KR20180013913A - 배압 시스템을 갖는 잉크 저장조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크 공급 인터페이스(2), 잉크 저장조(5)와 잉크 공급 인터페이스(2) 사이의 연결을 형성하는 덕트(3) 및 배압 시스템을 포함하는 잉크 저장조(5)를 제공한다. 배압 시스템은 잉크 저장조(5) 내에서 용매 기반 잉크를 유지하기 위한 이방성 섬유 부재(9)를 포함하며, 섬유 부재(9)는 복수의 섬유(8)에 의해 형성된다. 섬유 중 적어도 일부는 잉크 공급 인터페이스(2)로 이어지는 덕트(3)를 향한다.

Description

배압 시스템을 갖는 잉크 저장조

본 발명은 프린터의 잉크 저장조에 관한 것이며, 특히 용매 기반 잉크를 수용하는 잉크 저장조의 배압 시스템 및 그러한 저장조를 포함하는 잉크젯 카트리지에 관한 것이다.

잉크젯 카트리지에서 흘러나오는 잉크의 정밀한 제어는 잉크젯 프린터로 고품질의 인쇄물을 얻는 데 필수적인 전제 조건 중 하나이다. 이러한 잉크 흐름 양의 제어를 제공하는 데 도움이 되는 하나의 시스템은 배압(backpressure) 시스템이며, 이는 잉크 저장조 내에 음압을 생성한다. 잉크 저장조 내의 음압은 의도하지 않은 잉크 누출을 방지한다. 그렇지 않으면, 잉크를 사용하는 프린트헤드가 유휴 상태(idle)이거나 잉크 저장소가 갑작스러운 가속에 노출될 때 이러한 누출이 발생할 수 있다.

이 기술분야에 공지된 하나의 배압 시스템은 개방 셀 발포체(open cell foam)를 사용하여 발포체의 공극(pore) 네트워크의 모세관 효과에 의해 저장조 내부에 음압을 생성한다.

폴리우레탄 폴리에테르로 제조된 발포체와 같은 이러한 개방 셀 발포체는 일반적으로 3개의 공간 차원 모두에서 균일한 탄성을 갖는다. 결과적으로, 프린터의 잉크 저장조에 설치될 때 모든 방향으로 주변 환경에 가깝게 적응할 수 있다. 저장조 내의 음압 생성은 상류로 흐르는 공기의 축적을 유도할 수 있기 때문에, 출구를 통해 저장조에 수용된 잉크의 유로에 위치한 구성 요소들 사이의 밀착된 접촉을 달성하는 것이 바람직하다. 달리 말하자면, 잉크의 유로를 따라 두 구성 요소 사이에 충분한 공간이 있으면, 공기의 거품이 형성될 수 있으며, 잉크의 흐름을 실질적으로 방해하거나 심지어 정지시킨다.

그러나, 용매 기반 잉크에 대한 잉크 저장조의 개발 중에 발명자가 알게 된 바와 같이, 발포체의 물질은 용매를 흡수하여 시간이 지남에 따라 물질을 팽창시킨다. 발포체 물질의 부피는 저장조의 설정 부피 내에서 증가하기 때문에, 빈 공간, 즉 공극의 부피가 감소한다. 그 결과 모세관 현상이 줄어들 뿐만 아니라 잉크 저장조의 접근 가능한 용량이 줄어든다. 또한, 저장조 벽의 하중 증가가 관찰되었으며, 이는 잉크 저장조의 치수 안정성에 영향을 미친다. 이는 저장조의 벽 및 인접한 구성 요소의 손상을 일으키거나, 또는 잉크 저장조가 교체 가능한 잉크 카트리지의 일부인 경우 프린터 내에서 카트리지가 걸릴 수 있다. 최악의 경우, 팽창은 저장조 물질의 파손을 일으킬 수 있다. 따라서 초기에는 수성 잉크용으로 설계된 잉크 저장조의 구조가 그에 따라 강화되어야 한다.

수성 잉크용 잉크젯 카트리지의 구조는, 예를 들면, US 8,480,217 B2에 기술되어 있다. 저장조는 압축성 발포체 및 비압축성 섬유 물질로 제조된 수성 잉크를 흡수하기 위한 다공성 물질을 포함하며, 저장조 공간의 대부분은 발포체에 의해 점유된다. 비압축성 섬유 물질은 발포체 위에 위치하며, 신뢰할 수 있는 배출을 위해 다공성 물질과 내부 카트리지 벽 사이에 빈 공간을 제공한다.

용매 기반 잉크를 견딜 수 있는 다른 시스템은 백(bag)과 같은 유연한 잉크 저장조에 작용하는 기계적 스프링 시스템이다. 이 시스템에서, 기계적 스프링은 외부 백 표면에 고정되어 스프링에 의해 반대 방향으로 작용하는 힘이 내부 백 용적을 확대시킬 수 있어 원하는 배압을 가져온다. 그러나, 이들 시스템은 그러한 시스템을 구축하는 데 많은 수의 작은 부품이 필요하므로 제조가 어렵고 비용이 많이 들며 설계가 복잡하다. 또한, 유연한 잉크 저장조의 부피를 적응시키기 위한 시스템의 복잡한 구조 및 이동성은 시스템을 마모시킬 수 있게 하고, 따라서 시간이 지남에 따라 오작동이 발생할 수있다.

EP 1 258 363 A1은 잉크 보유 부재가 과도하게 변형되는 것을 방지하는 잉크 탱크를 개시한다. 상이한 모세관을 가지며 발포체 또는 섬유 물질일 수 있는 2개의 보유 부재가 잉크 탱크 내에 제공된다.

결과적으로, 용매 저항성이고 저장조로부터 임의의 의도하지 않은 잉크 누출을 방지하기 위해 요구되는 음압을 제공하는 배압 시스템이 필요하다. 본 발명의 다른 목적은 잉크 저장조의 공간에 정확하게 맞출 수 있고 용매 기반 잉크와 접촉할 때 시간이 지남에 따라 치수 불안정성을 발생시키지 않는 저렴하고 효과적인 해결책을 제공하는 것이다. 또한, 배압 시스템은 기존의 저장조 디자인의 개조(retrofit)를 허용하는 것이 바람직하다.

이들 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크 공급 인터페이스, 잉크 저장조와 잉크 공급 인터페이스 사이의 연결을 형성하는 덕트 및 배압 시스템을 포함하는 잉크 저장조를 제공한다. 배압 시스템은 잉크 저장조 내에 위치하는 용매 기반 잉크를 유지하는 이방성 섬유 부재를 포함하고, 섬유 부재는 복수의 섬유에 의해 형성된다. 섬유 중 적어도 일부는 잉크 공급 인터페이스로 이어지는 덕트를 향하고 있다.

섬유 부재의 새로운 용매 저항성 섬유 기반 구조는 프린트헤드가 유휴 상태인 동안 잉크를 저장조 내에 유지하는 데 필요한 배압을 제공한다. 이방성 섬유 부재가 용매 기반 잉크에 견디기 때문에, 본 발명의 배압 시스템은 치수적으로 안정하다. 결과적으로, 배압 시스템은 용매 기반 잉크에 노출되는 수성 잉크에 대한 배압 시스템과 관련하여 상술한 음압의 변화를 겪지 않는다. 그 결과, 잉크 저장조 내부의 압력은 용매 저항성 섬유들의 사이 및/또는 내에서 작용하는 모세관 힘 때문에 잉크 저장조 외부의 압력 이하로 유지된다. 한편으로, 이는 잉크에 대한 요구가 없는 동안 잉크 저장조로부터 잉크가 새어 나오는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 잉크가 장시간 동안 잉크 저장소 내에 남아있게 한다. 특히 후자는 본 발명에 따른 시스템이 잉크 카트리지뿐 아니라 잉크젯 프린터 내의 영구적으로 설치된 잉크 저장조에도 적용될 수 있게 한다. 또한 팽창이 없기 때문에 저장조 내부의 모든 잉크를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 배압 시스템은 수계 시스템(water-based system)의 단순한 구조를 보존하며, 나머지 부품이 잉크 입자를 저장하고 공급하는데 사용되는 용매를 견딜 수만 있으면 발포체를 본 발명의 섬유 부재로 간단히 대체함으로써 기존의 저장조를 개조하는 데 사용될 수 있다.

통상의 기술자는 이 설명으로부터 용매 기반 잉크의 용매가 유기 용매와 같은 용매를 지칭하지만 용매로서 물의 사용을 포함하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 발명에 따른 용매 저항성은 용매 기반 잉크에 노출될 때 잉크 저장조의 구성 요소 및 그 물질 특성의 대략적으로 안정한 거동을 나타내는 것을 가리킨다.

섬유 부재는 일반적으로 서로 평행하게 정렬되기 때문에 이방성 물질 특성을 갖는다. 위에서 정의된 바와 같이, 섬유의 적어도 일부는 잉크 공급 인터페이스로 이어지는 덕트를 향하고 있다. 결과적으로, 이들 섬유의 길이 방향 축은 내부에 저장된 잉크를 상기 덕트 쪽으로 유도한다.

잉크 공급 인터페이스는 일반적으로 잉크 저장조의 유형에 따라 구성된다. 더 구체적으로, 잉크 저장조가 잉크 카트리지의 일부를 형성하는 경우, 잉크 공급 인터페이스는 분리 가능한 연결로서 설계되어, 빈 잉크 카트리지를 새로운 것으로 대체하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 잉크 저장조가 프린트헤드용 재충전 가능한 저장조와 같이 프린터의 일부로서 영구적으로 설치되는 경우, 잉크 공급 인터페이스는 바람직하게는 프린트헤드와 더 영구적인 연결을 형성하도록 설계될 것이다. 마지막으로, 잉크 공급 인터페이스가 잉크 저장조 내에 저장된 잉크용 프린트헤드를 포함하는 것도 가능하다.

섬유 부재는 바람직한 실시예에서 용매 기반 잉크에 대한 잉크 저장조 용량의 대부분(major share), 바람직하게는 적어도 80%, 더 바람직하게는 적어도 90% 및 가장 바람직하게는 적어도 95%를 제공한다.

섬유 부재가 저장 용량의 대부분을 제공하는 것은 섬유의 모세관 현상에 의해 야기된 안정한 음압 및 높은 치수 안정성을 보장한다. 또한, 이러한 방식으로 잉크 저장조의 저장 용량을 제공하는 것은 관성력으로 인해 일반적으로 갑작스런 프린트헤드의 움직임에 잠재적으로 영향을 줄 수 있는 저장조 내의 용매 기반 잉크의 시프트가 없음을 보장한다. 달리 말하자면, 섬유 부재에 잉크 중량의 대부분을 저장함으로써, 저장조에 저장된 잉크의 중력 지점은 크게 시프트하지 않으며, 따라서 프린트헤드와 함께 움직이는 잉크 저장조에 특히 유리하다. 결과적으로, 섬유 부재 내에 저장된 잉크의 점유율(share)이 높을수록, 모세관 힘뿐 아니라 잉크 저장조의 운동 거동이 더 잘 제어될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 섬유 부재는 서로 부착된 섬유로 이루어진 복수의 섬유층으로 형성된다.

이 특히 바람직한 실시예는 섬유 부재를 설계하고 제조할 때 모세관 효과의 제어를 허용한다. 잉크 저장조 내의 섬유 부재에 의해 가해지는 음압을 정확하게 결정할 수 있는 이유 중의 하나는 섬유체(fibrous body)의 단면을 특별히 설계할 수 있는 능력에 있다. 종래 기술에서 사용된 발포체와 달리, 섬유체의 단면은 일반적으로 섬유의 종 방향 길이를 따라 균일하다. 달리 말하자면, 섬유체의 이러한 구성은 모세관 효과의 정확한 조정(tuning)을 제공하여, 저장조 내에서 잉크를 유지하는 데 필요한 배압을 생성한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 각 섬유층은 하나의 섬유의 직경의 두 배 내지 세 배에 대응하는 최대 두께를 갖는다.

각 층의 두께를 이 범위 내로 유지하는 것은 섬유의 배치 또는 배열이 더욱 예측 가능하기 때문에 섬유 부재에 의해 가해지는 모세관 힘의 양을 조절할 때 제어를 향상시킨다. 섬유 배치의 예측 가능성은 층의 두께가 감소함에 따라 증가한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 부재의 섬유 중 적어도 일부는 폴리에틸렌 폴리프로필렌 섬유이고, 폴리에틸렌은 바람직하게는 외부 시스(sheath)를 형성하고, 폴리프로필렌은 섬유의 내부 코어이다.

폴리에틸렌 폴리프로필렌으로 이루어진 물질은 용매 기반 잉크에 사용되는 용매에 대해 우수한 저항성 및 융화성(compatibility)을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 모든 섬유가 이 물질로 제조된다.

또한, 폴리에틸렌의 외부 시스 및 폴리프로필렌의 내부 코어로 섬유를 형성하는 것은, 폴리에틸렌이 폴리프로필렌보다 낮은 녹는점을 갖기 때문에 섬유의 완전성에 큰 영향을 미치지 않고 인접하는 섬유가 열에 의해 쉽게 결합될 수 있는 이점을 갖는다.

다른 실시예의 잉크 저장조는 섬유 부재와 덕트 사이에 위치하는 필터를 또한 포함한다.

필터는 기본적으로 프린트헤드의 덕트 또는 노즐을 폐색할 수 있는 크기의 임의의 입자 또는 파편이 들어가는 것을 방지한다. 이러한 입자는 예를 들면 섬유 부재로부터 분리된 섬유 또는 잉크 입자의 응집체일 수 있다.

필터는 바람직하게는 잉크 공급 인터페이스로 이어지는 덕트의 입구(mouth) 바로 위에 위치한다. 따라서, 필터는 잉크 유로 상에 놓이고 프린트헤드와 유체 연통한다.

다른 실시예에서 저장조의 필터는 스트랜드(strand)로 이루어진 메시(mesh)를 포함한다.

이러한 필터의 특성은 신뢰할 수 있는 잉크 흐름 요구조건에 쉽게 적응될 수 있다. 더 구체적으로, 필터의 외부 치수는 동일하게 유지될 수 있으며, 스트랜드의 단면, 프로파일 및 밀도의 치수를 조정함으로써 필터의 유동 특성이 크게 변화될 수 있다.

일 실시예에서, 필터의 스트랜드는 금속으로 이루어진다. 금속은 용매 기반 잉크에 사용되는 임의의 용매에 대하여 저항성이 강하다는 이점을 가지며, 본 발명의 저장조는 이를 위해 설계된다.

다른 실시예의 잉크 저장조는 또한 섬유 부재와 덕트 사이에 위치하는 조정 부재를 포함한다.

조정 부재의 기능은 특히 프린트헤드로 이어지는 덕트 또는 필터의 측면 상에 카트리지 내의 섬유 부재의 맞춤을 향상시키는 것이다. 조정 부재를 사용함으로써, 섬유 기반 구조의 섬유의 횡 방향과 비교하여 길이 방향으로 더 높은 강성이 국부적으로 적응되어 잉크에 대해 연속적인 유로가 형성될 수 있다.

달리 말하자면, 연속적인 유로는 유로를 따르는 구성 요소의 밀접한 접촉에 의해 설정되어 그 사이에 프린트헤드로 잉크의 흐름을 방해할 수 있는 기포를 생성하는 공기의 수집 지점으로 작용할 수 있는 사강(dead space)이 없다. 기포는 잉크 저장조 내의 음압으로 인해 잉크의 유로에 역방향으로 진입할 수 있다.

특히, 필터가 덕트 입구의 전방에 설치되면, 잉크 저장조 안쪽의 상대적으로 매끄러운 벽면에 비하여 불균일한 표면이 존재한다. 필터의 거칠거나 물결 모양인 표면 및 섬유의 길이 방향으로 비교적 높은 강성은 섬유 부재가 섬유의 표면 측을 향하는 필터 표면과 직접 접촉하는 것을 어렵게 만든다. 섬유체의 섬유 길이 방향의 강성은 섬유 부재를 단순히 필터에 대하여 가압함으로써 불완전한 맞춤에 의한 필터와 섬유 부재 사이의 틈이 막히는 것을 어렵게 한다. 여기서, 조정 부재는 섬유 부재의 섬유와 필터의 표면 사이의 유연한 인터페이스로 작용한다. 결과적으로, 조정 부재는 바람직하게는 필터와 섬유의 표면 측 양자와 직접 접촉한다.

필터가 없는 경우에도, 조정 부재는 여전히 잉크 저장조의 잉크 공급 인터페이스로 이어지는 덕트와 직접 대면하지 않는 영역에서 섬유 부재로부터 잉크의 유로를 전환시키는 이점을 갖는다. 그렇지 않으면, 섬유의 표면 측이 잉크 저장조의 내벽과 부분적으로 직접 접촉할 수 있어 섬유로부터 인출된 잉크의 유동 저항을 상당히 증가시킬 수 있다. 결과적으로 잉크 저장조를 비우는 것이 더 어려워질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 조정 부재는 압축성 발포체를 포함한다.

전체 잉크 저장조에 압축성 발포체를 사용하는 것은 상술한 부정적 효과 중 적어도 일부를 갖지만, 압축성 발포체로 조정 부재를 단독으로 형성하는 것은 필요한 곳에 등방성 성질을 이용하도록 한다. 한편으로, 이 발포체는 섬유 부재의 표면 측(9a)에서 잉크 유로를 덕트 또는 필터를 향해 용이하게 방향 전환시키고, 다른 한편으로는 압축 가능한 특성이 섬유의 표면 측으로부터 덕트 또는 필터로의 부드러운 전이(smooth transition)를 용이하게 한다.

또한, 발포체의 압축성은 조정 부재를 압축함으로써 잉크 저장조 내의 모세관 힘을 그에 따라 미세하게 조정하는 데 사용될 수 있다. 조정 부재는 또한 상기 언급된 필터를 보완하거나 대체할 수 있도록 필터의 기능을 수행할 수 있다.

이들 목적 중 어느 하나를 달성하기 위하여, 조정 부재의 최소 두께는 섬유 부재의 일부인 서로 가장 멀리 떨어져 있는 두 섬유의 표면 측 사이의 최대 거리의 2배 내지 5배의 크기일 수 있다. 다른 한편으로, 두께는 바람직하게는 섬유 부재를 지나가는(leaving) 잉크에 대한 유로를 신뢰성 있게 방향 전환시키기에 충분히 높도록 선택된다. 어느 경우에 있어서도, 조정 부재의 저장 용량은 섬유 부재의 저장 용량과 비교하여 무시할 수 있는 것이 바람직하다.

결과적으로, 바람직한 실시예에서, 섬유 부재에 대한 조정 부재의 부피는 20% 미만 바람직하게는 10% 미만 및 가장 바람직하게는 5% 미만이다.

다른 바람직한 실시예에서, 조정 부재는 덕트를 향하는 섬유 부재의 전체 표면 측(9a)을 따라 연장된다.

이 실시예는 덕트의 입구가 일반적으로 잉크 저장조의 전체 측면 위로 연장되지 않기 때문에 조정 부재가 필터 또는 덕트를 향하여 섬유 부재로부터 잉크 유동 방향을 전환시키는 것을 의도한다면 특히 유리하다. 유로를 방향 전환시키는 조정 부재는 또한 잉크 저장조를 완전히 비우는 것을 용이하게 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 잉크 저장조는 배출 포트를 더 포함한다.

배출 포트는 배압 시스템에서 발생하는 음압을 안정화하는 장점이 있다. 상술한 바와 같이, 잉크 공급 인터페이스 부근에서, 잉크 압력은 대기압보다 낮아서 정수압(hydrostatic pressure)으로 인해 잉크가 떨어지는 것을 방지해야 한다. 그러나 프린터 작동 중 소모되는 잉크의 양은 또한 저장조 내에 음압을 생성한다. 음압이 바람직하지 않은 수준에 도달하는 것을 피하기 위해, 저장조는 섬유 바로 위의 저장조의 내부를 대기압과 연통하도록 놓는 배출 포트를 포함하는 것이 바람직하다. 카트리지 내부의 음압이 증가하면, 저장조의 내부 압력에서 저장조를 지나는 잉크의 영향을 근본적으로 제거함으로써 원하는 수준의 음압을 재설정하기 위해, 포트는 일부 공기가 저장조에 유입되도록 한다. 달리 말하자면, 포트는 저장조 내의 음압이 바람직하게는 배압 시스템에 의해서만 야기되도록 보장한다.

바람직한 실시예에서, 섬유 부재는 용매 기반 잉크용이며, 용매는 에탄올 및 이소프로필 알코올(IPA)과 같은 알코올, 메틸 이소부틸 케톤(MIBK) 및 메틸 에틸 케톤(MEK)과 같은 케톤, 디메틸 설폭사이드(DMSO)와 같은 설폭사이드, 디메틸포름아미드(DMF)와 같은 아미드, 및 크실렌을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매를 포함한다.

따라서, 섬유 부재는 본 발명에 따른 용매 기반 잉크에 사용할 수 있는 상기 용매의 적어도 하나, 임의의 또는 임의의 적절한 조합에 대해 저항성이다. 이는 각 잉크 입자에 대해 최적의 용매 선택을 허용하므로, 이 잉크로 인쇄 품질이 향상된다.

본 발명은 전술한 실시예 중 하나에 따른 잉크 저장조를 포함하는 잉크젯 카트리지를 추가로 제공한다.

교체 가능한 잉크젯 카트리지는 빈 카트리지를 새 카트리지로 쉽고 빠르게 교체할 수 있게 한다. 또한, 용매 저항성에 대한 요구 사항은 영구적으로 설치된 잉크 저장조의 경우에 비해 적다. 더 구체적으로, 이러한 카트리지에서, 조정 부재는 여전히 일정량의 팽창을 겪는 발포체에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 그 부피 점유율이 섬유 부재의 부피 점유율에 비해 상대적으로 낮기 때문에 팽창은 프린트헤드에 잉크를 제공하는 잉크 저장조의 기능에 큰 영향을 미치지 않는다.

본 발명은 예시적인 실시예에 의해 더 잘 이해될 수 있도록 설명될 것이다. 이들 실시예들은 다음 도면들을 고려함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 이들 도면의 도 내에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 기능을 또는 동일한 특징부를 위해 사용된다.
도 1은 잉크젯 카트리지의 단면을 도시한다.
도 2는 카트리지의 배압 시스템을 형성하는 부분적으로 설치된 발포체 부재를 갖는 도 1에 나타난 종래 기술의 잉크젯 카트리지의 3차원 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 섬유 부재 층의 측면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 배압 시스템을 형성하는 조립된 섬유 부재를 도시한다.
도 5는 부분적으로 설치된 섬유 부재를 갖는 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지를 도시한다.
도 6은 도 6b에 도시된 잉크젯 카트리지의 잉크 공급 인터페이스의 엑스레이 이미지로부터 도출된 잉크 카트리지에 속하는 잉크 공급 인터페이스의 개략적인 단면도를 명확하게 하기 위해 도 6a에 도시한다.
도 7은 조정 부재를 포함하는 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지의 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 덕트의 입구에서 본 발명에 따른 잉크 저장조에서 사용될 수 있는 필터의 예시적인 실시예를 도시하며, 이는 잉크 공급 인터페이스로 이어진다.

도 1에 도시된 잉크젯 카트리지(1)는 잉크 저장조(5), 필터(4), 덕트(3) 및 잉크 공급 인터페이스(2)를 포함한다. 잉크 공급 인터페이스(2)는 필요시 인쇄를 위해 잉크 액적(droplet)을 전달하는 프린트헤드 방출 조립체로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 잉크 저장조(5)는 저장조(5) 내에 저장된 잉크가 잉크 자체에 가해지는 정수압으로 인해 잉크 공급 인터페이스(2)로부터 새어 나오는 것을 허용하는 구조를 갖는다. 카트리지를 갑작스러운 가속에 노출시키는 잉크젯 카트리지(1)의 취급 또는 작동 중에도 동일한 효과가 발생할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이러한 누설은 잉크 저장조(5) 내에 잉크를 유지시키는 음압을 제공하는 배압 시스템을 잉크 저장조(5) 내에 포함시킴으로써 피할 수 있다. 종래 기술로 공지된 일반적인 배압 시스템이 도 2에 도시되어 있으며 저장조 내에 삽입된 발포체(6)로 이루어진다. 발포체의 개방 기공(open pores)이 잉크를 유지하기 위해 필요한 음압을 생성한다. 발포체 부재를 제조하기 위하여 통상적으로 사용되는 하나의 물질은 폴리우레탄 폴리에테르이다.

도 2에 도시된 종래 기술의 잉크젯 카트리지(1)는 두 개의 잉크 저장조(5)를 가지며, 각각이 상술한 음압 생성을 위한 압축성 다공성 발포체(6)를 포함한다. 하나의 잉크젯 카트리지(1) 내의 다수의 잉크 저장조(5)는 일반적으로 상이한 잉크를 위해 사용된다. 그러나, 발명자가 관찰한 바에 따르면, 잉크 입자를 함유하기 위하여 물 대신 다른 매체를 사용하는 용매 기반 잉크를 사용할 때, 발포체 물질이 용매에 노출됨에 따라 심하게 변형 및 손상되기 쉽다. 이 불리한 과정에서 일어나는 팽창은 발포체의 성질을 변화시키고 주변에 압력을 가해 저장조 몸체 자체를 손상시킬 수도 있다.

따라서, 본 발명은 모세관 현상에 의해 음압을 더 생성하는 상이한 몸체를 사용한다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 다공성 발포체(6)의 몸체가 섬유 부재(9)에 의해 대체되며, 이는 용매 저항성 섬유(8)로 이루어진 섬유층(7)으로 구성된다.

섬유(8)는 바람직하게는 폴리에틸렌-폴리프로필렌으로 이루어지며, 이는 에탄올 및 IPA(알코올 기반 잉크), MIBK 및 MEK(케톤 기반 잉크), DMSO(설폭사이드 기반 잉크) 및 DMF(아미드 기반 잉크)와 같은 용매 기반 잉크에서 사용되는 용매와의 융화성(compatiblility)이 양호하다. 한편, 이들 섬유는 크실렌 기반 잉크와의 융화성은 낮아서 이 용매는 바람직하게는 상기 섬유(8)와 함께 사용되지 않는다.

섬유(8)는 하나의 중합체의 외부 시스 및 다른 물질의 내부 코어를 포함할 수 있다. 이 경우, 섬유가 중공(hollow)이 아니므로 섬유 사이에서 모세관 효과가 일어난다. 또한, 외부 시스 물질이 코어에 비해 낮은 녹는점을 가지면, 외부 압력의 인가에 의해 보충될 수 있는 열이 인접한 섬유를 용이하게 결합시켜 섬유 부재(9)를 형성하는 방법을 제공한다. 예를 들면, 전술한 물질 혼합물의 경우, 외부 시스는 바람직하게는 폴리에틸렌, 코어는 폴리프로필렌으로 이루어지며, 후자는 전자보다 더 높은 녹는점을 갖는다.

충분한 수준의 음압을 생성하기 위하여, 섬유는 바람직하게는 10 내지 30 마이크론, 더 바람직하게는 15 내지 25 마이크론 및 가장 바람직하게는 20 마이크론의 직경을 갖는다. 이들 치수는 모세관 효과가 일어나기에 필수적인 공간을 제공하며 동시에 음압이 원하는 범위 이내이거나 원하는 값을 달성하게 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 층(7)의 섬유(8)는 인접하여 서로 거의 평행하게 배열된다. 이는 섬유 부재(9)의 3차원 형상을 형성하도록 서로 겹쳐지는 섬유층(7)에도 동일하게 적용된다(도 4). 도 3은 섬유가 평행한 "막대(stick)"처럼 보이는 도식화된 이상적인 도면이라는 점이 주목된다. 실제로 이들은 일정한 불규칙성이나 물결 모양을 나타낸다. 따라서, 실제 섬유 배열은 도면에 나타난 것에 비해 다소 덜 엄격하다. 하나의 층의 바람직한 층 두께는 바람직하게는 섬유(8) 직경의 2배 내지 3배의 범위 내에 놓인다.

이러한 배열은 섬유(8)를 서로 가능한 한 낮게 부착할 때 임의의 불규칙성을 유지한다. 설명을 위해, 섬유층(7)의 두께가 약 하나의 섬유의 직경이면, 섬유층(7)은 기본적으로 도 3에 도시된 바와 같이 가지런히(neatly) 배열된 섬유로 이루어진다. 평균 섬유 직경의 2배인 최대 두께를 갖는 섬유층은 2개의 엄격하게 배열된 섬유의 열을 가져올 수 있으며, 섬유가 엇갈리게 오프셋 방식으로 배열되는 섹션을 또한 포함할 수 있다. 이러한 불규칙성은 층의 두께가 증가함에 따라 증가한다. 상기 범위 내에서 층의 두께를 유지하는 것이 개별 섬유층(7)을 제조하는 실용적이고 비용 효율적인 방법임을 알게 되었다.

상술한 바와 같이, 적어도 인접한 섬유들 사이의 작은 공간은 섬유 부재(9)의 모세관 특성을 생성한다. 이 공간은 바람직하게는 원형 단면과 같은 단면을 갖는 섬유를 사용함으로써 생성되며 이는 섬유의 길이 방향을 횡단하는 단면에서 볼 때 섬유 사이에 어떠한 공간도 없는 섬유의 배열을 허용하지 않는다. 또한, 중공 섬유를 사용하여 인접한 섬유 사이에 존재하는 모세관 효과를 보완할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유 부재(9)의 치수 및 형태는 도 2에 도시된 바와 같은 발포체(6)의 치수 및 형태와 유사하다. 따라서, 잉크 저장조(5)가 용매 기반 잉크를 수용할 수 있도록 발포체(6) 대신 섬유 부재(9)를 저장조(5)에 삽입함에 의하여 잉크 저장조(5)는 용이하게 용매 저항성으로 될 수 있다. 또한, 도 5는 2개의 잉크 저장조(5)를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 카트리지(1)를 도시한다. 바람직하게는, 이들 2개의 잉크 저장조(5)는 동일하다. 그러나, 통상의 기술자는 저장조(5) 중 하나가 본 발명에 따른 배압 시스템을 사용할 수 있는 반면, 동일한 잉크젯 카트리지(18)의 다른 저장조에서 종래 기술의 수성 잉크용 배압 시스템이 설치될 수 있음을 이해할 것이다. 통상의 기술자는 카트리지가 또한 단지 하나의 잉크 저장조(5)만을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다.

도 5는 또한 섬유 부재(9)를 형성하는 섬유(8)의 일반적인 섬유 방향을 도시한다. 이러한 구성으로 인한 섬유 부재(9)의 이방성 탄성은 섬유 부재의 표면 측(9a), 즉 섬유의 단부에서의 섬유 부재(9)의 적응성을 섬유(8)의 길이 방향에 수직인 방향에서의 잉크 저장조(5)의 내부의 섬유 부재(9)의 적응성과 비교하여 낮게 한다. 달리 말하자면, 섬유의 방향을 따르는 섬유 부재(9)의 강성은 다른 두 차원의 강성보다 상당히 높다. 결과적으로, 섬유 부재(9)의 표면측의 기하학적 구조는 잉크 저장조(5)의 내부 기하학적 구조에 맞추기 위해 조정되어야 한다.

섬유 방향을 따르는 강성이 높을수록 섬유 부재와 잉크 유로 상의 후속 구성 요소와의 결합이 어려워지지만, 섬유 부재(9)의 섬유 배향은 수력학적 이유 때문에 섬유(8)의 이 바람직한 방향을 갖는다. 더 구체적으로, 바람직한 방향은 섬유(8)에 의해 가해지는 최적의 모세관 효과를 위해 덕트(3) 쪽으로 또는 있으면 필터(4)의 필터면을 향해야 한다. 달리 말하면, 섬유는 바람직하게는 필터 표면 또는 저장조의 내부를 향한 덕트 입구 개구의 평면에 수직으로 배열된다.

그러나, 잉크 저장조(5)로부터의 잉크 유로를 지나는 구성 요소들 사이의 밀접한 접촉이 성립되지 않으면, 잉크 저장조(5)를 유지하는 프린터의 기능에 심각한 결점이 될 수 있다. 더 구체적으로는, 필터(4)와 섬유 부재(9) 사이의 계면(interface)이 가능한 한 빈틈없이 있지(tight) 않으면, 잉크가 다공성 물질로부터의 흡입되는 대신 기체가 주변으로부터 흡입될 수 있다. 이 결과는 "1인치 프린트헤드"의 경우와 같이 더 큰 크기의 필터를 사용할 때 더 두드러진다. 더 구체적으로, 이들 필터의 표면이 커지면, 섬유 부재(9)와의 결합이 더욱 중요해진다.

필터(4)와 섬유 부재(9) 사이의 불충분한 접촉의 악영향은 x-선 분석을 사용하여 발명자에 의해 확인되었고 도 6a 및 6b에 도시되어 있다. 명확성을 위해, 도 6b에 도시된 원래의 x-선 이미지는 도 6a에 도시된 바와 같이 개략적으로 재도시되었다. 섬유 부재(9)의 기하학적 구조가 잉크 저장조(5)의 내부 기하학적 구조에 완벽하게 적응되지 않고 삽입력이 이러한 적응을 강제할 수 없는 경우, 잉크 저장조(5)의 내벽과 섬유 부재(9) 사이에 기체로 채워질 수 있는 사강(dead space) 또는 빈 공간(10)이 존재할 수 있다. 또한, 필터(4)와 섬유 부재(9) 사이의 접촉이 충분히 가깝지 않으면, 잉크 저장조(5)의 사강(10) 내에 포함된 임의의 기체가 필터의 표면을 따라 이동할 수 있어, 잉크의 유로 내에서 기포(11) 생성을 일으켜 프린트헤드(15)를 향한 잉크의 정상 유동을 방해하고 결국 정지시킨다.

섬유 부재(9)와 필터(4) 사이의 불충분한 접촉이 발생하는 이유 중 하나는 도 8a 및 8b의 필터(4)의 예시적인 실시예, 즉 물결 모양 또는 불균일한 필터 표면에서 볼 수 있다. 또한, 필터 표면은 잉크 저장조(5)로의 열 유도 결합 프로세스 및 필터(4)(예를 들면, 금속으로 이루어짐), 잉크 저장조(5)의 몸체(예를 들면, 중합체로 이루어짐) 및/또는 섬유 부재(9)(예를 들면, 중합체로 이루어짐)의 상이한 열 팽창 계수로 인하여 완벽하게 평평하지 않을 수 있다.

잉크 저장조(5)의 내부 기하학적 구조에 대한 섬유 부재(9)의 기하학적 적응 외에 이 문제에 대한 또 다른 해결책은, 도 7에 도시된 바와 같이, 조정 부재(12)의 사용이다. 조정 부재(12)는 매우 유연한 물질로 이루어져, 섬유 부재(9)와 덕트(3) 또는 필터(4) 사이에서 유압 연통을 형성할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 조정 부재(12)의 기하학적 구조는 필터(4) 및 덕트(3)가 제공되는 잉크 저장조(5)의 단면에서 잉크 저장조(5)의 내부 기하학적 구조와 매우 일치한다. 조정 부재(12)의 사용은 불균일한 필터 표면을 갖는 필터(4)(도 8a 및 8b 참조)가 존재할 때 특히 바람직하지만, 필터(4)가 없는 잉크 저장조(5)에도 조정 부재(12)가 사용될 수 있다.

조정 부재(12)의 물질은 발포체인 것이 바람직하며, 이는 발포체가 섬유 부재(9)의 길이 방향에 비해 3차원 모두에서 쉽게 압축 가능하기 때문이다. 따라서, 이는 섬유 부재(9)의 기하학적 구조와 이는 잉크 저장조(5)의 기하학적 구조 사이의 임의의 불일치를 정확하게(closely) 일치시킬 수 있다. 이는 상술한 부정적 결과를 초래하는 사강(10)의 생성(도 6a 참조)을 방지한다.

조정 부재(12)는 용매 저항성 발포체로 이루어지는 것이 바람직하지만, 섬유 부재(9)의 부피에 대해 발포체의 부피가 충분히 작으면 위에서 상세히 설명한 바와 같이 용매 기반 잉크와 접촉하여 팽창하는 발포체로 이루어질 수도 있다. 달리 말하자면, 비 용매 저항성 발포체로 인해 팽창이 여전히 발생하지만, 섬유 부재(9) 또는 잉크 저장조(5)의 용량에 비해 크기가 작기 때문에 발포체의 치수 변화가 작고 이에 따라 상술한 부정적 결과가 잉크 저장조(5)의 기능에 큰 영향을 미치지 않는다.

어떤 경우에도, 섬유 부재와 필터(4) 또는 덕트(3)로의 입구 또는 입 사이의 완충제로서 작용하는 발포체 층의 두께는 팽창의 영향을 회피하면서도 여전히 완충제로서, 바람직하게는, 위에서 더 자세히 기술된 바와 같이 섬유의 표면 측으로부터 유출되는 잉크의 방향 전환 수단으로서의 기능을 수행하기 위해 가능한 한 작게 선택되어야 한다.

인터페이스로서 조정 부재를 사용하는 다른 이점은 상기 조정 부재의 모세관 현상, 따라서 배압 시스템의 결과적인 모세관 현상의 미세 조정을 달성하기 위한 옵션이 있다는 점이다. 더 구체적으로는, 섬유 부재를 잉크 저장조에 삽입하는 정도에 의해, 바람직하게는 발포체로 이루어진 조정 부재(12)에 대해 섬유 부재(9)에 의해 발생된 압축을 제어함으로써, 실제 모세관 현상이 프린터의 완벽한 기능에 적합한 원하는 값으로 설정될 수 있다.

도 8a 및 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 필터(4)는 바람직하게는 복수의 맞물린 스트랜드(14)에 의해 차례로 이루어진 메시(13)로 형성된다. 스트랜드(14) 또는 필터(4)에 바람직한 물질은 용매 기반 잉크의 용매에 저항성인 금속이다. 상술한 바와 같이, 이러한 구성의 필터는 제조하기 쉽고, 흐름, 및 필터(4)를 통과하는 잉크로부터 분리되어야 하는 파편 및 입자의 관점에서 원하는 특성에 따라 조정될(tweaked) 수 있다. 그렇지 않으면, 이러한 파편 또는 입자가 프린트헤드로 이어지는 잉크에 대한 좁은 덕트 또는 프린트헤드 자체를 막을 수 있다.

1 카트리지
2 잉크 공급 인터페이스
3 덕트(잉크 유로의 일부를 형성)
4 필터
5 잉크 저장조
6 발포체(종래 기술)
7 섬유층
8 섬유
9 여러 섬유층을 포함하는 섬유 부재
9a 섬유 부재의 표면 측
10 필터에 인접한 빈 공간
11 잉크 유로를 방해하는 기포
12 조정 부재
13 필터 메시
14 메시를 형성하는 스트랜드
15 프린트헤드

Claims (14)

1. 잉크 공급 인터페이스(2);
   잉크 저장조(5)와 상기 잉크 공급 인터페이스(2) 사이의 연결을 형성하는 덕트(3); 및
   상기 잉크 저장조(5) 내에 위치하는 용매 기반 잉크를 유지하는 이방성(anisotropic) 섬유 부재(9)를 포함하고, 상기 섬유 부재(9)가 섬유 방향을 갖는 복수의 섬유(8)에 의해 형성되는 배압 시스템을 포함하고, 상기 섬유(8) 중 적어도 일부는 상기 섬유 방향이 상기 덕트(3)를 향해 배향되도록 상기 잉크 공급 인터페이스(2)로 이어지는 상기 덕트(3)를 향하고,
   상기 섬유 부재(9)와 상기 덕트(3) 사이에 위치하는 조정 부재(12)를 특징으로 하며,
   상기 섬유 부재(9)에 비해 상기 조정 부재(12)의 부피가 20% 미만인 잉크 저장조(5).
2. 제1항에 있어서, 상기 섬유 부재(9)가 용매 기반 잉크에 대한 잉크 저장조(5) 용량의 대부분(major share), 바람직하게는 적어도 80%, 더 바람직하게는 90% 및 가장 바람직하게는 95%를 제공하는 잉크 저장조(5).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 부재(9)가 서로 부착된 섬유(8)로 이루어진 복수의 섬유층(7)으로 형성된 잉크 저장조.
4. 제3항에 있어서, 각 섬유층(7)이 세 개의 섬유(8), 바람직하게는 두 개의 섬유 및 가장 바람직하게는 한 개의 섬유의 직경에 대응하는 최대 두께를 갖는 잉크 저장조.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유(8) 중 적어도 일부는 폴리에틸렌 폴리프로필렌 섬유이고, 상기 폴리에틸렌은 바람직하게는 외부 시스를 형성하고, 상기 폴리프로필렌은 내부 코어인 잉크 저장조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 필터(4)를 더 포함하며, 상기 필터(4)가 상기 섬유 부재(9)와 상기 덕트(3) 사이에 위치하는 잉크 저장조.
7. 제6항에 있어서, 상기 필터(4)가 스트랜드(strand)(14)로 이루어진 메시(13)를 포함하는 잉크 저장조.
8. 제7항에 있어서, 상기 스트랜드(14)가 금속으로 이루어진 잉크 저장조.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 부재(12)가 압축성 발포체를 포함하는 잉크 저장조.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 부재(9)에 대한 상기 조정 부재(12)의 부피가 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만인 잉크 저장조.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 부재(12)가 상기 덕트(3)를 향하는 상기 섬유 부재의 표면 측(9a) 전체를 따라 연장되는 잉크 저장조.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 배출 포트를 더 포함하는 잉크 저장조.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 부재가 에탄올 및 이소프로필 알코올과 같은 알코올, 메틸 이소부틸 케톤 및 메틸 에틸 케톤과 같은 케톤, 디메틸 설폭사이드와 같은 설폭사이드, 디메틸포름아미드와 같은 아미드, 및 크실렌을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매를 포함하는 용매 기반 잉크를 위한 것인 잉크 저장조.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 잉크젯 저장조를 포함하는 잉크젯 카트리지.

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