잉크젯 화상형성장치 및 그 제어방법 document_id A220623034749

잉크젯 화상형성장치에 적용하는 잉크젯 프린트헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 잉크 방울(droplet)을 인쇄매체 상의 원하는 위치에 분사시켜 화상을 형성하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 방울의 분사 메커니즘에 따라 크게 열구동 방식과 압전 구동 방식으로 구분된다. 이 중 열구동 방식의 프린트헤드는 복수 노즐에 대응하여 마련하는 히터를 이용하여 잉크 챔버에 수납된 잉크를 가열하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시키고, 그 버블의 팽창력에 의하여 노즐 밖으로 잉크 방울을 분사시키도록 되어 있다. 이러한 잉크젯 화상형성장치에서는 프린터 본체에서 히터 구동을 위한 신호를 프린터 헤드에 직렬 교신을 통하여 전달하고, 프린트헤드에 장착된 헤드 칩에 형성되는 로직 회로에서 히터 동작을 제어하여 잉크 방울을 분사시키도록 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 프린터 헤드의 헤드 칩(HC1)은 프린터 본체로부터 수신한 데이터가 인쇄 데이터(printing data) 또는 헤드 칩의 상태를 셋업(setup)시키는 코먼 데이터(common data)인지를 구분하여 데이터 처리하는 입력 데이터 처리부(10), 입력 데이터 처리부(10)로부터 인쇄 데이터를 입력받아 처리하는 인쇄 데이터 처리부(100a)와 잉크를 분사하기 위하여 히터를 구동하는 히터 구동부(100b)를 포함하는 히터 제어부(100), 프린터 본체로부터 받은 직렬 클럭(serial clock)을 카운트하여 히터 구동을 위한 스트로브 펄스를 만들어 내는 스트로브 펄스 발생기(20)를 구비하며, 히터 구동에 의하여 발생하는 버블 압력에 의하여 복수 노즐 밖으로 분사하기 위한 잉크를 수납하는 잉크 유로(미도시)를 포함하여 구성한다. 입력 데이터 처리부(10)는 프린터 본체로부터 직렬 교신을 통하여 전달받은 직렬 데이터(Serial data)가 인쇄 데이터(printing data)이면 직렬 데이터를 어드레스(ADDR; address) 및 프리미티브 데이터(P_Data; primitive data)로 분류하여 히터 제어부(100)로 전달하고, 코먼 데이터(common data)이면 이 데이터를 분석하여 헤드 칩 및 스트로브 신호 발생기(20)의 해당 레지스터를 셋업시킨다. 스트로브 신호 발생기(20)는 로드 신호(LOAD)에 동기를 맞추어 직렬 클럭(SCLK; serial clock)을 카운트하여 히터 구동을 위한 스트로브 펄스(STRB; strobe pulse)를 생성하여 히터 제어부(100)로 전달한다. 히터 제어부(100)는, 인쇄 데이터 처리부(100a)와 히터 구동부(100b)를 포함하며, 프린터 본체로부터 전달받은 직렬 데이터(Serial data)를 분석하여 복수 히터를 선택적으로 구동한다. 도 2를 참고하여, 시스템을 간단하게 설계하기 위하여 프리미티브 데이터(P_Data), 어드레스(ADDR)는 직렬의 신호 라인으로 구성한다. 리셋 신호(RESET)가 시프트 레지스터(103)(106) 및 래치회로(104)(105)에 인가된다. 이후에 시프트 레지스터(Shift Register)(103)(106)는 해당 히터에 대응하는 노즐을 선택하기 위해 시스템 클럭(SCLK)에 동기를 맞추어 프리미티브 데이터(P_Data)와 어드레스(ADDR)를 각각 제공받는다. 래치 회로(104)(105)는 로드 신호(LOAD)가 입력되면 각각의 시프트 레지스터(Shift Register)(103)(106)에서 제공된 프리티미티브 데이터(P_Data)와 어드레스(ADDR)를 래치한다. 잉크를 분사하기 위하여 스트로브 펄스(STRB)가 입력되면 각각의 래치된 신호는 앤드 게이트부(101)를 거쳐 해당 노즐의 트랜지스터(또는 FET)(102)를 턴 온(on)시키고 이에 대응하는 히터로서 서멀 소자(Thermal Elements)에 구동 전압(Vph)를 인가하고, 이에 따라 히터에 구동 전류를 흐르게 함으로서 잉크 유로에 수납된 잉크를 분사시킨다. 도 3에 도시한 바와 같이, 로드 신호(LOAD)가 입력되어야 앤드 게이트(101)에 각 데이터를 래치하게 된다. 제1스트로브 펄스(STRB_1)에 의하여 잉크를 분사하게 되는 노즐은 제1데이터(Data_1)에 해당하는 노즐들이 되고, 제2스트로브 펄스(STRB_2)에 의하여 잉크를 분사하게 되는 노즐은 제2데이터(Data_2)에 해당하는 노즐들이 된다. 이 제1스트로브 펄스(STRB_1)와 제2스트로브 펄스(STRB_2)의 펄스 폭에 따라 히터 전류가 흐르는 시간 즉 히터 구동시간이 결정된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 프린트 헤드에서 히터를 구동시키기 위해서 프린터 본체로부터 시스템 클럭(SCLK)과 직렬 데이터(Serial Data)와 로드 신호(LOAD) 및 리셋(RESET)을 직렬 교신하여 입력받도록 되어 있다. 프린터 본체에서 전송하는 신호는 시스템 클럭(SCLK)에 동기되어 전송되어야 하므로, 이 시스템 클럭을 생성하는 프린터 본체 내의 헤드 제어부(Head Control)(미도시)에서는 신호의 타이밍을 맞추기 위해 복잡한 로직회로를 구비하여야 한다. 인쇄 작업 중, 프린터 본체가 전자파 내성(Electro-Magnetic Susceptibility; EMS)이 약화되어 전자파 장해에 의한 영향을 받으면 예를 들어 정전기 방전(ElectroStatic Discharge; ESD) 등에 노출되어 시스템이 래치 업(Latch Up)에 걸리거나 프린터 본체 내 헤드 제어부에 이상 동작이 발생하거나 프린터 본체와 프린트헤드 간 신호선을 연결하는 커넥터부에서 접속 불량이 발생하는 경우에는 시스템 클럭(SCLK)이 잘못될 수 있다. 프린터 본체에서 전달하는 시스템 클럭(SCLK)을 카운트하여 히터에 전류 흐르는 시간을 제어하는 스트로브 펄스(STRB)를 만드는 과정에서 상기와 같은 이상 현상이 발생하면, 즉 클럭을 카운트하는 도중에 시스템 클럭이 멈추어 버리는 현상이 발생하면, 도 4의 F1와 같이 시스템 클럭이 하위 레벨을 지속하는 상태가 되면, 스트로브 펄스(STRB)가 계속 인에이블 상태를 유지하게 되고, 이로 인해 히터를 장시간 연속 구동하게 됨에 따라 히터 과열로 히터가 파손된다. 히터가 파손되면 대응하는 노즐을 통하여 잉크 분사가 이루어 질 수 없기 때문에 인쇄 품질의 저하를 초래한다. 이를 감안하여, 프린터 본체의 헤드 제어부와 독립적으로 구동하는 별도의 클럭(Clock)을 사용하여 스트로브 펄스를 만들어 적용하면 위 문제를 해결할 수 있을 것이지만, 전자파 내성(EMS)을 고려해야 하므로 프린터 본체에서 제공하는 시스템 클럭(SCLK)에 비하여 구동 주파수를 높일 수 없으며, 프린터 본체에서 제공하는 직렬 데이터(serial data) 및 시스템 클럭(SCLK)과 동기가 맞지 않으므로 스트로브 펄스의 펄스 폭을 정밀하게 조절하기 어렵다고 하는 제약을 받게 된다.