KR100200529B1 - 잉크젯 프린터의 카트리지, 프린트헤드 및 잉크젯 프린터 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린터에 사용되는 카트리지에 있어서, 사용할 잉크를 담기 위한 본체, 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐은 포함하는 프린트헤드, 상기 본체 내에서 설치되며, 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단, 및 상기 노즐을 개폐를 제어하기 위한 노즐 개폐 수단으로서 피에조를 사용하여 개폐하도록 한 수단을 포함하는 카트리지를 사용하여, 장입된 용지에 프린팅하도록 한다. 종래의 스펀지를 사용하여 잉크 누설을 방지하도록 한 것에 비해 잉크를 경제적으로 사용할 수 있고, 종래와 같이 홀을 사용하여 본체 내부 압력 유지관리를 압력 인가 수단으로 실현하고 있다.

Description

잉크젯 프린터의 카트리지, 프린트헤드 및 잉크젯 프린터

제1도는 잉크젯 프린터에 있어서 종래의 카트리지 구조도.

제2도는 잉크젯 프린터에 있어서 본 발명에 따른 카트리지의 구조도로서, 동작하지 않을 때의 상태를 도시한 도면.

제3도는 잉크젯 프린터에 있어서 본 발명에 따른 카트리지의 동작 상태를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 스펀지 5 : 잉크

6 : 본체 7 : 필터

10 : 고무 11 : 솔레노이드

12 : 압력판 13 : 차폐판

14 : 홀 15 : 프린트헤드

16 : 피에조 17 : 노즐

본 고안은 잉크젯(Ink Jet) 프린터에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프리터의 카트리지 본체(Body)내에 저장되는 잉크를 최대한으로 활용할 수 있고, 프릴트 헤드 내 잉크의 리필 시간을 단축시켜 고속 프린팅을 가능하게 한 것으로 잉크젯 카트리지, 이의 프린트헤드, 및 이를 사용한 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 잉크를 담고 있으며 이 잉크를 분사하기 위한 노즐을 갖는 카트리지를 내장하고 있어, 이 카트리지의 노즐을 통해 잉크를 분사하는 방식으로 프린트하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터에 사용되고 있는 카트리지의 구조는 단면으로 개략적으로 나타낸 제1도에 도시된 바와 같다.

현재 잉크젯 프린터에 사용되고 있는 카트리지(100)는 제1도는 도시된 바와 같이, 잉크분사시 사용되는 노즐(10)를 구비하고 전체를 지지하여 주는 본체(6), 다수의 홀(H2)을 갖고 있으며 상기 본체(3)를 덮는 커버(2), 하나의 홀(H1)을 갖고 있으며 상기 커버(2)에 결합되어 이 커버(2)를 보호하도록 덮어주는 캡(1), 상기 본체(6)의 내벽 전체와 커버(2)의 안쪽을 둘러 싸여 본체(3) 내부에 잉크를 담아두는 스펀지(3), 스펀지(6) 안에 채워져 있는 잉크(5)를 걸러주도록 예를 들면 미세한 철망 구조로 구성되어 있는 필터(7), 이 필터(7)와 본체(6)에 결합되어, 상기 홀(3)을 통과한 필터처리된 잉크(9)를 종이(4)에 분사시켜 주는 프린트헤드(8)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 잉크젯 프린터의 카트리지에 대한 동작을 살펴보면, 먼저, 본체(6) 안의 스펀지(3)에 담겨 있는 잉크(5)는 필터(7)를 통하여 걸러진 다음, 홀(H3)을 통해 프린트헤드(8)에 공급된다. 공급된 잉크가 모세관 현상에 의해 공급되면 프린트헤드(8)에 마련된 노즐(10)에 의해 분사되어 용지(4)에 프린트하게 되는 것이다. 또한, 도시된 바와 같이 커버(2)는 잉크를 함유하고 있는 스펀지(3)을 덮어 주기 위한 것이며, 캡(1)은 전체를 덮어 보호하기 위한 것이다.

이때 프린트헤드(8)를 통해 카드리지(100) 외부로 잉크가 분출됨에 따라 본체(6) 내에 일시적으로 부분 진공이 생기게 된다. 만일 이러한 현상이 계속되어 본체(6)안의 압력이 계속 낮아지게 되면 결국에는 프린트헤드(8)에서 잉크를 분사하려고 해도 잉크가 분사되지 않는 이상 발생이 일어난다. 이것은 본체(6) 안의 압력이 본체 외부보다 낮게 될 경우 본체 내로 잉크가 외부의 압력에 의해 빠져나갈 수 없게 되기 때문이다. 그러므로, 본체 외부로 빠져 나간 잉크의 양만큼 공기가 본체 내로 유입되도록 하여 본체 내의 압력을 높게 해주어야 하는 것이다. 이렇게 하여 잉크의 분사가 가능해지는데, 이러한 동작을 위해서 제1도에 도시한 바와 같이 본체와 캡에는 소정의 다수의 홀들(H1 및 H2)이 제공되어 있어, 커버(2)의 홀(H2)와 캡(1)의 홀(H1)을 통해서 외부의 공기가 본체(6) 내로 유입되도록 하고 있다.

공기가 유입되는 본체(6) 안의 압력은 바깥과 균형을 이루게 되어서 잉크는 모세관 현상을 통해 다시 프린트헤드(8)를 다시 채우게(리필; refill) 된다.

이러한 모세관 현상에 의해 잉크가 리필되는 과정은 실제로 잉크가 분사되는 시간에 비하여 매우 길기 때문에 잉크를 빨리 분사해주는데 장애가 된다. 실제로 잉크젯 프린터의 속도는 이러한 잉크의 리필 시간 때문에 제약을 받게 된다.

한편, 본체(6) 내에는 분사될 잉크가 들어 있는데, 만일 카트리지(100)가 취급상 뒤집힐 경우 상기한 바와 같이 원활한 분사 동작을 위해 마련된 홀을 통해 잉크가 누출되는 문제가 발생한다. 또한, 카트리지(100)를 사용하지 않고 있을 경우 이를테면 온도의 상승 등을 본체 안의 압력이 증가하게 되면 잉크가 프린트헤드(8)를 통해서 누설되는 현상이 발생하게 된다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해서 제1도에 나타낸 바와 같이, 본체 내에 스펀지(3)를 넣어 두어, 이에 잉크가 함유되도록 함으로써, 상기 언급한 바와 같은 잉크 누설 문제를 방지하도록 하고 있다.

종래의 기술에는 잉크의 공급을 스펀지에 의한 모세관 현상에 의존하고 있음을 알 수 있다. 이것은 잉크 젯 프린터의 프린팅 속도에 영향을 미치는 요인으로 작용하여, 잉크의 리필 시간을 길게 하고 있다.

더욱이, 이와 같이 잉크 누설 등을 방지하기 위해 스펀지를 사용함에 따라, 실제 투입된 잉크의 양을 충분히 사용할 수 없고 실제 사용량은 반에도 못 미친다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, HP 660K 컬러의 경우, 스펀지의 체적은 20ml인데, 실제 잉크 사용량은 8ml 미만으로 제약되어, 실제적으로 비효율적인 것이다.

그러므로, 본 발명은 상기한 종래의 문제점에 비추어 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 잉크젯 프린터의 리필 시간을 단축시켜 고속 프린팅이 가능하게 한 잉크 젯 카트리지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크젯 프린터의 카트리지 내에 넣어둔 사용될 잉크가 누설되지 않게 하면서, 카트리지 본체 내의 내부 압력을 조절할 수 있도록 하고, 넣어둔 잉크를 충분히 다 사용할 수 있도록 한 잉크젯 프린터의 카트리지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속 프린팅이 가능하고 카트리지 내의 잉크를 충분히 다 사용할 수 있게 한 잉크 젯 프린터의 카트리지, 및 프린터헤드 및 이들을 사용한 잉크젯 프린터를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 잉크를 강제로 밀어주는 압력 인가 수단을 채용하도록 하였다. 이러한 잉크 압력 인가 수단에 의해서 리필 시간을 종래보다 대폭 단축시키도록하여 프린팅 속도를 고속으로 행할 수 있게 한 것이다.

또한, 본 발명에서는 종래와 같이 근본적으로 스펀지를 사용하지 않기 때문에, 스폰지가 차지하는 체적 만큼의 잉크를 더 사용할 수 있게 함으로써, 잉크 사용을 경제적으로 할 수 있게 하였다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하고 이점을 얻기 위해서 본 발명에서는 잉크젯 프린터의 카트리지에 있어서, 사용할 잉크를 담기 위한 본체; 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐을 포함하는 프린트헤드; 상기 본체 내에 설치되며, 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단; 및 상기 노즐의 개폐를 제어하기 위한 노즐 개폐 수단을 포함하는 잉크젯 프린터의 카트리지를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따라서, 상기 압력 인가 수단은 잉크에 압력을 가하기 위한 플레이트를 포함하고, 이 플레이트는 솔레노이드에 의해서 압력을 받도록 하고 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 상기 압력 인가 수단은 상기 잉크의 누출을 방지하도록 상기 본체 내벽과 상기 플레이트간 차폐판을 더 포함하여, 상기 프린트헤드의 노즐 개폐 수단은 피에조로 구현하고 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 잉크젯 프린터의 카트리지를 사용하여 프린팅하기 위해 잉크를 분사시키기 위한 것으로, 카트리지의 본체에 결합되는 프린트헤드에 있어서, 분사할 잉크를 프린팅 전에 채워두도록 마련된 리필부; 상기 리필부내에 채워져 있는 잉크를 분사시키기 위해 형성된 노즐; 및 프린팅 시기에 따라 상기 노즐을 개폐시키는 노즐 개폐 수단을 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드를 제공한다. 이때, 상기 프린팅 시기는 적어도 상기 리필부 내에 잉크가 채워진 후에 수행되도록 상기 노즐이 개방되게 상기 노즐 개폐 수단이 동작되며, 상기 제1특징에 따라 구성된 본체의 동작 특성과 관계하고 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 사용할 잉크를 담기 위한 본체, 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐을 포함하는 프린트헤드, 상기 본체 내에 설치되며, 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단, 및 상기 노즐의 개폐를 제어하기 위한 노즐 개폐 수단을 포함하는 카트리지를 사용하여, 장입된 용지에 프린팅 하도록 된 잉크젯 프린터가 또한 제공된다.

본 발명에서는 본체내에 넣어 둔 잉크는 압력판에 부착된 차폐판과, 노즐의 개폐에 의해서 잉크는 누출되지 않으며, 또한 강제 압력에 의해서 프린테헤드 내에 잉크를 신속하게 리필하므로 고속으로 인자할 수 있는 것이다.

또한, 종래와 같이 근본적으로 스펀지를 사용하지 않기 때문에, 스펀지에 의한 소비되지 않은 잉크가 없으므로, 카트리지 내에 넣은 잉크를 충분히 다 사용할 수 있게 되는 것이다. 그러면서도, 원할한 분사 동작 및 카트리지 내에 있는 잉크의 누설을 방지하여 잉크 사용에 있어 효과적인 카트리지가 된다.

종래에 사용된 스펀지에 비해서 이 스펀지가 차지하는 체적 만큼의 잉크를 더 사용할 수 있어, 종래보다 큰 용량의 카트리지를 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 종래에 비해 약 2.5배로 잉크를 더 사용할 수 있어 경제적이다.

이와 같은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 카트리지에 대해서 보다 상세한 것은 첨부한 도면을 사용하여 다음에 설명한다. 첨부한 도면에서, 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 의미한다.

다음에, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 사용하여 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 압력 인가 수단 및 노즐 개폐 수단이 구비된 카트리지의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것으로서, 카트리지가 작동하지 않는 상태를 나타낸 것이며, 제3도는 카트리지의 분사 동작에서 상기 압력 인가 수단 및 노즐 개폐 수단이 동작하여 분사가 행해지는 카트리지의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

제2도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 카트리지는 사용할 잉크(5)를 담기 위한 본체(6), 분사될 잉크를 채우고 이 채워진 잉크를 분사시키도록 된 노즐을 갖는 갖는 프린트헤드(15), 상기 본체 내 잉크를 프린트헤드에 리필하기 위한 압력 인가 수단(11, 12) 및 노즐 개폐 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 카트리지는 종래와 같이 본체 내의 압력을 조정하기 위한 홀을 전혀 갖고 있지 않다. 잉크는 본 발명에서 잉크에 압력을 가하여 프린트헤드(15)에 잉크를 강제적으로 채우도록 된 압력 인가 수단에 의해서 분사 동작이 행해지도록 하고 있다. 또한, 본 발명에 따른 프린트헤드는 노즐이 선택적으로 개폐될 수 있도록 한 구조를 되어 있다. 이는 상기 언급한 압력 인가 수단에 관련하여 유기적으로 동작될 수 있는 것으로 노즐 개폐 수단은 압력 인가 수단에 의해 잉크의 노즐을 통해 잉크가 누출되는 것을 방지한다.

또한, 본 발명에 따른 카트리지는 종래와 같이 스펀지를 사용할 필요가 전혀 없기 때문에, 잉크를 경제적으로 사용할 수 있는 것이다.

본 실시예에 따른 압력 인가 수단은 제2도에 도시한 바와 같이, 본체(6) 내에 장치되며, 넣어 둔 잉크(5)를 덮어 이에 압력을 가하여 밀도록 하고 있다.

본 실시예에서 압력 인가 수단(11, 12)은 잉크가 틈새에 누출되지 않도록 하기 위해서 본체(6) 내벽과 압력 인가 수단(12) 간에 밀봉이 되도록 차폐판(shilding plate; 13)를 더욱 포함하고 있다. 또한 압력 인가 수단은 본체의 단면 형성에 따르도록 된 압력판으로서, 이는 도시된 바와 같이 예를 들면 솔레노이드(1)에 의해서 미는 압력을 받도록 하고 있다.

솔레노이드(11)의 작동 및 제어는 전기적으로 행해질 수 있는 것으로써, 통상의 기술로 용이하게 구현될 수 있다. 솔레노이드(11)에 적당한 전기 신호가 적당한 시기에 인가되면, 이 솔레노이드(11)에 의해서 압력판(12)이 밀리게 되고, 이에 따라 압력을 받은 잉크(5)는 본체(6) 하단에 마련된 본 발명에 따른 프린트헤드(15) 내부를 채우게 되는 것이다. 이 동작은 제2도에 도시된 바와 같이, 솔레노이드의 동작에 의한다. 리필 동작은 프린트헤드에 마련된 홀(14)을 통해 압력을 받은 잉크가 밀려 들어와 프린트헤드(15) 내의 리필부를 채워 수행된다. 도면에는 프린트헤드가 잉크로 리필된 것이 나타나 있다.

또한, 제2도는 카트리지가 사용되지 않은 경우, 또는 동작중 분사가 중지된 경우를 나타낸 것으로, 노즐의 폐쇄상태를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 노즐(17)의 개폐 수단(16)은 제2도의 상태의 경우, 노즐(17)을 막고 있어 잉크가 분사되지 않고 있는 것이다.

노즐로부터 잉크를 분사시켜 용지(4) 상의 소망하는 프린팅 출력을 얻기 위해서, 노즐은 적합하게 개방되어야 한다. 이를 위해서 본 발명의 바람직한 실시예에서는 제3도에 도시한 바와 같이, 피에조를 사용하여 노즐(17)을 개폐하도록 하였다.

프린트헤드(16) 내에 리필된 잉크, 이 잉크는 본 발명에서 압력 인가 수단의 작동에 의해서 것으로, 이 잉크는 피에조(16)의 동작에 의해 노즐(17)이 열릴 때 분사되는데, 이 피에조는 이 피에조(16)에 전압이 가해지면서 노즐이 열리도록 도면에서 상측 방향으로 이동한다. 즉, 피에조(16)는 잉크를 분사하는지 여부에 따라 상하 방향으로 그 위치 변위를 달리 하는 것으로 이에 따라 노즐(17)을 열고 닫아 잉크가 분사되거나 또는 그렇지않게 된다. 피레조(16)는 전압이 가해질 경우 체적이 줄거나 늘어나는 특성을 가진 것으로 세라믹으로 만들어 진 것이다.

제3조는 피에조가 상측 방향으로 위치 변위된 것을 도시한 것으로, 잉크가 용지(4)를 향하여 분사되는 것을 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 노즐 개폐 수단으로서 채용된 피에조(16)는 대표적으로 도면에 도시한 바와 같이 콘(corn) 모양이나, 기타 다른 모양도 가능한 것은 당연하다.

본 발명의 압력 인가 수단 및 노즐 개폐 수단의 제어는 적당한 제어 신호를 인가하는 전자 회로에 의해서 행해질 수 있음에 유념한다.

또한, 본 발명에서는 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하는 압력 인가수단을 구비한 카트리지 본체와, 노즐을 가지며, 이의 개폐 수단을 구비한 프린터헤드가 결합된 카트리지를 사용한 프린팅 방법을 제공한다.

본 발명의 프린팅 방법은 상기 카트리지 본체 내의 잉크를 상기 카트리지 내에 리필하기 위해 압력을 인가하는 단계와, 프린팅 시 상기 노즐 개폐 수단에 의해 상기 노즐을 개방하여 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라서, 본체내에 넣어 둔 잉크는 압력판에 부착된 차폐판과, 노즐의 개폐에 의해서 잉크는 누출되지 않으며, 또한 강제 압력에 의해서 프린트헤드 내에 잉크를 신속하게 리필하므로 고속으로 인자할 수 있는 것이다.

또한, 종래와 같이 근본적으로 스펀지를 사용하지 않기 때문에, 스펀지에 의한 소비되지 않은 잉크가 없으므로, 카트리지 내에 넣은 잉크를 거의 다 사용할 수 있게 되는 것이다.

그러면서도, 원할한 분사 동작 및 카트리지 내에 있는 잉크의 누설을 방지하여 잉크 사용에 있어 효과적인 카트리지가 된다. 종래에 사용된 스펀지에 비해서 이 스펀지가 차지하는 체적 만큼의 잉크를 더 사용할 수 있어, 종래보다 큰 용량의 카트리지를 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 종래에 비해 약 2.5배로 잉크를 더 사용할 수 있어 경제적이다.

본 발명의 설명에서 카트리지는 하나의 프린트헤드를 포함하는 것으로 설명하였으나, 설계에 따라 복수의 프린트헤드를 채용할 수 있다. 본 발명에서는 상기한 바와 같은 형상의 잉크 젯 프린터용 카트리지를 제공하며 또한, 노즐 개폐 수단이 구비된 프린트헤드를 제공하고 있다.

본 발명은 지금까지 설명한 실시예에 한정되는 것이 아니라 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 다음의 특허 청구의 범위에 기재된 사항에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 잉크젯 프린터의 카트리지에 있어서, 사용할 잉크를 담기 위한 본체; 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐을 포함하는 프린트헤드; 상기 본체 내에 설치되며, 상기 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단; 및 상기 노즐의 개폐를 제어하기 위한 노즐 개폐 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력 인가 수단은 잉크에 압력을 가하기 위한 플레이트를 포함하고, 이플레이트는 솔레노이드 의해서 압력을 받은 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 카트리지.
3. 제2항에 있어서, 상기 압력 인가 수단은 상기 잉크의 누출을 방지하도록 상기 본체 내벽과 상기 플레이트간 차폐판을 저 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트의 카트리지.
4. 잉크젯 프린터의 카트리지를 사용하여 프린팅하기 위해 잉크를 분사시키기 위한 것으로, 카트리지의 본체에 결합되는 프린트헤드에 있어서, 분사할 잉크를 프린팅 전에 채워두도록 적어도 하나의 잉크 투입용 홀이 구비되어 제공된 리필부; 상기 리필부내에 채워져 있는 잉크를 분사시키기 위해 형성된 노즐; 및 프린팅 시기에 따라 상기 노즐을 개폐시키는 노즐 개폐 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
5. 제4항에 있어서, 상기 노즐 개폐 수단은 피에조인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
6. 제4항에 있어서, 상기 프린트헤드에 결합되는 카트리지 본체는 사용할 잉크를 담기 위한 본체; 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐을 포함하는 프린트헤드; 및 상기 본체 내에 설치되며, 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프리트헤드.
7. 사용할 잉크를 담기 위한 본체, 상기 잉크를 분사시키기 위해 잉크를 채우도록 된 리필부와 잉크가 분사되도록 노즐을 포함하는 프린트헤드, 상기 본체 내에 설치되며, 잉크에 대해 강제적으로 압력을 가하여 상기 프린트헤드에 잉크를 리필시키는 압력 인가 수단, 및 상기 노즐을 개폐를 제어하기 위한 노즐 개폐 수단을 포함하는 카트리지를 사용하여, 로딩된 용지에 프린팅 하도록 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
8. 제7항에 있어서, 상기 압력 인가 수단은 잉크에 압력을 가하기 위한 플레이트를 포함하고, 이 플레이트는 솔레노이드 의해서 압력을 받으며, 상기 압력 인가 수단은 상기 잉크의 누출을 방지하도록 상기 본체 내벽과 상기 플레이트간 차폐판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
9. 제7항에 있어서, 상기 잉크젯 프린터는 다수의 상기 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.