KR0156615B1 - 잉크 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 잉크 용기는 잉크를 저장하기 위한 잉크 저장부와, 잉크를 기록 헤드부로 공급하기 위한 잉크 공급부와, 대기 공기를 잉크 용기로 흡입하기 위한 공기 환기구와, 그리고 한 단부는 저장된 잉크의 액체 수준 위로 상기 공기 환기구에서의 대기 공기로 개방되어 있고 다른 단부는 잉크 용기의 바닥부에 인접한 잉크 용기 내에서 개방된 중공 튜브를 포함하고 있다.

Description

잉크 용기

제1도는 본 발명의 기술적 배경으로 사용된 잉크 용기의 일례를 도시하는 개략 단면도.

제2도(a)는 제1도에 도시된 잉크 용기를 다른 방향에서 본 단면도.

제2도(b)는 그 부분 확대 단면도.

제3도는 기술적 배경으로 사용된 잉크 용기에 의해 발생된 부압과 동일 잉크 용기의 잉크 소비량 사이의 관계를 도시하는 그래프.

제4도(a) 및 제4제도(b)는 본 발명에 따른 잉크 용기에 배치된 미세 튜브의 개구에 형성되는 메니스커스의 개략도.

제5도(a), 제5도(b) 및 제5도(c)는 제1도에 도시된 잉크 용기 내에 형성된 메니스커스의 다양한 상태를 도시하는 개략도.

제5도는 본 발명에 따른 잉크 용기의 양호한 실시예의 개략 단면도.

제7도는 본 발명에 따른 잉크 용기에 의해 발생된 부압과 그 잉크 소비량 사이의 관계를 도시하는 그래프.

제8도(a) 및 제8도(b)는 본 발명에 따른 잉크 용기의 방향성을 도시하는 개략 단면도.

제9도(a) 및 제9도(b)는 본 발명에 따른 잉크 용기에서의 미세 튜브의 위치 관계를 도시하는 개략 단면도.

제10도는 본 발명에 따른 잉크 용기의 다른 실시예의 개략 단면도.

제11도는 본 발명에 따른 잉크 용기의 또 다른 실시예의 개략 사시도.

제12도는 잉크 용기 내가 부압이 형성되지 않은 상태를 보여주는 제11도에 도시된 잉크 용기의 개략 단면도.

제13도는 제11도에 도시된 잉크 용기의 부압 상태를 보여주는 개략 단면도.

제14도는 일방향 밸브가 폐쇄된 상태를 보여주는 제11도에 도시된 잉크 용기의 부분 확대 단면도.

제15도는 일방향 밸브가 개방된 상태를 보여주는 제11도에 도시된 잉크 용기의 부분 확대 단면도.

제16도는 일방향 밸브의 다른 구조를 도시하는 부분 확대 단면도.

제17도는 일방향 밸브의 또 다른 구조를 도시하는 부분 확대 단면도.

제18도는 제11도에 도시된 잉크 용기와 흡입 수단 사이의 관계를 도시하는 개략 단면도.

제19도는 흡입 수단이 잉크 용기 상에 작용하는 상태를 도시하는 개략 단면도.

제20도는 제18도 및 제19도에 도시된 흡입 수단을 사용할 때의 부압과 잉크 소비량 사이의 관계를 보여주는 그래프.

제21도는 제11도에 도시된 잉크 용기와 부압 발생 수단 사이의 관계를 보여주는 개략 단면도.

제22도는 제21도에 도시된 잉크 용기용의 부압 발생 수단이 가동 중일 때의 상태를 보여주는 개략 단면도.

제23도는 제11도에 도시된 잉크 용기와 다른 부압 발생 수단 사이의 관계를 보여주는 개략 단면도.

제24도는 제23도에 도시된 잉크 용기용의 다른 부압 발생 수단이 가동 중일 때의 상태를 보여주는 개략 단면도.

제25도는 제23도에 도시된 잉크 용기용의 또 다른 부압 발생 수단이 가동 중일 때의 상태를 보여주는 개략 단면도.

제26도는 본 발명에 따른 잉크 용기를 설치할 수 있고, 예시적인 부압 발생수단이 배치되는 예시적인 기록 장치의 사시도.

제27도는 부압 발생 수단의 또 다른 구조를 도시하는 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주 조립체 2: 외부 케이싱

2f : 덮개 10 : 제1지지 수단

20 : 제2지지 수단 22 : 배출 트레이

30 : 통로 35 : 이송 롤러

40 : 프로세스 카트리지 41 : 감광 드럼

50 : 정보 광 방출 수단 60 ; 전사 수단

61 : 전사 롤러 70 : 정착 수단

M : 레이저 빔 프린터 P : 기록 재료

D1, D2 : 제1 및 제2 열 배출 덕트 A1 : 시트 이송 위치

A2 : 전사 위치 A3 : 정착 위치

본 발명은 기록 헤드에 공급될 잉크를 저장하기 위한 잉크 용기와, 기록 매체상에 (문자를 포함하는) 화상을 기록(인쇄)하기 위해서 이러한 잉크 용기를 사용하는 잉크 제트 기록 장치에 관한 것이다.

잉크 제트 기록 장치의 기록 헤드에 잉크를 공급하기 위한 구조에는 여러 가지가 있는데, 예를 들면 장치의 내부에 장착된 교체 가능한 잉크 용기로부터 캐리지 상에 고정적으로 장착된 기록 헤드로 장치 내에 배관된 튜브를 거쳐 잉크를 공급하는 구조, 캐리지 상에 교체 가능하게 장착된 결합 카트리지 안에 잉크 용기와 기록 헤드가 일체로 되어 있는 구조 등을 들 수가 있다.

전자의 구조에서는 잉크 용기와 기록 헤드 사이에 잉크 헤드 압력차를 발생시킴으로써 잉크가 전달되고, 후자의 구조에서는 잉크 용기 측면 상에 부압(negative pressure)발생원을 제공함으로써 잉크가 전달된다.

최근에는, 소형화 및 유지 보수의 용이성 측면에서 후자의 구조를 갖는 잉크 용기를 채용한 장치들이 다수 제안되고 있다.

이러한 잉크 용기는 기록 동작 중에 기록 헤드로부터 토출된 잉크의 양에 비례하여 기록 헤드에 잉크를 양호하게 공급할 수 있기 위해서 뿐만 아니라 기록하지 않는 동안에도 토출 오리피스로부터 잉크가 누설되지 않게 하기 위해서도 필요하다.

이러한 잉크 용기의 실례로서는, 미합중국 특허 제4,771,295호 및 제5,025, 271호에 개시된 것들이 공지되어 있다. 이들 실례들에 있어서, 기록 헤드 및 잉크 용기는 캐리지 상에 제거 가능하게 장착될 수 있는 카트리지 안에 일체화 되고, 잉크 용기에는 한 조각의 발포 재료(흡수 재료)가 충전된다. 흡수 재료로 잉크 용기를 충전함으로써, 안정적인 잉크 메니스커스(meniscus)가 기록 헤드의 잉크 토출부에서 유지될 수가 있으며, 이 흡수 재료의 모세관력(capllary force)으로 인해 잉크가 잉크 용기 내에 보유되게 된다. 이 경우, 잉크 용기 내의 전체 공간에 실질적으로 흡수 재료를 충전시키고, 이 흡수 재료에 의해 보유 가능한 최대량보다 약간 적은 양만큼 잉크를 잉크 용기에 충전시킬 필요가 있다. 이러한 구성은 모세관력으로 인해 잉크 용기 내에 부압을 발생시키며, 따라서 잉크 용기가 예를 들어 진동과 같은 기계적 충격 및/또는 온도 변화와 같은 열 충격을 받는 경우라도, 기록 헤드의 잉크 토출부 또는 공기 배출부로부터의 잉크 누설을 최소로 유지할 수 있어, 잉크를 신뢰성 있게 보유할 수가 있다.

그러나, 잉크 용기의 전체 내부 공간이 흡수 재료로 충전되는 시스템의 경우에 있어서, 흡수 재료에 의해 발생된 부압은 잉크가 소비됨에 따라 증가한다. 그 결과, 잉크 용기 내에 사용되지 않고 방치되는 잉크의 양이 증가하기가 쉽다. 다시 말하면, 잉크 사용 효율이 열악해지는 문제점이 있다.

이러한 형태의 잉크 용기 내에 위치될 흡수 재료로서는, 예를 들어 발포 우레탄 수지가 유용하다. 발포 우레탄 재료의 경우에 있어서는, 그 제조 중에 구멍들을 감싸는 식으로 재료 내에 막이 형성되기가 쉽고, 이 막에 의해 다수의 구멍들이 상호 분리될 때 발포 우레탄은 만약 그 성질을 변경시키지 않으면 흡수 재료로서 작용할 수 있는 방법이 없으므로, 가열이나 세척 등에 의해 막을 제거한다.

전술한 바와 같이 처리되어지는 발포 우레탄 재료가 잉크 용기용의 내부 흡수재료로서 사용될 때, 이 우레탄 재료는 잉크 용기의 잉크 저장 공간으로 압축되거나, 또는 어떤 경우에 있어서는 연결 부재와 잉크 용기 사이의 잉크 탭핑(tapping)조인트 내에 위치된 부분만이 압축된다. 그러나, 이 우레탄 재료에 상술한 바와 같은 막 제거 처리를 행한다 하더라도, 막을 완전히 제거하기는 극히 어렵다. 다시 말하면, 실질적으로 상당량의 잔류 막이 구멍들에 고착(adhere)한 채로 남아 있게 된다. 그러므로, 흡수 재료가 압축되는 경우, 인접한 구멍들의 잔류 막은 잉크 소비량에 따라서 흡수 재료 내에 발생되어야 하는 잉크 유동을 방해하기 위해 협력하여 반응한다. 그 결과, 잉크 용기의 내부로부터 외부로 향하는 잉크 유동이 방해를 받는다.

또한, 발포 우레탄과 같은 발포 수지 재료가 오랜 동안 잉크에 잠겨진 채로 방치되는 경우에는, 발포 재료 성분들이 잉크 속으로 용해되기 쉬우며, 그로 인해 발포 재료 자체의 질이 나빠지거나 잉크의 성질이 변하게 된다. 이는 또한 잉크가 기록 헤드에 안정적으로 공급되는 것을 방해하여, 기록 헤드의 인쇄의 질을 떨어뜨린다.

게다가, 상술한 것과 같은 발포 재료를 함유하는 잉크 용기의 전체 잉크 보유력은 발포 재료의 모든 구멍들의 잉크 메니스커스 힘의 합으로서 발생되므로, 보유 가능한 잉크의 양은 자연적으로 제한된다. 관찰에 의하면, 보유 가능한 잉크의 체적은 잉크 용기의 내부 체적의 단지 50% 내지 70% 정도가 되고, 이 한계치를 지나 잉크가 충전되는 경우에는, 적절한 양의 부압을 발생시키기 위해서 잉크 용기의 내부로부터 상당량의 잉크가 추출되어야만 한다. 이는 제거되어야 할 제조 관련 문제를 수반하게 된다.

흡수 재료를 함유하는 잉크 용기의 전술한 여러 가지 문제들을 해결하기 위한 구조들의 하나의 실례로서, 그 기술적 원리가 미합중국 특허 제4,509,062호에 개시되어 있고 그 특정 실시예들이 미합중국 특허 제4,992,802호에 개시되어 있는 소정의 잉크 용기 구조를 언급할 수가 있다.

특히, 미합중국 특허 제4,992,802호에 개시된 잉크 용기의 일반적인 구조에 의하면, 제1도, 제2도(a) 및 제2도(b)에 도시된 바와 같이, 잉크 용기에 흡수 재료가 충전되어 있지 않고 액체 잉크가 직접 잉크 용기 내에 충전되어 있다. 더욱 상세하게는, 제1도, 제2도(a) 및 제2도 (b)에 도시된 바와 같이, 잉크 저장조(112)와 인쇄 헤드(130)를 포함하는 잉크 제트 인쇄 헤드 유니트(110)는 그들을 연결해 주는 실린더(128)의 일부에서 잉크 저장조(112)의 부압을 조절하기 위한 제1 압력 조절 수단으로서 작용하는 오리피스(136)와, 잉크 저장조의 체적이 변화함에 따라 잉크 저장조(112)의 부압을 조절하기 위한 제2 압력 조절 수단으로서 작용하는 파우치(pouch, 126)를 추가로 포함하고 있다. 잉크 제트 인쇄 헤드 유니트(110)는 또한 상부 벽에 위치 설정된 잉크 충전 포트로서의 개구(142), 이 개구(142)를 밀봉하기 위해 개구 안으로 밀어 넣어지는 플러그(144), 오리피스(136)로부터 외부를 향해 과잉 유출하는 잉크를 저장하기 위한 과잉 유출량 저장조(138), 및 이 과잉유출량 저장조(138)를 주변 공기와 환기구(140)도 포함하고 있다.

이러한 구조를 가짐으로써, 잉크가 인쇄 헤드(130)로부터 토출됨에 따라, 즉 잉크가 잉크 저장조(112)로부터 소비됨에 따라, 잉크 저장조(112)의 내부 압력은 오리피스(136)에 형성된 메니스커스를 보유한 채로 계속적으로 감소하게 된다. 그 결과, 인쇄 헤드(130)에서 바람직한 부압이 유지될 수가 있다. 잉크가 계속해서 더욱 토출됨에 따라, 잉크 저장조(112)의 부압은 더욱 증가된다. 부압 값이 한계치를 초과하는 경우, 오리피스(136)에 형성된 메니스커스가 파손되어 잉크 저장조(112)안으로 잉크가 도입되게 함으로써, 그 부압을 바람직한 부압 범위 내로 되돌릴 수 있게 된다. 이러한 작용은 잉크를 양호하게 토출할 수 있도록 하기 위해 반복된다.

제1도에 도시된 제1 부압 조절 수단으로서의 오리피스(136) 만이 제공하는 잉크 용기의 부압 변화 측정치는 제3도에 실선 A로 도시된 바와 같은 부압이 인쇄 헤드(130)에서 발생된다는 것을 보여준다. 다시 말하면, 잉크 사용이 개시된 직후에 인쇄 헤드(130)에 과다한 부압 작용력(negative pressure force, 최대치)이 발생되었다. 부압이 이러한 최대치에 가까운 값을 갖는 경우, 인쇄 헤드(130)에 공급된 잉크의 양이 불충분하게 되어 잉크 토출이 불안정해지고, 그 결과 인쇄 상태가 흐려지게 된다.

또한, 그것은 오리시스(136)의 직경에 따라 좌우되나, 잉크 저장조(112) 내의 잉크는 잉크 자체의 무게로 인해 오리피스(136)로부터 누설되기가 쉬워, 부압 발생을 방지한다. 실험에 의하면, 오리피스의 내부 직경이 0.38㎜이고 표면 장력이 30 dyne/cm, 40 dyne/cm 및 50 dyne/cm인 3개의 다른 잉크들이 포함되어 있는 경우에, 잉크는 인쇄 헤드(130)로부터의 잉크 수준이 40㎜ 까지 증가되었을 때 오리피스로부터 누설되기 시작했다.

오리피스(136)의 직경이 잉크 누설을 방지하기 위해 감소(예를 들어, 2㎜이하 : 그와 같은 감소는 최대치를 더욱 증가시킨다)되는 경우에는, 잉크 저장조(112)내에 파우치(126)를 제공함으로서 최대치에 가까운 부압의 발생을 방지할 수가 있다. 이 경우에, 파우치(126)는 자체 복원성 재료로 제조되어 잉크 저장조(112)의 체적을 증가시키는 바와 같은 식으로 자체적으로 복원되거나, 또는 파우치에 스프링을 제공하여 동일한 식으로 가압된다. 그러므로, 이러한 파우치(126)에 의해 초기의 부압 최대치의 발생이 제거되고, 그 결과 도면에 점선으로 도시된 바와 같은 부압 변화들이 나타난다.

그러나, 이와 같은 구조를 갖는 잉크 용기의 경우에 있어서, 오리피스(136)의 직경과 파우치(126)의 자체 복원력은 사용될 잉크에 따라 결정되어야만 하며, 이는 구성요소의 개수를 증가시키고 잉크 용기의 구조를 복잡하게 하여, 결과적으로 비용을 증가시키기가 쉽다. 게다가, 발생된 부압은 잉크 용기에 잔류하는 잉크의 양에 따라 변화려는 경향을 가지며(특히, 이것은 미합중국 특허 제4,509,062호에 개시된 구조의 경우에서 발생하기가 쉽다), 그러므로 잉크를 안정적으로 공급하기가 불가능해지기 쉽다.

본 발명의 주 목적은 전술한 여려 가지 문제들을 해결함으로써, 안정된 부압을 유지하여 양질의 인쇄를 제공하기 위해 간단한 구조를 사용하는 잉크 사용 효율이 개선된 매우 신뢰성 있는 잉크 용기 및 이러한 잉크 용기와 함께 사용 가능한 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자들은 전술한 목적을 달성하기 위해 많은 시간과 노력을 기울인 결과, 메니스커스가 형성되는 부분의 구조가 부암 변동(surge)의 원인이라는 것을 알아냈다.

본 발명은 상기한 점에 비추어 이루어진 것으로서, 그 주된 목적은 잉크를 저장하는 잉크 저장부와, 기록 헤드부로 잉크를 공급하는 잉크 공급부 및 잉크 용기 내로 대기 공기를 받아들이기 위한 공기 환기구를 포함하고, 한 단부가 저장된 잉크의 액체 수준 위의 공기 환기구에서 대기로 개방되고 다른 단부가 잉크 용기의 하부 부분에 인접하여 잉크 용기 내에 개방되는 미세 중공 튜브를 추가로 포함하며, 공기 환기구에는 공기 투과성 막이 배치되고, 이 공기 투과성 막은 적어도 잉크 용기의 내향으로 면한 표면 상에 방수성(water repellency)을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기록 헤드와의 연결을 이루기 위해 그 바닥에 배치된 연결부를 포함하고, 액체 잉크 위에 대기로부터 밀봉된 공기 층을 유지하면서 액체 잉크를 저장하며, 잉크 용기 내의 잉크를 소비함이 없이 공기 층의 압력을 대기압이하로 감소시킬 수 있는 압력 감소 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 액체 잉크 위에 대기로부터 밀봉된 공기 층을 유지하면서 액체 잉크를 저장하며, 그리고 기록 헤드와의 연결을 이루기 위해 그 바닥에 배치된 연결부 및 잉크 용기 내의 잉크를 소비함이 없이 공기 층의 압력을 대기압 이하로 감소시킬 수 있는 압력 감소 수단을 포함하는 잉크 용기가 설치되고, 소정의 시간 주기로 압력 감소 수단을 작동하는 작동 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

상술한 구조에 의하면, 잉크 용기 내의 잉크가 소비됨에 따라, 잉크 용기의 개구를 통해 공기가 간헐적으로 잉크 용기에 유입된다. 이 때에, 잉크 용기의 내향으로 잉크를 흡인하는 작용을 하는 부압 작용력(negative pressure force)은 잉크가 소비됨에 따라 유입하는 공기에 의해 잉크 용기에 형성된 공기 포켓(pocket)에서의 압력 감소로 인해 잉크 공급부 또는 기록 헤드의, 잉크 토출 개구에서 발생된다. 그러므로, 잉크를 안정적으로 공급하여 양질의 인쇄 성능을 제공하기 위해 적절한 양의 부압 작용력이 기록 헤드부에서 유지된다.

또한, 이러한 부압은 잉크 소비가 중단된 후에도 남게 됨으로써, 기록 헤드부로부터의 잉크 누설을 방지하는 기능을 한다.

게다가, 잉크 용기를 운반하거나 그와 유사한 작업을 하는 도중에 공기 투과성 막은 잉크가 공기 환기구로부터 유출하는 것을 방지한다.

본 발명의 다른 개념에 의하면, 잉크 용기는 환경 변화에 의해 유발된 공기 포켓 체적의 증가 또는 감소를 만족스럽게 처리할 수 있도록 잉크 용기의 내부 압력에서의 증가를 조절하는 수단을 포함한다. 그러므로, 잉크 용기 내의 부압은 전혀 양의 압력 쪽(positive side)으로 증가함이 없이 양호하게 유질될 수가 있다.

또한, 잉크 용기는 잉크 용기 내의 잉크를 소비함이 없이 공기 층의 압력을 대기압 이하로 감소시킬 수 있는 수단을 포함한다. 그러므로, 잉크 제트 기록 장치 내에 잉크 용기를 설치하는 경우, 공기층의 압력은 잉크를 소비함이 없이 압력 감소 작업을 수행함으로써 부압이 되도록 유지될 수가 있다.

잉크 용기 내의 잉크가 소비됨에 따라, 연결 부재의 개구를 통해 공기가 간헐적으로 잉크 용기에 유입된다. 이 때에, 잉크 용기는 기록 헤드를 위한 연결 부재에서 그리고 뒤이어서 기록 헤드의 잉크 토출 오리피스에서, 잉크 소비에 의해 공기 층에 발생된 부압의 양과 개구에서의 메니스커스 힘에 비례하여 잉크 용기 안으로 잉크를 끌어당기는 방향으로 작용을 하는 부압을 발생한다. 그러므로, 잉크를 안정적으로 공급하여 양질의 인쇄 성능을 제공하기 위해 적절한 양의 부압이 기록헤드에서 발생된다. 또한, 이러한 부압은 잉크 소비가 중단된 후에도 남게 됨으로써, 기록 헤드로부터의 잉크 누설을 방지한다. 반면에, 잉크 용기를 운반한 후에 처음으로 설치하는 경우에는, 연결 부재 내의 잉크 수준과 잉크 용기 내의 잉크 수준이 실질적으로 동일하게 되는 때들이 있다. 이 상태에서는 부압이 전혀 발생되지 않는다. 그러나, 이 경우에는 공기가 일방향 밸브를 통해 공기 층으로부터 대기로 배출되어 공기 층의 압력을 감소시킴으로써, 이로 인해 그리고 개구에 형성된 메니스커스와 관련하여 상술한 바와 같은 부압이 발생될 수가 있다.

또한, 공기 층의 압력을 증가시켜 주는 수단이 작동되면, 가압된 공기의 일부가 일방향 밸브를 통해 잉크 용기로부터 배출되고, 가압 작동이 정지된 후에는 일방향 밸브가 폐쇄되어 공기가 외부로부터 유입하는 것을 방지해 줌으로써, 공기 층내에 소정량의 부압이 유지되게 된다.

게다가, 잉크 제트 기록 장치에 잉크 용기를 설치하는 경우, 공기 층을 밀봉하는 외향의 일방향 밸브가 개방되어 공기 층으로부터 잉크 용기의 외부를 향해 공기를 배출하고, 그 다음에 밸브가 폐쇄됨으로써 공기 층의 압력이 감소되어 부압작용력을 발생하게 된다.

더욱이, 적어도 액체에 면한 측면 상에 방수제 표면을 갖는 공기 투과성 막이 제공되기 때문에, 잉크의 튀김 등으로 인해 야기되는 잉크 누설을 방지할 수가 있다.

또한, 장착된 잉크 용기 내의 공기 층의 압력을 감소시키기 위해 작동 수단이 소정의 시간 주기로 가동됨으로써, 기록 헤드에서 소정의 시간 주기로 부압을 발생 할 수가 있다.

또한, 장착된 잉크 용기 내의 공기 층의 공기가 일방향 밸브를 통해 흡입 수단에 의해 흡입됨으로써, 공기 층의 압력이 감소된다.

또한, 장착된 잉크 용기 내의 공기 층의 공기가 밸브 개방 수단에 의해 개방된 밸브를 통해 흡입 수단에 의해 흡입됨으로써, 공기 층의 압력이 감소된다.

게다가, 공기 층의 공기를 열 팽창시키기 위해 공급 수단에 의해 장착된 잉크 용기의 히터에 전원이 공급되어 그 부분이 일방향 밸브를 통해 잉크 용기로부터 배출되고, 그 다음에 전원 공급이 중단됨으로써, 공기 층의 압력이 열 수축으로 인해 감소된다.

게다가, 공기 층의 압력을 증가시키기 위해 구동 수단에 의해 장착된 잉크 용기의 펌프가 구동되어 그 부분이 일방향 밸브를 통해 잉크 용기로부터 배출됨으로써, 피스톤이 구동을 정지한 후에 원래 위치로 복귀될 때 공기 층의 압력이 감소된다.

본 발명에 따른 구조에 있어서, 메니스커스(M)는 미세 중공 튜브(4)의 선단에 제공된 개구(5)[구멍(5)]에 형성되어 있다. 이 메니스커스(M)의 거동은 제4도(a) 및 제4도(b)에 도시되어 있는데, 여기서 제4도(a)는 잉크 토출이 개시된 직후의 메니스커스의 상태를 나타내며, 그 메니스커스(M)는 미세튜브(4)의 내향으로 형성되어 있다.

잉크가 소비됨에 따라, 미세 튜브(4) 내의 잉크 표면[메니스커스(M)]은 제4도(b)에 도시된 지점, 즉 자체 붕괴없이 개구(5)로부터 잉크에 도달할 수 있는 지점까지 이르게 된다. 다음에, 잉크가 더욱 소비되어 잉크 용기 내의 공기 포켓(8)의 압력이 증가됨에 따라, 메니스커스(M)가 파괴되어 잉크 용기에 대기 공기를 유입해 줄 수 있음으로써, 잉크 용기 내의 부압이 소정 범위로 복원되어 유지된다. 다시 말하면, 이 부압이 극히 낮은 수준으로 감소되는 것을 방지한다.

상기와 비교하여, 종래 기술에 관련하여 언급된 미합중국 특허 제4,992,802호에 따른 잉크 용기의 오리피스(136)에 형성된 메니스커스(M)의 거동이 제5도(a) 및 제5도(b)에 도시되어 있다. 이러한 구조의 경우에 있어서는, 메니스커스가 오리피스(136)를 구성하는 부재의 두 지점, 즉 상부 부분(136b) 또는 하부 부분(136a)에 형성된다. 제5도(a) 및 제5도(b)에 도시된 바와 같이, 메니스커스(M)는 잉크 소비의 초기에는 오리피스(136)의 하부 부분(136a)에 형성되고, 잉크 소비의 말기에는 오리피스(136)의 상부 부분(136a)에 형성된다. 메니스커스(M)가 상술한 바와 같이 상부 또는 하부의 두 지점에 형성될 때, 잉크 용기 내의 부압이 최대치를 나타낸다.

본 발명의 이들 목적과 기타 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부 도면과 관련하여 취한 본 발명의 양호한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 고려하여 보다 명백히 알 수 있을 것이다.

[실시예]

[실시예 1]

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제6도는 본 발명의 제1실시예에 의한 구조체의 단면도이다.

잉크 용기(1)는 기록 헤드부(RH)로 잉크를 공급하는 잉크 공급부(2)와 대기 공기가 이를 통해 상기 잉크 용기(1)로 유입될 수 있는 공기 환기구(3)를 포함하고 있다. 잉크 용기(1)는 상기 개구들을 제외하고는 대기 공기로부터 밀봉된다. 미세 튜브(4)는 중공 형태이고, 한 단부는 저장된 잉크의 액체 수준 위로 대기 공기에 개방된 상태로 공기 환기구(3)와 연통하고 다른 단부는 잉크 용기(1)의 바닥 근처에서 잉크 용기 내의 구멍으로서 개방된다. 공기 환기구(3)를 가로질러 공기 투과성 막(6)이 배치되고, 상기 막의 내향 표면은 방수이다.

상기 구조에 의하면, 잉크(7)의 소비량에 따라 구멍(5)을 통해 잉크 용기(1)로 간헐적으로 유입된다. 동시에, 잉크 용기는 기록 헤드(RH)의 잉크 토출 오리피스에서 잉크의 소비량 및 구멍(5) 내의 공기의 메니스커스 힘의 강도에 의해 발생된 압력 강하로 인하여 잉크(7)를 잉크 용기(1)의 내부로 흡인하는 방향으로 부압을 발생시킨다. 그 결과, 잉크를 안정적으로 공급하여 양호한 인쇄 성능을 제공하기에 적절한 정도의 부압이 기록부 내에 제공된다.

더욱이, 심지어 잉크가 소비되지 않는다 하여도 이러한 부압 작용력은 유지되어 기록 헤드부(RH)로부터의 잉크 누설이 방지된다.

잉크 용기가 이동되는 동안에 진동 등에 의하여 잉크가 공기 환기구(3)로 넘쳐흐르는 것을 방지하기 위해 공기 투과성 막(6)이 제공된다.

구멍(5)에서의 내부 직경이 0.38mm인 폴리프로필렌 미세 튜브(4)를 구비한 잉크 용기(1)와 표면 장력이 48 dyne/cm인 잉크를 이용하여 잉크 공급부(2)에서 상기 부압이 측정되었다. 인쇄 작동 및 대기 작동 중에 잉크를 유지시키는 부압 작용력은 거의 각각 -48 mmH₂O 및 -42 mmH₂O 이었다. 동일한 시스템과 상이한 잉크, 즉 상이한 조성 및 표면 장력(30 dyne/cm 및 40 dyne/cm)을 갖는 잉크를 이용한 상기 부압 작용력을 표 1에 나타낸다.

상이한 조성을 갖는 잉크가 사용될 때, 구멍(5)의 내부 직경 및 재료를 변경함으로써 거의 동일한 수준의 부압이 얻어질 수 있다. 예컨대, 상기 잉크의 표면장력이 보다 작은 때에, 구멍(5)의 직경은 감소되는 방향으로 변경된다.

실험에 의하면, 상기 부압 작용력은 잉크의 수준에 의해 영향을 받지 않았으며, 잉크 소비의 초기로부터 잉크가 고갈되기 직전까지 거의 동일한 수치를 보여 주었다. 더욱이, 잉크 소비의 초기에서 과다한 부압 수치도 나타나지 않았다. 이러한 것은 본 실시예가 잉크 소비의 초기로부터 잉크 고갈 순간의 직전까지 사실상 안정된 인쇄 성능을 제공할 수 있다는 것을 의미한다.

더욱이, 이동 중에 잉크가 미세 튜브(4)로 유입된다 해도, 상기 부압은 [본실시예에서는, 미세 튜브의 내부 체적은 0.9 cc이고, 상기 미세 튜브(4) 내의 잉크는 펌프 용량을 1.3 cc로 설정함으로써 확실하고도 완전하게 배출될 수 있는 형태인] 잉크 용기를 설치하는 중에 압력 복원 펌프(restoring pump)에 의해 미세 튜브(4) 내의 잉크가 완전히 배출(suck out)되자마자 발생될 수 있다.

본 실시예의 공기 투과성 막의 경우에, 그 재료는 폴리테트라폴루오로에틸렌(polytetrafluroethylene)이고, 상기 재료는 다수의 초미세 기공(pore)을 발생시키도록 연장되고 방유 처리(oil repellent treatment)가 된다. 상기 초미세 기공의 직경은 0.1 내지 3.0 ㎛이다.

잉크 공급부(2)와 미세 튜브(4)의 구멍(5) 사이의 위치 관계에 관해서는, 구멍(5)이 제6도 및 제9도(a)에 도시된 바와 같이 잉크 공급부(2)에 인접하여 개방되는 것이 바람직하다. 이 이유는 제8도(b) 또는 제9도(a)에 도시된 바와 같이 잉크용기가 직립 상태가 아닌 형태로 배치되어도 이러한 배치가 메니스커스를 효과적으로 형성되도록 할 수 있기 때문이다. 제8도(a)에 도시된 바와 같은 관계에 의해 잉크 공급부(2)가 바닥에 있고 구멍(5)이 상부를 향하도록 상기 잉크 용기가 배치될 때, 잉크 용기(1) 내의 공기 포켓(8)은 상기 구멍(5)을 통해 대기 공기와 직접 연통되도록 위치되고, 따라서 만약 잉크 토출 오리피스는 메니스커스 힘이 잉크를 누설되지 않게 하는 크기이고, 예컨대 헤드부가 종이 시트 등과 접촉하여 상기 토출 오리피스에서의 메니스커스가 깨어진다면, 상기 잉크는 상기 헤드부의 토출 오리피스로부터 누설된다. 그러나, 구멍(5)과 잉크 공급부(2)가 제6도 및 제9도(a)에 도시된 바와 같이 위치되기 때문에 제9도에 도시된 바와 같이 상기 잉크 용기가 직립 형태가 아니고 토출 오리피스에서의 메니스커스가 깨어진다 하여도, 대기 공기는 공기 포켓(8)에 공급되지 않게 되고, 따라서 상기 잉크는 상기 토출 오리피스밖으로 누설되지 않는다. 물론, 기록 헤드의 방향이 제6도 및 제8도(a)에 도시된 바와 같이 기록 헤드가 하방으로 잉크를 토출하도록 되는 경우에 잉크 공급부(2)와 미세 튜브(4)의 구멍(5) 사이의 위치 관계 전술한 위치 관계로 제한되어야 할 필요는 없다. 예컨대, 제9도(b)에 도시된 바와 같은 위치 관계는 직립 및 수평 방향을 공히 처리할 수 있다.

[실시예 2]

제10도는 본 발명에 의한 제2실시예의 단면도이다.

제2실시예는 기록 헤드부에서 부압 작용력을 발생시키는 원리에 관해서는 제1실시예와 유사하나, 신뢰성을 더욱 향상하기 위하여 가요성 파우치(9)가 내부 압력 증가를 완화시키기 위한 수단으로서 잉크 용기(1) 내에 구비된다는 점에서 상이하다. 상기 파우치(9)는 달리 밀봉된 상태로 개구(10)를 통해 대기 공기와 연통한다.

또한 상기 파우치(9)는 잉크 소비 초기에서 최대 체적을 나타내도록 설계되고, 상기 잉크 용기의 내부 압력이 대기압에 비해 감소될 때에도 팽창하지 않고, 따라서 기록 헤드부에서의 부압 작용력에 영향을 미치지 않는다. 한편, 잉크 용기(1)를 둘러싸는 환경이 변할 때, 예컨대 잉크 용기가 이동 등의 도중에 저압 환경에 있게 될 때 또는 주변 온도가 인쇄기 등의 내부 열 방사에 의해 상승할 때, 공기 포켓(8)의 팽창에 해당되는 체적은 상기 잉크 용기의 내부 압력 증가를 완화시켜 잉크가 기록 헤드부로부터 누설되는 것을 방지하도록 파우치(9)의 체적 수축에 의해 흡수된다. 이어서, 상기 환경이 최초 상태로 복원될 때, 파우치(9)의 체적은 최초 체적, 즉 최대 체적으로 복원되고, 이후 기록 헤드부에서의 부압 작용력에 영향을 미치지 않는다.

더욱이, (상기 환경 변화가 상당히 심할 수 도 있는) 이동 중에 상기 공기는 파우치(9)가 잉크 소비 시작 시점에서 최대 체적을 유지하게 못하게 하는 진동과 같은 충격에 의해 미세 튜브(4)를 통해 잉크 용기(1) 내로 강제로 유입될 수 있는 경우가 있어서, 공기 환기구(3)와 공기 투과성 막(6) 위의 개구가 이동 중에, 즉 상기 잉크 용기(1)가 인쇄기 내에 설치될 때까지 테이프 등으로 밀봉되는 것이 바람직한다.

[실시예 3]

제11도는 본 발명의 제3실시예의 외부 사시도이고, 제12도 및 제13도는 단면도이다.

잉크 용기(1)는 주 본체(1a)와 상기 주 본체(1a)의 상부를 덮는 덮개(1b)를 포함하고 있다. 이 주 본체(1a)는 기록 헤드부를 위한 연결부로서 잉크 용기의 바닥부에 배치된 잉크 공급부(2)를 구비하고 있다.

덮개(1b)는 미세 튜브, 즉 중공 관형부(tubular hollow portion, 4)를 구비하는데, 이들 사이에서 일체형으로 형성된 계단부(4a)를 구비하고 있고, 상기 중공 관형부(4)는 그 바닥 단부 개구가 잉크 용기 주 본체(1a)의 바닥부 근처에 배치된 상태로 하방으로 연장된다. 이 중공 관형부(4)의 상단부에 공기 환기구(3)를 갖춘 소형 덮개(15)가 끼워지고, 이 소형 덮개(15)는 그 중앙에 배치된 공기 환기구(3)를 구비한다. 계단부(4a) 내에 공기 투과성 막(6)이 배치되고, 상기 막의 액체 대향 표면은 적어도 방수 재료로 제조된다.

잉크 용기(1) 내에 저장된 액체 잉크(7)의 최대 수준은 7A로 표시된다.

덮개(1b)는 원통형 밸브홀도(18)를 또한 구비하는데, 이들 사이에서 제1 및 제2계단부(18A, 18B)가 일체형으로 형성된다. 제1계단부(18A) 내에 전술한 공기투과성 막(6)과 동일한 공기 투과성 막(19)이 배치되고, 제2계단부(18B) 내에 [이후에 상세히 설명되는 바와 같이 잉크 용기(1) 내로부터 외향 공기 배출만을 가능하게 하는] 일방향 밸브(20)를 구성하는 밸브 본체(20A)가 배치된다. 상기 밸브홀더(18)의 상단부에 그 중간에 배치된 공기 배출 구멍(21A)을 갖는 소형 덮개(21)가 끼워진다.

전술한 구조에 있어서, 계단부(4a) 및 제1 계단부(18A)는 공기 투과성 막(6,19)이 최대 잉크 수준(7A) 이상으로 공히 위치되도록 배치된다는 것을 여기서 알아야 한다.

따라서, 공기 층(8)은 덮개(1b)와 최대 잉크 수준(7A) 사이에 형성될 수 있고, 이 공기 층(8)은 통상 대기 공기로부터 밀봉될 수 있다.

상기 구조에 의하면, 잉크 용기(1) 내의 잉크(7)가 잉크 공급 구멍(2)을 통해 소비됨에 따라, 제13도에 도시된 바와 같이 관형부(4)를 통해 공기가 잉크 용기(1)내로 간헐적으로 유입된다. 이때, 잉크 용기(1)는 잉크 소비 및 개구(5)에 형성된 메니스커스 힘에 의해 공기 층(8) 내에 발생된 압력 강하에 의해 잉크(7)를 잉크 공급 구멍(2), 또한 이에 이어 기록 헤드부(RH) 의 잉크 토출 오리피스로부터 잉크 용기(1)의 내부로 흡인하는 방향으로 부압을 발생시킨다. 따라서, 적절한 양의 부압은 기록 헤드부(RH)에 제공된다. 그 결과, 상기 잉크는 양호한 인쇄 성능을 제공하도록 안정적으로 공급된다.

더욱이, 잉크 소비가 중단된 후에도 이 부압 작용력은 유지되어 잉크가 기록 헤드부(RH)의 토출 오리피스로부터 누설되는 것을 방지한다.

공기 투과성 막(6)의 경우, 잉크 용기(1)의 이동 중에 진동 등에 의해 공기환기구(3) 밖으로 잉크(7)가 누설되지 않도록 제공된다.

상기 부압 작용력을 측정하기 위해 발명자에 의해 실험이 수행되었다. 이를 위해 사용된 잉크는 글리세린 5.0 %, 티오디글리콜 5.0 %, 요소 5.0 %, 이소프로파놀 4.0 %, 물 78.0 %, 및 염료 3.0 %로 조성되며, 그 표면 장력은 50 dyne/cm이었다. 이 잉크 용기는 폴리프로필렌 재료의 관형부(14)를 구비하고 있고 내부 직경이 0.38 mm이다. 이렇게 얻어진 부압 작용력은 잉크 용기(1)의 공급 구멍(12)에서 대략 -45 mmHO이었다. 상이한 조성의 잉크 (1) 내지 (3)과 상기 시스템이 사용되었을 때 얻어진 부압 작용력은 표 2에 도시된다.

상이한 잉크가 사용될 때, 동일한 정도의 부압 작용력이 관형부(4)의 내부 직경 및/또는 재료를 변경시킴으로써 얻어질 수 있다.

실험에 의하면, 이 부압 작용력은 잉크(7)의 수준과 무관하였고, 잉크 소비의 초기로부터 잉크가 고갈되기 직전까지 거의 평평한 값을 나타냈다. 다시 말하면, 잉크 소비 시작 시점으로부터 잉크가 고갈되기 직전까지 사실상 안정된 인쇄 성능을 제공할 수 있다.

공기 투과성 막(6)의 경우, 그 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌이고, 상기 재료는 그 속에 다수의 초미세 시공을 형성시키기 위해 연장되며, 이어서 방유 처리가 된다. 상기 초미세 가공의 직경은 0.1 내지 0.3 ㎛이다.

더욱이, 잉크 용기(1)는 공기 토출 구멍(21A), 일방향 밸브(20) 및 공기 투과성 막(19)을 포함하고 있다. 상기 일방향 밸브(20)는 내부 공기가 도면 내의 화살표 표시 A 방향으로만 이동되도록, 즉 잉크 용기(1)로부터만 배출되도록 형성되고 통상 폐쇄되므로, 따라서 잉크 소비에 의해 발생된 부압 작용력에 영향을 미치지 않는다.

이제 제14도 및 제15도를 참조하여 일방향 밸브(20)를 상세히 설명한다.

제14도는 일방향 밸브(20)에 관한 실시예의 단면도이다.

잉크 용기(1)의 덮개(1b)와 일체인 원통형 밸브 홀더(18) 내에 제1 및 제2계단부(18A, 188)가 제공된다. 공기 투과성 막(19)은 제1 계단부(18A) 내에 배치된다. 제2 계단부(18B) 내에 얇은 막으로 형성된 밸브 본체(20A)가 배치되고, 실리콘 오일과 같은 접착 밀봉제(20B)는 밸브 시트(valve seat)를 형성하는 제2 계단부 (18B, 본원에서는 밸브 시트라 함)와 밸브 본체(20A)를 형성하는 얇은 막 사이에 배치되어 이들을 밀봉시킨다. 사실상 압력 차이가 존재하지 않을 때, 이 접착 밀봉제(20B)는 그 접착성으로 상기 2개의 구성 요소를 밀봉시킨다. 접착 밀봉제의 경우, 비휘발성이고 대략 50 내지 500 cSt(1 cSt = 1 ㎟/s)의 점도 범위를 갖는 실리콘 오일과 같은 액체 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 이 밸브의 작동 방법을 설명한다. 잉크 용기(1)의 내부 압력이 외부 압력에 비해 증가함에 따라, 얇은 막의 밸브 본체(20A)는 잉크 용기(1)의 상부방향으로 압착된다. 보다 상세하게는, 잉크 용기(1)의 내부 압력 및 외부 압력의 차이가 소정의 압력이 됨에 따라, 접착 밀봉제(20B)는 밸브 시트(18A)로부터 부분적으로 분리되어, 제15도에 도시된 바와 같이 공기 통로를 형성한다. 이 압력 차이가 상기 부분 분리 작용에 의해 완화됨에 따라, 상기 공기 통로는 얇은 막의 밸브 본체의 탄성 및 접착 밀봉제의 표면 장력으로 인해 신속히 밀봉된다. 얇은 막의 밸브 본체(20A)의 경우, 직경 13 ㎜ 이고 두께가 25 내지 100 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 막의 라운드진 밸브 본체가 사용되었을 때, 양호한 결과가 얻어졌다.

다음으로, 제16도 및 제17도를 참고하여 전술한 일방향 밸브(20)에 관한 다른 실시예를 설명할 것이다. 이들 도면에 있어서, 동일한 설명의 반복을 피하기 위해 전술한 실시예에서의 기능과 동일한 기능을 가지는 부분들은 동일한 부호로 표시된다.

제16도는 일방향 밸브(20)에 관한 다른 실시예의 단면도이다.

본 실시예의 밸브 본체(20C)는 버섯과 같은 형태이고, 염소화된 부틸 고무(chlorinated buty1 rubber)와 같은 탄성 재료로 제조된다. 잉크 용기(1)의 내부압력과 대기압 사이의 압력 차이가 발생할 때, 밸브 본체(20C)는 변형하고, 밸브 시트(18B)에 대한 접착이 부분적으로 깨어져서 공기 통로가 형성되게 된다. 그 결과, 잉크 용기 내의 공기가 배출된다.

제17도는 일방향 밸브(20)에 관한 다른 실시예의 단면도이다.

밸브 본체(20D)는 밸브 시트(18A)와 기밀 접촉을 할 수 있는 재료로 제조되고 스프링 부재(20E)에 의해 밸브 시트(18B)와 접촉하는 방향으로 압축된다. 잉크 용기(1)의 내부 공기와 대기 공기 사이에 압력 차이가 발생함에 따라, 상기 스프링 부재(20E)는 변형하고, 밸브 시트(18E)와 밸브 본체(20D) 사이의 기밀 접촉이 깨지게 된다. 그 결과, 잉크 용기(1)의 내부 공기가 배출되도록 공기 통로가 형성된다.

일방향 밸브에 관한 상기 두 실시예 중의 어느 하나에 있어서, 잉크 액체에 대향하는 표면이 방수 재료로 제조된 공기 투과성 막(19)은 공기 배출 구멍(21A)을 통해 공기만을 배출하도록 배치된다. 이러한 배치는 전술한 실시예들에서의 배치와 동일하다.

상기 제1, 제2 및 제3 실시예에 있어서, 잉크 용기(1)의 내부 부압은 기록 헤드를 통해 잉크를 소비(토출)함으로써 소정의 범위로 조절되고, 따라서 잉크가 낭비된다. 그러나, 후술하는 실시예는 잉크를 기록 헤드로부터 토출함으로써 부압을 발생시키는 구조 뿐만 아니라 잉크를 낭비적으로 토출하지 않고서도 부압을 발생시키는 추가적인 구조를 구비한다.

[실시예 4]

다음으로, 제18도 및 제19도를 참조하여 제4 실시예를 상세히 설명하는데, 상기 부압 작용력은 잉크 용기(1) 내의 공기 층(8)의 압력을 감소시킴으로써 발생된다.

제18도는 이동 후에 잉크 제트 기록 장치 내로의 설치 직후의 상태에 있는 잉크 용기(1)를 도시하고 있다. 캡(40)은 연결 튜브(42)를 통해 잉크 제트 기록 장치의 흡입 펌프에 연결되고, 이는 이후 설명된다. 이 캡(40)은 잉크 용기(1)와 기밀 접촉할 수 있는 부재로 형성되고, 이럼으로써 그 내부 공간(41)을 밀봉할 수 있다.

잉크 용기(1)의 설치 후에, 캡(40)은 제19도에 도시된 바와 같이 잉크 용기(1)와 기밀 접촉하도록 위치되고 잉크 제트 기록 장치의 흡입 펌프가 가동된다. 그리고 나서, 상기 공간(41) 내의 공기는 화살표 표시 B의 방향으로 흡인되어 공간(41) 내의 공기압을 대기압 이하로 감소시킨다. 공간(41)의 내부 압력이 소정치 이하로 감소함에 따라, 일방향 밸브(20)는 개방되고, 결국 공기는 잉크 용기(1) 내의 공기 층(8) 밖으로 빨려 나간다. 공기 층(8)의 압력이 대기압 이하로 강하함에 따라, 관형부(4) 내부의 액체 잉크 수준은 개구(5)에서 메니스커스가 형성될 때까지 강하하여 일정량의 부압을 유지한다. 이 때, 상기 펌프는 정지하고 상기 갭(40)은 잉크 용기(1)로부터 분리된다. 그리고 나서, 일방향 밸브(20)는 신속히 밀봉되고, 따라서 잉크 용기(1) 내의 공기 층(8)의 감소된 압력은 기록 헤드부(RH)에서 부압 작용력을 발생시키도록 유지된다.

이러한 방법으로 발생한 부압 작용력은 후속의 인쇄 작동 중에 그리고 상기 인쇄 작동이 종료한 후에도 유지된다. 그러나, 잉크 용기가 오랜 기간 동안 작동되지 않고서 방치된 때에, 공기 층(8)의 부압은 잉크(7)의 증발 등으로 인하여 때때로 변화하기도 한다. 이러한 어려움을 고려하면, 전술한 흡입 작용은 잉크 용기 설치 시에 뿐만 아니라 모든 소정의 간격 또는 모든 인쇄 작동의 초기에 수행될 수 있다. 이러한 흡입 작용의 경우에, 상기 부압은 제20도에 도시된 바와 같이 잉크를 소비하지 않고서도 잉크 소비의 초기로부터 소정의 수준으로 조절될 수 있고, 따라서 잉크가 고갈될 때까지 이러한 작동이 수 차례 반복되더라도 잉크는 결코 낭비되지 않는다.

[실시예 5]

제21도 및 제22도는 본 발명의 제5실시예의 단면도이다. 본 실시예의 경우, 공기 층을 가압하기 위한 수단으로서 히터가 제3실시예의 구조에 추가된다.

참조 번호 20은 제3실시예에 설명된 것과 동일한 일방향 밸브를 가리키고 있다. 이것은 잉크 용기(1)의 내부 압력이 잉크 용기(1)의 외부 압력보다 높을 때에만 개방된다. 히터(60)는 잉크 용기(1)의 내부 벽 표면 상에서 최대 액체 잉크 수준(7) 위에 배치되고, 그 동력원은 잉크 제트 기록 장치의 제어부로부터의 신호에 의해 제어된다.

본 실시예에 있어서, 잉크 용기(1)가 잉크 제트 기록 장치 내에 장착됨으로써 히터(60)는 상기 기록 장치의 온(ON) 신호에 의해 커지게 된다. 잉크 용기(1)의 내부는 히터(60)에 의해 가열되기 때문에, 공기 층(8)의 공기는 팽창하여 대기압에 비해 고압 조건을 발생시킨다. 이 때, 기록 헤드부(RH)의 잉크 토출 오리피스에서의 메니스커스 힘은 일방향 밸브(2)를 개방시키기에 필요한 힘보다 충분히 크게 되고[일방향 밸브(20)의 개방 압력은 충분히 작게 설정되어 있음.], 따라서 잉크가 상기 토출 오리피스 밖으로 강제 누설되기 전에 상기 일방향 밸브(20)는 일부의 공기를 배출시켜서 잉크 용기의 내부 압력을 개방된 잉크 용기의 내부 압력과 거의 동일한 수준으로 감소시키고 있렇게 유지한다. 다음으로, 히터(60)에 의한 가열 작용이 정지함에 따라, 상기 일방향 밸브(20)는 제22도에 도시된 바와 같이 폐쇄된다. 이 후, 잉크 용기(1) 내의 상기 공기 층(8)은 점진적으로 냉각되어 수축된다.

그 결과, 공기 층(8)의 압력은 대기압보다 낮게 된다. 공기 층(8)의 압력이 추가적으로 하강함에 따라, 공기는 관형부(4)를 통해 잉크 용기(1) 내로 유입되고, 이럼으로써 공기 층(8)이 소정의 부압치를 유지하면서 개구(5) 상에 메니스커스가 형성된다.

이 때 공기 층(8) 내에 발생된 부압과 이 부압 작용력의 상태는 후속의 인쇄 공정 및 그 이후 동안에 유지된다. 그러나 잉크 용기가 오랜 기간 동안 인쇄 작업에 사용되지 않고서 방치될 때, 공기 층(8)의 감소된 압력 상태는 잉크의 증발등에 의해 종종 변화될 수도 있다. 이러한 어려움을 고려하여, 이러한 가열 작동은 잉크 용기 설치 시에 뿐만 아니라 타이머(timer)를 이용한 소정의 간격마다 또는 인쇄 작업의 초기만다 수행될 수도 있다. 이러한 가열 작업은 기계적 작업을 필요로 하지 않으며, 따라서 상기 구조는 단순하게 된다. 또한, 상기 작업은 잉크소비와 관계가 없고, 따라서 잉크 고갈 전에 이러한 작업이 수회 반복되더라도 잉크는 낭비되지 않는다.

더욱이, 본 실시예에 있어서, 일방향 밸브(20)가 사용되지만, 대신에 제4 실시예에 설명된 것과 같은 밸브(50)가 사용될 수도 있고, 상기 히터가 가동될 때 공기 배출 개구(21A)는 잉크 제트 기록 장치에 연결된 개폐 부재를 이용하여 차단되지 않는다.

한편, 내부 히터(60)로써 잉크 용기(1)의 내부를 가열함으로써 얻어질 수 있는 것과 동일한 효과는 전체 잉크 용기가 외부적으로 가열되는 이러한 구조를 이용함으로써 달성될 수 있다는 것은 당연하다.

[실시예 6]

제23도, 제24도 및 제25도는 본 발명의 제6 실시예의 단면도이다.

이들 도면에서의 참조 번호 20은 제3실시예에서 설명된 것과 동일한 일방향 밸브를 가리키고 있다. 이것은 잉크 용기의 내부 압력이 상기 잉크 용기 외부의 압력보다 높을 때에만 개방된다. 펌프(70)는 가압 수단으로서 사용되며, 이는 자유로이 활주하도록 덮개(1b)와 그 속에 끼워진 피스톤(72)과 일체형인 실린더(71)를 포함하고 있다. 상기 피스톤(72)은 기밀 접촉을 할 수 있는 고무와 같은 탄성재료로 제조된다. 피스톤(72)이 어떠한 틈새도 없이 실린더(71)의 내부 외주연 표면과 기밀 접촉하므로, 실린더(71) 및 피스톤(72) 사이를 어떠한 공기도 통과할 수 없다. 실린더(71)의 바닥부는 펌프의 배출 개구(73)를 통해 공기 층(22)과 연통하고, 피스톤(72)은 잉크 용기(1)의 내부 체적을 최대화하기 위해 스프링 부재에 의해 실린더(71)의 단부에 끼워진 소형 덮개(75) 쪽으로 압착된다. 어둑이, 압착 부재(76)가 삽입되는 삽입 구멍(75A)이 상기 소형 덮개(75)의 중앙에 제공된다.

본 실시예에 있어서, 잉크 용기(1)가 잉크 제트 기록 장치 내로 설치되기 때문에 잉크 제트 기록 장치 상에 제공된 압착 부재(76)는 (제24도에 도시된 바와 같이) 잉크 용기(1)의 내부 체적을 감소시키는 방향으로 피스톤(72)을 하방 압축한다.

이 때, 잉크 용기(1) 내의 공기 층(8)의 압력은 대기압보다 높게 되고, 이 결과로 일방향 밸브(20)가 개방된다. 기록 헤드부(RH)의 잉크 토출 오리피스에서의 메니스커스 힘은 일방향 밸브(20)를 개방시키는 데에 필요한 압력[일방향 밸브(20)의 개방 압력은 충분히 작도록 설정됨]보다 충분히 크고, 따라서 잉크가 상기 토출 오리피스로부터 강제 누설되기 전에 상기 일방향 밸브(20)는 개방되어 잉크 용기(1)의 내부 압력을 개방된 잉크 용기의 압력과 동일하도록 변화시킨다.

다음으로, 압착 부재(76)의 압력이 제거됨에 따라 피스톤(72)은 (제25도에 도시된 바와 같이) 스프링 부재(74)의 탄력(resiliency)에 의해 잉크 용기(1)의 내부 체적을 최대화하는 방향으로 이동된다. 이 때, 일방향 밸브(20)는 상기 공기가 잉크 용기(1)에 유입되지 않도록 하고, 동시에 기록 헤드부(RH)의 토출 오리피스에서의 메니스커스 힘은 충분히 크게 되고, 따라서 피스톤(72)이 상기 잉크 용기의 내부 체적을 최대화하는 방향으로 복귀함에 따라 상기 공기는 관형부(4)의 개구(5)로부터 공기 층(8) 내로 흡인되며, 공기 층(8)의 부압이 소정의 부압치에 이르게 될 때 상기 공기는 상기 개구(5)를 통해 유동하는 것을 정지하게 된다.

이러한 경우, 피스톤(72)이 압축하는 체적, 즉 피스톤(72)의 행정(stroke) 및 면적의 곱이 관형부(4) 내의 통로 체적보다 충분히 크게 된다는 것이 바람직하다.

공기 층(8) 내에 발생된 부압과 그 부압 작용력의 상태는 후속의 인쇄 공정 및 그 이후 동안에 유지된다. 그러나, 상기 잉크 용기가 오랜 기간 동안 인쇄 작업에 사용되지 않고 방치될 때, 공기 층(8)의 감소된 압력 상태는 잉크 증발 등에 의해 종종 변화할 수도 있다. 이러한 어려움을 고려하여, 상기 피스톤에 의한 압축 작업은 잉크 용기 설치 시에 뿐만 아니라 타이머를 이용한 소정의 간격마다 또는 인쇄 작업의 시작 시점마다 수행될 수도 있다. 더욱이, 이 피스톤에 의한 압축작업은 잉크 소비와 관계가 없으며, 따라서 잉크가 고갈되기 전에 여러 차례 상기 작업이 반복되더라도 잉크는 소비되지 않는다.

또한 본 실시예에 있어서, 일방향 밸브(20)가 사용되지만, 제4실시예에서 설명된 것과 같은 밸브(50)가 사용될 수도 있고, 이는 피스톤(72)이 잉크 제트 기록장치에 연결된 개폐 부재에 의해 압출될 때 공기 배출 개구(20A)가 개방되고, 잉크 용기(1)의 내부 체적이 최소화될 때까지 피스톤(72)이 이동한 후에 상기 밸브(50)가 폐쇄된다.

한편, 고무 파우치와 같은 탄성 부재가 피스톤을 대신하여 사용될 수도 있다.

잉크 용기의 주 본체의 일부가 외부로부터 압축되는 기구(mechanism)를 제공함으로써 동일한 효과가 얻어질 수 있다는 것은 당연하다.

이 실시예에서는 , 상술한 일방향 밸브(20) 대신에 공기 층(8)을 밀봉하기 위해 잉크 용기의 내측으로부터 외향으로 가압되는 밸브(50)가 제공되며, 나머지 구조는 전술한 실시예와 동일하다.

특히, 이 실시예에서는 제3 및 제4 계단부(18A, 18B)를 갖는 원통형 밸브 홀더(18)에 전술한 실시예에서와 같은 덮개(1b)가 일체로 형성되어 있다. 그 상단부에는 중앙에 공기 배출 구멍(21A)을 갖는 소형 덮개(21)가 끼원진다. 밸브 본체(50A)는 공기 배출 구멍(21A)의 외주연(이후, 밸브 시트)과 기밀 접촉하여 위치되도록 스프링 부재(50B)에 의해 잉크 용기의 내측으로부터 외향으로 가압되어 있다. 공기가 공기 배출 구멍(21A)을 통해 유입하여 인쇄 동작 중에 부압 작용력에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서, 스프링 부재(50B)의 가압력은 인쇄 동작 중에 밸브 본체(50A)와 밸브 시트(21B) 사이에 기밀 접촉을 유지하도록 설정되어 있다.

밸브 본체(50A)는 밸브 본체(50A)와 밸브 시트(21B) 사이에 기밀 접촉을 제공 할 수 있는 재료로 제조된다.

다음에, 잉크 용기의 설치 시 등에 잉크 용기 내의 공기 층(8)의 압력을 감소해 줌으로써 최초로 부압 작용력을 발생시키는 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.

도면의 참조 부호 40은 잉크 제트 기록 장치의 흡입 펌프에 연결된 캡을 가리킨다. 이 캡(40)은 전술한 바와 같이 잉크 용기(1)와 기밀 접촉을 이룰 수 있는 부재로 만들어진다. 이 실시예에 있어서, 개폐 부재(43)는 지지 아암(44)으로 연결 튜브(42) 내에 지지되고, 잉크 용기 설치 중의 이 개폐 부재의 운동은 캡(40)의 운동과 결합되어 공기가 공기 배출 구멍(21A)을 통해 흐를 수 있도록 밸브 본체(50A)를 가압한다.

잉크 용기(1)가 장착된 후에, 캡(40)은 잉크 용기(1)와 기밀 접촉하여 위치되고, 동시에 밸브 본체(50A)에는 공기 배출 구멍(21A)을 해제하기 위해 개폐 부재(43)가 가압된다. 이 상태에서, 잉크 제트 기록 장치의 흡입 펌프는 잉크 용기(1) 내의 공기 층(8)의 압력을 대기압 이하로 감소시키기 위해 작동된다. 공기 층(8)의 압력이 대기압보다 낮아짐에 따라, 관형부(4) 내의 잉크 수준은 전술한 바와 같이 강하하고, 이러한 강하는 여전히 어느 정도의 부압을 유지하면서 개구(5)에 메니스커스가 형성될 때까지 허용된다. 이 때에, 개폐 부재(43)는 밸브 본체(50A)상에 인가된 압력을 제거하는 방향으로 이동된다. 이어서, 밸브 본체(50A)는 캡(40)이 여전히 잉크 용기(1)와 기밀 접촉한 채로 있는 상태에서 스프링 부재(24)의 탄성으로 인해 공기 배출 구멍(21A)을 차단해 줌으로써, 공기 층의 감소된 압력을 유지한다. 다음에, 펌프 작동이 정지되고 캡(40)이 잉크 용기(1)로부터 분리된다.

다음에 제26도를 참조하여, 본 발명의 전술한 실시예들 중 하나에 따른 잉크용기(1)와 잉크 제트 기록 헤드(RH)의 조합으로 구성된 잉크 제트 기록 헤드 카트리지(100)가 장착되는 잉크 제트 기록 장치(200)의 일례에 대해 설명한다.

이러한 잉크 제트 기록 장치(200)는 U자형 단면을 갖는 프레임(202) 상에 수평으로 장착된 안내 로드(204)에 의해 왕복식으로 안내되는 캐리지(206)를 포함하고, 잉크 제트 기록 헤드 카트리지(100)는 이 캐리지(206)상에 장착되면, 토출 오리피스가 배열된 그 토출 표면은 하방으로 면해 있다. 잉크 제트 기록 장치(200)는 또한 기록 매체(208)를 운반하는 컨베이어 롤러(210) 등을 구동하기 위한 구동력 공급원으로서의 모터(212)와, 그 동력원으로부터 캐리지(206)에 동력을 전달하는 나선 홈형의 캐리지 축(214)과, 잉크 제트 기록 헤드(RH)에 잉크 토출을 유발하기 위한 제어 신호들을 공급하는 (도시되지 않은)공지의 신호 공급 수단 등도 포함한다.

또한, 캐리지(206)의 원래 위치에는 고무 재료 등으로 제조된 캡(216)이 배치되어 있다. 캐리지가 원래 위치에 있으면, 캡(216)은 토출 오리피스, 즉 잉크가 토출되는 바로 그 장소에서 잉크가 고화(건조)되는 것을 방지하기 위해 기록 헤드(30)의 전체 토출 표면을 덮는다. 게다가, 이 캡(216)은 인쇄 동작이 개시되기 전에 토출 오리피스를 세척하기 위해 사용되는 도시되지 않은 펌프에 연결되어 있다.

특히, 이 펌프는 높은 점도의 잉크 등을, 즉 기록 헤드 카트리지를 오랜 동안 사용하지 않음으로써 점도가 증가되어진 잉크 등을 토출 오리피스로부터 흡입하는데 사용된다. 더욱이, 프레임(202)의 상부 부분에는 잉크 용기(1)의 상부 표면과 접촉하여, 즉 잉크 용기(1)의 공기 배출 구멍(21A)과 연통 관계로 위치되어야 하는 전술한 캡(40)을 수직으로 구동하는 모터(230)가 배치되어 있다.

상술한 바와 같이, 캡(40)은 연결 튜브(42)를 통해 흡입 펌프로서의 피스톤 펌프(232)에 연결되어 있다. 모터(234)에 의해 피스톤 펌프(232)가 구동됨으로써 내부 실린더 체적이 변화됨에 따라, 잉크 용기(1) 내의 공기는 캡(40)을 통해 흡입된다.

이 실시예에서는 본 발명이 피스톤식 펌프를 참조하여 기술되었으나, 본 발명은 피스톤식 펌프에 한정되지 않으며 다른 형식의 펌프를 사용할 수 있음을 말할나위도 없다.

제27도에 도시된 구조를 갖는 밸브 홀더(8)를 제4실시예의 잉크 용기(1)에 사용하는 경우에는 개폐 부재(43)가 배치된 캡(40)을 사용할 필요가 있으며, 제23도에 도시된 제6실시예의 펌프를 포함하는 잉크 용기(1)의 경우에는 캡(40)용의 모터(230)에 이어서 가압 부재(76)를 수직으로 구동하는 (도시되지 않은) 모터를 위치시킬 필요가 있다.

본 발명에 의하면, 종래 기술에 의한 것과 같이 예를 들어 발포 우레탄 수지와 같은 발포 재료를 함유하지 않으므로, 문제로 되는 불만족스러운 사용 효율 및 발포 재료의 잉크로의 용해가 제거될 수 있다. 그 결과, 사용 가능한 잉크의 양이 증가되고, 또한 잉크 소비의 초기와 잉크 고갈 사이에 부압 작용력이 변하는 바와 같은 문제가 해결된다.

본 발명의 제1 내지 제6실시예에 의한 잉크 용기 구조들 중 어떤 임의의 구조에 있어서, 공기는 잉크 용기 내의 잉크의 소비량에 따라 잉크 용기에 간헐적으로 유입된다. 이 때에, 잉크 소비량에 반응하여 잉크 용기로 흐르는 잉크에 의해 형성된 잉크 포켓 내에서 발생하는 압력 감소로 인해, 그리고 또한 개구에서의 공기의 매니스커스 힘으로 인해, 잉크 용기는 잉크 공급부 또는 기록 헤드의 잉크 토출 오리피스에서 잉크 용기의 내항으로 잉크를 끌어당기도록 지향된 부압 작용력을 발생한다. 그 결과, 기록 헤드에 적절한 양의 부압 작용력이 제공된다.

따라서, 본 발명은 잉크를 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라 양호한 인쇄 성능의 잉크 용기를 제공할 수가 있다.

또한, 본 발명은 잉크 소비가 중단된 후라도 기록 헤드부로부터 잉크가 누설되는 것을 방지하기 위해 이러한 부압 작용력이 남아 있는 잉크 용기를 제공할 수가 있다.

게다가, 본 발명은 잉크 용기의 운반 중에 발생하는 진동 등으로 인해 잉크가 잉크 환기구로부터 엎질러져 나오는 것을 공기 투과성 막으로 방지하는 잉크 용기를 제공할 수가 있다.

게다가, 본 발명에 의하면, 환경 변화로 인해 유발되는 공기 포켓 체적의 증가 또는 감소를 만족스럽게 처리하기 위해서 내부 압력 증가를 조절하는 수단이 제공됨으로써, 잉크 용기의 내부 압력이 대기압에 대해 양의 값으로 되는 것을 방지하고, 그로 인해 양호한 부압을 유지할 수가 있게 된다.

더욱이, 본 발명의 제4 내지 제6 실시예에 기술된 구조를 사용하면 극히 유익한 효과를 제공할 수가 있다. 즉, 잉크 용기 내에 양호한 부압 작용력이 발생될 때까지 잉크를 추출함으로써 낭비적인 잉크 사용을 제거하면서 양호한 인쇄를 매우 신뢰성 있게 얻을 수가 있다.

본 발명은 본문에 개시된 구조들을 참조하여 기술되었지만, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 개선의 목적이나 또는 후속의 특허 청구의 범위의 영역 내에 해당될 수 있는 바와 같은 변경이나 수정을 포함한다.

Claims (20)

1. 잉크를 저장하는 잉크 저장부와, 기록 헤드부로 잉크를 공급하는 잉크 공급부와, 잉크 용기 내로 대기 공기를 받아들이기 위한 공기 환기구 및, 한 단부가 저정된 잉크의 액체 수준 위의 공기 환기구에서 대기에 개방되고 다른 단부가 잉크 용기의 하부 부분에 인접하여 잉크 용기 내에 개방되는 중공 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 환기구에는 공기 투과성 막이 배치되고, 이 공기 투과성 막은 적어도 잉크 용기의 내향으로 면한 표면 상에 방수제를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
3. 제1항에 있어서, 환경 변화에 의해 유발된 상기 잉크 용기 내의 공기의 체적팽창으로 인해 야기되는 내부 압력 증가를 조절하는 조절 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
4. 제3항에 있어서, 상기 내부 압력 조절 수단은 대기와 연통 관계로 상기 잉크용기 내에 미리 배치되는 가요성 파우치 형태인 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
5. 제3항에 있어서, 상기 내부 압력 조절 수단은 상기 잉크 용기 내의 공기가 배출되는 것만을 허용하는 적어도 하나의 밸브 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
6. 제1항에 있어서, 상기 잉크 용기의 내부압력은 기록 헤드로부터 잉크를 토출함으로써 소정의 부압 수준으로 조절되는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
7. 제5항에 있어서, 상기 잉크 용기의 내부 압력은 상기 잉크 용기의 내부 공기를 상기 내부 압력 조절 수단을 통해 강제로 배출함으로써 소정의 부압 수준으로 조절되는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
8. 제1항에 있어서, 상기 잉크 용기의 하부 부분에 인접하여 배치된 상기 미세중공 튜브의 개구는 기록 장치 내에서 사용 시에 상기 잉크 용기의 배치 방향에대해 하방으로 면하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
9. 기록 헤드와의 연결을 이루어 주는 연결부를 구비하고 액체 잉크 위에 대기로부터 밀봉된 공기 층을 유지하면서 액체 앵크를 저장하는 잉크 함유부와, 상기 잉크 함유부 내의 잉크를 소비함이 없이 공기 층의 압력을 대기압 이하로 감소기켜 줄 수 있는 압력 감소 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
10. 제9항에 있어서, 상기 압력 감소 수단은 한 단부가 상기 잉크용기의 외부 환경과 연통 관계로 잉크 수준 위에 있고 하부 단부가 잉크 액체 내에 상방에서 개방하는 식으로 배치된 연결부와, 공기 층의 공기가 상기 잉크 함유부로부터 배출되는 것 만을 허용할 수 있는 적어도 하나의 일방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
11. 제9항에 있어서, 상기 압력 감소 수단은 공기 층을 가압하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
12. 제11항에 있어서, 상기 가압 수단은 적어도 공기 층을 가열하는 히터인 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
13. 제11항에 있어서, 상기 가압 수단은 피스톤식 펌프인 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
14. 제9항에 있어서, 상기 압력 감소 수단은 한 단부가 상기 잉크 용기의 외부 환경과 연통 관계로 잉크 액체 수준 위에 있고 하부 단부가 잉크 액체 내에 상방에서 개방하는 식으로 배치된 연결 부재와, 공기 층을 밀봉하도록 상기 잉크 용기의 내부로부터 외향으로 가압되는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
15. 제10항에 있어서, 상기 연결 부재에는 잉크 액체 수준 위에 공기 투과성 막이 배치되고, 이 공기 투과성 막은 적어도 액체에 면한 표면 상에 방수제 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 잉크 용기.
16. 특허 청구의 범위 제1항에 따른 잉크 용기가 설치되고, 소정의 시간 주기로 상기 압력 감소 수단을 작동하는 작동 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 작동 수단은 공기 층으로부터의 공기를 상기 일방향 밸브를 통해 흡입하는 흡입 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 작동 수단은 공기 층을 밀봉하도록 상기 잉크 용기의 내부로부터 외향으로 가압된 상기 밸브를 개방하는 수단과, 공기 층으로부터의 공기를 상기 밸브를 통해 흡입하는 흡입 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록장치.
19. 제16항에 있어서, 상기 작동 수단은 상기 히터에 전기를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
20. 제16항에 있어서, 상기 작동 수단은 상기 펌프를 구동하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.