KR20100090679A - 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너 및 방법 - Google Patents

Abstract

연속 잉크 제트 프린터용 교체 카트리지와 같은 컨테이너에 남아있는 잉크 또는 용매와 같은 액체의 양을 측정하는 방법은 저장용 가변 부피를 가지는 내부 공간을 둘러싸는 저장조를 이용한다. 이 저장조는 내부 공간의 압력이 감소할 수 있게 되어 있고, 이러한 압력 감소의 크기는 액체가 프린터로 흡인됨에 따라 대체적으로 단조 증가하므로, 남아있는 액체의 부피는 저장조로부터 프린터로 액체를 계속 흡인하는데 필요한 최소의 흡인 압력을 알고 있는 것에 의해 산출될 수 있다. 상기 방법에 사용하기 위한 컨테이너는 액체 분배 포트를 가지고 있으며, 이 액체 분배 포트는 액체 분대 포트의 외측에서의 흡인 압력이 내부 공간의 압력보다 낮은 경우에 액체가 분배될 수 있게 구성되어 있으며 또한 액체가 분배될 때 저장조의 내부 공간 속으로 공기가 진입하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.

Description

액체를 저장하고 분배하는 컨테이너 및 방법{CONTAINER AND METHOD FOR LIQUID STORAGE AND DISPENSING}

본 발명은 액체를 분배하는 컨테이너에 관한 것으로서, 상세하게는, 잉크 제트 프린터, 특히 연속 잉크 제트 프린터와 같은 프린터에 사용되는 잉크 또는 용매를 분배하는 리필용(refill) 컨테이너에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기와 같은 컨테이너에 남아있는 액체의 양을 모니터하는 방법 및 상기와 같은 종류의 컨테이너에 연결될 수 있는 잉크 제트 프린터에 관한 것이다.

잉크 제트 프린트 시스템에 있어서, 프린트는 노즐에서 발생되어 기판(substrate) 쪽으로 뿜어져 나가는 개개의 잉크방울로 이루어진다. 잉크 제트 프린트 시스템에는 2가지 주요 시스템이 있는데, 하나는, 요구만 있으면 언제든지 프린트용 잉크방울을 생성하는 DOD(drop on demand) 시스템이고, 다른 하나는, 잉크방울을 연속적으로 생성하여 선택된 잉크방울만 기판 쪽으로 이동시키고, 나머지 잉크방울은 잉크 공급원으로 재순환시키는 연속 잉크 제트 프린팅 시스템이다.

연속 잉크 제트 프린터는 가압된 잉크를 프린트 헤드 잉크방울 발생기로 공급하고, 이 프린트 헤드 잉크방울 발생기에서는 노즐로부터 뿜어져 나오는 연속적인 잉크 줄기를 진동 압전 소자(oscillating piezoelectric element)에 의해 개개의 규칙적인 잉크방울로 나눈다. 이 잉크방울은 대전 전극을 지나서 이동하고, 상기 대전 전극에서 상기 잉크방울은 한 쌍의 편향판을 가로질러서 제공된 전기장을 통과하기 전에 소정의 전하를 선택적으로 별도로 부여받는다. 각각의 대전된 잉크방울은 기판에 부딪치기 전에 자신의 대전량에 따른 양만큼 전기장에 의해 편향되지만, 대전되지 않은 잉크방울은 편향되지 않고 전진하여 거터(gutter)에 축적되고, 거터에 축적된 잉크방울은 재사용을 위해서 거터로부터 잉크 공급원으로 재순환된다. 대전된 잉크방울은 거터를 우회하여 잉크방울의 대전량과 프린트 헤드에 대한 기판의 상대 위치에 의해 결정된 위치에서 기판에 부딪친다.

비록 편향판이 기판의 속력을 보상하기 위해 수직방향에 대해 경사져서 배향될 수 있지만, 대체로 기판은 프린트 헤드에 대하여 한 방향으로 이동되고 잉크방울은 상기 방향에 대체로 수직인 방향으로 편향된다(도달하는 잉크방울들 사이에서 프린트 헤드에 대한 기판의 상대 이동은 한 줄로 늘어선 잉크방울들이 기판의 이동 방향에 대해 완전히 수직으로 놓이지 않는 것을 의미한다).

연속 잉크 제트 프린트동작에 있어서, 규칙적인 배열의 잠재적인 잉크방울 위치로 이루어진 매트릭스로부터 문자가 프린트된다. 각각의 매트릭스는 복수의 행(column)(스트로크(stroke))을 포함하고 있고, 이 복수의 행은 잉크방울에 가해진 전하에 의해 결정된 복수(예를 들어, 7개)의 잠재적인 잉크방울 위치로 이루어진 라인에 의해 각각 규정된다. 따라서 각각의 사용가능한 잉크방울은 상기 스트로크에서의 의도된 위치에 따라 대전된다. 만약 특정 잉크방울이 사용될 것으로 예정되어 있지 않으면 그 잉크방울은 대전되지 않고 재순환을 위해 거터에 포집된다. 이러한 사이클은 하나의 매트릭스내의 모든 스트로크에 대해 반복된 다음 그 다음번 문자 매트릭스에 대해 다시 시작된다.

잉크는 컨트롤 회로망 및 사용자 인터페이스 패널용 별개의 격실을 포함하는 캐비넷의 밀봉된 격실 내에 대체로 수용되어 있는 잉크 공급 시스템에 의해 압력하에서 프린트 헤드로 공급된다. 상기 잉크 공급 시스템은 필터를 통하여 저장조 또는 탱크로부터 잉크를 끌어와서 압력하에서 프린트 헤드로 잉크를 공급하는 메인 펌프를 포함하고 있다. 잉크가 소모됨에 따라, 저장조는 교체가능한 잉크 카트리지로부터 필요에 따라 다시 채워지고, 상기 교체가능한 잉크 카트리지는 공급 도관에 의해 저장조에 착탈가능하게 연결되어 있고, 교체 잉크는 공급 도관에 의해 교체가능한 잉크 카트리지의 출구 포트에 연결되어 있는 잉크 보충 펌프(top-up pump)를 통하여 적절하게 공급된다. 잉크는 메인 펌프에 의해 저장조로부터, 바람직하게는 가요성 공급 도관을 통하여 프린트 헤드로 이송된다. 거터에 의해 포집되어 있는 사용되지 않은 잉크방울은 펌프에 의해 복귀 도관을 통하여 저장조로 재순환된다. 각 도관에서의 잉크의 유동은 일반적으로 솔레노이드 밸브 및/또는 다른 유사한 구성요소에 의해 컨트롤된다.

잉크가 잉크 공급 시스템을 통하여 순환할 때, 잉크 특히 노즐과 거터 사이의 통로에서 공기에 노출되어 왔던 재순환된 잉크는 용매 증발의 결과로 걸쭉하게 되는 경향이 있다. 이러한 현상을 보상하기 위해, 잉크 점성도를 원하는 한계범위 내로 유지하도록 교체가능한 용매 카트리지로부터 필요시에 용매가 잉크에 추가된다. 이러한 용매는 세정 사이클에서 노즐 및 거터와 같은 프린트 헤드의 구성요소를 씻어 내기 위해서 사용될 수도 있다. 용매 보충 펌프가 공급 도관을 통하여 교체가능한 용매 카트리지로부터 용매를 공급하기 위해 사용될 수 있다.

따라서 전형적인 연속 잉크 제트 프린터는 교체가능한 잉크 컨테이너 또는 카트리지 및 교체가능한 용매 컨테이너 또는 카트리지 양자 모두를 가지고 있다. 바람직하게는, 각각의 컨테이너가 포트를 가지고 있고, 이 포트를 통하여 액체, 잉크 또는 용매를 각각 분배한다. 각각의 컨테이너용 포트는, 유체밀봉 수단을 통하여, 액체를 컨테이너로부터 저장조로 분배하는데 적합한 펌프 시스템에 연결되어 있다. 본 명세서에서, 교체가능한 잉크 컨테이너 및 교체가능한 용매 컨테이너 양자 모두는 컨테이너 또는 카트리지라고 칭한다.

프린터용 컨테이너에 남아 있는 잉크 또는 용매의 양을 모니터하는 간단한 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기와 같이 프린터용 컨테이너에 남아 있는 잉크 또는 용매의 양을 모니터하는 것에 의해 프린터의 사용자가 프린터를 사용하지 않는 때와 같은 적절한 시기에, 프린터의 작동을 방해하지 않으면서 컨테이너의 교체를 계획하는 것을 가능하게 해주기 때문이다.

또한, 잉크 또는 용매 컨테이너가 비워지기 전에 프린터용 잉크 종류 또는 용매 종류를 바꾸는 것이 바람직할 수 있다(예를 들면, 상이한 잉크 색깔 또는 종류가 필요하기 때문에). 잉크 또는 용매가 낭비되지 않도록 일부 사용된 컨테이너를 장래에 재장착할 수 있는 것이 바람직하다. 일부 사용된 컨테이너가 부분적으로 채워진 경우에 상기 컨테이너가 프린터로부터 분리된 상태의 프린터 또는 다른 호완가능한 프린터와 함께 일부 사용된 컨테이너가 재사용될 때 일부 사용된 컨테이너에 남아있는 액체의 양을 알 수 있는 것도 바람직하다.

본 발명은 반드시 프린트 장치 분야에만 국한되는 것이 아니라, 페인트를 분사하는 장치, 또는 심지어 약물을 투여하는 장치와 같은 의료용으로 사용하는 것과 같이, 교체가능한 액체 컨테이너가 사용되는 다른 분야에도 적용될 수 있다.

제 1 실시형태에 있어서, 본 발명은 액체를 저장하기 위한 가변 부피를 가지고 있는 내부 공간을 둘러싸는 벽을 가진 저장조 및 상기 액체를 분배하기 위한 포트를 포함하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너를 제공하는데, 상기 저장조는 내부 공간의 압력의 감소를 지탱하도록 구성되어 액체가 분배될 때 내부 공간과 주위 대기 사이의 평형 압력 차이의 크기가 대체로 단조 증가하고, 상기 포트는 포트의 외부에서의 흡인 압력이 내부 공간의 평형 압력보다 작을 때 액체가 분배되도록 구성되어 있고, 그리고 상기 포트는 액체가 분배될 때 저장조 외측으로부터 내부 공간으로 공기가 들어오는 것을 방지하도록 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 컨테이너는 프린터, 다시 말해서 프린트하는 디바이스 또는 장치와 함께 사용하기 위한 잉크 또는 용매를 저장하고 분배하는 교체가능한 컨테이너이다.

바람직하게는, 상기 프린터는 잉크 제트 프린터, 특히 연속 잉크 제트 프린터이다. 상기 액체는 염료계(dye-based) 잉크 또는 안료계(pigment-based) 잉크와 같은 잉크로 되거나, 잉크용 희석액으로서 사용하거나 프린터의 액체 운반 라인을 세정하거나 씻어내기에 적합한 용매로 될 수 있다.

컨테이너의 저장조는 액체가 분배될 때 내부 공간의 가변 부피가 감소함에 따라 내부 공간과 주위 대기 사이의 압력 차이의 크기가 대체로 단조 증가하도록 내부 공간의 평형 압력의 감소를 지탱하도록 구성되어 있다. 상기 압력의 감소는 주위 대기압과 비교하였을 때의 압력의 감소이다. 다시 말해서, 내부 공간의 압력은 대체로 저장조가 처음 채워졌을 때 대기압에서 시작한다. 액체가 분배될 때, 저장조의 내부 공간의 압력 및 저장조의 내부 공간에 들어있는 액체의 압력은 대기압보다 작은 평형값을 가지게 되고, 내부 공간의 압력의 상기 평형값은 액체가 내부 공간으로부터 분배될수록 연속적으로 작아지게 된다. 액체는 비압축성이므로, 일반적으로 액체가 밀폐된 내부 공간으로부터 빠져나가면, 빠져나간 액체에 의한 압력 감소를 보상하기 위해서 빠져나간 액체는 다른 유체, 대체로 가스, 통상적으로 공기에 의해 대체되거나 밀폐된 내부 공간의 부피가 감소되어야 한다. 내부 공간을 둘러싸고 있는 저장조가 강성을 가지고 있으면, 액체가 빠져나갈 수 있도록 가스가 내부 공간으로 들어와야 한다. 만약 상기 저장조가 치약 튜브의 저장조와 같이 영구적으로 또는 소성적으로(plastically) 변형가능하다면, 액체가 빠져나감으로 인해서, 빠져나간 액체에 의한 압력 감소를 보상하기 위해 내부 공간이 축소되도록 저장조 외측의 대기압이 저장조를 압착하게 된다. 본 발명에 있어서, 컨테이너의 저장조는 포트를 통해 분배된 액체의 손실을 보상하기 위해 내부 공간이 축소될 수 있도록 하기 위해 변형되도록 되어 있지만, 저장조의 변형은 내부 공간 안쪽의 압력의 감소를 초래한다. 포트를 통하여 저장조의 내부 공간으로부터 더 많은 액체를 추출하거나 분배하는 것을 원한다면, 포트의 외부의 압력을 저장조의 내부 공간에서의 평형 압력보다 작은 값으로 감소시켜서 액체가 포트를 통하여 유출될 수 있도록 할 필요가 있다. 이로 인해 저장조의 내부 부피가 더욱 감소되고 내부 공간 안쪽의 압력이 훨씬 더 낮아지게 된다.

저장조의 벽은 내부 공간과 주위 대기 사이의 압력 차이를 지탱할 수 있도록 되어 있다.

액체가 포트를 통하여 저장조의 내부 공간으로부터 분배될 때, 포트를 통하여 액체를 빼내기 위해서 포트에 가해지는 압력은 저장조가 비워짐에 따라 대체적으로 단조 감소한다.

본 발명에 따른 임의의 특정 컨테이너에 대해서, 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간의 부피 사이에 일정한 관계가 있다. 이러한 관계에 의해, 그리고 카트리지의 포트를 통하여 액체를 분배시키기 위해 필요한 최소의 흡인 압력을 측정함으로써, 저장조의 내부 공간의 남아 있는 부피를 알아내어, 컨테이너 내에 남아있는 액체의 양을 추정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 2 실시형태는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은

i) 액체를 저장하기 위한 가변 부피를 가지고 있는 내부 공간을 둘러싸는 벽을 가진 저장조 및 상기 액체를 분배하기 위한 포트를 포함하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너를 제공하는 단계;

ii) 상기 포트를 유체밀봉 연결에 의해 프린터의 펌프 수단의 입구에 연결시키는 단계;

iii) 상기 포트의 외부에서 흡인 압력을 제공하기 위해 상기 펌프 수단을 작동시키는 단계;

iv) 상기 포트를 통하여 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력을 측정하는 단계; 및

v) 측정된 최소의 흡인 압력으로부터 액체의 양을 결정하는 단계;

를 포함하고 있다.

대체로, 액체의 양은 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 저장조의 내부 공간의 부피 사이의 알려진 관계로부터 결정된다.

이 방법은 잉크 제트 프린터 또는 연속 잉크 제트 프린터와 같은 프린터에 부착된 교체가능한 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는데 특히 유용하다.

이런 이유로, 본 발명의 제 3 실시형태는 펌프 수단 및 탈착가능하게 부착된 컨테이너를 가지고 있는 잉크 제트 프린터를 제공하는데, 상기 컨테이너는 컨테이너의 저장조의 내부 공간의 부피를 대체로 채우는 양의 액체를 포함하고 있으며 유체밀봉 연결에 의해 잉크 제트 프린터의 펌프 수단의 입구에 연결된 저장조의 포트를 가지고 있고, 상기 펌프 수단은 저장조의 포트의 외축에서 흡인 압력을 제공하도록 구성되어 있고, 상기 잉크 제트 프린터는 상기 흡인 압력을 측정하는 압력 측정 수단 및 상기 압력 측정 수단에 의해 측정된 최소의 액체 흡인 압력으로부터 컨테이너의 저장조의 내부 공간 내의 액체의 양을 결정하는 컨트롤 수단을 더 포함하고 있다.

상기 컨테이너는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 컨테이너로 될 수 있다.

본 발명의 제 3 실시형태의 잉크 제트 프린터는 연속 잉크 제트 프린터인 것이 바람직하다.

아래에 상세하게 설명되어 있는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 특징 및 실시예는 본 발명의 제 1 실시형태, 제 2 실시형태 및 제 3 실시형태에 적용된다.

본 발명은 다음과 같은 물리적인 법칙에 기초하고 있다. 팽팽하게 펴진 표면에 수직으로 작용하는 힘이 없다면, 그 표면은 평평하게 유지된다. 상기 표면의 한 쪽에 가해진 압력이 다른 쪽에 가해진 압력과 상이하면, 이 압력 차이에 표면적을 곱한 값이 수직력(normal force)으로 된다. 평형상태를 이루기 위해서, 팽팽하게 펴진 표면에 작용하는 인장력은 압력으로 인한 상기 수직력을 상쇄시켜야 하고, 이로 인해 상기 표면은 만곡되게 된다. 아마도 이러한 법칙의 가장 잘 알려진 적용예는, 풍선 내부의 가스 압력이 풍선 외부의 대기압보다 더 크고, 이러한 압력 차이가 풍선의 만곡된 탄성적인 표면에 작용하는 인장력에 의해 벌충된 경우의 유아용 풍선이다. 장력이 작용하지 않는 표면이 처음에 평평한 경우, 장력이 가해지면 장력이 작용하는 표면의 오목한 쪽이 대체로 압력이 더 크다. 그러나, 만약 표면의 양 쪽에 작용하는 압력이 동일할 때, 장력이 작용하지 않는 표면이 처음부터 오목한 경우에는, 상기 표면의 오목한 쪽에 작용하는 압력을 감소시키면 평형상태를 이루기 위해서 상기 표면에 장력이 가해짐에 따라 상기 표면의 오목한 쪽이 더 큰 곡률 반경을 가진 상태로 오목하게 유지될 수 있다.

바람직하게는, 컨테이너의 저장조가 강성 프레임구조 및 하나 이상의 탄성적으로 변형가능한 부분을 포함하고 있다. 예를 들면, 직육면체의 형태로 된 강성의 뼈대 위에 팽팽하게 펴진 풍선과 같은 고무막은, 이 고무막에 포트를 형성하는 밸브가 붙은 개구를 가진 상태에서 적절한 저장조가 될 수 있다. 액체가 밸브가 붙은 포트를 통하여 저장조를 빠져나갈 때, 상기 고무막은 내부 공간쪽으로 볼록하게 되어 내부 공간과 저장조의 외부(저장조의 외부는 비교적 일정하게 유지되는 대기압으로 된다) 사이에 평형 압력 차이를 만든다. 대기압이 P이고, 내부 공간의 압력이 P_I 이고, P_I<P인 경우, 밸브가 붙은 포트를 통하여 액체를 흡인하는데 필요한 압력은 P_W 이고, P_W <P_I 이다. 이 압력 차이(압력 감소)의 크기는 저장조로부터 액체가 계속 빠져나감에 따라 대체로 단조 증가하게 된다. 압력 차이의 크기가 대체로 단조 증가한다는 것은, 전반적인 경향이 액체의 양이 감소함에 따라 압력 차이의 크기가 증가하는 것이라면 이러한 거동으로부터 약간 벗어나는 것(가령 감소가 계속되기까지 압력 차이에 있어서 단지 10%의 감소, 바람직하게는 단지 5%의 감소, 보다 바람직하게는 단지 1%의 감소)이 용인될 수도 있지만, 액체 량의 감소가 대체로 압력 차이의 크기를 증가시키게 된다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 강성이라는 표현이 의미하는 것은, 저장조의 내부 공간과 외부 사이의 압력 차이가 50kPa에 이를 때까지, 바람직하게는 70kPa에 이를 때까지, 프레임구조가 실질적으로 변형하지 않는 것을 의미한다.

바람직하게는, 저장조의 강성 프레임구조는 저장조의 벽을 연결하는 가장자리부에 의해 형성되고, 적어도 하나의 벽은 탄성적으로 변형가능하므로, 액체가 내부 공간으로부터 분배됨에 따라 내부 공간의 부피가 감소할 때 상기 적어도 하나의 변형가능한 벽에 장력이 가해질 수 있다. 바람직하게는, 저장조의 모든 벽이 탄성적으로 변형가능하게 되는 것이다. 가장자리에서 서로 연결되는 벽과 벽 사이의 각도가 상기 가장자리에 강성을 부여한다.

바람직하게는, 상기 벽은 유사한 형상의 2개의 대향하는 외면 벽을 포함하는 박스 형상의 저장조를 형성하고, 상기 유사한 형상의 2개의 대향하는 외면 벽은 그 외주부에서 대향하는 평행한 면에 대해 대체로 수직인 폭을 가지고 있는 가장자리 벽에 의해 연결된다. 바람직하게는, 상기 가장자리 벽은 대향하는 외면 벽의 가장 작은 폭의 30%보다 작은 폭, 바람직하게는 20%보다 작은 폭을 가지고 있다. 이러한 구성으로 인해 액체가 분배됨에 따라 내부 공간이 줄어들 때 대향하는 외면 벽은 서로를 향해 스무스하게 변형될 수 있다. 상기 대향하는 외면 벽은 대체로 서로 평행한 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 벽은 고밀도 폴리에틸렌과 같은 탄성 폴리머로 이루어져 있다. 임의의 적절한 탄성 재료가 상기 벽의 재료로 사용될 수 있다. 저장조가 다시 채워지기 위해서는, 내부 공간의 압력이 5OkPa 이하로, 바람직하게는 40kPa 이하로, 더욱 바람직하게는 20kPa 이하로 낮아지는 경우에도, 저장조에 영구적인 변형이 일어나서는 안된다. 대기압은 약 lOOkPa 즉 1Bar이다.

상기 저장조는 바람직하게는 블로 몰딩(blow moulding)에 의해 열가소성 재료로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 저장조 및 포트는 블로 몰딩 물품으로 형성될 수 있다.

상기 컨테이너는 단순히 저장조 및 포트로 구성될 수 있지만, 바람직하게는 조작을 용이하게 하기 위해서 저장조 및 포트가 강성 커버를 구비할 수 있다.

저장조의 내부 공간의 부피와 포트를 통하여 액체를 분배시키는데 필요한 흡인 압력 Pw 사이의 관계는 저장조의 형상, 재료, 두께, 저장조의 재료의 영 계수(Young's modulus) 등에 좌우된다. 상기 관계는 산출될 수 있지만, 각각의 특정의 저장조 설계에 대해 실험적으로 측정되는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들면, 아래의 단계:

i) 외부 대기압과 동일한 압력하에 있으며 알려진 양의 액체로 채워진 내부 공간을 가진 컨테이너를 제공하는 단계;

ii) 포트를 유체밀봉 연결에 의해 분배 도관에 부착시키는 단계,

iii) 상기 분배 도관에 부착된 펌프에 의해 상기 포트를 통하여 액체를 흡인하는 단계,

iv) 빠져나간 액체의 양(예를 들면, 무게 측정이나 부피 측정에 의해) 및 상기 분배 도관의 상응하는 압력 P_W(예를 들면, 트랜스듀서와 같은 압력 게이지에 의해)을 측정하는 단계,

v) 저장조에 남아있는 액체의 양을 산출하는 단계,

vi) 상기 단계 iii)과 단계 iv)를 반복하여 남아있는 액체의 양과 흡인 압력 P_W 사이의 관계를 얻어내는 단계;

에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 방법을 실시하기 위하여, 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간의 부피 사이의 관계에 관한 정보가 각각의 컨테이너와 함께 제공될 수 있다. 바람직하게는, 제조 공차내에서, 모든 컨테이너가 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간의 부피 사이의 관계를 동일한 관계로 가지도록, 상기 컨테이너들이 동일한 제조 사양(specification)으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 컨테이너의 사용법이 연속 잉크 제트 프린터와 관련하여 아래에서 설명되어 있지만, 유사한 사용법이 다른 장치에 적용될 수 있다.

프린터와 같은 장치와 함께 상기 컨테이너가 사용되는 경우, 컨테이너의 포트가 액체 입구 도관에 유체밀봉 연결에 위해 부착된 상태로 컨테이너가 프린터에 부착되고, 액체는, 예를 들면, 프린터용 컨트롤 수단에 의해 제어되는 보충 펌프에 의해 포트를 통하여 컨테이너로부터 유출된다. 상기 액체는 상기 보충 펌프에 의해 프린터의 잉크 저장 탱크로 이송되고, 잉크 저장 탱크로부터 프린트 헤드로 보내질 수 있다. 대체로, 프린터용 컨트롤 수단은 프린터의 작동을 컨트롤하는 마이크로프로세서 칩에서 작동하는 소프트웨어 프로그램을 포함한다. 포트를 통하여 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력은, 예를 들면, 보충 펌프와 컨테이너의 포트 사이에 위치된 압력 게이지 또는 트랜스듀서에 의해 측정될 수 있다. 상기 컨트롤 수단은 컨테이너에 남아있는 액체의 양을 산출하기 위해서 측정된 흡인 압력 P_W 과 저장조의 내부 공간의 부피 사이의 관계를 이용할 수 있다. 간접적인 수단에 의해서, 상기 압력을 측정하는 다른 방법은, 최소의 흡인 압력 P_W 을 추론하거나 산출하기 위하여 펌프 파워 입력값과 이 펌프에 의한 흡인 압력 사이의 알려진 관계를 이용하여 보충 펌프가 저장조로부터 액체를 흡인하고 있을 때 보충 펌프를 작동시키는데 필요한 파워를 측정하는 것이다.

컨테이너에 남아있는 액체의 양의 산출값은 여러가지 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 산출값은 디스플레이 수단에 표시되거나, 남아있는 액체의 양의 산출값이 일정 레벨 아래로 떨어지면 리필(refill)이 필요하다는 경고 신호를 조작자에게 제공하기 위해서 사용될 수 있다.

본 발명을 안정적으로 작동시키기 위해서, 액체가 빠져나간 후에 공기와 같은 유체가 저장조의 내부 공간 속으로 들어오는 것을 막는 것이 중요하다는 것은 분명하다. 공기와 같은 유체가 저장조의 내부 공간 속으로 들어오는 것을 막는 것은, 외부로부터 내부 공간으로 유체가 들어가지 못하게 하는 유체밀봉 시일 또는 밸브를 포트에 설치함으로써 이루어진다. 바람직하게는, 상기 포트는, 유체밀봉 연결을 형성하기 위해 컨테이너와 함께 사용될 장치의 커넥터와 결합되도록 구성되어 있다. 유압 연결장치에 대한 기술분야에서 잘 알려져 있는 임의의 적절한 유체밀봉 연결 장치가 사용될 수 있다.

공기가 저장조의 내부 공간으로 들어가는 못하게 하면서 액체의 분배를 컨트롤하는 한 가지 적절한 장치는, 교체 카트리지가 사용될 때 중공 튜브 또는 바늘에 의해 뚫리는 자체 밀봉 격막(self-sealing septum)을 포트에 설치한 것이다. 액체는 중공 튜브가 유체밀봉 연결에 의해 연결된 펌프에 의해 중공 튜브를 통하여 흡인될 수 있다. 컨테이너가 프린터와 같은 함께 사용되는 장치로부터 분리되면, 격막의 구멍은 스스로 밀봉되어, 공기와 같은 유체가 저장조의 내부 공간으로 들어오는 것을 방지한다. 상기와 같은 격막용의 적절한 재료는 바람직하게는 PTFE 라이닝을 구비하고 있는 실리콘 고무 또는 부틸 고무이다.

포트에 대한 다른 적절한 장치는, 밸브의 저장조측에 작용하는 압력이 밸브의 외측에 작용하는 압력보다 낮은 경우에는 유체가 유동하지 않도록 폐쇄상태로 유지되고, 밸브의 외측에 작용하는 압력이 밸브의 내측에 작용하는 압력보다 낮은 경우에는 유체가 유동하도록 개방상태로 유지되게 구성된 밸브를 포트에 설치하는 것이다. 적절한 밸브는 나비형 밸브(flap valve), 힌지형 밸브(hinge valve) 또는 다이아프램 밸브(diaphragm valve)로 될 수 있다. 컨테이너가 사용되고 있을 때, 도관 내의 압력이 펌프에 의해 저장조의 내부 공간 내의 압력보다 낮은 값으로 낮아지는 경우 밸브를 통하여 액체가 분배될 수 있도록 밸브의 외측이 도관을 통하여 펌프와 유체밀봉 연결로 될 수 있다. 컨테이너가 펌프와의 유체밀봉 연결상태로부터 분리되는 경우, 밸브의 외측의 압력은 대기압으로 증가되어, 유체가 유동하지 않도록 밸브를 폐쇄하고 공기가 저장조의 내부 공간으로 들어가는 것을 방지한다.

공기와 같은 가스의 작은 양이 저장조의 내부 공간에 존재하는 경우 본 발명은 여전히 작동하지만, 상기 양은 초기의 액체 부피의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만으로 되어야 한다. 이것은 저장조의 내부 공간의 대부분이 액체로 채워져 있다는 것을 의미하는 것이다. 본 발명의 방법의 작동은 저장조의 내부 공간의 압력이 작동 온도에서의 액체의 평형 증기 압력 아래로 떨어지지 않도록 되어야 한다. 이로 인해 저장조의 내부 공간에 증기가 형성되게 할 수 있고 내부 공간으로부터 액체를 빼내는 것으로 인해 내부 공간의 압력이 더 감소되지 않게 되어, 내부 공간의 압력이 작동 온도에서 액체의 평형 증기 압력으로 유지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 컨테이너가 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간의 부피 사이의 관계를 저정하는 전자적인 데이타 저장 수단를 포함함으로써, 상기 관계가 전자적인 데이타 저장 수단으로부터 판독될 수 있다.

바람직하게는, 프린터와 같은 컨테이너를 사용하는 장치에 대한 컨트롤 수단은 컨테이너의 전자적인 데이타 저장 수단에 있는 데이타를 판독하도록 구성된다. 예를 들면, 컨테이너가 상기와 같은 장치에서 제위치에 있을 때, 전자적인 데이타 저장 수단 상의 전기 접점은 컨트롤 수단에 부착된 전기 리드선과 물리적으로 접촉된 상태로 제위치에 놓여 있을 수 있으므로, 상기 컨트롤 수단은 전자적인 데이타 저장 수단에 있는 데이타에 엑세스하여 이 데이타를 판독할 수 있다.

예를 들면, 상기 컨트롤 수단에 의해 산출된 것과 같은 액체의 측정량이 전자적인 데이타 저장 수단에 기록될 수 있으므로, 컨테이너에 남아있는 액체의 양은 상기 전자적인 데이타 저장 수단을 판독함으로써 모니터할 수 있다. 이것은, 컨테이너가 여전히 액체를 담고 있을 때 컨테이너가 프린터로부터 분리되면, 컨테이너에 남아있는 액체의 양은 액체를 저장조의 포트를 통하여 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력을 측정할 필요도 없이 전자적인 데이타 저장 수단으로부터 직접 판독할 수 있는 장점을 부여한다. 상기 전자적인 데이타 저장 수단에는 다른 정보, 예를 들면, 컨테이너가 리필된 횟수도 저장될 수 있다. 이러한 데이타는 리필의 최대 횟수를 초과하면 컨테이너를 폐기처분하는데 사용될 수 있다. 폐기처분된 컨테이너의 부정적인 리필을 막기 위해서, 컨테이너가 일단 폐기처분되면 상기 데이타가 덮어쓰기 또는 삭제될 수 없도록(예를 들면, 한 번만 기록할 수 있는 메모리를 사용함으로써) 상기 데이타가 저장될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교체 카트리지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 컨테이너인 교체 카트리지를 설치한 연속 잉크 제트 프린터의 일부분의 개략도이다.
도 3은 도 2에 표시된 A-A 단면선을 따라 도시된 교체 카트리지의 저장조에 대한 단면도로서, 도 3A는 액체가 채워져 있는 경우의 저장조를 나타내고 있고, 도 3B는 액체가 부분적으로 채워져 있는 경우의 저장조를 나타내고 있다. 그리고
도 4는 분배 포트의 외부에서 측정된 분배하는데 필요한 최소의 압력과 본 발명에 따른 교체 카트리지의 저장조의 내부 공간에 남아있는 잉크의 양 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 단지 예시로서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 특정 실시예를 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 컨테이너인 교체 카트리지(2)가 보호용 강성 챔버(8)로 둘러싸여 있는 저장조(1)와 함께 도시되어 있다. 강성 챔버(8)는 저장조(1)의 외측이 항상 대기압을 받도록 구멍을 구비하고 있다. 상기 저장조는 저장조의 내부 공간과 외측 사이에 구멍을 제공하는 포트(3)를 가지고 있다. 이 포트에는 격막(septum) 시일(4)이 설치되어 있다. 상기 저장조는 가장자리 벽(6)에 의해 외측 둘레부에서 연결된 2개의 대향하는 평행한 외면 벽(5)의 형태로 되어 있다. 전기적인 접속부(8a)를 구비한 집적 회로(7)의 형태로 된 전자적인 저장 장치가 보호용 강성 챔버의 일부분으로서 부착되어 있다.

도 2를 참고하면, 포트(3)의 격막 시일(4)이 프린터(9)의 유체밀봉 커넥터(10)에 부착된 상태로 교체 카트리지(2)가 프린터(9)에 부착되어 있다. 잉크(20)가 저장조의 내부 공간(1)을 채우고 있다. 중공 튜브(도시되어 있지 않음)가 격막 시일(4)을 뚫고 들어가서 저장조의 내부 공간(1)과 분배 도관(11) 사이의 유체 연결을 가능하게 한다. 전기적인 접속부(8a)에 의해 전자적인 저장 장치(7)가 프린터(9)의 접촉 패드(12)와 전기적으로 접속한다. 상기 접촉 패드(12)는 프린터(9)의 컨트롤 시스템(도시되어 있지 않음)과 전기적으로 연결된다. 압력 게이지(13)도, 펌프(14)와 마찬가지로 공급 도관과 유체 연통 상태로 있다. 펌프 출구 도관(15)은 잉크(21)를 담고 있는 잉크 탱크(16)로 잉크를 이송하고 탱크 비우기 도관(17)은 프린트 헤드 펌프(18)로 연결되어 있고, 프린트 헤드 펌프(18)의 출구는 프린트 헤드 공급 도관(19)으로 연결되어 있다.

사용시에, 펌프(14)는 공급 도관(11)의 압력이 저장조(1)의 내부 공간의 압력보다 작아질 때까지 공급 도관(11)의 압력을 감소시킨다. 이로 인해 액체(20)가 저장조(1)로부터 공급 도관(11)을 통하고, 펌프(14)를 통하고 그리고 출구 도관(15)을 통하여 분배되어 잉크 탱크(16) 내의 잉크(21)와 만난다. 압력 게이지(13)는 잉크(20)가 분배되는데 필요한 공급 도관(11) 내의 최소의 흡인 압력을 측정하여 이 측정값을 프린터(9)의 컨트롤 시스템(도시되어 있지 않음)으로 보낸다. 전자적인 저장 장치(7)로부터, 잉크를 분배하는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간(20)의 부피 사이의 관계에 관한 데이타가 접촉 패드(12) 및 전자적인 저장 장치(7)의 전기적인 접속부(8a)를 통하여 컨트롤 시스템(도시되어 있지 않음)에 의해 판독된다.

상기 컨트롤 시스템은 저장조(1)의 내부 공간에 남아 있는 잉크(20)의 양을 산출하여 디스플레이 수단(도시되어 있지 않음)에 나타내기 위해서 압력 게이지(13)에 의해 측정된 최소의 흡인 압력 및 전자적인 저장 장치(7)로부터 판독된 잉크를 분배하는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간(20)의 부피 사이의 상기 관계를 이용한다.

도 3을 참고하면, 도 2에 표시된 A-A 라인을 따라 저장조(1)에 대한 단면도가 도시되어 있다. 도 3A는 저장조(1)가 잉크(20)로 가득 차 있고 저장조(1)의 내부 공간의 압력이 주위의 대기압과 동일한 경우의 저장조의 단면을 나타내고 있다. 도 3B에서는, 저장조의 내부 공간의 압력이 저장조로부터 잉크가 제거된 만큼 감소되어 있다. 평형상태를 제공하기 위해서, 외면 벽(5) 및 가장자리 벽(6)이 저장조의 외측으로 오목하게 되어 있으며 장력을 받고 있고, 만곡된 벽에서의 장력으로부터 발생되는 힘이 저장조의 내부 공간과 저장조의 외측(대기압하에 있음) 사이의 압력 차이를 상쇄시킨다.

도 4의 그래프는 상기한 종류의 카트리지의 내부 압력 및 카트리지 내의 액체의 부피 사이의 관계를 나타낸다. 최소의 압력이 Bar 단위로 진공 레벨로서 표현되어 있는데, 예를 들면, -0.4의 진공 레벨은, 상기 포트 및 내부 공간에서의 약 0.6 Bar에 해당하는 1 Bar의 대기압보다 낮은 0.4 Bar의 압력에 해당한다. 상기 그래프는 상기한 바와 같은 동일한 사양(specification)으로 제작된 3개의 상이한 카트리지 B4, 카트리지 B5 및 카트리지 B6에 대해 표시되어 있다.

카트리지가 거의 비워진 때에는 부피가 감소함에 따라 압력의 감소(곡선의 기울기)가 급격하게 변화되는 것을 알 수 있다. 또한 남아 있는 잉크의 양이 감소함에 따라 압력이 대체로 단조 감소하는 것도 알 수 있다. 카트리지 B4는 일정 부피에서 압력이 약간 증가하는 것을 보여주지만, 전체적인 경향은 대기압으로부터 압력 감소의 크기가 단조 증가함에 따라 압력이 단조 감소하는 것이다.

청구항에 기재되어 있는 본 발명의 기술영역으로부터 벗어나지 않고 상기 실시예에 대해 다양한 수정이 가해질 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들면, 교체 카트리지 내의 액체는 잉크가 아니라 용매로 될 수 있거나, 격막 시일 대신에 밸브 장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 잉크를 분배하는데 필요한 최소의 흡인 압력과 내부 공간(20)의 부피 사이의 관계에 관한 데이타는 교체 카트리지의 일부분을 형성하는 전자적인 저장 장치로부터 판독되기 보다는 컨트롤 시스템에 저장될 수 있다.

기술되고 도시된 실시예는 표현된 대로 제한되는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되며, 단지 바람직한 실시예가 기술되고 도시되어 있을 뿐이며 청구항에 한정되어 있는 본 발명의 기술영역 내에 포함되는 모든 변형 및 수정사항도 보호된다. 본 명세서에서 "바람직하다", "바람직하게는", "바람직한" 또는 "보다 바람직한" 과 같은 용어의 사용은 기술된 특징이 바람직할 수 있다는 것을 의미하지만, 그럼에도 불구하고 상기 특징이 필수적인 것은 아닐 수 있으며 상기 특징이 결여된 실시예가 첨부된 청구항에 기재된 본 발명의 기술영역 내에 포함될 수 있다. 청구항과 관련하여, "하나의," "적어도 하나의" 또는 "적어도 하나의 부분" 과 같은 용어가 어떤 특징의 서두에 사용되는 경우, 청구항에 이와 반하는 사항이 명시적으로 기재되어 있는 않다면 상기와 같은 특징을 단지 하나로 청구항을 제한할 의사가 있는 것은 아니다. "적어도 일부분" 및/또는 "일부분" 이라는 표현이 사용되는 경우, 청구항에 이와 반하는 사항이 명시적으로 기재되어 있지 않다면 당해 물품은 일부분 및/또는 전체 물품을 포함할 수 있다.

Claims (16)

1. 액체를 저장하기 위한 가변 부피를 가지고 있는 내부 공간을 둘러싸는 벽을 가진 저장조 및 상기 액체를 분배하기 위한 포트를 포함하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너로서,
   상기 저장조는 내부 공간의 압력의 감소를 지탱하도록 구성되어 액체가 분배될 때 내부 공간과 주위 대기 사이의 평형 압력 차이의 크기가 대체로 단조 증가하고,
   상기 포트는 포트의 외부에서의 흡인 압력이 내부 공간의 평형 압력보다 작을 때 액체가 분배되도록 구성되어 있고, 그리고
   상기 포트는 액체가 분배될 때 저장조 외측으로부터 내부 공간으로 공기가 들어오는 것을 방지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 저장 및 분배를 위한 컨테이너.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨테이너는 프린터와 함께 사용하기 위한 잉크 또는 용매를 저장하고 분배하는 교체가능한 컨테이너인 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저장조는 강성 프레임구조 및 하나 이상의 탄성적으로 변형가능한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 강성 프레임구조는 벽을 연결하는 가장자리에 의해 형성되고 적어도 하나의 벽은 탄성적으로 변형가능한 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 벽은 유사한 형상의 2개의 대향하는 평행한 외면 벽을 포함하는 박스 형상의 저장조를 형성하고, 상기 유사한 형상의 2개의 대향하는 평행한 외면 벽은 그 외주부에서 대향하는 평행한 외면 벽에 대해 대체로 수직인 폭을 가지고 있는 가장자리 벽에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 가장자리 벽은 대향하는 평행한 외면 벽의 가장 작은 폭의 30%보다 작은 폭을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 벽은 고밀도 폴리에틴렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 저장조 및 포트는 블로 몰딩 물품인 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자적인 데이타 저장 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너.
10. 펌프 수단 및 탈착가능하게 부착된 컨테이너를 가지고 있는 잉크 제트 프린터로서,
    상기 컨테이너는 컨테이너의 저장조의 내부 공간의 부피를 대체로 채우는 양의 액체를 포함하고 있으며 유체밀봉 연결에 의해 잉크 제트 프린터의 펌프 수단의 입구에 연결된 저장조의 포트를 가지고 있고,
    상기 펌프 수단은 저장조의 포트의 외축에서 흡인 압력을 제공하도록 구성되어 있고,
    상기 잉크 제트 프린터는 상기 흡인 압력을 측정하는 압력 측정 수단 및 상기 압력 측정 수단에 의해 측정된 최소의 액체 흡인 압력으로부터 컨테이너의 저장조의 내부 공간 내의 액체의 양을 결정하는 컨트롤 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린터.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 잉크 제트 프린터는 연속 잉크 제트 프린터인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린터.
12. 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법으로서,
    i) 액체를 저장하기 위한 가변 부피를 가지고 있는 내부 공간을 둘러싸는 벽을 가진 저장조 및 상기 액체를 분배하기 위한 포트를 포함하는 액체를 저장하고 분배하는 컨테이너를 제공하는 단계;
    ii) 상기 포트를 유체밀봉 연결에 의해 프린터의 펌프 수단의 입구에 연결시키는 단계;
    iii) 상기 포트의 외부에서 흡인 압력을 제공하기 위해 상기 펌프 수단을 작동시키는 단계;
    iv) 상기 포트를 통하여 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력을 측정하는 단계; 및
    v) 측정된 최소의 흡인 압력으로부터 액체의 양을 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 저장조는 내부 공간의 압력의 감소를 지탱하도록 구성되어 액체가 분배될 때 내부 공간과 주위 대기 사이의 평형 압력 차이의 크기가 대체로 단조 증가하고,
    상기 포트는 포트의 외부에서의 흡인 압력이 내부 공간의 평형 압력보다 작을 때 액체가 분배되도록 구성되어 있고, 그리고
    상기 포트는 액체가 분배될 때 저장조 외측으로부터 내부 공간으로 공기가 들어오는 것을 방지하도록 구성되어 있고,
    상기 컨테이너는 상기 내부 공간의 부피를 대체로 채우는 양의 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 액체의 양은 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 상기 내부 공간의 부피 사이의 알려진 관계로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법.
15. 제 12 항, 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 컨테이너는 전자적인 데이타 저장 수단을 포함하고 있고 측정된 액체의 양은 상기 전자적인 데이타 저장 수단에 기록되어, 전자적인 데이타 저장 수단을 판독함으로써 컨테이너 내에 남아있는 액체의 양을 모니터할 수 있는 것을 특징으로 하는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법.
16. 제 12 항, 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 컨테이너는 액체를 분배시키는데 필요한 최소의 흡인 압력과 컨테이너의 내부 공간의 부피 사이의 관계를 저장하는 전자적인 데이타 저장 수단를 포함하고 있어서, 상기 관계는 상기 전자적인 데이타 저장 수단으로부터 판독될 수 있는 것을 특징으로 하는 컨테이너 내의 액체의 양을 측정하는 방법.
    

Images