KR20050016616A - 헤드 제어 장치와 화상 기록 장치 - Google Patents

Abstract

기록 기간에 추가적인 재충전 기간 기간를 요구함이 없이 구동 펄스로 전자기계적 변환 소자를 재충전할 수 있는 헤드 제어 장치가 제공된다. 구동 신호는 복수의 구동 펄스를 포함하고, 각각의 기록 기간에서, 적어도 하나의 구동 펄스는 압전 소자를 충전하여 액체 방울을 토출하는 방전 레벨로부터 중간 레벨로 변화하는 부분 및 중간 레벨로부터 타겟 레벨로 변화하여 압전 소자를 타겟 레벨로 재충전하는 연속된 부분을 포함한다.

Description

헤드 제어 장치와 화상 기록 장치{HEAD CONTROL DEVICE AND IMAGE RECORDING APPARATUS}

본 발명은 헤드 제어 장치 및 화상 기록 장치에 관한 것으로, 특히 전자기계적 변환 소자를 포함하는 액체 방울 토출 헤드를 제어하는 헤드 제어 장치 및 그 헤드 제어 장치를 갖는 화상 기록 장치에 관한 것이다.

프린팅 기구부, 팩스 장치, 복사기 또는 플로터와 같은 잉크젯 화상 형성 장치는 화상을 기록하기 위해 잉크 방울을 토출하는 잉크젯 헤드를 포함한다. 잉크젯 헤드는 잉크 방울이 토출되는 노즐, 잉크에 압력을 인가하는 챔버를 보통 포함하고 대응하는 노즐과 교통하는 잉크 흐름 경로, 잉크 공급 경로 및 잉크 흐름 경로에 있는 잉크에 압력을 만들어 그 압력을 가하여 잉크 방울을 토출하는 부분을 구비한다. 예를 들어, 액체 레지스트 방울을 토출하는 것과 DNA 샘플 방울을 토출하는 것 같은 다른 종류의 액체 방울을 토출하는 장치가 또한 있다.

잉크젯 헤드에 있어서, 잉크 방울을 형성하고 그것을 토출하기 위하여, 잉크 흐름 경로의 잉크에 압력을 가하는 다양한 방법이 사용된다. 다음 방법들은 관련된 기술 분야에서 공지된 것이다.

일본 공개 특허 공보 제 2-51734 호는 전자기계적 변환기, 예를 들어 압전 소자(압전 결정 소자)가 잉크에 압력을 인가하는 챔버(압력 인가 챔버)의 진동 벽을 형성하는 진동판으로서 사용되는 잉크젯 헤드를 개시하고 있다. 결정이 소자에 전하가 가해지는 경우, 진동 벽은 변형되고 진동됨에 따라서 잉크 챔버의 용적을 변화시키고 잉크의 일부를 노즐을 통하여 챔버 밖으로 내보낸다. 이것은 이른바 "압전 잉크젯 헤드"라 불린다.

또한, 일본 공개 특허 공보 제 61-59911 호는 저항기가 열을 만들기 위하여 각각의 압력 인가 챔버에서 사용하는 다른 잉크젯 헤드를 개시하고 있다. 이 열은 챔버에서 잉크를 기화하여 버블을 생성한다. 버블이 팽창함에 따라, 챔버 내의 약간의 잉크는 압력에 의해 밀어내진다. 이것은 소위 "써멀 잉크젯 헤드"라 불린다.

또한, 일본 공개 특허 공보 제 6-71882 호는 각각의 압력 인가 챔버의 벽을 형성하는 진동판에 면한 전극이 놓여진 또 다른 잉크젯 헤드를 개시하고 있다. 전극과 진동판 사이에서 생성된 정전기력 때문에, 진동판은 변형되고 진동하여, 그에 따라서 챔버의 용적이 변화되어 노즐을 통하여 챔버 밖으로 약간의 잉크가 배출되게 된다. 이것은 소위 "정전기적 잉크젯 헤드"라 불린다.

상기 잉크젯 헤드는 잉크 방울을 형성하는 2가지 종류의 방법을 보여주고 잇다. 그것들 중 한 방법에 있어서, 진동판은 압력 인가 챔버에 대해서 안쪽으로 밀어져서, 챔버의 용적을 감소시키고, 잉크의 일부를 밖으로 내보낸다. 다른 방법에 있어서, 진동판은 챔버에 대해서 밖으로 당겨지고 그에 따라서 팸버의 용적이 신장되어, 그 다음 확장된 형태로부터 그의 원래 형태로 회복하기 위하여 진동판은 변형되고, 잉크의 일부가 밖으로 내보내진다.

두번째 방법(진동판을 끌어당기는)을 사용하는 잉크젯 헤드에 있어서, 초기 상태로서, 바이어스 전압이 압전 소자에 인가되어 압전 소자를 충전한다. 그 다음, 압전 소자는 방전하고(축적된 전하를 토출하고), 압전 소자의 수축을 가져온다. 따라서, 챔버의 용적은 증가하고, 이것은 외부로부터, 예를 들어, 잉크 공급 채널로부터 챔버 내로 잉크를 더 끌어당긴다. 그 다음, 구동 신호는 압전 소자에 인가되어 압전 소자를 신속히 충전함으로써, 소자의 급격한 팽창을 불러일으키고, 이것은 챔버 용적을 급격히 감소시켜, 일부의 잉크 방울을 노즐을 통하여 밖으로 내보낸다.

다음으로, 도 12 및 도 13의 (a) 내지 (h)를 참조하여, 압전 결정 소자의 d33 모드를 사용하여 3종류의 잉크 방울(이하 "도트" 라고 함)을 형성하는 두번째 방법을 사용하는 잉크젯 헤드를 제어하는 헤드 제어 장치의 동작이 설명된다.

도 12는 관련된 기술의 헤드 제어 장치를 나타낸다.

도 12에 도시된 헤드 제어 장치에 있어서, 다수의 구동 펄스(도 13에 도시된)를 포함하는 구동 신호 Vcom은 구동 신호 발생기(101)로부터 출력되고, 스위치(102)를 통하여 압전 소자(103)로 입력된다. 스위치(102)는 레벨 쉬프터(105)를 통하여 디코더(104)의 출력 신호에 따라 스위치 ON 또는 스위치 OFF 된다.

디코더(104)는 게이트 회로(110) 내지 (112)를 포함하고, 도시되지 않은 메모리에 저장된 기록 데이터 신호 L0, L1, L2와 원하는 기록 데이터를 선택하기 위하여 기록 기간 내에서 각각 레벨이 제어되는 게이트 신호 M0, M1, M2를 입력시키고, 게이트 회로(110) 내지 (112)로부터 레벨 쉬프터(105)로 신호를 보내는 OR 회로(113)를 포함한다.

여기서, 작은 도트는 L0=1 일 경우 형성되어야 하고, 중간 도트는 L1=1일 경우 형성되며, 큰 도트는 L2=1 일 경우, 형성된다고 하는 것이 가정되고, 더욱이 L0=L1=L2=0 일 경우, 압전 소자는 동작하지 않고 아무런 도트도 형성되지 않는다.

도 13의 (a) 내지 (h)는 상기 도트를 형성하도록 동작되는 경우의 도 12에 있어서 헤드 제어 장치의 신호의 타이밍 도를 나타낸다. 구체적으로, 도 13의 (a) 내지 (h)는 구동 신호 Vcm의 파형, 구동 신호 Vcm으로부터 선택되고 압전 소자로 인가되는 신호 및 게이트 신호 M0, N1, M2를 나타낸다.

큰 도트가 형성되는 경우, 즉, L2=1 일 경우, 도 13의 (f)에 도시된 것처럼 rl간 T10 으로부터 기간 T11의 기간에 M2=1 으로 설정함에 의해, 도 13의 (b)에 도시된 것처럼 큰 도트를 형성하는 구동 펄스는 구동 신호 Vcm으로부터 추출되고 압전 소자(103)에 인가된다.

또한, 중간 도트가 형성되어야 하는 경우, 즉, L1=1 일 경우, 도 13의 (g)에 도시된 것처럼 기간 T11으로부터 T12으로의 기간에서 M1=1을 설정함에 의해, 도 13의 (c)에 도시된 것처럼 중간 도트를 형성하는 구동 펄스는 구동 신호 Vcm으로부터 추출되고 압전 소자(103)로 인가된다.

작은 도트가 형성되어야 하는 경우, 즉, L0=1 일 경우, 도 13의 (h)에 도시된 것처럼 기간 T12으로부터 T13으로의 기간에 M0=1을 설정함에 의해, 도 13의 (d)에 도시된 것처럼 작은 도트를 형성하는 구동 펄스는 구동 신호 Vcm으로부터 추출되고 압전 소자(103)에 인가된다.

이렇게, 다양한 종류의 도트를 형성하는 구동 펄스를 포함하는 공통의 구동 신호 Vcom을 생성하고, 소정의 게이트 신호에 따라 구동 신호 Vcom으로부터 적절한 구동 펄스를 선택하고 적절한 채널을 스위치 ON 또는 스위치 OFF하는 데이터 신호를 기록하고, 압전 소자에 선택된 구동 펄스(파형)를 인가함에 의하여, 다른 크기의 잉크 방울, 다시 말하면, 다른 등급 레벨의 도트는 단일 구동 신호 Vcom으로 형성될 수 있다.

상기 처리에 있어서, 압전 소자가 동작되기 전에, 압전 소자에 미리 바이어스 전압을 인가하여 압전 소자를 충전된 상태(확장된 상태)로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 설명된 것처럼, 이 충전된 상태는, 잉크 방울을 형성하도록 동작되는 경우, 압전 소자의 초기 상태가 된다. 예를 들어, 이 처리는 현재의 기록 기간에서 도트를 형성하는데 필요하지 않은 압전 소자를 필요로 한다. 또한, 현재의 기록 기간에서 도트를 형성하도록 동작되었던 압전 소자에 대하여서도, 다음 구동 펄스가 인가되기 전에 하전된 상태에 압전 소자를 유지하는 것이 더욱 바람직하다.

그러나, 예를 들어, 현재의 기록 기간에서 도트를 형성하지 않는 압전 소자를 고려하는 상기 구성을 갖는 헤드 제어 장치에 있어서, 그러면 바이어스 전압이 선행하는 기록 기간에 인가되고, 압전 소자가 그 바이어스 전압에 의해 하전된 상태로 유지된다. 압전 소자의 자연 방전 때문에, 소자의 포텐셜은 현재 기록 기간에서 감소한다.

이 때문에, 잉크 방울을 토출하는 구동 펄스가 다음 기록 기간에서 인가되는 경우, 토출 바로 전 포텐셜이 너무 낮기 때문에, 원하는 양의 잉크를 담고있는 잉크 방울을 형성하기가 어렵다.

같은 방법으로, 이전 기록 기간에서 도트를 형성하도록 동작되었던 압전 소자의 경우, 구동 전압이 압전 소자에 인가되지 않는 지속 기간 중에, 자연 방전이 발생한다. 구동 전압이 인가되기 전 이 지속 기간이 길다면, 압전 소자의 포텐셜은 자연 방전 때문에 눈에 띠게 감소하고, 결과적으로, 원하는 잉크 방울을 토출하는 원하는 구동 펄스가 현재 기록 기간서에 선택되고 인가될지라도, 토출 바로 전의 포텐셜이 너무 낮기 때문에, 원하는 양의 잉크를 담고있는 잉크 방울을 형성하는 것은 어렵다.

이 문제에 대한 해결책으로서, 일본 공개 특허 공보 제 2001-10035는 각각의 기록 기간에서 특정한 타이밍에, 바이어스 레벨이 압전 소자를 재충전하는 구동 신호로부터 바이어스 레벨로 선택하는 잉크젯 기록 장치를 개시하고 있다.

그러나, 상기 잉크젯 기록 장치에 있어서, 재충전 레벨에 관련된 기간 간격은 구동 신호에 할당되어야만 한다. 기간 간격의 길이는 스위치의 재반응 기간, 즉 스위칭 명령이 발행되는 경우의 기간으로부터 스위치가 실제로 스위치 ON 또는 스위치 OFF 되는 경우의 기간까지의 지속 기간을 고려하여 결정된다. 일반적으로, 기간 간격은 상대적으로 길게 설정되어야 한다.

그러나, 화상 형성 속도를 증가시키기 위하여, 잉크 방울 토출 기간를 짧게 만드는 것이 바람직하고, 그래서 잉크 방울 토출 동작괴 관계없는 추가적인 재충전 기간을 확보하는 것이 어렵다. 더욱이, 화질을 개선하는 등급 레벨의 수를 증가시키기 위하여, 구동 신호에 더 많은 펄스를 할당하는 것이 요구되고, 이것은 구동 신호에서 추가적인 재충전 기간을 확보하도록 하는 것을 또한 어렵게 한다.

따라서, 관련된 기술의 상기 문제점을 해결하는 것이 본 발명의 일반적인 목적이다.

본 발명의 구체적 목적은, 기록 기간에서 추가적인 재충전 기간을 제공함이 없이 구동 펄스로 전자기계적 변환 소자를 재충전할 수 있는 헤드 제어 장치와, 헤드 제어 장치를 갖는 화상 기록 장치를 제공하는 것이다.

[발명의 개시]

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 국면에 따르면, 액체 방울 토출 챔버와 교통하는 노즐을 통하여 액체 방울을 토출하는 액체로 채워진 액체 방울 토출 챔버의 용적을 변경시키는 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 전자기계적 변환 소자로 구동 신호를 인가하고, 복수의 구동 펄스의 복수의 사이클을 포함하는 구동 신호를 생성하고, 액체 방울을 토출하는 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 전자기계적 변환 소자로 구동 펄스 중의 하나를 선택하고 인가하는 헤드 구동 유닛을 포함하는 헤드 제어 장치가 제공되고, 제1 형태로부터 제2 형태로 전자기계적 변환 소자를 변경시키는 제1 레벨로부터 제2 레벨로 변화하는 제1 부분과, 제2 형태로부터 제1 형태로 다시 전자기계적 변환 소자를 변경시켜 액체 방울을 토출하는 제2 레벨로부터 제1 레벨로 변환하는 제2 부분을 각각의 구동 펄스는 갖고, 여기서 각각의 사이클 중 적어도 하나의 구동 펄스에 있어서, 제2 부분은 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시켜 액체 방울을 토출하는 제2 레벨로부터 제3 레벨로 변화하는 제3 부분과, 제1 형태로 다시 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 제3 레벨로부터 제1 레벨로 변화하는 제2 부분에 계속되는 제4 부분을 포함한다.

바람직하게, 제1 부분은 제1 레벨에 동등한 제1 포텐셜로부터 제2 레벨에 동등한 제2 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 방전하고, 제2 부분은 제1 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 충전하여 액체 방울을 토출하고, 제3 부분은 제3 레벨에 동등한 제3 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 충전하여 액체 방울을 토출하고, 제4 부분은 제1 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 재충전한다.

본 발명의 상기 국면에 따르면, 전자기계적 변환 소자는 제1 레벨의 신호에 의해서가 아니라, 중간 값으로부터(제3 레벨) 제1 레벨로 변화하는 구동 펄스의 부분(제4 부분)에 의해 전자기계적 변환 소자는 재충전되고, 따라서, 전자기계적 변환 소자의 재충전은 더 일찍 시작될 수 있고, 결과적으로, 재충전의 지속 기간은 짧아진다.

더욱이, 제3 부분이 액체 방울 토출을 유도한 후에, 제4 부분은 전자기계적 변환 소자에 인가되기 때문에, 재충전 동작은 액체 방울 토출에 영향을 주지 않고, 이것은 재충전으로 인한 잘못된 잉크 토출의 가능성을 감소시킨다.

더욱이, 제4 부분은 구동 신호의 하나의 사이클에 포함되기 때문에, 재충전을 위한 신호를 할당하는 추가적인 기간 간격을 제공하는 것은 필요하지 않고, 그래서 화상 형성의 속도를 증가시키고 화질을 개선하는 것이 가능하다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 국면에 따르면, 액체로 각각 채워지고 노즐과 교통하는 복수의 액체 방울 토출 챔버를 포함하는 액체 방울 토출 헤드와, 액체 방울 토출 챔버에 대응하는 복수의 전자기계적 변환 소자와, 대응하는 노즐을 통해 액체 방울을 토출하여 화상을 기록하는 대응하는 액체 방울 토출 챔버의 용적을 변경시키는 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 전자기계적 변환 소자에 구동 신호를 인가하는 헤드 제어 장치를 포함하는 화상 기록 장치가 제공되고, 헤드 제어 장치는 복수의 구동 펄스의 복수의 사이클을 포함하는 구동 신호를 생성하고 액체 방울을 토출하는 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 전자기계적 변환 소자 중의 하나에 구동 펄스 중의 하나를 선택하고 인가하는 헤드 구동 유닛을 포함하고, 각각의 구동 펄스는 제1 형태로부터 제2 형태로 전자기계적 변환 소자를 변경시키는 제1 레벨로부터 제2 레벨로 변화하는 제1 부분과, 제2 형태로부터 제1 형태로 다시 전자기계적 변환 소자를 변경시켜 액체 방울을 토출하는키는 제2 레벨로부터 제1 레벨로 변화하는 제2 부분을 갖고, 여기서 각각의 사이클의 적어도 하나의 구동 펄스에 있어서, 제2 부분은 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시켜 액체 방울을 토출하는 제2 레벨로부터 제3 레벨로 변화하는 제3 부분과 전자기계적 변환 소자의 형태를 제1 형태로 다시 변경시키는 제3 레벨로부터 제1 레벨로 변화하는 제2 부분에 계속되는 제4 부분을 포함한다.

바람직스럽게, 제1 부분은 제1 레벨과 동등한 제1 포텐셜로부터 제2 레벨과 동등한 제2 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 방전하고, 제2 부분은 제1 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 충전하여 액체 방울을 토출하고, 제3 부분은 제3 레벨과 동등한 제3 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 충전하여 액체 방울을 토출하고, 제4 부분은 제1 포텐셜로 전자기계적 변환 소자를 재충전한다.

바람직스럽게, 헤드 구동 유닛은 각각의 사이클에서 상기 적어도 구동 펄스의 제4 부분을 선택하여 동시에 복수의 전자기계적 변환 소자를 재충전한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화상 기록 장치의 일예로서 잉크젯 기록 장치의 기계의 사시도이다.

도 2는 본 실시예의 잉크젯 기록 장치의 기계의 측단면도이다.

도 3은 본 실시예의 잉크젯 기록 장치에 포함된 잉크젯 헤드의 예의 분해 사시도이다.

도 4는 액체를 담고있는 부분의 긴 엣지를 따르는 본 실시예의 기록 헤드의 액체를 담고있는 부분의 단면도이다.

도 5는 도 4의 액체를 담고있는 부분의 확대도이다.

도 6은 액체를 담고있는 짧은 엣지를 따르는 도 4의 부분의 단면도이다.

도 7은 본 실시예의 잉크젯 기록 장치의 제어 부분을 개략적으로 도시하는 블럭도이다.

도 8은 도 7에 도시된 제어 부분의 디코더에 연속하는 부분의 회로도이다.

도 9는 잉크젯 헤드의 동작을 설명하는 본 실시예의 잉크젯 헤드의 주요 부분의 단면도이다.

도 10a 내지 도 10c는 다른 동작 단계의 도 9의 잉크젯 헤드의 같은 부분을 나타내는 단면도이다.

도 11의 (a) 내지 (i)는 본 실시예의 헤드 제어 장치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.

도 12는 관련된 기술의 헤드 제어 장치를 나타내는 도면이다.

도 13의 (a) 내지 (h)는 관련된 기술의 헤드 제어 장치의 동작을 나타내는 타이밍도이다.

발명을 실행하는 최상의 모드

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화상 기록 장치의 일예로서 잉크젯 기록 장치의 사시도이다. 도 2는 잉크젯 기록 장치의 측단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 잉크젯 기록 장치는 본체(1)와, 본체(1)에 장착된 프린팅 기구부(2)를 갖는다. 프린팅 기구부(2)는 주 스캔 방향을 따라 이동가능한 캐리지(13), 캐리지(13)에 부착된 잉크젯 헤드(14) 및 잉크 카트리지(15)를 포함하는 기록 헤드를 갖는다. 프린팅 기구부(2)는 용지 공급 카세트(4) 또는 손에 의한 공급 트레이(5)으로부터 공급되는 용지(3)를 취하고, 그 후 용지(3) 상에 원하는 화상을 기록하고, 그 후 장치의 후면에 부착된 용지 전달 트레이(6)로 용지(3)를 전달한다.

프린팅 기구부(2)에 있어서, 제1 가이드 로드(11)는 캐리지(13)의 가이드 부재로서 기능하는 2개의 도시되지 않은 측판을 가로질러 놓여있고, 제1 가이드 로드(11) 및 제2 가이드 로드(12)에 의해 캐리지(13)는 주 스캔 방향(가이드 로드(11)를 따른 축 방향)으로 자유롭게 미끌어지는 것이 가능하도록 유지된다. 잉크젯 헤드(14)는 많은 단색 잉크젯 헤드를 가지고 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(B) 또는 다른 색의 잉크 방울을 토출한다. 잉크젯 헤드(14)는 잉크 방울을 토출하는 방향을 따라 아래쪽으로 연장된 캐리지(13)에 부착된다.

잉크 카트리지(15)는 상기 각각의 색의 잉크를 잉크젯 헤드(14)의 대응하는 단색 잉크젯 헤드에 저장하고 공급하는 많은 잉크 탱크를 갖는다. 잉크 카트리지(15)는 캐리지(13)의 상측에 부착되고, 잉크 카트리리(15)의 각각의 잉크 탱크는 잉크가 그 안에서 다 소모된 경우 교환가능하다.

잉크 카트리지(15)는 대기와 교통하는 그 상측에 공기 구멍, 잉크를 잉크젯 헤드(14)에 공급하는 그 하측에 공급 구멍 및 내부가 잉크로 채워진 다공질 물체를 갖는다. 다공질 물질의 모세관력으로 인해, 잉크젯 헤드(14)에 공급되는 잉크는 약간의 네가티브 압력으로 유지된다. 잉크 카트리지(15)로부터, 잉크는 잉크젯 헤드(14)로 공급된다.

캐리지(13)를 제1 가이드 로드(11)를 따라 자유롭게 미끌어질 수 있도록 유지하면서, 제1 가이드 로드(11)는 캐리지(13)의 후방(용지 수송 방향을 따르는 다운스트림 측)으로 삽입된다. 제2 가이드 로드(12)를 따라 자유롭게 미끌어질 수 있도록 캐리지(13)를 유지하면서, 캐리지(13)의 전방(용지 수송 방향을 따르는 업스트림 측)은 제2 가이드 로드(12)에 의해 견고하게 유지된다. 주 스캔 방향을 따라 스캔하는 캐리지(13)를 구동하기 위하여, 타이밍 벨트(20)는 주 스캔 모터(17)에 의해 구동되는 구동 풀리(pulley)(18)와 구동 풀리(19) 사이에 감겨지고, 주 스캔 모터(17)의 정역회전으로 인해 캐리지(13)에 고정되고, 캐리지(13)는 왕복 이동한다.

예를 들어, 잉크젯 헤드(14)는 많은 단색 잉크젯 헤드를 갖는 것으로 설명됨을 주목하라. 잉크젯 헤드(14)는 다른 색의 잉크 방울을 토출하는 많은 노즐을 갖는 단일 헤드를 갖도록 구성될 수 있다. 더욱이, 이하 설명되는 것처럼, 잉크젯 헤드(14)는 압전 헤드이고, 여기서 압력 인가 챔버의 측벽중 적어도 일부분은 진동판에 의해 형성되고, 이 진동판은 압전 소자에 의해 변형되고 진동한다.

한편, 용지 공급 카세트(4)로부터 잉크젯 헤드(14) 아래의 위치로 용지(3)를 수송하기 위하여, 용지 공급 카세트(4)로부터 용지(3)를 분리하고 공급하는 용지 공급 롤러(21)와 마찰 패드(22), 용지(3)를 가이드하는 가이드 부재(23), 추가의 수송을 위해 용지를 뒤집는 수송 롤러(24), 수송 롤러(24)의 표면에 대항하여 압축되는 롤러(25) 및 용지(3)가 내보내지는 각을 제한하는 롤러(26)가 배치된다.

수송 롤러(24)는 연속된 기어를 통하여 서브 스캔 모터(27)에 의해 회전하도록 구동된다.

용지 가이드 부재(29)는 수송 롤러(24)로부터 잉크젯 헤드(14)의 아래 위치로 내보내진 용지(3)를 가이드하는 주 스캔 방향을 따라 캐리지(13)의 이동 범위에 대응하여 제공된다. 용지 수송 방향을 따라 다운스트림 측 상에, 롤러(31) 및 스퍼(spur)(32)는 전달 방향으로 용지(3)를 배출하도록 배치된다. 더욱이, 전달 롤러(33), 스퍼(34) 및 용지 전달 경로를 형성하는 가이드 부재(35, 36)는 용지(3)를 용지 전달 트레이(6)로 보내도록 제공된다.

용지 상에 화상을 기록하는 경우, 캐리지(13)가 이동되는 동안, 잉크젯 헤드(14)는 화상 신호에 따라 대기하고 있는 용지(3)로 잉크 방울을 토출하도록 구동되어 하나의 라인을 기록하고, 그 다음 용지(3)는 다음 라인을 기록하기 위하여 하나의 라인에 의해 이동된다. 기록 완료 신호, 또는 캐리지(13)의 현재 위치가 용지(3)의 기록 영역의 끝에 있음을 지시하는 신호가 입력된 경우, 상기 기록 동작은 종료되고 용지(3)는 전달된다.

제1 가이드 로드(11)를 따라 기록 영역을 벗어난 위치에서, 회복 유닛(37)은 잉크젯 헤드(14)의 잉크 토출 문제를 해결하기 위하여 배치된다. 회복 장치(37)는 캡(cap), 흡수부 및 클리너를 갖는다. 대기 상태에서, 캐리지(13)는 회복 유닛(37)으로 이동되고, 여기서 회복 유닛(37)은 잉크젯 헤드(14)를 덮어 잉크 토출 문제를 방지한다. 그의 노즐을 습식 상태로 유지한다. 또한, 기록 동작 중에, 추가적인 양의 잉크는 기록을 위하여가 아니라 잉크젯 헤드(14)를 깨끗이 하기 위하여 잉크젯 헤드(14)로부터 토출되고, 모든 노즐에서 점성 계수를 일정하게 유지하여 일정한 잉크 토출 동작을 유지한다.

잉크 토출 문제가 발생한 경우, 잉크젯 헤드(14)의 노즐은 회복 유닛(14)의 캡에 의해 봉인되고, 튜브를 통하여 흡수부는 잉크를 흡입하여 잉크를 고갈시키고, 노즐로부터 잉크와 함께 거품을 일으키고, 클리너는 잉크와 노즐에 부착된 다른 먼지를 청소하여 잉크젯 헤드(14)로 하여금 잉크 토출 문제로부터 회복될 수 있게 허용한다. 흡수부에 의해 인출된 잉크는 쓸모없는 잉크를 모으는 탱크로 배출되고, 잉크 흡수 물체에 저장된다.

다음으로, 잉크젯 기록 장치의 잉크젯 헤드(14)를 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 잉크젯 헤드(14)의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 도 4는 그 잉크젯 헤드 부분의 긴 엣지를 따라 잉크를 적재한 잉크젯 헤드(14)의 부분의 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 잉크젯 헤드 부분의 핵심 부분의 확대도이다. 도 6 잉크젯 헤드 부분의 짧은 엣지를 따라 도 4의 부분의 단면도이다.

상기 도면에 도시된 것처럼, 잉크젯 헤드(14)는 단결정 실리콘으로부터 형성된 기판(41), 기판(41)의 하측에 결합된 진동판(42), 많은 노즐(45)로 형성되고 기판(41)의 상측에 결합된 노즐판(43)을 포함한다.

도 4 내지 도 6에 있어서, 도면 부호 46은 기판(41), 진동판(42) 및 노즐판(43)에 의해 형성된 압력 인가 챔버를 나타낸다. 압력 인가 챔버(46)는 노즐(45)과 교통한다.

도면 부호 48은 액체 저항기로서 기능하는 잉크 공급 채널(47)을 통해 압력 인가 챔버(46)로 잉크를 공급하는 액체 방을 나타낸다.

압력 인가 챔버(46)의 측벽, 잉크 공급 채널(47) 및 액체 방(48)은 기판(41)의 측면으로서 기능하고, 잉크와 접촉하고, 이 측벽 상에서 필름(50)은 액체 부식에 견딜 수 있는 유기 수지로 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이(또한 도 4를 참조하여), 적층된 압전 소자(52)의 2개의 라인은 압력 인가 챔버(46)에 각각 대응하는 위치에 제공된다. 압전 소자(52)는 진동판(42)의 하측과 결합되고 베이스(53)에 고정된다. 스페이서(54)는 적층된 압전 소자(52)의 2개의 라인의 주위에 배치되어 베이스에 결합된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 압전 소자(52)는 압전 소자(55) 및 내부 전극(56)을 교대로 적층함으로써 형성된다. 각각의 압전 소자(52)의 신축에 의해 압력 인가 챔버(46)의 신축이 일어난다. 여기서, 각각의 압전 소자(52)의 압전 상수는 d33으로 가정된다. 만일 구동 신호가 압전 소자(52) 중의 하나에 인가되면, 압전 소자(52)는 충전되고 확장한다. 한편 만일 압전 소자(52)에 충전된 전하가 방전되면, 압전 소자(52)는 수축한다. 베이스(53) 및 스페이서(54)에 있어서, 관통 구멍은 외부로부터 액체 방(48)으로 잉크를 공급하도록 형성된다. 이것은 도 4에 도시된 잉크 공급 구멍(49)이다.

기판(41)의 주변과 진동판(42)의 엣지는 주입 몰딩에 의해서 에폭시 수지 또는 PPS(Polyphenylene sulfide)으로 형성되어 헤드 프레임(57)과 결합되고, 헤드 프레임(57)과 베이스(53)는 접착제에 의해 고정된다. 더욱이, 구동 신호를 압전 소자(52)에 인가하기 위하여, FPC(Flexible Printed Circuit) 케이블(58)은 솔더(solder) 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film) 또는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 압전 소자(52)에 연결된다. FPC 케이블(58)에 있어서, 구동 회로(구동 IC)(59)는 고정되어 구동 신호를 압전 소자(52)에 선택적으로 인가한다.

여기서, 기판(41)으로서, 결정 방향(110)을 갖는 단결정 실리콘 기판은 수성 포타시움 하이드록사이드 용액(aqueous potassium hydroxide solution;KOH) 또는 다른 알칼리 에칭 용액을 사용하여 이방성 에칭에 의해 처리되고, 결과적으로 압력 인가 챔버(46)으로서 기능하는 관통 구멍, 잉크 공급 채널(47)로서 기능하는 홈(groove), 액체 방(48)으로 기능하는 관통 구멍을 형성한다.

진동판(42)은 니켈과 같은 금속판으로 만들어 지고, 일렉트로포밍의해 제조된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 진동판(42)이 압력 인가 챔버(46)에 대응하는 영역에서 쉽게 변형되게 하기 위하여, 이 영역은 얇게 제조되고(이하 홈(61)으로 불린다), 압전 소자(52)와 연결하기 위한 진동판(42)의 영역은 두껍게 (이하 리세스(62)라 부른다)제조된다. 또한, 2개의 액체방 사이에서 분리벽에 대응하는 진동판(42)의 영역은 또한 두껍게 (이하 리세스(63)) 제조된다. 진동판(42)의 평평한 상부 표면은 접착제에 의해 기판(41)과 연결되고, 리세스(62)의 종단은 접착제로 또는 헤드 프레임(57)과 연결된다. 베이스(53)와 리세스(63) 사이에서, 컬럼(64)이 형성된다. 컬럼(64)은 압전 소자(52)와 같은 형태를 갖는다.

노즐판(43)은 기판(41)과 결합된다. 노즐판(43)에 있어서, 노즐(45)은 직경 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 이고, 각각의 압력 인가 챔버(46)에 대응하는 위치에 형성된다. 예를 들어, 노즐판(43)은 스테인레스, 니켈 또는 다른 금속, 금속과 폴리이미드 수지막의 혼합물 또는 다른 수지, 실리콘, 또는 상기 물질들의 혼합물로 만들어 질 수 있다. 또한, 잉크 토출 방향을 따라 노즐판(43)의 표면("토출 표면"이라 또한 불리는) 상에, 발수막(water-shedding film)이 형성되어 잉크에 대한 노즐판(43)의 발수성을 보증한다. 이 발수막은 예를 들어, 발수제를 도금하거나 또는 코팅하는 공지의 기술에 의해 형성될 수 있다.

다음에, 상기 잉크젯 기록 장치의 제어부는 도 7을 참조하여 설명된다.

도 7은 본 실시예의 잉크젯 기록 장치의 제어부를 도시하는 블럭도이다.

본 실시예의 잉크젯 기록 장치의 제어부는 프린팅 기구부 제어기(70)와 헤드 구동 회로(71)를 포함하는 엔진 제어기로 구성된다.

프린팅 기구부 제어기(70)는 주 컴퓨터로부터 케이블 또는 네트워크를 통하여 기록 데이터를 입력받는 인터페이스(I/F), 프린팅 기구부 제어기(70)를 전체 제어하는 CPU(73), 다양한 데이터가 저장되는 ROM(74), 데이터 처리를 위한 다양한 루틴이 저장되는 ROM(75), 구동 신호 Vcom을 생성하여 잉크젯 헤드(14)의 동작을 제어하는 구동 신호 생성 회로(GNRTR)(77) 및 도트 패턴 데이터(비트맵 데이터)와 헤드 구동 회로(71)에 구동 신호로서 소비되는 기록 데이터를 전송하는 인터페이스(I/F)(78)를 포함한다.

RAM(74)은 버퍼와 작업 메모리로서 사용된다. ROM(75)은 CPU(73)에 의해 실행되는 다양한 제어 루틴, 폰트 데이터, 그래픽 함수 및 다양한 프로시저를 저장한다. CPU(73)는 I/F(72)의 입력 버퍼의 기록 데이터를 독출하고, 그것들을 중간(intermediate) 코드로 변환하고, RAM(74)의 특정 영역에 중간 버퍼의 중간 코드를 저장한다. CPU(73)는 RAM(74)으로부터 중간 코드를 처음에 독출하고, 중간 코드를 ROM(75)에 저장된 폰트 데이터를 사용하여 도트 패턴 데이터로 확장하고, 그 다음 도트 패턴 데이터를 다시 RAM(74)의 다른 특정 영역에 저장한다.

일단 CPU(73)가 용지(3) 상에 하나의 라인을 잉크젯 헤드(14)가 기록할 수 있는 많은 양의 도트 패턴 데이터를 획득하면, 이 많은 도트 패턴 데이터는 발진 회로(76)에 의해 생성된 클럭 신호 CK와 동기하는 I/F(78)를 통하여 일련의 데이터 SD로서 헤드 구동 회로(71)에 전송된다.

헤드 구동 회로(71)는 구동 IC(59)에 장착되고, 클럭 신호 CK를 포함하는 연속 데이터 SD와 프린팅 기구부 제어기(70)으로부터의 기록 데이터가 입력되는 쉬프트 레지스터(81)(SHT-REG), 프린팅 기구부 제어기(70)으로부터 래치 신호 LAT로 쉬프트 레지스터(81)의 값을 래치하는 래치 회로(82)(LTCH), 프린팅 기구부 제어기(70)으로부터 제어 신호 CS에 따라 래치 회로(82)에 저장된 데이터를 디코드하는 디코더(83)(DEC), 디코더(83)의 출력 레벨을 변경시키는 레벨 쉬프트 회로(84)(레벨 쉬프터: LVL-SHT) 및 레벨 쉬프터(84)에 의해 스위치 ON, 또는 스위치 OFF 되는 아날로그 스위치 어레이(또는 스위치 회로)(85)를 포함한다.

스위치 회로(85)는 프린팅 기구부 제어기(70)의 구동 신호 생성 회로(GNRTR)(77)로부터 공통 구동 신호 Vcom을 입력하기 위한 것이고, 노즐에 대응하는 각각의 압전 소자(52)와 연결된다.

여기서, 본 실시예의 잉크젯 기록 장치에 있어서, 기록 데이터는 하나의 기록 기간에 4개의 등급 레벨의 잉크 방울을 얻기 위하여 잉크젯 헤드(14)의 각각의 채널에 대하여 2-bit 데이터 D0 및 D1을 갖는 것으로 가정한다. 쉬프트 레지스터(81)로 전송되는 연속 기록 데이터 SD는 래치 회로(82)에 의해 처음 래치되고, 래치된 기록 데이터 SD(2-bit 데이터 D0 및 D1)는 제어 신호 CS(신호 M0N, M1N, M2N 및 M3N을 포함하는)가 입력되는 디코더(83)에서 디코드된다. 디코드된 기록 데이터의 레벨은 스위치 회로(85)의 스위치를 구동할 수 있게 하기 위하여 레벨 쉬프터(84)에 의하여 쉬프트되고, 예를 들어 디코드된 기록 데이터의 레벨은 수 십 볼트로 증가한다. 증가된 레벨의 신호는 스위치 회로(85)로 입력된다.

구동 신호 발생 회로(77)로부터의 구동 신호 Vcom은 스위치 회로(85)의 입력 단자로 입력되고, 압전 소자(52)는 스위치 회로(85)의 출력 단자로 연결된다. 따라서, 예를 들어, 스위치 회로(85)로 인가된 기록 데이터가 "1"인 경우의 기간에서, 구동 신호 Vcom으로부터 얻어진 구동 펄스는 압전 소자(52)에 인가되고, 압전 소자(52)는 구동 펄스에 응답하여 신축한다. 이에 비교하여, 스위치 회로(85)에 인가된 기록 데이터가 "0"인 경우의 기간에서, 아무런 구동 펄스도 압전 소자(52)에 출력되지 않는다.

도 8은 도 7의 디코더(83) 이후의 회로의 예를 도시한다. 도 8이 전체 회로의 오직 하나의 채널만을 도시함을 주목하라.

상기 설명한 바와 같이, 잉크젯 헤드(14)의 각각의 채널에 대하여, 2-bit 데이터 D0 및 D1(이하, "잉크젯 토출 데이터"라고 부름)은 래치 회로(82)에서 래치된다. 여기서, 예를 들어, D1=1 이고 D0=1 인 경우, 큰 도트를 형성하는 잉크 방울이 토출되고, D1=1 이고 D0=0 인 경우, 중간 도트를 형성하는 잉크 방울이 토출되고, D1=0 이고 D0=1 인 경우, 작은 도트를 형성하는 잉크 방울이 토출되고, D1=0 이고 D0=0 인 경우, 아무런 잉크 방울도 토출되지 않는다.

프린팅 기구부 제어기(70)으로부터의 제어 신호 CS는 디코더(83)의 디코딩 유닛 DCN으로 입력된다. 제어 신호 CS는 원하는 등급 레벨의 잉크 방울을 형성하고 압전 소자(52)를 재충전하는 기간 간격을 정의하는 게이트 신호 M0N, M1N, M2N 및 M3N을 포함한다. 같은 게이트 신호 M0N, M1N, M2N 및 M3N은 디코더(83)의 모든 디코딩 유닛 DCN으로 입력된다.

디코딩 유닛 DCN은 4개의 게이트 회로 G0 내지 G3 와 OR 게이트 회로 G4를 포함한다. 데이터 D1 및 D0와, 게이트 신호 M0N, M1N, M2N 및 M3N은 동시에 4개의 게이트 회로 G0 내지 G3로 입력된다. 4개의 게이트 회로 G0 내지 G3의 출력은 OR 게이트 회로 G4로 입력된다. 디코딩 유닛 DCN의 출력은 레벨 쉬프터(84)로서 기능하는 레벨 쉬프터 LSN을 통하여 스위치 회로(85)에 포함된 아날로그 스위치 ASN으로 입력된다.

구동 신호 Vcom은 아날로그 스위치 ASN으로 입력되고, 아날로그 스위치 ASN이 스위치 ON되는 경우, 구동 신호 Vcom의 대응부는 잉크젯 헤드(14)의 구동 신호로서 압전 소자(52)에 인가된다.

따라서, 게이트 신호 M0N, M1N, M2N 및 M3N에 따라, 이것들은 큰 도트, 중간 도트, 작은 도트의 토출 및 아무런 도트의 토출하지 않음과 각각 관련되어, 스위치 회로(85)의 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 스위치 ON 또는 스위치 OFF된다.

구체적으로, 디코딩 유닛 DCN의 출력이 "1"인 경우, 아날로그 스위치 ASN은 ON이고, 공통의 구동 신호 Vcom은 압전 소자(52)에 인가된다. 디코딩 유닛 DCN의 출력이 "0"인 경우, 아날로그 스위치 ASN은 OFF이고, 구동 신호 Vcom은 압전 소자(52)에 인가되지 않고, 디코딩 유닛 DCN의 출력은 고 임피던스 상태에 있다.

다음으로, 도 9, 도 10a 내지 도 10c 및 도 11의 (a) 내지 (i)를 참조하여, 잉크 방울 토출을 제어하는 상기 헤드 제어 장치의 동작에 관하여 설명한다.

도 9는 본 실시예의 잉크젯 헤드(14)의 주요 부분에 대한 단면도이다. 도 10a 내지 도 10c는 본 실시예의 잉크젯 헤드(14)의 동작을 도시한다.

우선, 도 9 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여, 압력 인가 챔버의 측벽을 당기거나 또는 밀도록 동작하는 압력 인가 챔버 및 압전 소자의 동작에 대하여 설명한다. 도 9 및 도 10a 내지 도 10c에 도시한 잉크젯 헤드의 구성 요소의 형태가 도 3 내지 도 6에 도시한 것과 다르지만, 잉크젯 헤드의 기본 구성은 같고, 그러므로 같은 참조 번호가 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 같은 구성 요소에 대하여 여기서 사용됨을 주목하라.

도 9에 도시된 잉크젯 헤드(14)는 프리(free) 상태 즉, 아무런 구동 전압도 압전 소자(52)에 인가되지 않은 상태에 있다. 이 상태로부터, 만일 전원을 ON으로 켠다면, 잉크젯 헤드(14)의 상태는 도 10a에 도시된 것으로 변경된다. 도 10a에 도시된 상태는 그 동작 중의 잉크젯 헤드(14)의 초기 상태이다. 초기 상태에서, 바이어스 전압이 압전 소자(52)에 인가되어 압전 소자(52)를 충전한다. 전하를 공급받으면, 압전 소자(52)는 그 두께 방향으로 확장하고(소위 "d33" 모드: 두께 방향으로의 변형), 압력 인가 챔버(46)의 용적은 도 9에 도시된 바와 같은 평형 상태에 비교하여 감소한다.

잉크 방울이 노즐(45)로부터 토출되어야 하는 경우, 도 10b에 도시된 바와 같이, 압력 인가 챔버(46)는 먼저 외부로 당겨진다. 상세히 설명하자면, 초기 상태에서 압전 소자(52)에 저장된 전하는 방전되고, 압전 소자(52)는 수축함으로써 압력 인가 챔버(46)의 용적은 증가한다. 그 결과, 잉크는 잉크 탱크 외측으로부터 압역 인가 챔버(46)로 끌려진다. 한편, 노즐(45)의 요철(meniscus)은 압력 인가 챔버(46)에 대해 안쪽으로 인출된다.

다음에, 도 10c에 도시된 바와 같이, 구동 펄스는 케이블(58)을 통하여 압전 소자(52)에 인가되어 압전 소자(52)를 신속히 충전하고 그것을 다시 신장한다. 따라서, 압력 인가 챔버(46)의 용적은 급격히 감소하고, 잉크 방울을 토출한다.

처리 중에, 작은 방울은 압전 소자(52)의 신장 레벨을 제어함으로써, 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같은 그것 보다 더 작은 단계에서 형성될 수 있다. 작은 방울의 형성을 미세하게 제어하고, 압전 소자(52)의 신장 레벨을 충분히 작게 변경시키는 단계를 구성함으로써 더 많은 등급 레벨을 달성하는 것이 가능하다.

도 11의 (a) 내지 (i)는 헤드 제어 장치의 동작을 더 설명하기 위한 본 실시예의 상기 헤드 제어 장치에 사용되는 신호의 타이밍 차트이다.

도 11의 (a)는 구동 신호 생성 회로(77)에 의해 생성된 구동 신호 Vcom의 파형을 도시한다. 구동 신호 Vcom에서, 기간 T0으로부터 기간 T1까지의 기간에서 큰 도트를 형성하는 구동 펄스 P1, 기간 T1으로부터 기간 T2까지의 기간에서 중간 도트를 형성하는 구동 펄스 P2 및 기간 T2로부터 기간 T3까지의 기간에서 작은 도트를 형성하는 구동 펄스 P3가 있다.

본 발명에 있어서, 구동 펄스 P3는 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 기간 T3 후에 성분 P31을 포함하고, 성분 P31은 상술한 레벨 Vb로 상승한다. 더욱이, 본 발명에 있어서, 성분 P31의 기간 기간에서, 잉크젯 헤드(14)는 동작하지 않아 잉크 방울을 형성한다.

도 11의 (b)는 큰 도트를 형성하는 채널의 압전 소자(52)의 응답 신호 Vh11(압전 소자(52) 상의 전압)을 도시하고, 도 11의 (c)는 중간 도트를 형성하는 채널의 압전 소자(52)의 응답 신호 Vh10을 도시하고, 도 11의 (d)는 작은 도트를 형성하는 채널의 압전 소자(52)의 응답 신호 Vh01을 도시하고, 도 11의 (e)는 방울을 토출하지 않는 채널의 압전 소자(52)의 응답 신호 Vh00을 도시한다.

도 11의 (f) 내지 도 11의 (i)는 디코딩 유닛 DCN으로 입력되는 게이트 신호 M3N, M2N, M1N, M0N을 도시한다.

도 11의 (f) 내지 (i)에 도시된 바와 같이, 신호 M3N은 기간 T0로부터 기간 T1까지의 기간와 기간 T3로부터 기간 T4까지의 기간에서 "0"이고, 신호 M2N은 기간 T1으로부터 기간 T2로의 기간와 기간 T2로부터 기간 T4로의 기간에서 "0"이고, 신호 M1N은 기간 T2로부터 기간 T4까지의 기간에서 "0"이고, 신호 M0N은 기간 T3로부터 기간 T4로의 기간에서 "0"이다.

다음에, 상기 구성에 따른, 상이한 등급 레벨에서의 잉크 방울 토출의 동작을 설명한다.

도 11의 (a)에 도시된 기록 기간의 T0로부터 T1까지의 기간에서, 큰 잉크 방울d의 토출을 일으켜 큰 도트를 형성하는 압전 소자(52)에 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 스위치 ON된다. 즉, M3N=0 인 제어 신호 CS와 함께, D1=1, D0=1인 기록 데이터 SD는 큰 도트를 형성하는 잉크 방울을 토출하기 위하여 디코딩 유닛 DCN으로 입력된다. 따라서, 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 T0로부터 T1까지의 기간에서 ON이고, 구동 신호 Vcom의 T0로부터 T1까지의 기간에 존재하는 구동 펄스 P1은 압전 소자(52)에 인가된다. 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스 P1은 압전 소자(52)에 인가되기 때문에, 압전 소자(52)는 재충전되고, 신호 Vh11(압전 소자(52)의 포텐셜)는 방전 상태의 레벨로부터 포텐셜 Vb로 다시 증가하고, 노즐(45)을 통하여 큰 도트를 형성하는 잉크 방울을 토출한다.

이 기간 동안에, 아날로그 스위치 ASN은 큰 도트를 형성하는 잉크 방울을 토출하도록 요구되지 않는 다른 채널에서 OFF이고, 즉 아날로그 스위치 ASN은 잉크 방울을 토출하여 중간 도트를 형성하는 채널, 잉크 방울을 토출하여 작은 도트를 형성하는 채널 및 이 기록 기간에서 잉크 방울을 토출하지 않는 채널에서 OFF이다. 그러므로, 이 채널에서, 압전 소자(52)는 약간 방전하기 시작한다. 결과적으로, 도 11의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 기간 T0로부터, 압전 소자(52)에서의 포텐셜(즉, 신호 Vh10, Vh01, Vh00, 각각)는 초기 포텐셜 Vb로부터 약간 감소하기 시작한다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같은 기록 기간의 기간 T1으로부터 T2까지의 기간에서, 중간 도트를 형성하는 잉크 방울의 토출을 일으키는 압전 소자(52)에 대응하는 아날로그 스위치 ASN는 스위치 ON된다. 다시 말하면, M2N=0인 제어 신호 CS와 함께, D1=1, D0=0 인 기록 데이터 SD는 잉크 방울을 토출하여 중간 도트를 형성하는 디코딩 유닛 DCN으로 입력된다. 따라서, 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 T1으로부터 T2까지의 기간에서 ON이고, 구동 신호 Vcom의 기간 T1으로부터 T2까지에 존재하는 구동 펄스 P2는 압전 소자(52)에 인가되고, 중간 도트를 형성하는 잉크 방울은 이 채널의 노즐(45)로부터 토출된다.

상기 단계에서, 구동 펄스 P2는 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 압전 소자(52)에 인가되기 때문에, 압전 소자(52)는 재충전되고, 신호 Vh10(압전 소자(52)의 포텐셜)는 방전 상태의 레벨로부터 포텐셜 Vb로 다시 증가되고, 잉크 방울을 토출한다.

또한, 아날로그 스위치 ASN은 기간 T1으로부터 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 잉크 방울을 토출하여 큰 도트를 형성하는 채널에서 OFF 이기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)의 포텐셜(신호 Vh11)은 포텐셜 Vb로부터 약간 감소하기 시작한다. 더욱이, 아날로그 스위치 ASN은 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이 잉크 방울을 토출하여 작은 도트를 형성하는 채널에서 OFF를 유지하기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)는 방전하기 시작하고, 이 채널의 압전 소자(52)에의 포텐셜(신호 Vh01)은 감소하기를 계속한다. 유사하게, 아날로그 스위치 ASN은 도 11의 (e)에 도시한 바와 같이, 이 기록 기간에서 잉크 방울을 토출하지 않는 채널에서 OFF를 유지하기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)는 방전하기를 계속하고, 이 채널의 압전 소자(52)에서의 포텐셜(신호 Vh00)은 감소하기를 계속한다. 그럼에도 불구하고, T0로부터 T1까지의 기간에서, 아날로그 스위치 ASN은 잉크 방울을 토출하여 큰 도트를 형성하는 채널에서 T0로부터 T1까지 ON이고[도 11의 (f)], 이 채널의 압전 소자(52)의 방전량(신호 Vh11)은 작은 도트를 형성하는 채널 및 어떠한 도트도 형성하지 않는 채널에 비교하여 상대적으로 작다.

도 11의 (a)에 도시된 기록 기간의 T2로부터 T3 까지의 기간에서, 작은 도트를 형성하는 잉크 방울의 토출을 일으키는 압전 소자(52)에 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 스위치 ON된다. 다시 말하여, M1N=0인 제어 신호 CS와 함께, D1=0, D0=1인 기록 데이터 SD는 작은 도트를 형성하는 잉크 방울을 토출하는 디코딩 유닛 DCN으로 입력된다. 따라서, 대응하는 아날로그 스위치 ASN은 T2로부터 T3까지의 기간에서 ON이고, 구동 신호 Vcom의 T2로부터 T3 까지의 기간에 존재하는 구동 펄스 P3는 이 채널에서 압전 소자(52)에 인가되고, 작은 도트를 형성하는 잉크 방울은 이 채널에서 노즐(45)로부터 토출된다.

상기 단계에서, 구동 펄스 P3는 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, 작은 도트를 형성하는 잉크 방울의 토출을 일으키는 압전 소자(52)에 인가되기 때문에, 압전 소자(52)는 재충전되고 신호 Vh01은 방전 상태의 레벨로부터 포텐셜 Vb로 다시 증가되어 잉크 방울을 토출하고 작은 도트를 형성한다.

또한, 아날로그 스위치 ASN은 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이 기간 T2로부터 잉크 방울을 토출하여 중간 도트를 형성하는 채널에서 OFF이기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)에서의 포텐셜(신호 Vh10)은 포텐셜 Vb로부터 조금씩 감소하기 시작한다. 더욱이, 아날로그 스위치 ASN은 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이 잉크 방울을 토출하여 큰 도트를 형성하는 채널에서 OFF를 유지하기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)는 계속해서 방전하고, 이 채널의 압전 소자(52)에서의 포텐셜(신호 Vh11)은 계속해서 감소한다. 유사하게, 아날로그 스위치 ASN은 도 11의 (e)에 도시한 바와 같이 이 기록 기간에서 잉크 방울을 토출하지 않는 채널에서 OFF이기 때문에, 이 채널의 압전 소자(52)는 계속해서 방전하고, 이 채널의 압전 소자(52)에서의 포텐셜(신호 Vh00)은 계속해서 감소한다.

T2로부터 T3 까지의 기간에서, 아날로그 스위치 ASNs는 큰 도트를 형성하는 채널, 중간 도트를 형성하는 채널 및 아무런 도트도 형성하지 않는 채널에서 OFF 상태이다. 상기 설명한 바와 같은 이유로, T2로부터 T3까지의 기간에서, 압전 소자(52)의 방전 지속은 아무런 도트도 형성하지 않는 채널에서 가장 길고(도 11의 (e)), 중간 도트를 형성하는 잉크 방울을 토출하는 채널에서 가장 짧기 때문에(도 11의 (c)), 압전 소자(52)의 방전량은 중간 도트를 형성하는 채널에서 가징 짧고, 큰 도트를 형성하는 채널에서 두번째로 짧고, 아무런 도트도 형성하지 않는 채널에서 가장 길다.

작은 도트를 형성하는 잉크 방울의 토출을 일으키는 구동 펄스 P3는 기간 T3이 될 때까지 증가하는 것에 주목하라. 그것은 포텐셜 Vb로 상승하지 않는다. 즉, 구동 펄스 P3는 작은 도트를 형성하는 잉크 방울의 토출을 일으키지만 그러나 이 토출에서 압전 소자(52)는 충분히 팽창되지 않는다. 압전 소자(52)는 기간 T3 후에 이 상태를 유지한다.

그 다음, 도 11의 (a)에 도시된 기록 기간의 T3로부터 T4까지의 기간에서, 게이트 신호 M3N, M2N, M1N 및 M0N은 모두 "0"(M3N= M2N= M1N= M0N=0)이고, 그래서 아날로그 스위치 ASN은 기록 데이터 D1 및 D0의 값에 불구하고 모든 채널에서 ON이고, 그러므로 모든 채널에서의 압전 소자(52)는 재충전되고, 작은 도트를 형성하는 채널에서의 압전 소자(52)는 구동 펄스 P3를 따라 충전된다.

기간 T3로부터 기간 T4까지의 기간에서 상기 재충전은 신호 P31을 사용함에 의하여 실행되고, 그것은 기간 T3 다음의 구동 펄스 P3의 성분이고, 여기서 작은 도트를 형성하는 잉크 방울은 토출된다.

또한, 도 11의 (b) 내지 도 11의 (e)에 도시된 바와 같이, 기간 T3에서의 신호 성분 P31의 레벨은 포텐셜 Vb보다 약간 더 낮고, 신호 성분 P31은 이 레벨로부터 포텐셜 Vb까지 상승한다.

기간 T3에서, 상이한 크기의 도트를 형성하는 상이한 채널에서의 압전 소자(52)의 방전량은 약간 상이하고, 따라서 상이한 채널에서 압전 소자(52)의 포텐셜은 기간 T3에서 약간 다르다. 이 포텐셜로부터, 상이한 채널에서의 압전 소자(52)는 T3로부터 T4까지의 기간에서 포텐셜 Vb로 재충전된다.

재충전으로 인해, 상이한 채널에서의 압전 소자(52)는 팽창하고 대응하는 압력 인가 챔버로부터 잉크를 토출하는 경향이 있다. 그러나, T3 로부터 T4 까지의 기간에서, 상이한 채널의 압전 소자(52)의 포텐셜의 변경은 작고, 잉크 토출을 일으키지 않는다.

상기 설명을 요약하면, 압전 소자는 약간 낮은 레벨로부터 타겟 포텐셜 Vb로 상승하는 신호 P31에 의해 재충전되지만, 그러나 타겟 포텐셜 Vb의 평평한 레벨에 의해서가 아니고, 따라서 압전 소자의 재충전은 평평한 레벨 Vb를 사용하는 경우 보다 더 일찍 시작될 수 있다. 결과적으로, 평평한 레벨 Vb에 의해 재충전의 지속은 짧아지게 된다.

재충전 동안에 압전 소자의 포텐셜의 변경은 작기 때문에, 재충전은 다음 잉크 토출 동작에 영향을 미치지 않는다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 압전 소자는 동시에 재충전될 수 있고, 따라서 관련 회로는 간단히 만들어질 수 있다.

더욱이, 신호 P31은 구동 펄스 P3에 의해 유도된 잉크 방울 토출 동작 후에 기간 T3에서 압전 소자에 인가되기 때문에, 신호 P31에 의한 재충전은 잉크 방울 토출 동작에 영향을 주지 않고, 재충전으로 인한 잘못된 잉크 토출을 감소시킨다.

더욱이, 신호 P31은 하나의 기록 기간(기간 T0로부터 기간 T4까지)에 포함되기 때문에, 재충전 신호를 위한 추가적인 기간을 할당하는 것이 필요하지 않고, 따라서 화상 형성 속도를 증가시키고 화질을 개선하는 것이 가능하다.

아날로그 스위치가 스위치 OFF된 후에 경과된 기간 기간 및 경과된 기간 기간 후의 압전 소자의 방전량이 알려진다면(압전 소자가 타겟 포텐셜 Vb로 충전된다고, 즉 압전 소자의 초기 포텐셜이 Vb라고 가정하면), 그리고 잘못된 토출이 이 정보 소자로부터 다른 채널에서 일어나지 않을 것이라는 것이 보증될 수 있다면, 잉크 방울을 토출하지 않는 채널에서 압전 소자만 재충전하기 위하여 T3으로부터 T4까지의 기간에서 게이트 신호 M0N 및 M1N 만을 "0"으로 설정하는 것으로 충분하다.

이렇게 함에 의하여, 모든 채널에서 압전 소자의 방전 상태는 2개의 기간 동안만 지속되고, 이것은 더 안정된 기록 동작을 허용한다. 또한, 재충전 동안에 생성된 전류는 많은 기간에 분배될 수 있고, 이것은 제어 신호의 복잡함을 더욱 감소시킨다.

본 발명이 설명의 목적을 위해 선택된 구체적 실시예을 참고하여 설명되지만, 본 발명은 이 실시예에 제한되지 않고, 다양한 수정이 본 발명의 기본 개념 및 범위로부터 벗어남이 없이 이 기술이 속하는 분야에서 숙련된 당업자에 의해 거기에 만들어질 수 있다는 것이 명백하다.

예를 들어, 상기 실시예에서, 잉크 방울을 토출하는 잉크젯 헤드를 포함하는 잉크젯 기록 장치는 본 발명의 화상 기록 장치를 설명하는 예로서 사용된다. 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 임의의 다른 종류의 액체의 방울을 토출하는 액체 방울 토출 장치, 예를 들어, 반도체 제조 과정에서 패터닝하는 데 사용되는 액체 레지스트의 방울을 토출하는 액체 방울 토출 헤드 및 DNA 샘플의 방울을 토출하는 액체 방울 토출 헤드를 포함하는 임의의 화상 기록 장치에 적용될 수 있다.

본 발명의 효과를 요약하면, 본 발명의 헤드 제어 장치에 따라, 기록 기간에서 추가적인 재충전 기간을 제공함이 없이 구동 펄스를 사용하여 전자기계적 변환 소자를 재충전하는 것이 가능하고 이것은 전자기계적 변환 소자를 재충전하는 기간을 짧게 하고, 화질 및 화상 형성 속도를 개량하는 것을 가능하게 한다.

본 특허 출원은 2002년 6월 24일 출원된 일본 특허 출원 제 2002-182284 호에 근거하고 있고, 그 전체 내용은 참조 문헌으로서 여기서 포함된다.

Claims (5)

1. 액체 방울 토출 챔버와 교통하는 노즐을 통하여 액체 방울을 토출하는 액체로 채워진 액체 방울 토출 챔버의 용적을 변경하도록 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경시키는 전자기계적 변환 소자에 구동 신호를 인가하는 헤드 제어 장치에 있어서,

   상기 헤드 제어 장치는 복수의 구동 펄스의 복수의 사이클을 포함하는 구동 신호를 생성하고 구동 펄스 중의 하나를 선택하고 그를 상기 전자기계적 변환 소자에 인가하는 헤드 구동 유닛을 포함하며, 상기 구동 펄스의 각각은 제1 형태로부터 제2 형태로 전자기계적 변환 소자를 변경하기 위해 제1 레벨로부터 제2 레벨로 변화하는 제1 부분과, 상기 제2 형태로부터 상기 제1 형태로 다시 상기 전자기계적 변환 소자를 변경하기 위해 상기 액체 방울을 토출하는 상기 제2 레벨로부터 상기 제1 레벨로 변화하는 제2 부분을 가지며,

   각각의 사이클의 적어도 하나의 구동 펄스에 있어서,

   상기 제2 부분은 상기 전자기계적 변환 소자의 상기 형태를 변경하기 위해 상기 액체 방울을 토출하여 상기 제2 레벨로부터 제3 레벨로 변화하는 제3 부분과,

   상기 전자기계적 변환 소자의 상기 형태를 상기 제1 형태로 다시 변경하는 상기 제3 레벨로부터 상기 제1 레벨로 변화하는 상기 제2 부분에 후속하는 제4 부분을 포함하는 헤드 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 제1 레벨에 동등한 제1 포텐셜로부터 상기 제2 레벨에 동등한 제2 포텐셜로 상기 전자기계적 변환 소자를 방전하고,

   상기 제2 부분은 상기 전자기계적 변환 소자를 상기 제1 포텐셜로 충전하여 상기 액체 방울을 토출하고,

   상기 제3 부분은 상기 전자기계적 변환 소자를 상기 제3 레벨에 동등한 제3 포텐셜로 충전하여 상기 액체 방울을 토출하고,

   상기 제4 부분은 상기 전자기계적 변환 소자를 상기 제1 포텐셜로 재충전하는 헤드 제어 장치.
3. 액체로 각각 채워지고 노즐과 교통하는 복수의 액체 방울 토출 챔버와 상기 액체 방울 토출 챔버에 대응하는 복수의 전자기계적 변환 소자를 포함하는 액체 방울 토출 헤드와,

   대응하는 노즐을 통하여 액체 방울을 토출하여 화상을 기록하는 상기 대응하는 액체 방울 토출 챔버의 용적을 변경하는 상기 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경하기 위해 상기 전자기계적 변환 소자에 구동 신호를 인가하는 헤드 제어 장치를 포함하고,

   상기 헤드 제어 장치는 복수의 구동 펄스의 복수의 사이클을 포함하는 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 액체 방울을 토출하는 상기 전자기계적 변환 소자의 상기 형태를 변경시키는 상기 전자기계적 변환 소자 중의 하나에 상기 구동 펄스 중의 하나를 선택하여 인가하는 헤드 구동 유닛을 포함하고, 상기 구동 펄스의 각각은 제1 형태로부터 제2 형태로 상기 전자기계적 변환 소자를 변경하는 제1 레벨로부터 제2 레벨로 변화하는 제1 부분과, 상기 제2 형태로부터 상기 제1 형태로 다시 상기 전자기계적 변환 소자를 변경하여 상기 액체 방울을 토출하는 상기 제2 레벨로부터 상기 제1 레벨로 변화하는 제2 부분을 갖고,

   각각의 사이클의 적어도 하나의 구동 펄스에 있어서,

   상기 제2 부분은 상기 전자기계적 변환 소자의 형태를 변경하기 위해 상기 액체 방울을 토출하여 상기 제2 레벨로부터 제3 레벨로 변화하는 제3 부분과,

   상기 전자기계적 변환 소자의 상기 형태를 상기 제1 형태로 다시 변경하여 상기 제3 레벨로부터 상기 제1 레벨로 변화하는 상기 제2 부분에 후속한 제4 부분을 포함하는 화상 기록 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 제1 레벨에 동등한 제1 포텐셜로부터 상기 제2 레벨에 동등한 제2 포텐셜로 상기 전자기계적 변환 소자를 방전하고,

   상기 제2 부분은 상기 전자기계적 변환 소자를 상기 제1 포텐셜로 충전하여 상기 액체 방울을 토출하고,

   상기 제3 부분은 상기 제3 레벨에 동등한 제3 포텐셜로 상기 전자기계적 변환 소자를 충전하여 상기 액체 방울을 토출하고,

   상기 제4 부분은 상기 전자기계적 변환 소자를 상기 제1 포텐셜로 재충전하는 화상 기록 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 헤드 구동 유닛은 각각의 사이클의 상기 적어도 하나의 구동 펄스의 제4 부분을 선택하여 상기 복수의 전자기계적 변환 소자를 동시에 재충전하는 화상 기록 장치.