KR20070086905A - 프린트헤드 및 프린트헤드를 이용하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
젯팅 조립체에 대해 상대적으로 이동하는 기판상에 액적을 사출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 젯팅 조립체, 상기 기판에 대한 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘, 및 상기 젯팅 조립체에 대한 상기 기판 표면의 소정 치수를 탐지하였을 때 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘을 활성화시키는 센서를 포함하는 프린팅 장치가 제공된다.
Description
관련 출원에 대한 교차-참조
35 U.S.C.§119(e)(1)에 따라, 본 출원은 본 명세서에서 전체를 참조하는 2004년 12월 3일자의 "프린트헤드 및 프린트헤드를 이용하는 시스템(PRINTHEADS AND SYSTEMS USING PRINTHEADS)이라는 명칭의 미국 가명세서 특허 출원 제 60/633,137 호를 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 프린트헤드, 및 프린트헤드를 이용하는 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 잉크젯 프린터는 잉크 공급부로부터 노즐 경로까지의 잉크 경로를 포함한다. 노즐 경로는 잉크 액적(drop)이 사출되는 노즐 개구부에서 종료된다. 잉크 액적 사출은 액츄에이터를 이용한 잉크 경로내에서의 잉크 가압에 의해 제어되며, 그러한 액츄에이터는 예를 들어 압전 변형장치(piezoelectric deflector), 열적 버블 젯 발생기(thermal bubble jet generator), 또는 정전기적 변형 부재(electro statically deflected element)가 될 수 있다. 통상적인 프린트헤드는 저장용기 및 젯팅 조립체(jetting assembly)를 포함한다. 젯팅 조립체는 대응 노즐 개구부 및 관련 액츄에이터를 구비하는 잉크 경로들의 어레이(array)를 가지며, 각 노즐 개구부로부터의 액적 사출은 독립적으로 제어될 수 있다. 드롭-온-디맨드(drop-on-demend; 필요시 사출 방식) 프린트헤드에서, 젯팅 조립체 및 프린팅 기판이 서로에 대해 상대적으로 이동될 때, 이미지의 특정 픽셀 위치에서 액적을 선택적으로 사출하도록 각 액츄에이터가 작동된다. 고성능 젯팅 조립체에서, 통상적으로 노즐 개구부들은 50 미크론 이하, 예를 들어 약 25 미크론의 직경을 가지며, 100-300 노즐/인치의 피치(pitch)로 이격되고, 100 내지 3000 dpi 이상의 해상도를 가지며, 약 1 내지 70 피코리터(pl) 이하의 액적 크기를 제공한다. 액적 사출 주파수는 통상적으로 10 kHz 이상이다.
전체 내용이 본 명세서에서 참조되는 Hoisington 등의 U.S. 5,265,315에는 반도체 본체 및 압전 액츄에이터를 구비하는 젯팅 조립체가 개시되어 있다. 그러한 조립체 본체는 실리콘으로 제조되고, 에칭에 의해 형성된 잉크 챔버를 구비한다. 노즐 개구부들은 실리콘 본체에 부착된 개별적인 노즐 플레이트에 의해 형성된다. 압전 액츄에이터는 압전 재료 층을 구비하며, 그러한 압전 재료 층은 인가 전압에 응답하여 기하학적 형상이 변화되거나 벤딩(bending)된다. 압전 층의 벤딩은 잉크 경로를 따라 위치된 펌핑 챔버내의 잉크를 가압한다.
젯팅 조립체의 추가적인 예가, 본 명세서에서 전체 내용을 참조하고 있는, Andreas Bibl 등이 2002년 7월 3일자로 출원한 "프린트헤드"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/189,947 에 개시되어 있다.
주어진 전압에 대해 압전 재료가 나타내는 벤딩의 양은 재료 두께에 반비례 한다. 결과적으로, 압전 층의 두께가 증대됨에 따라, 요구 전압이 커진다. 주어진 액적 크기에 대한 요구 전압을 제한하기 위해, 압전 재료의 변형 벽 영역이 증대될 수 있다. 큰 압전 벽 영역은 또한 그에 대응하여 큰 펌핑 챔버를 필요로 하며, 이는 고해상도 프린팅을 위한 작은 오리피스(orifice) 간격의 유지와 같은 디자인 특성을 복잡하게 할 수 있다.
일반적으로, 프린트헤드는 하나 이상의 젯팅 조립체를 포함할 수 있다. 프린팅 시스템은 프린트헤드에 대한 기판의 일회 통과를 통해서, 또는 다수의 통과를 통해서 프린트를 할 수 있다. 프린트헤드는 잉크 및/또는 기타 유체의 젯팅에 이용될 수 있으며, 예를 들어 평판 디스플레이용 컬러 필터 재료 또는 전자 부품에 이용되는 재료(예를 들어, 전기 전도성 재료)를 젯팅하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 개략적인 측면에서, 프린팅 장치는 젯팅 조립체에 대해 상대적으로 이동하는 기판상에 액적을 사출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 젯팅 조립체; 상기 기판에 대한 상기 젯팅 조립체의 변위(displacement)를 변화시키기 위한 메카니즘; 및 상기 젯팅 조립체에 대해 상기 기판 표면의 소정(所定; predetermined) 치수(dimension)를 탐지하였을 때 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위해 상기 메카니즘을 활성화시키도록 구성된 센서를 포함한다.
본 발명의 이러한 측면에 따른 실시예는 하나 이상의 이하의 특징을 포함할 것이다.
젯팅 조립체의 변위를 변화시키는 메카니즘은 승강 액츄에이터를 포함한다. 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘은 서보-제어식 리드 스크류 조립체를 포함한다. 프린팅 장치는 컨베이어를 더 포함하며, 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘은 컨베이어의 속도를 기초로 하는 속도에서 젯팅 조립체의 변위를 변화시킨다. 프린팅 장치는 장착 랙(rack)을 포함하며, 상기 장착 랙은 그 장착 을 컨베이어에 대해 재-배치시키기 위한 정렬 부재를 포함한다. 정렬 부재는 V-블록(block)을 포함한다. 컨베이어는 정렬 부재에 수용되도록 구성된 정위치(locator) 핀을 포함한다. 정위치 핀은 구형 핀 형태이다. 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘은 젯팅 조립체의 변위를 기초로 하는 속도에서 젯팅 조립체의 변위를 변화시킨다. 센서는 송신기 및 수신기를 포함하며, 상기 수신기는 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘을 활성화시키도록 구성된다. 송신기 및 수신기는 컨베이어의 양 측면상에 장착된다.
본 발명의 다른 일반적인 특징에서, 기판상에 프린팅하기 위한 방법이 컨베이어의 위쪽에 젯팅 조립체를 배치시키는 단계, 기판을 컨베이어상에 놓는 단계, 컨베이어로부터 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판의 부분을 탐지하는 단계, 및 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판 부분의 탐지에 응답하여 상기 젯팅 조립체를 상승시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 측면에 따른 실시예는 이하의 특징들을 포함한다.
기판상에 프린팅하는 방법이 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판 부분의 탐지에 응답하여 컨베이어로부터 기판을 전환(divert)시키는 단계를 추가적으로 포함한다.
이러한 이점들 중에서, 실제 프린팅(즉, 액적의 사출)이 중단될 수도 있지만, 프린트되지 않은 기판이 폐기 또는 재사용을 위해 전환되는 동안에 기판의 처리(throughput)가 계속될 수 있을 것이다. 따라서, 전체적인 프로세스의 중단시간이 최소화된다. 기판의 재-웨빙(re-webbing) 및 기판 작업 셋 포인트(예를 들어, 기판 두께 및 항상성(consistency))의 재-설정을 위해 제조 라인이 중단되어야 하는 경우에, 중단 시간은 상당할 수 있다. 또한, 젯팅 조립체는 기판과 젯팅 조립체 사이의 접촉에 의해 유발될 수 있는 손상이나 오염으로부터 보호된다. 젯팅 조립체와 기판의 접촉에 의해 유발되는 오염은 프린트 품질에 영향을 미칠 수 있다. 기판에 대한 젯팅 조립체의 변위를 증대시키는 것은, 기판이 굴곡을 가지는(raised) 물질의 형태(예를 들어, 파열부(tear), 접힘부(splice))이거나 또는 예상하지 못한 배향(orientation)으로 컨베이어상에 위치되는 경우(예를 들어, 경사진 경우)에 특히 유리하다.
프린팅 장치는 또한 젯팅 조립체(단독으로 또는 프린트 헤드 클러스터의 일부로서)가 상승되기 전의 정확한 위치로 되돌아 가는 것을 보장하기 위한 정렬 시스템을 포함할 수 있다. 정렬 시스템은 승강 작동 시스템을 제품 이송 시스템에 그라운딩(ground) 시킬 필요 없이 프린트 헤드 조립체를 기판(예를 들어, 웨브(web) 또는 개별적 제품)에 대해 상대적으로 정확하게 하강시키도록 구성된다.
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 하나 이상의 실시예를 구체적으로 설명한다. 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위로부터, 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점들을 분명하게 이해할 수 있을 것이다.
도면들에서, 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 프린팅 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 프린팅 조립체의 측면도이다.
도 3은 장착 랙 및 프린트 헤드 클러스터의 평면도이다.
도 4는 도 3의 장착 랙과 컨베이어 사이의 정렬 구조의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예를 들어 4개의 프린트 헤드 클러스터(cluster)(10)가 제조 프로세스의 일부로서 이용되며, 상기 제조 프로세스에서 기판(12)은 상기 프린트 헤드 클러스터 아래쪽에서 컨베이어(14)에 의해 이동된다. 이러한 실시예에서, 컨베이어(14)는 1 내지 4 피트 넓이의 기판을 지지하고 1600 피트/분의 속도로 이동시킬 수 있다. 각 프린트 헤드 클러스터(10)는 젯팅 조립체의 어레이를 포함하고, 각 젯팅 조립체는 하나 이상의 잉크 저장용기에 연결된다. 프린트 헤드 클러스터(10)는 기판이 프린트 헤드 클러스터의 아래쪽을 통과함에 따라 그 기판상에 문자나 이미지를 프린트한다. 프린트 헤드 클러스터(10)는 컨베이어(14) 위쪽에 위치되고 지지 포스트(18)에 부착된 장착 랙(16)의 일 단부상에서 지지되고 이동될 수 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어 프린트 헤드 클러스터(10)를 보수(service)할 때, 장착 랙(16)의 대향 단부가 컨베이어(14)로부터 상당한 높이로 이격되고 유지보수 스테이션(maintenance station)으로서 기능한다. 장착 랙(16)은 승강 액츄에이터(20)를 구비하는 지지 포스트(18)에 부착된다. 이러한 실시예에서, 승강 액츄에이터(20)는 서보-제어식 리드 스크류 조립체의 형태이다.
센서(22)는, "전자-눈(electric-eye)" 형태로 컨베이어(14)의 일측면에 장착된 송신기(24) 및 컨베이어(14)의 타 측면에 장착된 수신기(26)를 포함한다. 송신기(24) 및 수신기(26)는 프린트 헤드 클러스터(10)로부터 소정 거리(예를 들어, 3-10 피트)에 위치된다. 송신기(24)는 컨베이어(14) 표면 위쪽의 소정 높이(예를 들어, 1 또는 2 mm 내지 약 10 mm)에서 광선을 방출한다. 만약, 기판(12) 임의 부분이 간격을 초과하는 높이를 가진다면, 광선이 차단될 것이고 송신기(24)는 승강 액츄에이터(20)로 신호를 보내 장착 랙(16) 및 프린트 헤드 클러스터(10)를 기판 위쪽으로 1 인치 이상 만큼 상승시키고 또 프린트 헤드 클러스터(10)로 신호를 제공하여 프린팅 프로세스를 중단시킨다. 예를 들어, 하나의 용도에서, 기판은 인쇄가능한 종이의 웨브(web)이고, 그러한 종이는 해당 종이가 놓여져 이동하는 컨베이어와 젯팅 조립체 사이의 미리-설정된 간격을 초과하는 정도로 종이의 표면으로부터 연장하는 파열부를 가질 수 있을 것이다. 젯팅 조립체의 변위를 증대시키지 않는다면(예를 들어, 파열부에 대해 젯팅 조립체를 상대적으로 상승시키지 않는다면), 종이는 젯팅 조립체와 충돌할 것이다.
높이가 높아진 기판(12)의 일부가 프린트 헤드 클러스터(10)의 아래쪽을 통과하도록 허용되고, 폐기처분 또는 재사용을 위해 전환될 수 있다. 높이가 높아진 부분이 프린트 헤드 클러스터(10)의 아래쪽을 통과하면, 승강 액츄에이터(20)가 장착 랙(16)을 프린팅 위치까지 하강시킨다. 그에 따라, 장착 랙 및 프린트 헤드 클러스터의 하강은, 기판(12)의 높이가 높아진 부분이 통과하였다는 것을 센서(22)가 나타냈을 때를 함수로 할 뿐만 아니라, 프린트 헤드 클러스터로부터 센서가 위치되는 거리 및 컨베이어(14)의 속도를 함수로 한다. 그러나, 프린트 헤드 클러스터를 지자하기 위해 이용되는 기계적 구조물은, 프린트 헤드 클러스터가 상승되기 이전의 위치로 정확하게 되돌아올 수 있도록 보장할 정도로 견고하지 못하다. 따라서, 장착 랙(16) 및 프린트 헤드 클러스터(10)를 정확하게 재정렬시키기 위한 정렬 시스템이 요구된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 장착 랙(16)은 3 개의 정렬 부재(30a, 30b, 및 30c)를 포함한다. 정렬 부재(30a)는 십자형상이고, X-축 및 Y-축을 따라 장착 랙을 컨베이어에 대해 재-배치(re-positioning)시키기 위한 기준 지점으로서의 역할을 한다. 정렬 부재(30a)로부터 약 1 미터 이격된 제 2 정렬 부재(30b)는 Y-축선을 따라 길게 연장되며, 정렬 부재(30a)와 함께 Y-축을 따른 정확한 재-배치를 보장한다. 유사하게, 정렬 부재(30a)로부터 약 1 미터 이격된 정렬 부재(30c)는 X-축을 따라 길게 연장되고, 정렬 부재(30a)와 함께 X-축을 따른 재-배치를 보장한다. 컨베이어(14)는 구셩의 이격된 정위치 핀(32)을 포함하며, 상기 정위치 핀들은 정렬 부재(30a, 30b, 및 30c)들 중 대응하는 정렬 부재내에 수용된다. 정렬 부재(30a, 30b, 및 30c)는 V-블록 형태이며, 장착 랙(16)이 컨베이어(14)로 하강됨에 따라 핀(32)을 안내하는 표면으로서의 역할을 하는 경사 엣지(tapered edge)(34)를 각각 구비한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위내에서 여러 가지 변형예를 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 기판은 물질의 연속적인 웨브이고 높이 편차가 기판의 파열 또는 접힘에 의해 유발될 수 있었다. 다른 실시예에서, 기판이 각 제품(예를 들어, 식품, 세라믹 타일)의 형태일 수 있고, 높이 편차는 아이템의 부적절한 배향(예를 들어, 조리된 제품, 기울어진 제품)에 의해 유발될 수 있을 것이다.
전술한 센서 시스템은 송신기 및 수신기의 전자-눈 구성을 포함하였다. 높이 편차를 탐지하기 위해 이용될 수 있는 적절한 다른 센서는 투과(Transmissive) 센서(예를 들어, LED/포토트랜지스터 쌍), 광학 카메라, 초음파 또는 x-선 센서를 포함할 수 있다. 트립 장치(trip device)를 구비하는 센서들을 포함하는 기계적 센서들이 또한 전술한 전자 눈 구성을 대체할 수 있을 것이다. 광학적 및 기계적 방식이 조합된 센서들도 이용될 수 있다. 예를 들어, 캠 장치(cam device)가 기판의 두께에 대해 기계적으로 셋팅(set)될 수 있다. 기판의 두께가 기계적으로 셋팅된 캠을 초과하는 경우에, 캠이 회전되고 광학 센서를 트립(trip)시키는 플래그(flag)를 상승시킨다.
장착 랙(16)상에 4 개의 프린트 헤드 클러스터가 지지되는 것으로 도시하였지만, 다른 실시예에서, 그보다 많거나 적은 수의 프린트 헤드 클러스터가 장착 랙(16)상에 위치될 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 다른 실시예들도 특허청구범위에 포함된다.
Claims (15)
- 프린팅 장치로서:젯팅 조립체에 대해 상대적으로 이동하는 기판상에 액적을 사출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 젯팅 조립체;상기 기판에 대한 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘; 및상기 젯팅 조립체에 대한 상기 기판 표면의 소정 치수를 탐지하였을 때 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키기 위한 메카니즘을 활성화시키는 센서를 포함하는프린팅 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 메카니즘이 승강 액츄에이터를 더 포함하는프린팅 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 메카니즘이 서보-제어식 리드 스크류 조립체를 더 포함하는프린팅 장치.
- 제 1 항에 있어서,컨베이어를 더 포함하는프린팅 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 메카니즘이 상기 컨베이어의 속도를 기초로 하는 속도로 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키는프린팅 장치.
- 제 4 항에 있어서,장착 랙을 더 포함하는프린팅 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 장착 랙이 상기 장착 랙을 상기 컨베이어에 대해 재-배치시키기 위한 정렬 부재를 포함하는프린팅 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 정렬 부재가 V-블록을 포함하는프린팅 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 컨베이어가 상기 정렬 부재에 의해 수용되는 정위치 핀을 포함하는프린팅 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 정위치 핀이 구형 핀의 형태인프린팅 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 메카니즘이 상기 젯팅 조립체의 변위를 기초로 하는 속도로 상기 젯팅 조립체의 변위를 변화시키는프린팅 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 센서가 송신기 및 수신기를 포함하며, 상기 수신기가 상기 메카니즘을 활성화시키는프린팅 장치.
- 제 12 항에 있어서,제 1 측면(side) 및 상기 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 가지는 컨베이어를 더 포함하고,상기 송신기는 상기 컨베이어의 제 1 측면에 장착되며, 상기 수신기는 상기 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면상에 장착되는프린팅 장치.
- 기판상에 프린팅하는 방법으로서:컨베이어의 위쪽에 젯팅 조립체를 배치시키는 단계;기판을 컨베이어상에 놓는 단계;상기 컨베이어로부터 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판의 부분을 탐지하는 단계; 및상기 컨베이어로부터 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판 부분의 탐지에 응답하여 상기 젯팅 조립체를 상승시키는 단계를 포함하는기판상에 프린팅하는 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 컨베이어로부터 미리-정해진 거리를 넘어서 연장하는 기판 부분의 탐지에 응답하여 상기 기판을 상기 컨베이어로부터 전환시키는 단계를 더 포함하는기판상에 프린팅하는 방법.
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