KR20020097184A - 압력 제어 잉크 이송 시스템 - Google Patents

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KR20020097184A
KR20020097184A KR1020027011033A KR20027011033A KR20020097184A KR 20020097184 A KR20020097184 A KR 20020097184A KR 1020027011033 A KR1020027011033 A KR 1020027011033A KR 20027011033 A KR20027011033 A KR 20027011033A KR 20020097184 A KR20020097184 A KR 20020097184A
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스티븐 알. 컴플린
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렉스마크 인터내셔널, 인코포레이티드
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Abstract

잉크 젯 프린터용 잉크 카트리지는 대략 평면인 제 1 측면 패널부(first panel portion)(22)로부터 뻗어있는 실질적으로 연속적인 측벽 외주부(side wall perimeter)(14, 16, 18, 20)를 갖는 본체부(10)를 포함한다. 제 2 측면 패널부(78)와, 측벽 외주부와 제 1 측면 패널부에 의해서 잉크를 담기 위한 공동부(12)가 한정된다. 렁 타입(lung type)의 압력 조절기(pressure regulator)는 공동부 내에 배치되며, 공동부 내에 가스 형성을 촉진시키기 위해서 공동부 내에 공동부 측벽에 대해 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 렁 프레임 벽(lung frame wall)(70, 72, 74, 76)을 갖는다.

Description

압력 제어 잉크 이송 시스템{PRESSURE CONTROLLED INK DELIVERY SYSTEM}
프린트 속도와 프린트 품질 또는 해상도를 증진시킬 수 있도록 잉크 젯 기술은 지속적으로 향상되고 있다. 프린트 속도와 품질을 향상시키는 한 가지 방법은 잉크 젯 프린트 헤드 내의 노즐 홀(nozzle hole)의 개수를 증가시키고 노즐 홀의 직경을 줄이는 것이다. 하지만, 프린트 속도와 품질의 향상은 종종 저 품질의 저속 프린터에서는 나타나지 않았던 작동상의 문제들을 야기한다.
잉크 젯 프린터에서, 잉크는 잉크 카트리지 또는 공급 탱크로부터 프린트 헤드로 공급된다. 잉크는, 잉크 카트리지로부터 반도체 칩에 있는 잉크 비아(ink via)를 통과하거나 또는 반도체 칩의 에지(edge) 둘레에 있는 연결 유로(流路)를 통해서, 탱크로부터 잉크 유동 채널과 잉크 챔버(ink chamber)로 흐른다. 잉크 챔버는 반도체 칩의 표면상에 한정된 히터 저항(heater resistor) 및 해당 노즐 홀과 축 방향으로 정렬 상태로 위치된다. 전기 임펄스 에너지가 히터 저항에 인가됨에 따라, 저항에 인접한 잉크는 가열되며, 노즐 홀로부터 프린트 매체로 분사되는 잉크 버블(ink bubble)이 형성된다. 프린트 헤드 상에 있는 복수의 히터 저항의 선택적인 작동에 의해, 이미지를 형성할 수 있도록 잉크 도트 패턴이 프린트 매체에 부착된다.
프린트 과정의 중요한 면은 제어 상태로 프린트 헤드에 잉크를 공급하는 것이다. 잉크 공급 카트리지 내의 압력이 너무 높으면, 히터 저항이 작동되기도 전에 잉크가 프린트 헤드로부터 프린트 매체로 자유롭게 누설(漏泄)될 수 있다. 잉크 공급 카트리지 내의 압력이 너무 낮으면, 프린트 헤드 상에 있는 잉크 채널과 챔버가 충분히 빠르게 재충진(refill)되지 않는다. 잉크 채널과 챔버가 충분히 빠르게 재충진되지 않으면 잉크 도트가 소실(消失)되거나 잉크가 잉크 챔버에 충진될 수 있는 시간을 확보할 수 있게 프린트 속도가 낮아져야 한다. 또한, 잉크 카트리지로부터 잉크가 사용됨에 따라, 잉크 카트리지 내에 남아있는 잉크가 프린트 헤드로 흐르는 것을 저지하는 수준까지 잉크 카트리지 내의 압력이 낮아질 수 있다. 따라서, 프린트 헤드 상의 노즐 홀의 개수가 증가되고 홀의 직경이 감소됨에 따라, 잉크 공급 시스템 내의 소정의 잉크 공급 압력을 유지시키는 것은 더욱 중요해진다.
프린트 헤드로의 잉크 공급 유동을 유지시키기 위한 두 가지 주요한 방법이 존재한다. 첫 번째 방법은 잉크로 포화되어(saturated with ink) 제어 상태로 프린트 헤드로 잉크를 흐르게 하는 폼(foam)과 같은 다공성 모세관 부재(porous capillary member)의 사용을 포함한다. 두 번째 방법은 카트리지에 있는 잉크에 압력 또는 배압(back pressure)을 공급하기 위한 다이아프램(diaphragm) 또는 벨로스(bellows)의 사용을 포함한다. 다이아프램 또는 벨로스의 사용은 잉크로 포화된 폼과는 대조적으로, 카트리지가 액체 잉크로 충진될 수 있게 한다. 따라서,프린트 헤드로 이송되는 동일한 잉크 체적에 대해서 잉크 카트리지가 더 소형으로 만들어질 수 있다. 압력 제어를 위해서 다이아프램 또는 벨로스를 이용하는 소형 잉크 카트리지의 단점은 카트리지 본체의 제작시에 공차(tolerance)를 유지시키는 것이 더 어렵게 된다는 것이다.
그래서, 잉크 공급 카트리지의 수명 내내 충분한 잉크가 프린트 헤드로 공급될 수 있도록 잉크 공급 카트리지 내의 소정 압력을 유지시키는, 향상된 압력 제어 잉크 공급 시스템에 대한 요구가 대두된다.
본 발명은 향상된 잉크 카트리지 및 잉크 카트리지의 압력을 유지시키기 위한 압력 제어 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크 카트리지 본체의 내부를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 잉크 카트리지 본체의 외부를 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 잉크 카트리지 본체와 함께 사용하기 위한 프린트 헤드 본체의 상단을 도시하는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 잉크 카트리지를 위한 제 2 측면 패널의 내부를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 잉크 카트리지를 위한 렁(lung)의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 잉크 카트리지를 위한 렁의 횡단면도.
상술한 목적과 다른 목적 및 이점들과 관련하여, 본 발명은 잉크 젯 프린트용의 잉크 카트리지를 제공하며, 이 카트리지는 대략 평면인 제 1 측면 패널부(first panel portion)로부터 뻗어있는 실질적으로 연속적인 측벽 외주부(side wall perimeter)를 갖는 본체부(body portion)를 포함한다. 잉크를 담기 위한 공동부(cavity)가 제 2 측면 패널부, 측벽 외주부 및 제 1 측면 패널부에 의해서 한정된다. 렁(lung: 폐) 타입의 압력 조절기가 공동부 내에 배치되며, 공동부 내에 가스의 형성을 촉진시키기 위해서 공동부 내에서 공동부 측벽에 대해 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 렁 프레임 벽(lung frame wall)을 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 잉크 젯 프린터용 잉크 공급 카트리지를 제작하는 방법을 제공한다. 이 방법은 열가소성 재료로 대략 직사각형의 본체를 사출 성형하는 것을 포함하며, 이 본체는 단부 개방형 챔버(open-ended chamber)를 한정하는 측벽과 제 1 측면 패널을 포함한다. 버블 발생기(bubble generator)와 잉크 공급 포트가 직사각형 본체의 제 1 측벽과 일체로 사출 성형되며, 버블 발생기와 잉크 공급 포트는 챔버와 유체 유통 상태에 있다. 압력 조절기가 직사각형 본체의 챔버 내에 배치되고 또한 챔버 내에 가스 버블의 형성을 촉진시키기 위해서 버블 발생기에 인접하게 제 1 측벽에 대해서 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 렁 프레임 벽을 갖도록, 렁 타입의 압력 조절기 또한 본체와 일체로 사출 성형된다. 제 2 측면 패널도 또한 열가소성 재료로 사출 성형되며, 제 2 측면 패널은 잉크를 담기 위한 폐 챔버(closed chamber)를 한정할 수 있도록 직사각형 본체에 고정 부착된다.
본 발명의 또 다른 양태는 잉크 공동부를 한정하는 측벽과 이 측벽에 부착된 제 1 및 제 2 측면 패널을 갖는 대략 직사각형의 본체를 포함하는 잉크 젯 프린터 카트리지를 제공한다. 잉크 공동부에는 잉크가 배치된다. 직사각형 본체의 측벽 중 적어도 하나에 버블 발생기가 배치되며, 공동부 내의 잉크 압력을 조절하기 위해서 잉크 공동부 내에 압력 조절기가 배치된다. 압력 조절기는 잉크 내에 가스 버블의 형성을 촉진시키기 위해서 버블 발생기를 포함하는 직사각형 본체의 측벽에 대해 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 프레임 벽을 포함한다.
본 발명의 중요한 특징부는 잉크 카트리지의 본체 공동부 내에 배치된 렁 프레임을 갖는 렁과 같은 압력 조절기이며, 렁 프레임은 공동부 내에 가스 버블의 형성을 촉진시키는 표면을 갖는다. 예를 들면, 본체 공동부에 대해서 (소정 각도로) 경사지게 배치된 렁 프레임을 갖는 렁은 다수의 이점을 갖는다. 경사진 렁의 이점중 하나는, 버블이 버블 발생기 개구(aperture)에 매우 인접하게 머물러 있지 않고 메인(main) 잉크 공동부로 이동할 수 있도록, 렁의 프레임을 한정하는 측벽이 가스 버블의 형성과 유동을 촉진시킨다는 것이다. 다른 이점은 성형시에 렁 프레임을 위한 고온 공구(hot tooling)의 극히 일부분만이 카트리지 측벽에 인접하게 이루어지기 때문에 잉크 카트리지의 본체의 측벽의 뒤틀림이 최소화되거나 감소된다는 것이다. 또 다른 이점은 잉크 공급 포트 용도로 볼 체크 밸브(ball check valve)를 삽입하기 위한 잉크 챔버 내의 공간이 증대된다는 것이다. 잉크 챔버 또한 잉크 레벨 센서(ink level sensor)를 위한 충분한 공간을 포함하게 된다. 또 다른 이점은 렁 챔버로 들어가려는 어떠한 잉크도 챔버로부터 경사진 프레임 벽을 따라서 보다 수월하게 배출된다는 것이다.
본 발명의 추가적인 이점은 도면과 연계되어 고찰될 때 본 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 분명해질 것이며, 도면은 축척에 따라 그려지지는 않았으며, 여러 도면에 걸쳐서 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 지칭한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 잉크를 담기 위한 내부 공동부(interior cavity)(12)를 포함하는 대략 직사각형의 잉크 카트리지 본체(10)가 제공된다. 본체(10)는 공동부(12)의 외주부(perimeter)를 한정하는 제 1 측벽(14), 제 2 측벽(16), 제 3 측벽(18) 및 제 4 측벽(20)을 갖는다. 측벽(14 내지 20)은 각각 제 1 측면 패널부(side panel portion)(22)에 부착된다. 측벽(18)은 핸들을 포함할 수 있으며, 또는 바람직하게는 프린트 헤드 본체(31)(도 3 참조)에 잉크 카트리지 본체(10)를 삽입하거나 분리하는데 사용하기 위한, 측벽(18)의 반대편 단부(28, 30)쪽으로 배치된 리지(ridge)(24, 26)를 포함한다. 측벽(18)은, 측벽(20)이 측벽(16)보다 더 큰 길이를 가질 수 있도록, 바람직하게는 원호(圓弧) 형상을 이룬다. 측벽(20)도 바람직하게는, 잉크 카트리지 본체(10)를 잉크 젯 프린터의 프린트 헤드 본체(31)에 부착하기 위한 래치(latch)(32)를 포함한다.
카트리지 본체(10)의 측벽(16)은 바람직하게는 프린트 헤드 본체(31) 내에서의 잉크 카트리지의 적합한 위치와 관련하여 잉크 카트리지를 식별할 수 있도록 떼어낼 수 있는 탭(tab)(34, 36, 38)과 같은 복수의 엇갈리게 배치된 탭을 포함한다. 탭(34, 36 또는 38)은 프린트 헤드 본체(31)(도 3 참조)의 카트리지 슬롯(slot)(39, 41 또는 43)의 키 채널(keying channel)(33, 35 또는 37)에 상응하도록 만들어진 탭(34, 36 또는 38)을 포함하는 잉크 카트리지를 한정할 수 있게 측벽(16)으로부터 탭을 절단하거나 파단(破斷)함으로써 떼어낼 수 있다. 카트리지 본체(10)와 유사하며, 바람직하게는 떼어낼 수 있는 탭을 포함하지 않는 광폭(wider)의 카트리지 본체는 프린트 헤드 본체(31)의 카트리지 슬롯(45)에 삽입 가능하다.
다시 도 1을 참조하면, 개구(aperture)(42)와 볼(ball)(44)을 포함하는 버블 발생기(bubble generator)(40)가 직사각형 카트리지 본체(10)의 제 1 측벽(14)에 배치된다. 버블 발생기(40)의 개구(42)는 본체(10)의 내부 공동부(12)와 유체 유통(fluid flow communication) 관계에 있다. 개구(42)는 버블 발생기(40)를 위한 오리피스(orifice)를 제공한다.
공동부(12)가 잉크로 충진되고 나면, 공동부(12)와 잉크 젯 프린트 헤드 사이에 소정의 압력 차(pressure differential)를 제공할 수 있도록, 바람직하게는 아래에 설명되는 잉크 공급 포트(94)를 통해서 공동부(12)에는 감소된 압력 또는 배압(reduced pressure or back pressure)이 가해진다. 프린트 헤드에 의해서 잉크가 분사됨에 따라, 공동부(12) 내의 잉크의 체적은 감소한다. 공동부 내의 잉크의 체적이 감소함에 따라, 도 5와 도 6을 참조하여 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 - 바람직하게는 렁(lung)인 - 압력 조절기(pressure regulator)(98)는 공동부(12) 내의 소정 압력을 유지시킨다. 압력 조절기(98)는 또한 프린터의 온도와 주위 압력 또는 카트리지 환경 등으로 인한 잉크 공동부(12) 내의 압력 변화를 보상하는 것을 도와준다.
소정의 최소 압력 이상으로 잉크 공동부(12) 내의 압력을 유지시키기 위해서, 버블 발생기(40)는 잉크가 공동부(12)로부터 밖으로 흘러나가는 것을 방지하면서 공동부(12) 내로 가스 유동을 유도할 수 있도록 선택되어야 한다. 공동부(12)로 들어가는 가스 유동 버블(gas flow bubble)은 잉크를 통과하여 흐르며, 잉크 레벨 보다 높게 공동부(12)의 상부 영역(upper portion)에 축적된다. 이러한 방식으로, 공동부(12) 내의 압력은 소정의 최소 압력 이상으로 유지된다. 대부분의 적용에서, 소정의 최소 압력 또는 배압은 물의 약 -12cm 내지 -24cm에 이르는 범위를 갖는다.
개구(42)에 삽입된 볼(44)은 약 1mm 내지 5mm에 이르는 범위의 직경, 바람직하게는 약 3mm의 직경을 가지며, 바람직하게는 잉크 카트리지 본체(10) 내에 있는 잉크와 양립할 수 있는 부식 방지 재료로 만들어진다. 이러한 부식 방지 재료는 유리, 세라믹, 스텐레스 스틸, 플루오르카본 폴리머 등을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 가장 선호되는 재료는 스텐레스 스틸이다.
본 발명의 중요한 특징은 렁 프레임 벽(lung frame wall)(70, 72, 74 및 76)과 이들 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)에 의해서 한정된 영역 내에 있는 제 1 측면 패널(22) 부분에 의해 한정되는 렁 챔버(lung chamber)(66)를 갖는 렁과 같은 압력 조절기의 제공과 관련된다. 렁 프레임 벽 중에서 적어도 하나는 바람직하게는, 내부 공동부(12)(도 1 참조) 내에서 가스 버블의 형성을 촉진시키는 버블 발생기(40)에 인접한 렁 프레임 벽(70)의 표면과 같은 표면을 갖는다. 렁 프레임 벽(70)은 바람직하게는 카트리지 측벽(14)과 평행한 축에 대해서 경사져 있으며, 그래서 카트리지 측벽(16)으로부터 카트리지 측벽(20)으로 나아감에 따라 렁 프레임 벽(70)과 카트리지 측벽(14) 사이에 점점 더 큰 간격을 제공한다.
경사진 렁 프레임 벽(70)을 갖는 렁 구조의 사용에 의해서 다수의 이점이 제공된다. 한가지 이점은 프레임 벽(70)이 개구(42)에 가깝게 인접하지 않기 때문에, 가스가 버블 발생기(40)의 개구(42)를 통해서 공동부(12)로 유입될 때 버블의 형성을 덜 저지(inhibition)하게 된다. 버블 형성이 덜 저지됨으로 인해 공동부(12) 내에서 더 넓은 범위의 압력 제어가 이루어진다.
다른 이점은 카트리지 측벽(14, 16, 18 및 20)과 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)을 형성하는데 사용되는 공구를 위한 더 넓은 공간이 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)과 카트리지 측벽(14, 16, 18 및 20) 사이에 존재하게 된다. 증대된 공구 공간은 측벽(14, 16, 18 및 20)의 공동부측(cavity side)의 증가된 냉각 속도를 향상시키며, 이는 다시 벽 재료의 두께에 걸친 불균등한 냉각에 의해서 야기되는 카트리지 측벽(14, 16, 18 및 20)의 뒤틀림을 감소시킨다. 측벽(14, 16, 18 및 20)의 뒤틀림의 감소는 카트리지 측벽(14, 16, 18 및 20)의 에지(edge)에 의해 한정되는 카트리지 본체(10)의 외주를 따라 위치한 용접 레지(welding ledge)(80)와 제 2 측면 패널(78)(도 4 참조) 사이에 가스 및 액체 밀폐 실(gas and liquid tight seals)을 형성하는 능력을 증대시킨다.
렁 프레임 벽(70)의 경사진 구성은 또한 렁 챔버(66)로 유입되었을 수 있는 잉크 또는 다른 액체를 개구(64) 쪽으로 유도하는 기능을 하며, 그래서 챔버(66)로부터 잉크 또는 액체의 배출 속도(drainage rate)를 향상시킨다. 그래서, 도 1에 도시된 바와 같이 프레임 벽(70과 72)의 교차에 의해서 한정되는 챔버(66)의 꼭지점 영역에 개구(64)를 위치시키는 것이 바람직하다.
렁 프레임 벽(70)의 경사진 또는 비스듬한 배향에 의한 다른 이점은 각각 카트리지 측벽(14와 16)과 렁 프레임 벽(70과 72) 사이에 영역(84와 82)이 제공된다는 것이다. 영역(84)은 바람직하게는 볼 체크 밸브 장치(ball check valve device)를 위한 볼 체크 밸브 지지 구조(86)를 제공하기에 충분한 크기(치수)를 갖는다. 지지 구조(86)는 바람직하게는 둥근 에지(rounded edge)(88)를 포함하며, 보스(boss)(96)와 격벽(97) 및 해당 개구(94)를 통해서 니들 밸브 조립체(needle valve assembly)(도 3 참조)의 잉크 공급 니들이 삽입되고 분리됨에 따라, 엘라스토머 격벽(elastomeric septum)(97)을 포함하는 보스(96) 쪽으로 그리고 보스(96)로부터 멀어지게 개구(94)를 통과하는 직선 방향으로 볼 밸브(90) 및 스프링(92)과 같은 볼 밸브(90)를 위한 가압 장치(urging device)를 안내하도록 되어 있다. 보스(96)를 밀폐시키는데 사용되는 격벽(97)은 다양한 자연 및 합성 고무 재료로 만들어진 격벽을 포함한다. 사용시에, 잉크 공급 니들은 볼 밸브(90)와 접촉하여 볼 밸브(90)가 격벽(97)으로부터 후퇴하도록 하며, 그래서 잉크가 공동부(12)로부터 니들을 통해서 프린트 헤드 본체(31)(도 3 참조) 상의 해당 프린트 헤드로 흐를 수 있게 한다. 니들이 볼(96)로부터 분리됨에 따라, 볼 밸브(90)는 스프링(92)에 의해 격벽(97) 쪽으로 가압되어, 카트리지 본체(10)가 프린트 헤드 본체(31)에 부착되어 있지 않을 때 격벽을 통한 잉크의 유동을 방지할 수 있도록 볼 밸브(90)는 다시 격벽을 밀폐시키게 된다.
볼 밸브(90)와 스프링(92)은 바람직하게는 잉크 저항성 재료로 제작된다. 이러한 재료는 유리, 세라믹, 플루오르카아본 폴리머 및 금속 등을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 볼 밸브(90)와 스프링(92)에 특히 선호되는 재료는 스텐레스스틸이다.
도 1로 돌아가면, 공동부(12) 내의 영역(82)은 잉크 공동부(12) 내에 남아있는 잉크의 양을 탐지하는 레벨 센서(level sensor)를 위한 적절한 위치를 제공한다. 렁 프레임 벽(72)이 카트리지 측벽(16)에 대략 평행하다면, 프레임 벽(72)과 카트리지 측벽(16) 사이의 거리는 자기식 레벨 센서, 광 반사 레벨 센서, 초음파 레벨 센서, 플롯 타입(float-type)의 레벨 센서 등과 같이 잉크 카트리지에 통상적으로 사용되는 잉크 레벨 감지 장치 중 많은 것들에 충분하지 않게 된다.
전체적으로 경사진 렁 프레임 벽(70)의 상술한 이점이 대략 직사각형의 렁 챔버(66)와 관련하여 설명되었지만, 카트리지 측벽(16)으로부터 카트리지 측벽(20)으로 감에 따라 프레임 벽(70)과 카트리지 측벽(14) 사이에 점점 더 커지는 간격을 제공하는 대략 원형, 타원형, 삼각형 또는 다른 다각형 형상인 렁 프레임 벽에 의해서도 유사한 결과를 얻을 수 있다.
이제 렁 타입의 압력 조절기(98)의 특징부가 도 5와 6을 참조하여 설명될 것이다. 압력 조절기(98)는 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)(도 1 참조)과 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)에 의해 한정된 영역 내에 있는 제 1 측면 패널(22) 부분에 의해서 한정되는 렁 챔버(66)를 포함한다. 탄성을 갖는 유연한 폴리머 물질(100)이 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)에 의해서 한정된 둘레 에지(peripheral edge)(102)에 부착된다. 유연한 폴리머 물질(100)은 잉크 카트리지 본체(10)를 형성하는데 사용되는 재료 및 잉크 카트리지에 사용되는 잉크와 양립 가능한 필름과, 렁 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)에 용접 또는 접착식 부착에 적합한 필름으로부터 선택될 수있다. 특히 선호되는 유연한 폴리머 물질(100)은 상표명 'CPP40'의 노오쓰 캐롤라이나 롤리(Raleigh, North Carolina) 소재의 트라이앵글 플라스틱스 사(社)로부터 구매 가능한 코폴리머 폴리프로필렌 물질이다. 코폴리머 폴리프로필렌 물질은 바람직하게는 상표명 '3M-845'의 미네소타, 미니애폴리스(Minneapolis, Minnesota) 소재의 미네소타 마이닝 앤 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 구매 가능한 접착제로 적층된다.
폴리머 물질(100)을 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)에 가열 고정(heat staking)시킨 후에, 폴리머 물질(100)은 벤트 홀(vent hole)(64 또는 104)을 통해서 렁 챔버(66)에 감소된 압력을 가하면서 가열되며, 그래서 폴리머 물질(100)이 렁 챔버(66)를 밀접하게 따르게 된다(closely conform). 렁 챔버(66)에 감소된 압력을 가하면서 폴리머 물질(100)이 가열됨으로 인해, 주름이 감소되며 압력 조절기(98)의 압력 응답이 향상된다는 것을 알게되었다. 공동부(12)를 잉크로 충진하기 전에, 폴리머 물질(100)을 제 1 측면 패널부(22) 쪽으로 가압하기 위해서 프레임 벽(70, 72, 74 및 76)의 외주부 내의 공동부(12)에 피스톤 부재(106)와 가압 부재(urging member)(108)가 삽입된다. 그리고 나서, 제 2 측면 패널(78)이 카트리지 본체(10)의 제 1 측벽(14), 제 2 측벽(16), 제 3 측벽(18) 및 제 4 측벽(20)에 부착된다. 볼(44)이 버블 발생기의 개구(42)(도 1 참조)에 삽입되며, 개구와 이들 개구(42와 64)를 잇는 채널(110)을 밀폐할 수 있도록 개구(42와 64) 위에 접착제 필름이 부착된다. 그리고 나서 공동부(12)가 잉크로 충진되며, 감소된 압력이 공동부(12)에 가해진다.
공동부(12) 내에 경사진 압력 조절기(98)를 사용함에도 불구하고, 카트리지(10)를 형성하는데 이용되는 사출 성형 공정으로 인해 측벽(14, 16, 18 및 20)(도 1 참조)은 여전히 조금 뒤틀리거나 휘어질 수 있다. 측벽(14, 16, 18 및 20)이 휘어지거나 뒤틀어지는 경향을 상쇄시키기 위해서, 제 2 측면 패널(78)은 바람직하게는 제 2 측면 패널(78)의 소정 위치에 배치되는 가압 부재(118)(도 4 참조)를 포함하도록 되어있다. 가압 부재(118)는 바람직하게는, 용접 돌출부(weld projection)(124)를 카트리지 본체(10)의 용접 레지(welding ledge)(80)(도 1 참조)에 밀폐식으로 용접시킬 수 있도록 측벽이 내측으로 휘어지는 것을 감소시킬 수 있게 측벽(14, 16, 18 및 20)의 평면 상태를 유지시킬 수 있도록 측벽(14, 16, 18 및 20)을 외측으로 가압하는 것을 도와주는 에지(122)와 같은 챔퍼처리된 에지(chamfered edge)를 포함하는 직립의 대략 직사각형 탭(tab)이다. 측면 패널(78) 상에 5개의 가압 부재(118)가 도시되어 있지만, 측면 패널(78)은 필요에 따라 그리고 본체(10)의 측벽(14, 16, 18 및 20)의 길이에 따라 더 많거나 더 적은 개수의 가압 부재(118)를 포함할 수 있다.
제 2 측면 패널(78)의 다른 특징부는, 용접 돌출부(124)의 내측에 배치되고 제 2 측면 패널(78)의 취급시에 용접 돌출부(124)를 손상으로부터 보호하는 융기 벽(raised wall)(120)이다. 용접 돌출부(124)가 상대적으로 취약하여 이물체(異物體)에 부딪치거나 또는 치이게 되면 쉽게 손상될 수 있기 때문에 용접 돌출부(124)를 보호하는 것이 바람직하다. 용접 돌출부(124)는 제 2 측면 패널(78)을 본체(10)의 용접 레지(80)에 초음파 용접하기 위한 지점을 제공한다. 다른 방식으로는, 측면 채널(78)을 카트리지 본체(10)에 달라붙게 부착하기 위해서 용접 돌출부(124)의 부재시에 용접 레지(80) 또는 제 2 측면 패널(78)에 접착제가 도포될 수 있다. 잉크의 누설, 액체 잉크 성분의 증발 및/또는 공동부(12) 내의 원치 않는 압력 변화를 회피할 수 있도록 본체(10)와 패널(78) 사이에 액체 및 가스 밀폐 실을 제공하는데 용접 또는 접착제가 필요하다.
측면 패널의 다른 특징부는 가이드 바(guide bar)(128)와 스톱 부재(stop member)(130)를 포함하는 가이드 부재(126)이다. 가이드 바(128)는 볼 밸브(90)와 스프링(92)을 지지 구조(86)의 둥근 에지(88)와 가이드 바(128) 사이에서 유지시킬 수 있도록 지지 구조(86)(도 1 참조)의 두 부분 사이에 이격되게 위치된다. 스톱 부재(130)는, 스프링(92)이 볼 밸브(90)에 가압 저항력(urging resistance)을 가하고 그래서 카트리지 본체(10)가 프린트 헤드 본체(31)에 부착되어 있지 않을 때 오리피스(94)를 밀폐할 수 있게 스프링(92)을 위한 리테이너(retainer)를 제공한다.
카트리지 본체(10)와 제 2 측면 패널(78)과 관련하여, 볼(44), 볼 밸브(90), 스프링(92), 유연한 폴리머 물질(100), 피스톤 부재(106) 및 가압 부재(108)를 제외한 위에서 설명된 모든 특징부는 카트리지 본체(10)와 측면 패널(78)에 성형된다. 따라서, 본체(10)와 측면 패널(78)은 바람직하게는 폴리페닐렌 옥사이드/폴리스티렌 혼합물(polyphenylene oxide/polystyrene alloys), 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 테르폴리머(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymers), 폴리스티렌/부타디엔 혼합물 또는 코폴리머, 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에스테르 등을 포함하는 열가소성 재료의 그룹으로부터 선택된 재료로 성형되나, 이에 국한되지는 않는다. 본체(10)와 패널(78)에 특히 선호되는 재료는 ASTM D-1238에 따라 10분당 약 12g의 용융물 유동 속도를 가지며 ASTM D-1505에 따라 약 0.9g/㎤의 밀도를 가지며, 상표명 'P4G4B-036'의 뉴저지, 우드베리(Woodbury, New Jersey) 소재의 헌츠먼 폴리프로필렌 코포레이션(Huntsman Polypropylene Corporation)으로부터 구매 가능한 폴리프로필렌 재료이다.
본 발명과 본 발명의 여러 가지 이점과 관련하여 다양한 양태와 실시예가 설명되었는데, 당업자는 본 발명이 첨부된 청구항의 사상과 범위 내에서 다양한 변형과 대체 및 개조가 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 잉크 카트리지 및 잉크 카트리지의 압력을 유지시키기 위한 압력 제어 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 잉크 젯 프린터용 잉크 카트리지로서,
    대략 평면인 제 1 측면 패널부(first panel portion)로부터 뻗어있는 실질적으로 연속적인 측벽 외주부(side wall perimeter)를 갖는 본체부(body portion)와,
    잉크를 담을 수 있게 제 2 측면 패널부, 상기 측벽 외주부 및 상기 제 1 측면 패널부에 의해서 한정되는 공동부(cavity)와,
    상기 공동부 내에 배치되며, 상기 공동부 내에 가스의 형성을 촉진시키기 위해서 상기 공동부 내에서 제 1 측벽에 대해 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 렁 프레임 벽(lung frame wall)을 갖는 렁(lung: 폐) 타입의 압력 조절기(pressure regulator)를
    포함하는 잉크 카트리지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 조절기는, 상기 본체부의 상기 제 1 측면 패널부에 부착되며 상기 공동부 내에 소정의 배압(背壓: back pressure)을 제공할 수 있는 충분한 크기를 갖는 대략 직사각형의 장치인, 잉크 카트리지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 렁 프레임 벽은 상기 본체부의 상기 제 1 측벽에 평행한 축에 대해서약 5°내지 20°범위의 각도로 배치되는, 잉크 카트리지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 조절기는, 상기 본체부의 상기 제 1 측면 패널부에 부착된 곡선을 이루는 직립 프레임 벽(curved upstanding frame wall)을 가지며 상기 공동부 내에 소정의 배압을 제공할 수 있는 충분한 크기를 갖는 대략 타원형 구조인, 잉크 카트리지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부의 상기 제 1 측벽에 부착된 잉크 공급 포트와, 상기 카트리지가 잉크 젯 프린터에 부착되어 있지 않을 때 상기 잉크 공급 포트를 밀폐하기 위한 볼 체크 밸브(ball check valve)와 볼 가압 부재(ball urging member)를 더 포함하는, 잉크 카트리지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부의 제 2 측벽에 부착되어 상기 공동부의 외부에 위치하는 복수의 떼어낼 수 있는 탭(removable tab)을 더 포함하는, 잉크 카트리지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 측면 패널부는 상기 본체부의 상기 측벽이 내측으로 구부러지는것을 감소시키기 위한 상기 제 2 측면 패널부로부터 상기 공동부 내부로 돌출한 돌출부를 더 포함하는, 잉크 카트리지.
  8. 잉크 공급 카트리지의 제작 방법으로서,
    열가소성 재료로부터, 단부 개방형 챔버(open-ended chamber)를 한정하는 측벽과 제 1 측면 패널을 포함하는 대략 직사각형의 본체를 사출 성형(injection molding)하는 단계와,
    상기 챔버와 유체 유통(fluid flow communication) 상태에 있는 버블 발생기(bubble generator)와 잉크 공급 포트를 상기 직사각형 본체의 제 1 측벽과 일체로 사출 성형하는 단계와,
    상기 챔버 내에 가스 버블의 형성을 촉진시키기 위해서 상기 버블 발생기에 인접하게 상기 제 1 측벽에 대해서 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 렁 프레임 벽을 갖는 렁 타입의 압력 조절기(lung type pressure regulator)를 상기 직사각형 본체의 상기 챔버 내에 사출 성형하는 단계와,
    열가소성 재료로 제 2 측면 패널을 사출 성형하는 단계와,
    잉크를 담기 위한 폐 챔버(closed chamber)를 한정할 수 있도록 상기 제 2 측면 패널을 상기 직사각형 본체에 고정 부착시키는 단계를
    포함하는, 잉크 공급 카트리지의 제작 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 측면 패널은 접착제를 통해서 상기 직사각형 본체에 부착되는, 잉크 공급 카트리지의 제작 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 측면 패널은 초음파 용접을 통해서 상기 직사각형 본체에 부착되는, 잉크 공급 카트리지의 제작 방법.
  11. 잉크 젯 프린터 카트리지로서,
    잉크 공동부를 한정하는 측벽과 상기 측벽에 부착된 제 1 및 제 2 측면 패널을 갖는 대략 직사각형의 본체와,
    상기 잉크 공동부에 배치된 잉크와,
    상기 직사각형 본체의 상기 측벽 중 적어도 하나에 배치된 버블 발생기와,
    상기 공동부 내의 잉크 압력을 조절하기 위해서 상기 잉크 공동부 내에 배치되며, 상기 잉크 내에 가스 버블의 형성을 촉진시키기 위해서 상기 버블 발생기를 포함하는 상기 직사각형 본체의 상기 측벽에 대해 (소정 각도로) 경사지게 배치된 적어도 하나의 프레임 벽을 갖는, 압력 조절기를
    포함하는, 잉크 젯 프린터 카트리지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 압력 조절기는, 단부 개방형 챔버를 한정하는 상기 카트리지의 상기 제1 측면 패널 부분과 상기 제 1 측면 패널에 부착된 직립 프레임 벽에 의해서 한정되는 대략 직사각형의 챔버를 포함하는, 잉크 젯 프린터 카트리지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 상기 제 1 측면 패널 반대편에 상기 직립 프레임 벽의 에지에 밀폐식으로 부착된 실질적으로 가스 불침투성의 유연한 폴리머 부재(substantially gas impermeable flexible polymeric member)를 더 포함하는, 잉크 젯 카트리지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 폴리머 부재를 상기 제 1 측면 패널 쪽으로 가압하기 위해서 상기 잉크 젯 프린터 카트리지의 상기 제 2 측면 패널과 상기 폴리머 부재 사이에 상기 폴리머 부재에 인접하게 배치된 가압 부재를 더 포함하는, 잉크 젯 프린터 카트리지.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 직사각형 본체의 상기 측벽의 적어도 하나에 부착된 잉크 공급 포트와, 상기 카트리지가 상기 잉크 젯 프린터에 부착되어 있지 않을 때 상기 잉크 공급 포트를 밀폐하기 위한 볼 체크 밸브와 볼 가압 부재를 더 포함하는, 잉크 젯 프린터 카트리지.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 직사각형 본체의 측벽에 부착되어 상기 공동부의 외부에 위치하는 복수의 떼어낼 수 있는 탭을 더 포함하는, 잉크 젯 프린터 카트리지.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 측면 패널은 상기 직사각형 본체의 상기 측벽이 내측으로 구부러지는 것을 감소시키기 위한 상기 제 2 측면 패널로부터 상기 공동부 내부로 돌출한 돌출부를 더 포함하는, 잉크 카트리지.
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