KR100625871B1 - 잉크 분사 장치 및 이를 갖는 잉크젯 마킹 장치 - Google Patents

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Abstract

잉크를 분사하여 출력물을 얻기 위한 잉크젯 마킹 장치의 잉크 분사부는 대상물로 잉크를 분사하기 위한 노즐이 형성된 헤드를 포함한다. 상기 헤드를 삽입하기 위한 관통홀이 상하를 관통하여 형성된 헤드 바디는 상기 헤드를 고정 지지한다. 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제1 슬릿이 형성된 패널은 상기 헤드가 삽입되는 헤드 바디의 제1 면과 대향하는 제2 면에 구비되어 상기 관통홀을 차단한다. 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제2 슬릿이 형성된 캡은 상기 제1 슬릿을 개폐하기 위해 상기 잉크의 분사 방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 운동한다. 흡입 부재는 상기 노즐의 일측에 구비되어 상기 노즐에 잔류하는 잉크를 흡입한다. 따라서 잉크 분사 후 공기를 차단하여 상기 노즐의 잉크가 굳는 것을 방지하고, 잔류 잉크를 흡입하여 배출한다.

Description

잉크 분사 장치 및 이를 갖는 잉크젯 마킹 장치{Appratus for injecting ink and ink jet marking machine having the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크젯 마킹 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 분사부를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 분사부를 설명하기 위한 다른 방향의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 잉크 분사부의 결합된 상태를 설명하기 위한 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ 선을 기준으로 절단한 잉크 분사부의 단면도이다.
도 6은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 절단한 잉크 분사부의 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 헤드 바디를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅲ-Ⅲ 선을 기준으로 절단한 헤드 바디의 단면이다.
도 9는 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 흐름을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 회로 구성을 설명하기 위한 개략 적인 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 잉크 분사부(잉크 분사 장치) 110 : 헤드
112 : 노즐 114 : 걸림턱
116 : 케이블 연결부 120 : 헤드 바디
122 : 관통홀 124 : 홈
126 : 밀봉 부재 128 : 흡입 통로
140 : 솔레노이드 142 : 커플링
144 : 브래킷(bracket) 150 : 흡입 부재
160 : 패널 162 : 제1 슬릿
170 : 캡 172 : 제2 슬릿
180 : 하우징 182 : 제3 슬릿
200 : 잉크 공급부 210 : 잉크 탱크
220 : 액체 펌프 230 : 제1 에어 펌프
240 : 필터 250 : 잉크 수거통
252 : 제2 에어 펌프 254 : 플로트 센서
260 : 잉크 저장소 270 : 플로트 센서
280 : 압력 센서 290 : 드레인 밸브
300 : 제어부 310 : 키패드
320 : 디스플레이 모니터 400 : 지지부
410 : LM 가이드 420 : 받침대
430 : 공급라인 440 : 제1 케이블
450 : 제2 케이블 460 : 흡입라인
I : 잉크
본 발명은 잉크 분사 장치 및 이를 갖는 잉크젯 마킹 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상물에 잉크를 분사하여 출력물을 얻기 위한 잉크 분사 장치 및 이를 갖는 잉크젯 마킹 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 잉크젯 마킹 장치는 크게 잉크를 분사하여 출력물을 얻기 위한 잉크 분사부와, 상기 잉크 분사부로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급부 및 상기 잉크 분사부와 상기 공급부를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
잉크젯 마킹 장치의 상기 잉크 분사부는 상기 잉크 공급부에서 공급된 잉크를 상기 제어부의 제어 신호에 따라 잉크를 노즐의 잉크분사구멍을 통해 대상물 상에 분사하게 된다. 상기 잉크 분사부의 노즐에서 잉크의 분사가 중단되어 상기 잉크가 공기와 장시간 접촉하는 경우 상기 잉크 분사부의 노즐의 잉크가 응고되어 상기 노즐이 막히게 된다.
상기와 같이 잉크가 분사되는 노즐이 막히게 되면, 잉크의 분사가 제대로 이루어지지 못해 원하는 화상을 얻게 되지 못하게 된다. 상기 노즐에 압력을 가하거 나 하여 상기 노즐에서 응고된 잉크를 제거하여야 한다. 따라서 작업이 번거로워지고 상기 응고된 잉크를 제거하기 위한 시간이 소모되어 작업의 효율을 저하시키게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 잉크젯 마킹 장치가 사용되지 않는 상태에서 상기 잉크 분사부의 노즐에 잉크가 굳는 것을 방지하기 위한 잉크 분사 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 잉크 분사 장치, 즉 잉크 분사부를 갖는 잉크젯 마킹 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면 잉크 분사 장치는 대상물로 잉크를 분사하기 위한 노즐이 형성된 헤드를 포함한다. 상기 헤드 바디에는 상기 헤드를 삽입하기 위한 관통홀이 상하를 관통하여 형성되고, 상기 헤드 바디는 상기 헤드를 고정 지지한다. 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제1 슬릿이 형성된 패널은 상기 헤드가 삽입되는 헤드 바디의 제1 면과 대향하는 제2 면에 구비되어 상기 관통홀을 차단한다. 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제2 슬릿이 형성된 캡은 상기 노즐의 잉크 분사 여부에 따라 상기 패널의 제1 슬릿을 개폐하기 위해 상기 잉크의 분사 방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 운동한다. 흡입 부재는 상기 노즐의 일측에 구비되고, 상기 노즐에 잔류하는 잉크를 흡입하기 위한 흡입 부재를 포함한다.
상기 잉크 분사 장치는 상기 헤드와 헤드 바디 사이를 밀봉하기 위한 밀봉 부재를 더 포함하며, 상기 패널과 상기 캡 사이의 마찰을 감소시키기 위해 상기 패널 및 상기 캡의 표면을 테프론 코팅 처리한다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면 잉크젯 마킹 장치는 잉크를 분사하기 위한 노즐이 형성된 헤드, 상기 헤드를 삽입하기 위한 관통홀이 상하를 관통하여 형성되고, 상기 헤드를 고정 지지하기 위한 헤드 바디, 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제1 슬릿이 형성되며, 상기 헤드가 삽입되는 헤드 바디의 제1 면과 대향하는 제2 면에 구비되어 상기 관통홀을 차단하기 위한 패널, 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제2 슬릿이 형성되며, 상기 노즐의 잉크 분사 여부에 따라 상기 패널의 제1 슬릿을 개폐하기 위해 상기 잉크의 분사 방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 운동하는 캡 및 상기 노즐의 일측에 구비되고, 상기 노즐에 잔류하는 잉크를 흡입하기 위한 흡입 부재를 포함하며, 상기 잉크를 대상물로 분사하여 출력물을 얻기 위한 잉크 분사부와, 상기 잉크 분사부로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급부 및 상기 잉크 분사부와 상기 공급부를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 잉크 분사 장치 및 잉크젯 마킹 장치는 상기 패널과 캡을 사용하여 상기 노즐이 잉크를 분사하는 경우에는 상기 노즐을 개방하고 상기 노즐이 잉크를 분사하지 않는 경우에는 상기 노즐을 밀폐한다. 따라서 상기 노즐이 공기와 접촉하는 시간을 최소화하여 상기 노즐이 잉크를 분사하지 않는 경우에도 상기 노즐의 잉크가 응고되는 것을 방지한다.
또한 상기 흡입 부재를 이용하여 상기 노즐에 잔류하는 잉크나 상기 노즐을 세정하기 위해 상기 노즐이 상기 패널과 캡에 의해 밀폐된 상태에서 분사된 잉크를 흡입하여 상기 노즐의 잉크가 응고되는 것을 방지한다. 그리고 상기 노즐에 존재하는 먼지 등의 이물질도 동시에 흡입하여 상기 노즐이 깨끗한 상태를 유지하도록 한다.
이하에서 상기 잉크 분사 장치는 잉크 분사부로 표현한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 마킹 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크젯 마킹 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 마킹 장치는 크게 잉크를 분사하여 출력물을 얻기 위한 잉크 분사부(100)와, 상기 잉크 분사부(100)로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급부(200) 및 상기 잉크 분사부(100)와 상기 공급부(200)를 제어하기 위한 제어부(300)로 구성된다.
상기 잉크 분사부(100), 상기 잉크 공급부(200) 및 제어부(300)는 지지부(400)에 지지된 상태로 구비된다. 지지부(400)는 수직 방향으로 연장된 LM 가이드(410)와 상기 LM 가이드(410)의 하부에서 상기 LM 가이드(410)를 지지하는 받침대(420)로 구성된다. 상기 받침대(420)의 하부면에는 고무 패킹이 부착되어 상기 지지부(400)가 움직이지 않도록 한다.
상기 잉크 분사부(100)는 상기 LM 가이드(410)의 제1 측면을 따라 상하로 이 동 가능하도록 구비된다. 상기 잉크 공급부(200)도 상기 LM 가이드(410)의 제1 측면과 인접한 제2 측면을 따라 상하로 이동 가능하도록 구비된다. 상기 잉크 분사부(100)의 위치는 상기 잉크 공급부(200)의 위치보다 높은 위치에 배치된다. 상기 잉크 공급부(200)와 상기 잉크 분사부(100) 사이에는 잉크가 공급되기 위한 공급라인(430)이 구비된다.
상기 제어부(300)는 상기 LM 가이드(410)의 제2 측면에 인접한 제3측면에 고정된 상태로 구비된다. 상기 제어부(300)는 상기 LM 가이드(410)에 고정된 상태로 다양한 각도로 회전이 가능하다. 상기 제어부(300)는 상기 잉크 분사부(100)와 제1 케이블(440)이 연결되고, 상기 잉크 공급부(200)와 제2 케이블(450)이 연결되어 제어 신호를 전달한다.
상기 잉크젯 마킹 장치에는 다양한 종류의 잉크가 사용될 수 있다. 상기 잉크의 종류로는 잉크 성분에 따라 유성잉크, 수성잉크, 알코올성 잉크, 글리콜성 잉크, 수지형 잉크, 왁스형 잉크, 폴리아미드형 잉크, 고무베이스형 잉크로 분류할 수 있다. 잉크 건조형에 따라 산화중합형 잉크, 증발건조형 잉크, 침투건조형 잉크, 침전건조형 잉크, 자외선 경화형 잉크(Ultra Violet Ink), 적외선 건조형 잉크, 자연건조형 잉크, 열경화형 잉크, 모이스취 세트형 잉크, 전자선 경화형 잉크, 1액 반응형 잉크, 2액 반응형 잉크, 겔화건조형 잉크, 증기경화형 잉크, 콜드세트형 잉크로 분류할 수 있다. 상기에서 잉크 성분에 따라서는 유성 잉크, 수성 잉크가 주로 사용되고, 잉크 건조형에 따라서는 자외선의 에너지로 광화학 반응을 일으켜 액상으로부터 고상으로 초단위로 경화하는 자외선 경화형 잉크가 주로 사용된 다.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 분사부를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 분사부를 설명하기 위한 다른 방향의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2에 도시된 잉크 분사부의 결합된 상태를 설명하기 위한 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ 선을 기준으로 절단한 잉크 분사부의 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 절단한 잉크 분사부의 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 잉크 분사부(100)는 단면이 직사각형 모양을 갖는 직사각 바(bar)의 형태로 일측 단부에는 상기 잉크 공급부(200)와 연결되는 잉크 공급 라인(430)이 연결되고, 상기 제어부(300)와 연결되는 제1 케이블(440)과 연결되기 위한 케이블 연결부(116)가 형성된다. 상기 일측 단부와 대응하는 타측 단부에는 상기 잉크 공급 라인(430)을 통해 공급된 잉크를 상기 제어부(300)의 제어 신호에 따라 종이나 천, 제품의 표면 등에 분사하기 위한 노즐(112)이 형성된다.
상기 직사각 바 형태의 헤드(110)의 외측면 둘레를 따라 소정의 폭을 가지는 걸림턱(114)이 형성된다. 또한 상기 헤드(110)의 외측면에는 상기 헤드(110) 내부의 잉크의 유동을 보다 원활하게 하기 위해 히팅 테이프(미도시)가 부착된다. 특히 상기 히팅 테이프는 자외선 경화형 잉크 사용시에 주로 사용된다.
상기 헤드(110)는 열을 잘 전도하는 알루미늄 재질을 가지며, 다이 캐스팅으로 제작된다.
상기 헤드(110)의 노즐(112)의 분사 방식에는 밸브 방식(valve jet), 순환 방식(continues jet) 및 피에조 방식(piezo jet) 등이 있다. 상기 밸브 방식은 밸브의 개폐를 이용하여 잉크를 분사하는 방식으로 10mm 이상의 큰 캐릭터를 마킹하기에 용이하다. 그러나 상기 밸브 방식은 밸브 동작이 느린 단점이 있다. 상기 순환 방식은 잉크가 차지 터널(charge tunnel)을 통과하여 일정한 간격의 미세한 방울로 나누어지고 고전압 터널(high-voltage tunnel)에서 가해지는 고전압의 세기에 따라 잉크의 반응 높이 차이를 이용하여 마킹하는 방식이다. 상기 순환 방식은 빠르게 마킹하는 것이 가능하나, 복잡한 잉크 순환 모듈의 잦은 고장과 노즐이나 잉크 라인 막힘 등의 문제가 있으며, 순환하는 잉크의 농도를 일정하게 유지시켜 주는 소모품이 필요함으로 상기 소모품에 대한 비용이 높아진다. 또한 1개 또는 다수개의 노즐로 이루어지므로 마킹시 도트 단위로 문자 또는 그래픽을 구성하여 해상도가 떨어지는 문제점이 있다. 상기 피에조 방식은 전류가 흘러 노즐이 확장될 때 카트리지로부터 잉크를 압착하여 분류하는 방식으로 잉크 드롭 사이즈(ink drop size)를 최소화하여 고품질, 고속의 마킹이 가능하다. 또한 노즐(112)과 잉크 라인에서의 잉크 막힘 문제가 거의 발생하지 않는다. 따라서 헤드(110)의 분사 방식으로는 주로 상기 피에조 방식이 사용된다.
도 7은 도 2에 도시된 헤드 바디를 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 도 7의 Ⅲ-Ⅲ 선을 기준으로 절단한 헤드 바디의 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 헤드(110)를 고정 지지하기 위한 헤드 바디(120)는 일 실시예로서 직사각형 형태의 판으로 형성되며, 상하를 관통하여 관통홀 (122)이 형성된다. 상기 관통홀(122)의 크기와 형태는 상기 헤드(110)의 노즐(112) 부위의 크기 및 형태와 대응한다. 상기 헤드(110)는 노즐(112)이 형성된 부위가 상기 관통홀(122)에 밀착되도록 삽입되어 상기 헤드 바디(120)에 고정된다. 상기 헤드(110)는 상기 헤드 바디(120)가 상기 걸림턱(114)에 걸릴 때까지 삽입된다.
상기 헤드 바디(120)의 상부면 중앙에 상기 관통홀(122)이 형성된 부위를 포함하여 상기 직사각형 관통홀(122)의 장방향과 평행한 방향으로 홈(124)이 형성된다. 상기 홈(124)은 후술하는 패널(160)의 두께와 캡(170)의 두께를 합한 수치보다 더 큰 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 홈(126)이 형성된 부위의 헤드 바디(120) 상부면과 상기 헤드(110)의 노즐(112) 사이의 간격은 후술하는 흡입 부재(150)의 두께보다 더 큰 것이 바람직하다.
상기 헤드 바디(120)의 상부면에서 상기 직사각형 관통홀(122)의 장방향 일측 측면으로부터 상기 직사각형 관통홀(122)의 단방향과 평행한 방향으로 상기 홈(124)이 끝나는 부위까지 제2 홈(126)이 형성된다. 상기 제2 홈(126)의 폭은 상기 직사각형 관통홀(122)의 장방향의 폭과 동일하다. 제2 홈(126)은 상기 홈(124)이 끝나는 부위에서 상기 헤드 바디(120)의 상부면의 수직 하방으로 소정 깊이 만큼 연장된다. 상기 제2 홈(126)의 연장된 부분의 폭도 상기 직사각형 관통홀(122)의 장방향의 폭과 동일하다. 상기 제2 홈(126)에는 후술하는 흡입 부재(150)가 구비된다.
상기 제2 홈(126)의 연장된 부분에서부터 상기 헤드 바디(120)의 하부면까지 흡입홀(128)이 형성된다. 상기 흡입홀(128)은 상대적으로 큰 폭을 갖는 제2 홈 (126)의 폭을 감소시키는 역할을 한다. 상기 흡입홀(128)은 흡입 라인(460)과 연결된다.
밀봉 부재(130)는 상기 관통홀(1)의 내측 하부면과 상기 헤드 바디(120)의 하부면이 만나는 모서리 부분을 따라 구비된다. 밀봉 부재(120)는 헤드(110)와 헤드 바디(120) 사이를 통해 공기가 침투하는 것을 방지한다. 밀봉 부재(120)가 공기 침투를 방지하므로 상기 헤드(110)의 노즐(112)을 둘러싸는 공간이 밀폐된다. 따라서 상기 노즐(112)의 공기에 노출되어 응고되는 현상을 감소시킬 수 있다.
상기 밀봉 부재(130)의 재질로는 잉크에 손상되지 않는 내화학성을 지닌 고무 또는 테프론 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
흡입 부재(150)는 상기 헤드 바디(120)의 상부면 일측에 형성된 제2 홀(126)에 삽입되어 구비된다. 따라서 상기 흡입 부재(150)의 형태는 상기 제2 홀(126)과 대응하는 형태를 갖는다. 즉 흡입 부재(150)는 상기 직사각형 형태의 관통홀(122)의 장방향 길이와 동일한 폭을 가지는 'L' 자 형태를 갖는다. 상기 흡입 부재(150)가 상기 제2 홀(126)에 구비된 경우, 상기 흡입 부재(150)의 상부면은 상기 홈(124)이 형성된 부분의 헤드 바디(120)의 상부면보다 낮은 것이 바람직하다.
흡입 부재(150)는 내부가 비어있는 관 형태이다. 즉 상기 흡입 부재(150)는 두 개의 개구를 갖는다. 흡입 부재(150)는 상기 헤드 바디(120)에 구비된 상태에서 상기 헤드(110)의 노즐(112)의 측면 부위에 제1 개구가 위치된다. 상기 제1 개구를 통해 상기 노즐(112)에 잔류하는 잉크나 먼지, 찌꺼기 등을 흡입한다. 상기 제1 개구를 통해 흡입된 상기 잉크, 먼지, 찌꺼기 등은 흡입홀(128)과 연결되도록 형성된 제2 개구를 통해 흡입홀(128)로 이송되어 잉크 분사부(110)의 외부로 배출된다.
패널(160)은 직사각형 모양의 얇은 판 형태를 갖는다. 상기 패널(160)의 크기는 상기 헤드 바디(120)의 상부면에 형성된 홈(124)의 크기와 동일하다. 상기 패널(160)은 상기 홈(124)에 끼워진다. 상기 패널(160)은 상기 패널(160)과 상기 헤드 바디(120)의 사이를 통해 상기 노즐(112) 부위로 공기가 침투되는 것을 방지하기 위해 상기 헤드 바디(120)의 홈(124)에 본딩된다. 상기 패널(160)은 에폭시 수지에 의해 본딩되는 것이 바람직하다.
상기 패널(160)에는 본딩된 상태에서 노즐(112)의 위치와 대응하는 위치에 제1 슬릿(162)이 형성된다. 상기 제1 슬릿(162)을 통해 노즐(112)로부터 잉크가 분사된다.
또한 상기 패널(160)은 후술하는 캡(170)과 접촉하므로 캡(170)이 직선 왕복 운동하는 동안 마찰이 일어나게 된다. 상기 패널(160)과 캡(170)의 마찰이 큰 경우 캡(170)의 동작이 불량해질 우려가 있다. 따라서 캡(170)과의 마찰을 줄이기 위해 상기 패널(160)은 마찰을 줄일 수 있는 재질로 코팅된다. 상기 재질로는 0.05 ~ 0.20 정도의 저 마찰계수를 갖는 테프론이 바람직하다. 상기 테프론은 캡(170)과 직접적으로 마찰되는 패널(160)의 상부면에만 코팅될 수도 있다.
상기에서는 패널(160)이 헤드 바디(120)와 별개의 구성 요소인 것으로 설명되었지만, 경우에 따라서 상기 패널(160)은 헤드 바디(120)와 일체로 형성될 수도 있다.
캡(170)은 직선 왕복 운동을 통하여 상기 노즐(112)을, 구체적으로는 상기 패널(160)의 제1 슬릿(162)을 개폐한다. 캡(170)은 얇은 판 형태을 가지며, 상기 헤드 바디(120)의 모서리를 이용하여 왕복 운동이 가이드되도록 단이 형성되어 있다.
구체적으로 상기 캡(170)의 상부면이 상기 홈(126)이 형성되지 않은 부위의 헤드 바디(120)의 상부면보다 약간 낮게 위치하도록 상기 캡(170)의 두께를 정하는 것이 바람직하다.
상기 캡(170)은 상기 헤드 바디(120)의 모서리에 단이 형성된 부분이 위치하도록 구비된다. 상기 캡(170)은 상기 헤드 바디(120)의 모서리에 의해 가이드되면서 직선 왕복 운동한다. 상기 캡(170)의 직선 왕복 운동 구간은 상기 헤드 바디(120)에 형성된 홈(126)에 의해 한정될 수도 있다. 상기 캡(170)에는 노즐(112)의 위치 및 상기 패널(160)의 제1 슬릿(162)과 대응하는 위치에 제2 슬릿(172)이 형성된다. 따라서 상기 캡(170)이 이동하여 상기 노즐(112) 및 제1 슬릿(162)과 상기 제2 슬릿(172)이 일치하게 되면 상기 노즐(112)은 개방되고, 상기 캡(170)이 이동하여 상기 노즐(112) 및 제1 슬릿(162)과 상기 제2 슬릿(172)이 일치하지 않게 되면 상기 노즐(112)은 폐쇄된다. 상기 노즐(112)에서 잉크가 분사되지 않는 경우에 상기 캡(170)은 상기 노즐(112)을 폐쇄하도록 이동하여 상기 노즐(112)의 잉크가 공기와 접촉하여 굳는 것을 방지한다.
또한 패널(160)과 마찬가지로 상기 캡(170)은 패널(160)과 접촉하므로 캡(170)이 직선 왕복 운동하는 동안 마찰이 일어나게 된다. 상기 패널(160)과 캡(170)의 마찰이 큰 경우 캡(170)의 동작이 불량해질 우려가 있다. 따라서 패널 (160)과의 마찰을 줄이기 위해 캡(170)은 마찰을 줄일 수 있는 재질로 코팅된다. 상기 재질로는 테프론이 바람직하다. 캡(170)은 하우징(180)과 마찰되는 경우를 예상하여 양면 모두에 테프론을 코팅하는 것이 바람직하다.
솔레노이드(140)는 상기 캡(170)의 일측을 고정하며, 상기 헤드 바디(120)의 일측에 배치된다. 상기 솔레노이드(140)는 양방향성으로 상기 캡(170)이 직선 왕복 운동하기 위한 구동력을 제공한다. 솔레노이드(140)는 교류 또는 직류의 여자코일에 통전하고, 가동철심의 움직임에 의해 전기적에너지를 기계적운동을 하는 에너지로로 변환하는 플런저형의 전자석 장치이다.
커플링(142)은 상기 솔레노이드(140)의 양측면과 상부면을 감싸도록 구비되며, 상기 솔레노이드(140)의 구동에 의해 직선 왕복 운동한다. 상기 캡(170)은 커플링(142)의 상부면에 고정된다. 따라서 솔레노이드(140)의 구동에 의해 상기 커플링(142)이 직선 왕복 운동하고, 상기 커플링(142)에 고정된 캡(170)도 직선 왕복 운동한다.
브래킷(144)은 솔레노이드(140)와 헤드 바디(120)을 고정하기 위한 것으로 상기 솔레노이드(140) 및 헤드 바디(120)와 각각 나사에 의해 결합된다.
하우징(180)은 상기 헤드 바디(120), 패널(160), 캡(170), 솔레노이드(140) 및 커플링(142)을 감싸도록 구비된다. 이때 하우징(180)은 상기 헤드 바디(120)의 상부면 중 홈(124)이 형성되지 않은 부분과 밀착된다. 상기 캡(170)의 상부면은 상기 홈(126)이 형성되지 않은 부위의 헤드 바디(120)의 상부면보다 약간 낮게 위치하므로 상기 하우징(180)이 상기 헤드 바디(120)와 밀착되더라도 상기 하우징(180) 과 캡(170) 사이의 간격은 약간 이격된다. 따라서 상기 캡(170)이 직선 왕복 운동하더라도 상기 하우징(180)과 마찰이 일어나지 않게 된다.
상기 하우징(180)에도 상기 노즐(112)의 위치와 대응하는 위치에 제3 슬릿(182)이 형성된다. 상기 노즐(112)에서 잉크가 분사되는 경우 상기 노즐(112), 제1 슬릿(162), 제2 슬릿(172) 및 제3 슬릿(182)은 동일선 상에 위치한다. 상기 하우징(180)은 서스(sus) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 9는 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 잉크 흐름을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하여 잉크 탱크(210), 잉크 수거통(250), 잉크 저장소(260) 등으로 구성되는 잉크 공급부(200)에 대하여 설명한다.
잉크 탱크(210)는 상기 잉크젯 마킹 장치에 사용되는 잉크(I)를 저장하기 위한 것으로, 잉크 저장소(260)와 연결된다.
잉크 저장소(260)는 상기 잉크 탱크(210)로부터 공급되며 상기 잉크 분사부(100)로 공급하기 위한 잉크(I)를 저장한다. 잉크 저장소(260)는 공급라인(430)을 통해 상기 잉크 분사부(100)와 연결된다.
플로트 센서(270)는 상기 잉크 저장소(260)의 내부에 구비되어, 상기 잉크(I)의 액면을 따라 상하 이동하면서 상기 잉크 저장소(260) 내부의 잉크량을 측정한다. 압력 센서(280)는 상기 잉크 저장소(260) 외부면 상부 일측에 구비되어 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력을 측정한다. 드레인 밸브(290)는 상기 잉크 저장소(260) 외부면 상부 타측에 구비되어 밸브의 개폐를 통해 상기 잉크 저장소(260) 내 부의 압력을 조절한다. 즉 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력이 원하는 압력(음압)보다 높은 경우 상기 드레인 밸브(290)는 개방되고, 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력이 원하는 압력(음압)보다 낮은 경우 상기 드레인 밸브(290)는 닫힌 상태를 유지한다. 드레인 밸브(290)는 솔레노이드의 작동에 의해 개폐된다.
액체 펌프(220)는 상기 플로트 센서(270)에서 측정된 상기 잉크 저장소(260)의 잉크량에 따라 작동 여부가 결정된다. 상기 잉크 저장소(260)의 잉크량이 기준양보다 감소하게 되면 상기 액체 펌프(220)가 작동하여 상기 잉크 탱크(210)의 잉크(I)를 상기 잉크 저장소(260)로 공급한다. 액체 펌프(220)는 상기 잉크 탱크(210)와 상기 잉크 저장소(260)를 연결하는 라인(미도시)에 구비되는 것이 바람직하다. 상기 라인은 잉크(I) 내의 불순물이나 공기 방울 등을 여과하기 위해 필터(240)를 통과하도록 구비된다. 제1 에어 펌프(230)는 상기 잉크 저장소(260)의 상부면을 통해 내부와 연결되어 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력을 조절한다. 즉 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력이 원하는 압력(음압)보다 높은 경우 상기 제1 에어 펌프(230)는 작동하지 않고, 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력이 원하는 압력(음압)보다 낮은 경우 상기 제1 에어 펌프(230)는 외부의 공기를 상기 잉크 저장소(260) 내부로 펌핑하여 원하는 압력(음압)을 유지한다.
잉크 수거통(250)은 흡입 라인(460)을 통해 흡입된 노즐(112)에 잔류된 잉크(I)를 저장한다. 흡입 탱크(250)는 흡입력을 높이기 위해 진공 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 제2 에어 펌프(252)는 잉크 수거통(250)과 연결되어 상기 잔류 잉크(I)를 흡입하기 위한 흡입력을 제공한다. 제2 에어 펌프(252)의 흡입력에 의해 노즐(112)의 먼지 등의 이물질이 흡입될 수도 있다.
플로트 센서(254)는 상기 잉크 수거통(250)의 내부에 구비되어 잉크 수거통(250)의 내부에 수거된 잉크(I)의 양을 체크한다. 따라서 수거된 잉크(I)가 넘쳐 흡입 라인(460)을 따라 역류하는 것을 방지한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제어부(300)에는 캐릭터를 입력하기 위한 키패드(310) 및 입력된 캐릭터와 다른 방법으로 입력된 이미지가 표시되는 디스플레이 모니터(320)가 구비되어 있다.
도 10은 도 1에 도시된 잉크젯 마킹 장치의 회로 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 10을 참조하면, 제어부(300)는 플로트 센서(270)의 센싱 결과 잉크 저장소(260)의 잉크량이 기설정된 양보다 적으면 액체 펌프(220)를 구동시켜 잉크 탱크(210)의 잉크(I)를 잉크 저장소(260)로 공급한다. 따라서 상기 잉크 저장소(260)는 일정한 잉크량을 유지할 수 있다.
제어부(300)는 에어 펌프(220)를 구동시켜 상기 잉크 저장소(260) 내부에 압력을 가한다. 상기 잉크 저장소(260)의 잉크(I)는 공급 라인(430)을 통하여 잉크 분사부(100)의 노즐(112)까지 공급된다. 이 때 제어부(300)는 드레인 밸브(290)를 개방하여 상기 잉크 저장소(260) 내부의 압력이 음압(negative pressure)을 유지하도록 한다. 따라서 상기 노즐(112)까지 공급된 잉크(I)는 노즐(112)을 통해 분사되지도 않고, 상기 공급 라인(160)을 따라 역류하지도 않는 상태가 된다.
상기 상태에서 잉크(I)를 분사하여 마킹 대상물을 마킹하기 위해서 제어부 (300)는 솔레노이드(140)를 동작시켜 캡(170)을 이동시킨다. 캡(170)이 이동하면서 노즐(112)이 개방되면 헤드(110)의 노즐에서 잉크(I)가 분사된다. 이때 제어부(300)는 제1 에어 펌프(230) 및 드레인 밸브(290)를 구동시켜 잉크 저장소(260)의 내부의 압력이 음압 상태를 유지하도록 한다.
잉크 분사가 종료되면 제어부(300)는 솔레노이드(140)를 다시 동작시켜 캡(170)을 이동시킨다. 캡(170)이 이동하면서 노즐(112)을 밀폐시켜 노즐(112)의 잉크(I)가 공기와 접촉하여 굳는 것을 방지한다.
또한 잉크(I) 분사가 종료되면 제어부(300)는 제2 에어 펌프(252)를 작동시킨다. 따라서 노즐(112)의 잔류 잉크(I)가 흡입 라인(460)을 따라 배출되어 잉크 수거통(250)에 저장된다. 그리고 장기간의 미사용 등으로 인해 노즐(112)에 잉크(I)가 굳은 경우 제어부(300)는 노즐(112)을 통해 소량의 잉크(I)를 분사하여 잉크(I)로 노즐(112)을 세정한다. 이 경우 노즐(112)이 밀폐된 상태에서 세정이 이루어진다. 이때에도 제2 에어 펌프(252)를 작동시켜 세정에 사용된 잉크(I) 및 굳은 잉크(I)를 배출하게 된다.
이하에서는 도 9를 참조하여 상기 잉크젯 마킹 장치의 잉크 공급에 대해 설명한다.
우선 잉크 탱크(210)의 잉크(I)는 액체 펌프(220)에 의해 필터(240)를 통과하여 잉크 저장소(260)로 공급된다. 잉크 저장소(260)의 잉크(I)는 최초 제1 에어 펌프(230)가 상기 잉크 저장소(260) 내부에 압력에 의해 공급 라인(430)을 따라 공급되어 잉크 분사부(110)의 노즐(112)을 통해 외부로 배출된다. 이 상태에서 드레 인 밸브(290)를 조절하여 잉크(I)가 노즐(112)을 통해 외부로 배출되지 않으면서 공급 라인(430)을 따라 역류하지도 않는 상태를 유지하도록 한다. 이후 제1 에어 펌프(230) 및 드레인 밸브(290)를 조절하여 잉크(I)의 분사나 외부 조건의 변화에 의해 잉크 저장소(260)의 압력이 변하더라도 잉크(I)가 상기 상태를 유지하도록 한다. 상기 상태에서 잉크(I)가 분사되면 잉크 저장소(260)의 잉크(I)는 공급 라인(430)을 따라 분사된 잉크(I)의 양만큼 잉크 분사부(100)로 자동적으로 공급된다. 그러나 상기 잉크 분사부(100)의 상방으로 향해 있는 경우, 즉 노즐(112)이 상방으로 향해 있는 경우에는 잉크(I)의 공급이 어려우므로 잉크(I)의 분사가 이루어지지 않는다.
상기 잉크젯 마킹 장치에서는 잉크 분사부(100)가 하나 구비되는 것으로 도시되었지만 잉크(I)가 분사되는 노즐(112)이 연속성을 갖도록 다수개의 잉크 분사부(100)를 대각선 방향으로 연속되도록 배치할 수 있다. 따라서 하나의 잉크 분사부(100)로는 마킹할 수 없는 큰 캐릭터나 이미지를 빠른 시간 내에 마킹할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 마킹 장치는 잉크가 분사되지 않는 동안 노즐을 밀폐하여 공기와의 접촉을 차단하므로 상기 노즐에서 잉크가 굳는 것을 방지한다. 또한 상기 노즐에 잔류하는 잉크 및 상기 노즐의 세정을 위해 분사된 잉크를 흡입하여 상기 노즐에서 잉크가 굳는 것을 방지한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 대상물로 잉크를 분사하기 위한 노즐이 형성된 헤드;
    상기 노즐이 삽입되는 관통홀이 상하를 관통하여 형성되고, 상기 헤드를 고정 지지하기 위한 헤드 바디;
    상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제1 슬릿이 형성되며, 상기 헤드가 삽입되는 헤드 바디의 제1 면에 대향하는 제2 면에 구비되어 상기 관통홀을 부분적으로 차단하기 위한 패널;
    상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제2 슬릿이 형성되며, 상기 노즐의 잉크 분사 여부에 따라 상기 패널의 제1 슬릿을 개폐하기 위해 상기 잉크의 분사 방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 운동하는 캡; 및
    상기 노즐의 일측에 구비되고, 상기 노즐에 잔류하는 잉크를 흡입하기 위한 흡입 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤드와 헤드 바디 사이에 구비되며, 상기 헤드와 헤드 바디 사이로 공기가 침투하는 것을 방지하기 위한 밀봉 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 고무 또는 테프론 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 패널과 상기 캡 사이의 마찰을 감소시키기 위해 상기 패널 및 상기 캡의 표면을 테프론 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패널은 상기 헤드 바디의 상부면에 부착되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 헤드 바디의 제 2면 중앙에 상기 관통홀이 형성된 부위를 포함하는 홈이 더 형성되고, 상기 홈에 상기 패널과 캡이 차례로 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크 분사 장치.
  7. 잉크를 분사하기 위한 노즐이 형성된 헤드, 상기 노즐이 삽입되는 관통홀이 상하를 관통하여 형성되고, 상기 헤드를 고정 지지하기 위한 헤드 바디, 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제1 슬릿이 형성되며, 상기 헤드가 삽입되는 헤드 바디의 제1 면에 대향하는 제2 면에 구비되어 상기 관통홀을 부분적으로 차단하기 위한 패널, 상기 노즐로부터 분사된 잉크를 통과시키기 위한 제2 슬릿이 형성되며, 상기 노즐의 잉크 분사 여부에 따라 상기 패널의 제1 슬릿을 개폐하기 위해 상기 잉크의 분사 방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 운동하는 캡 및 상기 노즐의 일측에 구비되고, 상기 노즐에 잔류하는 잉크를 흡입하기 위한 흡입 부재를 포함하며, 상기 잉크를 대상물을 향해 분사하기 위한 잉크 분사부;
    상기 잉크 분사부로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급부; 및
    상기 잉크 분사부와 상기 잉크 공급부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 잉크젯 마킹 장치.
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