KR20070100343A - 유체 드롭 분사 - Google Patents

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KR20070100343A
KR20070100343A KR1020077017854A KR20077017854A KR20070100343A KR 20070100343 A KR20070100343 A KR 20070100343A KR 1020077017854 A KR1020077017854 A KR 1020077017854A KR 20077017854 A KR20077017854 A KR 20077017854A KR 20070100343 A KR20070100343 A KR 20070100343A
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폴 에이. 호이징톤
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후지필름 디마틱스, 인크.
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Abstract

드롭 분사 시스템은 유체 유동을 제어할 수 있는 유체 제어기를 포함하여, 유체 분사 헤드로부터 유체 세정을 증진시키고 기타 시스템 작동을 증진시킨다. 드롭 분사 시스템은 다수의 노즐을 구비한 드롭 분사 헤드, 펌핑 챔버, 및 노즐 밖의 부압을 생성하여 노즐로부터 유체를 세정할 수 있는 유체 세정 유닛을 포함한다. 유체 제어기는, 유체가 노즐 밖에서 세정되는 경우 드롭 분사 헤드로의 유체 유동의 유동 저항을 증가시킬 수 있다.

Description

유체 드롭 분사{FLUID DROP EJECTION}
기술 분야
본 출원은 유체 드롭 분사 분야에 관한 것이다.
배경 기술
대부분의 잉크젯 시스템에서, 잉크는 오리피스(orifice)에 연결된 경로 또는 챔버에 공급되며, 이로부터 잉크는 경로 내의 잉크에 적용된 감소 및 증가된 압력의 연속적 사이클의 결과 드롭-바이-드롭(drop-by-drop)으로 분사되며, 이는 보통 경로와 소통하는 압력-생성 표면을 갖는 압전 크리스탈(piezoelectric crystal)에 의한다. 경로 내에 진입한 잉크가 용해된 공기를 갖는다면, 압력 사이클의 감소된 압력 부분 동안의 잉크의 감압으로 인해 용해된 공기가 경로의 잉크 내에 작은 버블을 형성할 수 있다. 챔버 내의 반복된 잉크의 감압은 이러한 버블을 성장시킬 수 있으며, 이러한 버블이 잉크젯 기기의 고장을 야기할 수 있다. 또한, 온도가 제트 유체 내의 공기의 용해도에 영향을 주기 때문에, 잉크 온도가 순환하여 노즐에서의 흡수에 의해 버블이 잉크 경로에 진입하여 형성되거나 또는 저장부로부터 그 안에 유동할 수 있다. 예를 들어, 제트 유체의 기저인 물이 공기로 포화되고 이후 가열된다면, 유체 내의 공기 용해도가 감소하며 포화되어 버블을 형성하는 경 향이 있다.
잉크젯 헤드에 누적된 버블은 잉크젯 프린트 헤드를 세정(purge)함으로써 제거될 수 있어서, 세정된 잉크는 잉크 노즐 밖으로 공기 버블을 전달한다. 일반적으로, 보다 큰 버블은 작은 버블에 비해 잉크 유체에서 보다 용이하게 세정된다. 보다 큰 버블은 유동 속도가 보다 큰 영역을 커버할 수 있으며, 작은 버블은 코너에 보다 쉽게 트랩(trap)될 수 있으며, 또는 유동 속도가 보다 작은 벽체에 부착될 수 있다. 버블이 채널 크기의 중요한 부분으로 성장함에 따라, 유동 채널이 버블에 의해 제한되기 때문에, 유동 속도는 버블 주변 내에서 증가한다. 더욱이, 이는 버블에 걸친 압력 드롭(pressure drop)이 보다 용이하게 이동하도록 한다.
종래, 잉크젯 헤드는 다음 2가지 방식으로 세정되었다. a) 잉크 공급부를 가압하여 잉크 노즐 밖으로 잉크가 배출되도록 하거나, 또는 b) 노즐캡(nozzle cap)을 노즐 플레이트에 적용하여 노즐로부터 잉크를 흡수함으로써 세정된다.
미국 특허 제 4,419,677호, 미국 특허 제 4,658,274호 및 미국 특허 제 4,937,598호는, 펌프가 압력을 생성하고 저장부 내의 잉크를 가압하여, 오리피스를 통해 잉크젯 헤드 밖으로 잉크를 분사하고, 트랩된 공기를 전달하는 잉크 공급 시스템이 개시된다. 이러한 공기 유동 세정 시스템은, 비교적 높은 용량의 잉크 노즐 캡처 및 세정 처리 동안 오리피스를 통하여 분사된 잉크의 대부분이 양을 수집하고 제거하는 세정 장치를 필요로 한다.
압력 세정 방법은 프린트 헤드 내의 잉크 유체를 가압하고 잉크 유체 내의 공기 버블의 크기를 감소시키는 것인데, 이는 공기 버블의 세정을 보다 어렵게 한 다. 따라서, 압력 잉크 세정을 사용한 공기 버블의 제거 효과가 크게 제한된다.
요약
일 양상에서, 드롭 분사 시스템(drop ejection system)이 개시된다. 드롭 분사 시스템은, 유체를 분사하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 드롭 분사 헤드, 드롭 분사 헤드에 유체를 공급하는데 적합한 펌핑 챔버, 노즐 밖에 부압(負壓; negative-pressure)을 생성함으로써 노즐로부터 유체를 세정할 수 있는 유체 세정 유닛(fluid purge unit), 및 유체가 노즐 밖에서 세정된 경우 드롭 분사 헤드에 유체 유동의 유동 저항을 증가시킬 수 있는 유체 제어기(flow regulator)를 포함한다.
다른 양상에서, 잉크젯 프린트헤드를 세정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 펌핑 챔버로부터 잉크젯 프린트헤드에 잉크를 공급하는 단계, 펌핑 챔버로 잉크를 공급하는 잉크 경로의 유동 저항을 증가시키는 단계, 잉크젯 프린트헤드의 잉크젯 노즐로부터 잉크를 세정하는 단계, 및 펌핑 챔버로 잉크를 공급하는 잉크 경로의 유동 저항을 감소시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에서, 유체 분사 시스템을 세정하는 방법은, 유체 분사 노즐을 포함하는 유체 분사 헤드로의 유체 경로를 따라 유체를 공급하는 단계, 유체 경로를 따른 영역의 상류에 유체로의 유동 저항을 증가시키는 단계, 및 유체 경로를 따른 영역으로부터 유체를 세정하는 단계를 포함한다.
상기 시스템 및 방법의 개선안은 이하 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있 다. 드롭 분사 헤드는 잉크 유체를 분사하는데 적합한 다수의 잉크젯 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트헤드일 수 있다. 유체 제어기는 펌핑 챔버 내로의 잉크 유동을 제어할 수 있다. 유체 제어기는 수동 장치(passive device) 또는 작동 장치(active device)일 수 있다. 유체 제어기는 잉크젯 프린팅 시스템의 작동 모드에 반응하여 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 유체 제어기는, 가변 밸브(variable valve), 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 서보 밸브(servo valve), 및 개방/폐쇄 바이패스 밸브(open/shut bypass valve)에 상응하는 유동 저항기 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 잉크 세정 유닛은 주변 공기로부터 잉크젯 노즐을 기밀(氣密; air-tight)식 밀봉할 수 있는 노즐캡 및 노즐캡과 잉크젯 프린트헤드에 의해 형성된 기밀 공간 밖으로 공기를 펌핑할 수 있는 펌프를 포함할 수 있어서, 잉크젯 노즐 밖에서 잉크를 세정하도록 부압을 생성할 수 있다. 메커니즘은 노즐캡이 잉크젯 노즐과 체결되고 그 체결을 풀 도록 이동할 수 있다. 잉크 세정 유닛은 잉크젯 프린트헤드 내의 잉크젯 노즐 일부 그룹(subset)으로부터 잉크를 세정할 수 있다. 가스 제거기(deaerator)는 잉크를 잉크젯 프린트헤드에 공급하는 잉크 경로를 따라 잉크와 유체 접촉할 수 있으며, 가스 제거기가 잉크 유체로부터 용해된 가스를 제거할 수 있다. 잉크젯 프린팅 시스템은 잉크젯 노즐로부터 분사된 잉크 드롭을 수용하기 위한 잉크 리시버(ink receiver) 및 잉크 리시버와 잉크젯 프린트헤드 사이의 상대적 이동을 제공하기 위한 전달 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 잉크 저장부는 펌핑 챔버로 공급될 잉크를 저장할 수 있다. 유동 제어기는, 잉크 저장부 내에서 잉크 저장부와 펌핑 챔버 사이의 잉크 경로를 따라서 또는 잉크 저장부에 입구로 연결된 잉크 경로를 따라서 위치할 수 있다.
상기 시스템 및 방법의 개선안은 이하 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 잉크 경로를 따른 잉크로의 유동 저항은 잉크젯 프린트헤드의 잉크젯 노즐로부터 잉크를 세정하기 전에 또는 세정하는 동안 증가된다. 잉크 경로를 따른 잉크로의 유동 저항은 잉크젯 프린트헤드의 잉크젯 노즐로부터 잉크를 세정하는 동안 또는 세정한 이후 감소된다. 상기 방법은 잉크젯 프린트헤드의 아이들(idle) 시간의 구간을 추적(track)하는 단계, 잉크젯 프린트헤드의 가속을 추적하는 단계 및 잉크젯 프린트헤드의 잉크 채움(filling) 상태를 추적하는 단계 중 하나 또는 그 이상을 더 포함한다.
실시예들은, 이하의 장점들 중 하나 또는 그 이상을 갖는다. 세정 배열체를 구비한 잉크젯 헤드는 잉크젯 프린트헤드를 위한 종래의 흡입(suck)-형식 세정 방법을 증진시킨다. 유동 제어기가 잉크 세정 동안 펌핑 챔버의 상류에서 잉크 유동의 유동 저항을 증가시켜서, 펌핑 챔버 내의 압력 드롭이 증가한다. 그 결과, 펌핑 챔버의 잉크 내의 공기 버블은 확장할 수 있으며, 따라서 보다 효과적으로 제거될 수 있다.
가능한 다른 장점은, 잉크젯 프린팅 시스템으로부터 공기 버블을 제거하도록 간단하고 신뢰성있는 메커니즘이 제공될 수 있다는 점이다. 시스템 및 방법이 증진될 수 있거나 또는 가스 제거 시스템(degassing system)의 필요성이 제거된다.
가능한 다른 장점은, 가압 방식 또는 종래의 흡입-형식 방식에 비교하여 보다 효과적인 공기 제거 배열체가 제공될 수 있다는 점이다. 따라서 유체로부터 공 기 버블이 보다 완전히 제거될 수 있다.
가능한 또 다른 장점은, 공기 버블이 펌핑 스테이션 및/또는 잉크 저장부로부터 보다 효과적으로 제거될 수 있다는 점이다. 상대적으로, 유동 제어기가 없는 시스템은 잉크 노즐 출구부에서 큰 압력 드롭을 가지며 따라서 잉크젯 프린트헤드에서 버블을 제거하는데 있어서 덜 효과적이다. 본 발명에서, 버블은 펌핑 챔버 내에서 확장되고 이러한 버블이 프린트헤드에 잉크를 공급하는 보다 길게 늘여진 잉크 경로를 따라 제거될 수 있다. 보다 큰 잉크 체적 내의 버블은 각각의 잉크 세정에서 제거될 수 있기 때문에, 잉크 세정 작업의 빈도가 적으며 따라서 유지 정지 시간을 감소시키고 잉크 낭비량을 감소시킬 뿐만 아니라 시스템 처리량을 증가시킨다.
가능한 또 다른 장점은, 잉크 세정의 효과가 잉크젯 프린팅 작동의 효과를 희생하지 않으면서도 증진된다는 점이다.
하나 또는 그 이상의 실시예들의 상세한 설명은, 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 개시한다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점도 이하의 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백할 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 잉크 세정 유닛을 갖는 잉크젯 프린팅 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는, 도 1의 잉크 세정 유닛에 호환 가능한 유동 제한기의 단면도를 도시 한다.
상세한 설명
도 1에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은, 잉크를 노즐(120)에 공급하도록 노즐 플레이트(121) 및 펌핑 챔버(130) 상의 어레이에 전형적으로 배열된 다수의 잉크 노즐(120)을 갖는 잉크젯 프린트헤드 모듈(110), 펌핑 챔버(130)에 공급된 잉크를 저장하기 위한 잉크 저장부(140), 및 잉크 저장부(140)와 펌핑 챔버(130) 사이의 유체 연결을 제공하는 잉크 경로(150)를 포함한다. 프린팅 동안, 잉크 드롭은 이미지 정보 입력에 반응하여 잉크 노즐(120)로부터 분사되어 잉크 리시버 상에 잉크 도트 패턴을 형성한다.
잉크젯 프린트 헤드 모듈(110)은 압전 잉크젯, 열적 잉크젯, 잉크젯 프린트 헤드에 기초한 MEMS, 및 다른 잉크 작동 메커니즘의 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어 본 발명에서 참조된 미국 특허 제 5,265,315에서 Hoisington 등은, 반도체 프린트헤드 바디 및 압전 액튜에이터를 갖는 프린트헤드를 도시한다. 프린트헤드 바디는 실리콘으로 이루어지며, 이는 잉크 유체 도관을 한정하도록 에칭된다. 노즐 개구부는 개별적인 노즐 플레이트(121)에 의해 한정되며, 이는 실리콘 바디에 부착된다. 압전 액튜에이터는 압전 물질층을 가지며, 이는 인가된 전압에 반응하여 형태를 바꾸거나 구부러진다. 압전층의 구부러짐은 잉크 경로를 따라 위치한 펌핑 챔버 내의 잉크를 가압한다. 다른 잉크젯 프린트헤드가 2002년 3월 7일 출원된 "프린트헤드(printhead)" 명칭의 전술한 특허들 및 미국 특허 출원 제 10/189,947 호, 미국 특허 공보 제 20040004649A1호 및 2003년 10월 10일 출원된 "얇은 막을 구비한 프린트헤드(print head with thin membrane)" 명칭의 미국 가출원번호 제 60/510,459호에 개시된다. 전술한 특허 출원 및 공보의 내용이 본 발명에 참조된다.
잉크 저장부(140)는, 잉크 저장부(140)에 잉크를 공급하는 잉크 필터(161)를 갖는 잉크-공급 경로(160)를 포함한다. 또한, 잉크 저장부(140)는 잉크 저장부(140) 내의 잉크 레벨을 변경하는 공기 필터(156)를 갖는 공기 입구부(155)를 갖는다. 잉크 저장부와 펌핑 챔버(130) 사이에서 잉크 경로(150)를 따라 위치한 잉크 유동 제어기(170)는 잉크 경로(150) 내의 잉크 유동 저항을 변화시킬 수 있다. 수성 잉크(water based ink), 유성 잉크(solvent based ink), 핫멜트 잉크(hot melt ink), 염료(dye) 또는 안료(pigment) 잉크와 같은 형식의 상이한 잉크들이 잉크젯 프린팅 시스템(100)에 사용될 수 있다.
유동 제어기(170)는 작동 모드 또는 작동 단계에 따라 유동 저항을 변화시킬 수 있다. 유동 제어기(170)는 제어 유닛(195)에 제어를 받는 작동 장치일 수 있으며, 또는 단독-작동식 수동 장치(stand-alone passive device)일 수 있다.
잉크 펌프 챔버(130), 잉크 저장부(140) 및 잉크 경로(150)를 포함하는 잉크 도관 내의 유제 정지 압력(hydrostatic pressure)은, 적정 잉크젯 프린팅 및 세정 작업을 위해 제어된다. 잉크젯 노즐(120)에서의 불충분한 (또는 부압) 유체 정지 압력은 잉크 요철면(meniscus)이 잉크젯 노즐(120) 내에서 수축되도록 한다. 반면에, 잉크젯 노즐(120)에서의 과도한 유체 정지 압력은 잉크가 잉크젯 노즐(120)로 부터 누수되어 노즐 플레이트(121) 상에 잉크가 넘치도록 한다. 전형적으로, 저장부 내의 유체에 걸친 공기 압력은 노즐에서의 압력이 대기압 약간 이하에서 (예를 들어, 수면의 -1 내지 -4인치에서) 유지되도록 제어된다.
또한, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)과 잉크 수용 매체 사이의 상대적 이동을 제공하는 (도시되지 않은) 메커니즘을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)은 순환 벨트를 통한 모터에 의해 구동되는 제 1 방향에 따라 왕복운동을 할 수 있다. 운동 방향은 종종 패스트 스캔 방향(fast scan direction)으로 지칭된다. 제 2 메커니즘은 제 1 방향에 수직인 제 2 방향(슬로우 스캔; slow scan)을 따라 잉크 수용 매체를 전달할 수 있다. 잉크젯 프린팅 작동 동안, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)은 잉크 수용 매체 상에 잉크 도트 구획을 형성하도록 잉크 드롭을 배치시킨다. 다른 실시예에서, 페이지-와이드(page-wide) 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)은 프린트헤드 모듈 어셈블리 또는 프린트헤드 바아(printhead bar)로서 형성된다. 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)이 프린팅 동안 여전히 남아있으면서, 잉크 수용 매체가 잉크젯 프린트헤드 모듈(110) 하에서 슬로우 스캔 방향을 따라 전송된다. 잉크 세정 시스템 및 방법은 본 기술 분야에 공지된 다른 프린트헤드 배열체에도 호환 가능하다. 예를 들어, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 오프셋 잉크젯 모듈을 구비한 단일 경로 잉크젯 프린터(single pass ink jet printer)에도 적용 가능하며, 이는 미국 특허 제 5,771,052호에 개시되고 본 발명에서 참조된다.
또한, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 잉크 세정 유닛(180)을 포함한다. 잉크 세정 유닛(180)은 주변 공기에 대해 잉크젯 노즐(120)을 기밀식으로 밀봉할 수 있는 노즐캡(185)을 포함한다. 또한, 잉크 세정 유닛(180)은 제어 유닛(195)의 제어 하에 노즐캡(185)과 노즐 플레이트(121)에 의해 형성된 기밀 공간 밖으로 공기를 펌핑할 수 있는 흡입 펌프(190)를 포함하며, 이는 잉크젯 노즐 밖으로 잉크를 세정하기 위해 잉크젯 노즐 외측에 부압을 형성한다. 잉크 세정 유닛(180)은 방향(192)을 따라 노즐캡(185)을 이동시킬 수 있는 (도시되지 않은) 메커니즘을 더 포함함으로써, 노즐캡(185)을 노즐 플레이트(121)에 체결하여 잉크젯 노즐(120)을 기밀하게 밀봉한다.
압력 세정 방법과 비교하면, 흡입 세정 방법이 공기 버블을 제거함에 있어서 보다 효과적일 수 있다. 흡입-형식 세정은 공기 버블을 확장시킨다는 장점을 갖는다. 하지만, 전술한 유동 제어기 없이는 버블 확장이 프린트헤드 내의 잉크 유체 내에서 대부분 발생하여 버블 확장의 정도가 제한된다. 잉크 압력은 펌핑 챔버 내에서 오직 조금만 감소한다.
다른 실시예에 따라서, 유동 제어기는 잉크 저장부(140) 내의 잉크-공급 경로(160)를 따라 설치될 수 있다. 본 실시예에서의 유동 제어기는 밸브 또는 가변 유동 저항기일 수 있다. 일반적인 잉크 공급 또는 잉크젯 프린팅 모드 상에서 유동 저항은 낮다. 유동 저항은 잉크젯 프린트헤드의 세정 동안 증가한다. 본 실시예에서의 잉크-공급 경로는 잉크로 채워지거나 잉크 저장부(140) 내에 공기 공간이 거의 없는 것이 바람직하며, 그 결과 잉크 저장부(140) 내의 공기 공간이 거의 또는 전혀 없다. 다음, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)로부터 잉크의 과도한 양을 세 정하지 않으면서 잉크 압력 드롭이 펌핑 챔버(130) 및 잉크 저장부(140) 내에서 작동될 수 있다. 펌핑 챔버 내의 공기 버블의 효과적 제거가 매우 증진된다.
다른 실시예에서, 잉크 유동에의 저항은 잉크 저장부(140) 내측에서 제어될 수 있다. 잉크 저장부(140)는 좁고 제한된 잉크 경로를 포함할 수 있어서, 밸브와 같은 잉크 제어기가 거기에 놓일 수 있다. 잉크 유동 저항은 전술한 방식과 유사하게 제어될 수 있다.
도 2는 증진된 흡입-형식 세정을 위한 유동 제어기(170)에 호환되는 유동 제한기(200)를 도시한다. 유동 제한기(200)는, 고유동률에서 저항을 증진시키는 단독-작동식 수동 기기이다. 유동 제한기(200)는 넓은 유동 입구 채널(210) 및 좁은 유동 출구 채널(220)을 포함한다. 유동 제한기(200)는 플롯(float)(230)을 더 포함한다. 예를 들어, 잉크 세정 동안의 고유동률에서, 플롯(230)과 출구 채널(220) 사이의 유동 속도는 증가하고 유체 압력은 감소한다. 플롯(230)은 출구 채널(220)로 끌리며, 따라서 잉크 유체의 유동을 제한한다.
또한, 유동 제어기(170)에 의한 유동 제한은 솔레노이드 밸브 또는 서보 밸브와 같은 작동 장치에 의해 이루어질 수 있다. 가요성 튜브가 액튜에이터에 의해 구동되는 모터 또는 솔레노이드에 의해 조여지거나 또는 가압될 수 있다. 고유동율의 경우 보다 제한하는 체크 밸브가 사용될 수 있다. 가변성 유동 제한은 개방/폐쇄 바이패스 밸브에 상응하는 유동 저항기 또는 가변 밸브에 의해 이루어질 수 있다. 작동 장치는 잉크젯 프린팅 시스템의 작동 모드에 반응하여 제어 유닛(195)에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 유동률 센서가 유동 경로 내에 설치될 수 있어 서 유동 정보를 제어 유닛(195)에 전송하고 유동 제어기(170)에 송신될 제어 정보를 결정할 수 있으며, 의도된 작동 모드(상이한 프린팅 속도에서의 프린팅, 잉크 리필 모드, 유지 모드, 잉크 세정 모드 등)를 위한 적정한 유동 제한이 이루어진다.
일 실시예에서, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 세정 이전 또는 세정 동안 진입하는 잉크 유동 경로 내의 제한부를 포함한다. 제한부는 펌핑 챔버(130)의 상류에 위치하며 흡입 세정 동안 이에 걸친 큰 압력 드롭을 갖는다. 이러한 압력 드롭은 펌핑 챔버(130) 내의 압력 감소를 야기하고 그 안의 어떠한 버블도 확장하여, 세정이 용이하도록 한다. 작은 버블이 코너에 보다 쉽게 트랩될 수 있으며 또는 유동 속도가 낮은 벽체에 부착될 수 있어서, 잉크 유체 내의 이러한 공기 버블이 보다 작은 공기 버블에 비교하여 세정이 용이하다. 확장된 버블은 유동 속도가 높은 영역으로 이동할 것이며, 버블에 걸친 압력 드롭이 보다 커서 버블을 이동시키는 표면 에너지를 극복하는데 도움을 준다. 버블이 채널 크기의 큰 부분으로 성장함에 따라 유동 채널이 버블에 의해 제한되기 때문에, 유동 속도가 버블에 인접하여 증가한다. 더욱이 이는 버블을 가로질러 압력 드롭을 증가시켜서 이동이 보다 용이하게 한다. 펌핑 챔버(130) 상류의 제한은 잉크 노즐(120)의 압력 드롭을 감소시키는 효과도 가짐을 주지하여야 한다. 펌핑 챔버(130)에 공급된 잉크로의 유동 제한은, 잉크젯 프린트헤드의 잉크젯 노즐로부터의 잉크 세정 이후 (또는 동안) 감소된다.
잉크젯 프린팅 시스템(100)은 적어도 2가지 모드로 잉크 유동 제어기(170)를 작동시킨다. a) 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)로의 일반적인 잉크 공급을 위한 낮은 잉크 유동 저항 모드로서, 이는 잉크젯 프린팅 및 펌핑 챔버(130)로의 잉크 리필과 같은 작동 모드에 적용된다. b) 펌핑 챔버(130) 내의 압력 드롭을 증가시키는 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)에서의 잉크 세정을 위한 높은 잉크 유동 저항 모드로서, 전술한 바와 같이 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)로부터의 공기 버블 제거에 효과적이다.
한가지 장점은, 프린트헤드 상류의 공기 버블이 효과적으로 제거될 수 있다는 점이다. 따라서, 공기 버블은 보다 큰 체적의 잉크 유체 내에서 또는 보다 길게 늘여진 잉크 경로를 따라 보다 완전하게 제거될 수 있다. 이러한 특징은, 잉크 세정 작업 빈도를 감소시켜서, 유지에 따른 정지 시간을 감소시키고 잉크 낭비를 줄일 뿐만 아니라 시스템 처리량을 증진시킨다.
다른 장점은, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)로의 잉크 유동이 잉크젯 프린팅 동안 낮은 저항으로 유지되기 때문에, 잉크젯 프린팅의 품질 및 효율을 희생하지 않고 잉크 세정의 효과를 증진시킨다는 점이다.
다른 실시예에 따라, 잉크젯 프린트헤드 내의 잉크 노즐은 서브 그룹 내에서 세정될 수 있다. 이러한 방법은 각각의 젯을 통한 유동률을 증진시켜서 세정을 도우며, 또한 세정 처리에 의해 소비되는 (즉, 낭비되는) 잉크의 양을 감소시킨다. 잉크 노즐의 일부 그룹을 세정하는 것은 스위칭 메커니즘과 연관되어 흡입 펌프 및 노즐캡 부재에 의해 이루어질 수 있다. 노즐캡 부재는 파티션 벽체로 형성된다. 흡입 펌프는 스위칭 메커니즘에 의해 선택된 파티션된 챔버 내의 일부 그룹의 노즐 열(列)에서만 세정 작업을 수행하도록 구동된다. 서브 그룹 내의 잉크젯 프린트헤드의 잉크 노즐 세정의 상세한 내용이 미국 특허 제 6,467,872호에 개시되며, 본 발명에서 참조된다. 잉크젯 프린트헤드 내의 노즐의 일부 그룹이 세정되면, 프린트헤드의 다른 노즐은 기밀식으로 밀봉될 필요가 있어서, 공기 버블이 남은 노즐을 통해 잉크 내에 흡수되지 않는다. 또한, 잉크 노즐의 일부 그룹을 통한 잉크 세정은 노즐에서의 압력 드롭을 증가시키고 노즐에 직접 연결된 잉크 도관 내의 압력 드롭을 감소시킴을 주지하여야 한다. 따라서 각각의 일부 그룹에서의 잉크 노즐의 개수는 적합한 버블 제거를 위해 최적화될 필요가 있다.
다른 실시예에서, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 작동 히스토리 및 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)의 잉크 세정 규정을 저장한 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 전형적으로, 잉크-세정 작동은 다음의 이벤트 이후 작동된다.
a) 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)이, 공기 버블이 형성되고 잉크 유체 내에 축적될 수 있는 긴 시간 동안 아이들했다.
b) 잉크 저장부(140) 또는 펌핑 챔버(130)에 잉크가 없었으며, 새로운 잉크 유체가 리필될 필요가 있다. 새로운 잉크가 가스 제거(degas) 작업을 걸치지 않았다면, 새로운 공기 버블을 잉크 경로에 가져오는 경향이 있다.
c) 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)이 높은 가속으로 이동하였다. 예를 들어, 프린터에 충격이 가해졌다면, 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)의 높은 가속이 발생할 수 있다. 잉크젯 프린트헤드 모듈(110)의 높은 가속 이동은 공기가 잉크젯 노즐 내에 흡수되도록 하는 경향이 있다.
잉크 세정은, 잉크젯 노즐 플레이트(121)를 닦는 것(wiping), 잉크젯 노즐을 점화시키는 것(firing) 등과 같은 다른 프린트헤드 유지 작동과 연관되어 적용될 수 있다. 예를 들어, 세정 이후 잉크젯 노즐 플레이트(121)가 (금속, 고무, 또는 플라스틱) 블레이드로 닦일 수 있으며 및/또는 스폰지 또는 압지와 같은 물질로 닦일 수 있다. 또한, 잉크젯 노즐 플레이트(121)는 실린더형 와이퍼로 닦일 수 있다. 추가로, 유지 유닛은 오리피스 플레이트와 체결되는 패드(pad) 또는 페이퍼 웹(paper web)을 포함할 수 있어서, 세정 동안 분사된 잉크를 수용하여 세정 이후 오리피스 플레이트가 깨끗하도록 한다. 세정 동안 분사된 잉크를 수용하고 세정 이후 오리피스 플레이트를 깨끗이 하도록 패드 또는 페이퍼 웹을 갖는 유지 유닛의 상세한 설명이 미국 특허 제 5,557,305호 및 제 6,357,865호에 개시되며 본 발명에서 참조된다.
다른 실시예에서, 잉크 유체의 세정은 잉크젯 노즐 외의 영역에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유체 영역은 유체 경로를 따라서 또는 잉크 저장부, 펌핑 챔버를 포함할 수 있다. 유체로의 유동 저항은 도 2에 도시된 바와 같은 제한기에 의해 영역 상류에서 먼저 증가한다. 다음, 공기 버블은 영역 내의 유체 출구에서 또는 유체 경로를 따른 영역의 하류에서 잉크 세정 시스템((190)과 유사)을 사용하여 부압을 적용함으로써 세정된다.
또한, 세정 메커니즘은 잉크로부터 용해된 공기를 제거하기 위한 가스 제거기와 연관되어 작동할 수 있다. 본 발명에서 참조된 미국 특허 제 4,940,995호는 잉크로부터 용해된 가스를 제거하기 위한 장치를 개시하며, 잉크젯 헤드로 이끌리 는 길게 연장된 잉크 경로가 2개의 투과성 있는 플루오르-포함 막 사이에서 형성된다. 막은, 막을 정위치에 유지하기 위한 지지 부재를 포함하는 공기 플리넘(plenum)에 의해 지지된다. 플리넘에 감소된 압력이 적용되어, 막 표면 상의 축적되는 어떠한 부유물 없이 잉크 경로 내의 잉크로부터 용해된 가스를 추출한다. 또한, 플리넘에 증가된 압력이 적용될 수 있어서, 세정을 위해 잉크젯 헤드로부터 잉크를 분사한다. 잉크젯 헤드에서 잉크는, 젯이 잉크를 분출하지 않는 경우에도 오리피스로부터 가스 제거 경로를 향해 대류성으로 순환한다.
전술한 바와 같은 잉크젯 프린팅 시스템이 개시되지만, 다른 실시예들에서, 유체 분사를 위한 다수의 노즐을 포함하는 드롭 분사 헤드, 드롭 분사 헤드에 유체를 공급하기 위한 펌핑 챔버 및 노즐 외측의 부압을 생성함으로써 노즐로부터 유체를 세정하는 유체 세정 유닛을 포함하는 드롭 분사 시스템이 포함된다. 유동 제어기가 저장부로부터 드롭 분사 헤드로의 유체 유동을 제어하도록 제공되며, 유체 제어기는 유체가 노즐 밖에서 세정되는 경우 유동 저항을 증진시킨다.
전술한 잉크젯 프린팅 시스템과 호환 가능한 잉크 형식은, 수성 잉크, 유성 잉크 및 핫멜트 잉크를 포함한다. 잉크 내의 색소는 염료 또는 안료를 포함할 수 있다. 본 시스템에 호환되는 다른 유체들은, 폴리머 용액(polymer solution), 젤 용액(gel solution), 입자 포함 용액 또는 낮은 분자량의 분자들을 포함할 수 있으며, 색소를 포함할 수도 있고 어떠한 색소도 포함하지 않을 수 있다.

Claims (29)

  1. 드롭 분사 시스템(drop ejection system)으로서,
    유체를 분사하도록 이루어진 다수의 노즐을 포함하는 드롭 분사 헤드(drop ejection head);
    상기 드롭 분사 헤드에 상기 유체를 공급하도록 이루어진 펌핑 챔버;
    상기 노즐들 외측에 부압(negative pressure)을 생성함으로써 상기 노즐들로부터 상기 유체를 세정할 수 있는 유체 세정 유닛(fluid purge unit); 및
    상기 유체가 상기 노즐들 밖에서 세정된 경우, 상기 유체의 유동의 상기 드롭 분사 헤드로의 유동 저항을 증가시키도록 구성된 유동 제어기(flow regulator)를 포함하는,
    드롭 분사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 헤드는, 잉크 유체를 분사하도록 이루어진 다수의 잉크젯 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트헤드인,
    드롭 분사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기는, 상기 펌핑 챔버 내로의 상기 유체의 유동을 제어할 수 있는,
    드롭 분사 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기는 수동 장치(passive device)인,
    드롭 분사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기는 작동 장치(active device)인,
    드롭 분사 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기는, 상기 드롭 분사 시스템의 작동 모드에 반응하여 제어 유닛에 의해 제어되는,
    드롭 분사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제어기는, 가변 밸브(variable valve), 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 서보 밸브(servo valve), 및 개방/폐쇄 바이패스 밸브(open/shut bypass valve)에 상응하는 유동 저항기 중 하나 또는 그 이상을 포함하는,
    드롭 분사 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 세정 유닛은,
    주변 공기로부터 기밀(氣密; air-tight)식으로 상기 노즐들을 밀봉할 수 있는 노즐캡(nozzle cap); 및
    상기 노즐캡 및 상기 유체 분사 헤드에 의해 형성된 기밀 공간 밖으로 공기를 펌핑할 수 있는 펌프로서, 이로 인해 상기 노즐들 밖으로 상기 유체를 세정하도록 부압을 생성하는, 펌프를 포함하는,
    드롭 분사 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 시스템은, 상기 노즐캡을 상기 노즐들에 체결하고 체결을 풀도록 이동시키기 위한 메커니즘을 더 포함하는,
    드롭 분사 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 세정 유닛은, 유체 분사 헤드 내의 상기 노즐들의 일부 그룹(subset)으로부터 유체를 세정할 수 있는,
    드롭 분사 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 시스템은, 상기 드롭 분사 헤드에 유체를 공급하는 유동 경로를 따라서 상기 유체와 유체 접촉하는 가스 제거기(deaerator)를 더 포함하며,
    상기 가스 제거기는 상기 유체로부터 용해된 가스를 제거할 수 있는,
    드롭 분사 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 드롭 분사 시스템은 상기 드롭 분사 헤드와 리시버(receiver) 사이의 상대적 이동을 제공하는 전달 메커니즘을 더 포함하여, 상기 리시버가 상기 노즐들로부터 분사된 유체 드롭(fluid drop)을 수용하는 것을 허용하는,
    드롭 분사 시스템.
  13. 유체 분사 헤드를 세정하는 방법으로서,
    다수의 노즐을 포함하는 상기 유체 분사 헤드에 유체 경로를 따라 유체를 공급하는 단계;
    유동 경로를 따라 상기 유체에 유동 저항을 증가시키는 단계; 및
    상기 유체 분사 헤드로부터 상기 유체를 세정하는 단계를 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유체는 상기 노즐들을 통해 세정되는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    영역으로부터 상기 유체를 세정하는 상기 단계는, 상기 노즐들에 공기 부압 을 적용하는 단계를 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    영역으로부터 상기 유체를 세정하는 상기 단계는, 상기 유체 분사 헤드의 출구에 공기 부압을 적용하는 단계를 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 유동 경로에 따른 상기 유체로의 상기 유동 저항은, 상기 유제 분사 헤드의 상기 노즐들로부터 상기 유체를 세정하기 전에 또는 세정하는 동안 발생하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 유체 경로에 따른 상기 유체로의 상기 유동 저항을 감소시키는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 유체 경로에 따른 상기 유체로의 상기 유동 저항을 감소시키는 상기 단계는, 상기 유체 분사 헤드의 상기 노즐들로부터 잉크를 세정하는 동안 또는 세정한 이후 발생하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    잉크젯 프린트헤드의 아이들(idle) 시간의 구간, 상기 잉크젯 프린트헤드의 가속, 및 상기 잉크젯 프린트헤드의 잉크 채움(filling) 상태 중 하나 또는 그 이상을 추적(track)함으로써 잉크젯 노즐로부터 잉크 세정 실시를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 유체 분사 헤드의 아이들 시간의 구간을 추적하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 유체 분사 헤드의 가속을 추적하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 유체 분사 헤드의 상기 유체 채움 상태를 추적하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 유동 저항을 증가시키는 상기 단계는, 상기 유체 분사 헤드의 상류에서 발생하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  25. 제 13 항에 있어서,
    상기 유제 분사 헤드는, 잉크를 분사하도록 이루어진 다수의 잉크젯 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트헤드인,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트를 닦는(wiping) 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    상기 잉크젯 노즐들로부터 잉크 드롭(ink drop)을 분사하는 단계를 더 포함 하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 유체 분사 헤드를 세정하는 방법은,
    잉크 저장부로부터 상기 잉크젯 프린트헤드 내의 펌핑 챔버로 잉크를 공급하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 유동 저항은 상기 펌핑 챔버로 잉크를 공급하는 경로에서 발생하는,
    유체 분사 헤드를 세정하는 방법.
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