KR20100101181A - 재생잉크와 압력균등 상류 및 하류잉크라인을 갖는 프린터 - Google Patents

재생잉크와 압력균등 상류 및 하류잉크라인을 갖는 프린터 Download PDF

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켄트 벤자민 콴
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크리스토퍼 히바드
키아 실버브룩
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실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
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Abstract

프린터는 프린트헤드 및 프린트헤드에 대해 미리 정해진 제1 레벨로 잉크를 수용하는 압력조절챔버를 포함한다. 챔버는 출구포트, 챔버의 기저(基底)에 위치된 복귀포트, 복귀포트로부터 뻗어 있고 잉크의 제1 레벨 위에 위치된 스노클 출구에서 종결되는 스노클, 및 대기에 개방된 에어 벤트를 포함한다. 상류잉크라인은 출구포트와 프린트헤드의 잉크 입구와 상호 연결된다. 하류잉크라인은 복귀포트와 프린트헤드의 잉크 출구와 상호 연결된다. 하류잉크라인은 잉크의 제1 레벨 아래에 섹션 루핑을 갖는다. 인쇄 구성시에, 스노클 내의 잉크의 제2 레벨은 챔버 내의 잉크의 제1 레벨과 같다.

Description

재생잉크와 압력균등 상류 및 하류잉크라인을 갖는 프린터{PRINTER HAVING RECYCLING INK AND PRESSURE-EQUALIZED UPSTREAM AND DOWNSTREAM INK LINES}
본 발명은 프린터, 특히 잉크젯 프린터에 관한 것이다. 이 프린터는 주로 정상적인 인쇄(normal printing) 중에 유체 정역학적인 잉크압(hydrostatic ink pressure)을 제어하면서 프린터헤드 교체를 위한 프라이밍(priming) 및 디프라이밍(depriming)을 가능케 하는 유체시스템을 제공하기 위해 개발되었다.
본 출원인은 전통적인 왕복식 프린트헤드 설계 대신에 페이지폭 프린트헤드를 채용하는 다양한 프린터를 개발하여 왔다. 프린트헤드가 이미지의 선을 넣기 위해 페이지를 가로질러 전후로 횡단하지 않기 때문에 페이지폭 설계는 인쇄속도를 증가시킨다. 페이지폭 프린트헤드는, 매체가 고속으로 지나감에 따라 그 매체 상에 잉크를 간단히 침적시킨다. 이러한 프린트헤드는 분당 60페이지 부근의 속도, 즉 종래의 잉크젯 프린터로는 이전에 달성할 수 없는 속도로 풀 컬러(full color)의 1600dpi 인쇄를 실행할 수 있도록 하였다.
이러한 속도에서의 인쇄는 잉크를 급속도로 소모시키고, 이는 프린터헤드에 충분한 잉크를 공급하는데 문제를 야기시킨다. 유량이 더 많을 뿐만 아니라 페이지폭 프린트헤드의 전체 길이를 따라 잉크를 분배하는 것도 비교적 소형의 왕복식 프린트헤드에 잉크를 공급하는 것보다 더 복잡하다. 특히, 프린트헤드 플러딩(printhead flooding)을 막기 위해서 유체 정역학적인 잉크압은 주의깊은 제어가 요구된다. 본 출원인은 이전에, 페이지폭 프린트헤드를 위한 잉크공급시스템에서 유체 정역학적인 잉크압의 제어를 위한 수단을 공개한 바 있다(2007년2월21일자로 출원된 미국출원 제11/677,049호, 및 2007년10월16일자로 출원된 미국출원 제11/872,714호를 참조, 이 문헌들의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 편입된다).
부가적으로, 고속의 A4 사이즈 페이지폭 프린터들에 대한 본 출원인의 설계에는 프린트헤드를 포함한 프린트헤드 카트리지의 정기적인 교체가 요구된다. 프린트헤드 카트리지를 교체하기 위해서는, 프린트헤드를 디프라임하고, 프린터로부터 프린트헤드를 제거하며, 새로운 대체 프린트헤드로 교체한 다음, 일단 프린터에 설치된 대체 프린트헤드를 프라이밍할 필요가 있다. 그러므로, 잉크공급시스템은 프라이밍 및 디프라이밍 작동을 효율적이고 바람직하며, 잉크소모를 최소화하면서 실행할 수 있어야 한다.
제1 형태에서, 본 발명은
잉크 입구와 잉크 출구를 갖는 프린트헤드;
상기 프린트헤드에 대하여 미리 정해진 제1 레벨로 잉크를 수용하는 압력조절챔버(pressure-regulating chamber)로서, 출구포트(outlet port); 압력조절챔버의 기저(基底, base)에 위치된 복귀포트(return port); 상기 복귀포트로부터 뻗어 있고 잉크의 상기 제1 레벨 위에 위치된 스노클 출구(snorkel outlet)에서 종결되는 스노클; 및 대기(atmosphere)에 개방되어 있되, 상기 잉크 위의 헤드스페이스(headspace)와 연통되는 에어 벤트(air vent); 를 포함하는 압력조절챔버;
상기 출구포트 및 상기 잉크 입구와 상호 연결되는 상류잉크라인(upstream ink line); 및
상기 복귀포트와 상기 잉크 출구와 상호 연결되어 있되, 잉크의 상기 제1 레벨 아래에 섹션 루핑(section looping)을 갖는 하류잉크라인(downstream ink line); 을 포함하고,
인쇄 구성(printing configuration)시에, 상기 스노클 내의 잉크의 제2 레벨이 상기 챔버 내의 잉크의 제1 레벨과 같은 프린터를 제공한다.
선택적으로, 상기 프린터는 상기 챔버 내에서 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 수단을 포함하고, 상기 미리 정해진 잉크의 제1 레벨은, 상기 잉크 입구에 공급된 잉크의 유체 정역학적 압력(hydrostatic pressure)을 제어하는 프린터이다.
선택적으로, 상기 유체 정역학적 압력은, 대기압에 대하여,
Figure pct00001
로 정의되고, 여기서
Figure pct00002
은 잉크의 밀도이고, g는 중력으로 인한 가속도이며, h는 프린트헤드와 관련해서 미리 정해진 잉크의 제1 레벨의 높이이다.
선택적으로, 상기 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 수단은 상기 압력조절챔버에 포함된 플로트밸브(float valve)와 협력하는 잉크저장조(ink reservoir)를 포함한다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는:
피벗부(pivot) 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암(arm);
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재(float); 및
상기 아암에 부착되고, 밸브 시트(valve seat)의 폐쇄를 위한 밸브 헤드(valve head)를 갖는 밸브 스템(valve stem)을 포함하고,
상기 밸브 시트가 상기 압력조절챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 프린터는 상기 입구포트와 유체 연통(fluid communication)하는 잉크 저장조를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는 상기 입구포트에서의 양의(positive) 잉크압력에 의해 폐쇄위치(closed position)쪽으로 편향되고, 상기 양의 잉크압력이 상기 챔버보다 위에 위치된 상기 잉크 저장조에 의해 형성된다.
선택적으로, 프린터는 프린트헤드 프라이밍 시스템을 더 포함한다.
선택적으로, 상기 프라이밍 시스템은 상기 하류잉크라인에 위치된 잉크펌프를 포함한다.
선택적으로, 상기 펌프는 연동 펌프(peristaltic pump)이다.
선택적으로, 프라이밍 구성에서, 상기 프린트헤드를 프라이밍 하기 위해 상기 펌프는 잉크를 상기 출구포트로부터 상기 복귀포트쪽으로 펌핑한다.
선택적으로, 상기 펌프는 가역펌프(reversible pump)이다.
선택적으로, 디프라이밍 구성에서, 상기 프린트헤드를 디프라이밍하기 위해, 상기 펌프는 잉크를 상기 복귀포트로부터 상기 출구포트쪽으로 펌핑한다.
선택적으로, 상기 하류잉크라인은 상기 어느 한쪽에 위치된 인라인 필터(inline filter)들을 포함한다.
선택적으로, 프린터는 상기 하류잉크라인과 연통하는 제1 에어 어큐뮬레이터(air accumulator)를 포함하고, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터(air accumulator)는 잉크 압력펄스들을 감쇠(dampening)하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 프린트헤드 내의 잉크채널(ink channel)들과 연통하는 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터를 포함하고, 상기 제2 에어 어큐뮬레이터들은 잉크 압력펄스들을 감쇠하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터들은 상대적으로 높은 진동수의 압력펄스들을 감쇠하도록 구성되고, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터는 상대적으로 낮은 진동수의 압력펄스들을 감쇠하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터는, 상기 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터의 각각의 체적보다 더 큰 체적을 갖는다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 상기 프린터에서 제거가능하고 교체가능하다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 입구 커플링(coupling) 및 출구 커플링을 포함하고, 상기 입구 커플링은 상보적인(complementary) 상류잉크라인 커플링에 분리가능하게(detachably) 연결되고, 상기 출구 커플링은 상보적인 하류잉크라인 커플링에 분리가능하게 연결된다.
제2 형태에서, 본 발명은 그속에 담겨진 잉크가 프린트헤드와 관련되어 미리 정해진 제1 레벨에서 유지되도록 하는 압력조절챔버를 제공하며, 상기 챔버는:
잉크공급라인을 통해 잉크저장조로 연결하는 입구포트;
상류잉크라인을 통해 프린트헤드의 잉크입구로 연결하는 출구포트;
하류잉크라인을 통해 프린터헤드의 잉크출구로 연결하는 복귀포트;
상기 복귀포트로부터 뻗고, 상기 잉크의 제1 레벨보다 위에 위치된 스노클출구에서 종결되는 스노클;
대기에 개방되고, 상기 잉크보다 위에서 헤드스페이스와 연통하는 에어 벤트; 및
상기 입구포트로의 잉크의 흐름을 제어함으로써 상기 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 플로트밸브로 이루어진다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는:
피벗부의 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암;
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재; 및
상기 아암에 부착되고, 밸브시트 폐쇄용의 밸브헤드를 갖는 밸브 스템으로 이루어지고,
상기 밸브시트가 상기 압력조절챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 상기 밸브헤드는 밸브시트 폐쇄용의 우산형 캡(umbrella cap)으로 이루어진다.
선택적으로, 상기 챔버의 기저부의 외표면(outer surface)은 상기 밸브시트로 이루어진다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는, 상기 밸브 스템의 하향이동(downward movement)이 상기 밸브시트로부터 상기 우산형 캡을 떨어져 나가게(unseat) 하도록 설정된다.
선택적으로, 상기 입구포트에서의 양압의 잉크압은 상기 우산형 캡이 상기 밸브시트에 대해 반발하도록 작용한다(urge against).
선택적으로, 양압의 잉크압은 잉크 저장조가 상기 챔버보다 위에 위치되고 상기 입구포트와 유체연통함으로써 형성된다.
선택적으로, 상기 밸브 스템이 상기 피벗부와 상기 플로트부재 사이에 위치된다.
선택적으로, 상기 입구포트와 상기 출구포트가 상기 챔버의 기저부 쪽에 위치된다.
선택적으로, 상기 복귀포트가 상기 챔버의 기저부에 위치된다.
선택적으로, 상기 에어 벤트가 잉크를 통과시키기 않고(impervious), 공기 투과성 멤브레인(air-permeable membrane)으로 이루어진다.
선택적으로, 압력조절 챔버는 루프 캐비티(roof cavity)로 이루어지며, 상기 스노클은 상기 루프 캐비티 내에 위치된 스노클 출구를 갖는다.
선택적으로, 상기 복귀포트는 인라인 잉크필터로 이루어진다.
제3 형태에서, 본 발명은:
잉크 입구 및 잉크 출구를 갖는 프린트헤드;
상기 프린트헤드에 잉크를 공급하고, 출구포트를 갖는 잉크챔버;
상기 출구포트 및 상기 잉크입구를 상호 연결하는 상류잉크라인;
상기 잉크출구에 연결된 하류잉크라인; 및
상기 하류잉크라인과 연통하고, 인쇄 중에 상기 프린트헤드에서의 잉크압 펄스들을 감쇠하도록 구성된 제1 에어 어큐뮬레이터로 이루어지는 프린터를 제공한다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 프린트헤드 내의 잉크채널들과 연통하는 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터를 포함하고, 상기 제2 에어 어큐뮬레이터는 인쇄 중에 상기 프린트헤드 내의 잉크압 펄스를 감쇠하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터가 상대적으로 높은 주파수의 압력펄스들을 감쇠하도록 구성되고, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터가 상대적으로 낮은 주파수의 압력펄스들을 감쇠하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터는 상기 하나 또는 그 이상의 제2 에어 어큐뮬레이터의 각각의 체적보다 더 많은 체적을 갖는다.
선택적으로, 상기 하류잉크라인은 상기 프린트헤드를 프라이밍 및/또는 디프라이밍하기 위한 인라인 잉크펌프를 포함한다.
선택적으로, 상기 제1 에어 어큐뮬레이터는 상기 잉크출구 및 상기 펌프 사이에 위치된다.
선택적으로, 상기 펌프는 가역적이고 연동형인(peristaltic) 펌프이다.
선택적으로, 상기 하류잉크라인은 상기 펌프의 어느 일측에 위치된 인라인 필터들을 포함한다.
선택적으로, 상기 하류잉크라인은 상기 잉크출구와, 상기 챔버 안으로 잉크를 재순환하기 위한 상기 챔버 내의 복귀포트를 상호 연결한다.
선택적으로, 상기 챔버는, 상기 복귀포트로부터 상기 챔버 내의 잉크 레벨보다 위로 뻗는 스노클을 포함한다.
선택적으로, 상기 챔버는 대기로 개방된 에어 벤트를 포함하고, 상기 에어 벤트는, 상기 상류 및 하류잉크라인 내의 유체 정역학적인 압력을 균등화하기 위해, 상기 잉크 위의 헤드스페이스와 연통한다.
선택적으로, 상기 챔버는 상기 프린트헤드에 공급된 잉크의 유체 정역학적인 압력을 제어하기 위한 압력조절챔버이다.
선택적으로, 상기 챔버는, 상기 프린트헤드와 연관되어 상기 챔버 내에서 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 수단을 포함한다.
선택적으로, 상기 유체 정역학적 압력은, 대기압과 연관해서,
Figure pct00003
로 정의되고, 여기서
Figure pct00004
은 잉크의 밀도이고, g는 중력으로 인한 가속도이며, h는 프린트헤드와 연관되어 미리 정해진 잉크의 제1 레벨의 높이이다.
선택적으로, 상기 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 상기 수단은 상기 압력조절 챔버에 내장된 플로트밸브와 협력하는 잉크 저장조를 포함한다.
선택적으로, 상기 플로트 밸브는:
피벗부의 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암;
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재; 및
상기 아암에 부착되고, 밸브시트의 폐쇄를 위한 밸브헤드를 갖는 밸브 스템으로 이루어지며,
상기 밸브 시트는 상기 압력조절챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 상기 압력조절챔버의 상기 입구포트 및 상기 출구포트는 상기 챔버의 기저부 쪽에 위치된다.
선택적으로, 프린터는 상기 입구포트와 유체연통하는 잉크 저장조를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 상기 프린터 내에서 제거가능하게 교체가능하다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 입구 커플링 및 출구 커플링을 포함하며, 상기 입구 커플링이 상보적인 상류잉크라인 커플링에 분리가능하게 연결되고, 상기 출구 커플링이 상보적인 하류잉크라인 커플링에 분리가능하게 연결된다.
제4 형태에서, 본 발명은 프린트헤드의 프라이밍 방법을 제공하며, 그 방법은:
(i) 다수의 잉크분사노즐들, 잉크입구 및 잉크출구를 갖는 프린트헤드를 제공하는 단계;
(ii) 상류잉크라인을 통해 상기 잉크입구에 연결되는 출구포트를 갖고, 밸브에 의해 제어되는 입구포트를 갖는 잉크챔버를 제공하는 단계;
(iii) 상기 잉크챔버로부터, 상기 프린트헤드를 통해, 상기 잉크출구가 연결된 하류잉크라인으로 잉크를 펌핑함에 의해 상기 프린트헤드를 프라이밍하는 단계;
(iv) 상기 챔버의 잉크 레벨이 미리 정해진 제1 레벨보다 아래로 떨어지면 상기 밸브를 열고, 밸브가 열렸을 때 잉크 저장조로부터 잉크를 보충하는 단계로 이루어진다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 페이지폭 잉크젯 프린트헤드이다.
선택적으로, 상기 밸브는 상기 챔버에 위치된 플로트밸브이다.
선택적으로, 상기 밸브는, 상기 챔버 내의 플로트부재가 상기 미리 정해진 제1 레벨보다 아래로 떨어졌을 때 개방된다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는:
피벗부의 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암;
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재; 및
상기 아암에 부착되고, 밸브시트를 패쇄하는 밸브헤드를 갖는 밸브 스템으로 이루어지고,
상기 밸브시트는 상기 챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 상기 챔버는 대기에 개방되고, 상기 잉크 위로 헤드스페이스와 연통되는 에어 벤트를 포함한다.
선택적으로, 상기 펌핑은 인라인 잉크펌프에 의한다.
선택적으로, 상기 잉크펌프가 상기 하류잉크라인에 위치된다.
선택적으로, 상기 잉크펌프가 연동형 펌프이다.
선택적으로, 상기 펌프는 가역적이다.
선택적으로, 잉크는 프라이밍 중에 상기 하류잉크라인으로부터 상기 챔버로 역으로 재순환된다.
선택적으로, 상기 챔버는 상기 하류잉크라인에 연결된 복귀포트를 포함하고, 상기 복귀포트로부터 상기 챔버 내의 잉크 위로 스노클이 뻗는다.
선택적으로, 상기 잉크는 상기 챔버로 역으로 재순환되기 전에 필터링된다.
선택적으로, 잉크는 중력작용하에서 상기 잉크 저장조로부터 상기 잉크챔버로 배출된다(drain).
선택적으로, 상기 잉크챔버는 통상적인 인쇄 중에 압력조절챔버로 기능하고, 상기 챔버는 상기 프린트헤드에 공급된 잉크의 유체 정역학적인 압력을 제어한다.
선택적으로, 상기 프라이밍 및 상기 잉크의 보충은 동시에(concomitantly) 일어난다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는:
상기 잉크입구 및 상기 잉크출구를 갖는 잉크분배 매니폴드(ink distribution manifold); 및
상기 매니폴드에 장착되고 그 각각은 복수의 노즐을 포함하는 하나 또는 그 이상의 프린트헤드로 이루어진다.
선택적으로, 상기 프라이밍은 상기 매니폴드를 잉크로 채우고, 모세관 작용(capillary action)에 의해 상기 프린트헤드 집적회로들을 프라이밍하는 것으로 이루어진다.
제5 형태에서, 프린트헤드의 디프라이밍 방법을 제공하는데, 상기 방법은:
(i) 잉크분사를 위한 복수의 노즐들, 잉크입구 및 잉크출구를 갖는 프린트헤드를 제공하는 단계;
(ii) 상류잉크라인을 통해 상기 잉크입구에 연결된 출구포트를 갖고, 밸브에 의해 제어되는 입구포트를 갖는 잉크챔버를 제공하는 단계;
(iii) 잉크를 상기 잉크출구에 연결된 하류잉크라인으로부터, 상기 프린트헤드를 통해, 상기 잉크챔버로 펌핑함으로써 상기 프린트헤드를 디프라이밍하는 단계;
(iv) 상기 챔버 내의 잉크 레벨이 미리 정해진 제1 레벨에 도달했을 때 상기 밸브를 폐쇄하고, 이에 의해 상기 입구포트와 유체연통하는 잉크 저장조로부터 상기 잉크챔버를 분리하는 단계로 이루어진다.
선택적으로, 상기 프린트헤드는 페이지폭 잉크젯 프린트헤드이다.
선택적으로, 상기 밸브는 상기 챔버에 위치된 플로트밸브이다.
선택적으로, 상기 챔버의 플로트부재가 상기 미리 정해진 제1 레벨에 도달했을 때 상기 밸브가 폐쇄된다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는:
피벗부의 둘레에 피벗 가능하게 장착되는 아암;
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재; 및
상기 아암에 부착되고, 밸브시트를 페쇄하는 밸브헤드를 갖는 밸브 스템으로 이루어지고,
상기 밸브시트가 상기 챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 상기 챔버는 대기에 개방되고, 상기 잉크 위의 헤드스페이스와 연통하는 에어 벤트를 포함한다.
선택적으로, 상기 펌핑은 인라인 잉크펌프에 의한다.
선택적으로, 상기 잉크펌프는 상기 하류잉크라인에 위치된다.
선택적으로, 상기 잉크펌프는 연동형 펌프이다.
선택적으로, 상기 펌프는 가역적이다.
선택적으로, 상기 챔버는 상기 하류잉크라인에 연결된 복귀포트, 그리고 상기 복귀포트로부터 상기 챔버 내의 잉크 위로 뻗는 스노클을 포함한다.
선택적으로, 상기 하류잉크라인은 상기 펌프의 어느 일측에 위치된 인라인 필터들을 포함한다.
선택적으로, 상기 잉크챔버는 통상적인 인쇄중에 압력조절챔버로 기능하고, 상기 챔버는 상기 프린트헤드에 공급된 잉크의 유체 정역학적인 압력을 제어한다.
선택적으로, 상기 밸브는 적어도 상기 디프라이밍이 계속되는 동안 폐쇄되도록 구성된다.
선택적으로, 상기 방법은:
(v) 상기 디프라이밍된 프린트헤드를 제거하는 단계; 및
(vi) 상기 디프라이밍된 프린트헤드를 대체 프린트헤드(replacement printhead)로 교체하는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은:
(vii) 잉크를 상기 잉크챔버로부터, 상기 프린트헤드를 통해, 상기 하류잉크라인으로 펌핑함으로써 상기 대체 프린트헤드를 프라이밍하는 단계를 더 포함한다.
제6 형태에서, 본 발명은 그 속에 수용된 잉크가 프린트헤드와 연관해서 미리 정해진 제1 레벨로 유지되도록 하는 압력조절챔버를 제공하며, 상기 챔버는:
잉크 공급라인을 통해 잉크 저장조에 연결되는 입구포트;
상류잉크라인을 통해 프린트헤드의 잉크입구에 연결되는 출구포트;
대기에 개방되고, 상기 잉크 위의 헤드스페이스와 연통하는 에어 벤트; 및
상기 입구포트로의 잉크의 흐름을 제어함으로써 상기 미리 정해진 잉크의 제1 레벨을 유지하는 플로트밸브로 이루어지고, 상기 플로트밸브가 상기 입구포트에서 양압의 잉크압력에 의해 폐쇄 위치쪽으로 편향된다(biase).
선택적으로, 상기 플로트밸브는:
피벗부의 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암;
상기 아암의 일단에 장착된 플로트부재; 및
상기 아암에 부착되고, 밸브시트를 폐쇄하는 밸브헤드를 갖는 밸브 스템으로 이루어지고,
상기 밸브시트가 상기 압력조절챔버의 입구포트에 위치된다.
선택적으로, 상기 밸브헤드는 밸브시트를 패쇄하는 우산형 씰링 캡을 포함한다.
선택적으로, 상기 챔버의 기저부의 외표면은 상기 밸브시트를 포함한다.
선택적으로, 상기 플로트밸브는, 상기 기저부쪽으로의 상기 밸브 스템의 하향이동이 상기 밸브시트로부터 상기 우산형 캡을 떨어져 나가게(unseat) 하도록 설정된다.
선택적으로, 상기 입구포트에서의 상기 양압의 잉크압은, 상기 우산형 캡이 상기 밸브시트에 대해 반발하도록 작용한다(urge against).
선택적으로, 양압의 잉크압이 상기 챔버보다 위에 위치된 상기 잉크 저장조에 의해 형성된다.
선택적으로, 상기 밸브 스템은 상기 피벗부와 상기 플로트부재 사이에 위치된다.
선택적으로, 상기 입구포트 및 상기 출구포트가 상기 챔버의 기저부에 위치된다.
선택적으로, 압력조절챔버는 상기 챔버의 기저부에 위치된 복귀포트를 포함한다.
선택적으로, 압력조절챔버는 상기 복귀포트로부터 뻗고 상기 잉크의 제1 레벨 위에 위치된 스노클 출구에서 종결되는 스노클을 포함한다.
선택적으로, 압력조절챔버는 루프 캐비티를 포함하고, 상기 스노클은 상기 루프 캐비티에 위치된 스노클 출구를 갖는다.
선택적으로, 상기 에어 벤트는 공기 투과성 멤브레인으로 이루어지고, 잉크를 통과시키지 않는다.
선택적으로, 상기 복귀포트는 인라인 잉크필터로 이루어진다.
도 1은 프린터의 프린트엔진에 장착된 프린트헤드 카트리지를 나타내고;
도 2는 입구 및 출구 잉크매니폴드가 노출되도록 설치된 프린트헤드 카트리지가 없는 상태의 프린트엔진을 나타내며;
도 3은 완성된 프린트헤드 카트리지를 나타내는 사시도이고;
도 4는 도 3에서 보호커버가 제거된 프린트헤드 카트리지를 나타내며;
도 5는 도 3에 도시된 프린트헤드 카트리지의 전개 사시도이고;
도 6은 도 3에 도시된 프린트헤드 카트리지의 일부를 형성하는 프린트헤드의 전개 사시도이며;
도 7은 본 발명에 의한 유체시스템의 전개도이고;
도 8(a)는 폐쇄위치에서의 밸브기구를 나타내며;
도 8(b)는 개방위치에 있는 도 8(a)의 밸브기구를 나타낸다.
프린트엔진 및 프린트헤드 카트리지의 개요
도 1은 프린트엔진(3)에 장착된 프린트헤드 카트리지(2)를 나타낸다. 프린트엔진(3)은 프린터의 기계적 심장으로서, 다양하고 상이한 외부 케이싱 형상, 잉크탱크의 위치 및 용량 뿐만 아니라 매체의 공급 및 수집 트레이(media feed and collection tray)들을 갖는다. 프린트헤드 카트리지(2)는 프린트엔진(3)으로의 삽입과 제거가 가능한데, 이것이 정기적인 교체를 가능하게 한다. 프린트헤드 카트리지(2)를 제거하기 위해, 사용자는 래치(latch, 27)를 들어올리고, 프린트엔진(3)으로부터 카트리지를 빼내든다. 도 2는 프린트헤드 카트리지(2)가 제거된 프린트엔진(3)을 나타낸다.
프린트헤드 카트리지(2)를 프린트엔진(3)에 끼워넣으면, 카트리지와 프린트엔진 사이에는 전기적 및 유체적 연결이 이루어진다. 프린트헤드 카트리지(2) 상의 접점부(contact, 33)들은(도 4 참조) 프린트엔진(3) 상의 상보적인 접점부(도시 안함)와 결합한다. 또한, 프린트헤드 카트리지(2) 상의 잉크입구 매니폴드(48) 및 잉크출구 매니폴드(50)는 프린트엔진(3) 상의 상보적인 소켓(socket, 20)과 짝을 이룬다. 잉크입구 매니폴드 커플링(48)은 프린트헤드 카트리지(2)를 위한 복수의 잉크입구를 제공하는데, 그 각각은 상이한 컬러채널에 대응한다. 마찬가지로, 잉크입구 매니폴드 커플링(50)은 프린트헤드 카트리지(2)를 위한 복수의 잉크출구들 제공하는데, 각각은 상이한 컬러채널에 대응한다. 이하에 더 상술되는 바와 같이, 본 발명의 유체 시스템은, 프린트헤드의 프라이밍 및 디프라이밍을 달성하기 위해, 통상적으로 잉크가 프린트헤드 카트리지(2)를 통해, 잉크입구로부터 잉크출구로 유동됨이 요구된다.
도 2를 다시 참조하면, 프린트헤드 카트리지(2)가 제거되면서, 각 소켓(20)들에서 구멍(aperture, 22)들이 드러난다. 각 구멍(22)은 제각기 입구 매니폴드(48) 및 출구 매니폴드(50) 상의 상보적인 돌기(spout, 52, 54)를 수용한다(도 5 참조).
잉크는 압력조절챔버(106)로부터 입구 소켓(20B)의 후방으로 공급되는데, 항상 프린트엔진(3)의 기저부 쪽에 장착된다(도 19 참조). 압력조절챔버들은 프린트엔진(3) 상의 다른 곳에 장착된 잉크탱크(128)들로부터 중력작용에 의해 잉크를 수용한다.
잉크는 출구 소켓(20A)의 후방으로부터 빠져나와, 도관(conduit)들을 거쳐 버블버스팅박스로 이어진다(도 2에서 도시 안함). 유체 시스템 및 그 구성요소들의 상세는 이하에 더 구체적으로 기술된다.
도 3은 프린트엔진(3)으로부터 제거된 완성된 프린트헤드 카트리지(2)의 사시도이다. 프린트헤드 카트리지(2)는 상부 성형체(top molding, 44) 및 제거가능한 보호커버(42)를 갖는다. 상부 성형체(44)는 구조적인 강성도(stiffness)와, 삽입 및 제거 중의 카트리지를 조작하기 위해 질감있는(textured) 그립면(grip surface, 58)들을 제공하기 위한 중앙 물갈퀴부(central web)를 갖는다. 보호커버(42)의 기저부(base portion)는 프린터 내로의 설치에 앞서 프린트헤드IC(30)들과 접점부(33)들의 라인을 보호한다. 캡(56)들은 기저부에 통합적으로 형성되어, 잉크 입구돌기(52)들 및 출구돌기(54)들을 감싼다(도 5 참조).
도 4는 프린트헤드 카트리지의 일측면 상의 접점부(33)들의 라인과 바닥면 상의 프린트헤드IC(도 4에 도시하지 않음)를 노출시키기 위해, 보호커버(42)가 제거된 상태의 프린트헤드 카트리지(2)를 나타낸다. 보호커버(42)는 잔류 잉크로부터 어떠한 누설도 억제하기 위해 교체되는 프린트헤드 카트리지에 끼워 맞추어지거나 또는 폐기될 수 있다.
도 5는 프린트헤드 카트리지(2)의 부분 분해 사시도이다. 입구 매니폴드 커플링(coupling)(48)과 출구 매니폴드 커플링(50)을 노출하기 위해 상부 커버 몰딩(molding)(44)은 제거되어 있다. 5개의 입구 스파우트(inlet spout)(46) 및 5개의 출구 스파우트(outlet spout)(47)를 노출하기 위해 입구 쉬라우드(inlet shroud)(46) 및 출구 쉬라우드(outlet shroud)(47) 또한 제거되어 있다. 입구 및 출구 스파우트(52)(54)는 입구 및 출구 매니폴드(48)(50)에 부착된 LCP 캐버티몰딩(cavity molding)(72)의 대응하는 잉크 입구(60)와 잉크 출구(61)와 연결된다. 잉크 입구(60)와 잉크 출구(61)는 각각 LCP 채널 몰딩(channel molding)(68)의 대응하는 주채널(main channel)(24)과 유체 연통하여 있다(도 6 참조).
도 6을 참조하면, 5개의 주채널(24)은 LCP 채널 몰딩(68)의 길이를 따라 뻗고 LCP 채널 몰딩(68)의 하측 상의 일련의 5개의 채널(도시하지 않음)에 제공된다. 복수의 에어 캐버티(air cavity)가 형성되어 있는 LCP 캐버티 몰딩(72)은, 에어 캐버티가 주채널(24)과 유체적으로 연통하도록 LCP 채널 몰딩(68)의 상부측과 결합된다. 에어 캐버티(26)는 그 캐버티 내에 공기를 압축함으로써 주채널(24)을 따라 공급되는 잉크의 압력 펄스나 충격파를 감쇠하도록 하는 역할을 한다.
다이 부착 필름(die attach film)(66)은 LCP 채널 몰딩(68)의 하측에 접합된 하나의 표면과 복수의 프린트헤드IC(30)에 접합된 반대 표면을 갖는다. 필름(66)의 복수의 레이저 삭마 구멍(67)은 프린트헤드IC(30)와 메인 채널(24) 사이에 유체 연통을 제공한다. 프린트헤드IC(30), 필름(66) 및 LCP 채널 몰딩(68)의 배열의 더 상세한 사항은 미국공개 제2007/0206056에서 알아낼 수 있으며, 이 문헌의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 입구 매니폴드(48)와 출구 매니폴드(50)의 더 상세한 사항은 예를 들면 미국출원 제12/014,769호에서 알아낼 수 있으며, 이 문헌의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.
프린트헤드IC(30)에의 전기적 연결은 LCP 몰딩(72)(68) 둘레를 감싸는 플렉스(flex) PCB(70)에 의해 제공되며 각 프린트헤ㄷIC(30) 상의 본드 패드(bond pad)들로부터 뻗는 와이어본드(wirebond)(64)들과 연결되어 있다. 와이어본드(64)에는, 와이어본드 프로텍터(protector)(62)가 구비되어 있다. 상술한 바와 같이, 플렉스 PCB(70)는, 프린트헤드 카트리지(2)가 사용을 위해 설치될 때 프린트 엔진(3)의 상보적인 접점부(complementary contact)들과 연결되는 접점부(33)들을 포함한다.
유체시스템( Fluidics System )
상기한 사항으로부터, 프린트헤드 카트리지(2)가 프린트헤드IC(30)를 부착한 LCP 채널 몰딩(68)의 주채널(24)을 통하여 잉크를 공급할 수 있는 복수의 잉크 입구(60)와 잉크 출구(61)를 가짐을 알 수 있을 것이다. 이하, 프린트헤드에 그리고 그 프린트헤드로부터 잉크를 공급하는 유체시스템에 대하여 설명한다. 의심을 없애기 위해, "프린트헤드'는 예를 들면, LCP 채널 몰딩(68)과 이에 부착된 프린트헤드IC(30)를 포함할 수 있다. 그래서, 적어도 하나의 잉크 입구와 선택적으로 적어도 하나의 잉크 출구를 갖는 어떠한 프린트헤드 조립체도 본 명세서에서는 "프린트헤드" 라고 칭해질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 유체시스템(100)이 개략적으로 도시되어 있다. 본 명세서에서는 유체시스템(100)의 각 구성부의 상대적인 위치결정을 개략적인 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 프린트 엔진(3)의 각 구성부의 정확한 위치결정이 해당 분야의 숙련자에게 있어 설계 선택 사항일 것임을 알 수 있을 것이다.
간소화를 위해, 유체시스템(100)이 1개의 컬러 채널(color channel)에 대해 도시되어 있다. 물론, 단일의 컬러 채널 프린트헤드는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 그러나, 유체시스템(100)은 대개는, 복수의 컬러 채널(예를 들면, 도 5와 도 6에는 5개의 컬러 채널이 도시되어 있음)을 갖는 풀 컬러(full color) 잉크젯 프린트헤드와 연결하여 사용된다. 다음의 설명은 일반적으로 1개의 컬러 채널에 관한 것이지만, 숙련자라면 다중 컬러 채널이 대응하는 유체시스템을 사용할 수 있음을 바로 알 수 있을 것이다.
정상적인 인쇄( Normal Printing )
전형적으로는, 정상적인 인쇄 중에, 대기압에 대해 음(negative)인, 유체시스템 내에 일정한 유체 정역학적인 잉크압(hydrostatic ink pressure)을 유지하는 것이 필요하다. 음의 유체 정역학적인 잉크압은 프린팅이 중지될 때 프린트헤드 페이스(face) 플러딩(flooding)을 방지하는 것이 필요하다. 사실상, 대부분 상업적으로 입수할 수 있는 잉크젯 프린트헤드는 음의 유체 정역학적인 잉크압에서 작동하는데, 대개는 잉크 탱크 내에의 모세관 폼(capillary foam)의 사용을 통해 달성된다.
유체시스템(100)에 있어서, 압력조절챔버(106)는 상류잉크라인(134)을 통해 프린트헤드의 잉크 입구(108)에 잉크를 공급한다. 압력조절챔버(106)는 프린트헤드(102) 아래에 위치되어 그 안에 잉크의 미리 정해진 레벨(110)을 유지한다. 이렇게 설정된 레벨(110) 위의 프린트헤드(102)의 높이(h)는 프린트헤드에 공급된 잉크(104)의 유체 정역학적 압력을 제어한다. 실제의 유체 정역학적 압력은 공지의 방정식, 즉 p = ρ gh (여기서, p는 유체 정역학적인 잉크압, ρ는 잉크 밀도, g는 중력으로 인한 가속도, h는 프린트헤드(102)에 대한 잉크의 설정 레벨(110)의 높이)에 의해 결정된다. 프린트헤드(102)는 전형적으로는 잉크의 설정 레벨(110) 위의 약 10 - 300mm, 최적으로는 설정된 레벨의 약 50 - 200mm, 최적으로는 약 80 - 150mm, 또는 최적으로는 약 90 - 120mm의 높이에 위치된다.
중력은 유체 정역학적인 잉크압을 제어하기 위한 매우 신뢰할 수 있고 안정한 수단을 제공한다. 설정 레벨(110)이 일정하게 유지되면, 유체 정역학적인 잉크압 또한 일정하게 유지될 것이다.
압력조절챔버(106)는 정상적인 인쇄 중에 설정 레벨(110)을 유지하기 위한 플로우트 밸브를 포함한다. 플로우트 밸브는 일단에 위치된 피벗부(pivot)(114) 둘레에 피벗 가능하게 장착되는 레버 아암(112) 및 레버 아암(112)의 타단에 장착된 플로우트(116)를 포함한다. 피벗부(114)와 플로우트(116) 사이에서 제2종의 레버(second-class lever)를 제공하기 위해 레버 아암(112)에 밸브 스템(valve stem)(118)이 연결되어 있다. 밸브 스템(118)은 우산모자(umbrella cap)의 형태로 아암(112)에 대하여 밸브 스템의 말단부에 고정된 밸브 헤드(valve head)를 갖는다. 밸브 스템(118)은, 우산형 캡(119)이 밸브 시트(valve seat)(122)와 밀봉식으로 결합될 수 있도록 밸브 가이드(valve guide) 내에 미끄럼 가능하게 수납된다. 이와 같은 밸브 구성은 압력조절챔버(106)의 입구포트(124)를 통해 잉크의 흐름을 제어한다. 입구포트(124)는 챔버(106)의 기저(基底, base) 쪽으로 위치되어 있다.
설정 레벨(110)은 잉크(104) 중의 플로우트(116)의 부력(뿐만 아니라 프린트헤드(102)에 대한 챔버(106)의 위치)에 의해 결정된다. 우산형 캡(119)은 설정 레벨(110)에서 밸브 시트(122)을 밀봉해야 하지만, 플로우트(116)(그리고 이에 의해 밸브 스템(118))의 어떠한 하향 이동시에도 개봉되어야 한다. 바람직하게는, 유체 정역학적 압력의 변화를 최소화하기 위해 플로우트 밸브 내에 히스테리시스(hysteresis)를 유지할 필요가 있다.
플로우트 밸브가 닫힐 때, 우산형 캡(119)은 잉크저장조(128)로부터 양(positive)의 잉크 압력에 의해 밸브 시트(122)(챔버의 기저의 외면에 의해 형성됨)쪽으로 밀어진다. 이러한 양의 실링 압력(sealing pressure)은, 밸브가 닫힐 때 잉크 포트(124)를 통해 챔버(106)로부터 어떠한 잉크 누설도 최소화시킨다. 도 8(a)는 폐쇄 위치에서의 밸브를 나타낸 것으로, 우산형 캡(119)은 밸브 시트(122)와 결합되어 있다.
잉크(104)가 정상적인 인쇄 중에 챔버(106)의 출구포트(126)로부터 인출됨에 따라, 플로우트(116)는 하향 이동하여 우산형 캡(119)을 밀어내서 입구포트(124)를 개방하고, 이에 의해 챔버 위에 위치된 잉크저장조(128)로부터 챔버에 잉크를 다시 채울 수 있다. 이와 같이, 설정 레벨(110)이 유지되어 프린트헤드(102)의 유체 정역학적인 잉크압이 일정하게 유지된다. 도 8(b)는 개방 위치에서의 밸브를 나타낸 것으로, 우산형 캡(119)은 밸브 시트(122)와 분리되어 있다.
플로우트(116)는 바람직하게는, 최대 밸브 폐쇄력을 제공하기 위해 챔버(106)의 비교적 큰 체적을 차지한다. 이 폐쇄력은 레버 아암(112)에 의해 증대된다. 그러나, 플로우트(116)는 둘러붙음(sticking)을 피하기 위해 챔버(106)의 측벽에 접촉하지 않도록 구성되어야 한다.
잉크(104)는 설정 레벨(110) 위의 어느 높이에 위치된 잉크저장조(128)에 의해 압력조절챔버(106)에 공급된다. 잉크 저정소(128)는 전형적으로는, 사용자가 교체할 수 있는 잉크 탱크 또는 잉크 카트리지이며, 이는 프린터에 설치시 잉크공급라인(130)과 연결된다. 잉크공급라인(130)은 잉크저장조(128)와 압력조절챔버(106)의 입구포트(124) 사이에 유체적 연통(fluidic communication)을 제공한다.
잉크저장조(128)는 잉크저장조의 헤드스페이스(headspace)로 개방되는 제1 에어 벤트(air vent)(132)를 통해 대기에 노출된다. 따라서, 잉크(104)는, 플로우트 밸브가 입구포트(124)를 개방할 때 압력조절챔버(106)로 간단히 유출될 수 있다. 에어 벤트(132)는, 잉크 카트리지가 기울어졌을 때 에어 벤트를 통한 잉크 누설을 최소화하는 소수성 사행(蛇行)채널(serpentine channel)(135)을 포함한다. 에어 벤트(132)는 또한 일회용 실링 스트립(sealing strip)(도시하지 않음)에 의해 덮혀질 수도 있는데, 이 실링 스트립은 프린터 내에 잉크 카트리지를 설치하기 전에 제거된다.
프린트헤드(102)는 상류잉크라인(134)을 통해 출구포트(126)에 연결되는 잉크 입구(108)를 갖는다. 프린트헤드(102)는 입구 및 출구 커플링(48)(50)에 의해 제거가능하다.
상술한 바와 같이 압력조절이 잉크 입구를 갖되 잉크 출구가 없는 '밀폐된' 프린트헤드로 달성될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 프라이밍(아래에 설명함)을 위해, 도 7에 도시한 프린트헤드(102)는 또한 출구 커플링(50)을 통해 하류잉크라인(138)에 연결되는 잉크 출구(136)를 갖는다. 하류잉크라인(138)은 챔버(106)의 복귀포트(152)에 연결되며 인라인 연동 잉크펌프(inline peristaltic ink pump)을 포함한다. 그 펌프(140)는 하류잉크라인을 펌프 입구라인(149)과 펌프 출구라인(150)으로 분할한다.
복귀포트(152)는 챔버의 기저에 위치되고 잉크(104)의 레벨 위의 챔버의 루프를 향해 뻗는 스노클(160)에 연결된다. 펌프 출구라인(150)은 펌프(140)와 복귀포트(152) 사이에 인라인 필터(154)를 갖는다. 잉크의 레벨이 챔버의 루프에 도달하더라도, 챔버(106)와 스노클(160)은, 스노클 출구(161)가 항시 잉크(104)의 레벨 위에 있도록 구성된다. 예를 들면, 스노클 출구(161)는 챔버(106)의 루프 캐버티(roof cavity) 내에 위치될 수도 있다. 스노클(160)이 챔버(160) 내부의 공간을 최소화하기 위해 챔버의 측벽의 캐버티 또는 채널에 의해 형성될 수도 있다.
정상적인 인쇄 중에, 펌프(140)는 개방된 상태로 있게 되고 유체시스템(100)의 잉크의 유체 정역학적 압력은 압력조절챔버(106) 내의 잉크의 설정 레벨(110)에 의해서만 제어된다. 제2 에어 벤트(162)는 챔버(106)의 루프에 제공되며, 공기 투과성 멤브레인(air-permeable membrane)(163)(예를 들면, Goretex
Figure pct00005
)을 통해 헤드스페이스와 연통한다. 상류잉크라인(134)과 하류잉크라인(138) 내의 잉크가 제2 에어 벤트(164)를 통해 대기에 개방되므로, 이 잉크는 동일한 유체 정역학적 압력으로 유지된다. 그러므로, 스노클(160) 내의 잉크는, 펌프(140)가 개방된 상태로 있을 때 정상적인 인쇄 중에 설정 레벨(110)에서 평형을 이룬다. 이 목적을 위해, 하류잉크라인(138)이 설정 레벨(110)의 레벨 이하로 통과하여, 프린트헤드(102)의 상류 및 하류측의 평형을 설정 레벨로 이루게 하는 "루프부(roof section)"(137)를 갖는다. 압력조절챔버(106)의 기저에 위치된 복귀포트(152)와 스노클(160)은 이것이 그 경우가 되도록 효과적으로 보장한다.
잉크 압력 서지의 감쇠( Dampening of Ink Pressure Surges )
상술한 바와 같이, 프린트헤드(102)에는, 잉크가 프린트헤드 노즐에 공급됨에 따라 유체 압력펄스를 감쇠하도록 구성되는 복수의 에어 캐버티(26)가 구비되어 있다. 잉크 압력 서지(serge)는 고속 페이지폭 인쇄시 문제가 있어 고품질 인쇄는 바람직하게는, 잉크가 실질적으로 일정한 유체 정역학적 압력으로 공급될 때 달성된다. 에어 캐버티(26)는 캐버티 내에 포획된 공기를 압축함으로써 유체시스템의 고주파수 압력펄스를 감쇠하도록 구성되어 치수화되어 있다.
저주파수 잉크 압력펄스를 감쇠하기 위해, 펌프 입구라인(149)(하류잉크라인(138)의 부분)은 각 에어 캐버티(26)보다 큰 체적을 갖는 에어 어큐물레이터(air accumulator)(139)와 연통된다. 저주파수 잉크 압력펄스는 에어 어큐물레이터(139) 내에 포획된 공기를 압축함으로써 감쇠된다.
프린트헤드의 과도한 감쇠(over-dampening)가 프라이밍하기 위한 프린트헤드의 능력에 악영향을 끼칠 수 있으므로 하류잉크라인(138)의 위치결정이 바람직하더라도 에어 어큐물레이터(139)는 프린트헤드(102)의 부분을 대안적으로 형성할 수 있다.
에어 캐버티(26)와 에어 어큐물레이터(139)의 조합은 정상적인 인쇄 중에 고주파수와 저주파수 잉크 압력펄스 모두의 뛰어난 감쇠를 제공한다. 더구나, 압력조절챔버(106)로부터의 잉크의 중력제어를 통한 공급은 인쇄 중에 유체시스템(100)에 안정하고 정확한 유체 정역학적 압력을 제공한다.
프린트헤드 프라이밍( Printhead Priming )
프린터가 먼저 설치되거나 프린터가 장기간 동안 정지상태로 있게 될 때, 프린트헤드(102)의 교체 후에 프린트헤드 프라이밍이 요구될 수 있다. 프린트헤드 프라이밍은 상류잉크라인(134)과 프린트헤드(102)를 통하여 다시 하류잉크라인(138)에 연결된 잉크 출구(136)를 통해 프린트헤드(102)의 잉크 입구(108)에 잉크(104)를 공급하도록 요구한다. 잉크(104)가 프린트헤드(102)의 LCP 채널 몰딩(68)의 주채널(24)을 통해 공급되기만 하면, 프린트헤드IC(30)는 모세관 작용에 의해 프라이밍된다.
도 7을 참조하면, 가역 연동펌프(reversible peristaltic pump)는 잉크를 출구포트(126)로부터 프린트헤드(102)를 통해 펌핑하여 복귀포트(152)로 복귀시키기 위해 전방(프라이밍 방향)으로 작동(switch-on)된다. 이러한 프라이밍 구성에서, 펌프(140)는 임의의 펌프 출구(144)와 펌프 입구(146)를 갖는다. 자명하게는, 펌프가 가역적이므로, 펌프 출구(144)와 입구(146)는 가역적으로 될 수 있다. 그러나, 명확성을 위해, 시스템(100)에 대하여 위에서 규정한 임의의 펌프 출구와 입구를 참조하여 설명한다.
펌핑은 시간 제한되며 프린트헤드(102)를 완전히 프라이밍하고 및/또는 유체시스템(100)으로부터 모든 기포를 뿜어내기 위해 필요한 기간 동안 계속될 수 있다. 그러므로, 프린트헤드(102)가 이미 프라이밍되었더라도, 프라이밍 작동은 기포를 빼기 위해 여전해 요구될 수 있고, 이 기포는 최종 프라이밍 작동(예를 들면, 대기압 변화, 대기온도 변동, 프린트헤드 냉각 등에 의함) 이후에 축적될 수 있다. 주목해야 할 점은, 잉크가 비교적 장기간, 예를 들면 5-30초 동안 시스템을 통해 펌핑되더라도, 프라이밍 중에 복귀포트(152)를 통한 잉크의 재순환은 잉크가 낭비되지 않도록 보장한다는 것이다.
프라이밍 중에 어떤 잠재적인 펌프 이물질로부터 프린트헤드를 보호하기 위해 복귀포트(152)와 펌프 출구(144) 사이에는 인라인 필터(154)가 위치된다. 그 필터(154)는 도 7에 개략적으로 도시한 바와 같이, 압력조절챔버(106)의 구성부일 수 있다.
잉크(104)가 챔버(106)로부터 디프라이밍(depriming)된 프린트헤드로 펌핑되는 경우, LCP 채널(24)과 하류잉크라인(138)에 잉크를 가득 채울 때 챔버 내의 잉크(104)의 레벨은 초기에는 내려간다. 챔버(106) 내의 잉크 레벨이 내려가면, 플로우트 밸브는 입구포트(124)를 개방하여 챔버 내의 잉크가 잉크저장조(128)로부터 보충(정상적인 인쇄 중에 플로우트 밸브의 작동과 유사)될 수 있게 한다. 그러므로, 플로우트 밸브는 초기의 프라이밍 중에 설정 레벨(110)을 유지할 수 있다. 단기간의 펌핑 후에, 평형이 도달되고, 이에 의해 잉크가 출구포트(126)로부터 펌핑될 때 잉크는 스노클 출구(161)로부터 같은 속도로 흐른다. 챔버 내의 잉크 레벨이 설정 레벨(110)에 있으므로, 잉크가 스노클 출구(161)로부터 흐르기 시작하기만 하면 입구포트는 플로우트 밸브에 의해 폐쇄된다. 잉크는 기포의 제거를 보장하는데 충분한 어느 기간 동안 그리고 어떠한 잉크도 낭비하지 않고 이러한 평형 상태에서 시스템 주변으로 순환될 수 있다.
프라이밍(또는 디프라이밍) 중에, 잉크저장조(128)는 인라인 체크밸브(170)에 의해 챔버(106)로부터 잉크의 어떠한 역류로부터 보호된다. 체크밸브(170)는 잉크저장조(128)와 입구포트(124)를 상호 연결하는 잉크공급라인(130)에, 전형적으로는 잉크저장조에 대한 커플링(172)의 부분으로서 위치된다. 체크밸브(170)는, 잉크가 잉크저장조(128)로부터 유출되게 하여 주지만, 잉크가 반대 방향으로 흐르지 않게 하여 준다.
프린트헤드 디프라이밍( Printhead Depriming )
프린트헤드(102)를 교체하기 위해, 낡은 프리트헤드는 먼저 디프라이밍되어야 한다. 이러한 디프라이밍을 하지 않고, 프린트헤드를 교체하면 지나칠 정도로 난잡한 작동을 일으킬 것이다. 디프라이밍 중에, 연동펌프(140)는 가역되고 잉크는 하류잉크라인(138)으로부터 프린트헤드(102)를 통해 인출되고, 출구포트(126)를 거쳐 압력조절챔버(106)로 복귀된다.
압력조절챔버(106) 내의 잉크(104)의 레벨이 바로 상승하므로, 플로우트 밸브는 입구포트(124)를 폐쇄하고, 이에 의해 잉크저장조(128)로부터 챔버(106)가 격리된다. 그러므로, 플로우트 밸브는 정상적인 인쇄 중에 유체 정역학적인 잉크압을 조절할 뿐만 아니라 디프라이밍 중에 잉크저장조(128)로부터 압력조절챔버(106)를 격리시키는 역할을 한다. 물론, 압력조절챔버는 디프라이밍 중에 그 안에 수용된 잉크를 조정하는데 충분한 용량을 가져야 한다.
중요하게는, 디프라이밍 중에 잉크 낭비가 최소이거나 전혀 없다. 이는, 프린트헤드(102)와 하류 도관(138) 내의 잉크가 재사용을 위해 압력조절챔버(106) 내로 돌아가 모두 재순환되기 때문이다.
필터시스템(180)은 디프라이밍 중에 잠재적인 펌프 이물질로부터 프린트헤드(102)를 보호한다. 필터시스템(180)은 펌프 입구라인(149) 내의 인라인 필터(182)와, 프라이밍 중이 아니라 디프라이밍 중에 필터(182)를 통해 잉크를 밀어내는 것을 보장하는 선택적인 체크밸브 루프(loop)(184)를 포함한다. 그러므로, 어떠한 펌프 이물질도 2개의 필터(154)(182) 사이의 하류잉크라인(138)의 부분에 구속되고 이에 따라 프린트헤드(102)를 오염시키지 않는다.
하류잉크라인(138), 프린트헤드(102) 및 상류잉크라인(134) 내의 모든 잉크가 압력조절챔버(106)로 인출되어지기만 하면, 펌프(140)가 작동 시작된다. 펌프(140)는 전형적으로는, 소정의 시간 기간(예를 들면, 20-30초) 후에 작동 중지(switch-off)된다. 펌프가 작동 중지되면, 압력조절챔버(106)로부터의 일부 잉크(104)는 챔버(106) 내의 잉크 레벨과 대등할 때까지 상류라인(134)으로 흐른다. 이러한 디프라이밍 단계에서, 압력조절챔버 내의 잉크(104)의 체적이 비교적 크므로, 잉크는 설정 레벨(110)보다 높은 레벨에서 균일하게 되어, 플로우트 밸브는 입구포트(124)를 폐쇄 상태로 유지시킨다. 그러므로, 플로우트 밸브가 잉크저장조를 챔버(106)와 격리시키기 때문에, 잉크(104)는 잉크저장조(128)로부터 상류잉크라인(134)으로 유출되는 것이 방지된다.
디프라이밍 작동 후에 그리고 펌프가 작동 중지됨에 따라, 프린트헤드(102)는 제거되어 교체 프린트헤드로 교체된다. 프린트헤드(102)가 디프라이밍 작동에 의해 잉크 유출되므로, 교체 작동은 비교적 말끔하게 실행될 수 있다.
설치되기만 하면, 교체(프라이밍되지 않은) 프린트헤드는 상술한 프라이밍 작동에 의해 프라이밍될 수 있다.
물론, 본 발명이 오로지 실시예에 의해서만 설명되었고 세부적인 사항의 수정이 첨부한 청구범위에 의해 규정되어 있는 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 잉크 입구와 잉크 출구를 갖는 프린트헤드;
    상기 프린트헤드에 대하여 미리 정해진 제1 레벨로 잉크를 수용하는 압력조절챔버(pressure-regulating chamber)로서, 출구포트(outlet port); 압력조절챔버의 기저(基底, base)에 위치된 복귀포트(return port); 상기 복귀포트로부터 뻗어 있고 잉크의 상기 제1 레벨 위에 위치된 스노클 출구(snorkel outlet)에서 종결되는 스노클; 및 대기(atmosphere)에 개방되어 있되, 상기 잉크 위의 헤드스페이스(headspace)와 연통되는 에어 벤트(air vent); 를 포함하는 압력조절챔버;
    상기 출구포트 및 상기 잉크 입구와 상호 연결되는 상류잉크라인(upstream ink line); 및
    상기 복귀포트와 상기 잉크 출구와 상호 연결되어 있되, 잉크의 상기 제1 레벨 아래에 섹션 루핑(section looping)을 갖는 하류잉크라인(downstream ink line); 을 포함하고,
    인쇄 구성(printing configuration)시에, 상기 스노클 내의 잉크의 제2 레벨이 상기 챔버 내의 잉크의 제1 레벨과 같은 것을 특징으로 하는 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내의 잉크의 미리 정해진 제1 레벨을 유지하기 위한 수단을 포함하고, 상기 잉크의 미리 정해진 제1 레벨은 상기 잉크 입구에 공급된 잉크의 유체 정역학적 압력(hydrostatic pressure)을 제어하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 정역학적 압력은 대기압에 대하여, ρ gh로 정의되며, 여기서 ρ는 잉크 밀도, g는 중력으로 인한 가속도, h는 상기 프린트헤드에 대해 잉크의 미리 정해진 제1 레벨의 높이인 것을 특징으로 하는 프린터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 잉크의 미리 정해진 제1 레벨을 유지하기 위한 수단은 상기 압력조절챔버 내에 포함된 플로우트 밸브(float valve)와 협력하는 잉크저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플로우트 밸브는 피벗부(pivot) 둘레에 피벗 가능하게 장착된 아암(arm);
    상기 아암의 일단에 장착된 플로우트; 및
    상기 아암에 부착되어 있되, 밸브 시트(valve seat)를 폐쇄하기 위한 밸브 헤드(valve head)를 갖는 밸브 스템(valve stem); 를 포함하고,
    상기 밸브 시트는 상기 압력조절챔버의 입구포트(inlet port)에 위치되는 것을 특징으로 하는 프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입구포트와 유체 연통하여 있는 잉크저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플로우트 밸브는 상기 입구포트에서 양(positive)의 잉크 압력에 의해 폐쇄 위치쪽으로 편향되어 있고, 상기 양의 잉크 압력은 상기 챔버 위에 위치된 상기 잉크저장조에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 프린터.
  8. 제1항에 있어서,
    프린트헤드 프라이밍(priming) 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프라이밍 시스템은 상기 하류잉크라인 내에 위치된 잉크 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 펌프는 연동 펌프(peristaltic pump)인 것을 특징으로 하는 프린터.
  11. 제8항에 있어서,
    프라이밍 구성시에, 상기 펌프는 상기 프린트헤드를 프라이밍하기 위해 상기 복귀포트를 향해 상기 출구포트로부터 잉크를 펌핑하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 펌프는 가역펌프(reversible pump)인 것을 특징으로 하는 프린터.
  13. 제12항에 있어서,
    디프라이밍 구성시에, 상기 펌프는 상기 프린트헤드를 디프라이밍하기 위해 상기 출구포트를 행햐 상기 복귀포트로부터 잉크를 펌핑하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하류잉크라인은 상기 펌프의 어느 일측 상에 위치된 인라인 필터(inline filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하류잉크라인과 연통하는 제1 에어 어큐물레이터(air accumulator)를 더 포함하고, 상기 제1 에어 어큐물레이터는 잉크 압력펄스를 감쇠하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 프린트헤드 내의 잉크 채널들과 연통하는 하나 이상의 제2 에어 어큐물레이터를 포함하며, 상기 제2 에어 어큐물레이터는 잉크 압력펄스를 감쇠하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 에어 어큐물레이터는 비교적 높은 주파수 압력펄스를 감쇠하도록 구성되고 상기 제1 에어 어큐물레이터는 비교적 낮은 주파수 압력펄스를 감쇠하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프린터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 에어 어큐물레이터는 상기 하나 이상의 제2 에어 어큐물레이터의 각각보다 큰 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 프린터.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 상기 프린터 내에 제거가능하게 교체가능한 것을 특징으로 하는 프린터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 입구 커플링(coupling) 및 출구 커플링을 포함하고, 상기 입구 커플링은 상보적인 상류잉크라인 커플링에 분리가능하게 연결되고, 상기 출구 커플링은 상보적인 하류잉크라인 커플링에 분리가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 프린터.
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