KR960014061B1 - 고밀도 잉크 분사 프린트헤드 - Google Patents

고밀도 잉크 분사 프린트헤드 Download PDF

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KR960014061B1
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알. 피에스 존
비. 월리스 데이비드
제이. 하야스 도날드
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콤파크 컴퓨터 코오포레이숀
제이. 데이비드 카벨로
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Abstract

내용 없음.

Description

고밀도 잉크 분사 프린트헤드
제1도는 연속 분사형 잉크 분사 프린트헤드를 개략적으로 도시한 도면.
제2도는 드롭-온 디맨드(drop-on-demand : 요청시에만 분사시키는)형 잉크 분사 프린트헤드를 개략적으로 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 따른 잉크 분사 프린트헤드의 개략 투시도.
제4도는 제3도의 선 4-4에 따라 절취한 잉크 분사 프린트헤드의 부분확대 횡단면도로서 그 잉크 분사 프린트헤드의 평행 채널 어레이를 도시한 도면.
제5도는 제3도의 잉크 분사 프린트헤드에 대한 측면도.
제6a도는 제4도의 선 6a-6a를 따라 절취한 잉크 분사 프린트헤드의 후미 부분에 대한 부분 확대 횡단면도.
제6b도는 제4도의 선 6b-6b를 따라 절취한 잉크 분사 프린트헤드의 후미 부분에 대한 부분 확대 횡단면도.
제7도는 제3도의 상체부가 제거된 잉크 분사 프린트헤드의 후미 부분에 대한 부분 확대 투시도.
제8a도는 제3도의 잉크 분사 프린트헤드에 대한 편향되지 않은 단일 작동기 측벽의 정면도.
제8b도는 제8a도의 편향된 후의 단일 작동기 측벽의 정면도.
제9a도는 제3도의 전방벽이 제거되고 평행 채널 어레이의 작동기 측벽이 편향된 후의 다른 실시예에 대한 잉크 분사 프린트헤드의 정면도.
제9b도는 제9a도의 잉크 분사 프린트헤드에 대한 부분 확대 정면도.
제9c도는 제9b도의 측벽 구조에 대한 정전계 변위 분석을 그래프 형태로 도시한 도면.
제10a도는 제8a도에서 도시한 편향되지 않은 작동기 측벽에 대한 제2실시예의 정면도.
제10b도는 편향된 후의 제10a도의 작동기 측벽에 대한 정면도.
제11a도는 제8a도에서 도시한 편향되지 않은 작동기 측벽에 대한 제3실시예의 정면도.
제11b도는 편향된 후의 제11a도의 작동기 측벽에 대한 정면도.
제12a도는 제9a도에서 도시한 편향되지 않은 작동기 측벽에 대한 제4실시예의 정면도.
제12b도는 편향된 후의 제12a도의 작동기 측벽에 대한 정면도.
제13a도는 제8c도에서 도시한 편향되지 않은 작동기 측벽에 대한 제5실시예의 정면도.
제13b도는 편향된 후의 제13a도의 작동기 측벽에 대한 정면도.
제14도는 제3도의 선 14-14를 따라 절취한 또다른 실시예의 잉크 분사 프린트헤드에 대한 부분 횡단면도.
제15a도는 제3도에서 도시한 추가의 또다른 실시예의 잉크 분사 프린트헤드에 대한 부분 횡단면도.
제15b도는 제15a도의 전방벽이 제거되고 평행 채널 어레이 작동기 측벽이 편향 순서에 따라 제1편향된 후 잉크 분사 프린트헤드의 제2평면도.
제15c도는 편향 순서에 따라 제2편향된 후의 제15b도의 잉크 분사 프린트헤드를 도시한 도면.
제15d도는 편향 순서에 따라 제3 향된 후의 제15b도의 잉크 분사 프린트헤드를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 잉크 분사 프린트헤드 12 : 본체부
14 : 중간체부 16 : 상체부
18 : 압력실 또는 채널 22 : 다기관
25 : 잉크 소스 28 : 측벽 작동기
30 : 제1측벽부 32 : 제2측벽부
36,38 : 금속 전도 표면 40 : 제1전도 접착층
44 : 제2전도 접착층 48 : 블록
50 : 제어기
본 발명은 고밀도 잉크 분사 프린트헤드에 관한 것으로, 특히 누화 감소 동작을 위해 구성된 다중 채널, 측벽 작동 고밀도 잉크 분사 프린트헤드에 관한 것이다.
프린터에는 영구적 기록을 판독 가능한 형태로 출력시키는 수단이 마련되어 있다. 통상 프린팅 기술은 충돌식 프린팅(impact printing) 또는 비충돌식 프린팅 기법으로 분류될 수 있다. 충돌식 프린팅 기법에서는 잉크가 함유된 리본을 용지의 지면 근방에 배치하여 그 지면과 충돌시킴으로써 화상(image)이 형성된다. 이러한 충돌식 프린팅 기법은 아울러 상기 형성된 문자 프린팅(formed0character printing) 또는 매트릭스 프린팅(matrix printing) 기법으로 분류될 수 있다. 상기 형성된 문자 프린팅 기법에 있어서는 리본과 충돌하여 화상을 생성하는 요소가 소망 문자의 양각의 미러 화상(raised mirror image)으로 이루어진다. 여기서 문자들은 구비된 와이어를 리본에 충돌시킴으로써 생성된 일련의 밀접하게 이격된 도트(dot)로서 형성되는데, 상기 구비된 와이어를 선택적으로 충돌시킴으로써 도트 매트릭스에 의해 나타날 수 있는 어떠한 문자도 생성될 수 있다.
비충돌식 프린팅 기법은 보다 고속의 프린팅 속도를 제공할 뿐만 아니라 그래픽 및 반색조 화상을 프린팅함에 있어서 보다 나은 적응성을 제공한다는 점에서 종종 충격식 프린팅 기법 보다 우수한 것으로 여겨지고 있다. 이 비충돌식 프린팅 기법은 매트릭스 프린팅 기법과, 정전식 프린팅 기법 및 전자 사진식 프린팅 기법을 포함한다. 매트릭스 프린팅 기법의 경우, 전기 펄스에 의해 와이어가 선택적으로 가열되는데 이때 발생된 열은 용지 시이트, 대개 특수 처리된 용지상에 부호 표시가 나타나게 된다. 또 정전식 프린팅 기법에 있어서는 프린팅 소자 및 전도성 용지간의 전기 아아크가 그 용지상의 불투명 코팅을 벗겨지게 함으로써 대비 칼라인 하부층에 노출되게 한다. 끝으로, 전자 사진식 프린팅 기법에서는 광전도성 소자가 레이저와 같은 광원을 사용해서 선택적으로 대전된다. 이 대전된 영역에 분말 토너가 흡인되어 용지 시이트와 접촉 배치될 때, 상기 분말 토너가 그 지면상으로 이동한다. 이어서 상기 분말 토너가 열에 영향받아 지면상에서 녹는다.
비충돌식 프린팅 기법의 다른 예로는 일반적으로 잉크 분사식 프린팅 기법을 들 수 있다. 잉크 분사식 프린팅 시스템에서는 작은 잉크 방울을 분출하여 화상을 생성한다. 상기 장치는 재생 및 제어가능한 잉크 방울을 생성하므로 그에 따라 잉크 방울들이 디지탈적으로 기억된 화상 데이타에 의해 특정된 위치에서 프린트될 수 있다. 대부분의 상용 잉크 분사식 프린팅 시스템은 일반적으로 프린트헤드로부터 연속적으로 잉크 방울을 분출되게 하여 생성될 소망 화상에 따라 용지상에 프린트되게 하는 연속 분사형 잉크 분사식 프린팅 시스템이나 혹은 생성될 화상과 관련된 특정 명령에 응답하여 프린트헤드로부터 잉크 방울이 분출되게 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand)형 잉크 분사식 시스템으로 분류될 수 있다.
연속 분사형 잉크 분사식 프린팅 시스템은 오리피스로부터 나오는 액체 스트림으로부터 균일한 잉크 방울이 형성되는 현상에 기초한 것이다. 약 50~80미크론의 직경을 갖는 오리피스로부터 압력하에 분출되는 유체는, 예컨대 유체를 통해 전파하는 압력 진동을 초래하는 전자기 장치에 의해 잉크 분사중에 생긴 모세 파형이 확대될 경우 균일한 잉크 방울로 파괴되는 경향이 있음이 이미 판명되었다. 예를 들면 제1도에는 연속 분사형 잉크 분사 프린터(200)의 개략도가 도시되어 있는데, 여기서 펌프(202)는 잉크를 잉크 공급부(204)에서 노즐 어셈블리(206)로 펌핑시킨다. 이 노즐 어셈블리(206)는 압전 소자 구동기(210)에 의해 공급된 전압에 의해 연속 구동되는 압전 소자(208)를 포함한다. 상기 펌프(202)는 노즐 어셈블리(206)에 공급된 잉크를 노즐(212)을 통해 연속 스트림으로 분출되게 한다. 연속적으로 진동하는 압전 소자(208)는 연속 잉크 스트림이 균일한 잉크 방울을 파괴하도록 전극(214)에 의해 발생된, 종종 전하계로 일컬어지는, 정전계의 존재에 기인한 정전 전하를 얻게 하는 압력 교란을 일으킨다. 고전압 편향판(216)을 사용하면, 정전적으로 대전된 잉크 방울들중 선택된 방울의 궤적이 용지(218)의 시이트상의 소망점에 충돌하도록 제어될 수 있다. 고전압 편향판(216)은 또한 정전적으로 대전된 잉크 방울들중 선택되지 않은 방울을 용지(218)의 시이트로부터 멀어지는 쪽으로 편향시켜 재순환을 위해 저장기(220)내에 저장한다. 작은 크기의 잉크 방울과 정밀 궤적 제어에 기인하여, 연속 분사형 잉크 분사식 프린팅 시스템의 질은 상기 형성된 문자 충돌식 프린팅 시스템의 질에 접근될 수 있다. 그러나, 연속 분사형 잉크 분사 프린팅 시스템에 대한 한가지 결점은 거의 또는 전혀 프린팅이 필요치 않을 때 조차도 액체를 분사시켜야만 한다는 점이다. 이러한 요구 조건은 잉크의 질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 프린팅 시스템의 신뢰성을 저하시킨다.
이러한 문제점으로 인해, 전기적으로 유도된 압력 파형에 의한 잉크 방울의 생성에 대한 관심이 고조되어왔다. 이러한 유형의 시스템에서는 액체에 직접 또는 간접적으로 결합된 압전 물질에 전압 펄스를 가함으로써 액체의 부피 변화가 생기게 된다. 이와 같은 부피 변화는 액체내에서 압력/속도 천이를 일으키므로, 그에 따라 오리피스에서 나온 잉크 방울이 생성된다. 이 경우 잉크 방울이 요구되는 경우에만 전압이 인가되기 때문에, 이들 유형의 잉크 분사식 프린팅 시스템은 드롭-온-디맨드형 프린팅 시스템이라 불리워진다. 예컨대 제2도에는 드롭-온-디맨드형 잉크 분사 프린터가 개략적으로 도시되어 있는데, 노즐 어셈블리(306)는 저장기(도시생략)로부터 잉크를 뽑아낸다. 구동기(310)는 문자 데이타를 수신하여 그것에 따라 압전 물질(308)을 작동시킨다. 예컨대 수신된 문자 데이타가 노즐 어셈블리(306)로부터 잉크 방울을 분출되게 하는 것을 요구하는 경우, 구동기(310)가 압전 물질(308)에 전압을 가한다. 이어서 상기 압전 물질은 노즐 어셈블리로 하여금 오리피스(312)로부터 잉크 방울을 분출되게 하는 방식으로 변형된다. 그러면 분출된 방울이 용지(318)의 시이트에 충돌한다.
잉크 분사 프린터에서의 압전 물질의 사용은 주지되어 있다. 이러한 압전 물질은, 압전 물질을 가로질러 전계가 인가됨으로써 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환되어 그에 따라 압전 물질이 변형되는 압전 변환기에서 거의 대부분 사용된다. 압전 물질을 변형시키는 이러한 능력은 종종 잉크 분사 프린터의 잉크 이송 채널로부터 잉크의 분출을 행하기 위하여 사용되어 왔다. 잉크를 분출하기 위해 압전 물질의 변형 기법을 이용하는 잉크 분사식 프린터의 구조는 잉크 이송 채널을 둘러싼 관형 압전 변환기를 포함한다. 이 변환기가 전압 펄스의 인가에 의해 여기될 경우, 잉크 이송 채널이 압축되고 잉크 방울은 그 채널에서 분출된다. 예컨대, 원형 변환기를 이용하는 잉크 분사식 프린터가 Zoltan씨에게 허여된 미합중국 특허 제3,857,049호를 참조함으로써 알 수 있다. 그러나 이는 비교적 복잡한 구조의 압전 변환기 및 관련된 잉크 이송 채널로 되어 있어서, 비교적 시간 소모가 클뿐만 아니라 제조 비용이 고가이다.
잉크 분사 프린트헤드 특히 압전 작동기를 가진 잉크 분사 프린트헤드의 잉크 이송 채널(또는 분사)제조 비용을 감소시키기 위하여, 어레이(array)를 이루는 개개의 채널이 그 인접 채널들간의 간격이 비교적 작게하도록 배열되는 채널 어레이를 갖는 잉크 분사 프린트헤드를 제조하는 것이 오랫동안 소망되어 왔다. 예컨대 인접 채널이 4~8mil정도 이격된 채널 어레이를 갖는 잉크 분사 프린트헤드를 구성하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 잉크 분사 프린트헤드가 고밀도 잉크 분사 프린트헤드로서 정의된다. 잉크 이송 채널 제조 비용의 감소외에도 고채널 밀도를 갖는 잉크 분사 프린트헤드의 제조로부터 얻어지는 또다른 잇점은 프린터 속도가 빨라진다는 점이다. 그러나, 제안된 고밀도 잉크 분사 프린트헤드내의 채널들간의 매우 밀접한 간격은 그러한 프린트헤드의 제조에 있어서 오랫동안 주요 문제점이 되고 있다.
최근, 잉크 분사 프린트헤드 장치용 전단 모드 압전 변환기의 사용이 보다 일반화되고 있다. 예컨대, Fischbeck씨 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,584,592호 및 제4,825,227호에는 평행 채널 어레이 잉크 분사 프린트헤드에 대한 전단 모드 압전 변환기가 개시되어 있다. 상기 양 특허의 경우, 일련의 개방 단부를 갖는 평행한 잉크 압력실이 그들 덮개를 따라 압전 물질 시이트로 덮여있다. 이 압전 물질 시이트의 반대편에는 전극들이 제공되어 있는데, 양의 전극은 압력실을 분리시키는 수직벽상에 위치되고 음의 전극은 그 압력실 위에 위치된다. 전계가 상기 전극들 양단에 제공될 경우, 그 전계 방향과 수직 방향으로 작용되는 압전 물질이 잉크 압력실을 압축시키기 위해 전단 모드 구조의 변형을 초래한다. 그러나, 이들 구조에 있어서는 압전 물질의 대부분이 비작동 상태로 되어 있다. 또한 압전 물질의 변형 정도가 적다.
평행 채널 어레이를 가지며 잉크 이송 채널의 측벽을 구성하도록 압전물질을 이용하는 잉크 분사 프린트헤드가 Nilsson씨에게 허여된 미합중국 특허 제4,536,097호에 개시되어 있다. 이 특허에서는 평행 이격 관계로 배치된 일련의 압전 물질의 스트립에 의해 잉크 분사 채널 매트릭스가 형성되어 제1 및 제2플레이트에 의해 반대편상에 덮여진다. 상기 제1플레이트가 전도 물질로 구성되어 모든 압전 물질의 스트립에 대한 전단 전극을 형성한다. 스트립의 타측상에는 압전 물질의 스트립 쌍을 형성하는 채널을 전기적으로 접속시키기 위한 전기 접점이 사용된다. 채널을 형성하는 2개의 압전 물질의 스트립에 전압이 가해질 경우에는 그 스트립의 폭이 보다 좁아질 뿐만 아니라 그 높이가 높아지므로, 그 채널의 횡단면이 확대되어 그 채널로서 잉크가 취출될 수 있다. 또 가해진 전압이 제거될 경우에는 스트립이 원래의 형상으로 복원되고 그에 따라 채널 체적이 감소되어 잉크를 분출할 수 있게 된다.
평행 잉크 이송 채널 어레이를 가지며 채널의 수직벽에 대한 전단 모드 작동기를 형성하도록 압전 물질을 이용하는 잉크 분사 프린트헤드가 예컨대 Bartky씨 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,879,568호 및 Michaelis씨에게 허여된 미합중국 특허 제4,887,100호에서 개시되어 있는데, 이들 특허에서는 각각 어레이를 형성함에 있어서 각 채널의 전체 길이를 따라 수직벽으로 압전 물질이 사용되는 잉크 분사 프린트헤드를 개시하고 있다. 이들 구조에 있어서는 수직 채널벽은, 서로 연이어 장착되며 잉크 채널을 형성하는 상부벽 및 하부벽 사이에 끼워지는 서로 상반되게 작용하는 2개의 압전 물질편으로 구성된다. 일단 잉크 채널이 형성되면, 수직 채널벽의 전체 높이를 따라 전극이 용착된다. 압전 물질편의 작용방향과 수직인 전계가 전극들 사이에서 발생되는 경우, 상기 수직 채널은 잉크 분사 채널을 전단 모드 형태로 압축하도록 변형된다.
본 발명의 제1실시예에 있어서, 잉크 분사 프린트헤드는 그 길이를 따라 대체로 평행하게 이격되어 연장하는 일련의 평행 간격 돌출부를 갖는 베이스부와, 일련의 베이스부의 돌출부중 대응하는 돌출부의 상측부상에 전도적으로 설치된 일련의 중간부와, 각각의 일련의 중간부의 상측부에 전도적으로 설치된 상부를 포함한다. 베이스부, 중간부 및 상부에 의해, 그로부터 잉크가 분출될 수 있는 대체로 평행하고 축방향으로 연장하는 잉크-이송 채널이 형성된다. 채널을 작동하기 위해서, 상부와 중간부를 결합하는 전도성 설치부가 접지에 접속되는 한편, 양극 전압과 음극 전압이 채널의 각 측벽을 따라 중간부와 돌출부를 결합하는 전도성 설치부에 선택적으로 인가된다.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 잉크 분사 프린트헤드는 대략 U자형 작동기, U자형 작동기의 제1상부벽에 전도적으로 설치된 하부벽을 갖는 제1측벽 작동기, U자형 작동기의 제2상부벽에 전도적으로 설치된 하부벽을 갖는 제2측벽 작동기 및 제1 및 제2측벽 작동기의 상부벽에 전도적으로 설치된 하부벽을 갖는 상부를 포함한다. 신장된 액체 억류 채널을 일반적으로 U자형 작동기, 제1측벽 작동기, 제2측벽 작동기 및 상부에 의해 형성된다. 일반적으로 U자형 작동기, 제1측벽 작동기 및 제2측벽 작동기는, 제1,제2 및 제3압력 펄스를 각기 선택적으로 인가하도록 신장된 액체 억류 채널에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 제3실시예에 있어서, 잉크 분사 프린트헤드는 적어도 3개의 대체로 평행한 신장된 액체 억류 채널이 통과하여 연장되어 있는 베이스부와, 베이스부의 전방측부에 설치되며 그 안에 상응하는 수의 개구가 형성되어 있는 커버를 포함한다. 상기 개구는 커버상에 위치되어 각기 적어도 하나의 개구로 이루어진 제1,제2 및 제3의 대체로 평행한 개구열을 형성하고, 각각의 개구는 상기 채널들중 대응하는 채널과 통하도록 위치된다. 상기 제1,제2 또는 제3개구열에 대응하는 채널들은 동시에 작동되어 상기 열에 대응하는 채널들로부터 잉크 분출을 발생케 할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 목적 구성 및 작용 효과에 대해 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
다음의 상세한 설명에 있어서 구성요소에 대한 도면 부호의 병기가 다소 색다른 순서대로 부여되었는데, 이러한 순서는 본 출원명세서 및 이미 참고로 설명되었던 공동계류중인 출원들간에 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 제공키 위하여 선택되었음을 이해해야 한다.
도면을 참조하면, 설명의 편의상 필요하다고 판단되는 여러 도면에서 두께 및 기타 치수에 대해서는 확대 도시하였으며, 또 몇몇 도면을 통해 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
제3도에서는 본 발명에 따라서 구성된 잉크 분사 프린트헤드(10)가 도시되어 있다. 이 잉크 분사 프린트헤드(10)는 중간체부(14)에 정렬, 정합 및 부착되는 본체부(12)를 포함하며, 중간체부(14)는 이어서 상체부(16)에 정렬, 정합 및 부착된다. 제6a도에서 잘 알수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 실시예에서는 본체부(12)가 중간체부(14) 및 상체부(16)를 지나 후미방향으로 계속 연장되므로 그에 따라 그 상부에 잉크 분사 프린트헤드(10)에 대한 제어기(제3도에서는 볼수 없음)가 장착될 수 있는 잉크 분사 프린트헤드(10)에 대한 표면에 제공된다. 그러나 본체부(12), 중간체부(14) 및 상체부(16)가 모두 동일한 길이로 될 수 있으므로, 제어기(50)를 잉크 분사 프린트헤드(10)에 대하여 원격 배치되게 하는 것이 필요하다.
소정의 폭 및 깊이를 갖는 복수의 수직 홈이 중간체부(14) 및 본체부(12)를 통해 형성되여 복수의 압력실 또는 채널(18)(제3도에서는 볼 수 없음)을 형성하므로 그에 따라 잉크 분사 프린트헤드에 대한 채널 어레이가 제공된다. 잉크 분사 프린트헤드(10의 후미 부분 근방에는 채널(18)을 통하는 다기관(22)(제3도에서는 볼 수 없음)이 형성된다. 상기 다기관(22)은 중간체부(14) 및 상체부(16)를 통해 채널(18)과 수직인 방향으로 연장된 채널로 구성되는 것이 바람직하다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 다기관(22)은 외부 잉크 도관(46)에 연결된 잉크 소스(25)로부터 채널(18)로 잉크를 공급하기 위한 수단을 제공하기 위하여 상기 외부 잉크 도관(46)과 통한다.
계속 제3도를 참조하면, 잉크 분사 프린트헤드(10)는 전방 측부(20a) 및 후방 측부(20b)를 갖는 전방벽(20)과, 이를 통해 연장된 복수의 오리피스(26)를 추가로 포함하고 있다. 상기 전방벽(20)의 후방 측부(20b)는 각기 본체부(12), 중간체부(14) 및 상체부(16)와 정렬, 정합 및 부착되므로, 상기 각각의 오리피스(26)는 중간체부(14)에 형성된 복수의 채널(18)중 대응하는 한 채널과 통하고 그에 따라 채널(18)에 대한 잉크 분출 노즐을 제공한다. 각각의 오리피스는 대응하는 채널(18)의 단부중심에 위치되어 채널(18)에 대한 잉크 분출 노즐을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 채널(18)의 각 단부는 전방벽(20) 및 오리피스(26)를 제공할 필요없이 프린팅 과정중에 잉크 방울의 분출을 위한 오리피스로서의 기능을 할 수 있어야 한다. 아울러, 오리피스들로 구성된 오리피스 어레이(27)의 치수도 계획된 특수 잉크 분사 프린트헤드(10)의 채널요건에 따라 전방벽(20)에 대한 여러 가지 선택된 길이를 커버하도록 변화될 수 있어야 한다. 한가지 구성의 예를 들면, 오리피스 어레이(27)의 높이가 대략 0.064인치로 되고 그 길이는 대략 0.193인치로 되며, 또한 인접한 오리피스(26)의 중앙부가 대략 0.0068인치 떨어진 갈짓자 형태로 제공되는 대략 28개의 오리피스로 구성되어야 한다.
제4도를 참조하면 제3도의 선 4-4를 따라 절취한 잉크 분사 프린트헤드(10)의 부분확대 횡단면도가 도시되어 있다. 이를 통해 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기 잉크 분사 프린트헤드(10)는 중간체부(14) 및 본체부(12)의 일부를 따라 상체부로부터 수직으로 연장되고 또한 잉크 분사 프린트헤드(10)를 통해 길이 방향으로 연장된 복수의 평행하게 이격된 채널(18)을 포함한다. 상기 본체부(12) 및 상체부(16)는 비작동 물질, 예컨대 극성화되지 않은 압전 물질로 구성된다. 인접 채널(18)을 분리시키는 것은 측벽 작동기들(28)인데, 이들은 각각 제1측벽부(30) 및 제2측벽부(32)를 포함한다.
상기 제1측벽부(30)는 비작동물질, 예컨대 극성화되지 않은 압전 물질로 구성되는데, 이것은 본 발명의 양호한 실시예에서 본체부(12)와 통합적으로 형성된다. 상기 제2측벽부(32)는 압전 물질, 예컨대 채널(18)과 수직인 방향 P으로 극성화된 지르코산 티탄산 납(lead zirconate titante)(또는 PZT)로 형성된다.
각각의 제1측벽부(30)의 상부측에는 금속 전도 표면(34), 예컨대 금속 스트립이 장착된다. 마찬가지로, 금속 스트립으로 형성된 금속 전도 표면이 각각의 제2측벽부(32)의 상부 및 하부측에 장착된다. 에폭시 물질로된 제1전도 접착층(40)은 제1측벽부(30)에 장착된 금속 전도 표면(34)과 제2측벽부(32)에 장착된 금속 전도 표면(38)을 통전가능하게 부착하기 위하여 제공된다. 마지막으로, 상기 상체부(16)의 하부측에는 제2전도 접착층에 의해 제2측벽부(32)의 금속 전도 표면(36)에 통전 가능하게 장착되는 급속 전도 표면(42)이 제공된다. 이러한 방법으로, 각각의 채널이 그것의 하부를 따라 형성된 본체부(12)의 극성화되지 않은 압전 물질과, 그것의 상부를 따라 형된 전도 접착층(44)과 그리고 한쌍의 측벽 작동기(28)에 의해 형성되는 일련의 채널(18)이 제공된다. 상기 제1측벽부(30)는 제2측벽부(32)에 대해 여러 가지 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 극성화되지 않은 압전 물질로 구성된 제1측벽부(30)와 극성화된 압전 물질로 형성된 제2측벽부(32)간의 높이의 비를 1.3 대 1로 하는 경우 그 사용면에서 극히 만족스럽다는 것이 판명되었다. 게다가 제4도에서 도시된 본 발명의 실시예가 금속 전도 표면(34),(36),(38),(42)의 사용을 포함하고 있으나, 이러한 전도면의 사용은 본 발명의 실시에 악영향을 미치지 않고 생략될 수도 있다.
제5도를 참조하면, 잉크 소스(25)로부터 채널(18)에 잉크를 공급하기 위한 수단을 잘 도시하고 있는 고밀도 잉크 분사 프린트헤드(10)의 측면도가 도시되어 있다.
잉크 공급부(25)에 저장된 잉크는 외부 잉크 도관(46)을 거쳐 상체부(16)를 통해 수직으로 연장된 내부 잉크 도관(24)에 공급된다. 이 내부 잉크 도관(24)은, 본 발명의 양호한 실시예에서는 비록 그것이 상체부(16)의 중심부를 통해 연장되지만, 잉크 분사 프린트헤드(10)의 상체부(16)의 어느 곳에서든지 위치될 수 있다. 상기 내부 잉크 도관(24)을 통해 공급된 잉크는, 각각의 채널(18)과 대략 수직으로 연장되고 채널(18)과 통하는 다기관(22)으로 보내진다. 이 다기관(22)은 본 명세서에서 예시된 프린트헤드에서는 비록 그것이 상체부(16)내에 형성되어 있지만, 중간체부(14) 또는 상체부(16)내에서 형성될 수 있다. 채널(18)이 잉크 분사 프린트헤드(10)의 전체 길이를 따라 연장됨과 아울러, 합성물질로 된 블록(48)이 채널(18)의 후방 단부를 차단하므로 채널(18)에 공급된 잉크가 채널(18)의 작동시 테이퍼된(tapered) 오리피스들(26)중에 대응하는 하나의 구멍을 통해 잉크 분사 프린트헤드(10) 밖으로 분출되도록 전방 방향으로 전파된다.
제6a도는 채널(18)의 측벽을 설명하는 제3도의 선 6a-6a를 따라 취한 단면도이다. 제6a도에는 또한 분사 프린트헤드(10)의 전기 접속이 도시되어 있다. 예컨대 마이크로프로세서 또는 다른 집적 회로로 구성된 제어기(50)는 제1 및 제2측벽 작동기(30,32)를 격리하는 금속 전도 표면(34)에 전기적으로 접속된다. 제6a도에 도시된 실시예에서는 원격 위치된 제어기가 도시되어 있지만 이 제어기는 본체부(12)의 후방 연장부(12')상에 설치될 수도 있다. 제2측벽부(32)와 상체부(16)를 분리하는 각각의 금속 도체 표면(42)은 접지에 연결된다. 제6a도는 제어기(50)에 대한 단일 전도성 스트립(34)의 전기 접속 및 저지에 대한 단일 전도성 스트립(42)의 전기 접속을 도시하고 있지만, 각각의 측벽 작동기(30)는 제어기(50)에의 접속을 위해 잉크 분사 프린트헤드(10)의 후방부에서 외측으로 연장된 유사한 구성의 전도성 스트립(34) 및 접지에 연결된 유사한 구성의 전도성 스트립(42)을 구비한다는 것을 알아야 한다. 이후 상세히 설명되겠지만, 제어기(50)는 전도성 스트립(34)중 선택된 것에 일련의 양전하 및/또는 음전하를 이송함으로서 잉크 분사 프린트헤드(10)를 동작시킨다. 상체부(16) 및 본체부(12)가 비전도성이고 접착 물질층(40), 금속 전도 표면(38), 중간체부(14), 금속 전도 표면(36), 접착 불질층(44) 및 금속 전도 표면(42)이 모두 전도성일 때, 선택된 금속 전도표면(34)에 대응하는 중간체부(14) 양단간에는 전압 강하가 발생된다. 이것은 양단간에 전압 강하가 발생하는 중간체부(14)를 포함하는 측벽들이 특정 방향으로 변형되게 한다. 따라서 선택된 전압들을 각종 측벽 작동기상에 선택적으로 위치시킴으로써 채널들(18)은 선택적으로 분기(fire)되고, 즉 소정 패턴으로 잉크를 분출시키고, 이로써 소망하는 화상을 생성한다.
채널(18)을 선택적으로 분기하기 위한 펄스열(pulse sequence)의 정확한 구성은 본 발명의 교시로부터 벗어남이 없이 변화될 수 있다. 예를 들어서, 적당한 펄스열은 통합 방법 강하 형성 모델을 사용하는 드롭-온-디맨드 잉크 분사 장치의 독자 모델방법이란 명치의 윌레이스, 데이비드 비.의 논문 89-WA/FE-4(1989)를 참조하면 알 수 있다. 가장 일반적인 감각으로 보면, 측벽 작동기(28)의 펄스열은 그 측벽 작동기(28)에 의해 분기되는 채널(18)에 압력 펄스를 전하는 양극(또는 +) 세그먼트와, 작동되는 공동측벽(28)을 공유하는, 분기되는 채널(18)에 인접한 채널에 사오적인 부가 압력파를 전하는 음극(또는 -) 세그먼트로 구성된다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서, 채널(18)을 형성하는 인접 측벽 작동기(28)의 쌍의 각 측벽 작동기(28)는 전술한 양극 및 음극 전압 세그먼트를 포함한 펄스열을 갖지만, 양극 및 음극 전압 세그먼트는 상기 작동기쌍의 각각에 대한 반대의 시간 주기 동안에 인가되며, 이로써 하나 걸러서의 채널(18)이 전압 인가후에 작은 잉크 방울을 분출시키도록 +, -, +, - 전압 패턴이 형성된다. 본 발명의 제2실시예에서 제1채널을 형성하는 인접 측벽 작동기(28)의 제1쌍은 그 제1쌍의 각각에 대한 반대의 시간 기간 동안에 인가된 전술한 양극 및 음극 전압 세그먼트를 포함하는 펄스열을 포함할 수 있고, 제1채널에 인접한 제2채널을 형성하는 인접 측벽 작동기(28)의 제2쌍은 이 시간 간격 동안에 전압이 인가되지 않을 수 있으며, 전압 인가후에 각 4개의 채널(18)이 +, -, 0, 0 전압 패턴으로 형성된다. 너무 숫자가 많아서 언급이 곤란한 채널 작동의 복수 패턴들은 선택적인 전압 인가에 의해 각각의 측벽 작동기(28)에 대응하는 제1의 전도 접착층(40)이 제공될 수 있다.
제6b도에는 내부 잉크 도관 및 다기관(22)을 거쳐 채널(18)에 대한 잉크 공급로를 더 자세히 도시하기 위하여 선 6b-6b를 따라 취한 잉크 분사 프린트헤드(10)의 후방부의 단면도가 도시되어 있다. 제6b도에는 또한 일반적인 절연성 합성 물질로 형성된 블록(48)이 도시되어 있는데, 이 블록은 채널(18)에 공급된 잉크가 입력 펄스의 작동시 전방으로 전파되도록 채널(18)의 후방 단부를 차단한다.
제7도를 참조하면, 고밀도 잉크 분사 프린트헤드(10)의 구조를 보다 더 명확히 하기 위하여 상체부(16) 및 합성물질의 블록(48)이 제거된 잉크 분사 프린트헤드의 후방부가 도시되어 있다. 여기에서 도시된 바와 같이, 바람직하게는 본체부(12) 및 부착된 중간체부(14)를 소정의 위치에서 절단(sawing)함으로써 채널(18)을 형성함에 있어서, 금속 전도 표면(34)의 부분들은 제거되고, 이로써 금속 전도 표면(34)이 각 측벽(30)에 대한 개개의 전기 접점으로서 작용하게 하고 금속 전도 표면(36)의 부분들은 각 측벽(30)에 대한 개개의 접지 접속으로서 작용할 수 있게 한다.
제8a도를 참조하면, 잉크 분사 프린트헤드(10)의 단일 작동기 벽이 도시되어 있다. 측벽 작동기(28)는 제1작동기 측벽부(30)와 제2작동기 측벽부(32)를 포함하며, 이들은 인접 채널(18)의 전체 길이를 따라 연장되어 있다. 제1측벽부(30)는 잉크 분사 프린트헤드(10)의 본체부(12)와 함께 일체적으로 형성된 비극성화된 압전 물질로 형성된다. 제2측벽부(32)는 인접 채널(18)에 수직한 방향으로 극성화된 압전 물질로 형성되며 앞에서 설명한 바와 같이 역시 비극성화된 압전 물질로 형성된 고밀도 잉크 분사 프린트헤드(10)의 상체부(16)에 전도적으로 설치된다. 제1 및 제2작동기 측벽부(30,32)는 서로에 대해 전도적으로 설치된다. 예를 들어 제1 및 제2측벽부(30,32)에는 각각 전도 접착층(40)에 의해 함께 결합되는 전도성 물질층(34,38)이 제공된다. 마지막으로, 제2작동기 측벽(32)의 상측은 금속 전도 표면(36,42)을 전도적으로 설치함으로써 상체부(16)에 전도적으로 설치된다.
제8b도를 참조하면, 금속 전도 표면(34,42) 사이에 전계가 인가될 때, 제8a도에 설명된 작동기 벽의 변형이 상세히 도시되어 있다. 선택된 전압이 금속 전도 표면(34)에 공급될 때, 극성의 방향에 수직한 전계가 생성된다. 이때 제2측벽부(32)는 전단 변형되려고 할 것이다. 그러나, 제2측벽부(32)의 금속 전도 표면이 억제될 때, 금속 전도 표면(38)은 전단 운동으로 이동하고, 금속 전도 표면(36)은 고정된 상태로 유지된다. 불활성 물질로 형성된 제1측벽부(30)는 전계에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 제1측벽부(30)가 변형을 받는 제2측벽부(32)에 설치되기 때문에, 제1측벽부(30)는 제2측벽부(32)에 의해 끌어당겨지며, 이로써 제1측벽부(30)가 구부려진다(전단 운동). 측벽(28)에 의한 이 운동은 압력 펄스를 발생하며, 이 압력 펄스는 채널(18)로부터 작은 잉크 방울을 분출시키도록 부분적으로 형성된 인접 채널들(18)중 하나에서의 압력을 증가시키며 인접 채널들(18)중 다른 것에서의 압력 펄스를 보강시킨다.
이제 제9a도를 참조하여, 본 발명에서 사용되는 고밀도 잉크 분사 프린트헤드(10)의 채널 어레이에 대한 다른 실시예의 전형적인 동작을 설명한다. 이 실시예에서, 금속 전도 표면(34,38) 및 전도성 접착층(40)은 단층의 접착층(51)으로 교체된다. 유사하게, 금속 전도 표면(36,42) 및 전도 접착층(44)은 단층의 전도 접착층(52)으로 교체된다. 그러나, 고밀도 잉크 분사 프린트헤드(10)의 만족스러운 동작을 유지하면서 전술한 금속 전도 표면을 제거하기 위하여, 중간체부(14)의 표면(14b)과 본체부(12)의 표면(12a)은 전압이 단층의 전도 접착층(51)에 쉽게 인가될 수 있는 방식으로 함께 전도적으로 설치되어야 하고, 중간체부(14)의 표면(14a)과 상체부(160의 표면(16a)은 그 사이에 있는 단층의 전도성 접착층(52)이 접지에 쉽게 접속될 수 있는 방식으로 함께 전도적으로 설치되어야 한다.
잉크 분사 프린트헤드(10)를 작동시키기 위하여, 제어기(51)(제9a도에는 도시생략)는 프린팅하고자 하는 화상 신호에 응답하고, 그리고 작동되어질 채널(18)의 각 측면상의 작동기 측벽(28)의 소정의 것에 대응하는 선택된 전도 접착층(51)에 소정의 크기 및 극성을 갖는 전압을 인가한다. 예를 들어, 양의 전압이 전도 접착층(51)에 인가되면, 극성 방향에 수직한 전계(E)는 전도성 접착층(51)으로부터 전도 접착층(52)으로 향하는 방향으로 형성되고 제2측벽부(32)는 제1측벽부(30)를 지지하는 채널(18)에 수직한 제1방향으로의 전단 운동에서 왜곡되며, 이로써 측벽이 전단 왜곡을 받는다. 반면에, 접점(34)에 음전압을 인가함으로써, 전계(E)의 방향이 반전되며 제2측벽무(32)는 제1방향에 반대되고 채널(18)에 수직한 제2방향으로의 전단 운동에서 왜곡된다. 따라서, 그들 사이에 채널(18)을 형성하는 인접 측벽들에 반대 극성의 동일한 전하들을 위치시킴으로써, 2개의 인접 측벽들 사이의 채널(18)에는 양의 음력파가 생성되고 잉크 방울은 압력실(18)의 개방 단부(28) 또는 테이퍼된 개구(26)를 통하여 분출된다.
제9b도는 비작동 모드에 있는 9a도의 채널 어레이의 단일 채널(18) 및 한쌍의 측벽 작동기(28)를 확대하여 도시한 것이다. 여기에 도시된 측벽 작동기(28)는 제9a도를 참조하여 설명된 것과 동일한 구성을 갖기 때문에 더 이상의 설명은 생략한다. 측벽 작동기(28)의 작동전에 채널(18)은 비전도성 잉크로 채워진다. 측벽 작동기를 형성하는데 사용되는 압전 물질은 3300의 상대적 투과도를 가지며 비전도성 잉크는 1의 상대적 투과도를 갖는다. 본 발명의 이 실시예를 사용하여 2가지의 별도의 시험을 행하였는데, 첫번째 시험은 각 4개의 채널(18)이 (+,-,0,0,…)의 전압 패턴의 인가에 의해 작동되는 것이고, 두번째 시험은 하나 걸러서의 채널(18)이(+,-,+,-,…)의 전압 패턴의 인가에 의해 작동되는 것이었다. 상기 두 시험 사이에는 큰 차이가 발생되지 않았기 때문에, 이후 두번째 시험의 결과만을 설명한다. 이 시험에서, 전도성 물질층(52)은 0볼트로 유지되었고 전도성 물질층(51a)은 +1.0볼트에서 유지되었으며, 전도성 물질층(51b)은 -1.0볼트에서 유지되었다. 이러한 전압 구성은 중심 채널(18')을 압축시킨다.
제9c도에는 두 번째 실시예의 파라메터에 따라 측벽 작동기(28)의 작동중에 발생된 정전계의 그래프적 분석이 도시되어 있다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 극성화된 압전 물질에서의 변위는 치아 대 치아 및 분사 대 분사 누화 효과(cross talk effect)가 비전도성 잉크에 대하여 무시될 수 있을 정도의 크기를 가졌다. 한가지 예기치 않은 결과는 비극성화된 압전 물질의 전계 크기가 극성화된 압전 물질의 전계 크기의 60% 이상으로 되었다는 것이다. 이 현상은 전하의 흐름이 압전 물질의 높은 투과도에 의해 좌우되기 때문에 발생하였다. 또한, 비극성화된 압전 물질에서의 전계의 방향은, 이 물질이 극성화된는 경우에, 치아의 비극성부가 극성부보다 더 길어지는 것이 기인하여 치아의 변위가 60% 이상 증가될 것이다. 따라서, 더 긴 압전 물질 조각이 극성화되면 그 변위는 훨씬 크게 될 것이다.
여기에서 도시되지 않았지만, 유사한 시험을 전도성 잉크를 사용하여 실행하였다. 그 시험에서 전도성 잉크는, 측벽 작동기(28)가 전도성 잉크로 채워진 채널에 인접하는 측벽 작동기의 표면을 따르는 얇은 전도성 물질층에 의해 절연되지 않는 한, 전도성 물질층(51,52)을 단락(short)시켰다. 따라서 전도성 잉크의 사용이 의도될 때에는, 채널의 내부는 대략 2~10μm의 대체로 균일한 두께를 갖는 유전성 물질층으로 피복되어야 할 것으로 고려된다. 유전성 물질층에 대한 요구를 떼어놓고 생각하면, 전도성 잉크를 사용할 때 잉크 분사 프린트헤드(10)의 동작은 크게 다르지 않았다.
제10a도에는 측벽 작동기(28)의 제2실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 비극성화된 압전 물질로 형성되고 본체부(12)로부터 연장되는 제1측벽부(30)와, 압전 물질로 형성된 제2측벽부(54) 및 역시 압전 물질로 구성된 제3측벽부를 포함한다. 제2 및 제3측벽부(54,56)는 극성 방향이 서로로부터 180°회전되도록 함께 결합되어야 한다. 각각 극성화된 압전 물질의 측벽부(54,56)는 각각 금속화 물질(57,58 ; 60,62)의 상부 및 하부 금속층을 구비해야 한다. 제2측벽부(54)의 제1금속 전도 표면(57)은 제1전도 접착층(40)에 의해 제1측벽부(30)의 금속 전도 표면(34)에 설치되고, 제2측벽부(54)의 제2금속 전도 표면(58)은 제3전도 접착층(64)에 의해 제3측벽부(56)의 제1금속 전도 표면(600에 설치된다. 마지막으로, 제3측벽부(56)의 제2금속 전도 표면(62)은 제2전도 접착층(44)에 의해 상체부(16)에 설치된다. 전도성 표면(53,58)은 상호 접속되어 공통전위, 예를 들면 공통 접지에 유지되어야 한다. 전계는 제2 및 제3측벽부(54,56) 사이의 전도성 표면에 전압을 인가함으로써 형성된다. 제10b도에서 알 수 있는 바와 같이, 측벽 작동기의 변형은 각 부(54,56)가 개별적으로 전단 변형을 받는다는 것을 제외하면 전술한 것과 크게 달라지지 않는다.
제11a도에는 측벽 작동기(28)의 제3실시예가 상세하게 도시되어 있다. 더 구체적으로 말하자면 이 실시예에서 제1 및 제2측벽부는 모두 극성 방향이 나란하도록 극성화된 압전 물질로 구성된다. 전계는 2개의 극성화된 압전 물질부(30,32) 사이의 표면에 전압을 인가함으로써 형성된다. 상부 측벽부(32)에 대한 전계 벡터는 제1측벽부(30)의 전계 벡터에 대하여 180°를 갖는다. 따라서, 상부 및 하부 측벽부는 반대 방향으로 변형한다. 그러나, 동일한 변위를 달성키 위해서는 상기 전압의 절반 보다 더 작은 전압이 필요하다. 여기서, 측벽 작동기는 다시 한쌍의 측벽부로 구성되는데, 제1 및 제2측벽부(66,68)는 각각 제1 및 제2금속 전도 표면(70,72 ; 74,76)을 갖고 상기 측벽부(66,68) 모두 활성 물질로 형성된다.
여기서, 제1전도 접착층(40)은 전도적으로 본체부(12)의 제1금속 전도 표면(34)을 제1측벽부(66)의 제1금속 전도 표면(70)에 설치하고, 제4전도 접착층(78)은 전도적으로 제1측벽부(66)의 제2금속 표면(72) 및 제2측벽부(68)의 제1금속 전도 표면(74)을 설치하고, 제2전도 접착층(44)은 전도적으로 제2측벽부(68)의 제2금속 전도 표면(76) 및 상체부(16)의 금속 전도 표면(42)을 설치한다. 그러나, 제11(b)도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 양 측벽부(68,70)는 개별적인 전단 변형을 수행한다.
제12(a)도를 참조하여 측벽 작동기(28)의 제4실시예가 지금부터 더욱 상세히 설명될 것이다. 여기에서, 측벽 작동기(28)는 비활성 물질로 형성된 제1측벽부(30)와 활성 물질로 형성된 제2,3,4측벽부(80,82,84)로 구성된다. 각각의 활성 측벽부(80,82,84)는 각기, 제1 및 제2금속 전도 표면(86,88 : 90,92 : 94,96)을 갖는다. 상기 실시예에 있어서, 제1전도 접착층(40)은 전도적으로 금속 전도 표면(34,86)을 설치하고, 제3전도 접착층(98)은 전도적으로 금속 전도 표면(88,90)을 설치하고, 제4전도 접착층(100)은 전도적으로 금속 전도 표면(92,94)을 설치하고, 제2전도 접착층(44)은 전도적으로 금속 전도 표면(96,42)을 설치한다. 제12(b)도에서 볼 수 있듯이, 이와 같은 변형은 제8(b)도에 관해 도시되고 서술된 변형과 유사하다.
제13(a)도를 참조하여 측벽 작동기(28)의 제5실시예가 이제 더욱 상세히 설명될 것이다. 여기서, 측벽 작동기(28)는 제1(104), 제2(106), 제3(108), 제4(110), 제5(112) 및 제6측벽부(114)로 구성되고, 상기 측벽부들은 각각 활성 물질로 형성되며, 그 각각에 부착된 제1 및 제2금속 전도 표면(116,118 : 120,124, : 126,128 : 130,132 : 134,136 : 138,140)을 가진다. 제1전도 접착층(40)은 전도적으로 금속 전도 표면(34,116)을 설치하고, 제3전도 접착층(142)은 전도적으로 금속 전도 표면층(118,120)을 설치하고, 제4전도 접착층(144)은 전도적으로 금속 전도 표면(124,126)을 설치하고 제5전도 접착층(146)은 전도적으로 금속 전도 표면(128,130)을 설치하고, 제6전도 접착층(148)은 전도적으로 금속 전도 표면(132,134)을 설치하고, 제7전도 접착층(150)은 전도적으로 층(136,138)을 설치하고 제2전도 접착층(44)은 전도적으로 금속 전도 표면(140,142)을 설치한다. 제13(b)도에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 상기 실시예에서 설명된 측벽 작동기(28)의 변형은 제11(b) 에서 도시되고 서술된 변형과 유사하다.
제14도를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예가 이제 서술될 것이다.
본 발명의 상기 실시예에 있어서, 잉크 분사 프린트헤드(10)는 중간체부(414)로부터 형성되고 상기 중간체부(414)는 본체부(412)와 정렬 및 접합되는 중간체부(14)와 동일하게 구성된다. 상술한 바와 같이, 중간체부(414)는 P방향으로 극성화된 압전 물질로 구성되고 표면(414b,414a)상에 각각 제공된 금속 전도 표면(436,438)을 갖는다. 그러나, 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 본체부(412)도 P방향으로 극성화된 압전 물질로 형성되고 전도 물질층(434)이 용착되는 표면(412a)을 갖는다. 중간체부(414)와 본체부(412)는 전도 접착층(440)에 의해 함께 결합되고, 상기 전도 접착층(440)은 전도적으로 본체부(412)의 금속 전도 표면(434)과 중간체부(414)의 금속 전도 표면(438)을 함께 설치한다. 또 다르게는, 본체부(412)의 금속 전도 표면(434)과 중간체부(414)의 금속 전도 표면(438)간의 결합은 금속 전도 표면(434,438)을 서로 납땜함으로써 이루어질 수 있다. 본 발명의 제1양상에 따르면 금속 전도 표면(434 및/또는 438)중 하나의 표면 또는 두 표면은 본 발명의 만족스러운 동작을 유지하면서 제거될 수 있다.
본체부(412)와 중간체부(414)가 전도적으로 함께 설치된 후에, 가공 공정은 잉크 분사 프린트헤드(410)용 채널 어레이를 형성하는데 이용된다. 제14도에서 볼 수 있듯이, 일련의 축방향으로 연장되는, 실질적인 평행 채널(418)은 중간체부(414)와 본체부(412)를 통해 연장되는 홈을 가공함으로써 형성된다. 바람직하게는, 가공공정은 그런식으로 형성된 각 채널(418)이 하향으로 연장될 수 있도록 실행되어, 금속 전도 표면(436), 극성화되어 있는 압전 물질의 중간체부(414), 금속 전도 표면(438), 전도(440)층, 금속 전도 표면(434) 및 극성화되어 있는 압전 물질의 본체부(412)의 일부가 제거되게 한다. 이러한 방법으로, 그 각각이 제1측벽 작동기 섹션(430) 및 제2측벽 작동기 섹션(432)을 구비하며 채널(418)의 측부를 한정하는 측벽 작동기(428)와, 잉크 분사 프린트헤드에 대한 채널 어레이로 형성된다. 하기에 보다 상세히 언급되는 바와 같이, 상술한 방법으로 평행 채널 어레이를 형성함으로써, 채널(418)의 대향하는 측부에 있는 제1측벽 작동기 섹션(430)과, 채널(418)의 대향하는 측부에 있는 제1측벽 작동기 섹션(430)을 상호 접속하는 본체부(412)의 일부를 포함하는 대체로 U자형인 측벽 작동기(450)(제14도에 가상선으로 도시되어 있음)가 각 채널(418)에 제공된다.
계속해서 제14도를 참조하면, 잉크 분사 프린트헤드에 대한 채널 어레이는, 바닥 표면(416a)상에 형성된 금속 전도 표면(442)의 단일 층을 갖는 극성화 되지 않은 압전 물질 또는 기타 불활성 물질의 제3블록(416)을 중간체부(414)의 금속 전도 표면(436)에 전도적으로 장착함으로써 형성된다. 앞으로는 잉크 분사 프린트헤드의 상체부(416)로 언급될 제3블록(416)은 상체부(16)에 대해 상술했던 것과 같은 방법으로 조립될 수 있다. 잉크 분사 프린트헤드에 대한 채널 어레이의 완전한 조립을 위해, 상체부(416)의 금속 전도 표면(442)은 제2전도 접착층(444)에 의해 제2측벽 섹션(432)의 금속 전도 표면(436)에 전도적으로 장착된다. 바람직하게는, 전도 접착층(444)은 금속 전도 표면(42) 전체에 퍼져 있어야 하며, 다음에 상체부(416)가 금속 전도 표면(436)에 설치되어야 한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 하나 또는두개의 금속 전도 표면(436 또는 442)은 고밀도 잉크 분사 프린트헤드의 만족스런 동작을 유지하면서 제거될 수 있다.
대체로 U자형 작동기(450)가 상기 각 채널(418)에 제공되도록 제1도에 도시된 평행 채널 어레이를 전기접속시키기 위해, 본 발명의 대체적인 실시예로서 전도 접착제(440)에의해 서로 전도적으로 장착되는 금속 전도 표면(436,438), 서로 납땜된 금속 전도 표면(436,438) 또는 표면(412a,414a)을 서로 접촉시키는 단일 전도 접착층이 될 수 있는, 채널(418)의 일측부상에 있는 전기 접촉부(452)가 1V의 전압 소스(도시되지 않음)에 접속된다. 그리고나서, 제2전기 접촉부(454)가 -1V의 전압 소스에 접속된다. 평행 채널 어레이에 대한 전기 접속을 완성시키기 위해, 전도 접착층(444)은 접지에 접속된다. 이러한 방법으로, 채널(18)은 접촉부(452)와 접촉부(454) 사이에 2V의 전압 강하를 갖는 대체로 U자형인 작동기(450)를 구비하게 되며, 여기서 제1측벽 작동기는 접촉부(452)와 접지 사이에 +1V의 전압 강하를 가지며 그리고 제2측벽 작동기는 접촉부(454)와 접지 사이에 -1V의 전압 강하를 갖는다. 일단 이러한 방법으로 조립되고 난후, +,-,+,-전압 패턴이 접촉부(450)에 인가되면, 전압이 인가되자마자 하나 걸러서의 채널(418)이 잉크 방울을 분출하게 되는데, 측벽 작동기(28)에 의해 채널(18)에 가해지는 것보다는 훨씬 큰 압축력 및/또는 팽창력이 U자형 작동기 및 상기 채널(418)의 가장 자리를 이루는 측벽 작동기(432)쌍의 조합에 의해 발생된다.
각 채널에 대한 U자형 작동기와 더불어 평행 채널 어레이를 갖는 고밀도 잉크 분사 프린트헤드의 크기는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 쉽게 변경될 수 있기는 하지만, 본 발명을 구체화하는 잉크 분사 프린트헤드가 다음과 같은 크기를 갖도록 구성될 수 있다는 사실이 특별히 고려되어야 한다.
오리피스 직경 : 40μm
PZT 길이 : 15mm
PZT 높이 : 120μm
채널 높이 : 356μm
채널 폭 : 91μm
측벽 폭 : 81μm
상기 서술된 본 발명의 실시예에 있어서, 각 측벽 작동기(30)는 한쌍의 인접 채널(18) 사이에 공유되어 채널쌍의 하나로부터 잉크 분출을 유발하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 제9(a)도에서, 하나 걸러서의 채널(18a)은 양 측벽 자동기(30)의 변위에 의해 분기되어지고, 상기 작동기(30)는 상기 채널들이 압축되도록 분기 채널(18a)에 대한 측벽을 형성한다. 분기 채널(18a)에 인접한 채널(18b)은 분기되지 않은 상태로 남아있다. 그러나, 각 측벽 작동기(30)가 분기 채널(18a)과 비분기 채널(18b) 사이에서 공유되어 있기 때문에, 비분기 채널(18b)에 대한 측벽을 형성하는 측벽 작동기(30)도, 측벽 작동기로부터 잉크 분출을 유발할 수 있는 방식은 아니지만 변위된다.
분기 채널(18b)을 작동하는데 필수적인 측벽 작동기(30)의 변위에 따라 비분기 채널(18b)에서 생성된 압력 펄스는 일반적으로 누화(cross-talk)라 칭한다. 낮은 잉크 점성도 및 낮은 표면 잉크의 사용과 같은 조건하에서, 분기 채널(18a)에 인접한 비분기 채널(18b)의 측벽 작동기(30)에 의해 생성된 누화는 비분기 채널(18b)의 바람직하지 않은 작동을 유발한다.
제15(a)도를 참조하여 제9(a)도의 잉크 분사 프린트헤드(10)가 동작하는 동안에 생성된 누화를 제거하거나 감소시키는데 이용될 수 있는 제3도의 잉크 분사 프린트헤드(10)의 전방벽부(20')의 대체실시예의 개략도에 대해 이제 더욱 상세히 설명하겠다. 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 오리피스 어레이(27')는 경사진 어레이 구성으로 배치된 오리피스(26-1,26-2,26-3,26-4,26-5,26-6,26-7,26-8)로 구성된다. 특히 각각의 오리피스(26-1~26-8)는 잉크 분사 프린트헤드(10)의 대응 채널(18-1,18-2,18-3,18-4,18-5,18-6,18-7,18-8)과 통하도록 각기 전방벽부(20')를 통해 연장되어 있고, 특정 그룹에 포함된 각각의 오리피스(26-1~26-8)가, 본 발명의 한 실시예에서, 그 특정 그룹에 포함된 인접 오리피스로부터 동작 방향 A로 대략 1/3화소와 같은 거의 d를 유지하여 위치되도록 함께 그룹으로 형성된다.
예를 들면, 제15(a)도에 도시된 바와 같은 오리피스 어레이를 갖는 잉크 분사 프린트헤드(10)가 동작하는 동안, 분기 채널의 측벽을 규정하는 측벽 작동기(28)(제15도에서는 도시 생략)를 압축시키므로써, 제1열에 위치된 오리피스(26-1,26-4,26-7)는 함께 분기되고, 제2열에 위치된 오리피스(26-2,26-5,26-8)도 함께 분기되고, 제3열에 위치된 오리피스(26-3,26-6,26-7)도 함께 분기될 것이다. 상기 방법으로 오리피스(26-1,~,26-8)를 분기하므로써, 누화 효과는 최소화된다. 특히, t=1에서(제15(b)도 참조), 채널(18-3,18-6,18-9)(제1열의 오리피스 26-3,26-6,26-9에 대응되는)을 규정하는 양 채널(28)은 제9(a)도에 관해 이미 서술된 방법으로 제2측벽부(32)를 가로질로 양의 전압 강하를 발생시키므로써 동시에 작동된다. 이에 응답하여, 채널(18-3,18-6,18-9)은 압축되고, 이로써 압력 펄스를 채널내의 잉크에 전달하여 그로부터 잉크 방울을 분출하게 된다. 인접 채널(18-2,18-4,18-5,18-7,18-8)의 바람직하지 않은 작동 가능성은 상기 채널을 규정하는 측벽(28)중 오직 하나만을 작동함에 따라 감소되고, 이로써 작동되지 않는 채널에 전달되는 압력 펄스의 크기를 절반으로 감소시킨다.
t=2에서(제15(c)도 참조), 페이퍼는 A방향으로 대략 1/3화소를 이동하고 채널(18-1,18-4,18-7)(제2열의 오리피스 26-1,26-4,26-7에 대응되는)은 제2열에 위치되고 유사한 방법으로 작동되어야 한다. 상술한 바와 같이, 채널(18-2,18-3,18-5,18-8)의 바람직하지 않은 동작 가능성은 동작되지 않는 채널에 전달된 압력 펄스의 크기가 절반으로 감소됨에 의해서 줄어든다. 마지막으로, t=3에서(제15(d)도 참조), 페이퍼는 A방향으로 대략 또 다른 1/3화소를 이동하고 채널(18-2,18-5,18-8)(제3열의 오리피스 26-2,26-5,26-8에 대응되는)은 제3열에 위치되고 또 다시 유사한 방법으로 작동되어야 한다. 상술한 바와 같이, 인접 채널(18-1,18-3,18-4,18-6,18-7,18-9)은 작동되지 않는 채널에 전달된 압력 펄스의 크기의 감소로 인해 줄어든다.
이로써, 프린트헤드를 통해 연장되어 있는 다중 잉크-이송 채널과 활성 물질로 구성되고 다중 채널중 인접 채널들 사이에 공유되는 측벽 작동기를 갖는 고밀도 잉크 분사 프린트헤드를 예시하고 서술해왔다. 그러나, 당업자라면 특별히 언급한 것외에 많은 수정 및 변경이 본 발명의 개념에 벗어남이 없이 본 명세서에 기재된 기술내에서 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 발명은 단지 한 예에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해해서는 안된다.

Claims (16)

  1. 활성 압전 물질로 형성되며, 그 길이를 따라 대체로 평행하게 이격되어 연장되고 각기 상측부를 갖는 복수의 평행 간격 돌출부를 가지는 베이스부와; 각기 상측부와 상기 복수의 베이스부의 돌출부에 대응하는 한 돌출부의 상기 상측부상에 전도적으로 설치된 하측부를 갖고 활성 압전 물질로 형성되는 복수의 중간부와; 각각의 상기 복수의 중간부의 상기 상측부에 전도적으로 설치되며 비활성 물질로 형성되는 상부를 구비하는 잉크 분사 프린트헤드로서, 상기 베이스부, 상기 복수의 중간부 및 상기 상부에 의해 그로부터 잉크가 분출될 수 있는 대체로 평행하고 축방향으로 연장하는 복수의 잉크 이송 채널이 형성되며, 상기 베이스부의 돌출부들과 상기 중간부들에 의해 상기 복수의 잉크 이송 채널 각각의 제1 및 제2측벽이 형성되고, 상기 복수의 잉크 이송 채널중 하나에 대해 상기 제1측벽에서 상기 제2측벽으로 연장하는 전계를 선택적으로 발생하는 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 잉크 이송 채널중 하나에 대해 상기 제1측벽에서 상기 제2측벽으로 연장되는 전계를 선택적으로 발생하는 상기 수단은, 양극 전압을 상기 돌출부와 각각의 상기 제1측벽의 상기 중간부를 결합하는 상기 전도성 설치부에 선택적으로 인가하는 수단과; 음극 전압을 상기 돌출부와 각각의 상기 제2측벽의 상기 중간부를 결합하는 상기 전도성 설치부에 선택적으로 인가하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상부와 상기 복수의 중간부를 결합하는 상기 전도성 설치부를 접지에 연결시키는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 상기 복수의 중간부는 상기 복수의 평행 채널의 축방향 연장 방향에 대체로 수직 방향으로 극성화되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  5. 압전 물질로 형성되며, 그 길이를 따라 대체로 평행하게 이격되어 연장되고 각기 상측부를 갖는 복수의 평행 간격 돌출부를 가지는 베이스부와; 각기 상측부와 상기 복수의 베이스부의 돌출부에 대응하는 한 돌출부의 상기 상측부상에 전도적으로 설치된 하측부를 가지며 압전 물질로 형성되는 복수의 중간부와; 각각의 상기 복수의 중간부의 상기 상측부에 전도적으로 설치되는 상부를 구비하는 잉크 분사 프린트헤드로서, 상기 베이스부, 상기 복수의 중간부 및 상기 상부에 의해 그로부터 잉크가 분출될 수 있는 대체로 평행하고 축방향으로 연장하는 복수의 잉크 이송 채널이 형성되며, 상기 베이스부의 돌출부들과 상기 중간부들에 의해 상기 복수의 잉크 이송 채널 각각의 제1 및 제2측벽이 형성되고, 각각의 상기 복수의 잉크 이송 채널을 각기 형성하는 상기 제1 및 제2측벽에 반대 극성의 전압을 부여하며, 각각의 상기 복수의 제1측벽의 상기 중간부와 상기 돌출부를 결합하는 상기 전도성 설치부에 양극 전압을 선택적으로 인가하는 수단과, 각각의 상기 복수의 제2측벽의 상기 중간부와 상기 돌출부를 결합하는 상기 전도성 설치부에 음극 전압을 선택적으로 인가하는 수단을 구비하는 전압 부여 수단과; 상기 상부와 상기 복수의 중간부를 결합하는 상기 전도성 설치부를 접지에 연결하는 수단을 또한 구비하며, 각각의 상기 복수의 중간부가 상기 복수의 평행 채널의 축방향 연장 방향에 대체로 수직인 방향으로 극성화되며, 상기 베이스부 역시 상기 복수의 채널의 축방향 연장 방향에 대해 대체로 수직인 상기 방향으로 극성화 되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  6. 제5항에 있어서, 양극 전압을 선택적으로 인가하는 상기 수단과 음극 전압을 선택적으로 인가하는 상기 수단은, 상기 극성 방향에 수직인 방향으로 각각의 상기 복수의 중간부를 가로지르는 전계를 발생하며, 또한 상기 베이스부의 제1부분을 따라서 상기 극성 방향에 대체로 수직이며 상기 베이스부의 제2부분을 따라서 상기 극성 방향에 대체로 평행한 전계를 발생하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  7. 베이스부와, 상기 베이스부로부터 연장하며 각기 상부벽을 갖는 제1 및 제2돌출부를 구비하는 작동기와; 상기 작동기의 상기 제1돌출부의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 제1측 작동기와; 상기 작동기의 상기 제2돌출부의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 제2측 작동기와; 상기 제1 및 제2측 작동기의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽을 갖는 상부를 구비하며, 상기 작동기, 상기 제1측 작동기, 상기 제2측 작동기 및 상기 상부에 의해 신장된 액체 억류 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  8. 제7항에 있어서, 제1압력 펄스를 선택적으로 인가하는 상기 작동기를 상기 신장된 액체 억류 채널에 전기적으로 연결하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1측 작동기와 상기 작동기의 상기 제1돌출부의 상기 상부벽을 결합하는 상기 전도성 설치부에 양극 전압을 선택적으로 인가하는 수단과; 상기 제2측 작동기와 상기 작동기의 상기 제2돌출부의 상기 상부벽을 결합하는 상기 전도성 설치부에 음극 전압을 선택적으로 인가하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  10. 베이스부와, 상기 베이스부로부터 연장하며 각기 상부벽을 갖는 제1 및 제2돌출부를 구비하는 작동기와; 상기 작동기의 상기 제1돌출부의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 제1측 작동기와; 상기 작동기의 상기 제2돌출부의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 제2측 작동기와; 상기 제1 및 제2측 작동기의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽을 구비하며, 상기 제1측 및 제2측 작동기와 함께 신장된 액체 억류 채널을 형성하는 상부와; 제1압력 펄스를 선택적으로 인가하는 상기 작동기를 상기 신장된 액체 억류 채널에 전기적으로 연결하는 수단과; 제2압력 펄스를 선택적으로 인가하는 상기 제1측 작동기를 상기 신장된 액체 억류 채널에 전기적으로 연결하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  11. 제10항에 있어서, 제3압력 펄스를 선택적으로 인가하는 상기 제2측 작동기를 상기 신장된 액체 억류 채널에 전기적으로 연결하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1측 작동기와 상기 작동기의 상기 제1돌출부의 상기 상부벽을 결합하는 상기 전도성 설치부에 양극 전압을 선택적으로 인가하는 수단과; 상기 제2측 작동기와 상기 작동기의 상기 제2돌출부의 상기 상부벽을 결합하는 상기 전도성 설치부에 음극 전압을 선택적으로 인가하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  13. 전방측부를 가지며, 대체로 평행하게 연장되고 그 각각이 하부벽을 가지며 상기 전방측부에서 종료하는 적어도 3개의 신장된 액체 억류 채널이 관통하여 형성되어 있는 베이스부와; 상기 베이스부의 상기 전방측부에 설치되며 그 안에 상응하는 수의 개구들이 형성되어 있고, 상기 개구들이 각각 적어도 하나의 개구로 이루어진 제1,제2 및 제3의 대체로 평행한 개구열을 형성하도록 위치되며, 상기 각각의 하나의 개구가 상기 채널중 대응하는 채널과 통하고, 상기 제1,제2 및 제3개구열의 각각의 상기 적어도 하나의 개구가 상기 대응하는 하나의 채널의 상기 하부벽 위에 각기 제1,제2 및 제3거이에서 위치되는 커버와; 각기 상기 제1,제2 및 제3개구열내에 위치된 상기 개구들과 통하는 상기 채널들을 동시에 작동시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  14. 전방측부를 가지며, 대체로 평행하게 연장되고 상기 전방측부에서 종료하는 적어도 3개의 신장된 액체 억류 채널이 관통하여 형성되어 있는 베이스부와; 상기 베이스부의 상기 전방측부에 설치되며 그 안에 상응하는 수의 개구들이 형성되어 있고, 상기 개구들이 각기 적어도 하나의 개구로 이루어진 제1,제2 및 제3의 대체로 평행한 개구열을 형성하도록 위치되며, 상기 각각의 하나의 개구가 상기 채널중 대응하는 채널과 통하는 커버와; 각기 상기 제1,제2 및 제3개구열내에 위치된 상기 개구들과 통하는 상기 채널들을 동시에 작동시키는 수단을 구비하며, 상기 개구들이 그룹당 3개의 개구까지 갖는 그룹내에 위치되고, 그룹내의 각각의 상기 개구가 상기 그룹내의 나머지 개구들로부터 수직적으로 분리되며 상기 그룹내의 인접 개구들로부터 소정 거리만큼 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 소정 거리가 1/3화소인 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
  16. 제15항에 있어서, 그 각각이 베이스부와, 상기 베이스부로부터 연장하며 각기 상부벽을 갖는 제1 및 제2돌출부를 가지는 복수의 작동기와; 그 각각이 상기 작동기의 상기 제1돌출부중 하나의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 복수의 제1측 작동기와; 그 각각이 상기 작동기의 상기 제2돌출부중 하나의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽과, 상부벽을 갖는 복수의 제2측 작동기와; 상기 제1 및 제2측 작동기의 상기 상부벽에 전도적으로 설치되는 하부벽을 갖는 상부를 구비하며, 상기 작동기, 상기 제1측 작동기, 상기 제2측 작동기 및 상기 상부에 의해 상기 신장된 액체 억류 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 프린트헤드.
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