KR100240540B1 - 잉크보충 시스템과 프린트 카트리지 잉크통의 보충방법 - Google Patents

잉크보충 시스템과 프린트 카트리지 잉크통의 보충방법 Download PDF

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디. 크레이그 노룬드
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Abstract

본 발명은 프린트 카트리지내의 잉크공급원을 보충하기 위한 주사기에 관한 것이다. 바람직한 실시예에 있어서는, 주사기 밸브의 단부가 프린트 카트리지 밸브의 단부내로 삽입되어 두 개의 밸브 사이에 기계적 결합 및 액밀 결합을 만든다. 주사기 밸브의 단부를 더욱 삽입하면 양자의 밸브가 개방되어 주사기 챔버와 고갈된 프린트 카트리지 잉크통의 사이에 기밀 유체 경로를 만든다. 프린트 카트리지 잉크주머니내의 부압으로 말미암아, 잉크주머니가 사실상 가득차고 또한 잉크주머니내의 압력이 대기압으로 또는 그 근방으로 될 때까지 잉크가 주사기 챔버로부터 잉크주머니내로 인출된다. 주사기상에는 잉크 흡인포트가 제공되어 잉크가 떠나간 주사기 챔버내의 공간을 채운다. 프린트 카트리지가 보충되자마자 주사기내의 플런저가 사전결정된 거리만큼 수동으로 다시 당겨져서 프린트 카트리지로부터 소정량의 잉크를 흡인함으로써 프린트 카트리지내에 소망하는 부압을 만든다. 그런 다음에는 주사기가 프린트 카트리지로부터 제거되면서 두 개의 밸브를 폐쇄상태로 자동으로 당긴다.

Description

잉크보충 시스템과 프린트 카트리지 잉크통의 보충방법{SYRINGE FOR FILLING PRINT CARTRIDGE AND ESTABLISHING CORRECT BACK PRESSURE}
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 잉크공급원이 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.
가요성 잉크 튜브를 경유하여 하나 이상의 스캐닝 프린트헤드에 접속된 교환가능한 잉크공급원을 제공하는 각종 유형의 프린터가 공지된 바 있지만, 이들 프린터는 교환가능한 잉크공급원을 위한 추가의 공간과 추가의 비용과 그리고 프린터의 복잡성을 요구하며, 또한 사용자가 교환가능한 잉크공급원을 스캐닝 프린트헤드로부터 단절시키는 것과 접속시키는 것을 필요로 하고, 이것은 잉크반송 시스템내에 에어포켓을 야기시킨다.
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.
이 잉크보충 시스템은 잉크공급원을 포함하는 주사기이다. 바람직한 실시예에 있어서는, 주사기가 프린트 카트리지 밸브의 수 커넥터 부분과 결합할 수 있는 암 커넥터 부분을 갖는 미끄럼이동가능한 밸브를 구비한다. 주사기 밸브는 잉크를 수납하는 주사기 챔버내로 연장된다.
프린트 카트리지 잉크통을 보충하기 위하여, 주사기 밸브의 단부가 프린트 카트리지 밸브의 단부내로 삽입되어 두개의 밸브 사이에 기계적 결합 및 액밀 결합의 양자를 만든다. 추가의 힘이 작용하면, 양자의 밸브가 그들 각각의 잉크통의 내측으로 밀리게 된다. 이러한 추가 삽입이 일어나면, 양자의 밸브가 개방되어 주사기 챔버와 고갈된 프린트 카트리지 잉크통의 사이에 기밀 유체 경로를 만든다.
프린트 카트리지 잉크주머니내의 부압으로 말미암아, 잉크주머니가 사실상 가득차고 또한 잉크주머니내의 압력이 대기압으로 또는 그 근방으로 될 때까지 잉크가 주사기 챔버로부터 잉크주머니내로 인출된다. 주사기상에는 공기 흡인포트가 제공되어 잉크가 떠나간 주사기 챔버내의 공간을 채운다.
프린트 카트리지가 보충되자마자 주사기내의 플런저가 사전결정된 거리만큼 수동으로 다시 당겨져서 프린트 카트리지로부터 소정량의 잉크를 흡인함으로써 프린트 카트리지내에 소망하는 부압을 만든다. 그런 다음에는 주사기가 프린트 카트리지로부터 제거된다. 두 개의 밸브 사이에 초기에 만들어진 기계적 결합은 주사기가 프린트 카트리지로부터 당겨질 때 두 개의 밸브를 폐쇄상태로 당기는 작용을 한다. 두 개의 밸브가 폐쇄되고 나서도 주사기를 계속 당기면 기계적 결합이 해제되며, 그럼으로써 이제 프린트 카트리지가 재사용될 수도 있는 상태로 된다.
보충중 프린트 카트리지를 프린터로부터 제거할 필요는 없다. 바람직한 실시예에 있어서, 주사기는 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 주사기 유형의 잉크보충 시스템의 초기 상태 단면도,
도 21a 및 도 21b 는 바람직한 주사기 시스템내에 사용되는 미끄럼이동가능한 밸브의 사시도,
도 22는 밸브가 도 3의 프린트 카트리지에 접속된 것을 도시하는 도 20의 주사기에 대한 도면,
도 23은 잉크가 프린트 카트리지 잉크주머니의 부압에 의하여 프린트 카트리지내로 인출되고 있는 것을 도시하는 도 22의 주사기에 대한 도면,
도 24 및 도 25는 프린트 카트리지의 보충후 잉크주머니내에 배압을 만들기 위하여 손잡이가 다시 당겨진 것을 도시하는 도 23의 주사기에 대한 도면,
도 26은 프린트 카트리지로부터 단절된 후의 도 25의 주사기에 대한 도면,
도 27, 도 28, 도 29 및 도 30은 프린트 카트리지와 주사기가 결합하고 그 다음 해제될 때의 밸브의 각종 위치를 도시하는 도면,
도 31는 변형예에 따른 주사기의 단면도,
도 32, 도 33 및 도 34는 또다른 실시예에 따른 주사기의 단면도로서, 도 32은 초기상태, 도 33은 프린트 카트리지를 보충하고 있는 상태, 도 34는 보충후 프린트 카트리지내에 배압을 만든 상태를 각기 도시하는 도면,
도 35는 미끄럼이동가능한 밸브 대신 중공형 니들을 이용하는 또다른 실시예에 따른 주사기의 단면도.
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, 204, 208 : 주사기
153 : 잉크 챔버 154 : 기공
155, 156 : 밸브 210 : 스프링 로딩형 시일
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 수(water negative pressure)부압을 잉크주머니(51)내에 만들기에 충분한 양의 잉크가 노즐(44)을 통하여 흡인된다. 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 시스템에 대한 설명
도 20은 주사기(150)의 형태를 갖는 잉크보충 시스템의 일 실시예의 단면도이다. 주사기(150)는 잉크주머니(51)내로 순환공기를 전혀 흡인함이 없이 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)를 보충할 수 있도록 프린트 카트리지(16)상의 밸브(24)(도 3)에 접속되기에 적합한 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 주사기(150)는 원통형상이며, 도 20의 단면은 주사기(150)의 주요 축을 따라서 양분한 도면이다.
주사기(150)는 투명 또는 반투명 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직한 외부 몸체(151)와, 잉크 챔버(153)내에서 제한된 범위로 이동가능한 플런저(152)로 구성된다. 단순한 형태의 밸브(155)가 개방되어 기공(154)과 잉크 챔버(153) 사이에 경로를 만들 때 기공(154)이 잉크 챔버(153)와 연통한다.
미끄럼이동가능한 밸브(156)(폐쇄상태로 도시함)가 적절한 접속시 프린트 카트리지(16)상의 밸브(24)에 대하여 기밀 유체 접속을 만든다. 원통형상 슬리브(158)가 밸브(156)를 둘러싸서 프린트 카트리지(16)에의 접속시 주사기(150)에 대한 지지를 제공한다.
주사기(150)를 수회 사용을 위하여 외부 잉크통으로부터 보충하는 것을 구상할 수도 있지만, 통상적으로는 잉크 챔버(153)내에 초기 잉크공급원(159)을 갖는 주사기(150)가 제공될 것이다.
도 21a 및 도 21b에는 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 주사기 챔버(153)내로 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 주사기 챔버(153)로부터 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)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.
이하에 주사기(150)의 추가 상세한 설명을 제공하며, 또한 그것을 이용하여 프린트 카트리지(16)로 잉크를 이전시키고 잉크주머니(51)내에 적절한 배압(또는 부압)을 제공하는 것도 설명한다.
도 22는 주사기(150)의 밸브(156)가 프린트 카트리지(16)상의 밸브(24)에 기계적으로 그리고 유체연통가능하게 결합하고 있는 것을 도시하고 있다. 양자의 밸브(156, 24)는 개방상태에 있다. 원통형상 슬리브(158, 26)가 결합하고 있는 것을 도시하고 있으며, 이 결합은 보충과정중 주사기(150)를 프린트 카트리지(16)에 대하여 적절한 정렬상태로 유지시킨다. 도 27 내지 도 30과 관련하여 나중에 기술하는 바와 같이, 밸브(156, 24)는 주사기(150)와 프린트 카트리지(16)의 결합 및 해제시 자동으로 개방 및 폐쇄된다.
이제 잉크 챔버(153)와 잉크주머니(51)의 사이에 유체 연통이 존재한다. 잉크주머니(51)의 측벽이 내부 스프링에 의하여 이격되도록 가압되고 있음으로 인하여 잉크주머니(51)내에 부압이 존재하고 있지만, 플런저 손잡이(174)가 회전하여(도 23) 밸브(155)내의 개구(173)를 기공(154)과 정렬시킬 때까지 잉크 챔버(153)로부터 잉크주머니(51)내로 잉크(159)가 인출되지 않는다. 플런저(152) 뒤의 잉크(159)는 흐름 리세스(176)를 통하여 플런저(152) 둘레로 흐른다. 잉크의 흐름을 화살표(176)로 표시하고 있다. 기공(154)을 통한 잉크 누설을 방지하기 위하여, 플런저 손잡이(154)가 주사기(150)의 나머지보다 높은 위치에 있어야 한다.
잉크 챔버(153)내의 잉크는 잉크주머니(51)가 가득 찰 때까지 잉크주머니(51)내로 인출되며, 가득 찰 때 잉크의 흐름이 자동으로 멈춘다. 이 시점에서는, 잉크주머니(51)를 외향으로 가압하는 스프링이 사이드 커버를 향하여 충분히 신장된다. 그때 잉크주머니(51)는 사실상 대기압에 있으며, 프린트 카트리지(16)의 프린트헤드 부분내의 노즐로부터 잉크가 새는 것을 방지하기 위하여 부압이 만들어져야만 한다. 이것을 달성하기 위하여, 도 24에 도시한 바와 같이 손잡이(174)가 역방향으로 다시 당겨져서 플런저(152)가 협소한 원통형상 벽 부분(179)에 대하여 기밀 밀봉을 만들게 한다. 이 밀봉을 만들고 나서도 손잡이(174)를 더욱 당기면 잉크가 잉크주머니(51)로부터 흡인되며, 그것에 의하여 잉크주머니(51)내의 내부 스프링이 압축되어 잉크주머니(51)내에 부압을 만든다.
도 25에 도시한 바와 같이, 플런저 멈춤부(180)가 손잡이(174)의 추가 당김을 억제하여 이전에 설명한 바와 같이 잉크주머니(51)내의 부압을 사전결정된 양으로 설정한다. 협소한 원통형상 벽 부분(179)의 개시부(181)와 플런저 멈춤부(180) 사이의 거리와 협소한 원통형상 벽 부분(179)의 단면적의 곱은 손잡이(174)가 다시 당겨질 때 프린트 카트리지(16)로부터 추출된 잉크 용적과 동일하다. 이 용적은 적절한 배압이 보장되기에 충분하도록 잉크주머니(51)의 벽을 사이드 커버로부터 멀어지게 당기는 잉크주머니(51) 벽의 운동에 의하여 보상된다.
그런 다음에는 주사기(150)가 프린트 카트리지(16)로부터 외향으로 당겨져서 밸브(156, 24)를 자동으로 폐쇄시킴으로써 잉크주머니(51)와 잉크 챔버(153)의 유체 밀봉을 제공한다.
밸브(24, 156)간의 결합 및 밸브(24, 156)의 개폐에 대하여 도 27 내지 도 30와 관련하여 기술하고자 한다. 도 27에 있어서는 프린트 카트리지(16)와 주사기(150)가 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. 주사기(150)의 밸브(156)도 이와 유사하게 폐쇄상태로 도시하고 있으며, 잉크 챔버(153)내의 잉크는 밸브(156)의 바닥부와 접촉하고 있다. 시일(189)이 밸브(156)를 둘러싸서 구멍(166)을 봉쇄하고 있다.
도면에는, 주사기(150)가 화살표(191)로 표시한 방향으로 프린트 카트리지(16)를 향하여 이동하고 있고, 프린트 카트리지(16)상의 슬리브(26)가 주사기(150)상의 슬리브(158) 내측으로 미끄럼이동하려는 찰나에 있는 것을 도시하고 있다.
도 28에 도시한 바와 같이, 밸브(24)의 팁 근방의 리브(96)는 이제 밸브(156)내의 리세스(171)와 결합하여 밸브(24, 156)가 액밀 시일이 되도록 함께 기계적으로 결합시킨다. 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.
전술한 동작에 의하여 프린트 카트리지(16)상의 원통형상 슬리브(26)가 주사기(150)상의 원통형상 슬리브(158)와 결합하게 되어, 밸브(24, 156)가 서로에 대하여 중심설정되는 것을 허용하고 또한 주사기(150)에 대한 프린트 카트리지(16)의 좌우 요동을 제한한다.
도 29에 있어서, 주사기(150)에 대하여 프린트 카트리지(16)에 추가 하향 힘이 가해지면, 밸브(156)는 구멍(166)이 잉크 챔버(153)내에 위치하도록 개방상태로 미끄러진다. 또한 이와 동일한 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 잉크 챔버(153)의 사이에는 유체 채널이 존재한다.
이제 잉크주머니(51)내의 부압이 잉크를 잉크 챔버(153)로부터 잉크주머니(51)내로 인출하여, 전술한 바와 같이 잉크주머니(51)를 채운다. 이 과정은 낮은 부압으로 인하여 비교적 느리며, 약 1 내지 3분 정도 소요될 수도 있다.
일단 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)가 가득차면, 주사기(150)는 도 30에 도시한 바와 같이 프린트 카트리지(16)로부터 화살표(195)의 방향으로 제거된다. 도 30에 있어서, 주사기(150)를 제거하면 밸브(156)와 밸브(24)가 폐쇄되어 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니(51)를 밀봉하게 된다. 더욱 높이 들어올리면 밸브(24)와 밸브(156)가 서로 해제된다.
도 27 내지 도 30에 도시한 바와 같이, 밸브(24, 156)는 프린트 카트리지(16)로부터 주사기(150)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 30)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 30)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 밸브(24, 156)의 미끄러지는 힘을 증가시키는 것과, 프린트 카트리지(16)가 주사기(150)로부터 제거된 후에 밸브(24, 156)를 스프링 로딩(spring loading)시켜서 밸브를 폐쇄하는 것과, 프린트 카트리지(16)의 운동을 일시적으로 방해한 다음 해방시키는 탭을 슬리브(158) 근방에 형성하여, 밸브(24, 156)가 결합되기 전에 프린트 카트리지(16)를 향한 주사기(150)의 가속을 증가시키는 것이 있다.
프린트 카트리지(16)가 스캐닝 캐리지(18)로부터 선택적으로 제거되었다면, 그 프린트 카트리지(16)는 그 다음에 스캐닝 캐리지(18)내로 재삽입된다(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 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
주사기(150)와 관련하여 기술한 개념을 이용한 다른 실시예가 프린트 카트리지(16)를 보충하고 잉크주머니(51)내에 부압을 만들기 위하여 이용할 수도 있다.
도 31은 공기가 기공(154)을 통하여 잉크 챔버(153)내로 도입되는 것을 선택적으로 허용하기 위하여 공기 흡인 밸브(155)를 이용하는 대신 기공(154)상에 단순한 형태의 접착제 고정형 당김탭(206)을 제공한 것을 제외하곤, 도 20의 주사기(150)와 사실상 동일한 주사기(204)의 다른 실시예를 도시한다. 당김탭(206)은 잉크주머니(51)가 잉크를 잉크 챔버(153)로부터 인출하는 것을 허용하기 위하여 적절한 시간에 제거된다.
도 32, 도 33 및 도 34는 도 20의 주사기(150)와 관련하여 기술한 개념을 이용하는 다른 유형의 주사기(208)를 사용하는 것을 도시한다. 주사기(208)는 스프링 로딩형 시일(210)을 가지며, 이 시일(210)은 잉크주머니(51)내의 부압에 의하여 잉크가 잉크주머니(51)내로 인출될 수도 있도록 공기가 잉크 챔버(153)내로 진입하게 한다.
도 34에 도시한 바와 같이, 프린트 카트리지(16)를 보충한 후에 스프링 로딩형 시일(210)은 다시 폐쇄되고, 플런저(152)는 다시 당겨져서 잉크주머니(51)의 사전결정된 양의 잉크를 인출시킴으로써 프린트 카트리지(16)내에 초기 부압을 만든다. 또다른 변형예에 있어서는 스프링 로딩형 시일(210)이 제거된 다음 대체되는 일편의 접착제 테이프나, 또는 에어 벤트를 개방 및 폐쇄시키기 위한 다른 단순한 수단일 수 있을 것이다. 그런 다음에는 주사기(208)가 프린트 카트리지(16)로부터 제거되어 양자의 밸브(24, 156)를 폐쇄한다.
도 20, 도 31 및 도 32의 실시예에 있어서, 밸브(156)는 도 35에 도시한 바와 같이 양 단부에 개구를 갖는 중공형 니들(214)로 대체될 수도 있다.
주사기의 니들부는 통상적인 것일 수도 있다. 프린트 카트리지(16)의 보충 부분은 중간부에 미끄럼이동가능한 슬릿을 갖는 통상적인 고무 격벽을 내장할 수 있을 것이다. 그런 다음에는 주사기(150)상의 니들(214)이 격벽을 통하여 재삽입되어 잉크 챔버(153)와 잉크주머니(51)의 사이에 기밀 유체 접속을 형성한다. 잉크 이전과 잉크주머니(51)내에 배압을 만드는 것은 도 20 내지 도 34와 관련하여 기술한 기법을 이용하여 수행될 수 있을 것이다. 격벽으로부터 니들(214)을 제거할 때, 격벽내의 중앙 슬릿은 잉크주머니(51)를 자동적으로 재밀봉한다.
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, 부압 잉크주머니에 대하여 기술하였지만, 부압 잉크주머니가 필요하지 않을 수도 있다. 프린트 카트리지(16)내의 잉크주머니는, 주사기(150)내의 잉크 챔버(153)의 압력이 잉크주머니내의 압력보다 큰 한 보충될 것이다. 그러한 압력차는 잉크 챔버(153)에 내부 정압을 제공함에 의해서 얻을 수도 있을 것이다. 정압은 적절한 기법을 이용하여 얻을 수도 있다.
또한 전술한 기법을 이용하여 초기 잉크 충전포트를 통해 프린트 카트리지를 보충하는 것을 구상할 수도 있을 것이다. 그러한 실시예에 있어서, 충전포트(47)용 격벽 또는 멈춤부재는 제거되거나 관통되며, 주사기 팁이 충전포트(47)내로 삽입되어 기밀 시일을 만든다.
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 (20)

  1. 잉크 보충 시스템에 있어서,
    이 잉크 보충 시스템은 프린트 카트리지내의 제 1 잉크통을 보충하기 위한 잉크 수납 주사기를 포함하고, 상기 제 1 잉크통은 내부 부압을 가지며,
    상기 주사기는:
    잉크를 수납하는 챔버와;
    상기 잉크 챔버와 유체 연통하고 있는 잉크 배출 포트와;
    상기 잉크 챔버와 연통하는 공기 흡인 포트를 포함하는 잉크 보충 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트는 상기 잉크 챔버와 연통하고 있거나 또는 상기 잉크 챔버로부터 밀봉되는 상태에 있도록 제어가능한 잉크 보충 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트는 상기 플런저에 접속된 손잡이를 회전시킴에 의하여 작동되는 밸브를 통하여 상기 잉크 챔버와 연통하고 있도록 제어가능한 잉크 보충 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트는 그것을 밀봉하거나 또는 밀봉하지 않는 레버를 작동시킴으로써 상기 잉크 챔버와 연통하고 있도록 제어가능한 잉크 보충 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트의 위에 배치된 탭을 제거시킴으로써 상기 잉크 챔버와 연통하고 있도록 제어가능한 잉크 보충 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트는 상기 플런저와 상기 잉크 배출 포트 사이의 위치에서 상기 잉크 챔버와 연통하는 잉크 보충 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 흡인 포트는 상기 플런저와 상기 플런저용 손잡이 사이의 위치에서 상기 잉크 챔버와 연통하는 잉크 보충 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 챔버는 상기 플런저가 상기 잉크 배출 포트로부터 외향으로 이동하는 범위를 제한하기 위한 상기 플런저용 내부 멈춤부를 갖는 잉크 보충 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 챔버는 상기 플런저에 대하여 유체 시일을 만드는 협소한 원통형상 벽 부분과, 잉크가 상기 플런저 둘레를 돌아 상기 잉크 배출 포트로 흐르는 것을 허용하는 확장된 내부 원통형상 벽 부분을 갖는 잉크 보충 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 배출 포트는 상기 잉크 챔버와 유체 연통하고 있는 중공형 니들을 포함하는 잉크 보충 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 배출 포트는 기다란 중공형 몸체를 갖는 미끄럼이동가능한 제 1 밸브를 포함하며, 상기 중공형 몸체는 그것의 제 1 단부 근방에 형성된 제 1 개구와, 그것의 제 2 단부 근방에 형성된 제 2 개구를 가지며, 상기 제 1 개구는 상기 제 1 밸브가 폐쇄위치에 있을 때 상기 잉크 챔버의 일부분을 형성하는 제 1 시일에 의하여 봉쇄되고, 상기 폐쇄위치는 상기 제 1 밸브가 상기 제 1 밸브의 이동범위내에서 상기 잉크 챔버로부터 사전결정된 거리만큼 당겨질 때 존재하고, 상기 제 1 개구는 상기 제 1 밸브가 상기 제 1 밸브의 이동범위내에서 상기 잉크 챔버내로 사전결정된 거리만큼 가압될 때 상기 잉크 챔버와 유체 연통하고 있으며, 상기 제 1 밸브의 제 2 단부는 상기 프린트 카트리지내의 제 1 잉크통과 상기 잉크 챔버 사이에 유체 경로가 만들어지도록 상기 프린트 카트리지상의 보충 포트와 결합하기에 적합한 잉크 보충 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 밸브를 상기 프린트 카트리지상의 보충 포트에 접속시킬 때 개방상태에 있도록 자동으로 작동되는 잉크 보충 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 밸브와 상기 프린트 카트리지내의 제 1 잉크통과 유체 연통하고 있는 제 2 밸브가 개방상태로 있기 전에 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브 사이에 기계적 결합이 만들어지도록 상기 제 2 밸브와 결합가능한 잉크 보충 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브는 상기 프린트 카트리지가 상기 주사기에 접속될 때 상기 프린트 카트리지상의 제 2 밸브에 기계적으로 결합하기에 적합하고, 상기 프린트 카트리지를 상기 주사기에 결합시키면 잉크가 상기 잉크 챔버로부터 상기 프린트 카트리지내의 제 1 잉크통으로 이전되도록 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브가 자동으로 개방되며, 상기 프린트 카트리지를 상기 주사기로부터 제거하면, 상기 잉크 챔버와 상기 제 1 잉크통이 밀봉되도록 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브가 자동으로 폐쇄되는 잉크 보충 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크통에 잉크를 보충하는 동안 상기 주사기를 상기 프린트 카트리지에 대하여 사전결정된 위치에 유지시키기 위한 지지 구조체를 상기 주사기상에 더 포함하는 잉크 보충 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는, 상기 잉크 배출 포트를 둘러싸도록 상기 주사기의 표면으로부터 돌출하는 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 상기 프린트 카트리지의 보충 포트를 거의 둘러싸는 상기 프린트 카트리지상의 슬리브와 결합하기에 적합한 잉크 보충 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 챔버는 잉크를 수납하는 잉크 보충 시스템.
  18. 프린트 카트리지 잉크통에 잉크를 보충하기 위한 방법에 있어서,
    주사기의 잉크 배출 포트를 상기 프린트 카트리지상의 보충 포트에 접속하는 단계로서, 이 접속단계는 상기 주사기의 챔버와 상기 프린트 카트리지내의 잉크통 사이에 기밀 유체 경로를 만드는 상기 접속단계와;
    상기 잉크 챔버내의 압력에 대한 상기 잉크통내의 부압에 의하여 상기 잉크 챔버내의 잉크가 상기 잉크통내로 인출되는 동안 공기가 상기 잉크 챔버내로 유입되는 것을 허용하는 단계와;
    상기 잉크통이 잉크로 충분히 보충된 후에 상기 잉크 챔버내의 플런저를 다시 밀어서 상기 잉크통으로부터 소정량의 잉크를 인출시킴으로써 상기 잉크통내에 소망하는 부압을 만드는 단계와;
    상기 잉크통이 상기 부압에 있는 동안 상기 프린트 카트리지의 보충 포트를 밀봉하여 상기 잉크통으로의 공기 유입을 방지하는 단계를 포함하는 프린트 카트리지 잉크통의 보충 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 보충 포트를 밀봉하는 단계는 상기 잉크 배출 포트를 상기 보충 포트로부터 제거하여 상기 보충 포트를 자동으로 밀봉시키는 단계를 포함하는 프린트 카트리지 잉크통의 보충 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 접속단계는 상기 주사기상의 미끄럼이동가능한 제 1 밸브를 상기 프린트 카트리지상의 미끄럼이동가능한 제 2 밸브에 접속하여 상기 잉크 챔버와 상기 잉크통간의 기밀 유체 접속을 제공하는 단계를 포함하는 프린트 카트리지 잉크통의 보충 방법.
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