KR20210038902A - 인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템 및 잉크 전달 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템은 폐루프 잉크 재순환 회로 및 진공 배출 회로를 포함하고, 상기 진공 배출 회로는 적어도 하나의 인쇄 모듈에서 진공 조건을 형성하도록 구성된다. 잉크를 적어도 하나의 인쇄 모듈에 전달하기 위한 방법도 개시되어 있다.
Description
본 발명은 인쇄 기술 분야, 특히, 인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템 및 잉크를 인쇄 모듈에 전달하기 위한 방법에 관한 것이다.
인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템의 많은 해결 방안이 당업계에 알려져 있다. 잉크 전달 시스템은 개방 환경에서 작동하거나(즉, 잉크 표면은 실내 공기에 직접 노출됨) 또는 폐쇄 환경에서 작동한다(공급 회로 내의 잉크는 실내 공기와 직접 연통하지 않음). 후자의 해결 방안은 용매계(solvent based) 잉크에 적합하고, 상기 잉크의 증기는 건강에 해로울 수 있다. 또한, 잉크 전달 시스템에는, 유체 내에서 잉크 성분들의 분산을 균일하게 유지할 수 있는 교반기 또는 다른 적절한 혼합 장치가 제공될 수 있다. 이는 착색된 잉크가 사용될 때 특히 유리하다.
그러나, 착색된 잉크가 사용되는 경우, 주로 안료 크기가 클 때 안료의 침전이 가능한 문제가 될 수 있다. 잉크 재순환은 바람직하게는 폐루프 유체 회로를 통해 이루어진다. 실질적으로, 공급 관(feeding pipe)은 잉크를 용기로부터 인쇄 모듈로 가지고 오며, 복귀 관(return pipe)은 상기 잉크를 상기 인쇄 모듈로부터 모아 다시 용기로 되돌아 가게 한다. 그러므로, 잉크는 순환 펌프에 의해 연속적인 운동을 하게 되며, 상기 연속적인 운동은 성분들의 혼합을 향상시켜 안료의 가능한 침전을 감소시킨다.
유동 유도 혼합은 유일한 공급 관이 잉크 용기를 인쇄 모듈에 연결하는 개루프 유체 회로에서는 일어날 수 없다. 이 경우, 잉크 유동은 인쇄 작동시에 방출된 액체의 부피가 회복되는 동안에 일어나며, 유량은 매우 낮으며 액체의 효과적인 혼합에 거의 기여할 수 없다. 반대로, 재순환 폐루프 회로에서, 순환 펌프에 의해 발생되는 유량은 인쇄 동안에 잉크 방출 유량 보다 실질적으로 클 수 있고, 액체의 결과적인 혼합이 훨씬 더 효과적이다.
US9272523 B2 및 US20150283820 A1 둘 모두에 잉크 전달 시스템이 기재되어 있는데, 상기 잉크 전달 시스템은 일반적으로 잉크 용기를 프린트 헤드의 각각의 제1 및 제2 잉크 포트와 서로 연결하는 제1 및 제2 잉크 도관을 갖는 폐루프 유체 회로를 포함한다. 가역 펌프는 잉크를 폐루프 주위로 펌핑하기 위해 제2 잉크 도관에 위치된다. US9272523 B2에서, 제1 및 제2 펌프는 프린트 헤드의 길이를 따른 압력 구배를 최적화하기 위해 프린트 헤드의 가압 프라이밍(priming)을 위해 사용된다. US20150283820 A1에서는, 기포 퍼징(purging)의 효율을 개선하고 또한 프린터 "웨이크-업(wake-up)" 시간을 최소화하기 위해, 하류 잉크 도관을 통과하는 잉크의 유동 속도는 상류의 제1 도관을 통과하는 잉크의 유동 속도 보다 크게 된다. JP 2016 010786 A에는 다른 잉크 전달 시스템이 기재되어 있는데, 여기서 잉크젯 헤드로 가는 잉크의 순환 통로는 기본적으로 잉크 공급 탱크, 잉크의 공급 통로 및 복귀 통로(이들 통로는 공급 탱크와 잉크젯 헤드를 서로 연결함); 및 복귀 통로에 제공되어 있는 순환 펌프를 포함한다. 상기 시스템은 잉크를 저장하기 위한 제어 탱크(복귀 통로에 연결됨), 잉크젯 헤드의 노즐에서 메니스커스(meniscus) 압력을 발생시키기 위해 제어 탱크에 가해지는 부압(negative pressure)을 발생시키기 위한 부압 발생 수단, 공급 펌프와 밸브를 통해 공급 탱크에 연결되는 잉크 재충전 탱크, 및 공기 방출 밸브를 통해 공급 탱크와 연통하는 대기 공기 유동 통로를 더 포함한다.
그러나, 효율적인 잉크 전달 시스템은, 잉크 저장부를 인쇄 모듈에 연결하는 잉크 관의 길이를 따른 압력 강하에도 불구하고, 인쇄 모듈 내의 배압(backpressure)을 그의 최적 값 주위의 좁은 범위 내에 유지시키면서, 모든 인쇄 조건에서 적절하고 연속적인 잉크 유동을 보장해야 한다.
현재 이용 가능한 시스템은 종종 배압 제어와 유동 균일성에 대해 불량한 성능을 보이고 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점을 극복하고, 또한 간단하고 효과적인 잉크 전달 시스템을 제공하는 것으로, 이러한 잉크 전달 시스템은, 펌프 및 센서와 같은 더 적은 수의 부품을 사용하여, 규칙적인 잉크 유량 및 배압의 양호한 제어를 보장할 것이며, 배압의 변동이 매우 낮게 유지되어 인쇄 동안에 균일한 성능이 얻어지며, 잉크로부터 공기를 거의 완전히 제거하고 이어서 인쇄 동안에 막힘(clogging)을 감소시켜, 유체 회로와 인쇄 모듈의 보충을 제공하고, 그리하여 인쇄 장치의 신뢰성을 전체적으로 개선한다.
본 발명의 다른 목적은, 위에서 언급된 유리한 효과의 달성을 보장하는, 인쇄 모듈에 잉크를 전달하기 위한 각각의 방법을 제공하는 것이다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템에 관한 것으로, 상기 잉크 전달 시스템은 폐루프 잉크 재순환 회로를 포함하며, 잉크 재순환 회로는,
압력 조절 챔버;
압력 조절 챔버로부터 잉크를 적어도 하나의 인쇄 모듈에 공급하도록 구성되는 제1 잉크 도관;
적어도 하나의 인쇄 모듈로부터 잉크를 모으고 또한 모인 잉크를 압력 조절 챔버에 되돌려 보내도록 구성되는 제2 잉크 도관; 및
제2 잉크 도관에 설치되는 재순환 펌프를 포함하고,
본 잉크 전달 시스템은, 밸브를 통해 제2 잉크 도관에 연결되는 진공 배출 회로를 더 포함하고, 상기 진공 배출 회로는 적어도 하나의 인쇄 모듈에 진공 조건을 형성하도록 구성된다.
진공 배출 회로는 시작하는 잉크 충전 단계 동안에 인쇄 모듈에 진공 조건을 형성하여, 방출 장치의 좁은 유동 통로를 막을 수 있는 기포가 액체에 형성되는 것을 방지한다. 따라서, 진공 배출 회로의 존재는 더 높은 인쇄질을 보장한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 진공 배출 회로는 진공 펌프 및 피라니(Pirani) 진공 센서를 포함하고, 이는 진공 조건 하에서 회로 보충을 가능하게 해준다. 이 방법은 통상적으로 사용되는 충전 절차 보다 훨씬 더 효과적인데, 통상적으로 사용되는 충전 절차는 퍼징 순서로 수행되고 불가피하게 긴 과도한 흘림(drooling)을 수반하게 된다.
바람직하게는, 진공 배출 회로는, 만약 잔류 잉크가 있다면 그 잔류 잉크를 모으고 또한 추가적인 안전을 제공하기 위해 진공 진공 펌프의 상류에 배치되는 잉크 트랩을 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은 재순환 회로의 제1 잉크 도관에 있는 제1 잉크 매니폴드 및 재순환 도관의 제2 잉크 도관에 있는 제2 잉크 매니폴드를 더 포함한다. 이 실시형태에서, 진공 배출 회로는 제2 매니폴드 및 제2 잉크 도관의 일부분에 진공 조건을 형성하도록 추가적으로 구성되어 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은, 조절 가능한 니들 밸브를 통해 압력 조절 챔버를 외부 환경에 연결하도록 구성된 배압 발생 회로를 더 포함한다. 상기 배압 발생 회로는 압력 조절 챔버에서 형성된 배압을 유지하도록 구성된 배압 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은, 압력 조절 챔버와 잉크 탱크를 서로 연결하는 제3 잉크 도관, 및 상기 제3 잉크 도관에 배치되는 재충전 펌프를 더 포함한다. 이 실시형태에서, 재충전 펌프는 압력 조절 챔버에서 잉크 레벨을 회복하도록 구성되어 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은 압력 조절 챔버의 상측 부분에 배치되는 압력 센서를 더 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은 잉크 재순환 회로에 배치되는 속도 센서를 더 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은 압력 조절 챔버에 배치되는 액체 레벨 센서를 더 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은, 절연 밸브, 교반 수단, 퍼징 회로, 폐잉크 탱크, 정화 액체 탱크 및 필터링 유닛 중에서 선택되는 보조 수단을 더 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 잉크 전달 시스템은, 용해된 가스를 잉크로부터 빼내기 위해 재순환 회로의 제1 잉크 도관 또는 제2 잉크 도관에 배치되는 탈기 카트리지를 더 포함한다. 상기 탈기 카트리지는 탈기 펌프 및 진공 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 제1 잉크 매니폴드는 잉크 탱크와의 단일 유체 연결 또는 이중 유체 연결을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 잉크를 적어도 하나의 인쇄 모듈에 전달하기 위한 방법은,
앞에서 설명한 바와 같은 잉크 전달 시스템을 제공하는 단계;
잉크 전달 시스템의 폐루프 잉크 재순환 회로에 연속적인 잉크 유동을 제공하는 단계; 및
진공 배출 회로에 의해적어도 하나의 인쇄 모듈에 진공 조건을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 본 방법은 잉크 전달 시스템의 압력 조절 챔버에서 형성된 배압을 유지시키는 단계를 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 충분히 설명할 것이며, 도면에서 동일한 번호는 서로 다른 도면들 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타내고, 본 발명의 중요한 양태 및 특징적 부분이 도시되어 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잉크 전달 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는, 잉크 전달 시스템의 압력 조절 챔버 주위에 있는 유체 회로 및 그의 기본적인 구성 요소를 도시한다.
도 3은, 액체 부피 변화의 함수로 압력 조절 챔버 내의 가스의 압력 변화를 평가할 수 있는 간단한 모델을 도시한다.
도 4a는, 여전히 단순화되어 있지만 유체 회로의 더 상세한 실례를 도시하며, 여기서 잉크 재순환 회로가 또한 고려되며 그래서 복귀 도관도 나타나 있다.
도 4b는, 적절한 속도 센서가 재순환 펌프에 가해져 있는 유체 회로를 도시한다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 잉크 전달 시스템을 개략적으로 도시한다.
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도 4a는, 여전히 단순화되어 있지만 유체 회로의 더 상세한 실례를 도시하며, 여기서 잉크 재순환 회로가 또한 고려되며 그래서 복귀 도관도 나타나 있다.
도 4b는, 적절한 속도 센서가 재순환 펌프에 가해져 있는 유체 회로를 도시한다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 잉크 전달 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 프린트 헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크 전달 시스템이 개략적으로 나타나 있다.
본 잉크 전달 시스템은, 배압 펌프(1)와 니들 밸브(2)에 의해 감쇠기 및 압력 조절기 둘 모두로서 작용하는 압력 조절 챔버(3); 잉크를 유체 회로를 따라 이동시키고 한편으로 잉크 혼합을 실행하여 입자 침전을 방지하는 재순환 펌프(5); 압력 조절 챔버(3) 내의 잉크 레벨(4)을 회복하여 인쇄 동안의 잉크 손실을 보상하는 재충전 펌프(13)를 포함한다. 특히, 교반 장치 또는 교반기(17)와 같은 보조 부품이 또한 잉크 전달 시스템에 존재한다. 적절한 탈기(degassing) 카트리지(15)가 제1 잉크 도관(6) 안에 끼워져 있어, 있을 수 있는 용해된 가스(공기)를 잉크로부터 빼낸다.
압력 조절 챔버(3)는 외부 대기 압력에 대한 특정한 감압 레벨을 보장하기 위한 것이며, 상기 감압 레벨은 모든 인쇄 모듈에 걸쳐 가능한 한 안정적이어야 한다. 그러한 감압의 실제 크기는 대기 압력과 비교하여 다소 낮다. 일반적으로, 수십 mm H2O 이다. 그럼에도 불구하고, 상기 감압은 인쇄 시스템(단일 프린트 헤드이든 또는 멀티칩 인쇄 모듈이든 상관없이)의 정확한 기능에 필요하다. 그러한 배압(인쇄 속도에 거의 영향을 받지 않아야 됨)의 시간 안정성은 잉크 방출 동안에 일정한 성능을 보장할 수 있다. 사실, 배압 레벨의 원치 않는 큰 변동은 액적 부피 및 방출 챔버의 재충전 시간의 큰 편차를 야기하여, 인쇄 시스템의 전체 성능을 악화시킬 수 있고, 인쇄 시스템에서 최악의 경우에는 심지어 노즐로부터 흘림(drooling)이 일어날 수 있다.
압력 조절 챔버(3)는 폐쇄형 용기이고, 잉크로 부분적으로만 충전된다. 압력 조절 챔버는 조절 가능한 니들 밸브(2)를 통해 외부 환경(대기 압력)과 연결되고, 추가로, 니들 밸브(2)와 병렬적으로 배압 펌프(1)가 있다. 배압 펌프가 온 상태로 전환되면 니들 밸브(2)를 가로질러 특정한 감압을 발생시키고 그래서 또한 압력 조절 챔버(3) 안으로의 감압을 달성하게 된다. 정적인 조건에서, 즉, 압력 조절 챔버(3) 내의 잉크의 부피가 변하지 않으면, 배압 펌프(1)의 비움(evacuation) 속도 및 니들 밸브(2)의 조절이 내부 압력의 특정한 평형 값을 결정한다. 니들 밸브(2)의 설정 또는 배압 펌프(1)의 비움 속도를 변경하면, 상기 평형 값이 변화될 수 있다.
잉크는 액체가 차지하는 부분에서 압력 조절 챔버(3)의 바닥에 연결되어 있는 관을 통해 프린트 모듈에 공급될 수 있다. 잉크 방출은 압력 조절 챔버(3) 내의 잉크 레벨을 감소시키고, 이에 따라, 증가된 가스 부피로 인해, 액체 표면 위쪽의 가스의 압력이 감소된다. 압력 감소는 평형 상태를 교란시키고 또한 외부 환경으로부터 니들 밸브(2)를 통해 들어오는 공기 유동을 증가시킨다.
소량의 액체가 유한한 시간 간격 내에서 압력 조절 챔버로부터 갑자기 빠져나가면, 압력 레벨은 시스템의 물리적 파라미터에 따라 특정한 시간 상수로 원래의 값으로 회복될 것이다. 반대로, 인쇄 활동으로 인해 지속적인 잉크 유동이 일어나면, 유량이 높을 수록, 압력 조절 챔버(3) 안으로의 압력은 더 낮아지게 된다. 이 경우, 잉크 유동이 멈출 때까지 원래의 안정적인 압력 레벨은 도달될 수 없다.
이러한 효과를 보상하고 또한, 일반적으로, 있을 수 있는 변동에 대해 펌핑 시스템을 안정화시키기 위해, 압력 조절 챔버(3)의 상측 부분에 있는 압력 센서(9)를 통해 적절한 피드백이 배압 펌프에 가해지며, 배압 펌프의 속도는, 원래의 내부 압력을 유지하기 위해, 미리 설정된 기준 레벨과의 차(difference)의 함수인 압력 조절 챔버 내의 압력 변화에 따라 변하게 된다.
압력 조절 챔버(3) 주위의 유체 회로가 그의 기본적인 구성 요소와 함께 도 2에 도시되어 있는데, 도 2는, 잉크(35)를 갖는 압력 조절 챔버(3), 배압 펌프(1), 니들 밸브(2) 및 프린트 헤드로 가는 잉크 유동(하향 화살표로 나타나 있음)을 나타낸다.
액체의 부피 변화의 함수로 압력 조절 챔버(3) 내의 가스의 압력 변화를 평가하기 위해, 도 3에 나타나 있는 간단한 모델이 사용될 수 있다.
방출에 의해 일어나는 잉크 유동으로 인한 압력 조절 챔버(3) 내의 액체의 부피 변화는, 실린더 축선을 따르는 피스톤의 운동으로 시뮬레이션될 수 있고, 이는 가스-액체 계면을 나타낸다. 부피 변화의 속도는 잉크 유량 Q = dV/dt에 대응한다. 다른 측에서, 외부 값(Pa)(Pa = 대기 압력)과 내부 실린더 압력(P)(형성된 배압 때문에 P＜Pa) 사이의 압력차는 내향 공기 유동을 야기할 것이며, 상기 공기 유동은 배압 펌프(1)에 의해 균형 잡히게 된다(counter-balanced). 시간이 지남에 따라, 정미(net) 가스 부피(w)가 압력 조절 챔버(3) 안으로 유입하고(가스 부피(w)는 기준 대기 압력(Pa)에서 평가됨), 실린더 안으로 들어가는 정미 가스 유량은 q = dw/dt 이다. 내부 압력(P)과 대기 압력(Pa) 사이의 차는, 들어간 가스 부피(w) 및 잉크 유동에 의해 야기되는 내부 부피의 변화(△V = V - V0) 둘 모두로 인해 시간 동안에 변할 수 있고, 변화 추세는 실린더 내부의 가스의 총 몰(mole) 수 및 실제 가스 부피(V)를 고려하여 유추될 수 있다. P와 Pa 사이의 차가 매우 작다고 가정하면, 다음과 같은 근사적인 표현을 얻을 수 있다:
P - Pa ≒ Pa·(w-△V)/V
더 정교한 수치적 시뮬레이션이 수행될 수 있지만, 위의 식을 사용하여, 잉크 방출로 인한 부피 변화에 대한 압력 제어 시스템의 응답을 효과적으로 평가할 수 있다.
인쇄 장치의 적절한 기능에 적합한, 프린트 모듈에서 어떤 미리 결정된 배압을 얻기 위해서는, 압력 조절 챔버(3) 내의 배압 외에도, 유체 정역학적 압력 강하와 동적 압력 강하 둘 모두를 고려해야 한다.
여전히 단순화되어 있지만 유체 회로의 더 상세한 도시가 도 4a에 제공되어 있으며, 도 4a에서 잉크 재순환 회로가 또한 고려되고 그래서 복귀 도관이 또한 나타나 있다.
도 4a에 나타나 있는 바와 같이, 배압 펌프(1) 및 니들 밸브(2)에 의해, 압력(P)(대기 압력 보다 낮음)이 압력 조절 챔버(3)의 상측 부분(3a)에서 발생되고, 하측 부분(3b)은 액체 잉크로 충전된다. 압력 조절 챔버(3)의 두 부분 사이의 경계는 액체 잉크 표면(액체 잉크 레벨)(4)으로 나타나 있다. 재순환 펌프(5)는 제1 잉크 도관(6) 및 제2 잉크 도관(8)을 통해 액체 잉크를 인쇄 모듈(7)에 그리고 인쇄 모듈(7)로부터 이동시켜, 안료 침전의 위험을 줄여 준다. 압력 조절 챔버(3)의 압력 센서(9) 및 피드백 회로(10)가 유체 회로의 도시를 완성한다.
인쇄 모듈은 적절히 작동할 수 있도록 인접 잉크에서 적절한 배압을 필요로 한다. 일반적인 유체 법칙에 따르면, 모듈 내의 잉크 압력은 다음과 같은 여러 요소들의 기여로 인해 생긴다: 압력 조절 챔버(3)의 상측 부분에서의 압력(P)(대기 압력(Pa) 보다 낮음); 액체 잉크 표면(4)에서 압력 조절 챔버(3)의 바닥까지 이르는 액체 높이(H1)로 인한 유체 정역학적 압력; 압력 조절 챔버(3)의 바닥에서 인쇄 모듈까지 이르는 액체 높이(H2)로 인한 유체 정역학적 압력; 압력 조절 챔버(3)로부터 재순환 도관의 제1 잉크 도관(6)을 통해 인쇄 모듈로 가는 소산적인(dissipative) 잉크 유동으로 인한 동적 압력 강하. H1 및 H2로 인한 유체 정역학적 압력은 인쇄 모듈에서의 총 압력에 양(positive)의 기여를 하지만, 잉크 유동으로 인한 동적 압력 강하는 총 압력(Pt)에 음(negative)의 기여를 하게 되며, 그래서 다음과 같아진다.
Pt = P + P(H1) + P(H2) + P(유동)
여기서, 모든 압력 요소는 그 자체의 대수적 부호를 갖는다고 가정한다. 총 압력(Pt)이 대기 압력(Pa) 보다 낮게 유지되고 또한 인쇄 모듈이 적절히 작동할 수 있는 압력 범위 내에 유지되도록 하기 위해, P, H1, H2 및 P(유동)의 값들은 적절히 선택되어야 한다. 특히, H1 및 H2로 인한 압력 증가는 너무 커서는 안 되는데, 그렇지 않으면, P 및 P(유동)의 기여에도 불구하고, 총 압력(Pt)을 Pa 보다 낮게 유지시키는 것이 불가능할 수 있다.
배압 펌프와 재순환 펌프는, 의도적이든 우발적이든, 어떤 이유에서든 실제로는 미리 설정된 펌핑 용량에 동시에 도달할 수 없다는 점을 고려하여, 시스템의 추가 개량을 도입할 수 있다. 재순환 펌프(5)가 그의 작동 레벨 보다 낮은 펌핑 용량으로 작동하고 있을 때, 제1 잉크 도관(6)을 가로지르는 압력 강하의 감소가 있는데, 즉, 인쇄 모듈 내의 압력은 작동 예상 값 보다 높게 된다. 잉크 전달 시스템의 실제 실시형태 및 제어기의 작동 절차의 상세한 순서에 따라, 배압 펌프(1) 또는 재순환 펌프(5)는 미리 온(on) 상태로 될 수 있다. 펌프 시동의 순서가 어떻든 간에, 인쇄 모듈에서 압력 레벨을 안정화시키기 위해, 적절한 속도 센서(11)가 재순환 펌프에 가해질 수 있고, 그의 신호가 배압 펌프의 피드백 회로(10)에 시의 적절하게 도입될 수 있다. 재순환 펌프의 속도가 여전히 낮거나 영(zero)이면, 배압 펌프의 속도가 증가될 수 있어, 압력 조절 챔버(3) 자체 내부의 배압이 더 크게 되어 제1 잉크 도관(6)에서 강하 압력의 부족을 보상할 수 있고, 반대로, 재순환 속도가 안정된 상태로 되면, 피드백 회로는, 압력 조절 챔버(3)에서 원하는 배압을 얻는 데에 적합한 더 낮은 값으로 배압 펌프 속도를 조절하도록 설정된다. 이러한 특징은, 압력 변동이 쉽게 보상될 수 있기 때문에, 작동 절차에 있어 더 큰 유연성을 제공한다. 이러한 실행예는 도 4b에 도시되어 있다.
더욱이, 인쇄 모듈이 작동 동안에 실제로 잉크를 방출하고 있을 때, 통상적인 재순환 유동 외에, 더 많은 액체가 제1 잉크 도관(6)으로부터 추출되어, 잉크 도관을 가로지르는 압력 강하를 증가시키며, 방출은 또한, 앞에서 언급한 바와 같이, 압력 조절 챔버 내의 액체 레벨의 점진적인 저하를 야기한다. 이러한 두 효과는 인쇄 모듈에서 압력을 더욱더 감소시키는 데에 기여한다. 방출되는 액체의 유량은 활성화된 방출기의 수, 액적 부피, 및 반복 속도에 달려 있다. 예컨대, 20 인치의 스와스(swath) 길이를 가지고 300 dpi의 해상도로 작동하는 통상적인 산업용 프린트 바(bar)에서, 방출되는 잉크의 유량은 60 cc/min 보다 클 수 있지만, 매체에 대해 더 작은 광학 밀도가 요구되는 경우에는 감소될 수 있다. 압력 조절 챔버(3)에 있는 적절한 액체 레벨 센서(12)(도 1 참조)는, 필요시에 충전 펌프(13)가 압력 조절 챔버에서 액체를 회복할 수 있게 해준다. 그러나, 인쇄 모듈에서의 실제 압력은 작동 동안에 변동을 받게 되며, 정확한 성능을 보장하기 위해서는 작동 범위 내에 유지되어야 한다.
적절한 배압 값(즉, 대기 압력과 인쇄 모듈에서의 압력 사이의 차)은 바람직하게는 약 50 mm H20 내지 약 130 mm H20, 가장 바람직하게는 약 70 mm H2O 내지 약 110 mm H20 이다. 적절한 작동 범위 내에서, 인쇄 성능이 안정적으로 유지되어, 시스템이 인쇄 추세를 따를 수 있고 또한, 인쇄질을 악화시킴이 없이, 방출된 액체를 대체할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 전달 시스템은, 진공 센서(16)가 제공되어 있는 적절한 탈기 펌프(14)에 의해 퍼지(purge)되는 탈기 카트리지(15); 착색된 잉크의 경우에 유용하고, 자체의 레벨 센서(19)가 제공되어 있는 잉크 탱크(18) 안으로 액체를 이동시키는 기계식 또는 심지어 초음파 교반기(17); 유체 회로의 다양한 부분을 따라 배치되고 잉크 전달 시스템의 특징적 부분을 자동적으로 제어할 수 있는 적절한 밸브로 완성될 수 있다.
다른 보조적인 수단이 본 발명의 핵심에서 벗어남이 없이 잉크 전달 시스템 안으로 도입될 수 있다. 캡핑(capping) 장치(20) 및 폐잉크 탱크(21)(퍼징 단계 동안에 잉크를 모음); 정화 액체 탱크(22)(상기 탱크로부터 정화 액체가 유체 회로를 따라 순환될 수 있음); 재순환 회로에 설치되는 필터링 유닛(23).
인쇄의 더 높은 신뢰성을 보장하기 위해, 잉크 전달 시스템은 진공 배출 회로를 포함하는데, 상기 진공 배출 회로는, 시작하는 잉크 충전 단계 동안에 인쇄 모듈에 진공 조건을 형성하여 방출 장치의 좁은 유동 통로를 막을 수 있는 액체에서의 기포의 형성을 방지한다. 진공 배출 회로는 피라니(Pirani) 진공 센서(25)가 제공되어 있는 진공 펌프(24)로 이루어지며, 상기 펌프는 밸브(26)를 통해 재순환 회로에 연결되고, 진공 조건 하에서 회로 보충을 가능하게 해준다. 상기 방법은 통상적으로 사용되는 충전 절차 보다 훨씬 더 효과적이며, 통상적으로 사용되는 충전 절차는 퍼징 순서로 수행되고 불가피하게 긴 과도한 흘림을 수반하게 된다.
더 상세하게는, 잉크 충전 단계는 다음과 같은 순서에 따라 행해질 수 있다. 먼저, 압력 조절 챔버(3)에 잉크가 장입된다. 이는, 압력 조절 챔버의 통기(venting)가 대기로 될 수 있도록 밸브(32)가 설정되어 있는 중에, 재충전 펌프(13)를 온 상태로 전환시키고 밸브(33)를 개방하며 그리고 잉크 탱크(18)와 압력 조절 챔버(3)를 연통시키도록 밸브(27)를 구성하여 실현된다. 다음에, 제1 잉크 매니폴드(또는 IN 매니폴드)가 제1 잉크 도관(6)을 통해 액체로 충전된다. 상기 잉크는 잉크 탱크(18)로부터 밸브(33, 27)를 통해 흡인되고 동일한 펌프(13)에 의해 구동되어 압력 조절 챔버(3) 안으로 들어가고(밸브(32)를 통과하는 상기 압력 조절 챔버의 통기 경로는 폐쇄되었음), 잉크는 압력 조절 챔버의 바닥으로부터 제1 잉크 도관(6)을 통해 흘러 IN 매니폴드를 충전하고, 적절히 개방되어 있는 밸브(28)를 통해 잉크 탱크 안으로 떨어진다. 마지막으로, 펌프(13)가 오프 상태로 되고, 밸브(27, 28, 33)가 폐쇄되어, 잉크 탱크(18)와의 연통이 차단된다. 이들 단계 동안에, 인쇄 모듈 밸브(29, 30)은 폐쇄된 상태로 유지된다.
이때, 인쇄 모듈, 제2 잉크 매니폴드(또는 OUT 매니폴드) 및 제2 잉크 도관(8)의 일부분에 진공 조건이 형성된다. 이러한 목적으로, 인쇄 모듈의 출구 노즐은 사전에 적절한 캡핑 장치(20)로 폐쇄되는 것이 필요하다. 상기 캡핑 장치는, 노즐 표면과 접촉하여 모듈의 내부 공간과 외부 환경으로부터의 유체 연통을 방지할 수 있고 또는 인쇄 시작 전에 거기서 제거될 수 있는 가동 부품이다. 이어서, 밸브(30)가 개방되고, 3-방향(way) 밸브(26)는, 제2 잉크 도관을 포함하는 재순환 회로의 하류 부분을 폐쇄하지만 진공 펌프(24)와의 연통은 열어 두도록 구성된다. 진공 펌프(24)를 온 상태로 전환시키면, 진공 조건은 모듈 안으로 그리고 회로의 복귀 부분 안으로 밸브(26)까지 형성된다. 그 후에, 밸브(30)는 폐쇄된다.
다음 단계에서, 제1 잉크 도관(6) 및 IN 매니폴드를 통해 인쇄 모듈을 잉크로 충전하는 것이 일어난다. 압력 조절 챔버는 전술한 바와 같이 대기로 통기되고, 모듈의 하류에 있는 밸브(30)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 밸브(29)를 개방하면, 액체는 대기압 및 유체 정역학적 압력에 의해 IN 매니폴드로부터 모듈 안으로 밀려 들어가게 된다. 모듈은 사전에 비워졌으므로, 충전 단계 동안에 저항은 실질적으로 없으며, 액체가 완전히 인쇄 모듈의 유체 회로 안으로 들어갈 수 있다. 비움 후의 잔류 압력만이 소량의 공기가 잉크의 출구측 근처에 집중되게 할 수 있다. 그러나, 통상적인 인쇄 작업 동안에, 캡핑 장치(20)를 제거한 후에, 모세관 효과 때문에 잉크는 자발적으로 또한 완전히 노즐을 충전할 것이다. 모듈 충전은 한꺼번에 또는 차례대로 행해질 수 있다. 후자의 경우에, 밸브(30) 중의 하나만 한 번에 폐쇄되고 또한 밸브(29) 중의 하나만 개방되어, 단일 모듈을 충전하게 된다. 진공 펌프(24)는 온 상태로 유지되어, 다른 모듈에서 진공 조건을 보장한다. 압력 조절 챔버 내의 액체를 다시 원래 레벨로 복귀시키기 위해 어느 정도의 잉크 재충전이 필요할 수 있다. 이는 언급된 절차에 따라 펌프와 밸브를 적절히 작동시켜 행해질 수 있다.
이때, 재순환 펌프(5)를 온 상태로 전환시키고, 밸브(29)를 개방 상태로 유지하고 또한 밸브(30)를 개방하여 모듈을 IN 매니폴드 및 OUT 매니폴드 둘 모두와 연통시키고, 그리고 재순환 회로의 제2 잉크 도관(8) 쪽으로 가는 유체 경로를 열고 대신에 진공 펌프(24)와의 연통 경로는 폐쇄하도록 3-방향 밸브(26)를 구성하여, 잉크의 순환이 시작된다. OUT 매니폴드 내의 초기 진공 조건은 모듈로부터 OUT 매니폴드 안으로 들어가는 잉크 유동을 촉진시키며, 펌프(5)는 밸브(26)와 순환 펌프(5) 사이에 있는 짧은 덕트에서 일부 잔류 공기를 제거하여, 잉크가 재순환 회로를 완전히 충전할 수 있게 해준다. 한편으로, 3-방향 밸브(32)는 덕트(34)를 폐쇄하고 배압 펌프(1)를 위한 공기에 길을 열어 주도록 구성되어 있다. 또한, 밸브(31)가 개방되고 배압 펌프(1)가 온 상태로 전환되어, 적절한 작동 배압을 압력 조절 챔버(3)에 형성한다. 마지막으로, 캡핑 장치(20)가 인쇄 모듈의 전방부로부터 제거되면, 시스템은 작동 준비가 된다.
아무런 문제없이 덕트의 정확한 비움 및 예측 가능한 유체 유동을 보장하기 위해, 적절한 지연 시간이 밸브의 개방 및 폐쇄 순서에서 설정된다.
시스템에서 잉크가 퍼징되거나 비워져야 하는 경우, 압력 조절 챔버는 과압 발생기로서 작용하여, 액체 잉크의 신속하고 완전한 유출을 촉진시킬 수 있다. 이러한 목적으로, 과압 조건은 다음과 같은 절차에 따라 압력 조절 챔버(3)에서 형성된다: 밸브(31)가 폐쇄되고, 니들 밸브(2)는 개방된 상태로 있고, 3-방향 밸브(32)는 덕트(34)를 통해 배압 펌프(1)가 압력 조절 챔버와 연통하도록 구성되어 있다. 배압 펌프(1)를 온 상태로 전환시키면, 압력 조절 챔버(3)에서 과압이 발생되고, 상기 과압은 하류 회로에 전달되고 추가적인 구동력으로서 작용한다.
잉크 전달 시스템의 다른 실시형태가 도 5에 나타나 있는 바와 같은 전술한 동일한 개념에 따라 실현될 수 있다.
제2 실시형태에서 3-방향 밸브는 없다. 대신에, 복수의 표준적인 2-방향 밸브가 유체 회로에 적절히 배치되어 설명된 모든 작동을 수행한다. 탈기 카트리지는 제1 실시형태와는 반대로 잉크 전달 시스템의 제2 잉크 도관에 배치되는데, 제1 실시형태에서 탈기 카트리지는 잉크 전달 시스템의 제1 잉크 도관에 배치되었다. IN 매니폴드는, 제1 실시형태의 단일 관 대신에, 밸브(V2, V8)를 통해 잉크 탱크와의 이중 유체 연결을 갖는다. 이러한 특징의 목적은 충전 단계에서 우측 관을 사용하기 위한 것인데, 왜냐하면, 상기 우측 관은 매니폴드의 정상부로부터 시작하여, 상기 매니폴드의 완전한 보충을 보장해 주기 때문이며, 반대로, 잉크가 예컨대 서비스를 위해 매니폴드로부터 제거되어야 하는 경우에는, 좌측 관이 사용되는데, 왜냐하면, 상기 좌측 관은 매니폴드의 바닥으로부터 시작하고 그래서 상기 매니폴드가 완전히 비워질 수 있도록 보장해 주기 때문이다. 상기 방법으로는, 전용 센서 및 펌프에 대한 피드백을 사용할 필요 없이, 매니폴드 상태의 완전한 제어가 보장된다. 더욱이, 추가적인 잉크 트랩(36)이 안전을 위해 진공 펌프(24)의 상류에서 비움 회로에 배치되어 있다. 복수의 다른 세트의 인쇄 모듈이 동일한 비움 회로에 연결될 수 있어, 펌핑 장치의 중복을 피할 수 있다. 도 5에서, 제2 모듈 세트(나타나 있지 않음)가 도관과 밸브를 통해 비움 회로와 연통될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 전달 시스템을 위한 제안된 해결 방안은 간단하고 효과적인 것으로 밝혀졌다.
다른 상용화된 잉크 전달 시스템과 비교하여, 본 발명은 펌프 및 센서와 같은 더 적은 수의 부품을 사용하며 그럼에도 양호한 성능을 제공한다. 본 발명은 규칙적인 잉크 유동 및 배압의 양호한 제어를 보장하고, 배압의 변동이 매우 낮게 유지되어 인쇄 동안에 균일한 성능을 준다. 본 발명은, 잉크로부터 공기를 거의 완전히 제거하고 이어서 인쇄 동안에 막힘을 감소시켜, 유체 회로와 인쇄 모듈의 보충을 제공하고, 그리하여 인쇄 장치의 신뢰성을 전체적으로 개선한다.
위에서 개시된 내용은, 예시적이고 비한정적인 것으로 생각되어야 하고, 또한 독립 청구항으로 규정되어 있는 본 발명에 대한 보다 양호한 이해를 제공하는 역할을 한다.
Claims (13)
- 적어도 하나의 인쇄 모듈을 위한 잉크 전달 시스템으로서, 상기 시스템은 폐루프 잉크 재순환 회로를 포함하며, 상기 잉크 재순환 회로는,
압력 조절 챔버(3);
상기 압력 조절 챔버(3)로부터 잉크를 상기 적어도 하나의 인쇄 모듈(7)에 공급하도록 구성되는 제1 잉크 도관(6);
상기 적어도 하나의 인쇄 모듈(7)로부터 잉크를 모으고 모인 잉크를 압력 조절 챔버(3)에 되돌려 보내도록 구성되는 제2 잉크 도관(8); 및
상기 제2 잉크 도관(8)에 설치되는 재순환 펌프(5)를 포함하고,
상기 잉크 전달 시스템은, 밸브(26)를 통해 상기 제2 잉크 도관(8)에 연결되는 진공 배출 회로를 더 포함하고, 상기 진공 배출 회로는 상기 적어도 하나의 인쇄 모듈(7)에 진공 조건을 형성하도록 구성되며,
상기 잉크 전달 시스템은, 조절 가능한 니들 밸브(2)를 통해 상기 압력 조절 챔버(3)를 외부 환경에 연결하도록 구성된 배압 발생 회로를 더 포함하고,
상기 배압 발생 회로는, 상기 압력 조절 챔버(3)에서 형성된 배압을 유지하도록 구성된 배압 펌프(1)를 상기 니들 밸브(2)와 병렬적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 재순환 회로의 상기 제1 잉크 도관(6)에 있는 제1 잉크 매니폴드(IN) 및 상기 재순환 도관의 상기 제2 잉크 도관(8)에 있는 제2 잉크 매니폴드(OUT)를 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 진공 배출 회로는 진공 펌프(24) 및 피라니(Pirani) 진공 센서(25)를 포함하고, 바람직하게, 상기 진공 배출 회로는 상기 진공 펌프(24)의 상류에 배치되는 잉크 트랩(36)을 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 진공 배출 회로는 상기 제2 매니폴드(OUT) 및 상기 제2 잉크 도관(8)의 일부분에 진공 조건을 형성하도록 추가적으로 구성되어 있는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조절 챔버(3)와 잉크 탱크(18)를 서로 연결하는 제3 잉크 도관, 및 상기 제3 잉크 도관에 배치되는 재충전 펌프(13)를 더 포함하고, 상기 재충전 펌프(13)는 상기 압력 조절 챔버(3)에서 잉크 레벨을 회복하도록 구성되어 있는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조절 챔버(3)의 상측 부분에 배치되는 압력 센서(9)를 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 잉크 재순환 회로에 배치되는 속도 센서(11)를 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조절 챔버(3)에 배치되는 액체 레벨 센서(12)를 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
절연 밸브, 교반 수단(17), 퍼징(purging) 회로, 폐잉크 탱크(21), 정화 액체 탱크(22) 및 필터링 유닛(23) 중에서 선택되는 보조 수단을 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
용해된 가스를 잉크로부터 빼내기 위해 상기 재순환 회로의 제1 잉크 도관(6) 또는 제2 잉크 도관(8)에 배치되는 탈기(degassing) 카트리지(15)를 더 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 탈기 카트리지(15)는 탈기 펌프(14) 및 진공 센서(16)를 포함하는, 잉크 전달 시스템. - 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 잉크 매니폴드는 잉크 탱크와의 단일 유체 연결 또는 이중 유체 연결을 갖는, 잉크 전달 시스템. - 잉크를 적어도 하나의 인쇄 모듈에 전달하기 위한 방법으로서,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 잉크 전달 시스템을 제공하는 단계;
상기 잉크 전달 시스템의 폐루프 잉크 재순환 회로에 연속적인 잉크 유동을 제공하는 단계; 및
상기 잉크 전달 시스템의 진공 배출 회로에 의해 적어도 하나의 인쇄 모듈에 진공 조건을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 잉크 전달 시스템의 배압 발생 회로의 배압 펌프(1)에 의해, 잉크 전달 시스템의 압력 조절 챔버(3)에서 형성된 배압을 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 잉크를 적어도 하나의 인쇄 모듈에 전달하기 위한 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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