 위해서, 공통 유로(8)의 유속에 따라서 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수나 구동 주기를 변경해도 된다.
이 경우, CPU(401)는, 공급 유로(8)의 유속을 검출하는 유속 센서의 검출값을 취득하고, 미리 ROM(402)에 저장되어 있는, 유속이 구동 횟수 또는 구동 주기와 연관지어져 있는 테이블로부터 검출값에 대응하는 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수 또는 구동 주기를 취득한다. 기록 헤드(100)의 액체 전달 기구(12)는 취득된 구동 횟수 또는 구동 주기에 기초하여 구동될 수 있다.
각각의 토출구에서의 잉크 농축의 정도는 토출구에서의 토출 빈도에 의해서도 영향을 받는다. 토출 빈도가 낮은 토출구 근방에서 잉크 농축이 진행하기 때문에, 다음 토출 전에 적극적으로 잉크를 순환시킬 필요가 있다. 대조적으로, 토출 빈도가 높은 토출구에서는, 잉크가 신선한 잉크로 자주 치환되고, 개별 유로(7)에서 잉크를 그리 많이 순환시킬 필요는 없다. 본 실시예와 같이 하나의 개별 유로(7)가 2개의 압력실(3)을 포함하는 경우에는, 1개의 토출구로부터 잉크가 토출되지 않아도, 다른 토출구로부터 잉크를 토출함으로써 잉크 순환을 어느 정도 용이하게 한다.
상기 관점에서, 본 실시예에서는, 각각의 기록 소자의 토출 빈도에 기초하여, 당해 기록 소자를 포함하는 개별 유로(7)에 포함되는 액체 전달 기구(12)를 구동하는 조건이 조정된다. 더 구체적으로는, 토출 빈도가 높은 토출구를 포함하는 개별 유로(7)에서는, 액체 전달 기구(12)를 적극적으로 구동하지 않아도, 토출구(2) 근방에서 잉크가 신선하게 유지된다. 따라서, 1회의 액체 전달 동작에서의 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수는 2회 이하로 저감된다. 대족적으로, 토출 빈도가 낮은 토출구를 포함하는 개별 유로(7)에서는, 잉크 농축 및 변질이 예상되지만, 잉크를 규칙적으로 순환시키는 대신에, 적절한 타이밍에, 예를 들어 다음 토출 동작 전에 액체 전달 기구(12)를 구동한다. 이와 같이 함으로써, 잉크를 필요 이상으로 증발시키지 않으면서 안정적인 토출 동작을 유지할 수 있다.
도 10은, 제1 실시예에서 설명한 분할 구동을 행하는 경우의 타이밍 차트이다. 도 10에서, 에너지 발생 소자인 소자(1 및 2) 및 액체 전달 기구인 펌프(1)는 동일한 개별 유로(7)에 제공된다. 본 실시예에서, 에너지 발생 소자(1)의 1회의 토출 동작에 할당되는 단위 시간(t)은, 액체 전달 기구(12)의 1회의 액체 전달 동작에 할당되는 단위 시간(t)(100 μsec)과 동일하다. 단위 시간(t)은 2개로 분할된다. 제1 절반(j1)은 개별 유로(7)에 포함되어 있는 2개의 에너지 발생 소자(1) 중 하나에 할당되며, 제2 절반(j2)은 다른 것에 할당된다.
동일한 개별 유로(7)에 포함되는 2개의 기록 소자에서는, 1개의 기록 소자의 토출 동작에 의해 발생되는 잉크의 액체 이동이 다른 기록 소자에 전해져서, 메니스커스 불안정성을 유발한다. 따라서, 2개의 기록 소자의 토출 동작에 의해 발생하는 액체 이동을 안정시키기에 충분한 시간 후에 다음 토출 동작을 행하는 것이 바람직하다. 시간은 기록 소자 기판(4)의 각 소자의 치수 및 재료와 잉크의 물리적인 특성에 따라 약 10 내지 250 μsec이다. 본 실시예에서는, 소자(1 및 2)가 100 μsec 이상의 간격으로 확실하게 구동되도록 이러한 간격을 100 μsec로 설정한다. 따라서, 본 실시예에서는, 단위 시간의 제1 절반(j1)이 할당되어 있는 소자(1)의 구동 후의 단위 시간에, 단위 시간의 제2 절반(j2)이 할당되어 있는 소자(2)를 구동하지 않는다. 또한, 소자(2)가 구동되는 단위 시간에 후속하는 단위 시간에 소자(1)를 구동하지 않는다. 잉크의 액체 이동은 액체 전달 기구(12)의 구동 중 및 구동 후의 소정 시간 동안에 메니스커스를 불안정하게 하게 때문에, 그 시간 동안에는 토출 동작을 행하지 않는 것이 바람직하다. 도 10에서는, 액체 전달 기구(12) 구동 후 100 μsec 이상의 간격을 두고 토출 동작을 행하도록 제어를 행한다.
도 11 및 도 12는, 기록 소자의 토출 빈도에 기초하여 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수를 조정하는 경우의 타이밍 차트이다. 이미 설명한 바와 같이, 잉크는 토출구의 토출 동작에 의해 각각의 토출구에서 신선한 잉크로 치환될 수 있다. 즉, 토출 동작 직후의 압력실(3)에서는 잉크가 이미 신선한 잉크로 치환되어 있기 때문에, 추가적인 액체 전달 동작이 필요하지 않다. 토출 동작 직전의 압력실(3)에서는, 곧 잉크가 신선한 잉크로 치환될 것이 명확하기 때문에, 그 시점에서 잉크 농축이 화상 품위에 영향을 줄만큼 진행되지 않는 한 액체 전달 동작은 필요하지 않다.
도 11의 예에서는, 상술한 상황을 감안하여, 소자(2)가 100 내지 200 μsec의 단위 시간에서 토출 동작을 행하기 때문에, 후속 단위 시간(200 내지 300 μsec)에서 펌프(1)의 구동을 캔슬한다. 더 상세하게는, 150 μsec에서의 소자(2)의 토출 동작에 의해 발생하는 타성류에 의해, 500 μsec에서 소자(1)는 정상적인 토출 동작을 행할 수 있고, 이에 의해 펌프(1)에서의 다음 액체 전달 동작까지 문제가 발생하는 것이 방지된다. 이로 인해, 1회의 액체 전달 동작을 캔슬하여 과도한 잉크 순환을 회피한다.
도 12의 예에서는, 소자(2)는 300 내지 400 μsec의 단위 시간에서 토출 동작을 행하기 때문에, 이전의 단위 시간(200 내지 300 μsec)에서 액체 전달 기구(12)의 구동이 캔슬된다. 더 상세하게는, 소자(2)는 단위 시간(200 내지 300 μsec)의 액체 전달 동작을 행하지 않아도 350 μsec에서의 정상적인 토출 동작을 행할 수 있다. 또한, 그 토출 동작에 의해 발생하는 타성류에 의해, 500 μsec 및 600 μsec에서 소자(1)가 정상적인 토출 동작을 행할 수 있고, 이에 의해 펌프(1)에서의 다음 액체 전달 동작까지 문제의 발생이 방지된다. 이로 인해, 1회의 액체 전달 동작을 캔슬하여 과도한 잉크 순환을 회피한다. 상술한 바와 같이, 개별 유로 내의 에너지 발생 소자(1)가 구동되는 것이 명확한 경우에는, 당해 구동 타이밍의 전과 후의 미리결정된 기간에서 액체 전달 기구의 구동량을 저감할 수 있다.
도 11 및 도 12에서는, 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수가 0으로 저감되어 액체 전달 동작 자체를 완전히 캔슬한다. 그러나, 구동 횟수는 표준 3회로부터 2회 이하로 저감될 수 있다. 대안적으로, 도 11 및 도 12의 양 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이 액체 전달 동작 직전에 토출 동작이 행해지는 경우에는 액체 전달 동작이 캔슬되고, 도 12에 도시된 바와 같이 액체 전달 동작 직후에 토출 동작이 행하여지는 경우에는 구동 횟수가 저감되도록 사용될 수 있다.
상술한 제어는, CPU(401)가 ROM(402)에 저장된 테이블을 참조하고, RAM(403)에 일시적으로 저장되는 토출 데이터에 기초하여, 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수를 변경함으로써 실현될 수 있다(도 3 참조). 더 구체적으로는, CPU(401)는, RAM(403)에 일시적으로 저장된 토출 데이터를 정밀하게 조사하고, 액체 전달 기구(12)가 구동되어야 하는 단위 시간의 직전 및 직후의 단위 시간에 토출(1)을 의미하는 데이터가 존재하는 경우, 액체 전달 기구가 구동되어야 하는 단위 시간에 액체 전달 기구의 구동 횟수를 변경한다. 상기 제어는, 이미 설명한 주위 온도 및 습도에 기초하는 제어와 함께 행해질 수 있다. 이 경우, 모든 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수는 주위 온도 및 습도에 기초하여 균일하게 제어된 후에, 각각의 기록 소자에 대한 토출 데이터에 기초하여 개별적으로 제어된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 복수의 액체 전달 기구(12)의 구동은 액체 토출 장치가 놓이는 환경 이외에 각각의 기록 소자에서의 토출 빈도에 기초하여 개별적으로 제어될 수 있다. 결과적으로, 제1 실시예에서 설명된 유리한 효과에 외에, 환경이 다양하게 변화하거나 토출구(2)가 화상 데이터에 따라 다양한 토출 빈도를 갖는 경우에도 안정적인 토출 동작을 유지할 수 있는 유리한 결과를 얻을 수 있다.
(제3 실시예)
도 13a 및 도 13b는 본 실시예에서 채용되는 기록 소자 기판(4)의 유로 구성을 도시하는 도면이다. 도 13a는 기록 소자 기판(4)을 토출구 측(+Z 측)으로부터 본 투시도이며, 도 13b는 XIIIB-XIIIB 선을 따라 취한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b를 참고하여 위에서 설명한 실시예의 기록 소자 기판과 상술한 실시예의 기록 소자 기판 사이의 차이점에 대해서 이하에서 설명한다.
본 실시예의 기록 소자 기판(4)에서는, 잉크가 +Y 방향으로 흐르는 공급 유로(8)의 양 측에 잉크가 -Y 방향으로 흐르는 회수 유로(8')가 제공된다. 공급 유로(8)는 X 방향으로 연장되는 복수의 개별 유로(7)에 의해 2개의 회수 유로(8')에 접속되어 있다. 각각의 개별 유로(7)는, 에너지 발생 소자(1), 토출구(2) 및 압력실(3)을 포함하는 하나의 기록 소자를 갖는다. 각각의 개별 유로(7)에서는, 에너지 발생 소자(1)보다 공급 유로(8)에 가까운 접속 유로(6)에 액체 전달 기구(12)가 제공된다.
본 실시예에서는, 각각의 개별 유로(7)가 1개의 기록 소자만을 포함하기 때문에, 인접하는 기록 소자의 토출 동작에 의해 발생되는 액체 이동은 상술한 실시예의 액체 이동보다 적다. 따라서, 토출을 위한 구동 타이밍을 상기 액체 이동의 영향을 고려하지 않고 높은 자유도로 설정할 수 있다.
공급 유로(8)는 압력(Ph)을 갖는 제1 압력실(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 회수 유로(8')는 Ph보다도 낮은 압력(Pl)을 갖는 제2 압력실(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 결과적으로, 잉크는, 액체 전달 기구(12)의 존재 또는 부재에 관계없이, 공급 유로(8)를 회수 유로(8')에 접속하는 개별 유로(7)를 통해 공급 유로(8)로부터 회수 유로(8')로 흐른다. 상술한 바와 같이, 잉크가 개별 유로(7)를 통해 규칙적으로 흐르는 본 실시예에서는, 상술한 실시예에 비하여 압력실(3)에서의 잉크 농축이 더 억제될 수 있으며, 액체 전달 기구(12)의 구동 횟수는 더 저감될 수 있다.
또한, 공급 유로(8)를 압력실(3)에 접속하는 접속 유로(6)에 액체 전달 기구(12)가 제공되고, 접속 유로(6)의 유로 저항은 회수 유로(8')를 압력실에 접속하는 접속 유로(6')의 것보다 작다. 따라서, 액체 전달 기구(12)를 구동함으로써, 공급 유로(8)로부터 회수 유로(8')에의 잉크 흐름이 더 용이해질 수 있다. 액체 전달 기구(12)로서는 상기 실시예와 마찬가지로 다양한 액체 전달 기구를 사용할 수 있지만, 이하에서는 압전 액추에이터를 사용하는 경우를 설명한다.
이하, 상기 구조의 구체적인 치수 예에 대해서 설명한다. 에너지 발생 소자(1)의 크기는 20 μm × 25 μm이고, 토출구(2)의 직경은 20 μm이며, 압력실(3)의 면적은 25 μm × 30 μm이다. 접속 유로(6, 6')의 폭은 25 μm이다. 상류측 접속 유로(6)의 길이는 40 μm이며, 하류측 접속 유로(6')의 길이는 20 μm이다. 개별 유로(7) 전체의 높이는 15μm 이다. 공급 유로(8) 및 회수 유로(8')의 폭은 40 μm이고, 토출구 형성 부재(11)의 두께는 12μm이며, 공급 유로(8)에 접속되는 제1 압력실에 의해 생성되는 압력(Ph)과 회수 유로(8')에 접속되는 제2 압력실에 의해 생성되는 압력(Pl) 사이의 압력차(Ph-Pl)는 0 내지 100 mmAq이다. 사용되는 잉크의 점도는 3 cP이며, 각각의 토출구로부터의 잉크 토출량은 7 pl이다. 압력차(Ph-Pl)는 사용 환경의 온도 및 습도, 즉 잉크 증발 속도에 기초하여 적절하게 조정되는 것이 바람직하다.
공급 유로(8)의 양 측에 위치되는 기록 소자 열 각각에서, 복수의 기록 소자는 600 dpi의 밀도에서 Y 방향으로 배열된다. 2개의 기록 소자 열은 Y 방향으로 반 피치만큼 서로 어긋나 있다. 본 실시예에서는, 도 13a에 도시된 배열을 각각 갖는 복수의 기록 소자 기판(4)이 Y 방향으로 배치되어, 1200 dpi의 해상도로 A4 기록 매체에 화상을 기록할 수 있는 풀라인형 기록 헤드(100)를 형성하다.
본 실시예에서는, Y 방향에서 서로 인접하는 5개의 액체 전달 기구(12)(즉, 5개의 연속하는 기록 소자)가 1개의 블록으로서 간주된다. 기록 소자 및 액체 전달 기구(12)는 복수의 블록으로 분할되어 제어된다. 이때, 1개의 기록 소자 열에서의 인접하는 블록 사이의 경계는 다른 것의 경계로부터 반 피치만큼 어긋나 있다. 상술한 실시예와 마찬가지로, 5개의 액체 전달 기구(12)는 P1(펌프(1)), P2(펌프(2)), P3(펌프(3)), P4(펌프(4)), 및 P5(펌프(5))의 순서대로 구동된다.
도 14는 본 실시예에서의 블록 구동의 타이밍 차트의 일례이다. 도 14는, 동일한 블록에 포함되는 5개의 에너지 발생 소자(소자(1) 내지 소자(5))에 인가되는 구동 펄스와, 5개의 액체 전달 기구(펌프(1) 내지 펌프(5))의 구동 상태를 나타내고 있다. 본 실시예에서도, 도 5에서 설명되는 100 μsec 내에 액체 전달 기구를 3회 구동하는 액체 전달 동작을 기본적으로는 펌프(1) 내지 펌프(5)(P1 내지 P5)에 대하여 순서대로 행한다. 또한, 본 실시예에서는, 액체 전달 기구(12)의 구동은 각각의 개별 유로(7)에 대해 더 제어된다.
본 실시예에서도, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 제2 실시예와 마찬가지로, 액체 전달 기구(12)의 구동을 각각의 액체 전달 기구(12)에 할당된 단위 시간(t)의 전과 후의 토출 데이터에 기초해서 조정한다. 이하, 도 14를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 14에서, 소자(1)(에너지 발생 소자)와 펌프(1)(액체 전달 기구)가 동일한 개별 유로(7)에 제공되며, 소자(2)와 펌프(2), 소자(3)와 펌프(3), 소자(4)와 펌프(4), 및 소자(5)와 펌프(5)도 마찬가지이다. 각 펌프가 구동되는 경우, 당해 펌프를 포함하는 개별 유로(7)에 제공된 소자는 구동되지 않는다. 예를 들어, 펌프(1)가 구동되는 단위 시간(t1)에서는 소자(1)가 구동되지 않는다. 그 화소 위치(그 소자의 그 타이밍)에 토출 데이터가 존재하는 경우에는, 동일한 화소 위치를 기록 가능한 다른 기록 소자에 의해 토출 동작을 행한다. 또한, 각 펌프의 구동 횟수는 펌프가 구동되는 단위 시간 전과 후의 토출 데이터에 기초하여 변경된다.
예를 들어, 펌프(2)가 구동되는 600 내지 700 μsec의 단위 시간(t2)에 대해서는, 소자(2)는 단위 시간(t2) 직전의 단위 시간(t1)과 단위 시간(t2) 직후의 단위 시간(t3)의 양자 모두에서 토출 동작을 행하며, 압력실(3)은 신선한 잉크를 저장하고 있는 것을 예상할 수 있다. 따라서, 구동 횟수는 통상 회수인 3회로부터 1회로 변경되어 과도한 잉크 순환을 회피한다.
펌프(5)가 구동되는 400 내지 500 μsec의 단위 시간(t5)에 대에서는, 소자(5)는 단위 시간(t5) 직후의 단위 시간(t1)에서 토출 동작을 행하지만, 단위 시간(t5) 직전의 단위 시간(t4)을 포함하는 일부 시간에는 토출 동작이 행해지지 않는다. 압력실(3) 내의 잉크 농축의 가능성이 있기 때문에, 통상 3회 구동을 행하여 잉크를 신선한 잉크로 치환한다.
펌프(4)가 구동되는 300 내지 400 μsec의 단위 시간(t4)에 대해서는, 단위 시간(t4) 직전의 단위 시간(t3)을 포함하는 일부 시간에는 소자(4)에 의한 토출 동작이 행해지지 않고, 따라서 압력실(3) 내의 잉크는 어느 정도 농축된다. 한편, 단위 시간(t4) 직후의 단위 시간(t5)을 포함하는 일부 시간에는 소자(4)에 의한 토출 동작은 행해지지 않는다. 따라서, 농축된 잉크의 토출에 의해 발생되는 화상 변질의 가능성은 없다. 따라서, 이 타이밍에서 압력실에 신선한 잉크를 공급할 필요가 적다고 판단되고, 과잉 잉크 순환을 억제하기 위해서 펌프(4)의 구동이 캔슬된다. 800 내지 900 μsec의 다음 단위 시간(t4)에서는, 과도한 잉크 농축에 의해 펌프의 액체 전달 기능이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 간헐적으로 2회 구동을 행한다.
상기와 같이, 각각의 개별 유로(7)가 1개의 액체 전달 기구(12)와 1개의 기록 소자를 포함하는 경우, 액체 전달 기구(12)의 구동은 대응하는 기록 소자(1 내지 5)에 대한 토출 데이터에 기초하여 개별적으로 그리고 치밀하게 조정될 수 있다.
도 15는, 본 실시예에서의 블록 구동의 타이밍 차트의 다른 예이다. 도 15는, 농축된 잉크를 신선한 잉크로 치환하기 위한 방법으로서, 액체 전달 동작 이외에 예비 토출 동작이 사용되는 점에서 도 14와 상이하다. 도 15에서는, 예비 토출 동작을 위해서 소자(1 내지 5)에 인가하는 구동 펄스를 파선으로 나타내고 있다.
예비 토출 동작은, 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터와는 관계가 없으며 예비적인 토출 동작을 의미한다. 잠시 동안 토출 데이터가 존재하지 않고, 잉크 농축이 진행되는 상태에서, 적절한 타이밍에서 예비 토출 동작을 행함으로써, 기록 소자의 토출 상태를 안정시킬 수 있다. 또한, 변질된 잉크가 순환 유로로부터 배출되므로, 순환 유로 전체에서 예비 토출 동작은 농축도의 안정화를 위해서도 바람직하다.
예비 토출 동작은, 농축된 잉크가 배출되는 것만을 필요로 하기 때문에, 화상 데이터에 기초하는 토출 동작과 동일한 토출 품위를 보증할 필요는 없다. 따라서, 본 실시예에서의 예비 토출 동작은 액체 전달 동작과 동일한 단위 시간에서 실행된다. 단, 본 실시예와 같은 풀라인형 잉크젯 기록 장치에서, 기록 동작 중의 예비 토출 동작은 기록 매체의 화상에 대해 행해진다. 따라서, 화상과 관계가 없는 도트가 기록되어도 화상 품위의 열화가 확인되지 않도록, 소정 조건 예를 들어 농도가 높은 영역에서 예비 토출을 행하는 것이 바람직하다. 이하, 도 15를 참조하여 구체적으로 설명한다.
소자(1)에 대해서는, 220 내지 650 μsec에서 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터가 존재하지 않고, 잉크 농축이 예상된다. 이로 인해, 650 μsec의 토출 직전의 단위 시간(t1)에서 펌프(1)를 1회 구동하며, 예비 토출을 1회 행한다.
소자(2)에 대해서는, 0 내지 250 μsec에서 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터가 존재하지 않고, 잉크 농축이 예상된다. 이로 인해, 250 μsec의 토출 직전의 단위 시간(t2)에서 펌프(2)를 2회 구동하며, 예비 토출을 1회 행한다.
소자(3)에 대해서는, 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터가 비교적 빈번하게 나타나며, 잉크 농축의 가능성은 낮다. 이로 인해, 단위 시간(t3)에서 액체 전달 동작은 캔슬되고 예비 토출을 1회 행한다.
소자(4)에 대해서는, 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터가 적고, 잉크 농축은 예상되지만, 농축된 잉크가 화상 데이터에 기초해서 토출되지 않는다. 따라서, 단위 시간(t4)에서 액체 전달 동작은 캔슬되고 예비 토출도 행해지지 않는다.
소자(5)에 대해서는, 0 내지 550 μsec에서 화상 데이터에 기초하는 토출 데이터가 존재하지 않고, 잉크 농축이 예상된다. 이로 인해, 550 μsec의 토출 직전의 단위 시간(t5)에서 펌프(5)를 2회 구동하며, 예비 토출을 1회 행한다.
상술한 바와 같이, 농축된 잉크를 신선한 잉크로 치환하기 위한 방법으로서, 액체 전달 동작 이외에 예비 토출 동작을 사용하여, 각각의 기록 소자에서 안정적인 토출 상태를 유지하면서 순환하는 잉크의 농축을 적체적으로 저감할 수 있다.
(제4 실시예)
도 16a 및 도 16b는 본 실시예에서 채용되는 기록 소자 기판(4)의 유로 구성을 도시하는 도면이다. 도 16a는 기록 소자 기판(4)을 토출구 측(+Z 측)으로부터 본 투시도이며, 도 16b는 XVIB-XVIB를 따라 취한 단면도이다.
도 16b에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 공급 유로(8)는, 실리콘 기판(4a)을 관통하는 개구로서 형성되고, 기능층(9)에 형성된 유입구(13)와 유출구(13')를 통해 개별 유로와 접속된다. 도 16a에 도시하는 바와 같이, 복수의 개별 유로(7)는 Y 방향에 대하여 기울어진 방향으로 병렬로 형성되어 있다. 각각의 개별 유로(7)에서, 4개의 기록 소자와 5개의 액체 전달 기구(12)가 교대로 1열로 배치된다.
각각의 개별 유로(7)의 각각의 단부에는 유입구(13)와 유출구(13')가 배치된다. 유입구와 유출구 사이의 유로 저항의 차이와 5개의 액체 전달 기구(12)의 구동에 의해, 도 16b에 화살표로 나타낸 잉크 흐름이 생성된다. 더 구체적으로는, 잉크는 공급 유로(8)로부터 유입구(13)를 통해 흐르고, 4개의 압력실(3)을 통과한 후, 유출구(13')를 통해 공급 유로(8)로 흐른다. 본 실시예에서는 액체 전달 기구(12)를 위해 다양한 구성을 사용할 수 있지만, 본 실시예에서는 교류 전기-삼투(ACEO) 펌프가 채용된다.
도 17은 ACEO 펌프의 평면도이다. 빗 유사 전극의 2개의 군은 상이한 폭 및 높이를 가지며 일체로 배치된다. 전극 사이에는 AC 전압이 인가됨으로써, 전극 상방에 위치하는 액체 중에 비대칭인 전계를 발생시키고, 액체를 원하는 방향으로 흐르게 할 수 있다. ACEO 펌프는, 본 실시예와 같이 개별 유로(7)가 비교적 긴 길이를 갖고 일 방향으로 연장되는 경우에 적합하다.
이하, 상기 구조의 구체적인 치수 예에 대해서 설명한다. 에너지 발생 소자(1)의 크기는 18 μm × 22 μm이고, 토출구(2)의 직경은 18 μm이며, 압력실(3)의 면적은 25 μm × 30 μm이다. 압력실(3) 사이에 개재된 연통 유로(5)는 18 μm의 폭 및 7 μm의 길이를 갖는다. 유입구(13)의 개구 면적은 10 μm × 15 μm이고, 유출구(13')의 개구 면적은 5 μm × 15 μm이며, 개별 유로(7) 전체의 높이는 12 μm이다. 공급 유로(8)의 폭은 250 μm이며, 토출구 형성 부재(11)의 두께는 10 μm이다. 사용되는 잉크의 점도는 3 cP이며, 각각의 토출구(4)로부터의 잉크 토출량은 4 pl이다.
본 실시예에서는, 각각의 개별 유로(7)에 포함되는 5개의 연속하는 액체 전달 기구(12) 및 4개의 에너지 발생 소자(1)가 1개의 블록으로서 간주되며, 블록 구동은 상술한 실시예와 동일한 방식으로 행해진다. 이때, 동일한 개별 유로(7)에 포함되는 5개의 액체 전달 기구(12)는 P1으로부터 순차적으로 구동될 수 있지만, 복수의 액체 전달 기구(12)는 동일한 타이밍에 구동될 수 있다. 예를 들어, P2 및 P4는 P1, P3 및 P5를 함께 구동한 후에 함께 구동될 수 있다.
상술한 본 실시예에서도, 상술한 실시예와 마찬가지로, 잉크 변질을 회피하기 위해서 잉크 증발량을 전체적으로 저감하고 또한 전원 용량 및 노이즈 가능성을 저감하면서, 안정적인 토출 동작을 유지할 수 있다.
(변형예)
상기 실시예에서 설명되는 기록 소자 기판의 구조 및 제어 방법은 변형될 수 있고, 서로 조합될 수 있으며, 서로 교환될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 나타낸 개별 유로(7)는 많은 기록 소자 및 액체 전달 기구(12)를 포함할 수 있다. 이 경우, 액체 전달 기구(12)는 개별 유로에서의 그 위치에 따라 상이한 강도 및 구동 빈도를 가질 수 있다. 단, 1개의 개별 유로(7)에 포함되는 압력실(3) 또는 액체 전달 기구가 증가함에 따라, 개별 유로(7) 자체가 커진다. 상류측의 기록 소자에서의 토출 동작이 하류측의 기록 소자의 토출 동작에 영향을 미치는 것을 고려하면, 1개의 개별 유로(7)에 제공되는 압력실의 수는 최대 약 10개일 수 있고 5개 이하인 것이 바람직하다.
또한, 동일한 블록 내의 펌프를 도 7에 나타내는 바와 같이 P1 내지 P6의 순서로 구동시킬 필요는 없으며, P6 내지 P1의 순서 또는 다른 순서로 구동시킬 수 있다. 또한, 상기 설명에서는 1회의 액체 전달 동작에서의 액체 전달 기구의 표준적인 구동 횟수는 3회이지만, 표준적인 구동 횟수는 다양하게 조정될 수 있고, 2회 이하 또는 4회 이상일 수 있다.
제1 및 제2 실시예는 1개의 블록에 복수의 개별 유로가 할당되는 구성을 나타내지만, 제4 실시예는 1개의 블록에 1개의 개별 유로가 할당되는 구성을 나타낸다. 그러나, 본 발명은 1개의 개별 유로에 복수의 블록을 포함하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 이는 도 16a에 나타낸 구성에서 P1, P3 및 P5를 함께 구동한 후 P2 및 P4를 함께 구동하는 경우에 대응한다.
도 15를 참고한 제3 실시예의 설명에서, 예비 토출 동작은 토출구 근방의 농축된 잉크를 토출하도록 행해진다. 그러나, 이는 토출 동작이 행해지는 레벨 미만으로 에너지를 에너지 발생 소자(1)에 인가하는 양태로 치환되거나 그와 조합될 수 있다. 이 경우, 농축된 잉크가 배출되지 않지만, 토출구의 메니스커스가 진동됨으로써, 압력실 내의 농축된 잉크를 교반한다.
또한, 이상의 실시예에서는, 공급 유로(8)와 회수 유로(8')에서의 유압을 제어하기 위해서 도시되지 않은 펌프에 의해 생성되는 압력차를 이용한다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 모세관 작용 또는 상류 및 하류 잉크 탱크 사이의 수두차를 이용하여 잉크 흐름을 생성할 수 있다.
또한, 도 1일 참고하여 기록 소자 기판(4)을 기록 매체의 폭에 대응하는 거리로 배열한 풀라인형 기록 헤드를 예로서 설명하였다. 그러나, 본 발명의 유로 구성은 시리얼형 기록 헤드에도 적용될 수 있다. 풀라인형 기록 헤드 같은 세장형 기록 헤드에서는 본 발명에 의해 해결되는 문제, 즉 잉크 증발 및 변질이 더 빈번하게 발생하기 때문에, 이러한 기록 헤드는 본 발명의 유리한 결과를 더 현저하게 얻을 수 있다는 것을 유의해야 한다.
본 발명을 예시적인 실시예를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 액체 토출 장치이며,
    액체를 수용하는 압력실;
    상기 압력실의 액체에 토출 신호에 기초하여 에너지를 부여하는 에너지 발생 소자;
    상기 에너지 발생 소자에 의해 에너지가 부여된 액체를 토출시키는 토출구;
    상기 압력실에 연관지어 준비되고 상기 에너지 발생 소자보다 상류에 배치되고, 상기 압력실을 통한 액체 흐름을 용이하게 하는 액체 전달 기구; 및
    복수의 상기 액체 전달 기구의 구동을, 상기 토출 신호와 별개인 구동 신호에 기초하여 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 복수의 액체 전달 기구 각각은 정해진 블록에 할당되고, 상기 제어 유닛은 동일한 블록에 속한 액체 전달 기구들을 동시에 구동하지 않고 순서대로 구동하는, 액체 토출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 액체 전달 기구는 복수의 상기 에너지 발생 소자와 동일한 평면에 배열되고, 상기 제어 유닛에 의해 동시에 구동되는 상기 액체 전달 기구는 상기 평면에서 균일하게 분산되어 있는, 액체 토출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 복수의 상기 압력실에 공통되며 상기 복수의 압력실에 액체를 공급하는 유로에서의 유속에 따라 상기 복수의 액체 전달 기구의 구동량을 제어하여, 상기 유속이 빠를 때의 구동량이 느릴 때의 구동량보다 감소하도록 제어하는, 액체 토출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 주위 온도와 주위 습도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 액체 전달 기구의 구동량을 변경하는, 액체 토출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 복수의 상기 에너지 발생 소자가 제공되는 기판의 온도에 기초하여 상기 복수의 액체 전달 기구의 구동량을 변경하는, 액체 토출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 에너지 발생 소자를 구동하기 위한 토출 데이터에 기초하여, 상기 에너지 발생 소자에 대응하는 상기 액체 전달 기구의 구동량을 개별적으로 변경하는, 액체 토출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 에너지 발생 소자가 구동되기 전 또는 후의 미리결정된 기간 동안, 상기 에너지 발생 소자에 대응하는 상기 액체 전달 기구의 구동량을 저감하는, 액체 토출 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 에너지 발생 소자를 구동하기 위한 토출 데이터에 기초하여, 상기 에너지 발생 소자를 구동하기 위한 새로운 토출 데이터를 생성하여 상기 토출구로부터 액체를 토출시키며, 상기 에너지 발생 소자에 대응하는 상기 액체 전달 기구의 구동량을 저감하는, 액체 토출 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 액체 전달 기구의 단위 시간에서의 구동 횟수와 구동 주기 중 하나 이상을 조정함으로써, 상기 액체 전달 기구의 구동량을 변경하는, 액체 토출 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액체 전달 기구 및 상기 액체 전달 기구에 연관지어진 상기 압력실은 동일한 유로에서의 액체의 흐름 방향으로 1열로 배치되는, 액체 토출 장치.
  11. 제1항에 있어서, 1개의 액체 전달 기구가 복수의 상기 압력실의 각각에 대해 준비되는, 액체 토출 장치.
  12. 액체 토출 장치의 제어 방법이며,
    상기 액체 토출 장치는,
    액체를 수용하는 압력실;
    상기 압력실의 액체에 토출 신호에 기초하여 에너지를 부여하는 에너지 발생 소자;
    상기 에너지 발생 소자에 의해 에너지가 부여된 액체를 토출시키는 토출구;
    상기 압력실에 연관지어 준비되고 상기 에너지 발생 소자보다 상류에 배치되고, 상기 압력실을 통한 액체 흐름을 용이하게 하는 액체 전달 기구; 및
    복수의 상기 액체 전달 기구의 구동을, 상기 토출 신호와 별개인 구동 신호에 기초하여 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 복수의 액체 전달 기구 각각은 정해진 블록에 할당되고, 상기 제어 유닛은 동일한 블록에 속한 액체 전달 기구들을 동시에 구동하지 않고 순서대로 구동하는, 제어 방법.
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