KR20060010290A - 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지 - Google Patents

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Abstract

개시된 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지는 카트리지 케이스와 카트리지 케이스 하부에 장착되며, 잉크를 일시적으로 저장하기 위한 잉크챔버와 잉크를 분사하기 위한 노즐을 갖는 헤드칩 및 헤드칩의 잉크챔버 또는 노즐의 측벽에 형성된 유입구와 노즐배치면에 형성된 배출구를 연통시켜 소정의 전압을 인가받아 전기삼투현상에 의해 이물질을 외부로 배출하는 유동채널로 구성된 펌핑수단을 구비한다.
카트리지, 노즐

Description

펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지{Ink Cartridge Having a Pumping Means}
도 1은 종래의 잉크카트리지를 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 제 1실시예를 보여주는 부분단면도,
도 3은 본 발명에 따른 제 2실시예를 보여주는 부분단면도,
도 4는 본 발명에 따른 제 3실시예를 보여주는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 선 A-A’를 따르는 도면,
도 6은 본 발명에 따르는 펌핑수단의 동작을 보여주는 블럭도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
160 : 헤드칩 161 : 노즐
162 : 잉크챔버 212 : 유동채널
211, 213 : 전극 250 : 전압부
270, 370, 380 : 펌핑수단 310 : 이물질챔버
400 : 마이크로펌프
본 발명은 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지에 관한 것으로써, 보다 상세하게 는 헤드칩(Head Chip)의 잉크를 일시적으로 저장하는 잉크챔버내에 생성되는 이물질을 외부로 배출할 수 있도록 한 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지에 관한 것이다.
종래의 잉크를 사용하는 화상형성장치에는 하나 또는 다수의 잉크 카트리지를 포함한다.
상기 잉크 카트리지에서의 노즐을 통한 잉크토출방법은 가열방식의 히터를 이용하는 방법과 압전소자를 이용해 토출하는 방식으로 나뉜다.
이하, 종래 기술에 대한 설명에서는 히터를 이용해서 잉크를 토출하는 잉크 카트리지를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 잉크 카트리지를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 복수개의 노즐(161)은 잉크챔버(162)와 연통하고 있고, 잉크챔버(162)는 예컨데, 노랑, 청록, 심홍 또는 검정 잉크를 포함하고 있는 폼(112)으로 부터 필터(130)를 통과한 잉크를 일시적으로 수용한다.
잉크챔버(162)는 각각의 노즐(161)에 대향하게 형성되며 잉크는 잉크챔버(162)와 노즐(161)사이에 모일 수 있다.
또한, 히터(170)가 잉크챔버(162)내에 배치되고, 컨트롤러(미도시)에 접속되며, 컨트롤러는 히터(170)를 작동시키기 위해 순차적인 전기신호를 제공한다. 컨트롤러가 전기펄스를 히터(170)에 제공할 때, 히터(170)는 히터(170) 부근의 잉크 일부를 가열하며, 히터(170) 부근의 잉크의 일부는 증발되고, 증기기포를 형성한다. 증기기포가 형성됨으로써 잉크챔버(162)내의 잉크가 가압되고, 잉크방울이 노즐(161)로부터 분출되어 용지등의 기록매체(미도시)에 상을 형성한다.
이때, 잉크방울이 노즐(161)을 거쳐서 토출될 때, 히터(170)의 과다 가열로 인해서 발생된 미세물질이 잉크챔버(162)내의 하면 또는 측부에 발생하게 되며, 상기와 같은 현상이 지속적으로 발생하는 경우, 노즐(170) 통로가 막히는 현상을 초래하게 된다.
따라서, 인쇄하고자하는 화상의 인쇄품질을 저하시키는 문제점과, 잉크챔버(162)내에 이물질이 발생하여 카트리지 제품수명의 단축등을 가져오는 문제점이 있었다.
일반적으로, 상기 노즐의 막힘현상과 이물질이 생성되는 것을 방지하기 위해 잉크를 이용한 화상형성장치에는 잉크 카트리지가 수평으로 이동하면서 그 하부의 노즐을 크리닝하기 위해 서비스 스테이션이 마련되며, 서비스 스테이션에서 캡핑(Capping) 과, 와이핑(Wiping) 및 잉크가 원활하게 분사되도록 모든 노즐들을 통해 잉크를 분사시켜 막힌 노즐을 뚫는 스피팅(Spitting) 작업을 수행한다
따라서, 노즐 통로와 노즐주변에 이물질과 잉크와 굳어 막히는 현상을 방지 할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 캡핑, 와이핑, 스피팅만의 크리닝작업만으로는 잉크챔버 내부에 생성된 이물질을 제거 할수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, 본 발명의 목적은 잉크 카트리지의 일정회수 사용 후, 헤드칩의 잉크챔버내에 생성되는 이물질을 외부로 배출하도록 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지를 제공하는데 있 다.
본 발명의 펌핑수단을 갖는 잉크 카트리지는 잉크 저장공간을 갖는 카트리지 케이스와; 상기 카트리지 케이스 하부에 장착되며, 잉크를 일시적으로 저장하기 위한 잉크챔버와 잉크를 분사하기 위한 노즐을 갖는 헤드칩; 및 상기 헤드칩의 잉크챔버 또는 노즐의 측벽에 형성된 유입구를 갖는 유동채널을 통해 내부의 이물질을 외부로 배출하기 위한 펌핑수단을 포함한다.
여기서, 상기 유동채널의 배출구는 상기 헤드칩의 노즐이 배치된 면에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유동채널의 배출구는 상기 헤드칩의 잉크챔버 양측면에 배치되되, 외부에 연통되도록 배치될 수도 있다.
그리고, 상기 펌핑수단은 캡핑(Capping)시 또는 스피팅(Spitting)시에만 작동되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유동채널상의 소정위치에 이물질을 저장하는 이물질챔버가 연통되어 형성되되, 상기 유동채널은 상기 이물질챔버를 경계로하여 제 1유동채널과 제 2유동채널로 나뉘어 연결되고, 상기 제 1,2유동채널 양단부에는 제 1, 2전극이 각각 설치되며, 상기 제 1, 2전극에 소정의 전압을 인가하는 제 1, 2전압부가 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 이물질챔버에는 상기 제 1유동채널을 통해 유입된 이물질의 양을 감지하기 위한 수위감지기가 추가로 설치될 수도 있다.
그리고, 상기 펌핑수단은 상기 유동채널 양단부에 형성된 전극 및 상기 전극에 소정의 전압을 인가하는 전압부를 포함한다.
또한, 상기 펌핑수단은 상기 유동채널에 전자기력에 의해 회전동작하는 임펠러를 갖는 마이크로펌프(Micro Pump)가 추가로 설치될 수도 있다.
한편, 상기 유동채널과 상기 이물질챔버와 상기 마이크로 펌프 중 적어도 하나는 반도체 MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정으로 제조되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
또한, 상기에 기술한 종래의 기술 설명에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 명기하여 그에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 유동채널의 유입구가 잉크챔버 측벽에 형성된 발명의 제 1실시예를 보여주고 있다.
도 2를 참조하면, 카트리지 케이스(110) 내부에는 잉크를 포함하고 있는 폼(112)이 형성되고, 폼(112)에 포함되어 있는 잉크에서 이물질을 걸러내어 잉크공급홀(140)로 보내주기 위해 필터(130)가 형성되어 있다.
그리고, 컨트롤러는 히터(170)에 전기 펄스를 제공하고, 히터(170)는 히터(170) 부근의 잉크를 일부 가열하여, 일부는 증발하고 증기기포를 형성한다.
따라서, 증기 기포가 형성됨으로써 잉크챔버(162)내의 잉크가 가압되고, 잉 크 방울이 헤드칩(160)내에 형성된 노즐(161)을 통해 분사되어 기록매체에 상을 표시한다.
이때, 히터(170)가 과열되거나, 장기간 사용시에는 상기 잉크챔버(162) 및 노즐(161) 내부에 굳은 잉크나 찌꺼기등의 이물질이 쌓이게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 잉크가 일시적으로 저장되는 헤드칩(160)의 잉크챔버(162) 측벽에 유입구(212a)를 형성하고, 복수개의 노즐(161)이 배치된 면에 배출구(212b)가 형성하며, 그를 연통하는 유동채널(212)을 형성하였다.
즉, 잉크챔버(162)와 연통하는 유동채널(212)을 형성하고, 이를 통해 이물질을 잉크챔버(162) 외부로 배출해 내도록 한 것이다.
상기 유동채널(212)내의 유동은 전기삼투(Electro-osmotic)현상을 이용해 발생되도록 한다. 구체적으로는, 유동채널(212) 양단에 설치된 전극(211, 213)으로 전압부(250)를 통해 전압을 걸어주면, 유동채널(212)상에 전기장이 형성되어 전기삼투현상이 발생한다.
즉, 전류이동 방향과 반대인 전하는 전기장을 따라서 이동하고, 용액 성분의 이물질도 전하의 방향과 동일한 방향으로 이동한다.
따라서, 유입구(212a)측의 유동채널(212)상에는 (-)극, 배출구(212b) 측의 유동채널(212)상에 (+)극 을 연결하여 전압을 걸어주면, 전류의 반대 방향으로 용액성질의 이물질이 (-)에서 (+)방향으로 이동하여, 잉크챔버(162)내에 이물질을 배출구(212b)를 통해 외부로 배출하게 된다.
또한, 유동채널(212)의 직경이 매우 작게 형성되기 때문에 펌핑수단(270)이 동작하지 않는 경우, 모세관현상에 의해 외부로 배출되지 않는다.
다만, 인쇄중에 상기 유동채널(212)로 부터 잉크의 누설을 확실하게 차단하기 위해 착탈식의 캡(Cap, 미도시)을 상기 배출구(212b)에 설치할 수 있다.
물론, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 유동채널의 배출구를 노즐 배치면이 아닌 헤드칩의 측면을 관통하여 형성하되, 외부와 연통시키게 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 제 1실시예에서는 유동채널의 유입구가 잉크챔버 내측면에 형성되었지만, 노즐 통로에 독립적으로 형성되거나, 상기 잉크챔버와 함께 동시에 형성되어 이물질을 펌핑하도록 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제 2실시예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1실시예의 유동채널(212)상의 중앙부에 상기와 같이 전기삼투현상으로 유동되는 이물질을 일정량 저장할 수 있는 이물질챔버(310)를 추가로 설치하고, 이물질챔버(310)를 경계로 유동채널(212)을 제 1, 2유동채널(222, 232)로 나뉘어 연결한다.
이때, 제 1,2 유동채널(222, 232)의 양단부에는 각각 상기 제 1실시예의 유동채널(212)과 동일하게 전극(221, 223, 231, 233)을 설치하고, 잉크챔버(162)내의 측벽에 형성된 유입구(222a)와 연통되도록 제 1유동채널(222)을 형성하고, 노즐(161) 배치면에 형성된 배출구(232b)와 연통되도록 제 2유동채널(232)을 형성한다.
또한, 상기 제 1, 2유동채널(222, 232)의 전극(221, 223, 231, 233)에 각각 의 전압을 걸어줄 수 있는 제 1, 2전압부(260, 270)를 상기 제 1실시예에서와 같이 형성한다.
잉크챔버(162) 내부에 생성된 이물질을 배출하기 위해 제 1전압부(260)를 통해 제 1유동채널(222)에 전압을 인가하면, 이물질은 전기삼투현상에 의해 이물질챔버(310) 내부로 유입되어 일정량이 쌓이게 된다.
도 6을 참조 하면, 상기와 같이 일정량의 이물질이 이물질챔버(310) 내부에 쌓이게 되면 수위감지기(320)가 그 양을 감지하여 제어부(500)로 소정의 신호를 전송하고, 제어부(500)는 제 2전압부(260)로 소정의 신호를 보내어 제 2유동채널(270)의 전극(231, 233)에 전압을 인가함으로써, 이물질챔버(310)내부의 이물질을 제 2유동채널 (232)의 배출구(232b)를 외부로 전기삼투현상을 이용해 배출하도록 한다.
또한, 상기와 같이 이물질챔버(310)를 추가로 설치하는 경우, 제 1, 2유동채널(222, 232)의 직경을 노즐(161) 직경보다 크게 형성하여 보다 많은 양의 이물질을 배출하도록 형성할 수도 있다.
따라서, 일정량의 잉크챔버(162) 내부에 생성된 이물질을 제 1유동채널(222)을 통해 이물질챔버(310)에 일정량 보관 후, 제 2유동채널(232)을 통해 배출하도록 함으로써, 상기 제 1실시예에서의 실시간 배출하던 것을 이물질챔버(310)를 추가로 설치함으로써 이물질의 보관량을 설정할 수 있다.
또한, 상기 제 2실시예의 경우, 각각의 유동채널(222, 232)의 길이가 상기 제 1실시예의 유동채널(212)의 길이보다 짧기 때문에 이물질로 인해 유동채널(222, 232)이 막힐 우려를 줄일수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 3실시예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 제 2실시예에서 이물질챔버(310) 내부에 생성된 이물질을 펌핑하는 제 2유동채널(232) 대신에 전극이 설치되지 않은 유동채널(212)을 설치하고, 그 유동채널(212) 상에 전자기력으로 회전동작을 하는 임펠러(410)를 갖는 마이크로펌프(400)를 설치한다.
도 6을 참조 하면, 상기 제 2실시예와 동일하게 잉크챔버(310) 내부의 이물질을 일차적으로 제 1유동채널(222)의 유입구(222a)를 통해 배출시켜 이물질챔버(310)에 일정량 보관한 후, 일정량이 채워질때, 수위감지기(320)가 이를 인지하여 제어부(500)로 소정의 신호를 보내주고, 제어부(500)는 펌프구동부(450)로 동작신호를 주어 마이크로펌프(400)를 동작시킨다.
도 5를 참조 하면, 마이크로 펌프(400)는 임펠러(410) 회전반경을 따라 설치된 복수개의 전자석(420)의 전자기력에 의해 화살표 방향으로 회전하며, 임펠러(410)의 회전동작에 따라 유동채널(212) 내부에는 배출구(212b)측으로 유동이 발생하게 되고, 이물질챔버(310) 내부에 쌓인 이물질은 임펠러(410)의 회전동작으로 인한 유동으로 유동채널(212)을 따라 배출구(212b0)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 제 3실시예에서의 마이크로펌프(400)를 상기 제 1실시예에서 유동채널(212)상에 설치하고, 전극(211, 213)을 제거함으로써, 마이크로펌프(400)의 펌핑동작만으로 잉크챔버(162) 내의 이물질을 배출할 수 있도록 설치할 수도 있다.
또한, 상기 제 1,2,3 실시예에서 설명한 펌핑수단(270, 370, 380)은 서비스스테이션에서 캡핑 및 스피팅동작시에만 작동된다.
그리고, 유동채널(212), 제 1,2유동채널(222, 232), 이물질챔버(310), 마이크로펌프(400)의 구성요소를 본 발명의 잉크 카트리지의 헤드칩(160) 제조 공정시, MEMS공정을 이용하여 단위구성요소별로 제조하거나, 한번의 공정으로 상기 구성요소를 동시에 제조할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 잉크 카트리지를 일정회수 사용후, 헤드칩에 형성되는 복수개의 노즐 내부의 이물질을 효율적으로 배출시키도록 유동채널과 전극으로 구성하고, 소정의 전압을 걸어주어 전기삼투현상을 이용해 배출시킴으로써 캡핑 또는 스피팅만의 크리닝 만으로 제거할 수 없는 잉크챔버내의 이물질을 배출시켜 항상 청결하게 유지하여, 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 노즐 내부에 형성된 이물질을 일정량 보관하여 배출시키도록 함으로써, 크리닝주기를 효율적으로 관리함으로써, 잉크카트리지의 수명을 연장시킬 수 있다.
그리고, 헤드칩 제조시 MEMS공정으로 펌핑수단을 함께 제조함으로써 제조비용의 절감을 가져오는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 잉크 저장공간을 갖는 카트리지 케이스;
    상기 카트리지 케이스 하부에 장착되며, 잉크를 일시적으로 저장하기 위한 잉크챔버와 잉크를 분사하기 위한 노즐을 갖는 헤드칩; 및
    상기 헤드칩의 잉크챔버 또는 노즐의 측벽에 형성된 유입구를 갖는 유동채널을 통해 내부의 이물질을 외부로 배출하기 위한 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유동채널의 배출구는 상기 헤드칩의 노즐이 배치된 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 펌핑수단은 캐핑시 또는 스피팅시에만 작동되는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유동채널상의 소정위치에 이물질을 저장하는 이물질챔버가 연통되어 형성되되, 상기 유동채널은 상기 이물질챔버를 경계로하여 제 1유동채널과 제 2유동 채널로 나뉘어 연결되고, 상기 제 1,2유동채널 양단부에는 제 1, 2전극이 각각 설치되며, 상기 제 1, 2전극에 소정의 전압을 인가하는 제 1, 2전압부가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이물질챔버에는 상기 제 1유동채널을 통해 유입된 이물질의 양을 감지하기 위한 수위감지기가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 잉크카트리지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 펌핑수단은 상기 유동채널 양단부에 형성된 전극 및 상기 전극에 소정의 전압을 인가하는 전압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 펌핑수단은 상기 유동채널에 전자기력에 의해 회전동작하는 임펠러를 갖는 마이크로펌프(Micro Pump)가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 유동채널과 상기 이물질챔버와 상기 마이크로 펌프 중 적어도 하나는 반도체 MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정으로 제조된 것을 특징으로 하 는 잉크카트리지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101236426B1 (ko) 2006-02-14 2013-02-22 삼성디스플레이 주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 기포제거방법

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