KR101797266B1

KR101797266B1 - 인쇄 시스템 및 관련 방법

Info

Publication number: KR101797266B1
Application number: KR1020137022328A
Authority: KR
Inventors: 헥터 호세 레브론; 스펜서 씨 앤더슨
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: EP2678162B8; WO2012115654A1; BR112013021600A2; BR112013021600B1; EP2678162B1; EP2678162A1; US20130314465A1; CN103384600A; KR20140018889A; JP5845290B2; JP2014506537A; US8814319B2; EP2678162A4

Abstract

일 실시예에서, 인쇄 시스템은 프린트헤드 및 조정기 챔버를 갖는 프린트헤드 모듈을 포함한다. 조정기 챔버는 잉크 및 조정기 에어백을 수용한다. 조정기 에어백과 프린트헤드는 잉크와 유체 연통되어 있으며, 프린트헤드는 복수의 분사 노즐을 포함한다. 인쇄 시스템은 에어백을 팽창시킴으로써, 분사 노즐 외부로 잉크를 밀어내는 일 없이 분사 노즐 내의 메니스커스를 교란시키기에 충분한 양의 잉크를 변위시킨다.

Description

인쇄 시스템 및 관련 방법{PRINTING SYSTEM AND RELATED METHODS}

본 발명은 인쇄 시스템 및 관련 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 잉크가 노즐로부터 분사되거나 흘러나오는 일 없이 노즐 내에서 잉크 메니스커스(meniscus)를 교란시키는 미소 작동 준비(micro-priming) 방법을 사용한 인쇄 시스템에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄 기술은 합리적인 비용으로 양질의 이미지 인쇄 방법을 제공하기 위해 수많은 상용 인쇄 장치에서 사용된다. "드롭 온 디맨드(drop on demand)"로 알려진 잉크젯 인쇄의 한 유형은 잉크젯 펜을 채용하여 복수의 노즐을 통해 한 장의 종이와 같은 인쇄 매체 상에 잉크 액적을 분사한다. 일반적으로 노즐들은 잉크젯 펜 상의 하나 이상의 프린트헤드에 어레이 형태로 배열됨으로써, 펜과 인쇄 매체가 서로에 대해 이동할 때, 노즐로부터 적절한 순서로 분사되는 잉크에 의해 문자 또는 다른 이미지가 인쇄 매체 상에 인쇄되게 한다. 특정한 예에서, 열구동 방식 잉크젯(thermal inkjet; TIJ) 프린트헤드는 가열 요소에 걸쳐 전류를 흐르게 하여 열을 발생시켜서 파이어링 챔버(firing chamber) 내에서 유체의 소량 부분을 기화시킴으로써 노즐로부터 액적을 분사한다. 다른 예에서, 압전 방식 잉크젯(piezoelectric inkjet; PIJ) 프린트헤드는 잉크 액적을 노즐 외부로 밀어내는 압력 펄스를 생성하기 위해 압전 재료 액추에이터를 사용한다.

잉크젯 기술에 관한 계속적인 도전이 노즐의 건전한 상태를 유지시키고 있다. 프린트헤드는 일반적으로 프린트헤드 노즐에서의 잉크의 건조를 줄이기 위해 비사용 기간 동안에는 매우 습한 환경에서 캡으로 덮여 있거나 밀봉되어 있다. 그러나, "디캡(decap)"(즉, 잉크젯 노즐의 캡이 제거되어 잉크젯 노즐이 사용 동안 주위 환경에 노출된 상태를 유지하고 있는 시간의 양)과 관련된 요인, 예컨대 물 또는 용매의 증발은 잉크의 건조를 증가시킴으로써, 노즐의 막힘 또는 부분적 폐색이나, 노즐 내에서의 잉크 크러스트(crust) 및/또는 점성 플러그(plug)의 형성을 초래할 수 있다. 노즐이 막히거나 폐색되면 노즐로부터 분사되는 잉크 액적의 중량, 속도, 궤적, 형상 및 색상이 바뀔 수 있으며, 이들은 모두 잉크젯 프린터의 인쇄 품질에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.

문제점 및 해결책에 대한 개요

상술한 바와 같이, 잉크젯 인쇄 장치의 인쇄 품질을 향상시키기 위한 노력이 계속되고 있는 잉크젯 인쇄 기술의 한 영역은 건전한(즉, 청결한) 잉크젯 분사 노즐을 유지하는 능력에 관한 것이다. 디캡 문제를 완화시키는 종래의 방법에는 노즐을 작동 준비시키고 노즐을 청결하게 유지하기 위해 "서비스 스테이션(service station)" 기구를 사용하는 것이 포함된다. 송출 작동 준비(blow priming)는, 잉크를 노즐 외부로 밀어내어 부스러기 및/또는 공기를 노즐로부터 흘려보내는 프린트헤드 서비스 방법이다. 이러한 서비스 방법에서, 송출 작동 준비용 펌프는 노즐 외부로 잉크를 밀어내는 프린트헤드 압력 조정 시스템에 공기 압력을 가한다. 이러한 서비스 방법의 단점으로는 작동 준비 이벤트(priming event) 후에 노즐 플레이트로부터 여분의 잉크를 제거할 필요가 있는 점 등이 있다. 다른 방법으로는 폐기물 용기 내로 잉크를 토출하기 위해 서비스 스테이션 위로 프린트헤드를 이동시키는 것(때때로 플라이 바이 잉크 스피팅(fly-by ink spitting)으로 불림) 등이 있다. 양 방법은 모두 토출구(spittoon) 또는 서비스 영역 위로 프린트헤드를 이동시키기 위한 추가 시간을 필요로 하며, 이는 특히 디캡 시간이 짧은 인쇄 시스템에서 프린터 작업 흐름에 중단을 초래하게 된다. 고 처리량, 산업용, 단일 패스 인쇄 시스템을 다루는 경우에 그러한 작업 흐름의 중단은 일반적으로 허용될 수 없다. 다른 방법으로는 매체 상에 스핏 바아(spit-bar)를 인쇄하는 것이 있다. 그러나, 커트지(cut sheet) 매체에 스핏 바아를 인쇄하는 것은 일반적으로 대부분의 소비자에게 용인될 수 없기 때문에, 통상 위의 방법은 오직 롤투롤(roll-to-roll) 종이 응용예에서만 실행된다. 매체를 운반하는 벨트 또는 테이블 위에 직접 인쇄하는 것도 다른 대안이나, 이는 매체의 뒷면에 잉크가 묻게 될 수 있고 벨트 또는 테이블의 수명을 단축시킬 수 있다. 이들 프린트헤드 노즐 서비스 방법의 다른 주요 단점은 이들 모두 총 인쇄 비용을 증가시키고 처리가 곤란할 수 있는 잉크 및 종이 폐기물을 야기한다는 것이다.

본 발명의 실시예들은, 잉크가 노즐로부터 분사되거나 흘러나오는 일 없이 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 교란시키는 미소 작동 준비 방법을 사용함으로써 종래의 노즐 서비스 방법 및 시스템의 단점을 극복하는데 도움이 된다. 압력 소스 또는 압력 소스들(예컨대, 송출 작동 준비용 펌프)로부터의 공기 압력 펄스는 잉크젯 펜 내부의 조정기 에어백(regulator air bag) 내로 소량의 공기를 밀어넣는 미소 작동 준비 이벤트(micro-priming event)의 역할을 한다. 공기 압력 펄스가 조정기 에어백을 팽창시킴에 따라, 소량의 잉크가 펜의 조정기 챔버(잉크 저장소) 내에 옮겨지는데, 이 조정기 챔버는 잉크를 프린트헤드 외부로 분사하거나 밀어내는 일 없이 관련 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 자극하여 교란시킨다. 제어기는 특정 프린트헤드의 미소 유체적(micro-fluidic) 구조, 잉크 리올로지(rheology) 및 작동 온도와 같은 잉크젯 펜의 작동 특성을 기초로 (예컨대, 실행 가능한 소프트웨어 명령(instruction)을 통해) 압력 소스(들)로부터의 펄스 길이, 드웰 시간(dwell time) 및 공기 펄스의 개수를 제어하도록 구성된다. 각 노즐에서의 간단한 메니스커스 교란은 일반적으로 짧은 주기의 노즐 건전성 문제(디캡)에 관련된 노즐 점성 플러그를 해결한다. 메니스커스 교란은 노즐로부터의 건전한 제 1 액적 분사를 가능케 하며, 잉크젯 인쇄 장치의 전체 인쇄 품질을 향상시킨다.

하나의 예시적인 실시예에서, 인쇄 시스템은 프린트헤드 및 조정기 챔버를 갖는 프린트헤드 모듈을 포함한다. 조정기 챔버는 잉크 및 조정기 에어백을 수용한다. 프린트헤드는 복수의 분사 노즐을 포함한다. 인쇄 시스템은 에어백을 팽창시킴으로써 잉크를 분사 노즐 외부로 밀어내는 일 없이 분사 노즐 내의 메니스커스를 교란시키기에 충분한 양의 잉크를 변위시키는 압력 소스를 포함한다.

다른 실시예에서, 프린트헤드 모듈의 작동 방법은 공기 압력 펄스를 프린트헤드 모듈의 제 1 챔버 내로 보내는 단계를 포함한다. 제 1 챔버 내의 에어백이 공기 압력 펄스와 함께 팽창하며 에어백의 팽창에 의해 소정량의 잉크가 변위된다. 소정량의 잉크의 변위는 제 1 챔버와 관련된 제 1 분사 노즐 외부로 잉크를 밀어내는 일 없이 제 1 분사 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 자극한다.

다른 실시예에서, 인쇄 시스템은 프린트헤드 모듈을 포함한다. 프린트헤드 모듈 내에는 복수의 챔버가 있고, 각 챔버는 잉크 및 에어백을 수용한다. 프린트헤드 모듈은 복수의 잉크 슬롯을 갖는 프린트헤드를 포함하는데, 각 잉크 슬롯은 복수의 챔버 중 하나로부터의 잉크와 유체 연통된다. 인쇄 시스템은 복수의 압력 소스를 포함하며, 각 압력 소스는 챔버들 중 하나와 연관되어 있다. 그리고, 인쇄 시스템은 제어기를 포함하는데, 이 제어기는, 제 1 압력 소스로 하여금 제 1 챔버 내의 제 1 에어백을 팽창시켜서, 제 1 잉크 슬롯에 인접한 분사 노즐 외부로 잉크를 밀어내는 일 없이 그 분사 노즐 내에서 메니스커스를 교란시키기에 충분한 양의 제 1 챔버 내의 잉크를 변위시킨다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 잉크가 노즐로부터 분사되거나 흘러나오는 일 없이 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 교란시키는 미소 작동 준비 방법을 사용함으로써 종래의 노즐 서비스 방법 및 시스템의 단점을 극복할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른, 잉크젯 분사 노즐에서 잉크 메니스커스를 교란시키는 미소 작동 준비 이벤트를 실행하기에 적합한 잉크젯 인쇄 시스템을 도시하는 도면,
도 2는 일 실시예에 따른, 공기 압력 소스에 작동 가능하게 연결된 프린트헤드 모듈을 도시하는 도면,
도 3은 일 실시예에 따른, 공기 압력 펄스를 밀어내는 것이 정지된 공기 압력 소스에 작동 가능하게 연결된 프린트헤드 모듈을 도시하는 도면,
도 4는 일 실시예에 따른 프린트헤드의 밑면으로부터의 부분 사시도,
도 5는 일 실시예에 따른 개별 프린트헤드 노즐의 단면도,
도 6은 일 실시예에 따른, 별개의 공기 압력 소스에 각각 작동 가능하게 연결된 2개의 조정기 챔버를 갖는 프린트헤드 모듈을 도시하는 도면.

이제 첨부 도면을 참고하여 예시로서 본 실시예에 대해 설명할 것이다.

도면 전체에 걸쳐서, 동일한 도면부호는 유사한 구성요소들을 표시하는데, 반드시 동일한 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 잉크젯 분사 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 교란하는 미소 작동 준비 이벤트를 실행하는데 적합한 잉크젯 인쇄 시스템(100)을 도시한다. 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 잉크젯 펜 또는 프린트헤드 모듈(102)("잉크젯 펜"과 "프린트헤드 모듈"의 용어는 본 명세서 전체에 걸쳐서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있음), 잉크 공급부(104), 펌프(106), 공기 압력 소스 또는 소스들(108), 장착 조립체(110), 매체 이송 조립체(112), 프린터 제어기(114), 및 잉크젯 인쇄 시스템(100)의 다양한 전기 부품에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원부(116)를 포함한다. 프린트헤드 모듈(102)은 일반적으로 하나 이상의 조정기/필터 챔버(118)를 포함하는데, 이 조정기/필터 챔버(118)는 챔버(118) 내의 잉크 압력을 조정하는 압력 제어 조정기와, 잉크를 여과하는 하나 이상의 필터를 수용한다. 프린트헤드 모듈(102)은 또한 적어도 하나의 유체 분사 조립체 또는 프린트헤드(120)(예컨대, 열구동 방식 또는 압전 방식 프린트헤드(120))를 포함하며, 이 프린트헤드(120)는 복수의 오리피스(orifice) 또는 잉크 분사 노즐(122)을 통해 잉크 액적을 인쇄 매체(124) 쪽으로 분사하여 인쇄 매체(124) 상에 인쇄하기 위한 기계적 및 전기적 관련 부품 및 프린트헤드 다이(printhead die)를 구비한다. 프린트헤드 모듈(102)은 또한 프린트헤드(120)를 운반하고, 프린트헤드(120)와 프린터 제어기(114) 사이에 전기 통신을 제공하며, 캐리어 매니폴드 통로를 통해 프린트헤드(120)와 잉크 공급부(104) 사이에 유체 연통을 제공하는 캐리어를 포함한다.

일반적으로, 노즐(122)은, 프린트헤드 모듈(102)과 인쇄 매체(104)가 서로에 대해 이동할 때, 노즐로부터 적절한 순서로 분사되는 잉크에 의해 문자, 심볼 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지가 인쇄 매체 상에 인쇄되게 하도록 하나 이상의 열로 배열된다. 전형적인 열구동 방식 잉크젯(TIJ) 프린트헤드는 노즐(122)로 배열된 노즐 층과, 노즐 뒤에 배치된 집적 회로 칩/다이 상에 형성된 파이어링 저항기(firing resistor)를 포함한다. 각 프린트헤드(120)는 프린터 제어기(114) 및 잉크 공급부(104)에 작동 가능하게 연결된다. 작동시에, 프린터 제어기(114)는 파이어링 저항기들을 선택적으로 활성화하여 열을 발생시키고 파이어링 챔버 내에서 소량의 유체를 기화시켜서 증기포(vapor bubble)를 형성하며, 이 증기포가 잉크 액적을 노즐(122)을 통해 인쇄 매체(124) 상으로 분사시킨다. 압전 방식 잉크젯(PIJ) 프린트헤드에서는, 노즐로부터 잉크를 분사하기 위해 압전 요소가 사용된다. 작동시에, 프린터 제어기(114)는 노즐에 근접하여 위치된 압전 요소들을 선택적으로 활성화시킴으로써, 이들로 하여금 매우 신속하게 변형하여 노즐을 통해 잉크를 분사하게 한다.

잉크 공급부(104) 및 펌프(106)는 인쇄 시스템(100) 내의 잉크 전달 시스템(ink delivery system; IDS)의 일부를 형성한다. 일반적으로, 잉크 전달 시스템은 잉크가 잉크 공급부(104)로부터 프린트헤드 모듈(102) 내의 챔버(118)를 통해 프린트헤드(120)로 유동하게 한다. 몇몇 실시예에서, 잉크 전달 시스템은 또한 잉크 공급부(104), 펌프(106) 및 프린트헤드 모듈(102)과 함께, 잉크 공급부(104)와 프린트헤드 모듈(102) 사이의 잉크 재순환 시스템을 형성하는 진공 펌프(도시 생략)를 포함할 수도 있다. 진공 펌프를 구비한 재순환 시스템에서는, 소비되지 않은 잉크(즉, 분사되지 않은 잉크)의 일부가 잉크 공급부(104)로 다시 되돌아갈 수 있다. 재순환 시스템의 다른 실시예에서는, 펌프(106)와 같은 단일 펌프를 사용하여 잉크 전달 시스템 내에서의 잉크의 공급 및 재순환을 모두 실행함으로써 진공 펌프가 포함되지 않게 할 수도 있다.

공기 압력 소스(108)는 프린트헤드 모듈(102)의 조정기 챔버(118) 내의 조정기 에어백 내로 소량의 공기를 밀어넣는 공기 펄스를 제공한다. 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 소량의 공기가 조정기 에어백을 팽창시키고 조정기 에어백이 프린트헤드 모듈(102) 내의 저장소 내의 소량의 잉크를 변위시킨다. 프린트헤드 모듈(102) 내의 잉크의 변위는 잉크 저장소와 관련된 각 노즐 내에서 메니스커스를 자극하는데, 잉크를 노즐 외부로 분사하거나 밀어내지는 않는다. 공기 압력 소스(108)는, 예컨대 몇몇 잉크젯 인쇄 시스템에서 프린트헤드를 서비스하는데 사용되는 것과 같은 송출 작동 준비용 펌프로서 실시될 수 있다. 공기 압력 소스(108)는 또한 잉크 공급부(104)로부터 프린트헤드 모듈(102)까지 잉크를 펌핑하는데 사용되는 펌프(106)와 같은 펌프로서 실시될 수 있다. 그러한 실시예에서, 펌프(106)는 프린트헤드 모듈(102)의 조정기 챔버(118) 내의 조정기 에어백에 공기 압력 펄스를 공급할 뿐만 아니라, 가압된 잉크를 프린트헤드 모듈(102) 내의 잉크 저장소에 공급하도록 구성될 수 있다.

장착 조립체(110)가 프린트헤드 모듈(102)을 매체 이송 조립체(112)에 대하여 위치 설정하고, 매체 이송 조립체(112)는 인쇄 매체(124)를 잉크젯 프린트헤드 모듈(102)에 대하여 위치 설정한다. 따라서, 프린트헤드 모듈(102)과 인쇄 매체(124) 사이의 영역 내에서 노즐(122)에 인접하여 인쇄 영역(126)이 규정된다. 인쇄 시스템(100)은, 고정식이며 인쇄 매체(124)의 폭에 걸쳐 있는 일련의 프린트헤드 모듈(102), 또는 인쇄 매체(124)의 폭에 걸쳐 앞뒤로 스캐닝하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수도 있다. 스캐닝 타입 프린트헤드 조립체에서, 장착 조립체(110)는 인쇄 매체(124)를 스캐닝하도록 프린트헤드 모듈(들)(102)을 매체 이송 조립체(112)에 대하여 이동시키기 위한 가동 캐리지를 포함한다. 고정식 또는 비스캐닝 타입 프린트헤드 조립체에서는, 장착 조립체(110)가 프린트헤드 모듈(들)(102)을 매체 이송 조립체(112)에 대한 규정된 위치에 고정한다. 따라서, 매체 이송 조립체(112)는 인쇄 매체(124)를 프린트헤드 모듈(들)(102)에 대하여 위치 설정한다.

프린터 제어기(114)는 전형적으로 프로세서 및 펌웨어 외에, 잉크젯 프린트헤드 모듈(102), 공기 압력 소스(들)(108), 잉크 공급부(104)와 펌프(106), 장착 조립체(110) 및 매체 이송 조립체(112)와 통신하고 이들을 제어하기 위한 다른 프린터 전자부품을 포함한다. 프린터 제어기(114)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터의 호스트 데이터(128)를 수신하고, 데이터(128)를 임시로 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 전형적으로, 데이터(128)는 전자적, 적외선, 광학적, 또는 다른 형식의 정보 전달 경로를 따라 잉크젯 인쇄 시스템(100)으로 전송된다. 데이터(128)는 예컨대 인쇄될 문서 및/또는 파일을 나타낸다. 따라서, 데이터(128)는 잉크젯 인쇄 시스템(100)에 대한 인쇄 잡(print job)을 형성하며, 하나 이상의 인쇄 잡 커맨드(command) 및/또는 커맨드 파라미터(command parameter)를 포함한다. 일 예에서, 프린터 제어기(114)는 데이터(128)를 사용하여 인쇄 제어 모듈(130)로부터의 인쇄 명령을 실행함으로써 잉크젯 프린트헤드 모듈(102) 및 프린트헤드(120)를 제어해서 노즐(122)로부터 잉크 액적을 분사한다. 따라서, 프린터 제어기(114)는 인쇄 매체(124) 상에 문자, 심볼, 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지를 형성하는 분사된 잉크 액적의 패턴을 규정한다. 분사된 잉크 액적의 패턴은 데이터(128)로부터의 인쇄 잡 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터에 의해 결정된다.

일 실시예에서, 프린터 제어기(114)는 제어기(114)의 메모리에 저장된 서비스 제어 모듈(132)을 포함한다. 서비스 제어 모듈(132)은, 예컨대 공기 압력 소스(들)(108)의 작동을 통해 노즐 작동 준비 이벤트를 제어함으로써 프린트헤드 모듈(102)의 서비스를 제어하도록 프린터 제어기(114)(즉, 제어기(114)의 프로세서) 상에서 실행 가능한 서비스 명령을 포함한다. 보다 구체적으로, 제어기(114)는 어느 공기 압력 소스들이 공기 압력 펄스를 생성하고 있는지(즉, 복수의 공기 압력 소스(108)가 존재할 때), 펄스의 타이밍(예컨대, 인쇄용 액적 분사 이벤트에 대한 것임), 펄스 길이, 드웰 시간(즉, 조정기 에어백을 팽창시키는데 필요한 각 공기 압력 펄스 사이의 시간), 및 생성되어 압력 조정기 통기구를 통해 프린트헤드 모듈(102) 내의 전용 잉크 작동 준비 포트 또는 조정기 에어백 내로 인도되는 펄스의 수를 제어하도록 모듈(132)로부터의 명령을 실행한다. 서비스 제어 모듈(132)의 명령은, 잉크가 노즐로부터 분사되거나 흘러나오는 일 없이 노즐 내에서 잉크 메니스커스를 교란시키는 프린트헤드 모듈(102) 내의 잉크의 변위를 성취하도록 공기 펄스의 펄스 길이, 드웰 시간 및 개수를 제어하기 위해, 특정 프린트헤드 모듈(102)의 작동 특성을 기초로 구체적으로 구성되어 있다. 그러한 특성은 예컨대, 프린트헤드 모듈(102)에서 사용되고 있는 잉크의 리올로지, 작동 온도, 및 특정 프린트헤드(120)의 미소 유체적 구조를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 잉크젯 인쇄 시스템(100)은, 프린트헤드(120)가 열구동 방식 잉크젯(TIJ) 프린트헤드인 드롭 온 디맨드 서멀 버블 잉크젯 인쇄 시스템이다. 열구동 방식 잉크젯(TIJ) 프린트헤드는 잉크 챔버 내의 열저항기(thermal resistor) 분사 요소를 실시하여 잉크를 기화시켜서, 잉크 또는 다른 유체 액적을 노즐(122) 외부로 밀어내는 기포를 생성한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 인쇄 시스템(100)은, 프린트헤드(120)가 압전 방식 잉크젯(PIJ) 프린트헤드인 드롭 온 디맨드 압전 방식 잉크젯 인쇄 시스템이며, 압전 방식 잉크젯(PIJ) 프린트헤드는 압전 재료 액추에이터를 분사 요소로서 실시하여, 잉크 액적을 노즐(122) 외부로 밀어내는 압력 펄스를 생성한다.

도 2는 일 실시예에 따른, 공기 압력 소스(108)에 작동 가능하게 연결된 프린트헤드 모듈(102)을 도시한다. 프린트헤드 모듈(102)은 조정기/필터 챔버(118), 2개의 압력 제어 조정기(200), 및 하나 이상의 프린트헤드(120)를 포함한다. 조정기/필터 챔버(118)는 프린트헤드 모듈(102)을 위한 내부 잉크 저장소(118)의 역할을 수행함으로써, 잉크 공급부(104)로부터의 잉크를 노즐(122)을 통해 분사하기 전에 임시로 저장한다("조정기/필터 챔버" 및 "잉크 저장소"의 용어는 본 명세서 전체에 걸쳐서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있음). 프린트헤드 모듈(102)은 또한 잉크가 프린트헤드(120)를 통과하기 전에 잉크를 여과하는 필터(202)와, 잉크가 관통하여 프린트헤드(120)에 도달하는 매니폴드 통로(204)를 구비한 다이 캐리어(die carrier)(203)를 포함한다.

본 실시예에서, 각 압력 제어 조정기(200)는 3개의 조정기 통기 개구를 포함하는데, 이들은 프린트헤드 모듈(102)로의 개구(206), 공기 압력 소스(108)로의 개구, 및 주변 공기로의 개구(210)이다. 압력 제어 조정기(200)는 또한 조정기 에어백(212), 조정기 플랩(flap)(214) 및 조정기 스프링(216)을 포함한다. 조정기 에어백(212)은 챔버(118)(즉, 내부 잉크 저장소(118)) 내에 분산되어 있으며, 챔버(118) 내의 잉크와 유체 연통되어 있다. 공기 압력 소스(108)는 공기 튜브(218)를 거쳐서 수동 통기 개구(208)에 작동 가능하게 연결됨으로써, 작동 준비 이벤트에 의해 공기 압력 소스(108)로부터의 가압된 공기 펄스(즉, 작동 준비용 공기 압력 펄스)가 공기 튜브(218)를 통과하여 통기 개구(208 및 206)를 통해 조정기 에어백(212) 내로 들어가게 한다. 공기 압력 소스(108)가 공기 튜브(218) 및 통기 개구(208 및 206)를 통해 공기 압력 펄스를 밀어냄에 따라, 조정기 에어백(212)이 팽창한다. 조정기 에어백(212)이 팽창할 때, 조정기 에어백(212)이 챔버(118) 내의 소량의 잉크를 변위시킨다. 챔버(118) 내의 잉크 변위는 매니폴드 통로(204) 및 잉크 슬롯(400)을 통해 프린트헤드(120) 내의 노즐(122)로 전파되는데(도 4 참조, 후술됨), 이에 의해 각 노즐(122) 내의 잉크 메니스커스가 팽출된다. 잉크 변위는, 잉크가 노즐(122)로부터 분사되거나 흘러내리는 일 없이 메니스커스를 팽출시키기에 충분하다. 메니스커스의 팽출은 노즐(122) 내에 형성되고 있을 수도 있는 임의의 점성 플러그 또는 크러스트 형성을 차단함으로써, 간섭 없이 잉크 액적을 분사할 준비가 되도록 노즐을 작동 준비시킨다.

공기 압력 소스(108)가 공기 튜브(218)를 통해 공기 압력 펄스를 밀어내는 것을 중단하는 경우, 조정기 플랩(214)들을 끌어당기는 조정기 스프링(216)에 의해 조정기 에어백(212)이 도 3에 도시된 바와 같이 수축된다. 조정기 에어백(212) 내의 작동 준비용 공기 압력은 통기 개구(206)를 통해 에어백 외부로, 그리고 통기 개구(210)를 거쳐서 주변 공기로 보내진다. 조정기 에어백(212)의 수축에 의해, 팽출한 메니스커스가 정상 상태로 후퇴하게 되며, 이는 노즐(122) 내에서의 점성 플러그의 형성을 방지하는데 도움이 되는 다른 교란을 제공한다.

이제 최초로 도 4 및 도 5를 참조하면서, 조정기 에어백(212)을 가압하고 노즐 내의 메니스커스를 팽출시키는 노즐 작동 준비 프로세스를 명확하게 하는데 도움이 되도록 프린트헤드(120)에 대해 보다 상세히 논의할 것이다. 도 4는 일 실시예에 따른 프린트헤드(120)의 밑면으로부터의 부분 사시도이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 프린트헤드(120)는 노즐(122)이 2개의 잉크 슬롯(400) 주위에 열을 지어 배열된 상태로 도시되어 있지만, 여기에서 논의되는 원리는 이를 적용함에 있어서 도시된 특정 구성을 갖는 프린트헤드에 한정되지 않는다. 오히려, 하나의 잉크 슬롯을 갖는 프린트헤드 또는 3개 이상의 잉크 슬롯을 갖는 프린트헤드 등과 같은 다른 프린트헤드 구성도 가능하다. 상술한 바와 같이, 다이 캐리어(203)는 매니폴드 통로를 포함하고, 이 매니폴드 통로를 통해 조정기 챔버(118)로부터의 잉크가 프린트헤드(120)에 도달한다. 다이 캐리어(203) 및 프린트헤드(120)는 일반적으로 접착제 층(402)에 의해 서로 접착되어 있다. 프린트헤드 노즐(122)에 도달하기 전에, 조정기 챔버(118)로부터의 잉크는 캐리어(203) 내의 매니폴드 통로 및 잉크 슬롯(400)을 통해 유동한다. 점선(400)은 다이 캐리어(203) 내에서의 잉크 슬롯(400)의 대략적인 위치를 나타낼 의도이다.

도 5는 일 실시예에 따른 개별 프린트헤드 노즐(122)의 단면도이다. 본 예에서, 노즐(122)은 잉크 슬롯(400) 주위에 열을 지어 배열된 많은 노즐들 중 하나이다. 일반적으로, 노즐(122)은 챔버 층(502) 위에 배치된 노즐 플레이트(500) 내에 형성되어 있다. 노즐(122)은 챔버 층(502) 내에 형성된 분사 챔버(504) 위에, 그리고 기재(508) 상에 형성된 분사 요소(506)(예컨대, 열저항기 또는 압전 액추에이터) 위에 배치된다. 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 공기 압력 소스(108)가 공기 압력 펄스를 조정기 에어백(212) 내로 밀어내는 작동 준비 이벤트 동안, 팽창한 에어백이 조정기 챔버(118) 내의 소량의 잉크를 변위시킨다. 변위된 소정량의 잉크는 프린트헤드(120) 내의 노즐(122)로 전파되어, 각 노즐 내의 잉크 메니스커스로 하여금 도 5에 도시된 바와 같이 팽출하게 한다. 잉크 변위의 양은 메니스커스를 외측으로 팽출시키기에 충분하지만, 잉크를 노즐(122)로부터 분사하거나 흘러내리게 하기에는 부족하다는 것에 유의해야 한다.

점선(512)은 정상 상태(즉, 작동 준비 이벤트가 발생하지 않았을 때)에서의 메니스커스의 위치를 나타내며, 이는 작동 준비 이벤트가 완료된 후, 즉 공기 압력 소스(108)가 공기 압력 펄스를 조정기 에어백(212) 내로 밀어내는 것을 중단하고, 조정기 플랩(214)들을 끌어당기는 조정기 스프링(216)으로 인해 에어백이 도 3에 도시된 바와 같이 수축할 수 있게 된 때에, 메니스커스가 개략적으로 복귀하는 위치이다. 수축한 조정기 에어백(212)에 의해, 팽창한 메니스커스가 정상 상태로 후퇴하게 된다. 메니스커스(510)가 이러한 방식으로 정상 휴지 상태와 외측으로 팽출하는 상태 사이에서 운동하거나 또는 교란되는 작동 준비 이벤트 동안, 점성 플러그나 기타 "디캡" 관련 문제가 차단된다.

도 2 내지 도 5와 관련하여 위에서 논의된 프린트헤드 모듈(102)을 개략적으로 참조하면, 2개의 압력 제어 조정기(200) 모두는 공통의 공기 압력 소스(108)에 의해 동시에 제어된다. 그러나, 노즐의 작동 준비 동안에 노즐로부터 잉크 액적을 분사하는 것은 바람직하지 않다. 분사 이벤트가 작동 준비 이벤트와 동시에 발생하는 경우, 분사된 잉크 액적은 작동 준비 이벤트의 결과로서 잉크를 통해 전파되는 추가 에너지에 의해 영향받게 될 것이다. 예컨대, 액적 중량, 속도 및 형상이 정상 잉크 액적 파라미터에 대하여 불균일해질 수도 있다. 그러므로, 도 2 내지 도 5의 실시예들이 잉크를 노즐로부터 분사하거나 흘러내리게 하는 일 없이 분사 노즐을 작동 준비시키는 이점을 제공하는 동안, 분사 이벤트와 작동 준비 이벤트가 동시에 발생하는 것을 피하기 위해, 노즐로부터의 액적 분사 빈도가 최적화되지 않을 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른, 별개의 공기 압력 소스(108)에 각각 작동 가능하게 연결된 2개의 조정기 챔버(118)를 갖는 프린트헤드 모듈(102)을 도시한다. 도 6의 실시예는 분사되는 잉크 액적에 영향을 미치는 일 없이 분사 이벤트와 작동 준비 이벤트를 동시에 할 수 있다. 이제 도 6을 참조하면, 프린트헤드 모듈(102)은 도 2 내지 도 5에 관하여 위에서 논의된 프린트헤드 모듈(102)과 대부분 동일한 방식으로 구성되어 있다. 그러나, 도 6의 프린트헤드 모듈(102)은 오직 하나의 조정기/필터 챔버(118) 대신에 2개의 조정기/필터 챔버(118A 및 118B)를 포함한다. 조정기 챔버(118A 및 118B)는 잉크 공급부(104)로부터의 잉크를 노즐(122)을 통해 분사하기 전에 임시로 저장하도록 내부 잉크 저장소(118A 및 118B)의 역할을 한다. 조정기 챔버(118A 및 118B)는 동일한 색상의 잉크를 구비할 수 있고, 또는 다른 색상의 잉크를 구비할 수도 있다. 또한, 프린트헤드 모듈(102)은 분리된 개별 공기 압력 소스(108A 및 108B)에 의해 각각 지지되어 있는 2개의 압력 제어 조정기(200A 및 200B)를 갖는다. 압력 제어 조정기(200A 및 200B)는 또한 각각 조정기 챔버(118A 및 118B)에 대응한다.

도 6의 프린트헤드 모듈(102)은 조정기 챔버(118A 및 118B)에 각각 대응하는 2개의 잉크 슬롯(400A 및 400B)을 각각 구비하는 하나 이상의 프린트헤드(120)를 포함한다. 보다 구체적으로, 조정기 챔버(118A)는 프린트헤드(120) 내의 잉크 슬롯(400A)과 유체 연통되어 있고, 조정기 챔버(118B)는 프린트헤드(120) 내의 잉크 슬롯(400B)과 유체 연통되어 있다. 따라서, 잉크 슬롯(400A)에 인접한 노즐 열 내에 있는 노즐(122)을 통해 분사되는 잉크는 조정기 챔버(118A)로부터 나온 잉크인 반면에, 잉크 슬롯(400B)에 인접한 노즐 열 내에 있는 노즐(122)을 통해 분사되는 잉크는 조정기 챔버(118B)로부터 나온 잉크이다. 프린트헤드 모듈(102)은 또한 잉크가 프린트헤드(120)를 통과하기 전에 잉크를 여과하는 필터(202)와, 잉크가 관통하여 프린트헤드(120)에 도달하는 매니폴드 통로(204A 및 204B)를 구비한 다이 캐리어(203)를 개략적으로 포함한다. 프린트헤드(120)는 본 명세서 전체에 걸쳐서 프린트헤드 모듈(102) 내의 하나 또는 2개의 조정기 챔버(118)에 대응하여 2개의 잉크 슬롯(400)을 갖는 것으로 논의되었지만, 상술한 원리는 프린트헤드 모듈(102) 내에서 상이한 개수의 조정기 챔버(118)에 대응하여 상이한 개수의 잉크 슬롯(400)을 갖는 프린트헤드(120)에도 동일하게 적용된다. 예컨대, 프린트헤드(120)는, 제 1의 2개의 잉크 슬롯이 프린트헤드 모듈 내의 제 1 조정기 챔버와 유체 연통되고 제 2의 2개의 잉크 슬롯이 프린트헤드 모듈 내의 제 2 조정기 챔버와 유체 연통되는 4개의 잉크 슬롯(400)을 구비할 수도 있다.

다시 도 6을 참조하면, 2개의 조정기 챔버(118A 및 118B)와 관련된 노즐(122)이 독립적으로 작동 준비될 수 있기 때문에, 잉크 액적 품질에 영향을 미치는 일 없이 노즐 작동 준비 이벤트와 액적 분사 이벤트가 동시에 일어날 수 있다. 따라서, 조정기 챔버(118B)와 관련된 노즐(122)이 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 노즐 작동 준비 이벤트를 겪고 있는 반면에, 조정기 챔버(118A)와 관련된 노즐은 작동 준비 이벤트에 의해 영향을 받는 일 없이 잉크 액적을 분사할 수 있다. 프린터 제어기(114)는 작동 준비 이벤트와 분사 이벤트 양자 모두가 복수의 조정기 챔버(118) 중에서 언제 그리고 어디에서 발생할지(즉, 어느 조정기 챔버(118)에 관한 것인지)를 제어 및 조정함으로써, 노즐 작동 준비 이벤트가 진행되고 있는 노즐에서 액적 분사 이벤트가 발생하지 않게 할 수 있다.

도 2 내지 도 5의 실시예에 관하여 상술한 바와 유사한 방식으로, 도 6의 실시예에서의 노즐 작동 준비 이벤트는 공기 압력 소스(108A 및 108B)에 의해 가압 공기 펄스가 생성되게 하며, 이는 프린터 제어기(114)에 의해 결정 및 제어된다. 도 6의 예에서, 공기 압력 소스(108B)는 공기 펄스를 생성하도록 제어되고 있다. 그러므로, 이하의 논의는 조정기 챔버(118B)와 유체적으로 연관되어 있는 노즐(122)에 대하여 발생한 작동 준비 이벤트를 가정하지만, 조정기 챔버(118A)와 유체적으로 연관되어 있는 노즐(122)에 대하여 발생한 작동 준비 이벤트에도 동일하게 적용된다. 공기 압력 소스(108B)로부터의 공기 펄스는 대응 공기 튜브(218B)를 통과하며, 통기 개구(208 및 206)를 통해 대응 조정기 챔버(118B) 내의 조정기 에어백(212) 내로 들어간다. 공기 압력 소스(108B)가 공기 튜브(218B) 및 통기 개구(208 및 206)를 통해 공기 압력 펄스를 밀어냄에 따라, 조정기 에어백(212)이 팽창한다. 조정기 에어백(212)이 팽창하면, 조정기 에어백(212)은 챔버(118B) 내의 소량의 잉크를 변위시킨다. 잉크 변위는 대응 매니폴드 통로(204B) 및 프린트헤드(120) 내의 잉크 슬롯(400B)을 통해 전파되며, 잉크 변위에 의해 노즐(122) 내의 잉크 메니스커스가 팽출하게 된다. 잉크 변위는 잉크 슬롯(400B)과 관련된 노즐 내에서 메니스커스를 팽출하기에 충분하지만, 잉크가 노즐(122)로부터 분사되게 하거나 흘러내리게 하지는 않는다. 메니스커스의 팽출은 노즐(122) 내에 형성되고 있을 수도 있는 임의의 점성 플러그 또는 크러스트 형성을 차단함으로써, 간섭 없이 잉크 액적을 분사할 준비가 되도록 노즐(122)을 작동 준비시킨다.

공기 압력 소스(108B)가 공기 튜브(218B)를 통해 공기 압력 펄스를 밀어내는 것을 중단하는 경우, 조정기 플랩(214)들을 끌어당기는 조정기 스프링(216)에 의해 챔버(118B) 내의 조정기 에어백(212)이 수축한다. 조정기 에어백(212) 내의 작동 준비용 공기 압력은 통기 개구(206)를 통해 에어백 외부로, 그리고 통기 개구(210)를 거쳐서 주변 공기로 보내진다. 조정기 에어백(212)의 수축에 의해, 팽출한 메니스커스가 정상 상태로 다시 후퇴할 수 있다.

상술한 바와 같이, 조정기 챔버(118B)와 관련된 노즐 작동 준비 이벤트 동안, 조정기 챔버(118A) 및 대응 잉크 슬롯(400A)과 관련된 노즐(122)을 통해, 동일한 방식으로 액적 분사 이벤트가 발생할 수 있다.

Claims

인쇄 시스템에 있어서,
프린트헤드 모듈과,
잉크 및 제 1 에어백을 포함하는, 상기 프린트헤드 모듈 내의 제 1 챔버와,
상기 제 1 챔버로부터 분리되어 있고, 잉크 및 제 2 에어백을 포함하는, 상기 프린트헤드 모듈 내의 제 2 챔버와,
상기 제 1 챔버와 유체 연통하는 제 1 잉크 슬롯과, 상기 제 2 챔버와 유체 연통하는 제 2 잉크 슬롯과, 상기 제 1 잉크 슬롯과 유체 연통하는 복수의 제 1 분사 노즐, 및 상기 제 2 잉크 슬롯과 유체 연통하는 복수의 제 2 분사 노즐을 포함하는 프린트헤드와,
상기 제 1 에어백과 유체 연통하는 제 1 공기 압력 소스와,
상기 제 2 에어백과 유체 연통하는 제 2 공기 압력 소스와,
제어기를 포함하며,
상기 제어기는, (i) 상기 제 1 공기 압력 소스가 상기 제 1 에어백을 팽창시켜서, 상기 복수의 제 1 분사 노즐로부터 잉크를 밀어내는 일 없이, 상기 복수의 제 1 분사 노즐의 메니스커스(meniscus)를 교란시키기에 충분한 양의 잉크를 변위시키고, (ii) 상기 제 2 공기 압력 소스가 상기 제 2 에어백을 팽창시키지 않고서 상기 복수의 제 2 분사 노즐이 잉크 액적을 토출하는 것을 동시에 행하도록 구성된
인쇄 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제 1 에어백을 팽창시키는 상기 제 1 공기 압력 소스로부터의 공기 압력 펄스를 제어하도록 구성된
인쇄 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 프린트헤드 모듈의 작동 특성을 기초로 상기 제 1 공기 압력 소스로부터의 펄스 길이, 드웰 시간 및 펄스의 개수를 결정하도록 구성된
인쇄 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 작동 특성은 잉크 리올로지(rheology), 프린트헤드 구조, 잉크의 작동 온도 특성, 프린트헤드 모듈 구조, 및 프린트헤드 모듈의 작동 환경으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
인쇄 시스템.
삭제
제 1 에어백을 내부에 포함하는 제 1 챔버와, 제 2 에어백을 내부에 포함하는 제 2 챔버를 포함하는 프린트헤드 모듈을 작동시키는 방법에 있어서,
공기 압력 펄스를 상기 프린트헤드 모듈의 상기 제 1 챔버 내로 밀어내는 단계와,
상기 공기 압력 펄스를 사용하여 상기 제 1 챔버 내의 제 1 에어백을 팽창시키는 단계와,
상기 제 1 에어백의 팽창에 의해 소정량의 잉크를 변위시키는 단계를 포함하며,
상기 소정량의 잉크의 변위는 복수의 제 1 분사 노즐로부터 잉크를 밀어내는 일 없이 상기 제 1 챔버와 유체 연통하는 상기 복수의 제 1 분사 노즐 내의 잉크 메니스커스를 자극하고, 상기 제 2 에어백을 팽창시키는 일 없이, 상기 프린트헤드 모듈의 제 2 챔버와 유체 연통하는 복수의 제 2 분사 노즐로부터 잉크 액적을 분사하며,
상기 잉크 액적의 분사는 상기 잉크 메니스커스의 자극과 동시에 이뤄지는
프린트헤드 모듈 작동 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 프린트헤드 모듈의 상기 제 1 챔버 내로 공기 압력 펄스를 밀어내는 단계는,
압력 소스를 사용하여 공기 압력 펄스를 생성하는 단계, 및
상기 프린트헤드 모듈의 상기 제 1 챔버의 압력 조정기 통기구를 통해 공기 압력 펄스를 인도하는 단계를 포함하는
프린트헤드 모듈 작동 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 공기 압력 펄스를 생성하는 단계는 펄스 길이, 펄스 사이의 드웰 시간, 및 생성되는 펄스의 개수를 제어하는 단계를 포함하는
프린트헤드 모듈 작동 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 공기 압력 펄스를 생성하는 단계는 잉크의 특성, 프린트헤드 모듈 구조 및 프린트헤드 모듈의 작동 환경을 기초로 상기 펄스 길이, 드웰 시간 및 펄스의 개수를 결정하는 단계를 포함하는
프린트헤드 모듈 작동 방법.
삭제
제 7 항에 있어서,
상기 잉크 액적을 분사하는 단계는 상기 공기 압력 펄스를 또한 생성하는 펌프를 사용하여 상기 프린트헤드 모듈의 제 2 챔버 내로 잉크를 펌핑하는 단계를 포함하는
프린트헤드 모듈 작동 방법.
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