KR20130137638A - 순환 펌프를 구비한 유체 분사 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

유체 분사 어셈블리는 유체 슬롯, 재순환 채널, 재순환 채널 내의 드롭 분사 구성요소를 포함한다. 펌프 구성요소는 재순환 채널을 통하여 유체 슬롯 안으로 그리고 밖으로 유체를 펌핑하도록 구성된다. 드롭 분사 구성요소와 관련된 제 1의 자체 주소를 가진 드라이브 회로 및 펌프 구성요소와 관련된 제 2의 자체 주소를 가진 드라이브 회로는 드롭 분사 구성요소 및 펌프 구성요소를 동시에 구동할 수 있다.

Description

순환 펌프를 구비한 유체 분사 어셈블리{FLUID EJECTION ASSEMBLY WITH CIRCULATION PUMP}
잉크젯 프린터의 유체 분사 디바이스는 유체 드롭의 드롭-온-디맨드(drop-on-demand)를 제공한다. 일반적으로, 잉크젯 프린터는 페이퍼 시트와 같은 프린트 매체상으로 복수의 노즐을 통해 잉크 드롭을 분사함으로써 이미지를 프린트한다. 노즐은 일반적으로 하나 이상의 어레이에 배열되는데, 이는 프린트헤드와 프린트 매체가 서로에 관련하여 이동할 때, 노즐로부터 잉크 드롭의 적절히 배열된 분사는 캐릭터 또는 기타 이미지들이 프린트 매체 상에 인쇄되도록 한다. 구체적인 예시로, 서멀 잉크젯(thermal inkjet) 프린트헤드는 열을 생성하는 히팅 요소를 통해 전류를 이동하게 함으로써 노즐로부터 드롭을 분사하고, 파이어링 챔버(firing chamber) 내에서 유체의 작은 부분을 증발시킨다. 다른 예시에서, 압전 잉크젯 프린트헤드는 압전 재료 액추에이터를 사용하여 잉크 드롭이 노즐 밖으로 나가도록 힘을 가하는 압력 펄스를 생성한다.
잉크젯 프린터가 합리적인 가격으로 좋은 프린트 품질을 제공하지만, 계속적인 개선은 잉크젯 프린터 개발에서 남아 있는 다양한 문제들을 극복하기 위한 것이다. 예를 들어, 저장 또는 미사용 기간 동안, 잉크젯 프린터 헤드의 노즐은 보어 영역(bore area)에서 크러스트(crust) 및/또는 점성(viscous) 잉크 플러그(ink plugs)를 발생시킬 수 있다. 노즐 보어 영역에서 점성 플러그 또는 고체 필름 유사 크러스트는 잉크 건조 및 잉크 요소 고체화의 결과로 형성될 수 있다. 플러그 또는 크러스트는 노즐 분사 요소가 가동되었을 때 드롭이 파이어링(firing)하는 것을 막는다. 잉크젯 프린터의 프린트 품질 및 비용에 불리하게 영향을 계속 미치는 다른 과제들은 프린트헤드에서의 피그먼트-잉크 비히클 분리(PIVS: pigment-ink vehicle separation) 및 기포 관리(air bubble management)를 포함하는데, 이는 잉크 흐름 차단(ink flow blockage), 드룰링(drooling)으로 인한 잉크 누출(ink leaks), 부분적으로 가득 찬 프린트 카트리지가 비어있는 것으로 보이는 것, 및 일반적인 프린트 품질 저하를 야기한다.
문제점 및 해결책에 관한 개요
위에서 언급한 바와 같이, 다양한 주제들이 잉크젯 프린팅 시스템의 개발에서 아직 극복되지 않았다. 예를 들어, 그러한 시스템에서 사용되는 잉크젯 프린트헤드(inkjet printheads)는 차단(blockage) 및/ 또는 막힘(clogging)으로 계속 어려움을 갖는다. 잉크 차단 및/또는 막힘의 원인은 예를 들어, 저장 또는 미사용 기간 동안에 잉크 건조(drying) 및 잉크 부품 고체화의 결과로서 생성되는 노즐 보어 영역(nozzle bore area)에서의 점성 플러그(viscous plugs) 및 크러스트(crust)의 발생을 포함한다. 다른 원인들은 프린트헤드에서의 기포 및 피그먼트-잉크 비히클 분리(PIVS: pigment-ink vehicle separation)를 포함한다.
이러한 문제점들에 대한 이전의 해결책은 주로 사용 전후에 프린트헤드를 점검하는 것을 포함해왔다. 예를 들어, 일반적으로 미사용 동안 프린트헤드는 캡핑되어(capped), 노즐이 건조된 잉크로 막히는 것을 예방한다. 캡핑은 잉크가 건조해지지 않도록 노즐 내 및 프린트헤드 주변에 알맞은 환경을 제공하여, 노즐 내 크러스팅(crusting) 및 잉크 플러그(ink plug) 형성의 위험성을 감소시킨다. 프린트헤드를 사용하기 전에, 노즐은 프린트헤드를 통하여 잉크를 스피팅(spitting)함으로써 또한 준비된다. 스피팅은 서비스 스테이션(service station)에서 스피툰(spittoon)으로의 잉크 분사이다. 스피팅은 얼마의 시간 동안 점화되지(fired) 않은 노즐 내 잉크가 건조 및 크러스팅되는 것을 예방하도록 돕는다. 이러한 해결책에 대한 문제점들은 즉각적인 인쇄를 막는 프린터 시작에서의 필수 서비스 시간으로 인한 인쇄의 지연, 및 서비스하는 동안 소비되는 상당한 양의 잉크로 인한 소유주의 총 비용 증가를 포함한다.
점성 잉크 플러그, 크러스팅, 기포, 및 PIVS와 같은 문제점들을 다루는 기타 최근의 방법들은 온-다이 잉크-재순환(on-die ink-recirculation)을 통한 잉크의 마이크로-재순환(micro-recirculation)을 수반한다. 예를 들어, 하나의 마이크로-재순환 기술은 노즐을 파이어링하지 않고(즉, 턴 온 없이) 잉크 재순환을 유도하도록 서브-TOE(turn on energy) 펄스(pulses)를 노즐 파이어링 저항(nozzle firing resistors)에 적용한다. 이러한 기술은 노즐층(nozzle layer)으로의 푸들링 잉크(puddling ink)의 위험성을 포함하는 일부 문제점을 갖는다. 또 다른 마이크로-재순환 기술은 잉크 재순환을 통해 노즐 신뢰성을 향상시키도록 보조 펌프 구성요소를 실행하는 온-다이 잉크-재순환 아키텍처를 포함한다. 그러한 마이크로-재순환 아키텍처는 잉크젯 프린트헤드 내의 기포 유지 및 PIVS를 가진 문제들을 개선하는 쪽으로 크게 도움이 되지만, 재순환 아키텍처를 사용할 때 챔버 내 잉크 혼합에 의해 완전히 영향을 받지는 않는 노즐 보어 영역 내 일부 데드 볼륨(dead volume)이 대개 여전히 존재한다. 따라서, 노즐 보어 영역 내 점성 잉크 플러그 및/또는 크러스팅의 문제가 지속될 수 있다.
본 내용의 실시예는, 전반적으로 프린트 헤드 노즐로부터 분사되는 유체 드롭(fluid drop)에 에너지 부스트(energy boost)를 제공하도록 마이크로-재순환 아키텍처 내 펌프 구성요소를 사용함으로써, 점성 잉크 플러그 및 크러스팅의 문제점들에 대한 이전의 해결책을 개선한다. 에너지 부스트는 드롭 볼륨 및 속도를 상승시켜, 노즐 보어 영역 내 크러스팅 및/또는 점성 잉크 플러그를 극복하도록 돕는다. 재순환 펌프 구성요소 및 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 단계의 시간(timing) 및 시퀀스(sequencing)는 에너지 부스트를 달성하도록 서로에 관하여 제어 가능하다. 점성 잉크 플러그 및 크러스트 제거를 위한 드롭 분사 구성요소에 대한 마이크로-재순환 펌프 구성요소의 제어된 활성화는 마이크로-재순환 아키텍처의 사전 기능(prior functionality)을 강화하여, 서비스 및 준비(priming) 동안의 감소된 잉크 소비, 개선된 디캡(decap) 시간, 기포 유지, PIVS의 예방을 포함한다.
일 실시예에서, 유체 분사 어셈블리(fluid ejection assembly)는 유체 슬롯(fluid slot), 재순환 채널(recirculation channel), 및 상기 재순환 채널 내의 드롭 분사(drop ejection) 요소를 포함한다. 펌프 구성요소는 상기 재순환 채널을 통하여 상기 유체 슬롯 안으로 그리고 밖으로 유체(예를 들어, 잉크)를 펌핑하도록 구성된다. 상기 드롭 분사 구성요소와 관련된 제 1의 자체 주소를 가진 드라이브 회로(addressable drive circuit) 및 상기 펌프 구성요소와 관련된 제 2 의 자체 주소를 가진 드라이브 회로는 상기 드라이브 회로들은 상기 드롭 분사 구성요소 및 상기 펌프 구성요소를 동시에 구동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유체 분사 어셈블리를 작동시키는 방법은 유체 분사 어셈블리의 유체 재순환 채널 내에서, 드롭 분사 구성요소를 활성화시켜 드롭 발생기로부터 유체 드롭(fluid drop)을 분사하는 단계, 및 펌프 구성요소를 활성화시킴으로써 상기 유체 드롭에 분사 에너지를 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 분사 에너지를 증가시키는 단계는 상기 펌프 구성요소를 먼저 활성화시키는 단계, 및 상기 펌프 구성요소를 활성화시키는 프로그램가능 시간 간격(programmable time interval) 내에서 상기 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 유체 분사 디바이스는 재순환 채널 내에 드롭 분사 구성요소 및 펌프 구성요소를 구비하는 유체 분사 어셈블리, 전자 컨트롤러, 및 상기 전자 컨트롤러 상에서 실행되어 상기 펌프 구성요소를 활성화하는 시간 간격 내에서 상기 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 드롭 에너지 부스트 모듈(drop energy boost module)을 포함한다.
이제 예시에 의해, 첨부된 도면들을 참조하여, 실시예들이 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라, 유체 분사 어셈블리를 포함하기에 알맞은 잉크젯 프린팅 시스템으로서 구현된 액체 분사 디바이스를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따라, 드롭 발생기 및 출구 채널을 통해 잘린 유체 분사 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따라, 유체 펌프 구성요소 및 입구 채널을 통해 잘린 유체 분사 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따라, 단일 재순환 채널 및 펌프 구성요소, 및 단일 분사 요소를 구비한 유체 분사 어셈블리 내 마이크로-재순환 아키텍처의 부분적 탑-다운 뷰(top-down viwe)를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따라, 각각의 재순환 채널을 가지는 복수의 분사 요소 및 단일 펌프 구성요소를 구비한 유체 분사 어셈블리 내 마이크로-재순환 아키텍처의 부분적 탑-다운 뷰를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따라, 유체 분사 어셈블리의 기판상의 추가 집적 회로를 예시하는 블록 다이어그램을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따라, 각 개별 펌프 구성요소를 지지하는 전용 드라이브 회로를 가진 유체 분사 어셈블리의 기판상의 추가 집적 회로를 예시하는 블록 다이어그램을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라, 본 명세서에 공개되는 바와 같이, 유체 분사 어셈블리를 포함하기에 알맞은 잉크젯 프린팅 시스템(100)으로서 구현된 액체 분사 디바이스를 도시한다. 이 실시예에서, 유체 분사 어셈블리는 유체 드롭 토출 프린트헤드(fluid drop jetting printhead)(114)로서 제시된다. 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102), 잉크 공급 어셈블리(104), 마운팅 어셈블리(106), 미디어 전송 어셈블리(108), 전자 프린터 컨트롤러(110), 및 잉크젯 프린팅 시스템(100)의 다양한 전기 구성요소로 전력을 제공하는 적어도 하나의 전력 공급기(112)를 포함한다. 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 적어도 하나의 유체 분사 어셈블리(114) (프린트헤드 114)를 포함하는데, 이 유체 분사 어셈블리는 프린트 매체(118) 상으로 프린트하기 위해 복수의 구멍 또는 노즐(116)을 통해 프린트 매체(118)를 향하여 잉크 드롭을 분사한다. 프린트 매체(118)는 페이퍼, 카드 스톡(card stock), 슬라이드(transparencies), 마일러(Mlyar) 등과 같은 적합한 롤재(roll material) 또는 시트 중 임의의 종류이다. 전형적으로 노즐(116)은 하나 이상의 컬럼(columns) 또는 어레이(arrays)에 배열되는데, 이는 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102) 및 프린트 매체(118)가 서로 관련하여 움직임에 따라 노즐(116)로부터 적절히 시퀀스된 잉크 분사가 캐릭터, 심볼, 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지가 프린트 매체(118) 상에 프린트 되도록 한다.
잉크 공급 어셈블리(114)는 프린트헤드 어셈블리(102)로 유체 잉크를 공급하고 잉크를 저장하는 저장소(reservior)(120)를 포함한다. 잉크는 저장소(120)로부터 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)로 흐른다. 잉크 공급 어셈블리(104) 및 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 단방향(one-way) 잉크 전달 시스템 또는 매크로-재순환(macro-recirculating) 잉크 전달 시스템 중 하나를 형성할 수 있다. 단방향 잉크 전달 시스템에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)로 공급된 모든 잉크는 실질적으로 인쇄하는 동안 소비된다. 그러나, 매크로-재순환 잉크 전달 시스템에서는, 프린트헤드 어셈블리(102)에 공급되는 잉크의 일부만이 인쇄하는 동안 소비된다. 인쇄하는 동안 소비되지 않는 잉크는 잉크 공급 어셈블리(104)로 반환된다.
일 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102) 및 잉크 공급 어셈블리(104)는 잉크젯 카트리지 또는 펜(pen) 안에 함께 하우징(housed)된다. 다른 실시예에서, 잉크 공급 어셈블리(104)는 잉크젯 프린트헤드 어셈블리로부터 떨어져 있고 공급 튜브와 같은 인터페이스 연결을 통해 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)로 잉크를 공급한다. 어느 하나의 실시예에서, 잉크 공급 어셈블리(104)의 저장소(120)는 제거, 교체, 및 재충전될 수 있다. 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102) 및 잉크 공급 어셈블리(104)가 잉크젯 카트리지 내에 함께 하우징된 일 실시예에서, 저장소(120)는 카트리지 내에 위치된 지역 저장소(local reservoir)뿐만 아니라 카트리지에서 분리되어 위치된 더 큰 저장소도 포함한다. 분리된, 더 큰 저장소는 지역 저장소를 재충전하는 역할을 한다. 따라서, 분리된, 더 큰 저장소 및/또는 지역 저장소는 제거, 교체, 및/또는 재충전될 수 있다.
마운팅 어셈블리(106)는 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)를 매체 전송 어셈블리(108)에 관련하여 배치하고, 매체 전송 어셈블리(108)는 프린트 매체(118)를 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)에 대하여 배치한다. 따라서, 프린트 구역(print zone)(122)은 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)와 프린트 매체(118) 사이의 영역에 노즐(116) 근처에 정의된다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 스캐닝(scanning) 타입의 프린트헤드 어셈블리이다. 이와 같이, 마운팅 어셈블리(106)는 프린트 매체(118)를 스캔하기 위하여 매체 전송 어셈블리(108)에 대하여 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)를 이동시키기 위해 캐리지(carriage)를 포함한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 비스캐닝(non-scanning) 타입의 프린트헤드 어셈블리이다. 이와 같이, 마운팅 어셈블리(106)는 앞서 설명한 위치에서 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)를 매체 전송 어셈블리(108)에 관련하여 고정한다. 따라서, 매체 전송 어셈블리(108)는 프린트 매체(118)를 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)에 관련하여 배치한다.
전자 프린터 컨트롤러(110)는 전형적으로 휘발성 또는 비휘발성 메모리 부품을 포함하는 하나 이상의 메모리 부품, 소프트웨어, 펌웨어, 프로세서를 포함하고, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102), 마운팅 어셈블리(106), 및 매체 전송 어셈블리(108)를 제어하고 통신하기 위한 다른 프린터 전자장치를 포함한다. 전자 컨트롤러(110)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터 데이터(124)를 수신하고, 메모리에 데이터(124)를 일시적으로 저장한다. 전형적으로, 데이터(124)는 전자, 적외선, 광학, 또는 다른 정보 전송 경로를 따라 잉크젯 프린팅 시스템(100)으로 송신된다. 데이터(12)는 예를 들어, 프린트될 파일 및/또는 문서를 나타낸다. 이와 같이, 데이터(124)는 잉크젯 프린팅 시스템(100)에 대한 프린트 작업(print job)을 형성하고 하나 이상의 프린트 작업 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터를 포함한다.
일 실시예에서, 전자 프린터 컨트롤러(110)는 노즐(116)로부터의 잉크 드롭 분사를 위해 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)를 제어한다. 따라서, 전자 컨트롤러(110)는 분사된 잉크 드롭의 패턴을 정의하여 캐릭터, 심볼, 및/또는 프린트 매체(118) 상의 다른 이미지 또는 그래픽을 형성한다. 분사된 잉크 드롭의 패턴은 프린트 작업 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 전자 컨트롤러(110)는 컨트롤러(110)의 메모리 상에 저장된 에너지 부스트 모듈(126)을 포함한다. 부스트 모듈(126)은 유체 분사 어셈블리(114) 내의 노즐 분사 요소 및 펌프 구성요소의 활성화 시퀀스(activation sequence), 뿐만 아니라 그러한 활성화들 사이의 시간 간격을 제어하도록 전자 컨트롤러(110) 상에서 (즉, 컨트롤러(110)의 프로세서) 실행한다. 그러므로, 부스트 모듈(126)은 프로그램가능 구성요소 시퀀스 컴포넌트(programmable element sequence component) 및 프로그램가능 시간 간격 컴포넌트(programmable time interval component)를 포함한다.
일 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 하나의 유체 분사 어셈블리(프린트헤드)(114)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 와이드 어레이 또는 멀티-헤드 프린트헤드 어셈블리이다. 와이드 어레이 실시예의 경우, 잉크젯 프린트헤드 어셈블리(102)는 유체 분사 어셈블리(114)를 수반하는 캐리어(carrier)를 포함하고, 유체 분사 어셈블리(114) 및 전자 컨트롤러(110) 사이의 전기 통신을 제공하고, 및 유체 분사 어셈블리(114) 및 잉크 공급 어셈블리(104) 사이의 유체 통신(fluidic communication)을 제공한다.
일 실시예에서, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 드롭-온-디맨드 서멀 버블 잉크젯 프린팅 시스템(a drop-on-demand termal bubble inkjet printing system)인데, 여기서 유체 분사 어셈블리(114)는 서멀 잉크젯(TIJ: thermal inkjet) 프린트헤드이다. 서멀 잉크젯 프린트헤드는 잉크 챔버 내의 열 저항 분사 요소(thermal resistor ejection element) 실행하여 잉크를 기화시키고 노즐(116) 밖으로 다른 유체 드롭 또는 잉크에 힘을 가하는 버블을 생성한다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따라, 유체 분사 어셈블리(114)의 단면도를 도시한다. 도 2는 드롭 생성기(drop generator) 및 출구 채널(outlet channel)을 통해 잘린 유체 분사 어셈블리(114)의 단면도를 도시하는 반면, 도 3은 유체 펌프 구성요소 및 입구 채널을 통해 잘린 유체 분사 어셈블리(114)의 단면도를 도시한다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 유체 분사 어셈블리(114) 내의 마이크로-재순환 아키텍처(micro-recirculation architectures)의 부분적 탑-다운 뷰(top-down view)를 도시한다. 도 4는 각 분사 요소(216)로 유체를 순환시키는 펌프 구성요소(206) 및 단일의 재순환 채널이 있는 실시예를 예시한다. 도 5는 두 개의 각 재순환 채널을 통하여 두 개의 분사 요소(216)로 유체를 순환시키는 단일의 펌프 구성요소(206)가 있는 실시예를 예시한다. 이러한 실시예들은 예시로서만 도시된 것이고, 펌프 구성요소(206) 당 더 많은 개수의 재순환 채널 및 분사 요소(216)를 포함하는 다른 실시예가 가능하다.
도 2, 3, 4, 및 5를 전반적으로 참조하면, 유체 분사 어셈블리(114)는 내부에 형성된 유체 슬롯(fluid slot)(202)을 갖는 기판(200)을 포함한다. 유체 슬롯(202)은 유체 저장소(120)와 같은 유체 공급(미도시)과의 유체 통신 내에 있는 도 2의 수평면으로 연장하는 길쭉한 슬롯(an elongated slot)이다. 일반적으로, 유체 슬롯(202)으로부터의 유체는, 유체 펌프 구성요소(206)에 의해 유도된 흐름(flow)에 기초하여, 드롭 발생기(204)를 통해 순환한다. 도 2 내지 5에서 검은색 방향 화살표들(black direction arrows)에 의해 표시된 바와 같이, 펌프 구성요소(206)는 유체 재순환 채널을 통해 유체 슬롯(202)으로부터 유체를 펌핑한다. 재순환 채널은 입구 채널(inlet channel)(208), 연결 채널(connection channel)(210), 및 출구 채널(outlet channel)(212)을 포함한다. 재순환 채널은 유체 슬롯(202)에서 시작하고 처음에 펌프 구성요소(206)가 들어있는 입구 채널(208)을 통해 흐르는데, 이 펌프 구성요소는 일반적으로 재순환 채널의 시작(beginning of the recirculation)을 향하여 위치한다. 그 이후, 재순환 채널은 연결 채널(210)을 통해 계속된다. 그리고 나서 재순환 채널은 드롭 발생기(204)가 들어있는 출구 채널(212)을 통해 흐르고, 유체 슬롯(202)으로 되돌아가는 것으로서 완성된다. 연결 채널(210)을 통과하는 흐름의 방향은 도 3에서 가위표를 한 원(수평면으로 들어가는 흐름), 및 도 2에서 점을 가진 원(수평면 밖으로 나오는 흐름)에 의해 표시된다. 하지만, 이러한 흐름 방향은 예시로써만 도시된 것이고, 다양한 펌프 구성에서, 특정 단면도가 유체 분사 어셈블리(114)의 어디를 통해 잘린 것인지에 따라, 방향은 뒤바뀔 수 있다.
도 2 내지 5를 다시 참조하면, 입구 채널(208) 내 유체 펌프 구성요소(206)의 정확한 위치는 다소 서로 다를 수 있지만, 어떤 경우에, 재순환 채널 길이의 중심점에 대하여 비대칭적으로 위치될 것이다. 예를 들어, 재순환 채널의 대략적 중심점은 도 2 내지 5의 연결 채널(210) 내의 어딘가에 위치되는데, 이는 재순환 채널이 유체 슬롯(202) 내 "A" 지점에서 시작하고, 입구 채널(208), 연결 채널(210), 및 출구 채널(212)을 통해 연장하여, 그 이후 유체 슬롯(202) 내 "B" 지점에 돌아와서 끝나기 때문이다. 그러므로, 입구 채널(208) 내 유체 펌프(206)의 비대칭적인 위치는 펌프(206)와 유체 슬롯(202) 사이의 재순환 채널의 짧은 측면(short side)을 생성하고, 펌프(206)로부터 출구 채널(212)을 통하여 유체 슬롯(202)으로 연장하는 재순환 채널의 긴 측면(long side)을 생성한다. 재순환 채널의 짧은 측면에서 유체 펌프(206)의 비대칭적인 위치는 재순환 채널 내에서의 유체 다이오디시티(diodicity)에 대한 기반인데, 이 유체 다이오디시티는 검은색 방향 화살표로 표시된 바와 같이, 출구 채널(212) 및 재순환 채널의 긴 측면을 향하여 순방향(forward direction)으로 총 유체 흐름을 야기한다.
드롭 발생기(204)는 유체 슬롯(202)의 어느 하나의 측면 상에 배열되고 도 2의 수평면으로 연장하는 슬롯 길이를 따라 배열된다. 각 드롭 발생기(204)는 노즐(116), 분사 챔버(214), 및 챔버(214) 내에 배치된 분사 요소(216)를 포함한다. 드롭 발생기(204)(즉, 노즐(116), 챔버들(214), 및 분사 요소들(216))는 프리미티브(primitives)(700)(도 6)로 언급된 그룹으로 구성되는데, 여기서 각 프리미티브(600)는 인접한 분사 요소(216)의 그룹을 포함한다. 프리미티브(600)는 일반적으로 12개 드롭 발생기(204)의 그룹을 포함하지만, 6개, 8개, 10개, 16개 등과 같이 상이한 개수를 포함할 수 있다.
분사 요소(216)는 열 저항기 또는 압전 액추에이터와 같은, 대응(corresponding) 노즐(116)을 통하여 유체 드롭 분사하도록 작동할 수 있는 임의의 디바이스 일 수 있다. 예시의 실시예에서, 분사 요소(216) 및 유체 펌프(206)는 기판(200)의 상단 표면상에 산화물층(oxide layer)(218)으로 형성된 열 저항기 및 산화물층(218)의 상단에 도포된 박막 스택(thin film stack)(220)이다. 박막 스택(220)은 일반적으로, 산화물층, 분사 요소(216) 및 펌프(206)를 정의하는 금속층(metal layer), 도전성 트레이스(conductive traces), 및 패시베이션층(passivation layer)을 포함한다. 유체 펌프(206)가 열 저항기 요소로 논의되었으나, 다른 실시예들에서는 유체 분사 어셈블리(114)의 입구 채널(208) 내에 적절히 배치될 수 있는 다양한 종류의 펌핑 구성요소들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서 유체 펌프(206)는 압전 액추에이터 펌프, 정전 펌프(electrostatic pump), 전기 수력학적 펌프(electro hydrodynamic pump) 등으로 구현될 수 있다.
또한, 기판(200)의 상단 표면상에 형성된 것은 각 분사 요소(216) 및 유체 펌프 구성요소(206)를 선택적으로 활성화하기 위한 추가 집적 회로(222)이다. 추가 회로(222)는 예를 들어, 각 분사 요소(216)와 관련된 전계 효과 트랜지스터(FET: field-effect transistor)와 같은 드라이브 트랜지스터를 포함한다. 각 분사 요소(216)는 각 분사 요소(216)에 대한 개개의 활성화가 가능하도록 하는 전용 드라이브 트랜지스터를 갖는 반면, 각 펌프(206)는 일반적으로 개별적으로 활성화될 필요가 없기 때문에 전용 드라이브 트랜지스터를 갖지 않을 수 있다. 더 정확히 말하면, 단일 드라이브 트랜지스터가 전형적으로 펌프(206) 그룹을 동시에 작동시킨다. 또한, 유체 분사 어셈블리(102)는 노즐(108)을 구비한 노즐층(226)으로부터 기판(200)을 분리하는 챔버(214) 및 벽을 구비한 챔버층(224)을 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예를 따라, 유체 분사 어셈블리(114)의 기판(200)상의 추가 집적 회로(222)를 예시하는 블록 다이어그램을 도시한다. 유체 분사 어셈블리(114) 내 추가 집적 회로(222)는 전자 컨트롤러(110)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 펌프 구성요소(206) 및 분사 요소(216)를 활성화하도록 구성된, 개별적으로 자체 주소를 가진 (예를 들어, 주소 A1 - A14) 드라이브 회로(addressable drive circuit)(602)를 포함한다. 자체 주소를 가진 드라이브 회로(602)는 노즐 분사 요소(216)의 활성화를 제어하는 노즐 분사 요소 드라이브 회로(nozzle ejector element drive circuits)(602A), 및 펌프 구성요소(206)의 활성화를 제어하는 펌프 구성요소 드라이브 회로(602B)를 포함한다. 도 6의 실시예에서, 프리미티브(600)는 2개 펌프 구성요소(206) 및 분사 요소(216)를 가지는 12개 노즐을 포함한다. 이러한 배열에서, 각 펌프 구성요소(206)는 도 5 실시예에 도시된 것과 유사한 방식으로 6개 각 재순환 채널을 통해 6개 분사 요소(216)로 유체를 순환시킨다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 유체 분사 어셈블리(114)의 기판(200) 상의 추가 집적 회로(222)를 예시하는 블록 다이어그램을 도시하는 것으로, 여기서 전용 드라이브 회로(예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 드라이브 트랜지스터)는 각 개별 펌프 구성요소(206)를 지원(support)한다. 이 실시예에서, 프리미티브(600) 당 8개 분사 요소(216) 및 8개 펌프 구성요소(206)가 있다. 이 배열에서, 각 펌프 구성요소(206)는, 앞서 논의된 도 4의 실시예에 도시된 것과 유사한 방식으로, 단일 재순환 채널을 통해 단일 분사 요소(216)로 유체를 순환시킨다.
이제 도 6 및 7을 참조하고, 도 1에 관하여 위에서 기재된 바와 같이, 부스트 모듈(126)은 전자 컨트롤러(110)의 하나 이상의 프로세싱 부품 상에서 실행가능하여, 유체 분사 어셈블리(114) 내의 펌프 구성요소(206) 및 노즐 분사 요소(216)의 활성화 시퀀스를 제어하고, 그러한 활성화 사이의 시간 간격(time interval)을 제어한다. 그러한 제어는 노즐(116)로부터 분사될 유체 드롭으로 추가 에너지 전달(transmission)이 가능하도록 하는데, 이는 노즐(116) 내 발생할 수 있는 크러스트 및/또는 점성 잉크 플러그를 극복하는데 도움이 된다. 부스트 모듈(126)은 전자 컨트롤러(110)가 개별적으로 자체 주소를 가진 드라이브 회로(602)(즉, 602A 및 602B)를 제어할 수 있도록 프로그램가능 "구성요소 시퀀스(element sequence)" 컴포넌트 및 "시간 간격" 컴포넌트를 포함한다. 그러므로, 개별적으로 자체 주소를 가진 드라이브 회로(602)를 통하여, 부스트 모듈(126)은 전자 컨트롤러(110)가 관련 펌프 구성요소(206), 및 프리미티브(600) 내 노즐 분사 요소(216)의 활성화 시퀀스를 조정할 수 있도록 한다. 추가적으로, 분사 요소(216) 및 펌프 구성요소(206)의 활성화 사이의 시간 간격은 정확하게 제어될 수 있다.
전반적으로, 노즐(116)에서 발생해 온 크러스트 및/또는 점성 잉크 플러그를 극복할 유익한 드롭 에너지 부스트를 달성하기 위해, 펌프 구성요소(206)는, 관련 노즐 분사 요소(216)를 활성화하기 바로 전에 또는 관련 노즐 분사 요소(216)를 활성화하는 것과 동시에 활성화된다. 펌프 구성요소(206)를 활성화하는 것은, 추가 에너지 부스트(additional boost of energy)를 분사 요소(216)가 활성화될 때 생성된 유체 드롭에 전달하는 재순환 채널 내의 유체 이동(fluidic movement)을 야기한다. 일 실시예에서, 시간 간격의 유익한 값(beneficial value)은 2마이크로-초 또는 더 작은 값이다. 그러므로, 도 6의 실시예를 참조하여, 전자 컨트롤러(110)는 주소 "A1"의 드라이브 회로 602B와 같은, 펌프 구성요소 드라이브 회로(602B)로 활성화 신호를 제공하고, 그 후에 얼마 안 되어(즉, 2마이크로-초이내) 주소 "A5"의 드라이브 회로 602A와 같은, 노즐 분사 드라이브 회로(602A)로 활성화 신호를 제공한다. 도 7 실시예에서, 어떤 펌프 구성요소(206)가 어떤 노즐 분사 요소(216)와 관련되는지에 의존하여, 주소 "A1"의 펌프 구성요소 드라이브 회로(602B)로의 활성화 신호 다음에 "A9"와 같은 주소의 노즐 분사 드라이브 회로(602A)로의 활성화 신호가 이어진다는 것을 유의하자. 또 다른 예시의 실시예에서, 시간 간격은 0이다. 그러므로, 도 6 및 도 7 모두를 참조하면, 전자 컨트롤러(110)는 펌프 구성요소 드라이브 회로(602B)(예를 들어, 주소 "A2"에서)로 및 분사 요소 드라이브 회로(602A)(예를 들어, 주소 "A13"에서)로 활성화 신호를 동시에 제공하여, 펌프 구성요소(206) 및 관련 분사 요소(216)의 동시 활성화를 유발한다. 펌프 구성요소(206) 및 관련 분사 요소(216)의 동시 활성화는 유익한 드롭 에너지 부스트를 달성되도록 또한 제시되었다.
시간 간격에 관한 특정 예시들이 논의되었으나, 유익한 드롭 에너지 부스트는 또한 노즐 분사 요소(216) 및 펌프 구성요소(206) 활성화 사이에 다른 시간 간격을 사용하여 달성될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 2마이크로-초보다 크거나 작은 시간 간격이 고려될 수 있다. 그러한 시간 간격은 유체 분사 어셈블리(114)의 마이크로-재순환 아키텍처 내에서 가능한 다양한 치수적 형상(dimensional geometries)상에서 적어도 부분적으로는 의존한다.
100: 잉크젯 프린팅 시스템
102: 프린트헤드 어셈블리
104: 잉크 공급 어셈블리
106: 마운팅 어셈블리
108: 매체 전송 어셈블리
110: 전자 컨트롤러
112: 전력 공급기
114: 유체 분사 어셈블리
116: 노즐
118: 매체
120: 저장소
122: 프린트 구역
124: 호스트로부터의 데이터
126: 에너지 부스트 모듈

Claims (15)

  1. 유체 슬롯(a fluid slot),
    재순환 채널(a recirculation channel),
    상기 재순환 채널 내의 드롭 분사 구성요소(a drop ejection element),
    상기 재순환 채널을 통하여 상기 유체 슬롯 안으로 그리고 밖으로 유체를 펌핑하는 펌프 구성요소,
    상기 드롭 분사 구성요소와 관련된 제 1의 자체 주소를 가진 드라이브 회로(a first addressable drive circuit), 및 상기 펌프 구성요소와 관련된 제 2의 자체 주소를 가진 드라이브 회로 - 상기 드라이브 회로들은 상기 드롭 분사 구성요소 및 상기 펌프 구성요소를 동시에 구동할 수 있음 - 를 포함하는
    유체 분사 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 회로들은 컨트롤러로부터 신호들을 수신하고 서로의 프로그램된 시간 간격(a programmed time interval)에서 상기 드롭 분사 구성요소 및 상기 펌프 구성요소를 활성화시키는
    유체 분사 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 분사 어셈블리는 복수의 재순환 채널들을 포함하되, 각 재순환 채널은 드롭 분사 구성요소를 포함하고 각 드롭 분사 구성요소는 별도의 자체 주소를 가진 드라이브 회로를 구비하는
    유체 분사 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 분사 어셈블리는 드롭 발생기(a drop generator)를 더 포함하되, 상기 드롭 발생기는 상기 드롭 분사 구성요소 및 파이어링 챔버(a firing chamber)를 포함하는
    유체 분사 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 구성요소 및 상기 펌프 구성요소는 열 저항기(a thermal resistor) 및 압전 액추에이터(a piezoelectric actuator)로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    유체 분사 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 재순환 채널은
    입구 채널(an inlet channel),
    출구 채널(an outlet channel), 및
    연결 채널(a connection channel)을 포함하는
    유체 분사 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구 채널은 상기 펌프 구성요소를 포함하고, 상기 출구 채널은 상기 드롭 분사 구성요소를 포함하는
    유체 분사 어셈블리.
  8. 유체 분사 어셈블리의 유체 재순환 채널 내에서,
    드롭 분사 구성요소를 활성화시켜 드롭 발생기로부터 유체 드롭(fluid drop)을 분사하는 단계, 및
    펌프 구성요소를 활성화시킴으로써 상기 유체 드롭에 분사 에너지를 증가시키는 단계를 포함하는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분사 에너지를 증가시키는 단계는
    상기 펌프 구성요소를 먼저 활성화시키는 단계, 및
    상기 펌프 구성요소를 활성화시키는 프로그램가능 시간 간격(a programmable time interval) 내에서, 상기 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 단계를 포함하는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로그램가능 시간 간격은 0이어서, 상기 드롭 분사 구성요소 및 상기 펌프 구성요소가 동시에 활성화되는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로그램가능 시간 간격은 2 마이크로-초(two micro-seconds)이어서, 상기 드롭 분사 구성요소는 상기 펌프 구성요소가 활성화된 후 2 마이크로-초보다 작은 시간 내에 활성화되는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 단계는 상기 드롭 분사 구성요소와 관련된 자체 주소를 가진 분사 드라이브 회로에서 활성화 신호(an activation signal)를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 펌프 구성요소를 활성화시키는 단계는 자체 주소를 가진 펌프 드라이브 회로에서 활성화 신호를 수신하는 단계를 포함하는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 활성화 신호를 수신하는 단계들은, 상기 펌프 구성요소를 활성화하는 단계 및 상기 드롭 분사 구성요소를 활성화시키는 단계 사이의 시간의 양(an amount of time)을 제어하기 위한 프로그램가능 시간 간격을 구비한 드롭 에너지 부스트 모듈(a drop energy boost module)을 실행하는 컨트롤러로부터 활성화 신호를 수신하는 단계를 포함하는
    유체 분사 어셈블리 작동 방법.
  14. 재순환 채널 내에 드롭 분사 구성요소 및 펌프 구성요소를 구비하는 유체 분사 어셈블리,
    전자 컨트롤러, 및
    상기 펌프 구성요소를 활성화하는 시간 간격 내에서 상기 드롭 분사 구성요소를 활성화하도록 상기 전자 컨트롤러 상에서 실행가능한 드롭 에너지 부스트 모듈(a drop energy boost module)을 포함하는
    유체 분사 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자 컨트롤러가 상기 시간 간격을 조정(adjust)할 수 있도록 하는 상기 부스트 모듈의 프로그램가능 시간 간격 컴포넌트(a programmable time interval component), 및
    상기 전자 컨트롤러가 노즐 프리미티브(a nozzle primitive) 내에서 드롭 분사 구성요소의 활성화 시퀀스(activation sequence)를 조정할 수 있도록 하는 상기 부스트 모듈의 프로그램가능 구성요소 시퀀스 컴포넌트(a programmable element sequence component)를 포함하는
    유체 분사 디바이스.
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