KR20080063940A - 잉크카트리지 - Google Patents

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KR20080063940A
KR20080063940A KR1020070000572A KR20070000572A KR20080063940A KR 20080063940 A KR20080063940 A KR 20080063940A KR 1020070000572 A KR1020070000572 A KR 1020070000572A KR 20070000572 A KR20070000572 A KR 20070000572A KR 20080063940 A KR20080063940 A KR 20080063940A
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compensation unit
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조서현
정명송
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삼성전자주식회사
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Abstract

내부의 체적 및 압력변화를 보상할 수 있는 잉크카트리지가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한, 잉크카트리지는, 잉크가 수용된 잉크챔버; 상기 잉크챔버에 삽입되어 잉크공급유로를 형성하는 니들; 상기 잉크챔버 내부의 체적변화를 보상하는 체적보상유닛; 및 상기 잉크챔버 외부의 환경변화에 따른 내부 압력변화를 보상하는 압력보상유닛;을 포함한다.
잉크, 카트리지, 챔버, 체적, 소모, 압력, 기압, 온도, 변화, 밸브.

Description

잉크카트리지{Ink-cartridge}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 잉크카트리지를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 체적보상유닛의 작동상태를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 3은 도 1의 압력보상유닛의 작동상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 잉크챔버 20: 니들
30: 체적보상유닛 31: 체적보상유닛 몸체
32: 제 1 밸브 33: 제 1 가동부
34: 제 1 탄성부재 40: 압력보상유닛
41: 압력조절챔버 42: 압력보상유닛 몸체
43: 제 2 밸브 44: 제 2 가동부
45: 제 2 탄성부재
본 발명은 잉크를 분사하여 화상을 형성하는 잉크젯 프린터의 잉크카트리지에 관한 것이다.
일반적인 잉크젯 프린터는 인쇄매체에 잉크를 분사하여 화상을 형성하는 인쇄헤드와 이 인쇄헤드로 잉크를 공급하여 주는 잉크카트리지 등을 구비한다. 상기 잉크카트리지는 잉크가 충진된 잉크챔버와 이 잉크챔버와 결합하여 인쇄헤드로 잉크를 공급하는 니들을 포함한다.
상기 잉크챔버의 내부는 초기 충진된 잉크가 인쇄동작에 의해 소진됨으로써, 내부 체적의 변화가 발생된다. 그런데, 상기 잉크챔버는 내부의 잉크를 보호하기 위해 단단한 재질로 형성됨으로써, 내부 체적의 변화에 대응하여 수축될 수 없다. 이로 인해, 상기 잉크챔버 내부의 압력이 대기압보다 낮아짐으로써, 잉크 공급 불량이 야기된다.
또한, 상기 잉크챔버 내부의 압력이 온도 상승, 기압강하, 고도상승과 같은 외부 환경 요인들에 의해 초기 설정 압력보다 상승될 경우에 상기 잉크챔버 내부 잉크의 누출이 야기된다.
이러한 잉크카트리지 내외부의 압력 차이로 인한 잉크 누출은 결국, 인쇄헤드로의 잉크 공급에 영향을 미침으로써 화상품질 저하의 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 내부의 체적 및 압력변화를 보상할 수 있는 잉크카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크카트리지는, 잉크가 수용된 잉크챔버; 상기 잉크챔버에 삽입되어 잉크공급유로를 형성하는 니들; 상기 잉크챔버 내부의 체적변화를 보상하는 체적보상유닛; 및 상기 잉크챔버 외부의 환경변화에 따른 내부 압력변화를 보상하는 압력보상유닛;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 체적보상유닛은, 외부 공기가 유입되는 유입홀 및 유입된 외부 공기를 상기 잉크챔버로 공급하는 공급홀을 가지고 제 1 공기유로를 형성하는 체적보상유닛 몸체; 상기 제 1 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브; 상기 밸브를 상기 제 1 공급유로 개방위치로 가동시키는 가동부; 및 상기 밸브의 상기 제 1 공급유로 차단위치로 상기 가동부를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압력보상유닛은, 상기 잉크챔버 내부보다 낮은 압력을 가지는 압력조절챔버; 상기 잉크챔버 내부의 공기가 유입되는 유입홀 및 유입된 공기를 상기 압력조절챔버로 공급하는 공급홀을 가지고 제 2 공기유로를 형성하는 압력보상유닛 몸체; 상기 제 2 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브; 상기 밸브를 상기 제 2 공기유로 개방위치로 가동시키는 가동부; 및 상기 밸브의 상기 제 2 공기유로 차단위치로 상기 가동부를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것이 좋다.
여기서, 상기 체적보상유닛과 압력보상유닛 각각의 상기 가동부는 인장 및 수축되는 탄성재질의 가동막과 이 가동막에 연동하여 상기 밸브를 가동시키는 가압부재를 각각 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 잉크카트리지를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 잉크카트리지는, 잉크챔버(10), 니들(20), 체적보상유닛(30) 및 압력보상유닛(40)을 포함한다.
상기 잉크챔버(10)에는 잉크(I)가 수용된다. 이 잉크챔버(10)는 수용된 잉크(I)를 보호하기 위해 단단한 재질로 형성된다.
상기 니들(20)은 상기 잉크챔버(10) 내부로 관통 삽입되어, 도시되지 않은 인쇄헤드로의 잉크공급유로를 형성한다. 이때, 상기 니들(20)은 상기 잉크챔버(10)의 하면에 마련되는 러버와 같은 재질의 관통구(미도시)를 통해 상기 잉크챔버(10)로 삽입된다. 이로 인해, 상기 잉크챔버(10)의 잉크(I)가 중력에 의해 낙하하여 니들(20)을 통해 인쇄헤드(미도시)로 유입된다.
상기 체적보상유닛(30)은 상기 잉크챔버(10) 내부의 체적변화를 보상한다. 구체적으로, 상기 체적보상유닛(30)은 인쇄동작으로 인해 잉크(I)가 소모되어 잉크(I) 체적이 감소될 경우, 재질 특성에 의해 수축되지 못하는 잉크챔버(10) 내부의 압력이 대기압보다 낮아짐을 보상하는 것이다. 이러한 체적보상유닛(30)은 체적보상유닛 몸체(31), 제 1 밸브(32), 제 1 가동부(33) 및 제 1 탄성부재(34)를 포함한다.
상기 체적보상유닛 몸체(31)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 공기가 유입되는 제 1 유입홀(31a)과 유입된 외부 공기를 상기 잉크챔버(10) 내부로 공급하는 제 1 공급홀(31b)을 가진다. 즉, 상기 제 1 유입홀(31a)은 상기 잉크챔버(10) 외부 와 연통하고, 상기 제 1 공급홀(31b)은 상기 잉크챔버(10) 내부와 연통하여 제 1 공기유로(A1)를 형성한다.
이러한 제 1 유입홀(31a)과 제 1 공급홀(31b)에 의해 제 1 공기유로(A1)를 가이드하기 위해 제 1 가이드부재(31c)가 마련된다. 즉, 상기 제 1 가이드부재(31c)는 상기 제 1 공기유로(A1)를 통한 공기의 흐름을 가이드함으로써, 제 1 유입홀(31a)에서 유입된 공기가 제 1 공급홀(31b)로 이동될 수 있도록 한다.
상기 구성에 의해, 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 체적감소에 의해 감소될 경우, 잉크챔버(10) 외부의 공기가 제 1 공기유로(A1)를 통해 유입된다.
상기 제 1 밸브(32)는 상기 제 1 공기유로(A1)를 선택적으로 개방한다. 이 제 1 밸브(32)는 상기 제 1 가이드부재(31c)에 형성된 제 1 밸브홀(32a)에서 상하로 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 상기 제 1 밸브(32)가 상방향으로 이동하면 상기 제 1 공기유로(A1)가 차단되고, 하방향으로 이동하면 제 1 공기유로(A1)가 개방된다.
상기 제 1 밸브(32)는 상기 제 1 밸브홀(32a)보다 직경이 큰 제 1 차단부(32b)와 이 제 1 차단부(32b)로부터 연장되어 후술할 제 1 가동부(33)와 연결되는 제 1 연결부(32c)를 가진다. 이러한 구성에 의해, 상기 제 1 밸브(32)의 상방향 이동이 제 1 밸브홀(32a)보다 직경이 큰 제 1 차단부(32b)에 걸림으로써 규제된다.
상기 제 1 가동부(33)는 상기 제 1 밸브(32)를 상기 제 1 공급홀(31b)을 개방시키는 개방위치로 가동시킨다. 이러한 제 1 가동부(33)는 제 1 가동막(33a) 및 제 1 가압부재(33b)를 포함한다.
상기 제 1 가동막(33a)은 체적과 압력변화에 대응하여 수축 또는 인장되는 탄성재질의 얇은 필름으로 형성된다. 여기서, 상기 제 1 가동막(33a)은 상기 제 1 가이드부재(31c)에 알루미늄 래미네이트(Al laminate)와 같은 접착수단에 의해 접착되어 지지됨이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 가동막(33a)이 잉크챔버(10) 내부의 압력변화에 의해 인장되더라고 상기 제 1 차단부(33b)와 제 1 밸브홀(32a)에 의해 제 1 밸브(32)의 상방향 이동이 차단됨으로써, 상기 제 1 공급홀(31b)을 통해 체적보상유닛 몸체(31) 내부로 잉크(I)가 유입됨이 차단될 수 있다.
상기 제 1 가압부재(33b)는 상기 제 1 가동막(33a)의 수축 및 인장에 연동하여 위치 이동되도록 제 1 가동막(33a)의 대략 중심을 지지한다. 이러한 구성에 의해, 상기 제 1 가동막(33a)이 수축될 경우, 상기 제 1 가압부재(33b)가 하방향, 즉 도시된 P 방향으로 가압된다. 이 제 1 가압부재(33b)에 상기 제 1 밸브(32)의 제 2 연결부(33c)가 연결된다.
상기 제 1 탄성부재(34)는 상기 제 1 가동부(33)를 상방향, 즉 상기 제 1 차단부(32b)가 제 1 공기유로(A1)를 차단하는 차단위치로 가압한다. 이 제 1 탄성부재(34)의 탄성 가압력은 상기 제 1 가동막(33a)의 수축력보다 작은 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 체적보상유닛(30)이 가동되는 경우는 아래의 수학식 1을 만족하는 경우이다.
dP × Am > Fs
여기서, 상기 dP는 잉크챔버(10) 내부와 외부의 압력차이이고, Am은 제 1 탄성부재(34)의 작용방향에 수직한 제 1 가동막(33a)의 면적이고, Fs는 제 1 탄성부재(34)의 압축응력이다.
상기 수학식 1에 의해, 상기 잉크챔버(10) 내외부의 압력차이와 제 1 가동막(33a)의 면적이 제 1 탄성부재(34)의 압축응력보다 커지면, 상기 제 1 가동막(33a)이 수축에 의해 제 1 가압부재(33b)가 P방향으로 가압되어 제 1 차단밸브(32a)가 제 1 공기유로(A1)를 개방시키게 된다.
상기 압력보상유닛(40)은 상기 잉크챔버(10) 외부의 압력변화에 따른 잉크챔버(10) 내부의 압력변화를 보상하는 것으로, 압력조절챔버(41), 압력보상유닛 몸체(42), 제 2 밸브(43), 제 2 가동부(44) 및 제 2 탄성부재(45)를 포함한다.
여기서, 상기 제 2 밸브(43), 제 2 가동부(44) 및 제 2 탄성부재(45)는 상술한 체적보상유닛(30)의 제 1 밸브(32), 제 1 가동부(33) 및 제 1 탄성부재(34)와 동일한 기능 및 구성을 가진다. 그러므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 압력조절챔버(41)는 상기 잉크챔버(10)의 초기 압력보다 낮은 압력 예컨대, 상기 잉크챔버(10) 내부의 초기 압력이 -200 ~ -150mmH2O 일 경우 압력조절챔버(41)는 대략 -600 ~ -800mmH20의 압력을 가진다. 상기 압력조절챔버(41)는 상기 잉크챔버(10)의 초기 압력과 다른 압력값을 가지기 위해 잉크챔버(10)와 별도로 공기가 충진되어 실링부재(41a)에 의해 실링됨으로써, 압력을 유지하게 된다.
상기 압력보상유닛 몸체(42)는 상기 잉크챔버(10) 내부의 공기가 유입되는 제 2 유입홀(42a)과 이 유입된 공기를 압력조절챔버(41)로 공급하는 제 2 공급홀(42b)을 가진다. 또한, 상기 제 2 유입홀(42a)과 제 2 공급홀(42b)을 연통시키는 제 2 가이드부재(42c)에 의해 제 2 공기유로(A2)가 형성된다.
이로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 일정 압력 이상으로 높아질 경우, 상기 제 2 가동부(44)에 의해 제 2 밸브(43)가 하방향으로 가동되어 제 2 공급홀(42b)을 개방시킴으로써, 제 2 공기유로(A2)가 개방된다. 즉, 상기 제 2 공기유로(A2)는 잉크챔버(10) 내부로부터 압력조절챔버(41)로 공기가 유입되는 유로이다.
상기와 같은 구성을 가지는 체적보상유닛(30)이 가동되는 경우도 상기 수학식 1을 만족하는 경우이다.
즉, 상기 수학식 1에 의해, 상기 잉크챔버(10) 내외부의 압력차이와 제 2 가동막(44a)의 면적이 제 2 탄성부재(45)의 압축응력보다 커지면, 상기 제 2 가동막(44a)의 수축에 의해 제 2 가압부재(44b)가 P방향으로 가압되어 제 2 밸브(43)가 제 2 공기유로(A2)를 개방시키게 된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 잉크카트리지의 체적과 압력보상 작동상태를 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 잉크챔버(10) 내부에 잉크(I)가 소정량 적재된 상태에서, 니들(20)을 통해 잉크가 인쇄헤드(미도시)로 공급된다. 이 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 잉크챔버(10) 내부의 잉크(I)가 일정량 소진되어 잉크(I) 체적이 감소되고, 그로 인해 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 낮아진다.
상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 일정압력 예컨대 초기 -150mmH2O에서 -300mmH2O로 낮아져 상기 수학식 1을 만족하는 압력이하로 낮아질 경우, 제 1 가동막(33a)이 수축되어 제 1 가압부재(33b)를 P방향으로 가압한다. 이때, 상기 제 1 가압부재(33b)에 연결된 제 1 연결부(33c)도 함께 P방향으로 이동함으로써, 상기 제 1 차단부(32c)도 함께 P방향으로 이동된다.
이로 인해, 상기 제 1 차단부(32b)에 의해 차단된 상태의 제 1 밸브홀(32a)이 개방되어 제 1 공기유로(A1)가 개방됨으로써, 잉크챔버(10) 외부의 공기가 상대적으로 낮은 압력의 잉크챔버(10) 내부로 공급된다. 즉, 상기 제 1 유입홀(31a)을 통해 유입된 공기가 제 1 공급홀(31b)을 통해 잉크챔버(10)로 유입되는 것이다.
이 후, 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 제 1 공기유로(A1)를 통해 유입된 외부 공기에 의해 상승될 경우, 다시, 상기 제 1 가동막(33a)이 인장된다. 이로 인해, 상기 제 1 밸브(32)를 하방향으로 가압하던 제 1 가동부(33)의 가압력이 사라짐으로써, 상기 제 1 탄성부재(34)의 탄성 가압력에 의해 상기 제 1 밸브(32)는 제 1 공기유로(A1)를 차단하는 차단위치로 복귀하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단부(32b)는 상기 제 1 밸브홀(32a)까지만 상방향 이동된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 잉크카트리지의 이동 중에 외부 온도가 상승하는 것과 같은 외부 환경 요인에 의해 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 상승될 경우, 상승된 압력과 압력조절챔버(41) 사이의 압력 차이에 의해 상기 제 2 가동막(44a)이 수축된다.
상기 잉크챔버(10) 내부와 압력조절챔버(41) 사이의 압력 차이가 수학식 1을 만족하는 경우, 상기 수축된 제 2 가동막(44a)이 제 2 가압부재(44b)를 P방향으로 가압함으로써, 상기 제 2 밸브(43)의 제 2 차단부(43b)가 상기 제 2 밸브홀(42a)을 개방시킨다. 이로 인해, 상기 잉크챔버(10)의 공기가 제 2 유입홀(42a)과 제 2 공급홀(42b)을 거쳐 상대적으로 압력이 낮은 압력조절챔버(41)로 이동되어, 압력이 조절된다.
이 후, 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 압력조절챔버(41)와의 연결로 인해 다시 하강하면, 상기 제 2 가동막(44a)이 다시 인장하여 제 2 가압부재(44b)를 가압하던 가압력이 해제된다. 이에 대응하여, 상기 제 2 탄성부재(45)가 상기 제 2 가동부(44)를 상방향으로 가압하여 제 2 차단부(42b)가 제 2 밸브홀(42a)을 폐쇄시킨다.
한편, 상기 체적보상유닛(30)은 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 외부 압력보다 낮을 때 가동되며 상기 압력보상유닛(40)은 상기 잉크챔버(10) 내부의 압력이 외부 압력보다 높을 때 가동되므로, 상기 체적보상유닛(30)과 압력보상유닛(40)은 동시에 가동되지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 잉크챔버에 수용된 잉크의 소모로 인한 내부 체적변화에 대응하여 잉크챔버 내부의 압력을 조절하고 외부의 환경적 요인에 의한 잉크챔버 내부의 압력변화를 조절함으로써, 내부 체적과 압력 변화에 따른 잉크공급 불량 및 잉크 누출을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 내부 체적변화에 대응할 수 있음으로써, 상기 잉크챔버 내부에 잉크의 수용공간을 보다 확보할 수 있게 되어, 잉크수용효율이 향상된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 잉크가 수용된 잉크챔버;
    상기 잉크챔버에 삽입되어 잉크공급유로를 형성하는 니들;
    상기 잉크챔버 내부의 체적변화를 보상하는 체적보상유닛; 및
    상기 잉크챔버 외부의 환경변화에 따른 내부 압력변화를 보상하는 압력보상유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 체적보상유닛은,
    외부 공기가 유입되는 유입홀 및 유입된 외부 공기를 상기 잉크챔버로 공급하는 공급홀을 가지고 제 1 공기유로를 형성하는 체적보상유닛 몸체;
    상기 제 1 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브;
    상기 밸브를 상기 제 1 공급유로 개방위치로 가동시키는 가동부; 및
    상기 밸브의 상기 제 1 공급유로 차단위치로 상기 가동부를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력보상유닛은,
    상기 잉크챔버 내부보다 낮은 압력을 가지는 압력조절챔버;
    상기 잉크챔버 내부의 공기가 유입되는 유입홀 및 유입된 공기를 상기 압력조절챔버로 공급하는 공급홀을 가지고 제 2 공기유로를 형성하는 압력보상유닛 몸 체;
    상기 제 2 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브;
    상기 밸브를 상기 제 2 공기유로 개방위치로 가동시키는 가동부; 및
    상기 밸브의 상기 제 2 공기유로 차단위치로 상기 가동부를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크카트리지.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 체적보상유닛과 압력보상유닛 각각의 상기 가동부는 인장 및 수축되는 탄성재질의 가동막과 이 가동막에 연동하여 상기 밸브를 가동시키는 가압부재를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크카트리지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019142107A (ja) * 2018-02-21 2019-08-29 セイコーエプソン株式会社 流路部材、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置

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