KR20020067519A - 액체 방울 침착 장치 - Google Patents

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보세 닐슨
마이크 드루스
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자아 테크날러쥐 리미티드
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Abstract

프린트헤드의 더미 챔버의 벽의 커패시턴스가, 유체 분출 챔버의 작동 벽에 인가된 전기적 작동 신호의 크기를 조절하도록 유체 방울의 온도를 표시하는데 사용되는 액체 방울 침착 장치가 개시된다.

Description

액체 방울 침착 장치{DROPLET DEPOSITION APPARATUS}
특히, 본 발명은 챔버로부터 유체(예를 들면, 잉크) 방울을 분출하기 위해 전기 신호로 음향 압력파를 발생시키는 프린터 또는 기타 액체 방울 침착 장치에 관련된다. 이 장치는 단일의 액체 방울 분출 챔버를 구비할 수 있지만, 보다 전형적으로 각각 노즐을 갖는 챔버의 어레이로 구성된 프린트헤드를 구비할 수 있다. 이 프린트헤드는 요구시 챔버로부터 액체 방울을 분출하는데 필요한 전력을 공급하는 데이터 전달 전기적 작동 신호(data-carrying actuating electrical signals)를 수신한다. 각각의 챔버는 전기적 작동 신호에 의해 편향되는 압전 소자에 의해 경계 지어짐으로써 액체 방울을 분출하는 음향 압력파를 발생시킨다. 통상적인 장치에 대한 보다 상세한 설명은 본 출원인의 공개된 특허 명세서 EP 0277703, US 4887100 및 WO 91/17051를 참조한다.
이들 명세서에는, 압전재가 "갈매기(chevron)" 형상을 이루며 챔버의 종측면이 챔버의 종축 방향으로 연장되는 두 반대 극성의 영역들을 갖는 압전재에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 전기 신호가 가해짐에 따라 두 영역을 갖는 압전재가 동일방향으로 그리고, 단면으로 보았을 때는, 갈매기 형상으로 변형되는 장치(arrangement)를 설명하고 있다. 이러한 형상은, 노즐이 연장된 챔버의 단부에 있고 압전재가 챔버의 측면을 따라 배치된, EP 0277703의 "엔드-슈터(end-shooter)" 프린트헤드에 관련하여 기술된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 노즐이 대신, 압전재에 의해 경계지어지지 않는 챔버의 긴 측면중 한 측면에 배치된 WO91/17051에 기술된 것과 같이, 프린트헤드는 "사이드 슈터(side shooter)"로서 구성될 수 있다. 이러한 모든 설계는 주어진 액체 방울 분출 성능에 대하여 구동 전압의 현저한 감소를 제공한다.
프린팅 동안, 열은, 예를 들어 압전재에 전기적 작동 신호를 제공하는 구동 회로에 의해 발생된다. 이 열은 분출 챔버로 분산되어 내부의 분출 유체를 가열한다. 이것은 분출 유체의 점성을 감소시킨다. 이러한 분출 유체의 점성의 변화는 액체 방울 분출 속도의 변화를 제공하여 결과적으로 프린트된 이미지의 도트 배치 에러를 발생시킨다.
그러므로, 프린팅동안 분출 유체 방울의 온도를 모니터하고 그 모니터된 온도에 따라 작동 신호의 크기를 조절하는 것이 바람직하다. 하나의 공지된 기술은 압전 소자에 근접한 프린트헤드의 외부 표면상에 서미스터를 장착하는 것이며, 서미스터는 구동 회로에 전기적으로 접속된다. 따라서, 서미스터 위치의 어떠한 온도 증가라도 압전 소자에 인가된 전기적 작동 신호의 크기를 감소시키는데 사용되는, 구동 회로의 저항값을 감소시킨다. 그러나, 프린트헤드의 캐이싱과 캐이싱에 서미스터를 부착하는 아교층에 의해 서미스터와 압전 소자사이에 제공된 단열층은 서미스터의 온도와 분출 유체 방울의 온도사이에 차이를 만든다. 분출 유체의 온도 변화에 대한 구동 회로의 느린 리액턴스가 있기 때문에, 프린팅동안 프린트헤드의 빠른 온도 변화가 있다면 이 차이는 상당할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 드랍-온-디멘드(drop-on-demand) 잉크젯 프린터와 같은 액체 방울 침착 장치에 관한 것이다.
도 1은 액츄에이터 판 및 커버 판을 갖는 액츄에이터의 일부의 부분 분해 사시도.
도 2는 전극을 갖는 벽을 구비한, 도 1에 나타낸, 액츄에이터 판의 일부의 단면 사시도.
도 3은 도 2에 나타낸 액츄에이터 벽의 전극으로 전송되는 전기 펄스의 예를 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 나타낸 펄스에 따라 2개의 반대 전극과 관련된 전기 신호 파형의 예를 나타낸 도면.
도 5는 액츄에이터 제어 회로, 전원 공급 회로, 액츄에이터 및 온도 센서를 포함하는 본 발명의 실시예의 블럭도.
도 6은 액츄에이터 벽의 온도와 벽의 커패시턴스사이의 관계를 나타낸 도면.
도 7은 4개의 커패시터를 갖는 휘스톤 브리지의 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 휘스톤 브리지 및 증폭기의 실시예를 나타낸 도면.
도 9는 2개의 능동 소자를 갖는 휘스톤 브리지를 포함하는 온도 센서를 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 10은 엔드-슈터 갈매기 형상 프린트헤드의 사시도.
도 11은 도 10의 프린트헤드를 통한 부분을 나타낸 도면.
도 12는 프린트헤드의 노즐 형성 스테이지의 예를 나타낸 평면도.
도 13은 프린트헤드의 유체 온도를 나타내는 신호를 공급하기 위해 사용되는 브리지 회로의 구성을 나타낸 도면.
도 14는 도 13의 브리지 회로를 포함하는 보상 회로를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예는 이러한 및 그 밖의 문제점을 해결하려 한다.
제 1 측면에 있어서, 본 발명은 다수의 유체 분출 챔버와 적어도 하나의 더미 챔버(dummy chamber)를 포함하는 유체 수용 챔버의 어레이를 포함하는 액체 방울 침착 장치를 제공하고, 각 유체 분출 챔버는 전기적 작동 신호에 반응하여 액체 방울을 분출하는 수단을 포함하고,
유체의 온도에 따른 신호를 제공하도록 더미 챔버내의 유체에 노출되게하는 수단과, 그리고
전기적 작동 신호를 조절하기 위해 온도 의존 신호에 반응하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 각 유체 분출 챔버는 그 챔버로부터 액체 방울을 분출하도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의 대응하는 벽은 비작동되며, 장치는 상기 신호를 공급하기 위해 더미 챔버 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 수단을 포함한다. 따라서, 제 2 측면에 있어서, 본 발명은:
적어도 하나의 유체 분출 챔버와 적어도 하나의 더미 챔버를 포함하는 다수의 유체 챔버를 포함하고, 각 유체 분출 챔버는 그 챔버로부터 액체 방울을 분출하도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의 대응하는 벽은 비작동되며,
유체 챔버의 유체 온도에 따라 크기를 갖는 신호를 제공하기 위해 더미 챔버의 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 수단; 및
온도 의존 신호의 크기에 따라 전기적 작동 신호를 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 침착 장치를 제공한다.
본 출원의 발명가는 어떠한 온도 센서도 프린팅동안 분출 유체와 직접 접촉하여야 한다는 것의 중요성을 깨달았다. 발명가는 어떠한 온도 센싱도 프린트헤드의 표준 프린팅 동작을 방해하지 말아야 한다는 것도 알게 되었다.
따라서, 본 발명은 프린팅동안 분출 유체의 온도를 모니터하기 위해 더미 챔버의 벽, 바람직하게는 비작동되는 벽의 온도 의존 전기적 특성을 더미 챔버의 유체에 접촉함으로써 이용할 수 있다. 용어 "더미 챔버"로써, 우리는 프린팅동안 유체가 분출되지 않는, 또는 분출되지 않도록 의도된 유체 챔버를 의미한다. 벽이 분출 유체와 직접 접촉하여 있기 때문에, 유체 온도의 어떠한 변화도 빠르게 검출될 수 있다. 더욱이, 벽이 바람직하게는 비작동되기 때문에, 벽의 선택된 전기적 특성을 측정 또는 이용하기 위해 벽에 필요한 어떠한 전기 신호가 가해져도 프린트헤드의 표준 프린팅 동작에 영향을 주지 않는다. 대안적으로, 별개의 온도 센서가 더미 챔버에 위치될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 온도 의존 전기적 특성은 커패시턴스이다. 도 6을 참조하면, 본 출원의 발명가는 유체 챔버의 작동가능한 벽의 커패시턴스가실질적으로 온도의 선형 함수인 것을 발견하였고, 실험적으로 검증하였다. 그 결과, 온도 의존 신호의 크기가 잉크의 온도에 직접적으로 비례할 수 있다. 그러나, 온도와 선형적으로 또는 비선형적으로 변하는 다른 특성이 전기적 작동 신호의 크기가 조절될 수 있도록 사용되는 것과 같이, 커패시턴스의 특성이 유체 온도의 표시를 제공하는데 사용된다는 점은 필수 불가결한 것은 아니다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 유체 분출 챔버는 한 쌍의 더미 챔버사이에 위치되고, 이용 수단은 유체 챔버의 유체 온도에 따라 크기를 갖는 신호를 제공하기 위해 각 더미 채널(dummy channel)의 벽의 적어도 일부의 전기적 특성을 이용한다.
바람직하게, 이용 수단은 기준 커패시턴스를 포함하고, 그 커패시턴스 값은 온도에 실질적으로 영향을 받지 않으며, 상기 부분과 결합하여, 전압 분할기로서 결합되어 센서 출력 전압이 발생되며, 조절 수단은 센서 출력 전압을 수신하기 위해 결합된다.
하나의 바람직한 실시예에 있어서, 이용 수단은 4개의 아암(arms)을 갖는 브리지 회로를 포함하며, 각각의 브리지 회로의 2개의 아암중 하나는 각각의 상기 더미 챔버의 벽 부분을 포함한다. 따라서, 단순한 아날로그 회로가 온도 의존 신호를 제공하기 위해 벽의 전기적 특성을 이용하는데 사용될 수 있다. 바람직하게, 브리지 회로의 다른 2개의 아암 각각은 온도 의존 커패시터를 포함하며, 각 커패시터의 커패시턴스는 실온에서 상기 벽의 각 부분의 커패시턴스와 실질적으로 같다. 따라서, 실온에서 유체 챔버의 유체 온도의 어떠한 편차도 브리지 회로로부터 신호를출력하고, 신호의 크기는 유체 온도에 의존된다.
조절 수단은 바람직하게는 전기적 작동 신호의 최대 전압 레벨을 조절하는 수단을 포함한다. 장치는 바람직하게는 상기 전기적 작동 신호의 상기 조절 수단에 의해 중복을 위한 온도 의존 전압 신호를 공급하기 위해 상기 온도 의존 신호를 정형하는 수단을 포함한다. 정형 수단은 신호가 온도와 선형적으로 또는 비선형적으로 변하는지에 따라 어떠한 적절한 장치도 채택될 수 있다.
바람직하게, 상기 벽은 PZT와 같은 압전재로 형성된다. 그렇게 형성되면, 각각의 작동가능한 채널 벽은 유체 분출 챔버로부터 유체를 분출하기 위해 전기적 작동 신호가 가해짐에 따라 변형될 수 있다. 바람직하게, 압전재는 유체 분출 챔버에서 음향 압력파를 발생시킴으로써 상기 유체를 분출하기 위해 전기적 작동 신호가 가해질 때 전단 모드(shear mode)로 변형된다.
바람직한 구성에 있어서, 압전재는 각 유체 챔버의 측면을 따라 배치된다. 액체 방울 침착 장치는 "엔드-슈터(end-shooter)" 또는 "사이드 슈터(side sho oter)" 형상을 취할 수 있다. 대안적으로, 압전재는, 공개 공보 WO00/16981에 기술된 것과 같이, 각 유체 챔버의 후방에 배치되어 압전재로의 작동 신호의 가해짐이 분출 챔버의 노즐을 향하여 또는 노즐로부터 움직임으로써, 유체 분출에 필요한 압력파를 발생시킨다.
제 3 측면에 있어서, 본 발명은, 적어도 하나는 더미 채널이고 나머지는 액체 방울 분출 채널인 유체 포함 채널의 어레이를 갖는 액체 방울 침착 장치의 온도 보상 방법을 제공하며, 이 방법은 더미 채널의 유체 온도에 의존된 신호에 따라 액체 방울 분출 채널로의 액체 방울 분출 신호를 제어하는 것을 특징으로 한다.
제 4 측면에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 유체 분출 챔버와 한 쌍의 더미 챔버를 포함하는 다수의 유체 챔버를 포함하는 액체 방울 침착 장치를 동작시키는 방법을 제공하고, 각 유체 분출 챔버는 그 챔버로부터 액체 방울을 분출하도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의 대응하는 벽은 비작동되며, 상기 방법은:
유체 챔버의 유체 온도에 따라 크기를 갖는 신호를 제공하기 위해 더미 챔버의 벽의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 단계; 및
온도 의존 신호의 크기에 따라 전기적 작동 신호의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 액체 방울 침착 장치를 제공하며, 상기 장치는:
채널을 한정하는 다수의 간격진 압전 벽을 갖는 액츄에이터와; 상기 반대 측면에는 상기 채널의 유체를 분출하도록 상기 벽을 변형하기 위해 전기 신호를 수신하는 전극이 제공되고,
상기 전기 신호의 파형을 한정하며, 액츄에이터의 적어도 하나의 압전 부분의 임피던스를 측정하는 수단과 측정된 임피던스에 따라 상기 전기 신호의 파형을 조절하는 수단을 포함하는 제어 유닛을 포함한다. 바람직하게, 액츄에이터의 상기 적어도 하나의 부분은 적어도 하나의 벽을 포함한다.
본 발명은 채널을 한정하는 다수의 간격진 압전 벽을 갖는 압전 액츄에이터를 위한 제어 유닛을 더 제공하고, 반대 측면을 갖는 상기 벽에는 상기 채널의 유체가 분출되도록 상기 벽을 변형시키기 위해 전기 신호를 수신하는 전극이 제공되고, 상기 제어 유닛은:
상기 벽을 변형하도록 전기 신호를 발생시키는 다수의 제어가능한 구동 신호 원;
액츄에이터의 적어도 하나의 압전 부분의 임피던스, 바람직하게는 커패시턴스를 측정하는 수단; 및
측정된 임피던스에 따라 상기 전기 신호의 파형을 조절하는 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 상술한 것과 같은 제어 유닛을 갖는 잉크 젯 프린터를 제공한다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예로써만 기술될 것이다.
도 1은 액츄에이터(100)의 일부의 부분 분해 사시도이다. 잉크는 잉크통(도시하지 않음)에서 액츄에이터 어셈블리(100)의 잉크 입구(150)로 공급된다. 잉크 입구(150)는 필터(160)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(100)는 액츄에이터 판(200) 및 커버 판(210)을 포함한다. 액츄에이터 판(200)은 분극 압전재로 이루어진다. 잉크 입구(150)를 포함하는 커버 판은 분극되지 않는 압전재로 이루어질 수 있다.
액츄에이터 판(200)은 채널(220)을 형성하는 사각형 단면의 홈을 포함한다. 채널(220)은 측벽(230)에 의해 나누어진다. 전체 액츄에이터 판은 도 1의 Z축에 평행한 방향으로 지주를 댄다. 분극의 방향도 도 1의 화살표(240)로써 도시된다. 하기에 보다 상세히 기술되는 것과 같이, 채널은 유체 분출 채널 및 프린팅동안 분출되지 않는, 또는 분출되지 않아야 할 "더미" 채널로 나누어진다.
도 2는 액츄에이터 판(200)의 일부의 부분 사시도이다. 결합선 D1은 액츄에이터 판(200)의 표면에 구성된 (단속선에 의해 도시된) 얇은 금속층(270)에 연결된다. 금속층은 또한 도 2의 음영 영역 E1으로써 나타낸 것과 같이 벽(230)의 채널 CH1을 향하는 벽(230)의 표면의 일부를 커버한다. 다른 결합선 D2는 동일한 방식으로 채널 CH2의 금속층 E2에 연결된다. 금속층 E2은 벽(230)의 채널 CH2을 향하는 표면에 전극을 형성한다. 액츄에이터는 액츄에이터의 동작동안 잉크로 채워지는 N개의 채널을 갖는다. 액츄에이터의 실시예는 66개의 채널(N=66)을 갖는다. 커버 판(210)이 액츄에이터 판(220)에 결합되어, 벽(230)과 함께, 노즐(F2,F3...FN-1)을 갖는 채널을 한정한다.
각각의 벽(230)은 그 벽의 전극사이의 전류에 따라 개별적으로 옮길 수 있다. 예를 들면, 채널(CH2 및 CH3)사이의 벽은 전극 E2에서 전극 E3까지의 전류 I23에 따라 옮길 수 있다.
도 3은 최대의 잉크 방울이 분출될 때 전극 E1 - E4 으로 전송되는 전기 펄스 11 - 14의 예를 나타낸다.
도 4는 채널 CH2 및 채널 CH3 사이의 벽의 2개의 반대 전극 E2 및 E3과 관련있는 전기 신호 파형 U23의 예를 나타낸다. 이 파형은 도 3에 나타낸 전류 I2및 I3에 응답하여 얻어진다.
도 5는 액츄에이터(100), 액츄에이터 제어 회로(130), 전원 공급 회로(330), 및 온도 센서(500)를 포함하는 본 발명의 실시예의 블럭도이다. 전원 공급 회로 (330)는 DC 전원 공급(340)에 결합된다. 전원 공급(340)은, 예를 들어 실질적으로 40 볼트의 일정한 전압 VDC을 공급할 수 있다. 전원 공급 회로(330)는 제어 신호에 대한 입력(360)과 제어된 전압 VCC를 갖는 구동 전압을 전송하는 전원 공급 출력(370)을 갖는 구동 전압 제어기(350)를 포함한다. 제어 전압 VCC는, 예를 들어 VCC(100)의 10% 내지 VCC(100)의 100%에서 제어가 가능할 수 있으며, 여기서 VCC(100)= 35 볼트이다.
도 4를 참조하면, 액츄에이터 벽(230)으로 전송된 전기 구동 신호의 최고 전압 레벨은 제어된 전압 VCC와 같다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 그러나 전기 구동 신호의 최고 전압 레벨은 제어된 전압 VCC의 값과 다르지만 그것에 의존된 값을 갖는다.
액츄에이터 제어 유닛(130)은 제어된 구동 전압 VCC를 수신하는 출력(370)에 결합되는 전원 공급 입력(380)을 포함한다. 제어 유닛(130)은 다수,N,의 제어가능한 구동 신호원 320:1-320:N 을 포함하며, 각 구동 신호원은 전원 공급 입력(380)에 결합된 구동 전압 입력(400)을 갖는다. 각 구동 신호원은 접지 연결(410) 및 액츄에이터 구동 신호 출력(420)을 갖는다. 각 액츄에이터 구동 신호 출력은 액츄에이터(100)의 대응하는 채널 벽의 전극 E에 결합된다.
각 구동 신호원(320)은 또한 전류 제어 신호에 대한 입력(430)을 포함한다. 전류 제어 신호 입력은 데이터 변환 유닛(440)에 결합된다. 데이터 변환 유닛은 프린트되어야 할 문자 또는 그림을 나타내는 프린트 데이터를 수신하는 입력(450)을 포함한다. 입력(450)은 데이터버스(464)를 지나 데이터 인터페이스(460)에 결합된다. 제어 유닛(130)을 데이터 인터페이스(460) 및 전원 공급 회로(330)와 결합하기 위해 다수의 전기 도체(466)가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액츄에이터 제어 회로(130) 및 액츄에이터(100)는 프린터의 이동가능한 셔틀에 구성되지만, 데이터 인터페이스(460) 및 구동 전압 제어기(350)는 프린터의 고정 부분이다.
데이터 변환 유닛(440)은 입력(450)에서 수신된 프린트 데이터를 각 구동 신호원(320)에 대한 개개의 전류 제어 신호로 변환시킨다. 이러한 목적을 위하여, 데이터 변환 유닛(440)은 각 구동 신호원(320)에 대응하는 제어 신호 출력(468), 즉 액츄에이터의 각 채널에 대한 전류 제어 신호를 포함한다.
제어가능한 구동 신호원(320)과 동작하는 데이터 변환 유닛이 출력(420)의 구동전류를 발생시키기 위해 동작되어 각 액츄에이터 벽으로 전송된 구동 신호의 파형이 각 벽의 제어된 움직임을 일으킴으로써 잉크 방울이 분출된다.
프린팅동안, 액츄에이터는 주울 열을 발생시킬 것이다. 집적회로로서 구현될수 있는 액츄에이터 제어 회로(130)는 특정 한도까지 가열될 것이다. 열은 액츄에이터로 분산되어 채널(220)의 잉크가 따뜻해질 것이다. 점성과 같은, 잉크의 일정하고 불가결한 특성은 잉크 온도에 따라 변한다. 어떤 잉크 타입에 대하여, 잉크 온도의 증가는 잉크의 점성을 감소시킨다. 이것은 차례로 액체 방울의 속도를 증가시킨다. 프린팅 프로세스의 잉크 도트 배치가 액체 방울 속도에 의존하기 때문에, 이것은 프린트 품질에 대한 문제를 만든다.
이러한 잉크 점성 변화에 대하여 보상하기 위해, 액츄에이터 벽으로 전송되는 구동 신호가 조절될 수 있다. 잉크 온도의 측정을 보다 정확하게 할수록 잉크 점성의 제어 및 프린트 품질이 좋아진다.
이 온도 의존에 대한 보상을 위하여, 액츄에이터 어셈블리의 온도는 온도 센서(500)(도5)에 의해 측정되고 펄스 파형의 전압 레벨은 잉크 온도가 상승함에 따라 감소된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전압 최고 값 VCC(100)은 액츄에이터 온도가 20℃일 때 35 볼트로 설정된다. 전압 최고 값은 본 명세서에서 100% 전압 레벨로 간주된다.
종래 기술에 따르면, 이산 서미스터(즉, 온도 의존 레지스터)가 액츄에이터의 외부에 제공된다. 서미스터가 전기 회로에 결합되어 증가된 서미스터 온도에 따라 액츄에이터 구동 전압 진폭이 감소된다. 불행하게도, 액츄에이터의 외부 표면의 이산 서미스터의 위치는 액츄에이터 몸체에 의해, 때때로 서미스터를 부착하는데 사용되는 아교층에 의해 제공되는 단열에 의해 서미스터 온도와 잉크의 실제 온도사이의 미스매치를 만든다. 특히, 액츄에이터의 빠른 온도 변화의 진행에 있어서 이 문제는 낮은 프린트 품질을 만드는 에러를 측정할 수 있다.
도 5에 나타낸 실시예에 있어서, 액츄에이터의 잉크 온도를 측정하는 센서(500)가 제공된다. 센서(500)는 벽(230)의 커패시턴스를 측정하는 회로를 포함한다. 벽의 커패시턴스는 도 5에 나타낸 전극 E1 및 E2와 같은 2개의 전극사이에서 측정된다. 발명가는 압전 액츄에이터의 채널 벽(230)의 커패시턴스가 실질적으로 온도의 선형 함수라는 것을 실험으로 검증하였다. 센서(500)는, 차례로 구동 전압 VCC를 조절하는, 전원 공급 회로(330)의 입력(360)으로 센싱된 잉크 온도를 나타내는 신호를 전달함으로써 어떠한 잉크 점성 변화도 보상한다. 따라서, 상기 채널의 유체가 분출되도록 변형하기 위하여 벽에 전송되는 전기 신호(도4)는 압전재의 임피던스에 따라 조절된다.
도 5에 나타낸 센서(500)는 4개의 임피던스 C1,C2,C3 및 C4를 갖는 휘스톤 브리지를 포함하며, 그 중 하나(C1)는 액츄에이터(100)의 압전재의 부분에 의해 구성된다. 따라서, 센서(500)는 적어도 정해진 한도에서 액츄에이터의 일부분으로 된다. 온도 의존 임피던스 C1(T)는 휘스톤 브리지(510)의 능동 센서 소자를 구성한다. 휘스톤 브리지에는 구동 전압 UW이 제공된다. 휘스톤 브리지는 증폭기(520)로 전송되는 차동 전압 Ud을 발생시킨다. 증폭기(520)로부터의 입력 신호는 전원 공급 회로(330)의 제어 입력(360)으로 전송된다.
도 6은 압전 액츄에이터의 부분의 온도와 그 벽 부분의 커패시턴스사이의 상호관계를 나타낸다. 도면의 십자선은 측정된 값을 나타낸다. 값이 직선과 상호관계가 있다는 것을, 즉 압전재의 온도와 커패시턴스사이에 선형 관계가 있다는 것을 명백히 알 수 있다. 직선은 온도 T와 커패시턴스 C 사이의 선형적인 상호관계를 나타내는 측정값에 적용되었다. 채널 벽이 액츄에이터의 잉크와 접촉하여 있기 때문에, 벽의 온도는 동일하거나 또는 실질적으로 잉크 온도와 동일할 것이다. 따라서, 채널 벽 커패시턴스의 커패시턴스는 유리하게도 잉크 온도의 직접적이고 빠른 표시를 제공한다.
도 7은 4개의 커패시터 C1,C2,C3 및 C4를 갖는 휘스톤 브리지의 다른 실시예를 나타낸다. 2개의 커패시터 C1 및 C3는 능동 센서 소자를 형성하고 채널 벽(230)의 반대 측면의 전극으로 구성됨으로써, 온도 의존 차동 전압 Ud를 공급한다. 하나의 실시예에 따르면, 제 1 및 마지막 채널 CH1 및 CHN의 벽은 임피던스 측정을 위하여 사용된다. 66개의 채널(N=66)을 갖는 액츄에이터 실시예에 있어서, 채널 CH1 및 CH2사이의 벽은 C1(T)로서 사용되고 채널 CH65와 CH66사이의 벽은 C3(T)로서 사용된다. 커패시터 C2 및 C4는 이산 커패시터 성분이고, 그것의 커패시턴스는 실질적으로 온도에 독립적이다. 선택된 온도 TS에서 C4의 커패시턴스는 커패시턴스 C1(T)와 실질적으로 같도록 선택되고 C2의 커패시턴스는 커패시턴스 C3(T)와 실질적으로 같도록 선택되어 휘스톤 브리지는 선택된 온도에서 매치된다. 즉, 차동 전압 Ud가 선택된 온도 TS에서 제로 볼트와 같다. 선택된 온도 TS는, 예를 들어 22℃ 일 수 있다.
값 C1(T) 및 C3(T)가 증가된 온도에 따라 증가하기 때문에, 선택된 온도에서 벗어나는 온도에서 넌-제로 출력 전압 Ud일 것이다. 온도에 대한 C1(T) 및 C3(T)의 비례성 때문에, 출력 전압 Ud도 온도에 비례할 것이다.
도 8은 휘스톤 브리지(510) 및 증폭기(520)의 실시예를 나타낸다. 증폭 회로(520)는 차동 증폭기(530), 피크 검출기(540) 및 오프셋 증폭기(550)를 포함한다. 이러한 회로로 휘스톤 브리지의 출력 Ud와 제어 입력(360)으로 전송되는 신호 레벨사이의 관계를 조절할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 증폭기(520)의 증폭이 비선형적일 수 있어, 비선형 온도 특성을 갖는 보상을 성취할 수 있다. 이것은 온도에 의존적인 비선형을 갖는 점성을 갖는 잉크 타입에 사용될 수 있다.
도 9는 2개의 능동 소자 C1 및 C3를 갖는 휘스톤 브리지를 구비한 온도 센서를 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 능동 소자 C3는 N: 번째 "더미" 채널과 부근 유체 분출 채널 CHN-1 사이의 벽(230)에 의해 형성된다. 그 벽은 도 9에 나타낸 것과 같이 구동 신호원 320:N 및 320:N-1에 의해 전송된 신호에 따라 움직이도록 작동될 수 있다.
상술한 실시예에서 온도 의존 임피던스가 액츄에이터의 채널을 한정하는 벽 또는 벽 부분에 의해 구성되더라도, 본 발명은 온도 의존 임피던스를 갖는 액츄에이터의 다른 부분의 임피던스 측정을 포함한다. 액츄에이터 판(200) 또는 커버 판(210)은 온도 의존 임피던스(도시하지 않음)를 한정하기 위해 전극 사이의 압전재의 부분을 포함할 수 있다. 이 온도 의존 임피던스, 또는 몇 개의 이러한 임피던스는 상술한 바와 같이 전압 분할기 또는 휘스톤 브리지에서 결합될 수 있다. 이러한 온도 의존 임피던스는 바람직하게는 액츄에이터 채널 부근에 배치되어 그 안의 잉크 온도를 적절히 나타낼 수 있다. 상술한 실시예가 커패시턴스의 측정을 논하였지만 커패시턴스가 임피던스의 일부인 것은 잘 알려져 있다. 즉, 커패시턴스가 변할 때 임피던스도 변한다.
이제 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면 구성, 드랍-온 디멘드 잉크 젯 프린터는 평행한 유체 챔버 또는 채널(2a,2b)의 다양성으로 형성된 프린트헤드(10)를 포함하고, 그 중 9개가 도시되고 그 종축은 평면으로 배치된다. 채널(2a,2b)은 프린트헤드의 전체 상부 표면위에서 연장하는 커버(도시하지 않음)에 의해 닫혀진다. 하기에 보다 상세히 기술된 것과 같이, 채널은 유체 분출 채널(2a) 및 프린팅동안 유체가 분출되지 않는, 또는 분출하려 하지 않는 "더미" 채널(2b)로 나누어진다.
채널은 각 유체 분출 채널(2a)에 대한 노즐(6)이 형성된 노즐판(5)의 그 대응하는 단부에서 끝나는 엔드-슈터 형상이다. 잉크(4)와 같은 유체는 방울(7)의 형태로 유체 분출 채널(2a)로부터 요구시 분출되고 채널 축의 면에 수직으로 상대운동이 있는 곳과 프린트헤드(10)사이의 프린트 표면(9)의 프린트 라인(8)에 침착된다.
프린트헤드(10)는 노즐판(5)으로부터 뒤로 평행하여 연장하기 위해 채널 (2a,2b)이 커트되거나 PZT 압전재로 형성된 평면 베이스 부분(20)을 갖는다. 사각형의 단면을 갖는 채널(2a,2b)은 길고 좁으며, 채널의 길이를 연장하는 반대 측벽(11)을 갖는다. 유체 분출 채널(2a)의 측벽(11)에는 채널의 길이를 따라 연장하는 전극(도시하지 않음)이 제공됨으로써 노즐로부터 액체 방울을 분출하도록 채널(2a)의 잉크의 압력 변화를 만들기 위해 측벽이 실질적으로 길이의 전체를 따라 채널축에 비해 가로축으로 전단 모드로 옮겨질 수 있다.
채널(2a,2b)은, 노즐로부터 떨어진 그 단부에서, 파이프(14)를 지나 잉크통(도시하지 않음)과 차례로 연결한 트랜스버스 채널과 연결한다. 유체 분출 채널의 측벽(11)을 활성화하는 전기 연결물(도시하지 않음)은 베이스 부분(20)의 LSI 칩 (16)으로 이루어진다.
도 11에 나타낸 것과 같이, 채널 측벽(11)이 반대 극 영역을 가져 전기장이 갈매기 형상으로 반사한다. 이 구성은, 화살표(33 및 35)에 의해 지시된 것과 같이, 채널 축을 포함하는 면에 수직의 반대 극성인 상 및 하 벽 부분(29 및 31)으로 각각 형성된 베이스 및 상부 벽(25 및 27)사이에 샌드위치된 전단 모드 액츄에이터 (15,17,19,21 및 23)의 형태로 이동가능한 측벽(11)을 결합한다.
유체 분출 채널(2a)의 내부벽은 각각의 전극(37,39,41,43 및 45)에 의해 커버된다. 따라서, 전압이 특정 채널의 전극에 인가될 때, 가령 전단 모드 액츄에이터(19 및 21)사이의 채널(2a)의 전극에 인가되고, 반면에 전극(41)의 그것의 측면에 채널(2a)의 전극(39 및 43)이 접지에 연결될 때, 전기장은 액츄에이터(19 및 21)에 반대 방향으로 인가된다. 각 액츄에이터의 상 및 하 벽 부분(29 및 31)의 반대 극성에 의해, 이것은 파선(47 및 49)으로써 나타낸 것과 같이 갈매기 형태로 그사이의 채널(2a)에 전단 모드로 반사된다. 따라서, 임펄스는 채널의 길이를 따라 진행하여 잉크 방울(7)을 분사하기 위해 음향 압력파를 만드는 액츄에이터(19 및 21)사이의 채널(2a)의 잉크(4)에 인가된다.
상술한 바와 같이, 프린트헤드는 프린팅동안 잉크가 분출되지 않는 더미 채널(2b)을 포함한다. 더미 채널(2b)은 인접한 각 유체 분출 채널(2a)에 배치될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 다수의 유체 분출 채널(2a)은 한 쌍의 더미 채널사이에 배치될 수 있다. 도 12에 나타낸 것과 같이, 공개공보 WO91/17051에 기술된 바람직한 구성에 있어서, 더미 채널(2b)은 프린트헤드 모듈(50)의 각 단부에 배치되고(각 모듈(50)의 일단부가 도 12에 도시됨), 프린트헤드(10)는 다수의 모듈 (50)을 포함한다. 이 구성에 있어서, 유체 분출 채널(2a)의 노즐(6)이 약간 부채꼴로 펴진 축으로 제거되어 채널(2a)로부터 분출된 액체 방울이 프린트 표면(9)의 프린트 라인(8)을 따라 실질적으로 동일하게 간격을 두고 배치된다. 더미 채널(2b)로부터 잉크 분출이 없기때문에, 더미 채널의 벽(52)이 칩(16)에 연결되지 않아 비작동된다.
프린팅동안, 열이, 예를 들어 칩(16)에 의해 발생된다. 이 열은 유체 챔버 (2a,2b)로 분산되어, 잉크(4)의 점성을 감소시키는 잉크(4) 온도를 증가시킨다. 잉크의 점성의 이러한 변화는 액체 방울 분출 속도의 변화로 인한 프린트된 이미지의 도트 배치 에러를 만들 수 있다. 이러한 에러를 피하기 위해, 잉크의 온도는 프린팅동안 모니터된다. 이것은 유체 분출 챔버(2a)의 벽(11)에 인가된 액츄에이팅 신호의 크기가 모니터된 온도에 따라 조절되도록 하여 잉크의 점성의 감소에 대하여보상할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 더미 챔버(2b)의 비작동되는 벽(52)의 온도 의존 전기적 특성은 프린팅동안 잉크(4)의 온도를 모니터하는데 사용된다. 벽(52)이 잉크(4)와 접촉하여 있기 때문에, 잉크(4) 온도의 어떠한 급변화도 검출되어 빠르게 작동된다. 더욱이, 벽(52)이 비작동되기 때문에, 벽의 선택된 전기적 특성의 측정을 위한 벽(52)으로의 전기 신호의 어떠한 필요한 가해짐도 프린트헤드의 표준 프린팅 동작에 영향을 주지 않는다.
도 13 및 14는 더미 채널사이에 위치된 유체 분출 채널의 잉크(4)의 온도의 표시를 제공하기 위해 한 쌍의 더미 채널(2b)의 비작동되는 벽(52)의 커패시턴스를 이용하는 구성의 실시예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 본 출원의 발명가는 채널 (2a,2b)의 벽(11,52)의 커패시턴스가 실질적으로 온도의 선형 함수라는 것을 발견하고 실험적으로 검증하였다. 그 결과, 온도 의존 신호의 크기는 잉크 온도에 집적적으로 비례할 수 있다.
도 13을 참조하면, 브리지 회로(60)는 채널(2a,2b)의 잉크 온도에 의존적인 크기를 갖는 신호를 공급하기 위해 사용된다. 브리지 회로(60)의 각 아암은 커패시터를 포함한다. 각각의 커패시터 C1 및 C3가 더미 채널(2b)의 각 비작동되는 벽(52)에 의해 제공된다. 각각의 커패시터 C2 및 C4는 온도에 따라 변하지 않고 실온에서 더미 채널(2b)의 커패시턴스와 실질적으로 동등한 커패시턴스를 갖는 커패시터로써 제공된다.
교번 전압 V1이 브리지 회로에 입력된다. 실온에서 잉크(4) 온도의 편차에의한, 커패시터 C1 및 C3의 커패시턴스의 어떠한 변화도 신호가 브리지 회로로부터 출력되고, 신호의 크기가 채널(2a,2b)의 잉크 온도를 나타낸다. 브리지 회로로부터 출력된 신호가 전기적 작동 신호의 크기를 조절하는데 사용되도록 신호는 정형 회로를 사용하여 정형되며, 그것의 예가 도 14에 도시되어 있다. 칩(16)에서 벽(11)으로 공급되는 전기적 작동 신호에 중복되는 온도 의존 전압 신호를 출력하는 도 14의 정형 회로(70)는 차동 증폭기(72), 피크 검출기(74) 및 오프셋 증폭기(76)를 포함한다. 이것은 액체 방울 채널(2a)로부터 분출된 액체 방울의 속도를 차례로 수정하여 액체 방울 배치 에러를 제거한다.
본 발명이 단지 예시로써 기술되었고, 상세의 수정이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
예를 들면, 본 발명이 "엔드-슈터" 프린트헤드를 참조하여 기술하였지만, 이것은 "사이드 슈터" 또는 다른 형태의 프린트헤드에 동등하게 적용가능하다.
더욱이, 어떠한 적절한 수단이 더미 채널의 벽의 커패시턴스 또는 다른 적절한 전기적 특성을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 디지털 검출 회로가 선택된 전기적 특성의 검출동안 노이즈의 발생과 관련된 문제를 피하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 정형 회로의 구성은 도 14에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 증폭 회로가 사용되어 온도에 대해 다양한 선형 또는 비선형 변화를 갖는 온도 의존 전압 신호가 상이한 타입의 잉크를 위한 전기적 작동 신호를 조절하기 위해 출력될 수 있다.
본 명세서(청구범위 포함)에 개시 및/또는 도면에 나타낸 각 특징은 다른 개시 및/또는 도시된 특징에 독립적으로 본 발명에 결합될 수 있다.

Claims (23)

  1. 다수의 유체 분출 챔버와 적어도 하나의 더미 챔버를 포함하는 유체 수용 챔버 어레이를 포함하는 액체 방울 침착 장치로서, 각 유체 분출 챔버는 전기적 작동 신호에 반응하여 액체 방울을 분출하는 수단을 포함하고,
    상기 유체의 온도에 의존한 신호를 제공하도록 상기 더미 챔버내의 유체에 노출되게하는 수단과, 그리고
    상기 전기적 작동 신호를 조절하기 위해 상기 온도 의존 신호에 반응하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 방울 침착 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각 유체 분출 챔버는 상기 챔버로부터 액체 방울이 분출되도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의 대응하는 벽은 비작동되며, 상기 장치는 상기 신호를 제공하기 위해 더미 챔버의 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 적어도 하나의 유체 분출 챔버와 적어도 하나의 더미 챔버를 포함하는 다수의 유체 챔버를 포함하는 액체 방울 침착 장치로서,
    각 유체 분출 챔버는 상기 챔버로부터 액체 방울을 분출하도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의대응하는 벽은 비작동되며;
    상기 유체 챔버의 유체 온도에 따른 크기를 갖는 신호를 공급하기 위해 더미 챔버의 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 수단; 및
    상기 온도 의존 신호의 크기에 따른 전기적 작동 신호의 크기를 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 침착 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 온도 의존 전기적 특성은 커패시턴스인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이용 수단은 4개의 아암을 갖는 브리지 회로를 포함하고, 상기 브리지 회로의 2개의 아암 각각은 상기 각 더미 챔버 벽의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 브리지 회로의 다른 2개의 아암 각각은 온도 의존 커패시터를 포함하고, 상기 각 커패시터의 커패시턴스는 실온에서 상기 벽의 각 부분의 커패시턴스와 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 2항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이용 수단은 상기 신호를 공급하기 위해 더미 챔버의 상기 대응하는 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 2항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽은 압전재로 형성되고, 각 작동가능한 채널 벽은 유체 분출 챔버로부터 유체를 분출하기 위해 전기적 작동 신호에 의해 변형가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 압전재는 유체 분출 챔버내에서 음향 압력파를 발생시킴으로써 상기 유체를 분출하기 위해 전기적 작동 신호가 가해질 때 전단 모드로 변형되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 압전재는 각 유체 챔버의 측면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 상기 청구항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적 작동 신호의 상기 조절 수단에 의해 중복을 위한 온도 의존 전압 신호를 공급하기 위해 상기 온도 의존 신호를 정형하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 적어도 하나는 더미 채널이고 나머지는 액체 방울 분출 채널인 유체 포함 채널의 어레이를 갖는 액체 방울 침착 장치의 온도 보상 방법으로서, 더미 채널의 유체 온도에 따른 신호에 따라 액체 방울 분출 채널로의 액체 방울 분출 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 적어도 하나의 유체 분출 챔버와 적어도 하나의 더미 챔버를 포함하는 다수의 유체 챔버를 포함하는 액체 방울 침착 장치를 동작시키는 방법으로서, 각 유체 분출 챔버는 상기 챔버로부터 액체 방울을 분출하도록 전기 신호에 의해 작동가능한 적어도 하나의 벽에 의해 부분적으로 한정되고, 각 더미 챔버의 대응하는 벽은 비작동되며, 상기 방법은:
    상기 유체 챔버의 유체 온도에 따른 크기를 갖는 신호를 공급하기 위해 더미 챔버의 벽의 적어도 일부의 온도 의존 전기적 특성을 이용하는 단계; 및
    상기 온도 의존 신호의 크기에 따른 전기적 작동 신호의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 채널을 한정하는 다수의 간격진 압전 벽을 갖는 액츄에이터와; 상기 벽은 반대 측면을 가지고, 상기 반대 측면에는 채널의 유체가 분출되도록 상기 벽을 변형하기 위해 전기 신호를 수신하는 전극이 제공되고,
    상기 전기 신호의 파형을 한정하고, 상기 액츄에이터의 적어도 하나의 압전 부분의 임피던스를 측정하는 수단과 상기 측정된 임피던스에 따라 상기 전기 신호의 파형을 조절하는 수단을 구비한 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 침착 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 액츄에이터의 상기 적어도 하나의 부분은 상기 벽의적어도 하나의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 임피던스 값이 상기 액츄에이터의 온도에 영향받지 않는 기준 임피던스를 더 포함하고, 상기 압전 부분의 임피던스와 결합하여 기준 임피던스가 전압 분할기로서 결합되어 센서 출력 전압이 발생되고, 상기 조절 수단은 센서 출력 전압을 수신하기 위해 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 14항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 전기 신호의 최고 전압 레벨을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 14항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스 측정 수단은 휘스톤 브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 14항 내지 제 18항중 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스 측정 수단은 적어도 특정 한도에서 상기 액츄에이터의 일부분으로 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 채널을 한정하는 다수의 간격진 압전 벽을 갖는 압전 액츄에이터를 위한 제어 유닛으로서, 반대 측면을 갖는 상기 벽은 상기 채널의 유체가 분출되도록 상기 벽을 변형하기 위해 전기 신호를 수신하는 전극이 제공되며, 상기 제어 유닛은:
    상기 벽을 변형하기 위해 전기 신호를 발생시키는 다수의 제어가능한 구동 신호원;
    상기 액츄에이터의 적어도 하나의 압전 부분의 임피던스, 바람직하게는 커패시턴스를 측정하는 수단; 및
    상기 측정된 임피던스에 따라 상기 전기 신호의 파형을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  21. 제 20항에 있어서,
    임피던스 값이 상기 액츄에이터의 온도에 영향받지 않는 기준 임피던스를 더 포함하고, 측정된 임피던스와 결합하여 상기 기준 임피던스가 전압 분할기로서 결합되어 센서 출력 전압이 발생되고, 상기 조절 수단은 상기 센서 출력 전압을 수신하기 위해 결합되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  22. 제 20항 또는 제 21항에 따른 제어 유닛을 포함하는 잉크 젯 프린터.
  23. 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서에 기술된 것과 같은 액체 방울 침착 장치 또는 액체 방울 침착 장치를 동작시키는 방법.
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