KR100390123B1 - 잉크젯프린터용교체가능한잉크서플라이와,교체가능한잉크서플라이시스템용섀시와,잉크젯프린터의잉크공급방법 - Google Patents

잉크젯프린터용교체가능한잉크서플라이와,교체가능한잉크서플라이시스템용섀시와,잉크젯프린터의잉크공급방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린터용 잉크 서플라이는 주 잉크통(14)을 구비하고, 이 잉크통은 통상 주위 압력으로 유지된다. 주 잉크통(14)은, 잉크통(14)으로부터 챔버(36)로 잉크가 흐르는 것은 허용하고 챔버(36)로부터 잉크통(14)으로 잉크가 흐르는 것은 방지하는 1-웨이 밸브(42)를 통해서 가변 부피 챔버(36)에 연결된다. 챔버(36)는 정상상태에서는 잉크의 흐름을 방지하도록 폐쇄되어 있는 유체 출구(20)에 연결된다. 그러나, 잉크 서플라이가 프린터에 설치되면, 유체 출구(20)는 챔버(36)와 프린터 사이에 유체 접속을 설정한다. 챔버(36)는 잉크 서플라이에 설치된 펌프(18)의 일부로써 잉크통(14)으로부터 프린터로 잉크를 공급하도록 작동될 수 있다.

Description

잉크젯 프린터용 교체가능한 잉크 서플라이와, 교체가능한 잉크 서플라이 시스템용 섀시와, 잉크젯 프린터의 잉크 공급 방법
본 발명은 잉크젯 프린터용 잉크 서플라이(ink supply)에 관한 것이며, 특히 잉크 서플라이 내의 잉크통으로부터 잉크젯 프린터의 프린트헤드로 잉크를 공급하도록 작동하는 일체 완비된 펌프를 갖춘, 교체가능한 잉크 서플라이에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 신뢰할 수 있고 능률적인 인쇄 장치로 자리매김되었다. 전형적으로, 잉크젯 프린터는 인쇄 표면에 대해 이동하는 캐리지 상에 장착된 프린트헤드를 이용한다. 제어 시스템은 이동하는 프린트헤드상의 잉크젯(ink jet)을 적절한 위치에서 활성화시키며, 이 활성화시 프린트헤드는 인쇄 표면상으로 잉크 방울을 분출 혹은 분사하여 소망하는 이미지 또는 문자를 형성한다.
올바른 작업을 위해서는, 이러한 프린터는 프린트헤드용의 신뢰성 있는 잉크 서플라이를 가져야 한다. 대다수의 잉크젯 프린터에서는 캐리지에 장착될 수 있는 일회용 잉크 펜이 사용된다. 이 잉크 펜은 프린트헤드와, 프린트헤드용 잉크 서플라이를 수납하기 위한 잉크통을 포함하는 것이 전형적이다. 또한, 잉크 펜은 프린트헤드의 사용에 적합한 압력으로 잉크 서플라이를 유지하기 위한 압력 조절 장치를 포함하는 것이 전형적이다. 잉크 서플라이가 고갈되면, 전체 잉크 펜이 교체된다. 이 시스템은 잉크젯 프린터에 잉크 서플라이를 제공하는데 있어서 쉽고, 사용자가 사용하기에 편리한 방법을 제공한다.
프린터의 중요한 특성은 그것의 인쇄 속도이다. 잉크젯 프린터에서, 이 속도를 증가시키기 위한 한가지 방법은 프린트헤드를 더욱 빠르게 이동시키는 것이다. 그러나, 잉크 펜을 사용하는 프린터에서는, 잉크통을 갖춘 전체 잉크 펜이 프린트헤드와 함께 이동한다. 이로 인해서 잉크 펜이 더 빠르고 효과적으로 이동하도록 잉크 펜의 무게를 줄이기 위해서 잉크통을 가급적 작게 할 필요가 있다. 그러나, 더 작은 잉크통은 더 빨리 고갈되므로, 따라서 잉크 펜의 교체와 폐기가 보다 빈번해진다.
칼라 프린터에 대한 인기가 증가함에 따라 잉크 펜의 크기 제한에 따른 문제점이 증대되었다. 칼라 프린터에 있어서는, 보통 프린트헤드에 한가지 색 이상의 잉크를 공급할 필요가 있다. 일반적으로, 세가지 또는 네가지의 다른 잉크 색이 필요한데, 각 색상은 각기 다른 잉크통에 수납하여야 한다. 이 잉크통들 전체의 결합된 부피는 전형적인 단색 프린터의 단일 잉크통과 동일한 방식으로 제한된다. 따라서, 각각의 잉크통은 전형적인 단색 프린터용 잉크통 크기의 일부분에 불과할 수 있다.
더구나, 잉크통중 하나라도 고갈되면, 잉크 펜은 필요할 때 인쇄하는 것이 불가능할 수 있다. 따라서, 고갈된 잉크통이 생기면 통상 잉크 교체 및 폐기하여야 한다. 이것은 잉크 펜의 유효 수명을 더 감소시킨다.
이해할 수 있는 바와 같이, 프린터 헤드와 잉크 펜의 압력 조절 장치는 잉크펜의 비용을 결정하는데 중요한 기여를 한다. 또한, 압력조절장치는 잉크통 내의 공급잉크보다 더 길게 예상되는 유효기간을 가질 수 있다. 따라서, 잉크 펜이 폐기될 때, 프린트헤드와 압력 조절 장치는 유효수명이 아직도 많이 남아 있다. 게다가, 다색 잉크 펜에 있어서, 모든 잉크통이 동시에 고갈되는 일은 없을 것이다. 따라서, 폐기된 잉크 펜에는 완벽히 제 기능을 수행하는 프린트헤드와 압력 조절 장치 뿐만 아니라 사용되지 않은 잉크를 수납하고 있을 것이다. 이로 인해서 사용자의 비용부담이 증가되고 자원이 다소 낭비적이고 비능률적으로 사용된다.
일회용 잉크 펜에 관한 상기 문제점중 일부를 해결하기 위해서, 일부 잉크젯 프린터는 캐리지에 장치되지 않는 잉크 서플라이를 사용하였다. 상기와 같은 잉크 서플라이는 프린터 내부에 고정되기 때문에, 캐리지와 함께 이동되는 잉크 서플라이의 크기 제한으로부터 전혀 영향을 받지 않는다. 고정식 잉크 서플라이를 갖춘 일부 프린터는 프린터 내부에 조립된 보충 잉크통을 구비한다. 잉크는 이 보충 잉크통으로부터 프린트헤드에서 연장된 튜브를 통해 프린트헤드로 공급된다. 변형예로서, 프린트헤드는 작은 잉크통을 구비하고, 이 잉크통은 프린트헤드를 고정식 잉크통이 위치한 충전소 위치로 이동시키는 것에 의해서 주기적으로 충전될 수 있다. 이 양자의 실시예에 있어서, 잉크는 프린터 내의 펌프나 중력 유동에 의해서 잉크통으로부터 프린트헤드로 이송될 수도 있다.
그러나, 그러한 내장식 잉크통은 보충이 곤란하고 번잡한 경우가 많다. 게다가, 이 내장식 잉크통은 전혀 교체하지 않기 때문에, 프린터 성능에 악영향을 미칠수 있는 입자나 오염물질이 축적되는 경향이 있다.
이러한 문제점 때문에, 일부 프린터는 교체가능한 잉크통을 사용한다. 이 잉크통은 내장식 잉크통과 마찬가지로 캐리지상에 위치되지 않으며, 그에 따라 인쇄중에 프린트헤드와 함께 이동되지 않는다. 교체가능한 잉크통은 잉크로 채워진 플라스틱 주머니인 경우가 많다. 이 주머니는 그것으로부터 프린트헤드로 잉크가 흐를 수 있도록 그 주머니를 프린터에 연결하기 위해서, 중공형 니들로 천공될 수 있는 격벽(septum)과 같은 장치를 갖추고 있다. 때때로, 주머니는 누르는 것이나 또는 어떤 다른 방식의 가압에 의해서, 잉크통으로부터의 잉크 흐름을 유발시킨다. 만일 가압중 주머니가 파열되거나 누설된다면, 프린터가 완전히 고장나게 될 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 프린트헤드로의 잉크의 공급을 신뢰성 있게 제공하는 잉크젯 프린터용 잉크 서플라이를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복잡하지 않으며 제조가 단순 및 비용이 저렴하고 사용하기가 용이할 수 있는 잉크 서플라이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐기물의 발생을 줄이고 잉크와 잉크 서플라이의 다른 요소를 능률적으로 이용하는 보다 저렴하고 환경 친화적인 잉크 서플라이를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 서플라이는 잉크의 공급을 유지시키기 위한 메인 잉크통을 구비한다. 전형적으로 거의 주위 압력으로 유지되는 메인 잉크통은 단방향 체크 밸브를 통해 가변 용적 챔버로 연결되면, 상기 체크 밸브는 잉크가잉크통으로부터 챔버로 흐르는 것은 허용하지만 챔버로부터 잉크통으로 잉크가 흐르는 것은 방지한다. 이 챔버는 잉크의 흐름을 방지하도록 보통은 폐쇄되어 있는 유체 출구에 연결된다. 그러나, 잉크 서플라이가 프린터내에 설치될 때, 상기 유체 출구는 개방되어 챔버와 프린터간의 유체 접속을 설정한다.
상기 챔버는 잉크통으로부터 프린터로 잉크를 공급하는 펌프의 일부분으로써 작용할 수 있다. 특히, 챔버의 부피가 증가되면, 잉크는 잉크통으로부터 밸브를 통하여 챔버 내로 인출된다. 챔버의 부피가 감소되면, 잉크는 챔버로부터 유체 출구를 통해 흘러나와 프린터 헤드로 공급된다.
당업자라면 예시적인 것일 뿐 본 발명을 제한하지 않는 본 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 목적 및 견해는 명확히 알 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크 서플라이가 제 1 도에 참조부호(10)로 도시되어 있다. 잉크 서플라이(10)는 잉크를 수용하기 위한 가요성 잉크통(14)(제 2 도 참조)을 포함하는 단단한 보호 쉘(12)을 구비한다. 쉘(12)은 펌프(18) 및 유체 출구(20)를 둘러싸는 섀시(16)에 부착되어 있다. 보호 캡(12)은 섀시(16)에 부착되어 있고, 잉크 서플라이(10)의 외측에 라벨(24)이 접착되어 있어서 쉘(12), 섀시(16) 및 캡(22)을 함께 단단히 고정한다. 캡(22)은 펌프 및 유체 출구에 접근할 수 있게 하는 개구가 설치되어 있다.
제 3 도 및 제 4 도에 도시된 바와 같이, 잉크 서플라이(10)는 잉크젯 프린터내의 도킹 베이(26)내에 제거가능하게 삽입될 수 있다. 잉크 서플라이가 프린터 내에 삽입되는 경우에, 도킹 베이(26)내의 유체 입구(28)는 유체 출구(20)와 결합되어 잉크가 잉크 서플라이(10)로부터 프린터로 유동하게 한다. 도킹 베이(26)내의 액추에이터(30)는 펌프(18)와 결합된다. 액추에이터(30)의 작동으로 인해서 펌프(18)는 유체 출구(20), 유체 입구(28)를 통해서 잉크통(14)으로부터 프린터로 잉크를 공급한다.
제 4 도 및 제 5 도에 도시된 바와 같이, 섀시(16)는 일단부에 충전 포트(32)가 그리고 타단부에 배기 포트(34)가 설치되어 있다. 잉크는 충전 포트(32)를 통해 잉크 서플라이에 첨가될 수 있는 반면에, 첨가된 잉크에 의해 변위된 공기는 배기 포트(34)를 통해 배기된다. 잉크 서플라이가 충전된 후에, 충전 포트(32)는 이 충전 포트내로 강제 끼워맞춰지는 볼(35)로 밀봉된다.
개방 하부를 구비하는 챔버(36)는 섀시(16)의 하부상에 형성된다. 이하에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 챔버(36)는 프린터로 잉크를 공급하기 위해 가압될 수 있는 펌프 챔버로서 작용한다. 챔버(36)의 상부에는 입구 포트(38)가 제공되며, 잉크는 잉크통(14)으로부터 상기 입구 포트(38)를 통해 챔버(36)에 들어갈 수 있다. 또한, 출구 포트(40)가 설치되어, 잉크는 상기 출구 포트를 통해서 챔버(36)로부터 추출된다.
입구 포트(38)의 하부에 위치된 단방향 플래퍼 밸브(42)는 챔버(36)로부터 잉크통(14)까지 잉크의 리턴을 제한하는 작용을 한다. 제 2 도, 제 4 도, 제 5 도및 제 7 도에 도시된 플래퍼 밸브(42)는 가요성 재료의 장방형 조각이다. 도시된 실시예에 있어서, 밸브(42)는 입구 포트(38)의 하부상에 위치되고, 그 짧은 측면의 중간점에서 섀시에 열로 접합된다(열로 접합된 영역은 도면에서 흑색으로 표시되어있다). 챔버내의 압력이 잉크통내의 압력 이하로 떨어지는 경우에, 밸브(42)의 비 지지된 측면은 각각 제 7 도에 도시된 바와 같이 휘어져서 입구 포트(38)를 통해서 챔버(36)내로 잉크가 유동하게 한다. 다른 실시예에 있어서, 플래퍼 밸브는 전체 밸브가 지지된 측면을 중심으로 휘어지도록 단지 한 측면상에서 또는 밸브의 단지 한 측면이 휘어지도록 3개의 측면상에서 열로 접합된다. 다른 형태의 밸브가 또한 적당할 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 플래퍼 밸브는 2개의 플라이 재료로 제조된다. 상부 플라이는 두께가 0.0015 인치인 저밀도 폴리에틸렌 층이고, 하부 플라이는 두께가 0.0005 인치인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 층이다. 도시한 플래퍼 밸브(42)는 폭이 약 5.5mm이고 길이가 약 8.7mm이다. 물론, 다른 실시예에서, 다른 재료나 다른 유형 혹은 다른 크기의 밸브가 사용될 수도 있다.
챔버(36)의 하부는 제 2 도 및 4 도에 가장 잘 도시하고 있는 바와 같이 가요성 다이아프렘(44)으로 덮혀 있다. 다이아프램(44)은 챔버의 하부에 있는 개구보다 약간 더 크고, 챔버(36)의 하부 가장자리 둘레를 따라 밀봉된다. 특대의 다이아프램의 잉여 재료는 다이아프램을 상하로 구부려서 챔버의 부피를 변경할 수 있게 한다. 도시한 잉크 서플라이에 있어서는 다이아프램의 변위에 의해서 챔버(36)의 부피가 약 0.7㎤까지 변할 수 있다. 도시한 챔버(36)의 최대로 확장된 부피는 약 2.2 내지 2.5㎤이다.
도시한 실시예에 있어서, 다이아프램은 0.0005인치 두께의 저밀도 폴리에틸렌 층, 접착제 층, 0.00048인치 두께인 경화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층, 접착제 층, 및 0.0005인치 두께의 저밀도 폴리에틸렌 층을 갖는 다층 물질로 제조된다. 물론, 다른 적합한 재료가 다이아프램을 형성하기 위해서 사용될 수도 있다. 도시한 실시예에서의 다이아프램은, 종래의 방법을 사용하여 챔버의 하부 가장자리에 대해 열 접합된다. 열 접합 공정동안, 다이아프램 내의 저밀도 폴리에틸렌은 다이아프렘 내의 절첩부나 주름부를 밀봉할 것이다.
챔버(36)의 내부에는, 가압판(46)이 다이아프램(44)에 인접하여 위치해 있다. 도시한 실시예에 있어서 스테인레스강으로 제조된 펌프 스프링(48)은 가압판(46)을 다이아프램(44)을 향하여 바이어스하여 다이아프램을 외향으로 밀어서 챔버(36)의 크기를 확장시킨다. 펌프 스프링(48)의 일단부는 챔버(36)의 상부 상에 형성된 스파이크(50)위에 설치되고, 펌프 스프링(48)의 타단부는 가압판(46)상에 형성된 스파이크(52)상에 설치되어 펌프 스프링(48)을 적소에 유지시킨다. 도시한 실시예에 있어서 가압판(46)은 고밀도 폴리에틸렌으로 성형된다.
중공형 원통형상 보스(54)는 섀시(16)로부터 하향으로 연장되어 유체 출구(20)의 하우징을 형성한다. 제 2 도 및 4 도에 도시한 바와 같이, 중공형 보스(54)의 보어(56)는 그 하단부에 협소한 스로트(throat)를 갖는다. 도시한 실시예에 있어서는 스테인레스강으로 제조된 밀봉 볼(58)이 보어(56)의 내측에 위치된다. 밀봉 볼(58)은 보어(56) 내부에서는 자유롭게 이동할 수 있지만, 협소한 통로를 통과할 수는 없는 크기를 갖는다. 밀봉 스프링(60)은 보어(56)의 내측에 위치되어 밀봉 볼(58)을 협소한 스트로를 향해 밀어서 시일을 형성하고, 유체 출구를 통한 잉크의 흐름을 방지한다. 도시한 실시예에 있어서 스테인레스강으로 제조된 지지볼(retaining ball)(62)은 보어의 상부내에 억지끼워맞춤되어 밀봉 스프링(60)을 적소에 유지한다. 보어(56)는 잉크가 지지 볼을 통과하여 보어 내부로 자유롭게 유입될 수 있도록 형성된다.
제 6 도 및 제 7 도에 도시한 바와 같이, 돌출된 매니폴드(64)가 섀시(16)의 상부에 형성되어 있다. 매니폴드(64)는 충전 포트(32)의 상부를 둘러싸는 원통형상 보스와 입구 포트(38)의 상부를 둘러싸는 유사 보스를 형성하여 포트를 격리시킨다. 매니폴드(64)는 유체 출구(20) 및 출구 포트(40)를 연결하는 상부 개방형 도관(66)이 형성되도록 유체 출구(20)와 출구 포트(40)의 기부를 둘러싸고 연장된다.
제 4 도에 도시한 바와 같이, 가요성 잉크통(14)은 도관(66)의 상부 덮개를 형성하도록 매니폴드(64)의 상부에 부착된다. 도시한 실시예에 있어서, 이것은 매니폴드(64)의 상부 표면에 대해 제 6 도에 도시한, 직사각형 플라스틱 판재(68)를 열 접합하여 도관(66)을 밀폐시킴으로써 수행된다. 열 접합 영역은 제 6 도에 크로스 해칭(cross hatching)으로 도시하고 있다. 도시한 실시예에 있어서, 섀시는 고밀도 폴리에틸렌으로 성형되고, 플라스틱 판재는 0.002인치 두께인 저밀도 폴리에틸렌으로 성형된다. 이 두 물질은 종래의 방법을 사용하여 쉽게 열 접합될 수 있고, 또한 쉽게 재생가능하다.
플라스틱 판재(68)가 섀시(16)에 부착된 후, 판재는 제 2 도에 도시된 바와 같이 접혀지고 그것의 두 변과 최상부를 따라 밀봉됨으로써 가요성 잉크통(14)을 형성한다. 도시한 실시예에 있어서, 플라스틱 판재의 주위를 밀봉하기 위하여 열접합이 이용될 수도 있다.
충전 포트(32)위와 입구 포트(38)위의 플라스틱 판재는 이들 포트를 통한 잉크의 흐름을 차단하지 않도록 펀치에 의해 또는 바늘에 의해 천공되거나, 다른 방법으로 제거될 수 있다.
비록 가요성 잉크통(14)이 잉크를 수용하는 이상적인 방법을 제공하긴 하지만, 쉽게 구멍이 뚫리거나 파열되어 비교적 많은 양의 수분이 손실되게 할 수도 있다. 따라서, 잉크통(14)을 보호하고 수분의 손실을 방지하기 위해서, 잉크통(14)은 보호 쉘(12) 내부에 삽입된다. 도시한 실시예에 있어서, 보호 쉘(12)은 정제된 폴리프로필렌으로 제조된다. 두께가 대략 1mm이면 확실한 보호가 제공되고 잉크로 부터 허용 불가능한 손실이 방지된다는 것을 알게 되었다. 그러나, 보호 쉘의 재료 및 두께는 실시예에 따라서 바뀔 수도 있다.
제 1 도 내지 제 3 도에 도시한 바와 같이, 보호 쉘(12)의 상부에는 그것을 도킹 베이(26)내로 삽입하거나 빼낼 때 보호 쉘(12)의 파지를 용이하게 하기 위하여 다수의 돌출된 리브(70)가 형성되어 있다. 수직 리브(72)가 보호 쉘(12)의 양 측면으로부터 횡방향으로 돌출되어 있다. 제 3 도에 도시한 바와 같이 수직 리브(72)는 프린터 내부에 위치할 때 잉크 서플라이에 대해 횡방향 지지 및 안정을 제공할 수 있도록 도킹 베이의 슬롯(74) 내에 수납될 수 있다. 보호 쉘(12)을 섀시(16)에 결합시키기 위해서, 제 4 도에 도시한 바와 같이, 보호 쉘의 하부에는 섀시(16)상에 형성된 두 개의 원주방향 리브(78)와 결합하는 두 개의 원주방향 홈(76)이 형성되어 있다.
보호 쉘과 섀시 사이를 부착하는 것은 보호 쉘로부터 섀시의 우연한 분리를 방지하고 가요성 잉크등으로부터 누출이 발생하더라도 보호 쉘로부터의 잉크의 흐름을 방지할 수 있을 정도인 것이 바람직하다. 그러나 상기 부착은 보호 쉘 내부의 압력이 주위 압력과 대체로 동일하게 유지되도록 잉크통으로부터 잉크가 고갈될 때 공기가 보호 쉘 내부로 천천히 유입될 수 있도족 하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 보호 쉘 내부에서 부압이 발생하여 잉크통으로부터의 잉크 흐름을 저지할 수도 있다. 그러나, 보호 쉘 내부에 높은 습도를 유지하고 잉크로부터의 수분 손실을 최소화하기 위해서 공기의 유입은 제한되어야 한다.
도시한 실시예에 있어서, 보호 쉘(12) 및 그것을 수납하는 가요성 잉크통(14)은 약 30㎤의 잉크를 수용할 수 있는 용량을 갖는다. 보호 쉘은 폭이 약 67 mm, 두께가 약 15mm, 그리고 높이가 약 60mm이다. 가요성 잉크통은 지나친 잉여 재료없이 쉘을 충전시킬 수 있는 크기를 갖는다. 물론, 소정 프린터의 특정 요구 조건에 따라서 다른 크기 및 형태가 이용될 수도 있다.
잉크 서플라이를 충전시키기 위해서, 잉크가 충전 포트(32)를 통해 주입된다. 잉크가 충전됨에 따라, 가요성 잉크통(14)은 보호 쉘(12)을 사실상 충전시킬 만큼 확장된다. 잉크가 잉크등 내부로 주입되는 동안, 밀봉 볼(58)은 눌려져서 유체 출구를 개방할 수 있고 유체 출구(20)에 부분진공이 인가된다. 유체 출구에서의 부분 진공으로 인하여 잉크통(14)으로부터의 잉크가 챔버(36), 도관(66) 그리고 원통형상 보스(54)의 보어를 채워서, 만일 있다면, 공기가 잉크와 거의 접촉하지 않도록 한다. 유체 출구에 인가된 부분 진공은충전 과정을 가속시킨다. 잉크통을 더빨리 충전시키기 위해서, 잉크통이 팽창할 때 보호 쉘로부터 공기가 방출될 수 있도록 배기 포트(34)가 제공된다. 일단 잉크 서플라이가 충전되면, 잉크의 유출이나 공기의 유입을 방지하기 위해서 볼(35)이 충전 포트 내로 억지끼워맞춤된다.
물론, 본 잉크 서플라이를 충전하기 위해서 사용될 수도 있는 여러가지의 다른 방법들이 있다. 예를 들면, 잉크의 충전전에 전체 잉크 서플라이를 이산화탄소로 가득차게 할 수도 있다. 이 방법에서는, 충전과정중 잉크 서플라이 내에 갇힌 가스가 공기가 아니라 이산화탄소가 될 것이다. 이산화탄소는 일부 잉크에 용해되는 반면 공기는 용해되지 않기 때문에 그 방법이 더 바람직할 수도 있다. 일반적으로, 기포와 같은 것이 프린트헤드나 연장 튜브로 유입되지 않도록 잉크 서플라이로부터 가급적 많은 가스를 제거하는 것이 바람직하다.
잉크통이 채워진 후, 보호 캡(22)이 잉크 서플라이 상에 위치한다. 제 4 도에 도시한 바와 같이, 보호 캡에는 홈(80)이 설치되어 있으며, 이 홈(80)은 섀시상의 리브(82)를 수용하여 캡을 섀시에 부착시키고 있다. 캡은 섀시내로의 공기 유입을 제한하고 잉크로부터의 수분 손실을 줄이기 위해서 배기 포트(34)를 막는 러그(84)를 구비하고 있다. 스터드(86)가 섀시(16)의 양 단부로부터 연장되고, 캡(22)의 구멍 내에 삽입되어 캡의 정렬을 돕고 캡과 섀시간의 결합을 강화시킨다. 일부 응용예에 있어서는, 섀시에 캡을 더욱 단단하게 고정하기 위해서 스터드의 단부를 스웨이징 가공하는 것이 바람직할 수도 있다.
게다가, 제 1 도 및 제 3 도에 도시된 라벨(24)은 잉크 서플라이의 측면에 접착되어, 보호 쉘(12), 섀시(16), 그리고 캡(22)을 서로 견고하게 결합시킨다. 도시한 실시예에 있어서, 라벨의 박리와 잉크 서플라이의 탬퍼링(tampering)이 방지되도록 라벨을 부착하는데 고온-용융 접착제가 사용된다.
도시한 실시예에서의 캡(22)에는 양측면으로부터 돌출된 수직 리브(90)가 설치되어 있다. 러브(90)는 보호 쉘상의 수직 러브(72)의 연장부이고, 수직 리브(72)와 유사한 방식으로 도킹 베이(26)내에 설치된 슬롯(74)내에 수납된다. 도시한 캡은 상기 리브(90)외에 리브(90)의 양쪽에 위치한 돌출 키이(92)도 구비하고 있다. 특정한 잉크 서플라이 및 그 내용물의 식별을 제공하기 위해서 하나 또는 그 이상의 키이가 선택적으로 제거되거나 개조될 수 있다. 특정 유형의 잉크 서플라이를 식별하게 하는 정합 키이(mating key)(도시되지 않음)가 도킹 베이내에 형성될 수 있다. 이러한 방식을 이용해서, 사용자가 틀린 유형이나 색상의 잉크 서플라이를 도킹 베이내부에 부주의하게 삽입하는 것이 방지된다. 이 구조는 각종 색상의 잉크 서플라이용 도킹 베이들이 서로 인접해 있는 다색 프린터에 특히 유익하다.
제 3 도 및 제 4 도에 도시한 바와 같이, 도킹 베이(26)는, 잉크 서플라이(10)에 결합하여 그것(10)을 기부 판(96)에 대해서 적소에 단단히 유지시키는 두개의 스프링 클립(94)을 갖는다. 도시한 바와 같이 스프링 클립은 캡(22)상의 리브(90) 및 키이(92)의 상부와 결합한다. 다른 실시예에 있어서, 스프링 클립은 보호 쉘의 수직 리브(90)상에 형성된 멈춤쇠(detent)와 결합할 수 있을 것이다. 이러한 구성에 있어서, 보호 쉘은 스프링 클립에 의해서 발생된 보유력의 대부분을 지탱할 것이다.
도킹 베이(26)는 프린트헤드(도시하지 않음)로 잉크를 공급하는 연장튜브(98)와 연결된 유체 입구(28)를 포함한다. 대부분의 프린터에 있어서, 프린트헤드는 보통 소량의 잉크를 보유하기 위한 작은 잉크병과 잉크병 내부에 적절한 압력을 유지시키기 위한 어떤 유형의 압력 조절기를 구비할 것이다. 전형적으로, 잉크병 내부의 압력은 주위 압력보다 다소 낮은 것이 바람직하다. 이 배압(back pressure)은 잉크가 프린트헤드로부터 적하되는 것을 방지하는데에 도움이 된다. 프린트헤드에 장착된 압력 조절기는 보통 프린트헤드로부터 연장 튜브 내로의 잉크의 역류를 방지하는 체크 밸브를 구비할 수도 있다.
제 4 도의 실시예에 있어서, 유체 입구(28)는 블라인드 보어(102) 및 횡단-천공된 구멍(104)을 가지는 상향 연장 스터드(100)를 포함한다. 슬라이딩 칼라(sliding collar)(106)가 스터드(100)를 에워싸고 스프링(108)에 의해서 상향으로 가압된다. 스터드(100)는 기부 판(96)내의 구멍을 통해 상향으로 연장된다. 슬라이딩 칼라(106)상의 환형 멈춤부재(112)는 슬라이딩 칼라(106)의 상향 운동을 제한하기 위해서 기부 판(96)보다 아래에 위치된다. 칼라(106)의 상부에는 와셔(110)가 위치된다. 와셔(110)는 칼라(106)의 바로 위에 연장된 상부와, 스터드(100)를 헐겁게 둘러싸는 하부를 포함한다.
멈춤부재(112)가 기부 판(96)과 접촉함으로써 결정되는 최상부에 슬라이딩 칼라(106)가 위치할 때, 와셔(110)는 스터드(100)의 최상부에 위치되어 횡단된 구멍(104)을 밀봉한다. 잉크 서플라이(10)가 도킹 베이(26)내로 삽입될 때, 와셔(110)의 상부는 원통협상 보스(54)의 단부와 결합하여 잉크 서플라이와 프린터 사이에 시일을 형성한다. 튼튼한 시일을 형성을 촉진하기 위해서, 원통형상보스(54)의 단부가 와셔(110)의 변형 중심이 되는 돌출형 환상 리브(114)를 구비한다.
도시한 구성에 있어서는, 극소량의 공기만이 잉크 서플라이의 유체 출구와 프린터의 유체 입구 사이의 시일 내에 갇힌다. 이것은 공기가 프린트헤드 내의 잉크젯에 도달할 가능성을 감소시킴으로써 프린터의 작동을 원활하게 한다.
잉크 서플라이가 도킹 베이(26)내로 더욱 깊이 삽입됨에 따라, 스터드(100)는 밀봉 볼(58)을 누르면서 협소한 스로트를 통하여 보어(56) 내로 진입한다. 동시에, 보스(54)의 단부는 슬라이딩 칼라(106)와 유연한 와셔(110)를 하향으로 밀어서 횡단천공 구멍(104)을 노출시킨다. 이러한 방법으로, 유체는 밀봉 볼(58) 둘레를 흘러서 횡단-천공된 구멍(104) 내로 들어간 다음 보어(102) 아래로 이동하여 연장 튜브(98) 내로 유입될 수 있다.
잉크 서플라이(10)의 제거시, 밀봉 스프링(60)은 밀봉 볼(58)을 원통형상 보스(54)의 협소한 스로트에 있는 밀봉 위치로 역방향으로 가압한다. 동시에, 스프링(108)은 슬라이딩 칼라(106)와 유연한 와셔(110)를 그 최상단 위치로 역 방향으로 가압하여 횡단-천공 구멍(104)을 밀봉한다. 유체 출구(20)와 유체 입구(28) 양자가 밀봉된 후에, 원통형상 보스(54)의 단부가 유연한 와셔(110)의 상부로부터 분리된다. 도시한 실시예의 구성에 있어서, 잉크 서플라이와 프린터 사이의 밀봉이 파괴된 때에는 극소량의 잉여 잉크만이 남아 있다.
비록 도시한 유체 출구(20)와 유체 입구(28)가 밀봉시에는 갇힌 잉크가 거의 없고 밀봉 해제시에는 잉여 잉크가 거의 없도록 확실한 밀봉을 제공하지만, 잉크서플라이를 프린터에 접속하는데에 다른 유체 상호 접속이 사용될 수도 있을 것이다.
도시한 실시예의 펌프(18)는 챔버(36)의 부피가 감소되고 챔버(36) 내의 압력이 증가되도록 다이아프램(44)을 내향으로 누름으로써 작동된다. 플래퍼 밸브(42)가 잉크통(14)으로의 잉크 역류를 억제하기 때문에, 챔버(36)로부터의 잉크가 출구 포트(40)와 도판(66)을 통해서 유체 출구로 방출된다. 다이아프램(44)의 해제시, 펌프 스프링(48)은 가압판(46) 및 다이아프램(44)을 외향으로 밀어서 챔버(36) 내부의 부피를 확장시키고 압력을 감소시킨다. 챔버(36) 내부의 감소된 압력에 의해서 플래퍼 밸브(42)는 개방되고 잉크는 잉크통(14)으로부터 챔버(36) 내로 인출된다. 프린트헤드에 장착된 체크 밸브, 연장 튜브내의 흐름 저항, 또는 양자는 잉크가 도관(66)을 통해 챔버(36)내로 역류하는 것을 제한할 것이다. 변형예로서, 잉크가 출구 포트를 통해 챔버내로 역류하는 것을 방지하기 위해서 체크 밸브가 배출구 포트에 또는 다른 어떤 위치에 설치될 수도 있다.
제 3 도에 도시한 바와 같이, 도킹 베이에는 펌프(18)를 작동시키기 위한 엑추에이터(30)가 설치되어 있다. 잉크 서플라이가 도킹 베이내에 설치될 때, 엑추에이터(30)는 다이아프램(44)과 접촉하도록 가압되어 챔버를 가압할 수 있다. 엑추에이터(30)는 레버(116)의 일단부에 피봇 운동가능하게 접속된다. 레버(116)의 타단부는 압축 스프링(118)에 의해서 하향으로 가압된다. 이 방법에 있어서, 압축 스프링(118)의 힘은 엑추에이터(30)를 다이아프램(44)을 향해 상향으로 밀어서, 챔버(36) 내의 압력을 증가시키고 잉크가 잉크 서플라이로부터 프린터내로 유출되는 것을 촉진한다. 도시한 실시예에 있어서, 압축 스프링은 챔버 내에 약 11.5 lb/in2의 압력을 발생시키도록 선택된다. 물론, 특정 프린터의 요구조건에 따라 소망되는 압력이 달라질 수도 있다.
챔버(36)의 부피가 엑추에이터(30)의 높이에 의해서 그것의 최소치에 접근할 때, 캠(120)은 압축 스프링(118)의 힘을 극복하고 엑추에이터(30)를 그것의 최저위치까지 피봇운동시키도록 회전한다. 엑추에이터(30)로부터의 힘이 제거될 때, 펌프 스프링(48)은 다이아프램(44)을 외향으로 밀어서 챔버(36)외 부피를 증가시키고 잉크가 잉크통(14)으로부터 챔버(36)로 흐르게 한다. 일단 챔버(36)가 팽창되면, 캠(120)은 역방향으로 회전하고 압축 스프링(118)은 액추에이터를 다이아프램쪽으로 밀어서 시스템을 가압한다.
일부 실시예에 있어서는 프린터가 인쇄하고 있지 않을 때마다 캠(120)을 회전시켜서 챔버로부터 압력을 제거하는 것이 바람직하다. 변형예로서, 프린터가 대기 모드에 있을 때 압력의 전부가 아닌 일부를 경감하는 중간 로브가 캠에 설치되어 있을 수도 있다.
챔버 내부에서 비교적 소량의 잉크만이 가압되기 때문에 본 발명의 잉크 서플라이의 구성은 특히 유익하다. 대다수의 잉크는 잉크통의 내부에서 대략 주위 압력으로 유지된다. 따라서, 누출이 발생할 가능성이 적고 누출의 경우에 더욱 쉽게 수납될 수 있다.
엑추에이터(30)의 위치를 감시함으로써, 잉크 서플라이가 거의 비었을 때를정확하게 검출하고, 잉크 고갈 경보를 발생하는 것이 가능하다. 이것은 잉크젯의 "건조(dry)" 분사를 방지함으로써 프린트헤드의 수명을 대폭 연장시킬 수 있다. 특히, 잉크통(14)의 잉크가 고갈되었을 때, 잉크통내에는 챔버가 눌려질 때 챔버(36)가 완전히 팽창하는 것을 방지하는 배압이 발생할 것이다. 이것은 시스템이 다시 가압될 때 엑추에이터(30)의 위치를 감시함으로써 검출될 수 있다. 즉, 챔버(36)가 완전히 팽창하지 않는 경우, 엑추에이터(30)는 다이아프램(44)과 접촉하기 전에 표준 높이보다 높게 상승할 것이다.
도시한 다이아프램 펌프는 대단히 신뢰성 있고 잉크 서플라이에서 사용하기에 아주 적합하다고 입증되었다. 그러나, 다른 유형의 펌프가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 피스톤 펌프, 벨로우즈 펌프(bellows pump), 또는 다른 유형의 펌프가 본 발명과 함께 사용하기에 적합할 수 있을 것이다.
벨로우즈 펌프를 사용하는 잉크 서플라이의 다른 실시예를 제 8 도에 도시하고 있다. 제 8 도의 실시예에 있어서, 가요성 잉크통(14a)은 전술한 방법과 유사한 방법으로 섀시(16a)의 최상부에 대해 열 접합된다. 잉크통(14a)은 섀시(16a)에 부착된 외측 보호 쉘(12a) 내에 수납된다.
벨로우즈(122)는 새시(16a)에 부착되어 챔버(36a)를 형성한다. 입구 포트(38a)는 잉크통으로부터 챔버(36a)로의 잉크 흐름을 허용하고, 출구 포트(40a)는 잉크가 챔버(36a)로부터 배출되는 것을 허용한다. 플래퍼 밸브(42a)는 입구 포트(38a)위에 위치되어 잉크통(14a)으로의 잉크의 역류를 제한한다.
벨로우즈 펌프는 벨로우즈에 힘을 가함으로써 작동된다. 그 힘은벨로우즈(122)를 압축하여 챔버(36a) 내의 잉크를 가압하고, 잉크가 출구 포트(40a)를 통해서 유체 출구(20a)로 흐르게 한다. 그 힘이 제거되면, 벨로우즈(122)가 그것의 고유 탄성력에 의해서 팽창되어 잉크를 잉크통(14a)으로부터 챔버(36a)내로 인출시킨다. 도시한 실시예에 있어서, 벨로우즈는 고밀도 폴리에틸렌으로 성형되며, 예를 들면, 초음파 용접이나 어떤 다른 방법에 의해서 섀시에 부착될 수 있다. 그러나, 다수의 다른 재료와 부착 수단이 사용될 수도 있을 것이다.
제 8 도에 도시한 유체 출구는 섀시(16a)내에 형성된 포트(124)를 포함한다. 스프링 보유 보스(126)가 포트(124)를 둘러싼다. 가요성 밀봉 캡(130)을 갖는 압축 스프링(128)이 보스(126) 위에 끼워맞춤되고, 또 협소한 스로트(134)를 갖는 출구 튜브(132)로 덮힌다. 스프링(128)은 밀봉 캡(130)을 밀어서 협소한 스로트를 밀폐하고 잉크 서플라이로부터의 잉크 흐름을 방지한다. 그러나, 도킹 베이 내로의 삽입시, 밀봉 캡은 눌려져서, 유체가 캡의 둘레를 돌아서 협소한 스로트를 통해 프린터 내로 흐르게 한다. 도시한 실시예에서, 출구 튜브(132)는 고밀도 폴리에틸렌으로 성형되고 초음파 용접이나 다른 적절한 방법으로 섀시에 부착될 수 있다. 물론 여러가지 다른 구성이 사용될 수도 있다.
상세한 설명은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주하여서는 아니된다. 본 발명에 대한 다수의 추가, 대체, 그리고 다른 변형이 이하의 특허청구범위 및 그것의 균등물에 규정되어 있는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.
제 1 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크 서플라이의 사시도,
제 2 도는 제 1 도의 잉크 서플라이의 분해도,
제 3 도는 제 1 도의 잉크 서플라이가 프린터내에 설치된 상태를 도시하는 도면,
제 4 도는 잉크 서플라이를 프린터내에 설치된 것으로 제 3 도의 4-4 선을 따라 취한 부분 단면도,
제 5 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크 서플라이의 섀시의 저면도,
제 6 도는 제 5 도의 섀시의 평면도,
제 7 도는 제 5 도의 7-7 선을 따라 취한 단면도,
제 8 도는 본 발명에 따른 잉크 서플라이의 다른 바람직한 실시예의 분해도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 잉크 서플라이 14 : 잉크통
16 : 섀시 18 :펌프
20 : 유체 출구 26 : 도킹 베이
28 : 유체 입구 30 : 엑추에이터
36 : 챔버 42 : 밸브
44 : 가요성 다이아프램 98 : 연장 튜브

Claims (10)

  1. 잉크젯 프린터의 도킹 베이(26)내의 결합 위치로 제거가능하게 삽입되는 교체가능한 잉크 서플라이(10)로, 상기 도킹 베이는 펌프 엑추에이터(30)와, 가동 프린터 헤드에 잉크를 공급하는 연장 튜브(trailing tube)(98)에 결합된 유체 입구(28)를 구비하는, 교체가능한 잉크 서플라이(10)에 있어서,
    섀시(16)와,
    다량의 잉크를 수납하기 위하여 상기 새시(16)에 결합된 잉크통(14)과,
    상기 잉크 서플라이(10)가 결합 위치에 있을 때 상기 유체 입구(28)와 결합하도록 상기 섀시(16)상에 지지된 유체 출구(20)와,
    상기 잉크통(14) 및 상기 유체 출구(20)와 유체 연통가능하게 상기 새시(16)상에 지지되며, 상기 잉크 서플라이가 결합 위치에 있을 때 엑추에이터(30)에 의해서 작동되어 상기 잉크통(14)으로부터 잉크를 인출하여 상기 유체 출구(20)를 통해 상기 연장 튜브(98)로 공급하도록 된 펌프(18)를 포함하는 교체가능한 잉크 서플라이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 출구(20)는, 상기 결합 위치에 있을 때에는 잉크가 상기 유체 출구(20)를 통해 상기 유체 입구(28)로 이동하는 것을 허용하고, 결합 위치에 있지않을 때에는 유체 출구(20)를 통한 잉크의 흐름을 방지하는 교체가능한 잉크 서플라이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프(18)와 잉크통(14) 사이에 개재된 벨브(42)를 더 포함하고, 상기 벨브(42)는 상기 잉크통(14)으로부터 상기 펌프(18)로의 잉크 흐름을 허용하고 상기 펌프(18)로부터 상기 잉크통(14)으로의 잉크 흐름은 방지하는 교체가능한 잉크 서플라이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 확장 위치와 수축 위치를 갖는 가변 용적 챔버(36)이고, 상기 챔버(36)는 확장 위치를 향하여 내향으로 가압되며, 상기 액추에이터(30)는 상기 쳄버(36)의 내향 가압력을 극복하고 상기 챔버(36)를 상기 수축 위치로 밀어서 상기 챔버(36)내의 잉크를 가압하여 잉크가 상기 펌프(18)로부터 상기 유체 출구(20)를 통해 유체 입구(28)로 흐르도록 하는 교체가능한 잉크 서플라이.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 쳄버(36)는 벨로우즈(122)이고, 상기 벨로우즈(122)는 일체로 성형된 플라스틱 요소이고, 상기 벨로우즈 벽의 탄성에 의해서 벨로우즈가 확장 위치를 향하여 강제되는 교체가능한 잉크 서플라이.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 쳄버(36)의 적어도 일부분은 상기 확장 위치와 상기 수축 위치 사이에서 이동가능한 가요성 다이아프램(44)을 포함하고, 상기 교체가능한 잉크 서플라이는 상기 가요성 다이아프램(44)을 확장 위치를 향하여 강제하기 위한 스프링(48)을 상기 쳄버(36)내에 더 포함하는 교체가능한 잉크 서플라이.
  7. 잉크젯 프린터의 도킹 베이(26)내의 결합 위치로 삽입하기 위한 교체가능한 잉크 서플라이 시스템용 섀시(16)로서, 상기 도킹 베이(26)는 펌프 엑추에이터(30)와, 가동 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위한 연장 튜브(98)와 유체 연통하고 있는 유체 입구(28)를 구비하는, 교체가능한 잉크 서플라이 시스템용 섀시(16)에 있어서,
    공급 잉크를 수납하는 잉크통(14)에 연결되는 잉크 입구 포트(38)와,
    상기 잉크 입구 포트(38)와 유체 연통하는 펌프(18)와,
    상기 잉크 입구 포트와 연결되며, 잉크가 상기 잉크통(14)으로부터 상기 잉크 입구 포트(38)를 통해 상기 펌프(18)로 흐르는 것을 허용하고, 상기 잉크 입구 포트(38)를 통한 잉크의 역류는 방지하는 밸브(42)와,
    상기 펌프(18)와 유체 연통하고 있는 유체 출구(20)로서, 상기 유체 출구(20)는 상기 유체 입구(28)와 결합하여, 상기 결합 위치에 있을 때 잉크가 유체 출구(20)를 통해 상기 유체 입구(28)로 흐르는 것을 허용하고 상기 결합 위치에 있지않을 때 상기 유체 출구(20)를 통한 잉크의 역류를 방지하는, 상기 유체출구(20)를 포함하는 교체가능한 잉크 서플라이 시스템용 섀시.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 펌프(18)가 확장 위치와 수축 위치 사이에서 작동가능한 가변 용적 쳄버 (36)를 포함하는 교체가능한 잉크 서플라이 시스템용 섀시.
  9. 펌프 엑추에이터(30)와, 가동 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위한 연장 튜브(98)에 연결된 유체 입구(28)를 구비하는 도킹 베이(26)를 포함하는 잉크젯 프린티에 잉크를 공급하기 위한 방법에 있어서,
    다량의 잉크를 수납하는 잉크통(14)에 연결된 펌프 유체 입구(28)와, 유체 출구(20)와 유체 연통하는 펌프 출구 포트(40)를 가지며 가변 용적 챔버(36)를 포함하는 펌프(18)를 지지하는 섀시(16)를 제공하는 단계와,
    상기 유체 출구(20)와 유체 입구(28) 사이에 유체 연통을 형성하도록 상기 섀시(16)를 상기 프린터의 도킹 베이(26)내로 삽입하는 단계와,
    상기 가변 용적 쳄버(36)를 상기 확장 위치를 향하여 이동시켜서 상기 잉크 통(14)으로부터 상기 펌프(18)로 잉크를 인출하는 단계와,
    상기 엑추에이터(30)를 상기 펌프(18)와 결합하도록 이동시켜서 상기 가변 용적 쳄버(36)를 수축 위치를 향하여 가압하고 상기 펌프(18) 내의 잉크를 펌프 출구 포트(40)를 통해서 상기 유체 출구(20)로 강제시키는 단계를 포함하는 잉크젯 프린터의 잉크 공급 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 용적 쳄버(36)의 적어도 일부분이 상기 확장 위치와 상기 수축 위치 사이에서 이동가능한 가요성 다이아프램(44)과, 상기 가요성 다이아프램(44)을 상기 확장 위치를 향하여 가압하도록 상기 가변 용적 챔버(36) 내에 위치되는 스프링 (48)을 포함하는 잉크젯 프린터의 잉크 공급 방법.
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