KR20090086394A

KR20090086394A - 사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법

Info

Publication number: KR20090086394A
Application number: KR1020097009028A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 에이 타이벨; 윈스롭 디 차일더스; 데이빗 엠 하겐; 더글라스 웨인 호프만
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-08-12
Also published as: US20080100681A1; WO2008055102A2; BRPI0716304B1; US7802859B2; TW200831302A; EP2091742A2; WO2008055102A3; BRPI0716304A2

Abstract

일 실시예에서, 사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법은 카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계, 챔버(14 또는 64, 66, 68)의 용량과 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양 사이의 차이에 기초하여 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계, 및 상기 소정 양의 잉크로 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법은 카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 단계, 상기 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 것과 동시에 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨을 감시하는 단계, 및 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨이 소정 레벨에 도달할 때 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내로의 잉크 도입을 종료하는 단계를 포함한다.

잉크 보유 챔버, 배압, 잉크 레벨, 바늘, 잉크 분사 노즐, 잉크 보유 재료

Description

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법{REFILLING A USED INK CARTRIDGE}

본 발명은 사용된 잉크 카트리지의 재충전에 관한 것이다.

재충전 키오스크(kiosk: 간이 매점)는 사용된 잉크젯 프린터 카트리지를 재충전하기 위한 프린터 사용자들에게 점점 인기를 얻고 있다. 잉크젯 프린트 카트리지는 종종 잉크 카트리지, 잉크젯 카트리지 또는 잉크 펜으로도 지칭된다. 재충전 키오스크의 성능 및 사용에 영향을 미칠 수 있는 한 가지 인자는, 카트리지가 정확히 또는 완전히 충전될 수 있는 정도이다. 사용된 카트리지를 완전히 충전하는데 필요한 잉크의 양은 카트리지에 남아있는 잉크의 양에 종속된다. 이 잔류 잉크는 통상 카트리지마다 다르다. 충전 레벨의 정확도를 제어하기 위해 현재 사용되는 한 가지 방법은, 사용된 카트리지로부터 잉크를 모두 프린트하거나 아니면 추출한 후 카트리지를 재충전함으로써, 재충전 방법에서의 인자로서 잔류 잉크의 가변적인 양을 제거하는 것이다. 그러나, 이 방법은 바람직하지 않은 노동 비용을 추가시키며, 재충전 방법의 자동화를 저하시키고, 잉크를 낭비시킨다.

본 발명은, 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 방법으로서, 카트리지 내의 잉크 보유 챔버에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계, 챔버의 용량과 챔버에 잔류하는 잉크의 양 사이의 차이에 기초하여 챔버를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계, 및 상기 소정 양의 잉크로 챔버를 재충전하는 단계를 포함하는 사용된 잉크 카트리지 재충전 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 방법으로서, 카트리지 내의 잉크 보유 챔버에 잉크를 도입하는 단계, 상기 챔버에 잉크를 도입하는 것과 동시에 챔버 내의 잉크 레벨을 감시하는 단계, 및 챔버 내의 잉크 레벨이 소정 레벨에 도달할 때 챔버 내로의 잉크 도입을 종료하는 단계를 포함하는 사용된 잉크 카트리지 재충전 방법을 제공한다.

도 1은 블랙 또는 기타 단색 잉크 카트리지를 도시하는 사시도이다.

도 2는 도 1의 잉크 카트리지의 평면도이다.

도 3 및 도 4는 도 2의 3/4-3/4 선상에서 취한 도 1의 카트리지의 측단면도이다.

도 5는 도 2의 5-5 선상에서 취한 도 1의 잉크 카트리지의 정면 단면도이다.

도 6은 도 5의 6-6 선상에서 취한 도 1의 잉크 카트리지의 평면 단면도로서, 잉크 카트리지의 내부 구성중 일부를 보다 명료하게 도시하기 위해 잉크 보유 발포 체(foam)를 절취하여 도시하는 도면이다.

도 7은 도 1의 카트리지 내의 프린트헤드의 일부를 도 5에서 취한 상세 단면도이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 도입 방법을 각각 도시하는 흐름도 및 그래프이다.

도 9는 3색 잉크 카트리지를 도시하는 사시도이다.

도 10은 도 9의 잉크 카트리지의 평면도이다.

도 11은 도 12의 11-11 선상에서 취한 도 9의 잉크 카트리지의 평면 단면도로서, 잉크 카트리지의 내부 구성 중 일부를 보다 명료하게 도시하기 위해 잉크 보유 발포체가 생략된 상태의 도시도이다.

도 12는 도 13의 12-12 선상에서 취한 도 9의 카트리지의 측단면도이다.

도 13 및 도 14는 도 12의 13-13 및 14-14 선상에서 취한 도 9의 잉크 카트리지의 정면 단면도이다.

도 15는 도 9의 잉크 카트리지 내의 프린트헤드의 일부를 도 14에서 취한 상세 단면도이다.

도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시하는 도 9의 카트리지의 측단면도이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 도입 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용된 잉크 카트리지 재충전 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용된 잉크 카트리지 재충전 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시하는 도 9의 카트리지의 측단면도이다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용된 잉크 카트리지 재충전 방법을 도시하는 흐름도이다.

종래의 키오스크 잉크 카트리지 재충전 방법을 개선시키기 위한 노력으로 신규한 방법들의 실시예가 개발되었다. 이들 실시예는 따라서 사용된 잉크 카트리지의 재충전에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 잉크 레벨을 결정하기 위한 신규 방법의 실시예는 일반적으로 재충전 키오스크에서의 용도 또는 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 용도에 한정되지 않으며, 신규 방법을 사용하는 것이 바람직할 수 있는 일체의 환경 또는 용도에서도 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 7은 열(thermal) 잉크젯 프린터용 단색(통상 블랙) 잉크 카트리지(10)를 도시한다. 본 발명의 실시예는 또한 신규 방법을 사용하는 것이 바람직할 수 있는 압전 잉크젯 프린터 또는 임의의 기타 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 대해서도 실시될 수 있다. 도 1은 카트리지(10)의 사시도이다. 도 2는 잉크 카트리지(10)의 평면도이고 도 3 내지 도 6은 각각 잉크 카트리지(10)의 단면도이 다. 도 6의 평면 단면도에서 잉크 보유 발포체는 잉크 카트리지의 내부 구성중 일부를 보다 명료하게 도시하기 위해 절취되어 있다. 도 7은 카트리지(10) 내의 프린트헤드의 일부의 상세 단면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 카트리지(10)는 잉크 보유 챔버(14)의 아래에서 카트리지(10)의 바닥에 설치되는 프린트헤드(12)를 구비한다. 프린트헤드(12)는 잉크 분사 노즐(22)의 두 어레이(18, 20)를 갖는 노즐 판(16)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 각각의 어레이(18, 20)는 한 줄(single row)의 노즐(22)이다. 도 7의 상세도에 도시되어 있듯이, 잉크 분사 노즐(22) 뒤에는 집적회로 칩(26)에 형성된 발사 저항(firing resistor)(24)이 배치된다. 가요성 회로(28)는 외부 접촉 패드(30)로부터 발사 저항(24)으로 전기 트레이스를 운반한다. 잉크 카트리지(10)가 프린터에 설치될 때, 카트리지(10)는 접촉 패드(30)를 통해서 프린터 컨트롤러에 전기 접속된다. 작동 시에, 프린터 컨트롤러는 가요성 회로(28) 내의 신호 트레이스를 통해서 발사 저항(24)을 선택적으로 여기시킨다. 발사 저항(24)이 여기되면, 저항(24)에 이웃하는 기화 챔버(32)(도 7) 내의 잉크가 기화되어, 잉크 방울이 노즐(22)을 통해서 인쇄 매체에 분사된다. 잉크 방울의 분사 및 챔버(32)의 냉각에 의해 생성되는 저압은 이후 다음 분사를 준비하기 위해 기화 챔버(32)를 재충전하도록 잉크를 흡인한다. 프린트헤드(12)를 통한 잉크의 유동은 도 7에서 화살표 34로 도시되어 있다.

잉크는 카트리지 하우징(38) 내에 형성된 잉크 챔버(14) 내에서 발포체(36) 또는 다른 적합한 다공성 재료에 보유된다. 통상 성형 플라스틱인 하우징(38)은 단일 유닛으로 성형되거나, 두 부분[예를 들면, 커버(40)와 보디(42)]으로 성형되거나, 또는 소정 구조로 상호 체결되는 임의 개수의 개별 부품으로 구성될 수 있다. 잉크 챔버(14)의 바닥 근처에는 프린트헤드(12)의 출구(44)가 설치된다. 작동 중에 오염물질, 기포 및 잉크 유동 서지(surge)가 프린트헤드(12)에 진입하지 못하게 하기 위해 출구(44)를 커버하는 필터(46)가 종종 사용된다. 발포체(36)는 출구(44) 영역에서의 그 모세관 현상이 증가되도록 대개 필터(46)와 출구(44) 주위에서 압축된다. 발포체(36)로부터 잉크가 고갈됨에 따라, 출구(44) 근처에서의 증가된 모세관 현상은 챔버(14)로부터 흡인되는 잉크의 양을 최대화하기 위해 발포체(36)의 다른 모든 부분에서 잉크를 흡인하는 경향이 있다.

이제 특히 도 2를 참조하면, 커버(40)에 형성된 개구(48, 49)는 라벨이나 기타 적합한 접착 시트(50)로 커버된다. 통기구(48)는 순회 터널(52)을 통해서 대기로 노출된다. 통상 래비린스(labyrinth: 미로)로 지칭되는 각각의 터널(52)은 라벨(50)의 에지를 지나서 연장되는 커버(40)의 상부에 있는 리세스에 의해 형성된다. 잉크젯 프린팅 분야에서 주지되어 있는 래비린스는 통상 증발 속도를 늦추도록 잉크 카트리지를 통기시키기 위해 사용된다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 도입 방법(200)을 도시한다. 방법(200)은 도 1 내지 도 7에 도시된 단색 잉크 카트리지(10)를 참조하여 설명될 것이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 잉크는 제 1 기간(T1) 동안에는 제 1 높은 잉크 압력(P1)으로 노즐(22)을 통해서 카트리지(10)에 도입되고(단계 202) 이후 제 2 기간(T2) 동안에는 제 2 낮은 잉크 압력(P2)으로 노즐(22)을 통해서 카트 리지(10)에 도입된다(단계 204). 제 1 압력(P1)과 기간(T1)은 잉크가 프린트헤드(12)로부터 공기를 배출할 수 있도록 선택된다. 특정 적용을 위한 소정 압력(P1)과 기간(T1)은 소정의 공기 배출이 달성될 때까지 인가되는 압력 및 기간의 범위를 테스트함으로써 관례적으로 결정될 수 있다. 예를 들어 프린트헤드 구조, 노즐 직경, 잉크 점도, 및 표면 장력은 소정 압력(P1)과 기간(T1)에 영향을 미칠 수 있는 인자들이다. 사용된 프린트 카트리지를 재충전하기 위한 예시적인 일 실시예에서, 압력(P1)은 프린트헤드(12)의 젖은 부분으로부터 공기를 배출하도록 카트리지(10) 내의 표면 장력을 극복하기에 충분해야 한다. 실제 압력(P1)은 전술한 인자들에 따라 달라질 수 있지만, HP 56 블랙 잉크 카트리지와 같은 소형 단색 프린트 카트리지에서는 약 3 psi(2.57 kPa)의 압력(P1)이 충분할 것으로 예상된다.

카트리지(10)에 잉크를 도입하기 위한 예시적인 일 실시예에서, 잉크는 적어도 노즐(22)에 잉크가 프라임(prime)될 때까지 그리고 바람직하게는 잉크가 잉크 송출 영역(54)(도 3 내지 도 7)을 충전하고 도 3에서 잉크 레벨(56)로 도시되는 잉크 챔버(14) 및 발포체(36)의 바닥에 도달할 때까지 고압(P1)으로 카트리지(10)에 도입된다. 잉크 송출 영역(54)은 이를 통해서 잉크가 챔버(14)와 노즐(22) 사이를 이동할 수 있는 잉크 챔버(14)와 노즐(22) 사이의 구조물을 지정한다. 본 명세서에서 사용되는 "프라임"이란 일체의 잔류 공기가 인쇄 품질을 저하시키지 않도록 카트리지 내의 잉크 챔버, 잉크 송출 영역, 노즐 및/또는 프린트헤드의 기타 부위로부터 충분한 공기를 배출하는 것을 의미한다. 카트리지(10) 내의 노즐(22)은 따라서, 일체의 잔류 공기가 카트리지(10)의 인쇄 품질을 저하시키지 않도록 잉크가 프린트헤드(12)의 작동 부분으로부터 충분한 공기를 배출했을 때 프라임된다. 도 8b는 기간(T1)에 걸쳐서 일정한 압력(P1)을 도시하고 있지만, 전술한 바와 같이 노즐(22)을 프라임하는 것이 충분하다면 압력(P1)은 시간에 따라 달라질 수도 있다.

다시 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 단계 202에 이어서, 단계 204에서는 잉크가 소정의 충전 레벨에 도달할 때까지 인가 압력이 기간(T2) 동안 낮은 압력(P2)으로 감소된다. 도 4에 도시하듯이, 잉크를 낮은 압력(P2)으로 카트리지(10) 내로 도입하는 것은 잉크가 개구(48, 49)를 통해서 넘쳐흐르지(overflow) 않으면서 발포체(36)에 완전히 침윤(wick)될 수 있도록 도와준다. 따라서, 제 2 압력(P2)은 카트리지(10)에 도입된 잉크가 잉크 챔버(14)를 넘쳐흐르기 전에 발포체(36)의 거의 전부를 포화시키도록 충분히 낮다. 도 8b는 기간(T2)에 걸쳐서 일정한 압력(P2)을 도시하지만, 압력(P2)은 시간에 따라 변화할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "압력"은 일정 기간에 걸쳐서 인가되는 단일 압력, 일정 기간에 걸쳐서 인가되는 광범위한 압력, 일정 기간에 걸쳐서 인가되는 피크 압력, 또는 일정 기간에 걸쳐서 인가되는 가변적인 압력의 평균을 의미한다. 카트리지(10)와 같은 통상적인 단색 잉크 카트리지를 재충전하기 위해서는, 단계 202에서의 높은 압력(P1)(또는 가변 압력인 경우 단계 202에서 인가되는 피크 압력)은 단계 204에서의 낮은 압력(P2)(또는 가변 압력인 경우 단계 204에서 인가되는 평균 압력)보다 적어도 50% 클 것으로 예상된다. 단계 202에서의 높은 압력(P1)(또는 가변 압력인 경우 단계 202에서 인가되는 피크 압력)은 단계 204에서의 낮은 압력(P2)(또는 가변 압력인 경우 단계 204에서 인가되는 평균 압력)보다 두 배 이상인 것이 바람직하 다. 저압 단계 204의 기간(T2)이 고압 단계 202의 기간(T1)보다 길 것이지만, 통상적인 카트리지(10)에서 양 단계 동안의 전체 기간(T1+T2)은 대개 30초 미만이 될 것으로 예상된다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 2단 방법은 프린트헤드(12)로부터 공기를 거의 모두 제거하는 동시에 잉크 챔버(14)를 넘쳐흐르지 않으면서 완전한 충전이 가능한 이중 목적의 달성을 도와준다. 새로운 2단 방법은, 발포체 또는 기타 침윤제[예를 들면, 잉크 보유 발포체(36)]를 사용하고 긴 발포체 인자(즉, 좌우로 긴)를 갖는 카트리지를 재충전하는데 특히 유리하다.

일부 사용된 카트리지를 재충전하기 위해서는, 챔버(14)를 개구(48, 49)를 통해서 대기에 직접 노출시키기 위해 라벨(50)을 천자(puncture) 또는 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시하듯이 챔버(14)를 모든 개구(48, 49)를 통해서 대기에 직접 노출시키기 위해 모두 다섯 개의 개구(48, 49)를 커버하는 라벨(50)이 천자 또는 제거될 것으로 예상되지만, 일부 환경 하에서는 챔버(14)를 개구(48, 40) 전부보다 적은 수의 개구를 통해서 대기에 직접 노출시키거나 챔버를 [래비린스(52)를 통한 느린 통기에 의존하고] 전혀 대기에 직접 노출시키지 않는 것이 바람직할 수 있다. 하나 이상의 통기구(48)를 직접 대기에 노출시키는 것은 도 4에 화살표 58로 도시하듯이 공기가 잉크 챔버(14)를 빨리 빠져나갈 수 있게 하며, 따라서 잉크가 챔버(14)를 빨리 충전할 수 있게 한다.

도 9 내지 도 15는 열 잉크젯 프린터용 3색 잉크 카트리지(60)를 도시한다. 도 9는 카트리지(60)의 사시도이다. 도 10은 평면도이고, 도 11 내지 도 14는 각각 잉크 카트리지(60)의 단면도이다. 잉크 카트리지(60)의 내부 구성의 일부를 보 다 명료하게 도시하기 위해 도 11의 평면도에서 잉크 보유 발포체는 생략되었다. 도 15는 카트리지(60) 내의 프린트헤드의 일부의 상세 단면도이다. 도 9 내지 도 15를 참조하면, 카트리지(60)는 잉크 챔버(64, 66, 68)의 아래에서 카트리지(60)의 바닥에 설치되는 프린트헤드(62)를 구비한다. 프린트헤드(62)는 잉크 분사 노즐(78)의 3 어레이(72, 74, 76)를 갖는 노즐 판(70)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 각각의 어레이(72, 74, 76)는 한 줄의 노즐(78)이다. 도 15에 도시하듯이, 잉크 분사 노즐(78) 뒤에는 집적회로 칩(82)에 형성된 발사 저항(80)이 배치된다. 가요성 회로(84)는 외부 접촉 패드(86)로부터 발사 저항(80)으로 전기 트레이스를 운반한다.

잉크 카트리지(60)가 프린터에 설치될 때, 카트리지(60)는 접촉 패드(86)를 통해서 프린터 컨트롤러에 전기 접속된다. 작동 시에, 프린터 컨트롤러는 가요성 회로(84) 내의 신호 트레이스를 통해서 발사 저항(80)을 선택적으로 여기시킨다. 발사 저항(80)이 여기되면, 저항(80)에 이웃하는 기화 챔버(88)(도 15) 내의 잉크가 기화되어, 잉크 방울이 노즐(78)을 통해서 인쇄 매체에 분사된다. 잉크 방울의 분사 및 챔버(88)의 냉각에 의해 생성되는 저압은 이후 다음 분사를 준비하기 위해 기화 챔버(88)를 재충전하도록 잉크를 흡인한다. 프린트헤드(62)를 통한 잉크의 유동은 도 15에서 화살표 90으로 도시되어 있다.

이제 도 10 내지 도 14의 단면도를 참조하면, 잉크는 카트리지 하우징(92) 내에 형성된 세 개의 챔버(64, 66, 68)에 저장된다. 각각의 챔버(64, 66, 68)는 다른 색상의 잉크, 예를 들면 남색(cyan), 자홍색(magenta), 노란색(yellow)의 잉 크를 저장하는데 사용될 수 있다. 잉크 챔버(64, 66, 68)는 격벽(94, 96)에 의해 상호 분리된다. 통상 플라스틱 재료로 형성되는 하우징(92)은 단일 유닛으로 성형되거나, 두 부분[예를 들면, 커버(98)와 격벽(94, 96)을 구비하는 보디(100)]으로 성형되거나, 또는 소정 구조로 상호 체결되는 임의 개수의 개별 부품으로 구성될 수 있다. 잉크 챔버(64, 66, 68)의 바닥 근처에는 출구(102, 104, 106)가 각각 설치된다. 각각의 출구(102, 104, 106)로부터는 도관(108, 110, 112)이 각각 나온다. 잉크는 각 챔버(64, 66 또는 68)로부터 대응 출구(102, 104 또는 106) 및 도관(108, 110 또는 112)을 통해서 프린트헤드(62)로 이동하며, 그곳에서 전술했듯이 대응 노즐 어레이(72, 74 또는 76)를 통해서 방출된다.

잉크는 각각의 잉크 챔버(64, 66, 68) 내에서 발포체(114) 또는 다른 적합한 다공성 재료에 보유된다. 작동 중에 오염물질, 기포 및 잉크 유동 서지가 프린트헤드(12)에 진입하지 못하게 하기 위해 각각의 출구(102, 104, 106)를 커버하는 필터(116)가 통상 사용된다. 발포체(114)는 출구(102, 104, 106) 영역에서의 그 모세관 현상이 증가되도록 대개 필터(116)와 출구(102, 104, 106) 주위에서 압축된다. 발포체(114)로부터 잉크가 고갈됨에 따라, 출구 근처에서의 증가된 모세관 현상은 챔버(64, 66, 68)로부터 흡인되는 잉크의 양을 최대화하기 위해 발포체(114)의 다른 모든 부분에서 잉크를 흡인하는 경향이 있다.

이제 특히 도 10을 참조하면, 커버(98)에 형성된 개구(118, 119, 120, 121, 122)는 라벨이나 기타 적합한 접착 시트(124)로 커버된다. 통기구(118, 120, 122)는 순회 터널(126)을 통해서 대기로 노출된다. 통상 래비린스로 지칭되는 각각의 터널(126)은 라벨(124)의 에지를 지나서 연장되는 커버(98)의 상부에 있는 리세스에 의해 형성된다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 도입 방법(300)을 도시하는 흐름도이다. 방법(300)은 도 16 및 도 17에 도시된 잉크 카트리지(60)를 참조하여 설명될 것이다. 도 16 및 도 17은 잉크 충전 바늘(128, 130)을 도시하는, 도 12와 유사한, 카트리지(60)의 측면 단면도이다. 도 16에서의 도관(108) 영역에서는 크로스-해칭을 부분 제거하여 카트리지(60)의 이 영역을 더 잘 나타내고자 하였다. 먼저 도 16 및 도 18을 참조하면, 잉크는 세 개의 잉크 충전 바늘 세트를 통해서 동시에 각각의 잉크 챔버(64, 66, 68)에 도입된다. 도 16 및 도 17의 측면도에서는 세 개의 잉크 충전 바늘 중 두 개의 바늘(128, 130)만을 볼 수 있다. 따라서, 이하의 설명은 도 16 및 도 17에서 볼 수 있는 부분들만을 거론한다. 그러나, 도 16 및 도 17에서 볼 수 없는 잉크 챔버(66)에서도 동일한 작용이 수행됨을 알아야 한다.

충전 방법의 제 1 높은 잉크 압력 스테이지가 도 18에서의 방법(300)의 단계 302에 설명되고 도 8b에서 압력(P1)으로 도시된다. 단계 302 중에, 잉크 챔버(64, 68)는 잉크가 공기를 노즐(78)을 통해서 프린트헤드(62) 밖으로 거의 전부 밀어내도록 밀봉된다. 예를 들어, 도 16에 도시하듯이 잉크 유동 바늘이 사용되고, 이후 카트리지(60)가 충전/재충전 장치에 배치되면, 잉크 유동 바늘(128, 130)은 각 바늘(128, 130) 상의 스토퍼(140, 142)가 각각의 개구(119, 122)를 접촉 밀봉할 때까지 도시하듯이 개구(119, 122)에 삽입된다. 잉크는 공기를 노즐(78)을 통해서 밀 어내는 것을 돕기 위해 도 16에 도시하듯이 출구(102, 106) 근처의 각 챔버(64, 68)의 바닥으로 도입될 수 있다. 잉크 충전 바늘의 위치는 잉크 카트리지의 특정 구조에 따라 달라질 수 있지만, 각각의 바늘(128, 130)의 단부를 필터(102, 106)로부터 1.0㎜ 내지 5.0㎜ 사이에 위치시키면 카트리지(60)와 유사한 구성에서 공기를 노즐(78)을 통해서 보다 효과적으로 밀어낼 것으로 예상된다. 잉크는 적어도 공기가 노즐(78)을 통해서 배출될 때까지 그리고 바람직하게는 노즐(78)이 잉크로 프라임될 때까지 높은 압력으로 각 챔버(64, 68)에 도입된다. 잉크가 잉크 송출 영역(134, 136)(및 132, 도 12 내지 도 14 참조)을 충전하고 도 16에서 잉크 레벨(138)로 도시되는 각각의 잉크 챔버의 바닥에 도달할 때까지 고압(P1)으로 유지되는 것도 바람직할 수 있다. 각각의 잉크 송출 영역(132, 134, 136)은, 잉크가 이를 통해서 잉크 챔버와 노즐 사이를 이동할 수 있는, 각각의 잉크 챔버(64, 66, 68)와 노즐 어레이(72, 74, 76) 사이의 구조물을 지정한다.

본 명세서에서 사용되는 "밀봉"이란 완전한 밀봉을 의미하지 않으며, 필요한 전부는 잉크 송출 영역(132, 134, 136)에 포획된 모든 공기를 노즐(78)을 통해서 밀어내기 위해 잉크의 도입 중에 각 챔버(64, 66, 68) 내에서 충분한 압력이 발전할 수 있는 것이다. 예를 들어, 후방 통기구(118, 120)에 래비린스(126)가 연결되어도, 공기를 노즐(78)을 통해서 잉크 송출 영역(132, 134)으로부터 밀어내기 위해 높은 잉크 유동 속도에서 챔버(64, 66) 내에 충분한 압력이 여전히 발전될 수 있도록 래비린스(126)를 통한 공기의 방출은 충분히 느릴 수 있다. 전술했듯이, 본 명세서에서 사용되는 "프라임"이란 일체의 잔류 공기가 인쇄 품질을 저하시키지 않도 록 카트리지 내의 잉크 챔버, 잉크 송출 영역, 노즐 및/또는 프린트헤드의 기타 부위로부터 충분한 공기를 배출하는 것을 의미한다. 카트리지(60) 내의 노즐(78)은 따라서, 일체의 잔류 공기가 카트리지(60)의 인쇄 품질을 저하시키지 않도록 잉크가 프린트헤드(62)의 작동 부분으로부터 충분한 공기를 배출했을 때 프라임된다. 노즐(78)은 따라서, 일체의 잔류 공기가 카트리지(60)의 인쇄 품질을 저하시키지 않도록 잉크가 프린트헤드(62)의 작동 부분으로부터 충분한 공기를 배출했을 때 프라임된다.

이제 도 17 및 도 18을 참조하면, 공기가 노즐(78)을 통해서 배출되면, 잉크 인가 압력은 단계 304에 설명하듯이 도 8b에서의 낮은 압력(P2)으로 감소된다. 잉크 챔버(64, 68)는 예를 들어 잉크 바늘(128, 130)을 도 17에 도시하듯이 부분 후퇴시킴으로써 밀봉해제되고 잉크 유동은 잉크가 소정의 충전 레벨에 도달할 때까지 단계 304에서 제 2 느린 유속으로 감소되는 것이 바람직하다. 도 17에 도시하듯이, 잉크를 느린 유속으로 챔버(64, 68)에 도입하는 것은 잉크가 개구(119, 122)를 넘쳐흐르지 않고 발포체(114)에 완전히 침윤될 수 있도록 도와준다. 따라서, 챔버(64, 68)에 도입된 잉크가 챔버(64, 68)를 넘쳐흐르기 전에 발포체(114)의 거의 전부를 포화시키도록 제 2 유속은 충분히 낮은 것이 바람직하다. 도 18에 도시된 2단 방법은, 재충전 방법 중에 노즐을 완전히 프라임시키기 위해 프린트헤드로부터 공기를 여전히 효과적으로 배출하는 한편으로, 복수-색상의 잉크 카트리지에 대한 완전 자동화된 키오스크 재충전 처리를 가능하게 한다.

대체 충전 방법(도시되지 않음)에서, 각각의 챔버(64, 66, 68)는 개별적으로 충전되며, 필요할 경우 단 하나의 바늘만 사용할 수 있다. 각각의 챔버가 개별적으로 충전되면, 하나의 챔버를 충전하는데 사용된 개구는 노즐의 프라임을 돕기 위해 다음 챔버를 충전하기 전에 재밀봉되어야 한다.

도 19는 도 1 내지 도 7에 도시된 단색 카트리지(10) 또는 도 9 내지 도 15에 도시된 다색 카트리지(60)와 같은 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 방법(400)을 도시하는 흐름도이다. 방법(400)에서, 재충전 잉크의 양은 각각의 잉크 챔버에 잔류하는 잉크로부터 직접 결정된다. 도 19를 참조하면, 단계 402에서는 각각의 잉크 보유 챔버에 잔류하는 잉크의 양이 결정되고, 이후 단계 404에서는 챔버의 용량과 챔버에 잔류하는 잉크 사이의 차이에 기초하여 각 챔버에 대한 재충전 잉크의 소정 양이 결정된다. 단계 406에서, 카트리지 내의 각 챔버는 예를 들어 전술한 잉크 도입 방법 중 하나를 사용하여 단계 404에서 계산된 소정 양의 잉크로 재충전된다.

잉크 보유 재료를 사용하지 않는 잉크 카트리지에 있어서, 재충전 잉크의 소정 양은 단계 402에서 결정되는 챔버의 용량과 챔버에 잔류하는 잉크 사이의 차이와 동일하거나 거의 동일해야 한다. 잉크 카트리지(10, 60) 내의 발포체(36, 114)와 같은 잉크 보유 재료를 각각 사용하는 잉크 카트리지에 있어서, 챔버를 재충전하기 위해서는 잉크 보유 재료 내의 감소되는 체적 효율을 책임지기 위해 상기 차이의 보다 적은 퍼센트가 사용되어야 한다. 예를 들어, 많은 잉크 카트리지에 사용되는 폴리우레탄 발포체는 사용된 이후 그 잉크 보유 용량의 20% 내지 25%가 손실될 수 있다. 따라서, 사용된 "발포체" 형태 카트리지 챔버를 재충전하기 위해 사용되는 잉크의 양은 챔버의 용량과 챔버에 잔류하는 잉크 사이의 차이의 75% 내지 80%에 불과할 수 있다.

단계 402에 대한 일 실시예에서, 각각의 잉크 보유 챔버에 잔류하는 잉크의 양은 챔버 내의 배압(back pressure)을 측정함으로써 결정된다. 배압은 종종 부압 또는 진공으로도 지칭된다. 많은 형태의 잉크 카트리지에 있어서, 잉크 챔버 내의 배압은 챔버에 잔류하는 잉크의 양이 감소할수록 증가한다. 통상 배압/잉크 체적 곡선에서 정해지는 배압과 잉크 체적 사이의 이 관계는 많은 잉크 카트리지에 대해 공지되어 있으며, 어쨌든 관례적인 실험을 통해서 경험적으로 확립될 수 있다. 또한, 잉크 카트리지 내의 배압을 측정하기 위한 기술 및 수단은 주지되어 있다. 따라서, 배압 측정은 잉크 챔버에 잔류하는 잉크를 효과적으로 및 효율적으로 결정하기 위한 한 가지 방법일 수 있다.

단계 402에 대한 다른 실시예에서, 각각의 잉크 보유 챔버에 잔류하는 잉크의 양은 잔류 잉크를 직접 측정함으로써 결정된다. 임의의 적합한 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 16 및 도 17에 도시된 잉크 충전 바늘(128)은 유도성 잉크 레벨 센서 및 잉크 충전 도관의 양자로서 작용하기 위한 절연된 전도성 바늘로서 구성될 수 있다. 바늘이 잉크 챔버 내에 삽입될 때 측정되는 유도성 바늘의 복합 임피던스는 챔버에 잔류하는 잉크의 양을 나타낸다. 대안적으로, 별개의 센서가 사용될 수 있거나, 및/또는 다른 전자 측정 수단[예를 들면, 용량성, 전류측정, 또는 전량(電量: coulometric) 센서]이 사용될 수 있다.

도 20은 도 1 내지 도 7에 도시된 단색 카트리지(10) 또는 도 9 내지 도 15 에 도시된 다색 카트리지(60)와 같은 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 방법(500)에서, 각 챔버 내의 잉크 레벨은 재충전 도중에 감시된다. 도 20의 방법은 도 21에 도시된 잉크 카트리지(60)를 참조하여 설명될 것이다. 도 20 및 도 21을 참조하면, 단계 502에서, 잉크는 잉크 충전 바늘(128, 130)을 통해서 각각의 잉크 챔버(64, 68)에 도입된다. 잉크 도입과 동시에, 단계 504에 도시하듯이 각 챔버(64, 68) 내의 잉크 레벨이 감시된다. 소정 잉크 충전 레벨에 도달하면, 단계 506에 나타나 있듯이, 바늘(128, 130)을 통한 잉크 유동이 종료된다. 전술한 절연된 전도성 바늘로 구성된 바늘(128, 130)에 있어서, 잉크가 각 챔버(64, 68)를 충전할 때 측정되는 유도성 바늘의 복합 임피던스가 잉크 충전 레벨을 나타낸다. 다시, 전술했듯이, 잉크 충전 레벨을 감시하기 위해 임의의 적합한 센서가 사용될 수 있다. 도 21에서의 계량기(144) 및 프로그래밍가능한 컨트롤러(146)는 일반적으로, 잉크 충전 레벨을 측정하고 챔버(64, 68) 내로의 잉크 도입을 제어하기 위해 사용되는 센서/바늘(128, 130)로부터의 출력을 나타낸다.

도 22는 도 1 내지 도 7에 도시된 단색 카트리지(10)와 같은 사용된 잉크 카트리지를 재충전하기 위한 방법(600)을 도시하는 흐름도이다. 방법(600)에서, 재충전 잉크의 소정 양은 중량에 기초하여 간접적으로 결정된다. 도 22를 참조하면, 단계 602에서, 사용된 카트리지는 임의의 재충전 잉크가 추가되기 전에 중량 측정된다. 단계 604에서는 사용된 카트리지의 중량과 잉크가 충전된 신규 카트리지의 중량 사이의 차이가 결정된다. 이 중량 차이는 사용된 잉크의 양을 나타내며, 따 라서 카트리지를 재충전하기 위해 필요한 잉크의 양을 반영한다. 단계 606에서는, 카트리지를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양은 단계 604에서 결정된 중량 차이에 기초하여 결정된다. 이후, 단계 608에서, 카트리지는 예를 들어 전술한 잉크 도입 방법들 중 하나를 사용하여 단계 606에서 결정된 잉크의 소정 양으로 재충전된다.

잉크 보유 재료를 사용하지 않는 잉크 카트리지에 있어서, 재충전 잉크의 소정 양은 단계 402에서 결정되는 잉크 중량의 차이와 동일하거나 거의 동일해야 한다. 잉크 카트리지(10, 60) 내의 발포체(36, 114)와 같은 잉크 보유 재료를 각각 사용하는 잉크 카트리지에 있어서, 카트리지를 재충전하기 위해서는 잉크 보유 재료 내의 감소되는 체적 효율을 책임지기 위해 중량 차이의 보다 적은 퍼센트가 사용되어야 한다. 예를 들어, 많은 잉크 카트리지에 사용되는 폴리우레탄 발포체는 사용된 이후 그 잉크 보유 용량의 20% 내지 25%가 손실될 수 있다. 따라서, 사용된 "발포체" 형태 카트리지 챔버를 재충전하기 위해 사용되는 잉크의 양은 사용된 카트리지와 신규 카트리지 사이의 중량 차이의 75% 내지 80%에 불과할 수 있다.

단일 챔버 내에 단 하나의 잉크가 보유되는, 도 1 내지 도 7에 도시된 카트리지(10)와 같은 단색 잉크 카트리지에 대해서, 재충전 잉크의 양은 전체 중량 차이에 직접 관련된다. 다수의 챔버 내에 다수의 잉크가 보유되는, 도 9 내지 도 15에 도시된 카트리지(60)와 같은 다색 잉크 카트리지에 잔류하는 잉크는, 카트리지의 보디 상의 다수의 특정 지점에서의 중량 측정으로부터 결정될 수 있다. 도 22에서의 단계 602에서의 중량 측정이 각 잉크 챔버의 질량 중심에 대응하는 위치에서 이루어지는 경우에, 단계 606에서의 재충전 잉크의 소정 양은 단계 604에서의 사용된 카트리지의 중량과 신규 카트리지의 대응 중량 사이의 차이에 직접 기초하여 결정될 수 있다. 중량 측정이 질량 중심 이외의 지점에서 이루어지는 다른 경우에, 각 챔버에 대한 재충전 잉크의 소정 양을 결정하기 위해서는 일차 방정식(예를 들어, 축 주위로의 토크의 합계)이 사용될 수 있다. 상기 방법은 잉크 챔버들의 질량 중심이 상호 일직선으로 정렬되지 않는 넷 미만의 잉크 챔버를 갖는 다색 잉크 카트리지에 사용될 수 있다.

본 발명은 전술한 예시적인 실시예를 참조하여 도시 및 설명되었다. 그러나, 청구범위에서 한정되는 본 발명의 취지 및 범위 내에서 다른 형태, 상세 및 실시예가 이루어질 수 있음을 알아야 한다.

Claims

사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법에 있어서,

카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계,

챔버(14 또는 64, 66, 68)의 용량과 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양 사이의 차이에 기초하여 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계, 및

상기 소정 양의 잉크로 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계는 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 배압을 측정하는 단계 및 상기 배압에 기초하여 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계는 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법에 있어서,

카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 단계;

상기 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 것과 동시에, 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨을 감시하는 단계; 및

챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨이 소정 레벨에 도달할 때 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내로의 잉크 도입을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 단계는, 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 바늘(128 또는 130)을 삽입하는 단계 및 바늘(128 또는 130)을 통해서 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잉크를 도입하는 단계를 포함하고;

상기 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨을 감시하는 단계는 바늘(128 또는 130)을 통해서 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내의 잉크 레벨을 감시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법에 있어서,

사용된 카트리지(10 또는 60)를 중량 측정하는 단계;

사용된 카트리지(10 또는 60)의 중량과 신규 카트리지(10 또는 60)의 중량 사이의 차이를 결정하는 단계;

상기 사용된 카트리지(10 또는 60)의 중량과 신규 카트리지(10 또는 60)의 중량 사이의 차이에 기초하여 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계; 및

상기 소정 양의 잉크로 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 잉크 카트리지(60)는 다수의 잉크 챔버(64, 66, 68)를 구비하며;

상기 사용된 카트리지(60)를 중량 측정하는 단계는 상이한 잉크 챔버(64, 66, 68)에 각각 대응하는 다수의 위치에서 사용된 카트리지(60)를 중량 측정하는 단계를 포함하고;

상기 사용된 카트리지(60)의 중량과 신규 카트리지(60)의 중량 사이의 차이를 결정하는 단계는 각각의 위치에서 사용된 카트리지(60)의 중량과 신규 카트리지(60)의 중량 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하며;

상기 사용된 카트리지(60)의 중량과 신규 카트리지(60)의 중량 사이의 차이에 기초하여 챔버를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계는 각각의 위치에서 사용된 카트리지(60)의 중량과 신규 카트리지(60)의 중량 사이의 차이에 기초하여 각각의 챔버(64, 66, 68)를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
사용된 잉크 카트리지(10 또는 60)를 재충전하기 위한 방법에 있어서,

카트리지(10 또는 60) 내의 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양을 결정하는 단계;

챔버(14 또는 64, 66, 68)의 용량과 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 잔류하는 잉크의 양 사이의 차이에 기초하여 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 재충전하기 위한 잉크의 소정 양을 결정하는 단계;

제 1 양의 잉크를 제 1 압력으로 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입하는 단계; 및

소정 양의 잉크가 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입될 때까지 제 2 양의 잉 크를 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 카트리지(10 또는 60)는 잉크 분사 노즐(22 또는 78)을 구비하며,

상기 제 1 양의 잉크를 제 1 압력으로 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입하는 단계는 상기 잉크 분사 노즐(22 또는 78)을 통해서 제 1 양의 잉크를 제 1 압력으로 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 카트리지(10 또는 60)는 잉크 보유 챔버(14 또는 64, 66, 68) 내에 잉크 보유 재료(36 또는 114)를 구비하며,

상기 제 2 압력은 이 제 2 압력으로 챔버(14 또는 64, 66, 68)에 도입된 잉크가 챔버(14 또는 64, 66, 68)를 넘쳐흐르기 전에 잉크 보유 재료(36 또는 114)의 거의 전부를 포화시키도록 충분히 낮은 것을 특징으로 하는

사용된 잉크 카트리지의 재충전 방법.