KR20030069599A

KR20030069599A - 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지

Info

Publication number: KR20030069599A
Application number: KR1020020009481A
Authority: KR
Inventors: 이재철; 김무열; 김정선; 크라스노스로보체프밸러리; 신동렬; 한승헌
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-08-27
Also published as: KR100408306B1

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 관하여 개시한다. 개시된 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는 하우징; 상기 하우징을 다수의 챔버로 분할하도록 상기 하우징의 커버로부터 하방으로 연장되고, 그 하부에는 챔버간 이동통로가 형성된 다수의 수직격벽들; 상기 하우징의 잉크를 외부로 공급하도록 상기 하나의 최외곽의 채널 상부에 형성된 잉크 공급출구; 상기 잉크 공급출구가 형성된 챔버와 대응되는 다른 최외곽 챔버의 하부에서 대기를 상기 하우징내로 통과시키며 상기 챔버 내의 잉크는 외부로 새지 않도록 선택적으로 투과시키는 멤브레인;을 구비한다.

Description

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

본 발명은 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 격벽 내의 잉크의 소진으로 생성되는 진공 부피를 외기로 채워서 잉크 저장부의 압력을 일정하게 유지하는 잉크 카트리지에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는 저장된 잉크를 프린트 헤드를 통해 잉크 액적(droplet)으로 토출시켜서 용지 위에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치를 말한다. 이러한 잉크 카트리지에 있어서, 인쇄시 과다한 양의 잉크가 프린트헤드로 세어나가거나 인쇄를 하지 않을 때 프린트헤드에서 웨팅(wetting) 현상이 일어나는 것을 방지하기 위해서는 잉크저장부를 적정한 부압의 상태로 유지하는 것이 필요하다.

도 1은 미국특허 제6,012,808호에 개시된 부압유지수단을 구비하는 잉크 카트리지를 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 잉크 카트리지(10)는 하우징(11)의 상부로부터 하방으로 연장되어 상기 하우징(11)내 잉크저장부를 두 개의 챔버로 나누는 수직격벽(15)에 의해서 제1(13) 및 제2챔버(14)로 구분되어 있다. 제1챔버(13)내에는 잉크가 채워지며, 제2챔버(14)에는 다공질의 스폰지(S) 및 잉크가 채워져 있다. 상기 제2챔버(14)의 일측에는 잉크공급출구(16)가 형성되어 있으며, 하우징(11)의 상부에는 외기의 대기를 인입하는 통기홀(11a)이 형성되어 있다. 또한, 상기 수직격벽(16)의 하부에는 제1챔버(13)의 잉크를 제2챔버(14)로 공급하는 잉크 통로(15a)가 형성되어 있다.

상기 구조의 잉크 카트리지(10)는 1차적으로 스폰지(S)내의 잉크가 소모되면제1챔버(13)의 잉크가 스폰지(S)의 모세관힘에 의해 빨려가면서 잉크가 공급되며 이때 통기홀(11a)로부터 유입되는 공기가 제1챔버(13)의 잉크가 빠져간 공간을 메움으로써 제1챔버(13)내 진공 부피의 생성을 막으며, 따라서 지나친 부압증가를 막는다.

그러나 상기 구조의 잉크 카트리지(10)에서는 스폰지(S)의 부피가 크고, 또한, 스폰지(S)내의 잉크를 다 사용하지 못하고 남는 잔류 잉크로 인하여 잉크 카트리지(10) 내 잉크 사용량이 적은 문제점이 있다. 또한, 사용되고 폐기되는 스폰지(S)로부터의 환경문제가 발생될 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다공질 폼(foam)을 사용하지 않고도 잉크 카트리지의 잉크저장부의 부압을 소정 압력으로 일정하게 유지하며, 잉크 카트리지 내 대부분의 잉크를 사용할 수 있는 멤브레인을 이용한 잉크 카트리지를 제공하는 것이다.

도 1은 미국특허 제6,012,808호에 개시된 부압유지수단을 구비하는 잉크 카트리지를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지의 측면 단면도,

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 잉크 카트리지를 사용시 잉크가 소모되는 과정을 설명하는 도면,

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지의 측면 단면도,

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 잉크 카트리지를 사용시 잉크가 소모되는 과정을 설명하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

100, 200: 잉크 카트리지 110, 210: 하우징

120: 부수직격벽 122: 주수직격벽

130, 250: 잉크 공급출구 140,240,242: 멤브레인

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는, 하우징;

상기 하우징을 다수의 챔버로 분할하도록 상기 하우징의 커버로부터 하방으로 연장되고, 그 하부에는 챔버간 이동통로가 형성된 다수의 수직격벽들;

상기 하우징의 잉크를 외부로 공급하도록 상기 하나의 최외곽의 채널 상부에 형성된 잉크 공급출구;

상기 잉크 공급출구가 형성된 챔버와 대응되는 다른 최외곽 챔버의 하부에서 대기를 상기 하우징내로 통과시키며 상기 챔버 내의 잉크는 외부로 새지않도록 선택적으로 투과시키는 멤브레인;을 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크 카트리지는, 하우징;

상기 하우징의 일측면으로부터 소정 거리 격리되게 상기 하우징의 바닥면으로부터 상방으로 연장되어 제1챔버 및 제2챔버를 형성하고, 그 상부에는 챔버간 이동통로가 형성된 주수직격벽;

상기 제1챔버의 하부에서 대기를 상기 하우징내로 통과시키며 상기 잉크는 하방으로 새지않는 멤브레인;

상기 제2챔버내에서, 상기 하우징의 바닥면으로부터 상방으로 연장되어 상기 제2챔버를 다수의 공간으로 분할하며, 상기 다수의 공간간의 잉크의 유통을 위해서 기공이 형성된 다수의 부수직격벽;

상기 하우징의 잉크를 외부로 배출하도록 상기 제1챔버의 하부에 형성된 잉크 공급출구;를 구비한다.

상기 멤브레인은, 직물사이에 폴리테트라플로로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 삽입된 멤브레인이며, 상기 폴리테트라플로로에틸렌은, 그 두께가 0.15~0.5 ㎛ 인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지의 측면 단면도이다.

도면을 참조하면, 잉크 카트리지(100)는 측벽(112), 바닥면(114) 및 커버(116)로 외형을 이루는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)을 다수의 챔버로 분할하도록 상기 하우징(110)의 커버(116)로부터 하방으로 연장되고 그 하부에는 챔버간 이동통로(120a, 122a)가 형성된 다수의 수직격벽들(120, 122)을 구비한다. 그리고 상기 형성된 챔버중 하나의 최외곽의 챔버의 상부에는 잉크 공급출구(130)가 형성되어 있으며, 상기 잉크 공급출구(130)가 형성된 챔버와 반대쪽의 최외곽의 챔버의 하부에는 대기와 소통되어서 대기를 하우징(110) 내로 통과시키면서도 하우징(110) 내의 잉크는 밖으로 통과시키지 않는 멤브레인(140)이 형성되어 있다.

상기 멤브레인(140)은, 양 가장자리의 직물 사이에 0.15~0.5 ㎛ 두께의 폴리 테트라 플로로 에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE)이 삽입된 것으로서, 그 기공의 크기는 0.3 ㎛ 이하이다. 이러한 멤브레인은 압력 20,000 mmH₂O 하에서도 물을 통과시키지 않는다.

또한, 상기 수직격벽들은 상기 잉크 공급출구(130)에 인접한 주수직격벽(122)과 나머지 공간을 등간격으로 분할하는 다수의 부수직격벽(120)이 형성되어 있다. 상기 주수직격벽(122)은 인접한 측벽(112)과의 사이에 채워진 잉크의 압력 즉, P=-ρgh (여기서 ρ는 잉크의 밀도, g는 중력 상수, h는 주수직격벽 내의 잉크의 높이)을 잉크 공급출구(130)에 부압으로 작용하게 한다. 상기 부수직격벽들(120)은 잉크 카트리지(100)의 운송중 받는 진동에도 잉크 챔버 간의 유동을 방지한다.

상기 실시예의 잉크 카트리지(100)의 작용을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 상기 잉크 카트리지(100)를 사용시 잉크가 소모되는 현상을 설명하는 도면이다.

도면을 참조하면, 먼저 잉크 카트리지(100)는 소정의 부압을 유지한 상태로 잉크가 채워진다.

잉크 카트리지(100)로부터 잉크 공급출구(130)를 통해서 잉크를 사용함에 따라서 잉크 카트리지(100) 내에는 잉크 사용량에 해당되는 부피의 진공이 형성되며, 이에 따라서 대기압과의 차이가 커져서 외기로부터 공기가 멤브레인(140)을 통해서 잉크 카트리지(100) 안으로 유입된다. 도 3a에서 보면, 유입된 공기는 버블 형태로서 위로 올라가므로 상기 멤브레인(140)으로부터 가장 가까운 제1챔버(151)를 먼저 채우게 된다. 따라서 진공부분에 해당되는 부피의 공기가 유입되어 잉크 카트리지(100)는 잉크 사용시에도 일정한 부압이 유지된다.

이어서, 잉크가 잉크 공급출구(130)를 통해서 계속 사용되면, 제1챔버(151)를 형성하는 수직격벽(120)의 이동통로(120a)의 상단까지 잉크가 소진된 후, 도 3b에서 보는 것과 같이 상기 멤브레인(140)으로부터 유입된 공기는 제2챔버(152)로 들어가면서 잉크 카트리지(110) 내의 진공 부피를 채우므로, 잉크 카트리지(110) 내에는 상기 주수직격벽(122) 및 측벽(112) 사이의 일정 높이의 잉크로 형성되는압력에 의해서 일정한 부압이 유지된다.

다음으로, 계속해서 잉크를 사용하게 되면 도 3c에서 보는 바와 같이 마지막 챔버(155)를 제외한 잉크가 소진된 다음, 소정 량의 잉크가 더 사용되면서 대기로부터 유입된 공기는 마지막 챔버(155) 상부로 이동된다. 계속 잉크를 사용하게 되면서 마지막 챔버(155) 내의 잉크 높이가 줄어들면서 마지막 챔버(155) 내의 잉크 중량에 의한 부압은 서서히 감소하면서 소량의 잉크가 잉크 카트리지(100)에 남은 상태에서 잉크 카트리지(100)의 수명이 다하게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지(200)의 측면 단면도이다.

도면을 참조하면, 잉크 카트리지(200)는 측벽(212), 바닥면(214) 및 커버(216)로 외형을 이루는 하우징(210)과, 상기 하우징의 일측면으로부터 소정 거리 격리되게 상기 하우징(210)의 바닥면(214)으로부터 상방으로 연장되어 제1챔버(221) 및 제2챔버(222)를 형성하고, 그 상부에는 챔버간 이동통로(220a)가 형성된 주수직격벽(220)과, 상기 제2챔버(222)내에서, 상기 하우징의 바닥면(214)으로부터 상방으로 연장되어 상기 제2챔버(222)를 다수의 공간으로 균등하게 분할하며, 상기 제2챔버(222) 내의 잉크의 유통을 위해서 다수의 기공(P)이 형성된 다수의 부수직격벽(230)을 구비한다. 그리고, 상기 제1챔버(221)의 하부에는 하우징(210) 내의 부압이 더 떨어지면 떨어진 정도의 부압을 보상하기 위해서 대기를 상기 하우징(210) 내로 통과시키며 상기 잉크는 외부로 새지않는 제1멤브레인(240)이 마련되며, 상기 제2챔버(222)의 하부에는 상기 하우징(210)의잉크를 외부로 배출하도록 잉크 공급출구(250)가 형성되어 있다. 또한, 상기 이동통로(220a)에는 상기 챔버들 간의 잉크의 유통을 막고 제1챔버(221)로부터 제2챔버(222)로의 공기의 유통만을 선택적으로 허용하는 제2멤브레인(242)이 형성되어 있다.

상기 제1멤브레인(240)은, 양 가장자리의 직물 사이에 0.15~0.5 ㎛ 두께의 폴리 테트라 플로로 에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE)이 삽입된 것으로서, 그 기공의 크기는 0.3 ㎛ 이하이다. 이러한 멤브레인은 압력 20,000 mmH₂O 하에서도 물을 통과시키지 않는다. 또한, 상기 제2멤브레인(242)도 상기 제1멤브레인(240)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 실시예의 잉크 카트리지(200)의 작용을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5a 내지 도 5c는 상기 잉크 카트리지(200)를 사용시 잉크가 소모되는 과정을 설명하는 도면이다. 도면을 참조하면, 먼저 잉크 카트리지(200)는 소정의 부압을 유지한 상태로 잉크가 채워진다. 상기 제1챔버(221) 내 유체의 압력 즉, P=-ρgh (여기서 ρ는 제1챔버 내의 유체의 밀도, g는 중력 상수, h는 제1챔버 내의 잉크의 높이)가 잉크 공급출구(130)에 부압으로 주로 작용하게 한다.

잉크 카트리지(200)로부터 잉크 공급출구(250)를 통해서 잉크를 사용함에 따라서 제2챔버(222) 내에는 잉크 사용량에 해당되는 부피의 진공이 형성되며, 이에 따라서 대기압과의 차이가 더 발생된다. 상기 발생된 대기압의 차이로 외기로부터 공기가 제1멤브레인(240)을 통해서 제1챔버(221) 안으로 유입된다. 도 5a에서 보면, 유입된 공기는 버블 형태로서 제1챔버(221)에 채워진 유체, 예컨대 잉크를 통해서 위로 올라간다. 이렇게 제1챔버(221)의 상부로 이동된 공기는 제2멤브레인(242)을 통해서 제2챔버(222)로 이동된다. 이 때 상기 부수직격벽들(230)은 서로 기공(P)을 통해서 연통이 된다. 잉크 소모량에 따른 진공부분에 해당되는 부피의 공기가 유입되어 잉크 카트리지(200)는 잉크 사용시에도 일정한 부압이 유지된다(도 5a 참조). 한편, 상기 제1멤브레인(240) 상의 유체(Fluid: F)는 대기로부터의 공기의 급격한 유입을 조절하는 역할을 한다.

이어서, 잉크가 잉크 공급출구(250)를 통해서 계속 사용되면, 제2챔버(251)의 잉크 수위는 도 5b에 도시된 바와 같이 점점 낮아진다. 이 때 사용된 잉크 부피에 해당하는 공기가 제1(240) 및 제2멤브레인(242)을 통해서 제2챔버(222)를 채우므로 제2챔버(222) 내에는 일정한 부압이 유지된다.

다음으로, 계속해서 잉크를 사용하게 되면 도 5c에서 보는 바와 같이 제2챔버(222) 내의 잉크는 대부분이 소진되며, 제1챔버(221)의 유체가 잉크인 경우에도 사용을 할 수 없게 된다. 따라서, 제1챔버(221) 내에는 잉크 대신에 물과 같은 유체를 사용하여도 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지는 다공질 폼(foam)을 사용하지 않고도 잉크가 저장되는 잉크저장부의 대부분의 잉크가 소진되며, 잉크 카트리지 내에 생성된 진공부피를 외부의 공기가 채우므로 잉크저장부의 압력은 초기 상태와 같은 부압으로 유지되므로 잉크 카트리지로부터 인쇄매체로의 액적의 공급이 원활해진다.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims

하우징;

상기 하우징을 다수의 챔버로 분할하도록 상기 하우징의 커버로부터 하방으로 연장되고, 그 하부에는 챔버간 이동통로가 형성된 다수의 수직격벽들;

상기 하우징의 잉크를 외부로 공급하도록 상기 하나의 최외곽의 채널 상부에 형성된 잉크 공급출구;

상기 잉크 공급출구가 형성된 챔버와 대응되는 다른 최외곽 챔버의 하부에서 대기를 상기 하우징내로 통과시키며 상기 챔버 내의 잉크는 외부로 새지않도록 선택적으로 투과시키는 멤브레인;을 구비하며,

상기 하우징 내 잉크가 채워진 잉크저장부를 일정한 부압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인은,

직물사이에 폴리테트라플로로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 삽입된 멤브레인인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 2 항에 있어서, 상기 폴리테트라플로로에틸렌은,

그 두께가 0.15~0.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 1 항에 있어서,

상기 수직격벽들은 상기 하우징 내에서 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
하우징;

상기 하우징의 일측면으로부터 소정 거리 격리되게 상기 하우징의 바닥면으로부터 상방으로 연장되어 제1챔버 및 제2챔버를 형성하고, 그 상부에는 챔버간 이동통로가 형성된 주수직격벽;

상기 제1챔버의 하부에서 대기를 상기 하우징내로 통과시키며 상기 잉크는 하방으로 새지 않는 제1멤브레인;

상기 제2챔버내에서, 상기 하우징의 바닥면으로부터 상방으로 연장되어 상기 제2챔버를 다수의 공간으로 분할하며, 상기 다수의 공간 사이의 잉크의 유통을 위해서 기공이 형성된 다수의 부수직격벽;

상기 하우징의 잉크를 외부로 배출하도록 상기 제1챔버의 하부에 형성된 잉크 공급출구;를 구비하며,

상기 잉크가 채워진 잉크저장부를 일정한 부압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 5 항에 있어서, 상기 이동통로에는,

상기 챔버간의 잉크의 유통을 막고 제1챔버로부터 제2챔버로의 공기의 유통만을 선택적으로 허용하는 제2멤브레인;이 더 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 멤브레인은,

직물사이에 폴리테트라플로로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 삽입된 멤브레인인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 7 항에 있어서, 상기 폴리테트라플로로에틸렌은,

그 두께가 0.15~0.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
제 5 항에 있어서,

상기 부수직격벽들은 상기 제2챔버 내에서 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.