KR20110030436A - 저전력 파형을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

저전력 파형을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예에서, 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 액츄에이터에 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분에 응답하여 액츄에이터와 결합된 펌핑 챔버가 택일적으로 수축하고 확장하는 단계를 더 포함한다. 저전력 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액적 분사 장치가 하나 이상의 유체의 액적을 분사하게 하는 단계를 더 포함한다. 어떤 실시예에서, 적어도 1개의 중간 부분은 액적 분사 장치를 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨과 같거나 더 작고 영(zero)보다는 더 큰 전압 레벨을 갖는다.

Description

저전력 파형을 갖는 가변 드롭 크기 분사를 제공하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS TO PROVIDE VARIABLE DROP SIZE EJECTION WITH A LOW POWER WAVEFORM}
본 발명의 실시예는 액적 분사에 관한 것으로, 특히 가변 드롭 크기 분사를 위한 저전력 파형을 사용하는 것에 관한 것이다.
액적 분사 장치는 다양한 목적으로 사용되고, 다양한 매체에 이미지를 프린팅하기 위해 가장 흔하게 사용된다. 그들은 흔히 잉크젯(ink jets) 또는 잉크젯 프린터로 언급된다. 주문형 드롭(drop-on-demand) 액적 분사 장치는 그 유연성 및 경제성 때문에 많은 응용에 사용된다. 주문형 드롭 장치는 단일 펄스 또는 복수의 펄스를 포함하는 특정 신호, 보통 전기적 파형 또는 파형에 응답하여 하나 이상의 액적을 분사한다. 멀티-펄스 파형의 다른 부분은 액적을 생산하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다.
액적 분사 장치는 전형적으로 유체 공급에서 노즐 경로까지 유체 경로를 포함한다. 노즐 경로는 노즐 오프닝(opening)에서 종결하고 그곳에서 드롭이 분사된다. 액적 분사는 예컨대 압전 편향기(piezoelectric deflector), 서멀 버블 젯 제너레이터(thermal bubble jet generator), 또는 정전기적으로 편향된 구성(element)일 수 있는, 액츄에이터를 갖는 유체 경로에서 유체에 압력을 가하여 제어된다. 전형적인 프린트헤드(printhead)는 노즐 오프닝과 연합 액츄에이터에 대응하는 유체 경로의 어레이를 갖고, 각각의 노즐 오프닝에서 액적 분사는 독립적으로 제어될 수 있다. 주문형 드롭 프린트헤드에서, 각각의 액츄에이터는 프린트헤드 및 기판이 서로 이동됨에 따라 특정 목표 픽셀 위치로 액적을 선택적으로 분사하기 위해서 발사(fired)된다. 액적의 질량은 액적의 머리(head)와 꼬리(tail)로 나눠진다. 액적의 머리가 목표에 먼저 안착하고, 그 후에 액적의 꼬리가 목표에 안착한다. 왜냐하면 주문형 드롭 분사기는 흔히 움직이는 목표(target) 또는 움직이는 분사기로 작동되고, 액적 속도의 변화는 매체에 드롭 위치의 변화를 이끈다. 이런 변화는 이미징 응용에서 이미지 품질을 떨어트리고 그 밖의 응용에서 시스템 성능을 떨어트린다. 액적의 부피 및 질량은 이미지에서 점의 크기에 변화, 또는 그 밖의 응용에서 성능의 감소를 초래한다.
도 1은 종래 방법에 따른 3개 구동 펄스 및 2개 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형도,
도 2는 일 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드의 분해 조립도,
도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 모듈을 관통하는 횡단면도,
도 4는 일 실시예에 따른 펌핑 챔버 및 압전 소자에 대응하는 전극의 위치를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도,
도 5a는 도 5b에 도시된 잉크젯 모듈의 다른 실시예의 분해 조립도,
도 6은 다른 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드,
도 7은 일 실시예에 따른 공동 플레이트를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도,
도 8은 저전력 멀티-펄스 파형으로 액적 분사 장치를 구동하기 위한 일시예의 흐름도,
도 9는 일 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형도,
도 10은 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형도,
도 11은 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형도,
도 12는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형도,
도 13은 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저 전력 멀티-펄스 파형도,
도 14는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형도 및
도 15는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형도를 도시한다.
여기서 설명된 것은 저전력 멀티-펄스 파형으로 액적 분사장치를 구동하기 위한 방법 및 장치이다. 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 액츄에이터에 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 적용하는 것을 포함한다. 방법은 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분에 응답하여 액츄에이터와 결합된 펌핑 챔버가 택일적으로 수축하고 확장하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 펌핑 챔버가 구동 펄스에 응답하여 확장하고 중간 부분(intermediate portion)에 응답하여 수축한다. 방법은 저전력 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액적 분사 장치가 하나 이상의 유체의 액적을 분사하게 하는 단계를 더 포함한다. 단일 액적의 경우에, 액적은 멀티-펄스 파형의 다수의 펄스에 의존하는 하나 이상의 서브 드롭을 형성할 수 있고, 서브 드롭은 연결될 수 있어서, 그들은 함께 오프닝에서 끊어진다. 서브-드롭이 프린트 매체에 도달하기 전에 공중에서, 또는 프린트 매체에서 끊어지기 전에 큰 액적으로 합체할 수 있다. 어떤 실시예에서, 적어도 1개의 중간 부분은 액적 분사 장치를 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨과 같거나 더 작고 영(zero)보다는 더 큰 전압 레벨을 갖는다. 유체를 분사하기 위해 필요한 전력은 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분 사이에 전압 변화의 전체 크기를 감소시킴으로써 줄어든다.
도 1은 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 가진 멀티-펄스 파형을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 멀티-펄스 파형(100)은 3개의 구동 펄스(110, 120, 및 130) 및 2개의 중간 부분(115 및 125)을 포함한다. 중간 부분(115 및 125)의 전압은 영(zero)과 같다. 액츄에이터에 적용되는 파형(100)의 전압은 펄스(110)의 피크 전압에서 영까지 감소하고 그 다음 펄스(120)의 피크 전압까지 증가한다. 다음으로, 전압은 영까지 감소하고 그 후에 펄스(130)의 피크 전압까지 증가한다. 14 킬로헤르츠(kHz)의 주파수에서 동작하는 파형(100)은 80 나노그램(ng) 드롭을 생산할 수 있고 26 와트(watts)의 전력을 소비한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전단 압전 잉크젯 프린트 헤드의 분해 조립도이다. 도 2와 관련하여, 압전 잉크젯 헤드(2)는 매니폴드 플레이트(manifold plate; 12) 및 오리피스 플레이트(orifice plate; 14)가 부착된 칼라 엘리먼트(collar element; 10)로 조립된 복수의 모듈(4,6)을 포함한다. 압전 잉크젯 헤드(2)는 다양한 형태의 프린트헤드의 일례이다. 일 실시예에 따르면 오리피스 플레이트(14)의 오리피스(16)에서 다양한 액적 크기(예컨대, 30 나노그램, 50 나노그램, 80 나노그램)의 잉크 액적을 분사하기 위해 멀티-펄스 파형으로 동작하는 젯 모듈로 칼라(collar ; 10)를 통해서 잉크가 유도된다. 잉크젯 모듈(4 및 6) 각각은 탄소 소결체(sintered carbon) 또는 세라믹과 같은 재료의 얇은 사각형 블럭으로 형성된 몸체(body ; 20)를 포함한다. 몸체의 양 측면은 잉크 펌핑 챔버를 형성하는 일련의 웰(well ; 22)로 기계가공된다. 또한 잉크는 기계가공된 잉크 충전 통로(26)를 통해서 몸체로 인도된다.
몸체의 반대 표면은 몸체의 펌핑 챔버 상에 위치하도록 배열된 일련의 전기적 컨택을 포함하는 유연한 폴리머 필름(30 및 30')으로 덮힌다. 전기적 컨택은 차례로, 드라이버 집적회로(33 및 33')를 포함하는 플렉스 프린트(32 및 32')와 연결될 수 있는, 리드(leads)와 연결된다. 필름(30 및 30')은 플렉스 프린트일 수 있다. 각각의 플렉스 프린트 필름은 얇은 층의 에폭시에 의해 몸체(20)에 봉인된다. 에폭시 층은 기계적 결합(mechanical bond)을 제공하도록 젯 몸체의 표면 거침(surface roughness)을 채우기에 충분히 얇지만, 또한 충분히 얇아서 오직 작은 양의 에폭시가 결합 라인(bond line)에서 펌핑 챔버로 밀어 넣어진다.
단일 모놀리식의 피지티(PZT) 부재일 수 있는, 각각의 압전 엘리먼트(piezoelectric element ; 34 및 34')는, 플렉스 프린트(30 및 30') 상에 위치한다. 각각의 압전 엘리먼트(34 및 34')는 압전 엘리먼트의 표면으로 진공 증착된 도전 금속을 화학적으로 에칭함으로써 형성되는 전극을 갖는다. 압전 엘리먼트의 전극은 펌핑 챔버와 대응하는 위치에 있다. 압전 엘리먼트의 전극은 플렉스 프린트(30 및 30')와 대응하는 컨택과 전기적으로 맞물린다. 결과적으로, 활성(actuation)이 되는 엘리먼트의 측면에서 압전 엘리먼트의 각각에 전기적 컨택이 만들어진다. 압전 엘리먼트는 얇은 에폭시 층에 의해서 플렉스 프린트에 고정된다.
도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 모듈을 관통하는 횡단면도이다. 도 3과 관련하여, 압전 엘리먼트(34 및 34')는 기계가공된 잉크 펌핑 챔버(22)를 포함하는 몸체의 영역을 오직 덮을 수 있는 크기로 만들어진다. 잉크 충전 통로를 포함하는 몸체의 영역은 압전 엘리먼트에 의해서 덮히지 않는다.
잉크 충전 통로는 모듈 몸체의 외부 영역에 부착된 플렉스 프린트의 부분(31 및 31')에 의해서 봉인된다. 플렉스 프린트는 위에 연식의(non-rigid)커버를 형성하고 잉크-충전 통로를 봉인하여서 대기(atmosphere)로 유출된 유체의 자유 표면(free surface)을 근사화한다.
혼선(crosstalk)은 젯 사이에서 상호 작용이 불필요하다. 1개 이상의 젯의 발사(firing)는 분사된 드롭 부피 또는 변경하는 젯 속도에 의해 그 밖의 젯의 성능에 부정적인 영향을 줄 것이다. 이는 불필요한 에너지가 젯 사이에서 전해질 때 일어날 수 있다.
정상 동작에서, 압전 엘리먼트는 펌핑 챔버의 부피가 증가하는 방식으로 먼저 활성화되고, 일정 시간 후에, 압전 엘리먼트는 비활성화되어서 그것의 원래 위치로 돌아간다. 펌핑 챔버의 부피 증가는 네거티브 압력파(negative pressure wave)가 발사되게 한다. 이런 네거티브 압력은 펌핑 챔버에서 시작하고 펌핑 챔버의 끝을 향한다(화살표 33 및 33'에 의해 제안된 것처럼 잉크 충전 통로를 향하고 오리피스를 향하여). 네거티브 파(negative wave)가 펌핑 챔버의 종단에 도달하고 잉크 충전 통로의 큰 영역과 만나고(이는 대략의 자유 표면에 전달한다), 네거티브 파장은 오리피스를 향하는 포지티브 파(positive wave)처럼 펌핑 챔버로 반사된다. 원래 위치로 압전 엘리먼트의 귀환은 또한 포지티브 파를 생성한다. 압전 엘리먼트의 비작동(deactuation)의 타이밍은 포지티브 파 및 반사된 포지티브 파는 오리피스에 도달할 때 더해진다.
도 4는 일 실시예에 따른 펌핑 챔버 및 압전 엘리먼트에 대응하는 전극의 위치를 도시하는 잉크젯 모듈의 투시도이다. 도 4과 관련하여, 펌핑 챔버 및 압전 엘리먼트에 대응하는 플렉스 프린트(30)의 전극 패턴(50)이 도시된다. 압전 엘리먼트는 플렉스 프린트와 접촉하는 압전 엘리먼트(34)의 측면에 전극(40)을 갖는다. 각각의 전극(40)은 젯 몸체에서 펌핑 챔버(45)와 대응하는 크기이고 대응하게 위치한다. 각각의 전극(40)은 펌핑 챔버에 대응하여 일반적인 길이 및 넓이를 갖는 연장 영역(42), 그러나 더 짧고 좁아지면 갭(gap)이 전극(40)의 경계선과 펌핑 챔버의 측면 및 종단 사이에 존재한다. 펌핑 챔버의 중심에 있는 이런 전극 영역(42)은, 구동 전극이다. 압전 엘리먼트의 빗살 형상(comb-shaped) 제 2 전극(52)은 일반적으로 펌핑 챔버 바깥 영역에 대응한다. 이런 전극(52)은 공통(접지) 전극이다.
플렉스 프린트는 압전 엘리먼트와 접촉하는 플렉스 프린트의 측면(51)에 전극(50)을 갖는다. 플렉스 프린트 전극 및 압전 엘리먼트 전극은 좋은 전기적 컨택과 플렉스 프린트와 압전 엘리먼트의 용이한 정렬을 위해 충분히 오버랩된다. 플렉스 프린트 전극은 구동 회로를 포함하는 플렉스 프린트(32)와 납땜 연결을 허용하도록(도 4에 수직 방향에서) 압전 엘리먼트를 넘어서까지 확장된다. 두 개의 플렉스 프린트(30 및 32)를 갖는 것은 필요 없다. 단일 플렉스 프린트가 사용될 수 있다.
도 5a는 도 5b에 도시된 잉크젯 모듈의 다른 실시예의 분해 조립도이다. 이 실시예에서, 젯 몸체는 복수의 부품(parts)으로 구성된다. 젯 몸체(80)의 프레임은 탄소 소결체이고 잉크 충전 통로를 포함한다. 젯 몸체의 각 측면에 보강 플레이트(82 및 82')가 부착되면, 이는 조립을 단단하게 하도록 설계된 얇은 금속 플레이트이다. 보강 플레이트에 공동 플레이트(84 및 84')가 부착되면, 이는 펌핑 챔버가 화학적으로 가공되는 얇은 금속 플레이트이다. 공동 플레이트가 플렉스 프린트(30 및 30')와 부착되고 플렉스 프린트가 압전 엘리먼트(34 및 34')와 부착된다. 모든 이런 소자는 에폭시와 함께 결합된다. 구동 회로(32 및 32')를 포함하는 플렉스 프린트는, 납땜 처리에 의해서 부착된다.
도 6은 다른 실시예에 따른 전단 모드 압전 잉크젯 프린트 헤드이다. 도 6에 도시된 잉크 젯 프린트 헤드는 도 2에 도시된 프린트 헤드와 유사하다. 그러나, 도 6의 프린트 헤드는 도 2의 이중 잉크 젯 모듈(4 및 6)과 대조적으로 단일 잉크 젯 모듈(210)을 갖는다. 어떤 실시예에서, 잉크 젯 모듈(210)은 다음 구성요소 : 탄소체(220), 보강 플레이트(250), 공동 플레이트(240), 플렉스 프린트(230), 피지티 부재(234), 노즐 플레이트(260), 잉크 충전 통로(270), 플렉스 프린트(232), 및 구동 전자회로(233)를 포함한다. 이런 구성요소는 도 2 ~ 5와 함께 상기에서 설명된 구성요소와 비슷한 기능을 갖는다.
공동 플레이트는 일 실시예에 따른 도 7에서 보다 상세히 도시된다. 공동 플레이트(240)는 피지티(234)에 의해서 작동되거나 왜곡되는 펌핑 챔버(280), 잉크 충전 통로(270), 홀(290)을 포함한다. 액적 분사 장치로 언급될 수 있는 잉크젯 모듈(210)은 도 6 및 7에 도시된 것처럼 펌핑 챔버를 포함한다. 피지티 부재(234)(예컨대, 액츄에이터)는 구동 전자장치(233)에 적용되는 구동 펄스(drive pulse)에 응답하여 펌핑 챔버의 유체 압력을 변화하도록 동작한다. 일 실시예에서, 피지티 부재(234)는 펌핑 챔버로부터 하나 이상의 액적 크기의 유체를 분사한다. 구동 전자장치(233)는 피지티 부재(234)와 결합된다. 잉크젯 모듈(210)의 동작 동안에, 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 피지티 부재(234)가 펌핑 챔버로부터 적어도 하나 이상의 유체의 액적을 분사하도록 하는 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형으로 구동 전자장치(233)가 피지티 부재(234)를 구동한다. 단일 액적의 경우에, 액적이 멀티-펄스 파형의 다수의 펄스에 의존하는 하나 이상의 서브-드롭을 형성할 수 있고, 서브-드롭이 연결될 수 있는데, 그들은 함께 오리피스에서 끊어진다. 적어도 하나의 중간 부분은 잉크젯 모듈(210)을 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨보다 작고 영(zero)보다 더 큰 전압 레벨을 갖는다. 구동 펄스 및 중간 부분은 펌핑 챔버의 압력을 변하게 하고 액적을 분사하기 위해서 제때에 교차한다.
일 실시예에서, 액적 분사 장치가 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하거나 추가적인 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 추가적인 유체의 액적을 분사한다. 파형은 함께 연결된 일련의 섹션을 포함할 수 있다. 각각의 섹션은 고정된 시간 주기(예컨대, 1 에서 3 마이크로세컨드) 및 관련된 데이터의 양을 포함하는 특정 수의 샘플을 포함할 수 있다. 샘플의 시간 주기가 다음 파형 섹션 동안에 각각의 젯 노즐을 활성화하거나 비활성화하도록 구동 전자장치의 제어 로직을 위해 충분히 길다. 파형 데이터가 일련의 주소, 전압 및 플래그 비트 샘플로 테이블에 저장되고 소프트웨어로 접근할 수 있다. 파형은 단일 크기 액적 및 다양한 다른 크기 액적을 생산하기 위해서 필요한 데이터를 제공한다.
도 8은 일 실시예에 따른 저전력 멀티-펄스 파형으로 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법은 처리 블록(802)에서 액츄에이터에 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 처리 블록(804)에서 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분에 응답하여 액츄에이터와 결합된 펌핑 챔버를 택일적으로 확장 및 수축하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 펌핑 챔버가 각각의 구동 펄스의 상승 시간 동안 확장할 수 있고 각각의 구동 펄스의 하락 시간 동안 수축할 수 있다. 만약 파형이 역전되면(invert), 확장이 하강 시간 동안 일어날 수 있고 수축은 상승 시간 동안 일어날 수 있다. 그 다음, 방법은 처리 블록(806)에서 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액적 분사 장치가 하나 이상의 유체의 액적을 분사하도록 하는 단계를 포함한다. 어떤 실시예에서, 적어도 1개의 중간 부분은 액적 분사 장치를 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해 문턱 전압 레벨과 같거나 더 작고 영(zero)보다는 더 큰 전압 레벨을 갖는다. 유체를 분사하기 위해 필요한 전력은 제 1 구동 펄스의 피크 전압과 중간 부분의 전압 레벨 사이의 제 1 전압 변화 및 중간 부분의 전압 레벨과 제 2 구동 펄스의 피크 전압 사이에 제 2 전압 변화의 전체 크기를 감소시킴으로써 감소된다.
도 9는 일 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(900)은 도 9에 도시된 것처럼 3개의 구동 펄스(910. 920 및 930) 및 2개의 중간 부분(915 및 925)을 포함한다. 도 1에 도시된 파형(100)과 비교했을 때, 이 중간 부분(915 및 925)은 구동 펄스에서 중간 부분으로 및 그 반대로 전환하면서 전압의 변화를 줄이기 위해서 영(zero)보다는 더 크다. 또한 중간 부분(915 및 925)은 문턱 전압 레벨과 같거나 낮게 설정된다. 제 1 문턱 전압 레벨은 중간 부분(915)의 전압 레벨과 같거나 더 크고 제 2 문탁 전압 레벨은 중간 부분(925)의 전압 레벨과 같거나 더 크다. 제 1 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(910 및 920)와 관련된 피크 전압에 기초한다. 제 1 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(910 및 920)와 관련된 피크 전압의 낮은 것(lower)보다 작아서 액츄에이터가 적절하게 펌핑 챔버에서 유체를 분사하기 위해 펌핑 챔버의 압력을 변화한다. 비슷한 방식으로, 제 2 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(920 및 930)과 관련된 피크 전압에 기초한다. 제 2 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(920 및 930)과 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 작다. 일 실시예를 위해, 낮은 전압 펄스(915 및 925)가 최대 파형 전압의 특정 비율(예컨대, 27%)과 둘 다 같도록 설정한다.
액츄에이터가 파형에 의해 적용된 전압 변화 및 다양한 전압 펄스에 응답하여 유체를 분사하기 위해 펌핑 챔버에 압력을 왜곡하고 변화한다. 파형의 중간 부분이 전체적으로 큰 드롭을 형성하는 서브-드롭을 구동하기 위한 펌핑 동작을 만든다. 이는 전압 및 드롭 형성을 위해 요구된 효과를 만들기 위해 충분히 최소 또는 최대에 도달하기 위한 압력 액츄에이터의 동작이 필요하지 않다. 젯하는 배열을 발사하기 위해 필요한 전력은 주파수, 공급 전압, 파형 전압 및 펄스 사이에 전압의 전체 크기 변화의 상관 관계일 수 있다. 구동 펄스 및 중간 부분 사이 변화의 크기를 감소시킴으로써, 젯을 발사하기 위한 전체 전력은 감소될 수 있다. 구동 펄스(910)의 피크 전압은 50 나노그램(ng)보다 큰 질량을 갖는 액적을 분사하기 위해 구동 펄스(910)의 피크 전압은 구동 펄스(930)의 피크 전압보다 작은 구동 펄스(920)의 피크 전압보다 더 작다.
다른 실시예에서, 14 킬로헤르츠(kHz)의 주파수에서 동작하는 저전력 파형(900)은 80 나노그램(ng)의 드롭을 생산할 수 있고 20 와트의 전력을 소비한다. 대조적으로, 14 킬로헤르츠(kHz)의 주파수에서 동작하는 파형(100)은 80 나노그램(ng)의 드롭을 생산할 수 있고 26 와트의 전력을 소비한다. 80 나노그램(ng)의 드롭을 위해서, 파형(900)은 파형(100)과 비교했을 때 전력을 23 퍼센트(%) 절약한다. 저전력 파형(900)은 파형(100)의 드롭 형성, 주파수 응답, 드롭 질량, 발사 전압과 같거나 비슷한 발사 전압, 드롭 질량, 주파수 응답, 및 드롭 형성을 생산한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(1000)은 파형(900)의 구동 펄스 및 중간 부분과 비슷하게 3개의 구동 펄스(1010. 1020 및 1030) 및 2개의 중간 부분(1015 및 1025)을 포함한다. 그러나, 중간 부분(1015)이 중간 부분(1025)의 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖는다.
도 11은 다른 실시예에 따른 2개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(1100)은 파형(900 및 1000)의 구동 펄스 및 중간 부분과 비슷하게 3개의 구동 펄스(1110. 1120 및 1130) 및 2개의 중간 부분(1115 및 1125)를 포함한다. 그러나, 중간 부분(1115)가 중간 부분(1125)의 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 갖는다. 파형(900, 1000 및 1100)은 감소된 전력 소비로 큰 액적(예컨대, 80 나노그램(ng))을 생성할 수 있다. 구동 펄스의 피크 전압과 관련하여 중간 부분의 전압 레벨을 바꾸는 것은 액적 분사하는데 소비되는 전력을 바꾼다.
도 12는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형을 도시한다. 멀티-펄스 파형(1200)은 도 12에 도시된 것처럼, 3개의 구동 펄스(1210, 1220 및 1230) 및 2개의 중간 부분(1215 및 1225)을 포함한다. 중간 부분(1215 및 1225)의 전압은 대략 영(zero)과 같다. 액츄에이터(예컨대, 피지티 부재)에 적용된 파형(1200)의 전압은 펄스(1210)의 피크 전압에서 영까지 내려가고 그 다음에 펄스(1220)의 피크 전압까지 상승한다. 그 다음으로, 전압이 영까지 감소하고 그 후에 펄스(1230)의 피크 전압까지 증가한다. 구동 펄스(1230)의 피크 전압은 낮은 꼬리 질량으로 50 나노그램(ng)보다 작은 질량을 갖는 액적을 분사하기 위해서 구동 펄스(1220)의 피크 전압보다 작은 구동 펄스(1210)의 피크 전압 보다 작다.
다른 실시예에서, 30 kHz의 주파수로 동작하는 파형(1200)은 30 나노그램(ng) 드롭을 생산할 수 있고 62 와트의 전력을 소비한다. 파형(1200)이 펄스(1210 및 1220)와 다르게 40 ~ 50 나노그램(ng)인 드롭을 구성한다. 그 다음 파형(1200)이 액적의 꼬리를 반복적으로 끊어지도록 펄스(1230)를 사용한다.
도 13은 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(1300)은 도 13에 도시된 것처럼 3개의 구동 펄스(1310, 1320 및 1330) 및 2개의 중간 부분(1315 및 1325)을 포함한다. 도 12에 도시된 파형(1200)과 대조적으로, 이런 중간 부분(1315 및 1325)은 구동 펄스에서 중간 부분으로 전환되고 그 반대로 전환되는 경우에 전압의 변화를 감소시키기 위해서 영(zero)보다 더 크다. 중간 부분(1315 및 1325)은 문턱 전압 레벨과 같거나 낮게 설정된다. 제 1 문턱 전압 레벨은 중간 부분(1315)의 전압 레벨과 같거나 더 크고 제 2 문턱 전압 레벨은 중간 부분(1325)의 전압 레벨과 같거나 더 크다. 제 1 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(1310 및 1320)와 관련된 피크 전압에 기초한다. 제 1 문턱 전압 레벨은 펌핑 챔버에서 유체의 적절한 분사를 위해서 구동 펄스(1310 및 1320)와 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 더 작다.
비슷한 방식으로, 제 2 문턱 전압이 구동 펄스(1320 및 1330)와 관련된 피크 전압에 기초한다. 제 2 문턱 전압 레벨은 구동 펄스(1320 및 1330)와 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 더 작다. 일 실시예에 대해서, 중간 부분(1315 및 1325)의 전압 레벨은 최대 파형 전압의 특정 비율(예컨대, 27%)과 둘 다 같도록 설정된다. 다른 실시예에서, 중간 부분(1315 및 1325)의 전압 레벨은 다른 전압으로 설정되고 따라서 최대 파형 전압의 다른 비율(예컨대, 21%, 27%)로 설정된다.
도 14는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(1400)은 파형(1300)의 구동 펄스 및 중간 부분과 비슷하게 3개의 구동 펄스(1410, 1420 및 1430) 및 2개의 중간 부분(1415 및 1425)을 포함한다. 그러나 중간 부분(1415)이 중간 부분(1425)의 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖는다.
도 15는 다른 실시예에 따른 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형을 도시한다. 저전력 멀티-펄스 파형(1500)은 파형(1300 및 1400)의 구동 펄스 및 중간 부분과 비슷하게 3개의 구동 펄스(1510, 1520 및 1530) 및 2개의 중간 부분(1515 및 1525)을 포함한다. 그러나, 중간 부분(1515)이 중간 부분(1525)의 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 갖는다. 파형(1300, 1400 및 1500)은 감소된 전력 소비로 작은 액적(예컨대, 50 나노그램보다 더 작은)을 생성할 수 있다. 구동 펄스의 피크 전압에 관하여 중간 부분의 전압 레벨을 바꾸는 것은 액적 분사할 경우 소비되는 전력을 바꾼다.
앞서 논의한 대로, 분출 배열을 발사하기 위해 필요한 전력은 펄스 사이에 전압의 전체 크기 변화, 파형 전압, 공급 전압 및 주파수의 상관 관계가 있다. 구동 펄스와 중간 부분 사이에 전압의 변화의 크기를 감소시킴으로써, 분출을 발사하기 위한 전체 전력은 감소될 수 있다. 구동 펄스(1330)의 피크 전압은 작은 꼬리 질량으로 50 나노그램보다 작은 질량을 갖는 액적을 분사하기 위해서 구동 펄스(1320)의 피크 전압보다 작은 구동 펄스(1310)의 피크 전압보다 작다.
다른 실시예에서, 30 킬로헤르츠(kHz)의 주파수로 동작하는 저전력 파형(1300)은 30 나노그램(ng) 드롭을 생산할 수 있고 49 와트의 전력을 소비한다. 30킬로헤르츠(kHz)의 주파수에서 동작하는 파형(1200) 30 나노그램(ng) 드롭을 생산할 수 있고 62 와트의 전력을 소비한다. 30 나노그램(ng) 드롭을 위해, 파형(1300)은 파형(1200)과 비교해서 전력을 21 퍼센트 절약한다. 저전력 파형(1300)은 파형(1200)의 드롭 형성, 주파수 응답, 드롭 질량 및 발사 전압과 같거나 비슷한 드롭 형성, 주파수 응답, 드롭 질량 및 발사 전압을 생산한다.
특정 실시예를 위해, 그 밖의 형태의 펄스, 서브-펄스 형태 드롭, 또는 완전하게 다른 펄스가 다양한 형태 및 크기의 액적을 생산할 수 있는 저전력 파형을 만드는데 사용될 수 있다. 저전력 파형은 적절한 분출 동작을 여전히 유지하는 동안에 구동 펄스 및 중간 부분 사이에 전압 변화를 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨보다 작고 영보다 더 큰 중간 부분에 대한 피크 전압을 증가하게 한다.
상기에 설명한 것은 예시적인 것이고, 제한적으로 의도되지 않았음을 이해할 수 있다. 상기 상세한 설명을 읽고 이해하는 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진가에게는 많은 그 밖의 실시예가 자명해짐은 명백하다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그러한 청구항이 요구하는 것과 균등한 범위에 따라 결정될 것이다.

Claims (21)

  1. 액츄에이터에 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형을 적용하는 단계; 및
    저전력 멀티-펄스 파형의 구동 펄스에 응답하여 액적 분사 장치가 1개 이상의 유체의 액적을 분사하도록 하는 단계;를 포함하고, 적어도 1개의 중간 부분은 액적 분사 장치를 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해 문턱 전압(threshold voltage)과 같거나 작고 영(zero)보다 더 큰 전압 레벨인 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 구동 펄스의 하강 시간에 응답하여 발생하는 수축(contracting) 및 각각의 구동 펄스의 상승 시간에 응답하여 발생하는 확장(expanding)을 갖는 적어도 2개의 구동 펄스에 응답하여 액츄에이터에 결합된 펌핑 챔버를 택일적으로 확장 및 수축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    유체를 분사하기 위한 전력은, 제 1 구동 펄스의 피크 전압과 중간 부분의 전압 레벨 사이의 제 1 전압 변화 및 중간 부분의 전압 레벨과 제 2 구동 펄스의 피크 전압 사이의 제 2 전압 변화의 전체 크기를 감소시킴으로써 줄어드는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    멀티-펄스 파형은, 제 1 중간 부분의 전압 레벨과 같거나 더 큰 제 1 문턱 전압 레벨 및 제 2 중간 부분의 전압 레벨과 같거나 더 큰 제 2 문턱 전압 레벨을 갖는 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 문턱 전압 레벨은, 제 1 및 제 2 구동 펄스와 관련된 피크 전압의 낮은 것(lower)보다 더 작은 제 1 문턱 전압 레벨을 갖는 제 1 및 제 2 구동 펄스와 관련된 피크 전압을 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    제 2 문턱 전압 레벨은, 제 2 및 제 3 구동 펄스와 관련된 피크 전압의 낮은것(lower)보다 더 작은 제 2 문턱 전압 레벨을 갖는 제 2 및 제 3 구동 펄스와 관련된 피크 전압을 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    제 1 구동 펄스의 피크 전압은 50 나노그램(ng)보다 더 큰 질량을 갖는 액적을 분사하기 위해서 제 3 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작은 제 2 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작은 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    제 3 구동 펄스의 피크 전압은 줄어든 꼬리 질량인 50 나노그램(ng)보다 더 작은 질량을 갖는 액적을 분사하기 위해서 제 2 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작 은 제 1 구동 펄스의 피크 전압보다 더 작은 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    액츄에이터가 펄스에 응답하여 펌핑 챔버의 유체의 압력을 변화하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터를 갖춘 액적 분사 장치를 구동하기 위한 방법.
  10. 펌핑 챔버로부터 하나 이상의 유체의 액적을 분사하기 위한 액츄에이터; 및
    액츄에이터에 결합된 구동 전자장치를 포함하고, 동작 중에 구동 전자장치가 멀티-펄스 파형에 응답하여 액츄에이터가 펌핑 챔버로부터 하나 이상의 유체의 액적을 분사하도록 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 멀티-펄스 파형으로 액츄에이터를 구동하며, 적어도 1개의 중간 부분은 장치를 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨보다 작고 영(zero)보다 큰 전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 장치
  11. 제 10 항에 있어서,
    멀티-펄스 파형은, 제 1 중간 부분과 관련된 제 1 문턱 전압 레벨 및 제 2 중간 부분과 관련된 제 2 문턱 전압 레벨을 갖는 3개의 구동 펄스 및 2개의 중간 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 문턱 전압 레벨은, 제 1 및 제 2 구동 펄스와 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 더 작은 제 1 문턱 전압 레벨을 갖는 제 1 및 제 2 구동 펄스와 관련된 피크 전압에 기반하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    제 2 문턱 전압 레벨은, 제 2 및 제 3 구동 펄스와 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 더 작은 제 1 문턱 전압 레벨을 갖는 제 2 및 제 3 구동 펄스와 관련된 피크 전압에 기반하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 1 문턱 전압 레벨은, 제 2 문턱 전압 레벨과 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 액츄에이터가 펄스에 응답하여 펌핑 챔버에 유체의 압력을 변화하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 펌핑 챔버로부터 하나 이상의 유체의 액적을 분사하기 위한 액츄에이터; 및 액츄에이터에 결합된 구동 전자장치를 갖추어 이루어진 잉크젯 모듈을 포함하고, 동작 중에 구동 전자장치가 저전력 멀티-펄스 파형의 펄스에 응답하여 액츄에이터가 펌핑 챔버로부터 하나 이상의 유체 액적을 분사하도록 하는 적어도 2개의 구동 펄스 및 적어도 1개의 중간 부분을 갖는 저전력 멀티-펄스 파형으로 구동 전자장치가 액츄에이터를 구동하고, 적어도 1개의 중간 부분은 잉크젯 모듈을 동작하기 위해 필요한 전력을 줄이기 위해서 문턱 전압 레벨보다 작고 영(zero)보다 더 큰 전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    높은 부분과 중간 부분은 펌핑 챔버의 압력을 변하게 하기 위해서 제때에 교차하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    각각의 중간 부분은, 문턱 전압 레벨과 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  19. 제 16 항에 있어서,
    문턱 전압 레벨은, 문턱 전압 레벨과 관련된 중간 부분의 이전과 이후에 즉시 발생하는 구동 펄스의 피크 전압에 기반하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  20. 제 19 항에 있어서,
    문턱 전압 레벨은, 중간 부분의 이전과 이후에 즉시 발생하는 구동 펄스와 관련된 피크 전압의 낮은 것보다 더 작은 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
  21. 제 16 항에 있어서,
    잉크제 모듈은, 탄소체(carbon body), 보강 플레이트(stiffener plate), 공동 플레이트(cavity plate), 제 1 플렉스 프린트(flex print), 노즐 플레이트(nozzle plate), 잉크 충전 경로(ink fill passage) 및 제 2 플렉스 프린트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드.
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