KR100354769B1

KR100354769B1 - 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지

Info

Publication number: KR100354769B1
Application number: KR1020000065519A
Authority: KR
Inventors: 임대순; 문재호; 김정선
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-10-05
Also published as: KR20020035285A; JP2002160383A; US6502933B2; JP3546186B2; US20020054192A1

Abstract

개시된 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는, 잉크가 저장되는 잉크 저장부와, 잉크 저장부에 저장된 잉크의 액적을 방출하는 헤드를 포함하며, 잉크 저장부에는, 잉크가 액체 상태로 채워지는 챔버와, 챔버 내부의 압력을 부압으로 유지시키는 부압유지수단과, 챔버와 헤드 사이에 설치되어 챔버 내의 잉크가 헤드로 균일하게 공급되도록 가이드하는 균일공급가이드수단이 구비된다. 이와 같은 구성에 의하면, 잉크를 액체 상태 그대로 저장하여 사용하기 때문에 저장된 양을 거의 다 인쇄에 사용할 수 있어서 잉크 사용 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

잉크젯 프린터용 잉크 카트리지{Ink cartridge for ink jet printer}

본 발명은 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크 카트리지에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는 잉크를 저장하고 있다가 헤드를 통해 잉크 액적(droplet)을 방출시켜서 용지 위에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 잉크가 저장되는 잉크 저장부(10)와, 잉크 액적이 방출되는 헤드(20)를 포함한다. 상기 잉크 저장부(10) 내부는 스폰지(11)로 채워져 있으며, 잉크는 이 스폰지(11) 안에 스며들어서 저장된다. 상기 잉크 저장부(10)를 덮는 덮개(12)에는 공기유입공(12a)이 형성되어 있어서, 오픈용 비닐커버(13)를 떼어내면 그곳을 통해 내부로 공기가 통하게 된다. 스폰지(11)에 스며들어 있는 잉크는 모세관 현상에 의해 헤드(20) 측으로 공급되며, 헤드(20)를 통해 원하는 때에 액적의 형태로 방출된다.

그런데, 상기 구성에 있어서는 잉크를 스폰지(11)의 기공(porosity)에 스며들게 하여 저장한 후 모세관 현상에 의해 헤드(20) 측으로 이동되도록 하기 때문에, 과다한 양의 잉크가 헤드(20)로 새어나갈 위험은 적다. 따라서, 인쇄를 하지 않을 때에도 헤드(20)가 항상 젖어있는 웨팅(wetting) 현상은 억제할 수 있지만, 잉크의 사용 효율이 상당히 낮은 단점이 있다. 즉, 스폰지(11)에 스며든 잉크를 모세관 현상에 의존하여 헤드(20)로 공급하고 있기 때문에, 스폰지(11) 안의 잉크를 완전히 다 빼내서 사용하기가 어렵다. 특히, 스폰지(11)를 잉크 저장부(10) 안에 집어넣을 때 구겨지는 부분이 생기게 되면, 그 부분에 스며든 잉크는 이동이 어렵게 되어 거의 사용되질 못한다. 따라서, 실제로는 저장된 량의 약 50% 정도 밖에 인쇄에 사용되질 않고, 나머지는 스폰지(11) 안에 남은 채로 폐기된다. 그리고, 이와 같이 잉크가 많이 남아있는 상태에서 못쓰게 되므로, 잉크저장부 내부를 육안으로 볼 수 있도록 투명하게 만들더라도 잉크를 얼마나 더 쓸 수 있는지 조차 알 수가 없다.

따라서, 저장된 잉크의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 잉크 카트리지가 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 요구를 감안하여 창출된 것으로, 웨팅 현상을 억제하면서 저장된 잉크의 사용 효율을 향상시킬 수 있도록 개선된 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 잉크 카트리지를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크 카트리지를 보인 평면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도,

도 4는 도 3의 구조 중 변형 가능한 예를 보인 단면도,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크 카트리지를 보인 단면도,

도 6은 도 2 및 도 5에 도시된 각 실시예들의 카트리지 내부 압력 측정 결과를 도시한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200...잉크 저장부 110,210...덮개

111,211...러버(rubber) 121.221...스크류

122,222...제1스폰지 123,223...수납부

123a,223a...관통공 131,231...제2스폰지

140,240...챔버 151,251...스치로폼

152,252...자석 153,253...근접센서

160,260...헤드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 잉크가 저장되는 잉크 저장부와, 상기 잉크 저장부에 저장된 잉크의 액적을 방출하는 헤드를 구비한 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 있어서, 상기 잉크 저장부는, 잉크가 액체 상태로 채워지는 챔버와, 상기 챔버 내부의 압력을 부압으로 유지시키는 부압유지수단과, 상기 챔버와 상기 헤드 사이에 설치되어 상기 챔버 내의 잉크가 상기 헤드로 균일하게 공급되도록 가이드하는 균일공급가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크 카트리지를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다. 도면에는 옐로우, 마젠타, 시안의 3가지 잉크를 각각 3개의 잉크 저장부에 저장한 칼라 잉크 카트리지를 예시한 것인데, 각 잉크 저장부는 모두 도 3과 같은 동일한 구조를 가진다.

도시된 바와 같이 본 발명의 잉크 카트리지는, 잉크를 저장하는 잉크 저장부(100)와, 잉크를 액적 형태로 방출하는 헤드(160)를 포함한다. 그리고 상기 잉크 저장부(100)는 잉크가 채워지는 챔버(140)와, 챔버(140)의 상부 측에 설치되는 부압유지수단과, 챔버(140) 하부 측에 설치되는 균일공급가이드수단 및, 측벽 측에 설치되는 감지수단을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 챔버(140)는, 종래처럼 스폰지 등과 같은 다공성 매체에 잉크를 스며들게 하여 저장하는 것이 아니라, 액체 상태 그대로 잉크를 저장한다. 따라서, 챔버(140) 안의 잉크는 액체의 유동성과 자중에 의해 하부의 헤드(160) 측으로 용이하게 이동된다.

그러나, 챔버(140) 내의 잉크가 액체 상태 그대로이기 때문에, 챔버(140) 안을 부압(-)으로 유지하지 않으면 과다한 양의 잉크가 헤드(160)로 새어나가서 웨팅(wetting) 현상이 발생되기 쉽다. 따라서, 상기 부압유지수단은 챔버(140) 내의 압력을 부압으로 유지시키는 역할을 하는 것으로, 관통공(123a)이 형성된 수납부(123)에 설치되는 제1스폰지(122)와, 상기 제1스폰지(122)를 관통공(123a) 측으로 압착하는 스크류(121)를 포함한다. 상기 수납부(123)의 일측은 외부로 개방되어 있고, 그 수납부(123)에 끼워지는 스크류(121)에는 내부를 관통하는 중공(121a)이 형성되어 있어서, 외기가 상기 중공(121a)과 제1스폰지(122)의 기공(porosity) 및 관통공(123a)을 통해 챔버(140) 내부까지 전달될 수 있다. 그러나, 챔버(140) 내부까지 공기가 통하려면 상기 제1스폰지(122)의 기공을 통과해야 하는데, 그 기공의 크기는 상기 스크류(121)의 압착에 의해 축소된다. 즉, 스크류(121)가 제1스폰지(122)를 강하게 압착할수록 기공이 좁아져서 공기가 잘 안 통하게 되고, 이에 따라 챔버(140) 내부는 점차 강한 부압이 걸리게 된다. 반대로 스크류(121)의 압착력을 느슨하게 해주면 상대적으로 공기가 잘 통하게 되어 챔버(140) 내부의 부압이 점차 약해진다. 따라서, 이 스크류(121)의 압착력을 조절하면 챔버(140) 내부의 부압을 조절할 수 있게 된다. 참조부호 124는 중공(121a)을 막고 있는 보호테이프인데, 잉크 카트리지를 사용할 때에는 제거된다.

상기 균일공급가이드수단은, 상기 챔버(140)에 저장된 잉크가 항상 균일하게 헤드(160)로 공급되도록 가이드해주는 기능을 하는 것으로, 챔버(140)와 헤드(160) 사이의 잉크 배출 경로에 설치되는 제2스폰지(131)를 포함한다. 상기 챔버(140) 내의 잉크는 일단 이 제2스폰지(131)에 흡수된 후 상기 헤드(160) 측으로 전달된다. 따라서, 챔버(140) 안의 잉크가 자유롭게 유동되는 액체 상태로 있더라도 일단 제2스폰지(131)를 거쳐야 하기 때문에, 과다한 양이 한꺼번에 헤드(160)로 빠져나가지 못하게 된다. 또한 반대로, 잉크가 거의 다 소모되어 바닥에만 약간 남아있는 경우에 제2스폰지(131)가 없다면 잉크 유동에 따라서 잉크가 나왔다 안나왔다 할 수 있지만, 상기 제2스폰지(131)가 이를 먼저 다 흡수한 후 헤드(160)로 공급하기 때문에, 끝까지 균일하게 잉크가 공급될 수 있다. 따라서, 이 균일공급가이드수단에 의해 챔버(140)에 저장된 잉크가 항상 균일하게 헤드(160)로 공급될 수 있다.

상기 감지수단은 챔버(140) 안의 잉크 소모 상태를 알릴 수 있도록 설치되는 것으로서, 챔버(140) 내에서 잉크에 부유되도록 마련되는 스치로폼(151)과, 이 스치로폼(151)에 설치된 자석(152)과, 자석(152)의 근접을 감지하는 근접센서(153)를 포함하여 구성된다. 참조부호 154는 가이드판으로서 스치로폼(151)의 부유에 따른 승강을 가이드한다. 상기 구성에 있어서, 잉크가 많이 채워져 있을 때에는 스치로폼(151)이 상승되기 때문에 근접센서(153)가 작동되지 않는다. 그러나 잉크가 거의 다 소모되어 스치로폼(151)이 바닥 근처까지 하강하게 되면, 상기 근접센서(153)가 자석(152)을 감지하여 작동하게 된다. 따라서, 이 근접센서(153)의 신호로 잉크의 소모 상태를 파악하고 잉크 카트리지의 교체 시기를 알 수 있게 된다.

참조부호 110은 덮개이고, 참조부호 111은 덮개(110)에 설치된 러버(rubber)를 나타낸다. 잉크를 주입할 때에는 이 러버(111)에 주입용 바늘을 꽂아서 잉크를 챔버(140)로 주입하게 된다. 참조부호 132는 잉크 내의 불순물 및 미세한 버블을 걸러줌으로써 헤드(160)의 분출구가 막히는 것을 방지하기 위한 필터를 나타낸다. 이 필터는 도 3과 같이 챔버(140) 안에 설치되는 타입인데, 또는 도 4 처럼 챔버(140) 외측에서 안쪽으로 꽂는 타입의 필터(132')를 채용할 수도 있다.

상기의 구성에 따른 잉크 카트리지의 전체적인 동작을 살펴보면, 상기 부압유지수단은 스크류(121)의 가압력에 의해 제1스폰지(122)의 기공을 선택적으로 축소시키면서 챔버(140) 내의 압력을 마이너스 압으로 유지시킨다. 그리고 상기 균일공급가이드수단의 제2스폰지(131)는 챔버(140)의 잉크를 흡수하여 헤드(160)로 공급하면서 항상 균일한 양의 잉크가 공급되도록 가이드한다. 또한, 스치로폼(151)과 자석(152)을 포함한 감지수단은 잉크의 소모가 거의 다 되었을 경우 근접센서(153)의 작동으로 교체 시기를 알리게 된다.

그러므로, 이와 같은 본 발명의 잉크 카트리지에서는, 잉크를 스폰지와 같은 다공성 매체에 스며들게 하여 저장하는 것이 아니라, 유동성이 좋은 액체 상태 그대로 저장하여 헤드로 공급하기 때문에, 저장된 양의 거의 대부분을 인쇄 작업에 사용할 수 있다. 즉, 종래에는 스폰지 안에 함유된 채로 폐기되는 잉크가 많았지만, 상기와 같은 본 발명의 구성에서는 챔버(140) 안의 잉크가 거의 다 헤드(160)로 공급될 수 있으므로, 사용 효율이 크게 향상된다. 그리고, 상기 부압유지수단이 챔버(140) 안의 압력을 적절한 부압으로 유지해 주기 때문에, 액체 상태의 잉크를 사용하더라도 헤드(160)에서의 웨팅 발생을 억제할 수 있다. 또한, 상기 균일공급가이드수단에 의해 잉크의 공급을 항상 균일하게 유지할 수 있으며, 상기 감지수단에 의해 잉크 카트리지의 교체 시기도 알 수 있게 된다.

다음으로 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크 카트리지를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 잉크 카트리지도, 잉크를 저장하는 잉크 저장부(200)와, 잉크를 액적 형태로 방출하는 헤드(260)를 포함한다. 그리고 상기 잉크 저장부(200)는 잉크가 채워지는 챔버(240)와, 챔버(240)의 상부 측에 설치되는 부압유지수단과, 챔버(240) 하부 측에 설치되는 균일공급가이드수단 및, 측벽 측에설치되는 감지수단을 포함하여 구성된다.

상기 챔버(240)에는, 액체 상태 그대로의 잉크가 저장된다.

상기 부압유지수단은 챔버(240) 내의 압력을 부압으로 유지시키는 역할을 하는 것으로, 관통공(223a)이 형성된 수납부(223)에 설치되는 제1스폰지(222)와, 상기 제1스폰지(222)를 관통공(223a) 측으로 압착하는 스크류(221)를 포함한다. 상기 수납부(223)의 일측은 외부로 개방되어 있고, 그 수납부(223)에 끼워지는 스크류(221)에는 내부를 관통하는 중공(221a)이 형성되어 있어서, 외기가 상기 중공(221a)과 제1스폰지(222)의 기공(porosity) 및 관통공(223a)을 통해 챔버(240) 내부까지 전달될 수 있다. 참조부호 124는 중공(221a)을 막고 있는 보호테이프인데, 잉크 카트리지를 사용할 때에는 제거된다.

상기 균일공급가이드수단은, 상기 챔버(240)에 저장된 잉크가 항상 균일하게 헤드(260)로 공급되도록 가이드해주는 기능을 하는 것으로, 챔버(240)와 헤드(260) 사이의 잉크 배출 경로에 설치되는 제2스폰지(231)를 포함한다. 상기 챔버(240) 내의 잉크는 일단 이 제2스폰지(231)에 흡수된 후 상기 헤드(260) 측으로 전달된다.

상기 제1실시예와 다른 본 실시예의 특징은, 상기 수납부(223)가 제2스폰지(231)에 접하도록 길게 형성되어 있다는 점이다. 이렇게 되면, 중공(221a)과 제1스폰지(222) 및 관통공(223a)을 통한 외기의 유입로가, 잉크를 거의 다 쓸 때까지 잉크 속에 잠겨있게 된다. 즉, 제1실시예에서는 잉크를 조금만 사용하게 되면 관통홀(123a; 도 3) 밑에 외기가 채워질 수 있는 공간이 생기게 되므로, 만약 이 상태로 장시간 방치될 경우, 챔버 안으로 외기가 서서히 유입되어 내부의 압력이 점차 외부 압력과 같아질 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서는 외기 유입로가 항상 잉크 속에 잠겨있으므로 시간의 경과에 따른 압력 변화를 억제할 수 있다. 실제로 실험한 바에 의하면, 도 6의 그래프에 도시된 바와 같이 제1실시예의 경우(T1)에는 잉크 소모량이 약 15ml를 넘어서면서 내부의 부압이 서서히 감소하는 경향을 보였으나, 제2실시예의 경우(T2)에는 거의 일정한 부압을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 실시예는 전술한 제1실시예의 이러한 부압 저하의 가능성까지 억제하도록 구성된 구조이다. 그리고, 상기 수납부(223)는 상기 관통홀(223a)에 가까와질 수록 폭이 점차 좁아지는 테이퍼 형상으로 이루어져 있다. 따라서, 제1스폰지(222)의 기공 크기도 관통홀(223a) 측으로 갈수록 점차 작아지므로 모세관 압력이 관통홀(223a) 쪽으로 작용한다. 따라서, 잉크 안에 잠겨있는 관통홀(223a)을 통해 제1스폰지(222)로 잉크가 스며들더라도, 모세관 압력에 의해 주로 관통홀(223a) 주변에만 젖게 되므로, 잉크가 상기 스크류(221)의 중공(221a)을 통해 거꾸로 새어나오는 일은 생기지 않게 된다. 그 외의 구조 및 기능은 제1실시예의 것과 거의 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

참조부호 251, 252, 253은 감지수단인 스치로폼과, 자석및, 근접센서를 나타낸다. 참조부호 254는 가이드판으로서 스치로폼(251)의 부유에 따른 승강을 가이드한다. 또한, 참조부호 210은 덮개이고, 참조부호 211은 덮개(210)에 설치된 러버(rubber)를, 참조부호 132는 필터를 각각 나타낸다.

그러므로, 상기와 같은 제2실시예의 구성에서는 챔버 내부의 부압 저하를 방지하면서도 잉크의 사용 효율을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크 카트리지는, 잉크를 액체 상태 그대로 저장하여 사용하기 때문에 저장된 양을 거의 다 인쇄에 사용할 수 있어서 사용 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 또한 잉크 소모 상태를 파악하는 감지수단을 구비하고 있어서, 교체가 필요한 시기를 쉽게 알릴 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

잉크가 저장되는 잉크 저장부와, 상기 잉크 저장부에 저장된 잉크의 액적을 방출하는 헤드를 구비한 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 있어서,

상기 잉크 저장부는,

잉크가 액체 상태로 채워지는 챔버와,

상기 챔버 내부의 압력을 부압으로 유지시키는 부압유지수단과,

상기 챔버와 상기 헤드 사이에 설치되어 상기 챔버 내의 잉크가 상기 헤드로 균일하게 공급되도록 가이드하는 균일공급가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제1항에 있어서,

상기 부압유지수단은,

일측이 개방되고 타측에는 상기 챔버와 연통되는 관통공이 형성된 수납부와,

상기 관통공에 접하도록 상기 수납부에 설치되는 제1스폰지와,

상기 수납부에 설치되어 상기 제1스폰지를 상기 관통공 측으로 가압함으로써 그 제1스폰지의 기공을 선택적으로 축소시키며, 내부에는 상기 수납부의 개방된 외부측과 상기 제1스폰지 측을 연통시키는 중공이 형성된 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제2항에 있어서,

상기 균일공급가이드수단은,

상기 챔버와 상기 헤드 사이의 잉크 이동 경로 상에 설치되어, 상기 챔버의 잉크를 흡수한 후 상기 헤드 측으로 전달하는 제2스폰지를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제3항에 있어서,

상기 수납부는 그 선단부가 상기 제2스폰지에 닿도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제4항에 있어서,

상기 수납부는 상기 관통홀 측으로 갈수록 폭이 점차 좁아지는 테이퍼 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제1항에 있어서,

상기 잉크 저장부에는, 상기 챔버 내의 잉크의 소모 상태를 감지하기 위한 감지수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제6항에 있어서,

상기 감지수단은,

상기 챔버 내에서 잉크에 부유 가능하게 설치되는 스치로폼과,

상기 스치로폼에 설치되는 자석과,

상기 자석의 위치를 감지하여 잉크의 소모 상태를 알리는 근접센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.