KR20070078205A - 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크 공급 장치 - Google Patents

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KR20070078205A
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홍영기
김태균
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Abstract

잉크젯 프린팅 시스템의 잉크 공급 장치가 개시된다. 잉크공급장치는, 압력포트와 프린트헤드와 연결된 잉크공급구가 마련된 잉크 탱크와, 이 잉크 탱크 내부에 설치되어 잉크공급구와 연결되며 그 내부에 잉크가 수용된 유연한 잉크 패키지와, 압력포트를 통하여 잉크 탱크 내부로 압력유체를 공급하여 잉크 패키지에 퍼징압력을 제공하는 압력제공수단을 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅 시스템의 잉크 공급 장치{Ink supply apparatus for inkjet printing system}
도 1은 본 발명에 따른 잉크공급장치가 채용된 잉크젯 프린팅 시스템의 일 예를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 헤드의 일 예를 도시한 사시도.
도 3a와 도 3b는 도 1에 도시된 잉크공급장치의 일 실시예의 구성도.
도 4는 도 1에 도시된 잉크공급장치의 다른 실시예의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1.....가이드부재 2......캐리지
3......피인쇄체 100...잉크공급장치
110......잉크 탱크 112......압력 포트
113......잉크 공급구 114......잉크 패키지
115......연통구 120......3-웨이 밸브
121, 122......제1, 제2밸브 130......정압기
140......압력제공수단 200......잉크젯 헤드
210......프레임 220......프린트헤드
230......잉크 리저버
본 발명은 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프린트헤드 내의 기포(bubble)를 제거(purging)할 수 있는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지나 직물 등 인쇄 대상물 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄 대상물의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다.
잉크젯 프린트헤드는 반도체 제조 공정을 비롯한 여러가지 방법에 의해 칩 형태로 제조되며, 제조된 프린트헤드는 패키징되어 인쇄 장치에 장착된다. 잉크젯 프린팅 시스템은 프린트헤드가 장착되는 프레임과, 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 장치를 구비한다.
인쇄를 수행하는 동안에, 잉크는 잉크 탱크와 프린트헤드와의 수두차와, 잉크를 토출함으로써 발생되는 부압(negative pressure)에 의하여 잉크 탱크로부터 프린트헤드로 지속적으로 공급될 수 있다. 물론, 잉크는 펌핑수단에 의하여 잉크 탱크로부터 프린트헤드로 강제로 공급될 수도 있다.
퍼징은 프린트헤드 내의 잉크 유로 및 잉크 탱크로부터 프린트헤드에 이르는 잉크공급경로 중의 공기를 제거하는 것을 말한다. 튜빙펌프를 이용하여 잉크 탱크의 잉크를 프린트헤드로 공급하여 퍼징을 수행할 수 있다. 튜빙펌프는 용적식 펌프 이기 때문에 정량의 잉크를 공급할 수 있지만, 압력조절이 용이하지 않다. 따라서, 프린트헤드에 과도한 압력이 가해져서 프린트헤드 내에 균열이 발생하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 다른 방안으로서 잉크 탱크 내에 공압을 가하는 방안을 고려할 수 있지만, 이 경우에는 공기가 잉크와 직접 접촉되기 때문에 잉크의 변성을 유발할 수 있다. 변성된 잉크가 프린트헤드 내로 공급되면 토출성능에 악영향을 미칠 수 있다. 또, 잉크가 지속적으로 공기와 접촉되어 있기 때문에 공기가 잉크로 녹아들어가서 프린트헤드 내에 버블이 발생될 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 필링 및 퍼징과정에서 잉크의 변성과 잉크로의 공기유입을 방지할 수 있는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또, 본 발명은 필링 및 퍼징과정에서 잉크정압조절이 가능한 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치는, 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치에 있어서, 압력포트와, 상기 프린트헤드와 연결된 잉크공급구가 마련된 잉크 탱크; 상기 잉크 탱크 내에 설치되어 상기 잉크공급구와 연결되며 그 내부에 잉크가 수용된 유연한 잉크 패키지; 상기 압력포트를 통하여 상기 잉크 탱크 내부로 압력유체를 공급하여 상기 잉크 패키지에 퍼징압력을 제공하는 압력제공수단;을 포함 한다.
일 실시예로서, 상기 잉크공급장치는, 상기 압력제공수단과 상기 압력포트 사이에 위치되어 압력유체의 압력을 정압으로 조절하는 정압기;를 더 구비한다.
일 실시예로서, 상기 압력유체로서는 공기가 사용될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 잉크공급장치는, 상기 잉크 패키지에 퍼징압력과 대기압을 선택적으로 제공하기 위하여 상기 정압기와 상기 압력포트 사이에 설치되는 3-웨이 밸브;를 더 구비할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 잉크 탱크에는 외기와 연통된 연통구가 더 마련되며, 상기 잉크공급장치는 상기 정압기와 상기 압력포트 사이, 및 상기 연통구에는 각각 마련되어 상기 잉크 패키지에 퍼징압력과 대기압을 선택적으로 제공하는 제1, 제2밸브를 더 구비할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 잉크 패키지는 공기를 투과하지 않은 유연한 필름, 상기 유연한 필름에 금속박막코팅을 한 소재, 상기 유연한 필름과 동일한 재료로 된 기체투과방지막을 구비하는 유연한 소재, 금속박막코팅이 된 유연한 소재 중 어느 하나로 제조되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크공급장치가 적용되는 잉크젯 프린팅 시스템의 일 예를 도시한 부분분해사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 잉크공급장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 프린트헤드(220)는 반도체 제조 공정을 비롯한 여러가지 방법에 의해 칩 형태로 제조되며, 프레임(210)에 장착된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 프린트헤드(220)에는 잉크 유로와 다수의 노즐 및 토출수단이 마련되어 있다. 잉크유로는 매니폴드, 다수의 리스트릭터 및 다수의 압력 챔버를 포함한다. 다수의 노즐은 다수의 압력 챔버와 각각 연통된다. 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 토출수단으로서 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 토출수단으로서 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다. 프린트헤드(220)의 구조는 당업계에서 잘 알려진 것이므로 더 상세한 설명은 생략한다.
프레임(210)에는 잉크 리저버(230)가 결합된다. 잉크 리저버(230)는 프린트헤드(220)와 연결된다. 잉크 리저버(230)에는 도시되지는 않았지만 잉크의 점도를 인쇄에 적합한 상태로 유지하기 위하여 잉크를 가열하는 예열수단, 인쇄가 수행되지 않는 동안에 잉크가 노즐을 통하여 누출되지 않도록 잉크 유로 내에 부압을 발생시키는 부압발생수단 등이 설치될 수 있다.
프레임(210), 프린트헤드(220), 잉크 리저버(230)를 포함하는 잉크젯 헤드 (200)는 캐리지(2)에 장착된다. 캐리지(2)는 도시되지 않은 구동수단에 의하여 가이드부재(1)를 따라 이동될 수 있다. 피인쇄체(3)는 캐리지(2)의 이동방향과 직각방향으로 이동될 수 있다.
잉크젯 프린팅 시스템과 잉크젯 헤드(200)의 구조는 도 1와 도 2에 도시된 구조에 한정되지 않는다. 본 발명은 효과적인 잉크 필링과 퍼징이 가능한 잉크공급장치(100)를 제공하는데에 그 특징이 있으므로, 도 1와 도 2에 도시된 잉크젯 프린팅 시스템과 잉크젯 헤드(200)의 구조에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
인쇄를 시작하기 전에는 프린트헤드(220) 내에 잉크가 충만하여야 한다. 또, 프린트헤드(220) 내의 잉크유로 및 잉크 탱크(110)로부터 프린트헤드(220)에 이르는 잉크공급경로 중에 기포(일반적으로 공기)가 없어애 한다. 특히, 장시간 인쇄를 수행하지 않았거나 최초로 인쇄를 수행하는 경우 또는 잉크 탱크(110)를 교체한 경우에는 프린트헤드(220)에 잉크를 채우는 필링(filling)작업과 동시에 프린트헤드(220) 내에 존재하는 공기를 배출하는 퍼징(purging)작업이 필요하다. 또, 인쇄를 수행하는 동안에 프린트헤드(220)의 노즐을 통하여 혼입된 공기나 잉크에 용해되어 있던 공기 및 다른 기체성분이 온도상승 등의 요인에 의하여 기포(gas bubble)로 성장한다. 프린트헤드(220) 내에 기포는 프린트헤드(220)의 토출성능을 저하시킨다. 또, 기포가 온도가 상승됨에 따라 부피팽창을 일으키고 그 결과는 프린트헤드(220) 내의 압력균형을 깨트려 노즐을 통한 잉크의 누출을 유발하는 문제를 애기할 수 있다. 이 경우에, 프린트헤드(220)로부터 기체를 제거하는 퍼징작업이 필요하 다. 필링과 퍼징은 사실상 동시에 이루어지는 것이므로 이하에서는 두 작업을 구분하지 않고 퍼징으로 기재한다. 또, 퍼징을 위한 압력을 퍼징압력이라 한다.
도 3은 퍼징작업을 수행할 수 있는 본 발명에 따른 잉크공급장치(100)의 일 실시예의 구성도이다. 도 3을 보면, 잉크 탱크(110)에는 압력포트(112)와 잉크공급구(113)가 마련된다. 잉크 탱크(110) 내에는 유연한 잉크 패키지(114)가 설치된다. 잉크는 잉크 패키지(114) 안에 수용된다. 잉크 패키지(114)는 잉크 공급구(113)와 연결된다. 잉크 공급구(113)에는 잉크 리저버(230)에 연결된 튜브(101)의 일단부가 연결된다. 튜브(101)의 타단부는 잉크 리저버(230)의 잉크입구(231)에 얀결된다. 잉크 탱크(110)로부터 공급된 잉크는 잉크 리저버(230)를 통과하여 프린트헤드(220)로 공급된다.
압력제공수단(140)은 압력포트(112)를 통하여 잉크 탱크(110) 내부로 압력유체를 공급한다. 이에 의하여 잉크 패키지(114)에 퍼징압력이 가해진다. 압력유체는 특별히 한정되지는 않으나, 일반적으로는 공기인 것이 바람직하다. 압력제공수단(140)은 상업적으로 이용가능한 다양한 종류의 컴프레서(compressure)일 수 있다. 또, 본 발명에 따른 잉크공급장치(100)가 산업용 잉크젯 프린팅 시스템에 적용되는 경우에는 압력제공수단(140)은 산업용 공압공급설비로부터 분기된 공압라인일 수 있다.
잉크 패키지(114)는 그 내부에 수용되는 잉크와 잉크 탱크(110) 내부의 공기와의 경계를 이룬다. 잉크 패키지(114)의 내부와 외부의 압력차가 존재할 경우에는 기체확산에 의하여 공기가 잉크 패키지(114) 내부로 침투될 수 있다. 잉크 패키지 (114)는 공기를 투과하지 않은 유연한 재료, 예를 들면 나일론, 테프론, PE, PP 등의 주로 고분자 소재로 된 유연한 필름으로 제조되는 것이 바람직하다. 또, 상술한 필름에 금속(예를 들면 알루미늄)을 박막코팅을 한 소재로 제조될 수 있다. 또, 잉크 패키지(114)는 상술한 재료로 된 기체투과방지막(미도시)을 구비하는 유연한 소재로 제조될 수 있다.
퍼징압력이 과도하면 프린트헤드(220) 내의 잉크 유로가 파손될 수 있다. 따라서, 퍼징압력은 적절한 압력으로 조절되어야 한다. 잉크공급장치(100)는 퍼징 작업이 수행되는 동안에 정압의 압력유체를 잉크 탱크(110)로 공급하기 위하여 정압기(pressure regulator)(130)를 더 구비한다. 정압기(130)는 압력제공수단(140)으로부터 공급되는 압력유체를 설정된 압력으로 출력하는 것으로서, 설정할 수 있는 압력범위, 유체의 종류 등에 따라 다양한 사양으로 상품화되어 있다. 따라서, 프린트헤드(220)의 구조와 퍼징압력의 범위를 감안하여 적절한 상품을 선정하면 된다. 퍼징압력은 예를 들어 0.05MPa(계기압력)이다. 이 경우에, 선정될 수 있는 정압기(130)의 예로서는 에스엠씨사(SMC corporation)의 IR2000-02-X63, 컨트롤에어사(ControlAir Inc.)의 Type100PartNo 100-AA 등이 있다. 본 발명의 특징은 정압기(130)의 구조에 관한 것이 아니고 또 정압기(130)의 구조와 작동원리는 당업자에세 잘 알려진 것이므로 본 명세서에서는 정압기(130)의 구조에 관한 상세한 설명은 생략한다.
밸브(120)는 잉크 패키지(114)에 대기압과 퍼징압력을 선택적으로 제공하기 위한 것이다. 밸브(120)는 압력 포트(112)와 정압기(130) 사이에 위치된다. 밸브 (120)는 대기압을 잉크 패키지(114)에 제공하기 위한 제1상태와, 퍼징압력을 잉크 패키지(114)에 제공하기 위한 제2상태로 전환될 수 있는 3-웨이밸브(3-way valve)인 것이 바람직하다.
인쇄를 수행할 때에는 도 3b에 도시된 바와 같이, 밸브(120)가 제1상태로 전환되어 대기압이 압력 포트(112)를 통하여 잉크 패키지(114)에 작용된다. 잉크는 프린트헤드(220)가 잉크를 토출함으로써 발생되는 부압(negative pressure)과 대기압의 차이에 의하여 잉크 패키지(114)로부터 프린트헤드(220)로 지속적으로 공급된다.
장시간 인쇄를 수행하지 않은 경우, 최초로 인쇄를 수행하는 경우, 잉크 탱크(110)(또는 잉크 패키지(114))를 교체한 경우, 버블로 인하여 잉크 토출성능이 저하된 경우에 퍼징잡업이 수행된다. 밸브(120)는 도 3a에 도시된 제2상태로 전환된다. 압력제공수단(140)에 의하여 제공되는 압축공기는 정압기(130)를 거쳐 소정의 퍼징압력을 가진 압축공기가 된다. 압축공기는 압력 포트(112)를 통하여 잉크 탱크(110)로 유입되어 잉크 패키지(114)에 퍼징압력을 가한다. 잉크 패키지(114) 내의 잉크는 퍼징압력에 의하여 튜브(101)를 통하여 잉크 리저버(230)로 공급된다. 잉크 리저버(230)를 채운 후에 잉크는 프린트헤드(220) 내의 잉크 유로를 채운다.
최초로 인쇄를 수행하는 경우에는 튜브(101)와 잉크 리저버(230) 내에는 잉크가 없고 공기가 충만된 상태이다. 또, 잉크 탱크(110)(또는 잉크 패키지(114))를 교체하는 경우에는 튜브(101) 내로 다량의 공기가 유입될 수 있다. 이 공기를 외부로 용이하게 배출하기 위하여 잉크 리저버(230)에는 공기 배출구(232)가 더 마련될 수 있다. 퍼징압력에 의하여 잉크가 튜브(101)와 잉크 리저버(230) 내로 흘러들어가면 충만되어 있던 공기는 공기 배출구(232)를 통하여 외부로 배출된다. 프린트헤드(220) 내의 공기는 노즐을 통하여 외부로 배출된다.
장시간 인쇄를 수행하지 않은 경우 또는 버블로 인하여 잉크 토출성능이 저하된 경우에 튜브(101)와 잉크 리저버(230)에 대량의 공기가 유입된 상태는 아니며, 프린트헤드(220) 내에 잉크토출성능에 영향을 줄 정도의 버블이 존재하는 상태이다. 이 버블은 퍼징압력에 의하여 노즐을 통하여 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크공급장치에 따르면, 퍼징 과정은 물론, 인쇄를 수행하는 동안에도 잉크가 압력유체, 특히 공기와 직접 접촉되지 않는다. 따라서, 공기와의 접촉에 의한 잉크의 변성을 방지할 수 있다. 또한, 공기에 포함된 먼지 등의 이물질이 잉크에 유입되어 프린트헤드(220) 내의 잉크 유로가 막히는 현상을 방지할 수 있다. 또, 공기 또는 다른 기체성분이 잉크로 녹아들어가서 프린트헤드(220) 내에 버블이 발생시키는 문제를 방지할 수 있다. 더 나아가서, 잉크 패키지(114)를 공기를 투과시키지 않는 소재로 제조함으로써 기체확산에 의하여 잉크로 기체가 유입되는 것을 근본적으로 차단할 수 있다. 또, 정압기(130)를 이용하여 퍼징압력을 정압으로 유지함으로써 과도한 퍼징압력에 의한 프린트헤드(220)의 손상을 방지할 수 있다.
또, 밸브(120)를 이용하여 퍼징압력과 대기압을 잉크 패키지(114)에 선택적으로 작용시킴으로써 매우 단순한 구조에 의하여 퍼징작업에서 인쇄를 위한 잉크공급작업으로 또는 그 반대로 전환할 수 있다. 인쇄를 수행하는 동안에는 대기압에 의하여 잉크가 잉크 패키지(114)로부터 프린트헤드(220)로 공급되기 때문에 잉크를 프린트헤드(220)로 공급하기 위한 별도의 잉크펌프가 불필요하다.
퍼징작업에서 인쇄를 위한 잉크공급작업으로 또는 그 반대로의 전환을 위한 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크 탱크(110)에 압력 포트(112)와 외기와 연통되는 연통구(115)가 마련될 수 있다. 정압기(130)와 압력 포트(112) 사이에는 압력유체를 단속하는 제1밸브(121)가 마련된다. 연통구(115)에는 대기압을 단속하는 제2밸브(122)가 마련된다. 인쇄를 수행할 때에는, 제1밸브(121)를 닫아서 압력유체를 차단하고, 제2밸브(122)를 열어서 연통구(115)를 개방하여 잉크 패키지(114)에 대기압을 작용시킨다. 퍼징을 수행할 때에는 반대로 제1밸브(121)를 열고 제2밸브(122)를 닫아서 잉크 패키지(114)에 퍼징압력을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 퍼징과정에서 퍼징압력을 제공하는 압력유체와 잉크가 접촉되지 않으므로 잉크의 변성이나 잉크로의 기체, 이물질의 유입을 방지할 수 있다.
둘째, 정압의 압력유체를 공급함으로써 과도한 퍼지압력에 의한 프린트헤드의 손상을 방지할 수 있다.
셋째, 잉크 패키지에 퍼징압력과 인쇄를 위한 대기압을 선택적으로 작용시킬 수 있는 매우 단순한 구조의 잉크공급시스템의 구현이 가능하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 프린트헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치에 있어서,
    압력포트와, 상기 프린트헤드와 연결된 잉크공급구가 마련된 잉크 탱크;
    상기 잉크 탱크 내에 설치되어 상기 잉크공급구와 연결되며 그 내부에 잉크가 수용된 유연한 잉크 패키지;
    상기 압력포트를 통하여 상기 잉크 탱크 내부로 압력유체를 공급하여 상기 잉크 패키지에 퍼징압력을 제공하는 압력제공수단;을 포함하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력제공수단과 상기 압력포트 사이에 위치되어 압력유체의 압력을 정압으로 조절하는 정압기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력유체는 공기인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 잉크 패키지에 퍼징압력과 대기압을 선택적으로 제공하기 위하여 상기 정압기와 상기 압력포트 사이에 설치되는 3-웨이 밸브;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 잉크 탱크에는 외기와 연통된 연통구가 더 마련되며,
    상기 정압기와 상기 압력포트 사이, 및 상기 연통구에는 제1, 제2밸브가 마련되어 상기 잉크 패키지에 퍼징압력과 대기압을 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크 패키지는 공기를 투과하지 않은 유연한 필름, 상기 유연한 필름에 금속박막코팅을 한 소재, 상기 유연한 필름과 동일한 재료로 된 기체투과방지막을 구비하는 유연한 소재, 금속박막코팅이 된 유연한 소재 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템의 잉크공급장치.
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