KR101420648B1 - 잉크 제트 프린터 헤드 조립체 - Google Patents

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Abstract

연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체는 밸브 조립체를 포함하는 잉크 히터 모듈을 가지고 있고, 상기 밸브 조립체는 독립적으로 프린트 헤드 조립체에 부착되거나 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있다. 상기 프린트 헤드 조립체는 독립적으로 교체가능한 잉크 방울 발생기 모듈을 가질 수도 있고 또한 다른 독립적으로 교체가능한 모듈을 가질 수 있다. 상기 모듈 내의 잉크 및 용매를 위한 유체 통로는 상기 모듈의 부재의 대향하는 면 사이에 형성된 유체 도관을 가지고 있는 매니폴드의 형태로 되어 있는 것이 바람직하다. 모듈식 프린트 헤드 조립체는 용이하게 수리되고 유지되며 유체를 누출하기 쉬운 커넥터의 갯수가 상기 매니폴드에 의해 최소로 된다.

Description

잉크 제트 프린터 헤드 조립체{INK JET PRINTER HEAD ASSEMBLY}
본 발명은 잉크 제트 프린팅에 관한 것으로서 보다 상세하게는 연속 잉크 제트 프린터와 같은 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체에 관한 것이다.
잉크 제트 프린팅 시스템에 있어서, 노즐에서 발생되어 기판(substrate) 쪽으로 뿜어져 나가는 개개의 잉크방울로 이루어진다. 잉크 제트 프린트 시스템에는 2가지 주요 시스템이 있는데, 하나는, 요구만 있으면 언제든지 프린트용 잉크방울을 생성하는 DOD(drop on demand) 시스템이고, 다른 하나는, 잉크방울을 연속적으로 생성하여 선택된 잉크방울만 기판 쪽으로 이동시키고, 나머지 잉크방울은 잉크 공급원으로 재순환시키는 연속 잉크 제트 프린팅 시스템이다.
연속 잉크 제트 프린터는 가압된 잉크를 프린트 헤드 조립체로 공급하고, 이 프린트 헤드 조립체는 잉크의 온도를 제어 온도로 상승시키기 위한 히터 및 잉크방물 발생기를 가지고 있고, 상기 잉크방울 발생기에서는 노즐로부터 뿜어져 나오는 연속적인 잉크 줄기가 진동 압전 소자(oscillating piezoelectric element)에 의해 개개의 규칙적인 잉크방울로 분할된다. 이 잉크방울은 대전 전극을 지나서 이동하고, 상기 대전 전극에서 상기 잉크방울은 한 쌍의 편향판을 가로질러서 제공된 전기장을 통과하기 전에 소정의 전하를 선택적으로 별도로 부여받는다. 각각의 대전된 잉크방울은 기판에 부딪치기 전에 자신의 대전량에 따른 양만큼 전기장에 의해 편향되지만, 대전되지 않은 잉크방울은 편향되지 않고 전진하여 거터(gutter)에 축적되고, 거터에 축적된 잉크방울은 재사용을 위해서 거터로부터 잉크 공급원으로 재순환된다. 대체로 위상 측정 시스템(phase measurement system)도 편향판 조립체의 일부분으로서 제공되어 잉크방울의 편향의 동기화(synchronisation)를 보장하기 위해 사용된다. 대전된 잉크방울은 거터를 우회하여 잉크방울의 대전량과 프린트 헤드 조립체에 대한 기판의 상대 위치에 의해 결정된 위치에서 기판에 부딪친다. 비록 편향판이 기판의 속력을 보상하기 위해 수직방향에 대해 경사져서 배향될 수 있지만, 대체로 기판은 프린트 헤드 조립체에 대하여 한 방향으로 이동되고 잉크방울은 상기 방향에 대체로 수직인 방향으로 편향된다(도달하는 잉크방울들 사이에서 프린트 헤드 조립체에 대한 기판의 상대 이동은 한 줄로 늘어선 잉크방울들이 기판의 이동 방향에 대해 완전히 수직으로 놓이지 않는 것을 의미한다).
연속 잉크 제트 프린트동작에 있어서, 규칙적인 배열의 잠재적인 잉크방울 위치로 이루어진 매트릭스로부터 문자가 프린트된다. 각각의 매트릭스는 복수의 행(column)(스트로크(stroke))을 포함하고 있고, 이 복수의 행은 잉크방울에 가해진 전하에 의해 결정된 복수(예를 들어, 7개)의 잠재적인 잉크방울 위치로 이루어진 라인에 의해 각각 규정된다. 따라서 각각의 사용가능한 잉크방울은 상기 스트로크에서의 의도된 위치에 따라 대전된다. 만약 특정 잉크방울이 사용될 것으로 예정되어 있지 않으면 그 잉크방울은 대전되지 않고 재순환을 위해 거터에 포집된다. 이러한 사이클은 하나의 매트릭스내의 모든 스트로크에 대해 반복된 다음 그 다음번 문자 매트릭스에 대해 다시 시작된다.
프린트 헤드 조립체내의 히터는, 잉크 온도와 함께 변화하는 잉크의 점성도가 프린트 헤드 조립체 내의 잉크방울 발생기가 효율적으로 작동하도록 하는 값으로 유지되는 것을 보장한다. 잉크의 온도가 너무 낮아서 잉크가 지나치게 끈적끈적하거나, 잉크의 온도가 너무 높아서 잉크가 지나치게 묽으면, 상기 잉크 줄기가 적절한 잉크방울로 분할되지 않게 된다.
잉크는 컨트롤 회로망 및 사용자 인터페이스 패널용 별개의 격실을 포함하는 캐비넷의 밀봉된 격실 내에 대체로 수용되어 있는 잉크 공급 시스템으로부터 압력하에서 프린트 헤드 조립체로 공급된다. 상기 잉크 공급 시스템은 필터를 통하여 저장조 또는 탱크로부터 잉크를 끌어와서 압력하에서 프린트 헤드 조립체로 잉크를 공급하는 메인 펌프를 포함하고 있다. 잉크가 소모됨에 따라, 저장조는 교체가능한 잉크 카트리지로부터 필요에 따라 다시 채워지고, 상기 교체가능한 잉크 카트리지는 공급 도관에 의해 저장조에 착탈가능하게 연결되어 있다. 잉크는 가요성 공급 도관을 통하여 저장조로부터 프린트 헤드 조립체로 이송된다. 프린트 헤드 조립체 내의 히터 및 잉크방울 발생기를 작동시키는 전력은 대체로 공급 도관의 일부분을 형성하는 전원 시스템 케이블에 의해 공급된다. 거터에 의해 포집되어 있는 사용되지 않은 잉크방울은 펌프에 의해, 대체로 공급 도관의 일부분으로서 배치되어 있는 복귀 도관을 통하여 저장조로 재순환된다. 각 도관에서의 잉크의 유동은 일반적으로 솔레노이드 밸브 및/또는 다른 유사한 구성요소에 의해 컨트롤된다.
잉크가 잉크 공급 시스템을 통하여 순환할 때, 잉크 특히 노즐과 거터 사이의 통로에서 공기에 노출되어 왔던 재순환된 잉크는 용매 증발의 결과로 걸쭉하게 되는 경향이 있다. 이러한 현상을 보상하기 위해, 잉크가 정확한 작동 온도에 있을 때 잉크 점성도를 원하는 한계범위 내로 유지하도록 교체가능한 용매 카트리지로부터 필요시에 용매가 잉크에 추가된다. 이러한 용매는 세정 사이클에서 노즐 및 거터와 같은 프린트 헤드 조립체의 구성요소를 씻어 내기 위해서 사용될 수도 있다.
용매의 순환을 위해서는 유체 도관을 더 필요로 하고 따라서 전체로서 잉크 공급 시스템은 잉크 공급 시스템과 프린트 헤드 조립체의 상이한 구성요소들 사이에 연결된 상당한 수의 도관을 포함하고 있다는 것을 알 수 있다. 이상적으로는, 사용의 유연성을 허용하도록 프린트 헤드 조립체가 가능한 한 작으며, 프린트 헤드 조립체가 히터, 잉크방울 발생기, 대전 전극, 디플렉터 플레이트, 위상 측정 시스템, 거터, 잉크 및 용매의 유동을 컨트롤하기 위한 컨트롤 밸브, 상기 구성요소들을 잉크 공급 시스템에 연결시키거나 상기 구성요소들을 서로 연결시키는 도관, 그리고 다양한 상기 구성요소에 전력을 공급하는 전기 커넥터를 포함하는 것이다. 대체로, 컨트롤 시스템용 연결부(대체로 전기적인 연결부이지만 유압식 컨트롤 시스템과 같은 다른 컨트롤 시스템이 사용될 수 있음) 뿐만 아니라, 잉크 및 용매용 도관 및 전원 케이블은 함께 연계되어 프린터 캐비넷으로부터 프린트 헤드 조립체로 이어지는 공급 도관을 형성한다.
상기 구성요소들 사이의 많은 연결부 및 프린트 헤드 조립체 내의 도관은 모두 누출 및 압력 손실의 잠재적인 발생원에 해당한다. 게다가, 상기 프린트 헤드 조립체의 복잡성 및 콤팩트성은 프린트 헤드 조립체 내의 구성요소가 고장이 나는 경우, 프린트 헤드 조립체를 사용중지하고 프린트 헤드 조립체를 수리하기 위해 보내거나 프린트 헤드 조립체를 폐기하고 교체할 필요가 있는 반면에, 전체 교체 프린트 헤드 조립체는 생산의 연속성을 보장하도록 사용되어야 한다는 것을 의미한다. 프린트 헤드 조립체의 내부에 복수의 도관 및 구성요소가 존재함으로 인해서 점검시나 수리시에 특정의 구성요소에 접근하는 것을 곤란하게 만들기 때문에, 출장 수리가 가능하지 않을 수 있다.
연속 잉크 제트 프린터가 연속된 긴 시간 동안 생산 라인에서 일반적으로 사용된다고 가정하면, 부품의 신뢰성, 부품 수리의 신속성 및 부품 유지보수의 용이성이 중요한 문제가 될 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체를 제공한다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시형태는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체를 제공하는데, 상기 프린터는 컨트롤 시스템, 전원 시스템 및 잉크 및/또는 용매 공급 시스템를 가지고 있고, 상기 프린트 헤드 조립체는 잉크 방울 발생기를 포함하고 있으며 제 1 모듈을 탈착가능하게 수용하도록 구성되어 있고, 상기 제 1 모듈은 히터, 제 1 모듈을 통하여 잉크 및/또는 용매를 안내하는 복수의 제 1 유체 통로가 형성되어 있는 제 1 매니폴드 조립체, 상기 컨트롤 시스템이 상기 제 1 매니폴드 조립체 및/또는 히터를 통하여 제 1 유체 통로를 선택할 수 있게 하는 밸브 조립체, 상기 제 1 매니폴드 조립체를 잉크 및/또는 용매 공급 시스템 및 잉크 방울 발생기로 연결시키는 제 1 유체 포트, 그리고 상기 밸브 조립체 및 상기 히터를 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결시키는 제 1 컨트롤 시스템 커넥터 및 제 1 전원 시스템 커넥터를 포함하고 있어서, 상기 제 1 모듈이 독립적으로 상기 프린트 헤드 조립체에 부착될 수 있거나 상기 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태는 컨트롤 시스템, 전원 시스템, 잉크 및/또는 용매 공급 시스템 그리고 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 프린트 헤드 조립체를 포함하는 연속 잉크 제트 프린터를 제공한다.
"독립적으로" 라는 표현은, 제 1 모듈이, 잉크 및/또는 용매 공급 시스템, 컨트롤 시스템, 전원 시스템 및 프린트 헤드 조립체의 다른 구성요소에 연결될 필요가 있을 때, 상기 다른 구성요소를 제거하거나 또는 상기 다른 구성요소를 잉크 및/또는 용매 공급 시스템, 컨트롤 시스템 또는 전원 시스템으로부터 분리시킬 필요없이 프린트 헤드 조립체에 부착되거나 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 프린트 헤드 조립체의 유지보수가 매우 용이하게 된다. 게다가, 노후한 모듈을 업그레이드된 구성요소를 포함하고 있으며 프린트 헤드 조립체에 설치되도록 설계된 새로운 교체 모듈로 교체함으로써 구성요소들에 대한 임의의 개량사항이 기존의 잉크 제트 프린터에 용이하게 통합될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 프린트 헤드 조립체는 제 2 모듈을 유지하도록 구성될 수도 있는데, 상기 제 2 모듈은 잉크 방울 발생기, 잉크 및/또는 용매를 상기 잉크 방울 발생기로 안내하는 제 2 유체 통로가 형성되어 있는 제 2 매니폴드 조립체, 상기 제 2 매니폴드 조립체를 상기 제 1 매니폴드 조립체에 연결시키는 제 2 유체 포트, 그리고 상기 잉크 방울 발생기를 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결시키는 제 2 컨트롤 시스템 커넥터 및 제 2 전원 시스템 커넥터를 포함하고 있어서, 상기 제 2 모듈이 독립적으로 상기 프린트 헤드 조립체에 부착될 수 있거나 상기 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있다.
이하에서 상기 제 1 모듈은 히터 모듈이라 하고, 상기 제 2 모듈은 잉크 방울 발생기 모듈이라 한다.
본 발명의 제 3 실시형태는 잉크 및/또는 용매 공급 시스템, 컨트롤 시스템 및 전원 시스템을 가지고 있는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체용 히터 모듈을 제공하는데, 상기 히터 모듈은 히터, 복수의 유체 통로가 형성되어 있느 매니폴드 조립체, 상기 잉크 및/또는 용매 공급 시스템과의 연결을 위해 상기 매니폴드 조립체와 유체 연결되어 있는 유체 포트, 상기 컨트롤 시스템이 상기 매니폴드 조립체 및/또는 히터를 통하여 유체 통로를 선택할 수 있게 하는 밸브 조립체, 그리고 상기 밸브 조립체 및 상기 히터를 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결시키는 컨트롤 시스템 커넥터 및 전원 시스템 커넥터를 포함하고 있다.
본 발명의 제 4 실시형태는 잉크 및/또는 용매 공급 시스템, 컨트롤 시스템 및 전원 시스템을 가지고 있는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체용 잉크 방울 발생기 모듈을 제공하는데, 상기 잉크 방울 발생기 모듈은 잉크 방울 발생기, 잉크 및/또는 용매를 잉크 방울 발생기로 안내하는 유체 통로가 형성되어 있는 매니폴드 조립체, 상기 잉크 및/또는 용매 공급 시스템과의 연결을 위해 상기 매니폴드 조립체와 유체 연결되어 있는 유체 포트, 그리고 잉크 방울 발생기 모듈을 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결시키는 컨트롤 시스템 커넥터 및 전원 시스템 커넥터를 포함하고 있다.
아래에 상세하게 설명되어 있는 사항, 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예는 본 발명의 제 1 실시형태, 제 2 실시형태, 제 3 실시형태 및 제 4 실시형태에 적용될 수 있다. 아래에 상세하게 설명되어 있는 사항, 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예는 본 발명의 일부분을 형성할 수 있는 다른 교체가능한 모듈에도 적용된다.
잉크 및/또는 용매 공급 시스템과의 연결을 위한 유체 포트는 잉크 및/또는 용매 공급 시스템에 직접 연결되거나 적절한 다른 모듈을 통하여 연결될 수 있다.
모듈의 유체 통로를 통하여 잉크 대신에 용매를 유동시킴으로써 프린트 헤드 조립체가 세정될 수 있도록 잉크 및/또는 용매 공급 시스템은 잉크 및 용매 공급 시스템인 것이 바람직하다. 프린트 헤드 내의 유체 통로는 밸브 조립체 내의 밸브를 작동시키는 컨트롤 시스템, 통상적으로 컴퓨터 프로그램을 작동시키는 마이크로프로세서 컨트롤 시스템에 의해 컨트롤된다. 예를 들면, 잉크보다는 용매가 프린트 헤드 조립체 전체에 걸쳐서 쏟아질 때, 용매가 히터를 통과하지 못하도록 하는 것을 보장하도록 밸브 조립체 내의 밸브가 구성될 수 있다. 바람직하게는 밸브 조립체가 복수의 솔레노이드작동식 컨트롤 밸브를 포함한다.
히터는 잉크를 가열할 수 있도록 유체 통로들 중의 하나에 위치된다. 바람직하게는 프린트 헤드 조립체 내에, 통상적으로 히터 모듈 또는 잉크 방울 발생기 모듈 내에, 히터에 의해 잉크 온도를 컨트롤하는데 사용되는 피드백 신호를 제공하기 위해서 컨트롤 시스템에 연결된 온도 센서도 있다. 상기 히터는 저항 히터와 같은 전기 히터로 될 수 있다.
잉크 방울 발생기 모듈은, 진동 압전 소자(oscillating piezoelectric element) 및 진동 압전 소자를 위한 임의의 제어 회로망(본 명세서에서 "잉크 방울 발생기" 라 한다)에 부가하여, 통상적으로 잉크 방울을 대전시키기 위한 대전 전극 조립체, 디플렉터 플레이트(deflector plate), 위상 측정 조립체 및 편향되지 않은 잉크 방울을 수집하여 복귀시키기 위한 거터 튜브를 포함할 수 있다. 그러나, 이들 다른 구성요소는 프린트 헤드 조립체 내의 다른 장소에 배치될 수 있으며, 다른 독립적으로 교체가능한 하나의 모듈 또는 복수의 모듈 내에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 구성요소들은 모두 잉크 방울 발생기 모듈의 일부분이다.
본 발명의 히터 모듈 및 잉크 방울 발생기 모듈의 어느 한 쪽 또는 양쪽 모두에 매니폴드를 사용하는 것은 각 모듈 내의 구성요소들을 서로 연결시키는 많은 파이프, 튜브, 호스 등에 대한 필요성을 배제시켜서 모듈이 보다 안정적으로 되고 연결부에서 누출 또는 파손이 보다 적게 발생하게 된다. 모듈이 프린트 헤드 조립체의 나머지 부분에 부착되거나 분리될 때 외측 유체 포트의 연결부만 연결상태가 만들어지거나 연결상태가 해제될 필요가 있다.
매니폴드는 모듈 내의 복수의 튜브 또는 복수의 파이프로 형성될 수 있지만, 바람직하게는, 히터 모듈 및/또는 잉크 방울 발생기 모듈과 같은 임의의 교체가능한 모듈의 매니폴드 조립체가 경계를 이루는 제 1 표면에서 서로 끼워맞춤되도록 구성된 제 1 부재 및 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 매니폴드 조립체 내의 유체 통로를 형성하는 유체 도관 및 이 유체 도관과 유체 연결되어 있는 유체 포트를 형성하는 것이다.
도관은 제 1 표면들 중의 한 쪽 표면 또는 양 쪽 표면의 채널에 의해 형성될 수 있다. 각각의 채널은 제 1 부재와 제 2 부재가 서로 끼워맞춤될 때 대향하는 제 1 표면에 의해 그 길이를 따라서 덮혀질 수 있다. 상기 채널은 기다랗게 될 수 있다.
상기 도관을 누출에 대해 밀봉하기 위해 경계를 이루는 제 1 표면들 사이에 적어도 하나의 시일이 제공될 수 있다. 상기 시일은 바람직하게는 상기 표면들 사이에서 압축되는 탄성 요소로 될 수 있다. 각각의 채널에 대해 별개의 시일이 제공되거나 하나 이상의 시일이 서로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 시일이 상기 제 1 표면들 중의 하나에 형성된 적어도 하나의 리세스에 편리하게 수용될 수 있다.
채널은 상기 표면들 중의 어느 한 쪽 또는 양쪽에 형성될 수 있다. 한 가지 실시예에서, 채널은 제 1 부재의 제 1 표면에 제공되고 적어도 하나의 리세스는 제 2 부재의 다른 제 1 표면에 제공된다.
제 1 매니폴드 부재 및 제 2 매니폴드 부재는 각각 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가질 수 있다. 포트는 상기 매니폴드 부재들 중의 적어도 하나의 매니폴드 부재의 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 뻗어 있을 수 있다.
상기 포트에 연결되어 있는 구성요소는 매니폴드 조립체에 의해 지지될 수 있으며 또한 제 2 표면들 중의 적어도 하나의 제 2 표면 상에 지지될 수 있다.
포트들 중의 적어도 하나의 포트는, 예를 들면, 유체 연결을 만들기 위해서 가요성 튜브를 부착허가 용이하도록 적어도 부분적으로 제 2 표면 상의 노즐에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 노즐과의 유체 밀봉 연결상태를 만들도록 구성된 가요성 튜브에 의해 상기 모듈들이 잉크 및/또는 용매 공급 시스템에 연결되고 상기 모듈들이 서로 연결된다.
모듈의 구성요소는 포트에 직접 연결될 수 있으며 상기 매니폴드 조립체에 인접하게 배치될 수 있다.
제 1 매니폴드 부재 및 제 2 매니폴드 부재는 임의의 편리한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 제 1 매니폴드 부재 및 제 2 매니폴드 부재는 대체로 플레이트형상으로 될 수 있다. 제 1 매니폴드 부재 및 제 2 매니폴드 부재는 서로 탈착가능하게 연결되거나, 예를 들면, 용접 이음에 의해 서로 영구적으로 연결될 수 있다.
프린트 헤드 조립체에 대한 적절한 구성은 프린트 헤드 조립체를 프린터의 컨트롤 시스템, 전원 시스템 및 잉크 및/또는 용매 공급 시스템에 연결시키는 공급 도관을 가지고 있는 챔버의 형태로 되어 있으며 상기 챔버 내에 위치된 컨트롤 시스템, 잉크 및 용매 공급 시스템 및 전원 시스템용 커넥터를 가지고 있는 것이다. 바람직하게는 상기 챔버가 히터 모듈 및/또는 잉크 방울 발생기 모듈을 유지하기 위한 부착 수단도 포함한다. 잉크 및/또는 용매 공급 시스템용 커넥터는 통상적으로 상기 챔버 및 제 1 모듈 및/또는 제 2 모듈 상의 포트 또는 노즐의 형태로 되고, 가요성 튜브에 의해 서로 연결될 수 있다. 컨트롤 시스템 및 전원 시스템용 커넥터는 플러그 및 소켓 장치, 또는 다른 적절한 전기적인 연결수단의 형태로 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 커넥터가 히터 모듈 및/또는 잉크 방울 발생기 모듈이 챔버에 부착될 때 자동적으로 접속상태를 이루도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버는 모듈이 챔버에 부착될 때, 모듈 상의 접속 플레이트를 누르도록 구성되어 있는 탄성 접속부를 구비할 수 있다. 상기 챔버는 또한 모듈 및 프린트 헤드 챔버 내의 연결부에 대한 보호를 제공하기 위해 탈착가능한 커버를 구비할 수 있다.
프린트 헤드 조립체가 히터 모듈 및/또는 잉크 방울 발생기 모듈에 부가하여, 독립적으로 프린트 헤드 조립체에 부착되거나 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수도 있는, 프린트 헤드 조립체의 구성요소를 포함하는 다른 모듈를 포함하는 것이 본 발명의 기술영역 내에 있다. 예를 들면, 잉크 방울 발생기 모듈이 압전 소자(piezoelectric element) 및 대전 소자(charge element)를 포함할 수 있고, 제3의 모듈이 디플렉터 전극, 위상 측정 시스템 및 거터를 포함할 수 있다. 독립적으로 교체가능한 모듈로서 상이한 구성요소의 다양한 조합을 예상할 수 있다.
도 1은 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체의 한 실시예의 분해도를 나타내고 있다.
도 1A는 도 1의 프린트 헤드 조립체의 평면도를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 프린트 헤드 조립체의 히터 모듈의 분해도를 나타내고 있다.
도 3은 도 2의 히터 모듈의 저면도를 나타내고 있다.
도 4는 도 2의 히터 모듈의 평면도를 나타내고 있다.
도 5는 도 1의 프린트 헤드 조립체의 잉크 방울 발생기 모듈의 분해도를 나타내고 있다.
도 6은 도 1의 프린트 헤드 조립체 내의 유동 채널의 개략도를 나타내고 있다.
도 7은 도 1의 프린트 헤드 조립체의 히터 모듈 내의 채널을 나타내고 있다.
이하에서는 단지 예시로서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 특정 실시예를 설명한다.
도 1을 참고하면, 도 1은 공급 도관(3)에 연결된 챔버(2)를 가지고 있는 프린트 헤드 조립체(1)를 도시하고 있고, 상기 공급 도관(3)은 프린트 헤드 조립체(1)를 프린터의 나머지 부분(도시되어 있지 않음)에 연결시킨다. 잉크 방울 발생기 모듈(4)은 나사 구멍(6)과 결합되는 볼트(5)에 의해 챔버(2)에 부착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 시일 또는 개스킷(39)이 잉크 방울 발생기 모듈(4)과 챔버(2) 사이에 배치될 수 있다. 잉크 방울 발생기 모듈(4)(아래에 보다 상세하게 설명되어 있음)은 잉크 방울 발생기로서 작용하는 압전 소자, 대전 전극, 디플렉터 플레이트, 위상 측정 시스템, 거터 및 잉크방울이 프린트되는 출구 구역(19)과 같은 여러가지 요소를 포함할 수 있다.
히터 모듈(7)은 구멍(9)을 가진 플레이트(8)를 가지고 있고, 상기 구멍(9)을 통하여 나사 구멍(6)속에 결합된 볼트(5)를 이용하여 히터 모듈(7)이 챔버(2)에 부착될 수 있다. 시일 또는 개스킷(38)이 히터 모듈(7)과 챔버(2) 사이에 배치될 수 있다. 심(shim)(10)이 플레이트(8)에 용접되어서 플레이트(8)의 그루부(아래에 설명되어 있으며 도 7에 도시되어 있음)와 심(10) 사이에 형성된 유체 통로를 가진 히터 모듈 매니폴드를 형성한다. 솔레노이드 밸브(31, 33)가 심(10)에 부착되어 있으며 심의 구멍(도시되어 있지 않음)을 통하여 히터 모듈 매니폴드와 유체 연결되어 있다. 전기 리드선(12)이 심과 플레이트의 구멍을 통하여 솔레노이드 밸브(31, 33)를 회로 기판(44)(도 2에 도시되어 있음)에 연결시킨다. 전기 히터(40)(도 2에 도시되어 있음)가 유체 통로들 중의 한 유체 통로 내에 배치되거나 유체 통로들 중의 한 유체 통로에 인접하여 배치된다. 히터 모듈 매니폴드 내의 유체 통로는 심(10)에 있는 포트(14A, 14B)와 유체 연결되어 있다. 챔버(2)는 회로 기판(44)과 전기적으로 접속되도록 구성된 회로 기판(15)을 가지고 있다. 회로 기판(44)은 연결 리드선(도시되어 있지 않음)에 의해 공급 도관(3) 내의 전원 시스템 및 컨트롤 시스템 리드선과 연결되어 있다.
도 1A에도 도시되어 있는 바와 같이, 챔버(2)는 또한 공급 도관(3)을 통하여 프린터의 잉크 및 용매 공급 시스템과 유체 연결되어 있는 유체 커넥터(16) 즉 포트(16)를 포함하고 있다. 유체 커넥터(16)는 심(10) 위에 배치되어서 상기 매니폴드 내의 개구 또는 포트(14A)와 공급 도관(3) 사이에 유체 연결을 제공한다. 개스킷(34)은 커넥터(16)와 포트(14A) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 유체 커넥터(16)는 잉크 이송 라인(16A), 용매 이송 라인(16B) 및 잉크/용매 복귀 라인(16C)과 같은 다양한 유체 이송 및 복귀 라인에 부착될 수 있다. 따라서, 한 가지 실시예에서, 커넥터(16) 및 포트(14A)는 3 개의 별개의 유체 채널에 대해 연결을 제공한다. 유체 커넥터 또는 포트(18)는 심(10) 위에 배치되어서 상기 매니폴드 내의 개구 또는 포트(14B)와 공급 도관(3) 사이에 유체 연결을 제공한다. 개스킷(36)은 커넥터(18)와 포트(14B) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 튜브(18A) 및 튜브(18B)는 커넥터(18)와 잉크방울 발생기(32) 사이에 유체 연결을 제공한다. 따라서, 한 가지 실시예에서, 커넥터(18) 및 포트(14B)는 2개의 별개의 유체 채널에 대해 연결을 제공할 수 있다. 비록 커넥터(16)와 포트(14A) 사이, 그리고 커넥터(18)와 포트(14B) 사이에 유체 연결의 특정한 기계적인 구성이 도시되어 있지만, 다양한 튜브, 채널, 구멍, 노즐 등을 이용하여 다른 변형형태의 연결이 가능하다는 것은 자명하다.
히터 모듈(7)의 구성요소들의 분해도가 도 2에 도시되어 있다. 플레이트(8)의 한 표면에는 잉크 및 용매 밸브(31) 및 거터 밸브(33)가 배치되어 있다. 플레이트(8)의 반대쪽 표면에는 히터(40), 온도 센서(42) 및 회로 기판(44)이 배치되어 있다. 히터(40) 및 온도 센서(42)는 히터 모듈(7)을 통하여 유동하는 잉크의 온도를 컨트롤하는데 사용된다. 회로 기판(44)은 잉크 및 용매 밸브(31), 거터 밸브(33), 히터(40), 온도 센서(42) 및 다른 구성요소에 전기적으로 접속되어서 이들 구성요소를 컨트롤한다. 도 3은 히터 모듈(7)의 저면도로서 히터 모듈의 저면에 부착된 다양한 구성요소를 나타내고 있다. 도 4는 히터 모듈(7)의 평면도로서 포트(14, 14B) 뿐만 아니라 히터 모듈의 윗면에 부착된 다양한 구성요소를 나타내고 있다.
잉크 방울 발생기 모듈(4)은, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 프린터의 전원 시스템 및 컨트롤 시스템과 전기적으로 접속되어 있고, 프린터의 전원 시스템 및 컨트롤 시스템은 플러그 및 소켓 장치(도시되어 있지 않음)에 의하거나, 또는 다른 적절한 전기적인 연결부에 의해 잉크 방울 발생기 모듈(4)과 챔버(2) 사이에 배치될 수 있다. 플레이트(21)는 커넥터(18)를 부착된 상태로 포함하여 히터 모듈(7)의 잉크 방울 발생기 매니폴드 내의 유체 통로와 유체 연결을 제공한다. 서미스터(thermistor:도시되어 있지 않음)는 잉크 방울 발생기 모듈(4)로 들어가는 잉크의 온도를 측정하기 위해서 잉크 방울 발생기 모듈(4)의 유체 통로 내에 설치되어 플러그 및 소켓 장치를 통하여 상기 컨트롤 시스템에 연결될 수 있다.
프린트 헤드 조립체(1)의 구성요소들을 조립하면, 히터 모듈(7)이 회로 기판(15)에 전기적으로 접속되고 히터 모듈(7)이 볼트(5)를 이용하여 챔버(2)에 기계적으로 부착된다. 마찬가지로, 잉크방울 발생기(4)가 회로 기판(17)에 전기적으로 접속되고 잉크방울 발생기가 볼트(5)를 이용하여 챔버(2)에 기계적으로 부착된다. 히터 모듈(7)의 포트(14A)는 커넥터(16)에 연결되고 히터 모듈의 포트(14B)는 잉크 방울 발생기 모듈(4)의 커넥터(18)에 연결된다. 프린트 헤드 커버(도시되어 있지 않음)는 상기 챔버 및 모듈 주위에 배치된다.
프린트를 실행하면, 잉크는 공급 도관(3)을 지나고, 라인(16A, 16B, 16C)을 지나서, 커넥터(16)를 거쳐서 포트(14A)로 들어오고, 히터 모듈(7)의 유체 통로, 밸브(11) 및 히터(40)를 지나서, 포트(14B)로부터 빠져 나와서 잉크 방울 발생기 모듈(4)의 입구 커넥터(18)로 들어오고 종국적으로 프린트 단부(19)에서 프린트 헤드 조립체를 빠져나온다. 잉크방울 형성 모듈(도시되어 있지 않음)의 거터(gutter)로부터 수집된 잉크는 커넥터(18)와 포트(14B) 중의 하나를 거치고, 포트(14A) 쪽으로 히터 모듈 매니폴드를 통하여 커넥터(16)로 들어오고 공급 도관(3)을 통하여 프린터로 되돌아 온다. 컨트롤 시스템은 히터를 컨트롤하기 위해 잉크의 측정된 온도를 이용하여, 소정의 잉크 온도가 유지될 수 있게 한다.
히터 모듈(7) 또는 잉크 방울 발생기 모듈(4)를 교체하거나 보수하여 유지할 필요가 있는 경우에는, 프린트 헤드 커버(도시되어 있지 않음)를 제거하기만 하여, 전기적인 접속을 해제하면서 잉크 방울 발생기 모듈(4) 또는 히트 모듈(7)의 해당 커넥터(16) 또는 커넥터(18)를 분리시키고, 볼트(5)를 풀어서 잉크 방울 발생기 모듈(4) 또는 히트 모듈(7)를 분리시킬 필요가 있다. 교체 잉크 방울 발생기 모듈(4) 또는 히트 모듈(7)은 앞에서 설명한 프로세스를 단지 역으로 실행함으로써 제위치에 배치될 수 있다.
도 5를 참고하면, 도 5는 잉크 방울 발생기 모듈(4)의 분해도를 나타내고 있다. 지지 플레이트(21)는 위상 측정 전극을 포함하는 디플렉터 플레이트(24)를 부착된 상태로 가지고 있다. 위상 측정과 관련된 회로망은 압전 잉크방울 발생기(32)에 대해 플레이트(21)의 반대쪽에 있는 인쇄 회로 기판(28)에 배치되어 있다. 위상 측정 인쇄 회로 기판(28) 및 압전 잉크방울 발생기(32)는 볼트(22, 25), 와셔(23) 및 너트(30)에 의해 플레이트(21)에 부착되어 있다. 편심 소켓(26)은 압전 잉크방울 발생기(32)를 제위치에 고정시킨다. 대전 전극 조립체(29)는 도시된 대로 디플렉터 플레이트 조립체(24)에 끼워맞춤된다. 거터 튜브(27)는 그럽 스크루(grub screw)(11)에 의해 지지 플레이트(21) 속에 고정된다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 도 6 및 도 7은 상기 실시예의 프린트 헤드 조립체(1) 내의 유체 그루브 및 상기 실시예의 히터 모듈 플레이트(8) 내의 채널의 구성의 개략도를 각각 나타내고 있다. 사용시에, 플레이트(8)에 용접된 인쇄판(platen)(10)이 유체 채널 또는 매니폴드를 형성하기 위해 상기 그루브를 폐쇄시킨다. 상기 채널은 아래의 기능을 수행한다.
A - 압력을 받고 있는 유체(잉크 또는 용매 중의 어느 하나이지만, 바람직하게는 잉크만)가 공급 도관(3)을 통하여 Al으로부터 A2까지 프린터의 잉크 및 용매 공급 시스템으로부터 이동되어 이송 밸브(11)로 공급된다.
B - 유체를 이송 밸브(31)를 통하여 Bl으로부터 B2까지 히터(40)를 거쳐서 잉크 방울 발생기 모듈(4)로 이동시킨다.
C - 거터 튜브로부터 거터 밸브(33)까지의 복귀 라인으로서, 거터에 수집된 편향되지 않은 잉크 또는 용매 방울을 Cl으로부터 C2까지 프린터의 잉크 저장조로 복귀될 수 있게 한다.
D - 추기(bleed) 라인으로서. 추기 컨트롤 밸브(33)가 작동되는 경우에, 용매로 잉크 방울 발생기의 세정작업을 개시하기 전에 D1으로부터 D2까지 상기 추기 라인을 통하여 잉크가 되돌아 온다.
E - 잉크 및 용매를 공급 도관(3)을 통하여 El으로부터 E2까지 잉크 공급 시스템으로 되돌아가게 복귀시키는 채널을 제공한다.
F - 필요한 경우에 잉크 방울 발생기를 씻는데 사용하기 위해서, F2로부터 Fl까지 깨끗한 용매를 공급 도관을 통하여 컨트롤 밸브(31)로 공급하는 채널을 제공한다.
비록 도 7의 매니폴드 내에는 특정 장치의 채널 및 포트가 도시되어 있지만, 다른 구성이 프린트 헤드 조립체(1)에 사용될 수 있다는 것은 자명하다.
첨부된 청구항에 기재되어 있는 본 발명의 기술영역으로부터 벗어나지 않고 상기 실시예에 대해 다양한 수정이 가해질 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들면, 잉크 방울 발생기는 모듈 형태로 되지 않을 수 있으며, 히터 모듈 내의 유체 통로는 플레이트와 심(shim) 사이 또는 2개의 플레이트 사이에 형성된 채널에 의하기 보다는 튜브식 연결에 의해 만들어질 수 있다.
기술되고 도시된 실시예는 표현된 대로 제한되는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되며, 단지 바람직한 실시예가 기술되고 도시되어 있을 뿐이며 청구항에 한정되어 있는 본 발명의 기술영역 내에 포함되는 모든 변형 및 수정사항도 보호된다. 본 명세서에서 "바람직하다", "바람직하게는", "바람직한" 또는 "보다 바람직한" 과 같은 용어의 사용은 기술된 특징이 바람직할 수 있다는 것을 의미하지만, 그럼에도 불구하고 상기 특징이 필수적인 것은 아닐 수 있으며 상기 특징이 결여된 실시예가 첨부된 청구항에 기재된 본 발명의 기술영역 내에 포함될 수 있다. 청구항과 관련하여, "하나의," "적어도 하나의" 또는 "적어도 하나의 부분" 과 같은 용어가 어떤 특징의 서두에 사용되는 경우, 청구항에 이와 반하는 사항이 명시적으로 기재되어 있는 않다면 상기와 같은 특징을 단지 하나로 청구항을 제한할 의사가 있는 것은 아니다. "적어도 일부분" 및/또는 "일부분" 이라는 표현이 사용되는 경우, 청구항에 이와 반하는 사항이 명시적으로 기재되어 있는 않다면 당해 물품은 일부분 및/또는 전체 물품을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체로서,
    상기 프린터는 컨트롤 시스템, 전원 시스템 및 잉크 공급 시스템을 가지고 있고, 상기 프린트 헤드 조립체는 잉크 방울 발생기를 포함하고 있으며 제 1 모듈을 탈착가능하게 수용하도록 구성되어 있고,
    상기 제 1 모듈은 히터와, 상기 제 1 모듈을 통하여 잉크를 안내하는 복수의 제 1 유체 통로가 형성되어 있는 제 1 매니폴드 조립체와, 상기 컨트롤 시스템이 상기 제 1 매니폴드 조립체를 통과하는 상기 제 1 유체 통로들을 선택할 수 있게 하는 밸브 조립체와, 상기 제 1 매니폴드 조립체를 상기 잉크 공급 시스템 및 상기 잉크 방울 발생기에 연결하기 위한 제 1 유체 포트들로서 상기 잉크가 상기 잉크 공급 시스템으로부터 상기 잉크 방울 생성기까지 상기 제 1 유체 통로들과 상기 제 1 유체 포트들을 통하여 공급될 수 있게 하는 제 1 유체 포트들과, 상기 밸브 조립체 및 상기 히터를 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결하는 제 1 컨트롤 시스템 커넥터들 및 제 1 전원 시스템 커넥터들을 포함하고 있어서,
    상기 제 1 모듈이 독립적으로 상기 프린트 헤드 조립체에 부착될 수 있거나 상기 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있고,
    상기 프린트 헤드 조립체는 제 2 모듈을 탈착가능하게 유지하도록 구성되어 있고,
    상기 제 2 모듈은 상기 잉크 방울 발생기와, 잉크를 상기 잉크 방울 발생기로 안내하는 제 2 유체 통로들이 형성되어 있는 제 2 매니폴드 조립체와, 상기 제 2 매니폴드 조립체를 상기 제 1 매니폴드 조립체에 연결하는 제 2 유체 포트들과, 상기 잉크 방울 발생기를 상기 컨트롤 시스템 및 상기 전원 시스템에 각각 연결하는 제 2 컨트롤 시스템 커넥터들 및 제 2 전원 시스템 커넥터들을 포함하고 있어서,
    상기 제 2 모듈이 독립적으로 상기 프린트 헤드 조립체에 부착될 수 있거나 상기 프린트 헤드 조립체로부터 분리될 수 있으며,
    상기 제 2 모듈이 대전 전극 조립체, 디플렉터 플레이트들, 위상 측정 조립체 및 거터 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
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  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 매니폴드 조립체는 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고,
    상기 제 1 부재 및 제 2 부재는, 경계를 이루는 제 1 표면들에서 서로 맞추어지고 상기 제 1 유체 통로들을 형성하는 제 1 유체 도관들 및 상기 제 1 유체 도관들과 유체 연결되어 있는 제 1 유체 포트들을 상기 제 1 부재 및 제 2 부재 사이에서 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 매니폴드 조립체는 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고,
    상기 제 1 부재 및 제 2 부재는, 경계를 이루는 제 1 표면들에서 서로 맞추어지고 상기 제 2 유체 통로들을 형성하는 제 2 유체 도관들 및 상기 제 2 유체 도관들과 유체 연결되어 있는 제 2 유체 포트들을 상기 제 1 부재 및 제 2 부재 사이에서 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 유체 도관들은 상기 제 1 매니폴드 조립체의 제 1 표면을 따라서 복수의 채널에 의해 형성되고, 상기 채널들 각각은 상기 제 1 매니폴드 조립체의 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로 맞추어질 때 대향하는 상기 제 1 표면에 의해 덮혀지는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 채널들은 길게 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 유체 도관들을 밀봉하기 위해 경계를 이루는 상기 제 1 표면들 사이에 적어도 하나의 시일이 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시일은 상기 제 1 표면들 중의 하나에 형성된 적어도 하나의 리세스에 수용되는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 채널들은 상기 제 1 부재의 제 1 표면 상에 형성되어 있고, 상기 적어도 하나의 리세스는 상기 제 2 부재의 다른 제 1 표면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부재는 상기 제 1 표면들 중 상기 제1 부재에 포함된 제 1 표면의 반대편에 배치되는 제 2 표면을 가지고, 상기 제 2 부재는 상기 제 1 표면들 중 상기 제 2 부재에 포함된 제 1 표면의 반대편에 배치되는 제 2 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 유체 포트들이 상기 제 1 부재 및 제 2 부재 중의 적어도 하나의 부재의 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 모듈 또는 상기 제 2 모듈 또는 상기 제 1 모듈 및 상기 제 2 모듈 모두가 상기 제 2 표면들 중의 적어도 하나의 제 2 표면 상에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 유체 포트들 중의 적어도 하나의 제 1 유체 포트는 부분적으로 상기 제 2 표면 상의 개구에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  15. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재가 플레이트형상인 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로 영구적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체.
  17. 연속 잉크 제트 프린터로서,
    컨트롤 시스템과, 전원 시스템과, 잉크 공급 시스템과, 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 연속 잉크 제트 프린터용 프린트 헤드 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 잉크 제트 프린터.
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