KR100533111B1 - 잉크필터를 갖는 잉크카트리지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지는, 잉크를 저장하고 있는 카트리지본체와, 카트리지본체의 잉크를 분사시키기 위한 다수의 노즐을 갖는 헤드칩과, 카트리지본체와 상기 노즐 사이에 설치되는 잉크필터를 포함하며, 잉크필터는 적어도 하나의 필터홀이 형성된 필터플레이트를 포함하며, 필터홀은 소정 각도로 굴곡된 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 잉크필터가 굴곡된 필터홀을 구비하기 때문에, 가늘고 기다란 섬유 모양의 이물질을 포함한 다양한 모양의 이물질과 기포를 걸러낼 수 있다. 따라서, 이물질이 잉크챔버로 유입되지 못하게 됨으로써, 이물질에 의한 노즐이 폐색을 미연에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 잉크 중에 포함되어 있는 이물질을 걸러내기 위한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린터는 액상의 잉크를 용지 상에 분사하여 인쇄를 수행하는 프린터로, 잉크를 분사하는 방법에 따라서 압전소자방식, 버블젯방식 등으로 구분된다.
도 1 및 도 2는 종래의 잉크카트리지 및 잉크카트리지의 요부 구성을 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 종래의 잉크카트리지(100)는 잉크를 저장하는 카트리지본체(110)와, 카트리지본체(110)의 단부에 결합된 프린트헤드(120)를 포함하여 구성된다. 프린트헤드(120)는 카트리지본체(110) 내에 저장되어 있는 잉크를 출력 신호에 따라 분사시키기 위한 것으로, 플렉시블 회로기판(121)과 헤드칩(122)으로 이루어진다. 플렉시블 회로기판(121)의 일측에는 도전성의 접촉패드(121a)가 결합되어 있으며, 이 접촉패드(121a)는 배선(미도시)을 통하여 헤드칩(122)과 연결된다. 그리고, 헤드칩(122)은, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 잉크공급 매니폴드(123a)가 형성된 기판(123)과, 다수의 노즐(124a)을 갖는 노즐플레이트(124;도 1참조)와, 기판(123)과 노즐플레이트(124) 사이에 개재되어 잉크의 임시 저장공간인 잉크챔버(125a)를 형성하는 챔버플레이트(125)를 포함하여 이루어진다. 프린트헤드(120)가 카트리지본체(110)에 결합되면, 카트리지본체(110)에 형성되어 있는 잉크공급구(미도시)와 기판(123)에 형성되어 있는 잉크공급 매니폴드(123a)가 연통된다. 따라서, 카트리지본체(110)에 저장되어 있는 잉크는 잉크공급구, 잉크공급 매니폴드(123a) 및 챔버플레이트(125)에 의해 형성된 잉크공급로(125b)를 통해 잉크챔버(125a) 내로 유입된다. 그리고, 잉크챔버(125a) 내의 잉크는 기판(123)에 설치된 발열체(126)가 가열될 때 발생되는 버블에 의해 노즐(124a)을 통해 분사된다.
한편, 잉크챔버(125a) 내에 저장되어 있는 잉크에는 이물질이 포함되어 있을 수 있으며, 이물질을 포함한 잉크가 아무런 여과과정이 없이 잉크공급로(125b) 및 잉크챔버(125a)로 이동될 경우, 잉크공급로(125b) 또는 노즐(124a)이 폐색되는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 휴렛트 팩커드사는 미국등록특허 US6,007,188를 통해 이물질을 걸러낼 수 있는 다수의 섬(127)이 구비된 잉크카트리지(100)를 제안하였다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이들 복수의 섬(127)은 잉크공급 매니폴드(123a)와 잉크챔버(125a) 사이에 다수가 구비되며, 이들 섬(127)의 간격(D)은 잉크공급로(125b)의 폭(W)보다 작게 되어 있다. 잉크에 포함되어 있는 이물질은 이 복수의 섬(127)에 걸려 잉크공급로(125b)나 잉크챔버(125a)로 이동되지 못하게 된다. 여기에서, 미설명 부호 128는 잉크챔버(125a) 내에서 발생된 버블이 잉크공급 매니폴드(123a) 측으로 팽창되는 것을 방지하기 위한 레스트릭터(Restrictor)를 나타낸 것이다.
그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 잉크카트리지(100)는, 가늘고 기다란 섬유 모양의 이물질은 걸러내지 못하기 때문에, 이러한 이물질에 의해 잉크공급로(125b)나 노즐(124a)이 폐색되는 문제점이 있다.
또한, 기판(123) 상에 섬(127)을 설치하기 위한 부분을 확보해야 하기 때문에, 발열체(126)로부터 잉크공급 매니폴드(123a) 까지의 거리 S가 증가하게 된다. 발열체(126)로부터 잉크공급 매니폴드(123a) 까지의 거리 S가 증가되면 프린트헤드(120)의 주파수 특성은 저하된다. 즉, 인쇄과정에서 잉크챔버(125a) 내에 기포가 발생되었다가 소멸되는 과정이 10KHz 이상의 빠른 속도로 진행되는데, 거리 S의 증가로 인해 잉크공급 매니폴드(123a)의 잉크가 잉크챔버(125a)로 신속하게 유동되지 못하면, 잉크의 분사가 원활하게 이루어지지 않게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 프린트헤드의 주파수 특성에는 영향을 주지 않고 잉크 내에 포함되어 있는 다양한 형태의 이물질을 걸러낼 수 있는 잉크필터를 갖는 잉크카트리지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지는, 잉크를 저장하고 있는 카트리지본체와, 상기 카트리지본체의 잉크를 분사시키기 위한 다수의 노즐을 갖는 헤드칩과, 상기 카트리지본체와 상기 노즐 사이에 설치되는 잉크필터를 포함하며, 상기 잉크필터는 적어도 하나의 필터홀이 형성된 필터플레이트를 포함하며, 상기 필터홀은 소정 각도로 굴곡된 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 있어서, 상기 필터홀은, 그 단면적의 크기가 불규칙적으로 형성된 것, 즉, 테이퍼형으로 될 수 있으며, 그 단면적의 크기는 상기 노즐의 단면적 크기보다 작은 것이 좋다. 또한, 상기 필터홀의 단면형상은 원형이나 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지의 제조방법은, 필터플레이트의 일면에 레이저를 조사하여 제 1 채널을 가공하는 단계와, 상기 필터플레이트의 타면에 레이저를 조사하여 상기 제 1 채널과 소정 경사각도로 연결되는 제 2 채널을 가공하여 필터홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 상기 제 2 채널이 형성된 상기 필터플레이트를 노즐을 갖는 헤드칩과 잉크가 저장되어 있는 카트리지본체 사이에 접착시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 잉크카트리지의 제조방법에 있어서, 상기 필터플레이트에 레이저를 조사하는 단계에서는 복수의 마스크를 이용하여 상기 제 1 및 상기 제 2 채널의 형상과 테이퍼각을 조절할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크카트리지를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크카트리지의 요부 구성을 발췌하여 나타낸 단면도이고, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 잉크카트리지의 잉크필터의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지(200)는, 카트리지본체(210)와, 프린트헤드(220)와, 잉크필터(230)를 포함한다.
상기 카트리지본체(210)는 내부에 잉크를 저장하고 있으며, 카트리지본체(210)의 상부에는 프린트헤드(220) 및 잉크필터(230)가 장착되는 홈부(210a)가 형성된다. 그리고, 이 홈부(210a)의 대략 중앙에는 카트리지본체(210) 내의 잉크를 배출시키기 위한 잉크공급구(210b)가 형성된다.
상기 프린트헤드(220)는 카트리지본체(210) 내에 저장되어 있는 잉크를 인쇄 제어신호에 따라 분사시키기 위한 것으로, 헤드칩(221)과, 플렉시블 회로기판(222)을 포함하여 구성된다. 헤드칩(221)은, 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 잉크공급 매니폴드(223a)를 갖는 기판(223)과, 다수의 노즐(224a)이 형성된 노즐플레이트(224)와, 기판(223)과 노즐플레이트(224) 사이에 개재되어 잉크챔버(225a)를 형성하는 챔버플레이트(225)를 포함한다. 잉크챔버(225a) 하부에는 전원을 인가받아 열을 발생하는 발열체(226)가 설치되며, 이 발열체(226)는 절연층(227)에 의해 덮인다. 그리고, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 플렉시블 회로기판(223)에는 전기 전도성의 접촉패드(222a)가 구비되고, 이 접촉패드(222a)는 배선(222b)을 통해 헤드칩(221)과 전기적으로 연결된다. 카트리지본체(210)의 잉크공급구(210b)를 통해 카트리지본체(210)에서 배출된 잉크는 잉크공급 매니폴드(223a)을 통해 잉크챔버(225a)에 충전되고, 잉크챔버(225a) 내부의 잉크는 발열체(226)가 발열할 때 발생되는 버블에 의해 노즐(224a)을 통해 분사된다.
상기 잉크필터(230)는 카트리지본체(210)에 저장된 잉크에 포함되어 있는 이물질을 잉크챔버(225a) 및 노즐(224a)로 이동되지 못하도록 걸러내기 위한 것으로, 필터플레이트(231)와, 필터플레이트(231)에 형성된 필터링부(232)를 포함하여 구성된다. 필터링부(232)는 노즐(224a)의 크기보다 작은 다수의 필터홀(233)로 이루어진 것으로, 카트리지본체(210)의 잉크공급구(210b)의 크기에 대응되는 크기로 형성된다. 필터플레이트(231)는 필터홀(233)의 가공이 가능한 실리콘 웨이퍼, 플라스틱 플레이트, 금속 플레이트 등 다양한 재질의 것이 이용될 수 있다. 필터홀(233)은 모든 잉크젯 프린터에 적용될 수 있도록 1 ~ 100㎛의 크기를 갖는다.
상기 필터홀(233)은 도 5a에 나타나 있는 것과 같이, 필터플레이트(231)의 일면에서부터 필터플레이트(231)의 내부측으로 연장된 제 1 채널(233a)과, 필터플레이트(231)의 타면에서부터 필터플레이트(231)의 내부측으로 연장된 제 2 채널(233b)로 이루어지며, 제 1 채널(233a)과 제 2 채널(233b)은 경사지도록 연결된다. 이러한 독특한 형태의 필터홀(233) 때문에, 잉크에 포함되어 있는 가늘고 긴 섬유 형태의 이물질(P)은 필터링부(232)에서 걸러지게 된다. 제 1 채널(233a)과 제 2 채널(233b)은 테이퍼형 또는 원통형으로 될 수 있다.
도 5a에 나타나있는 필터홀(233)은, 제 1 채널(233a)이 테이퍼형이고 제 2 채널(233b)은 원통형인 경우로, 제 1 채널(233b)과 제 2 채널(233b) 모두가 필터플레이트(231)의 내부측으로 경사져 있다. 도 5b에 나타나있는 필터홀(234) 역시, 제 1 및 제 2 채널(234a)(234b) 모두가 필터플레이트(231)의 내부측으로 경사져 있는 경우로, 도 5a에 나타나있는 필터홀(233)과는 다르게 제 1 채널(234a)의 길이가 제 2 채널(234b)의 길이보다 길다. 그리고, 도 5c에 도시되어 있는 필터홀(235)은, 테이퍼형인 제 1 채널(235a)이 필터플레이트(231)의 내부측으로 수직으로 형성되고, 원통형인 제 2 채널(235b)이 필터플레이트(231)의 내부측으로 경사지도록 형성된 것이다. 이와 반대로, 도 5d에 도시되어 있는 필터홀(236)은 원통형인 제 1 채널(236a)이 필터플레이트(231)에 경사지도록 형성되고, 테이퍼형인 제 2 채널(236b)은 필터플레이트(231)에 수직으로 형성된 것이다. 이와 같이, 원통형의 채널 및 테이퍼형의 채널로 이루어진 필터홀(233)(234)(235)(236)에 있어서, 원통형 채널의 길이는 전체 필터홀(233)(234)(235)(236)의 길이의 1 ~ 70%인 것이 바람직하며, 테이퍼형의 채널의 테이퍼각은 1 ~ 120도인 것이 좋다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 잉크카트리지(200)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 카트리지본체(210;도 3참조) 내에 저장되어 있는 잉크가 헤드칩(221)의 잉크챔버(225a)로 이동되는 과정에서, 잉크에 포함되어 있는 이물질(P)이나 기포(V)가 잉크필터(230)의 필터링부(232)에 걸러진다. 따라서, 잉크챔버(225a)에는 이물질(P)이나 기포(V)가 포함되지 않은 잉크만이 유입된다.
한편, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크카트리지의 요부 구성을 나타낸 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크카트리지는 헤드칩(240)과 잉크필터(250)의 구성을 제외하고, 상기 바람직한 실시예에 의한 잉크카트리지(200)와 유사하다. 따라서, 도시되지 않은 구성은 도 3을 참조하여 설명하며, 잉크카트리지를 구성하는 카트리지본체(210)와, 헤드칩(240)을 제외한 프린터헤드(220)의 나머지 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크카트리지는 헤드칩(240)과 잉크필터(250)가 일체로 결합되어 있다. 즉, 발열체(241)가 설치된 기판(242)의 상부에 필터링부(251)를 갖는 잉크필터(250)가 적층되고, 잉크필터(250)의 상부에는 잉크챔버(243a)를 형성하는 챔버플레이트(243)가 적층된다. 그리고, 챔버플레이트(243)의 상부에는 노즐(244a)을 갖는 노즐플레이트(244)가 적층된다. 여기에서, 잉크필터(250)가 발열체(241)를 덮고 있기 때문에, 잉크필터(250)가 절연층의 역할을 하게 된다. 이렇게 잉크필터(250)가 일체로 결합되어 있는 헤드칩(240)이 카트리지본체(210)에 결합되면, 카트리지본체(210)에 형성된 잉크공급구(210b;도 3참조)와 기판(242)에 형성된 잉크공급 매니폴드(242a)가 서로 연통된다. 따라서, 카트리지본체(210)에 저장되어 있는 잉크는 잉크공급 매니폴드(242a)를 통해 잉크챔버(243a)로 유입된다. 이 과정에서, 잉크에 포함되어 있는 기포나 이물질은 잉크필터(250)에 다수의 필터홀(252)로 이루어진 필터링부(251)에서 걸러진다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 의한 잉크카트리지의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 잉크카트리지는 잉크필터(230)를 제외한 나머지 구성이 종래의 방법으로 제조될 수 있다. 따라서, 여기에서는 잉크필터(230)의 제조방법을 중심으로 설명한다.
도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 잉크필터(230)에 구비되는 잉크홀(233)은 레이저(300)를 이용하여 가공한다. 이때, 사용될 수 있는 레이저(300)로는 엑시머 레이저(Excimer Laser)나 DPSS 레이저(Diode Pumped Solid State Laser)가 있다.
필터플레이트(231)는 레이저광의 입사각도를 다양하게 변화시킬 수 있도록 필터플레이트(231)를 움직여줄 수 있는 소위, XYZ-R테이블(미도시)에 지지된다. 그리고, 레이저(300)와 필터플레이트(231)의 사이에는 광균질기(400)와, 프로젝션 렌즈(500)와, 마스크박스(600) 또는 컨택트 마스크(700)가 위치하게 된다. 광균질기(400)는 조사된 레이저광의 광밀도를 균일하게 만들어주는 것이며, 프로젝션 렌즈(500)는 레이저광의 초점을 모아주는 역할을 한다. 마스크박스(600)와 컨택트 마스크(700)는 둘 중 어는 하나가 선택적으로 사용된다. 마스크박스(600)에는 크기가 서로 다른 노광홀을 갖는 복수의 포토마스크가 구비된다. 마스크박스(600)가 사용될 경우, 필터플레이트(231)에 테이퍼형 채널을 형성하기 위해, 노광홀의 크기가 큰 포토마스크부터 노광홀의 크기가 작은 마스크의 순으로 포토마스크를 바꾸어주면서 레이저광을 조사하게 된다. 마크스박스(600) 대신에 컨택트 마스크(700)를 사용하게 되는 경우에도, 노광홀의 크기가 다른 복수의 컨택트 마스크(700)를 사용하여 노즐홀(233)을 형성한다. 마스크박스(600)나 컨텍트 마스크(700)로 사용되는 포토마스크에 형성된 노광홀은 원형 또는 다각형 등 다양한 형태로 되어 있을 수 있다. 노광홀의 크기가 다른 복수의 포토마스크의 사용과 함께, 필터플레이트(231)를 움직여 레이저광의 입사각도를 바꾸어 줌으로써, 테이퍼형의 경사진 채널을 형성할 수 있다.
필터플레이트(231)의 일면으로부터 제 1 채널을 형성하고 나면, 필터플레이트(231)의 타면이 레이저(300) 측을 향하도록 필터플레이트(231)를 회전시켜 제 2 채널을 가공한다. 제 2 채널 역시, 제 1 채널의 가공과 같은 방법을 통해 필터플레이트(231)의 타면에 형성된다.
필터플레이트(231)에 제 1 및 제 2 채널을 형성하고 나면, 필터플레이트(231) 가공면의 상태를 양호하게 하기 위해 클리닝을 실행한다. 그리고, 클리닝이 끝나고 나면, 필터링부(232)가 형성된 잉크필터(230;도 4참조)를 헤드칩(221)에 접착한다. 접착방법은 본딩제를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 잉크필터가 굴곡된 필터홀을 구비하기 때문에, 가늘고 기다란 섬유 모양의 이물질을 포함한 다양한 모양의 이물질과 기포를 걸러낼 수 있다. 따라서, 이물질이 잉크챔버로 유입되지 못하게 됨으로써, 이물질에 의해 노즐이 폐색되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래와 같이 기판 상에 섬을 설치하지 않아도 되기 때문에, 발열체로부터 잉크공급 매니폴드까지의 거리를 증가시키지 않아도 되기 때문에, 프린트헤드의 주파수 특성에 영향을 주지 않는다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 잉크카트리지를 나타낸 사시도,
도 2는 종래의 잉크카트리지의 요부 구성을 발췌하여 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크카트리지를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크카트리지의 요부 구성을 발췌하여 나타낸 단면도,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 잉크카트리지의 잉크필터의 다양한 실시예를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크카트리지의 요부 구성을 나타낸 사시도,
도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 의한 잉크카트리지의 요부 구성을 타나낸 단면도, 그리고,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 잉크필터를 갖는 잉크카트리지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200;잉크카트리지 210;카트리지본체
220;프린트헤드 221,240;헤드칩
222;플렉시블 회로기판 223,242;기판
224,244;노즐플레이트 225,243;챔버플레이트
226,241;발열체 230,250;잉크필터
231;필터플레이트 232,251;필터링부
233,234,235,236,252;필터홀
Claims (5)
- 잉크를 저장하고 있는 카트리지본체;상기 카트리지본체의 잉크를 분사시키기 위한 다수의 노즐을 갖는 헤드칩; 및상기 카트리지본체와 상기 노즐 사이에 설치되는 잉크필터;를 포함하며,상기 잉크필터는 적어도 하나의 필터홀이 형성된 필터플레이트를 포함하며, 상기 필터홀은 가늘고 긴 형태의 이물질을 걸러내도록 굴곡되며 테이퍼진 것을 특징으로 하는 잉크필터를 갖는 잉크카트리지.
- 제 1 항에 있어서,상기 필터홀의 단면적은 상기 노즐의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 잉크필터를 갖는 잉크카트리지.
- 삭제
- 필터플레이트의 일면에 레이저를 조사하여 제 1 채널을 가공하는 단계;상기 필터플레이트의 타면에 레이저를 조사하여 상기 제 1 채널과 소정 경사각도로 연결되는 제 2 채널을 가공하여 필터홀을 형성하는 단계;상기 필터홀이 형성된 상기 필터플레이트를 노즐을 갖는 헤드칩과 잉크가 저장되어 있는 카트리지본체 사이에 접착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크필터를 갖는 잉크카트리지의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 필터플레이트에 레이저를 조사하는 단계에서 복수의 마스크를 이용하여 상기 필터홀의 형상과 테이퍼각을 조절하는 것을 특징으로 하는 잉크필터를 갖는 잉크카트리지의 제조방법.
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