KR20080081922A - 유지보수 벨트를 갖는 프린트헤드 유지보수 스테이션 - Google Patents

Abstract

프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 스테이션이 제공되어 있다. 이 유지보수 스테이션은, 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합을 하기 위한 것으로, 상기 페이스에 대하여 기울어져 있는 접촉면을 갖는 탄성변형가능한 유지보수 벨트; 및 상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하기 위한 컨베이어 기구를 포함한다. 이 벨트는 상기 접촉면의 일부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치와 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치 사이에서 왕복이동가능하다.

Description

유지보수 벨트를 갖는 프린트헤드 유지보수 스테이션{PRINTHEAD MAINTENANCE STATION HAVING MAINTENANCE BELT}

본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트헤드 유지보수 스테이션(maintenance station)에 관한 것이다. 이것은 다른 유형의 프린트헤드에도 사용될 수 있지만, 본래는 페이지폭 잉크젯 프린트헤드로부터의 잉크 제거를 용이하게 하기 위해 개발되어 왔다.

관련된 특허출원들에 대한 상호 참조

본 발명에 관련되는 여러 가지의 방법, 시스템 및 장치는 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 미국특허/특허출원들에 개시되어 있다.

상기 특허출원은 그 문서번호(docket number)에 의해 열거되었다. 이는 출원번호가 알려지면 대체될 것이다. 상기 특허출원들 및 특허들의 개시내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.

전통적으로, 대부분의 상용 잉크젯 프린터들은 프린터의 전체 구조와 디자인의 일부를 이루는 프린트 엔진(print engine)을 구비한다. 이 점에서, 프린터 유닛(printer unit)의 몸체는 전형적으로 프린트헤드와, 관련된 매체전달기구를 수용하도록 구성되어 있고, 이러한 부분들은 프린터 유닛과 일체로 되어 있다.

이는, 매체가 소반복(small iteration)으로 프린터 유닛을 통하여 전진됨에 따라 매체를 가로질러 전후방으로 횡단되는 프린트헤드를 이용하는 잉크젯 프린터의 경우에 특별하다. 그러한 경우에 있어서, 왕복이동하는 프린트헤드는, 프린터 유닛 구조의 일부를 이루는, 매체입력롤러(media input roller)와 매체출력롤러(media output roller) 사이에서 프린터 유닛의 폭을 횡단할 수 있도록 전형적으로 프린터 유닛의 몸체에 장착되어 있다. 이러한 프린터 유닛에 의하면, 교체를 위해 프린트헤드를 제거하는 것이 가능할지 모르지만, 매체이송롤러, 제어회로 및 유지보수 스테이션 등의 프린트 엔진의 다른 부품들은 전형적으로 프린터 내에 고정되어 있어 이러한 부품들의 교체는 프린터 유닛 전체의 교체 없이는 불가능하다.

그 프린터 유닛들의 디자인 구조면에서 오히려 정해져 있을 뿐만 아니라, 왕복이동형 프린트헤드를 사용하는 프린터 유닛들은 특히 풀 컬러(full colour) 및/또는 포토 품질(photo quality)의 작업을 실행할 때 비교적 느리다. 이는, 프린트헤드가 매체의 표면상에 잉크를 증착하기 위해 정지매체(stationary media)를 연속적으로 횡단하여야 하고, 한 라인(line)의 이미지(image)를 증착하기 위해 프린트헤드의 다수의 스와스(swath)를 취할 수 있다는 사실에 기인한 것이다.

최근에, 매체가 프린트헤드를 지나서 이송될 때 프린트헤드가 정지된 상태로 있을 수 있도록 인쇄매체의 전체 폭을 뻗는 프린트헤드를 제공하는 것이 가능하였다. 이러한 시스템들은, 프린트헤드가 한 라인의 이미지를 증착하기 위해 다수의 스와스를 더 이상 실행할 필요가 없는 것처럼 인쇄가 일어날 수 있지만, 오히려 프린트헤드가 고속으로 지나서 이동할 때 매체상에 잉크를 증착할 수 있는 속도를 대폭 증가시킨다. 이러한 프린트헤드는 분(分)당 약 60페이지의 속도, 즉 종래의 잉크젯 프린터로서 이전에 달성할 수 없는 속도로 풀 컬러 1600dpi 인쇄를 실행할 수 있게 하였다.

잉크젯 인쇄의 중요한 국면(crucial aspect)은 프린트헤드를 그 수명 내내 작동인쇄상태로 유지하는 것이다. 여러 요인들은 잉크젯 프린트헤드를 비작동(non-operational) 상태로 되게 할 수도 있으며 어떠한 잉크젯 프린터도 프린트헤드 고장(failure)을 방지하고 그리고/또는 고장시에 프린트헤드를 작동인쇄상태로 복원하기 위한 대책을 포함하는 것이 중요하다. 프린트헤드 고장은, 예를 들면, 프린트헤드 페이스 플러딩(printhead face flooding), 메마른 노즐(dried-up nozzle)(노즐들로부터 물의 증발에 기인함 - 디캡(decap)으로서 해당분야에서 알려진 현상), 또는 입자상 파울링 노즐(particulate fouling nozzle)에 의해 유발될 수 있다.

본 출원인은 본 출원인의 선출원들 중 2005년 10월 11일자에 출원된 USSN 11/246676(문서번호 FND001US)에서, 프린트헤드를 스캐닝(scanning)하는데에 사용되는 전통적인 유지보수 스테이션의 몇 가지 단점을 대처하는 페이지폭 프린트헤드(pagewidth printhead)용 유지보수 스테이션을 설명하였다. 설명된 유지보수 스 테이션은 변형가능한 패드(pad)의 필링작용(peeling action)에 의지하고 있는데, 이는 노즐들에서 방해물을 제거하여 프린트헤드의 잉크분사페이스(ink ejection face)로부터 잉크를 클리닝(cleaning)한다. 또한 본 출원인은, 유지보수 작동이 실행되자마자, 패드를 클리닝하기 위한 몇 가지 수단들을 설명하였다. 예를 들면, 잉크는 심지부재(wicking element)의 적절한 위치결정에 의해, 또는 고무롤러(squeegee) 혹은 폼 클리너(foam cleaner)와 접촉하여 패드를 진동/회전시키는 것에 의해 패드로부터 클리닝될 수 있다.

프린트헤드 유지보수 작동이 실행되자마자 패드로부터 잉크의 효율적인 제거로 패드-클리닝 작용(pad-cleaning action)의 모든 이점을 결합한 프린트헤드 유지보수 스테이션을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 유지보수 작동마다 비교적 다량의 잉크를 취급할 수 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 A4 크기 또는 폭이 더 넓은 페이지의 폭에 걸칠 수 있는, 페이지폭 프린트헤드에 적합한 프린트헤드 유지보수 스테이션을 제공하는 것이 바람직하다.

발명의 요약

제1 형태에 있어서, 본 발명은 프린트헤드를 작동가능한 상태(operable condition)로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 스테이션으로서,

상기 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합(sealing engagement)을 하기 위한 접촉면으로서, 상기 페이스에 대하여 기울어져 있는 접촉면을 갖는 탄성변형가능한 유지보수 벨트(maintenance belt); 및

상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하기 위한 컨베이어 기구(conveyor mechanism); 를 포함하며,

상기 벨트는 상기 접촉면의 일부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치와 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치 사이에서 왕복이동가능한 프린트헤드 유지보수 스테이션을 제공하고 있다.

선택적으로, 상기 벨트는 엔들리스 벨트(endless belt)이다.

선택적으로, 상기 접촉면의 일부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 접촉면은 실질적으로 균일하다.

선택적으로, 상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌(Neoprene)

, 산토프렌(Santoprene)

, 크라톤(Kraton)

으로 이루어진다.

선택적으로, 상기 접촉면은 평탄하다.

선택적으로, 상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역(peel zone)은 결합(engagement) 또는 해제(disengagement) 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진한다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 모터와 이 모터에 작동가능하게 연결된 구동 스풀(drive spool)을 포함한다.

선택적으로, 상기 벨트는 상기 구동 스풀과 적어도 1개의 다른 스풀에 의해 지지되며, 상기 스풀들은 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 섀시(chassis) 위에 장착되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 제1 위치쪽으로 치우져 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직으로 이동가능하다.

선택적으로, 상기 섀시는 하우징(housing) 내에 수납되어 있고, 상기 섀시는 상기 하우징에 대하여 이동가능하다.

선택적으로, 상기 결합기구는 적어도 1개의 결합아암(engagement arm)을 포함하며, 상기 적어도 1개의 결합아암의 제1 단(端)은 상기 섀시의 상보적인 결합형성부(complementary engagement formation)과 결합되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 적어도 1개의 결합아암의 상기 제1 단과 상보적인 결합을 위한 적어도 1개의 러그(lug)를 포함한다.

선택적으로, 상기 적어도 1개의 결합아암은 상기 섀시를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하기 위한 결합기구의 일부이다.

또 다른 형태에 있어서, 상기 접촉면을 클리닝하기 위한 클리닝 스테이션(cleaning station)을 더 포함하는 유지보수 스테이션이 제공되어 있다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 상기 클리닝 스테이션을 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러(cleaning roller) 및/또는 드라이 롤러(drying roller)를 포함한다.

제2 형태에 있어서, 본 발명은 프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 조립체로서,

(i) 상기 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합을 하기 위한 것으로, 상기 페이스에 대하여 기울어져 있는 접촉면을 갖는 탄성변형가능한 유지보수 벨트, 및

상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하기 위한 컨베이어 기구를 포함하ㄴ는 프린트헤드 유지보수 스테이션;

(ii)상기 접촉면의 일부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치와 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치 사이에서 왕복이동하기 위한 결합기구; 를 포함하는 프린트헤드 유지보수 조립체를 제공하고 있다.

선택적으로, 상기 벨트는 엔들리스 벨트이다.

선택적으로, 상기 접촉면의 일부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 접촉면은 실질적으로 균일하다.

선택적으로, 상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌

, 산토프렌

, 크라톤

으로 이루어진다.

선택적으로, 상기 접촉면은 평탄하다.

선택적으로, 상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역은 결합 또는 해제 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진한다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 모터와 이 모터에 작동가능하게 연결된 구동 휠(drive wheel)을 포함한다.

선택적으로, 상기 벨트는 상기 구동 휠과 적어도 1개의 다른 휠에 의해 지지되며, 상기 휠들은 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 섀시 위에 장착되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 제1 위치쪽으로 치우져 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직으로 이동가능하다.

선택적으로, 상기 섀시는 하우징 내에 수납되어 있고, 상기 섀시는 상기 하우징에 대하여 이동가능하다.

선택적으로, 상기 결합기구는 적어도 1개의 결합아암을 포함하며, 상기 적어도 1개의 결합아암의 제1 단은 상기 섀시의 상보적인 결합형성부와 결합되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 적어도 1개의 결합아암의 상기 제1 단과 상보적인 결합을 위한 적어도 1개의 러그를 포함한다.

선택적으로, 상기 적어도 1개의 결합아암은 상기 섀시를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하기 위한 결합기구의 일부이다.

선택적으로, 상기 유지보수 스테이션은 상기 접촉면을 클리닝하기 위한 클리닝 스테이션을 더 포함한다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 상기 클리닝 스테이션을 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러 및/또는 드라이 롤러를 포함한다.

제3 형태에 있어서, 본 발명은 프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 스테이션으로서,

상기 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합하기 위한 접촉면을 갖는 엔들리스 유지보수 벨트;

상기 벨트를 클리닝하기 위한 클리닝 스테이션; 및

상기 페이스와 상기 클리닝 스테이션을 지나서 상기 벨트를 이송하기 위한 컨베이어 기구를 포함하며,

상기 벨트는 상기 접촉면의 일부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치와 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치 사이에서 왕복이동가능한 프린트헤드 유지보수 스테이션을 제공하고 있다.

선택적으로, 상기 접촉면의 일부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 접촉면은 실질적으로 균일하다.

선택적으로, 상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌

, 산토프렌

, 크라톤

으로 이루어진다.

선택적으로, 상기 접촉면은 평탄하다.

선택적으로, 상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역은 결합 또는 해제 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진한다.

선택적으로, 상기 컨베이어 기구는 모터와 이 모터에 작동가능하게 연결된 구동 휠을 포함한다.

선택적으로, 상기 벨트는 상기 구동 휠과 적어도 1개의 다른 휠에 의해 지지되며, 상기 휠들은 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 섀시 위에 장착되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 제1 위치쪽으로 치우져 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직으로 이동가능하다.

선택적으로, 상기 섀시는 하우징 내에 수납되어 있고, 상기 섀시는 상기 하우징에 대하여 이동가능하다.

선택적으로, 상기 결합기구는 적어도 1개의 결합아암을 포함하며, 상기 적어도 1개의 결합아암의 제1 단은 상기 섀시의 상보적인 결합형성부와 결합되어 있다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 적어도 1개의 결합아암의 상기 제1 단과 상보적인 결합을 위한 적어도 1개의 러그를 포함한다.

선택적으로, 상기 적어도 1개의 결합아암은 상기 섀시를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하기 위한 결합기구의 일부이다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 드라이 롤러를 포함한다.

제4 형태에 있어서, 본 발명은 프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하고 그리고/또는 프린트헤드를 작동가능한 상태로 교정(remediate)하기 위한 방법으로서,

(i) 상기 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합을 하기 위한 것으로, 상기 페이스에 대하여 기울어져 있는 접촉면을 갖는 탄성변형가능한 유지보수 벨트를 제공하는 단계;

(ii) 상기 접촉면이 결합 동안에 상기 페이스에 점진적으로 접촉하도록 상기 접촉면의 클린부(clean part)가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치로 상기 벨트를 이동하는 단계;

(iii) 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 이격되어 분리(peel)되도록 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치로 상기 벨트를 이동하고, 이에 의해 상기 접촉면의 잉크 묻은 부분(inked part)을 제공하는 단계;

(iv) 상기 접촉면의 잉크 묻은 부분이 상기 프린트헤드로부터 멀리 떨어져 이송되도록 상기 벨트를 이송하는 단계; 및

(v) 상기 단계 (i)∼(iv)를 선택적으로 반복하는 단계; 를 포함하는 방법을 제공하고 있다.

선택적으로, 상기 벨트는 엔들리스 벨트이다.

선택적으로, 상기 접촉면의 클리부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있다.

선택적으로, 상기 단계 (ii) 및 (iii)에서의 상기 이동은 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직하다.

선택적으로, 상기 벨트는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 이송된다.

선택적으로, 상기 접촉면은 실질적으로 균일하다.

선택적으로, 상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌

, 산토프렌

, 크라톤

으로 이루어진다.

선택적으로, 상기 접촉면은 평탄하다.

선택적으로, 상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역은 상기 단계 (ii) 및 (iii)에서 각각 결합 또는 해제 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진한다.

선택적으로, 상기 벨트의 상기 잉크 묻은 부분은 상기 페이스로부터 해제 후에 클리닝 스테이션을 지나서 이송되며, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면의 상기 잉크 묻은 부분을 클리닝한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클링닝 스테이션은 드라이 롤러를 포함한다.

제5 형태에 있어서, 본 발명은 프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하고 그리고/또는 프린트헤드를 작동가능한 상태로 교정하기 위한 방법으로서,

(i) 상기 프린트헤드의 잉크분사페이스와 씰링 결합을 하기 위한 접촉면을 갖는 엔들리스 유지보수 벨트를 제공하는 단계;

(ii) 상기 접촉면의 클린부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치로 상기 벨트를 이동하는 단계;

(iii) 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치로 상기 벨트를 이동하고, 이에 의해 상기 접촉면의 잉크 묻은 부분을 제공하는 단계;

(iv) 상기 접촉면의 잉크 묻은 부분이 상기 프린트헤드로부터 멀리 떨어져서 그리고 상기 접촉면의 상기 잉크 묻은 부분을 클리닝하는 클리닝 스테이션을 지나서 이송되도록 상기 벨트를 이송하는 단계; 및

(v) 상기 단계 (i)∼(iv)를 선택적으로 반복하는 단계; 를 포함하는 방법을 제공하고 있다.

선택적으로, 상기 단계 (ii) 및 (iii)에서의 상기 이동은 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직하다.

선택적으로, 상기 벨트는 탄성변형가능하고, 상기 접촉면은 상기 페이스에 대하여 기울어져 있고, 이에 따라 상기 단계 (ii)에서의 결합 동안에는, 상기 접촉면이 상기 페이스에 점진적으로 접촉하며, 상기 단계 (iii)에서의 해제 동안에는, 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 떨어진다.

선택적으로, 상기 접촉면의 상기 클린부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있다.

선택적으로, 상기 벨트는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 이송된다.

선택적으로, 상기 접촉면은 실질적으로 균일하다.

선택적으로, 상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌

, 산토프렌

, 크라톤

으로 이루어진다.

선택적으로, 상기 접촉면은 평탄하다.

선택적으로, 상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역은 상기 단계 (ii) 및 (iii)에서 각각 결합 또는 해제 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러를 포함한다.

선택적으로, 상기 클링닝 스테이션은 드라이 롤러를 포함한다.

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

도 1은 입력 트레이(input tray)에 용지가 있고 수집 트레이(collection tray)가 늘어난 상태의 프린터의 정면 사시도.

도 2는 케이싱(casing)을 개방하여 내부를 노출한 상태(입력 트레이에 용지가 없고 수집 트레이가 줄어든 상태)의 도 1의 프린터 유닛을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 프린팅 시스템(printing system)에서의 문서 데이터 흐름의 개략도.

도 4는 도 3의 프린팅 시스템에 사용된 아키텍쳐(architecture)를 나타낸 상세 개략도.

도 5는 도 3의 프린팅 시스템에 사용되는 바와 같은 제어전자회로의 실시형태의 블럭도.

도 6은 1개의 잉크 카트리지가 설치된 상태의 프린터 크래들(cradle) 내의 프린트헤드 카트리지를 위에서 본 정면 사시도.

도 7a - 도 7d는 프린터 크래들을 분리한 상태에서의 사시도.

도 8은 프린터 크래들의 분해된 후면 사시도.

도 9는 프린터 크래들의 분해된 정면 사시도.

도 10a - 도 10c는 유지보수 구동 조립체의 사시도.

도 11a - 도 11c는 유지보수 구동 조립체의 분해 사시도.

도 12는 프린트헤드 카트리지를 프린터 크래들 내에 삽입하는 상태를 나타내는 측단면도.

도 13은 프린트헤드 카트리지가 프린터 크래들 내에 삽입됨에 따라 오버센터 기구(over-centre mechanism)의 균형점(balance point)에 관련된 프린트헤드 카트리지를 나타내는 측단면도.

도 14는 프린터 크래들 내에서 작동위치로 치우쳐 있는 프린트헤드 카트리지를 나타내는 측단면도.

도 15는 잉크 카트리지를 설치하기 직전 상태에서의 프린트헤드 카트리지와 프린터 크래들의 측단면도.

도 16은 잉크 카트리지를 설치한 상태에서의 프린트헤드 카트리지와 프린터 크래들의 측단면도.

도 17은 프린트헤드 카트리지와 결합하기 직전의 잉크 카트리지의 확대 측단면도.

도 18은 프린트헤드 카트리지와 결합된 잉크 카트리지의 확대 측단면도.

도 19는 벨트를 제2 위치에 나타낸 것으로서, 프린트헤드로부터 해제된 프린트헤드 카트리지의 단면도.

도 20은 프린트헤드 유지보수 스테이션의 내부 구성부들을 노출한 상태에서의 프린트헤드 카트리지의 절결 사시도.

도 21은 벨트를 제2 위치에 나타낸 것으로서, 프린트헤드와 결합된 프린트헤드 카트리지의 종단면도.

도 22는 벨트를 제1 위치에 나타낸 것으로서, 프린트헤드와 결합된 프린트헤드 카트리지의 종단면도

도 23a - 도 23d는 프린트헤드와 벨트 결합의 여러 단계를 개략적으로 나타 내는 도면.

도 24a - 도 24e는 프린트헤드로부터 벨트 해제의 여러 단계를 개략적으로 나타내는 도면.

도 25는 프린트헤드로부터 완전히 해제된 벨트를 개략적으로 나타내는 도면.

도 26은 프린트헤드 유지보수 스테이션과 결합아암과의 결합상태를 나타내는 단면도.

도 27은 잉크 카트리지의 절결 사시도.

도 28은 잉크 카트리지와 결합하기 직전의 프린트헤드 카트리지의 부분 종단면도.

도 29는 프린트헤드 카트리지의 입구밸브(inlet valve)와 결합하기 직전의 잉크 카트리지의 출구밸브(outlet valve)의 단면도.

도 30a은 입구밸브와 압력조정기(pressure regulator)를 분리한 상태에서의 확대 단면도.

도 30b는 입구밸브와 압력조정기를 분리한 상태에서의 분해 사시도.

도 31a는 LCP 몰딩(molding) 조립체의 평면도.

도 31b는 LCP 몰딩 조립체의 정면도.

도 31c는 LCP 몰딩 조립체의 저면도.

도 31d는 LCP 몰딩 조립체의 배면도.

도 31e는 LCP 몰딩 조립체의 단면도.

도 32는 LCP 몰딩 조립체의 C-C 단면도.

도 33a 및 도 33b는 LCP 몰딩 조립체의 평면도 및 저면도.

도 34는 LCP 몰딩 조립체의 평면도.

도 35는 도 34에 도시된 인세트(inset) D의 확대 평면도.

도 36은 LCP 채널(channel) 몰딩의 저면도.

도 37은 LCP 채널 몰딩의 확대 저면도.

도 38은 프린트헤드 집적회로 모듈(module)의 경사 삼각 단부(drop triangle end)의 최상부의 부분 확대 사시도.

도 39는 프린트헤드 집적회로 모듈의 경사 삼각 단부의 바닥의 부분 확대 사시도.

도 40은 2개의 프린트헤드 집적회로 모듈 사이의 연결부(join)의 부분 확대 사시도.

도 41은 본원발명에 사용하기 위한, 정지상태(quiescent state)에서 잉크를 분사하는 단일 노즐의 수직단면도.

도 42는 초기 작동상태(initial actuation phase) 동안의 도 41의 노즐의 수직단면도.

도 43은 작동상태 후의 도 42의 노즐의 수직단면도.

도 44는 도 36에 나타낸 작동상태에서의 도 41의 노즐의 부분 수직단면 사시도.

도 45는 잉크를 뺀 상태의 도 41의 노즐의 수직단면 사시도.

도 46은 도 45의 노즐의 수직단면도.

도 47은 도 42에 도시된 작동상태에서의 도 41의 노즐의 부분 수직단면 사시도.

도 48은 도 41의 노즐의 평면도.

도 49는 명확성을 위해 레버아암(lever arm)과 가동노즐(movable nozzle)을 제거한 상태에서의 도 41의 노즐의 평면도.

도 50은 도 41에 도시된 타입의 복수의 노즐장치를 통합한 프린트헤드 칩의 부분 수직단면 사시도.

도 51은 히터부재(heater element) 액츄에이터 타입을 형성하는 잉크의 기포를 주입하기 위한 단일 노즐의 잉크 챔버의 개략 단면도.

도 52a - 도 52c는 서멀 벤드 액츄에이터(thermal bend actuator)의 기본 작동 원리들을 나타낸 도면.

도 53은 도 52a - 도 52c에 따라 구성된 단일의 잉크젯 노즐 배열의 3차원도.

도 54는 도 53에 나타낸 노즐장치들의 배열(array)을 나타낸 도면.

도 55는 본 발명의 프린터와 함께 사용되는 제어블럭(control block)과 CMOS 구동을 나타내는 개략도.

도 56은 도 55의 CMOS 블럭들 내의 도트 시프트 레지스터(dot shift resister)들과 노즐 컬럼(nozzle columm)들 사이의 관계를 나타내는 개략도.

도 57은 유닛 셀(unit cell)과 도 56의 도트 시프트 레지스터들과 노즐 컬럼들에 대한 관계를 나타내는 상세 개략도.

도 58은 본 발명의 프린터에서 단일의 프린터 노즐에 대한 논리구조를 나타낸 회로도.

바람직한 실시형태들의 상세한 설명

프린터 케이싱(PRINTER CASING)

도 1은 본 발명을 구현하는 프린터(2)를 도시한 것이다. 매체공급트레이(media supply tray)(3)는 프린트 엔진(프린터 케이싱 내에 감추어져 있음)에 의해 인쇄되는 매체(8)를 지지하여 공급한다. 매체(8)의 인쇄 시트(printed sheet)는 수집(collection)을 위해 프린트 엔진으로부터 매체출력트레이(media ouput tray)(4)로 급지된다. 사용자 인터페이스(user interface)(5)는 LCD 터치스크린(touch screen)이고 사용자가 프린터(2)의 작동을 제어할 수 있도록 한다.

도 2는 내부 캐버티(cavity)(6) 내에 위치되는 프린트 엔진(1)을 노출하기 위해 프린터(2)의 뚜껑(7)이 개방된 상태를 도시한 것이다. 피커기구(picker mechanism)(9)는 입력트레이(3) 내의 매체(명확성을 위해 도시하지 않음)와 결합하고 프린트 엔진(1)에 개별적인 시트를 공급한다. 프린트 엔진(1)은 상기 개별적인 시트를 붙들어 프린트헤드 조립체(이하에 설명함)를 거쳐 급지하여 인쇄를 하고 이어서 매체출력트레이(4)(들어간 상태로 도시되어 있음)로 전달하는 매체이송수단(media transport means)을 포함한다. 그러나, 이하에서는, C-경로(C-path) 또는 직선 경로(straight-line path)와 같은 여러 매체급지경로와 상이한 범위에서 배치될 수 있는 프린터 크래들, 프린트헤드 카트리지 및 잉크 카트리지 조립체에 대하여 설명한다.

프린트 엔진 파이프라인(PRINT ENGINE PIPELINE )

도 3은, 용지와 같은 인쇄매체 상에 컴퓨터 시스템(702) 등의 외부원(external source)으로부터 수신된 문서를 인쇄하도록 프린터(2)의 배열방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 이 점에서, 프린터(2)는 미리 처리된 데이터를 수신하기 위해 컴퓨터 시스템(702)과의 전기적인 접속을 포함한다. 도시한 특정의 상황에 있어서, 외부 컴퓨터 시스템(702)은 문서를 수신하고(단계 703), 그 문서를 버퍼링(buffering)하여(단계 704) 래스터(raster)화하고(단계 706) 나서, 그 문서를 압축하여(단계 708) 프린터(2)에 전송하는, 문서 인쇄시에 수반되는 여러 가지의 단계들을 실행하기 위해 프로그램화되어 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 프린터(2)는 압축된 다층(Multi-layer) 페이지 이미지의 형태로 외부 컴퓨터 시스템(702)으로부터 문서를 수신하여, 제어전자회로(control electronics)(766)가 이미지를 버퍼링하고(단계 710), 이어서, 그 이상의 처리를 위하여 이미지를 확장한다(단계 712). 확장된 제어층(control layer)은 디더링(dithering)되고(단계 714), 이어서 확장단계로부터의 블랙층(black layer)은 상기 디더링된 제어층에 컴포지트(composite)된다(단계 716). 코드화된 데이터(coded data)는 추가 층을 형성하여 사람의 눈에 실질적으로 안 보이는 적외선 잉크를 사용하여 인쇄(필요하면)되도록 렌더링(rendering)된다(단계 718). 흑색의 디더링된 콘톤(contone) 및 적외선 층들은 결합되어(단계 720) 프린트헤드에 공급되는 페이지를 형성하여 인쇄한다(단계 722).

이러한 특정 구성에 있어서, 인쇄될 문서와 관련된 데이터는 텍스트(text)와 라인아트(line art)를 위한 고해상 바이레벨(bi-level) 마스크 층과 이미지 또는 배경 색상을 위한 중간 해상 콘톤 컬러(Color) 이미지 층으로 분할된다. 선택적으로, 색이 있는 텍스트는, 컬러 데이터가 이미지 또는 플랫 컬러(flat color)로부터 취해지는 상태로 텍스트와 라인아트의 질감을 위한 중간-고해상 콘톤 질감층(texture layer)을 추가함으로써 유지될 수 있다. 인쇄 아키텍처(printing architecture)는 이미지 데이터나 플랫 컬러 데이터 중 어느 하나를 참조할 수 있는 추상적인 "이미지" 및 "질감" 에 상기 콘톤 층을 표시함으로써 콘톤 층을 일반화한 것이다. 데이터를 콘텐트(content)에 기초한 층들로 분할하는 것은, 해당분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 기본 모드(mode)인 혼합된 래스터 콘텐트(mixed raster content; MRC) 모드를 따른다. MRC 기본 모드처럼, 인쇄 아키텍처는 인쇄될 데이터가 오버랩(overlap)될 때 몇몇 경우에는 타협을 하게 해준다. 특히, 하나의 형태에서 모든 오버랩은 그러한 타협을 명백하게 구현하는 처리(충돌 해상(collision resolution))에서 3층 표시(3-layer representation)로 감소된다.

도 4는 프린트 엔진 컨트롤러(print engine controller)(766)에 의한 프린트 데이터 처리를 설명한 것이다. 3개의 별개의 파이프라인(pipeline)가 도시되어 있고 그 각각은 프린트 엔진 컨트롤러(PEC) 칩을 가질 수 있다. 본 출원인의 SoPEC(SOHO PEC) 칩들은 대체로 분당 30페이지의 인쇄속도를 위해 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이 3개를 병렬 방식으로 사용하면, 90ppm을 달성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 데이터는 주로 소프트웨어에 기초한 컴퓨터 시스템(702)에 의해 실행된 이미지를 전처리(pre-processing)하여 압축된 다층 페이지 이미지의 형태로 프린터(2)에 전달된다. 다음에, 프린트 엔진 컨트롤러(766)는 주로 하드웨어에 기초한 시스템을 사용하여 상기 데이터를 처리한다.

데이터를 수신할 때, 분배기(distributor)(730)는 소유자 표시로부터의 데이터를 하드웨어-특정 표시로 변환하고, 그 데이터가 이러한 장치들로의 데이터 전송에 대한 어떤 제한들이나 요구들을 관찰하는 동안 정확한 하드웨어 장치로 전송되는 것을 확실하게 한다. 분배기(730)는 변환된 데이터를 복수의 파이프라인(pipeline)(232) 중 적합한 것으로 분배한다. 파이프라인들은 서로 동일하며, 본질적으로 복원(decompression), 스케일링(scaling) 및 일련의 인쇄할 수 있는 도트(dot) 출력들을 생성하기 위한 도트 합성 함수들을 제공한다.

각 파이프라인(732)은 데이터를 수신하기 위한 버퍼(buffer)(734)를 포함한다. 콘톤 디컴프레서(dcompressor)(736)는 컬러 콘톤 면(color conton plane)들을 복원하고, 마스크 디컴프레서는 모노톤(monotone)(텍스트) 층을 복원한다. 콘톤 및 마스크 스케일러(mask scaler)(740, 742)는 페이지가 인쇄되는 매체의 크기를 고려하여, 복원된 콘톤 및 마스크 면들을 각각 스케일링한다.

다음에, 스케일링된 콘톤 면들은 디더러(ditherer)(744)에 의해 디더링된다. 하나의 형태로, 확률적 분산-도트 디더(stochastic dispersed-dot dither)가 사용 된다. 클러스터-도트(clustered-dot)(또는 진폭-변조된) 디더와 달리, 분산-도트(또는 주파수-변조된) 디더는 거의 도트 해상도의 한계까지 높은 공간 주파수들(즉, 이미지 디테일)을 재생하고, 그 반면에 시각에 의해 공간적으로 적분될 때는, 풀 컬러(full dolor) 깊이까지 더 낮은 공간 주파수들을 동시에 재생한다. 확률적 디더 매트릭스(matrix)는 이미지를 가로질러 타일(tile)형태로 할 때에 거부될만한 저-주파수(low-frequency) 패턴들이 상대적으로 없도록 조심스럽게 설계된다. 그러므로, 그 크기는 전형적으로 특정 수의 강도 레벨(예컨대, 257 강도 레벨에 대해 16×16×8 비트)을 지원하기 위해 요구되는 최소 크기를 초과한다.

다음에, 디더링된 면들은 인쇄를 하는 데에 적합한 도트 데이터를 제공하기 위해서 도트-바이-도트(dot-by-dot) 기반 상에서 도트 합성기(746)에서 합성된다. 이 데이터는 데이터 분배 및 구동 전자기기(748)로 전송되고, 이는 차례대로 상기 데이터를 정확한 노즐 액츄에이터(750)로 분배하고, 이는 차례대로 잉크가 이후에 상세히 설명하는 방식으로 정확한 시간에 정확한 노즐(752)로부터 방출되도록 한다.

이해될 수 있는 바와 같이, 인쇄하기 위한 이미지를 처리하기 위해 프린트 엔진 컨트롤러(766) 내에 적용된 컴포넌트(component)들은, 데이터가 제공되는 방식에 크게 의존한다. 이 점에 있어서는, 프린트 엔진 컨트롤러(766)는 프린터(2) 내에서 더 많은 처리를 실행하고 그에 따라 컴퓨터 시스템(702)에 대한 의존성을 줄일 수 있는 부가적인 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들을 채택할 수도 있다. 대안적으로, 프린트 엔진 컨트롤러(766)는, 적게 처리를 실행하고, 그에 따라 프린터(2)에 데이터를 전송하기 전에 더 높은 정도로 이미지를 처리하는 컴퓨터 시스템(702)에 의존하기 위해 더 적은 수의 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들을 채택할 수도 있다.

도 5는 상술한 태스크(task)들을 실행하는데 필요한 컴포넌트들의 블럭도를 도시한 것이다. 이러한 구조에서, 하드웨어 파이프라인들(732)은 소규모 사무실 자택 사무실 프린터 엔진 칩(Small Office Home Office Printer Engine Chip; SoPEC)(766)으로 구현된다. 도시한 바와 같이, SoPEC 장치는 다음 3개의 서브시스템으로 구성된다: 중앙처리장치(CPU) 서브시스템(771), 동적임의접근기억장치 (Dynamic Random Access Memory, DRAM) 서브시스템(772) 및 프린트 엔진 파이프라인(Print Engin Pipeline, PEP) 서브시스템(773).

CPU 서브시스템(771)은 다른 서브시스템들의 모든 사항들을 제어하고 구성하는 CPU(775)를 포함한다. 이는 프린트 엔진(1)의 모든 구성요소들을 인터페이스로 접속시켜 동기화하는 것을 일반적으로 지원한다. 또한, QA 칩들(이하에 설명함)과의 저속 통신을 제어한다. 또한, 상기 CPU 서브시스템(771)은 CPU(775)를 돕는 다양한 주변장치들, 예를 들면 일반적 용도의 입출력 장치(General Purpose Input Output, GPIO, 모터 컨트롤을 포함), 차단 컨트롤러 유닛(Interrupt Controller Unit, ICU), LSS 마스터 및 일반적인 타이머를 포함한다. CPU 서브시스템상의 시리얼 통신 블럭(Serial Communications Block, SCB)은 다른 SoPEC 장치들(나타내지 않음)에 상호 SoPEC 인터페이스(Inter SoPEC Interface, ISI)를 제공할 뿐만 아니라 호스트에 최고속도의 USB1.1 인터페이스를 제공한다.

DRAM 서브시스템(772)은 CPU, 시리얼 통신 블럭(SCB) 및 PEP 서브시스템 내의 블럭들로부터의 요청을 수용한다. DRAM 서브시스템(772), 및 특히 DRAM 인터페이스 유닛(DIU)은 다양한 요청들을 조정하며, 어떤 요청이 DRAM에 액세스되어야만 하는지를 결정한다. DIU는 구성된 파라미터를 바탕으로 모든 요청자들에 대해 DRAM에 충분한 액세스를 할 수 있도록 조정한다. 또한, DIU는 D페이지 크기, 뱅크(bank)들의 수 및 리프레쉬율(refresh rate)과 같은 DRAM의 실행 사양을 숨긴다.

프린트 엔진 파이프라인(PEP) 서브시스템(773)은 DRAM으로부터의 압축된 페이지들을 받아들이고, 그것들을 프린트헤드와 직접 통신하는 프린트헤드 인터페이스에 예정된 소규정 인쇄 라인을 위한 바이-레벨(bi-level) 도트들에 렌더링(rendering)한다. 페이지 확장 파이프라인의 제1 단계(stage)는 콘톤 디코더 유닛(CDU), 로스레스(lossless) 바이레벨 디코더(LBD) 및, 요구되는 경우, 태그 인코더(TE)이다. 상기 CDU는 JPEG 압축 콘톤(전형적으로 CMYK) 층들을 확장하며, 상기 LBD는 압축된 바이레벨 층(전형적으로 K)을 확장하며, 상기 TE는, 프린터(2)이 넷페이지(Netpage) 허용량(넷페이지 시스템의 상세한 설명을 위한 상호 참조된 문서들을 참조)을 갖는 경우에, 나중의 렌더링(rendering)(전형적으로 IR 또는 K 잉크 에서)을 위해 넷페이지 태그들을 인코딩한다. 제1 단계로부터의 출력은 일련의 버퍼들이다: 콘톤 FIFO 유닛(CFU), 스폿 FIFO 유닛(SFU) 및 태그 FIFO 유닛(TFU). CFU 및 SFU 버퍼들은 DRAM 내에서 실행된다.

제2 단계는 핼프톤 합성기 유닛(Halftone Compositor Unit, HCU)이고, 이는 콘톤층을 디더링하고, 결과물인 바이레벨 디더링된 층상에 바이레벨 스폿층(spot layer)과 위치 태그들을 합성한다.

SoPEC 장치가 사용되는 프린트헤드에 따라, 많은 복합옵션(compositing option)들이 실행될 수 있다. 비록 모든 채널들이 프린트헤드 상에 존재하지 않을지라도, 바이레벨 데이터의 6개 채널까지 이러한 단계로부터 생산될 수 있다. 예를 들면, 프린트헤드는, K가 CMY 채널들로 푸시(push)되고 IR이 무시된 상태에서, 단지 CMY일 수도 있다. 대안적으로, 인코드된 태그들은 IR 잉크가 이용될 수 없다면(혹은 테스트 목적을 위한 경우) K로 인쇄될 수도 있다.

제3 단계에서, 데드 노즐 보상기(Dead Nozzle Compensator, DNC)는 프린트헤드에 있는 데드 노즐들을 컬러 과잉 및 주변 도트들 안으로의 데드노즐 데이터의 에러 확산에 의해 보상한다.

그 결과로서 생기는 바이레벨 5 채널 도트-데이터(일반적으로 CMYK, 적외선)는 버퍼링되고, 도트라인 기록기 유닛(Dot Writer Unit, DWU)를 거쳐 DRAM 내에 저장된 일련의 라인 버퍼들에 기록된다.

마지막으로, 도트-데이터는 DRAM으로부터 되돌려 로딩되며, 도트 FIFO를 거쳐, 프린트헤드 인터페이스를 통과한다. 도트 FIFO는 라인 로더 유닛(Line Loader Unit, LLU)으로부터 시스템 클럭속도(clock rate)(pclk)로 데이터를 수용하는 반면, 프린트헤드 인터페이스(PHI)는 상기 FIFO로부터 데이터를 지워 그 데이터를 시스템 클럭속도의 2/3배의 속도로 프린트헤드에 전송한다.

바람직한 형태에서, DRAM은 2.5Mbyte 크기이며, 압축된 페이지 저장 데이터의 경우에는 2Mbyte가 유용하다. 압축된 페이지는 많은 밴드(band)들이 메모리 내 에 저장되는 상태로, 2개 이상의 밴드들 내에서 받아진다. 상기 페이지의 한 밴드가 인쇄를 위해 PEP 서브시스템(773)에 의해 소비되면, 새로운 밴드가 다운로드될 수 있다. 상기 새로운 밴드는 현재의 페이지 또는 다음 페이지를 위한 것일 수도 있다.

밴딩을 사용하면, 완전히 압축된 페이지가 다운로드되기 전에 한 페이지를 인쇄하기 시작하는 것이 가능하지만, 데이터가 항상 인쇄를 위해 이용가능한지를 확인하는데 주의를 기울여야 하고, 그렇지 않으면 버퍼 언더-런(Under-Run)이 일어날 수 있다.

내장형(embedded) USB 1.1 장치는 호스트 PC로부터 압축된 페이지 데이터 및 제어 명령들을 받아들이고, 한 쪽의 DRAM(또는 후술한 바와 같이, 멀티-SoPEC 시스템들 내의 다른 SoPEC 장치)으로의 데이터 전송을 촉진한다.

다중 SoPEC 장치들은 대안적인 실시형태들에 사용될 수 있으며, 특별한 실행에 따라 다른 기능들을 실행할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 경우에서는, 어느 하나의 SoPEC 장치가 단순히 온보드(onboard) DRAM용으로 사용될 수 있는 반면, 다른 SoPEC장치는 상기 설명된 다양한 복원 및 포맷팅(formatting) 기능을 실행한다. 이는 그 페이지의 모든 데이터를 수신하기 전에 프린터가 인쇄를 시작하고, 그 데이터의 나머지가 제때에 수신되지 않은 경우에서 발생할 수 있는 버퍼 언더-런의 가능성을 줄일 수 있다. 메모리 버퍼링 능력을 위해 여분의 SoPEC 장치를 부가하는 것은 부가되는 칩의 다른 능력들 중 어느 것도 이용되지 않더라도, 버퍼링될 수 있는 데이터의 양을 2배로 한다.

각 SoPEC 시스템은 프린터 기구들의 품질, 인쇄 도중 프린트헤드 노즐들이 손상되지 않을 정도의 잉크 제공의 품질 및 프린트헤드와 기구들이 손상되지 않도록 확실하게 하기 위한 소프트웨어의 품질을 확실하게 하기 위해 서로 협력하도록 설계된 몇 가지 품질 보증(QA: Quality Assurance)을 가질 수 있다.

보통, 각 인쇄 SoPEC는 관련된 프린터 QA를 가질 것이고, 그것은 최대 인쇄속도와 같은 프린터 속성들의 정보를 저장한다. 시스템과 함께 사용하기 위한 잉크 카트리지는 또한 잉크 QA 칩을 포함할 것이고, 그것은 남아있는 잉크의 양과 같은 카트리지 정보를 저장한다. 프린트헤드는 또한 데드노즐 매핑(Mapping) 및 프린트헤드 특성들과 같은 프린트헤드-특정 정보를 저장하는 ROM(실제로, EEPROM)으로써 동작하도록 구성되는 QA 칩을 가지고 있다. SoPEC 장치에서 CPU는선택적으로 직렬 EEPROM으로써 효율적으로 동작하는 QA 칩으로부터의 프로그램 코드를 로딩하여 실행할 수 있다. 마지막으로, SoPEC 장치에서 CPU는 논리 QA 칩(즉, 소프트웨어 QA 칩)을 실행한다.

대체로, 시스템에서의 모든 QA 칩들은 플래시 메모리(flash memory)의 콘텐츠(contents)들만이 서로를 구별하는 상태로, 물리적으로는 동일하다.

각 SoPEC 장치는 시스템 인증 및 잉크 사용 평가를 위해 QA 장치들과 통신할 수 있는 2 개의 LSS 시스템 버스를 갖는다. 많은 수의 QA 장치는 버스 마다 사용될 수 있으며, 프린터 QA 및 잉크 QA 장치들이 분리된 LSS 버스들 상에 있어야만 하는 것을 제외하고는 시스템 내에서의 위치는 제한되지 않는다.

사용시에, 논리 QA는 남아있는 잉크를 결정하기 위해 잉크 QA와 통신한다. 잉크 QA로부터의 응답은 프린터 QA를 참조하여 인증된다. 프린터 QA로부터의 확인은 논리 QA에 의해 인증되고, 그에 의해 간접적으로 잉크 QA로부터의 응답에 부가적인 인증 레벨을 부가한다.

QA 칩들 사이로 지나간 데이터는 디지털 서명의 방식으로 인증된다. 바람직한 실시형태에 있어서, 다른 설계들이 대신 사용될 수 있더라도, HMAC-SHA1 인증은 데이터용으로 사용되고, RSA는 프로그램 코드용으로 사용된다.

이해할 수 있는 바와 같이, SoPEC 장치는 프린트엔진(1)의 모든 기능을 제어하며, 이하에서 설명하는 바와 같이 프린트 매체 취급을 용이하게 하는 프린트엔진(1)의 개별적 구성요소들의 작동을 동기화하고 조절할 뿐만 아니라 필수적인 데이터 처리 업무를 실행한다.

프린트헤드 카트리지 및 프린터 크래들 조립체 개요(PRINTHEAD CARTRIDGE AND PRINTER CRADLE ASSEMBLY OVERVIEW)

도 6에 도시된 바와 같이, 프린트 엔진(1)은 프린트헤드 카트리지(100)와 프린터 크래들(102) 조립체이다. 또한, 크래들과 프린트헤드 카트리지에 의해 형성된 각 도킹 베이(docking bay)(106)들 내에 설치되는 5개의 잉크 카트리지(104) 중 1개가 도시되어 있다. 잉크 카트리지들은 CMYK 와 IR(눈에 보이지 않는 코드화된 데이터를 인쇄하기 위한 것) 또는 CMYKK를 공급할 수 있다.

프린터 크래들(102)은 제품 적용을 위한 소망의 형태배열, 예를 들면, L경로(L-path), C경로(C-path), 직선경로(straight path)로써 프린터 케이싱 내에 영 구적으로 설치된다. 프린트헤드 카트리지(100)는 크래들(102) 내에 설치된다. 프린트헤드(이하에 설명함)의 노즐들이 막히거나 고장날 때, 프린터 전체를 교체하는 대신에, 인쇄품질을 유지하기 위해 프린트헤드 카트리지(100)를 교체할 수 있다

프린터 크래들(PRINTER CRADLR)

도 7a 내지 도 7d는 여러 각도로부터 크래들(102)의 사시도를 나타낸 것이다. 도 8 및 도 9의 분해도와 함께, 이 도면들은 구성부품들의 조립체를 예시한 것이다. 크래들 섀시(108)는 매체급지트레이로부터 출력트레이까지의 매체급지경로를 완성하기 위해 프린터 케이싱 내에 다른 구성부들을 지지하는 프레스된 금속 구성부(pressed metal component)(108)이다.

비어있는 매체(blank media) 시트들은 입력구동롤러(124)와 탄성롤러(sprung roller)(130) 사이의 닙(nip)으로 가이드몰딩(guide molding)(110)에 의해 안내된다. 탄성롤러(130)는 가이드몰딩(110) 위에 형성된 탄성롤러 장착부(138)에 지지되고 구동롤러(124)의 고무 표면(rubberized surface)과 결합하여 밀어 붙어진다. 구동롤러(124)는 매체급지구동조립체(media feed drive assembly)(112)에 의해 구동된다.

매체는 프린트헤드를 거쳐 스파이크 휠(spike wheel)(132)과 출력구동롤러(output drive roller)(118) 사이의 닙으로 급지된다. 스파이크 휠(132)은 스파이크 휠 지지몰딩(spike wheel bearing molding)(134)에 지지되고 출력구동롤러(118) 또한 매체급지구동조립체(112)에 의해 구동된다.

프린트헤드 집적회로(아래에 설명함)를 작동하기 위한 제어전자회로(control electronics)는 인쇄회로기판(Printed circuit board; PCB)(114) 상에 설치된다. 도 9에 도시한 PCB(11)의 외부면(outer face)은 SoPEC장치(128)를 갖는 반면, 내부면(inner face)(도 8)은 외부원(external source)으로부터 전원과 프린트 데이터를 수신하여 SoPEC(128)에 분배하기 위한 소켓(socket)(140) 및 이하에 더 상세히 설명하는 프린트헤드 IC에 프린트 데이터를 전송하기 위한 일련의 탄성 PCB 접점(sprung PCB contact)(142)을 갖는다.

열차폐부(heatshield)(122)는 프린터 근방의 어떤 EMI로부터 SoPEC(128)를 덮어 보호하기 위해 PCB(114)에 부착되어 있다. 이는 또한 사용자가 SoPEC 또는 PCB의 어떤 뜨거운 부분과 접촉되는 것을 방지한다.

캐퍼 리트랙션 샤프트(capper retraction shaft)(120)는 유지보수 구동조립체(126)와 결합하기 위해 출력구동샤프트(118) 아래에 회전가능하게 장착되어 있다. 유지보수 구동조립체(126)는 매체급지구동조립체(112)에 대향하는 크래들 섀시(108)의 측면에 장착되어 있다.

유지보수 구동조립체( MAINTENANCE DRIVE ASSEMBLY )

도 10a 내지 도 10c는 다른 각도들에서 본 유지보수 구동조립체(126)의 사시도이다. 도 11a 내지 도 11c의 분해 사시도는 그 구성요소들의 조립체를 명확히 나타내기 위해 보여진 것이다.

유지보수 구동모터(144)는 2개의 사이드 몰딩(side molding)(146, 148) 사이 에 장착되어 있다. 이 모터는 메인 스퍼기어(main spur gear)(162)와 결합되는 출력 웜기어(output worm gear)(156)를 구동시킨다. 메인 스퍼기어의 일측상에 있는 것은 코더(coder)(154)이고 타측상에 있는 것은 캠(cam)(164)이다. 코더(154)는 SoPEC(128)에 캠(164)의 위치를 알리기 위해 광전 트랜시버(opto-electric transceiver)(150)에 의해 감지된다. 편심구동기어(eccentric driving gear)(176)는 캠(64)에 단단히 고정되게 장착되어 구동 아이들러 기어(drive idler gear)(178)와 맞물린다.

아이들러 구동기어는 피벗팅 링크아암(pivoting link arm)(166)에 회전가능하게 장착되어 있다. 아이들러 구동기어(178)는 구동축 웜기어(170)와 일체로 형성되어 있는 구동축 스퍼기어(spur gear)(168)와 맞물린다. 구동축 웜기어(170)는 구동축(152)의 스플라인(spline)(172)과 맞물린다. 구동축(152)은 구동축 하우징(housing)(160) 내에 장착된다. 구동축 하우징(160)은, 구동축(152)의 단부에 있는 구동날개부(drive vane)(174)가 제한된 수직이동(vertical travel)을 갖도록 사이드 몰딩(146)과 사이드 몰딩(148) 사이에 피벗가능하게 장착되어 있다. 이는, 캐퍼 섀시가 줄어들고 펼쳐짐에 따라 날개부(174)가 프린트헤드 카트리지(아래에 설명함)의 유지보수 스테이션 내의 상보형 소켓(complementary socket)과 결합되는 상태로 할 수 있도록 해준다.

프린트헤드 카트리지(PRINTHEAD CARTRIDGE)

도 19는 프린트헤드 카트리지(100)의 분리 상태의 단면도를 나타낸 것이다. 케이싱(casing)(184)은 입구밸브(inlet valve)(194), LCP 몰딩 조립체(190), 플렉스(flex) PCB(192), 프린트헤드(600) 및 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)을 수용한다. 이러한 구성요소들에 대하여는 이하에 더 상세히 설명한다. 그러나. 프린터 크래들(102)에 프린트헤드 카트리지(100)를 초기 삽입하는 것에 관련해서는 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다.

도 12는 카트리지(100)를 삽입하는 첫번째 상태를 나타낸 것이다. 사용자는 케이싱(184)의 상단에 있는 그립 탭(grip tab)(200)을 잡고 프린터 크래들(106)에 형성된 캐버티(cavity)(182) 안으로 카트리지를 슬라이딩(sliding)시킨다. 카트리지(100)는, 둥근 립부(rounded lip)(188)가 캐버티의 측면 상의 상보형 지렛대(complementary shaped fulcrum)(186)와 결합할 때까지 캐버티(182) 안으로 슬라이딩된다. 이 점에서, 사용자는 카트리지(100)를 지렛대(186)를 중심으로 반시계방향으로 회전시키도록 시작한다.

도 13에 도시한 바와 같이, 캐버티 내에서의 카트리지 반시계방향의 회전은 라인 탄성 전원 및 데이터 접점(line sprung power and data contacts)(142)에 의해 인가되는 바이어스(bias)와 반대방향이다. LCP 몰딩 조립체(190)는 프린트헤드(600)에 연결되는 플렉스 PCB(192)를 감싸는 만곡된 외면(curved outer surface)을 갖는다. 상기 조립체(190)의 만곡된 외면은, 카트리지(100)가 그 작동위치로 완전히 회전되기 전에 탄성접점(142)들이 최대압축지점에 있도록 구성되어 있다. 도 13은 이 최대압축지점에 있는 카트리지를 나타낸 것이다.

도 14는 이 최대압축지점을 거쳐 그 작동위치로 회전된 카트리지(100)를 나 타낸 것이다. 탄성접점(142)들은 플렉스 PCB(192) 상의 접점패드(contact pad)(도시하지 않음)와 접합하게 되므로 약간 감압(decompress)하였다. 이와 같이, 프린트 카트리지와 프린터 크래들 사이의 상호작용은 본질적으로는 과중심 기구(overcentre mechanism)의 상호작용이다. 카트리지가 그 작동위치로 반시계방향으로 밀어 붙여진 후에, 카트리지(100)는 도 13에 도시된 균형점까지 시계방향으로 밀어 붙여진다. 이러한 밀어붙임(bias)은, 매체입구개구(media inlet aperature)(202)가 입력 매체급지롤러들의 닙(198)의 바로 정면에 있도록 프린트헤드 카트리지(100)를 작동위치에 확실하게 지지시킨다. 마찬가지로, 매체출구개구(media exit aperature)(204)는 용지경로를 완성시키기 위해 출력급지롤러(118)와 스파이크 휠(132)에 바로 대향하여 있다. 또한, 카트리지 케이싱(184)과 도킹 베이 몰딩(docking bay molding)(116)은 정확히 치수조절된 잉크 카트리지 도킹 베이(106)를 제공하도록 적절히 결합된다.

개별적인 탄성접점(142) 각각의 강성(stiffness)은, 각 접점이 특정의 접촉압력으로 플렉스 PCB(192)의 그 대응하는 패드 위에 압착될 수 있는 정도이다. 탄성접점(142) 모두를 동시에 압착하기 위해서는 상당한 힘(100N까지)을 필요로 하지만, 케이싱(184)과 지렛대(186)는 사실상, 사용자에게 실질적인 기계적 확대율(mechanical advantage)을 제공하는 1급 레버(first class lever)이다. 도 12 내지 도 14로부터, 지렛대(186)에서 그립 탭(200)까지의 레버 아암이 지렛대에서 LCP 조립체(190)의 만곡된 외부면까지의 레버 아암보다 훨씬 크다는 것을 볼 수 있다.

프린트헤드 유지보수 스테이션(PRINTHEAD MAINTENANCE STATION)

도 19 내지 도 22는 프린트헤드(600)를 작동상태로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)를 상세히 나타낸 것이다. 도 19와 도 20에 도시된 바와 같이, 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)은 프린트헤드 카트리지(600)의 일체부(integral part)를 이루고, 그에 따라 인쇄시트들 사이에 있거나 프린터가 중지중에 있는 경우 유지보수 작업을 위해 항상 이용할 수 있다.

프린트헤드 유지보수 스테이션(500)은 프린트헤드(600)의 잉크분사페이스(601)와 씰링 결합하기 위한 접촉면(502)을 갖는 탄성변형가능한 벨트(501)를 포함한다. 전형적으로는, 벨트는 실리콘 대신에 폴리우레탄, 네오프렌

, 산토프렌

또는 크라톤

과 같은 기타 탄성변형가능한 물질 또는 탄성물질도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있더라도, 플라스틱 지지대 상에 장착된 실리콘 고무로 이루어진다.

도 21 및 도 22를 참조하면, 벨트(501)는, 접촉면(502)의 일부가 잉크분사페이스(601)와 씰링 결합되는 제1 위치(도 22에 도시)와, 접촉면이 잉크분사페이스로부터 해제되는 제2 위치(도 21에 도시) 사이에서 왕복 이동가능하다. 잉크분사페이스(601)와 결합된 접촉면(502)의 일부는, 페이지폭 프린트헤드(600)의 전체 길이를 가로지르는 노즐들이 사용을 위해 유지되도록 실질적으로 그 잉크분사페이스와 동일한 공간에 있다.

도 19에 가장 명확히 도시한 바와 같이, 접촉면(502)은 잉크분사페이스(601)에 대하여 경사져 있다. 본 출원인의 선출원, 즉 2005년 10월 11일자에 출원된 USSN 11/246676(문서번호 FND001US)(그 내용은 본 명세서에서 참조에 의해 통합됨)에서 설명한 바와 같이, 경사진 접촉면(502)은, 잉크분사페이스에 대하여 수직으로 벨트(501)의 간단한 직선이동으로, 잉크분사페이스(601)와 점진적인 결합과 그로부터의 해제를 제공한다. 잉크분사페이스(601)와의 이러한 결합 유형은, 벨트(501)가 프린트헤드(600)로부터 유출되는 잉크를 세척하고 프린트헤드 내의 차단된 노즐을 교정하도록 할 수 있다. 또한, 유휴기간(idle period) 중에, 접촉면(502)은 잉크분사페이스(601)를 씰링함으로써, 미립자들의 침입을 방지하고 노즐들 내의 잉크로부터의 물의 증발(일반적으로 해당분야에서 디캡(decap)으로서 알려진 현상)을 최소화한다.

클리닝/유지보수 작용의 작동원리에 대한 상세한 설명은 2005년 10월 11일자에 출원된 본 출원인의 선출원 USSN 11/246676(문서번호 FND001US)에 제공되어 있다. 그러나, 명확성을 위해 본 명세서에서는 간단한 설명만 제공하고자 한다. 도 23a 및 도 23b는 프린트헤드(600)의 잉크분사페이스(601)와 점진적으로 접촉하게 되는 접촉면(502)를 갖는 벨트(501)를 상세히 나타낸 것이다. 도 23c는, 접촉면(502)이 잉크분사페이스(601)와 부분적으로 접촉하게 될 때, 도 23b에서의 필구역(peel zone)(604)의 분해도를 나타낸 것이다. 도 23c는 접촉면(502)이 프린트헤드 상의 노즐 개방부(603)와 접촉될 때 잉크(602)의 거동을 상세히 나타낸 것이다. 그러나, 접촉면(502) 상의 잉크(602)의 전진 접촉각(advancing contact angle) θ_A 가 비교적 젖음 불량(non-wetting)(약 90°)이 되므로, 잉크는 접촉면 상에 젖게 되는 일이 거의 없거나 전혀 없다. 그러므로, 도 23d에 도시된 바와 같이, 잉크(602)는 잉크분사페이스(502) 위 또는 노즐(603) 내에 남게 되고, 잉크분사페이스를 가로질러 전진하는 필구역(604)은 비교적 건조하다.

도 24a 및 도 24b에서는, 벨트(501)가 잉크분사페이스(601)로부터 분리될 때 역(逆)과정을 나타내고 있다. 먼저, 도 24a에 도시된 바와 같이, 접촉면(502)은 잉크분사페이스(601)와 씰링 결합된다. 도 24b에서, 접촉면(502)은 잉크분사페이스(601)로부터 분리되며, 필구역(604)은 그 페이스를 가로질러 후퇴한다. 도 24c는, 접촉면(502)이 프린트헤드(600) 상의 노즐 개방부(603)로부터 분리될 때 필구역(604)의 확대도를 나타낸 것이다. 노즐 개방부(603) 내의 잉크(602)는 잉크분사페이스(601)를 가로질러 후진(recede)할 때 접촉면(502)과 접촉하게 된다. 그러 나, 접촉면(502) 상의 잉크(602)의 후진접촉각(receding contact angle) θ_R이 비교적 젖음성(약 15°)이 있으므로, 노즐 개방부(603) 내의 잉크는 이제 접촉면(502) 상에 젖기 쉽다. 따라서, 도 24d 및 도 24e에 도시된 바와 같이, 잉크분사페이스(601)를 가로질러 후진하는 필구역(604)은 젖게 되므로, 노즐 개방부(603)로부터 또는 잉크분사페이스(601)로부터 인출되는 잉크(602) 잉크방울을 운반하게 된다. 이는 프린트헤드(600) 내의 차단된 노즐들을 깨끗하게 하고 잉크분사페이스(601) 상에 유출되는 잉크를 클리닝하는 효과가 있다. 최적의 클리닝 성능은, 접촉면(502)이 실질적으로 균일하고 어떤 미세한 흠(microscopic scratch) 또는 톱니모양(identation)도 없을 때 달성된다.

도 25는, 접촉면(502)의 적어도 일부가 잉크분사페이스(601)로부터 분리될 때의 벨트(501)를 나타낸 것이다. 접촉면(502)은 프린트헤드(600)와 접촉하는 최종지점에 있는 세로방향의 에지부(edge potion)를 따라 잉크(602) 방울을 수집하였다.

상기한 설명으로부터, 이제 도 19 내지 도 22를 다시 참조하여, 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)에 있어서, 벨트(501)의 접촉면(502)이 잉크분사페이스(60)로부터 해제된 후에 세로방향의 에지부를 따라 잉크를 수집할 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 출원인의 선출원들, 즉 모두 2005년 10월 11일자에 출원된 USSN 11/246,704(문서번호 FND013US), USSN 11/246,710(문서번호 FND014US), USSN 11/246,688(문서번호 FND015US), USSN 11/246,716(문서번호 FND016US), USSN 11/246,715(문서번호 FND017US)에서, 본 출원인은 유연성 패드(flexible pad)의 세로방향의 에지부로부터 잉크를 제거하기 위한 여러 수단을 설명하였다. 본 발명의 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)은 접촉면을 엔들리스 벨트(501) 상에 놓고, 잉크분사페이스(601)로부터 접촉면을 해제한 후에, 클리닝 스테이션(530)을 지나 벨트를 수송하기 위한 컨베이어 기구를 이용함으로써 접촉면(502)을 클리닝한다.

따라서, 도 20을 참조하면, 벨트(501)는 한 쌍의 스풀(spool)(503) 둘레에 장착된다. 스풀(503)들 중 하나는 구동기어(505)와 서로 맞물려 결합하는 톱니형상부를 갖는다. 다음에, 구동기어(505)는 구동날개(174)(도 11a-도 11c에 도시)를 거쳐 구동모터(144)에 의해 구동된다. 그에 따라 스풀(503)은 구동 스풀(drive spool)인 반면, 스풀(504)은 아이들 스풀(idle spool)이다. 구동 스풀(503), 구동 기어(505) 및 구동모터(144)는 프린트헤드(600)의 세로축과 실질적으로 평행한 방향으로 벨트(501)를 수송하기 위한 컨베이어 기구의 일부를 함께 형성한다. 따라서, 컨베이어 기구는 프린트헤드(600)로부터 멀리 떨어져 클리닝 스테이션(530)쪽으로 접촉면(502)의 잉크 묻은 부분을 수송할 수 있다.

도 21을 참조하면, 클리닝 스테이션(530)은 여러 가지의 클리닝, 린스 및/또는 건조 기능을 실시할 수 있는 일련의 롤러(530a-i)를 포함한다. 예를 들면, 첫번째 3개의 롤러(530a, 530b, 530c)는 클리닝을 하기 위해 용매 또는 계면활성제 용액으로 흡수된 패드를 포함하고, 다음의 3개의 롤러(530d, 530e, 530f)는 린스를 하기 위해 탈이온수로 흡수된 패드를 포함하며, 마지막의 3개의 롤러(530g, 530h, 530i)는 접촉면(502)을 건조하기 위한 드라이 패드를 포함한다. 도 21만을 참조하여 설명한 바와 같이, 벨트(501)는 클리닝 스테이션(530)을 통하여 반시계방향으로 수송된다. 또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 클리닝 스테이션(530)에서의 각 롤러는 벨트(501)의 경사진 접촉면(502)을 보완하기 위해 각도를 이루고 있다.

구동기어(505), 구동 스풀(503), 아이들 스풀(504) 및 클리닝 스테이션(530)은 가동섀시(moveable chassis)(506) 상에 장착되어 있다. 섀시(506)는 잉크분사페이스(601)에 대하여 직각으로 이동가능하므로, 접촉면(502)은 상술한 필링작용(peeling action)으로 잉크분사페이스로부터 결합·해제될 수 있다. 결합 또는 해제 동안에, 벨트(501)는 섀시(506)에 대하여 고정되어 있어, 클리닝 접촉 및 클리닝 효능이 최소화된다. 그러나, 잉크분사페이스(601)로부터 해제한 후에, 접촉면(502)의 잉크 묻은 부분은 컨베이어 기구를 이용하여 클리닝 스테이션(530)을 지 나 수송될 수 있다.

섀시(506)는 제1 위치쪽으로 밀어 붙여지는데, 이 접촉면(502)은 잉크분사페이스(601)와 씰링 결합된다. 이는, 프린트헤드가 인쇄를 하는데 사용되지 않을 때(예를 들면, 운송, 저장, 유휴기간 동안 또는 프린터가 스위치 오프(switch off)될 때)의 유지보수 스테이션(500)의 통상적인 형태이다.

섀시(506)는 그 관련된 구성요소들과 함께, 베이스(base)(508)와 측벽(509)을 갖는 하우징(507) 내에 수용된다. 섀시(506)는 하우징(507)에 대하여 슬라이딩가능하게 이동되어 한 쌍의 스프링(510, 511)에 의해 결합위치쪽으로 밀어 붙여진다. 스프링(510, 511)은 베이스(508)에 고정되고 각각 대응하는 밀어붙이는 접합면(biasing abutment surface)(512, 513)에 대하여 압박하는데, 이 접합면은 섀시(506)와 일체로 형성되어 있다.

섀시(506)는 섀시의 각 끝단에 위치된 돌기부(lug)(514, 515) 형태의 결합형성부를 더 포함한다. 이 돌기부(514, 515)들은 도 26에 도시된 결합기구(520)에 의해 프린트헤드(600)에 대하여 섀시(506)를 슬라이딩할 수 있게 이동하도록 설치된다.

결합기구(520)는 한 쌍의 결합아암(engagement arm)을 포함한다. 도 26에는, 그 대응하는 돌기부(515)와 결합된 결합아암(521)들 중 하나가 도시되어 있다. 결합아암(521)의 제1 단부는 돌기부(515)에 대하여 접합되는 캠 표면(cam surface)(522)을 갖는다. 결합아암의 제2 단부는 피벗(523) 중심으로 회전가능하게 장착되어 결합모터(engagement motor)(도시하지 않음)에 의해 회전된다. 따라 서, 결합아암(521)이 시계방향으로 회전될 때, 돌기부(515)에 대한 캠 표면(522)의 접합에 의해 그 돌기부와 그에 따른 섀시(506)가 프린트헤드(600)로부터 아래쪽으로 그리고 그로부터 멀리 떨어져 이동하게 된다는 것을 도 26으로부터 알 수 있다.

이하, 도 19 내지 도 22 및 도 26을 참조하여 전형적인 유지보수 작동에 대하여 설명한다. 인쇄 구성에 있어서, 프린트헤드 유지보수 스테이션(500)은, 접촉면(502)이 프린트헤드(600)로부터 해제된 상태로 도 21에 도시된 바와 같이 구성되고, 이에 따라 용지(도시하지 않음)의 틈이 프린트헤드를 지나 가로방향으로 급지되게 된다. 인쇄 완료 후 또는 프린트헤드 유지보수가 요구될 때, 결합아암(예를 들면, 521)은 반시계방향으로 회전되어, 스프링(510, 511)이 섀시(506) 상의 대응하는 밀어붙이는 접합면(512, 513)을 압박하도록 할 수 있고, 이에 따라 섀시가 프린트헤드(600)를 향하여 위쪽으로 슬라이딩된다. 섀시(506)의 이러한 슬라이딩 이동은 프린트헤드(600)와 실질적으로 같은 공간에 있는, 접촉면(502)의 최상부를 그 잉크분사페이스(601)와 씰링 결합시키게 한다. 잉크분사페이스(601)에 대하여 접촉면(502)의 경사진 특성으로 인하여, 접촉면은 결합 중에 잉크분사페이스와 점진적으로 접촉한다.

소정의 시간 경과 후, 결합아암(예를 들면, 521)은 시계방향으로 회전하도록 작동되고, 이에 의해 섀시(506)는 예를 들면, 돌기부(515)에 대한 캠 표면(522)의 접합에 의해 프린트헤드(600)의 아래쪽으로 그리고 그로부터 멀리 떨어져 슬라이딩된다. 섀시(506)의 이러한 슬라이딩 이동은 잉크분사페이스(601)로부터 접촉면(502)을 해제시킨다. 접촉면(502)의 경사진 특성으로 인하여, 접촉면은 해제 중 에 잉크분사페이스(601)로부터 분리된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 필링작용은 접촉면(502)의 세로방향의 에지부를 따라 잉크를 침전시켜 접촉면의 잉크 묻은 부분을 생성한다.

해제 후, 구동모터(144)가 작동되는데, 이 구동모터는 구동기어(505)를 거쳐 반시계방향으로 구동 스풀(503)을 구동한다. 따라서, 벨트(501)는 반시계방향으로 구동되고, 이에 따라 접촉면의 잉크 묻은 부분은 클리닝 스테이션(530)을 지나 수송되므로, 연속적으로 클리닝, 린스 및 건조되어 접촉면(502)의 부분이 클리닝된다.

구동모터(144)는, 접촉면(502)의 클리닝된 부분이 다음의 유지보수 사이클을 준비하기 위해 프린터헤드(600)에 근접하여 위치될 때까지 구동된다. 프린트헤드(600)의 상태에 따라, 상술한 바와 같은 수회의 유지보수 사이클은, 프린트헤드가 인쇄를 위해 충분히 교정되기 전에 선택적으로 요구될 수 있다.

잉크 카트리지(INK CARTRIDGE)

도 27은 잉크 카트리지(104)의 부분 사시도이다. 5개의 잉크 카트리지의 각각은 기밀(氣密)된 출구케이싱(210), 출구밸브(206) 및 부서지기 쉬운 씰(frangible seal)(214)에 의해 덮여지는 공기입구(212)를 갖는다. 공기 씰(air seal)은, 사용자가 설치하기 전에 출구밸브(206)를 손대는 경우 잉크의 누출을 방지하는데 도움을 준다. 엄지 그립(thumb grip)(218)은 저장된 잉크를 나타내기 위해 색칠되어 있다. IR 잉크의 경우, 엄지 그립은 다른 방식으로 표시될 수도 있 다. 엄지 그립은 안쪽으로 구부려질 수 있고 도킹 베이(106) 내에 카트리지를 수용하기 위해 스냅식 잠금부(snap lock spur)(220)를 구비하고 있다.

도 15, 도 16, 도 17, 도 18 및 도 27은 잉크 카트리지(104) 및 프린트헤드 카트리지(100)와 프린터 크래들(102)와의 그 상호작용을 나타낸 것이다. 도 15는 도킹 베이(106) 내에 있지만 프린트헤드 카트리지(100)의 입구밸브(194)와 아직 결합되지 않은 잉크 카트리지를 나타낸 것이다. 명확성을 위해, 에어백(air bag)(208)은 완전히 팽창된 상태로 도시되어 있고 남아있는 잉크 저장 부피는 224로 표시되어 있다. 물론, 실제로, 에어백은 설치하기 전에 완전히 붕괴(collapse)되고 제거시에 완전히 팽창된다. 붕괴가능한 잉크백(ink bag)들은 일정 레벨 이하로 고갈하자마자, 더 붕괴하는 것에 대해 저항을 갖는 일정량을 갖는다. 프린트헤드의 분사 액츄에이터(ejection actuation)들은 프린트헤드의 작동에 영향을 줄 수 있는 이러한 저항을 제거하여야 한다. 이는 에어백이 완전히 붕괴하기 전에 카트리지가 비어 있는 것으로 간주함으로써 설명될 수 있다. 이는 카트리지를 폐기할 때 카트리지 내에 상당한 양의 잉크가 남아있게 한다. 이를 방지하기 위해, 본 잉크 카트리지는, 잉크가 소모될 때 잉크 부피로 팽창하는 에어백을 사용한 것이다. 에어백은, 카트리지를 폐기할 때 카트리지 내에 잉크가 훨씬 적게 남아있도록 비교적 쉽고 완전하게 잉크에 의해 비워지는 면적으로 팽창한다. 또한, 잉크백을 붕괴하는 대신에 에어백을 잉크 저장부피로 팽창시킴으로써, 카트리지 출구에서의 잉크의 정수압(hydrostatic pressure)은 일정하게 유지될 수 있다. 이는 프린트헤드의 잉크방울 분사특성을 더 균일하게 하는데 도움을 준다.

도 16은 프린터 크래들(102) 및 프린트헤드 카트리지(100)와 완전히 결합된 잉크 카트리지를 나타낸 것이다. 도킹 베이(106) 바닥의 스피곳(spigot)(216)은, 입구(212)를 통한 공기가 에어백(208)을 팽창시키게 할 수 있도록 부서지기 쉬운 공기 씰(214)을 파열시킨다. 도 16은 그 콘서티나형 접힘구조(concertina fold structure)를 예시하기 위해 부분적으로 팽창된 에어백(208)을 나타낸 것이다. 잉크 카트리지(104) 내의 출구밸브(206)는 프린트헤드 카트리지(100) 내의 입구밸브(194)와 결합된다. 잉크 카트리지가 프린터 크래들과 프린트헤드 카트리지 양쪽과 결합될 때, 프린트헤드 카트리지는 그 작동위치로 잠겨진다.

상호 결합하여 작동하는 출구 및 입구밸브(MUTUALLY ENGAGING AND ACTUATING OUTLET AND INLET VALVES)

도 17 및 도 18은 밸브들의 상호결합을 더 명확히 예시하기 위해 잉크 카트리지(104)와 프린트헤드 카트리지(100)를 분리하여 나타낸 것이다. 발명의 이해를 더 돕기 위해, 도 29는 결합하기 전에 프린트헤드 카트리지 입구밸브(194)와 잉크 카트리지 출구밸브(206) 만을 나타낸 것이다. 잉크 카트리지의 출구밸브는 플랜지 단부(flanged end)(232)를 갖는 중앙 스템부(central stem)(230)를 구비한다. 탄성재료의 가장자리부(skirt)는, 출구밸브가 정상적으로 차단되도록 플랜지 단부(232)의 상면에 대해 밀어 붙여지는 고리모양의 씰(annular seal)(228)을 갖는다.

프린트헤드 카트리지의 입구밸브는 안쪽으로 반경방향으로 뻗는 밸브시 트(valve seat)(240)를 갖는 원추대(frusto-conical) 모양의 입구 개방부(238)를 구비한다. 누름가능한 밸브부재(depressible valve member)(236)는, 프린트헤드 입구가 정상적으로 닫히도록 밸브시트(240)와 씰링 결합되는 상태로 밀어 붙여진다.

도 18에 가장 잘 도시된 바와 같이, 입구밸브와 출구밸브가 상호결합될 때, 원추대 모양의 입구 개방부(238) 상의 가장자리 결합부(skirt engaging portion)(234)는 탄성 가장자리부(resilient skirt)(226)의 고리모양 씰링부(annular seal portion)(228)를 씰링한다. 가장자리 결합부(234)와 고리모양 씰링부(228) 사이의 씰링이 형성되자마자, 스템부(230)의 플랜지 단부(232)의 하류측이 누름가능한 부재(236)의 상단부와 결합한다. 잉크 카트리지가 더 결합되는 상태로 밀어질 때, 탄성 가장자리부(226)는 출구밸브를 개방하기 위해 스템부의 플랜지 단부(232)의 상면으로부터 분리(unseat)된다. 동시에, 스템부(230)는 누름가능한 부재(236)를 아래쪽으로 눌러서 밸브시트(240)로부터 분리시킴으로써, 프린트헤드 카트리지(100)에 대한 입구밸브가 개방된다. 양쪽 밸브의 동시적인 개방은, 그 밸브들 사이에 외부 씰링을 형성한 후에, 과잉의 공기가 프린트헤드 노즐들로 잉크흐름 속에 연행(entraining)될 가능성을 줄인다. 또한, 플랜지 단부(232)의 하류측, 누름가능한 부재(236)의 상단부 및 가장자리 결합부는, 실질적으로 모든 공기가 상기 밸브들 사이의 씰링 형성 전에 그 밸브들 사이로부터 변위(displace)되도록 구성되고 치수화되어 있다. 통상의 지식을 가진 자라면, 프린트헤드 내의 잉크 챔버들에 도달하는 압축가능한 기포가 잉크분사액츄에이터로부터 압력 펄 스(pressure pulse)를 흡수함으로써 노즐이 잉크를 분사하는 것을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 니들밸브(needle valve)가 통상적으로 공기 연행을 회피하는데 사용되지만, 페이지폭 프린트헤드에 의해 요구되는 높은 잉크흐름속도를 위한 능력은 부족하다. 본 출원인의 상호작동하는 디자인은 니들밸브의 조절흐름 제약(throttling flow constriction)을 갖지 않는다.

잉크필터 및 압력조정기(INK FILTER AND PRESSURE REGULATOR )

도 30a 및 도 30b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 프린트헤드 카트리지는 그 잉크밸브(194)의 하류측에 압력조정기(196)를 갖는다. 도 18로 돌아가서 간단히 말하면, 잉크 카트리지로부터의 잉크는 잉크필터(242)로 상기 누름가능한 부재와 스템부의 플랜지 단부 주위로 원활하게 흐른다. 잉크필터(242)는, 잉크흐름이 그 필터의 비교적 큰 표면적에 접촉하도록 상기 누름가능한 부재(236)의 반경방향 크기(radial extent)를 벗어나 뻗는다. 이는, 상기 필터가 어떠한 기포도 제거하는데 충분히 작은 기공 크기(pore size)를 가질 수 있게 하지만, 잉크흐름속도를 과도하게 지연시킨다.

압력조정기(196)는 스프링(250)에 의해 밀어붙여져 폐쇄되는 중앙 입구 개방부(248)를 갖는 칸막이판(diaphragm)(246)을 구비한다. 카트리지 내의 잉크의 정수압은 칸막이판의 상부 또는 상류측에 작용한다. 상술한 바와 같이, 잉크 카트리지가 붕괴가능한 잉크백라기 보다 팽창가능한 에어백을 갖기 때문에, 잉크의 윗부분(head)은 잉크 카트리지의 수명 내내 일정하게 유지된다.

하부 또는 하류 표면에는, 조정기 출구(252) 및 조정기 스프링(250)에서의 정적 잉크 압력(static ink pressure)이 작용한다. 하류 압력(downstream pressure)과 스프링의 밀어붙이는 힘(spring bias)이 상류 압력(upstream pressure)을 초과하는 한, 조정기 입구(248)는 간격조절대(spacer)(244)의 중앙 허브(hub)(256)로부터 씰링되는 상태로 있게 된다.

작동 중에, 프린트헤드(아래에 설명함)는 펌프로서 작용한다. 노즐 배열을 통하여 잉크를 밀어내는 분사 액츄에이터는 칸막이판(246)의 하류측에 미치는 잉크의 정수압을 강하시킨다. 하류 압력과 스프링의 밀어붙이는 힘이 상류 압력보다 작으면, 입구(248)는 중앙 허브(256)로부터 분리되어 잉크가 조정기 출구(252)로 흐른다. 칸막이판(246)의 양 측면에 미치는 유체압력을 균등하게 하기 위해 입구(128)를 통한 유입이 바로 시작되어 스프링(250)의 힘이 다시 중앙 허브(256)로부터 입구(248)를 재차 씰링할 정도로 충분하게 된다. 프린트헤드가 작동을 지속함에 따라, 압력조정기의 입구(248)는 연속적으로 개방되며 칸막이판을 가로지르는 압력차가 스프링(250)의 힘을 균형잡는데 요구되는 임계(threshold) 압력차에 대하여 극소량으로 발진(oscillate)한다. 따라서, 압력조정기(196)는 잉크 속에 비교적 일정한 음(-)의 정수압을 유지시킨다. 이는 각 노즐에서의 잉크 메니스커스(ink meniscus)를 바깥쪽으로 부풀어오게 하기 보다는 안쪽으로 끌어당기게 하는데 사용된다. 부풀어오르는 메니스커스는 표면장력을 파괴하여 프린트헤드로부터 잉크를 윅킹(wicking)할 수 있는 용지 먼지 또는 그밖의 오염물과 접촉하기 쉽다. 이는 어떠한 인쇄시에도 누설(leakage)을 야기시키고 어쩌면 아티팩트(artifact)도 야기시킬 수 있다.

탄성 커넥터( RESILIENT CONNECTOR )

압력조정기(196)는 각각의 탄성 커넥터(254)를 거쳐 프린트헤드(600)에 유동적으로 연결된다. 도 28은 잉크 카트리지가 5개의 도킹 베이(106) 중 1개에 부분적으로 삽입된 상태에서의 프린트헤드 카트리지(100)의 종단면도를 나타낸 것이다. 입구밸브(194)와 압력조정기(196) 각각은 LCP 몰딩 조립체(190)와 씰링된 유체 연통을 확립하는 탄성 커넥터(254)를 갖는다. 프린트헤드(600)(아래에 더 상세히 설명함)는 실리콘 웨이퍼기판 상에 제조되어 LCP 몰딩 조립체(190)에 장착되는 MEMS 장치이다. LCP(liquid crystal polymer)와 실리콘은 유사한 열팽창계수를 갖는다(LCP의 CTE(coefficient of thermal expansion)는 성형 흐름(molding flow) 방향으로 취해진다). 그러나, 프린트헤드 카트리지(100) 내의 다른 구성요소들의 CTE는 실리콘 또는 LCP의 CTE와 상당히 다르다. CTE 차이로부터의 구조적인 응력과 편차를 방지하기 위해, 탄성 커넥터(254)가 다른 열팽창을 조정하여 프린트헤드(600)로의 씰링된 유체 흐름을 유지하는 동안, LCP 몰딩 조립체(190)는 세로방향으로 어느 정도 유극(遊隙, play)을 갖도록 프린트헤드 카트리지 내에 장착될 수 있다.

도 30a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 탄성 커넥터(245)는 LCP 몰딩 조립체(190)의 입구 개방부(도시하지 않음)에 억지 끼워맞춤을 하는 외부 커넥터 칼라(outer connector collar)(258)를 갖는다. 마찬가지로, 내부 커넥터 칼라(inner connector collar)(260)는 압력조정기(196)의 출구(252)를 억지 끼워맞춤식으로 수용한다. 대각선으로 뻗는 웹(web)(262)은 내부 및 외부 커넥터 칼라를 연결하여 2개의 칼라 사이에서 어느정도의 상대 이동(relative movement)을 허용한다.

LCP 몰딩 조립체 및 프린트헤드( LCP MOLDING ASSEMBLY AND PRINTHEAD )

도 31 내지 도 40은 LCP 몰딩 조립체(190) 및 프린트헤드(600)를 나타낸 것이다. 먼저 도 31a 내지 도 31e를 참조하면, LCP 몰딩 조립체(190)의 여러 도면이 도시되어 있다. 이 조립체는 뚜껑 몰딩(264) 및 채널 몰딩(channel molding)(266)을 포함한다. 이 조립체는 프린트헤드 카트리지 케이싱(184)에 나사구멍(268, 270)을 통하여 장착된다. 뚜껑 몰딩 또한 측면장착구멍(276)을 갖는다. 상술한 바와 같이, 나사구멍(270, 276)은 CTE 불일치(mismatch)로부터 일부 상대이동을 허용하기 위해 조립체(190)와 나머지의 카트리지(100) 사이에 어느 정도의 세로방향의 유극(遊隙)을 허용한다. 압력조정기로부터의 잉크는 탄성 커넥터(254)를 통하여 뚜껑 입구(272)에 공급된다. 각 뚜껑 입구(172)의 기부(基部)에 있는 것은, 채널 몰딩(266) 내의 각각의 채널(280)과 유체 연통하는 채널 입구(274)이다(도 32의 단면도에 가장 잘 나타나 있음).

각 채널(280)은 5가지의 잉크 색상(CMYK 와 IR) 중 1가지 색상을 프린트헤드(600)에 공급하도록 하기 위해 실질적으로 채널 몰딩(266)의 전체 길이로 뻗는다. 각 채널(280)의 바닥에 있는 것은, 외면에 형성된 잉크도관(278)을 통하여 잉크를 공급하는 일련의 입구개구(284)이다. 도 33a 및 도 33b는 채널 몰딩을 분리 하여 나타낸 사시도이고 도 34 및 도 35는 각 채널(280)의 바닥을 따라 일련의 입구개구(284)를 나타내는 부분적인 결합과 함께 나타낸 채널 몰딩의 평면도이다. 도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이, 입구개구(280)는 잉크도관(278)의 외단부(outer end)로 이어진다. 잉크도관(278)의 내단부(inner end)는 프린트헤드(600)의 위치(도시하지 않음)에 대응하는 중앙 스트립(central strip)을 따른다. 잉크도관(278)은 MEMS 프린트헤드(600)를 채널 몰딩(266)에 장착하는 접착 폴리머 씰링막(도시하지 않음)으로 씰링된다. 잉크도관(278) 내의 잉크는 잉크도관(278)의 내단부(288)와 정합되는 씰링막에 형성된 레이저 뚫린 구멍을 통하여 프린트헤드(600)로 흐른다. 이 막은 PET 또는 폴리설폰막 등의 열가소성막일 수 있고, 또는 에이엘 테크롤로지에스 및 로저스 코포레이션(AL technologies and Rogers Corporation)에 의해 제조된 것과 같은 열경화성막의 형태일 수 있다. 간결하게 하기 위해, 상기 씰링막에 관한 추가적인 세부사항에 대해서는 2004년 1월 21일자로 출원된 함께 계류중인 미국특허출원 제10/760254호(문서번호 RRC001US)를 참고하기 바란다.

또한, 뚜껑 몰딩(264)은 프린터 크래들(102) 내의 지렛대(186)와 결합하는 림형성부(rim formation)(188)를 갖는다(도 12를 다시 참조). 뚜껑 몰딩(264)의 반대측에 있는 것은 지지면(282)이며, 이 지지면에서, 탄성 PCB 접점 라인이 플렉스 PCB(도시하지 않음) 상의 접점패드로부터 압착된다. 지지면(282)과 림형성부(188) 사이로 뻗는 것은 뚜껑 몰딩(264)의 메인측면부(main lateral section)(286)이다. 림(188)과 지지면(264) 사이에 작용하는 압축력(compressive force)은 LCP 몰딩 조립체(190) 및 그에 따른 프린트헤드(600)에 대한 구조적 변형(structural deflection)을 최소화하기 위해 메인측면부(286)를 통하여 직접 작용한다.

LCP를 사용하면 많은 이점이 있다. 이 LCP는, 그 열팽창계수(CTE)가 실리콘의 열팽창계수와 비슷하도록 성형될 수 있다. 하지 몰딩(underlying molding)과 프린트헤드(600)의 CTE(아래에 설명함)의 어떤 상당한 차이로 인해 전체 구조가 휘어지게 될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 성형 방향(mold direction)으로의 LCP의 CT가 비성형 방향(non-mold direction)으로의 것보다 훨씬 적기 때문에, LCP 몰딩의 성형방향이 프린트헤드(600)의 세로방향 길이와 단일방향이라는 것을 보장하기 위해 주의할 필요가 있다. 또한, LCP는 폴리카보네이트, 스티렌, 나일론, PET 및 폴리프로필렌 등의 '통상의 플라스틱'(normal plastics)의 모듈러스(modulus)의 전형적으로 5배인 모듈러스로써 비교적 높은 강성을 갖는다.

프린트헤드(600)는 도 37 - 도 40에 도시되어 있다. 프린트헤드는 일련적으로 연속하지만 별개의 프린트헤드 IC(74)이며, 각 프린트헤드 IC는 그 자체의 실리콘 기판 상에 제조된 MEMS 장치이다. 도 40은 프리트헤드 IC(74) 중 2개 사이의 접합점의 확대 사시도이다. 잉크전달입구(73)는 프린트헤드 IC(74)의 '정면'(front) 또는 분사면에 형성된다. 이 입구(73)는 그 입구에 위치된 각각의 노즐(801)(도 41 - 도 54를 참조하여 아래에 설명함)로 잉크를 공급한다. 잉크를 각각의 그리고 모든 개별적인 입구(73)에 공급하기 위해 잉크를 IC에 전달할 필요가 있다. 따라서, 개별적인 프린트헤드 IC(74) 내의 입구(73)는 잉크공급의 복잡성과 배선(wiring)의 복잡성을 줄이기 위해 물리적으로 그룹(group)화 되어 있다. 또한 이 입구는 소비전력을 최소화하여 다양한 인쇄속도를 가능하게 하기 위해 논리적(logic)으로 그룹화되어 있다.

각 프린트헤드 IC(74)는, 노즐들이 짝수 및 홀수 노즐들(각각, 640)로 나누어지는 상태로, 5개의 다른 색상의 잉크(C, M, Y, K 및 IR)를 수용하여 인쇄하도록 구성되며 매 색상마다 1280개 잉크입구들을 포함한다. 각 색상마다 짝수 및 홀수 노즐들은 프린트헤드 IC(74)의 다른 행(row) 상에 제공되며, 정확한 1600dpi 인쇄를 실행하기 위해 수직으로 배열되는데, 이는 도 39에 명확하게 도시된 바와 같이, 노즐(801)들이 10행(row)으로 배열되는 것을 의미한다. 1행 상의 2개의 인접한 노즐(801)들 사이의 수평거리는 31.75미크론인 반면에, 노즐들의 행 사이의 수직거리는, 노즐들의 분사 순서(firing order)에 기초되지만, 그 행들은 열 분사 시간 사이에 종이가 움직이는 거리에 대응하는 일부분의 도트 라인(dot line)에 더하여, 통상적으로 도트 라인들의 정확한 수에 의해 분리된다. 또한, 주어진 색상의 노즐들의 짝수 및 홀수 행들의 공간은, 후술하는 바와 같이, 잉크 채널을 공유할 수 있는 정도이어야 한다.

프린트헤드가 페이지폭 프린트헤드이므로, LCP 채널 몰딩(channel molding)(266)인 경우 개별적인 프린트헤드 IC(74)는 접합구조의 중앙 스트립(strip)에 함께 연결된다. 프린트헤드 IC(74)는 접착층(adhesive layer)의 융점(melting point) 이상으로 그 IC를 가열하고 나서 폴리머 씰링막(sealing film)(위에서 설명함)으로 가압하거나, 또는 그 씰링막으로 가압하기 전에 층을 갖 는 그 IC 아래에서 접착층을 용해함으로써 그 씰링막에 부착될 수 있다. 다른 선택사항은 그 IC를 그 씰링막으로 가압하기 전에 접착층과 IC를 함께 가열(접착 융점 이상이 아님)하는 것이다.

개별적인 프린트헤드 IC(74)의 길이는 약 20∼22mm 이다. A4/US 레터 크기 용지를 인쇄하기 위해, 11∼12개의 개별적인 프린트헤드 IC(74)는 인접하여 함께 연결된다. 개별적인 프린트헤드 IC(74)는 다른 폭을 가진 용지들에 적용하기 위해 변경될 수 있다.

프린트헤드 IC(74)들은 다양한 방법으로 함께 연결될 수 있다. IC(74)들을 연결하는 하나의 특정 방법은 도 40에 도시되어 있다. 이 구조에서, IC(74)들은 이웃하는 IC들 사이에 수직의 옵셋(vertical offset) 없이, IC들의 수평 라인을 형성하도록 그 끝단부에서 서로 연결되는 형태로 이루어진다. 경사진 결합은 IC들 사이에 실질적으로 45°의 각을 제공한다. 결합되는 모서리는 일직선이 아니고, 위치결정을 용이하게 하도록 톱니 모양을 가지며, IC(74)들은 결합되는 모서리에 수직한 방향으로 측정하였을 때 약 11 미크론의 간격을 두도록 되어 있다. 이러한 배열에서, 각 행의 왼쪽 대부분의 잉크공급노즐(73)들은 10 라인 피치(pitch) 단위로 경사지고, 삼각형 구조로 배열된다. 이 배열은 결합시에 노즐들의 겹침의 정도를 제공하며, 인쇄영역을 따라 일관되게 전달되는 잉크 잉크방울들을 확인하기 위해 노즐들의 피치를 유지한다. 또한 이 배열은 충분한 연결를 확인하기 위해 IC(74)의 모서리에 더 많은 실리콘이 제공된다는 것도 확실하게 한다. 노즐들의 작동의 조절은 SoPEC 장치(본 명세서에서 후술함)에 의해 실행되는 동안, 노즐들의 보상은 프 린트헤드 내에서 실행될 수 있거나, 저장 요건에 따라 또한 상기 SoPEC 장치에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 점에서, IC(74)의 일단에 배치된 노즐들의 경사 삼각 배열은 최소 온-프린트헤드(on-printhead) 저장 요건을 제공한다. 그러나 저장 요건이 그다지 중요하지 않은 경우에는, 삼각형과는 다른 형태가 사용될 수 있으며, 예를 들면, 급강하 행(dropped row)들은 사다리꼴의 형태를 가질 수도 있다.

프린트헤드 IC들의 상부면은 그 모서리를 따라 많은 본드패드(bond pad)(75)들을 가지며, 이는 SoPEC 장치로부터 노즐(73)들의 작동을 제어하는 데이터 그리고 또는 전원을 받기 위한 수단을 제공한다. 접착층(71)의 표면상에 IC(74)들을 정확하게 위치하는 것과 접착층(71) 내에 형성된 구멍(72)들과 정확히 정렬시키는 IC(74)들을 정렬하는 것을 돕기 위해, IC(74)들의 표면상에 기준점(fiducial)(76)들 또한 제공된다. 상기 기준점(76)들은 마커(marker)의 형태 내에 존재하며, 상기 마커는 이웃하는 IC 및 접착층(71)의 표면에 관하여 IC(74)의 정확한 위치를 지시하는 적당한 위치결정 장비에 의해 쉽게 식별가능하며, 전략적으로 접착층(71)의 길이를 따라, IC(74)들의 모서리에 위치된다.

도 38에 도시된 바와 같이, 각 프린트헤드 IC(74)의 하류측에서 에칭된 채널(77)은 잉크도관(278)으로부터 잉크를 수용하여 잉크입구(73)로 분배한다. 각 채널(77)은 잉크의 하나의 특정 색상 또는 유형을 전달하도록 한 한 쌍의 입구(73) 열과 연통하여 있다. 채널(77)은, 폴리머 씰링막의 구멍(72)의 폭과 동등한 약 80 마이크론(micron) 폭을 가지며 IC(74)의 길이까지 뻗어있다. 채널(77)은 실리콘 벽(78)에 의해 여러 부분으로 분할되어 있다. 입구(73)에 대한 흐름경로와 각 노 즐(801)에 대한 잉크 고갈의 가능성을 줄이기 위해, 각 부분에는 잉크가 직접 공급된다. 이 점에서, 각 부분은 각각의 입구(73)를 거쳐 대략 128개 노즐을 제공한다.

상기 씰링 막에 필요한 레이저로 뚫린 구멍(laser drilled hole)들의 밀도를 반감(半減)하기 위해, 그 구멍들은 실리콘 벽(78)에 위치될 수 있다. 이와 같이, 1개의 구멍이 채널(77)의 2개 부분에 제공된다.

채널 몰딩에의 프린트헤드 IC(&4)의 부착과 정렬에 이어서, 제어신호와 전원이 본드패드(75)에 공급되어 노즐(801)을 제어하고 작동시킬 수 있도록 플렉스 PCB는 IC(74)의 모서리를 따라 부착된다. 플렉스 PCB와 본드패드에의 그 부착은 본 명세서에 상호참조에 의해 합체된 것으로, 2004년 1월 21일자에 출원된 상기 함께 계류중인 미국출원 제10/760254호(문서번호 RRC001US)에 상세히 설명되어 있다. 플렉스 PCB는 뚜껑 몰딩(lid molding)(364, 도 32 참조)의 지지면(282) 둘레를 감싸고 있다.

잉크공급노즐( INK DELIVERY NOZZLES )

본 발명에 적합한 잉크공급노즐장치의 유형 중 하나의 예는 노즐 및 대응하는 액츄에이터를 포함하며, 이하에 도 41 내지 50을 참고하여 설명한다. 도 50은 실리콘 기판(8015) 상에 형성된 잉크공급노즐장치(801)의 배열을 도시한 것이다. 각 노즐장치(801)는 동일하지만, 노즐장치(801)의 그룹들은 다른 색상의 잉크 또는 고정액(fixative)을 이송하기 위해 배열된다. 이러한 점에서, 상기 노즐장치들은 행으로 배열되며, 서로 엇갈리게 배열되며, 인쇄하는 동안에 단일 행의 노즐들로 가능한 경우보다 잉크 도트의 공간을 더 좁게 할 수 있다. 이러한 배열은 노즐들을 높은 밀도, 예를 들면 인접한 행들 사이의 약 80미크론 및 각 행의 노즐들 사이의 약 32미크론의 간격을 각각 갖는 복수의 엇갈린 행들로 배열된 5000개 이상의 노즐들로 제공하는 것을 가능하게 한다. 또한 상기 다중 행은 여분(원한다면)을 고려하고, 이에 의해 노즐당 예정된 실패율을 고려한다.

각 노즐장치(801)는 집적회로 제작기술의 산물이다. 특히, 상기 노즐장치(801)은 마이크로-전기기계 시스템(MEMS)를 규정한다.

설명을 명확하고 쉽게 하기 위해, 단일 노즐장치(801)의 구성 및 작동을 도 41 내지 50을 참고하여 설명한다.

잉크젯 프린트헤드 집적회로(74)는 상부측에 0.35미크론 1 P4M 12 볼트 CMOS 마이크로프로세싱 전자회로를 갖는 실리콘 웨이퍼 기판(8015)을 포함한다.

실리콘 이산화물(또는 대안적으로 유리)층(8017)이 기판(8015)상에 위치한다. 상기 실리콘 이산화물층(8017)은 CMOS 유전체층(dielectric layer)들을 규정한다. CMOS 상부-레벨(top-level) 금속은 실리콘 이산화물층(8017)상에 위치된 한 쌍의 정렬된 알루미늄 전극 접촉층(8030)을 규정한다. 실리콘 웨이퍼 기판(8015) 및 실리콘 이산화물층(8017) 모두는 일반적으로 원형 단면(평면에서 보아서)을 갖는 잉크입구채널(8014)를 규정하기 위해 에칭된다. CMOS 금속 1, CMOS 금속 2/3 및 CMOS 상부-레벨 금속의 알루미늄 확산장벽(8028)은 실리콘 이산화물층(8017) 내에, 잉크입구 채널(8014) 주위에 위치된다. 상기 확산장벽(8028)은 구동 전기기기 층(8017)의 CMOS 이산화물층들을 통해 수산기 이온(hydroxyl ion)들의 확산을 막도록 한다.

실리콘 질화물(8031)의 층의 형태로 된 보호막층은 알루미늄 접촉층들(8030) 및 실리콘 이산화물층(8017) 위에 위치된다. 접촉층(8030)들 위에 위치하는 보호막층(8031)의 각 부분은 접점(8030)에의 접근을 제공하기 위해 내부에 형성된 개구(8032)를 갖는다.

상기 노즐장치(801)는 고리형상의(annular) 노즐벽(8033)에 의해 규정되는 노즐챔버(8029)를 포함하며, 이는 평면에서 보아 원형인 방사상의 내부 노즐림(804) 및 노즐 상부(roof)(8034) 내의 상단부에서 종료된다. 상기 잉크입구 채널(8014)은 노즐챔버(8029)와 유체적으로 연통한다. 노즐벽의 하단부에는, 가동 씰 립(가동 씰립(movable seal lip)(8040)을 포함하는 가동 림(moving rim)(8010)이 배치되어 있다. 둘레벽(8038)은 가동노즐을 둘러싸며, 노즐이 도 44에 도시된 바와 같이 휴지(休止)상태에 있는 경우, 가동 림(8010)에 인접하는 정지 씰 립(stationery seal lip)(8039)을 포함한다. 유체 씰(fluidic seal)(8011)은 정지 씰 립(8039)과 가동 씰 립(8040) 사이에 갇힌 잉크의 표면장력 때문에 형성된다. 이는 둘레벽(8038)과 노즐벽(8033) 사이에 낮은 저항결합(resistance coupling)을 제공하고 있는 동안에는 챔버로부터의 잉크 누설을 방지한다.

도 48에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 방사상으로 뻗은 오목부(recess)(8035)는 노즐림(804) 주위의 상부(roof)(8034) 내에 규정된다. 상기 오목부(8035)들은 노즐림(804)을 지나 잉크가 벗어나는 결과로써 방사상 잉크 흐름을 포함하는데 기여한다.

노즐벽(8033)은 실리콘 질화물의 층(8031)에 부착된 베이스(base)(8037)를 갖는 일반적으로 Ｕ형의 단면을 갖는 캐리어(carrier)(8036)에 장착되는 레버장치(lever arrangement)의 일부를 형성한다.

상기 레버장치는 또한 노즐벽으로부터 뻗고 측면강화빔(lateral stiffening beam)(8022)을 통합하는 레버아암(8018)을 포함한다. 이 레버아암(8018)은 도 44와 도 49에 가장 잘 나타낸 것처럼 질화 티타늄(TiN)으로 형성되어 각 노즐들의 측면에 위치되는 한 쌍의 수동빔(passive beam)(806)에 부착되어 있다. 이 수동빔(806)들의 타단부는 캐리어(8036)에 부착되어 있다.

또한 레버아암(8018)은 TiN으로 형성된 액츄에이터 빔(807)에 부착되어 있다. 액츄에이터 빔에 대한 이 부착은 어떤 점에서, 작지만 수동빔(806)에 대한 부착들보다 높은 임계거리(critical distance)로 만들어진다.

도 41 및 47에 가장 잘 도시된 바와 같이, 이 액츄에이터 빔(807)은 평면에서 실질적으로 Ｕ형상이며, 전극(809)과 대향 전극(8041) 사이에서 전류경로(current path)를 규정하고 있다. 각각의 전극(809, 8041)들은 접촉층(8030)의 각 지점에 전기적으로 연결되어 있다. 접점(809)들을 통하여 전기적으로 연결되어 있을 뿐만 아니라, 액츄에이터 빔(173)은 앵커(anchor)(808)에 기계적으로 고정되어 있다 앵커(808)는 노즐 장치가 작동 중에 있을 때 도 44 내지 46의 좌측을 향하는 액츄에이터 빔의 이동을 억제할 수 있도록 형성되어 있다.

액츄에이터 빔(807)의 TiN은 도전성을 갖지만, 전극(809, 8041)들 사이로 전 류가 지나갈 때 자체가열(self-heating)을 일으킬 수 있도록 충분히 높은 전기저항을 갖는다. 수동빔(806)들을 통해 전류가 흐르지 않으므로, 이 수동빔들은 팽창하지 않는다.

사용시에, 상기 노즐은 표면장력의 영향하에 메니스커스(meniscus)(803)를 규정하는 잉크(8013)로 채워진다. 이 잉크는 메니스커스에 의해 챔버(8029)에 계속 유지되며, 다른 물리적인 영향이 없으면 일반적으로 누설하지 않는다.

도 42에 도시된 바와 같이, 노즐로부터 잉크를 분사하기 위해, 액츄에이터 빔(807)을 지나가는 전류가 접점(809, 8041) 사이로 지나가게 된다. 상기 빔(807)의 자체가열은 그 저항으로 인해 빔을 팽창시키도록 한다. 상기 액츄에이터 빔(807)의 치수 및 디자인은 도 41 내지 43에 대하여 그 대다수의 팽창이 수평 방향으로 있다는 것을 의미한다. 상기 팽창은 앵커(808)에 의해 남겨진 채로 제한되며, 레버 아암(8018)에 인접한 액츄에이터 빔(807)의 단부는 오른쪽으로 밀어내진다.

이 수동빔(806)들의 상대적인 수평방향의 불요성(horizontal inflexibility)은 수동빔들이 레버아암(8018)의 수평 이동을 더 많이 허용하는 것을 방지한다. 그러나, 레버아암에 대한 각각의 수동빔들과 액츄에이터 빔의 부착 지점들의 상대 변위(relative displacement)가 이번에는 레버아암(8018)이, 피벗 운동 또는 힌지 운동(pivoting or hinging motion)에 의해 일반적으로 하향 이동하는 것을 야기하는, 비틀림 이동(twisting movement)을 초래한다. 하지만, 정확한 피벗점이 없다는 것은, 회전이 수동빔(806)들의 휨(bending)에 의해 규정되는 피벗영역 주위로 이루어진다는 것을 의미한다.

레버아암(8018)의 하향 이동(및 약간의 회전)은 수동빔(806)들로부터 노즐벽(8033)까지의 거리에 의해 증폭된다. 잉크의 표면장력이 잉크가 누설하는 것을 허용하는 일 없이 이 운동에 의해 유체 씰(fluid seal)(8011)이 늘어나게 됨에도 불구하고, 노즐벽들과 상부의 하향 이동은 도 42에 도시된 바와 같이 메니스커스의 팽창을 야기하는 챔버(8029) 내에서의 압력 증가를 초래한다.

도 43에 도시된 바와 같이, 적당한 시기에 구동전류가 중단되고 액츄에이터 빔(807)이 빠르게 냉각하여 수축한다. 이 수축 때문에 레버아암이 정지 위치(quiescent position)로 복귀되기 시작하는데, 그것이 이번에는 챔버(8029)의 압력 감소를 초래한다. 팽창한 잉크의 모멘텀(momentum of the bulging ink)과 고유한 표면장력 및 노즐챔버(8029)의 상향 이동으로 야기된 부압(negative pressure)의 상호작용은 팽창한 메니스커스가 엷어지고 궁극적으로는 파괴(snapping)되도록 하여, 잉크방울(802)이 지나가는 인쇄매체에 접촉할 때까지 외견상 계속 존재하도록 한다.

잉크방울(802)이 분리된 직 후, 이 메니스커스(803)는 도 43에 나타낸 오목형태(concave shape)를 형성한다. 입구(8014)를 통해 잉크가 위로 흡입될 때까지 표면장력 때문에 챔버(8029)의 압력은 비교적 낮게 지속되는데, 그것이 노즐 장치와 잉크를 도 41에 도시된 정지상태로 복귀시킨다.

본원발명에 적당한 프린트헤드 노즐장치의 다른 유형은 도 51을 참고하여 설명한다. 설명을 명확하고 쉽게 하기 위해 단일 노즐장치(1001)의 구성 및 작동에 대하여 설명한다.

상기 노즐장치(1001)는 기포를 형성하는 히터부재 액츄에이터 유형이며, 이는 내부에 노즐(1003)을 갖는 노즐판(1002)을 포함하며, 상기 노즐은 노즐림(1004)을 가지며, 개구(1005)는 노즐판을 지나 뻗는다. 상기 노즐판(1002)은 화학증착법(CVD)에 의해, 이후에 에칭될 대상 물질 위에 증착되는 실리콘 질화물 구조로부터 에칭된 플라즈마이다.

상기 노즐장치는, 각 노즐(1003)의 대하여, 노즐판이 지지되는 측벽(1006)들, 상기 벽들 및 상기 노즐판(1002)에 의해 규정되는 챔버(1007), 다층 기판(1008) 및 다층 기판을 지나 기판의 떨어진 면까지 확장되는 입구통로(1009)를 포함한다. 루프(loop)형의 길다란 히터부재(heater element)(1010)는 챔버(1007) 내에 매달려 있으므로, 상기 부재는 현수형 빔(seupended beam)의 형태 내로 있다. 도시한 바와 같은 상기 노즐장치는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS) 구조이며, 이는 리소그래피 공정(lithographic process)에 의해 형성된다.

상기 노즐장치가 사용되는 경우에, 잉크(1011)가 저장소(도시하지 않음)로부터 입구통로(1009)를 지나 상기 챔버(1007)로 들어가므로, 상기 챔버는 가득 채워진다. 그 후에, 상기 히터부재(1010)는 1마이크로초보다 다소 작은 시간 동안 가열되므로, 상기 가열은 열 펄스(thermal pulse)의 형태로 있다. 상기 부재가 가열될 때 잉크 증기 기포의 생성을 야기하기 위해, 상기 히터부재(1010)가 상기 챔버(1007) 내의 잉크(1011)와의 열적 접촉한다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 잉크(1011)는 기포를 형성하는 액체로 구성된다.

한 번 생성된 상기 기포(1012)는 상기 챔버(1007) 내의 압력 증가를 야기하며, 이는 다음에 상기 노즐(1003)을 통한 상기 잉크(1011)의 잉크방울(1016)의 분사를 야기한다. 상기 림(1004)은 잉크방울이 잘못된 방향을 향하는 경우를 최소화하기 위해, 상기 잉크방울(1016)이 분사될 때 방향을 잡는 것을 돕는다.

입구통로(1009)당 단지 하나의 노즐(1003) 및 챔버(1007)가 있는 이유는 상기 부재(1010)의 가열 및 기포(1012)의 형성 시에, 챔버 내에서 압력파가 인접한 챔버들 및 그와 관련된 노즐들에 영향을 미치지 않기 때문이다.

상기 챔버(1007) 내에서 압력의 증가는 노즐(1003)을 통해 잉크(1011)를 외부로 밀어내는 것뿐만 아니라, 입구통로(1009)를 통해 얼마간의 잉크를 되돌려 밀어낸다. 그러나, 상기 입구통로(1009)는 약 200 ∼ 300미크론의 길이이며, 단지 약 16미크론의 지름을 갖는다. 그러므로, 실질적인 점성항력(viscous drag)이 존재한다. 그 결과, 챔버(1007) 내의 압력 증가로 인한 주된 효과는 입구통로(1009)를 통한 되돌림보다는 분사된 잉크방울(1016)로서 상기 노즐(1003)을 통해 잉크를 외부로 밀어내는 것이다.

도 51에 도시된 바와 같이, 분사되고 있는 잉크 잉크방울(1016)은 잉크방울이 끊어져 떨어지기 전에 "넥킹 상"(necking-phase) 동안에 보여진다. 이 단계에서 기포(1012)는 이미 최대 크기에 이르며, 그 후 붕괴지점(1017)을 향해 붕괴되기 시작한다.

상기 기포(1012)의 붕괴지점(1017)을 향한 붕괴는 얼마간의 잉크(1011)가 노즐(1003) 내로 끌어 들여지게 하며(방울의 면(1018)들로부터), 얼마간은 입구통 로(1009)로부터 끌어 들여지게 하며, 붕괴지점을 향한다. 이러한 방식으로 끌어 들여진 잉크(1011)의 대부분은 노즐(1003)로부터 끌어 들여지며, 끊어져 떨어지기 전에 잉크방울(1016)의 베이스(base)에서 환형상의 목(1019)을 형성한다.

상기 잉크방울(1016)은 끊어져 떨어지도록 하기 위하여 표면장력을 극복하기 위해 일정량의 모멘텀(momentum)을 필요로 한다. 잉크(1011)가 기포(1012)의 붕괴에 의해 노즐(1003)로부터 인출될 때, 목(1019)의 직경이 감소되고 이에 따라 잉크방울을 붙잡는 전체 표면장력의 양이 감소되므로, 잉크방울이 노즐로부터 분사될 때 잉크방울의 모멘텀은 잉크방울이 끊어져 떨어지게 하는데 충분하다.

상기 잉크방울(1016)이 끊어져 떨어지는 경우에, 기포(1012)가 붕괴지점(1017)에서 붕괴될 때, 화살표(1020)에 의해 나타내진 바와 같이 공동현상(cavitation) 힘이 발생된다. 이는 상기 공동현상이 영향을 미칠 수 있는 붕괴지점(1017)의 주변에 고체 표면이 없다는 것을 알 수 있다.

이하에, 본원발명에 적합한 프린트헤드 노즐장치의 또 다른 유형을 도 42 내지 도 54를 참조하여 설명한다. 이 유형은 통상적으로 챔버 내에 위치된 패들(paddle)에 연결된 서멀 벤드 액츄에이터(thermal bend actuator) 및 잉크를 포함하는 노즐챔버를 갖는 잉크공급노즐장치를 제공한다. 상기 서멀 액츄에이터 장치는 상기 노즐챔버로부터 잉크를 분사하기 위해 구동된다. 바람직한 실시형태는, 도전성 트레이스(conductive trace)의 도전성 가열을 제공하기 위한 일련의 뾰족한 부분들을 포함하는 특정 서멀 벤드 액츄에이터를 포함한다. 상기 액츄에이터는 노즐챔버의 슬롯이 있는 벽을 통해 수용되는 아암을 지나 패들에 연결된다. 액츄에이 터 아암은 노즐챔버 벽 내의 슬롯의 표면과 실질적으로 결합되기 위해, 결합되는 형태를 갖는다.

먼저 도 52a-도 52c로 돌아가면, 본 실시형태의 노즐장치의 기본적 작동의 개략적 도해가 제공되어 있다. 노즐챔버(501)는, 노즐챔버(501)가 위치하는 웨이퍼 기판을 통해 에칭될 수 있는 잉크입구 채널(503)을 수단으로 하여 잉크(502)가 채워진다. 상기 노즐챔버(501)는 잉크 메니스커스가 형성되는 주위에 잉크 분사 포트(504)를 더 포함한다.

노즐챔버(501) 내부에는, 노즐챔버(501)의 벽 내의 슬롯을 통해 액츄에이터(508)와 상호 연결되는 패들 유형 장치(507)가 있다. 상기 액츄에이터(508)는 지주(post)(510)의 단부에 인접하게 위치된 히터수단(heater means)(예를 들면 509)을 포함한다. 상기 지주(510)는 기판에 고정된다.

노즐챔버(501)로부터 잉크방울이 분사되는 것이 요구되면, 도 52b에 예시된 바와 같이, 상기 히터수단(509)이 열 팽창을 하기 위해 가열된다. 바람직하게는, 상기 히터수단(509)들 자체 또는 상기 액츄에이터(508)의 다른 부분들은 다음과 같이 정의되는 굽힘율(bend efficiency)이 높은 물질들로부터 만들어진다:

히터부재들로 적합한 재료는 유리재료(glass material)를 굽히기 위해 형성 될 수 있는 구리 니켈 합금이다.

상기 히터수단(509)들은 지주(510)의 단부에 인접하여 이상적으로 위치되며, 이에 의해 활성화의 효과들이 패들 단부(paddle end)(507)에서 증가되고, 따라서 지주(510) 근처에서 열팽창이 패들 단부의 큰 운동을 야기시킨다.

도 52b에 예시된 바와 같이, 빠른 방식으로, 히터수단(509)들 및 그로 인한 패들 운동은 확장하는 잉크 메니스커스(505) 주위에서 일반적인 압력 증가를 야기한다. 히터 전류는 펄스되며, 잉크는 잉크 채널(503)로부터의 흐름에 부가하여 포트(504)로부터 분사된다.

이어서, 상기 패들(507)은 정지 위치로 다시 복귀하기 위해 비활성화된다. 상기 비활성화는 노즐챔버 내로 잉크의 일반적인 재흐름을 야기한다. 노즐림 외부로의 잉크의 전방 모멘텀 및 관련된 역류는 일반적으로 프린트 매체로 진행하는 잉크방울(512)의 넥킹(necking) 및 끊어져 떨어짐을 야기한다. 붕괴된 메니스커스(505)는 일반적으로 잉크 흐름 채널(503)을 통한 노즐챔버(502) 내부로의 잉크의 빨아들임을 야기한다. 때맞추어, 상기 노즐챔버(501)는 리필되어, 도 52a의 위치가 다시 도달되고, 이어서 상기 노즐챔버는 다른 잉크 잉크방울의 분사가 준비된다.

도 53은 노즐장치의 측면 사시도를 도시한 것이다. 도 54는 도 53의 노즐장치의 어레이를 통한 단면도를 도시한 것이다. 이 도면들에서, 이전에 언급된 부재들의 번호는 유지되었다.

먼저, 액츄에이터(508)는 티타늄 질화물층(517)의 상부에 형성된 상부 유리(glass)부분(비결정질 실리콘 이산화물)(516)을 포함하는 일련의 테이퍼 형(tapered) 액츄에이터 유닛(515)을 포함한다. 대안적으로, 구리 니켈 합금층(이하 "백동"이라 함)이 사용될 수 있는데, 이는 더 높은 굽힘율을 갖는다.

상기 티타늄 질화물층(517)은 테이퍼진 형태(tapered form)이며, 그에 의해, 저항성 가열이 상기 지주(510)의 단부 근방에서 발생한다. 인접한 티타늄 질화물/유리부분(515)들은 액츄에이터(508)에 대한 기계적 구조 지지물을 제공하는 블럭부분(519)에 상호 연결된다.

상기 히터수단(509)들은, 가열시에 액츄에이터(508)의 축을 따라 나타나는 굽힘력(bending force)이 최대화되도록 길게 늘어지고 간격을 둔 복수의 테이퍼형 액츄에이터 유닛(515)을 이상적으로 포함한다. 슬롯들은 인접한 테이퍼형 유닛(515)들 사이에서 규정되며, 인접한 액츄에이터(508)들에 대하여 각 액츄에이터(508)를 약간 다르게 작동시키게 한다.

상기 블럭부분(519)은 아암(520)에 상호연결된다. 다음에, 상기 아암(520)은 노즐챔버의 측면에 형성된 슬롯(522)에 의해 상기 노즐챔버(501) 내부의 패들(507)에 연결된다. 상기 슬롯(522)은 일반적으로 아암(520) 주위에서 잉크의 넘침의 경우를 최소화하기 위해 상기 아암(520)의 표면과 일치하도록 고안된다. 상기 잉크는 일반적으로 슬롯(522) 주위에서 표면장력을 통해 노즐챔버(501) 내에 유지된다.

상기 아암(520)을 구동시키는 것이 요구되는 경우에, 도전성 전류가 노즐장치에 필요한 전력 및 제어회로를 제공하는 하부 CMOS층(506)과 연결된 블럭부분(519) 내부의 티타늄 질화물층(517)을 통해 흐른다. 상기 도전성 전류는 일반적으로 상기 아암(20)의 상향 굽힘 및 결과로서 일어나는 노즐(504)로부터의 잉크의 분사를 야기하는 지주(510)에 인접한 상기 질화물층(517)의 가열을 야기한다. 상기 분사된 잉크방울은 앞서 설명한 바와 같이, 잉크젯 프린터에 있어서 통상의 방식으로 페이지 상에 인쇄된다.

노즐장치들의 어레이는 단일의 프린트헤드를 만들기 위해 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 54에는, 프린트헤드 어레이를 형성하기 위해 상호배치된 라인들 내에 설비된 다중 잉크 분사 노즐장치들을 포함하는, 다양한 어레이의 부분 단면도가 도시되어 있다. 물론, 다른 유형의 어레이들이 풀 컬러(full color) 어레이들 등을 포함하여 구성될 수 있다.

설명된 프린트헤드 시스템의 구성은, 1998년 7월에 출원되어 본 발명에 상호참조에 의해 합체되는 "이미지 발생 방법 및 장치" (문서번호 IJ41S)"의 명칭을 가진 미국특허 제6,243,113호에 설명된 바와 같은 단계들을 본 발명에 대해 적당한 변경을 통해 표준 MEMS 기술들을 사용하여 진행할 수 있다.

집적회로(74)는 요구되는 바람직한 인쇄속성들 및 집적회로들의 길이에 따라, 그 표면을 따라 배열된 상기 잉크공급노즐들 중 5000 내지 100,000개 사이에 갖도록 배열될 수도 있다. 예를 들면, 좁은 매체의 경우에는, 바람직한 인쇄결과를 얻기 위해 프린트헤드 조립체의 표면을 따라 배열된 단지 5000개의 노즐 만을 필요로 하는 것이 가능할 수도 있는 반면, 더 넓은 매체의 경우에는, 최소 10,000 또는 20,000 또는 50,000개의 노즐이 바람직한 인쇄결과를 얻기 위해 프린트헤드 조립체의 길이를 따라 제공되는 것이 필요할 수도 있다. A4 또는 US 레터 크기 매체 상에 정확히 또는 약 1600dpi의 풀 컬러 포토 품질 이미지들인 경우에는, 상기 집적 회로(74)는 색 상당 13824개의 노즐들을 가질 수도 있다. 따라서, 프린트헤드(600)가 4개의 색상(C, M, Y, K)으로 인쇄할 수 있는 경우에, 집적회로(74)는 그 표면을 따라 배열된 약 53396개의 노즐들을 가질 수도 있다. 또한, 프린트헤드가 6개의 프린팅 유체들(C, M, Y, K, IR 및 고정액)을 인쇄할 수 있는 경우에는, 집적회로(74)의 표면상에 82944개의 노즐들을 제공하게 할 수도 있다. 모든 장치들에 있어서, 각 노즐을 지지하는 전기회로들은 동일하다.

이하에, 개별적인 잉크공급노즐장치들이 프린트헤드 카트리지(100) 내에서 제어될 수 있는 방식에 대하여 도 55 내지 도 58을 참조하여 설명한다.

도 55는 집적회로(74) 및 프린트 엔진(3)의 제어전자회로 내에 설치된 SoPEC 장치(아래에 설명함)에 대한 그 연결부의 개요를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 집적회로(74)는 각 노즐을 분사하기 위한 반복되는 로직(logic)을 포함하는 노즐 코어 어레이(nozzle core array)(901)와 그 노즐들을 분사하기 위한 타이밍 신호들을 생성하기 위한 노즐 제어 로직(902)을 포함한다. 노즐 제어 로직(902)은 고속의 링크(link)를 거쳐서 SoPEC 장치로부터의 데이터를 수신한다.

노즐 제어 로직(902)은 전기 커넥터의 형태로 될 수 있는 링크(907)를 거쳐서 인쇄를 위한 노즐 어레이 코어에 직렬 데이터(serial data)를 전송하도록 구성된다. 노즐 어레이 코어(901)에 대한 상태 및 기타 작동 정보는 또한 전기 커넥터 상에 설치되는 또 다른 링크(908)를 거쳐서 노즐 제어 로직(902)으로 거슬러 통신된다.

노즐 어레이 코어(nozzle array core)(901)는 도 56 및 도 57에 더 상세히 도시되어 있다. 도 56에서, 노즐 어레이 코어(901)는 노즐 열(column)들의 어레이(911)를 포함함을 알 수 있을 것이다. 어레이는 분사/셀렉트(fire/select) 시프트 레지스터(912) 및 6 개까지의 컬러 채널들을 포함하고, 그들 각각은 대응하는 도트 시프트 레지스터(913)에 의해 표시된다.

도 57에 도시된 바와 같이, 분사/셀렉트 시프트 레지스터(912)는 전방 경로 분사 시프트 레지스터(forward path fire shift register)(930), 리버스(reverse) 경로 분사 시프트 레지스터(931) 및 셀렉트 시프트 레지스터(932)를 포함한다. 각 도트 시프트 레지스터(913)는 홀수 도트 시프트 레지스터(933) 및 짝수 도트 시프트 레지스터(934)를 포함한다. 홀수 및 짝수 도트 시프트 레지스터들(933, 934)는 일단에 연결되어, 데이터가 한 방향으로 홀수 시프트 레지스터(933)을 통하고, 그후에 반대 방향으로 짝수 시프트 레지스터(934)를 통하여 클럭(clock)된다. 최종의 짝수 도트 시프트 레지스터를 제외한 모두의 출력은 멀티플렉서(multiplexer, 935)의 하나의 입력으로 공급된다. 이러한 멀티플렉서의 입력은 후 제작(post-production) 시험 도중에 신호(코어스캔(corescan))에 의해 선택된다. 통상의 동작시에, 코어스캔 신호는 멀티플렉서(935)의 다른 입력으로 제공된 도트 데이터 입력 Dot[x]를 선택한다. 이것은 각 컬러에 대한 Dot[x]가 각각의 도트 시프트 레지스터들(913)에 제공되도록 야기한다.

이제, 하나의 열 N을 도 58을 참조하여 설명한다. 도시된 실시예에서, 열 N은 각 6개의 도트 시프트 레지스터들에 대하여 홀수 데이터 값(936)과 짝수 데이터 값(937)을 포함하는 12개의 데이터 값들을 포함한다. 열 N은 또한 전방 분사 시 프트 레지스터(930)로부터 홀수 분사 값(939) 및 리버스 분사 시프트 레지스터(931)로부터 짝수 분사 값(939)을 포함하고, 이는 입력들로써 멀티플렉서(940)에 제공된다. 멀티플렉서(940)의 출력은 셀렉트 시프트 레지스터(932)에서 셀렉트값(941)에 의해 제어된다. 셀렉트 값이 0일 때, 홀수 분사 값이 출력이고, 셀렉트 값이 1일 때, 짝수 분사 값이 출력이다.

각각의 홀수 및 짝수 데이터 값들(936, 937)은 각각 대응하는 홀수 및 짝수 도트 래치들(942, 943)에 입력으로서 제공된다.

각 도트 래치(dot latch) 및 그 관련된 데이터 값은 유닛 셀(unit cell)(944)과 같은, 유닛 셀을 형성한다. 유닛 셀은 도 58에 더 상세히 도시되어 있다. 도트 래치(942)는 데이터 값(936)의 출력을 받아들이는 D-타입 플립플롭(flip-flop)이고, 그것은 홀수 도트 시프트 레지스터(933)의 구성요소를 형성하는 D-타입 플립플롭(944)에 의해 유지된다. 플립플롭(944)으로의 데이터 입력은 홀수 도트 시프트 레지스터에서 이전의 구성요소의 출력으로부터 제공된다.(고려중의 구성요소가 입력이 Dot[x] 값인 시프트 레지스터에서 제1구성요소가 아니라면) 데이터는 LsyncL에 제공되는 음의 펄스의 수신에 대한 플립플롭(944)의 출력으로부터 래치(942)로 클럭된다.

래치(942)의 출력은 3개의 입력 AND 게이트(945)로의 입력 중 하나로서 제공된다. AND 게이트(945)로의 다른 입력들은 Fr신호(멀티플렉서(940)의 출력으로부터)와 펄스 프로파일 신호 Pr이다. 노즐의 분사시간은 펄스 프로파일 신호 Pr에 의해 제어되고, 예컨대 낮은 전원공급(제거가능한 전원공급 실시형태에서)으로 인하 여 일어나는 저 전압 상태를 참작하도록 늘려질 수 있다. 이것은 분사될 때 상대적으로 일정한 양의 잉크가 효율적으로 각 노즐로부터 분출되도록 확실하게 하는 것이다. 설명된 실시형태에서, 프로파일 신호 Pr은 복잡성, 비용 및 성능 사이에 밸런스를 제공하는 각 도트 시프트 레지스터에 대해 동일하다. 그러나, 다른 실시예에서, Pr 신호는 전체적으로 인가될 수 있거나(즉, 모든 노즐들에 대해 동일하다), 또는 각 유닛 셀로 또는 각 노즐로도 개별적으로 맞추어질 수 있다.

일단 데이터가 래치(942) 안으로 로딩되면, 분사 인에이블(enable) Fr 및 펄스 프로파일 Pr 신호들이 AND 게이트(945)로 인가되고, 이는 노즐에게 로직1을 포함하는 각 래치(942)에 대하여 한 도트의 잉크를 분출하도록 유발하는 것과 연결된다.

각 노즐 채널에 대한 신호들은 다음의 표로 요약된다.

이름	방향	설명
D Q SrClk LsyncL Pr	Input Output Input Input Input	시프트 레지스터 비트로 입력 도트 패턴 시프트 레지스터 비트로부터 출력 도트 패턴 -d에서 시프트 레지스터 클럭은 이 클럭의 상승단(Rising Edge)에서 캡쳐된다. 분사 인에이블 - 노즐이 분사하도록 단언될 필요 가 있다. 프로파일 - 노즐이 분사하도록 단언될 필요가 있 다.

도 58에 도시된 바와 같이, 분사 신호 Fr은 대각선으로 루트(route)가 정해져 현재의 열에서 하나의 컬러, 다음 열에서 이어지는 컬러 등등의 분사를 가능하 게 한다. 이는 시간-지연의 형태로 6개 열에 대해 그것을 퍼뜨림으로써 현재 요구를 평균한다.

도트 래치들 및 다양한 시프트 레지스터들을 형성하는 래치들은 이러한 실시형태에서 완전히 정적(static)이고, CMOS계이다. 래치들의 설계 및 구조는 집적회로 공학 및 설계의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 잘 알려져 있는 것이고, 따라서 본 명세서에서 상세히 설명되지는 않을 것이다.

노즐 속도는 약 60ppm으로, 고속의 경우 그 이상으로 인쇄할 수 있는 프린터 유닛(2)에 대해 20kHz와 같을 수 있다. 이러한 노즐 속도의 범위에서, 전체의 프린트헤드(600)에 의해 배출될 수 있는 잉크의 양은 초(second)당 적어도 5000만개 잉크방울이다. 그러나, 고속 및 고품질 인쇄를 제공하기 위해 노즐의 수가 증가되기 때문에, 초당 적어도 1억개 잉크방울, 바람직하게는 초당 적어도 5억개 잉크방울, 더 바람직하게는 초당 적어도 10억개 잉크방울이 전달될 수 있다. 이러한 속도에서, 잉크 잉크방울들은 잉크방울 당 약 250 나노주울(nanojoule)의 최대 잉크 잉크방울 분사 에너지로 노즐들에 의해 분사된다.

결과적으로, 인쇄를 이러한 속도들에 적응시키기 위해서, 제어전자회로는 노즐들이 동일한 속도로 잉크 잉크방울을 분사할 수 있는지를 결정할 수 있어야만 한다. 이러한 점에서, 어떤 경우에는 제어전자회로는 노즐이 적어도 초당 5억번의 결정 속도로 잉크방울을 분사할 수 있는지를 결정할 수 있어야 한다. 이는 적어도 초당 10억번 또는 적어도 초당 50억번의 측정으로 증가될 수 있으며, 고속, 고품질의 인쇄 적용분야를 여러 경우에서 적어도 초당 10억번의 측정일 수 있다.

본원발명의 프린터(2)에 있어서, 인쇄속도 및 노즐 분사 속도와 함께 프린트헤(600) 상에 제공되는, 상기 노즐들의 수의 범위는 적어도 초당 50㎠의 면적 인쇄속도를 야기하며, 인쇄속도에 따라, 적어도 초당 100㎠, 바람직하게는 적어도 초당 200㎠, 더욱 바람직하게는 고속에서 적어도 초당 500㎠이다. 이러한 장치는 이전의 기존의 프린터 유닛들이 도달할 수 없는 속도로 매체의 면적을 인쇄할 수 있는 프린터 유닛(2)을 제공한다.

본 발명은 본 명세서에서 오직 실시예에 의해서만 설명하였다. 해당 분야의 숙련자라면, 광범위한 발명의 개념의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 수변경과 수정을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 프린트헤드를 작동가능한 상태로 유지하기 위한 프린트헤드 유지보수 스테이션(printhead maintenance station)으로서,

   상기 프린트헤드의 잉크분사페이스(ink ejection face)와 씰링(sealing) 결합을 하기 위한 접촉면으로서, 상기 페이스에 대하여 기울어져 있는 접촉면을 갖는 탄성변형가능한 유지보수 벨트(maintenance belt); 및

   상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하기 위한 컨베이어 기구(conveyor mechanism)를 포함하며,

   상기 벨트는 상기 접촉면의 일부가 상기 페이스와 씰링 결합되는 제1 위치와 상기 접촉면이 상기 페이스로부터 해제되는 제2 위치 사이에서 왕복이동가능한 프린트헤드 유지보수 스테이션.
2. 제1항에 있어서,

   상기 벨트는 엔들리스 벨트(endless belt)인 프린트헤드 유지보수 스테이션.
3. 제1항에 있어서,

   상기 접촉면의 일부는 상기 프린트헤드와 실질적으로 동일한 공간에 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
4. 제1항에 있어서,

   상기 컨베이어 기구는 상기 프린트헤드의 세로축과 평행한 방향으로 상기 페이스를 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
5. 제1항에 있어서,

   상기 접촉면은 실질적으로 균일한 프린트헤드 유지보수 스테이션.
6. 제1항에 있어서,

   상기 벨트는 실리콘, 폴리우레탄, 네오프렌(Neoprene)

   

   , 산토프렌(Santoprene)

   

   , 크라톤(Kraton)

   

   으로 이루어지는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
7. 제1항에 있어서,

   상기 접촉면은 평탄한 프린트헤드 유지보수 스테이션.
8. 제1항에 있어서,

   상기 접촉면과 상기 잉크분사페이스 사이의 필구역(peel zone)은 결합(engagement) 또는 해제(disengagement) 동안에 상기 페이스를 가로질러 전후진하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
9. 제1항에 있어서,

   상기 컨베이어 기구는 모터와 이 모터에 작동가능하게 연결된 구동 스풀(drive spool)을 포함하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
10. 제9항에 있어서,

    상기 벨트는 상기 구동 스풀과 적어도 1개의 다른 스풀에 의해 지지되며, 상기 스풀들은 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 섀시(chassis) 위에 장착되어 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
11. 제10항에 있어서,

    상기 섀시는 상기 제1 위치쪽으로 치우져 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
12. 제10항에 있어서,

    상기 섀시는 상기 페이스에 대하여 실질적으로 수직으로 이동가능한 프린트헤드 유지보수 스테이션.
13. 제10항에 있어서,

    상기 섀시는 하우징(housing) 내에 수납되어 있고, 상기 섀시는 상기 하우징 에 대하여 이동가능한 프린트헤드 유지보수 스테이션.
14. 제10항에 있어서,

    상기 결합기구는 적어도 1개의 결합아암(engagement arm)을 포함하며, 상기 적어도 1개의 결합아암의 제1 단(端)은 상기 섀시의 상보적인 결합형성부(complementary engagement formation)와 결합되어 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
15. 제14항에 있어서,

    상기 섀시는 상기 적어도 1개의 결합아암의 상기 제1 단과 상보적인 결합을 위한 적어도 1개의 러그(lug)를 포함하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
16. 제14항에 있어서,

    상기 적어도 1개의 결합아암은 상기 섀시를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하기 위한 결합기구의 일부인 프린트헤드 유지보수 스테이션.
17. 제2항에 있어서,

    상기 접촉면을 클리닝하기 위한 클리닝 스테이션(cleaning station)을 더 포함하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
18. 제17항에 있어서,

    상기 컨베이어 기구는 상기 클리닝 스테이션을 지나서 상기 벨트를 이송하도록 구성되어 있는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
19. 제17항에 있어서,

    상기 클리닝 스테이션은 상기 접촉면과 결합하기 위해 위치된 적어도 1개의 롤러를 포함하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.
20. 제19항에 있어서,

    상기 클리닝 스테이션은 클리닝 롤러(cleaning roller) 및/또는 드라이 롤러(drying roller)를 포함하는 프린트헤드 유지보수 스테이션.

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