KR100235281B1 - 잉크제트 인쇄 시스템과 잉크제트 프린트 카트리지의 충전 및 보충방법 - Google Patents

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마크 이 영
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알프레드 제페다
크리스토퍼 제이 슐츠
죤 퐁
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디. 크레이그 노룬드
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Abstract

본 발명은 프린트 카트리지를 잉크로 초기에 충전시키기 위한 제 1 충전포트와, 프린트 카트리지를 보충하기 위한 보충포트를 갖는 잉크제트 프린트 카트리지에 관한 것이다. 이 보충포트는 프린트 카트리지의 잉크통과 외부 잉크통의 사이에 기밀 유체 경로가 만들어지도록 외부 잉크통상의 밸브와 결합할 수 있는 미끄럼 이동가능한 밸브를 구비한다.

Description

잉크제트 인쇄 시스템과 잉크제트 프린트 카트리지의 충전 및 보충방법{INKJET PRINT CARTRIDGE HAVING TWO INK INLET PORTS FOR INITIAL FILLING AND RECHARGING}
본 발명은 잉크제트 프린터에 관한 것으로, 특히 잉크제트 프린트 카트리지에 잉크를 보충하는 방법에 관한 것이다.
대중적인 일 유형의 잉크제트 프린터는 하나 이상의 일회용 프린트 카트리지를 지지하기 위한 스캐닝 캐리지를 수납하고 있다. 각각의 일회용 프린트 카트리지는 잉크통내의 잉크공급원과, 프린트헤드와, 잉크통으로부터 프린트헤드상에 형성되어 있는 잉크분사실로 안내되는 잉크채널을 수용하고 있다. 가열저항기 또는 압전소자와 같은 잉크분사요소가 각각의 잉크분사실내에 위치된다. 잉크분사요소는 선택적으로 점화되어, 잉크방울을 각각의 작동된 잉크분사실위에 놓여 있는 노즐을 통하여 분사시켜서 인쇄매체상에 도트의 패턴을 인쇄한다. 그러한 인쇄가 300dpi 이상으로 일어날 때, 개별적인 도트는 서로 구별되지 않으며, 고품질 문자 및 이미지가 인쇄된다.
잉크통내의 초기 잉크 공급원이 고갈되면, 그 프린트 카트리지는 폐기되고 그 장소에 새로운 프린트 카트리지가 삽입된다. 그러나, 프린트 카트리지는 잉크공급원보다 긴 유효수명을 갖는다. 이러한 단지 일회용으로만 사용가능한 프린트 카트리지를 보충하기 위한 방법이 제안된 바 있으나, 그러한 보충방법은 제조업자의 계획속에 없었던 방식으로 프린트 카트리지 몸체내로 관통하는 것이 요구되며, 또한 전형적으로 사용자가 잉크를 프린트 카트리지내로 수동 주입하는 것이 필요하다. 게다가, 보충 잉크의 품질은 보통 원래 잉크의 품질보다 낮다. 결과적으로, 그렇게 보충을 하고 난 후에는, 잉크가 노즐로부터 줄줄 흐르고, 보충 키트로부터 프린트 카트리지 잉크통으로의 잉크 이전작업이 성가시며, 잉크채널내에 에어포켓(air pocket)이 형성되며, 잉크가 고속 인쇄 시스템에 부적합함으로 말미암아 저품질로 인쇄되고, 인쇄된 이미지의 품질이 전반적으로 저하되는 일이 허다하다.
따라서 현존하는 시스템의 전술한 결점중 어느 것도 갖지 않는 잉크제트 프린트 카트리지내 잉크공급원의 개선된 보충 구조체 및 방법이 필요하다.
본 명세서에서는 잉크제트 프린터와, 잉크통, 초기 충전 포트 및 보충 밸브를 갖는 제거가능한 프린트 카트리지와, 프린트 카트리지의 보충밸브를 결합시켜서 잉크통으로 잉크가 반송되도록 하는 잉크보충 시스템을 구비하는 잉크 인쇄 시스템을 기술한다.
바람직한 실시예에 있어서, 프린트 카트리지내의 잉크통은 스프링 로딩형의 쭈그러짐가능한 잉크주머니로 구성되는데, 그것에서 스프링은 잉크주머니의 측부들을 이격되도록 가압하여 잉크주머니내를 순환압력에 비하여 부압으로 유지시킨다. 프린트 카트리지의 사용중 잉크가 고갈됨에 따라, 잉크주머니는 점차로 쭈그러지며 스프링력을 극복한다.
미끄럼이동가능한 대체로 원통형상의 잉크 밸브가 프린트 카트리지 몸체를 관통하여 잉크주머니내로 연장된다. 그 밸브는 프린트 카트리지 몸체의 외측 단부에 수 커넥터 부분을 갖는다. 이 밸브는 프린트 카트리지 몸체내로 가압될 때 개방되고, 프린트 카트리지 몸체로부터 멀어지도록 당겨질 때 폐쇄된다.
잉크공급원을 포함하는 잉크보충 시스템은 프린트 카트리지 밸브의 수 커넥터 부분과 결합할 수 있는 암 커넥터 부분을 갖는 미끄럼이동가능한 밸브를 구비한다. 이 잉크보충 시스템 밸브는 잉크보충 시스템 몸체를 관통하여 잉크공급원내로 연장된다.
프린트 카트리지 잉크통을 보충하기 위하여, 프린트 카트리지 밸브의 단부가 잉크보충 시스템의 단부내로 삽입되어 두개의 밸브 사이에 기계적 결합 및 액밀 결합의 양자를 만든다. 프린트 카트리지를 잉크보충 시스템에 대하여 추가로 미는 힘이 작용하면, 양자의 밸브가 그들 각각의 잉크통의 내측으로 밀리게 된다. 이러한 추가 삽입이 일어나면, 양자의 밸브가 개방되어 잉크보충 시스템의 잉크통과 고갈된 프린트 카트리지 잉크통의 사이에 기밀 유체 경로를 만든다.
두개의 밸브를 결합시키는데 사용되는 힘은 잉크보충 시스템상의 지지부재를 프린트 카트리지상의 지지부재와 결합시켜서, 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템상의 최적 위치에 보유되도록 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 지지부재는 각각의 밸브를 둘러싸는 원통형상 슬리브이다.
프린트 카트리지 잉크주머니내의 부압은 잉크주머니가 거의 가득 찰 때까지 잉크를 잉크보충 시스템 잉크통으로부터 잉크주머니내로 인출시킨다. 그런 다음에는 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템으로부터 제거된다. 두개의 밸브 사이에 초기에 만들어진 기계적 결합은 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템으로부터 당겨짐에 따라 두개의 밸브를 당김에 의하여 그 밸브를 폐쇄시키도록 작용한다. 두개의 밸브가 폐쇄되고 나서도 프린트 카트리지를 더욱 당기면 기계적 결합이 해제되며, 그럼으로써 이제 프린트 카트리지가 재사용될 수도 있게 된다.
바람직한 실시예에 있어서, 잉크보충 시스템은 프린트 카트리지의 일회 보충을 허용한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 잉크제트 프린트 카트리지를 갖는 잉크제트 프린터의 사시도,
도 2는 도 1의 프린터내의 스캐닝 캐리지에 의하여 지지되고 있는 프린트 카트리지의 바람직한 실시예에 대한 사시도,
도 3은 보충 밸브를 내장하고 있는 바람직한 실시예의 프린트 카트리지의 사시도,
도 4는 도 3의 프린트 카트리지의 상이한 사시도,
도 5는 도 3의 프린트 카트리지의 보충 밸브의 확대도,
도 6은 사이드 커버를 제거시킨 도 3의 프린트 카트리지의 분해도,
도 7은 조립후 그리고 사이드 커버가 설치되기 전의 도 6의 프린트 카트리지의 사시도,
도 8은 사이드 커버가 설치된 것을 도시하는 도 7의 프린트 카트리지의 사시도,
도 9는 도 7의 9-9선을 따라 취한 도 7의 프린트 카트리지의 단면도,
도 10a 및 도 10b는 도 7의 프린트 카트리지내에 사용되는 미끄럼이동가능한 밸브의 사시도,
도 11은 도 7의 11-11선을 따라 취한 도 7의 프린트 카트리지의 단면도,
도 12는 가요성 테이프상에 장착된 프린트헤드 기판과 가요성 테이프내에 형성된 잉크분사 노즐을 수용하는 프린트헤드 조립체의 배면 사시도로서, 기판상의 전극이 가요성 테이프상에 형성되어 있는 도전성 트레이스에 접합된 것을 도시하는 도면,
도 13은 도 12의 도 13-13선을 따라 취한 프린트헤드 조립체의 단면도,
도 14는 프린트헤드 기판상에 각종 잉크분사실과 잉크분사요소가 형성되어 있는 것을 도시하는 프린트헤드 기판의 사시도,
도 15는 잉크가 프린트헤드 기판의 외측 에지의 둘레를 돌아 잉크분사실로 공급되는 것을 도시하는 도 3의 15-15선을 따라 취한 프린트 카트리지의 단면도,
도 16은 잉크가 프린트헤드 기판의 외측 에지의 둘레를 돌아 잉크분사실로 반송되는 것을 도시하는 프린트헤드 기판과 가요성 테이프의 일부 단면도,
도 17은 프린트 카트리지 잉크통에 잉크를 초기에 충전하는 것을 도시하는 도 3의 17-17선을 따라 취한 프린트 카트리지의 일부 단면도,
도 18 및 도 19는 도 17에 도시한 충전구멍을 영구적으로 밀봉하기 위하여 그 충전구멍내에 강(steel)제 볼을 삽입한 것을 도시하는 도면,
도 20은 바람직한 실시예의 잉크 보충 시스템의 초기 상태 사시도,
도 21은 도 3의 프린트 카트리지를 보충하기 위한 준비로서 잉크보충밸브를 노출시켜 놓은 도 20의 잉크보충 시스템의 사시도,
도 22는 도 20의 잉크보충 시스템의 분해 측면도,
도 23a 및 도 23b 는 바람직한 잉크보충 시스템내에 사용되는 미끄럼이동가능한 밸브의 사시도,
도 24는 도 20의 잉크보충 시스템의 분해 사시도,
도 25는 보충 잉크통의 잉크충전 구멍과 잉크보충 밸브의 양자를 도시하는 도 20의 잉크보충 시스템의 평면도로서, 상부 커버를 제거한 도면,
도 26은 폐쇄상태의 보충밸브와 텅빈 잉크통을 도시하는 도 25의 26-26선을 따라 취한 잉크보충 시스템의 단면도,
도 27은 잉크로 잉크보충 시스템을 충전하기 위한 바람직한 방법을 도시하는 개략도,
도 28은 도 27에 따라 보충 잉크통을 잉크로 충전한 후에 도 21의 28-28선을 따라 취한 잉크보충 시스템의 단면도,
도 29는 도 3의 프린트 카트리지가 프린트 카트리지내의 잉크통을 보충하기 위하여 도 21의 잉크보충 시스템과 결합한 것을 도시하는 도면,
도 30은 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템과 결합함으로써 보충 밸브가 개방된 것을 도시하는 도 29의 30-30선을 따라 취한 잉크보충 시스템의 단면도,
도 31, 도 32, 도 33 및 도 34는 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템에 결합하고 그 다음 해제될 때의 잉크보충 시스템과 프린트 카트리지상의 밸브의 각종 위치를 도시하는 도면,
도 35는 보충과정중 재사용가능한 스냅결합식 링의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 36은 프린트 카트리지를 보충한 후에 프린트헤드 노즐을 와이핑하여 노즐 영역을 세정하는 것을 도시하는 도면,
도 37은 프린트 카트리지를 보충하기 위하여 프린트 카트리지와, 그와 별개의 잉크공급원의 밸브 사이에 호오스가 접속되어 있는 것을 도시하는 본 발명의 변형예에 따른 잉크제트 프린터의 사시도,
도 38은 호오스가 연장되어 있는 프린트 카트리지의 밸브 부분의 확대도,
도 39는 미끄럼이동가능한 밸브 대신에 니들 및 격벽을 이용하는 것을 제외하곤 도 28과 유사한 잉크보충 시스템의 단면도,
도 40은 잉크보충 시스템의 니들에 결합하려고 하는 찰나의 프린트 카트리지 격벽의 확대도,
도 41은 프린트 카트리지가 도 39의 잉크보충 시스템을 이용하여 보충되고 있는 것을 도시하는 확대도.
도 42는 내부에 잉크봉지와 보충챔버가 구비되어 있고 그 사이에 모세관 밸브가 배치되어 있는 프린트 잉크 카트리지의 분해 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 잉크제트 프린터 16, 226 : 프린트 카트리지
18 : 스캐닝 캐리지 24, 156 : 밸브
26, 158 : 슬리브 28 : 손잡이
40 : 노즐부재 42 : 가요성 테이프
46 : 잉크충전구멍 51 : 잉크주머니
66 : 잉크채널 150, 210 : 잉크보충 시스템
175 : 잉크통 310 : 잉크 카트리지
315 : 쭈그러짐가능한 주머니 320 : 잉크저장실
332 : 스크류 캡 340 : 모세관 밸브
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 보충가능한 프린트 카트리지를 갖는 잉크제트 프린터(10)를 도시한다. 잉크제트 프린터(10) 자체는 통상적인 것이다. 커버(11)가 이 인쇄기구를 먼지 및 기타 외부 물질로부터 보호하고 있다. 용지 입력 트레이(12)가 인쇄용 용지(14)의 스택을 지지하고 있다. 용지는 인쇄후에 출력 트레이(15)내로 낙하된다.
프린트 카트리지(16)의 설명
도 1에 도시한 실시예에 있어서는, 4개의 프린트 카트리지(16)가 스캐닝 캐리지(18)내에 장착된다. 프린트 카트리지(16)는 흑색, 청색, 적색 및 황색 잉크를 각기 수납하고 있다. 이 4개의 프린트 카트리지(16)의 각각에서 잉크 점화 요소가 선택적으로 작동하여 총천연색의 고해상도 이미지를 만들 수 있다. 일 실시예에 있어서 흑색 잉크제트 프린트 카트리지(16)는 매 인치당 600 도트(600dpi)로 인쇄하며 칼라 프린트 카트리지(16)는 300dpi로 인쇄한다.
스캐닝 캐리지(18)는 봉(20)상에 미끄럼이동가능하게 장착되고, 널리 알려진 벨트/와이어와 풀리의 조합 시스템을 이용하여 용지를 가로질러 기계적으로 스캐닝되며, 그 동안 프린트 카트리지(16)는 잉크 방울을 분사하여 인쇄 문자 또는 다른 이미지를 형성한다. 프린터(10) 내부의 기구 및 전자장치는 통상적인 것이기 때문에 프린터(10)에 대하여 보다 상세히 추가로 기술하지는 않을 것이다.
도 2는 프린트 카트리지(16)를 둘러싸는 스캐닝 캐리지(18)의 보다 상세한 도면이다. 스캐닝 캐리지(18)는 화살표(22)로 나타낸 방향으로 이동하며, 용지(14) 시이트는 스캐닝 캐리지(18)의 이동방향과 수직인 화살표(23) 방향으로 이동한다.
각 프린트 카트리지(16)는 제거가능하고, 또한 스캐닝 캐리지(18)상의 고정 전극과 결합하여 전기 신호를 각 프린트 카트리지(16)내의 프린트헤드로 전송한다.
각 프린트 카트리지(16)는 개폐가능한 밸브(24)를 수용하고 있다. 개방상태에서는 외부 잉크 공급원으로부터의 잉크가 밸브(24)를 통하여 프린트 카트리지(16)내의 잉크통으로 흐르게 될 수 있다. 밸브(24)는 원통형상 플라스틱 슬리브(26)로 둘러싸이며, 이 슬리브(26)는 프린트 카트리지(16)를 스캐닝 캐리지(18)내로 삽입하기 위하여 그리고 그것으로부터 제거하기 위하여 사용자가 프린트 카트리지(16)를 쉽게 파지할 수 있도록 하는 손잡이(28)의 일부를 형성한다.
스캐닝 캐리지(18)에 관한 보다 상세한 내용은 본 출원인에게 양도된 바 있는 ＂프린터내의 다수의 노즐 부재의 정렬을 개선시키기 위한 기준부 형성(Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Printer)＂이라는 발명의 명칭의 토만 제프리(Thoman Jeffrey) 등의 미국 특허 제 5,408,746 호에 기술되어 있으며, 상기 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 프린트 카트리지(16)의 일 사시도를 도시한다. 이 도면에 있어서 다른 도면과 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다. 프린트 카트리지(16)의 외측 프레임(30)은 제네랄 일렉트릭 캄파니에서 ＂NORYL＂이라는 상표로 판매하고 있는 물질과 같은 성형된 엔지니어링 플라스틱으로 제조된다. 사이드 커버(32)는 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 기준부(datum)(34, 35, 36)는 프린트 카트리지(16)를 스캐닝 캐리지(18)내에 설치할 때 그의 위치설정에 영향을 미친다. 기준부(34, 35, 36)는 노즐 부재(40)를 프린트 카트리지(16)상에 설치한 이후에 기계가공되어, 모든 4개의 프린트 카트리지(16)가 스캐닝 캐리지(18)내로의 삽입시 서로 정렬되어 있는 노즐을 각기 갖도록 한다. 기준부(34, 35, 36)의 형성과 관련된 보다 상세한 내용은 전술한 바 있는 ＂프린터내의 다수의 노즐 부재의 정렬을 개선시키기 위한 기준부 형성＂이라는 발명의 명칭의 미국 특허 제 5,408,746 호에 기재되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 노즐 부재(40)는 레이저 융제를 이용하여 노즐(44)이 내부에 형성되어 있는 가요성 테이프(42)의 스트립으로 구성된다. 그러한 노즐(44)의 일 제조방법이 본 출원인에게 양도된 바 있는 샨츠 크리스토퍼(Schantz Christopher) 등의 ＂잉크제트 프린트헤드용의 레이저 융제된 노즐부재(Laser Ablated Nozzle Member for Inkjet Printhead)＂라는 발명의 명칭의 미국 특허 제 5,305,015 호에 기재되어 있다. 이 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다. 이 노즐부재(40)의 구조는 차후에 보다 상세히 설명할 것이다.
특정 프린트 카트리지(16)가 스캐닝 캐리지(18)내의 틀린 슬롯내로 삽입되는 것을 방지하기 위하여 플라스틱 탭(45)이 사용된다. 탭(45)은 흑색, 청색, 적색 및 황색 프린트 카트리지마다 상이하다.
제조업자가 프린트 카트리지(16)내의 잉크통을 초기에 충전할 수 있도록 충전구멍(46)이 제공된다. 이 구멍(46)은 그 이후에 강제 볼(steel ball)로 밀봉된다. 이 밀봉은 영구적인 것으로 의도된다. 그러한 충전에 대해서는 후술할 것이다.
도 4는 가요성 테이프(42)상에 형성되는 전기접점 패드(48)를 도시하는 프린트 카트리지(16)의 다른 사시도인데, 이 도면에 있어서 전기접점 패드(48)는 가요성 테이프(42)의 하측면에 형성되어 있는 트레이스(trace)를 경유하여, 가요성 테이프(42)의 하측면에 부착되어 있는 프린트헤드 기판상의 전극에 접속된다.
탭(49)은 프린트 카트리지(16)가 스캐닝 캐리지(18)내의 적소에 체결되도록 스캐닝 캐리지(18)상의 스프링 로딩형 레버(50)(도 2)에 결합한다.
도 5는 손잡이(28)의 일부를 형성하는 원통형상 슬리브(26)로 둘러싸여 있는 프린트 카트리지 밸브(24)의 확대도이다. 지지 플랜지(52)가 손잡이(28)에 대하여 추가 지지를 제공한다.
도 6은 사이드 커버(32)를 제거한 상태의 도 3의 프린트 카트리지(16)의 분해도이다. 도 6은 쭈그러짐가능한 잉크 주머니(51)의 구성을 도시하며(도 7에는 조립된 상태를 도시함), 이 잉크 주머니(51)는 대기압과 비교하여 내부 부압을 제공한다. 잉크 주머니(51)의 구성은 다음과 같다.
강성의 외측 프레임(30)과 거의 동일한 외형을 갖는 플라스틱 내측 프레임(54)이 제공된다. 이 내측 프레임(54)은 외측 프레임(30)을 형성하기 위하여 사용되는 것보다 가요성이 크고 보다 낮은 용융온도를 갖는 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직하다. 적절한 플라스틱 재료는 연질의 폴리올레핀 합금이다. 바람직한 실시예에 있어서, 외측 프레임(30)은 내측 프레임(54)의 형성시 금형의 일부로서 사용된다. 외측 프레임(30)과 내측 프레임(54)의 형성에 대한 보다 상세한 설명은 본 출원인에게 양도된 바 있는 ＂열방식 잉크제트 카트리지용의 상이한 성질을 갖는 2종 재료 프레임(Two Material Frame Having Dissimilar Properties for a Thermal Ink-Jet Cartridge)＂이라는 발명의 명칭의 스완슨 데이비드(Swanson David)의 1992 년 12 월 22 일자 미국 특허출원 제 07/994,807 호에 기술되어 있다. 이 특허출원은 본 명세서에 참고로 인용된다.
스테인레스강과 같은 금속의 스트립으로부터 절단될 수도 있는 활형 스프링(bow spring)(56)이 제공된다. 활형 스프링(56)의 절곡부의 정점은 강성 금속 측판(58, 59)의 중앙부에 점용접 또는 레이저 용접된다. 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 마일라(Mylar)와 같은 플라스틱으로 제조된 한쌍의 가요성 잉크주머니 측벽(61, 62)은 그 주변부가 유체 시일을 제공하도록 내측 프레임(54)의 가장자리에 가열용접되며, 그 중앙부는 측판(58, 59)에 가열용접된다. 바람직한 측벽(61, 62)은 미국 특허 제 5,450,112 호에 기재되어 있는 가요성 9층 재료로 제조된다. 이 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다.
이제 잉크주머니 측벽(61, 62)은 활형 스프링(56)에 미리 텐션이 부여되도록 측판(58, 59)에 대향 배치된다. 이제 활형 스프링(56)은 잉크주머니(51)내에 -0.1 psi (약 -3 인치의 상대 수압과 동등함) 정도의 부압이 제공되도록 잉크주머니 측벽(61, 62)상에 비교적 일정한 외향력을 가하는 압력조정기로서의 역할을 한다. 허용가능한 부압은 대략 -1 내지 -7 인치의 수압이며, 바람직한 범위는 -3 내지 -5 인치의 수압이다.
잉크주머니(51)에 필요한 실제 부압은 노즐 오리피스 구조, 프린트 카트리지(16)의 기하학적 구조[프린트 카트리지(16)의 두께에 의하여 결정되는 잉크주머니(51)의 외측 팽창 한도를 포함함] 및 스캐닝 캐리지(18)의 인쇄위치 장착시 프린트 카트리지(16)의 수평/수직 배향을 비롯한 각종 인자에 따라 달라진다.
잉크가 프린트 카트리지(16)로부터 배출될 때, 잉크주머니(51)(도 7)는 쭈그러질 것이다.
금속 측판(58, 59)의 표면에는, 측판(58, 59)의 금속 가장자리가 잉크주머니 측벽(61, 62)에 접촉하여 그것을 인열시키지 못하도록 가장자리 보호부(edge guard)가 선택적으로 접합될 수도 있다. 이 가장자리 보호부는 측판(58, 59)의 외면에 접착제로 고정되고 가장자리와 약간 중첩된 얇은 플라스틱 덮개층일 수도 있다.
외측 프레임(30)의 주입구내에 형성되어 있는 제 1 잉크채널(66)에 잉크가 도달하기 전에 입자를 여과해내기 위하여 망사 필터(mesh filter)(64)가 잉크주머니(51)내의 내측 프레임(54)상에 제공된다. 프린트헤드 조립체가 나중에 프린트 카트리지(16)의 주입구에 고착될 것이며, 프린트헤드 조립체내의 잉크채널이 주요 잉크채널(66)로부터 프린트헤드상의 잉크분사실내로 안내될 것이다.
또한 잉크주머니(51)는 미끄럼이동가능한 밸브(24)를 구비하며, 이에 대하여는 나중에 보다 상세히 기술할 것이다. 따라서, 잉크주머니(51)는 주요 잉크채널(66)의 개구를 제외하곤 완전히 밀봉된다. 도 7은 사이드 커버를 프린트 카트리지(16)상에 배치하기 이전의 상태에 있는 도 6의 구조체를 도시한다.
바람직한 실시예에 있어서, 잉크주머니(51)내에 남아 있는 잉크의 양은 이하와 같이 형성된 잉크레벨 검출기(도 6 및 도 7에 도시함)에 의하여 확인된다. 녹색과 같은 전면색(solid color)을 갖는 제 1 의 용지 스트립(70)이 측벽(62)상의 영역(73)에 접속된 접착제를 통하여 잉크주머니 측벽(62)에 고정된다. 그런 다음에 이 용지 스트립(70)의 단부가 프레임(30)의 리세스 가장자리(74)상에서 절곡되어, 프레임(30)의 리세스 표면(75)상에 편평하게 놓인다. 흑색과 같은 상이한 색채를 갖는 스트립(77)에 윈도우(78)가 제공된다. 그런 다음에는 스트립(77)상의 접착제(79)가 영역(80)에서 측벽(61)에 고착된다. 이 스트립(77)은 프레임(30)의 리세스 가장자리(80)위에서 절곡되어 리세스 표면(75)상의 전면색 스트립(70)위에 놓인다. 측판(32)(도 3)을 프린트 카트리지(16)에 고착하고 나서, 투명 윈도우(85)(통공일 수도 있고 투명부일 수도 있음)를 갖는 스트립(84)이 가장자리(86)를 프린트 카트리지(16)상의 각 사이드 커버(32)에 접착제로 고착시킴에 의하여 리세스 표면(75)에 고착된다. 잉크주머니(51)로부터 잉크가 고갈되면서 가요성 잉크주머니 측벽(61, 62)이 서로 접근함에 따라, 윈도우(85)를 통해 볼 때 스트립(77)내의 윈도우(78)는 스트립(70)의 색채를 점점 더 적게 노출시킬 것이며, 결국에는 스트립(70)의 녹색이 윈도우(85)를 통하여 더 이상 노출되지 않고 흑색 스트립(77)만이 윈도우(85)를 통해 나타날 것이다. 그 때 프린트 카트리지(16)는 후술하는 방식으로 밸브(24)를 이용하여 보충되어야 한다.
도 8은 하나의 강성 사이드 커버(32)와 그것을 프린트 카트리지의 외측 프레임(30)에 고정하는 방법을 보다 상세히 도시한다. 사이드 커버(32)내에 형성되어 있는 탭(88)과 정렬되어 슬롯(87)이 외측 프레임(30)내에 형성되는 것으로 도시하고 있다. 탭(88)이 슬롯(87)내로 삽입되면 사이드 커버(32)와 프레임(30)이 확고히 고착되게 된다. 탭(88)은 슬롯(87)의 측부를 형성하는 플라스틱 안으로 약간 절단되어 사이드 커버(32)가 프레임(30)에 고-마찰로 부착될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 선택적으로는 사이드 커버(32)를 프레임(30)에 고착시키기 위하여 접착제가 사용될 수도 있다.
도 9는 프린트 카트리지(16)를 본질적으로 양분하는 도 7의 9-9선을 따른 프린트 카트리지(16)의 외측 프레임(30)과 내측 프레임(54)의 단면도이다. 밸브(24)는 원통형상 슬리브(26)의 단면과 함께 폐쇄상태로 도시하고 있다. 부분 금형으로서 외측 프레임(30)을 사용하여 내측 프레임(54)을 사출성형할 때에, 액밀(液密) 밸브시일(fluid tight valve seal)(89)이 형성되며, 이 액밀 밸브시일을 통하여 미끄럼이동가능한 밸브(24)가 삽입된다. 밸브(24)는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 테플론TM또는 다른 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 또한 제 9 도의 단면에는 잉크충전 포트(46)도 도시하고 있다. 또한 프린트헤드 기판(90)도 단순화된 상태로 일부 도시하고 있다.
밸브(24)의 보다 상세한 도면은 도 10a 및 도 10b에 도시하고 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 밸브(24)는 중공형 샤프트부(91)로 구성되며, 이 샤프트부(91)는 측부에 통공(92)을 갖고 상부에 구멍(93)을 갖는다. 제 1 리브(94)는 밸브(24)가 프린트 카트리지 몸체내로 하향 이동하는 것을 제한한다. 클립(95)이 샤프트부(91)내에 형성되어 있는 환상 노치의 둘레에서 샤프트부(91)의 단부에 탄성적으로 고정되어 밸브(24)가 프린트 카트리지 몸체 외측으로 상향 이동하는 것을 제한한다. 클립(95)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리카보네이트 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 밸브(24)의 상부에는 환상 리브(96)가 형성되며, 이 환상 리브(96)는 보조 잉크통의 밸브(후술할 것임)의 리세스내에 안착된다. 바람직한 실시예에 있어서, 밸브(24)의 길이는 0.582 인치이나; 허용가능한 범위는 대략 0.25 내지 1.0 인치이며, 그 길이는 인간공학 및 신뢰성과 같은 설계인자에 따라 달라진다. 밸브(24)의 외경은 약 0.154 인치이나, 실제로 어떤 외경이어도 된다.
도 11은 활형 스프링(56), 가요성 잉크주머니 측벽(61, 62), 금속 측판(58, 59) 및 선택적인 보호용 가장자리 보호부(97)를 도시하는 11-11선을 따라 취한 도 7의 구조체의 단면도이다. 잉크주머니(51)가 쭈그러질 때 스프링력이 거의 일정하게 유지되도록 스프링(56)에는 미리 텐션이 인가된다.
스프링 로딩형 잉크주머니의 구성과 관련된 또다른 정보는 본 출원인에게 양도된 바 있는 ＂잉크제트 스워스 프린터/플로터내의 스프링 주머니 저장통의 연속 보충(Continuous Refill of Spring Bag Reservoir in an Ink-Jet Swath Printer/ Plotter)＂이라는 발명의 명칭의 셰플린 죠셉(Scheffelin Joseph)의 1995년 5월 31일자 미국 특허출원 제 08/454,975 호에 기술되어 있다. 이 특허출원은 본 명세서에 참고로 인용된다.
다른 적절한 부압 잉크통은 플라스틱 벨로우즈(bellows)를 구비하며, 잉크주머니는 외부 스프링, 외부 압력조정기를 갖는 저장통, 및 거품 공급원에 의하여 내부 압력을 조절하는 강성 저장통을 구비한다.
이제부터는 프린트헤드 조립체에 대하여 기술하고자 한다. 도 12는 프린트헤드 조립체(98)의 배면을 도시하는 것으로서, 실리콘 기판(90)이 가요성 테이프(42)의 배면에 장착되어 있는 것을 나타내고 있다. 프린트헤드 조립체(98)는 궁극적으로는 가열부착에 의하여 도 4에 도시한 바와 같이 프린트 카트리지(16) 몸체에 부착된다. 가요성 테이프(42)는 폴리이미드 또는 다른 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 기판(90)상에 형성되어 있는 장벽층(100)의 하나의 에지는 나중에 기술하는 바와 같이 잉크채널(102)과 잉크분사실을 수납하는 것으로 도시하고 있다. 잉크분사실은 프린트헤드가 열방식인 경우에 기화실이라 불릴 수도 있다.
가요성 테이프(42)의 배면상에는 종래의 사진석판법 또는 도금법을 이용하여 도전성 트레이스(104)가 형성되며, 이 트레이스(104)는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 접점패드(48)에서 종단된다. 트레이스(104)의 타단부는 기판(90)상의 전극(108)(도 13)에 접속된다. 트레이스(104)의 단부를 기판(90)상의 전극(108)에 접합할 수 있도록 이들 단부에 대한 접근을 얻기 위하여 가요성 테이프(42)내에 윈도우(106, 107)가 사용된다.
도 13은 도전성 트레이스(104)의 단부를 기판(90)상의 전극(108)에 접속한 것을 도시하는 도 12의 13-13선 측면 단면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 도전성 트레이스(104)의 단부를 기판(90)으로부터 절연시키기 위하여 장벽층(100)의 일부(110)가 사용된다. 가요성 테이프(42)내에 형성되어 있는 노즐과 관련된 잉크 분사 요소가 활성화된 후에 그 노즐을 통하여 잉크방울(112)이 분사되는 것도 도시하고 있다.
도 14는 잉크분사실(114), 각각의 잉크분사실(114)로 안내되는 잉크채널(102), 및 잉크분사요소(118)(본 실시예에서는 가열저항기임)를 수납하는 기판(90)의 개략적인 사시도이다. 변형예에 있어서, 잉크분사요소(118)는 압전소자이다. 바람직한 실시예에 있어서 장벽층(100)은 바크렐(Vacrel) 또는 파라드(Parad)와 같은 포토레지스트이며, 종래의 석판인쇄술을 이용하여 제조된다. 가요성 테이프(42)의 배면에 기판(90)을 접착 고정시키기 위하여 장벽층(100)위에 접착제층(120)이 형성된다.
점화 이후의 잉크분사실(114)의 보충중 축소지점(122)이 점성 감쇠를 제공한다. 각 잉크채널(102) 진입구의 확장영역(124)은 장벽층(100)에의 부착시 노즐을 포함하는 가요성 테이프(42) 부분이 장벽층(100)상에서 비교적 편평하게 놓이도록 장벽층(100)의 에지의 지지영역을 증가시킨다. 두개의 인접한 확장영역(124)은 대형 외부 입자의 여과를 돕기 위하여 잉크채널(102)의 진입구를 축소시키는 역할을 한다.
기판(90)이 전술한 바와 같이 가요성 테이프(42)에 부착된 후에 전극(108)이 국부 트레이스(phantom trace)(104)에 접속되는 것을 도시하고 있다. 장벽부(110)가 트레이스(104)를 기판(90) 표면으로부터 단절시킨다. 또한 잉크분사실의 다른 실시예가 사용될 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서는, 잉크분사실(114)이 600dpi의 인쇄분해능을 제공하도록 이격된다.
기판(90)상의 회로소자를 디멀티플렉서(demultiplexer)(128)로 나타내고 있다. 디멀티플렉서(128)는 전극(108)에 접속되며, 전극(108)에 인가된 전기 신호를 각종 잉크분사요소(118)로 분배한다. 전극(108)은 잉크분사요소(118)보다 적게 필요하다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크분사요소(118)의 그룹은 반복되고, 각 그룹은 근원부(primitive)라고 부를 것이다. 전극(108)에 접속된 라인을 어드레싱하면, 각 근원부에서 한번에 하나의 잉크분사요소(118)가 어드레싱된다. 근원부의 어드레싱과 근원부의 특정 잉크분사요소(118)의 동시 어드레싱을 요구함으로써, 기판(90)상의 전극(108)의 수 및 프린트 카트리지(16)상의 접점패드(48)(도 4)의 수가 잉크분사요소(118)의 총수(예를 들면 300)보다 훨신 더 작을 수 있다(예를 들면 52).
이러한 특정 프린트헤드 구조체와 관련된 추가 정보는 본 출원인에게 양도된 바 있는 ＂고속 및 고분해능 인쇄용 잉크제트 프린트헤드 구조(Inkjet Printhead Architecture for High Speed and High Resolution Printing)＂라는 발명의 명칭의 브라이언 키프(Brian Keefe) 등의 미국 특허출원 제 08/319,896 호에 기술되어 있으며, 이 특허출원은 본 명세서에서 참고로 인용한다.
도 15는 잉크가 쭈그러짐가능한 잉크주머니(51)로부터 주 잉크채널(66)(도 7도에 도시함)을 통하여 기판(90)의 외측 에지(129)를 돌아 잉크채널(102)(도 14)과 잉크분사실(114)내로 반송되는 것을 도시하는 도 3의 15-15선 단면도이다. 잉크의 경로는 화살표(130)로 표시한다. 노즐(44)이 형성되어 있는 테이프(42)는 접착제(132)에 의하여 주 잉크채널(66) 둘레로 밀봉된다.
도 16은 노즐(44), 단순화된 잉크분사실(114), 및 도 12 내지 도 14와 관련하여 전술한 프린트헤드 조립체(98)를 만드는 각종 다른 요소를 도시하는 프린트헤드 조립체(98)의 확대 부분 단면도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 잉크경로(130)는 기판(90)의 외측 에지(129) 둘레로 흐른다.
도 17 내지 도 19는 도 3에 가장 잘 도시한 프린트 카트리지(16)를 잉크충전구멍(46)을 통하여 초기에 잉크로 충전하는 바람직한 방법을 도시한다. 도 17 내지 도 19는 도 3의 17-17선 단면도로서, 외측 프레임(30), 사이드 커버(32), 내측 프레임(54), 가요성 잉크주머니 측벽(61, 62), 및 금속 측판(58, 59)을 도시한다. 제 1 단계에서, 잉크주머니(51)내의 공기는 잉크충전구멍(46)을 통하여 CO2를 단순히 주입하는 것에 의하여 CO2로 대체된다. 후술하는 바와 같이, CO2는 잉크의 충전후 잉크주머니(51)내에 기포가 형성되지 못하게 한다. 그런 다음에는 잉크반송 파이프(134)가 잉크충전구멍(46)을 통하여 삽입되며, 잉크(136)가 충전구멍(46)에 도달할 때까지 텅빈 잉크주머니(51)내로 잉크(136)가 펌핑된다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크의 튀어오름 및 거품의 발생을 최소화시키기 위하여 파이프(134)가 잉크주머니(51)의 바닥 근처까지 삽입된다.
잉크주머니(51)가 충전되자마자, 스테인레스강제 볼(138)(도 18)이 도 19에 도시한 바와 같이 잉크충전구멍(46)내에 안착되어 확고히 고정될 때까지 플런저(140)에 의하여 잉크충전구멍(46)내로 가압된다. 이제 볼(138)은 잉크충전구멍(46)을 영구히 밀봉시킬 것이며, 잉크주머니(51)내의 잉크의 보충은 도 3의 밸브(24)를 통하여 수행될 것이다.
그런 다음에, 주입구가 최고점에 있고, 잉여 공기가 노즐(44)에 대하여 밀봉된 진공펌프를 이용해서 노즐(44)을 통하여 인출되도록, 프린트 카트리지(16)가 위치설정된다. 그 후에 약 -3 내지 -4 인치와 동등한 초기 수부압(water negative pressure)을 잉크주머니(51)내에 만들기에 충분한 양의 잉크가 노즐(44)을 통하여 흡입된다. 노즐(44)의 소경 및 잉크 점도와 결합된 여러 잉크채널의 협소한 폭으로 인해서, 잉크주머니(51)내의 부압이 노즐(44)을 통하여 공기가 인출되지 않게 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크주머니(51)의 용량은 대략 50ml이다.
그런 다음에 완성된 프린트 카트리지(16)가 종래의 방식으로 도 1의 프린터내에 사용되며, 잉크주머니(51)가 팽창된 상태로부터 시작해서 수축된 상태까지 점차로 고갈되고, 그간 잉크주머니(51)내에는 부압이 내내 유지된다.
잉크보충 시스템(150)에 대한 설명
밸브(24)를 경유하여 프린트 카트리지(16)를 재충전하기 위한 바람직한 장치를 이하에서 기술하고자 한다.
도 20은 프린트 카트리지(16)를 한번 보충하기에 충분한 잉크공급원을 수납하는 바람직한 실시예의 잉크보충 시스템(150)의 사시도이다. 잉크보충 시스템(150)과 관련하여 기술하는 개념은 잉크의 양을 수납하는 보충 시스템에 적용될 수도 있다. 잉크보충 시스템(150)은 힌지결합된 커버부(152)를 구비하며, 이 커버부(152)는 잉크공급밸브가 부주의하게 개방되는 것을 방지하고 또한 먼지 및 기타 부스러기가 밸브내에 축적되는 것을 방지한다. 잉크보충 시스템(150)은 보충후 프린트 카트리지(16)의 노즐부재(40)(도 3)를 세정하기 위한 포움패드(154)도 구비한다.
도 21은 밸브(156), 스냅결합식 링(157), 원통형상 슬리브(158) 및 가이드 탭(160)을 드러내기 위하여 커버부(152)를 개방한 후의 잉크보충 시스템(150)을 도시한다. 원통형상 슬리브(158)는 프린트 카트리지(16)의 슬리브(26)(도 5)의 외경보다 약간 더 큰 내경을 갖는다. 스냅결합식 링(157)은 밸브(24, 156)간의 결합시 프린트 카트리지(16)에 의하여 하향 압력이 스냅결합식 링(157)상에 발휘되자마자 슬리브(158)를 따라 하향으로 미끄럼이동한다. 스냅결합식 링(157)의 기능은 차후에 상세히 기술할 것이다.
도 22는 잉크보충 시스템(150)의 분해 측면도이다. 잉크보충 시스템(150)은 베이스(161), 가요성 잉크통 바닥(162), 잉크통 천정(163), 암컷형 미끄럼이동가능한 밸브(156)[프린트 카트리지(16)의 수컷형 밸브(24)와 결합함], 스냅결합식 링(157), 및 상부(164)로 구성된다. 베이스(161), 잉크통 천정(163) 및 상부(164)는 적절한 플라스틱을 이용하여 사출성형될 수도 있다. 잉크통 바닥(162)은 마일라(Mylar) 또는 EVA와 같은 가요성 필름으로 제조된다. 그러한 가요성 필름은 미국 특허 제 5,450,112 호에 기술된 9층 필름일 수도 있으며, 그 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다. 밸브(156)는 LDPE 또는 다른 저-마찰 중합체와 같이 프린트 카트리지(16)상에 밸브(24)를 형성하는 것과 동일 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
도 23a 및 도 23b에는 밸브(156)의 추가 세부를 도시한다. 바람직한 실시예에 있어서, 밸브(156)는 중공형 샤프트부(165)로 구성되며, 이 샤프트부(165)는 측부에 형성된 통공(166)과 상부에 형성된 개구(167)를 갖는다. 제 1 리브(168)는 밸브(156)가 잉크통내로 하향 이동하는 것을 제한한다. 샤프트부(165)의 단부에는 클립(169)이 샤프트부(165)내에 형성된 환상 노치(170)의 둘레로 탄성적으로 고착되어, 밸브(156)가 잉크통으로부터 상향으로 이동하는 것을 제한한다. 클립(169)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리카보네이트, 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 밸브(156)의 상부 근처에는 환상 리세스(171)(도 31에 보다 상세히 도시함)가 형성되며, 두 밸브의 결합시 이 리세스(171)에 밸브(24)상의 리브(96)(도 10a)가 안착된다. 바람직한 실시예에 있어서, 밸브(156)의 길이는 0.423인치이며; 그러나 허용가능한 범위는 대략 0.25 내지 1.0 인치로서 이것은 인간공학 및 신뢰성과 같은 설계 인자에 따라 달라진다. 밸브(156)의 외경은 대략 0.206 인치이나 실제로 어떤 직경이어도 된다.
도 24는 베이스(161)의 볼록한 바닥부, 가요성 잉크통 바닥(162) 및 잉크통 상부(163)의 하측면을 도시하는 잉크보충 시스템의 분해사시도이다. 바람직한 실시예에 있어서, 가요성 잉크통 바닥(162)의 외주연은 점선(172) 사이의 영역에서 잉크통 상부(163)의 외주연에 초음파 용접된다. 잉크통 바닥(162)이 잉크통 상부(163)에 고정된 후에, 베이스(161)의 외주연부가 잉크통 상부(163)의 외주연부에 초음파 용접된다.
도 25는 밸브(156), 슬리브(158) 및 충전구멍(173)을 보다 잘 도시하기 위하여 상부(164)(도 22)를 제거한 상태의 잉크보충 시스템(150)의 상측 사시도이다. 잉크통 상부(163)의 나머지 구조체는 도 22에 도시한 만곡형 상부(164)를 지지한다. 본 명세서에서는 도 25의 구조체를 중간 구조체(174)라 할 것이다.
도 26은 도 25의 26-26선을 따라 취한 도 25의 중간 구조체(174)의 단면도이다. 제조공정의 이 시점에서, 잉크보충 시스템(150)내의 잉크통(175)은 텅 비어 있고, 밸브(156)는 도 26에 도시한 바와 같이 폐쇄위치에 있다.
잉크통(175) 충전 과정을 도 27에 도시한다. 제 1 단계에서, 중간구조체(174)는 잉크통(175)의 잉크 충전을 허용하기 위하여 상향으로 배향된 잉크충전 구멍(173)을 갖는다. 이 잉크충전 구멍(173)내로 중공형 파이프(176)가 삽입되며, 잉크통(175)내의 모든 공기가 펌프(178)를 사용하여 펌핑 배기된다. 이 시점에서, 가요성 잉크통 바닥(162)은 잉크통 상부(163)의 상면과 거의 동일 높이에 놓일 것이다.
다음에, 파이프(176)가 적절한 밸브(179)를 통하여 이산화탄소 공급원(180)에 접속되며, CO2가 파이프(176)를 통하여 펌핑되어 잉크통(175)을 CO2로 충전시킨다. 이것은 가요성 잉크통 바닥(162)을 도 26에 도시한 위치로 팽창시킬 것이다.
그 다음에, 펌프(178)에 의하여 거의 모든 CO2가 펌핑 배출된다. 잉크통(175)내에는 소량의 CO2가 (바람직하게는 공기 위에) 남아 있을 것이다. 사용된 잉크는 전형적으로 수성일 것이다. 물속에서 CO2는 공기중보다 훨씬 더 높은 용해도를 갖는다. 따라서, CO2는 퍼징단계 후에 남아 있는 잔류 CO2가 잉크를 포화시키기에는 충분하지 않을 것이기 때문에 잉크에 완전히 흡수될 것이다. 그러나, CO2가 완전히 순수하지 않을 수도 있기 때문에, 허용가능한 기포가 여전히 일부 형성될 수 있다. 따라서, CO2로 잉크통(175)을 퍼징하면, 잉크 충전후 잉크통(175)내에 기포가 형성됨으로써 발생되는 문제가 사실상 제거된다.
다음 단계에서, 밸브(179)는 잉크공급원(182)으로부터의 탈기된 잉크가 파이프(176)를 통하여 흘러서 잉크통(175)을 충전할 수 있게 한다. 잉크는 잉크통(175)이 CO2로 가득 찬 후에 남아 있는 모든 비-CO2불순물을 흡수하기 위하여 탈기된다.
바람직한 잉크는 유체내에 현탁된 입자(예를 들면 카본 블랙)를 함유하는 안료계 잉크이다. 그러한 안료계 잉크는 염료계 잉크보다 광학밀도가 높고 성능이 좋기 때문에 염료계 잉크보다 바람직하다. 그러나, 양 유형의 잉크가 모두 사용가능하다. 사용가능한 잉크중의 일 유형이 미국 특허 제 5,180,425 호, 제 5,085,698 호 및 제 5,180,425 호에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다.
그 다음에는 파이프(176)가 제거되고, 플라스틱 플러그가 잉크충전구멍(173)내로 삽입되어 잉크충전구멍(173)을 영구적으로 밀봉한다. 그런 다음에는 상부(164)(도 22)가 잉크통 상부(163)의 위에 스냅 끼워맞춤되어 잉크보충 시스템(150) 구조체를 완성한다. 충전된 잉크보충 시스템(150)의 단면을 도 28에 도 21의 28-28선을 따라 도시하고 있다. 이 도면에서는 잉크(184)가 잉크통(175)을 완전히 충전한 것을 도시하고 있다.
잉크보충 시스템(150)을 이용한 프린트 카트리지(16)의 보충
도 29는 프린트 카트리지(16)내의 잉크 공급원을 보충할 때 프린트 카트리지(16)를 잉크보충 시스템(150)에 대하여 적절히 위치설정한 것을 도시하고 있다. 프린트 카트리지(16)는, 그 위의 원통형상 슬리브(26)(도 3)가 잉크보충 시스템(150)의 원통형상 슬리브(158)(도 21)에 수납되도록 위치설정된다. 프린트 카트리지(16)를 그의 소망되는 위치에 지지하기 위한 다른 기법으로서, 프린트 카트리지(16)와 잉크보충 시스템(150)상에 적절한 결합부재를 이용하는 것도 있다. 프린트 카트리지(16)가 잉크보충 시스템(150)상에 바람직하게 배향되도록 하기 위하여 안내 탭(160)이 사용된다.
바람직한 방법에 있어서는, 잉크보충 시스템(150)을 테이블 상부에 놓고, 그 다음 밸브(24, 156)가 서로 결합하여 잉크주머니(51)와 잉크통(175)이 유체연통상태로 될 때까지 사용자가 프린트 카트리지(16)를 잉크보충 시스템(150)의 밸브부상에서 하향으로 누른다.
도 30은 도 29의 30-30선을 따라 취한 잉크보충 시스템(150)의 단면도로서, 잉크통(175)으로부터의 잉크가 구멍(166) 및 밸브(156)의 상부를 통하여 흐를 수도 있도록 밸브(156)가 그의 하향 또는 개방위치에 놓인 것을 도시하고 있다. 밸브(156)의 바닥부는 밀봉되고, 환상 클립(169)(도 23b에 도시함)을 지지한다. 스냅결합식 링(157)은 잉크보충 시스템(150)상에 미치는 프린트 카트리지(16)의 하향 힘으로 인하여 그것의 하향 위치에 있는 것을 도시하고 있다.
밸브(24, 156)간의 결합, 스냅결합식 링(157)의 기능 및 밸브(24, 156)의 개폐에 대하여 도 31 내지 도 34와 관련하여 기술하고자 한다. 도 31에 있어서는 프린트 카트리지(16)와 잉크보충 시스템(150)이 아직 결합하지 않고 있고, 양자의 밸브(24, 156)가 폐쇄상태에 있다. 특히, 미끄럼이동가능한 밸브(24)내의 구멍(92)[밸브(24)의 중간 보어로 안내됨]은 내측 프레임(54)(도 9에 가장 잘 도시함)에 의해 형성된 주위 시일(89)로 완전히 봉쇄된다. 밸브(24)의 상부는 프린트 카트리지(16)의 잉크주머니(51)(도 7)내 잉크와 직접 접촉하고 있다. 잉크보충 시스템(150)의 밸브(156)는 이와 유사하게 폐쇄상태로 도시하고 있으며, 잉크통(175)내의 잉크는 밸브(156)의 바닥부에 또는 그것에 매우 근접하게 위치되어 있다. 잉크통 상부(163)내에 형성된 시일(189)은 밸브(156)를 둘러싸서 구멍(166)을 봉쇄하고 있다.
또한 도 31에는 손잡이(28)(도 5)에 대하여 추가 지지를 제공하는 지지 플랜지(52)와, 환상 리브(194)에 의하여 슬리브(158)상에 지지되는 스냅결합식 링(157)도 도시하고 있다. 프린트 카트리지(16)는 화살표(191)로 표시한 하향으로 이동하고 있고, 프린트 카트리지(16)상의 슬리브(26)가 잉크보충 시스템(150)상의 슬리브(158)내로 미끄러지려는 찰나에 있는 것을 도시하고 있다.
도 32에 도시한 바와 같이, 프린트 카트리지(16)의 추가 하향 운동시, 지지 플랜지(52)가 스냅결합식 링(157)에 접촉한다. 이것은 프린트 카트리지(16)의 하향 운동에 대한 추가 저항을 제공하며, 사용자는 스냅결합식 링(157)이 리브(194)를 타고 넘을 수 있도록 추가 힘을 제공해야만 한다. 스냅결합식 링(157)이 리브(194)를 타고 넘어 이동하자마자 사용자는 촉각의 피드백을 받으며, 스냅결합식 링(157)이 리브(194)상에서 해제됨에 의하여 프린트 카트리지의 하향 운동이 자연스럽게 가속된다.
이와 동시에, 밸브(24)의 팁 근방의 리브(96)는 밸브(156)내의 리세스(171)와 결합하여 밸브(24, 156)를 액밀 시일이 되도록 함께 기계적으로 결합시킨다. 스냅결합식 링(157)이 리브(194)를 타고 넘을 때 프린트 카트리지(16)의 추가 운동량은 밸브(24, 156)간의 결합을 보장한다. 밸브(24)와 내측 프레임(54) 간의 마찰 및 밸브(156)와 시일(189) 간의 마찰은 밸브(24, 156)가 그들의 개방위치로 미끄럼이동하기 전에 리브(96)가 리세스(171)와 결합할 수 있도록 할 만큼 충분히 크다. 리세스(171)내의 리브(96)는 밸브(24, 156)가 서로 결합되었다는 것을 표시하는 추가의 촉각 피드백을 사용자에게 제공하는 어떤 잉여 이동을 허용한다. 나중에 프린트 카트리지(16)가 잉크보충 시스템(150)으로부터 제거될 때 밸브가 자동적으로 당겨져 폐쇄되도록 하는데에 있어서 리브(96)와 리세스(171)간의 결합은 중요하다.
전술한 동작에 의하여 프린트 카트리지(16)상의 원통형상 슬리브(26)가 잉크보충 시스템(150)상의 원통형상 슬리브(158)와 결합하게 되어, 밸브(24, 156)가 서로에 대하여 중심설정되는 것을 허용하고 또한 프린트 카트리지(16)의 좌우 요동을 제한한다.
도 33에 있어서, 잉크보충 시스템(150)에 대하여 프린트 카트리지(16)에 추가 하향 힘이 가해지면, 밸브(156)는 구멍(166)이 잉크통(175)내에 위치하도록 하향으로 미끄러진다. 또한 이와 동일한 하향 운동에 의하여, 구멍(92)이 프린트 카트리지(16)의 잉크주머니(51)(도 7)내에 위치하도록 밸브(24)가 그것의 개방위치로 미끄럼이동한다. 이제 프린트 카트리지(16)내의 부압 잉크주머니(51)와 잉크통(175)의 사이에는 유체 채널이 존재한다.
이제 잉크주머니(51)내의 부압이 잉크주머니(51)내로 잉크가 인출되도록 하여 잉크주머니(51)를 충전하고 잉크통(175)내의 잉크가 대폭 감소되도록 한다. 이 과정은 낮은 부압으로 인하여 비교적 느리며, 약 1 내지 3분 정도 소요될 수도 있다.
도 29에 도시한 바와 같이 프린트 카트리지(16)를 잉크보충 시스템(150)상에 배치하면, 잉크주머니(51)내에는 항상 부압이 유지되고 또한 그 잉크주머니(51)가 넘치지는 않도록 잉크주머니(51)가 잉크통(175)위의 사전결정된 높이에 위치하게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크주머니(51)의 중심은 잉크통(175)의 중심으로부터 약 2.5인치 위에 있다. 잉크통(175) 위에서의 잉크주머니(51)의 상대적인 높이는 잉크통(175)에 대한 프린트 카트리지(16)의 각도에 의하여 영향을 받으며, 바람직한 실시예에 있어서 이 각도는 약 20도이다. 잉크주머니내의 부압에 따라서 다른 각도 및 높이가 사용될 수도 있다. 따라서, 비록 보충에 앞서 초기에 얼마나 많은 잉크가 잉크주머니(51)와 잉크통(175)내에 있었는지에 상관 없이 잉크주머니(51)는 넘치지 않으며, 잉크주머니(51)내의 발생 부압은 항상 동일하다.
손잡이(28)내에 밸브(24)를 배치함으로 인하여 프린트 카트리지(16)를 도 29에 도시한 바람직한 각도로 설정할 수 있게 된다. 또한 손잡이(28)는 제조중 그리고 사용자의 취급중 밸브(24)를 보호하는 역할을 한다. 게다가 손잡이(28) 및 밸브(24)는 프린트 카트리지(16)를 프린터내에 설치할 때 접근하기가 쉽다.
일단 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)가 가득차면, 프린트 카트리지(16)는 도 34에 도시한 바와 같이 잉크보충 시스템(150)으로부터 화살표(195)의 방향으로 들어올려진다. 도 34에 있어서, 프린트 카트리지(16)를 들어올리면 밸브(156)와 밸브(24)가 폐쇄되어 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)를 밀봉하게 된다. 프린트 카트리지(16)를 더욱 높이 들어올리면 밸브(24)와 밸브(156)가 서로 해제된다. 그 이유는 밸브를 단절시키기 위하여 극복하여야 하는 마찰이 밸브를 폐쇄시키기 위하여 극복하여야 하는 마찰보다 크기 때문이다.
도 35는 잉크통(175)이 하나보다 많은 잉크 공급원을 수용하고 있는 경우에 또는 다른 경우에 사용될 수도 있는 상이한 실시예에 따른 스냅결합식 링(157)을 도시하고 있다. 도 35에 있어서, 스냅결합식 링(157)은 플랜지(52)와 결합하는 탄성 탭(196)을 구비한다. 그 다음 프린트 카트리지(16)가 들어올려질 때, 스냅결합식 링(157)은 슬리브(158)상의 위치로 들어올려진다.
도 31 내지 도 35에 도시한 바와 같이, 밸브(24, 156)는 잉크보충 시스템(150)으로부터 프린트 카트리지(16)를 제거함에 의하여 폐쇄되고 나서 개방 및 기계적으로 해제되기 전까지는 기계적으로 결합하고 있다. 이것은, 리세스(171)로부터 밸브(24)상의 리브(96)를 해제할 때보다 리세스(171)에 결합하는 것이 보다 작은 힘으로 이루어지도록 리브(96)를 형성함으로써 달성된다. 이것은 리브(96)의 저면부(197)(도 34)가 밸브(156)내의 개구에 보다 쉽게 진입하여 리세스(171)에 결합할 수 있도록 저면부(197)를 밸브(24)의 축선에 대하여 작은 각도(예를 들면 30°)로 형성하는 것에 의하여 달성될 수도 있다. 그리고, 리브(96)의 상부(198)(도 34)는 리브(96)를 리세스(171)로부터 해제하는 것이 보다 어렵도록 밸브(24)의 축선에 대하여 보다 가파른 각도(예를 들면 60°)로 형성된다. 게다가, 리세스(171)는 리브(96)와 리세스(171)를 결합시키는 것보다 리브(96)를 리세스(171)로부터 해제시키는 것이 보다 어렵도록 수평 상부 립(lip)(200)을 구비하게 형성될 수도 있다. 본 명세서에 기술한 두가지 기법 대신에 다른 상대적인 힘 제공 방법이 이용될 수도 있다.
변형예에 있어서는, 밸브(24, 156)가 개방에 앞서 결합하도록 또는 보충후에 폐쇄되도록 하는 신뢰성을 증가시키기 위하여 다른 기법이 사용된다. 그러한 기법으로는 밸브가 적절히 결합되자마자 튀어나오는 레버작동식 플래그(lever-activated flag)를 사용하는 것과, 밸브(24, 156)의 미끄러지는 힘을 증가시키는 것과, 프린트 카트리지(16)가 잉크보충 시스템(150)으로부터 제거된 후에 밸브(24, 156)를 스프링 로딩(spring loading)시켜서 밸브를 폐쇄하는 것과, 스냅결합식 링(157)과 유사하게 밸브(24, 156)가 결합되기 전에 프린트 카트리지(16)의 운동을 방해하여 프린트 카트리지(16)의 하향 운동량을 증가시키는 탭을 슬리브(158) 근방에 형성하는 것이 있다.
프린트 카트리지(16)를 소정 시간동안 잉크보충 시스템(150)과 결합시킴에 의하여 또는 도 6과 관련하여 기술한 잉크레벨 표시기에 의하여 결정되는 바와 같이 잉크주머니(51)가 보충되자마자, 노즐부재(40) 부분(도 3)을 도 36에 도시한 바와 같이 적절한 세정액을 수용하는 포움 패드(154)에 의하여 와이핑할 수도 있다. 초기에는 포움 패드(154)위에 테이프(도시하지 않음)가 제공되어, 노즐부재(40)의 세정에 앞서 테이프를 제거할 때까지 세정유체의 증발을 방지한다. 제거된 잉크 입자가 노즐 부재(40)와 다시 접촉하게 되지 않도록 프린트 카트리지(16)를 포움 패드(154)를 가로질러 단 일회만 와이핑하는 것이 바람직하다.
그런 다음에는 프린트 카트리지(16)를 스캐닝 캐리지(18)내로 재삽입한다(도 1).
바람직한 실시예에 있어서, 잉크제트 프린터(10)(도 1)는, 노즐(44)(도 3)위에 시일을 만들고 진공펌프를 이용하여 프린트헤드에 대하여 점화준비를 하는 자동 서비스 스테이션을 구비한다. 이렇게 하여 잉크주머니(51)로부터 잉크를 인출하면 이제 잉크가 점화 준비를 갖추고 프린트헤드의 잉크분사실내에 있게 된다.
따라서, 이상에서는 바람직한 보충가능한 잉크제트 프린트 카트리지를 바람직한 잉크보충 시스템 및 그 시스템으로 프린트 카트리지를 보충하기 위한 방법과 함께 기술하였다. 바람직한 밸브의 자동 개폐기능을 수행하기 위한 다른 유형의 밸브 및 시일이 이용될 수도 있으며, 본 발명에서 그러한 변형예를 구상할 수 있을 것이다.
변형예에 따른 보충 시스템
도 37 및 도 38은 프린터(10)가 작동하는 각종 기간중 프린트 카트리지(16)내 잉크주머니(51)의 연속적인 보충 또는 각 프린트 카트리지(16)의 간헐적인 충전을 제공하는 변형예를 도시하고 있다.
도 37의 프린터(10)는 스캐닝 캐리지(18)내에 지지되는 네가지 프린트 카트리지(16)용의 흑색, 청색, 적색 및 황색 잉크를 수납하는 교환가능한 잉크통(202)(점선으로 도시함)을 추가로 수납하고 있는 것을 제외하곤 도 1에 도시한 것과 동일할 수도 있다. 바람직한 잉크보충 시스템(150)의 잉크통(175)과 연통하는 도 28의 밸브(156) 대신에, 호오스(hose)(204)가 그러한 밸브(156)를 포함하며, 도 31 내지 도 34와 관련하여 기술한 것과 동일한 방법으로 프린트 카트리지(16)의 밸브(24)와 결합 및 해제가능하다.
도 38은 프린트 카트리지(16)상의 원통형상 슬리브(26)로부터 연장된 하나의 호오스(204)를 도시한다.
잉크가 인쇄중 각 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)로부터 고갈되고 있을 때, 모세관 작용에 의하여 잉크가 가요성 호오스(204)를 통하여 그들의 각 프린트 카트리지(16)로 흡인된다. 변형예로서, 사전결정된 시점에서, 예를 들면 인쇄사이클의 종료시점 또는 기타 시점에서 보충이 발생할 수도 있다.
다른 실시예에 있어서는, 밸브(24)가 프린트 카트리지(16)로부터 제거되고, 이제는 텅비게 된 외측 프레임(30) 및 내측 프레임(54)의 통공을 통하여 유체 시일을 형성하도록 삽입되는 단순한 수컷형 팁이 호오스(204)의 단부에 제공된다.
도 37 및 도 38의 실시예는 호오스(204)를 초기에 접속할 때 또는 잉크 공급원(202)을 교체할 때 호오스(204)내에 공기가 잔류할 가능성이 있다는 결점이 있다.
보충 밸브의 니들 및 격벽 변형예
전술한 상호작용 밸브(24, 156) 대신에, 니들 및 격벽이 프린트 카트리지를 잉크보충 시스템의 잉크로 보충할 수 있도록 하기 위하여 사용될 수도 있다. 도 39 내지 41은 그것의 변형예이다.
도 39는 잉크보충 시스템(210)의 단면도로서, 이 잉크보충 시스템(210)은 미끄럼이동가능한 밸브 대신 중공형 니들(212)을 내장하고 있다는 점을 제외하곤 도 28에 도시한 단면과 유사하다. 니들(212)은 프린트 카트리지가 잉크보충 시스템(210)과 결합하고 있을 때 잉크가 잉크통(175)으로부터 니들(212)을 통하여 외측으로 방출될 수 있도록 하기 위하여 그것의 팁 근방에 통공(214)을 갖고 있다. 일 실시예에 있어서, 니들(212)은 금속이다. 다른 실시예에 있어서, 니들(212)은 플라스틱 또는 어떤 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다.
이 통공(214)은 환상 가습부재(218)에 의해 둘러싸여 있고, 스프링(220)이 이 가습부재(218)를 상향으로 가압하고 있다. 이 가습부재(218)는 고무와 같은 비교적 연성인 탄성중합체성 재료인 것이 바람직하다. 가습부재(218)는 통공(214)을 통한 잉크 누설 및 공기 침입을 방지한다. 변형예로서, 단순한 고무 캡이 니들(212)의 단부위에서 미끄럼이동하도록 되어 통공(214)을 통한 공기 누설 및 공기 침입을 방지할 수도 있다.
슬리브(223)에 부착된 환상 플라스틱 리테이너(retainer)(222)가 가습부재(218)의 상측 이동을 제한한다.
도 40은 도 39의 니들부의 확대도, 및 밸브(24)(도 5)가 고무 격벽(228)으로 대체된 것을 제외하곤 전술한 프린트 카트리지(16)와 동일한 프린트 카트리지(226)의 확대 단면도이다. 격벽(228)은 그것의 중간부에 매몰성형 슬릿(molded-in slit)이 형성되어 있는 본질적인 원통형상체이다. 상이한 형상의 많은 격벽(228)이 소망하는 유체 시일을 이루기 위하여 사용될 수도 있다. 격벽(228)은 프린트 카트리지(226)의 원통형상 슬리브(26)내로 억지끼워맞춤되며, 삽입으로부터 발생된 압축으로 인하여 매몰성형 슬릿이 폐쇄된다. 이것에 의해서 부압 잉크주머니(51)내에 잉크의 유체 밀봉이 이루어진다. 바람직한 실시예에 있어서는, 니들 삽입을 용이하게 하도록 격벽(228)은 테이퍼진다. 니들(212)의 팁은, 삽입을 더욱 용이하게 하기 위하여, 잉크 흐름저항을 감소시키기 위하여, 그리고 측부 통공(214)을 고려하여, 편평하거나 또는 다른 방법으로 무디다.
도 41은 도 29에 도시한 바와 같이 잉크보충 시스템(210)내로 압입되어 지지되는 프린트 카트리지(226)를 도시한다. 프린트 카트리지(226)의 하향 운동은 슬리브(26)가 가습부재(218)를 하향으로 밀도록 함과 동시에 니들(212)이 격벽(228)을 관통하게 한다. 이제 통공(214)은 잉크주머니(51)와 유체 연통하고 있으며, 그럼으로써 잉크통(175)내의 잉크가 잉크주머니(51)내의 통공(214)을 통하여 흐를 수 있게 된다. 잉크의 흐름을 화살표(232)로 표시하고 있다. 슬리브(223, 26)간의 결합이 보충과정중 프린트 카트리지(226)를 지지하며, 이것은 전술한 것과 유사하다.
프린트 카트리지(226)가 잉크보충 시스템(210)으로부터 들어올려질 때, 스프링(220)이 가습부재(218)를 그것의 원래 위치로 다시 밀어서 통공(214)을 밀봉한다.
변형예에 있어서는, 잉크보충 시스템(210)상의 니들 구조체가 프린트 카트리지(226)상에 위치되고, 격벽(228)이 잉크보충 시스템(210)상에 위치된다.
또다른 실시예에 있어서는, 잉크통(210)상의 니들 조립체가 주사기의 일부를 형성하거나, 또는 흐늘흐늘한 잉크주머니에 접속된 튜브의 단부에 위치되거나, 또는 어떤 다른 적절한 변형 잉크보충 키트(kit)의 일부를 형성한다.
변형예
도 42는 하우징(311)으로 이루어진 프린터용 잉크 카트리지(310)를 도시한다. 이 하우징(311)은 한쌍의 평행한 측벽(312)(그중 단 하나만 도시함)과, 쭈그러짐가능한 잉크주머니(315)와, 그내의 잉크저장실(320)을 갖는다. 잉크주머니(315)는 한쌍의 직사각형의 가요성 사이드 패널(316, 317)로 이루어지며, 이 사이드 패널(316, 317)은 그들의 주변부에서 서로 고정되고 위치(319)에서 하우징(311)의 주변 벽(314)에 고정된다. 잉크주머니(315)는 한쌍의 이격되고 비교적 변형이 되지 않는 경량의 금속판(322, 323)을 구비하며, 이 금속판(322, 323)은 이중의 활형 금속 스프링(325)에 의하여 서로로부터 멀어지도록 가압되어 가요성 사이드 패널(316, 317)과 결합한다. 이 스프링은 금속판을 멀어지도록 가압하여 쭈그러짐가능한 잉크주머니(315)를 팽창시킨다.
잉크주머니(315)로부터의 잉크는 당해기술분야에 널리 알려져 있는 바와 같이 하우징(311)내측에 장착된 헤드(도시하지 않음)에 의하여 잉크제트 오리피스(노즐) 또는 참조부호(327)로 나타낸 프린터 노즐판내의 오리피스 구조체를 통하여 배출된다.
잉크 카트리지 하우징(311)은 잉크주머니(315)의 일측에 분할벽(311a)을 가져서 하우징(311)내에 보충가능한 잉크저장실(320)을 규정한다. 잉크저장실(320)은 유체도관(330)에 의하여 쭈그러짐가능한 잉크주머니(315)에 연결된다. 스크류 캡(332)이 잉크저장실(320)과 유체 연통하도록 하우징의 주변 벽(314)을 관통하여 연장되는 충전구멍을 덮는다. 충전구멍의 아래에는 잉크저장실내의 잉크공급원을 보충하는 도중 유체가 튀어오르는 것을 방지하기 위하여 포움 스프레이 감쇠망(334)이 제공된다.
모세관 여과재의 원통형상 블록으로 이루어진 모세관 밸브(340)가 잉크주머니(315)와 잉크저장실(320)의 사이에서 연장된 유체도관(330)내에 배치된다. 밸브(340)는 도관(330)을 통한 유체의 흐름을 제어한다. 모세관 여과재는 프린터 노즐판(327)의 모세관 힘보다 큰 효율적인 모세관 힘을 갖는 잉크와 상용가능한 재료로부터 제조될 수도 있다. 모세관 밸브 여과재는 먼지 수용능력이 높은 스테인레스강제 직조 와이어 망을 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 여과재중의 하나가 미국 뉴욕 이스트힐 소재의 팔 프로세스 필트레이션 캄파니(Pall Process Filtration Company)에서 리기메쉬(RIGIMESH)라는 상표로 판매되고 있다. 액체중에서 25의 절대 등급과 10의 공칭 필터 등급을 갖는 리기메쉬형의 J 소결된 직조 와이어 메쉬 필터가 현재 바람직하다. 모세관 밸브는 잉크가 잉크저장실(320)로부터, 이중의 활형 절곡 스프링(325)의 작용에 의하여 대기압 미만 즉 부압으로 유지되는 쭈그러짐가능한 주머니(315)로 통과하는 것을 용이하게 한다. 다시 말하면, 잉크주머니(315)내의 압력은 잉크가 잉크저장실(320)로부터 도관(330)내의 모세관 밸브(340)를 통하여 잉크주머니(315)내로 자동적으로 인출될 수 있도록 잉크저장실(320)의 압력보다 낮은 압력으로 유지된다.
모세관 여과재의 특성은 그것의 입구 표면과 그것의 출구 표면의 양자가 잉크로 젖을 때 잉크의 통과를 보다 쉽게 한다. 그러나, 여과재는 밸브(340)의 입구측이 젖은 상태에 있지 않을 때에는 잉크 또는 공기가 여과재를 통하여 양 방향으로 흐르지 못하게 하는 밸브로서의 작용을 한다. 다시 말해서, 잉크저장실(320)내의 잉크공급원이 고갈될 때 밸브(340)는 차단된다. 그후에, 잉크주머니(315)내에 남아 있는 잉크는 잉크공급원이 완전히 고갈될 때까지 프린터의 동작중 노즐판(327)을 통하여 배출된다.
잉크주머니, 잉크통, 접속회로 및 밸브의 그러한 구조는 쭈그러짐가능한 주머니(315)내의 잉크공급원을 직접 감시할 필요가 없고 가스가 잉크주머니내로 유익하지 않게 도입되는 것을 원천적으로 봉쇄할 수 있다는 장점이 있다. 잉크저장실(320)에 잉크를 보충하려면, 스크류 캡(332)을 제거하고 충전개구를 통하여 외부 잉크통으로부터 잉크를 주입한다. 잉크저장실(320)내의 잉크 레벨을 가시적으로 감시할 수 있도록 투명 윈도우 또는 시각 게이지가 제공될 수도 있다.
따라서, 잉크주머니(315)와 잉크저장실(320) 사이의 유체 브릿지는 자체 밀봉, 자체 퍼징 및 자체 점화된다. 또한 보충과정중 존재할 수도 있는 기포 또는 가스는 보충 잉크의 흐름에 대하여 장애가 전혀 없고 기포 또는 가스가 잉크주머니내로 유입되는 일도 전혀 없도록 유체 브릿지로부터 제거될 수도 있다.
결론
이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 도시 및 기술하였으나, 당해기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명으로부터 벗어남이 없이 보다 넓은 범위로 변화 및 변경을 만들 수도 있다는 것을 알 것이며, 따라서 첨부한 청구범위는 본 발명의 진실한 정신 및 범주에 속하는 그러한 모든 변화 및 변경을 그의 범위내에 포함한다. 예를 들면, 잉크보충 시스템(150 또는 210)은, 그 내의 잉크통이 프린트 카트리지(16 또는 226)내의 잉크주머니와 유체 연통하게 접속되는 한 어떠한 형상이든지 상관 없다. 추가로, 부압 잉크주머니에 대하여 기술하였지만, 부압 잉크주머니가 필요하지 않을 수도 있다. 프린트 카트리지(16 또는 226)내의 잉크주머니는, 보충 잉크공급원의 압력이 잉크주머니내의 압력보다 큰 한 보충될 것이다. 그러한 압력차는 외부 잉크공급원[예를 들면 잉크보충 시스템(150 또는 210)]을 프린트 카트리지위로 상승시킴에 의해서 또는 외부 잉크공급원에 내부 정압을 제공함에 의해서 얻을 수도 있을 것이다. 보조 잉크통은 흐늘흐늘한 주머니일 수도 있고 강성 용기일 수도 있으며, 또한 이 보조 잉크통은 벤트될 수도 있고 벤트되지 않을 수도 있다. 스프링 주머니, 벨로우즈, 주사기, 압력 조정기를 보조 잉크통 및 프린트 카트리지와 일렬로 사용하여 또는 어떤 다른 공지된 방법으로 정압을 이룰 수도 있다.
본 발명의 잉크보충 시스템을 이용하면, 노즐로부터 잉크가 새는 것을 염려할 필요가 없이 잉크제트 프린트 카트리지에 연속적으로 잉크를 보충하여 사용할 수 있게 된다. 그것에 의해서 잉크 고갈시마다 유효수명이 비교적 긴 프린트 카트리지를 교환하지 않아도 되므로 프린트 카트리지의 비용이 절감된다.

Claims (23)

  1. 잉크제트 인쇄 시스템에 있어서,
    프린트 카트리지 몸체를 갖는 프린트 카트리지와;
    상기 몸체내의 제 1 잉크통과;
    상기 제 1 잉크통과 유체 연통하도록 상기 몸체상에 지지되는 프린트헤드와;
    상기 제 1 잉크통을 잉크로 초기에 충전하기 위하여 상기 몸체상에 제공되며, 상기 제 1 잉크통에 잉크를 초기에 충전한 후에 제 1 시일로 봉쇄되는 제 1 잉크충전 포트와;
    상기 제 1 잉크통내의 잉크가 적어도 부분적으로 고갈된 고갈된 후에 상기 제 1 잉크통에 잉크를 보충하기 위한 상기 몸체상의 보충 포트로서, 상기 보충 포트는 상기 제 1 시일과 상이한 제 2 시일로 밀봉되며, 상기 제 2 시일은 개방상태나 폐쇄상태중 어느 하나에 있도록 선택적으로 작동되고, 상기 폐쇄상태는 상기 제 1 잉크통의 유체 밀봉을 제공하고, 상기 개방상태는 상기 외부 잉크통이 상기 보충포트와 접속될 때 상기 외부 잉크통과 상기 제 1 잉크통의 사이에 유체 연통을 제공하는 상기 보충 포트를 포함하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크통내에 저장된 잉크를 더 포함하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 잉크는 안료계 잉크인 잉크제트 인쇄 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 잉크는 염료계 잉크인 잉크제트 인쇄 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 상기 외부 잉크통을 상기 보충 포트에 접속할 때 개방상태에 놓이도록 자동으로 작동되는 잉크제트 인쇄 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 미끄럼이동가능한 제 1 밸브를 포함하고, 상기 미끄럼이동가능한 제 1 밸브는 상기 몸체의 표면을 관통하여 연장하고, 상기 몸체의 표면에 대하여 거의 수직인 방향으로 미끄럼이동가능하며, 상기 제 1 밸브는 제 1 밸브 위치에서 상기 개방상태에 놓이고 상기 제 2 밸브 위치에서 상기 폐쇄상태에 놓이는 잉크제트 인쇄 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브는 그것이 상기 개방상태에 놓이기 전에 그것과 상기 제 2 밸브 사이에서 기계적 접속이 만들어지도록 상기 외부 잉크통상에 장착된 미끄럼이동가능한 제 2 밸브와 결합할 수 있게 된 잉크제트 인쇄 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 격벽이고, 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있는 니들이 상기 격벽을 통하여 삽입되어 상기 제 1 잉크통과 상기 외부 잉크통의 사이에 유체 연통을 제공하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시일은 상기 제 1 잉크충전 포트내로 압입되는 마개를 포함하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 마개는 상기 제 1 잉크충전 포트내로 압입되는 볼인 잉크제트 인쇄 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크통은 상기 외부 잉크통내의 압력에 대하여 부압을 갖는 잉크제트 인쇄 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크통은 주변압력에 대하여 부압을 갖는 잉크제트 인쇄 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 보충포트는 상기 프린트 카트리지상의 손잡이내에 위치되며, 상기 손잡이는 상기 프린트 카트리지를 프린터내의 미끄럼이동가능한 캐리지내로 삽입하는 것과 제거하는 것을 촉진하기 위하여 상기 프린트 카트리지 몸체로부터 외향으로 연장되는 잉크제트 인쇄 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 잉크통으로부터 상기 제 1 잉크통으로의 잉크 이전을 허용하기 위하여 상기 제 1 잉크통과 유체 연통하도록 상기 보충포트에 접속된 상기 외부 잉크통을 더 포함하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있는 니들이 관통하는 격벽인 잉크제트 인쇄 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 미끄럼이동가능한 제 1 밸브를 포함하고, 상기 미끄럼이동가능한 제 1 밸브는 상기 몸체의 표면을 관통하여 연장하고, 상기 개방상태나 또는 상기 폐쇄상태중 어느 하나에 있을 수 있도록 상기 몸체의 표면에 대하여 거의 수직인 방향으로 미끄럼이동가능하며, 상기 제 1 밸브는 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있는 미끄럼이동가능한 제 2 밸브와 결합하며, 결합시 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브의 양자는 개방상태에 있고 서로 기계적으로 결합하고 있는 잉크제트 인쇄 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있을 때 상기 제 1 잉크통내로 순환 공기가 진입하는 것을 금지하는 잉크제트 인쇄 시스템.
  18. 잉크제트 프린트 카트리지에 잉크를 충전 및 보충하는 방법에 있어서,
    프린트 카트리지 몸체내의 제 1 잉크충전 포트를 통하여 상기 잉크를 공급하는 것에 의하여 상기 프린트 카트리지 몸체내의 제 1 잉크통을 잉크로 초기에 충전시키는 단계와;
    상기 제 1 잉크충전 포트를 제 1 시일로 밀봉하는 단계와;
    상기 제 1 잉크통내의 잉크공급원이 적어도 부분적으로 고갈되었을 때 외부 잉크통을 상기 몸체상의 보충포트에 결합시키는 것에 의하여 상기 제 1 잉크통을 보충하는 단계로서, 상기 보충포트는 선택적으로 개방상태나 폐쇄상태중 어느 하나에 있는 제 1 시일로 밀봉되고, 상기 폐쇄상태는 상기 제 1 잉크통의 유체 밀봉을 제공하고, 상기 개방상태는 상기 외부 잉크통이 상기 보충포트에 접속되었을 때 상기 외부 잉크통과 상기 제 1 잉크통의 사이에 유체 연통을 제공하며, 상기 제 2 시일은 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있을 때 순환공기가 상기 제 1 잉크통내로 진입하지 못하게 하는 상기 보충단계를 포함하는 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
  19. (정정) 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크충전 포트를 밀봉하는 단계는 상기 제 1 잉크충전 포트내로 마개를 삽입하는 것을 포함하는 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 마개는 상기 제 1 잉크충전 포트내로 압입된 볼인 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 미끄럼이동가능한 제 1 밸브를 포함하고, 상기 외부 잉크통은 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있는 미끄럼이동가능한 제 2 밸브를 구비하며, 상기 제 1 잉크통의 보충단계는:
    상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브를 제 1 양만큼 함께 밀어서 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브를 결합시키고 그럼으로써 상기 제 1 잉크통과 상기 외부 잉크통의 사이에 기밀 유체 시일을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브를 추가의 양만큼 함께 밀어서 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브의 양자를 그들 각각의 잉크통내로 미끄럼이동시키고, 그럼으로써 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브가 폐쇄상태로부터 상기 개방상태로 작동되어 상기 제 1 잉크통과 상기 외부 잉크통의 사이에 유체 경로를 만드는 상기 미는 단계를 포함하는 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 시일은 격벽이고, 상기 외부 잉크통과 유체 연통하고 있는 니들이 상기 격벽을 통하여 삽입될 때 개방상태에 있도록 선택적으로 작동되고, 상기 제 1 잉크통을 보충하는 단계는 상기 니들을 상기 격벽을 통하여 삽입하는 것을 포함하는 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크통은 상기 외부 잉크통이 상기 제 1 잉크통과 유체 연통하고 있을 때 상기 제 1 잉크통의 보충 단계가 자동으로 행해지도록 상기 외부 잉크통에 대하여 내부 부압을 갖는 잉크제트 프린트 카트리지 충전 및 보충방법.
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