KR101205595B1 - 정합된 공진 댐핑구조를 구비한 프린트헤드 - Google Patents

Abstract

잉크를 분사하기 위한 노즐 어레이를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드 집적회로(IC)와 프린트헤드 IC를 지지하기 위한 지지구조물을 갖는 프린트헤드가 제공되어 있다. 지지구조물은 노즐 어레이에 잉크를 공급하기 위한 잉크 도관을 갖는다. 이 도관은 도관 내의 잉크가 노즐 어레이의 임의의 작동모드에 응하여 정상파를 발생시키는 일련의 공진 주파수를 갖는다. 프린트헤드에는 유체댐퍼가 통합되어 있고, 이 댐퍼는 공진 주파수가 최대 임계치보다 적은 진폭을 갖도록 일련의 공진 주파수 각각과 연관된 정상파를 감쇠시키는 선택된 공진 주파수를 갖는다.

Description

정합된 공진 댐핑구조를 구비한 프린트헤드{PRINTHEAD WITH MATCHED RESONANT DAMPING STRUCTURE}

본 발명은 잉크젯 프린팅(inkjet printing)에 관한 것으로, 특히 페이지폭 프린트헤드(pagewidth printhead)를 갖는 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

본 출원인은 전통적인 왕복식 프린트헤드 설계 대신에 페이지폭 프린트헤드를 채용하는 다양한 프린터를 개발하여 왔다. 프린트헤드가 이미지의 선을 넣기 위해 페이지를 가로질러 전후로 횡단하지 않기 때문에 페이지폭 설계는 인쇄속도를 증가시킨다. 페이지폭 프린트헤드는, 매체가 고속으로 지나감에 따라 그 매체 상에 잉크를 간단히 침적시킨다. 이러한 프린트헤드는 분당 60페이지 부근의 속도, 즉 종래의 잉크젯 프린터로는 이전에 달성할 수 없는 속도로 풀 컬러(full color)의 1600dpi 인쇄를 실행할 수 있도록 하였다.

이러한 속도에서의 인쇄는 잉크를 급속도로 소모시키고, 이는 프린터헤드에 충분한 잉크를 공급하는데 문제를 야기시킨다. 유량이 더 많을 뿐만 아니라 페이지폭 프린트헤드의 전체 길이를 따라 잉크를 분배하는 것도 비교적 소형의 왕복식 프린트헤드에 잉크를 공급하는 것보다 더 복잡하다.

높은 인쇄 속도는 많은 잉크공급 유량을 요구한다. 이와 같은 다량의 잉크는 공급라인을 통해 비교적 빠르게 움직인다. 단순히 인쇄된 페이지의 끝에서 인쇄작업을 갑작스럽게 끝나는 것은 비교적 빠르게 흐르는 비교적 많은 양의 잉크가 급작스럽게 멈춰야 하는 것을 의미한다. 그러나, 잉크 모멘텀을 급작스럽게 억제하면 잉크라인에 압력 펄스를 야기시킨다. 프린트헤드를 구성하는 구성요소들은 전형적으로 딱딱하고 거의 유연하지 않으므로, 잉크라인 내의 잉크 컬럼(column)은 멈추게 된다. 잉크라인에서의 어떠한 컴플라이언스(compliance)도 없다면, 압력 스파이크(pressure spike)는 라플라스 압력(Laplace pressure)(노즐 챔버 내에 잉크를 보유하기 위해 노즐 개구에서 잉크의 표면장력에 의해 제공되는 압력)을 넘을 수 있고, 프린트헤드 노즐의 전면(前面)을 침수시킬 수 있다. 만약 노즐들이 넘쳐 흐르면, 잉크는 분사되지 않고 아티팩트(artifact)가 인쇄시에 나타날 수 있다.

노즐 분사 패턴(nozzle firing pattern)이 잉크공급라인의 공진 주파수(resonant frequency)와 일치할 때 잉크 내에서 공진 정상파(resonant standing wave)가 일어난다. 한편, 잉크라인을 규정하는 딱딱한 구조(stiff structure) 때문에, 한 가지 컬러를 위해 많은 비율로 동시에 분사되는 노즐들은 잉크라인에서 정상파를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 소위 데이터표(a table of data)에 대한 이격된 인쇄 흑색 라인들은 특정 주파수에서 대부분은 아니라도 해도 많은 흑색 노즐들을 분사시킬 것이다. 이러한 특정 주파수가 잉크공급구조의 공진 주파수와 정합되면, 정상파는 전후로 발진하기 시작할 수 있다. 이러한 특정 주파수가 잉크공급 구조의 공진 주파수와 정합되면, 정상파는 전후로 발진하기 시작한다. 이는 노즐 플러딩(nozzle flooding)을 초래할 수 있고 또는 만약 라플라스 압력이 초과되면, 스파이크 후의 갑작스런 압력 강하 때문에 반대로 노즐 디프라임(nozzle deprime)을 초래할 수 있다.

본 출원인은 비프라이밍 캐버티(non-priming cavity)들을 프린트헤드에 통합함으로써 이러한 문제들을 다루었다. 비프라이밍 캐버티들의 상세한 설명은 본 출원인의 동시 계류 출원 USSN 11/688863(본 출원인의 문서번호 RRE001US)에 제시되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다. 간략하게는, 잉크라인을 규정하는 딱딱한 구조는 프린트헤드의 길이를 따라 분배된 에어포켓(air pocket)들을 갖는다. 압력 펄스가 잉크라인 내의 그 지점을 통과하므로 잉크의 공진 정상파로부터의 압력 펄스는 캐버티 내에 공기를 압축할 것이다. 캐버티 내에 공기를 압축시키면, 압력 펄스가 감쇠되어 소멸된다. 감소된 펄스 진폭은 노즐들을 플러딩시킬 확률이 더 작다.

불행하게도, 잉크라인의 최저 공진 주파수는 최고 압력 진폭을 갖는다. 이러한 압력파를 감소시키기 위해서, 비프라이밍 캐버티들은 비실용적으로 크게 될 필요가 있다. 잉크라인을 따라 위치된 일련의 큰 에어포켓은 컴팩트 디자인에 배반된다. 또한, 큰 에어 캐버티의 일주기(diurnal) 가열 및 냉각은 노즐들을 통해 분출되는 다량의 잉크를 펌핑(pumping)하거나, 혹은 잉크를 지지 몰딩(support molding) 후방으로 인출함으로써 노즐들을 디프라임하거나 할 것이다.

발명의 요약

따라서, 본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트헤드에 있어서,

잉크를 분사하기 위한 노즐 어레이(array of nozzles)를 구비한 적어도 하나의 프린트헤드 집적회로(IC);

프린트헤드 IC를 지지하는 지지구조물로서, 노즐 어레이에 잉크를 공급하고 잉크 도관 내의 잉크가 노즐 어레이의 임의의 작동모드에 응하여 정상파를 발생시키는 일련의 공진 주파수를 갖는 잉크 도관을 갖는 지지구조물; 및

공진 주파수가 최대 임계치(threshold)보다 작은 진폭을 갖도록 상기 일련의 공진 주파수 각각과 연관된 정상파를 감쇠시키는 선택된 공진 주파수를 갖는 유체댐퍼(fluidic damper); 를 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드를 제공한다.

본 발명은, 특정의 공진 주파수가 다른 주파수들보다 더 문제가 있음을 인식한 것이다. 전형적으로, 최저 주파수 하모니(frequency harmonic)는 최고 진폭을 갖는 발진 펄스(oscillating pulse)을 야기시킨다. 그러나, 유체댐퍼를 정확하게 최저 하모니의 주파수로 튜닝(tuning)시키면, 다른 주파수들에서 정상파의 진폭을 변화시키고, 따라서 다음의 최저 하모니가 문제가 될 수 있다. 댐퍼를 2개의 최저 공진 주파수 사이의 주파수에서 공진하도록 튜닝시키면, 모든 공진 주파수에서 압력 진폭을 충분할 정도로 감쇠시킬 수 있다. 에어 캐버티와 잉크의 튜브는 프린트헤드의 길이를 따라 큰 에어 캐버티의 라인보다 훨씬 더 컴팩트하다. 마찬가지로, 일 온도(diurnal temperature) 변화로 인한 단일의 작은 에어 캐버티의 팽창과 수축은 문제가 되지 않는다.

바람직하게는, 유체댐퍼의 선택된 공진 주파수는 일련의 공진 주파수 중의 2개의 최저 공진 주파수 사이이다. 더 바람직한 형태에 있어서, 선택된 공진 주파수는 일련의 공진 주파수 중의 2개의 최저 공진 주파수의 제곱 평균 제곱근(root mean square), 즉 2개의 최저 주파수의 곱의 제곱근이다.

바람직하게는, 유체댐퍼는, 프린트헤드가 프라임(prime)할 때 적어도 부분적으로 잉크로 프라임되도록 구성된 튜브를 통해 잉크 도관에 연결되는 압축성 유체(compressible fluid)의 캐버티를 갖는다. 더 바람직한 형태에 있어서, 압축성 유체는, 프린트헤드가 잉크로 프라임될 때 포획된 공기이다. 특정의 실시형태에 있어서, 프린트헤드는 A4크기의 매체를 인쇄하기 위한 페이지폭 프린트헤드이며, 잉크라인은 입구와 출구 사이에 프린트헤드의 길이를 따라 종방향으로 뻗는 메인 채널(main channel)을 갖고, 잉크라인은 또한 그 길이를 따라 위치된 일련의 비프라이밍(non-priming) 에어 캐버티를 갖는다.

특수한 실시형태에 있어서, 지지구조물은 잉크공급부에 잉크라인을 연결하기 위한 입구와 잉크폐기물 저장소에 잉크라인을 연결하기 위한 출구를 가지며, 유체댐퍼는 그 출구에 인접한 잉크라인에 연결되어 있다. 바람직하게는, 유체댐퍼는 공기의 0.4ml보다 적다.

선택적으로, 최대 임계압력(threshold pressure)은 4kPa보다 작다. 선택적으로, 노즐 어레이에서의 잉크 압력은 디프라임을 회피하고 분사된 잉크방울 부피를 최소 부피 이상으로 유지하기 위해 -3kPa 이상으로 유지된다.

특히 바람직한 형태에 있어서, 프린트헤드는 서로 다른 착색 잉크를 인쇄하도록 구성되며, 각 잉크 컬러는 각각의 유체댐퍼를 가지며, 하나의 컬러에 대한 유체댐퍼는 다른 컬러들 중 적어도 하나와 서로 다른 공진 주파수를 갖는다.

도 1은 종래의 프린터의 유체 시스템의 개략도.
도 2(a), 도 2(b) 및 도 2(c)는 도 1에 도시한 프린트헤드 잉크공급라인의 3개의 최저 공진모드(resonant mode)에 대한 정상파를 나타낸 도면.
도 3(a)는 유체댐퍼 없이 잉크라인에 대한 주파수의 함수로서 잉크의 피크압력(peak pressure)을 나타낸 도면.
도 3(b)는 유체댐퍼가 잉크라인의 제1 공진 주파수에서 공진하도록 튜닝된 상태에서 잉크라인에 대한 주파수 함수로서 잉크의 피크압력을 나타낸 도면.
도 3(c)는 유체댐퍼가 잉크라인의 2개의 최저 공진 주파수의 제곱 평균 제곱근에서 공진하도록 튜닝된 상태에서 잉크라인에 대한 주파수 함수로서 잉크의 피크압력을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 유체댐퍼를 갖는 프린트헤드 조립체의 개략도.
도 5는 프린터의 프린트 엔진을 설치한 본 발명의 프린트헤드 카트리지를 나타낸 도면.
도 6은 프린터의 프린트 엔진으로부터 제거한 본 발명의 프린트헤드 카트리지를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 완전한 프린트헤드 카트리지의 사시도.
도 8은 보호커버를 제거한 상태에서 도 7의 프린트헤드 카트리지를 나타낸 도면.
도 9는 도 7의 프린트헤드 카트리지 내의 프린트헤드 조립체의 일부 분해 사시도.
도 10은 도 7의 프린트헤드 카트리지 내의 LCP 몰딩(molding)의 분해 사시도.
도 11(a), 도 11(b) 및 도 11(c)는 프린트헤드 카트리지의 출구 매니폴드(outlet manifold)를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 의해서만 설명하고자 한다.

도 1은 상기한 USSN 11/688863(본 출원인의 문서번호 RRE001US)에서 사용된 타입의 종래의 유체 시스템의 개략도이다. 시스템과 그 개별적인 구성요소의 작용은 USSN 11/872719(문서번호 SBF009US)에 상세히 설명되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.

간략하게는, 프린터 유체 시스템은 잉크탱크(4)로부터 상류 잉크라인(8)을 통해 잉크가 공급되는 프린트헤드 조립체(2)를 갖고 폐잉크(waste ink)는 하류 잉크라인(16)을 통해 통(sump)(18)으로 배출된다. 간소화를 위해 단일의 잉크라인만 도시되어 있다. 실제로는, 프린트헤드는 풀컬러 인쇄를 위해 다중 잉크라인(multiple ink line)을 갖는다. 상류 잉크라인(8)은 펌프(12) 및 또는 잉크탱크(4)로부터 프린트헤드 조립체(2)를 선택적으로 격리하기 위한 차단밸브(10)를 갖는다. 펌프(12)는 프린트헤드 조립체(2)를 활성적으로 프라임하거나 플러딩하는데 사용된다. 펌프(12)는 또한 잉크탱크(4) 내의 음압(negative pressure)을 확립하는데 사용되기도 한다. 인쇄 중에, 음압은 기포점 레귤레이터(bubble point regulator)(6)에 의해 유지된다.

프린트헤드 조립체(2)는 접착성 다이 부착 필름(adhesive die attach film)(도시하지 않음)으로 고착된 일련의 프린트헤드 IC(30)를 지지하는 LCP(liquid crystal polymer) 몰딩(20)이다. 프린트헤드 IC(30)는 통과하는 매체 기판(22) 위에 잉크방울을 분사하기 위한 잉크분사노즐들의 어레이를 갖는다. 이 노즐들은 1600dpi 해상도(즉, 1600npi의 노즐 피치) 또는 그 이상에서 인쇄하는 MEMS(micro electro-mechanical) 구조이다. 적합한 프린트헤드 IC(30)의 제작 및 구조는 USSN 11/246687(문서번호 MNN001US)에 상세히 설명되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다. LCP 몰딩(20)은 입구(36)와 출구(38) 사이로 뻗는 메인 채널(24)을 갖는다. 메인 채널(24)은 LCP 몰딩(20)의 하류측으로 뻗는 일련의 미세 채널(fine channel)(28)을 갖는다. 미세 채널(28)은 다이 부착 필름의 레이저로 식각된 구멍들을 통해 프린트헤드 IC(30)에 잉크를 공급한다.

메인 채널(24) 위에는, 일련의 비프라이밍 에어 캐버티(26)가 있다. 이 캐버티(26)는 프린트헤드 프라이밍 중에 공기의 포켓(pocket)을 포획하도록 설계되어 있다. 에어 포켓은 잉크 중의 유압 충격(hydraulic shock) 또는 압력 스파이크를 흡수하여 감쇠하기 위한 일부 컴플라이언스를 그 시스템에 제공한다. 프린터는 급속히 점화하는 다수의 노즐을 갖는 고속의 페이지폭 프린터이다. 이는, 빠른 속도로 잉크를 소모하여 인쇄 작업을 급작스럽게 종료시키고, 혹은 1페이지의 끝에서 조차, 프린트헤드 조립체(2)를 향하여(그리고 그를 통하여) 움직이는 잉크의 컬럼(column)이 거의 즉각적으로 멈추게 되어야 함을 의미한다. 에어 캐버티(26)에 의해 제공되는 컴플라이언스가 없더라도, 잉크의 모멘텀은 프린트헤드 IC(30)에서 노즐들을 플러딩시킬 것이다. 또한, 그 다음의 '반사파(reflected wave)'는 노즐들을 디프라임하는데 충분할 정도로 강력한 음압을 발생시킬 수 있다.

대부분의 경우에서, 에어 캐버티(26)는 충분한 댐핑(damping)을 제공한다. 그러나, 프린트헤드는 잉크라인의 공진 주파수들 중 하나에 잉크를 여기(excite)시키는 모드로 작동할 수 있다. 예를 들면, 특정 간격(표, 바코드 등에 대해)으로 페이지를 가로질러 인쇄하는 흑색 라인은 모든 블랙 노즐이 짧은 기간 동안 동시에 점화되는 것을 필요로 한다. 잉크라인에 대한 이러한 순환 입력(cyclic input)은 공진 주파수에서 발진하는 정상파를 신속히 확립시킬 수 있다. 이러한 정상파의 피크 대 피크 압력은 에어 캐버티(26)들에 의해 제공된 댐핑을 제압하여 노즐들을 플러딩하거나 디프라임할 수 있다. 에어 캐버티들의 부피는 정상파의 피크 압력에 맞추기 위해 상당히 증가될 필요가 있을 것이다.

도 2(a), 도 2(b) 및 도 2(c)는 도 1에 도시한 프린트헤드 조립체에 대한 3개의 최저 하모니를 나타낸 것이다. 주목해야 할 점은, 메인 채널이 출구(38)를 갖더라도 블라인드 엔드(blind end)인 것처럼 응답을 보인다는 것이다. 그것이 클로즈드 엔드(closed end)이기 때문에, 메인 채널은 1/4파 하모니, 1/3파 하모니, 1.25파 하모니 등으로 공진한다. 오픈 엔드(open end)는 0.5파, 완전한 파, 1.5파 등으로 공진할 것이다. 최저 하모니는 최고 진폭 정상파를 가지며, 따라서 가장 문제가 있다. 이러한 하모니들이 프린트헤드가 작동할 수 있는 주파수에서 일어나면, 압력 펄스가 플러딩 임계치 이상과 디프라임 임계치 이하로 될 가능성이 있다. 잉크 압력이 노즐 개구(nozzle aperture)를 가로질러 잉크 메니스커스(ink meniscus)의 라플라스 압력을 초과할 때 노즐 플러딩 또는 디프라임이 일어난다. 명백히, 이는 노즐 기하학적 구조(또한 작동 온도 등의 다른 요인들)에 의존할 것이다.

도 2(a)는 최저 주파수 하모니, 즉 LCP 메인 채널의 길이(L)가 파장의 1/4인 1/4파를 보인 것이다. 본 출원인의 A4 프린터들 중 몇 개를 검사해본 결과, 이것이 약 12Hz에서 일어났음을 보였고 약 9kPa의 피크 진폭을 갖는다. 다음의 하모니는 도 2(b)에 나타낸 0.75파이다. 이는 더 낮은 진폭(대략 5kPa)이며 36Hz에서 일어난다. 최종적으로, 1.25파는 도 2(c)에 보여지는데, 60Hz에서 약 2kPa의 진폭을 갖는다. 하모니의 주파수가 증가함에 따라, 파의 진폭은 급격히 약화된다. 그러므로, 더 높은 주파수 하모니는 비프라이밍 에어 캐버티들을 댐핑하는데 충분히 작은 피크 압력을 갖는다.

도 3(a)는 주파수의 함수로서 3개의 압력 피크를 나타낸 것이다. 디프라임 및 플러딩 임계치가 말하자면 각각 -3kPa와 4kPa로 설정되면, 1/4파와 3/4파 하모니가 프린터 작동을 위해 문제가 있을 수 있는 피크 압력을 가짐을 알 수 있다. 그러나, 1/4파 주파수에서 공진하는 댐퍼를 통합하면 그러한 문제를 해결하지 못한다. 도 3(b)는 1/4파로 튜닝된 유체댐퍼가 메인 채널(24)(도 1 참조)의 끝에 추가된 경우 주파수 응답 곡선의 변화를 보인 것이다. 근본적으로 메인 채널은, 그 채널이 오픈 채널이고 1/2파, 완전한 파 등의 하모니가 관련된 것처럼 응답한다. 이러한 하모니들의 하나 이상은 여분의 피크 압력을 발생시킬 수도 있다.

도 3(c)는 유체댐퍼가 1/4파와 1/2파 하모니 사이의 주파수로 튜닝될 때 주파수 응답을 보인 것이다. 이는 1/4파와 1/2파 하모니 모두를 약화시킨다. 본 출원인은, 유체댐퍼에 대한 최적의 공진 주파수가 대략, 1/4파 주파수와 1/2파 주파수의 제곱 평균 제곱근, 즉 1/4파 공진 주파수와 1/2파 공진 주파수의 곱의 제곱근임을 알았다. 실제로는, 제곱 평균 제곱근 주파수 주변의 몇 개의 주파수를 검사하여 유체댐퍼에 대한 최적의 공진 주파수를 알아내는 것이 필요하다. 잉크공급라인 등에서의 잉크 필터, 굽힘(bend) 및 탄성(elasticity) 등의 불균일성(irregularity)은 이론적인 곡선으로부터 실제 압력 응답 곡선을 쉬프트(shift)시킨다.

도 4는 본 발명에 따른 프린트헤드 조립체(2)의 개략도이다. LCP 몰딩(20)은 메인 채널(24)의 공진 주파수들 중 어느 것으로도 잠재적으로 문제가 있는 정상파를 감쇠시키도록 선택된 주파수에서 공진하는 유체댐퍼(40)를 갖는다. 유체댐퍼(40)는 압축성 유체(34) - 대부분 전형적으로는 공기 - 의 작은 캐버티에 메인 채널(24)을 연결하는, 잉크로 충진된 얇은 튜브(32)를 갖는다. 잉크의 얇은 튜브는 그 길이, 잉크의 단면적 및 밀도에 비례하는 관성(inertance)을 갖는다. 에어 캐버티는, 얇은 튜브(32) 내의 잉크가 발진(oscillate)할 수 있는 컴플라이언스이다.

나타낸 프린트헤드 조립체에 있어서, 유체댐퍼는 LCP 몰딩(20) 내의 메인 채널(24)의 1/4파 및 1/2파 공진 주파수의 제곱 평균 제곱근에서 또는 그 근방에서 임의 주파수로 튜닝된다. 상술한 바와 같이, 1/4파 및 1/2파 하모니에서 댐퍼에 의해 제공된 임피던스(impedance)는 그 모두를 미리 정해진 압력 임계치보다 적게 유지하도록 하는데 충분하다. 유체댐퍼(40)를 메인 채널(24)의 출구(38)에 인접하여 위치하는 것은 유체댐퍼가 대부분의 정상파를 전송하고 반사파가 작기 때문에 가장 효과적이다.

이하, 도 5 및 도 6에 도시한 본 출원인의 프린트헤드 카트리지 및 프린트 엔진을 참조하여 본 발명을 설명한다. 프린트헤드 카트리지는 개개의 잉크분사노즐이 일정 시간 동안 작동이 안 될 수 있고, 결국 인쇄된 이미지에 아티팩트를 야기시키는 데드 노즐(dead nozzle)이 충분히 있음을 인식한다. 사용자가 프린트헤드를 교체하면, 전체 프린터를 교체할 필요없이 인쇄품질을 유지할 수 있다. 프린트 엔진(3)은 서로 다른 많은 외부 케이싱 형상, 잉크탱크 위치 및 용량, 및 서로 다른 매체 공급 및 수납 트레이를 가질 수 있는 프린터의 기계 중심부이다.

도 5는 프린트 엔진(3)에 설치된 프린트헤드 카트리지(2)를 도시한 것이다. 프린트헤드 카트리지(2)는 래치(latch)(126)를 들어올리고 내림으로써 사용자에 의해 삽입, 제거된다. 프린트 엔진(3)은 프린트헤드 카트리지(2) 상의 접점과 전기적인 접속을 이루며 유체 커플링(fluid coupling)(120)은 각각 입구 및 출구 매니폴드(48)(50)에 형성된다.

도 6은 유체 커플링(120)에서 개구(122)를 노출하기 위해 프린트헤드 카트리지를 제거한 상태에서의 프린트 엔진(3)을 도시한 것이다. 개구(122)는 입구 및 출구 매니폴드(도 5의 48, 50) 상의 스파우트(spout)와 결합된다. 유체 커플링(120)은 입구 매니폴드를 잉크탱크에 연결하고 출구 매니폴드를 통(sump)에 연결한다. 상술한 바와 같이, 잉크탱크, 매체 공급 및 수납 트레이는 프린터의 외부 케이싱의 디자인에 따라 프린트 엔진(3)에 대하여 임의 위치 및 형태를 갖는다.

도 7은 사용자가 프린터 본체(도 6 참조)로부터 삽입과 제거를 위한 프린트헤드 카트리지로서 프린트헤드 조립체(2)를 도시한 것이다. 프린트헤드 카트리지(2)는 상부 몰딩(top modling)(44)과 제거가능한 보호커버(42)를 갖는다. 상부 몰딩(44)은 구조 강성을 위해 그리고 삽입과 제거 중에 카트리지를 다루기 위한 직물로 된 파지면(grip surface)(58)을 제공하기 위해 중앙웹(central web)을 갖는다. 보호커버(42)의 베이스부(base portion)는 프린터에 설치하기 전에 프린트헤드 IC(도시하지 않음)와 접점 라인(도시하지 않음)을 보호한다. 캡(cap)(56)은 베이스부와 일체로 형성되고 잉크 입구와 출구(도 9의 54, 52 참조)를 덮는다.

도 8은 바닥면 상의 프린트헤드 IC와 측면상의 접점 라인(33)을 노출하기 위해 그 보호커버(42)를 제거한 상태에서의 프린트헤드 조립체(2)를 도시한 것이다. 보호커버는 재활용하는 폐기물로 폐기되며 잔류 잉크로부터의 누설을 억제하기 위해 교체되는 프린트헤드 카트리지에 끼워 맞추어진다. 도 9는 프린트헤드 조립체(2)의 부분 분해 사시도이다. 상부 커버(44)는 입구 매니폴드(48)와 출구 매니폴드(50)를 드러내 보이도록 제거되었다. 입구 및 출구 쉬라우드(shroud)(46)(47)는 각각 5개의 입구와 출구 도관(52)(54)을 더 좋게 노출시키도록 제거되었다. 입구 및 출구 매니폴드(48)(50)는 개개의 입구와 출구 각각과 LCP 몰딩(20) 내의 대응하는 메인 채널(24)(도 11 참조) 사이에 유체 연결을 형성한다. 상술한 바와 같이, 메인 채널은 비프라이밍 에어 캐버티(26)들의 라인 아래로 뻗어 있다.

도 10은 입구 매니폴드 또는 출구 매니폴드 또는 상부 커버 몰딩이 없는 프린트헤드 조립체의 분해 사시도이다. 각 잉크 컬러에 대한 메인 채널(24)과 그에 연관된 에어 캐버티(26)들은 채널 몰딩(68)과 캐버티 몰딩(72)에 형성되어 있다. 채널 몰딩(68)의 바닥에 부착된 것은 다이 부착 필름(66)이다. 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 다이 부착 필름(66)은, 하류측의 미세 채널들이 필름을 통하여 레이저로 식각된 작은 구멍들을 거쳐 프린트헤드 IC(30)와 유체 연통하여 있도록 프린트헤드 IC(30)를 채널 몰딩에 장착하고 있다.

가요성 PCB(70)는 에어 캐버티 몰딩(72)의 측면에 부착되며 채널 몰딩(68)이 하류측에 둘러싸여 있다. 프린터 제어기는 접점 라인(33)에 연결되어 있다. 가요성 PCB(70)의 다른 측면에는, 프린트헤드 IC(30) 각각에 가요성 PCB(70)의 도전체(conductor)들을 전기적으로 연결하기 위한 일련의 와이어 본드(wire bond)(64)가 있다. 와이어 본드(64)는 대부분 평탄한 외부면을 갖도록 프로파일(profile)된 봉지제(encapsulant)(62)에 피복된다. 에어 캐버티 몰딩(72)의 다른 측면 상에는 미리 정해진 간격으로 프린트헤드 IC를 지나서 매체 기판의 시트를 향하게 하는 용지 안내부(paper guide)(74)가 있다.

도 11(a), 도 11(b) 및 도 11(c)는 프린트헤드 카트리지의 나머지로부터 분리한 출구 매니폴드(50)를 도시한 것이다. 인터페이스 플레이트(interface plate)(76)는 프린터 본체에 수용된 잉크 통에 연결하기 위한 출구 스파우트(54)를 갖는다. 커플링(60)은 채널 몰딩(68)(도 10 참조) 내의 메인 채널(24) 각각에 연결한다. 도 11(b) 및 도 11(c)에 도시한 바와 같이, 인터페이스 플레이트(76)의 내측면은 각각의 메인 채널에 대한 에어 캐버티(34)들과 얇은 잉크 튜브(32)들을 지지한다. 잉크라인 출구(38)는 에어 캐버티(34)의 바로 앞에 얇은 튜브(32)에 연결한다. 에어 캐버티(34)와 얇은 튜브(32)는 출구 매니폴드(50)의 후방에 적용된 히트 실링 포일(heat sealable foil)(78)과 서로 실링(sealing)되어 있다. 에어 캐버티(34)와 얇은 튜브(32)가 서로 완전히 실링되어 있는 것이 극히 중요하므로 포일(78)은 5개의 에어 캐버티와 잉크 튜브의 전체 둘레 주위에 히트 실링되어 있다. 실링이 사용중에 약화되지 않게 확실하게 하기 위해서, 히트 실링은 100kPa까지 내부 압력에 대한 저항을 갖는다.

프린트헤드 조립체가 프라임할 때, 잉크는 출구(38)까지 얇은 튜브(32)를 통해 흐른다. 얇은 튜브 내의 잉크 컬럼의 길이, 그 튜브의 직경 및 잉크의 물성은 얇은 튜브 내의 잉크에 대한 관성을 결정한다. 그 관성은 동등한 기계 댐퍼(mechanical damper)의 대시포트(dash-pot)와 전기 댐퍼의 인덕터(inductor)와 동등하다. 에어 캐버티의 부피는 비교적 작은데, 0.4ml보다 적으며 전형적으로는 0.15～0.3ml이다. 이는 기계 댐퍼의 스프링과 그 대응하는 전기회로의 캐패시터에 제공한다.

채널 몰딩(68)의 메인 채널(24)이 약간 다른 형태를 가지므로, 공진 주파수들은 마찬가지로 서로 다르다. 따라서, 각 메인 채널(24)에 대한 유체댐퍼는 각 잉크라인의 최적 댐핑을 위한 서로 다른 주파수에서 공진하도록 튜닝된다.

본 발명은 본 명세서에서 실시예에 의해서만 설명하였다. 해당 분야의 숙련자라면, 광범위한 발명의 개념의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 변화와 변경을 바로 인식할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 잉크를 분사하기 위한 노즐 어레이(array of nozzles)를 구비한 적어도 하나의 프린트헤드 집적회로(IC);
   프린트헤드 IC를 지지하는 지지구조물로서, 노즐 어레이에 잉크를 공급하고 또한 잉크 도관 내의 잉크가 노즐 어레이의 임의의 작동모드에 따라서 정상파를 발생시키는 일련의 공진 주파수(resonant frequency)를 갖는 잉크 도관을 갖는 지지구조물; 및
   상기 잉크 도관과 유체적으로 연결되어 있는 유체댐퍼(fluidic damper)로서, 정상파(standing wave)가 최대 임계치(threshold)보다 작은 진폭을 갖도록 상기 일련의 공진 주파수 각각과 연관된 정상파를 감쇠시키는 선택된 공진 주파수를 갖는 유체댐퍼;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체댐퍼의 선택된 공진 주파수는 상기 일련의 공진 주파수에서 2개의 최저 공진 주파수 사이인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 선택된 공진 주파수는 2개의 최저 공진 주파수의 곱의 제곱근인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유체댐퍼는 프린트헤드가 프라임(prime)할 때 적어도 부분적으로 잉크로 프라임되도록 구성된 튜브를 통해 잉크 도관에 연결되는 압축성 유체의 캐버티(cavity)를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
5. 제4항에 있어서,
   상기 압축성 유체는, 프린트헤드가 잉크로 프라임될 때 포획된 공기인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 프린트헤드는 A4크기의 매체 상에 인쇄하기 위한 페이지폭 프린트헤드이고, 상기 잉크 도관은 잉크 입구와 잉크 출구 사이에 프린트헤드의 길이를 따라 종방향으로 뻗는 메인 채널(main channel)을 갖고, 상기 잉크 도관은 또한 그 길이를 따라 위치된 일련의 비프라이밍 에어 캐버티(non-priming air cavity)를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 지지구조물은 잉크공급부에 상기 잉크 도관을 연결하기 위한 잉크 입구와, 폐잉크 저장소에 상기 잉크 도관을 연결하기 위한 잉크 출구를 가지며, 상기 유체댐퍼가 상기 잉크 출구에 인접한 상기 잉크 도관에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
8. 제4항에 있어서,
   상기 유체댐퍼의 압축성 유체의 캐버티는 공기의 0.4ml보다 적은 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
9. 제1항에 있어서,
   상기 최대 임계압력(threshold pressure)은 4kPa보다 적은 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
10. 제9항에 있어서,
    상기 노즐 어레이에서의 잉크 압력은 디프라임(deprime)을 회피하고 또한 분사된 잉크방울 부피를 최소 부피 이상으로 유지하기 위해 -3kPa 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
11. 제1항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 서로 다른 착색 잉크를 인쇄하도록 구성되며, 각 잉크 컬러는 각각의 유체댐퍼를 가지며, 하나의 컬러에 대한 유체댐퍼는 다른 컬러들 중 적어도 하나와 서로 다른 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.

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