KR101688195B1 - 미세 압력조정 가능한 잉크공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무밸브 방식으로 잉크젯 프린터 등의 노즐 토출압을 미세하게 조정할 수 있는 잉크공급장치에 관한 것으로, 잉크의 저장이 이루어지는 저장용기(110)와; 상기 저장용기(110)에 저장된 잉크를 상기 노즐헤드(10)로 전달하는 잉크공급라인(120)과; 상기 저장용기(110) 내에 외기의 도입이 가능하도록 마련되되, 일측 선단이 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능한 공급단(131)을 갖는 외기공급라인(130)과; 상기 공급단(131)의 높이를 조절하게 위한 높이조절부(140);를 포함한다.

Description

미세 압력조정 가능한 잉크공급장치{Ink supplying apparatus for precisely adjusting pressure of ink injection}
본 발명은 무밸브 방식으로 잉크젯 프린터 등의 노즐 토출압을 미세하게 조정할 수 있는 잉크공급장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 컴퓨터의 대표적인 출력장치 중의 하나이며, 논임팩트(non-impact)형 프린터로서 출력용지에 잉크를 분사하여 문자 등을 형성한다. 구체적으로는 잉크 입자를 노즐로 발산시켜 이것을 글자형과 글자 위치에 따라서 제어된 편향판에 따라서 편향시키면서 지면에 붙여 인자하는 방식의 프린터이다.
일반적으로 잉크젯 프린터는 외부에서 잉크를 지속적으로 충전하여 공급이 가능한 잉크용기가 설치되고, 이 잉크 용기는 프린터의 카트리지에 연결되어 잉크의 공급이 이루어지도록 구성되어 있다.
잉크용기는 외기가 도입될 수 있도록 통기구멍이 형성되어 카트리지로 잉크가 공급되는 과정에서 잉크용기 내에 부압이 발생되는 것을 방지한다.
그러나 잉크용기 내부가 항시 대기압 상태를 유지하게 됨에 따라서 인쇄의 중단 시에도 잉크가 자중 또는 관성에 의해 카트리지에 잉크가 공급되어 다음 인쇄 시에 잉크의 과다로 인하여 인쇄 품질의 저하를 유발하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 외부공기가 도입되는 공기 안내관에 체크밸브를 구비하여 잉크가 용기에서 배출되는 만큼 체크밸브가 개방되어 외부 공기의 유입이 이루어지며, 인쇄가 종료된 경우에는 잉크용기 내부의 밀폐가 이루어지도록 하고 있다. 다른 종래기술로서 공개특허공보 제10-2012-0110221호(공개일자: 2012.10.10)에서는 온도 변화 등에 의해 용기 내부의 미세한 압력변화를 자동으로 제어하여 유체가 역류하는 것을 방지할 수 있는 정밀한 유체 공급이 가능한 유체 제어밸브를 개시하고 있다.
이와 같이 종래기술에서는 잉크용기 내에 저장되어 카트리지로 공급되는 잉크의 토출압을 제어할 수 있는 별도의 밸브를 잉크용기 내에 마련하고 있다.
등록실용신안공보 제20-0212197호(공고일자: 2001.02.15)
공개특허공보 제10-2012-0110221호(공개일자: 2012.10.10)
본 발명은 이러한 종래기술을 개선하여 무밸브 방식으로 잉크젯 프린터에서 잉크의 공급이 이루어지는 노즐헤드에서의 노즐 토출압을 미세하게 조정할 수 있는 잉크공급장치를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크공급장치는, 밀폐되어 잉크의 저장이 이루어지는 저장용기와; 상기 저장용기에 저장된 잉크를 상기 노즐헤드로 전달하는 잉크공급라인과; 상기 저장용기 내에 외기의 도입이 가능하도록 마련되되, 일측 선단이 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능한 공급단을 갖는 외기공급라인과; 상기 공급단의 높이를 조절하게 위한 높이조절부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 저장용기는 노즐헤드와 동일한 높이에 배치됨을 특징으로 하는 잉크공급장치.
바람직하게는, 상기 외기공급라인은 연질의 호스인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 대기압 상태에서 상기 외기공급라인의 상측 도입단이 위치하여 오버플로우된 잉크가 저장되는 보조저장용기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 높이조절부는, 상기 외기공급라인의 공급단이 고정되어 상기 저장용기의 내벽에 위치하는 제1자성체와; 상기 제1자성체와 자력에 의해 저장용기의 외벽에 고정되는 제2자성체;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 높이조절부는, 저장용기 상단에 회동 가능하게 마련된 조작노브와; 상기 조작노브 하단에 고정되어 저장용기 내에서 회동 가능하게 마련된 볼스크류와; 상기 외기공급라인의 공급단이 고정되어 볼스크류와 나사 조립되어 볼스크류의 회전 방향에 따라서 상하 조작이 이루어지는 가동블록;을 포함한다.
본 발명에 따른 잉크공급장치는, 잉크가 저장되는 밀폐구조의 저장용기 내에 외기의 도입이 이루어지는 외기공급라인의 하측 공급단이 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능하게 마련됨으로써, 공급단의 높이 조정에 의해 최종 출력단인 노즐헤드에서의 정밀한 압력 조정이 가능하여 인쇄 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1의 (a)(b)는 본 발명에 따른 잉크공급장치의 정면 및 측면에 대한 구성도,
도 2의 (a)(b)는 본 발명에 따른 잉크공급장치의 작동원리를 설명하기 위한 도면,
도 3의 (a)(b)(c)는 본 발명에 따른 잉크공급장치에 의해 노즐헤드의 잉크 액적 상태를 예시하여 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크공급장치를 보여주는 도면.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 잉크공급장치는, 밀폐되어 잉크의 저장이 이루어지는 저장용기(110)와; 저장용기(110)에 저장된 잉크를 노즐헤드(10)로 전달하는 잉크공급라인(120)과; 저장용기(110) 내에 외기의 도입이 가능하도록 마련되되, 일측 선단이 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능한 공급단(131)을 갖는 외기공급라인(130)과; 공급단(131)의 높이를 조절하게 위한 높이조절부(140);를 포함한다.
저장용기(110)는 잉크가 저장되는 메인룸(111)을 제공하게 되며, 메인룸(111)의 상단에는 잉크 공급을 위한 주입구가 마련될 수 있다. 주입구에는 개폐가 가능한 마개(112)가 조립되어 저장용기(110)는 전체적으로 기밀된 상태를 유지한다. 마개(112)는 기밀성을 높이기 위하여 주입구 사이에 기밀용 고무 등의 기밀수단(미도시)이 추가될 수 있다.
바람직하게는, 저장용기(110)는 메인룸(111)에서 오버플로우(overflow)된 잉크가 저장될 수 있는 보조룸(113)이 마련될 수 있으며, 본 실시예에서는 저장용기(110) 내에 격벽(114)으로 구획되어 분리된 공간이 보조룸(113)으로 제공됨을 보여주고 있으나, 보조룸은 저장용기와는 다른 별도의 용기에 의해 제공될 수도 있다.
저장용기(110)는 보조룸(113) 상단으로 통기공(115)이 형성되어 밀폐된 구조를 갖는 메인룸(111)과는 달리 보조룸(112)은 대기압 상태이다.
바람직하게는 본 발명에서 저장용기(110)는 노즐헤드(10)와 동일한 높이에 배치되며, 이에 대한 구체적인 사항은 다시 설명한다.
잉크공급라인(120)은 저장용기(110) 하부에 마련된 토출단과 노즐헤드(10)를 연결하게 되며, 주지의 호스에 의해 제공될 수 있으며, 이때 잉크공급라인은 모세관일 수 있다. 또한, 정상적인 출력이 이루어지기 위해서 노즐헤드(10) 까지 연결되는 잉크공급라인(120)은 항시 잉크가 충전된 상태가 유지되어야 한다.
한편, 노즐헤드(10)는 잉크를 토출하기 위한 토출 메커니즘을 포함하며, 예를 들어 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출하는 열구동 방식의 노즐헤드 또는 압전체를 사용하여 압전체의 변형에 의해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 노즐헤드를 포함할 수 있다.
외기공급라인(130)은 밀폐구조의 메인룸(111) 내에 외기의 도입이 가능하도록 마련되는 것으로써, 연질의 호스에 의해 제공될 수 있으며, 하측 공급단(131)은 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능하고 외기의 도입이 이루어지는 상측 도입단(132)은 외기에 연통되도록 고정된다.
본 실시예에서 상측 도입단(132)은 보조룸(113) 측에 위치하여 고정되며, 따라서 온도 상승과 같은 상황에서 메인룸(111) 내에 과압이 발생되는 경우에 메인룸(111)의 잉크는 팽창압력에 의해 외기공급라인(130)을 따라서 보조룸(113)으로 오버플로우되어 보조룸(111) 내에 모이게 된다.
외기공급라인(130)의 공급단(131)은 높이조절부(140)에 고정되어 상하 높이 조절이 이루어진다.
높이조절부(140)는 공급단(131)이 고정되어 메인룸(111) 내에서 상하 이동 가능하게 마련되는 것으로써, 예를 들어 높이조절부(140)는 저장용기(110)의 내벽에 위치하는 제1자성체(141)와, 제1자성체(141)와 자력에 의해 저장용기(110)의 외벽에 고정되는 제2자성체(142)에 의해 제공될 수 있다.
따라서 저장용기(110) 외측에 마련된 제2자성체(142)의 상하 조작에 의해 제1자성체(141)에 고정된 외기공급라인(130)의 공급단(131) 높이 조정이 이루어질 수 있다.
도 2의 (a)(b)는 본 발명에 따른 잉크공급장치의 작동원리를 설명하기 위한 도면으로써, 도 2의 (b)에서는 공급단(131)을 상하 조작하기 위한 높이조절부는 생략되어 있다.
이하, 도 2의 (a)(b)를 참고하여 본 발명에 따른 잉크공급장치의 작동원리를 설명한다.
먼저 비교 설명을 위하여, 도 2의 (a)는 상부가 개방된 상태의 저장용기(1)는 보여주고 있으며, 저장용기(1) 하단에는 노즐헤드와 호스로 연결되는 토출단(2)이 마련된다. 이러한 저장용기(1)에서는 상부가 개방된 상태이므로 토출단(2)으로 배출되는 잉크는 베르누이의 법칙에 따라서 저장 수위(H)에 의해 결정된 위치에너지에서만 토출유압이 결정되어 종래기술에서 설명한 것과 같이, 인쇄의 중단 시에도 잉크가 자중 또는 관성에 의해 카트리지에 잉크가 공급되어 다음 인쇄 시에 잉크의 과다로 인하여 인쇄 품질의 저하를 유발하는 문제점이 있다.
다음으로 도 2의 (b)에서 예시된 것과 같이, 본 발명은 저장용기(110)는 밀폐된 상태에서 잉크의 저장이 이루어지며, 외기의 도입은 하측 선단이 잉크 내에 잠기게 되는 외기공급라인(130)의 공급단(131)을 통해 이루어진다.
따라서, 본 발명에서 토출단(110a)으로 배출되는 잉크의 토출유압은 잉크의 저장 수위(H)가 아닌 외기공급라인(130)의 공급단(131)의 높이(h)에 의해 결정된다. 예를 들어, 토출단(110a)을 기준으로 하여 공급단(131)의 높이(h)가 높일수록 잉크의 토출유압은 증가하며, 반면에 공급단(131)의 높이(h)가 낮을수록 잉크의 노출유압은 작아진다.
다시 도 1을 참고하면, 앞서 설명한 것과 같이, 바람직하게는, 저장용기(110)는 노즐헤드(10)와 동일 높이에 배치될 수 있으며, 구체적으로는, 노즐헤드(10)는 저장용기(110) 내에 저장되는 잉크의 고수위와 저수위 사이의 높이에 배치된다.
이러한 본 발명의 잉크공급장치는 공급단(131)의 상하 조작에 의해 이루어지는 잉크의 토출압력 제어가 이루어지며, 이때 잉크의 토출압력 조정은 노즐헤드(10)의 기준높이(Rf)에 대한 공급단(131)의 높이 차에 의해 결정될 수 있을 것이다.
예를 들어, 공급단(131)은 기준높이(Rf)와 동일한 높이에 위치하는 경우에 실질적인 토출유압은 '0'이 되며, 기준높이(Rf) 보다 높게 위치하는 경우에는 기준높이(Rf)와 공급단(131) 사이의 높이에 비례하여 토출압력이 증가(+)하는 반면에, 기준높이(Rf) 보다 낮게 위치하는 경우에는 높이차에 비례하여 반대 방향의 토출압력 제어가 이루어질 수 있다.
도 3의 (a)(b)(c)는 본 발명에 따른 잉크공급장치에 의해 노즐헤드의 잉크 액적 상태를 예시하여 보여주는 도면이다.
도 3의 (a)는 공급단(131)이 기준높이(Rf)에 위치하는 경우의 노즐(11)에서의 액적 상태를 보여주고 있다.
반면에, 도 3의 (b)는 공급단(131)이 기준높이(Rf) 보다 높게 위치하는 경우에 노즐(11)에서의 액적 상태를 보여주고 있으며, 이때 저장용기(110)에서 토출되는 잉크는 높이에 비례하여 토출유압의 증가가 발생하게 되므로 잉크는 노즐(11)에서 볼록한 상태를 갖는다.
다음으로 도 3의 (c)는 공급단(131)이 기준높이(Rf) 보다 낮게 위치하는 경우에 노즐(11)에서의 액적 상태를 보여주고 있으며, 이때 공급단(131)은 노즐헤드(10) 보다 낮게 위치하게 되므로 노즐헤드(10)에서 저장용기(110)로의 흐름이 발생되므로 노즐(11)에서는 잉크는 표면장력에 의해 안쪽으로 오목한 형태를 갖는다.
이상과 같이 본 발명의 잉크공급장치는 공급단(131)의 높이 조정에 의해 최종 출력단인 노즐헤드에서의 정밀한 잉크 토출 조정이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크공급장치를 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 잉크공급장치에서 높이조절부(240)는 저장용기(110) 상단에 회동 가능하게 마련된 조작노브(241)와, 조작노브(241) 하단에 고정되어 저장용기(110) 내에서 회동 가능하게 마련된 볼스크류(242)와, 외기공급라인(130)의 공급단(131)이 고정되어 볼스크류(242)와 나사 조립되어 볼스크류(242)의 회전 방향에 따라서 상하 조작이 이루어지는 가동블록(243);을 포함한다.
볼스크류(242)는 저장용기(110) 내에서 수직하게 배치되어 주지의 베어링에 의해 회동 가능하게 지지되며, 가동블록(243)은 볼스크류(242)의 정회전 또는 역회전 운동에 따라서 상하 이동이 이루어진다.
도시되지 않았으나, 저장용기(110) 내에는 가동블록(243)의 상하 이동을 안내할 수 있도록 가이드부재가 마련될 수 있다.
이와 같이 구성된 높이조절부(240)는 조작노브(241)의 회전 조작에 의해 볼스크류(242)가 정회전 또는 역회전이 이루어지며, 가동블록(243)은 볼스크류(242)의 회전 방향에 따라서 상하 높이 조정이 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 저장용기 111 : 메인룸
112 : 마개 113 : 보조룸
114 : 격벽 115 : 통기공
120 : 잉크공급라인 130 : 외기공급라인
131 : 공급단 132 : 도입단
140, 240 : 높이조절부 141 : 제1자성체
142 : 제2자성체 241 : 조작노브
242 : 볼스크류 243 : 가동블록

Claims (6)

  1. 밀폐되어 잉크의 저장이 이루어지는 저장용기와;
    상기 저장용기에 저장된 잉크를 노즐헤드로 전달하는 잉크공급라인과;
    상기 저장용기 내에 외기의 도입이 가능하도록 마련되되, 일측 선단이 잉크 내에 잠기어 높이 조절이 가능한 공급단을 갖는 외기공급라인과;
    상기 공급단의 높이를 조절하기 위한 높이조절부;를 포함하는 잉크공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장용기는 노즐헤드와 동일한 높이에 배치됨을 특징으로 하는 잉크공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외기공급라인은 연질의 호스인 것을 특징으로 하는 잉크공급장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 대기압 상태에서 상기 외기공급라인의 상측 도입단이 위치하여 오버플로우된 잉크가 저장되는 보조저장용기를 더 포함하는 잉크공급장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 높이조절부는,
    상기 외기공급라인의 공급단이 고정되어 상기 저장용기의 내벽에 위치하는 제1자성체와;
    상기 제1자성체와 자력에 의해 저장용기의 외벽에 고정되는 제2자성체;를 포함하는 잉크공급장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 높이조절부는,
    저장용기 상단에 회동 가능하게 마련된 조작노브와;
    상기 조작노브 하단에 고정되어 저장용기 내에서 회동 가능하게 마련된 볼스크류와;
    상기 외기공급라인의 공급단이 고정되어 볼스크류와 나사 조립되어 볼스크류의 회전 방향에 따라서 상하 조작이 이루어지는 가동블록;을 포함하는 잉크공급장치.
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