KR100603089B1

KR100603089B1 - 다이아프램 펌프를 갖는 잉크 공급부 및 가변성 체적 챔버를 갖는 잉크 공급부

Info

Publication number: KR100603089B1
Application number: KR1019990001579A
Authority: KR
Inventors: 하인즈폴마크
Original assignee: 휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2006-07-20
Also published as: US6350024B2; KR19990068012A; US20010010530A1; EP0931661B1; DE69924541D1; DE69924541T2; EP0931661A3; US6305793B1; TW415891B; EP0931661A2

Abstract

본 발명은 액추에이터(32)에 의해서 작동되는 것으로, 잉크를 프린트헤드(16)에 공급하기 위한 다이아프램 펌프(22)를 갖는 유형의 잉크 공급부(12)에 관한 것이다. 다이아프램 펌프(22)는 다이아프램(36)과 섀시(34)를 구비한다. 이 다이아프램(36)은 그 내부에 형성된 일체형 압력판부(42)를 가진다. 섀시(34)와 다이아프램(36)은 가변성 체적 챔버(38)를 형성한다. 섀시(34)는, 상기 일체형 압력판부(42)와 결합하여 상기 섀시로부터 멀어지는 방향으로 일체형 압력판부(42)를 가압하기 위해 그 내부에 배치된 편향부(40)를 구비한다. 압력판(42)은 다이아프램(36)을 섀시(34) 반대로 가압하여 가변성 체적 챔버(38)를 팽창시킨다.

Description

다이아프램 펌프를 갖는 잉크 공급부 및 가변성 체적 챔버를 갖는 잉크 공급부{DIAPHRAGM PUMP HAVING AN INTEGRAL PRESSURE PLATE}

도 1은 잉크-젯 프린트헤드에 잉크를 공급하는 본 발명에 따른 다이아프램 펌프를 갖는 잉크 용기의 개략적인 도면,

도 2는 다이아프램 펌프를 작동시키도록 배치된 액추에이터를 갖는 도 1의 잉크 용기의 A-A' 선 부분 단면도,

도 3은 도 2의 다이아프램 펌프의 사시도,

도 4는 도 2에 도시된 다이아프램 펌프의 분해도,

도 5a는 일체형 압력판을 갖는 본 발명의 다이아프램의 사시도,

도 5b는 도 5a의 다이아프램을 펌프 섀시에 고정하는 본 발명의 고정 장치의 사시도,

도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 본 발명의 크림프 캡(crimp cap)을 사용하여 다이아프램을 섀시에 고정하는 것을 도시하는 것으로 도 3의 B-B' 선을 따라 취한 연속 단면도,

도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e는 본 발명의 다이아프램 펌프의 작동을 도시하는 것으로 도 2에 도시된 바와 같은 연속 단면도,

도 8 및 도 9는 바람직하지 못한 다이아프램에 대한 작용 힘 대 변위 곡선을 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 바람직한 다이아프램에 대한 작용 힘 대 변위 곡선을 도시한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 잉크 용기 14 : 공급 스테이션

16 : 프린트헤드 22 : 다이아프램 펌프부

24 : 입구 26 : 출구

32 : 액추에이터 36 : 다이아프램

42 : 압력판부 54 : 스프링 결합부

본 발명은 잉크 공급부로부터 프린트헤드에 잉크를 제공하는 다이아프램 펌프(diaphragm pump)를 구비하는 잉크-젯 프린터용 잉크 공급부(ink supply)에 관한 것이다. 특히, 실패없이 반복 사이클로 작동될 수 있는 신뢰성이 높은 다이아프램 펌프를 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

프린트헤드와 독립적으로 교환가능한 잉크 공급부를 사용하는 것이, 본 발명의 출원인에게 양도된 발명의 명칭이 "잉크-젯 프린터용 잉크 공급부(Ink Supply For An Ink-Jet Printer)"인 미국 특허 출원 제 08/429,915 호에 개시되어 있다. 이런 유형의 잉크 공급부의 장점은 사용자가 프린트헤드를 교환하지 않고 잉크 용기를 교환할 수 있다는 것이다. 또한, 프린트헤드는 그 수명이 다된 경우 또는 거의 수명이 다된 경우 그리고 잉크 용기가 고갈되지 않은 경우에 교환될 수 있다.

미국 특허 출원 제 08/429,915 호에는 다이아프램 펌프를 포함하는 잉크 용기를 사용하는 것이 개시되어 있다. 다이아프램 펌프는 잉크 용기로부터 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위해서 잉크-젯 프린터에 결합된 액추에이터에 의해서 작동된다. 잉크 용기와 결합된 펌프를 사용하면 잉크-젯 프린트헤드에 잉크를 신뢰성있게 공급할 수 있다. 프린트헤드로의 잉크의 흐름을 차단하면 인쇄 품질의 감소 또는 프린트헤드의 손상을 야기할 수 있다. 프린트헤드의 작동 동안에 프린트헤드로의 잉크의 흐름을 차단하면 프린트헤드 디프라임(deprime)을 발생시켜서 프린트헤드의 과열을 야기할 수 있다. 프린트헤드가 충분히 심각하게 가열되면, 프린트헤드 신뢰성이 감소될 수 있거나 프린트헤드가 고장날 수 있다. 따라서, 잉크 용기로부터 프린트헤드로 잉크를 공급하는데 사용되는 장치가 고도의 신뢰성을 갖도록 하는 것이 중요하다.

미국 특허 출원 제 08/429,915 호에 개시된 바와 같은 다이아프램 펌프는 섀시와, 이 섀시에 부착된 다이아프램을 구비한다. 액추에이터와 다이아프램의 결합에 의해서 섀시와 다이아프램에 의해서 형성되는 챔버의 체적이 변한다. 챔버의 체적이 변하면 잉크가 챔버로 흡인되거나 챔버로부터 추출될 수 있다. 잉크는 잉크 저장통으로부터 챔버로 흡인된다. 챔버로부터 추출된 잉크는 잉크 도관에 의해서 프린트헤드로 이동된다.

본 발명의 출원인에게 양도된 발명의 명칭이 "잉크 공급부용 다이아프램 펌프(Diaphragm Pump For Ink Supply)"인 미국 특허 출원 제 08/846,785 호에는 2층의 다이아프램을 사용하는 잉크 용기 다이아프램 펌프의 사용이 개시되어 있다. 2층의 다이아프램은 다이아프램을 관통하여 챔버로 공기가 분산되는 것을 제한하기 위한 방습층(vapor barrier layer)을 구비한다. 다이아프램의 제 2 층은 섀시와 방습층 사이에 배치된 탄성중합체층이다. 탄성중합체층은 챔버 내부의 액체가 다이아프램을 통과하는 것을 제한한다. 2층 다이아프램은 크림프 캡을 사용하여 섀시에 고정된다.
다이아프램 펌프가 고도의 신뢰성을 갖는 것이 중요하다. 다이아프램 펌프는 잉크 누출을 발생시킬 수도 있는 다이아프램의 피로 결함을 발생시키지 않고 다수의 작동 사이클에 걸쳐 작동시킬 수 있어야 한다. 또한, 다이아프램은 잉크 용기가 떨어져도 깨지지 않을 만큼의 강도 및 내구성을 가져야 한다.

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다이아프램 펌프의 다이아프램은 가요성이 있어서 펌프를 작동시키는데 필요한 힘을 비교적 작게 하여야 한다. 작동력이 작은 다이아프램 펌프의 사용으로 인해서 저 출력 용량을 갖는 액추에이터를 사용할 수 있다. 이들 저 출력 액추에이터는 고 출력을 필요로 하는 액추에이터보다 가격이 저렴하여, 인쇄 시스템의 비용을 감소시킨다. 또한, 저출력 액추에이터를 사용하면 잉크 용기를 프린터에 고정하는데 사용되는 보유 시스템의 비용을 감소시킬 수 있다. 저 비용의 보유 시스템을 사용하면 인쇄 시스템의 비용도 감소시킬 수 있다.

다이아프램은 또한 액체와 가스 양자에 대해서 양호한 배리어이어야 한다. 다이아프램은 잉크에 함유된 수분이 다이아프램을 관통하여 배기되어 잉크의 점도를 변경시키는 것을 방지하는 것에 있어서 중요하다. 또한, 챔버 내측에 공기 방울을 발생시키는 공기가 다이아프램을 통해 침투하지 못하게 하는 것이 중요하다. 이들 공기 방울은 펌프의 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 프린트헤드에 대해 공기 방울을 도입하는 경향이 있다. 프린트헤드에 생긴 공기 방울은 일단 잉크 분사 챔버로 도입되어 분사 챔버내의 잉크의 체적을 감소시킬 수도 있다. 잉크가 충분히 변위하면 인쇄질이 감소될 뿐만 아니라 프린트헤드 냉각의 저하가 일어난다. 이러한 냉각의 저하로 인해서 프린트헤드가 심각하게 가열되면 가열 소자의 치명적인 고장을 일으킬 수 있는 저항성 가열 소자의 과열을 야기할 수 있다.

마지막으로, 다이아프램 펌프는 일정한 방출 체적을 제공하여야 한다. 이러한 방출 체적은 잉크 용기로부터 잉크 용기까지의 변화가 작아야 한다. 또한, 잉크 용기를 저 비용으로 생산할 수 있는 기술로 제조된 체적이 큰 다이아프램 펌프가 적절히 사용되어야 한다.

본 발명은 잉크를 프린트헤드에 공급하기 위해서 액추에이터에 의해서 작동되는 다이아프램 펌프를 갖는 유형의 잉크 공급부에 관한 것이다. 다이아프램 펌프는 다이아프램과 섀시를 구비한다. 다이아프램은 그 내부에 일체형 압력판부가 형성되어 있다. 섀시와 다이아프램은 가변성 체적 챔버를 형성한다. 섀시는 일체형 압력판부와 결합하기 위해서 그 내부에 편향부를 가져서 압력판을 섀시로부터 멀어지는 방향으로 가압한다. 압력판은 섀시로부터 멀어지게 다이아프램을 가압하여 가변성 체적 챔버를 팽창시킨다.

본 발명의 다른 실시예는 다이아프램을 잉크 용기와 결합된 섀시에 고정하기 위한 크림프 캡(crimp cap)이다. 크림프 캡은 기저부와, 이 기저부로부터 멀리 상부 외향으로 연장되는 한쌍의 직립 측부를 구비한다. 한쌍의 직립 측부 각각은 기저부에 대향하는 직립 측부의 단부를 향하여 배치된 결합부를 가진다. 크림프 캡이 기저부와 섀시 사이에 다이아프램과 함께 배치되어 있으면, 한쌍의 직립 측부 각각에 배치된 결합부는 한쌍의 직립 측부가 섀시를 향해 가압될 때 섀시상의 플랜지와 결합하도록 위치설정되어, 결합부가 다이아프램을 고정하는 플랜지를 섀시에 결합한다.

도 1은 본 발명에 따른 다이아프램 펌프를 갖는 잉크 용기(12)를 구비하는 잉크-젯 인쇄 시스템(10)을 도시한다. 인쇄 시스템(10)은 또한 잉크 용기(12)를 수납하는 공급 스테이션(14)을 포함한다. 공급 스테이션(14)은 도관(18)에 의해서 프린트헤드(16)에 유체 결합된다.

잉크 용기(12)는 잉크 저장통(20), 다이아프램 펌프부(22) 및 유체를 선택적으로 잉크 저장통(20)으로부터 다이아프램 펌프부(22)로 이동하게 하는 입구(24)를 구비한다. 또한 잉크 용기(12)에는 유체를 다이아프램 펌프부(22)로부터 유체 출구(28)로 선택적으로 통과시키는 잉크 출구(26)가 설치되어 있다.

공급 스테이션(14)은 유체 입구(30)와 액추에이터(32)를 구비한다. 잉크 용기(12)가 공급 스테이션(14)에 적절히 배치되면, 잉크 용기와 결합된 유체 출구(28)는 공급 스테이션(14)과 결합하는 유체 입구(30)와 유체 결합된다. 또한, 공급 스테이션(14)내에 잉크 용기(12)를 적절히 배치하면 액추에이터(32)가 다이아프램 펌프부(22)와 결합할 수 있다. 액추에이터(32)와 다이아프램 펌프부(22) 사이의 결합은 잉크 저장통(20)으로부터 프린트헤드(16)로 유체 통로를 형성한다. 다이아프램 펌프부(22)와 액추에이터(32)는 프린트헤드(16)에 공급되는 잉크 공급량을 일정하게 보장한다.

도 2는 도 1에 도시된 공급 스테이션(14)에 장착된 잉크 용기(12)의 단면도를 도시한다. 잉크 용기(12)는 입구(24)에 의해서 다이아프램 펌프부(22)와 유체 연통하는 잉크 저장통(20)을 구비한다. 잉크는 입구(24)를 통해서 다이아프램 펌프부(22)에 선택적으로 제공된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 입구(24)는, 잉크 저장통(20)으로부터 다이아프램 펌프부(22)로 잉크를 통과시키며, 다이아프램 펌프부(22)로부터 잉크 저장통(20)으로 잉크가 통과하는 것을 제한하는 체크 밸브로서 작용한다. 다이아프램 펌프부(22)는 출구(26)를 통해 잉크를 방출한다. 다이아프램 펌프부(22)로부터 방출된 잉크는 공급 스테이션(14)과 도관(18)을 거쳐서 프린트헤드(16)로 제공된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 출구(26)는 잉크를 다이아프램 펌프부(22)로부터 프린트헤드(16)로 이동시키며 프린트헤드(16), 공급 스테이션(14) 또는 도관(18)중 어느 하나로부터 펌프부(22)로 잉크의 통과를 제한한다. 다이아프램으로 복귀하는 잉크 흐름은 프린트헤드(16)에 배치된 체크 밸브에 의해서 제한되며, 도관(18)내의 흐름 저항성과 프린트헤드(16)의 음의 배압(negative back pressure)은 잉크가 출구(26)를 통해서 다이아프램 펌프부(22)로 복귀하는 것을 제한하는데 사용된다.

잉크 용기(12)가 공급 스테이션(14)안에 적절히 배치되면, 공급 스테이션과 결합된 유체 입구(30)는 잉크 용기(12)와 결합된 유체 출구(28)와 결합되어 잉크 용기(12)와 공급 스테이션(14) 사이에 유체 상호접속부를 형성한다.

바람직한 실시예에 있어서 다이아프램 펌프부(22)는 가변성 체적 챔버(38)를 형성하는 섀시(34)와 다이아프램(36)을 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서, 다이아프램(36)은 후술하는 바와 같이 크림프 캡과 같은 고정 장치(39)를 사용하여 섀시(34)에 부착된다. 액추에이터(32)를 향해 다이아프램(36)을 편향시키는 편향 수단(40)이 챔버(38)내에 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 편향 수단(40)은 다이아프램(36)과 일체로 형성되는 압력판부(42)를 가압하는 스프링이다.

액추에이터(32)는 다이아프램(36)과 결합하고, 다이아프램(36)을 스프링(40)을 갖는 챔버(38)를 향해 변위시킨다. 다이아프램(36)이 챔버(38)를 향해 변위될 때 챔버(38)의 체적은 감소된다. 이러한 챔버(38)의 체적 감소는 챔버(38)내의 잉크를 가압하여 잉크가 출구(26)를 통해서 프린트헤드(16)를 향해 통과되게 한다. 액추에이터(32)가 제거될 때 스프링(40)은 이완되어 다이아프램(36)을 챔버(38)로부터 멀리 변위시키며, 챔버(38)의 체적이 증가하고 챔버 압력이 감소하여, 입구(24)를 통해서 잉크 저장통(20)으로부터 챔버(38)로 잉크가 흐르게 할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 입구(24)는 잉크 저장통(20)으로부터 챔버(38)로만 잉크가 흐르게 하며 잉크가 챔버(38)로부터 잉크 저장통(20)으로 흐르는 것을 제한하는 체크 밸브이다. 따라서, 다이아프램(36)이 챔버(38)를 향해서 변위될 때, 입구(24)는 챔버(38)로부터 잉크 저장통(20)으로 잉크가 통과하는 것을 방지한다.

도 3은 본 발명에 따른 다이아프램 펌프부(22)의 사시도이다. 다이아프램 펌프부(22)는 잉크 섀시(34)와 일체로 형성된다. 다이아프램 펌프부(22)는 섀시(34)와 다이아프램(36)을 구비한다. 고정 수단(39)은 섀시(34)를 가압하여 다이아프램(36)을 기계적으로 고정하여 다이아프램(36)과 섀시(34) 사이에 밀봉부를 형성한다. 바람직한 실시예는 고정 수단(39)으로서 크림프 캡을 사용하지만, 섀시(34)와 함께 가압하여 다이아프램(36)을 유지하기 위한 모든 다른 기계적 고정 장치도 또한 적당할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 다이아프램 펌프부(22)의 바람직한 실시예의 전개도이다. 다이아프램(36)은 기다란 돔 형상을 가지도록 사전성형된다. 고정 장치(39)는 그 내부에 개구를 갖는 기저부를 가진다. 고정 장치(39)는 섀시(34)상에 배치되고, 다이아프램은 그들 사이에 배치되어 기다란 돔부가 고정 장치(39)의 기저부내의 구멍을 통해 적어도 부분적으로 연장된다. 고정 장치(39)는 섀시(34)상의 플랜지(50) 위로 주름 가공(crimping)되거나 절첩되어 섀시(34)와 다이아프램(36) 사이에 압축 밀봉부를 고정한다.

도 5a는 섀시(34)에서 본 바람직한 다이아프램(36)의 사시도를 도시한다. 다이아프램(36)은 밀봉 표면(52), 압력판부(42) 및 이 압력판부(42)로부터 상향으로 연장되는 스프링 결합부(54)를 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서, 밀봉 표면(52), 압력판부(42) 및 스프링 결합부(54)는 다이아프램(36)과 각각 일체형이다.

바람직한 실시예에 있어서, 다이아프램(36)은 고정 장치(39)에 의해서 압축되어 유지될 수 있는 압축성 재료로 제조되어, 밀봉 표면(52)이 섀시(34)와 양호한 유체 밀봉을 형성한다. 이 압축성 재료는 누출 또는 고장없이 큰 압력 부하를 견딜 수 있다. 다이아프램(36)은 잉크 용기(12)가 떨어졌을 때 발생할 수 있는 큰 압력 충격을 견딜 수 있어야 한다. 또한 다이아프램(36)은 다수의 펌핑 사이클을 걸쳐서 작동할 수 있는 피로 수명이 길어야 한다. 끝으로, 다이아프램(36)은 다이아프램 펌프부(22)내의 유체에 대한 유체 배리어를 제공하도록 선택된 재료이어야 한다. 잉크-젯 인쇄에 종종 사용되는 수성 잉크는 수분을 함유한다. 따라서, 다이아프램(36)은 물에 대해서 양호한 배리어를 제공하여야 한다.

다이아프램(36), 즉 챔버(38)에 대면하는 외부 표면은 공기와 접촉한다. 따라서, 다이아프램(36)은 챔버(38) 내측에 공기 방울을 부가하는 공기가 다이아프램(36)으로 침투되는 것을 방지한다. 공기가 다이아프램(36)을 침투하면 프린트헤드(16)의 신뢰성을 감소시킬 수 있고 인쇄질을 저하시킬 수 있는 방울이 프린트헤드(16)를 통과할 가능성을 증가시킨다. 또한, 다이아프램(36)은 수증기가 챔버(38)로부터 손실되지 않도록 배리어를 제공하여야 한다. 따라서, 다이아프램(36)은 저 침투성 재료로 형성되어야 한다. 또한 다이아프램(36)은 침투성의 실질적인 증가 없이 다수의 펌핑 사이클에 걸쳐 작동할 수 있을 만큼 피로 수명이 길어야 하며 기계적 고정에 적합하여야 한다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 다이아프램(36)은 에틸렌-프로필렌-디엔 단위체(EPDM)로 형성된 성형 탄성중합체 다이아프램으로 형성된다. EPDM 재료는 영국 런던 아카데미 프레스(Academic Press) 1994년판 34 페이지에 막크 제임스 이(James E Mark), 에어맨 부락 (Burak Ehrman) 및 아이리히 에프 알(F.R. Eirich)의 "고무 과학 및 기술(Science and Technology of Rubber)"에 보다 상세히 기술되어 있다. 이 다이아프램(36)은 라운드형 또는 타원형 돔과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다이아프램(36)이 기다란 돔 형상을 갖도록 열적으로 형성되는 것이 바람직하다. 돔의 중앙부는 압력ㅋ프링 결합 형상부(54)는 압력판(42)의 중앙에 형성되어 있다. 이 바람직한 실시예에 있어서, 다이아프램(36), 압력판(42) 및 결합부(54)는 동일 재료로 성형된다. 변형예로서, 시이트재와 같은 보강재가 다이아프램(36)에 성형되어 다이아프램(36)을 보강하여 다이아프램(42)안에 압력판(42)을 형성하도록 삽입될 수 있다.

다이아프램(36)의 침투성과, 다이아프램(36)을 변형하기 위해서 필요한 강도 또는 힘 사이에는 일종의 교환이 존재한다. 예컨대, 사용된 탄성중합체 재료의 두께는 이 재료의 침투성을 ½로 감소시킨다. 그러나, 탄성중합체 재료의 두께의 증가는 펌프를 작동시키는데 필요한 물질의 강도 또는 힘을 증가시킨다. 따라서, 이 재료의 두께는 침투성을 최소화하는 한편 액추에이터(32)의 작동력 범위내의 작동력을 제공하도록 선택되어야 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 탄성중합체는 67 쇼어경도 A 듀로미터의 보통 경도를 갖는 브로모 부틸(Bromo Butyl)과 EPDM의 혼합물이다.

도 5b는 다이아프램(36)을 섀시(34)에 고정하는 본 발명에 따른 고정 장치(39)의 바람직한 실시예를 도시한다. 고정 장치(39)는 기저부(56)와, 이 기저부(56)로부터 거의 상향으로 연장되는 직립 측부(58)를 구비한다. 기저부(56)는 세장형의 축을 따라 기다랗다. 세장형의 축을 따르는 양 측부상의 직립 측부(60, 62)는 갈매기 날개형으로 기저부(56)로부터 상부 외향으로 연장되어 있다. 갈매기 날개형의 직립 측부(60, 62) 각각은 결합부(64, 66)를 가지며, 이들 결합부는 기저부(56)와 대향하여 직립 측부의 단부를 향하여 배치되어 있다. 도 6a 내지 도 6d에 관하여 다음에 전술하는 바와 같이, 결합부(64, 66)를 갖는 갈매기 날개형 직립 측부(60, 62)를 사용하면 다이아프램(36)을 섀시(34)에 대해 신뢰성 있게 부착하도록 직립 측부를 압축할 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 도 3의 B-B' 단면도로서 다이아프램(36)을 섀시(34)에 부착하는 바람직한 방법을 나타내는 조립 순서도를 도시한다. 다이아프램(36)은 섀시(34)상에 배치되어 다이아프램(36)과 연관된 밀봉 표면(52)이 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 섀시(34)와 연관된 대응 밀봉 표면과 결합한다. 또한, 스프링 결합부(54)는 스프링(40)을 압력판(42)과 결합하여 유지하도록 섀시(34)와 연관된 스프링(40)에 결합하도록 정렬된다. 고정 장치(39)와 관련된 나머지 직립 측부(58)는 미국 특허 출원 제 08/846,785 호에 개시된 바와 유사한 방식으로 주름 가공되며, 그에 따라 본 명세서에는 개시하지 않는다.

도 6b, 도 6c 및 도 6d는 결합부(64, 66)가 섀시(34)와 연관된 플랜지(50)와 정렬되도록 섀시(34)의 근접부에 고정 장치(39)를 배치하는 단계를 도시한다. 도 6c에 화살표(65)를 사용하여 도시된 대향력이 각각의 직립 측부(60, 62)에 인가되어 이들 직립 측부를 섀시(34)를 향하여 내향으로 가압한다. 화살표로 나타낸 반작용력은 화살표(65)로 나타낸 대향력과 동일하게 인가되어 고정 장치(39)의 카운터싱크부를 포집한다. 직립 측부(60, 62)가 섀시를 향해 내향으로 가압될 때 섀시에 대응하는 결합부(64, 66)는 섀시(34)와 연관된 플랜지(50)와 결합하여 다이아프램(36)을 섀시(34)에 고정한다. 반작용력은 고정 장치(39)의 부적당한 변형을 방지할 뿐만 아니라 섀시(34)가 궁형으로 구부러지는 것을 방지한다. 다이아프램(36)이 섀시(34)에 고정되면, 다이아프램(36)과 섀시(34) 사이에 유체 밀봉이 형성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 다이아프램(36)이 섀시(34)에 대해 압축되면, 신뢰할만한 압축 밀봉을 형성한다.

사전성형된 직립 갈매기 날개형부(60, 62)를 사용하면 고정 장치(39)를 섀시(34)에 대한 부착을 단순화시킨다. 사전성형 갈매기 날개형 직립 측부를 사용하지 않으면 플랜지(50)위로 직립 측부(58)를 절첩하는 힘이 인가되어 섀시(34)의 종축을 따라 직립 측부(58)가 비틀림이 야기되는 경향이 있다. 사전성형 갈매기 날개형 직립 측부(60, 62)를 사용하면 종축을 따라 직립 측부(58)의 접혀짐이 필요없이 고정 장치(39)를 섀시(34)에 부착하는 신뢰성이 개선된다. 대신에, 사전성형 직립 측부(60, 62)는 종방향 축선을 따라 위치된다. 사전성형 갈매기 날개형 직립 측부(60, 62)는 내향력(65)과 반작용력(67)만을 필요로 하며 접힘을 필요로 하지 않는다. 이 내향력은 직립 측부(58) 또는 섀시(34)의 비틀림을 야기시키지 않는 경향이 있다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 다이아프램 펌프의 작동을 도시한다. 도 7a는 액추에이터(32)가 다이아프램(36)과 결합하여 챔버(38)에 유체 압력을 제공하는 펌프 사이클의 초기 단계를 도시한다. 입구 밸브(24)는 챔버(38)로부터 저장통(20)으로 유체의 흐름을 방지하도록 폐쇄되어 유체가 유체 출구(26)로부터 흐른다. 잉크가 프린트헤드(16)로부터 분사될 때 다이아프램(36)이 내향으로 가압되어 잉크가 챔버(38)로부터 변위하여 유체 출구(26) 밖으로 그리고 프린트헤드(16)로 보내져 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이 분사된 잉크를 대체한다.

도 7d 및 도 7e는 액추에이터(32)가 다이아프램(36)과의 결합으로부터 분리된 재충전 사이클을 도시한다. 액추에이터(32)를 다이아프램(36)으로부터 제거하면 편향 수단(40)이 팽창되어 다이아프램(36)을 액추에이터(32)를 향해 밀어주도록 한다. 다이아프램이 액추에이터(32)를 향해서 외향으로 이동할 때, 챔버(38)의 체적은 잉크 저장통(20)으로부터 체크 밸브(24)를 통해 빨아내는 유체를 증가시켜 챔버(38)를 다시 채워준다. 프린트헤드(16)에 배치된 체크 밸브는 유체가 프린트헤드 또는 도관(18)으로부터 챔버(38)를 다시 채우지 못하게 한다.

도 8, 도 9 및 도 10은 몇 개의 다른 다이아프램 재료에 대한 작용력 대 편위 곡선을 나타낸다. 다이아프램(36)이 비교적 작은 작용력을 나타내어 공급 스테이션(14)에 잉크 용기(12)를 보유하는데 필요한 힘이 비교적 작게 하는 것이 중요하다. 공칭 작용력은 0.8 파운드 이하가 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 공칭 작용력은 0.5 파운드 이하이다. 또한, 다이아프램은 챔버(38)를 잉크로 신속하게 재충전하는 재충전 사이클 동안 챔버(38)에 충분한 배압을 발생시키기에 충분히 높은 복원력을 가지는 것이 중요하다. 마지막으로, 유사한 힘 대 변위 곡선이 작동 사이클과 재충전 사이클 양자에 대해서 나타나는 것이 중요하다.

도 8은 하나의 바람직하지 못한 다이아프램 재료에 대한 공칭 작용력 대 변위 곡선(70)을 도시한다. 이 곡선은 액추에이터(32)가 다이아프램(36)을 내리누를 때 나타나는 곡선 부분(72)과, 액추에이터가 해제되어 스프링(40)이 다이아프램(36)을 원상태로 가압할 때 나타나는 곡선 부분(74) 사이에 비교적 큰 히스테리시스(hysterisis)를 나타낸다. 다이아프램을 내리 누르는데 필요한 힘이 1.0 파운드 정도로 비교적 크다는 것을 곡선(70)으로부터 알 수 있다. 또한, 다이아프램(36)의 복원력은 다이아프램(36)의 버클결합력(buckling force)이 스프링 복원력에 비해 크게 나타날 만큼 비교적 작다. 도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같이, 다이아프램(36)이 비교적 신속하게 회복될 수 있는 충분한 강도를 가져 체크 밸브(24)를 통해 잉크 챔버(38)로 잉크를 빨아들이는 충분한 흡입력을 발생시킨다.

도 9는 배리어층으로서 작용하는 외막 재료를 사용하여 형성되는 다이아프램(36)에 대한 공칭 작용력 대 변위 곡선(76)을 나타낸다. 액추에이터(32)가 내리누르는 다이아프램(36)은 곡선 부분(78)에 의해서 나타나며, 스프링(46)이 원상태로 가압하는 다이아프램(36)은 곡선 부분(80)으로 나타난다. 이 곡선(76)으로부터 곡선의 기울기는 액추에이터의 힘이 매우 센 경우에 매우 가파르게 나타남을 알 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 다이아프램(36)에 대한 공칭 작용력 대 변위 곡선(82)을 나타낸다. 액추에이터(32)에 의한 다이아프램(36)의 작용은 곡선 부분(84)에 의해서 나타나며 스프링(40)에 의한 다이아프램(36)의 복귀는 곡선 부분(86)으로서 나타난다. 작동력은 도 8 및 도 9에 도시된 다이아프램 재료에 대한 작용력보다 충분히 작은 0.5 파운드 이하라는 것을 도 10으로부터 알 수 있다. 저 작동력이 다이아프램(36)의 가요성 부분을 비교적 얇고 고탄성인 다이아프램 물질을 사용하여 설계함으로써 달성된다. 고탄성의 비교적 얇은 가요성 부분을 사용하면 스프링(40)이 가요성 부분에서 버클탈착력(unbuckling force)을 극복할 수 있으며 복원력 대 변위 곡선이 작동력 곡선과 더 긴밀하게 부합할 수 있다. 본 발명의 다이아프램 물질을 선택하면 곡선(82)이 큰 초기 기울기와 큰 최종 기울기 및 작은 중간 기울기를 갖게 된다. 충분한 작동력이 인가되면, 다이아프램(36)은 버클결합되거나 말리는 경향이 있어서 곡선의 비교적 작은 기울기를 갖는 부분을 산출하는데 필요한 작용력을 감소시킨다. 이미 전술한 바와 같이, 작용력이 비교적 작아져 액추에이터의 필요조건을 감소시키기 때문에 인쇄 시스템의 비용을 감소시킬 수 있는 것이 중요하다. 본 발명의 또 다른 장점은 다이아프램(36)이 예견가능한 방식으로 완전히 복귀되는 것을 보장하는 두꺼운 압력판부(42)의 사용에 있다.

본 발명에 따른 다이아프램 펌프(22)는 피로 결손없이 펌프 사이클을 반복할 수 있는 펌프를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 펌프(22)는 낙하 실험중에 다이아프램의 누출 및 파손에 대해 저항성이 더 크다. 마지막으로, 본 발명에 따른 다이아프램 펌프(22)는 신뢰성이 우수한 밀봉을 형성하는 펌프 섀시에 다이아프램이 신속히 부착되어야 하는 고용량의 제조 환경(high-volume manufacturing environment)에 아주 적합하다. 또한, 크림프 캡형 고정 장치(39)의 사용은 다이아프램 크림프력이 고도로 제어되어 다이아프램(36)과 섀시(34) 사이에 균일한 밀봉을 형성하게 한다.

본 발명에 따른 다이아프램 펌프는 피로 결손없이 펌프 사이클을 반복할 수 있고, 낙하 실험중에 다이아프램의 누출 및 파손에 대해 저항성이 더 크며, 다이아프램 펌프(22)의 신뢰성이 우수한 밀봉을 형성하도록 펌프 섀시에 다이아프램이 신속히 부착되어야 하는 고용량의 제조 환경에 아주 적합한 펌프를 제공할 수 있게 한다.

Claims

잉크를 프린트헤드(16)에 공급하기 위한 액추에이터(32)에 의해서 작동되는 다이아프램 펌프(22)를 갖는 유형의 잉크 공급부(12)로서,

상기 다이아프램 펌프(22)는, 내부에 형성된 일체형 압력판부(42)를 가지는 다이아프램(36)과, 섀시(34)를 포함하며,

상기 섀시(34)와 상기 다이아프램(36)은 가변성 체적 챔버(38)를 형성하고, 상기 섀시(34)는 상기 일체형 압력판부(42)와 결합하도록 그 내부에 배치된 편향부(40)를 구비하여 상기 일체형 압력판부(42)를 상기 섀시(34)로부터 멀어지는 방향으로 가압하며, 상기 일체형 압력판부(42)는 상기 다이아프램(36)을 상기 섀시(34)로부터 멀어지게 가압하여 상기 가변 체적 챔버(38)를 확장시키는

잉크 공급부.
제 1 항에 있어서,

상기 다이아프램(36)을 상기 섀시(34)에 대해서 고정하여 상기 다이아프램(36)과 상기 섀시(34) 사이에 유체 밀봉을 형성하는 고정 장치(39)를 더 포함하는

잉크 공급부.
제 1 항에 있어서,

상기 압력판(42)이 상기 편향부(40)와 결합하기 위한 결합 형상부(54)를 포함하는

잉크 공급부.
제 1 항에 있어서,

상기 다이아프램(36)이 방습층인

잉크 공급부.
제 2 항에 있어서,

상기 고정 장치(39)는 크림프 캡(crimp cap)이며, 상기 크림프 캡이 상기 섀시(34) 및 상기 다이아프램(36)과 결합하여 상기 다이아프램(36)을 상기 섀시(34)에 대해서 가압함으로써 상기 섀시(34)와 상기 다이아프램(36) 사이에 유체 밀봉을 형성하는

잉크 공급부.
제 1 항에 있어서,

상기 다이아프램(36)은 0.5 파운드 미만의 피크 작용력을 가지는

잉크 공급부.
제 1 항에 있어서,

상기 다이아프램(36)은 초기 작동 부분 동안의 제 1 기울기와 완전 작동 부분 동안의 제 2 기울기를 가진 힘 대 변위 곡선(82)을 나타내도록 구성되며, 상기 제 1 기울기는 상기 제 2 기울기보다 더 큰

잉크 공급부.
프린트헤드(16)에 잉크를 공급하기 위한 것으로, 섀시(34)와 다이아프램(36)에 의해 형성되는 가변성 체적 챔버(38)를 갖는 유형의 잉크 공급부로서,

상기 다이아프램(36)은, 상기 다이아프램(36)을 통과하는 유체와 공기의 이송을 제한하기 위한 배리어층과, 상기 배리어층 내부에 형성되는 압력판부(42)를 포함하며,

상기 압력판부(42)는 불균형력이 상기 압력판부(42)에 가해지는 동안, 상기 압력판부(42)에 인접한 상기 배리어층부가 상기 가변성 체적 챔버(38)와 관련된 체적을 변화시키도록 하는

잉크 공급부.
제 8 항에 있어서,

상기 배리어층과 상기 압력판부(42)는 탄성중합체층으로 형성되는

잉크 공급부.
제 8 항에 있어서,

크림프 캡(39)을 더 포함하며,

상기 크림프 캡(39)은 상기 섀시(34)상에 배치되고, 상기 배리어층은 상기 크림프 캡(39)과 상기 섀시(34) 사이에 배치되며, 상기 크림프 캡(39)은 상기 섀시(34)와 결합하여 상기 섀시(34)에 대해 상기 배리어층을 가압함으로써 적어도 부분적으로 상기 가변성 체적 챔버(38)를 형성하는

잉크 공급부.