KR910007323B1 - 개선된 잉크 저장소 및 개선된 분배능력을 갖는 잉크 제트 펜 - Google Patents

개선된 잉크 저장소 및 개선된 분배능력을 갖는 잉크 제트 펜 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

개선된 잉크 저장소 및 개선된 분배능력을 갖는 잉크 제트 펜
제1도는 본 발명에 다른 잉크 제트 펜의 분해 사시도.
제2도는 제1도의 선 2-2에 따른 횡간 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 펜 본체 하우징 12 : 주 저장기
16 : 상부 덮개판 18 : 바닥 벽면
22 : 통로(게이트) 24 : 다공성 재료
26 : 제2저장기 28 : 프린트헤드 지지부분
30 : 직립 수직 측벽면 34 : 토대
36 : 얇은 필름 프린트헤드
본 발명은 잉크 제트 인쇄 시스템들에 사용되는 잉크 제트 펜들에 관한 것이며 특히 증가된 잉크 저장기 용량 및 개선된 잉크 분배 특성들을 갖는 상기와 같은 시스템들용 펜들에 관한 것이다.
여러 형식의 잉크 제트 인쇄기들중 일회용 펜들을 제조하는데 있어서, 잉크 제트 인쇄 작업중에 잉크가 충만한 상태에서 비워진 상태로 고갈될 때 펜의 프린트 헤드로 대체로 일정한 부압(또는 대기압 이하)을 제공하기 위한 여러 접근방법들이 행해졌다. 상기 방법에서, 펜의 오리피스판으로부터 방출된 잉크 방울들의 크기는 잉크가 고갈되는 동안 일정하게 유지되게 되며, 하나의 오리피스가 발사(firing)하지 않을 때 상기 부압은 잉크가 오리피스 판으로부터 누출되는 것을 방지한다. 써어멀 잉크 제트 펜의 잉크 저장기 내에 대체로 일정한 부압을 제공하기 위한 하나의 방법이 로버트 로우(Robert Low)등에게 허여된 "기본적으로 일정한 부압을 갖는 잉크 저장기"라는 명칭의 미합중국 특허 제4,509,062호에 기재되어 있다.
상기 로우등에게 허여된 특허는 여러면에 있어서 매우 만족스럽고 독특한 것으로 입증되어왔으나, 상기 방법은 자체의 내부의 잉크 고갈의 특정 범위에 걸쳐 잉크 저장기 내부를 대체로 일정한 부압을 유지시키기 위해 접철식 블래더(collapsible bladder)를 필요로 한다. 상기 접철식 블래더의 요구는 특히 부피적인 비효율성과 같은 특정의 부수적인 단점들을 갖는다. 상기와 같은 단점들은 본 발명에 의해 극복되게 되며 다음의 설명으로부터 잘 이해할 수 있다. 접철식 블래더를 사용함이 없이 일회용 잉크 제트 펜의 잉크 저장기 내에 잉크를 저장하는 더욱 최근의 또다른 방법이, 본 발명의 양수인에게 양도인 제프레이 베이커(Jeffrey Baker)등에게 허여된 1986.7.1자함께 계류중인 미합중국 특허 제880,774호에 기재되어 있으며 여기서는 참조로 한다.
상기 방법에서는 그물 모양으로 된 폴리우레탄 발포체가 흑색 및 칼라 펜들에 대해 잉크저장 매체로서 사용된다. 폴리우레탄 발포체와 같은 다공성 매체내에 잉크를 저장하는 상기 최근의 기술은 그 이전의 블레더식 저장 기술들에 비해 몇가지 신규하고 유용한 장점들을 제공한다. 그러나 팬의 주요 잉크 저장기 내의 다공성 저장매체의 필요는 잉크 저장기의 부피적인 저장 효율을 제한한다. 또한 본 발명에 기재된 바와 같은 방법과는 달리 잉크가 고갈되는 동안 부압을 거의 일정하게 유지시키지 못한다. 또한, 절췌되고 세척된 발포체는 발포체 저장식 펜에 대해 많은 비용을 부가하게 된다.
본 발명의 목적은 다공성 재료 또는 다른 잉크 저장매체를 사용하지 않으며 펜 본체 하우징 내의 상기 물체와 관련된 저장 공간을 필요로 하지 않으면서 잉크 저장 능력 포함하는 더욱 신규하고 유용한 개선된 잉크 제트 펜들을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 저장의 체적이 선행기술의 다른 유사한 형식들의 잉크 제트 펜들의 발포체 저장에 비해 대체로 증가된 기재된 형식의 신규하고 개선된 잉크 제트 펜을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은, 재설계함으로써 자체의 잉크저장 체적이 매우 증가될 수 있는 기재된 형식의 잉크 제트 펜을 제공하기 위함이다. 발표체 내의 잉크의 저장은 저장될 수 있는 잉크의 체적에 대해 부적합한 상한을 부과한다.
본 발명의 다른 목적은 펜이 작동되는 동안 잉크가 충만된 상태로부터 비워진 상태로 고갈됨에 따라, 미리 설정된 범위의 온도들 및 다른 주위 조건들에 걸쳐 대체로 일정한 공칭 부압으로 작동하는 기재된 형식의 잉크 제트 펜을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 자체의 부압이, 발포체 내에 잉크를 저장하는 펜들을 부압들보다, 잉크 유동량에 의해 덜 영향을 받은 기재된 형식의 잉크 제트 펜을 재공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 신뢰적으로 작동하고 구조면에 있어서 내구성 및 경제성을 가지며 기계적으로 운동하는 부품들을 사용하지 않는 기재된 형식의 신규하고 개선된 잉크 제프 펜을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 펜 내에 아직 저장된 잉크의 양을 직접적으로 볼 수 있도록 지시할 수 있는 기재된 형식의 신규하고 개선된 잉크 제프 펜을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 장점들 및 신규한 특징들은 제1잉크 저장기 부분을 갖는 펜 본체 하우징, 제2잉크 저장기 부분 및 그 내부의 프린트헤드 지지부분으로 구성되는 잉크 제트 펜을 제공함으로써 수행한다. 잉크 통로는 잉크 제트 인쇄 작업중에 잉크를 제1잉크 저장기 부분으로부터 제2잉크 저장기 부분으로 및 프린트헤드 지지부분으로 통과시키도록 상기 모든 부분들을 서로 연결시킨다. 다공성 부재는 잉크 통로와 제2잉크 저장기 부분 및 프린트헤드 지지부분 사이에 장착되어 있고, 프린트헤드 부재는 잉크제트 인쇄중에 다공성 부재로부터의 잉크를 수납하도록 프린트헤드 지지부분의 외측 표면상에 장착되어 있다. 작동조건들(온도들 및 주위 압력들)이 변화되는 동안 잉크는 제1 및 제2잉크 저장기들 사이로 및 다공성 부재를 통해 전후로 통과하여 잉크가 프린트헤드 오리피스들로부터 누출되는 것을 방지한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명을 상술한다.
이제 제1도 및 2도를 참조하면, 펜 본체 하우징(10)은 측벽면(14)들, 상부 덮개판(16) 및 바닥 벽면(18)에 의해 둘러싸인 주 또는 상부 잉크 저장기를 포함한다. 상부 벽면 또는 덮개판(16)은 상부 플러그(plug)부재(17)과 일체로 연결되어 있고, 상기 커버판 전체는 펜 본체(10)에 밀폐식으로 밀봉된다.
펜(10)의 바닥 벽면(18)은 자체의 내부에 잉크 유동통로(22)를 포함하는데 상기 통로는 또한 여기서는 "게이트(gate)"로 칭해진다. 잉크는 통로 또는 게이트(22)를 통해 통과하고 다음에 제2저장기(26) 내로 또는 프린트헤드 지지부분(28) 내로 유입하기 전에 후술하는 바와 같은 방법으로 필터(29)에 의해 선택된 다공성 재료(24)를 통해 통과하게 된다. 제2또는 하부 저장기(26)은 또한 여기서는 종종 "배수조"로 칭해지며 프린트헤드 지지부분(28)은 직립 수직 측벽면(3)들을 포함하는데 상기 측벽면들은 도시된 바와 같이 연장되어 다공성 재료(24)와 직접 접촉된다.
다공성 재료(24)는 적합하게 그물 모양으로된 셀룰로오스 발포체로 되어 있고, 제2도에 도시된 바와 같이 자체의 우측 부분이 돌출 토대(sill)(34)와 접촉되도록 배설되어 있다. 토대(34)는 도시된 바와 같이 벽면부재(18)의 바닥표면으로부터 연장되고 제2저장기 또는 배수로(26) 내로 연장된다. 상기 토대(34)는 발포체 재료(24)의 인접된 부분을 약간 압축하여, 상기 재료의 국소적인 모세관 현상을 증가시킨다. 그러나 발포체 재료(24) 내로 역시 연장되고 수직벽면(30)들에 의해 지지되는 필터(29)에 의해 더 큰 압축력이 발포체(24)의 좌측에 인가되어 모세관 현상이 더 커질 수 있다. 발포체(24)의 측면들 사이의 상기와 같은 차등 압축력이 존재하지 않으면, 공기가 발포체 재료(24)를 통해 배출되게 되고, 필터(29)를 이송하게 되며, 게이트(22)로부터 필터(29)로의 잉크 유동경로는 차단되게 된다.
얇은 필름 레지스터(TFR)잉크 제트 프린트헤드(36)은 도시된 바와 같이 펜 본체 하우징의 아래로 접하는 외측 표면상에 장착되어 있고 필터(29)를 통한 발포체 재료(24)로부터의 잉크를 수납하도록 작동된다. 다음에 잉크는 중심 잉크 공급 통로(38)을 통해 얇은 필름 프린트헤드(36)으로 통과한다. 상기 프린트헤드는 1985. 5월, "휴렛트-팩카드 저어널" 제36권, 제5호에 기재된 것과 같은 일반적으로 공지된 여러 상이한 형식들 중 하나일 수 있으며, 여기서는 참조로 한다. 통상적으로 얇은 필름 레지스터 프린트헤드(36)은 자체의 상부에 도전 추적(Trace)재료(도시되지 않음)를 갖게 되는데 상기 재료는 다수의 저항식 히이터 요소들을 인도하며 TFR 기체(基體)상의 외측 전기 접속 패드들로 연장된다. 상기 접속패드들은 프렉시블(FLES)회로에 또는 테이프 자동식 본드(TAB)회로 (도시되지 않음)에 전기적으로 연결되어 있는데 상기 형식은 수직 하우징 벽면 (14)의 외측벽 표면들중 하나의 표면상에 간편하게 장착될 수 있다. 상기와 같은 TAB회로 연결을 예컨대, 본 발명의 양수인에게 양도된, 게리 이 헨슨(Gary E. Hanson)에게 허여된 미합중국 특허 제4,635,073호에 기재된 형식일 수 있고 여기서는 참조로 한다. 일단 펜(10)이 인쇄기 캐리지 조립체(도시되지 않음)내에 삽입되게되면 상기 FLES 또는 TAB회로는 TFR 프린트헤드를 부가적인 회측구동회로로 연결시키게 된다.
프린트헤드(36)이 발사할 때, 프린트헤드는 펜 본체(10) 내의 상기 잉크 공급 시스템 상에 흡인(suction)을 생성시킨다. 잉크는 상기 흡인에 의해 주공급 저장기 (12)로부터 발포체(24) 및 필터(29)를 통해 게이트통로(22)로부터 꺼내지고, 다음에 수직벽면(30)에 의해 형성된 스텐드 파이프 내로 아래로 및 프린트헤드로 통과한다. 상기 작용은, 게이트(22)를 제외하고는 밀폐식으로 밀봉된 주 잉크 저장기(12)내의 압력을 강하시켜, 압력처리가 토대(34) 및 인접된 발포체(24)에 걸쳐 생성되게 된다. 처음에 인쇄 작업이 시작될 때, 공기는 상기 압력차이의 작용하에 토대(34)을 횡간하여 우측으로부터 좌측으로 이동하므로, 잉크는 발포체재료(24)와 토대(34)사이에 존재하는 모세관 공간들로부터 변위되게 된다. 게이트(22)에 도달할 때, 상기 공기는 주 저장기(12) 내로 부상하게 되는 기포들로 집결하게 되어 저장기(12)내의 대기압 이하의 압력을 부분적으로 해제시킨다.
각각의 기포의 성장은 매우 급작스러우나, 순간적인 것은 아니다. 기포가 작을 때 기포는 작은 부력을 가지며, 발포체 재료(24), 또는 게이트(22)를 형성하는 강성재료 상으로 기포를 유지시키는 작은 표면 장력을 갖는다. 그러나 기포의 성장이 계속됨에 따라 기포상의 상기 힘들의 상대적인 크기들을 역으로하며, 기포는 파괴되어 발포체(24) 및 게이트 재료로부터 해제되고 주 잉크 저장기(12) 내로 부상한다.
요구되는 범위 내로 프린트헤드(36)에서 부압을 설정하기 위해서는, 상기 기포가 반드시 형성됨을 알 수 있다. 특히, 발포체 재료, 발포체 세척 방법들, 국소적인 발포체 압축, 게이트 형상, 게이트 재료, 표면처리, 및 잉크 표면 장력의 선택은 펜의 공칭 부압을 각각 부분적으로 결정하게 된다. 본 발명의 적합한 실시예에서, 상기 값들 중 몇몇의 값들이 다음 표 1에 기재되어 있고, 본 발명의 최선 실시예를 나타낸다.
[표 1]
* 발포체의 재료... 가네보(Kanebo) 스폰지 블록, 등급 T
* 발포체 세척... 신선한 증류수 내에서 20회 압축 및 이완.
2회 반복 (총 60회 압축)
* 펠트로된(felted)축 내의 발포체 압축 … 필터에서 50%
(펠팅축은 필터 및 게이트에서 32%
게이트의 평면들에 대해 수직임 배수조에서 0%(발포체의 우측)
* 게이트 형상 … 직경 0.125in×길이 0.388in 의 라운드된 슬로트
* 게이트 재질 … ABS
* 게이트 표면처리… 기계가공(약 128micro-in, RMS)
* 잉크 표면 장력... 62dyne/cm
프린트헤드(36)에서의 부압은, 잉크가 발포체(24) 및 필터(29)를 통해 유동함으로 인해 고도변화 및 최소수두손실들을 제외하고는 게이트(22)의 바로 위의 압력과 대체로 동일하다. 부가해서, 제2저장기(26)내의 주위공기로부터 게이트(22) 까지의 토대(34)를 횡간하는 압력차이는 팬(10)의 전체 수명에 걸쳐 일정하게 유지된다. 프린트헤드(36)이 인쇄를 중지할 때, 바닥 벽면 (18)에 인접된 공기/잉크 경계면은 게이트(22)로부터 및 발포체 내로 매우 취약하게 후퇴한다. 온도 변화들이 없이, 상기 경계면은 인쇄가 재개될 때까지 사이 정지 위치로 유지되게 된다.
주 잉크 저장기(12)내의 온도가 상승될 때 (또는 주위압력이 강하될 때 )잉크는 상기 온도상승(압력 변화)를 수반하게 되는 공기의 팽창에 의해 게이트(22)로부터 아래로 향하게 된다. 상기 현상이 발생될 때 펜(10)의 현재 설계 및 구조는 잉크가 더 높은 모세관 현상의 프린트헤드 오리피스들로부터가 아닌 발포체재료(24)의 낮은 모세관 현상의 우측으로부터 밀려지게되는 것을 쉽게한다. 상기 시점에서, 발포체(24)와 토대(34) 사이의 모세관 공간은 잉크로 재충전되게 된다.
프리트헤드(36)이 상기 시간동안 발사를 계속하게 되면, 제2저장기(26)내의 잉크가 배출될 때까지 제2저정기(26)으로부터 잉크를 매우 낮은 부압으로 취하게 된다. 상기 시점에서 주 잉크 저장기(12)로부터의 및 프린트헤드(36)으로의 잉크 유동의 정상작동이 재개된다.
배수조 내의 잉크가 존재하는 동안 펜의 작동온도가 낮아지는 경우(또는 주위압력이 상승하는 경우), 공기가 토대(34)를 횡간하여 당겨지게되고 상술한 바와 같이 기포들을 생성시키는 것보다 잉크가 주 잉크 저장지로 복귀하는 것이 더 쉽게 된다. 상기 작용은 배수조 내의 잉크를 포화된 발포체 내로 도입하는 데에 에너지가 필요없기 때문이나, 공기가 토대를 횡간하고 잉크 내에 기포들을 형성할 때 잉크 경계면으로 부가적인 공기를 생성시키는 데에는 에너지가 필요하다. 따라서 상승된 온도(또는 압력)조건이 통과할 때 펜(10)은 자체의 정상위치로 스스로 복귀한다.
본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 상술한 실시예에 여러 수정들이 이루어질 수 있다. 예컨대 본 발명은 잉크 제트 펜들을 사용하는 것에 국한되지 않으며 상술한 방법대로 주위의 온도 및 압력의 변동을 수용해야 하는 다른 유체 반송 시스템들에도 사용될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 다른 다양한 유체 반송 시스템들에 대해서는 방울의 체적들, 방울 방출 빈도, 및 유체 저장 용량을 변경시키기 위해서, 및 유체 점도의 변경들을 수용하기 위해서 펜 및 TFR 프린트헤드의 특정부분들을 재설계해야할 필요가 있게 된다.

Claims (9)

  1. 서로 인접되어 있는 제1잉크 저장기 부분, 제2잉크 저장기 부분 및 프린트헤드 지지부분, 및 상기 제1잉크 저장기 부분으로부터 상기 제2잉크 저장기 부분으로 및 상기 프린트헤드 지지부분으로 잉크를 통과시키기 위해 상기 모든 부분들을 서로 연결시키는 통로를 갖는 펜 본체 하우징, 잉크 제트 인쇄 작업중에 잉크를 그에 대해 잉크를 통과시키기 위해서, 및 상기 펜 내의 온도 및 압력이 변화하는 동안 상기 다공성 부재를 통해서 및 상기 제1저장기와 제2저장기 사이로 전후로 잉크를 통과시키기 위해서 상기 통로와 상기 프린트헤드 지지부분 및 상기 제2잉크 저장기 부분 사이에 장착된 다공성 부재, 및 잉크 제트 인쇄중에 장기 다공성 부재로부터 잉크를 수납하도록 상기 프린트헤드 지지부분 상에 장착된 프린트헤드 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 펜.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 부재가 그물 모양으로된 발포체인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 펜.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프린트헤드 부재가 얇은 필름 레지스터식 씨어멀 잉크 제트 프린트헤드인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 펜.
  4. 자체로부터 유체가 출력 오리피스판을 통해 제1저장기로부터 유출되게 되는 유체 반송 시스템에 있어서, 제2저장기가 상기 제1저장기에 인접되어 있고, 다공성 유체 반송 부재가 상기 제1 및 제2저장기들 사이에, 상기 제1저장기와 상기 오리피스판 사이에, 및 상기 제2저장기와 상기 오리피스판 사이에 위치되어 있으며, 상기 유체 반송 부재의 한쪽으로부터 다른쪽까지 모세관 압력차이를 생성시키는 장치로 구성되어, 유체의 온도 및 압력이 변화됨에 따라, 유체가 상기 제2저장기 내로 또는 저장기로부터 유출될 수 있고 상기 반송 부재로부터 또는 상기 부재로 유출될 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 반송 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 오리피스판이 잉크 제트 프린트헤드의 부품인 것을 특징으로 하는 유체 반송 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2저장기들이 유체를 상기 반송 부재로 통과시키는 개구부를 자체의 내부에 갖는 공통 벽면에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 유체 반송 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 토대가 상기 공동 벽면으로부터 상기 유체 반송 부재내로 연장되어 자체의 국소적인 모세관 현상을 증가시키고 상기 유체 반송 부재내의 압력 차이를 생성시키는 것을 돕는 것을 특징으로 하는 유체 반송 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오리피스판이 잉크 제트 프린트헤드의 부품인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유체 반송 부재가 다공성 발포체 재료인 것을 특징으로 하는 시스템.
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