KR102339326B1 - 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크의 점도를 유지하거나 잉크 내에 분산된 입자의 분산성을 유지한 상태로 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크 순환 공급 시스템에 관한 것으로, 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드와 잉크젯 프린터 내부에 위치하며 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하는 헤드공급용 저장부 및 잉크젯 프린터 외부에 위치하며 헤드공급용 저장부에 잉크를 공급하기 위한 잉크 저장 탱크를 구비한 잉크젯 프린터에 잉크를 공급하는 시스템으로서, 상기 헤드공급용 저장부 및 상기 잉크 저장 탱크와 연결된 버퍼 저장부; 상기 버퍼 저장부에서 상기 헤드공급용 저장부로 잉크를 보내주는 제1수송관; 상기 잉크 저장 탱크에서 상기 버퍼 저장부로 잉크를 보내주는 제2수송관; 및 상기 버퍼 저장부에서 상기 잉크 저장 탱크로 잉크를 보내주는 제3수송관을 포함하며, 상기 제2수송관과 제3수송관에 의해서, 상기 버퍼 저장부와 상기 잉크 저장 탱크 사이에 잉크를 순환시켜 이동함으로써 잉크의 분산성을 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 버퍼 저장부와 잉크 저장 탱크에 보관되는 잉크의 유동성과 분산성을 높일 수 있고, 헤드공급용 저장부에 유동성과 분산성이 유지된 잉크를 공급할 수 있으며, 최종적으로 잉크젯 헤드가 유동성과 분산성이 유지된 잉크를 공급받을 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템{INK CIRCULATION SUPPLY SYSTEM FOR INK-JET PRINTER}
본 발명은 잉크 순환 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산업분야에서 사용되는 잉크젯 프린터에 잉크를 공급하는 잉크 순환 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 형상 신호에 따라 매체 표면에 액상의 잉크를 액적형태로 분사하는 잉크젯 방식은 문서나 광고지를 작성하는 프린팅으로서 뿐만이 아니라, 반도체 또는 디스플레이 분야의 용액 공정에 이용되고 있다.
기판에 복잡한 형상의 패턴을 형성하거나 특정 위치에만 잉크를 정확하게 토출할 수 있는 잉크젯 프린팅의 적용범위가 넓어지고 있다. 문서 작성을 위한 소형의 잉크젯 프린터는 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 헤드에서 잉크를 저장하는 형태를 가지고 있지만, 대형의 문서 작성용 프린터나 산업용으로 제작된 잉크젯 프린터는 많은 양의 잉크를 사용하기 때문에 잉크를 저장하는 저장부와 잉크젯 헤드가 분리된 구조를 적용하고 있다.
도 11은 일반적인 산업용 잉크젯 프린터의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
일반적인 산업용 잉크젯 프린터는, 잉크젯 헤드(10), 헤드공급용 저장부(20), 압력제어부(30), 버퍼 저장부(40) 및 잉크 저장 탱크(50)를 포함한다.
잉크젯 헤드(10)는 잉크를 토출하는 노즐을 포함하며 필요한 위치에 잉크를 선택적으로 토출하여 프린팅을 수행한다. 헤드공급용 저장부(20)는 잉크젯 헤드(10)에 잉크를 공급하기 위하여 잉크를 저장하는 공간이며, 헤드공급용 저장부(20)와 연결된 공급유로(11)를 통해서 잉크를 지속적으로 공급받는다. 헤드공급용 저장부(20)에서 잉크젯 헤드(10)를 향하는 일방향으로만 잉크를 공급할 수도 있으나, 정확한 토출량의 조절을 위하여 잉크젯 헤드(10)에 잔류하는 잉크를 다시 헤드공급용 저장부(20)로 되돌리는 회수유로(12)를 구비하는 것이 산업용 잉크젯 프린터에서는 일반적이다. 압력제어부(30)는 잉크의 정확한 토출을 위하여 잉크젯 헤드(10) 및 헤드공급용 저장부(20)의 압력을 조절하는 구성이며, 압력조절관(31)이 헤드공급용 저장부(20)에 연결된다. 산업용으로 사용되는 잉크젯 프린터는 잉크의 사용량이 매우 많기 때문에 헤드공급용 저장부(20)에 잉크를 지속적으로 공급하여야 하지만, 헤드공급용 저장부(20)에 곧바로 잉크를 추가하지 않고, 버퍼 저장부(40)를 거쳐서 외부에 위치하는 잉크 저장 탱크(50)에 저장된 잉크를 추가 투입하는 것이 일반적이다. 이때, 추가 투입되는 잉크는 잉크 저장 탱크(50)에서 버퍼 저장부(40)를 향하여 일방향으로 이동한다.
잉크젯 프린팅 과정에서 정확한 양의 잉크를 토출하기 위해서는, 잉크젯 헤드에서 토출 준비상태인 잉크가 노즐 입구를 기준으로 모세관 현상에 의해서 내측으로 요입된 곡면 상태인 메니스커스(meniscus) 상태를 유지하여야 한다. 이를 위하여 헤드공급용 저장부의 위치를 잉크젯 헤드보다 높게 위치하게 하고, 대신에 헤드공급용 저장부의 내부를 진공으로 유지하여 헤드공급용 저장부 내에 음압을 발생시킴으로써, 잉크젯 헤드에서 잉크의 흘러내림을 방지하여 메니스커스 상태를 유지하도록 하는 것이 일반적이다. 하지만, 헤드공급용 저장부를 진공으로 유지하게 되면, 잉크를 구성하는 용매의 증발이 가속화되어 잉크의 성질이 변화하게 되고, 그 중에서 가장 문제가 되는 것이 시간이 흐를수록 잉크의 점도가 높아지는 것이다. 잉크의 점도가 높아지면 잉크젯 헤드에서 잉크의 효과적인 분사가 어려워진다.
또한, 최근에는 잉크젯 프린터의 적용분야가 다양해지면서 전극 패턴을 위하여 금속 입자가 분산된 잉크를 적용하는 경우와 같이 입자가 분산된 잉크를 사용하려는 시도가 증가하고 있으며, 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질이 분산된 잉크를 적용하려는 시도도 증가하고 있다. 하지만, 헤드공급용 저장부에 잉크가 저장된 상태에서 금속 입자나 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질이 자체의 중량으로 인하여 가라앉는 등, 잉크의 분산성이 낮아지는 문제로 인하여 잉크젯 프린팅을 적용하지 못하고 있다.
이를 해결하기 위하여, 메니스커스 상태를 유지할 수 있도록 압전 펌프를 이용하여 잉크젯 프린터 내부에서 잉크를 순환시키는 기술이 개발되었다.(대한민국 등록특허 10-1989375)
하지만, 산업용으로 사용되는 잉크젯 프린터의 경우, 외부에 위치하는 대용량의 잉크 저장 탱크에 잉크를 저장한 상태에서 지속적으로 잉크젯 프린터 내부로 잉크를 공급받는 구조이기 때문에, 외부에 위치하는 대용량의 잉크 저장 탱크에서 금속 입자나 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질이 가라앉거나 잉크의 균질성이 깨진 상태로 잉크젯 내부로 공급되는 문제가 발생하고 있다.
대한민국 등록특허 10-1989375
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 잉크의 점도를 유지하거나 잉크 내에 분산된 입자의 분산성과 균질성을 유지한 상태로 잉크젯 프린터에 잉크를 공급할 수 있는 잉크 순환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템은, 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드와 잉크젯 프린터 내부에 위치하며 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하는 헤드공급용 저장부 및 잉크젯 프린터 외부에 위치하며 헤드공급용 저장부에 잉크를 공급하기 위한 잉크 저장 탱크를 구비한 잉크젯 프린터에 잉크를 공급하는 시스템으로서, 상기 헤드공급용 저장부 및 상기 잉크 저장 탱크와 연결된 버퍼 저장부; 상기 버퍼 저장부에서 상기 헤드공급용 저장부로 잉크를 보내주는 제1수송관; 상기 잉크 저장 탱크에서 상기 버퍼 저장부로 잉크를 보내주는 제2수송관; 및 상기 버퍼 저장부에서 상기 잉크 저장 탱크로 잉크를 보내주는 제3수송관을 포함하며, 상기 제2수송관과 제3수송관에 의해서, 상기 버퍼 저장부와 상기 잉크 저장 탱크 사이에 잉크를 순환시켜 이동함으로써 잉크의 분산성과 균질성을 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
외부공급 또는 벌크 잉크 공급으로 표현되는 외부 저장 탱크와 버퍼 저장부 사이에서 잉크가 정체되지 않고 이동하면서 분산성과 균질성이 유지된다.
상기 버퍼 저장부에 잉크를 교반하기 위한 교반장치가 설치될 수 있으며, 교반장치가 마그네틱 회전 교반장치일 수 있다.
상기 헤드공급용 저장부에서 상기 잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로와 상기 잉크젯 헤드에 잔류하는 잉크를 헤드공급용 저장부로 되돌려 보내는 회수유로 및 상기 공급유로 또는 상기 회수유로 중에 한곳에 설치되어 잉크를 순환시키는 순환펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
내부공급 또는 로컬 잉크 공급으로 표현되는 헤드공급용 저장부와 잉크젯 헤드 사이에도 잉크가 정체되지 않도록 순환시킴으로써, 잉크의 분산성과 균질성이 유지된 상태로 잉크젯 프린팅이 수행될 수 있으며, 이때 잉크젯 헤드의 메니스커스 상태가 유지되도록 하여야 한다.
상기 헤드공급용 저장부에 잉크를 교반하기 위한 교반장치가 설치될 수 있으며, 교반장치가 마그네틱 회전 교반장치일 수 있다.
상기 순환펌프를 거치지 않고 잉크가 이동할 수 있는 바이패스 유로를 추가로 구비하고, 방향전환 밸브에 의해서 순환펌프가 설치된 유로와 바이패스 유로 중에 한 곳으로 잉크가 이동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
잉크의 초기 충진을 위하여 자연 충진을 수행할 때에, 바이패스 유로를 통하여 잉크가 이동하도록 함으로써 순환펌프가 자연충진을 지연시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 잉크젯 헤드와 공급유로 및 헤드공급용 저장부의 잉크를 제거하지 않고, 순환펌프를 수리 또는 교체할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 잉크젯 프린터의 외부에 설치된 잉크 저장 탱크와 잉크젯 프린터의 버퍼 저장부 사이에서 잉크가 순환 이동할 수 있도록 구성함으로써, 버퍼 저장부와 잉크 저장 탱크에 보관되는 잉크의 유동성과 분산성 및 균질성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 버퍼 저장부와 잉크 저장 탱크에 보관되는 잉크의 유동성과 분산성 및 균질성을 높임으로써, 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위한 헤드공급용 저장부에 유동성과 분산성 및 균질성이 유지된 잉크를 공급할 수 있으며, 최종적으로 잉크젯 헤드가 유동성과 분산성 및 균질성이 유지된 잉크를 공급받을 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
나아가 금속 입자나 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질 등이 분산된 잉크를 사용한 잉크젯 프린팅 공정을 제품 생산 과정에 적용할 수 있기 때문에, 제품의 제조과정이 정확하고 쉬워지는 효과가 있다.
그리고 바이패스 유로를 설치하면 잉크를 자연 충진을 수행할 때에 순환펌프가 자연충진을 지연시키는 문제를 해결할 수 있으며, 잉크젯 헤드와 공급유로 및 헤드공급용 저장부의 잉크를 제거하지 않고 순환펌프를 수리 또는 교체할 수 있는 효과가 있다.
잉크에 포함된 미세 기포가 잉크 저장장치에 누적되어 발생하는 문제를 방지하고, 안정적인 동작이 가능한 교반기와 잉크 순환 시스템을 함께 적용하여 잉크에 포함된 입자의 분산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
잉크젯 프린터의 사용과정에서 발생된 열에 의해서 발생하는 압력 제어 오차를 보정하여 정확한 압력제어를 수행함으로써, 연속적으로 사용하는 경우에도 잉크젯 프린터의 프린팅 정밀도가 유지되는 효과가 있다.
압력제어부로 연결된 관에 잉크 감지 센서와 전환밸브 및 벤트부를 설치하여, 헤드공급용 저장부에서 잉크가 넘치는 경우에도 압력제어부가 고장 나지 않으며, 잉크젯 헤드로 잉크가 누설되지 않고 동작을 멈춘다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터의 버퍼 저장부에 사용된 교반장치의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린터에 사용된 일례의 헤드공급용 저장부를 설명하기 위한 정단면도이다.
도 6은 압력제어부의 내부에 설치된 압력 센서에서 측정된 압력과 외부에서 측정된 실제 압력을 비교한 그래프이다.
도 7은 도 6의 그래프에 온도 변화를 추가한 그래프이다.
도 8은 압력제어부에서 압력 센서에 대한 보정을 위하여 작성된 온도 보상 테이블이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력제어부의 온도 보상을 반영한 보정 센서 출력 압력과 외부에서 측정된 실제 압력을 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템에 잉크 넘침을 대비한 구성을 추가한 잉크젯 프린터의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 11은 일반적인 산업용 잉크젯 프린터의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터의 구조를 나타내는 모식도이다.
도시된 것과 같이, 본 실시예의 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터는, 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200) 및 압력제어부(300)를 포함한다.
잉크젯 헤드(100)는 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 부분으로서, 본 실시예의 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터는 산업용으로 구성되어 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200)가 분리된 구성이다. 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200)가 분리된 것을 제외하고, 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 종래에 사용되던 잉크젯 헤드의 기술적 구성은 다양하게 변형될 수 있다.
헤드공급용 저장부(200)는 잉크젯 헤드(100)에 잉크를 제공하기 위하여 잉크젯 프린터의 내부에서 잉크를 보관하는 부분이며, 메니스커스 상태를 유지하기 위한 압력제어부(300)와 연결된다. 헤드공급용 저장부(200)는 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 종래에 사용되던 헤드공급용 저장부(200)의 기술이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들면 헤드공급용 저장부(200) 내부의 공간을 2개 이상으로 구분하고 특정의 조건에서만 이들 공간 사이에서 잉크가 이동하도록 구성하는 기술 등이 제한 없이 적용될 수 있다.
한편, 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200) 사이에 잉크를 공급하기 위한 연결구조는 특별히 제한되지 않지만, 도시된 실시예에서는 잉크의 분산성과 균질성을 유지한 상태로 잉크젯 헤드(100)에 잉크를 공급할 수 있도록 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200) 사이에서 잉크가 프린터 내부에서 순환할 수 있는 구성을 적용하였으며, 이에 대해서는 이후에 자세하게 설명하도록 한다.
압력제어부(300)는 헤드공급용 저장부(200)의 압력을 조절함으로써, 잉크젯 헤드(100) 내부의 잉크가 메니스커스 상태를 유지할 수 있도록 제어한다. 압력제어부(300)는 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 압력제어부(300)의 기술이 제한 없이 적용될 수 있으며, 특히 이후에 자세하게 설명하겠지만 압력제어부(300)가 헤드공급용 저장부(200)에 별도로 연결된 일반적이 구조를 적용하기 때문에, 종래에 잉크젯 프린터에서 메니스커스를 유지하기 위하여 사용되었던 압력제어 장치들을 변형 없이 그대로 적용할 수 있다.
이상에서 살펴본 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200) 및 압력제어부(300)는 종래의 기술들이 적용될 수 있으며, 본 발명의 주요 특징은 헤드공급용 저장부(200)에 잉크를 공급하기 위한 잉크 순환 공급 시스템에 있다.
본 실시예의 잉크 순환 공급 시스템은, 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500) 및 수송관(410, 510, 520)을 포함한다.
버퍼 저장부(400)는 헤드공급용 저장부(200)에 잉크를 공급하기 전에 임시로 잉크를 저장하는 구성으로서, 대량의 잉크를 저장하고 있는 잉크 저장 탱크(500)에서 직접 헤드공급용 저장부(200)에 잉크를 공급하는 경우에 잉크젯 헤드(100)에서 메니스커스 상태가 깨지는 것을 방지하기 위하여 적용된다. 버퍼 저장부(400)는 잉크젯 프린터의 내부에 설치되는 것이 일반적이지만, 프린터의 구조에 따라서는 잉크젯 프린터의 외부에 설치될 수도 있다.
종래에도 잉크젯 헤드(100)의 메니스커스 상태를 유지하기 위한 용도로서 버퍼 저장부(400)를 사용하였으나, 본 실시예에서는 메니스커스 상태를 유지하기 위한 기능과 함께 잉크의 유동성과 분산성 및 균질성을 유지하기 위한 기능을 동시에 수행한다.
버퍼 저장부(400)와 헤드공급용 저장부(200)는 잉크가 이동하는 제1수송관(410)으로 연결되며, 제1밸브(412)의 동작에 따라서 선택적으로 버퍼 저장부(400)의 잉크가 헤드공급용 저장부(200)로 공급된다.
잉크 저장 탱크(500)는 상대적으로 대량의 잉크를 저장하고, 버퍼 저장부(400)에 잉크를 공급하기 위한 구성이다. 일반적으로 산업용 잉크젯 프린터는 잉크의 사용량이 많기 때문에, 잉크젯 헤드(100)와 헤드공급용 저장부(200)가 분리되어 있을 뿐만이 아니라, 헤드공급용 저장부(200)에 잉크를 지속하여 공급할 수 있도록 잉크젯 프린터의 외부에 별도의 잉크 저장 탱크(500)를 구비한다.
본 실시예의 잉크 순환 공급 시스템은 잉크젯 헤드(100)의 메니스커스 상태를 유지하기 위하여, 외부의 잉크 저장 탱크(500)에서 버퍼 저장부(400)를 거쳐서 헤드공급용 저장부(200)로 잉크를 공급하는 구조이다.
이때, 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500)는 잉크가 이동하는 제2수송관(510)과 제3수송관(520)으로 연결되며, 1개의 수송관으로 연결되어 일방향의 이동만 가능하였던 종래의 기술들과는 달리, 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500)의 사이에서 잉크가 연속적으로 순환될 수 있는 점에 특징이 있다.
구체적으로 제2수송관(510)은 잉크 저장 탱크(500)에서 버퍼 저장부(400)로 잉크를 수송하며, 제3수송관(520)은 버퍼 저장부(400)에서 잉크 저장 탱크(500)로 잉크를 수송한다.
잉크젯 프린터에서 잉크젯 헤드(100)가 동작하기 위해서는 잉크가 지속적으로 공급되어야 하지만, 메니스커스 상태를 유지하기 위하여 헤드공급용 저장부(200)에 잉크를 공급하는 과정은 단속적으로 수행되거나 느린 속도로 수행되기 때문에, 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500)에는 잉크가 장시간 정체된 것과 같은 상태가 된다. 이때, 내용물이 서로 분리되기 쉬운 종류의 잉크이거나 금속 입자나 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질이 분산된 잉크를 사용하는 경우에 정체된 잉크에서 분리가 발생하여 잉크의 균질성이 깨질 수가 있으며, 잉크젯 헤드(100)로 분리된 잉크가 공급됨으로 인하여 프린팅이 원활하게 수행되지 못하는 문제가 발생한다.
본 실시예는 잉크 저장 탱크(500)에서 버퍼 저장부(400)를 향하여 일 방향으로만 잉크를 공급하는 것이 아니고, 제3수송관(520)을 통해서 버퍼 저장부(400)에서 잉크 저장 탱크(500)로 잉크를 수송하여 잉크를 순환시킴으로써, 잉크가 지속적으로 이동하기 때문에 잉크의 분산성과 균질성이 유지될 수 있다. 구체적으로 버퍼 저장부(400)로 잉크를 추가 공급하지 않은 상태에서도 제2수송관(510)을 통해 버퍼 저장부(400)로 잉크를 보내주는 동시에 제3수송관(520)을 통해서 다시 잉크 저장 탱크(500)로 돌려받는 방식으로 순환시킬 수 있다. 버퍼 저장부(400)로 잉크를 추가 공급해야 할 경우에는 제3수송관(520)을 통한 잉크의 수송을 중단하거나, 제2수송관(510)을 통한 잉크의 이동량이 제3수송관(520)을 통한 잉크의 이동량보다 많도록 조절하는 방법으로 잉크의 순환을 유지하면서 버퍼 저장부(400)에 잉크를 추가할 수 있다.
외부의 잉크 저장 탱크(500)에서 버퍼 저장부(400)로 잉크를 공급하는 방법으로는 잉크 저장 탱크(500)를 가압하는 방법과 펌프를 이용하는 방법이 모두 가능하며, 잉크의 순환 여부 및 순환량을 제어하기 위하여 제2수송관(510)에는 제2밸브(512)가 설치되고 제3수송관(520)에는 제3밸브(522)가 설치된다.
이때, 버퍼 저장부(400)의 내부에는 저장된 잉크를 교반하기 위한 교반장치(420)가 설치될 수 있다. 교반장치는 대표적인 회전 교반장치가 적용될 수 있고, 특히 자력에 의해서 회전하는 마그네틱 교반장치를 적용할 수 있다. 일반적으로는 교반장치(420)만으로 잉크의 분산성과 균질성을 유지하기 어렵지만, 본 실시예의 잉크 순환 시스템은 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500) 사이에서 잉크가 지속적으로 순환하기 때문에, 교반장치(420)를 추가하여 잉크의 분산성과 균질성을 더욱 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템을 포함하는 잉크젯 프린터의 버퍼 저장부에 사용된 교반장치의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
일반적인 마그네틱 교반장치는 별도의 틀이 없이 사용되며, 회전하는 스틱이 바닥 등에 스치면서 마찰열이 발생할 수 있다. 본 실시예에서는 교반장치(420)에 고정틀(426)을 설치하고 회전스틱(422)에서 상하 방향으로 돌출된 회전축(424) 양단이 고정틀(426)에 삽입된 상태로 회전을 하도록 함으로써, 회전스틱(422)이 고정된 위치에서 안정적인 회전을 하는 동시에, 바닥에서 소정 간격 이격된 상태로 회전함으로써 회전스틱(422)과 바닥의 마찰에 따른 문제가 발생하지 않는다.
한편, 잉크 저장 탱크(500)에서 버퍼 저장부(400)로 잉크를 추가 공급하는 과정에서 잉크 저장 탱크(500)의 내부 압력을 유지하기 위하여 CDA(clean dry air) 또는 N2를 공급하는 가스 공급부(530)가 잉크 저장 탱크(500)에 연결되며, 버퍼 저장부(400)의 내부 압력 유지를 위한 벤트부(430)가 버퍼 저장부(400)에 연결된다. 가스 공급부(530)와 벤트부(430)는 기존의 기술들이 제한 없이 적용될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기한 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템에 의해서 잉크 저장 탱크(500)와 버퍼 저장부(400)에서 분산성과 균질성을 유지한 상태로 잉크가 저장되며, 헤드공급용 저장부(200)에 분산성과 균질성이 유지된 잉크를 공급할 수 있다.
하지만, 최종적으로는 잉크젯 헤드(100)로 분산성과 균질성이 유지된 잉크를 공급하여야 하며, 이를 위하여 헤드공급용 저장부(200)와 잉크젯 헤드(100)의 사이에도 순환 공급 구조를 적용하는 것이 좋다. 앞서 설명한 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500) 사이에서 잉크를 공급하고 순환시키는 것과 비교하여 용어를 구분하면 다음과 같다. 버퍼 저장부(400)와 잉크 저장 탱크(500)에서 잉크를 공급하고 순환시키는 것은 외부공급 또는 벌크 잉크 공급 등으로 표현될 수 있고, 헤드공급용 저장부(200)와 잉크젯 헤드(100)의 사이에서 잉크를 공급하고 순환시키는 것은 내부공급 또는 로컬 잉크 공급 등으로 표현될 수 있다.
잉크젯 프린터의 내부공급 구조에서 메니스커스 상태를 유지하기 위한 레귤레이터나 압력조절기를 헤드공급용 저장부와 잉크젯 헤드의 순환 유로들 사이에 설치하는 구성이 개발된 바 있다.(대한민국 등록특허 10-1356643, 대한민국 등록특허 10-1430934) 이들은 헤드공급용 저장부와 잉크젯 헤드 사이에 순환 유로를 형성하고, 펌프를 설치하여 순환시키는 점에서 본 발명과 유사점이 있으나, 순환 유로에 메니스커스 유지를 위한 레귤레이터와 압력조절기를 연결한 점에서 본 발명과 차이가 있다. 대한민국 등록특허 10-1356643과 대한민국 등록특허 10-1430934에서는 메니스커스 유지를 위한 장치가 순환 유로와 연결되어 있기 때문에, 장치의 구성이 상대적으로 더욱 복잡하고 메니스커스 유지를 위한 동작도 매우 어려운 단점이 있다. 나아가 이들은 순환유로로 잉크가 이동할 때와 이동하지 않을 때를 구분하여 동작하는 구성으로써, 메니스커스 유지를 위한 장치가 순환 유로에 설치되어 있기 때문에 잉크를 연속적으로 순환시킬 수 없으며, 결국 잉크의 순환에 의한 분산성 향상 효과를 얻을 수 없다.
도 1에 도시된 실시예에서는 헤드공급용 저장부(200)에 별도로 연결된 압력제어장치(300)를 적용하여, 종래에 잉크젯 프린터에서 메니스커스를 유지하기 위하여 사용되었던 압력제어 장치들을 변형 없이 그대로 적용할 수 있도록 하였다.
구체적으로 헤드공급용 저장부(200)에서 잉크젯 헤드(100)에 잉크를 공급하는 공급유로(110)와 잉크젯 헤드(100)에 잔류하는 잉크를 헤드공급용 저장부(200)로 되돌려 보내는 회수유로(120)를 구비하며, 순환펌프(130)가 회수유로(120)에 설치된다. 이때, 순환펌프(130)를 동작시키는 과정에서 발생되는 맥동에 의해서 잉크젯 헤드(100)의 메니스커스 상태가 깨지지 않도록 구성하는 것이 중요하다.
본 발명에서 순환펌프는 복수의 압전펌프를 서로 직렬과 병렬이 혼합되어 연결되도록 구성될 수 있다. 과도한 맥동(충격) 없이 유체의 흐름을 얻을 수 있는 압전펌프를 사용하여 헤드공급용 저장부(200)와 잉크젯 헤드(100) 사이에서 잉크를 지속적으로 순환시킴으로써 메니스커스 상태에 영향을 미치지 않으면서 잉크의 분산성을 유지할 수 있는 잉크의 순환을 얻을 수 있다. 압전펌프는 펌프의 용량이 너무 작아서, 단일의 펌프로는 잉크의 분산성을 유지할 수 있는 정도의 흐름을 얻지 못하지만, 복수의 압전펌프를 직렬과 병렬이 혼합되어 연결되도록 함으로써 충분한 양정과 유량을 얻을 수 있도록 구성하였다.
순환펌프제어부에 의해서 동작하는 펌프의 개수와 번호(위치)가 조절될 수 있으며, 동작하는 펌프의 번호에 따라서 직렬 구동과 병렬 구동이 선택적으로 수행되거나 동시에 수행된다. 이와 같이, 압전펌프를 적용하여 잉크 순환을 유도하면서, 압전펌프 중에서 동작하는 개수 및 번호를 조절하여 메니스커스의 유지를 방해하지 않을 정도의 적절한 양정과 유량으로 잉크를 순환시키는 동시에, 잉크 내에 포함된 입자의 분산성을 높일 수 있다.
나아가, 순환펌프제어부는 개별 압전펌프 각각에 대하여 제어를 수행하는 펌프제어기를 구비할 수 있으며, 펌프제어기는 펄스파 형태의 제어신호를 압전펌프로 전달하여 개별 펌프의 동작을 제어한다. 낮은 전압과 낮은 주파수의 신호가 압전펌프에 인가되면 압전펌프는 낮은 유량으로 잉크를 순환시키고, 높은 전압과 높은 주파수의 신호가 압전펌프에 인가되면 압전펌프는 높은 유량으로 잉크를 순환시킨다. 펌프제어기에 의한 개별적인 펌프의 제어에 의해서 용량이 3cc/min인 압전펌프를 사용해서 다양한 세기로 동작할 수 있고, 복수의 압전펌프를 선택적으로 구동하는 순환펌프제어부의 제어와 개별 압전펌프의 동작을 제어하는 펌프제어기의 제어가 결합되면, 잉크를 순환시키기 위한 순환펌프의 양정과 유량을 매우 세밀하게 조절할 수 있다.
동작하는 압전펌프의 개수와 번호를 제어하는 기준은 다양하게 규정할 수 있지만, 잉크가 순환되는 유량이 하나의 기준이 될 수 있으며, 잉크가 지나는 유로에 유량센서를 설치하여 유량을 측정한다. 유량센서는 회수유로(120)에 설치할 수도 있고, 공급유로(110)에 설치할 수도 있다.
또한, 순환펌프(130)를 지나지 않는 바이패스 유로(140)를 형성하고, 방향전환밸브(142)의 동작에 따라서 순환펌프(130)가 설치된 유로와 바이패스 유로(140)가 선택적으로 개방되도록 구성한다.
바이패스 유로(140)는 순환펌프(130)를 거치지 않고 잉크가 이동할 수 있는 유로이며, 방향전환밸브(142)에 의해서 잉크는 순환펌프(130)가 설치된 유로 또는 바이패스 유로(140) 중에 한 곳으로 이동할 수 있다.
순환펌프는 역류 방지를 위한 체크밸브를 포함하고 있으며, 초기 충전 과정에서 충진을 방해하는 요소로서 작용한다.
잉크젯 프린팅이 정확하게 수행되기 위해서는, 잉크젯 헤드(100)와 공급유로(110) 및 회수 유로(120)에 잉크가 가득 채워져야 하며, 잉크젯 프린터를 처음 사용하면서 잉크를 처음으로 주입하거나 관리 등을 위하여 해당 부위에서 잉크를 모두 제거하였다가 재가동하기 위하여 잉크를 새롭게 주입하는 경우에는 중력에 의한 자연 충진을 수행한다. 이는 중력에 의한 자연 충진을 수행하는 것이 잉크젯 헤드(100)와 유로에서 기포가 발생하는 것을 줄일 수 있고 발생된 기포가 고이지 않고 이동하여 제거되기 때문이며, 이때 순환펌프의 체크밸브가 자연 충진을 방해하는 문제가 있다.
본 실시예는 바이패스 유로(140)를 별도로 형성함으로써, 중력에 의한 자연 충진을 수행하는 경우에는 잉크가 순환펌프(130)를 통하지 않고 이동할 수 있도록 구성하였다.
나아가 바이패스 유로(140)를 구비함으로써, 순환펌프(130)를 수리 또는 교체할 때에 잉크젯 헤드(100)와 공급유로(110) 및 헤드공급용 저장부(200)의 잉크를 제거하지 않아도 되는 효과가 있다.
한편, 도 3에 도시된 다른 실시예와 같이, 순환펌프(130)가 형성된 유로와 바이패스 유로(140)를 공급유로(110)에 설치할 수 있다. 순환펌프(130)의 설치위치의 차이에 따라서 잉크젯 헤드(100)에 미치는 영향의 변화를 고려하는 것을 제외하면 첫 번째 형태와 차이가 없다.
그리고 도 1에 도시된 실시예에서는 헤드공급용 저장부(200) 내부에 교반장치(220)가 설치된다. 교반장치는 대표적인 회전 교반장치가 적용될 수 있고, 특히 자력에 의해서 회전하는 마그네틱 교반장치를 적용할 수 있으며, 구체적인 형태는 앞서 설명한 버퍼 저장부(420)에 사용된 교반장치와 거의 동일하다. 이러한 교반장치만으로 잉크의 분산성을 유지하기 위해서는 과도한 유체(잉크)의 회전이 필요하기 때문에 잉크의 메니스커스 상태를 저해하는 원인이 되며, 현재의 일반적인 잉크젯 프린터에서는 적용할 수 없었다. 하지만, 본 실시예의 잉크 순환 시스템은 추후에 설명할 잉크의 지속적인 순환을 통해서 분산성을 향상시키는 구조이고, 교반장치는 이러한 잉크 순환 시스템에 부가되는 구성이기 때문에 메니스커스 상태에 영향을 미치지 않는 수준의 교반으로도 충분한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템에 의하면, 버퍼 저장부와 잉크 저장 탱크에 보관되는 잉크의 유동성과 분산성을 높여서 헤드공급용 저장부에 유동성과 분산성이 유지된 잉크를 공급할 수 있다.
또한, 헤드공급용 저장부와 잉크젯 헤드 사이에 잉크를 순환시켜, 잉크젯 헤드가 유동성과 분산성이 유지된 잉크를 공급받을 수 있다.
이러한 본 발명의 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템을 적용하면, 최근 관심이 높은 금속 입자나 평판디스플레이 재료 또는 OLED 물질이 분산된 잉크를 사용하여 잉크젯 프린팅 공정을 통해서 제품을 제조할 수 있다. 최종적으로 정밀한 공정을 빠르게 수행할 수 있는 잉크젯 프린팅 공정의 특성에 의해서, 전극이나 평판디스플레이 또는 OLED를 제조하는 공정의 효율이 크게 향상되는 뛰어난 효과가 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린터에 사용된 일례의 헤드공급용 저장부를 설명하기 위한 정단면도이다.
앞서 설명한 것과 같이, 잉크젯 헤드(100)와의 사이에서 순환되는 과정에서 잉크의 내부로 공기가 유입됨으로 인하여 잉크 내부에 미세 기포가 형성된다. 이러한 미세 기포가 잉크젯 헤드(100)의 노즐 등에서 뭉치는 경우 잉크젯 프린팅에 원활하게 수행되지 못하므로, 노즐 등에 고정되지 않고 이동하도록 하는 것이 바람직하며, 그 결과 미세 기포들은 헤드공급용 저장부(200)로 유입되어 누적된다.
본 실시예의 헤드공급용 저장부(200)는 저장된 잉크에 미세 기포들이 누적되지 않도록 잉크 내의 기포를 제거하기 위한 기포 제거망(230)을 구비하며, 잉크젯 헤드(100)로 다시 공급되는 잉크는 미세 기포가 제거된 상태로 공급된다.
기포 제거망(230)은 메쉬나 관통공이 형성된 구조물로서, 헤드공급용 저장부(200)에 채워진 잉크에 포함된 미세 기포의 이동을 방해하여 기포가 서로 뭉치도록 한다. 미세 기포가 뭉치면서 크기가 커지고, 그에 따라서 부력이 강해지기 때문에 기포가 잉크의 위쪽으로 부유함으로써 잉크 내부에서 제거된다.
잉크 내부에 포함된 미세 기포를 제거하기 위한 기포 제거망(230)은, 도 4에 도시된 것과 같이, 헤드공급용 저장부(200) 내부의 천장에서 바닥에 걸쳐서 위치하는 것이 좋다. 다만, 미세 기포는 주로 잉크의 위쪽에 위치하기 때문에, 도 5와 같이, 기포 제거망(230)이 헤드공급용 저장부(200)의 바닥보다 높게 위치할 수 있으며, 이때 적어도 저장된 잉크의 상층부는 기포 제거망(230)에 접하도록 구성하여야 하고, 프린팅 과정에서 변화되는 잉크의 수위를 고려하여 기포 제거망(230)의 길이를 적절하게 구성한다.
한편, 기포 제거망(230)에 의해서 수면으로 부유 된 기포는 버블(B)을 형성한다. 과도한 버블에 의해서 잉크의 농도 등에 변화가 발생하거나, 버블이 터지는 과정에 잉크가 저장장치 상부의 공기 중으로 퍼지면서 음압 조절을 위하여 연결된 압력제어부(300)로 유입되어 고장을 유발하는 등의 문제가 발생한다.
본 실시예에서는 기포 제거망(230)이 잉크의 수면 위쪽까지 연장되어 있기 때문에, 버블(B)이 이동하는 것을 방지하는 동시에 버블(B)을 제거하는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 압력제어부(300)와 연결된 압력조절관(310)을 헤드공급용 저장부(200)에서 잉크가 흐르는 방향의 끝부분에 위치시키는 경우, 버블(B)이 압력조절관(310) 쪽으로 이동하는 것을 방지하며, 버블(B)이 터지는 과정에서 공중으로 부유된 잉크가 압력조절장치로 유입되는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 기포 제거망(230)의 설치 방향은, 잉크의 흐름 방향에 수직하여야 버블(B)의 이동을 방지하여 제거하는 충분한 효과를 얻을 수 있다. 이를 위하여 헤드공급용 저장부(200)에서 회수유로(120)와 공급유로(110)가 연결되는 위치를 양쪽 끝부분에 이격하여 위치하고, 바닥면(240)을 회수유로(120)측보다 공급유로(110)측이 낮도록 경사면으로 구성함으로써, 잉크의 이동 방향이 일정해지도록 구성한다.
같은 이유로, 버퍼 저장부에서 추가로 보충되는 잉크가 유입되는 보충관(미도시)도 회수유로(120)에 연결된 쪽에 연결되도록 한다.
한편, 도시된 것과 같이, 경사진 바닥면을 형성한 경우에, 분산성이 좋지 않은 잉크에 포함된 입자가 바닥에 가라앉으면서 공급유로(110) 쪽으로 몰리는 문제가 더욱 심해진다. 앞서 살펴본 것과 같이, 헤드공급용 저장부(200)에 저장된 잉크를 교반하기 위한 교반장치(220)가 내부에 설치되며, 도시된 헤드공급용 저장부(200)가 적용되는 잉크젯 프린터는 잉크의 지속적인 순환을 통해서 분산성을 향상시키는 구조이고, 교반장치(220)는 이러한 잉크 순환 시스템에 부가되는 구성이기 때문에 메니스커스 상태에 영향을 미치지 않는 수준의 교반으로도 충분한 분산 효과를 얻을 수 있다. 또한, 2개의 이상의 교반기를 설치함으로써, 각각의 교반기를 약하게 동작시키면서도 분산성을 높이는 효과는 충분히 유지될 수 있도록 한다. 그리고 도시된 헤드공급용 저장부(200)는 바닥면(240)이 기울어져 있기 때문에, 교반장치(220)의 회전스틱이 바닥에서 기울어진 상태로 회전하는 경우에 잉크의 흐름이 불안정해지고, 교반장치(220)를 가동하지 않는 경우에 교반기가 위치를 이탈할 염려가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 경사진 바닥면(240)에 평평한 수평홈을 형성하고, 수평홈에 교반장치(220)를 위치시켰다. 또한, 고정틀을 설치하고 회전스틱의 상하 방향으로 돌출된 회전축의 양단이 고정틀에 삽입되도록 구성하여, 회전스틱이 고정된 위치에서 안정적인 회전을 하는 동시에, 바닥에서 소정 간격 이격된 상태로 회전함으로써 회전스틱이 바닥과 마찰하는 문제가 발생하지 않는다.
나아가 기포 제거망(230)을 복수로 설치하여, 제거 효율을 높이는 것이 바람직하다. 복수의 기포 제거망(230)을 적용하는 경우에 기포 제거망에 형성된 메쉬의 간격이나 관통공의 크기를 다르게 구성할 수 있다. 구체적으로 회수유로(120) 측에 위치하는 기포 제거망의 메쉬 간격이나 관통공 크기가 상대적으로 더 크고, 공급유로(110) 측으로 갈수록 메쉬 간격이나 관통공 크기가 상대적으로 더 작아지도록 구성하는 것이 좋다. 메쉬 간격이나 관통공 크기를 순차적으로 변경함으로써, 상대적으로 큰 미세 기포를 먼저 제거하여 기포 제거 효율을 높이는 동시에 헤드공급용 저장부(200) 내부에서의 흐름성을 향상시킬 수 있다.
나아가 회수유로(120)에서 유입된 잉크에 미세 기포가 많이 포함되어 있기 때문에, 도시된 것과 같이, 회수유로(120)와 연결된 부분에서 가장 많은 버블(B)이 형성된다. 그리고 공급유로(110)쪽으로 이동하는 과정에서 나중에 미세 기포가 부유하여 생성되는 버블(B)도 있기 때문에, 복수의 기포 제거망(230)을 이격하여 배치하는 경우에 버블(B)을 제거할 때에도 유리하다.
그리고 압력조절관(310)을 회수유로(120)의 반대쪽 위치에 연결함으로써, 마지막 기포 제거망(230)에 버블(B)이 걸리는 방향의 반대쪽에 압력조절관(310)이 위치하도록 하여, 압력조절관(310)의 근처에서 버블(B)이 터지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
추가적으로 압력조절관(310)이 연결되는 부분에 가드부재(250)를 설치하여, 메니스커스 장치로 버블(B)이 터지면서 부유한 액상의 잉크 방울이 유입되는 위험을 더욱 줄일 수 있다. 가드부재(250)는, 압력조절관(310) 연결부위를 기준으로, 기포 제거망(230) 측 방향이 막혀있고 반대편은 뚫려있는 구조로 구성한다. 이러한 구조에 의해서, 입구 전체를 막는 필터 등으로 인한 메니스커스 장치의 오작동을 방지하면서도 버블(B)이 많이 발생하는 방향을 막아서 버블(B)에 의한 영향을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 헤드공급용 저장부(200)를 적용하는 경우, 잉크에 포함된 미세 기포가 잉크 저장장치에 누적되어 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 안정적인 동작이 가능한 교반기를 포함함으로써, 잉크 순환 시스템과 함께 적용할 때에 잉크에 포함된 입자의 분산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
그리고 압력조절관(310)에 연결된 압력제어부(300)는 음압 발생기와 양압 발생기를 포함하며, 음압 발생기와 양압 발생기는 각각 압력조절관(310)에 연결되고 1개 이상의 밸브를 사용하여 음압 발생기에서 생성한 음압 또는 양압 발생기에서 생성한 양압이 선택적으로 압력조절관(310)을 통해 헤드공급용 저장부(200)에 가해진다. 일반적으로는 음압 발생기와 양압 발생기 각각에 연결된 2개의 밸브를 포함하지만, 정밀한 압력 제어를 위하여 더 많은 수의 밸브를 사용할 수도 있다.
압력조절관(310)을 통해서 헤드공급용 저장부(200)에 가해지는 음압은 잉크젯 헤드(100)가 메니스커스 상태를 유지하도록 하여 정확한 양의 잉크를 토출할 수 있다.
잉크젯 프린터가 동작하게 되면, 잉크젯 헤드를 통해서 잉크가 토출되는 동시에 잉크가 지속적으로 순환되기 때문에, 메니스커스 상태를 유지하도록 헤드공급용 저장부(200)의 내부 압력을 제어하기 위하여 압력제어부(300)가 계속하여 동작하게 된다. 하지만, 잉크젯프린터의 동작 과정에서 압력제어부(300)에 의한 압력 조절이 미세하게 어긋나는 현상이 발생하고 있으며, 압력 제어 과정에서의 이러한 오차는 일반적인 경우에는 큰 문제가 되지 않지만, 최근의 초정밀 제품을 제작하는 과정에서 점차 문제가 되고 있다.
도 6은 압력제어부의 내부에 설치된 압력 센서에서 측정된 압력과 외부에서 측정된 실제 압력을 비교한 그래프이다.
압력 센서는 압력조절관(310)에 연결되어 음압 또는 양압이 선택적으로 전달되는 출력관에 설치하였으며, 출력관 내부의 압력은 밸브의 동작에 따라서 헤드공급용 저장부(200)에 인가되는 압력과 같다.
파란색으로 표시된 그래프는 출력관 내에 설치된 압력 센서에 의해서 측정된 압력을 도시한 그래프이고, 빨간색으로 표시된 그래프는 출력관에 배관을 연결하여 소정 거리 떨어진 위치의 외부 압력 센서에서 측정된 압력이다.
압력제어부가 소정의 출력 압력으로 일정하게 동작하도록 설정하였고, 압력 센서에 측정되는 파란색으로 표시된 압력은 0에서 압력제어부가 가동되면서 압력이 음 또는 양의 값으로 변화되며, 설정된 출력 압력 값을 유지하도록 제어되어 소정 시간 이후에는 일정한 값이 측정되는 것을 확인할 수 있다. 이는 압력제어부의 동작 자체가 출력관 내부의 압력을 측정하는 압력 센서의 값을 기준으로 조절되기 때문이다.
한편, 외부 압력 센서에서 측정된 빨간색 그래프는, 외부에서 설치된 위치의 특성상 파란색의 그래프에 비하여 시차를 두고 압력이 발생하고 있으며, 초기에는 파란색 그래프와 동일하게 일정한 압력 값을 유지하다가 점차 압력 값이 변화하여 파란색 그래프와의 차이가 벌어지는 것을 확인할 수 있다.
빨간색 그래프는 소정 거리 떨어진 위치의 외부 압력 센서에서 측정된 값이기 때문에 잉크 저장부에 가해지는 실제 압력에 해당하며, 이하에서는 파란색 그래프의 압력 값을 '센서 출력 압력'으로 명칭하고, 빨간색 그래프의 압력 값을 '실제 출력 압력'으로 명칭 한다. 결국, 압력제어부에서 제어의 기준으로 삼은 센서 출력 압력이 잉크 저장부에 가해지는 실제 출력 압력과 차이가 있기 때문에, 잉크 저장부의 압력 제어 과정에서 오차가 발생하게 됨을 알 수 있다.
본 발명의 발명자들은 연구에 의해서 도 6의 그래프에서 발생한 차이가 온도에 의한 문제임을 확인할 수 있었으며, 도 7은 도 6의 그래프에 온도 변화를 추가한 그래프이다. 도시된 것과 같이, 점선으로 표시된 측정된 온도 값이 ①로 표시된 특정 온도를 넘는 순간부터 센서 출력 압력과 실제 출력 압력에 오차가 발생하였고, 온도가 상승할수록 오차가 센서 출력 압력과 실제 출력 압력에 오차가 커졌으며, 온도가 ②에서 더이상 상승하지 않으면서 오차 값이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
기체 상태 방정식에 의해서 기체의 압력은 온도에도 영향을 받으며, 잉크젯 프린터가 가동되는 경우에 각종 전자부품과 밸브 그리고 양압 발생기 및 음압 발생기로 구성된 압력제어부(300) 자체에서 발생하는 열에 의해서 압력 센서주변의 온도가 상승하게 된다. 나아가 압력제어부 외부의 부품에서 발생하는 열에 의해서 압력 센서주변의 온도가 상승할 수도 있다. 결국, 압력 센서에 의해서 측정되는 부분의 온도가 지속적으로 상승하고 그에 따라서 압력 센서에서 측정되는 센서 출력 압력이 실제 출력 압력과 차이가 발생한다.
이에 본 발명의 발명자들은 온도 센서를 추가하고, 압력 센서에서 측정되는 센서 출력 압력에 대하여 온도에 따른 보정을 수행하도록 구성하였다.
온도 센서는 압력 센서에서 측정되는 압력을 보정하기 위한 것이므로, 압력 센서 주변의 온도를 측정할 수 있는 위치에 설치된다.
도 8은 압력제어부에서 압력 센서에 대한 보정을 위하여 작성된 온도 보상 테이블이다.
압력 센서의 종류 등에 따라서 고유한 특성을 나타내기 때문에 일정한 값으로 보정하는 것은 어려우며, 사용되는 압력 센서에 대하여 개별적으로 온도 보상 테이블을 작성하여 압력제어부(300)에 입력하였다.
압력제어부(300)는 압력 센서에서 측정된 압력에 대하여 온도 센서에서 측정된 온도 값에 도 8의 온도 보상 테이블을 반영한 '보정 센서 출력 압력'을 기준으로 압력제어부의 제어를 수행하도록 하였다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력제어부의 온도 보상을 반영한 보정 센서 출력 압력과 외부에서 측정된 실제 압력을 비교한 그래프이다.
파란색으로 표시된 그래프가 온도 센서에서 측정된 온도 값을 온도 보상 테이블에 따라 보정한 '보정 센서 출력 압력'이며, 빨간색으로 표시된 그래프가 소정 거리 떨어진 위치의 외부 압력 센서에서 측정된 '실제 출력 압력'이다. 압력제어부(300)가 보정 센서 출력 압력을 기준으로 압력제어부를 제어한 결과, 보정 센서 출력 압력과 실제 출력 압력 사이에 오차가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 것과 같이 음압 발생기와 양압 발생기 각각에 조절 밸브가 하나씩 설치된 구성이 일반적이지만, 이에 한정되는 아니며, 더욱 정밀한 제어를 위해서는 추가적인 조절 밸브와 음압 발생기 또는 양압 발생기를 더 구비할 수 있다. 예를 들면, 음압 발생기와 연결된 배관에 복수의 조절 밸브를 설치하여 이들을 개별적으로 제어함으로써 더욱 정밀한 압력 조절을 수행할 수도 있고, 복수의 음압 발생기를 설치하고 각각의 음압 발생기 각각에 조절 밸브가 설치될 수도 있다. 이때 각각의 조절 밸브를 제어하기 위하여, 압력제어부 내에 복수의 압력 센서가 설치될 수 있으며, 복수의 압력 센서 각각에 대하여 온도 보정을 수행하도록 구성한다. 나아가 복수의 압력 센서가 설치된 위치의 차이에 의해서 온도에 차이가 발생할 수 있으므로, 복수의 압력 센서 각각에 대하여 주변의 온도를 측정할 수 있도록 복수의 온도 센서를 적용할 수 있다. 또한, 복수의 압력 센서 각각에 대하여 개별적으로 온도 보상 테이블을 작성하여 제어부에 입력할 수 있다.
이와 같은 구성의 압력제어부는 내부에 설치된 압력 센서를 기준으로 제어를 수행하되, 압력 센서 주변의 온도를 측정하는 온도 센서를 추가로 구성하고, 온도에 따른 보정을 수행함으로써 실제 출력 압력을 더욱 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압력제어부의 출력 압력을 정확하게 제어함으로써 잉크 저장부의 내부 압력을 더욱 정확하게 제어할 수 있고, 연속적으로 장시간 사용하는 경우에도 잉크젯 프린터의 프린팅 정밀도가 지속되는 효과를 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 순환 공급 시스템에 잉크 넘침을 대비한 구성을 추가한 잉크젯 프린터의 구조를 나타내는 모식도이다.
헤드공급용 저장부(200)에 잉크가 과도하게 공급되어 넘치는 경우에 압력조절관(310)을 통해서 압력제어부(300)로 잉크가 유입될 수 있으며, 이 경우 정밀하게 압력을 제어하는 압력제어부(300) 내부의 소자가 고장나는 문제가 발생한다.
이에 본 실시예에서는 압력조절관(310)에 액체를 감지하는 잉크 감지 센서(320)를 설치해서 잉크가 넘치는 것을 감지할 수 있도록 구성하였다. 잉크 감지 센서(320)에서 잉크를 감지하면, 압력제어부(300)로 이어진 관에 설치된 전환밸브(330)가 동작하여 유입된 잉크는 벤트부(340)로 보내서 압력제어부(300)로의 유입을 방지한다.
이때, 압력제어부(300)가 압력제어를 하지 못하므로, 헤드공급용 저장부(200)를 대기 개방 상태로 변경하고, 공급유로(110)와 회수유로(120)를 통한 잉크의 흐름을 중단하여 잉크젯 헤드(100)를 통한 잉크의 누설을 방지한다.
그리고 압력제어부(300)에 의한 음압에 의해서 잉크가 더 빠르게 유입될 수 있으므로, 압력제어부(300)는 즉시 동작을 중지하고 고장 신호를 발신한다.
이와 같은 구성으로 인하여, 헤드공급용 저장부에서 잉크가 넘치는 경우에도 압력제어부가 고장 나지 않으며, 잉크젯 헤드로 잉크가 누설되지 않고 동작을 멈추고 사용자에 의한 수리를 대기한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 잉크젯 헤드 110: 공급유로
120: 회수유로 130: 순환펌프
140: 바이패스 유로 142: 방향전환 밸브
200: 헤드공급용 저장부 220: 교반장치
230: 기포 제거망 240: 바닥면
250: 가드부재 300: 압력제어부
310: 압력조절관 320: 잉크 감지 센서
330: 전환밸브 340: 벤트부
400: 버퍼 저장부 410: 제1수송관
412: 제1밸브 420: 교반장치
422: 회전스틱 424: 회전축
426: 고정틀 430: 벤트부
500: 잉크 저장 탱크 510: 제2수송관
512: 제2밸브 520: 제3수송관
522: 제3밸브 530: 가스 공급부

Claims (8)

  1. 잉크를 토출하는 복수의 노즐을 구비한 잉크젯 헤드와 잉크젯 프린터 내부에 위치하며 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하는 헤드공급용 저장부 및 잉크젯 프린터 외부에 위치하며 헤드공급용 저장부에 잉크를 공급하기 위한 잉크 저장 탱크를 구비한 잉크젯 프린터에 잉크를 공급하는 시스템으로서,
    상기 헤드공급용 저장부 및 상기 잉크 저장 탱크와 연결된 버퍼 저장부;
    상기 버퍼 저장부에서 상기 헤드공급용 저장부로 잉크를 보내주는 제1수송관;
    상기 잉크 저장 탱크에서 상기 버퍼 저장부로 잉크를 보내주는 제2수송관; 및
    상기 버퍼 저장부에서 상기 잉크 저장 탱크로 잉크를 보내주는 제3수송관을 포함하며,
    상기 제2수송관과 제3수송관에 의해서, 상기 버퍼 저장부와 상기 잉크 저장 탱크 사이에 잉크를 순환시켜 이동함으로써 잉크의 분산성을 유지할 수 있고,
    상기 헤드공급용 저장부에서 상기 잉크젯 헤드로 잉크를 공급하기 위한 공급유로와 상기 잉크젯 헤드에 잔류하는 잉크를 헤드공급용 저장부로 되돌려 보내는 회수유로 및 상기 공급유로 또는 상기 회수유로 중에 한곳에 설치되어 잉크를 순환시키는 순환펌프를 더 포함하며, 상기 순환펌프를 거치지 않고 잉크가 이동할 수 있는 바이패스 유로를 추가로 구비하여, 방향전환 밸브에 의해서 순환펌프가 설치된 유로와 바이패스 유로 중에 한 곳으로 잉크가 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼 저장부에 잉크를 교반하기 위한 교반장치가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교반장치가 마그네틱 회전 교반장치인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드공급용 저장부에 잉크를 교반하기 위한 교반장치가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 교반장치가 마그네틱 회전 교반장치인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드공급용 저장부에 연결되어 압력을 제어하는 압력제어부를 포함하고,
    상기 헤드공급용 저장부와 상기 압력제어부를 연결하는 관에는, 헤드공급용 저장부에서 넘어온 잉크를 감지하는 잉크 감지 센서와 잉크 감지 센서에서 잉크를 감지하면 유로의 연결 방향을 전환하는 3방향 밸브인 전환밸브 및 상기 전환밸브에서 전환된 방향에 연결되어 잉크를 배출하는 벤트부가 설치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 잉크 순환 공급 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114603999B (zh) * 2022-03-03 2024-04-05 浙江普崎数码科技有限公司 一种数码印刷机的墨路系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009279848A (ja) * 2008-05-22 2009-12-03 Fujifilm Corp インクジェット記録装置
JP2010099855A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Canon Inc インクジェット記録装置
KR101989375B1 (ko) * 2018-11-16 2019-06-14 주식회사 고산테크 잉크젯 헤드의 잉크 순환 공급 시스템 및 방법
JP2019177549A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 ブラザー工業株式会社 印刷装置、印刷装置の制御方法、及びプログラム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101987701B1 (ko) * 2017-06-20 2019-06-11 주식회사 에스에프에이 잉크젯 압력 조정 유닛 및 그를 구비한 잉크젯 인쇄 장치, 그리고 잉크젯 압력 조정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009279848A (ja) * 2008-05-22 2009-12-03 Fujifilm Corp インクジェット記録装置
JP2010099855A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Canon Inc インクジェット記録装置
JP2019177549A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 ブラザー工業株式会社 印刷装置、印刷装置の制御方法、及びプログラム
KR101989375B1 (ko) * 2018-11-16 2019-06-14 주식회사 고산테크 잉크젯 헤드의 잉크 순환 공급 시스템 및 방법

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