KR20050004378A

KR20050004378A - 잉크젯 프린트헤드의 구동방법

Info

Publication number: KR20050004378A
Application number: KR1020030044541A
Authority: KR
Inventors: 손동기; 국건; 최문철; 오용수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-12
Also published as: JP2005022413A; US20050001864A1; EP1493571A1; KR100528342B1; US7240994B2

Abstract

잉크젯 프린트헤드의 구동방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구동방법은 잉크 토출을 위한 메인 펄스를 히터에 인가하는 단계; 및 메인 펄스에 의하여 잉크를 토출시킨 후, 후기 펄스를 히터에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 구동방법{Driving method of inkjet printhead}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 구동방법에 관한 것으로, 특히 잉크 토출을 위한 메인 펄스를 히터에 인가한 후 잉크 표면의 메니스커스(meniscus)가 정상상태에 이르기 전에 잉크 토출은 되지 않고 버블만 형성하는 에너지를 갖는 후기 펄스를 히터에 인가함으로써 토출되는 잉크 액적의 직진성을 향상시킬 수 있는 잉크젯프린트헤드의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.

상기 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드에서, 잉크 액적의 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.

한편, 이러한 버블젯 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 다시 탑-슈팅(top-shooting) 방식, 사이드-슈팅(side-shooting) 방식 및 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류된다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이고, 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 토출 방식을 말한다.

이와 같은 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 즉, DPI(Dots Per Inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는, 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필(refill)되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다. 즉, 가열된 잉크와 히터의 냉각이 빨리 이루어져 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.

도 1은 종래 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구성을 나타낸 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직구조를 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 기판 상에 다수의 물질층이 적층되어 이루어진 베이스 플레이트(10)와, 베이스 플레이트(10) 위에 적층되어 잉크 챔버(22)를 한정하는 격벽(20)과, 격벽(20) 위에 적층되는 노즐 플레이트(30)로 이루어져 있다. 잉크 챔버(22) 내에는 잉크가 채워지며, 잉크 챔버(22)의 아래쪽에는 잉크를 가열하여 버블을 생성시키기 위한 히터(도 2의 13)가 마련되어 있다. 잉크 유로(24)는 잉크 챔버(22)의 내부로 잉크를 공급하기 위한 통로로서 잉크 저장고(미도시)와 연결되어 있다. 노즐 플레이트(30)에는 각각의 잉크 챔버(22)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다.

상기와 같은 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 도 2를 참조하여 설명하면,실리콘으로 이루어진 기판(11) 상에는 히터(13)와 기판(11) 사이의 단열과 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 절연층(12) 위에는 잉크 챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(13)가 형성되어 있다. 이 히터(13)는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 등을 절연층(12) 상에 박막의 형태로 증착함으로써 형성된다. 히터(13) 위에는 여기에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor, 14)이 마련되어 있다. 이 도선(14)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 도전성이 양호한 금속물질로 이루어진다.

히터(13)와 도선(14) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 15)이 형성되어 있다. 보호층(15)은 히터(13)와 도선(14)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 실리콘 질화막을 증착함으로써 이루어진다. 그리고, 보호층(15) 위에는 잉크 챔버(22)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer, 16)이 형성되어 있다.

한편, 기판(11) 상에 수 개의 물질층이 적층되어 형성된 베이스 플레이트(10) 위에는 잉크 챔버(22)를 형성하기 위한 격벽(20)이 적층되어 있다. 그리고, 이 격벽(20) 위에는 노즐(32)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(30)가 적층되어 있다.

상기와 같은 구조에서, 잉크젯 프린트헤드를 구동하는 구동 시그널(driving signal) 및 이에 따른 메니스커스(meniscus)의 위치를 도시한 그래프가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 구동 펄스(driving pulse)가 히터(13)에 인가되면히터(13) 상부의 잉크에는 버블이 발생되어 팽창하고, 이러한 버블의 팽창력에 의하여 잉크가 액적의 형태로 노즐 플레이트(30)에 형성된 노즐(32)을 통하여 토출된다. 그리고, 잉크 액적이 토출된 후에는 잉크의 메니스커스는 시간이 지남에 따라 노즐(32)의 상하로 요동하면서 점차 안정화된다. 한편, 상기와 같은 종래 잉크젯 프린트헤드의 구동에서는 고속토출시 잉크의 메니스커스가 정상상태에 이르기 전에 잉크의 토출을 위한 구동 펄스가 다시 인가된다. 그러나, 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드에서는, 잉크의 토출 후 메니스커스가 요동하는 비정상상태에 있을 때, 다시 잉크를 토출시키게 되면 정상적인 토출이 이루어지지 않게 된다.

도 4 및 도 5는 각각 잉크의 메니스커스가 정상상태인 경우와 비정상상태에 인 경우에 잉크젯 프린트헤드로부터 토출되는 잉크 액적의 사진이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 메니스커스가 비정상상태인 경우에 토출되는 잉크 액적은 메니스커스가 정상상태인 경우에 비하여 토출되는 잉크 액적의 직진성이 떨어지게 된다.

따라서, 상기와 같은 종래 잉크젯 프린트헤드의 구동방법에 의하면, 토출되는 잉크 액적의 직진성이 떨어지게 되며, 특히 고주파 토출 시에는 비정상 토출 현상이 두드러지게 된다.

본 발명과 유사하게 구동파형을 바꾸어 토출에 있어서 향상을 꾀하는 방법으로, 미국 특허 제4,313,124호 및 미국 특허 제4,723,129호에 개시된 잉크젯 프린트헤드에서는 구동 펄스를 변형함으로써 프린트헤드의 성능향상을 도모하고 있다. 그러나, 상기와 같은 경우에는 구동 파형을 조절하여 잉크가 가열되는 양태를 바꾸거나 프리-펄스(pre-pulse)을 이용하여 잉크가 토출되기 전에 온도를 올려줌으로써 열역학적으로 프린트헤드의 성능을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있었으며, 구동 파형을 변화시킴으로써 유체역학적으로 프린트헤드의 성능을 향상시켜 주는 방법은 현재 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 잉크 토출을 위한 메인 펄스를 히터에 인가한 후 잉크 표면의 메니스커스(meniscus)가 정상상태에 이르기 전에 잉크 토출은 되지 않고 버블만 형성하는 에너지를 갖는 후기 펄스를 히터에 인가함으로써 잉크 표면의 메니스커스를 조기에 안정화시키고, 이에 따라 뒤따르는 잉크 토출의 직진성을 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 부분 절개 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드를 구동하는 구동 시그널 및 이에 따른 메니스커스의 위치를 도시한 그래프이다.

도 4는 메니스커스가 정상상태인 경우, 잉크젯 프린트헤드에서 토출되는 잉크 액적을 나타내는 사진이다.

도 5는 메니스커스의 비정상상태인 경우, 잉크젯 프린트헤드에서 토출되는 잉크 액적을 나타내는 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구동방법에 의하여 구동되는 잉크젯 프린트헤드의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 구동방법에 의하여 잉크젯 프린트헤드에 부가되는 메인 펄스(main pulse) 및 후기 펄스(post pulse)를 도시한 그래프이다.

도 8a 내지 도 8d는 잉크젯 프린트헤드에서 본 발명에 따른 구동방법에 의하여 잉크가 토출되는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9는 본 발명에 따른 구동방법에 의하여 구동된 잉크젯 프린트헤드에서 토출되는 잉크 액적을 나타내는 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

102... 매니폴드 104... 잉크 채널

106... 잉크 챔버 108... 노즐

108a... 하부 노즐 108b... 상부 노즐

110... 기판 110a... 하부 기판

110b... 절연층 110c... 상부 기판

120... 노즐 플레이트 121... 제1 보호층

122... 히터 123... 제2 보호층

124... 도체 125... 제3 보호층

127... 시드층 128... 열발산층

C₁,C₂... 컨택트홀 B₁... 제1 버블

B₂... 제2 버블

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,

잉크 챔버에 있는 잉크를 히터로 가열하여 버블을 발생 팽창시키고, 상기 버블의 팽창력에 의하여 상기 잉크 챔버로부터 잉크를 토출시키는 잉크젯 프린트헤드를 구동하는 방법에 있어서,

잉크 토출을 위한 메인 펄스를 상기 히터에 인가하는 단계; 및

상기 메인 펄스에 의하여 잉크를 토출시킨 후, 후기 펄스를 상기 히터에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법이 개시된다.

여기서, 상기 후기 펄스는 버블은 발생시키되, 잉크는 토출시키지 않는 것이 바람직하다.

상기 후기 펄스는 잉크가 토출된 후, 상기 잉크 챔버에 있는 잉크의 메니스커스가 정상 상태에 이르기 전에 인가될 수 있다. 여기서, 상기 후기 펄스는 잉크가 토출된 후, 새로운 잉크가 상기 잉크 챔버로 충진되는 과정에서 인가되는 것이 바람직하다.

상기 후기 펄스가 인가되는 시간은 상기 메인 펄스가 인가되는 시간의 40 ~ 60%인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 6은 본 발명에 따른 구동방법에 의해 구동되는 잉크젯 프린트헤드의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 기판(110)과, 상기 기판(110)의 상부에 적층되는 노즐 플레이트(120)를 구비한다.

상기 기판(120)의 표면쪽에는 잉크 챔버(106)가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버(106)로 잉크를 공급하는 매니폴드(102)가 형성된다. 그리고, 상기 잉크 챔버(106)와 매니폴드(102) 사이에는 매니폴드(102)로부터 잉크 챔버(106)로 잉크를 공급하는 잉크 채널(104)이 잉크 챔버(106)와 매니폴드(102) 사이의 기판(110)을 수직으로 관통하여 형성된다. 한편, 상기 매니폴드(102)는 잉크를 담고 있는 잉크저장고(미도시)와 연결된다.

상기한 잉크 챔버(106), 매니폴드(102) 및 잉크 채널(104)이 형성된기판(110)의 상부에는 노즐 플레이트(120)가 적층된다. 상기 노즐 플레이트(120)는 잉크 챔버(106)의 상부벽을 이루며, 상기 잉크 챔버(106)의 중심부에 대응하는 위치에는 잉크 챔버(106)로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(108)이 수직으로 관통되어 형성된다.

상기 노즐 플레이트(120)는 기판(110) 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어져 있다. 이 물질층들은 제1, 제2 및 제3 보호층(121)(123)(125)과 열발산층(128)을 포함한다. 그리고, 상기 제1 보호층(121)과 제2 보호층(123) 사이에는 히터(122)가 마련되며, 상기 제2 보호층(123)과 제3 보호층(125) 사이에는 상기 히터(122)에 전기적으로 연결되는 도체(conductor,124)가 마련된다.

상기 제1 보호층(passivation layer,121)은 노즐 플레이트(120)를 이루는 다수의 물질층 중 가장 아래쪽의 물질층으로서 기판(110)의 상면에 형성된다. 상기 제1 보호층(121)은 그 위에 형성되는 히터(122)와 그 아래의 기판(110) 사이의 절연과 히터(122)의 보호를 위한 물질층으로서 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.

상기 제1 보호층(121) 위에는 잉크 챔버(106)의 상부에 위치하여 잉크 챔버(106) 내부의 잉크를 가열하는 히터(122)가 형성된다. 이 히터(122)는 불술물이 도핑된 폴리 실리콘, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)와 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다.

상기 제2 보호층(123)은 제1 보호층(121)과 히터(122) 위에 마련된다. 상기제2 보호층(123)은 그 위에 마련되는 열발산층(128)과 그 아래의 히터(122) 사이의 절연과 히터(122)의 보호를 위해 마련된다. 상기 제2 보호층(123)도 제1 보호층(121)과 마찬가지로 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.

상기 제2 보호층(123) 위에는 히터(122)와 전기적으로 연결되어 히터(122)에 펄스 형태의 전류를 인가하는 도체(124)가 마련된다. 상기 도체(124)의 일단부는 제2 보호층(123)에 형성된 제1 컨택홀(C₁)을 통해 히터(122)에 접속되며, 그 타단부는 본딩 패드(미도시)에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 도체(124)는 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은으로 이루어질 수 있다.

상기 제3 보호층(125)은 상기 도체(124)와 제2 보호층(123) 위에 마련될 수 있다. 상기 제3 보호층(125)은 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 산화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제3 보호층(125)은, 그 절연 기능을 손상하지 않는 범위 내에서, 상기 도체(124)의 상부와 이에 인접한 부위에만 형성하고, 그 이외의 부위, 예컨대 적어도 히터(122)의 상부에는 가능한 한 형성하지 않는 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 열발산층(128)과 히터(122) 사이의 간격 및 열발산층(128)과 기판(110) 사이의 간격이 좁아짐으로써 열발산층(128)의 방열능력이 보다 향상될 수 있기 때문이다. 이 경우에도, 상기 열발산층(128)과 히터(122) 사이의 절연은 제2 보호층(123)에 의해 이루어질 수 있다.

상기 열발산층(128)은 제3 보호층(125)과 제2 보호층(123) 위에 마련되며,제2 보호층(123)과 제1 보호층(121)을 관통하여 형성된 제2 컨택홀(C₂)을 통해 기판(110)의 상면에 접촉된다. 상기 열발산층(128)은 적어도 하나의 금속층으로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 금속층 각각은 열전도성이 양호한 금속물질, 예컨대 니켈, 구리, 알루미늄 또는 금 등으로 이루어진다. 이러한 열발산층(128)은 제3 보호층(125)과 제2 보호층(123) 위에 상기 금속물질을 전기도금함으로써 10 ~ 100㎛ 정도의 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이를 위해, 제3 보호층(125)과 제2 보호(123)층 위에는 상기 금속물질의 전기도금을 위한 시드층(seed layer,127)이 마련될 수 있다. 상기 시드층(127)은 적어도 하나의 금속층으로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 금속층 각각은 전기전도성이 양호한 금속물질, 예컨대 구리, 크롬, 티타늄, 금 또는 니켈 등으로 이루어진다.

상기한 바와 같이, 금속으로 이루어진 열발산층(128)은 도금 공정에 의해 형성되므로, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소들과 일체로 형성될 수 있으며, 또한 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있으므로 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.

이러한 열발산층(128)은 상기 제2 컨택홀(C₂)을 통해 기판(110)의 상면에 접촉되어 히터(122) 및 그 주변의 열을 기판(110)으로 전달하는 역할을 한다. 즉, 잉크가 토출된 후에 히터(122) 및 그 주변에 잔류하는 열은 열발산층(128)을 통해 기판(110)으로 전달되어 외부로 발산된다. 따라서, 잉크가 토출된 후에 보다 빠른 방열이 이루어지고 노즐(108) 주위의 온도가 낮아지게 되므로, 높은 작동 주파수로 안정적인 인쇄가 가능하게 된다.

한편, 상기한 바와 같이 열발산층(128)은 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있으므로, 노즐(108)의 길이를 충분히 길게 확보할 수 있게 된다. 따라서, 안정적인 고속 인쇄가 가능하게 되고, 노즐(108)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성이 향상된다. 즉, 토출되는 잉크 액적이 기판(110)의 표면에 대해 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있다.

상기 노즐 플레이트(120)에는 하부 노즐(108a)과 상부 노즐(108b)로 이루어진 노즐(108)이 관통되어 형성된다. 상기 하부 노즐(108a)은 노즐 플레이트(120)의 제1, 제2 및 제3 보호층(121)(123)(125)을 관통하는 기둥 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 상부 노즐(108b)은 열발산층(128)을 관통하여 형성되는데, 이 상부 노즐(108b)의 형상은 기둥 형상으로 될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 출구쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 된 것이 바람직하다. 이와 같이, 상부 노즐(108b)의 형상이 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 잉크의 토출 후 잉크 표면의 메니스커스가 보다 빨리 안정되는 장점이 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구동방법에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 구동방법에 의하여 잉크젯 프린트헤드에 인가되는 메인 펄스(main pulse) 및 후기 펄스(post pulse)를 도시한 그래프이다. 도 7에서 메니스커스의 위치는 메인 펄스만 부가되었을 때를 기준으로 도시된 것이다.

도 7을 참조하면, 먼저, 잉크젯 프린트헤드의 히터(도 6의 122)에 잉크 토출을 위한 메인 펄스를 대략 1 ~ 2㎲ 정도로 인가시킨다. 그리고, 잉크가 토출된 후하강된 잉크 표면의 메니스커스가 잉크의 충진에 의해 상승되는 시점에서 잉크 토출은 되지 않고 버블만 형성하는 에너지를 갖는 후기 펄스를 상기 히터(122)에 다시 한번 인가시킨다. 이때, 후기 펄스를 인가하는 시간은 대략 메인 펄스를 인가하는 시간의 40 ~ 60% 정도가 바람직하다.

이와 같이, 잉크 토출 후 잉크의 메니스커스가 잉크의 충진에 의하여 상승되는 과정에서, 히터(122)에 후기 펄스를 다시 한번 인가시키게 되면, 후기 펄스에 의하여 발생된 버블이 팽창하면서 잉크의 충진을 증대시키게 된다. 또한, 잉크의 메니스커스가 노즐 플레이트(도 6의 120)의 상면 보다 더 상승하기 전에 상기 버블이 붕괴시키게 되면, 이 붕괴 과정에서 발생되는 부압에 의하여 상기 메니스커스의 상승은 억제되고, 이에 따라 메니스커스의 안정화를 조기에 이룰 수 있게 된다. 한편, 잉크젯 프린트헤드에서 메니스커스의 진동 시간은 잉크 챔버의 설계에 따라 바뀔 수 있으며, 이에 따라 히터에 인가되는 후기 펄스의 인가 시간이나 간격도 잉크 챔버의 설계에 따라 최적화되어야 한다.

다음으로, 도 7에 도시된 구동 방법에 의하여 구동되는 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 토출되는 과정을 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 8a를 참조하면, 잉크 챔버(106)와 노즐(108) 내부에 잉크(131)가 채워진 상태에서, 도체(124)를 통해 히터(122)에 메인 펄스가 인가되면 상기 히터(122)에서 열이 발생된다. 그리고 이렇게 발생된 열은 상기 히터(122) 아래의 제1 보호층(121)을 통해 잉크 챔버(106) 내부의 잉크(131)로 전달된다. 이에 따라, 잉크 챔버(106) 내부에는 도 8b에 도시된 바와 같이 잉크(131)가 비등하여 제1 버블(B₁)이 생성된다. 이어서, 생성된 제1 버블(B₁)은 계속적인 열의 공급에 따라 팽창하게 되고, 이에 따라 잉크(131) 표면의 메니스커스(150)는 노즐 밖으로 밀려나가게 된다.

이어서, 도 8c를 참조하면, 상기 제1 버블(B₁)이 최대로 팽창된 시점에서 인가했던 전류를 차단하면, 상기 제1 버블(B₁)은 수축하여 소멸된다. 이때, 잉크 챔버(106) 내에는 부압이 걸리게 되어 노즐(108) 내부의 잉크(131)는 다시 잉크 챔버(106)쪽으로 되돌아 오게 된다. 이와 동시에 노즐(108) 밖으로 밀려 나갔던 부분은 관성력에 의해 액적(131')의 형태로 노즐(108) 내부의 잉크(131)와 분리되어 토출된다. 그리고, 잉크 액적(131')이 분리된 후에는 노즐(108) 내부에 있는 잉크(131) 표면의 메니스커스(150)는 잉크 챔버(106)쪽으로 후퇴하게 된다.

다음으로, 도 8d를 참조하면, 잉크 챔버(106) 내부의 부압이 사라지게 되면, 노즐(108) 내부에 형성되어 있는 잉크(131)의 표면장력에 의해 메니스커스(150)는 다시 노즐(108)의 출구쪽으로 상승하게 된다. 이에 따라, 잉크 챔버(106)의 내부는 매니폴드(102)로부터 잉크 채널(104)을 통해 공급되는 잉크(131)로 다시 채워진다.

한편, 이러한 잉크의 충진 과정에서 잉크 토출은 되지 않고 버블만 발생시킬 수 있는 에너지를 갖는 후기 펄스가 상기 히터(122)에 인가된다. 따라서, 잉크 챔버(106) 내부에는 제2 버블(B₂)이 생성된다. 이렇게 생성된 제2 버블(B₂)은 팽창하여 잉크(131)의 충진을 증대시킨다. 이어서, 히터(122)에 인가했던 전류를 차단하면, 상기 제2 버블(B₂)은 소멸되고 잉크(131)의 충진 과정이 완료되어 초기 상태로 복귀하게 된다. 여기서, 상기 제2 버블(B₂)의 소멸에 의하여 잉크(131) 표면의 메니스커스는 조기에 안정화된다.

이상과 같이, 잉크 토출 후 잉크 표면의 메니스커스가 정상상태에 이르기 전에 히터에 후기 펄스를 인가하게 되면, 잉크 표면의 메니스커스가 조기에 안정화된다. 그리고, 이렇게 메니스커스가 안정된 상태에서 잉크 토출이 뒤따르게 되면 토출되는 잉크 액적의 직진성이 향상된다. 도 9는 본 발명에 따라 히터에 후기 펄스를 부가한 경우에 잉크젯 프린트헤드로부터 토출되는 잉크 액적의 사진이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구동방법에 의하여 구동되는 잉크젯 프린트헤드에서 토출되는 잉크 액적의 직진성은 종래보다 향상된 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구동방법은 본 실시예에서 기술된 잉크젯 프린트헤드 이외에 모든 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드에 적용될 수 있다. 따라서, 전술된 백-슈팅 방식 뿐만 아니라 탑-슈팅 방식 및 사이드-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드에도 적용이 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구동방법이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구동방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 잉크 토출을 위한 메인 펄스를 히터에 인가한 후 잉크 표면의 메니스커스(meniscus)가 정상상태에 이르기 전에 잉크 토출은 되지 않고 버블만 형성하는 에너지를 갖는 후기 펄스를 히터에 인가함으로써 잉크 표면의 메니스커스를 조기에 안정화시킬 수 있다.

둘째, 잉크 표면의 메니스커스가 안정된 상태에서 잉크의 토출이 이루어질 수 있으므로, 토출되는 잉크 액적의 직진성이 향상된다.

셋째, 고주파 토출 시 잉크의 비정상 토출을 막을 수 있다.

Claims

잉크 챔버에 있는 잉크를 히터로 가열하여 버블을 발생 팽창시키고, 상기 버블의 팽창력에 의하여 상기 잉크 챔버로부터 잉크를 토출시키는 잉크젯 프린트헤드를 구동하는 방법에 있어서,

잉크 토출을 위한 메인 펄스를 상기 히터에 인가하는 단계; 및

상기 메인 펄스에 의하여 잉크를 토출시킨 후, 후기 펄스를 상기 히터에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후기 펄스는 버블은 발생시키되, 잉크는 토출시키지 않는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후기 펄스는 잉크가 토출된 후, 상기 잉크 챔버에 있는 잉크의 메니스커스가 정상 상태에 이르기 전에 인가되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법.
제 3 항에 있어서,

상기 후기 펄스는 잉크가 토출된 후, 새로운 잉크가 상기 잉크 챔버로 충진되는 과정에서 인가되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후기 펄스가 인가되는 시간은 상기 메인 펄스가 인가되는 시간의 40 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 구동방법.