KR20150020064A - 이중 챔버 저장소 프린트 헤드 - Google Patents

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Abstract

개시된 프린트 헤드는 잉크 낭비 및 배출 용적과는 무관한 이중-챔버 메인 저장소를 가진다. 이중-챔버 인쇄 헤드 구조체로 인하여 분사 적층체로부터 잉크를 변경시키면서 소비하지 않고 프린트 헤드 내부 매니폴드를 통해 잉크 유량을 변경시킨다. 프린트 헤드의 메인 저장소는 재순환 챔버 및 유입 잉크 챔버를 포함한다. 재순환 챔버에 진공이 인가되고 유입 잉크 챔버에 압력이 이간되면 분사 적층체에 있는 버블들은 재순환 챔버로 이동되어 재순환 챔버 벤트를 통해 제거된다.

Description

이중 챔버 저장소 프린트 헤드{DUAL CHAMBER RESERVOIR PRINT HEAD}
본 발명은 이중 챔버 저장소 프린트 헤드에 관한 것이다.
유체 저장소를 가지는 모든 프린트 헤드들은 인쇄 과정에서 저장소로부터 유출되는 액체에 버블이 없어야 하고, 그렇지 않으면 성능에 문제가 생긴다. 예를들면, 고체 잉크 프린터들에서, 잉크는 냉각되면 고화되고 가열되면 용융된다. 가열된 잉크는 인쇄 과정에서 사용된다. 프린터가 사용되지 않을 때, 예컨대 프린터가 밤중에 꺼져있을 때 잉크는 고화된다.
고화 과정에서, 잉크는 수축되고 공기가 시스템 내로 도입된다. 프린터가 다시 활성화되면 공기와 함께 잉크가 다시 용융된다. 재-용융 잉크에 존재하는 공기는 버블들을 형성하고 이들은 프린터가 인쇄될 때 누락 분사를 초래한다. 다른 예에서, 수성 잉크 인쇄시스템들 역시 잉크 내로 도입되는 버블의 문제가 존재한다.
유체 저장소를 가지는 모든 프린트 헤드들은 배출 과정 (purging process)을 거쳐 잉크에서 버블들을 제거한다. 잉크가 프린트 헤드의 분사 적층체 (jet stack) 정면에서 배출된다. 배출 과정은 잉크를 낭비하는 것이다. 잉크 재 용융 후 인쇄하기 전에 잉크를 배출하지 않으면, 인쇄 품질이 저하되고 인쇄 작업이 훼손된다. 그러나, 잉크를 배출시키는 것은 양질의 잉크를 낭비하는 것이고 인쇄 비용을 증가시킨다. 고체 잉크의 경우 배출 과정의 대안으로 잉크 용융 상태를 유지하는 것이고, 이는 프린터 전원을 계속하여 켜두는 것이고, 이는 인쇄 과정의 에너지 효율을 심각하게 저하시킨다.
본 발명의 실시태양들은 이러한 그리고 기타의 현재 사용되는 인쇄시스템들의 한계점을 해소한다.
도 1은 분사 적층체에 공기 버블들을 가지는 프린트 헤드 예시를 도시한 것이다.
도 2는 버블들이 프린트 헤드 제1 챔버로 이동되는 도 1의 프린트 헤드 예시를 보인다.
도 3은 프린트 헤드의 제2 챔버로부터 배출된 후의 도 1의 프린트 헤드 예시를 도시한 것이다.
본원 전반에, 다음에 정의되는 일부 용어들이 빈번하게 사용된다. 프린트 헤드는 잉크를 매체에 도포하는 인쇄장치의 요소이다. 분사 적층체는 인쇄장치 일부로서 잉크를 분배하고 실리콘 칩 및 관련 채널들을 포함하는 토출기들을 포함한다. 메인 잉크 저장소는 프린트 헤드 내에 있는 잉크 용기이다. 재순환 챔버는 분사 적층체와 유체 연통하는 메인 잉크 저장소 내에 있는 챔버이다. 유입 (incoming) 잉크 챔버는 메인 잉크 저장소 내에 있는 또 다른 챔버이다. 유입 잉크 챔버 벤트는 유입 잉크 챔버에 있는 벤트이고 공기 또는 다른 기체로 유입 잉크 챔버에 압력 또는 진공을 인가한다. 재순환 챔버 벤트는 재순환 챔버에 있는 벤트이고 공기 또는 다른 기체로 재순환 챔버에 압력 또는 진공을 인가한다. 유입 잉크 챔버 포트는 잉크를 유입 잉크 챔버로 유입 및 유출시키는 유입 잉크 챔버에 있는 개구이고, 잉크 공급 포트로도 알려져 있다.
본원에 기재된 임의의 인쇄장치에서 언급되는 잉크는 저장소에서 유출될 때 버블이 없는 액체가 필요한 유체 저장소를 가지는 인쇄장치에서 사용되는 고체 잉크, 수성 잉크, 또는 임의의 기타 잉크일 수 있다. 버블이란 인쇄장치의 잉크에서 발견되는 임의의 공기, 기체, 또는 유체 포켓을 의미한다.
개시되는 프린트 헤드들은 유체 저장소를 가지는 극-저 배출량 (ultra-low purge mass)의 프린트 헤드들, 예컨대 고체 잉크 프린트 헤드 및 임의의 수성 인쇄시스템들이다. 고체 잉크를 사용하는 프린트 헤드들의 경우, 고체 잉크는 융점 이하로 냉각되면 예컨대 프린터 전원이 꺼지면 프린트 헤드에서 고화된다. 고체 잉크 프린터들은 자주 절전 및 유지 관리를 위하여 꺼진다. 고체 잉크 프린트 헤드들에서 잉크가 고화될 때, 잉크는 수축되고 공기는 시스템으로 유입된다. 잉크가 재-가열되면, 예컨대 프린터에 전원이 가해지면, 공기는 재-용융 잉크 내에서 버블들을 형성하고 이는 프린터가 인쇄될 때 누락 분사를 초래한다.
인쇄 전에 배출 과정으로 재-용융 잉크로부터 공기 버블들을 제거한다. 배출과정에서, 상당량의 버블들과 함께 소모된다. 잉크 소모로 인하여 높은 작업 비용이 발생하고 및/또는 프린터들은 잉크 고화 및 재-용융 과정을 피하기 위하여 전원을 유지하여야 하므로 절연 효과가 감소된다. 잉크 내로 버블들이 유입되는 것은 상기된 바와 같이 고체 잉크 프린트 헤드들 및 수성 잉크 인쇄시스템들 모두 또는 저장소로부터 유출되는 무-버블 액체가 필요한 유체 저장소를 가지는 임의의 기타 프린트 헤드에서 발생된다.
개시된 프린트 헤드는 프린트 헤드 자체 내에서 잉크를 순환시켜 분사 적층체로부터 잉크를 소모시키는 배출 없이 공기 버블들을 제거한다. 잉크는 분사 적층체로부터 추가로 배출될 수 있지만, 개시된 프린트 헤드에서 분사 적층체로부터 배출되는 잉크량은 통상의 배출과정보다 상당히 감소되고, 이는 작업 비용을 줄이고 에너지를 절감할 수 있다. 분사 적층체로부터 배출되는 잉크 용적은 프린트 헤드 내부에서 재순환되는 잉크 용적과는 무관하다 (decoupled). 단지 소량의 잉크가 분사 적층체에 위치하여 분사 적층체 잉크 배출에 의한 소모 잉크는 개시된 2-챔버 프린트 헤드를 사용하여 최소화된다. 프린트 헤드에 있는 잉크를 배출하는 통상의 방법은 분사 적층체 정면을 통해 모든 잉크를 배출한다.
또한 프린트 헤드에 있는 잉크로부터 버블들을 배출하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 개시된 2-챔버 프린트 헤드에 의해 수행된다. 상기 방법은 재순환 챔버 및 유입 잉크 챔버를 포함하는 메인 잉크 저장소의 재순환 챔버에 진공을 인가하는 단계를 포함한다. 분사 적층체는 메인 잉크 저장소와 유체 연통하고 일부 실시예에서는 인접하게 배치된다. 인가된 진공으로 인하여 분사 적층체에 있는 잉크 내의 버블들이 분사 적층체로부터 재순환 챔버로 이동한다. 이후 버블들은 재순환 챔버의 재순환 벤트를 통해 제거된다. 일부 다른 실시예들에서, 유입 잉크 챔버의 유입 잉크 챔버 벤트에 압력이 인가된다.
일-방향 밸브, 예컨대 일-방향 플래퍼 밸브가, 재순환 챔버 및 유입 잉크 챔버 사이에 위치한다. 진공이 재순환 챔버에 인가되면, 일-방향 밸브는 폐쇄되고, 재순환 챔버를 밀폐하여 유입 잉크 챔버로부터 재순환 챔버로 잉크 이동을 억제한다. 잉크는 유입 잉크 챔버로부터, 분사 적층체를 통하여, 재순환 챔버로 이동한다. 버블들은 분사 적층체로부터 잉크에 동반되어 재순환 챔버로 이동되고 재순환 챔버 벤트를 통하여 프린트 헤드로부터 배출된다.
개시된 재순환 배출과정을 통해 프린트 헤드의 재순환 챔버로부터 대부분의 버블들이 제거된 후에도 분사 적층체에는 추가적인 잔여 버블들이 여전히 존재한다. 잔여 버블들은 통상의 방식 또는 임의의 기타 적합한 방법으로 분사 적층체의 정면을 통해 배출된다.
도 1-3를 참조하면, 개시된 프린트 헤드 (100)는 이중 챔버 메인 잉크 저장소 (102)를 포함하고 이는 분사 적층체 (104)와 유체 연통하고 본 실시예에서는 또한 인접하고 벽 (106)에 의해 분리된다. 메인 잉크 저장소 (102)는 재순환 챔버 (108) 및 유입 잉크 챔버 (110)를 포함한다. 재순환 챔버 (108) 및 유입 잉크 챔버 (110)는 서로 임의의 적합한 크기이고 동일 크기일 수 있지만 반드시 동일할 필요는 없다. 재순환 챔버 (108)는 재순환 챔버 벤트 (112)를 포함하고 여기에 임의의 적합한 압력, 예컨대 공기 또는 또 다른 기체의 진공이 인가된다. 유입 잉크 챔버 (110)는 유입 잉크 챔버 벤트 (114)를 포함하고 여기에 임의의 적합한 압력, 예컨대 공기 또는 또 다른 기체의 정압이 인가된다.
또한 유입 잉크 챔버 (110)는 유입 잉크 챔버 포트 (128)를 포함하고, 이는 잉크가 유입 잉크 챔버를 출입할 수 있는 유입 잉크 챔버의 개구이다. 유입 잉크 챔버 포트 (128)는 잉크 공급 포트라고도 알려져 있다.
재순환 챔버 (108) 및 유입 잉크 챔버 (110)는 상호 유체 연통하여 잉크는 두 챔버들 사이를 유동한다. 재순환 챔버 (108) 및 유입 잉크 챔버 (110)는 일-방향 밸브 (116), 예컨대 일-방향 플래퍼 밸브로 분리되어, 잉크는 재순환 챔버 (108)에서 유입 잉크 챔버 (110)로 흐르지만, 잉크는 유입 잉크 챔버에서 다시 재순환 챔버 (108)로 흐르지 못한다.
분사 적층체 (104) 및 메인 잉크 저장소 (102)를 분리하는 벽 (106)은 제1 개구 (118) 및 제2 개구 (120)를 포함한다. 제1 개구 (118)는 분사 적층체 (104) 및 재순환 챔버 (108) 사이에 위치하며 이들 사이에 유체 연통을 허용한다. 제2 개구 (120)는 분사 적층체 (104) 및 유입 잉크 챔버 (110) 사이에 배치되고 이들 사이에 유체 연통을 허용한다.
재순환 챔버 벤트 (112)에 진공이 인가되면, 유입 잉크 챔버 (110)로부터의 잉크 (122) 및 분사 적층체 (104)로부터의 버블들 (124)이 도 2에 도시된 바와 같이 재순환 챔버 (108)로 이동한다. 분사 적층체 (104) 및 재순환 챔버 (108) 간의 압력 차이가 제1 개구 (118)의 잉크에 형성된 메니스커스 (126)를 파괴할 수 있을 정도로 크면 제1 개구 (118)는 수동 밸브로 작용하여 잉크 및 버블들은 분사 적층체 (104)로부터 재순환 챔버 (108)로 통과한다. 제1 개구 (118)에 걸쳐 메니스커스 (126)가 형성되거나 재-형성되면 수동 밸브는 폐쇄된다. 압력 차이가 없어지면, 예컨대 재순환 챔버 (108)가 대기압으로 벤트되면, 공기가 재순환 챔버 (108)에 도달되고 메니스커스 (126)가 재-형성되어 저장소탱크들에서 더 낮은 잉크 높이로 인하여 유발된 배압에 의해 분사 적층체 (104) 상부로부터 잉크 배액을 방해할 때까지 잉크는 다시 분사 적층체 (104)로 배액된다.
메인 잉크 저장소 (102)는 일부 실시예들에서 유입 잉크 챔버 벤트 (114)의 일부인 여과 배출 라인을 더욱 포함한다. 다중 프린트 헤드들의 메인 잉크 저장소들은 공통 여과 배출 라인에 연결될 수 있다. 다중 프린트 헤드들을 가지는 일부 실시예들에서 여과 배출 라인은 각각의 프린트 헤드의 유입 잉크 챔버에 연결된다. 다중 프린트 헤드들의 경우, 모든 메인 잉크 저장소들은 통상의 프린트 헤드들과 유사하게 공통 공기 플리넘 (plenum) 및 라인을 공유한다. 각각의 저장소의 유입 잉크 챔버 역시 공통 공기 플리넘 및 라인을 공유하고 공통 2차 배출 시스템에 연결될 수 있다. 2차 배출시스템은 필요하다면 압력, 벤트, 및 플러그 (plug)를 제공하지만, 분사 적층체 내부의 잉크만을 배출하여, 2차 배출 과정에서 소모되는 잉크 용적은 최소화 된다.
통상의 배출 타워 배출 과정 (purge tower purge process)에서, 배출 타워 (또는 잉크 저장소)로 유입된 잉크는 다시 분사 적층체로 배액되고, 이는 프린트 헤드에서 유출되는 소모 잉크를 최소화하는데 조력한다. 그러나, 버블들을 배출하기 위하여 잉크 저장소를 가압하면, 잉크 저장소의 압력으로 인하여 일부 잉크 역시 분사 적층체에서 유출된다. 통상의 배출 타워 유로들은 균형을 이루고 잉크 저장소의 압력으로 분사 적층체 정면에서 유출되는 잉크의 소정량에 상응하여 소정량의 잉크가 타워들로 이동되도록 한다. 통상의 배출 타워들로부터 버블들을 배출하기 위하여 필요한 잉크량은 분사 적층체에서 유출되는 잉크량에 상응한다.
상기된 이중-챔버 프린트 헤드를, 배출 타워와 연통시킴으로써, 재순환 챔버에 진공이 인가되면, 이로써 대량의 잉크가 재순환 챔버를 통해 흐르고 버블들은 재순환 챔버 벤트를 통해 유출된다. 재순환 챔버 및 대기압 간의 압력 차이가 (분사 적층체 및 재순환 챔버 사이) 제1 개구에 있는 잉크의 메니스커스를 유지할 정도로 낮으면, 추가적인 버블들이 시스템으로 도입되지 않는다. 더 많은 잉크 흐름이 필요한 경우, 재순환 챔버 벤트에 대한 진공 인가 및 유입 잉크 챔버 벤트에 대한 압력 인가를 조합하면 이중 챔버 프린트 헤드에서 잉크로부터 버블들을 배출할 수 있다.
또한, 배출 과정에서 프린트 헤드로 출입하는 공기는 유입 잉크 챔버 벤트 (114) 및 재순환 챔버 벤트 (112)에 의해 여과되고 제어되어, 프린트 헤드에 있는 잉크의 오염을 방지하는 또 다른 레이어 (layer)를 제공한다.

Claims (10)

  1. 잉크젯 인쇄장치에 있어서,
    분사 적층체;
    상기 분사 적층체와 유체 연통하고: 재순환 챔버 벤트를 가지는 재순환 챔버; 유입 잉크 챔버 벤트를 가지는 유입 잉크 챔버; 상기 재순환 챔버 및 상기 유입 잉크 챔버 사이 유체 연통을 제공하는 일-방향 밸브; 및 상기 유입 잉크 챔버에 연결되는 여과 배출 라인을 가지는 메인 잉크 저장소;
    상기 분사 적층체 및 상기 메인 잉크 저장소를 분리하고: 상기 분사 적층체 및 상기 재순환 챔버 사이의 제1 개구; 및 상기 분사 적층체 및 상기 유입 잉크 챔버 사이의 제2 개구를 가지는 벽;으로 구성되는, 잉크젯 인쇄장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재순환 챔버 벤트와 연결되는 여과된 공기원을 더 포함하는, 잉크젯 인쇄장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유입 잉크 챔버 벤트와 연결되는 압력원을 더 포함하는, 잉크젯 인쇄장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일-방향 밸브는 일-방향 플래퍼 밸브(one-way flapper valve)인, 잉크젯 인쇄장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분사 적층체, 상기 재순환 챔버, 및 상기 유입 잉크 챔버에 위치하는 잉크를 더 포함하는, 잉크젯 인쇄장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 재순환 챔버 벤트에 진공이 인가되면 상기 유입 잉크 챔버에 위치하는 상기 잉크의 적어도 일부는 상기 분사 적층체로 이동하고 상기 분사 적층체에 있는 상기 잉크는 상기 재순환 챔버로 이동하는, 잉크젯 인쇄장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 재순환 챔버 벤트에 상기 진공이 인가되고 상기 유입 잉크 챔버에 압력이 인가되면 상기 유입 잉크 챔버에 있는 상기 잉크는 상기 분사 적층체로 이동하고 상기 분사 적층체에 있는 상기 잉크는 상기 재순환 챔버로 이동하는, 잉크젯 인쇄장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분사 적층체에서 상기 재순환 챔버로 이동하는 상기 잉크는 버블들을 포함하는, 잉크젯 인쇄장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 재순환 챔버 벤트에 인가되는 상기 진공을 통해 상기 버블들은 상기 재순환 챔버로부터 제거되는, 잉크젯 인쇄장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 재순환 챔버 벤트에 상기 진공이 인가되고 상기 유입 잉크 챔버에 상기 압력이 인가되면 일-방향 밸브는 폐쇄되는, 잉크젯 인쇄장치.
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