KR20020012177A - 마이크로 전자-기계 액체 배출 장치에서의 액튜에이터 제어 - Google Patents

마이크로 전자-기계 액체 배출 장치에서의 액튜에이터 제어 Download PDF

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Abstract

(잉크 제트 인쇄 장치와 같은) 액체 배출 장치(1)에 대하여 그리고 그로부터의 액체의 운동을 제어하는 방법이 개시된다. 장치는 노즐 챔버(2), 노즐 챔버내 액체 배출 구멍(4) 및, 액체를 배출 구멍을 통해서 배출시키도록 챔버내에 위치된 가동 요소(60)를 가진다. 본 방법은 가동 요소(60)를 변위시키는 것을 구비하는데, 가동 요소는 제 1 의 평균 속도로써 정지 상태의 제 1 위치로부터 액체가 배출되는 제 2 위치로 움직이고, 이후에 제 1 의 평균 속도 보다 낮은 제 2 의 평균 속도로써 제 2 의 위치로부터 제 1 의 위치로 복귀되도록 한다.

Description

마이크로 전자-기계 액체 배출 장치에서의 액튜에이터 제어{Actuator control in a micro electro-mechanical liquid ejection device}
마이크로 전자-기계 장치들은 점점 알려지고 있으며 반도체 제조 기술의 채용에 의해서 구성된다. 마이크로-전자 장치에 대해서는 1998 년 겨울에 IEEE 스펙트럼에서 간행된, 에스. 톰 피크록스 및, 폴 제이. 맥오터가 지은 "집적된 마이크로 시스템의 광범위 스위프" 라는 기사의 24 내지 33 페이지를 참고할 수 있다.
마이크로 전자-기계 장치의 일 유형은 잉크 제트 인쇄 장치인데, 상기 인쇄 장치로부터 잉크는 잉크 배출 노즐 챔버에 의해서 배출된다. 많은 형태의 잉크 제트 인쇄 장치가 공지되어 있다. 관련 분야의 개관을 위해서, 제이 무어가 지은 "비충격 인쇄: 개설 및, 역사적 개관 및, 전망"을 참조할 수 있는데, 이것은 알. 듀벡과 에스. 시어가 편집한 '출력 하드 카피 장치'(1988)의 207 내지 220 페이지에 기재되어 있다.
새로운 형태의 잉크 제트 인쇄는 최근에 본원의 출원인에 의해서 개발되었는데, 이것은 마이크로 전자 기계 잉크 제트(MEMJET:Micro Electro Mechanical Inkjet) 기술이라고 지칭된다.MEMJET 기술의 일 구현예에서, 잉크는 패들 또는 플런저에 의해서 잉크 배출 노즐 챔버로부터 배출되는데, 상기 패들(paddle) 또는 플런저(plunger)는 잉크 방울을 배출 노즐 챔버로부터 배출하는 전자-기계 액튜에이터에 의해서 챔버의 배출 노즐을 향하여 움직인다.
본 발명은 MEMJET 기술 및, 다른 마이크로 전자-기계 장치에서 사용되는 유형의 액튜에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 마이크로 전자-기계 장치에서 액튜에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여기에서 잉크 제트 프린터와 관련하여 설명되지만, 마이크로 전자 기계 펌프와 같은 다른 마이크로 전자기계 장치에 적용된다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 범위에 속할 수 있는 그 어떤 다른 형태에도 불구하고, 본 발명의 바람직한 형태가 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 잉크 제트 인쇄기의 잉크 배출 노즐 챔버의 일부에 대한 단면도를 도시한다.
도 1a 는 정지 상태의 제 1 위치에서 도시된 노즐 챔버의 패들을 가진 도 1의 노즐 챔버의 일부를 도시한다.
도 2 는 잉크를 배출하는 제 2 위치에서 도시된 노즐 챔버의 패들을 가진 도 1 의 노즐 챔버의 일부를 도시한다.
도 3 은 정지 상태의 제 1 위치로 복귀하는 것을 도시한 노즐 챔버의 패들을 가진 도 1 의 노즐 챔버의 일부를 도시한다.
도 4 는 노즐 챔버의 패들 액튜에이터에 적용된 전압 구동에 적용될 수 있는 구동 전압의 다이아그램이다.
도 5 는 도 4 에 도시된 구동 전압의 적용으로부터 초래된 것으로서, 시간에 대한 패들 액튜에이터의 변위의 그래프를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 형태에 따른 패들 액튜에이터에 적용된 전압 구동으로 적용될 수 있는 구동 전압 다이아그램이다.
도 7 은 도 6 에 도시된 구동 전압의 적용으로부터 초래된 것으로서, 시간에 대한 패들 액튜에이터의 변위에 대한 그래프를 나타낸다.
본 발명은, 노즐 챔버, 노즐 챔버내 액체 배출 구멍 및, 액체를 배출 구멍을 통해서 변위시키도록 챔버내에 위치된 가동 요소를 가지는 액체 배출 장치에 대하여 그리고 그로부터의 액체 운동을 제어하는 방법을 제공하는 것으로서 넓게 한정될 수 있다. 상기 방법은 가동 요소를 작동시키는 것을 구비함으로써, 가동 요소가 제 1 의 평균 속도로써 정지 상태의 제 1 위치로부터 액체 배출의 제 1 위치까지 움직이고, 그리고 제 1 의 평균 속도보다 낮은 제 2 의 평균 속도로써 제 2 의 위치로부터 제 1 의 위치로 복귀하도록 한다.
가동 요소는 제 1 의 전류 인가 펄스(energizing pulse)의 적용에 의해 제 1 의 위치로부터 제 2 의 위치로 바람직스럽게 변위되고, 제 2 위치로부터 제 1 의 위치로의 가동 요소의 변위는 제 1 의 전류 인가 펄스의 지속 시간보다 적은 지속 시간을 가지는 적어도 하나의 제 2 전류 인가 펄스의 적용에 의해 지연된다.
본 발명은 노즐 챔버, 노즐 챔버내 액체 배출 구멍, 액체를 배출 구멍을 통해서 변위시키도록 챔버 안에 위치된 가동 요소, 챔버내에서 정지 상태의 제 1 위치로부터 액체가 배출되는 제 2 의 위치로 가동 요소의 변위가 이루어지게 하는 액튜에이터를 구비하는 액체 배출 장치를 제공하는 것으로서 더 한정될 수 있다. 또한, 제 1 의 평균 속도로써 제 1 의 위치로부터 제 2 의 위치로 가동 요소를 움직이고 그리고 제 1 의 평균 속도 보다 낮은 제 2 의 평균 속도로써 제 2 의 위치로부터 제 1 의 위치로의 가동 요소의 복귀를 제어하는 방식으로 액튜에이터의 작동을 제어하는 수단이 제공된다.
액체 배출 장치내 가동 요소는 패들(paddle)을 구비하는 것이 바람직스러운데, 이것은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 움직일때 개구부(opening)를 개방하며, 상기 개구부를 통해서 액체는 구멍으로부터의 차후 배출을 위해서 통과한다. 또한 액체 배출 장치는 개구부에 근접한 일련의 격벽을 바람직스럽게 구비하여 패들이 제 2 위치로부터 제 1 위치로 움직이는 동안에 개구부를 통해서 액체의 역류를 억제한다.
도 1 은 잉크의 배출을 위한 장치(1)를 도시한다. 장치(1)는 노즐 챔버(2) 및, 챔버(2)로부터 구멍(4)을 통해서 잉크를 배출시키도록 노즐 챔버(2)내에 위치된 패들(60)을 구비한다. 패들(60)은 열적 액튜에이터(10)에 연결되는데, 열적 액튜에이터(thermal actuator)는 패들(60)을 잉크 배출을 위한 구멍(4)을 향해서 그리고 정지 상태의 제 1 위치로 움직이도록 채용된다.
도 1a 는 도 1 에 도시된 장치의 상세도를 도시한다. 노즐 챔버(2)는 그것의벽 구조(11) 안에 노즐 챔버 테두리(3)와 제 2 테두리(4)가 형성되어 있다. 패들(60)은 제 1 의 위치 안에 도시되어 있다.
액튜에이터(10)의 작용시에, 패들(60)은 도 2 에 도시된 바와 같이 상방향으로 움직이도록 된다. 이것은 화살표(6)로 표시된 바와 같이 잉크 공급 채널(52)로부터 패들(60)의 뒤에서 잉크의 급속한 상방향 유동을 초래한다. 잉크 방울이 잉크 배출 노즐로부터 배출되면서, 대응하는 잉크량도 화살표(7)로 표시된 바와 같이 노즐 챔버의 안으로 유동한다. 이러한 잉크는 노즐 챔버(2)를 다시 충전한다.
이후에, 액튜에이터는 작용이 정지되며, 도 3 에 도시된 바와 같이 패들(60)은 화살표(50)에 의해서 표시된 바와 같이 그것의 정지 상태 위치로 복귀하기 시작한다.
노즐 챔버의 벽 구조(11)는 일련의 테두리(3,4)를 구비하기 때문에, 잉크 공급 채널(52) 안으로의 액체의 역류가 방지된다. 이것은 화살표(9)로 표시된 바와 같이, 노즐 챔버 안으로의 잉크의 전방 유동을 용이하게 하여, 배출된 잉크를 다시 채운다. 또한, 화살표(9)의 방향으로 잉크의 전방 유동을 더 보조하기 위하여, 패들(60)은 이후에 설명된 바와 같이 제어된 방식으로 뒤로 움직인다.
도 4 는 액튜에이터(10)를 통해서 전류를 구동하도록 채용될 수 있는 전압 펄스의 형태를 도시한다. 본원의 출원인에 의해서 2000 년 2 월 11 일에 출원된 국제 특허 출원 PCT/AU00/00095 에 설명된 바와 같이, 전류는 가열을 유도하고, 그리고 결과적으로, 액튜에이터(10)의 굽힘을 유도하여 패들(60)을 제 1 의 위치로부터 제 2 의 위치로 움직인다. 전압 및, 결과적으로 도 4 에 도시된 바와 같은 액튜에이터(10)를 구동시키는 전류 펄스(100)는 정상적으로 1.5 마이크로 초(microsecond)의 기간을 점유한다. 액튜에이터의 변위 및, 패들은 도 5 에서 번호 12 로 표시된 최대의 레벨로 급격하게 상승하며, 그리고 이후에, 도 5 에서 번호 13 으로 표시된 바와 같이 실질적으로 동일한 비율로 강하하여, 전압 펄스 주기의 만료를 따르게 된다. 제 2 위치로부터 제 1 위치로의 움직이는데 있어서 패들(60) 변위의 평균 속도는, 제 1 위치로부터 제 2 위치로 패들 변위의 평균 속도와 실질적으로 같다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 액튜에이터(10)의 변위의 복귀 비율 및, 따라서, 패들(60)은 느려지며, 이것은 보다 짧은 지속 기간의 다른 구동 전압( 및, 따라서 전류) 펄스(16)를 액튜에이터(10)에 적용함으로써 이루어진다. 이것은, 도 7 에서 번호 17 로 표시된 바와 같이, 변위 시간을 연장시키는 효과 또는, 즉, 제 2 위치로부터 제 1 위치로 패들(60) 복귀의 평균 속도를 감소시키는 효과를 가진다.
도 7 에 도시된 변위 플롯(plot)은 일련의 짧은 지속 기간의 펄스를 발생시킴으로써 상대적으로 긴 펄스(110)의 발생을 따르게 하는 특정의 요건에 맞도록 더 연장될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
(제 2 위치를 향해 패들(60)을 보다 급속하게 운동시키는 것에 비해서) 정지 상태인 제 1 의 위치로 패들(60)을 느리게 복귀시키는 것은 노즐 챔버 안으로의 잉크의 증가된 유동을 가능하게 하는데, 이것은 유입 채널(52)로부터 챔버 안으로 유동하는 잉크에 적용되고 있는 감소된 배압으로부터 초래된 것이다.
본 발명의 구현예는 열적으로 작동하는 액튜에이터(10)를 사용하는 잉크 배출 시스템을 참조하여 위에서 설명되었지만, 다른 유형의 액튜에이터가 대안으로 채용될 수 있다. 예를 들면, 압전 액튜에이터 또는 형상 기억 합금 액튜에이터가 열적 액튜에이터의 대안으로서 채용될 수 있다. 이러한 상황에서 액튜에이터는 위에서 설명된 것과는 상이한 방식으로 제어될 수 있지만, 여전히 폐쇄 운동하는 동안에 변위 시간을 증가시키고, 따라서 각 방향에서의 운동 속도를 변화시키는 목적을 가지고 제어될 수 있다.
다른 변형 및, 수정예들이 첨부된 청구 범위에서 한정된 본 발명의 범위로부터 이탈됨이 없이 상기에서 설명된 바와 같이 본 발명에 대해서 이루어질 수 있다.

Claims (7)

  1. 노즐 챔버, 노즐 챔버 안의 액체 배출 구멍 및, 액체를 배출 구멍을 통해 변위시키도록 챔버 안에 위치된 가동 요소를 가지는 액체 배출 장치에 대하여 그리고 그로부터의 액체 운동을 제어하는 방법으로서, 상기 방법은, 가동 요소가 제 1 의 평균 속도로써 정지 상태의 제 1 위치로부터 액체를 배출하는 제 2 의 위치로 움직이도록, 그리고 제 1 의 평균 속도 보다 낮은 제 2 의 평균 속도로써 제 2 위치로부터 제 1 위치로 복귀하도록 가동 요소를 작동시키는 단계를 구비하는 액체 운동 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가동 요소는 제 1 의 전류 인가 펄스의 적용에 의해서 제 1 위치로부터 제 2 의 위치로 변위되고, 제 2 위치로부터 제 1 의 위치로의 가동 요소의 변위는 제 1 의 전류 인가 펄스의 지속 기간 보다 낮은 지속 기간을 가지는 적어도 하나의 제 2 의 전류 인가 펄스의 적용에 의해 지연되는 것을 특징으로 하는 액체 운동 제어 방법.
  3. 노즐 챔버, 노즐 챔버내 액체 배출 구멍, 배출 구멍을 통해서 액체를 변위시키도록 챔버내에 위치된 가동 요소, 챔버 내에서 정지 상태의 제 1 위치로부터 액체가 배출되는 제 2 위치로 가동 요소의 변위를 이루게 하는 액튜에이터 및, 제 1의 평균 속도로써 제 1 위치로부터 제 2 위치로 가동 요소를 움직이고 그리고 제 1 평균 속도보다 낮은 제 2 의 평균 속도로 제 2 위치로부터 제 1 위치로의 가동 요소의 복귀를 제어하는 방식으로 액튜에이터의 작동을 제어하는 수단을 구비하는 액체 배출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    가동 요소는 패들을 구비하며, 상기 패들은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 움직일때 개구부를 개방하며, 개구부를 통해서 액체는 구멍으로부터의 차후 배출을 위해서 통과하는 것을 특징으로 하는 액체 배출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    액튜에이터는 열적 액튜에이터를 구비하는데, 이것은 패들에 결합되고 그리고 전류의 통과로써 패들의 변위를 이루도록 작동되는 것을 특징으로 하는 액체 배출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    액튜에이터는 굽혀지도록 되며 따라서 패들을 제 1 지속 기간에 대한 전류 펄스의 적용으로써 제 1 위치로부터 제 2 위치로 변위시키며, 액튜에이터는 제 1 지속 기간의 만료 이후에 복귀되는 것이 가능하며, 액튜에이터의 복귀는 제 1 전류 펄스의 지속 기간보다 짧은 지속 기간에 대한 제 2 전류 펄스의 적용에 의해서 지연되는 것을 특징으로 하는 액체 배출 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    격벽이 개구부에 근접하여 제공되어 패들이 제 2 위치로부터 제 1 위치로 운동하는 동안에 개구부를 통한 액체의 역류를 억제하는 것을 특징으로 하는 액체 배출 장치.
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