KR0141518B1 - 잉크제트프린트카트리지의 주변요인에 의한 작동범위를 확장하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

잉크제트프린트카트리지의 주변요인에 의한 작동범위를 확장하기 위한 방법 및 장치

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KR0141518B1
KR0141518B1 KR1019890019113A KR890019113A KR0141518B1 KR 0141518 B1 KR0141518 B1 KR 0141518B1 KR 1019890019113 A KR1019890019113 A KR 1019890019113A KR 890019113 A KR890019113 A KR 890019113A KR 0141518 B1 KR0141518 B1 KR 0141518B1
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디온 존에이취.
에이취. 윈스로우 로마스
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디. 크레이그 노드룬드
휴렛트-팩카드캄파니
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내용없음.

Description

잉크 제트 프린트 카트리지의 주변 요인에 의한 작동 범위를 확장하기 위한 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 제트 인쇄 헤드의 측면 단면도.
제2도는 제1도의 인쇄 헤드의 전방 단면도.
제3A도는 제2도의 인쇄 헤드 내의 기포 발생기 오리피스의 확대 상세도.
제3도는 제1도의 인쇄 헤드용 토출 잉크 체적의 함수로써 잉크 저장소의 부압을 도시한 선도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크 제트 인쇄 헤드의 측면 단면도.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크 제트 인쇄 헤드의 측면 단면도.
제6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 잉크 제트 인쇄 헤드의 측면 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 인쇄 헤드12 : 잉크 저장소
14 : 고정 체적 부분26 :가변 체적 부분
27 : 블래더32 : 필터
36 : 오리피스38 : 수집통
44 : 플러그48 : 핑거
54 : 스프링58 : 간이막
62 : 피스톤68 : 플랫포옴
70 : 체크 밸브76 : 흡수성 포옴
본 발명은 잉크 제트 인쇄 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 이와 같은 시스템의 주변 요인에 의한 작동 한계를 확장하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
잉크 제트 프린터는 평평한 종이 상에서의 우수한 인쇄 성능과 정숙하고 신속한 작동 선응에 기인하여 선호도가 있었다. 또한, 다양한 잉크 제트 인쇄 방법이 개발되어 왔다.
연속 제트 인쇄 방법으로 명명되는 일종의 잉크 제트 인쇄 방법에 있어서, 잉크는 잉크의 연속 제트를 만들어내도록 인쇄 헤드 내의 노즐로 가압되어 전달된다. 각 제트는, 대전되어 인쇄 매체나 연속 재순환용 수집 거터(gutter) 중의 하나로 정전기적으로 휘게(deflect)되는 액적의 흐름 내로 진동에 의해 분리된다.
미합중국 특허 제3,596,275호 상기 방법이 도시되어 있다.
정전기적 압착 인쇄 방법으로 명명되는 다른 잉크 제트 인쇄 방법에 있어서, 인쇄 노즐 내의 잉크는 제로 압력이나 낮은 정압(positive pressure)하에 있으며, 액적의 흐름 내로 정전기적으로 압착된다. 이 액적들은 액적의 비산 방향 및 인쇄 매체 상의 소정 위치로의 정착(deposition)을 제어하도록 배치된 두 쌍의 편향 전극 사이로 비산하게 된다. 미합중국 특허 제3,060,429호에 상기 방법이 설명되어 있다.
전술한 방법보다 보편화된 또다른 종류의 방법은 드롭-온-디맨드 인쇄 방법(drop-on-demand printing )이다. 상기 기술에서, 잉크는 주변 압력 이하의 압력으로 펜 내에 수용되고, 필요할 때마다 한 번에 한 방울씩 방울 발생기(drop generator)에 토출되게 된다. 열 기포 및 압전 압력파와 같은 2개의 주요한 토출 메카니즘이 사용된다. 방울 발생기 내의 박막 저항체는 가열되어 작은 양의 잉크를 신속하게 기화시킨다. 신속히 팽창하는 잉크 증기는 방울 토출 작용의 노즐로부터 잉크를 이동시킨다. 미합중국 특허 제4,490,728호는 이와 같은 열 기포 드롭-온-디맨드 시스템의 전형적인 예이다.
압전 압력파 시스템에서, 압전 요소는 방울 발생기 내의 잉크 체적을 신속히 압축하는 데에 사용되어 노즐에서의 방울 토출을 야기하는 압력파를 발생시킨다.
미합중국 특허 제3,832,579호는 이와 같은 압전 압력파 드롭-온-디맨드 시스템의 전형적인 예다.
드롭-온-디맨드 기술에서는 정지 조건하에서 잉크가 토출될 때까지 펜 내에 수용되어 있도록 잉크 저장소 내의 압력이 주변 압력 이하일 것이 요구된다. 부압(underpressure) 또는 부분 진공의 정도는 매우 중요하다. 부압이 너무 작거나 또는 저장소 압력이 정압이라면, 잉크는 방울 발생기를 통하여 토출된다. 부압이 너무 크다면 공기는 정지 조건하에서 방울 발생기를 통하여 흡입된다. 방울 발생기는 저장소의 부분 진공을 극복하고 잉크를 흡인할 수 있는 모세관으로 구성되어 있으므로 공기는 이 방울 발생기를 통해서는 통상 흡입되지 않는다.
드롭-온-디맨드 시스템에서 필요한 부압은 다양한 방법으로 얻을 수 있다.
이를 위하여, 한 시스템에서는 잉크 표면의 노즐 수위보다 다소 아래에 있도록 잉크 저장소의 높이를 낮춤으로써 부압이 얻어진다. 그러나, 잉크 저장소의 이와 같은 위치는 항상 쉽게 얻을 수 있는 것은 아니며, 이것은 인쇄 헤드 설계상의 심각한 제한 조건이 된다. 이와 같이 중력을 이용하여 부압을 얻는 기술의 전형적인 예로서 미합중국 특허 제3,452,361호가 있다.
필요한 부압을 얻기 위한 대체 기술이 미합중국 특허 제4,509,062호와 1987년 10월 28일자로 출원되어 계류중인 미합중국 특허 출원 제07/115,013호에 기재 되어 있으며, 상기 2건은 모두 본 양수인에게 양도된 것이다. 첫 번째 특허에서, 잉크가 토출됨에 따라 점차 축소되는 블래더(bladder) 형태의 잉크 저장소를 사용함으로써 부압을 얻을 수 있다. 가요성 블래더의 복원력은 저장소 내의 잉크 압력을 주변 압력보다 다소 낮게 유지한다. 두 번째 특허 출원에 기재된 시스템에서, 한 단부는 잉크 저장소 내의 잉크에 잠겨 있고 다른 단부는 주변 압력과 연통된 잉여량 수집통(overflow catchbasin)에 고정된 저장소의 환기 모세관에 의해 부압이 얻어진다. 상기 부압은 잉크가 저장소로부터 토출됨에 따라 증가하게 된다. 이 부압이 한계치에 달할 때 모세관을 통해 저장소 내로 소량의 공기를 흡입하여 상기 부압이 이 한계치를 초과하지 않도록 한다.
잉크 압력을 주변 압력 이하로 유지하기 위한 전술한 2개의 기술은 여러 관점에서 독특하고 매우 만족스럽지만, 그럼에도 불구하고 몇몇 결점을 가지고 있다. 예를 들어, 블래더 시스템은 필요로 하는 만큼의 체적 효율을 갖지 않는다.
저장소 체적의 함수로서의 부압의 가변성을 최소화하기 위하여 블래더는 라운드진형태가 바람직하다. 최상의 체적 효율은 블래더가 직사각형 형태인 경우에 얻어지게 된다. 라운드진 형태에서도 부압은 여전히 블래더 체적의 축소량의 함수이며, 저장소 내의 잉크가 다 소비되지 않더라도 더 이상의 잉크가 흡입되지 않는 지점으로 증가하게 된다.
모세관 시스템은 주변 요인에 따른 변화를 한다. 주변 온도가 증가하거나 주변 압력이 감소한다면 잉크 저장소 내측에 있는 공기는 팽창된다. 이러한 팽창으로 인하여 저장소로부터 사용자가 접촉할 수도 있는 인쇄 헤드 노즐 밖으로 잉크가 흐르게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행 기술의 결점을 극복하는 잉크 제트 저장소를 제공하는 것이다.
더 상세하게는, 본 발명의 목적은 누설없이 양호한 체적 효율을 갖고서 잉크 저장소가 작동할 수 있도록 압력 범위 및 온도 범위를 확장시키고자 하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 의하면 잉크 제트 인쇄 헤드는 고정 체적 부분과 가변 체적 부분의 2개의 부분을 갖는 탱크 저장소를 구비한다. 고정 체적 부분은 견고한 챔버이다. 가변 체적 부분은 견고한 챔버의 벽 내에 위치한 가요성 블래더이다. 체적 효율을 고려하면 고정 체적 부분은 가급적 가변 체적 부분보다 크게 된다.
소형의 연결 오리피스를 통해 잉크가 저장소로부터 가압 구동되는 주변 압력하에서 작동하는 수집통이 저장소 아래에 위치하고 있다. 연결 오리피스는 압력차에 따라 저장소로부터 수집통으로 잉크를 이송하고, 또한 수집통으로부터 다시 저장소로 유체(잉크 또는 공기)를 이송하도록 작용한다. (공기를 저장소 안으로 유입시키는 간헐적인 기능에 의하여, 상기 오리피스를 때때로 기포 발생기로 명명하기도 한다.)
정상 작동에서, 잉크가 인쇄 노즐 밖으로 토출될 때 저장소 내의 부분 진공은 저장소의 가요성 블래더 부분을 먼저 축소시킨다. 일정량의 잉크가 저장소로부터 토출된 후 부분 진공을 소형의 기포 발생기 오리피스를 통하여 수집통으로부터 저장소 안으로 공기를 흡입하는 압력치에 도달한다. 상기 오리피스는 본 실시예에서 소정의 부압, 즉 12.7㎝ (5 inch) 수두의 압력에서 기포 작용을 하도록 크기가 정해진다. 그후, 인쇄가 계속됨에 따라 잉크의 연속 토출에 의해 생긴 추가 부압은 기포 발생기 오리피스를 통하여 대응되는 양 만큼의 공기를 유입시킴으로써 조절되게 도니다.
주변 온도가 상승하여 저장소 내의 공기가 팽창한다면(또는 주변 압력이 감소하여 동일한 효과를 얻는다면), 블래더는 추가의 저장소 체적을 포함하기 위하여 복원하여 축소되지 않은 상태로 팽창하기 시작한다. 그렇게 하면, 블래더는 잉크에 블래더의 복원력을 계속 작용시켜서 잉크가 펜 내에 보존되도록 저장소의 압력을 주변 압력 이하로 유지한다.
온도가 상승하는(또는 압력이 감소하는) 전술한 경우에 있어서, 블래더의 복원력은 저장소 체적이 블래더를 완전히 팽창시키도록 증가할 때까지 주변 압력보다 다소 낮은 압력으로 저장소를 유지한다. 이러한 관점에서 블래더는 체적 어큐물레이터로서 더 이상 작용하지 않으며, 잉크는 수집통 내로 기포 발생기 오리피스를 통하여 강제 유동된다. (잉크는 인쇄 노즐 오리피스가 기포 발생기 오리피스보다 작으므로 인쇄 노즐 오리피스를 통하여 토출되지 않는다.) 따라서, 그들은 잉크를 토출시키도록 보다 높은 저장소 압력을 요구한다. 이러한 고압은 기포 발생기 오리피스가 고압이 얻어지기 전에 저장소 압력을 완화시키도록 작용하므로 통상 달성될 수 없다.
주변 온도가 하강하여 저장소 내의 공기 압력이 감소할 때(주변 온도가 상승할 때 또는 잉크가 인쇄됨으로써 자장소로부터 토출될 때 등과 같이 동일한 효과가 얻어질 때), 잉크가 완전히 소모될 때까지 압력차에 의해 수집통으로부터 인출된다. 그후, 블래더는 전술한 바와 같이 저장소 내의 부분 진공이 수집통으로부터 오리피스를 통하여 공기를 인출하기에 충분할 때까지 축소된다.
이상의 설명은 본 발명에 따른 잉크 제트 펜의 특정 실시예를 집중적으로 설명하였지만,
a) 잉크 저장소와,
b) 저장소로부터 잉크를 토출시켜서 저장소 압력을 부압으로 유지시키기 위한 인쇄 헤드와,
c) 대체 유체(즉, 공기나 잉크)를 조절가능하게 유입시킴으로써 잉크 저장소 내의 부압을 제한하기 위한 제1압력 제어 수단과,
d) 저장소의 체적을 변화시킴으로써 잉크 저장소 내의 부압을 제한하기 위한 제2압력 제어 수단을 포함하는 것으로서 보다 일반적으로 설명될 수 있다.
본 발명의 전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참고로 하여 이하의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
제1도 및 제2도에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 제트 인쇄 헤드(10)은 2개의 부분을 갖는 잉크 저장소(12)를 포함한다. 상기 제1부분(14)는 고정 체적을 가지며 견고한 벽(16,18,20,22,24)등으로 형성된다. 상기 제2부분(26)은 가변 체적을 가지며 상기 견고한 벽 중의 하나에 있는 개구 뒤에 설치된 가요성 블래더(27)을 포함한다.
하부에 인쇄 헤드(30)을 갖는 벽(28)은 고정 체적 부분(14)로부터 하향 연장하고 있다. 저장소(12)의 잉크는 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 열 또는 압전 작용에 의해 인쇄 매체 쪽으로 잉크를 토출하는 인쇄 헤드(30) 안으로 필터(32)를 통하여 토출된다.
또한 벽(28)의 하부 부분에는 조립체의 하부에 위치된 수집통(38)과 잉크 저장소(12)를 결합하는 소형 오리피스(36: 제2도)가 있다. 오리피스(36)은 수집통(38)과 저장소(12) 사이의 압력차에 의하여 수집통으로부터 저장소 안으로 유체(공기나 잉크)가 통과하도록 하고 저장소로부터 수집통 안으로 잉크를 흐르게 하도록 작용한다. (이미 설명된 바와 같이, 오리피스(36)은 저장소 안으로 간헐적으로 공기 기포를 도입하는 역할에 기인하여 기포 발생기 오리피스라고 한다.) 과다 압력 상태에서 잉크는 양호하게는 인쇄 노즐로 유동하기 보다는 기포 발생기 오리피스(36)으로 토출되도록 기포 발생기 오리피스(36)의 크기는 인쇄 노즐 오리피스의 크기보다 크게 선택된다. 그러나, 기포 발생기 오리피스(36)은 충분히 작아서 잉크의 표면 장력은 잉크가 중력에 의해 낙하하지 않도록 하고, 즉 구동 압력차가 있어야만 한다. 도시된 실시예에서, 기포 발생기 오리피스 직경은 0.0198㎝(0.0078 inch)이고 인쇄 노즐 직경은 0.0051㎝(0.002 inch)이다. 기포 발생기 오리피스(36)과 연통하는 수집통(38)은 블래더(26)이 장착되는 플랫포옴(24) 아래에서 수집통의 상부 측벽 내에 위치되는 환기구(40)에 의한 대기압과 연통된다.
작동시, 저장소(12)는 개구(42)를 통해 잉크가 초기에 충전되고, 이후 상기 개구는 플러그(44)로 밀봉된다. 펜이 우선 인쇄 작동될 때 인쇄 헤드로부터 토출된 잉크는 가요성 블래더(27)을 축소시키는 저장소(12)내의 부분 진공 또는 부압을 생성시키게 된다. 블래더가 축소됨으로써 저장소의 체적은 감소하게 되고, 따라서 잉크의 연속 토출에 의해 부분 진공이 형성되는 비율은 느려지게 된다.
저장소 압력을 완화시키는 블래더의 작용에도 불구하고, 부압은 역시 잉크의 연속 토출로 계속 증가하게 된다. 이러한 압력 증가는 잉크 저장소(12)와 환기되는 수집통(38) 사이의 압력차가 기포 발생기 오리피스(36)을 통하여 저장소 안으로 공기 기포를 밀기에 충분할 때까지 계속된다. 이러한 공기 기포는 저장소로부터 토출된 일정량의 잉크를 대체하여 저장소 안의 부분 진공의 일부분을 완화시킨다. 그후, 잉크의 연속 토출은 블래더(27)을 더 이상 축소시키지는 않지만 기포발생기(36)을 통하여 공기의 추가 기포를 대신 인출할 것이다. 따라서, 기포 발생기는 저장소 압력이 완전히 주변 압력에 도달하지는 않도록 저장소 안으로 공기를 제어가능하게 유입하는 압력 조절기로서 작용한다.
제3도는 저장소 부압과 토출된 잉크 체적 사이의 관계를 도시한 선도이다.
임의의 잉크가 저장소로부터 토출되기 전에 저장소 내의 잉크를 압착하는 가요성 블래더의 복원력에 의해 저장소는 다소간의 부압을 가지게 된다. 인쇄가 시작됨에 따라 실선으로 도시된 바와 같이 블래더가 축소되기 때문에 부압은 천천히 형성된다.(부압을 완화시키기 위해 존재하는 가요성 블래더가 없다면, 점선 A로 도시된 바와 같이 부압은 아주 신속하게 증가하게 될 것이다.)
토출된 잉크 체적이 증가함에 따라 곡선은 다소 불규칙하게 되는데, 그 이유는 블래더가 축소되는 동안 블래더의 축소량의 비선형 성질에 기인하는 것이다. 지점 B에서, 부압은 기포 발생기 오리피스(36)를 통하여 기포를 압착하기에 충분하게 되고 그후 부압은 상기 기포 압력[도시된 실시예에서 12.7㎝(5 inch)의 수두] 근처에서 안정되게 된다. 이 부압은 기포가 유입될 때마다 갑자기 하강하고 잉크의 연속 토출로 인하여 다시 상기 기포 압력으로 증가하게 된다. 기포 압력에 다시 도달될 때 다른 기포가 유입되어 부압은 다시 하강한다. 상기 과정은 저장소 내의 잉크가 소진될 때까지 계속한다. (제3도에서 선 C는 기포 발생기가 없는 경우 발생할 수 있는 부압을 나타낸다. 잘 알 수 있듯이 부압은 신속하게 증가하여 펜으로부터의 잉크의 토출을 방해한다.)
잉크의 토출은 저장소 내의 부압을 변화시키는 주요한 메카니즘이지만 유일한 것은 아니다. 주변 압력 및 주변 온도가 같은 주변 요인은 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 저장소 밖의 주변 압력이 증가한다면 저장소의 부압(즉, 주변 압력에 대한 부분 진공)도 마찬가지로 증가한다. 유사하게, 주변 온도가 감소한다면 저장소 내의 공기는 이상 기체 법칙에 따라 수축하고, 저장소 내의 순체적(net volume)을 대응되게 감소시키고 이럼으로써 저장소 부압을 대응되게 증가시킨다.
양 경우에, 블래더 및 기포 발생기 오리피스는 전술한 바와 같이 저장소 부압의 상기와 같은 변화에 따라 반작용(counteract)하여 소정의 압력치 근처로 상기 부압을 조절하도록 작용한다.
주변 요인은 저장소 부압을 감소시키려는 (즉, 잉크 압력을 상승시키거나 또는 주변 압력으로 상승시키려는) 경향이 있다. 예를 들어, 주변 압력이 하강하거나 주변 온도가 상승하면 이러한 것이 발생한다. 이와 같은 경우에 블래더는 복원되어 축소되지 않은 상태로 팽창하여 증가된 압력을 완화시키고 상기 효과에 반작용하게 된다. 이렇게 하는 동안에, 저장소 내에 잉크를 유지시키도록 잉크에 블래더 복원력을 계속 작용시킨다. 주변 압력이 계속 떨어지거나 또는 주변 온도가 계속 증가한다면, 블래더가 완전히 팽창할 때까지 블래더는 잉크에 복원력을 계속 작용시켜 대기압 이하로 유지된다. 그후, 잉크 압력의 추가적인 상승은 잉크를 기포 발생기(36)을 통해 수집통(38)내로 유동시킨다.
이때 블래더(27)는 완전히 팽창하고 수집통(38)은 잉크를 함유한다. 그후 조건이 변화하여 저장소 부압이 증가할 때(즉, 저장소로부터의 잉크 토출, 주변 압력의 증가 또는 주변 온도의 감소에 의해) 펜(10)은 수집통(38)로부터 저장소(12) 안으로 기포 발생기(36)을 통하여 잉크를 인출한다. 이러한 상황에서 수집통이 단지 공기를 함유할 때와는 상이하게 작동된다. 수집통이 단지 공기만을 함유하여 부압이 증가할 때, 부압은 블래더가 축소됨으로써 완화되게 된다. 그러나 수집통이 잉크를 함유하고 있다면 부압은 수집통으로부터 잉크를 저장소 안으로 인출함으로써 완화되게 된다. 이러한 차이는 보다 많은 잉크를 흡입하는 것보다 잉크로 충전된 저장소 안으로 공기 기포를 흡입하는 데에 더 큰 압력차가 필요한 것에 기인한다. 공기 기포는 저장소 안에서 기포가 형성되기 전에 반드시 극복해야만 하는 표면 장력을 가지게 된다. 수집통 내의 잉크는 표면 장력을 가지지 않는다.
저장소로부터의 잉크의 연속 토출은 (또는 부압을 증가시키려는 주변 요인의 변화는) 수집통의 잉크가 소진될 때까지 수집통으로부터 저장소로 잉크를 계속 인출한다. 이후, 이러한 상황은 펜이 사용된 후의 상황과 유사하며, 즉 수집통은 건조하게 되고 블래더는 완전히 팽창되게 된다. 펜으로부터의 잉크의 추가적인 토출은(또는 대응되는 주변 요인의 변화는)이 블래더를 축소시키게 한다. 축소된(또는 부분적으로 축소된)상태에서, 저장소의 압력을 주변 압력 이하로 유지하는 블래더의 복원력이 잉크에 작용하게 된다. 블래더의 복원력(즉, 저장소의 부압)이 공기 기포가 기포 발생기(36)을 통해 인출될 때까지 이 블래더는 추가적인 잉크 토출로써 계속 축소되게 된다. 이후 이 과정은 전술한 바와 같이 거의 계속 되어 저장소의 부압이 기포 압력을 초과할 때마다 기포 발생기 오리피스(36)을 통하여 기포가 유입된다.
수집통과 연통하는 기포 발생기 오리피스(36)은 수집통의 최하부 위치는 아니라는 것을 제2도로부터 알 수 있다. 그러나, 이 수집통은 양호하게는 플라스틱 재료로 제조되어서 플라스티 상의 잉크가 잉크 자체의 표면 장력으로 인하여 직립상으로 비이드(bead) 형상이 되게 한다. 이럼으로써 수집통 평면 위로 오리피스(36)이 위치함에도 불구하고 이 오리피스가 수집통을 거의 완전히 배수할 수 있다. 잉크가 유입되었던 이 코너에 잉크가 수집되려는 경향이 있으므로 수집통의 코너(46) 근처의 오리피스의 위치는 또한 완전한 잉크 토출에 도움이 된다.
전술한 설명으로부터, 블래더의 복원 압력이 기포 압력과 주변 압력 사이의 값이 되도록 블래더(27)을 설계하는 것이 중요한 한 필수 조건(requirement)이 된다는 것을 알 수 있다. 즉, 이 블래더는 0 내지 12.7㎝(0 내지 5.0 inch)의 수두 사이의 부분 진공을 포함하는 범위에서 축소되도록 설계되어야 한다. 블래더가 이 범위 내에서 작동하지 않는다면, 블래더가 축소되기 전에 이 기포 발생기가 임의의 과다한 저장소 부압을 완화시키도록 항상 작용하므로 저장소 부압을 조절함에 있어 비효율적이게 된다. 본 실시예에서, 이 블래더(27)은 두께가 0.061㎝(0.024 inch)이고 곡률 반경이 1.146㎝(0.451 inch)인 에틸렌 프로필렌 디엔단량체로 형성되어 있다.
본 실시예에서, 블래더는 완전한 반구형 형태는 아니다. 이러한 기하학적 형태는 수축 작용에 있어 방해를 받는다. 대신, 이 블래더는 제작할 때부터 또는 움푹 들어간 핑거(48, 제1도 참조)에 의해 움푹 들어가게 된다. 이러한 배치로써, 이 블래더는 부압이 증가함에 따라 즉시 축소될 수 있게 되지만 축소되기 전에 반구형 블래더에서 있을 수 있는 높은 초기 부압을 필요로 하지는 않는다.
제4도 내지 제5도는 본 발명의 대체 실시예를 설명하고 있다. 제4도의 실시예에 있어서, 저장소의 가변 체적 부분은 백(50, bag)으로 형성되어 있다. 백(50)은 그 속에 위치한 단부(52)를 가지며, 스프링(54)에 의해 완전 개방 위치로 밀려진다. 이 스프링(54)는 백 단부(52)와 저장소의 상부에 위치한 스프링 보스(56) 사이에서 바이어스되어 있다. 제4도의 실시예에 따른 작동 방법은 반구형 블래더의 불규칙적인 축소가 없어지므로 저장소 부압은 토출된 잉크의 일차 함수에 거의 근접한다는 사실 외에는 제1도 및 제2도의 실시예에 의한 작동 방법과 거의 동일하다.
제5도는 제1도, 제2도 및 제4도와 유사한 다른 실시예를 도시하고 있으나, 저장소의 가변 체적 부분으로 롤링 다이아프램(58, rolling diaphram)을 채용하고 있다. 이 롤링 다이아프램은 저장소 부압의 증가에 따라 거의 선형적으로 작동하게 된다.
제6도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서 저장소의 가변 체적 부분은 고정 체적 부분에 비해 하부라기 보다는 상부에 위치하고 있다. 여기서 이 가변 체적 부분은 피스톤(62), 결합부(64, fitment) 및 스프링(66)과 조합하여 롤링 다이아르램(60)을 포함하고 있다.
작동시, 저장소(12)는 초기에는 잉크로 충전되어 있고 피스톤(62)는 스프링(66)에 의해 완전 상향 위치로 가압되어 다이아프램(60)을 완전히 펴게 된다. 잉크가 펜으로부터 토출됨에 따라, 저장소 부압은 증가하게 된다. 이 부압이 증가함에 다라 피스톤(62)가 바닥 플랫포옴(68)과 접촉하여 최종적으로 정지할 때가지 피스톤은 아주 작은 마찰력으로 하향으로 이동한다. 저장소로부터의 추가적인 잉크 토출은 저장소의 부압을 조절하기 위해 기포 발생기(36)을 통해 공기가 저장소에 들어가게 한다. 이러한 공기는 모이게 된다.
온도 및 높이 변화(외부적 효과)는 펜에 영향을 미칠 수도 있으며, 저장소 부압이 감소하게 할 수도 있다. 이러한 때, 피스톤(62)는 수직 방향으로 이동하여 피스톤력 및 스프링력을 초과하는 비평형 공기 압력을 받는다. 이러한 이동은 이 펜이 이전 조건보다 다소 낮은 새로운 부압 평형을 설정하도록 한다. 이러한 과정은 피스톤/다이아프램/스프링 요소가 원래의 최상부 수직 위치에 도달할 때까지 계속된다.
필요하다면, 제6도의 펜은 저장소 내로의 우발적인 공기 유입을 방지하도록 불형 체크 밸브(70)을 구비할 수 있다. 펜이(또는 펜이 장착되는 프린터가) 뒤집어 진다면, 잉크는 기포 발생기 오리피스(36)에서 멀리 떨어져 유동하게 되고 공기가 자유로이 저장소 내로 유입되게 되어 부압을 거의 영(0)으로 감소시킨다.
또한 이것은 소량의 잉크를 펜의 인쇄 오리피스 밖으로 유동시킨다. 저장소로의 공기의 제한없는 유입은 피스톤/다이아프램 조립체가 저장체 내의 공기 체적으로써 원래의 연장 위치로 복귀되게 함으로써 펜의 온도 및 고도 보상 성능을 없애버리게 된다.
이러한 원하지 않는 상태를 피하기 위해 볼형 체크 밸브(72)는 펜이 뒤집어 질 때마다 기포 발생기 근처에 위치된 시트(74, seat)로 낙하하게 되어, 효과적으로 기포 발생기를 밀봉하고 저장소 부압을 유지시킨다. 펜이 정상 위치로 복귀될 때 이 볼은 시트로부터 낙하하여 정상적인 부압 조절이 재개되게 된다. 볼형 체크 밸브가 제6도의 실시예에만 도시되어 있더라도 이것은 본 발명의 임의의 형태로 사용될 수 있다.
마지막으로, 제6도의 펜은 수집통 내에 흡수성 포움(76, absorbent foam)을 포함하는 것으로서 도시되어 있다. 이 포움은 외부적 효과에 의해 수집통에 보내지는 임의의 잉크를 보유하여 이 잉크가 공기 환기구 밖으로 유동하는 것을 방지하게 된다. 동시에 또한 항상, 이 흡수성 포움은 환기구 및 기포 발생기 사이를 공기가 자유로이 유동하도록 하여 정상적인 부압 조절을 보장하게 된다. 이 포움은 임의의 실시예에 사용될 수 있으며 잉크와 사용자를 분리시키는 최후의 수단이 된다.
전술한 배치는 선행 기술에 비해 다양한 장점을 갖는다. 주요한 장점은 잉크 저장소가 잉크를 펜 속에 유지시킬 수 있는 압력 및 온도를 확장시킬 수 있다는 것이다. 부가적인 효과로서, 이러한 배치는 수집통이 잉크의 초기 부하의 일부분을 저장하는 데에 사용되어서 체적 효율을 증가시킬 수 있다. 최종적으로, 완전히 축소된 블래더 내에는 어떠한 것도 남아 있지 않으므로, 이러한 설계는 모든 종류의 잉크가 인쇄에 사용될 수 있게 한다. (제1도의 블래더 내에 남아 있는 임의의 잉크는 인쇄되는 웰(28, well) 내로 잉크가 유동할 수 있도록 펜을 기울임으로써 제거할 수 있다.
양호한 실시예 및 이들의 변형예를 참조하여 본 발명의 이론을 설명 및 도시하였으므로, 본 발명은 이러한 이론을 벗어나지 않고서도 배치 및 상세부에 있어서 변형이 가능하다는 것이 명백해진다. 예를 들면, 본 발명이 수집통의 상부에 있는 환기구를 설명하였지만, 제6도에 도시된 바와 같이 수집통의 바닥으로부터 상향으로 연장하는 굴뚝과 같은 다른 환기구 형상이 선택적으로 사용될 수 있다.
마찬가지로, 본 발명은 저장소와 수집통을 결합하는 기포 발생기 오리피스를 참조하여 설명하였지만, 미합중국 특허 제4,677,477호에 개시된 체크 밸브와 같은 다양한 다른 밸브 메카니즘으로 대체될 수 있다.
본 발명의 이론이 적용될 수 있는 폭 넓은 실시예 및 용법에 관하여, 설명되고 도시된 장치 및 방법은 단지 설명을 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다 라는 것을 이해해야 한다. 대신, 본 발명은 후속의 특허 청구의 범위 및 이와 유사한 것의 범위 및 요지 내에서 생길 수 있는 이러한 모든 변형을 포함하고자 한다.

Claims (13)

  1. 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서, 잉크 저장소와, 상기 저장소로부터 잉크를 토출하여 저장소 내의 압력를 감소시키는 인쇄 헤드와, 잉크 저장소 내로 대체 유체를 제어가능하게 유입시킴으로써 상기 저장소 내의 압력 감소를 제한하기 위한 제1압력 제어 수단과, 그리고 잉크 저장소의 체적을 변경시킴으로써 상기 저장소 내의 압력 감소를 제한하기 위한 제2압력 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제2압력 제어 수단이 저장소 내의 압력에 따라 이동할 수 있는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  3. 제2항에 있어서, 잉크 저장소 내의 부압이 한계치 이하로 변화하는 경우에는 제1압력 제어 수단은 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이동할 수 있는 부재가 저장소의 체적을 증가시키는 바이어스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제1압력 제어 수단은 잉크 저장소 내의 부압이 한계치를 통과한 후에만 상기 저장소 내로 대체 유체를 유입시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  6. 제5항에 있어서, 제1압력 제어 수단이 수집통과, 상기 수집통과 주변 압력을 연통시키는 수단과, 잉크 저장소와 수집통 사이의 압력차에 따라 잉크 저장소가 이를 통해 유체를 수집통으로부터 인출할 수 있는 유체 통로가 되게 하는 오리피스를 형성하는 수단과, 그리고 잉크 저장소 내의 압력이 주변 압력에 완전히 도달하는 것을 방지하기 위하여 수집통으로부터 잉크 저장소로의 유체 유동을 제한하기 위한 압력 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  7. 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서, 잉크를 수용하기 위한 잉크 저장소와, 수집통과, 상기 수집통의 압력을 주변압력으로 유지하기 위한 수단과, 상기 수집통과 상기 저장소 사이에 충분한 압력차가 존재할 때 상기 저장소로부터 상기 수집통으로 잉크가 토출되는 유체 통로가 되는 오리피스 수단과, 그리고 잉크 저장소의 압력을 완화시키기 위해 저장소 압력의 제1범위에서 작동되어서 상기 범위의 압력에 의해 잉크가 상기 오리피스 수단을 통해 수집통으로 구동되지 않게 하도록 잉크 저장소의 체적을 변경시키기 위한 이동가능한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이동 가능한 수단은 잉크 저장소의 체적을 변경시키기 위하여 상기 저장소 내의 압력에 따라 응답하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  9. 이동가능한 부재를 포함하고 있으며, 상기 이동가능한 부재는 잉크가 토출됨에 따라 상기 저장소를 수축시키고, 상기 수축 작용은 상기 이동가능한 부재가 이동 한계치에 도달할 때까지 저장소 내의 부압을 제한하고, 그후 더 이상 잉크를 토출할 수 없을 때까지 저장소 내의 부압이 증가하는 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서, 상기 이동가능한 부재가 이동 한계치에 도달한 후에도 상기 장치가 계속 인쇄할 수 있도록 제어가능하게 유체를 유입시키기 위해 잉크 저장소 내의 압력에 따라 응답하는 환기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 환기구는 이 장치가 뒤집어지는 경우 저장소내로의 공기의 제한없는 유입을 방지하기 위한 밸브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  11. 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서, 가변 체적 부분과 고정 체적 부분으로 구성되며 상기 고정 체적 부분이 상기 가변 체적 부분보다 더 크게 형성된 저장소와, 상기 저장소로부터 잉크를 토출시켜서 상기 저장소 내의 압력을 감소시키는 인쇄 헤드를 포함하고 있으며, 상기 잉크 저장소는 그 압력에 따라 가변 체적 부분의 체적을 변화시키는 수단과 그 압력에 따라 저장소 내의 유체 체적을 변화시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  12. 잉크를 수용하기 위한 저장소를 포함하는 잉크 제트 펜을 작동하기 위한 방법에 있어서, 제1작동 상태 중에 저장소의 크기를 변화시킴으로써 저장소 부압을 조절하는 단계와, 제2작동 상태 중에 저장소에 공기를 유입시킴으로써 저장소 부압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제3작동 상태 중에 저장소로부터 수집통으로 잉크를 이송함으로써 저장소의 압력을 제한하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
KR1019890019113A 1988-12-22 1989-12-21 잉크제트프린트카트리지의 주변요인에 의한 작동범위를 확장하기 위한 방법 및 장치 KR0141518B1 (ko)

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