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KR100333991B1 - 잉크제트헤드의구동방법과그구동장치및그것을사용하는인쇄장치 - Google Patents

잉크제트헤드의구동방법과그구동장치및그것을사용하는인쇄장치 Download PDF

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KR100333991B1
KR100333991B1 KR1019940017199A KR19940017199A KR100333991B1 KR 100333991 B1 KR100333991 B1 KR 100333991B1 KR 1019940017199 A KR1019940017199 A KR 1019940017199A KR 19940017199 A KR19940017199 A KR 19940017199A KR 100333991 B1 KR100333991 B1 KR 100333991B1
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후지이마사히로
미야시따이꾸히로
고에다히로시
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은 진동판과 개별전극간에 발생하는 잔류 전하의 영향을 배제하고 진동판의 상대 변화량을 안정한 것으로 하고 양호한 인자품질을 얻게한 잉크 제트 헤드의 구동 방법 및 그 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있으며,
노즐과, 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 유로의 일부에 설치된 진동판과, 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판과 상기 전극간에 차례 방향의 전기 펄스를 인가하고 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고 상기 노즐로부터 잉크 액적을 토출하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치에 있어서, 구동 전압과 극성이 상이한 전압을 구동 전압을 인가하기 이전에 진동판과 전극간에 인가하고 잔류 전하를 소거하고 잔류 전하의 휨을 배제하도록 구성되고 또는, 진동판과 전극과 새의 유전체에 최대 전압의 전압이력을 부여하는 인쇄시의 구동 전압보다 큰 최대전압을 진동판과 전극간에 인가하고 인쇄시의 전동판과 전극과의 상대 변위량을 안정시킨다.

Description

잉크 제트 헤드의 구동 방법과 그 구동 장치 및 그것을 사용하는 인쇄 장치
산업상의 이용 분야
본 발명은 액츄에이터에 정전기를 사용한 잉크 제트 헤드의 구동 방법 및 그 장치, 특히 그 액츄에이터를 구성하는 진동판에 잔류하는 잔류 전하의 영향을 배제하는 것에 관한 것이다.
종래의 기술
인젝트 프린터는 기록시의 소음이 매우 작다는 것과, 고속인자가 가능하다는 것과, 잉크의 자유도가 높고 염가인 보통종이를 사용할 수 있는 등의 많은 이점을 갖는다. 이중에서도 기록이 필요한 때만 잉크 방울을 토출하는 소위 잉크 온 디맨드(ink on demand) 방식이 기록에 불필요한 잉크 방울의 회수를 필요로 하지 않기 때문에 현재 주류를 이루고 있다.
종래의 잉크·온·디맨드 방식의 구동 방법에는, 예컨대, 일본 특공평 2-24218호 공보에 개시되어 있는 구동 방법이 있다. 이 구동 방법에서는, 잉크 분사압력을 발생하는 압력실의 용적을 변화시키는 압전 소자를 구비하며, 압전 소자에는 대기 상태에서 압전 소자의 분극 전압과 동방향의 전기적 펄스가 인가되며 압전 소자를 충전해서 압력실의 용적을 감소시키고, 잉크 분사시에는 압전 소자를 서서히 방전시키고 압력실의 용적을 증대시킨 후에, 재차 압전 소자에 전기적 펄스를 인가해서 압전 소자를 급속히 충전시키고, 압력실의 용적을 감소시킴으로써 노즐로부터 잉크를 분사시키고 있다. 그리고, 이 구동 방법에 있어선, 잉크 방울을 저전압으로 가장 효율적으로 분사시키기 위해서 압력실로의 잉크의 흡입시에 일어나는 잉크계의 감쇄진동의 극대값 근처에서 압전소자에 재차 전압을 인가하여 급속히 압력실의 용적을 감소시키고 있다.
한편, 액츄에이터의 구동에 정전기력을 사용한 잉크제트 헤드에는 예컨대 USP 제 4,520,375호에 개시되어 있는 구조가 알려져 있다. USP 제 4,520,375호에는 주로 절연수단에 의해 간격을 갖고 대향하는 2장의 캐퍼시터 플레이트로 이루어지는 캐퍼시터와, 잉크를 수용하는 저장소(reservoir)로 이루어지며, 캐퍼시터 플레이트중 1개가 예컨대 실리콘의 반도체로 된 얇은 진동판을 형성하고 캐퍼시터에 시간적으로 변화하는 전압을 인가하므로써 진동판에 기계적 진동을 발생시키고, 진동판의 움직임에 응답해서 예컨대 잉크와 같은 액체를 노즐로부터 토출시키는 액체 분사 장치가 개시되어 있다.
발명이 해결하려는 과제
상술한 종래 잉크 제트 헤드의 구동 방법은 액츄에이터에 압전 소자를 사용한 잉크·온·디맨드 방식에는 최적의 방법중 하나이다.
그러나, USP 제 4,520,375호에 기재된 액츄에이터의 구동에 정전기력을 사용한 잉크 제트 헤드를 잉크·온·디맨드 방식으로 구동시키는 경우, 상술한 압전 소자에 구동 방법을 단순히 적용한다면 이하에 설명되는 것 같은 문제를 발생하며 실용화가 곤란했었다.
액츄에이터에 정전기를 사용한 잉크 제트 헤드는 압전 소자를 사용한 것과 다르며, 진동판과 개별 전극 사이에 펄스 전압을 인가한 후에, 진동판 및 전극 사이의 유전체에 전하가 잔류하며, 이 잔류 전하가 만들어내는 전계에 의해 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량이 저하된다. 이 상대 변위량의 저하는 잉크 방울의 토출량이나 잉크 스피드의 저하 등의 토출 불량의 원인이 되며, 예컨대 인자(印字) 농도나 화소 어긋남 등의 인쇄품질 불량이나 화소빠짐 등의 신뢰성의 저하를 초래한다는 문제점이 있었다.
그리고 또한, 잔류 전하는 후술하듯이 과거의 인가 전압의 이력(履歷)에 의해서 그 크기가 다르다는 성질을 표시하기 때문에, 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량은 하나로 정해지지 않아 불안정하게 되고 그 결과로서, 잉크 방울의 토출량이나 토출 속도 등이 불안정해지며 어느 것으로도 인자 농도나 화소 어긋남 등의 인쇄품질 불량이나 화소 빠짐 등, 신뢰성이 저하되는 요인으로 되어 있다.
본 발명은 이같은 문제점을 해결하기 위해서 이뤄진 것이며, 진동판 전극간의 잔류 전하가 잉크 제트 헤드의 구동에 부여하는 악영향을 배제하고 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량을 안정된 것으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법 및 그 장치를 제공하고 양호한 인자 품질을 얻게 한 인쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 잉크 제트 헤드의 구동 방법은 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 유로의 일부에 설치된 진동판과, 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 진동판을 변형시키고 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법에 있어서, 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압과, 제 1 전압과는 다른 제 2 전압을 가지며, 소정시간에 상기 제 2 전압을 사용해서 상기 진동판을 구동하고 상기 진동판의 변위량을 안정시키는 것을 특징으로 하고 있다.
이 제 1 전압과는 다른 제 2 전압은 제 1 전압과는 극성이 다른 전압, 또는, 진동판과 전극과의 사이의 유전체에 최대 전압의 이력을 부여하는 제 1 전압보다 큰 전압이며, 이들의 제 1 전압과는 상이한 제 2 전압을, 예컨대, 1 도트 또는 1 행인자할 때마다 또는 잉크 헤드를 탑재한 장치의 초기화시에 또는 노즐 회복 동작을 행할 때 인가한다.
본 발명의 잉크 제트 헤드의 구동 장치는 노즐과 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와 유로의 일부에 설치된 진동판과 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 변형시키고, 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치에 있어서, 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압을 진동판과, 전극 사이에 인가하는 구동 수단과, 제 1 전압과는 극성이 다른 전압을 진동판과 전극 사이에 인가하는 진동판의 잔류 전하 제거 수단을 갖는것을 특징으로 한다. 이 잔류 전하 제거 수단은 제 1 전압과는 극성이 다른 전압의 전기 펄스를 예컨대 1 도트 또는 1 행 인자할 때마다 또는 노즐의 회복 처리 동작을 행할 때 인가한다.
또, 본 발명의 잉크 제트 헤드의 구동 장치의 다른 형태에선 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 유로의 일부에 설치된 진동판과, 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 변형시키고 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치에 있어서, 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압과 진동판과, 상기 전극 사이의 유전체에 최대 전압의 전압 이력을 부여하는 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 상기 진동판과 상기 전극 사이에 인가하는 전원 전압 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 전원 전압 조정 수단은 제 2 전압을 예컨대 잉크 제트 헤드를 탑재한 장치의 초기화 또는 노즐 회복 동작시에 인가한다.
작용
본 발명에 있어선, 잉크 제트 헤드의 진동판과 개별 전극 사이에 차례 방향의 전기 펄스를 인가함으로써 진동판과 이것에 대향해서 배치된 개별 전극 사이에 정전기력에 의한 인력이 작용하고 이 정전기력에 의해 진동판을 변형시킨다. 다음에 그 전기 펄스를 해제하므로써 진동판의 복원력에 의해 잉크 방울을 노즐구멍으로부터 토출시킨다. 그런데, 전기 펄스를 해제하여도 진동판과 개별 전극 사이의 전하가 잔류하고 그 잔류 전하가 만들어내는 전계 때문에 진동판이 완전히 복원되지 않고 휘어질 수 있다. 그러면 상술한 바와 같이 진동판과 개별 전극과의 상대변위량이 저하되는 데 본 발명에 있어선 구동시의 전압과는 극성이 상이한 전압을, 구동 전압을 인가하기 전, 즉 잉크를 흡인시키는 동작 이전에 인가하므로써 잔류 전하를 소멸시키고 있다. 이 때문에, 잔류 전하에 의한 진동판의 휨은 없어지며 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량은 전하되지 않는다.
또, 상술한 잔류 전하는 전압 이력에 의해 그 크기가 다른 것으로 되며, 특히, 인가된 최대 전압에 의해서 그 크기가 규정되는 성질을 가지고 있다. 그래서, 본 발명의 다른 형태에 있어선, 인쇄시의 구동 전압 보다 큰 최대 전압을 진동판과 전극 사이에 인가해서 잔류 전하를 최대량으로 함으로써, 인쇄시의 구동 전압이 그 최대 전압까지의 사이에서 변화해도 잔류 전하량이 일정하도록 하고 있다. 따라서, 잔류 전하에 의한 전계는 일정하게 되며 그것에 의한 진동판의 휨도 일정하게 된다. 이 때문에, 인쇄시의 진동판과 전극과의 상대변위량은 전압 이력에 관계없이 구동 전압에 의한 휨과 최대 전압에 의한 잔류 전하의 휨(일정)과의 차로 되며 한가지로 결정되므로 안정된 것으로 된다.
실시예
제 2 도는 본 발명의 1 실시예에 있어서의 잉크 제트 헤드의 분해사시도이다. 본 실시예는 잉크 방울을 기판의 단부에 설치한 노즐 구멍으로부터 토출시키는 엣지 분사 타입의 예를 도시하는 것인데, 기판의 상면부에 설치된 노즐 구멍으로부터 잉크 방울을 토출시키는 면 분사 타입(face eject type)이어도 된다. 제 3 도는 조립된 잉크 제트 헤드 전체의 단면측면도, 제 4 도는 제 3 도의 A-A 선을 따른 사시도이다. 본 실시예의 잉크 제트 헤드(10)는 다음에 상술하는 구조를 가지는 3개의 기판(1, 2, 3)을 겹쳐서 접합한 적층구조로 되어 있다.
중간의 제 1 기판(1)은 실리콘 기판이며, 복수의 노즐 구멍(4)을 구성하도록 기판(1)의 표면에 일단으로부터 평행하게 같은 간격으로 형성된 복수의 노즐홈(11)과, 각각의 노즐홈(11)에 연통하고 저벽을 진동판(5)으로 하는 토출실(6)을 구성하게 되는 오목부(12)와, 오목부(12)의 후부에 설치된 오리피스(orifice)(7)를 구성하게 되는 잉크 유입구를 위한 가는 홈(13)과, 각각의 토출실(6)에 잉크를 공급하기 위한 공통의 잉크 캐비티(8)를 구성하게 되는 오목부(14)를 갖는다. 또 진동판(5)의 하부에는 후술하는 전극을 장착하기 위해 진동실(9)을 구성하게 되는 오목부(15)가 설치되어 있다. 본 실시예에선, 각 오리피스(17)는 주로 유로 저항을 증가시키기 때문에, 또, 가는 홈의 하나가 막혀있다고 해도 잉크 제트 헤드의 정상 동작을 유지하기 위해 3개의 평행인 가는 홈(13)으로 형성되어 있다.
본 실시예에 있어선, 진동판(5)과 이것에 대향해서 배치되는 전극과의 대향 간격 즉, 갭부(16)의 길이(G)(제 3 도 참조, 이하 "갭 길이"라 기술한다.)가 오목부(15)의 깊이와 전극의 두께와의 차이가 되도록 간격 유지 수단을 제 1 기판(1)의 하면에 형성한 진동실용의 오목부(15)에 의해 구성되어 있다. 또, 다른 예로서 오목부의 형성은 제 2 기판(2)의 상면이어도 된다. 여기에선, 오목부(15)의 깊이를 에칭으로 0.6㎛로 하고 있다. 또한, 노즐 홈(11)의 피치는 0.72mm이며 그 폭은 70㎛이다.
또, 제 1 기판(1)으로의 공통 전극(17)의 부여에 대해선 반도체 및 전극인 금속 재료에 의한 일 함수의 대소(magnitude of work function)가 중요하며, 본 실시예에선 공통 전극 재료에는 티타늄을 베이스로 하는 백금, 또는 크롬을 베이스로 하는 금을 사용하고 있는데, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 및 전극 재료의 특성에 따라 다른 조합으로도 된다. 또, 본 실시예에서 사용되는 반도체 재료의 저항율은 8 내지 12Ωcm이다.
제 1 기판(1)의 하면에 접합되는 하측의 제 2 기판(2)에는 붕규산계 유리를 사용하고, 이 제 2 기판(2)의 접합에 의해서 진동실(9)을 구성하는 동시에 제 2 기판(2) 상의 진동판(5)에 대응하는 각각의 위치에 금을 0.1㎛ 스퍼터하고, 진동판(5)과 거의 같은 형식으로 금 패턴을 형성하여 개별 전극(21)으로 하고 있다. 개별전극(21)은 리드부(22) 및 단자부(23)를 가진다. 또한, 전극 단자부(23)를 제외하고 바이렉스 스퍼터 막을 전면에 0.2㎛ 피복하여 절연층(24)을 형성하며 잉크 제트 헤드 구동시의 절연파괴 쇼트를 방지하기 위한 막을 형성하고 있다.
제 1 기판의 상면에 접합되는 상측의 제 3 기판(3)은 제 2 기판(2)과 마찬가지로 붕규산계 유리를 사용하고 있다. 이 제 3 기판(3)의 접합에 의해서, 노즐 구멍(4), 토출실(6), 오리피스 및 잉크 캐비티(8)가 구성된다. 그리고, 제 3 기판(3)에는 잉크 캐비티(8)에 연통하는 잉크 공급구(31)가 설치된다. 잉크 공급구(31)는 접속 파이프(32) 및 튜브(33)를 거쳐서 도시 생략한 잉크 탱크에 접속된다.
다음에, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 온도 300∼500℃, 전압 500∼800V의 인가로 양극 접합하고, 또 같은 조건으로 제 1 기판(1)과 제 3 기판(3)을 접합하며 제 3 도와 같이 잉크 제트 헤드를 조립한다. 양극의 접합후에, 진동판(5)과 제 2 기판(2)상의 개별전극(21) 사이에 형성되는 갭 길이(G)는, 오목부(15)의 깊이와 개별전극(21)의 두께와의 차이며, 본 실시예에서, 0.5㎛로 하고 있다. 또, 진동판(5)과 개별전극(21) 상의 절연층(24)과의 공극간격(G1)은 0.3㎛로 되어 있다.
상기와 같이 잉크 제트 헤드를 조립한 후는 공통전극(17)과 개별전극(21)의 단자부(23)사이에 배선(101)에 의해 구동회로(102)를 접속하고, 잉크 제트 프린터를 구성한다. 잉크(103)는 도시 생략된 잉크 탱크로부터 잉크 공급구(31)를 거쳐서 제 1 기판(1)의 내부에 공급되고, 잉크 캐비티(8), 토출실(6) 등을 채우고 있다. 그리고, 토출실(6)의 잉크는, 제 3 도에 도시되듯이 잉크 제트 헤드(10)의 구동시에 노즐 구멍(4)으로부터 잉크 방울(104)로 되어서 토출되고, 기록종이(105)에 인자된다.
다음에 상기와 같이 구성된 본 실시예의 전기적 접속에 대해서 설명한다. 금속-절연층-반도체층으로 되는 구조, 소위 MIS 구조에 있어서, 인가전압의 극성으로, 전류의 값에 큰 차이가 있는 경우와 차이가 없는 경우가 발생하는 것은 공간 전하층('공핍층' 이라고도 한다)의 영향에 의한 현상으로서 알려져 있다. 기판재질인 반도체가 P 형 실리콘의 경우는, 기판전극층에 플러스 전압을 가했을 때는 도체로 간주되나, 마이너스 전압을 가했을 시는 공간 전하층의 존재에 의해서 도체라고 간주하지 않고 용량을 갖는다는 것이 알려져 있다.
제 5 도는 본 실시예에 있어서의 진동판과 개별전극의 부분 확대 상세도이며, 전하의 모양을 모식화해서 도시한 것이다. 제 1 기판(1)에 P 형 실리콘을 사용하고, 제 1 기판(1)(진동판 5)측, 즉, 공통전극(17)을 플러스 극성, 개별전극(21)측을 마이너스 극성으로 되게 구동회로(102)에 접속하고, 공통전극(17)과개별전극(21)에 구동회로(102)에 의해 펄스 전압을 인가한 경우이다.
P 형 실리콘은 붕소를 도프(dope)하고 있으며, 전자가 도프된 붕소의 수만큼 부족되므로, 도프량과 동일한 정공을 갖고 있다는 것이 알려져 있다. P 형 실리콘 중의 정공(19)은 공통전극(17)의 플러스 전하에 의해, 절연층(26) 쪽으로, 반발된다. 이 정공(19)의 이동에 의해서, 억셉터(이온화한 붕소)는 기판전극(17)으로부터 전하의 공급을 받으므로, 제 1 기판(1) 내에는 정공의 흐름이 생기고, 공간전하층을 발생치 않고 도체로 간주할 수 있다. 또, 개별전극(21)측은 마이너스 전하가 대전되며, 이 결과, 인가된 펄스 전압이 진동판을 휘게 하는데 충분한 정전기에 의한 흡인력을 발생한다. 따라서, 진동판(5)은 개별전극(21)측으로 휘게 된다.
제 6 도 및 제 7 도는 제 5 도의 진동판과 개별전극 사이에 있는 유전체의 잔류전하에 착안된 모식도이며, 제 6 도는 제 5 도와 마찬가지로 전압을 인가했을 때의 상태를 도시하고 있으며, 제 7 도는 그 전계를 제거했을 때의 상태를 도시하고 있다. 다음에 잔류 전하의 발생을 제 6 도 및 제 7 도를 참조하면서 설명한다. 제 6 도 및 제 7 도에 있어서, 상술한 바와 같이, 진동판(5)은 반도체이고, 공통전극(17)은 금속으로 형성되며, 그들은, 저항 접촉(ohmic contact)되어 있다.
이 진동판(5)은 절연층(26)으로 피복되어 있다. 그리고, 개별전극(21)에 형성된 절연층(24)은 갭(16)을 거쳐서 절연층(26)과 대향하고 있으며, 이들의 절연층(26), 갭(16) 및 절연층(24)은 전체로서 절연층(27)을 형성하고 있다. 따라서, 여기에선 진동판(5)과 개별전극(21)에 의해서 구성되는 평행평판 콘덴서내에 유전체가 개재된 모델로서 파악할 수 있다. 유전체는 보호막 절연층(24, 26)에 상당한다. 평행평판에 전압을 인가하면, 유전체는 제 6 도에 도시하듯이 인가 전계를 소거하는 방향(전계와 역방향)의 분극(28)을 발생한다. 이 분극(28)의 대부분은 인가 전압을 끊고, 콘덴서에 축적된 전하를 저항(46)을 거쳐서 방전하면 짧은 시간에서 소멸한다. 방전후로부터 분극이 소멸되기까지의 지연시간을 완화시간이라 하고, 분극의 종류에 의해서 크게 다르다.
본 실시예의 진동판(5)과 개별전극(21)의 내부의 유전체(절연층 또는 반도체)의 분극의 경우에는 완화시간이 짧은 원자분극이나 전자분극 이외에, 이온분극이나 계면분극이라 불리우는 비교적 분극완화시간이 긴 분극 성분을 포함하고 있다. 이온 분극은 절연층내부의 Na+, K+, B+ 들이 인가 전계를 따라서 이동함으로써 발생하는 것이며, 계면분극은 유전체가 불균질구조인 경우, 유전율이 상이한 매질이 접촉하는 경계면에 발생하는 분극이며, 산화 실리콘과 순실리콘의 경계면에 생기는 것이다. 이 때문에, 본 실시예의 진동판(5)과 개별전극(21)의 내부의 유전체(24, 26)는 제 7 도에 도시하듯이, 전계의 반복인가 또는 장시간의 연속인가에 의해 분극의 일부가 완전히 소실되지 않으며 분극이 장시간에 걸쳐서 남는다. 이것으로 유전체는 잔류분극(29)을 갖게 되며, 진동판(5)과 전극(21)간에 잔류하는 분극이 만들어내는 잔류전계(P)가 진동판(5)과 개별전극(21)과의 상대변위량의 저하를 초래한다.
제 8A 도, 제 8B 도 및 제 8C 도는 진동판과 개별전극의 휨을 경시적으로 도시한 도면이다. 제 8A 도는 진동판(5)과 개별전극(21)간에 전압을 인가하고 있지 않은 상태이며, 도시된 바와 같이 진동판(5)과 개별 전극(21)과는 평행으로 되어있다. 제 8B 도는 진동판(5)과 개별전극(17)에 전압을 인가했을 때의 상태이며, 도시된 바와 같이 진동판(5)은 휜다. 여기에선 그 휨의 양을 ΔV1로 한다. 다음에, 제 8C 도는 진동판(5)과 개별전극(17)에 저장된 전하를 방전한 후의 상태이며, 방전후도, 잔류전하가 만들어내는 잔류전계에 의해 진동판(5)이 휘고 있으며, 예컨데, 그 휨의 양을 ΔV2로 한다. 따라서, 진동판(5)과 개별전극(21)과의 상대 변위량은 ΔV1 - ΔV2로 되며, 상대 변위량이 저하된다는 것을 알 수 있다.
이같은 진동판(5)과 개별전극(21)과의 상대변위량의 저하는 상술한 바와 같이 잉크 방울의 토출량이나 잉크 스피드 저하 등의 토출불량의 원인으로 되며, 잉크 제트 프린터의 신뢰성이나 인쇄품질에 악영향을 끼친다. 그래서, 본 실시예에 있어선 후술하듯이 진동판(5)과 개별전극(21) 사이에 제 6 도와 역방향의 전계를 인가하므로써, 상술의 잔류 전하를 소멸시키고 있다.
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예의 잉크 제트 프린터의 개념도이다. 도면에 있어서 도면부호 202는 잉크 제트 헤드를 이동시키거나, 종이 등의 인쇄매체를 이동시키거나 하는 구동 모터, 도면부호 203은 잉크 제트 헤드(10) 및 구동 모터(202)를 주된 구성요소로 한 프린터이다. 이 프린터(203)는 잉크 제트 헤드(10)나 인쇄 매체를 구동 모터(202)에 의해 이동시키면서, 잉크 제트 헤드(10)로부터 잉크를 토출하고 인쇄 매체에 도달케 하므로서 문자나 화상을 인쇄한다. 도면부호 204는 계시 수단이며, 시간의 계측을 행한다. 도면부호 206은 노즐의 막힘의 회복 처리를 제어하는 노즐의 막힘 회복 처리 수단이다. 도면부호 207은 입력 수단이며, 도면부호 210은 인쇄의 제어나 입력 수단(207)으로부터의 입력 신호를받아서 각종의 연상 제어를 행하는 인쇄 연산 제어 수단이다. 이 인쇄 연산 제어 수단(210)은 계시수단(204; timer means)을 기동시키기 위한 초기화 신호나 프린터(203)를 제어하기 위한 인쇄 제어 신호를 출력하거나, 각종의 제어를 행한다. 도면부호 211은 기억 수단이며, 인쇄 제어 수단(210)의 연산 처리시에 쓰이는 각종의 데이터가 저장된다. 도면부호 212는 진동판의 잔류 전하 제거 수단이며, 후술하듯이 진동판의 잔류 전하에 대한 회복 처리를 행하기 위해서, 진동판 회복 처리 제어 신호를 출력한다.
도면부호 213은 잉크 제트 헤드(10)의 구동 제어 회로이며, 제 9 도의 회로구성으로 이뤄져 있다. 이 구동 제어 회로(213)에는 노즐 회복 처리 제어 신호, 인쇄 제어 신호 및 진동판 회복 처리 제어 신호가 입력되며, 이들의 제어 신호에 의거해서 잉크 제트 헤드(10)의 구동을 제어한다. 도면부호 214는 구동 모터(202)의 구동 제어 회로이며, 노즐 회복 처리 제어 신호, 인쇄 제어 신호 및 진동판 회복 처리 제어 신호가 입력되며, 이들의 제어 신호에 의거해서 구동 모터(202)의 구동을 제어한다.
제 9 도는 잉크 제트 헤드(10)의 구동 제어 회로의 구성을 도시한 도면이다. 이 구동 제어 회로(213)는 도시된 바와 같이, 제어 회로(215) 및 구동 회로(102a)로 구성되어 있다. 구동 회로(102a)는 트랜지스터(106 내지 109) 및 증폭기(110 내지 113)로 구성되어 있다. 제어 회로(215)는 노즐 회복 처리 제어 신호, 인쇄 제어 신호 및 진동판 회복 처리 제어 신호가 입력되면, 그들의 제어 신호에 의거해서 펄스 전압(P1 내지 P4)을 증폭기(110 내지 113)에 적절하게 출력하고,증폭기(110∼113)의 출력에 의해 트랜지스터(106∼109)가 구동되며, 그 결과, 진동판(5)과 개별 전극(21)에 의해서 구성되는 콘덴서(114)에 전하가 충전 또는 방전되므로써, 잉크 방울(104)이 노즐 구멍(4)으로부터 토출된다. 여기에서 저항(115)은 방전 속도를 결정하는 저항이고 저항(116)은 충전 속도를 결정하는 저항이며 각각의 저항치 및 콘덴서(114)의 용량으로 충전 및 방전시 정수가 정해진다.
제 10 도는 상술한 잉크 제트 헤드(10)를 탑재한 프린터의 개요도이다. 도면부호 300은 기록종이(105)를 반송하는 플라텐(platen), 도면부호 301은 내부에 잉크를 저장하는 잉크 탱크이며, 잉크 공급 튜브(306)를 거쳐서, 잉크 제트 헤드(10)에 잉크를 공급한다. 도면부호 302는 캐리지이며, 잉크 제트 헤드(10)를 기록지(105)의 반송 방향과 직행하는 방향으로 이동시킨다. 도면부호 303은 펌프이며, 잉크 제트 헤드(10)의 잉크 토출 불량 등의 경우, 캡(304), 폐잉크 회수 튜브(308)를 거쳐서 잉크를 흡인하여 폐잉크통(305)에 회수하는 기능을 하고 있다.
제 11 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 제어 방법을 도시한 플로우챠트이며 제 12A 도 및 제 12B 도는 그 서브 루틴을 도시한 플로우챠트이다. 제 12A 도는 노즐 회복 동작의 서브 루틴을 도시하며, 제 12B 도는 인쇄 동작의 서브 루틴을 도시하고 있다. 우선, 단계(S0)에 있어서 인쇄 연산 제어 수단(210)의 지시에 의거해서 프린터 기구부 등의 초기화가 실행된다. 이때, 계시 수단(204)의 리세트도 동시에 행해지며 계시가 스타트된다. 다음의 단계(S1)에 있어서, 전원 투입 직후의 노즐 회복 동작을 행한다. 이 노즐 회복 동작은 제 12A 도의 노즐 회복 동작의 서브 루틴의 단계(SS1 내지 SS3)로 표시되는 일련의 처리에 의해서 이뤄진다.
우선, 단계(SS1)에 있어서 구동 모터(202)를 구동하므로써 잉크 제트 헤드(10)를 탑재한 캐리지(302)를 대기 위치에서 갭(304)의 위치로 이동한다. 다음에 단계(SS2)에 있어서 노즐의 회복 동작, 즉 리프레쉬를 행한다. 이 노즐의 리프레쉬는 잉크 제트 헤드(10)의 노즐부의 증점된 잉크 등의 잉크 토출불량의 원인으로 되는 불량 잉크를 배출하기 때문에, 전체 노즐에 대응하는 진동판(5)을 구동하므로써, 모든 노즐로부터 잉크를 소정 회수 토출시키는 것이다. 통상, 각 노즐에 대해서 10번 내지 200번의 토출을 행하고 고점성(high viscosity)의 불량 잉크를 노즐밖으로 배출한다. 이 리프레쉬의 토출 회수는 계시 수단(204)의 설정 시간에 의해서 미리 결정된다. 이 노즐의 리프레쉬 종료후, 단계(SS3)에 있어서 재차 대기 위치로 캐리지(302)를 복귀시키고, 일련의 리프레쉬 동작을 종료한다. 또한, 전원 투입시는 일반적으로 장시간동안 헤드가 사용되지 않았을 가능성이 높으므로 160번 내지 200번의 잉크 토출이 실행된다.
노즐의 리프레쉬 동작의 종료후, 계시 수단(204)은 소정 시간을 계측하기 시작한다. 단계(S2)에서, 계시수단(204)이 소정의 시간을 계측했는지 어떤지를 판단하기 위해서, 타이머업 신호의 유무를 판단한다. 여기에서, 타이머업 신호가 발생하고 있던 경우에는, 단계(S8)의 노즐 회복 동작으로 나아가고 제 12A 도의 노즐 회복동작의 서브루틴에 도시되는 리프레쉬 동작을 행하고 다음의 단계(S3)로 나아간다. 타이머업 신호가 발생되어 있지 않은 경우에는 그대로 단계(S3)로 나아간다. 이 단계(S3)에서 인쇄를 행하는가 아닌가의 판단을 행한다. 인쇄를 행하지 않는 경우에는 단계(S2)로 되돌아 간다. 인쇄를 행하는 경우에는 단계(S4)에서 계시 수단(204)을 리세트한 후에 단계(S5)에서 인쇄 동작을 실행한다.
이 인쇄 동작은 제 12B 도의 인쇄 동작의 서브 루틴의 단계(SS10 내지 SS16)에서 표시되는 일련의 동작에 의해서 이뤄진다. 단계(SS10)에서 계수치 n=1로 설정하고, 단계(SS11)에서 캐리지(302)를 1 도트만큼 이동한다. 그리고 단계(SS12, SS13)에서, 인자 데이터에 의거한 지정 도트 잉크를 흡인하고 토출한다, 그리고, 단계(SS14)에 있어서, 단계(SS12, SS13)에서 구동된 특정의 진동판(5)만에 대해서, 리프레쉬(잔류 전하의 소멸)를 행한다. 다음의 단계(SS15)에서 계수치 n=n+1로서 인크리먼트하고, 단계(SS16)에서 n이 최종 도트인지 아닌지를 판단하고, 최종 도트였던 경우에는 단계(SS11)로 되돌아가서 상술의 처리가 반복된다. 최종 도트였던 경우에는 인쇄 동작을 종료하고, 단계(S6)에서 캐리지(302)를 재차 대기 위치로 복귀시키고, 단계(S7)에서 소정량만큼 종이를 이송한다. 그리고, 단계(S9)에서 처리를 속행하는지 어떤지를 판단하고 속행하는 경우에는 단계(S2)로 되돌아가서 상술한 처리를 반복한다. 속행하지 않는 경우에는 모든 처리를 종료한다.
제 13 도는 제 1 도, 제 9 도, 제 12A 도 및 제 12B 도의 실시예의 동작을 도시한 타이밍챠트이다. 여기에선 대기 상태에 있어서, 저항(R)을 거쳐서 콘덴서(114)를 방전 상태로 유지하기 위해, 펄스 전압(P4)이 인가되어서 트랜지스터(108)가 "온(on)"으로 되어 있는 것으로 한다. 우선, a의 구간에 있어서, 펄스 전압(P1, P4)이 공급되어 트랜지스터(108, 107)가 온 상태로 되며, 진동판(5)에 정의 전압이 인가되고, 전극(21)에 부의 전압이 인가된다. 이것에 의해 콘덴서(114)에 순방향의 전하가 충전되고, 진동판(5)이 정전기에 의한 흡인력에 의해 개별 전극(21)측에 휜 상태로 되며, 토출실(6)의 압력이 감소되고, 잉크(103)가 잉크 캐비티(8)로부터 오리피스(7)를 통해서 토출실내에 보급된다.
그후, b의 홀드 구간을 경과하면, 구간 c에 있어서 펄스 전압(P2, P4)이 공급되어서 트랜지스터(106, 108)가 온 상태로 되며, 콘덴서(104)에 축적된 전하가 급속하게 방전된다. 그 결과, 진동판(5)과 개별 전극(21) 사이에 작용하고 있던 정전기에 의한 흡입력이 없어지며, 진동판(5)은 자신이 갖는 강성에 의해 복원된다. 이 진동판(5)의 복원으로 토출실(6)내의 압력이 급속히 상승하고, 노즐 구멍(4)으로부터 잉크 방울(104)을 기록종이(105)를 향해서 토출한다. 그후, d 구간에 있어서 표시하듯이, 진동판(5)의 리프레쉬가 이뤄진다. 여기에선 펄스 전압(P2, P3)이 공급되어서 트랜지스터(106, 109)가 온 상태로 되며, 진동판(5)에 부의 전압, 개별전극(21)에 정의 전압이 인가된다. 진동판(5)과 개별전극(21)에 의해서 구성되는 콘덴서(114)에는 전하가 충전된다. 그러나, 이것은 통상의 인쇄 동작의 경우의 역전압이며, 충전 방향은 역으로 되어 있다. 이것에 의해서, 제 7 도의 잔류 전하가 소멸하게 된다. 그후, e 구간에 있어서, 재차 전하를 방전하면, 잔류 전하로 소멸되고 남아있지 않으므로, 진동판(5)은 제 8C 도와 같이 휘어 있지 않으며 완전히 복원된다. 그러므로 다음의 구간(a2, b2, c2)을 거쳐서 재차 토출되는 잉크 토출량은 전번 토출된 잉크 토출량과 거의 일치한다. 본 실시예에 있어선, 이같이 1 도트마다 진동판과 개별 전극(21) 사이에 생성되는 잔류 전하를 소멸시키면서, 잉크 방울(104)을 토출시키고 있다.
또한, 본 실시예에 있어선 잔류 전하를 소멸시키기 때문에 역전압을 인가하고 있는데, 역전압에 의해서도 진동판(5)은 휘므로 잉크방울이 토출되지 않게 해야된다. 진동판(5)에 반도체를 사용한 경우에는, 역전압의 크기를 순방향의 전압과 같은 크기로 해도 휨의 양이 적고, 잉크방울의 토출의 우려는 없다. 이 때문에, 본 실시예와 같이 전원의 공통화가 가능하게 된다. 한편, 진동판(5)에 도체를 사용한 경우에는, 역전압의 크기를 차례 방향의 전압(forward voltage)과 같은 크기로 하면, 잉크 방울의 토출의 우려가 있으므로, 역전압의 크기를 작게 할 필요가 있다. 또, 본 실시예에 있어서는 P 형 반도체 기판을 기판으로서 썼는데, N형 반도체 기판을 기판으로서 사용한 경우에는, 구동 회로(102a)와 잉크 제트 헤드(10)와의 접속 배선은 P 형 반도체의 경우와는 역으로 할 필요가 있다.
제 14 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 다른 제어 방법을 도시한 플로우챠트이며, 제 15A 도 및 제 15B 도는 그 서부루틴을 도시한 플로우챠트이다. 제 15A 도는 노즐 회복 동작의 서브루틴을 도시한 도시하며, 제 15B 도는 인쇄 동작의 서브 루틴을 도시하고 있다. 본 실시예에 있어선, 1행마다 진동판의 회복 동작을 행하게 하고 있다. 제 14 도의 단계(S4)와 단계(5) 사이에 진동판을 리프레쉬하기 위한 단계(SS12)가 삽입되어 있고, 이 단계에서 상술한 실시예의 진동판의 리프레쉬가 이뤄진다. 이 때문에, 제 15A 도 및 제 15B 도의 인쇄 동작의 서브 루틴은 제 12A 도 및 제 12B 도의 단계(S12)가 삭제되어 있고, 기타의 처리는 같다.
제 16 도는 제 14 도와 제 15A 도 및 제 15B 도의 실시예의 동작을 도시한 타이밍 챠트이다. 본 실시예에 있어서는 캐리지(302)가 리턴할 때마다 a 구간에 있어서 펄스 전압(P2 및 P4)이 공급되어서 트랜지스터(106, 109)가 온 상태로 되고, 진동판(5) 및 개별 전극(21)에 역전압이 인가되며, 상술한 잔류 전하를 소멸시키고 있다.
제 17 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 또한 다른 제어 방법을 도시한 플로우챠트이며, 제 18A 및 제 18B 도는 그 서브 루틴을 도시한 플로우챠트이다. 제 18A 도는 노즐/진동판 회복동작의 서브 루틴을 도시하며, 제 18B 도는 인쇄 동작의 서브 루틴을 도시하고 있다. 본 실시예에 있어선, 헤드 노즐의 회복동작시에 진동판의 회복동작을 행하게 하고 있다. 제 11 도의 단계(S1a 및 S8a)는, 제 17 도의 단계(S1 및 S8a)에 대응하고, 이 단계(S1a 및 S8a)에선 노즐 회복동작만 아니라, 진동판의 회복처리도 행하게 하고 있다. 따라서, 제 18A 도의 노즐/진동판 회복동작의 서브 루틴에선, 단계(SS1)에 있어선 캐리지(302)를 대기위치로 이동시킨 후에, 다음의 단계인 단계(SS12)에서 진동판(5)의 리프레쉬를 행하게 하고 있다. 이 때문에, 제 18B 도의 인쇄동작의 서브루틴은 제 12B 도의 단계(SS12)가 삭제되어 있다.
이상에 상술한 제 1 실시예에 의하면, 예컨대 1 도트마다, 또는 1라인 인쇄할 때마다, 또는 계시에 의거해서, 주기적으로 잔류 저하를 제거하므로써, 잔류 전하가 끼치는 악영향이 피해지는 것이다. 본 실시예의 각 형태는, 조합해서 쓰여도 된다. 이 방법으로 잔류 전하를 제거함으로써 바람직하기는 완전히 진동판의 잔류 휨이 제거된 것이 바람직하지만 정전 액츄에이터를 정해진 소정의 상태로 리세트함으로써, 완전히 진동판의 잔류휨이 제거되지 않아도, 적어도 그 잔류 휨은 일정하게 되며, 진동판의 상대변위량도 일정하게 된다. 잔류휨이 일정하면, 잔류 휨에 따라서, 구동 전압을 증가함으로써, 잉크 토출량, 및 잉크 토출 속도를 간단하게 보정할 수 있다는 효과를 갖는다.
다음에, 본 발명의 잉크 제트 헤드의 구동 방법의 다른 형태에 대해서 설명한다. 제 7 도에 있어서, 진동판과 개별 전극에 충분히 긴 시간 충전되고, 잔류 분극이 축적된 상태에선, 잔류 전계 P는 잔류 분극을 x, 전압인가 이력중의 최대전계 Emax, 진공중의 유전율 ε로 하면,
P = ε×Emax
로 표시된다. 즉, 잔류전계(P)는 인가전압 이력중의 최대 전계에 의해서 결정되며, 잔류 전계에 의한 전하는 그것에 의한 초기적인 진동판(5)의 휨량도 이력중의 최대 전계(전압)에 의해서 결정된다.
제 20A 도 내지 제 20F 도는 진동판과 개별 전극의 휨을 경시적으로 도시한 도면이다. 제 20A 도는 전압 이력이 없는 초기적인 진동판(5)의 상태를 도시하고 있으며, 도시한 바와 같이, 진동판(5)에 휨이 없고, 진동판(5)과 개별전극(21)과는 평행으로 되어 있다. 제 20B 도는 제 20A 도의 다음에 진동판(5)과 개별전극(21) 사이에 전압(30V)을 인가했을 때의 상태이며, 도시된 바와 같이 진동판(5)은 휜다(왜곡량 ΔV1). 다음에 제 20C 도는 방전후의 진동판(5)의 상태를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 30V의 전압 이력이 있으므로, 진동판(5)은 방전후도 잔류전하가 만들어지는 잔류 전계에 의해서 제 20A 도의 초기 상태보다 근소하게 휘고 있다(왜곡량 ΔV2). 제 20B 도에서 도시되는 진동판(5)의 휨량과 제 20C 도에서 도시되는진동판(5)의 휨량과의 차이에 의해 진동판(5) 상의 잉크가 배제되며 잉크의 배제체적이 결정된다. 잉크 배제 체적은 잉크 방울의 토출에 기여하며, 그 양은 각각의 상태에서의 진동판(5)의 휨량의 차(상대변위량)인 ΔV3=ΔV1-ΔV2(제 20B 도 참조)로 된다.
제 20D 도는 제 20C 도의 다음에 또한 높은 전압(40V)을 인가해서 진동판(5)을 휘게 한 상태를 도시한 것이며, 제 20E 도는 제 20D 도의 다음에 스위치 전환, 방전했을 때의 진동판(5)의 상태를 도시하고 있다. 이때는 40V의 전압 이력이 있으므로, 그 잔류전계는 제 20C 도의 잔류전계보다 크고, 휨량 ΔV4 도 제 20C 도의 휨량 ΔV2보다 크다.
제 20F 도는 제 20E 도의 후에 제 20B 도와 같은 전압(30V)을 인가해서 진동판(5)을 휘게 한 상태를 도시한 것이다. 이때의 진동판(5)의 휨량은 제 20B 도의 휨량과 같다(ΔV1). 제 20F 도의 상태에선 40V의 전압 이력이 있으므로, 상대변위량에 의해서 결정되는 잉크의 배제 체적은, 제 20E 도의 상태의 휨량과 제 20F 도의 상태의 휨량과의 차이에 의해서 결정되는 ΔV5=ΔV1-V4로 도시되며, ΔV3>ΔV5이다. 따라서, 이력 전압의 최대 전압이 40V인 제 20F 도의 상태에서 잉크 제트 헤드를 구동한 경우의 잉크 방울의 토출량은 이력전압의 최대 전압이 30V의 제 20B 도의 상태에서 잉크 제트 헤드를 구동한 경우의 잉크 방울의 토출량보다 적어지게 된다. 따라서, 진동판(5), 개별전극(21) 등으로 구성되는 헤드 액츄에이터 내부의 잔류 전하량의 레벨에 의해서 잉크 방울의 토출량이 변화한다는 것을 알 수 있다.
제 21 도는, 일정 전압(38V)의 구동 전압에 의한 잉크 토출 속도가 그전의구동 전압에 의해서 어떻게 변하는가를 나타낸 특성도이다.
①은 제 20A 도의 상태에 있는 잉크 제트 헤드를 38V로 구동하여, 10분간 경과한 후의 잉크 토출 속도를 도시한다. ②, ③, ④는, 각각 39V, 40V, 41V이며, 10분간 구동한 후, 구동전압을 38V로 전환해서 잉크 토출 속도를 측정한 결과를 표시한다. 여기에선, 잉크 제트 헤드를 구동 주파수 3kHz, 충전 펄스폭 30μsec로 구동했다. 이전에 38V보다 큰 전압이 인가되어 있지 않는 ①에선 잉크 토출 속도는 약 4㎧, 구동전압이 39V인 후의 ② 38V에선 잉크 토출 속도는 약 3.3㎧, 구동전압이 40V후의 ③ 38V에선 잉크 토출 속도는 약 2.8㎧이며, 구동 전압이 41후의 ④ 38V에선 잉크 토출속도는 약 1㎧이다. 이같이 일정한 구동 전압을 인가해도 그 이전에 인가된 구동 전압의 크기에 의해서 그 잉크 토출속도는 다르다는 것을 알 수 있다. 이 원인은 상술한 잔류 전하에 의한 것이다.
상술한 바와 같은 진동판(5)과 개별전극(21)과의 상대 변위량의 변화는 잉크 토출속도, 잉크방울의 토출량 등의 변화를 가져오며 상술한 바와 같이 잉크 제트 프린터의 신뢰성이나 인쇄품질에 악영향을 끼친다. 그래서, 본 실시예에 있어선 후술하듯이 진동판(5)과 개별전극(21) 사이에 최대 전압을 인가하므로써 잔류전하량이 최대값에서 일정하도록 하고 있다. 제 21 도의 예에 있어선 최초에 구동 전압으로서 최대전압 41V를 인가하면 그 이후, 예컨대, 39V, 40V의 구동전압이 인가되어도 구동전압 38V의 잉크토출속도는 구동전압(38V)이 인가한 때의 진동판(5)의 휨량과 구동전압이 41V인 때의 잔류전하에 의한 휨량과의 차이에 의해서 결정되며 하나의 값으로 되어 안정된 것으로 된다.
제 19 도는 본 발명의 다른 실시예의 잉크 제트 프린터의 개념도이다.
도면에 있어서 도면부호 412는 전원전압 조정수단이며 후술하듯이 진동판(5)과 개별전극(21)과 사이의 유전체의 잔류분극에 의한 악영향을 피하기 위해 통상의 인쇄시의 구동전압(Vn)과 최대 전압인 전압이력을 부여하기 위한 최대 전압 Vm(Vm>Vn)을 적절히 전환해서 출력한다. 최대 전압(Vm)은 전원 전압의 공차를 고려해서 결정되어야 할 것이며, 예컨대, 통상의 인쇄시의 구동전압(Vn)이 30±10%이면 최대 전압(Vm)은 적어도 33V 이상으로 설정하면 된다. 도면부호 413은 잉크 제트 헤드(10)의 구동제어회로이며, 제 22 도의 회로 구성으로 이뤄져 있다. 이 구동제어회로(413)에는 노즐 회복처리 제어신호, 인쇄 제어신호 및 구동전압(Vn 또는 Vm)이 입력되고 이들의 제어신호에 의거해서 잉크 제트 헤드(10)의 구동을 제어한다.
또한, 제 19 도에 있어서, 기타의 구성, 구성물의 기능은 제 1 도의 잉크 제트 프린터와 같기 때문에 그 설명을 생략한다.
제 22 도는 잉크 제트 헤드(10)의 구동제어회로의 구성을 도시한 도면이다. 이 구동제어회로(413)는, 도시한 바와 같이, 제어회로(415) 및 구동회로(102b)로 구성되어 있다. 제어회로(415)는 인쇄 제어신호 및 노즐 회복처리 제어신호가 입력되고 이들의 제어신호에 의거해서 충전신호(51) 및 방전신호(52)를 출력한다. 구동회로(102b)는 트랜지스터(41, 42, 44, 45) 등으로 구성되어 있다.
이 구동제어회로(413)는, 대기 상태에 있어서 트랜지스터(42, 45)는 더불어 오프되고 있으며 진동판(5)-개별전극(21)에는 구동전압이 인가되고 있지 않으며, 따라서, 진동판(5)은 변위하지 않으며, 토출실(6)의 잉크에는 전혀 압력을 부여하지 않는 상태에 있다. 다음에 충전신호(51)가 온으로 되면 그 신호의 상승에서 트랜지스터(41)가 온하고 트랜지스터(42)는 온하므로 진동판(5)-개별전극(21) 사이에 구동전압 Vn(또는 Vm)이 인가되고 화살표 A 방향으로 전류가 흐르며 상술한 바와 같이 진동판(5)-개별전극(21)간에 충전된 전하에 의해 양자간에 작용하는 정전기력에 의해 진동판(5)은 개별전극(21)쪽으로 끌려가며 휜다. 그 결과, 토출실(6)의 용적이 증대되어서 잉크를 흡인한다.
다음에 충전신호(51)가 오프로 되며 방전신호(52)가 온으로 되면 트랜지스터(41, 42)는 오프로 되므로 진동판(5)-개변전극(21) 사이의 충전은 정지한다. 한편, 트랜지스터(44)가 오프로 되고 그것에 의해 트랜지스터(45)도 온으로 된다. 트랜지스터(45)의 온에 의해 진동판(5)-개별전극(21)간에 축적된 전하는 저항(46)을 거쳐서 화살표 B 방향으로 방전된다. 도면에서 저항(46)은 저항(43)에 비해서 상당히 작게 설정되며, 방전시의 시정수는 작으므로 충전시간에 비해서 충분히 짧은 시간에 방전된다. 이때, 진동판(5)은 정전기력으로부터 단번에 해방되고 진동판(5) 자체의 강성에 의해서 대기 위치로 되돌아가며, 급격히 토출실(6)을 가압하고 토출실(6)에 발생한 압력에 의해서 잉크 방울(104)을 노즐 구멍(4)으로부터 토출한다. 또한, 본 실시예에 있어서는 P형 반도체 기판을 기판으로서 사용했는 데 N형 반도체 기판을 기판으로서 사용한 경우에는 구동회로(102b)와 잉크 제트 헤드(10)와의 접속배선을 P형 반도체의 경우와는 역으로 할 필요가 있다.
제 23 도는 제 19 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 제어 방법을 도시한 플로우챠트이다.
본 실시예는 고전압의 인가를 초기화의 실행후예 행하도록 한 것이다. 단계(SO)에 있어서, 인쇄연산제어수단(210)의 지시에 의거해서 프린터 기구부 등의 초기화가 실행된다. 이때, 계시수단(204)의 리세트도 동시에 행해지며 계시가 스타트하고 또, 구동 모터(202)를 구동하므로써 잉크 제트 헤드(10)를 탑재한 캐리지(302)를 대기 위치로부터 캡(304)의 위치로 이동한다. 다음에 단계(S10)에 있어서 전원전압 조정수단(412)이 최대 전압(Vm)을 선택하고, 그것을 잉크 제트 헤드(10)의 구동제어 회로(413)에 출력한다. 제어회로(415)는 인쇄연산제어수단(210)으로부터의 인쇄제어신호를 입력하고 구동회로(102b)에 충전신호(51) 및 방전신호(52)를 차례로 출력하며, 진동판(5)-개별전극(21) 사이에 최대 전압(Vm)을 인가하고 최대 전압(Vm)에 대한 전압 이력을 진동판(5)과 개별전극(21) 사이의 유전체에 부여하면서 모든 노이즈에 대해서, 예컨대 1 회만큼의 토출 동작을 행하게 한다. 이후에, 전원전압 조정수단(412)은 출력전압을 통상의 인쇄시의 구동전압(Vn)으로 되돌린다. 그리고 다음의 단계(S1)에 있어서 전원투입(power turn-on) 직후의 노즐 회복 동작을 행한다. 이 노즐 회복동작은 제 15A 도의 노즐 회복 동작의 서브루틴의 단계(SS1∼SS3)에 표시되는 일련의 처리에 의해서 이뤄지는데 이들의 처리는 상술한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
노즐의 리프레쉬 동작의 종료 후, 계시수단(204)은 소정 시간을 계측하기 시작한다. 단계(S2)에 있어서, 계시수단(204)이 소정의 시간을 계측했는지 어떤지를 판단하기 위해서, 타이머업 신호의 유무를 판단한다. 여기에서 타이머업 신호가 발생하고 있던 경우엔, 단계(S8)의 노즐 회복동작으로 나아가고 상술의 제 15A 도의노즐 회복동작의 서브루틴에 도시되는 리프레쉬 동작을 행한 후 다음의 단계(S3)로 나아간다. 타이머업 신호가 발생하고 있지 않은 경우에는 그대로 단계(S3)로 나아간다. 이 단계(S3)에 있어선 인쇄를 행하는지 아닌지의 판단을 행한다. 인쇄를 행하지 않는 경우엔 단계(S2)으로 되돌아간다. 인쇄를 행하는 경우에는 단계(S4)에서 계시수단(204)을 리세트한 후에 단계(S5)에서 인쇄동작을 실행한다.
이 인쇄동작은 제 15B 도의 인쇄동작의 서브루틴의 단계(SS10∼SS16)에서 도시되는 일련의 동작으로 이뤄진다. 단계(SS10)에서 계시값 n=1로 설정하고 단계(SS11)에서 캐리지(302)를 1 도트만큼 이동한다. 단계(SS12) 및 단계(SS13)에서 지정 도트 잉크를 흡인해서 토출한다. 즉, 충전신호(51)의 공급으로 트랜지스터(41, 42)가 온하고 이것에 의해 진동판(5)-개별전극(21) 사이에 전하가 충전되며 진동판(5)이 정전기에 의한 흡인력에 의해서 개별전극(21)측에 휜 상태로 되고 토출실(6)와 압력이 급속히 감소되며 잉크(103)가 잉크 캐비티(8)로부터 오리피스(7)를 통해서 토출실(6)에서 보급된다. 다음에 방전신호(52)가 공급되어서 트랜지스터(44, 45)가 온 상태로 되며 진동판(5)-개별전극(21) 사이에 축적된 전하가 급속히 방전된다. 그 결과, 진동판(5)과 개별전극(21) 사이에 작동하고 있던 정전기에 의한 흡인력이 없어지며 진동판(5)은 자신이 갖는 강성(inherent rigidity)에 의해 복원된다. 이때의 잔류분극은 과거의 최대전압(Vm)의 전압이력에 의거한 크기로 되어 있으며 진동판(5)은 근소하게 휜 채로 되어 있으나 이 구동전압이 상술한 최대 전압(Vm)까지의 사이에서 변화되어도 그 구동전압의 전압이력에 관계없으며 그 잔류 전하의 양은 일정하게 된다.
그리고, 이 진동판(5)의 복원에 의해 토출실(6)내의 압력이 급속히 상승되고 노즐 구멍(4)으로부터 잉크방울(104)을 기록지(105)로 향해서 토출한다. 다음의 단계(SS14)에 있어서 계수값 n=n+1로서 인크리먼트하고 단계(SS15)에 있어서 n이 최종 도트인지 아닌지 판단하고 최종 도트가 아닌 경우엔 단계(SS11)로 되돌아가서 상술한 처리가 반복된다. 최종 도트였던 경우에는 인쇄동작을 종료하고 단계(56)에 있어서 캐리지(302)를 다시 대기 위치로 복귀시키고 단계(S7)에서 소정량만큼 종이를 이송한다. 그리고, 단계(S9)에서 처리를 속행하는지 어떤지 판단하고 속행하는 경우에는 단계(S2)로 되돌아가서 상술의 처리를 반복한다. 속행하지 않는 경우엔 단계(S2)로 되돌아가서 상술한 처리를 반복한다. 속행하지 않은 경우에는 모든 처리를 종료한다.
제 24 도는 제 19 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 다른 제어방법을 도시한 플로우챠트이며, 제 25A 도 및 제 25B 도는 그 서브루틴을 도시한 플로우챠트이다. 제 25A 도는 노즐 회복 동작의 서브루틴을 표시하며 제 25B 도는 인쇄 동작의 서브루틴을 표시하고 있다. 본 실시예에 있어선 고전압의 인가를 노즐 회복동작시에 행하도록 하고 있으며, 제 24 도의 단계(S1b) 및 단계(S8b)의 노즐회복동작에 의해 노즐을 리프레쉬시킬 때 고전압을 인가한다. 제 25A 도의 단계(SS1)에서 구동모터(202)를 구동하므로써 잉크 제트 헤드(10)를 탑재한 캐리지(302)를 대기 위치로부터 캡(304)의 위치로 이동한다. 다음에 단계(S10)에서 상술의 경우와 마찬가지로 구동전압으로서 최대 전압(Vm)을 인가하고 모든 노즐에 대해서 1 회분의 잉크방울(104)을 토출시킨다. 그후, 통상의 인쇄시의 구동전압(Vn)을 인가해서 단계(SS2,SS3)에서 상술한 노즐의 리프레쉬를 행한다. 또한, 본 실시예에 있어선 최대 전압(Vm)의 인가를 노즐의 리프레쉬와 분리해서 행하고 있는데 제 25A 도의 단계(S10)를 생략하고 단계(SS2)의 노즐의 리프레쉬시에 최대 전압 Vm을 인가하도록 해도 된다.
제 1 도는 본 발명의 1 실시예에 관한 잉크 제트 프린터의 개념도.
제 2 도는 상기 실시예의 잉크 제트 헤드의 분해 사시도.
제 3 도는 상기 실시예의 잉크 제트 헤드의 단면 측면도.
제 4 도는 제 3 도의 A-A 선을 따른 조망도.
제 5 도는 상기 실시예의 진동판과 개별 전극의 부분 상세 모식도.
제 6 도는 제 5 도의 진동판 및 개별 전극의 분극에 착안한 모식도.
제 7 도는 제 5 도의 진동판 및 개별 전극의 잔류 전하에 착안한 모식도.
제 8A 도 내지 제 8C 도는 상기 실시예에 있어서의 진동판의 휨을 시간의 흐름에 따라 도시한 모식도.
제 9 도는 상기 실시예의 잉크 제트 헤드의 구동 제어 회로의 구성을 도시한 도면.
제 10 도는 상기 실시예의 잉크 제트 헤드를 탑재한 프린터의 개요도.
제 11 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 제어 방법을 도시한 플로우챠트.
제 12A 도 및 제 12B 도는 제 11 도의 서브 루틴을 도시한 플로우챠트.
제 13 도는 제 11 도의 실시예의 동작을 도시하는 타이밍 챠트.
제 14 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 다른 제어 방법을 도시한 플로우챠트.
제 15A 도 및 제 15B 도는 제 14 도의 서브 루틴을 도시한 플로우챠트.
제 16 도는 제 14 도의 실시예의 동작을 도시한 타이밍 챠트.
제 17 도는 제 1 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 다른 제어 방법을 도시한 플로우챠트.
제 18A 도 및 제 18B 도는 제 17 도의 서브 루틴을 도시한 플로우챠트.
제 19 도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 잉크 제트 프린터의 개념도.
제 20A 도 내지 제 20F 도는 상기 실시예에 있어서의 진동판의 휨을 시간의 흐름에 따라 도시한 모식도.
제 21 도는 일정전압(38V)의 구동 전압에 의한 잉크 토출 속도가 그 전의 구동 전압에 의해서 어떻게 변화하는가를 표시한 특성도.
제 22 도는 상기 실시예의 잉크 제트 헤드의 구동 제어 회로의 구성을 도시한 도면.
제 23 도는 제 19 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 제어 방법을 도시한 플로우챠트.
제 24 도는 제 19 도의 실시예의 잉크 제트 프린터의 다른 제어 방법을 도시한 플로우챠트.
제 25A 및 제 25B 도는 제 24 도의 서브 루틴을 도시한 플로우챠트.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2, 3 : 기판 6 : 토출실
11 : 노즐홈 12 : 오목부
17 : 오리피스 21 : 개별전극
106, 109 : 트랜지스터
이상, 말한 바와 같이 본 발명에 의하면 진동판과 개별전극 사이에 펄스 전압을 인가하므로써 개별 전극과 이것에 대향해서 배치된 진동판과 사이에 정전인력을 작동시켜서 잉크 토출을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동방법에 있어서 상기의 펄스 전압과는 역방향의 펄스 전압을 진동판과 개별 전극 사이에 인가해서 잔류 전하를 소멸시키도록 했으므로 진동판은 완전히 복원되고 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량이 저하되지 않는다.
또, 본 발명의 다른 형태에 의하면 진동판과 개별전극 사이에 구동전압을 인가하므로써 개별전극과 이것에 대향해서 배치된 진동판과 사이에 정전인력을 작동시켜서 잉크토출을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동방법에 있어서 통상의 인쇄시의 구동전압보다 큰 최대 전압을 진동판과 개별 전극 사이에 인가해서 잔류 전하의 양을 최대로 하여 일정하게 했으므로 진동판과 개별 전극과의 상대 변위량이 전압이력에 관계없이 일정하게 결정되어 안정된 것으로 된다.
그리고, 상술의 구동방법을 사용하므로써 잉크방울의 토출불량을 일으키는 잔류전하의 영향이 배제되었기 때문에 잉크방울의 토출량과 토출 속도가 안정되고 높은 인쇄품질이 얻어지며 신뢰성이 높은 인쇄 장치를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 노즐과, 그 노즐에 연통(達通)하는 잉크 유로와, 그 유로의 일부에 설치된 진동판과, 그 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판을 변형시키고 상기 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법에 있어서,
    상기 진동판을 정전기력으로 변형시키고 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압과,
    상기 제 1 전압과는 상이한 제 2 전압을 가지며,
    소정시간에 상기 제 2 전압을 사용하여 상기 진동판을 구동하고 상기 진동판의 변위량을 안정시키는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압과 극성이 상이한 전압인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전압을, 1 도트 또는 1 행인자 할 때마다 또는 상기 노즐의 회복처리 동작을 행할 때, 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 상기 진동판과 상기 전극 사이의 유전체에 최대 전압의 전압이력을 부여하는 상기 제 1 전압보다 큰 전압인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전압을 잉크 제트 헤드를 탑재한 장치의 초기화 또는 노즐 회복 동작시에 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 적어도 상기 구동 전압의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 방법.
  7. 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 그 유로의 일부에 설치된 진동판과, 그 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판을 변형시키고, 상기 노즐로부터의 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치에 있어서,
    상기 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고, 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압을 상기 진동판과 상기 전극 사이에 인가하는 구동 수단과,
    상기 제 1 전압과 극성이 상이한 전압을 상기 진동판과 상기 전극 사이에 인가하는 진동판의 잔류 전하 제거 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 진동판의 잔류 전하 제거 수단은, 상기 제 2 전압을 1 도트 또는 1행인자 할 때마다 또는 상기 노즐의 회복 처리 동작을 행할 때 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치.
  9. 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 그 유로의 일부에 설치된 진동판과, 그 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판을 변형시키고 상기 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치에 있어서,
    상기 진동판을 정전기력에 의해 변형시키고 통상의 기록에 사용하는 제 1 전압과,
    상기 진동판과 상기 전극 사이의 유전체에 최대전압의 전압이력을 부여하는 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을, 상기 진동판과 상기 전극 사이에 인가하는 전원 전압 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 전압 조정 수단은 상기 제 2 전압을 잉크 제트 헤드를 탑재한 장치의 초기화 또는 노즐 회복 동작시에 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 적어도 상기 구동 전압의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드의 구동 장치.
  12. 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 그 유로의 일부에 설치된 진동판과, 그 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판을 변형시키고 상기 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드를 사용한 인쇄 장치에 있어서,
    제 1 항 기재의 잉크 제트 헤드의 구동 방법을 사용한 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  13. 노즐과, 그 노즐에 연통하는 잉크 유로와, 그 유로의 일부에 설치된 진동판과, 그 진동판에 대향해서 설치된 전극을 가지며, 상기 진동판을 변형시키고 상기 노즐로부터 잉크 방울을 토출하여 기록을 행하는 잉크 제트 헤드의 인쇄 장치에 있어서,
    제 7 항의 기재 또는 제 9 항의 기재의 잉크 제트 헤드의 구동 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
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