KR100384915B1 - 잉크공급용유도잉크레벨검출장치 - Google Patents

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Abstract

잉크 레벨 검출 장치(14)는 잉크젯 펜에 의해 사용되는 공급 잉크를 저장하기 위한 유연성 잉크 용기(16)를 갖는다. 잉크 용기(16)는 내장된 잉크량에 따라 서로에 대해 이동하는 대향 측면(20, 22)을 갖는다. 또한, 잉크 레벨 검출 장치(14)는 잉크 용기(16)의 대향 측면상에 형성된 한 쌍의 전기 전도성 코일(30, 32)을 갖는다. 상기 코일(30, 32)은 유연성 용기(16)의 대향 측면의 움직임에 따라 서로에 대해 이동한다. 잉크 레벨 감지 회로(50)는 코일(30, 32)과 접속되어 있다. 잉크 레벨 감지 회로(50)는 한쌍의 코일(30, 32) 사이에 전자계를 유도하는 신호를 발생한다. 또한, 잉크 레벨 감지 회로(50)는 코일(30, 32)이 서로에 대해 이동할 때의 전자계의 변화를 검출함으로써 잉크 용기(16)내의 잉크 레벨을 감지한다. 코일(30, 32)이 서로 가까이 접근함에 따라 전자계의 세기가 증가하며, 이에 의해 잉크가 용기(16)에서 고갈되는 시기를 양호하게 측정할 수 있다.

Description

잉크 공급용 유도 잉크 레벨 검출 장치{INDUCTIVE INK LEVEL DETECTION MECHANISM FOR INK SUPPLIES}
본 발명은 잉크 레벨 검출 장치에 관한 것이며, 특히 잉크젯 펜의 잉크 용기내부의 잔류 잉크의 양을 검출하기 위한 유도 잉크 레벨 검출 장치(an inductive ink level detection mechanism)에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 프린트 헤드로부터 잉크 방울을 제어 가능하게 분사하여 문자 및 기타 화상을 형성하는 비 충격식 프린터이다. 이러한 종래의 유형의 잉크젯 프린트 헤드는 이동 가능한 카트리지에 제거 가능하게 설치된 교환식 카트리지 또는 펜으로 구성되어 있다. 상기 펜은 액체 잉크를 복수의 노즐을 통해 방울의 형태로 제어 가능하게 방출하며, 잉크 방울은 작은 공기 갭을 가로질러 이동하고 기록매체상에 낙하한다.
잉크 방울은 국부적 가열에 의해 개개의 노즐로부터 방출된다. 특히, 열적 레지스터 형태인 작은 가열 요소가 각 노즐에 배치된다. 전류가 가열 요소를 통해 흘러 상기 가열 요소를 가열한다. 가열된 요소는 노즐을 통해 방출된 미소량의 잉크를 기화시킨다. 가열 요소는 보통 단일 실리콘 웨이퍼 칩상에 형성되어 있어, 교체 가능한 펜의 조립이 용이하고 제조 비용이 저렴하다.
잉크통은 펜에서 분리된 독립 카트리지의 일부를 형성하는 용기내에 보유되어 있다. 인쇄하는 동안 펜은 용기로부터 잉크를 뽑아낸다. 용기는 견고한 챔버, 또는 유연성 백으로 구성될 수 있다. 펜이 잉크를 사용함에 따라, 용기내의 공급 잉크는 서서히 고갈된다. 종종, 프린터들은 용기내의 잔여 잉크 레벨을 검지하고, 사용자에게 펜을 교체하거나 또는 재충전해야 하는 시기를 알려주도록 설계된다. 구조에 따라, 펜 전체 또는 펜의 잉크 용기중 하나를 교체한다. 사용한 펜 또는용기는 폐기되거나 재생된다.
잉크 용기내의 잔여 잉크 레벨을 검출하기 위한 본질적인 세가지 상이한 유형의 종래기술은, 정전 용량 감지, 저항 감지, 및 자기 감지가 있다. 미국 특허 제 4,415,886 호는 정전 용량 감지를 이용해 잉크 용기내의 잔류 잉크의 양을 검출하는 잔류 잉크 검출 장치를 기술하고 있다. 상기 용기는 상부 시트 및 하부 시트를 갖는 유연성 백으로 형성되어 있다. 금속 박막 층이 상부 시트 및 하부 시트 각각에 배치되어 한쌍의 이격된 축전기 전극을 형성한다. 펄스 발생 회로는 축전기 전극에 펄스를 공급하며, 전극들 사이의 정전기 용량이 측정된다. 잉크 용기가 가득 차 있을 때, 전극 쌍의 정전 용량은 작다. 잉크가 고갈됨에 따라, 전극 쌍의 정전용량은 증가한다. 이러한 유형의 정전 용량 감지 장치의 문제점은 전도성 잉크와 함께 사용될 때는 잘 작동하지 않는다는 것이다. 전도성 공급 잉크의 적절한 성능을 달성하기 위해서는, 매우 큰 주파수 신호(수 ㎒정도)가 축전기를 통과해야만 한다. 큰 주파수 신호를 발생하는 것은 잉크젯 프린터의 작동 조건으로 바람직하지 못하다.
미국 특허 제 4,700,754 호는 정전 용량 감지를 이용하는 접을 수 있는 잉크 용기용 잉크 레벨 검출기를 개시하고 있다. 그러나, 백상에 형성된 두개의 전극을 사용하는 대신, 상기 미국 특허 제 4,700,754 호는 액체 잉크와 잉크 용기상에 형성된 전기 전도성 피복제 사이의 정전 용량을 측정한다. 이러한 정전 용량 감지기술은 공급 잉크가 어떤 레벨로 고갈되었는가에 따라 온 또는 오프되는 스위치형 경고 검출기로서 작동하는 결점이 있다. 측정된 정전 용량은 전극을 갖는 층을 덮는잉크의 영역에 비례한다. 잉크가 거의 고갈되었을 때, 정전 용량은 매우 급속히 감소되어 온/오프 검출의 레벨 변화가 형성된다. 정전 용량 잉크 레벨 검출기는 잔류 잉크의 변화 레벨을 연속적으로 감시하는 게이지로서 작동하지 않는다.
미국 특허 제 4,202,267 호, 제 4,551,734 호, 제 4,719,475 호, 제 5,289,211 호 및 제 5,488,395 호 모두는 한 쌍의 전극 사이의 전기 저항의 변화량을 측정하여 잉크 용기내의 잔류 잉크 레벨을 감시하는 기술을 개시하고 있다.
일본 특허 출원 제 60-92861(1985년) 호는 백의 한면에 자기 시트와, 반대쪽 면의 하부에 위치한 근접 리드 스위치를 구비한 잉크 백을 개시하고 있다. 잉크가 고갈됨에 따라, 상기 백은 리드 스위치가 기동하여 잉크 레벨이 낮다는 것을 표시하는 지점까지 접혀진다. 이러한 기술은 스위치가 온 오프되는 점에서 2 상태의 센서(bi-state sensor)이므로 한계가 있다. 이것은 공급 잉크의 변화를 점진적으로 측정하거나 검출할 수 없다.
본 발명자는 잉크 용기내의 잉크 레벨을 연속적으로 감시하는 개량된 잉크 레벨 검출 장치를 개발하였다.
잉크 레벨 검출 장치는 잉크젯 펜에 의해 사용되는 공급 잉크를 저장하기 위한 유연성 잉크 용기를 구비하고 있다. 잉크 용기는 내장되어 있는 잉크양에 따라 상대적으로 이동하는 대향 측면을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 잉크 용기는 유연성 플라스틱 백으로 형성된다.
또한, 잉크 레벨 검출 장치는 잉크 용기의 대향 측면에 형성된 한쌍의 전기 전도성 코일을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 코일은 용기 측면상에 금속 박막 트레이스(thin metal film traces)로서 인쇄된다. 이러한 방법으로, 코일은 유연성 용기의 대향 측면의 이동과 관련해서 서로에 대해 이동한다.
잉크 레벨 감지 회로는 코일에 접속되어 있다. 잉크 레벨 감지 회로는 한쌍의 코일 사이에 전자계를 유도하는 신호를 생성한다. 다음에, 잉크 레벨 감지 회로는 코일이 서로에 대해 이동함에 따른 전자계의 변화를 검출하는 것에 의해, 잉크 용기내의 잉크 레벨을 감지한다. 코일이 서로 가까이 근접함에 따라 전자계의 강도는 증가한다.
유도 잉크 레벨 검출 장치는, 잉크가 용기에서 고갈됨에 따라 전자계가 점점 강해져서 용기가 거의 비워질 때 잉크 레벨의 보다 정확한 측정이 가능하게 되므로 종래 기술보다 유리하다. 게다가, 유도 잉크 레벨 검출 장치는 전도성 잉크와 함께 사용할 수 있다.
도 1은 잉크젯 펜의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 잉크젯 펜용 잉크 레벨 검출 장치의 개략도,
도 3은 잉크 레벨 검출 장치의 회로도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 잉크젯 공급 카트리지12 : 하우징
14 : 잉크 레벨 검출 장치15 : 액체 배출 포트
16 : 잉크 백30, 32 : 코일
34, 36 : 전도체50 : 잉크 레벨 감지 회로
도 1은 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크젯 펜에 잉크를 공급하기 위한 교환식 잉크젯 공급 카트리지(10)를 도시한 것이다. 카트리지(10)는 독립적이며, 강성 하우징(12)과, 이 하우징(12)내에 보유된 잉크 레벨 검출 장치(14)를 구비하는 자급식(self-contained) 일회용 공급 용기이다. 또한 잉크 공급 카트리지(10)는 프린트 헤드에 의해 사용되는 액체 잉크를 배출하는 액체 포트(15)를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 잉크 레벨 검출 장치(14) 자체가 잉크젯 펜의 일부를 형성할 수도 있다. 여기서 사용되는 용어, ＂펜(pen)＂ 및 ＂프린트 헤드(print head)＂는 본질적으로 서로 교환하여 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 잉크 레벨 검출 장치(14)를 도시한 것이다. 잉크 레벨 검출 장치(14)는 유연성의 접을 수 있는 백 형태의 유연성 잉크 용기(16)를 구비한다. 잉크 백(16)은 액체 잉크를 보유하는 잉크통 챔버(18)를 규정한다. 일 실시예에 있어서, 잉크 백(16)은 잉크통 챔버(18)를 형성하도록 그 주변부 둘레가 밀봉된 다층 플라스틱 시트를 사용하여 구성된다. 잉크 백(16)은 교환식 잉크젯 펜과 함께 사용하기에 바람직한 크기 및 구성으로 되어 있다.
잉크 백(16)은 챔버(18)내에 보유되어 있는 잉크양에 따라 상대적으로 이동하는 대향 측면(20, 22)을 갖는다. 잉크 백(16)은 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 관형 배출 포트(15)를 구비하며, 액체 잉크는 밸브 포트를 통해 노즐로 이송되어 분출된다.
잉크 레벨 검출 장치(14)는 각기 잉크 용기(16)의 대향 측면(20, 22)상에 구비되는 한쌍의 전기 전도성 코일(30, 32)을 갖는다. 전도체(34, 36)는 코일(30, 32)을 이하에 보다 상세히 설명하는 잉크 레벨 감지 회로(50)에 상호 접속한다.
도시된 실시예에 있어서, 코일(30, 32) 및 전도체(34, 36)는 측면(20, 22)상에 금속 박막 트레이스로서 직접 형성된다. 트레이스는 백(16)을 형성하는 다층 측벽의 내면상에, 외면상에 또는 그의 내부에 형성될 수 있다. 코일(30, 32)을 형성하는 박막 트레이스는 사진 제판 기술을 이용하여 플라스틱 백상에 인쇄될 수 있거나, 또는 접착제를 사용하여 백에 설치할 수 있다.
코일(30, 32)은 측면(20, 22)의 이동과 관련해서 상대적으로 이동한다. 상술한 바와 같이, 백의 측면(20, 22)은 잉크 백(16)내에 남아 있는 잔류 잉크양에 따라 상대적으로 이동한다. 잉크 백(16)이 가득 찼을 때, 코일(30, 32)은 서로 최대거리를 두고 떨어져 있다. 인쇄하는 동안 잉크가 잉크 백(12)으로부터 인출됨에 따라, 코일(30, 32)은 서로를 향해 이동한다.
잉크 레벨 감지 회로(50)는 한쌍의 코일(30, 32) 사이에 전자계를 유도하는 신호를 발생하며, 코일(30, 32)이 상대적으로 이동할 때 따른 전자기장의 변화를 검출함으로써 잉크 용기(16)내의 잉크 레벨을 감지한다. 잉크 레벨 감지 회로(50)는 각기 전도체(34, 36)를 경유해 코일(30, 32)에 접속된다. 잉크 레벨 감지 회로(50)는 교환식 잉크 카트리지의 일부로서 구성될 수 있으며, 이 경우에 잉크 레벨 감지 회로는 잉크 고갈 신호를 잉크젯 프린터에 출력한다. 변형예로, 잉크 레벨 감지 회로(50)는 프린터의 영구 제어 회로의 일부로서 교환식 잉크 카트리지로부터 분리되도록 구성될 수 있다. 이러한 후자의 경우에 있어서, 전도체(34, 36)의 말단은 접점으로 이루어지고, 이 접점은 펜이 프린터내에 설치될 때 전도성 수납 패드에 접속되어 코일(30, 32)을 멀리 위치된 잉크 레벨 감지 회로(50)에 전기적으로 접속하도록 배치된다.
도 3은 잉크 레벨 검출 장치(10)의 회로도를 도시한 것이다. 잉크 레벨 감지 회로는 전류 발생기(52), 센서(54), 및 잉크 레벨 모니터(56)를 포함한다. 전류 발생기(52)는 전류를 발생해 코일(30)에 인가한다. 전류 신호는 실시예에서 방형파 또는 정현파 등의 임의의 유형의 교류 파형으로 인가될 수 있다. 전류 신호는 두개의 코일(30, 32) 사이로 전자계를 유도하도록 코일(30)을 통해 흐르게 된다. 전자계는 백(16)의 측면을 횡단하여 연장된 축을 따라 배향된다. 전자계의 강도는 두개의 코일(30, 32) 사이의 갭의 거리에 따라 변화된다. 갭은 넓어지기 시작하고, 이어서 가득 찬 공급 잉크로부터 텅빈 공급 잉크로 잉크 백이 고갈됨에 따라 좁아진다.
센서(54)는 제 2 코일(32)의 전역에서 전자계에 의해 유도된 전압을 검출한다. 상기 전압은 전자계의 세기를 나타낸다. 잉크 레벨 모니터(56)는 센서(54)로부터의 감지된 전압을 사용하여 잔류 잉크의 레벨을 표시하는 값을 얻는다. 잉크 레벨 모니터(56)가 계산한 값이 낮거나 또는 거의 빈 공급 잉크를 나타내는 지점에 도달할 때, 잉크 레벨 감지 회로(50)는 잉크 레벨이 낮다는 것을 나타내는 신호를 잉크젯 프린터 제어 유닛에 출력한다. 다음에, 잉크젯 프린터는 사용자로 하여금 펜을 교체하거나 또는 잉크통을 재충전할 것을 알려준다.
도시된 실시예에 있어서, 전류 발생기(52)는 전압원으로부터 전류 신호를 발생한다. 이러한 입력 전압은 잉크 레벨 모니터(56)로 송신된다. 센서(54)에 의해 측정된 출력 전압은 마찬가지로 잉크 레벨 모니터(56)에 보내진다. 잉크 레벨 모니터(56)는 잉크 챔버내의 잔여 잉크 레벨을 표시하는 값을 얻기 위해 출력 전압대 입력 전압의 비율을 계산한다.
본 발명자는 각기 10회 권선한 ¾˝코일을 사용하여 잉크 레벨 검출 장치를모의 시험하였다. 1.2 Vinrms의 입력 전압을 생성하는 정현파 전압원을 사용하여 주파수가 1 ㎒이고 제곱 평균 암페어 수(root mean square ampearge)가 약 100 mArms인 정현 전류 신호를 발생시켰다. 전류는 제 1 코일(30)에 인가된다. 전압 센서는 출력 전압 Voutrms을 측정하기 위해 제 2 코일(32)에 접속되었다. 본 발명자는 코일 사이의 갭 거리를 동적으로 변화시켰으며, 잉크 백내의 잉크 고갈을 나타내는 여러 지점에서 거리를 측정하였다. 출력 전압 Voutrms대 입력 전압 Vinrms의 비를 각 지점에서 계산하였다. 표 1에 그 결과를 나타낸다.
갭(㎜) 강도의 비
11.5 0.15
9.2 0.21
6.9 0.28
4.6 0.38
2.3 0.59
0 1.00
표 1의 결과에 도시된 바와 같이, 갭이 좁아짐에 따라 신호의 강도는 증가한다. 이러한 것은 공급 잉크가 고갈됨에 따라 잔류 잉크량의 변화를 검출하는데 있어 유도 잉크 검출 장치가 점차 보다 정확해지기 때문에 바람직하다. 이러한 정확도에 의해, 프린터는 잉크 레벨이 낮은 시기를 정확하게 감지하며, 사용자에게 잉크 카트리지 또는 펜을 교환하여야 한다는 것을 적시에 알릴 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 하나의 코일이 전류 또는 전압원에 의해 구동되며 다른 코일상의 유도 전압을 측정하였다. 다른 실시예에 있어서, 코일(30, 32)은 직렬로 접속되어 있다. 코일 사이에 전자계를 형성하기 위해 직렬로 접속된 코일(30, 32)을 통해 동일한 신호가 흐른다. 두개의 코일이 동일한 방향으로 권선되어 있다면, 잉크 백에서 잉크가 고갈됨에 따라 전자계의 강도는 커진다. 반대로, 두개의 코일이 반대 방향으로 권선되어 있다면, 백에서 잉크가 고갈함에 따라 전자계의 강도는 감소한다.
규칙에 따라, 본 발명은 구성 및 방법의 특징에 관하여 다소 구체적으로 설명하였다. 그러나, 여기에 개시한 수단은 본 발명을 실시하는 예시적인 형태를 포함하므로, 본 발명은 상술된 특별한 특징에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 균등론 및 다른 적용 가능한 판결에 의한 원리에 따라 첨부된 특허청구범위의 바람직한 범위 내에서 수정 또는 변형될 수 있다.
본 발명은 잉크 레벨 감지 장치에 설치된 코일의 상대적인 이동에 따른 전자계의 변화를 검출함으로써 잉크 용기내의 잉크 레벨을 감지하며, 잉크가 용기에서 고갈됨에 따른 잉크 레벨의 측정의 정확도가 높다.

Claims (10)

  1. 잉크 레벨 검출 장치(14)에 있어서,
    가요성 잉크 용기(16)와,
    상기 잉크 용기(16)의 대향 측면(20, 22)상에 제공되고, 상기 잉크 용기(16)내에 보유된 잉크 량에 따라 상대적으로 이동하는 한 쌍의 전기 전도성 코일(30, 32)을 포함하는
    잉크 레벨 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 용기(16)는 가요성 백을 포함하는
    잉크 레벨 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 코일(30, 32)은 상기 잉크 용기(16)상에 형성되어 있는
    잉크 레벨 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 코일(30, 32)은 직렬로 접속되는
    잉크 레벨 검출 장치.
  5. 잉크 레벨 검출 장치에 있어서,
    잉크통의 대향 측면에 설치되고, 상기 잉크통의 잉크 레벨과 관련하여 상대적으로 이동하는 한 쌍의 전기 전도성 코일(30, 32)과,
    한 쌍의 코일(30, 32) 사이에 전자계를 유도하고, 코일이 상대적으로 이동할 때 전자계의 변화를 검출함으로써 잉크통의 잉크 레벨을 감지하도록 코일에 접속된 잉크 레벨 감지 회로(50)를 포함하는
    잉크 레벨 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호가 제 1 코일(30)에 공급되고, 제 2 코일(32)에서 전자계에 의해 전압이 유도되는
    잉크 레벨 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일(30, 32)은 직렬로 접속되는
    잉크 레벨 검출 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일(30, 32)이 서로 근접 이동함에 따라 전자계의 강도가 증가하는
    잉크 레벨 검출 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 잉크 레벨 검출 장치를 포함하는
    잉크 공급 카트리지.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 잉크 레벨 검출 장치를 포함하는
    잉크젯 펜.
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