KR100938475B1 - 액체방울 침착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체방울 분사용 오리피스, 공통 유체 입구 매니폴드(220) 및 공통 유체 출구 매니폴드(210,230)와 각각 연통하는 유체 챔버(300,310)의 배열체, 및 유체 내의 이물질이 오리피스에 퇴적되는 것을 방지할 정도의 유체 흐름이 형성되도록, 입구 매니폴드로 유입되고 각 챔버를 통과하여 출구 매니폴드로 유출되는 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함하는 액체방울 침착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 각 챔버는 챔버를 통한 유체 흐름과 동시에 오리피스로부터 출구 분사를 실행하는 수단과 연통된다. 배열체 내의 어느 한 챔버의 오리피스에서의 정압이 어느 두 챔버 사이에서, 이러한 두 챔버 사이의 액체방울 분사 특성에 현저한 차이를 초래하는 양보다 작은 양만큼 변동되도록, 입구 및 출구 매니폴드의 흐름 저항이 선택된다.

액체방울, 침착, 프린트헤드

Description

액체방울 침착 장치{Droplet Deposition Apparatus}

본 발명은 유체 방울들을 침착하는 장치로서, 액체방울 분사용 오리피스, 공통 유체 입구 매니폴드 및 공통 유체 출구 매니폴드와 연통하는 각각의 유체 챔버들의 배열체; 및 상기 배열체 내의 각 챔버를 통과하여 상기 입구 매니폴드로 유입 및 상기 출구 매니폴드로 유출되는 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함한다. 특히, 본 발명은 이러한 구조를 가지며 유체 흐름이 잉크인 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.

이러한 잉크젯 프린트헤드는 여기에 참조로서 제시된 국제 특허공개 제 WO 91/17051호에 공개되어 있다. 본 출원 명세서의 도 1은 이 문헌으로부터 발췌된 것이고, 압전재의 베이스(12)에 형성된 프린트헤드 채널(11)의 길이방향 축을 따라 취한 단면도를 도시한다. 잉크가 채널의 양단에 형성된 매니폴드(32,33)에 의해 채널에 공급되면서, 채널로부터의 잉크 분사는 커버(60)에 형성된 노즐(22)을 통과하여 이루어진다. 예를 들면, 유럽 특허 공개공보 제 0 277 703호 및 제 0 278 590호에 의해 공지된 바와 같이, 압전 액추에이터 월(wall)은 연이은 채널들 사이에 형성되고, 각 월의 대향하는 측면에 형성된 전극들 사이에 인가되는 전계에 의해 전 단 모드(shear mode)에서 가로축으로 편향되도록 작동된다. 그 결과로 잉크에 발생되는 압력 파들은 노즐로부터 액체방울을 분사시킨다. 또한, 공지된 바와 같이, 프린트헤드가 작동되는 동안, 채널을 통하여 노즐을 통과하는 잉크 흐름을 발생시키기 위하여, 잉크는 매니폴드(32,33) 중 하나의 매니폴드로 공급되어 다른 하나의 매니폴드의 밖으로 유출될 수 있다. 이것은, 그렇지 않으면 잉크방울 분사를 억제하였을 먼지, 마른 잉크 또는 다른 이물질이 노즐내에 축적되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이물질이 노즐에 축적되는 것을 충분히 방지하도록 고려된 속도로 잉크가 공급되는 이러한 프린트헤드를 사용한 실험 과정에서, 액체방울 분사 특성-특히 분사되는 액체방울의 크기 및 속도-은 그 배열체에 따라 변동된다는 것을 알게되었다. 이러한 변동은 각 챔버 내의 잉크 메니스커스(meniscus)의 정지점(rest position)이 배열체를 따라 변동되는 결과이며, 또한, 그것은 배열체의 각 챔버 내에 있는 노즐에서 정압(static pressure)이 변동됨에 기인한다는 것이 입증되었다.

본 발명자는, 압력에서의 이러한 변동이, 배열체의 채널과 나란히 배치된 매니폴드 내의 잉크의 지속적인 흐름, 특히 배열체내의 모든 채널을 통과하는 전체 잉크흐름과(적어도 매니폴드에 대한 입구 및 출구에서의 잉크 흐름) 동일한 잉크흐름에 기인한다는 것을 알게 되었다. 그래서, 이러한 흐름에 의해, 입구 및 출구 매니폴드를 따라 상당한 점성(viscous) 압력 손실이 초래될 수 있다. 또한, 이것은 각 챔버에 대한 입구 및 출구에서의 정압에 영향을 줌으로써 챔버의 노즐에서의 정압에 영향을 미친다.

본 발명은 그 바람직한 실시예에서 이러한 문제점 및 다른 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 양태는, 액체방울 분사용 오리피스, 공통 유체 입구 매니폴드 및 공통 유체 출구 매니폴드와 연통하는 각각의 유체 챔버들의 배열체; 및

유체 내의 이물질이 상기 오리피스에 퇴적되는 것을 방지할 정도의 유체흐름이 형성되도록, 상기 입구 매니폴드로 유입되고 상기 각 챔버를 통과하여 상기 출구 매니폴드로 유출되는 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함하고,

상기 각 챔버는 상기 챔버를 통한 상기 유체 흐름과 동시에 상기 오리피스로부터의 액체방울 분사를 일으키는 수단과 관련되고, 배열체내의 어느 챔버의 유체 입구에서의 정압이 어느 두 챔버사이에서, 배열체내의 두 챔버사이의 액체방울 분사 특성에서 현저한 차이를 일으키는 양보다 적은 양만큼, 변화하도록, 상기 입구 매니폴드와 출구 매니폴드중 적어도 하나의 흐름에 대한 저항이 선택되는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

입구 매니폴드와 출구 매니폴드 중 어느 하나의 흐름 저항을 임계치 이하로 감소시킴으로써, 잉크 순환의 결과로서 발생되는 어떠한 점성 압력 손실도 배열체의 폭에 걸쳐서 액체방울 분사 특성의 균일성에 악 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 기재(substrate)의 인쇄된 폭에 걸친 균일한 화질을 보 다 용이하게 얻는다.

하나의 바람직한 구조에 있어서, 상기 입구 매니폴드는, 상기 배열체의 어느 두 챔버에 대한 입구 사이에서의 정압이, 배열체의 상기 두 챔버 사이의 액체방울 분사 특성에 현저한 차이를 충분하게 산출하도록, 변동됨을 초래하는 흐름 저항 보다 작은 흐름 저항을 갖는다.

다른 바람직한 구조에 있어서, 상기 출구 매니폴드의 흐름 저항은, 상기 배열체의 어느 한 챔버에 대한 유체 입구에서의 압력이 어느 두 챔버 사이에서 배열체 내의 상기 두 챔버 사이의 액체방울 분사 특성에 현저한 차이를 초래하는 양보다 작은 양만큼 변동되도록 선택된다.

바람직하게는, 상기 각 입구 및 출구 매니폴드의 흐름 저항은, 배열체의 어느 한 챔버 내의 오리피스에서의 압력이, 어느 두 챔버 사이에서 배열체 내의 상기 두 챔버 사이의 액체방울 분사 특성에 현저한 차이를 초래하는 양보다 작은 양만큼 변동되도록 선택된다. 챔버 노즐에서의 압력이 챔버에 대한 입구 및 출구 모두에서의 정압에 의해 영향받기 때문에(이것은 일반적으로 상기 둘 사이의 중간에 놓여지고, 액체방울 분사에 기인한 챔버로의 흐름 및 챔버 밖으로 흐름 사이에 어떤 차이는 무시된다), 두 매니폴드 모두의 흐름 저항을 적당한 임계값 이하로 감소시킴으로써, 배열체 내의 연이은 챔버의 노즐 사이에서 상당한 압력 차이를 일으키도록 하는 방법으로 입구 및 출구 압력이 변동되지 않음을 보증할 수 있다. 따라서, 프린트헤드의 폭에 걸친 화질의 변동은 작은 레벨로 감소된다.

따라서, 본 발명의 제 2 양태는, 액체방울 분사용 오리피스, 공통 유체 입구 매니폴드 및 공통 유체 출구 매니폴드와 연통하는 각각의 유체 챔버들의 배열체; 및

유체 내의 이물질이 상기 오리피스에 퇴적되는 것을 방지할 정도의 유체흐름이 형성되도록, 상기 입구 매니폴드로 유입되고 상기 각 챔버를 통과하여 상기 출구 매니폴드로 유출되는 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함하고,

상기 각 챔버는 상기 챔버를 통한 상기 유체 흐름과 동시에 상기 오리피스로부터의 액체방울 분사를 일으키는 수단과 관련되고, 배열체내의 어느 챔버의 오리피스에서의 정압이 어느 두 챔버사이에서, 배열체내의 두 챔버사이의 액체방울 분사 특성에서 현저한 차이를 일으키는 양보다 적은 양만큼, 변화하도록, 상기 입구 매니폴드와 출구 매니폴드의 흐름에 대한 저항이 선택되는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

한 바람직한 배치에 있어서, 상기 입구 및 출구 매니폴드 중 적어도 하나의 단면적은, 상기 압력이 어느 두 챔버 사이에서 배열체 내의 상기 두 챔버 사이의 액체방울 분사 특성에 현저한 차이를 초래하는 양보다 작은 양만큼 변동되도록 한다.

상기 챔버의 배열체는 선형일 수 있다. 상기 두 챔버는 배열체의 다른 챔버에 인접하게 배치될 수 있고, 또한, 배열체의 다른 챔버로부터 떨어지게 배치될 수 있다.

상기 배열체는 수평에 대하여 기울어질 수 있고, 상기 입구 매니폴드가 상기 배열체에 평행하게 연장될 수 있으며, 상기 입구 매니폴드의 특성은, 상기 입구 매 니폴드의 점성 손실에 기인하여 상기 입구 매니폴드를 따라 압력이 손실되는 비율을, 중력에 기인하여 상기 입구 매니폴드를 따라 정압이 증가되는 비율과 실질적으로 일치시키는 방법으로, 상기 배열체에 평행하게 놓여진 방향으로 변동된다. 그 결과, 배열체의 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 잉크 수두(head)의 차이에도 불구하고, 화질은 챔버 배열체의 전체 높이에 걸쳐서 균일하게 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 3 양태는, 수평에 대하여 기울어지는 액체방울 유체 챔버의 배열체로서, 상기 배열체에 평행하게 연장된 공통 유체 매니폴드로부터 각 챔버로 액체방울 유체가 공급되는 액체방울 유체 챔버의 배열체; 및 상기 배열체의 각 챔버로의 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함하고, 상기 입구 매니폴드의 특성은, 상기 매니폴드의 점성 손실에 기인하여 상기 매니폴드를 따라 압력이 손실되는 비율을, 중력에 기인하여 상기 매니폴드를 따라 정압이 증가되는 비율과 실질적으로 일치시키는 방법으로, 상기 배열체에 평행하게 놓여진 방향으로 변동되는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

바람직한 배치에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 단면적은 상기 챔버의 배열체의 길이 방향에 수직으로 변동된다.

상기 장치는 챔버의 배열체용 공통 유체 출구 매니폴드를 포함할 수 있다. 이렇게 하면, 상기 출구 매니폴드의 단면적이 상기 챔버의 배열체의 길이 방향에 수직으로 변동될 수 있다. 상기 공통 유체 매니폴드로 유입되고 상기 배열체의 각 챔버를 통과하여 상기 공통 유체 출구 매니폴드로 유출되는 유체 흐름을 발생시키는 수단이 제공될 수 있다.

바람직한 배치에 있어서, 상기 배열체는 실질적으로 수직하게 배치된다. 따라서, A3-크기 기재 인쇄용 수직 프린트헤드의 경우에, 균일한 화질이 12.6″ (32cm) 정도에 걸쳐 연장될 수 있다.

위에서 설명된 이러한 종류의 장치에 있어서, 잉크는 전형적으로 프린트헤드의 위에 배치되는 리저버로부터 공급되고, 프린트헤드의 아래에 배치되는 리저버로 흐르며, 펌프 수단에 의해 상부 리저부로 되돌아온다. 프린트헤드가 정지되고 펌프가 스위치-오프된 경우, 잉크는 상부 리저버로부터 프린트헤드(및, 종종, 펌프)를 통하여 하부 리저버로 유출되기 때문에, 프린트헤드가 다시 활성화되는 경우, 상부 탱크 내의 잉크 레벨이 회복된 다음 인쇄가 개시될 수 있다. 이러한 것은 펌프의 크기에 따라 시간이 소요될 수 있다.

본 발명의 제 4 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 펌프 수단; 및 상기 펌프 수단이 동작되지 않는 경우, 상기 제 1 유체 리저버로부터 상기 제 2 유체 리저버로 유체가 흐르는 것을 방지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

본 발명자는, 위에서 설명되고 리저버가 대기중에 개방된 종류의 잉크 공급 시스템에서, 각 리저버 내의 유체 레벨의 제어가 프린트헤드의 작동에 중요한 요소라는 것을 인식했다. 상부 리저버는 일반적으로, 챔버 입구과 오리피스 사이에서 챔버의 일부 내에의 잉크 흐름에 대한 점성 저항을 극복하기 위하여 충분한 정압을 제공하도록 선택된다. 그러나, 그것은, 노즐에서의 압력이 잉크 메니스커스의 표면 장력을 극복하고, 잉크를 노즐로부터 떨어뜨릴 정도로 너무 크지 않아야 한다-실제로, 노즐에서 약간의 부압(negative pressure)이 바람직하다. 유사하게, 하부 리저버는 잉크 흐름을 확보하기 위하여 챔버 출구에 충분한 부압을 인가해야 한다. 그러나, 상부 리저버와 같이, 인가된 부압은 노즐 내의 잉크 메니스커스를 깨트릴 정도로 너무 크지 않아야 한다.

따라서, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 장치는 상기 제 1 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 펌프 수단을 제어하는 펌프 제어 수단을 포함한다.

따라서, 본 발명의 제 5 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 펌프 수단; 및 상기 제 1 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 펌프 수단을 제어하는 펌프 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

상기 펌프 제어 수단은 상기 제 1 유체 리저버 내에 배치되는 유체 레벨 센서를 포함할 수 있고, 상기 유체 레벨 센서로부터의 출력에 따라 상기 펌프 수단을 제어하기에 적합할 수 있다.

상기 장치는 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 운반되는 유체의 온도를 제어하는 온도 제어 수단을 포함할 수 있다. 이것에 의해, 잉크 가 최적 온도에서 상기 장치로부터 분사되고, 따라서 주위 온도에 관계없이 최적 점성으로 분사될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 6 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단; 및 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 운반되는 유체의 온도를 제어하는 온도 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

잉크의 온도는 잉크가 프린트헤드를 통과함에 따라 프린트헤드의 구동 회로로부터 방출된 열에 의해 상승될 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 상기 온도 제어 수단은 상기 적어도 하나의 챔버로부터 상기 제 1 유체 리저버로, 바람직하게는, 상기 제 2 리저버로부터 상기 제 1 리저버로 운반되는 유체의 온도를 감소시키는 수단을 포함한다. 이것에 의해, 최적 온도보다 높은 온도에서 잉크는 상기 프린트헤드로 운반되지 않을 수 있다.

상기 장치는 상기 제 1 유체 리저버로부터 상기 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로 유체를 운반하는 도관을 포함할 수 있고, 상기 온도 제어 수단이 상기 도관 내에 배치되는 온도 센서를 포함하며 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 운반되는 유체의 온도를 제어한다.

한 바람직한 배치에 있어서, 상기 장치는 상기 제 1 유체 리저버 내의 유체 레벨이 소정의 레벨을 초과하는 경우, 상기 제 1 유체 리저버로부터 상기 제 2 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단을 포함한다. 이것에 의해, 상기 제 1 리저버의 "오버플로우"를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 7 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단; 및 상기 제 1 유체 리저버 내의 유체 레벨이 소정의 레벨을 초과하는 경우, 상기 제 1 유체 리저버로부터 상기 제 2 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

상기 제 1 유체 리저버로부터 상기 제 2 유체 리저버로 유체를 운반하는 상기 수단은, 상기 제 1 리저버와 상기 제 2 리저버 사이를 연장하며 상기 제 1 유체 리저버 내의 상기 소정의 레벨 위에 입구을 갖는 도관을 포함할 수 있다.

하나의 실시예에 있어서, 상기 장치는 상기 제 2 유체 리저버로 유체를 공급하는 수단, 및 상기 제 2 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 제 2 유체 리저버로 유체가 공급되는 것을 제어하는 유체 공급 제어 수단을 포함한다. 이것에 의해, 상기 제 2 리저버는 오버플로우되지 않을 수 있다.

본 발명의 제 8 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단; 상기 제 2 유체 리저버로 유체를 공급하는 수단; 및 상기 제 2 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 제 2 유체 리저버로 유체가 공급되는 것을 제어하는 유체 공급 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

상기 유체 공급 제어 수단은 상기 제 2 유체 리저버 내에 배치되는 유체 레벨 센서를 포함할 수 있고, 상기 유체 레벨 센서로부터의 출력에 따라 상기 제 2 유체 리저버로 유체가 공급되는 것을 제어하기에 적합할 수 있다.

한 배치에 있어서, 상기 장치는 상기 제 2 유체 리저버와 연통하는 제 3 유체 리저버, 및 상기 제 2 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 제 3 리저버로부터 상기 제 2 리저버로 유체를 운반하는 수단을 포함한다.

본 발명의 제 9 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하는 수단; 상기 제 2 유체 리저버와 연통하는 제 3 유체 리저버; 및 상기 제 2 유체 리저버 내의 유체 레벨에 따라 상기 제 3 리저버로부터 상기 제 2 리저버로 유체를 운반하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

상기 장치는 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로 유체를 운반하는 수단을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 10 양태는, 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로서, 상기 적어도 하나의 챔버 위에 배치되는 제 1 유체 리저버 및 상기 챔버의 아래에 배치되는 제 2 유체 리저버와 연통하는 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버; 및 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 제 1 유체 리저버로 유체를 운반하고, 상기 제 2 유체 리저버로부터 상기 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로 유체를 운반하는 펌프 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치를 제공한다.

바람직한 배치에 있어서, 상기 장치는 유체의 운반을 상기 제 1 유체 리저버에서 상기 적어도 하나의 액체방울 유체 챔버로 전환하는 수단을 포함한다.

상기 각 챔버는 그 각각의 일단에서 상기 제 1 유체 리저버 및 상기 제 2 유체 리저버에 각각 연결되고, 상기 각 일단의 중간 지점에서 액체방울 분사용 노즐에 연결되는 채널을 포함할 수 있다.

유체 흐름이 상기 채널을 우회하도록 상기 채널의 각 일단 사이를 연결하는 수단이 있을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 2 리저버는 그 높이에 비해 큰 풋프린트(footprint; 표면) 면적을 갖기 때문에, 그것은 상기 리저버 내의 수두(액체 깊이)의 단지 작은 변동과 함께 유체 체적의 큰 변동을 수용할 수 있다. 이것에 의해 챔버 내의 음압의 변동을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 그 예에 의해 설명될 것이다.

도 2는 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 양태에 따른 프린트헤드(10)의 제 1 실시예를 도시한다. 도시된 예는 2 열의 노즐(20,30)을 갖는 "페이지와이드" 장치 이며, 2 열의 노즐은 종이의 폭을 피게 하고(화살표(100)에 의해 지시되는 방향으로), 한번의 통과로 잉크를 페이지의 전체 폭에 걸쳐 침착시킨다. 노즐로부터의 잉크의 분사는, 유럽 특허 공개공보 제 0 277 703호 및 제 0 278 590호 및 보다 상세하게는 본문에 참조로서 결합된 영국 출원 번호 제 9710530호 및 제 9721555호에 의해 공지된 바와 같이, 노즐에 연통하는 유체 챔버와 관련되는 액추에이션 수단으로 전기 신호를 인가함으로써 이루어진다. 제조를 단순화하고 일률을 증가시키기 위하여, "페이지와이드" 노즐의 열은 여러개의 모듈로 이루어질 수 있고, 상기 모듈 중 하나는 도면 부호 40으로 도시되며, 각 모듈은 관련된 유체 챔버 및 액추에이션 수단을 갖고, 예를 들면, 휘기 쉬운 회로(60)에 의해 관련된 구동 회로(집적 회로("칩"); 50)에 접속된다. 프린트헤드로 또는 프린트헤드로부터의 잉크의 공급은 단부캡(90) 내의 각 보어(미도시)을 통한다.

도 3은 도 2의 프린트헤드의 배면 사시도이며, 프린트헤드의 폭을 연장하는 잉크 흐름 유로(passage;210,220,230)를 결합한 프린트헤드의 지지 구조물(200)을 나타내기 위하여 단부캡(90)을 제거한 사시도이다. 단부캡(90; 도 2 및 도 3에서 생략됨) 중 하나에 형성된 보어를 통하여, 도 3의 도면 부호 215에 도시된 바와 같이, 잉크가 프린트헤드 및 잉크 공급 유로(220)로 유입된다. 도 4는 노즐 열의 연장 방향에 수직하게 취한 프린트헤드의 단면도이며, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크가 유로를 따라 흐르면서 각 잉크 챔버로 흐른다. 유로(220)로부터, 잉크가 구조물(200; 음영을 넣어 표시)에 형성된 구멍(320)을 통하여 잉크 챔버의 제 1 및 제 2 수평 열(도면 부호 300 및 310으로 각각 지시됨)로 흐른다. 잉크가 잉크 챔버의 제 1 및 제 2 열 통하여 흐른 다음, 도면 부호 235에 도시된 바와 같이, 구멍(330, 340)을 통하여 유출되어 각 제 1 및 제 2 잉크 출구 유로(210, 230)을 따라 흐르는 잉크에 혼합된다. 이러한 혼합은 단부캡에 형성된 공통 잉크 출구(미도시)에서 혼합되고, 공통 잉크 출구은 입구 보어가 형성된 단부캡에 대하여 프린트헤드의 동일 단부 또는 대향 단부에 배치될 수 있다.

챔버의 각 열(300,310)은 각 구동 회로(360,370)에 결합된다. 구동 회로는, 도관으로서 작용하며, 회로가 작동되는 동안 회로에 의해 발생된 열의 실질적인 양이 도관을 통하여 잉크에 전달되도록, 잉크 흐름 유로를 형성하는 구조물(200)의 일부와의 실질적인 열 접촉부에 장착된다. 이 때문에, 구조물(200)은 양호한 열 전도 특성을 갖는 물질로 구성된다. 이러한 물질 중에서, 압출 가공에 의해 용이하고도 저렴하게 형성될 수 있다는 점에서 알루미늄이 특히 바람직하다. 그 다음, 회로 (360,370)는 구조물, 회로와 구조물 사이에서 열 전도에 대한 저항을 감소시키기 위하여 선택적으로 채용되는 상기 구조물, 열 전도 패드 또는 접착제와의 열 접촉부에 놓이도록 구조물(200)의 외측 표면에 배치된다.

잉크를 순환시킴으로써 챔버의 효과적인 클리닝을 확보하기 위하여, 특히 잉크 내의 이물질, 예를 들면, 분진이 노즐에 끼이기보다는 통과하는 경향을 확보하기 위하여, 챔버를 통한 잉크 흐름율이, 예를 들면, 채널로부터의 최대 잉크 분사율의 10배 정도로 커야만 한다. 이것은 잉크를 챔버로 공급하거나 챔버로부터 공급받는 매니폴드 내의 대응하는 고 흐름율이 필요하다. 본 발명에 따르면, 입구 및/또는 출구 매니폴드는, 잉크 흐름의 이러한 높은 비율에서도 점성 효과에 기인한 챔버의 길이 방향을 따른 임의의 압력 손실이 크지 않도록 충분한 단면적을 갖는다.

위에서 설명한 바와 같이, 하나 또는 둘 모두의 매니폴드 내의 큰 압력 손실은 배열체 내의 다른 챔버 사이의 노즐에서 정압의 현저한 차이를 초래할 수 있다. 또한, 이것은 챔버들 사이의 잉크 메니스커스의 정지점에 있어서 차이를 초래할 수 있고, 또한, 채널들 사이의 체적 및 속도 변동의 감소를 초래할 수 있다. 공지된 바와 같이, 이러한 변동은, 큰 변동이 배열체 내의 연속하는 챔버들 사이에 존재하는지 또는 단지 배열체의 양끝의 챔버들 사이에서 존재하는지에 따라, 특히 인쇄되는 화상에 따라 눈에 띄는 인쇄 결함을 초래할 수 있다. 본 발명에 있어서, 매니폴드의 특성은 이러한 결점을 피하도록 선택된다.

예를 들면, 도 2 내지 도 4에 도시된 종류의 프린트헤드는 전형적으로 6kHz 부근의 전형적인 최대 분사 주파수에서, 초당 300 피코리터의 각 챔버의 노즐을 통한 최대 흐름율에 대응하는 50pl 드롭을 산출한다. 인치당 360 도트의 표준 해상도에서 페이지와이드 인쇄 폭(전형적으로 12.6″)을 제공하기 위해 필요한 4604배의 노즐은 대략 분당 83ml의 프린트헤드의 노즐로부터의 최대 분사율을 초래한다.

본 예의 특정 프린트헤드의 챔버 및 노즐의 다른 세부 사항은 모듈(40)의 유체 챔버를 따라 취한 단면도인 도 5에 도시된다. 유체 챔버는, 전극에 연이어서 피복되는 압전 채널 월을 형성함으로써, 예를 들면, 유럽 특허 제 A-0 227 703호에 의해 공지된 바와 같이, 채널 월 액추에이터를 형성하도록, 기계 가공되거나 그렇지 않으면 압전체의 기부 구성요소(860)에 형성되는 채널(11)의 형태를 갖는다. 각 채널의 절반은 유체 매니폴드(210,220,230)와 각각 연통하는 포트(630,640,650)가 형성되는 커버 구성요소(620)의 각 섹션(820,830)에 의해 길이 방향(600,610)을 따라 닫혀진다. 도면 부호 810에 형성된 전극 내의 브레이크에 의해, 채널의 한쪽 절반 내의 채널 월은 전기적 입력(휘기 쉬운 회로(60))을 통하여 인가되는 전기 신호에 의해 독립적으로 작동된다. 각 채널의 절반으로부터의 잉크 분사는, 채널이 형성되는 면에 대하여 압전 기부 구성요소의 반대면과 채널을 연통시키는 개구부 (840,850)를 통한다. 잉크 분사용 노즐(870,880)은 압전 구성요소에 부착되는 노즐 판(890)에 연이어서 형성된다. 즉 노즐과 일체로 결합된 압전 기부 구성요소의 개구부는 본 실시예에서 액체 방울 분사용 오리피스를 제공한다.

신뢰성의 고려 사항은, 잉크가 프린트헤드를 통하여 순환되는 비율이 분사율보다 실질적으로 클-10배까지 큰- 필요가 있음을 요구한다: 앞서 언급된 바와 같이, 이러한 수치는 주 잉크 흐름에 대한 잉크 내의 이물질을 제한하여 노즐 봉쇄 (blockage)의 가능성을 감소시키는데 도움이 된다. 그 결과, 본 예의 프린트헤드를 통한 전체 흐름율은 분당 830ml 정도이다. 물론, 노즐로부터의 분사(인쇄되는 화상에 따라 변동될 수 있는)는 프린트헤드로 유입되는 잉크의 양에 비하여 프린트헤드로부터 유출되는 잉크의 양이 변동하는 것을 감소시킬 수 있다: 그러나, 이미 알 수 있는 바와 같이, 이러한 차이는 전체 잉크 순환율에 비교하여 작은 것이기 때문에, 각 챔버를 통한 흐름율이 실질적으로 일정하다고 말할 수 있다.

*유체를 제공받도록 유지하는 채널의 수가 감소됨에 따라, 입구 매니폴드를 따른 유체 흐름율은 배열체를 따른(단부캡(90) 중 하나에 형성된 입구 보어로부터 떨어진) 거리만큼 감소된다. 유사하게, 잉크를 채널의 매니폴드로 유출시키는 채널의 수가 증가함에 따라, 출구 매니폴드 내의 유체 흐름율은 배열체를 따른 거리만큼 증가된다.

배열체 내의 다른 채널에 의해 인쇄된 화질의 큰 변동을 초래하지 않고 입구 및 출구 매니폴드 모두의 최대 흐름율을 조절하기 위하여, 본 예의 입구 및 출구 매니폴드는 각각 1.6×10^-4㎡ 및 1.2×10^-4㎡의 단면적을 갖는다. 이것은 전형적으로 입구 매니폴드의 길이 전체에 걸쳐 136Pa 정도의 전체 압력 강하(drop)를 제공한다 (매니폴드의 표면 조도는 거의 영향이 없고, 흐름은 층류(laminar)임). 각 출구 매니폴드의 길이의 전체에 걸친 대응하는 압력 강하는 전형적으로 161Pa 정도이다.

위에서 나타낸 바와 같이, 최대 흐름율-따라서 최대 압력 강하-은 입구 및 출구 매니폴드의 입구 및 출구 연결부에서 각각 발생된다. 또한, 본 예에 있어서, 이러한 위치에서의 압력 강하는 연속한 채널 사이의 화질의 차이가 크게 되는 레벨을 초과하지 않는다.

도 2 내지 도 4의 구성의 잇점이 되는 다른 특징은, 기재 진행 방향(액체방울 분사 방향 및 채널 배열체 방향 모두에 수직한)으로 프린트헤드를 넓히지 않고도, 위에서 설명된 충분한 흐름 영역을 얻을 수 있는 매니폴드의 실질적인 사각 단면이다.

도 6은 노즐 열의 연장 방향에 수직하게 취한 제 2 실시예에 따른 액체방울 침착 장치의 단면도이다. 도 4에 도시된 제 1 실시예와 유사하게, 프린트헤드의 지지 구조물(900)은 프린트헤드의 폭을 연장하는 잉크 흐름 유로(910,920)를 결합한다. 잉크가, 도 6의 도면 부호 915에 도시된 바와 같이, 프린트헤드 및 잉크 공급 유로 (920)로 유입된다. 잉크는 유로를 따라 흐르면서, 구조물(900)에 형성된 구멍(930)을 통하여 각 잉크 챔버(925)로 흐른다. 잉크가 잉크 챔버를 통하여 흐른 다음, 구멍(940,950)을 통하여 유출되어, 도면 부호 935로 지시되는 바와 같이, 잉크 출구 유로(910)를 따른 잉크 흐름에 혼합된다.

평판 알루미나 기재(960)는 알루미나 삽입층(970)을 통하여 구조물(900)에 장착된다. 삽입층(970)은 바람직하게는 실질적으로 100㎛ 두께의 열 전도 접착제를 사용하여 구조물(900)에 접합되고, 또한, 기재(960)는 열 전도 접착제를 사용하여 삽입층(970)에 접합된다.

구동 회로의 칩(980)은 저밀도의 휘기 쉬운 회로 기판(985) 위에 실장된다. 프린트헤드의 제조를 용이하게 하고 비용을 줄이기 위하여, 칩(980)을 갖는 회로 기판의 일부는 알루미나 기재(960)의 표면에 직접 장착된다. 구동 회로의 과열을 방지하기 위하여, 저항(990)과 같은 구동 회로의 다른 열 발생 구성요소는, 이러한 구성요소(990)가 작동하는 동안 이에 의해 발생되는 실질적인 열의 양이 도관 구조물을 통하여 잉크로 전달되도록, 도관으로서 작용하는 구조물(900)의 일부와의 실질적인 열 접촉부에 장착된다.

알루미나 기재 및 삽입층에 부가하여, 알루미나 판(995)은, 그 위치에서 알루미늄 구조물(900)의 팽창을 제한하기 위하여, 구조물(900)의 하부측에 장착됨으 로써, 열 팽창에 의한 구조물의 바우(bowing)를 실질적으로 방지한다.

도 7은 도시된 바와 같이, 액체방울 유체 챔버의 선형 배열체가 수평 방향에 대해 영이 아닌(non-zero) 각으로(즉, 도면에서 화살표 X에 의해 지시되는 중력 방향에 대해 비-직각으로) 배치된 프린트헤드에 적용되는 본 발명의 다른 양태를 개략적으로 도시한다. 명료함을 위하여, 단지 챔버의 단일 선형 배열체가 화살표 1000에 의해 묘사된다. 그러나, 다음의 분석은 도 2 내지 도 5에 도시된 종류의 단일 입구 매니폴드(1010) 및 두개의 출구 매니폴드(1020)의 배열체에 기초한다. 매니폴드 (1010,1020)는 연결부(1030,1040)에서 잉크를 각각 공급받고 유출한다.

실시예에 도시된 바와 같이, 테이퍼 형상을 갖는 삽입물은, 배열체의 상단에서 입구 매니폴드로 유입되는 잉크가 매니폴드 단면의 단지 블록 부분의 테이퍼 삽입물을 정제하도록, 도면 부호 1050 및 1060에 지시된 바와 같이 입구 및 출구 매니폴드에 배치된다. 잉크가 매니폴드 아래로 통과되면서, 그 일부는, 배열체의 바닥에 이를 때 매니폴드 내부에 잉크의 흐름이 없고, 테이퍼 삽입물이 흐름에 대해 단면을 갖지 않도록, 채널(1000)을 통하여 출구 매니폴드(1020)로 흐른다. 출구 매니폴드에 이른 잉크는 다른 테이퍼 삽입물에 의해 바닥으로 증가된 단면을 통하여 또한 아래로 흐른다. 배열체의 바닥에 의해, 모든 잉크(인쇄하기 위하여 분사된 것을 제외한)는 삽입물에 의해 허용된 넓은 공간에서 흐른다.

각 매니폴드에 있어서, 배열체 아래로의 길이 당 점성 압력 강하는 각 위치에서 흐름에 대해 유용한 단면적이 그 흐름에 적합하도록 배치됨으로써 압력에서의 중력 증가를 상쇄시킨다. 챔버의 배열체의 길이를 L로 하고 노즐 열 당 노즐 해상 도를 r로 하면, 도 2 내지 도 5에 도시된 종류의 2 열 프린트헤드 내에서 노즐의 총수는 2rL이고 프린트헤드에 대한 전체 잉크 분사율은 2rLVf이며, 여기서, V 및 f는 각각 액체방울 분사의 체적 및 최대 주파수이다. 한편, 프린트헤드를 통한 전체 흐름율은 위에서 설명된 바와 같이 클리닝 고려에 의한 분사율보다 n-전형적으로 10-배 큰 인자가 필요하다.

도 7의 실시예에 따른 테이퍼 삽입물에 의해, 입구 매니폴드 내의 흐름율이 식 2rVfnx(여기서, x는 배열체의 바닥으로부터의 거리)에 따라 감소되고, 각 출구 매니폴드 내의 흐름율은 식 rVfn(L-x)에 따라 증가된다. 또한, 일반적으로 사각 단면의 매니폴드의 결합에 있어서, 그것은, 큰 디멘션(dimension) d(도 7의 평면에 수직한) 및 입구 매니폴드에 대한 작은 디멘션(W-T(x)) 및 출구 매니폴드에 대한 (w-t(x))을 취하여, 사각형인 배열체를 따른 각 위치에서 잉크 흐름에 대해 이용 가능한 단면을 일반적으로 제공한다. 따라서, 각 매니폴드 내의 흐름 속도 v는 입구 매니폴드에 대해서는 2rVfnx/(W-T(x))로, 출구 매니폴드에 대해서는 rVfn(L-x)/(w-t(x))로 배열체를 따라 변동된다.

테이퍼 비-순환 채널을 따른 흐름에 관련된 압력 강하는 흐름 속도 v 및 잉크 밀도 ρ에 의해 일반식 Kρv²/2에 따라 결정된다. K는, 층류 마찰 계수 f=64/(레이놀즈 수), 및 사각 단면의 경우, 실질적으로 2배의 작은 디멘션, 즉 입구 매니폴드에 대해서는 2(W-T(x)) 및 출구 매니폴드에 대해서는 2(w-t(x))와 동일한 수중 직경 D를 취하여, 파이프의 미소 길이 dx에 대한 저항 계수 f(dx)/D이다.

본 발명의 본 양태에 따르면, 미소 길이 dx에 걸친 점성 압력 강하는 미소 길이에 걸친 중력에 기인하고 ρg(dx)와 동일한 정수두(static head)의 증가에 정확하게 상쇄한다: g는 중력 가속도. 이러한 상쇄를 위에서 주어진 점성 손실에 대한 식에 적용함으로써, 이러한 상쇄를 이루는데 필요한 매니폴드 디멘션의 변동에 대한 식이 산출된다. 즉:

입구 매니폴드에 대하여,

(W-T)³ = 16nrfVxμ/ρgd

각 출구 매니폴드에 대하여,

(w-t)³ = 8nrfV(L-x)μ/ρgd

또한, 입구 매니폴드 내의 삽입물은 x^1/3으로 변동하는 잉크용 유로의 폭을 유지시키도록 하는 방법으로 테이퍼되야만 하는 한편, 출구 매니폴드 내의 삽입물은 배열체의 대향 단부를 제외한 유사한 방법으로 테이퍼되야만 한다는 것이 요구된다. 엄밀하게는, 이러한 변동은, 예를 들면, 일련의 심에 의해 얻어지는 대략의 변동이 허용될 수 있다고 판명된 경우, 특히, 삽입물이 기계 가공되는 경우 실제로 실현하기 곤란할 수 있다.

도 2 내지 도 4에 도시되고 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 양태에 대하여 논의된 종류의 프린트헤드에 대한 전형적인 치수는 입구 매니폴드(1010)의 입구(잉크공급에 대한 연결부(1030))단에서 (W-T) = 1.46mm이고, 유사하게, 각 출구 매니폴드(1020)의 출구(잉크 유출에 대한 연결부(1040))단에서 (w-t)=1.16mm이다. 이러한 치수는 40mm의 매니폴드 깊이 d, 900kg/㎥의 잉크 밀도 ρ, 0.01Pa.s의 잉크 점성 μ로 가정된 것이다. 또한, 이러한 치수는 잉크 분사에 기인한 두 매니폴드 사이의 흐름의 차이를 무시하여 채널을 통한 흐름이 실질적으로 일정하다는 것을 고려하였다.

위의 발명은, 매니폴드의 적당한 채용에 의해, 균일한 분사 특성을 수평 방향에 대하여 임의의 각도로 배치된 프리트헤드의 배열체에 걸쳐 얻을 수 있다. 본 발명 또는 채용되지 않은 다른 수단에 따른 배열체에 걸친 정압의 큰 변동에 대한 잠재성이 이러한 프린트헤드에서는 특히 크기만, 이것은 "페이지와이드" 설계에 제한되지 않는다.

흐름 저항의 변동이 흐름 영역의 변동에 의해 상기 예에서 실현되었지만, 이것만이 이용 가능한 매커니즘은 아니라는 것을 알 수 있다. 위에서 언급된 다른 파리미터, 특히 저항 계수 K는, 매니폴드의 변동 가능한 거치른 코팅에 의해, 예를 들면, 매니폴드 내의 배플(baffle)에 의해 변동될 수 있다. 또한, 상기 개념이 단일 배열체에 한번이상 채용될 수 있다 - 예를 들면, 세계 특허 제 97/04963호에 의해 공지된 바와 같이, 채널이 두 그룹으로 분할될 수 있고 그 각각은 자체 잉크 순환 시스템을 갖는다. 또한, 본 발명은 잉크 순환에 채용된 시스템에 제한되지 않는다 - 또한, 잉크의 실질적으로 일정한 흐름은 실질적으로 모든 잉크 챔버가 실질적으로 모든 시간에 잉크를 분사하고 있는 상황에 의한 결과이다.

도 8을 참조하면, 위에서 설명되고 본 발명의 복수의 양태에 결합되는 종류의 관통-흐름(through-flow) 프린트헤드(2010)와 함께 사용하기에 적합한 잉크 공 급 시스템(2000)의 개략적 방식을 도시한다. 프린트헤드(2010)가 수평으로 놓인 채널 배열체 및 도면 부호 2020에 지시된 바와 같은 하향 분사에 대하여 조작되는 노즐과 함께 도시되지만, 상기 시스템은 위에서 설명한 바와 같은 비-수평 배열체에 동일하게 적용가능 하다는 것을 알 수 있다.

잉크가 상부 리저버(2040)로부터 프린트헤드의 입구 매니폴드(2030)의 중앙으로 유입되고, 상부 리저버(2040)는 공기 필터(2041)를 통하여 대기에 개방되며 펌프(2060)에 의해 하부 리저버(2050)로부터 잉크를 자체적으로 공급받는다. 본 발명의 양태에 따르면, 펌프(2060)는 상부 리저버 내의 센서(2070)에 의해, 그 내부의 유체 레벨(2080)이 노즐의 평면 P 위에서 일정 높이 Hu를 유지하는 방법으로 제어된다. 수축 밸브(2090)가 과도한 흐름율을 방지하여, 펌프의 주기는 자유 수면 (2080)에 의해 형성되는 압력을 방해하지 않는다. 필터(2095)는 잉크 공급시 전형적으로 저장 탱크를 통하여 유입되는 이물질을 여과시킨다. 위에서 설명된 종류의 프린트헤드 및 50pl 정도 체적의 액체방울 분사는 일반적으로, 8㎛ 크기의 미립자를 여과시키는 필터가 요구되고, 또한, 미립자가 전형적으로 25㎛ 정도의 최소(출구) 직경을 갖는 프린트헤드 노즐을 막지 않도록 필터가 요구된다. 예를 들면, 소위 "멀티펄스" 인쇄라 일컫는 인쇄에 사용하기 위한 작은 드롭은 그에 대응하여 작은 노즐(전형적으로 20㎛ 직경) 및 큰 여과 작용이 요구된다.

하부 리저버(2050)에서, 유체 레벨(3000)은 잉크 저장 탱크(미도시)에 연결되는 펌프(3030)을 제어하는 센서(3010)에 의해 노즐 평면 P 아래의 일정 높이 HL로 유지된다. 필터(3020) 및 수축 펌프(3040)는 상부 리저버에서와 같은 동일 목적 을 제공한다. 하부 리저버(2050)는 프린터헤드의 출구 매니폴드(2035)에 연결된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상부 리저버에 의해 프린트헤드 입구 매니폴드로 인가된 정의 압력(positive pressure)과 함께, 하부 리저버에 의해 프린트헤드 출구 매니폴드로 인가되는 부압에 의해, 배열체의 유체 챔버를 통하여 흐름을 발생시켜, 노즐에서의 부적합한 압력 없이도 먼지의 축적을 방지한다. 예에 나타난 바와 같이, 위에서 설명한 디멘션, Hu에 대하여 280mm 정도 및 HL에 대하여 320mm 정도의 값을 갖는 프린트헤드를 이용함으로써, 노즐에 -200Pa 정도의 압력이 가해지는 것을 알 수 있다. 이런 종류의 약간의 부압에 의해, 이러한 헤드가 작동되는 동안(예를 들면, 잉크 공급 튜브의 움직임, 종이 공급 메카니즘 및 잉크 공급 펌프 등으로부터의 진동에 의해) 전형적으로 발생되는 약간의 정의 압력 펄스가 인가되는 경우에도 잉크 메니스커스가 붕괴되지 않는 것이 확보된다. 상기 리저버들 내의 자유 수면 레벨을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 다양한 공급 펌프를 제어하는 수단이 이러한 작동에 기여한다.

본 발명의 양태에 따르면, 밸브(3050,3060)가 프린트헤드와의 잉크 공급선에 배치된다. 상기 밸브가 펌프(2060,3030)와 센서(2070,3010)와 함께 프린트헤드 제어기에 전기적으로 접속되어, 그것들은 프린트헤드가 작동되는 동안 개방 상태로 유지되지만, 상부 리저버로부터 하부 리저버로 잉크가 재유입되는 것을 방지하도록 프린트헤드가 폐쇄되는 경우에는 닫혀진다. 그 결과, 프린트헤드가 다음에 스위치-온되는 경우, 인쇄가 신속히 재개될 수 있다. 또한, 비-반환(non-return) 밸브 (3070)가 용적(positive displacement)형이 아닌 펌프(260)에 대한 공급선에 설치 될 수 있다.

도 9a는 도 8과는 다른 잉크 공급 설비를 도시한다. 제어 회로는 펌프(2060)를 지속적으로 작동시킴으로써 단순화되고, 리저버 내의 유체 레벨이 출구의 레벨(4000)을 초과하는 경우 잉크가 하부 리저버로 역류된다. 밀폐된 잉크 저장 탱크 (4010)가 하부 리저버(2050) 위에 장착되어 공급 파이프(4020)에 의해 상기 하부 리저버에 연결된다. 다른 파이프(4030)는 저장 탱크 내 잉크 위의 공기층과 연통하는 일단 및 하부 리저버 내 소정의 잉크 레벨 A의 높이에 위치되는 타단을 갖기 때문에, 하부 리저버 내 실제 잉크 레벨(3000)이 소정의 레벨 A의 아래로 하강되는 경우, 파이프(4030)의 일단이 노출되어, 공기가 공기층(4040)으로 흐르고 또한, 많은 잉크가 튜브(4020)를 통하여 탱크로부터 하부 리저버(2050)로 흐름으로써, 잉크 레벨을 그 소정의 값으로 회복시킨다. 도 8의 설비와 마찬가지로, 통상적으로 닫혀진 밸브 및 비-반환 밸브는 비-사용 기간 후 인쇄의 빠른 시동을 확보하기 위하여 채용될 수 있다.

도 9a의 시스템의 변형된 단순한 예가 도 9b에 도시된다. 단일의 큰 직경을 갖는 튜브(4012)가 밀봉 용기(4010)와 하부 리저버(2050) 사이를 연장한다. 이러한 튜브는 수평 성분이 없도록 배치되고, 하부 리저버(2050) 내의 유체와 접촉되는 그 하단(4014; 바람직하게는 임의의 각으로 절단된)을 갖는다. 하부 리저버 내의 잉크 레벨은 이러한 단부에 의해 결정된다. 최초에, 잉크가, 공간(4040) 내에 진공이 형성될 때까지 밀봉 용기(4010) 밖으로 유출된다. 하부 용기로부터의 잉크 감소에 의해 튜브의 단부(4014)가 노출되고, 공기가 밀봉 용기로 흘러 올라가서 진공도를 감 소시킨다. 다음 잉크는, 진공도가 잉크의 수두를 충분히 유지시키는 이전 레벨로 증가될 때가지 밀봉 용기로부터 흘러 내려간다.

도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 설비에 있어서, 프린트헤드의 입구 매니폴드가 상부 리저버(2040)에 의해 잉크를 공급받는다. 그러나, 프린트헤드에 잉크를 최초 충전하는 것은 상부 리저버로부터 잉크를 공급하는 것에 의해서는 용이하게 이루어지지 않는다. 먼저, 프린트헤드 내의 공기가 아래로 유출되어야만 한다. 두번째로, 공기가 프린트헤드 내에서 여과될 수 있어, 이것에 의해 하부 리저버 내에 "사이펀(syphon)" 효과가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

정의 유체 압력 및 부의 유체 압력의 발생에 의해, 모든 공기가 잉크 시스템으로부터 유출되고, 시스템이 비워질 경우, 큰 부피의 공기가 프린트헤드, 그 매니폴드 및 연결 튜브로부터 밖으로 나타나야만 하는 것이 중요하다. 이에 대하여 두가지 방법이 전개되어 왔다: 이 두 방법이 도 10에 도시된다. 이들은 함께 또는 선택적으로 사용될 수 있다.

도 10은 하부 리저버를 사용하여 프린트헤드를 충전하는 적합한 구조의 예를 도시한다. 이 예에 있어서, 프린트헤드(2010)는, 도 6을 참조하여 설명된 예에서와 같이, 단일 입구 매니폴드(2030) 및 단일 출구 매니폴드(2035)를 가는 것으로 도시된다. 이러한 매니폴드는 측관 밸브(5012; bypass valve)를 포함하는 측관(5010)에 의해 연결되고, 그 목적을 아래에 설명한다.

정상으로 인쇄 작동하는 동안, 잉크는 대기에 개방된 상부 리저버(2040)로부터 공기 필터(2041)를 통하여 프린트헤드의 입구 매니폴드(2030)로 유입된다. 밸브 (5012)가 정상 인쇄 작동시 닫혀지기 때문에, 잉크는 입구 매니폴드로부터 프린트헤드 내의 액체방울 분사 채널로 흐른 다음 출구 매니폴드로 흘러, 하부 리저버로 운반된다. 상부 리저버가 펌프(2060)에 의해 하부 리저버(2050)로부터 잉크를 공급받는다. 도 9를 참조하여 설명된 시스템에서와 같이, 펌프(2060)는, 상부 리저버 내의 유체 레벨이 출구 레벨(4000)을 초과하는 경우, 잉크가 하부 리저버로 되돌아 흐르도록 지속적으로 작동된다. 필터(2095)는 필터(2041)와 동일한 목적으로 제공된 필터(3020)와 함께 잉크 공급시, 예를 들면, 잉크를 잉크 저장 탱크(미도시)로부터 펌프(3030)에 의하여 하부 리저버로 공급하는 동안 유입될 수 있는 임의의 이물질을 여과시킨다.

잉크가 필터(2095)로부터 전환 밸브(5000; diverter valve)로 흐른다. 전환 밸브(5000)는 두 위치 중 하나를 선택할 수 있다. 정상 인쇄 작동시, 전환 밸브 (5000)는 도 10a에 도시된 바와 같이 제 1 위치(5002)로 선택되어, 앞서 설명된 바와 같이 잉크가 상부 리저버(2040)로 공급된다.

프린터헤드가 최초로 충전되는 동안, 밸브(3050; 시스템의 가장 아래 지점에 위치되는)는 닫혀지고 전환 밸브(5000)가 도 10b에 도시된 바와 같이 제 2 위치로 선택된다. 이것에 의해, 프린터헤드가 하부 리저버로부터 펌핑되는 잉크로 바닥부터 채워진다. 충전하는 동안, 측관 밸브(5012)가 개방될 수 있다. 이러한 밸브가 개방되는 경우, 연결 파이프의 대향단에 위치되는 프린트헤드의 입구 매니폴드와 출구 매니폴드를 연결시킴으로써, 유체 및 공기가 프린트헤드 채널로 흐를 필요 없이 하나에서 다른 하나로 흐른다. 이것은 매우 작은 임피던스 패스이고, 높은 유체 속도를 허용하며, 따라서, 잉크가 채널을 통과하지 않는 경우 공기의 흐름을 허용한다.

도 8을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 밸브(3050,3060)는 프린트헤드와의 잉크 공급선에 배치된다. 이러한 밸브는 인쇄 작동하는 동안 개방되고, 충전하는 동안 밸브(3050)는, 잉크가 프린트헤드로부터 하부 리저버로 유출되는 것을 방지하기 위하여 닫혀진다. 밸브(3050,3060)는, 공기 방울이 밸브의 입구에서 멈추는 것을 방지하기 위하여 연결 파이브의 보어와 적어도 동일한 클리어 보어를 갖는다. 또한, 비-반환 밸브가 전환 밸브(5000)로부터 프린트헤드로의 공급선 및 용적형이 아닌 펌프(2060)에 대한 공급선에 설치될 수 있다.

측관 밸브(5012)는, 하부 리저버(2040)로부터 프린트헤드를 효과적으로 충전하기 위하여 선택적으로 사용될 수 있다. 이러한 경로에 의해 프린트헤드를 충전하는 작동 순서는 다음과 같다:

펌프(2060) 작동 및 하부 리저버 완충(full)에 의해, 하부 밸브(3050)가 닫혀지고, 측관 밸브(5012) 및 상부 밸브(3060)가 개방된다. 유체가 프린트헤드로 흘러 공기가 하부 연결 파이프에 채워진다. 이것이 발생되는 경우, 하부 밸브(3050)가 개방되어, 공기가 잉크의 높은 흐름율에 의해 아래로 제거(유출)된다. 모든 공기가 제거된 경우, 측관 밸브는 닫혀지고 프린트헤드가 작동 준비된다.

마무리-충전(bottom-filling) 또는 제거 방법에서 측관 밸브 사용의 이점은, 노즐에 최소한의 넷(net) 정의 압력이 존재하기 때문에, 충전 과정동안 프린트헤드가 노즐로부터 잉크를 새지 않게 하는 것이다.

다른 이점은, 측관 밸브(5012)가 순간적으로 개방됨으로써 작은 양의 공기가 시스템으로부터 용이하게 제거될 수 있는 것이다.

다른 이점은, 측관 밸브(5012)를 개방함으로써 프린트헤드가 연결된 후 시스템에 의해 찌꺼기가 제거되고 유출될 수 있어, 찌꺼기를 실은 유체가 프린트헤드로 흘러 그것을 막을 가능성이 없는 것이다.

다른 정제는, 프린트헤드에 대한 공급 파이프에 연결되며 파이프에 걸친 허용 가능한 압력 강하와 밀접하게 연관된 가장 작은 실용적인 내부 보어를 갖는 측관 밸브(5012)의 사용이다. 작은 보어는 고속을 초래하며, 공기 방울을 아래 방향으로 운반하여 시스템 밖으로 운반함에 있어서, 방울이 고일 수 있는 큰 보어 보다 더 효율적이다.

상기 시스템이 전환 밸브(5000) 또는 측관 밸브(5012), 또는 둘 모두를 채용할 수 있음은 상기한 바로부터 이해될 것이다.

잉크 공급 시스템 내의 잉크 온도는, 예를 들면, 주위 온도의 변동 및 프린트헤드의 작동 조건(짙은 인쇄 및 옅은 인쇄(light and dark print))에 기인한 많은 이유 때문에 변동될 수 있다. 잉크 온도의 변동에 따라 잉크의 점성이 변화될 수 있다. 이것에 의해 프린트헤드로부터 잉크 액체방울에 침착되는 잉크의 양이 변화될 수 있기 때문에, 원하지 않는 변동, 예를 들면, 프린트헤드에 의해 침착되는 액체방울의 크기의 변동을 초래할 수 있다. 따라서, 프린트헤드로부터 침착되는 잉크의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.

도 11은 잉크 공급 시스템의 온도를 조절하기 위한 설비를 도시한다. 도 11 에 도시된 시스템은 도 10을 참조하여 설명된 시스템과 유사하게, 단지 목적을 확실히 하기 위하여 생략된 전환 밸브(5000), 측관(5010) 및 측관 밸브(5012)를 갖는다.

상기 시스템은 상부 리저버(2040) 내의 잉크를 가열하기 위한 가열기(6000)을 포함한다. 가열기(6000)는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있고, 예를 들면, 가열기(6000)가 상부 리저버(2040)를 둘러쌓을 수 있다. 가열기(6000)의 출력은, 잉크를 상부 리저버로부터 프린트헤드로 운반하는 도관 내에 배치되는 온도 센서 (6020)에 의해 상부 리저버(2040)로부터 출력되는 잉크의 온도의 표시를 수신하는 제어기(미도시)에 의해 제어된다.

예를 들면, 주위 온도가 15℃에서 30℃로 변동하고 프린트헤드가 40℃의 최적 온도에서 작동되는 경우, 가열기는 잉크를 25℃까지 가열할 수 있어야 한다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 프린트헤드가 작동하는 동안, 프린트헤드를 통과하는 유체는 프린트헤드의 구동 회로에 의해서도 가열된다. 이것에 의해, 잉크가 프린트헤드를 통하여 흐르는 동안, 10℃까지 가열될 수 있다. 이것에 의해, 하부 리저버로부터 상부 리저버로 통과된 열이 상기 최적 온도보다 높은 상황을 초래할 수 있다. 따라서, 제어 가능한 냉각 열 교환기(6010)가 상부 리저버로 운반되는 흐름의 온도를 소정의 온도로 감소시키기 위하여 펌프(2060)와 필터 (2095) 사이에 배치된다.

본 명세서(청구범위를 포함하는 사항)에 개시되고 및/또는 도면에 도시되는 각 특징은 다른 개시 및/또는 설명되는 특징의 본 발명에 독립적으로 결합될 수 있 다.

예를 들면, 도 8 내지 도 11를 참조하여 설명되는 임의의 특징이 임의의 적합한 설비에 함께 결합될 수 있다. 에를 들면, 도 11을 참조하여 설명된 가열 및 냉각 설비는 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 시스템 중 어느 하나에 사용될 수 있다. 유사하게, 도 10을 참조하여 설명된 하부 리저버(2050)를 사용하여 프린트헤드를 충전하기 위한 설비는 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 시스템 중 어느 하나에 사용될 수 있다.

도 1은 프린트헤드 채널의 길이 방향 축을 따라 취한 공지된 프린트 헤드의 단면도.

도 2는 본 발명의 제 1 양태를 결합한 "페이지와이드(pagewide)" 프린트헤드의 사시도.

도 3은 도 2의 프린트헤드의 배면 및 상부의 사시도.

도 4는 노즐 열 XX의 연장 XX의 방향에 수직하게 취한 도 2 및 도 3의 단면도.

도 5는 도 1의 프린트헤드의 잉크 분사 모듈의 유체 채널을 따라 취한 단면도.

도 6은 노즐 열의 연장 방향에 수직하게 취한 제 2 실시예에 따른 프린트헤드의 단면도.

도 7은 본 발명의 양태에 따른 프린트헤드의 개략도.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 다른 양태에 따르며, 특히 도 1 내지 도 7를 참조하여 설명된 종류의 프린트헤드를 사용하는 경우에 적합한 유체 공급 시스템의 개략도.

Claims (12)

1. 액체방울 분사용 오리피스, 공통 유체 입구 매니폴드 및 공통 유체 출구 매니폴드와 연통하는 각각의 유체 챔버들의 배열체; 및

   상기 배열체 내의 각 챔버를 통과하여 상기 입구 매니폴드로 유입 및 상기 출구 매니폴드로 유출되는 제1 유체 흐름을 발생시키는 수단을 포함하고,

   상기 각 챔버는, 상기 제1 유체 흐름과 동시에 발생된 제2 유체 흐름을 액체방울 형태로 상기 입구 매니폴드로부터 상기 챔버 안으로 유입 및 상기 오리피스 밖으로 유출시키는, 상기 오리피스로부터의 액체방울 분사를 일으키는 수단과 결합되고, 상기 제1 유체 흐름은 상기 제2 유체 흐름의 최대값보다 큰 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 유체 흐름은 상기 제2 유체 흐름의 최대값보다 적어도 10배 이상 큰 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 각 챔버는 길쭉한 형상을 이루고, 또한 제1 단부에서 상기 입구 매니폴드와 연통하는 유체 입구 및 제2 대응 단부에서 상기 출구 매니폴드와 연통하는 유체 출구를 가지며, 상기 각 챔버를 통과하는 상기 유체 흐름은 상기 유체 입구에서 상기 유체 출구까지인 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 액체방울 분사를 일으키는 수단은 상기 오리피스와 대향하는 상기 챔버의 길이를 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 액체방울 분사를 일으키는 수단은 압전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 배열체가 선형인 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 단면적이 상기 매니폴드의 수직 방향의 최저점으로부터 수직 높이(x)로 테이퍼진 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 수평 방향 폭은 x^1/3으로 변동되는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
11. 제 9항에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 횡단면 영역은 x^2/3으로 변동되는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.
12. 제 9항에 있어서, 상기 출구 매니폴드는 상기 입구 매니폴드와 동일한 방법으로 테이퍼지나, 상기 테이퍼는 상기 출구 매니폴드의 수직 방향의 최고점으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 액체방울 침착 장치.

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