KR20050049152A - 잉크젯 헤드 온도 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 잉크젯 헤드 온도 제어 장치는 히터에 접속되어 게이트 입력된 파형에 따라 히터전원을 상기 히터에 통전시키는 히터 구동FET; 상기 히터 구동FET의 드레인과 소스간에 흐르는 전류의 크기를 전압으로 변환하여 출력하는 전류센서부; 상기 전류센서부에서 출력한 전압을 소정의 기준 전압과 비교하는 비교부; 워밍제어신호를 생성하는 워밍제어신호 생성부; 및 상기 비교부의 출력신호를 게이트단자로 유입하여, 비교부의 출력신호의 레벨에 따라 상기 워밍제어신호를 상기 히터구동FET의 게이트로 접속하여 출려하는 스위칭부;를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 히터구동용FET의 소스 드레인 간의 전류의 세기에 따라 측정한 히터구동용FET 온도가 기준온도보다 낮을 경우 듀티사이클이 높은 펄스열로 구성된 워밍제어신호로 히터를 잉크버블 발생온도 이하로 가열함과 동시에 히터구동FET를 스위칭로스에 의한 발열에 의해 헤드기판을 가열하여 적정 온도로 유지시킴으로써 온도제어 응답성이 향상된 잉크젯 헤드 온도 제어장치를 제공한다.

Description

잉크젯 헤드 온도 제어 장치{Apparatus for controlling temperature of ink jet head}
본 발명은 잉크젯 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히터 구동용 FET의 드레인과 소스를 흐르는 전류의 세기에 따라 히터 구동용 FET의 작동 조건을 신속하게 제어하여 헤드 기판을 일정한 온도로 상승시켜 유지시키는 잉크젯 프린트 헤드의 온도 제어장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 인쇄 품질을 위해 헤드 기판을 항상 일정 온도로 가열하여 헤드의 노즐에서 토출되는 각각의 잉크 액적의 크기를 일정하게 유지시켜 한다. 이에 따라 보다 안정된 인쇄품질을 위해 헤드기판의 온도변화에 따라 제어 응답성이 개선된 다양한 헤드 온도제어 장치가 제안되어 왔다.
종래의 헤드 온도제어장치의 하나로서 헤드기판을 가열하기 위해 발열저항인 보조 히터를 사용하는 온도 제어방식이 있으나, 헤드기판에는 일반적으로 주히터에 충분한 전류를 인가하기 위해 헤드 기판의 중앙부위에 병렬로 연결시켜 전류 용량을 증가시킨 다수의 주히터 구동 트랜지스터들이 배치되게 된다. 따라서, 보조 히터를 별도로 사용하는 제어방식에서는 발열저항인 보조히터의 배치가 헤드기판의 한정된 스페이스에 제한되어 헤드기판의 양측 사이드에 국한되어 배치되므로 헤드기판을 고르게 가열하기 곤란하였다.
또한, 헤드기판의 가장자리에 주위에 둘러 배치된 온도센서는 기판을 가열하는 보조 히터와 서로 다른 위치에 배치되기 때문에 온도센서에서 측정된 온도를 반영하여 보조 히터를 신속히 제어하는 데 어려움이 있었다.
이에 대한 대안으로 보조히터인 발열저항 없이 도 1과 같이 주히터만을 이용하여 헤드기판을 가열하는 방식인 헤드 온도 제어장치가 제안되었다.
도 1의 장치에서는 잉크토출모드로 동작시에는 미도시된 제어부에서 워밍 트랜지스터(26) 보다 용량이 큰 구동트랜지스터(20)를 구동시켜 충분한 전류를 발열저항인 주히터(14)에 인가하여 잉크가 토출되도록 하였다.
반면에, 기판 가열 모드시에 헤드의 잉크챔버(13) 각각에 대하여 동작하는 워밍 트랜지스터(26)는 미도시된 온도센서에 의해 헤드의 온도가 헤드기판의 설정 온도보다 낮을 경우 워밍 제어신호에 따라 워밍 펄스를 주히터(14)에 인가하여 기판온도를 적정 온도로 유지시킨다.
이때, 워밍 트랜지스터(18)는 주히터(14)를 이용하여 기판온도를 상승시키기 때문에 워밍 트랜지스터(18)에서 출력되는 신호는 잉크(10)가 노즐(12)을 통하여 토출되지 않을 정도의 낮은 저전압 또는 보다 좁은 신호펄스폭으로 제한되어 주히터(14)에 인가해야만 한다. 따라서, 주히터(14)의 미약한 가열 온도에 의해 기판의 온도를 기준온도까지 상승시키는 데는 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같은, 보조히터로서 발열저항을 사용하지 않고 트랜지스터의 작동저항을 이용하여 기판을 가열하는 방식은 미국특허 US6,286,924에 개시되어 있다.
도 2에서 제1패스FET(200)의 게이트에 제어신호 Q1이 하이가 되면 제1패스FET(200)의 드레인에 접속된 회로의 전원(VD)을 소스를 통하여 다수개의 트랜지스터로 구성된 제2패스FET(210)의 드레인과 인에이블FET(220)의 드레인에 공급된다. 인에이블FET(220)의 드레인 전압은 주히터구동FET(230)의 게이트에 접속되어 게이트 전압이 하이레벨일 때 히터전원(VH)의 전류가 주히터(240)와 히터구동FET(230)를 통하여 접지에 흐르게 된다.
여기서 각 제1,제2패스 및 인에이블FET(200, 210, 220)는 작동저항(on resistance)이 200 오옴으로 히터구동FET(230)보다 높은 저항특성을 갖도록 구성되어 있어 각 게이트에 접속된 제어신호(Q1~Q5, CE)에 따라 동작시에 작동저항에 의하여 발열되어 헤드기판의 온도를 상승시키도록 되어 있다.
그러나, 기판가열모드시에나 히터가열 모드시에도 제1패스FET(200)는 항상 온상태로 가열되어 있어 불필요하게 헤드기판을 상승시키게 되어 온도제어의 어려움이 있다. 또한 전류구동 용량을 위해 미도시된 다수개의 트랜지스터로 구성된 히터구동FET(230)가 헤드기판의 대부분의 영역을 차지하여 가열가능한 제1,제2패스 FET(200, 210)를 헤드기판에 고루 배치시켜 헤드기판의 온도를 제어하기가 곤란하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 헤드기판 내부의 히터 구동용 FET의 작동조건을 변화시켜 주히터와 히터 구동용 FET의 스위칭로스에 의한 발열을 이용하여 헤드기판을 가열함으로써 온도제어 응답성이 양호한 잉크젯 프린트 헤드의 온도제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 잉크젯 프린트 헤드의 온도제어 장치는,
히터에 접속되어 게이트 입력된 파형에 따라 히터전원을 상기 히터에 통전시키는 히터 구동FET; 상기 히터 구동FET의 드레인과 소스간에 흐르는 전류의 크기를 전압으로 변환하여 출력하는 전류센서부; 상기 전류센서부에서 출력한 전압을 소정의 기준 전압과 비교하는 비교부; 워밍제어신호를 생성하는 워밍제어신호 생성부; 및 상기 비교부의 출력신호를 게이트단자로 유입하여, 비교부의 출력신호의 레벨에 따라 상기 워밍제어신호를 상기 히터구동FET의 게이트로 접속하여 출력하는 스위칭부;를 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 워밍제어신호는 상기 히터구동FET에서 스위칭로스에 의한 발열이 발생될 수 있는 높은 듀티사이클을 갖는 펄스열로 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 비교부는 상기 전류센서의 출력전압이 상기 기준전압보다 낮을 경우 상기 제1스위칭FET의 게이트에 액티브신호로서 출력신호를 인가함이 바람직하다.
또한, 상기 전류센서부는 상기 히터구동FET의 소스와 접지사이에 접속된 션트저항임이 바람직하다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 워밍제어신호를 유입하는 드레인과 상기 비교부의 출력신호를 유입하는 게이트단자와 상기 히터구동FET의 게이트에 접속된 소스단자를 구비한 제1스위칭FET임이 바람직하다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 제1스위칭FET와는 병렬로 접속되며 토출인에이블 신호를 유입하는 게이트단자와 프린터의 잉크토출 제어신호를 유입하는 드레인단과 토출인에이블 신호에 따라 상기 잉크토출 제어신호를 출력하는 소스단자를 구비한 제2스위칭FET를 더 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 온도제어 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 온도제어 장치의 일실시예의 회로도로서, 잉크를 가열하기 위한 발열저항인 히터(316)와, 유입한 워밍제어신호의 출력을 게이트단자에 인가된 신호에 따라 제어하는 제1스위칭FET(312)와, 잉크토출 모드시에 히터(316)를 가열시키기 위한 통상의 잉크토출제어신호의 출력을 제어하는 제2스위칭FET(314)와, 제1스위칭FET(312) 또는 제2스위칭FET(314)의 출력신호를 게이트단자로 유입하여 히터전원을 히터(316)에 통전시켜 히터(316)를 가열시키고, 상기 워밍제어신호의 펄스열을 게이트단자에 유입하여 스위칭로스로서 자체 발열하는 히터구동FET(318)와, 히터구동FET(318)의 드레인과 소스를 통하여 흐르는 전류의 세기를 전압레벨로 변환하여 출력하는 전류센서(320)와, 상기 전류센서(320)에서 출력된 전압레벨과 기준전압(Ref)과 비교한 출력신호를 상기 제1스위칭FET(312)의 게이트에 출력하는 비교부(322)와, 상기 워밍제어신호를 생성하여 출력하는 워밍제어신호 생성부(310)를 포함한다. 여기서, 워밍제어신호 생성부(310)는 마이컴제어부로 구성될 수도 있다.
도 3의 회로 동작을 살펴보면, 프린터가 텍스트 인자시에는 토출 인에이블신호와 미도시된 통상의 폰트메모리에 저장된 해당 문자의 폰트데이터에 따라 잉크토출 제어신호를 각각 제2스위칭FET(314)의 드레인과 게이트에 출력한다.
제2스위칭FET(314)의 소스단은 히터구동FET(318)의 게이트에 접속되어, 드레인에 인가된 잉크토출 제어신호를 토출인에이블 신호에 따라 통과시켜 히터구동FET(318)에 인가한다. 히터구동FET(318)의 드레인과 히터전원사이에 히터(316)가 접속되며, 히터구동FET(318)의 소스와 접지사이에는 히터구동FET(318)를 흐르는 전류의 세기를 체크하기 위한 작은 저항값을 갖는 션트저항(320)이 접속된다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같은 잉크토출 제어신호의 하이레벨이 인가될 때는 히터구동FET(318)가 온되어 구동전원의 전류가 히터(316)를 통하여 흐르게 되어 히터(316)가 발열되어 잉크의 액적을 토출하게 된다.
헤드기판 가열모드시에서의 동작을 살펴보면, 션트저항(320)의 양단에 분할된 히터전원의 전압은 비교부(322)의 부입력단자에 입력되어 정입력단자의 기준전압(ref)과 비교된다. 여기서, 히터구동FET(318)는 온도가 높아질수록 히터구동FET(318)의 내부 전기적 저항이 적어지기 때문에 히터구동FET(318)의 온도가 낮아지면 히터(316)와 히터구동FET(318)와 션트저항(320)에 분할된 히터전원에 있어서 션트저항(320)에 걸리는 분할전압은 낮아지게 된다. 따라서, 션트저항(320) 양단간의 전압이 기준전압(Ref)보다 낮다면 비교부(322)의 출력은 하이레벨이 되어 제1스위칭FET(312)의 게이트로 출력된다.
이때, 워밍제어신호가 제1스위칭FET(312)의 드레인에 입력되어 있기 때문에, 액티브된 제1스위칭FET(312)는 워밍제어신호를 히터구동FET(318)의 게이트로 인가하여 히터(316)와 히터구동FET(318)를 적정 온도로 상승시킨다.
도 4a는 잉크토출 제어신호의 펄스파형이며, 도 4b는 워밍제어신호의 펄스파형으로서 도 4a의 펄스폭보다 펄스폭이 좁고 듀티사이클이 높은 펄스열로 구성된다.
도 4b와 같이 듀티 사이클을 높은 워밍제어신호의 펄스는 히터(316)를 적정 온도로 워밍하며 또한, 히터구동FET(318)의 게이트의 전압이 하이 로우레벨이 서로 바뀔 때마다 도 5에 도시된 바와 같이 히터구동FET(318)의 드레인과 소스간 양단간의 전압(VDS)과 전류(IDS)의 레벨이 서로 반전됨으로써 발생되는 스위칭로스에 의해 히터구동FET(318) 자체에서도 발열되어 헤드기판을 상승시킨다.
한편, 히터구동FET(318)가 기준 온도 이상 상승하는 경우, 히터구동FET(318) 자체의 저항성분이 낮아져 션트저항(320)의 양단에 전압이 기준전압(Ref)보다 높다면 비교부(322)의 출력신호는 로우 레벨로 되어 제1스위칭FET(312)에서 워밍제어신호를 차단시켜 히터구동FET(318)에서 워밍제어신호의 스위칭로스에 의한 발열을 중지하여 온도를 제어한다.
도 6a는 잉크 토출모드시 도 3의 히터구동FET(318)에 인가되는 잉크토출 제어신호 파형(a)과 잉크토출 제어신호에 따른 헤드구동FET(318)에서의 드레인과 소스간의 전압, 전류파형(b), 히터온도(c), 노즐에서 잉크가 토출되는 상태(d)를 나타낸다.
도 6a에 도시된 바와 같이 잉크토출 모드에서는 잉크버블이 발생할 정도의 온도로 히터(316)를 가열시킬 수 있는 펄스폭을 갖는 통상의 히팅제어신호를 히터구동FET(318)의 게이트에 인가되면 히터(316)가 잉크 버블의 발생온도(k) 이상 상승되어 노즐에서 잉크가 토출된다.
도 6b는 헤드기판 가열모드시 도 3의 히터구동FET(318)에 인가되는 잉크토출 제어신호 파형(a')과 잉크토출 제어신호에 따른 헤드구동FET(318)에서의 드레인과 소스간의 전압, 전류파형(b'), 히터온도(c'), 노즐의 상태(d')를 나타낸다.
도 6b의 기판 가열모드에서는 잉크토출모드시 보다 높은 듀티사이클을 갖는 워밍제어신호의 펄스열이 히터구동FET(318)의 게이트에 인가되지만 좁은 펄스폭으로 인하여 하이레벨이 충분히 지속적으로 인가되지 못하므로 히터(316)의 온도가 잉크버블이 발생되는 온도(k)까지 상승되지 않고 잉크가 적정 온도로 유지된다. 또한, 히터구동FET(318)는 스위칭로스에 의하여 자체 발생되는 열을 이용하여 헤드기판을 가열함으로써 별도의 헤드기판을 가열하기 위한 별도의 작동저항을 이용한 트랜지스터나 발열 저항인 보조 히터없이 헤드기판을 가열할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 히터를 적정온도로 워밍시킴과 동시에 히터구동FET의 스위칭로스에 의한 발열을 이용하여 헤드기판을 가열하는 본 발명의 기술적 사상으로부터 이탈됨이 없이 다양한 변형 실시예가 가능함은 이 분야의 당업자에게는 주지의 사실이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 히터구동용FET의 소스 드레인 간의 전류의 세기에 따라 측정한 히터구동용FET 온도가 기준온도보다 낮을 경우 듀티사이클이 높은 펄스열로 구성된 워밍제어신호로 히터를 잉크버블 발생온도 이하로 가열함과 동시에 히터구동FET를 스위칭로스에 의한 발열에 의해 헤드기판을 가열하여 적정 온도로 유지시킴으로써 온도제어 응답성이 향상된 잉크젯 헤드 온도 제어장치를 제공한다.
도 1은 종래의 주히터만을 이용하여 헤드기판을 가열하는 방식을 설명하기 위한 헤드 온도 제어장치의 블록도이다.
도 2는 종래의 트랜지스터 작동저항을 이용하여 헤드기판을 가열하는 헤드 온도 제어장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 온도제어 장치의 일실시예의 회로도이다.
도 4a는 도 3의 히터를 가열하기 위한 잉크토출제어신호의 펄스파형도이다.
도 4b는 도 3의 히터구동FET를 가열시키기 위한 워밍제어신호의 펄스파형도이다.
도 5는 도 3의 히터구동FET의 스위칭로스시의 드레인과 소스간 양단간의 전압, 전류파형도이다.
도 6a는 잉크 토출모드시 도 3의 히터구동FET에 인가되는 잉크토출 제어신호의 파형과 히터온도, 노즐의 상태를 도시한다.
도 6b는 헤드기판 가열모드시 도 3의 히터구동FET에 인가되는 워밍 제어신호의 파형과 히터온도, 노즐의 상태를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310...워밍제어신호생성부, 312...제1스위칭FET
314...제2스위칭FET, 316...히터
318...히터구동FET, 320...션트저항
322...비교부.

Claims (6)

  1. 히터에 접속되어 게이트 입력된 파형에 따라 히터전원을 상기 히터에 통전시키는 히터 구동FET;
    상기 히터 구동FET의 드레인과 소스간에 흐르는 전류의 크기를 전압으로 변환하여 출력하는 전류센서부;
    상기 전류센서부에서 출력한 전압을 소정의 기준 전압과 비교하는 비교부;
    워밍제어신호를 생성하는 워밍제어신호 생성부; 및
    상기 비교부의 출력신호를 게이트단자로 유입하여, 비교부의 출력신호의 레벨에 따라 상기 워밍제어신호를 상기 히터구동FET의 게이트로 접속하여 출력하는 스위칭부;를 포함함을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 워밍제어신호는 상기 히터구동FET에서 스위칭로스에 의한 발열이 발생될 수 있는 높은 듀티사이클을 갖는 펄스열로 구성됨을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 비교부는 상기 전류센서의 출력전압이 상기 기준전압보다 낮을 경우 상기 제1스위칭FET의 게이트에 액티브신호로서 출력신호를 인가함을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전류센서부는 상기 히터구동FET의 소스와 접지사이에 접속된 션트저항임을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 워밍제어신호를 유입하는 드레인과 상기 비교부의 출력신호를 유입하는 게이트단자와 상기 히터구동FET의 게이트에 접속된 소스단자를 구비한 제1스위칭FET임을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 제1스위칭FET와는 병렬로 접속되며 토출인에이블 신호를 유입하는 게이트단자와 프린터의 잉크토출 제어신호를 유입하는 드레인단과 토출인에이블 신호에 따라 상기 잉크토출 제어신호를 출력하는 소스단자를 구비한 제2스위칭FET를 더 포함함을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 온도 제어장치.
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