KR101212086B1

KR101212086B1 - 잉크 순환장치 및 이 잉크 순환장치를 포함하는 잉크젯프린터

Info

Publication number: KR101212086B1
Application number: KR1020060062613A
Authority: KR
Inventors: 강승욱; 카즈오 하이다
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: EP1876024A1; US20080007604A1; JP2008012910A; EP1876024B1; CN101100137A; KR20080004095A; US7871160B2

Abstract

본 발명은 잉크 순환장치 및 이를 포함하는 잉크젯 프린터에 관한 것이다. 본 발명은, 잉크를 저장하는 잉크탱크와; 상기 잉크탱크와 서로 순환 가능한 잉크액실이 형성된 보조탱크와; 상기 잉크액실과 연통되어 잉크를 토출하는 노즐을 구비한 헤드와; 상기 보조탱크 내부에 배치되며, 상기 잉크액실을 상기 잉크탱크와 순환되는 제1액실 및 상기 노즐과 연통되는 제2액실로 구획하는 필터와; 상기 잉크탱크와 상기 제1액실을 연결하여 순환유로를 형성하는 순환배관과; 상기 순환유로 상에 배치되며 상기 보조탱크에 부압을 가하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 잉크 순환 과정 중에서 잉크가 노즐에서 토출되지 않게 하며, 효율적인 잉크 순환 유로를 가질 수 있다.

Description

잉크 순환장치 및 이 잉크 순환장치를 포함하는 잉크젯 프린터{INK CIRCULATION APPARATUS AND INKJET PRINTER INCLUDING THE SAME}

도 1은 종래 잉크젯 프린터의 잉크 순환 과정을 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 잉크 순환 장치의 단면도이고,

도 3은 도 2의 잉크젯 프린터의 잉크 순환 유로 상의 계측지점(S)에서의 압력과 펌프 구동 모터의 전압과의 상관관계를 실험적으로 구한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 잉크젯 프린터 110 : 잉크탱크

111 : 잉크탱크몸체 113 : 대기연통구

115 : 유출구 117 : 유입구

120 : 잉크카트리지 130 : 보조탱크

130A : 제1액실 130B : 제2액실

131 : 보조탱크몸체 133 : 구획판

135 : 보조탱크유입구 137 : 보조탱크유출구

140 : 필터 150 : 헤드

153 : 노즐 160 : 순환배관

163 : 상부배관 165 : 하부배관

170 : 밸브 180 : 펌프

본 발명은 잉크 순환 장치 및 이를 포함하는 잉크젯 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 순환 과정 중에서 잉크가 토출되지 않으며 효율적인 잉크 순환 유로를 갖는 잉크 순환 장치 및 이를 포함하는 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 헤드에 구비된 노즐을 통해 잉크를 인쇄용지에 분사하여 소정의 화상을 인쇄한다. 그런데, 노즐이 미세먼지와 같은 이물질 또는 기포에 의해 폐색되는 경우 그 노즐에 해당하는 화상은 인쇄되지 않게 된다. 그래서, 노즐과 잉크를 저장하는 잉크탱크 사이의 잉크유로 상에 필터를 배치하여 기포와 이물질을 걸러주는 것이 일반적이다.

특히, 헤드가 프린터 하우징에 고정되어 헤드를 교체하기가 곤란한 잉크젯 프린터의 경우, 노즐 폐색을 방지하기 위해 노즐과 잉크탱크 사이에 잉크 유로 상에 존재하는 기포와 이물질을 잉크탱크로 회수하는 잉크 순환 과정을 갖는다.

종래의 잉크젯 프린터(1)는, 도 1의 실선 화살표로 도시된 바와 같이, 순환펌프(30)의 작동에 의해 잉크탱크(10), 부압부(50), 헤드어세이(20), 순환펌프(30)의 순서로 잉크가 순환되는 잉크 순환 과정을 가진다. 부압부(50)는 잉크 순환 과정에서 헤드어세이(20)의 노즐을 통해 잉크가 토출되지 않도록 헤드어세이(20)에 부압을 가하는 역할을 한다. 그리고, 필터(미도시)는 부압부(50) 내부의 잉크 순환 유로 상에 배치되어 이물질을 걸러주는 역할을 한다.

종래의 잉크젯 프린터(1)는 필터가 잉크 순환 유로 상에 배치되어 필터에 의해 발생되는 유저항(流抵抗)을 극복하기 위해 용량이 큰 순환펌프(30)를 사용해야한다.

또한, 헤드어세이(20), 부압부(50) 및 필터를 포함하는 전체가 순환되는 잉크 순환 과정을 가짐으로써 비효율적이다. 왜냐하면, 필터 전방의 헤드어세이(20)는 필터에 의해 이물질 및 기포를 차단되므로 다른 영역에 비해서 상대적으로 이물질 및 기포가 적은 깨끗한 잉크가 존재하기 때문이다.

그리고, 일본 공개 특허 2004-351641은 정압펌프에 의해 잉크가 순환되는 잉크 순환 과정을 개시하고 있으며, 잉크 순환 과정 중에 노즐을 통해 배출되는 폐잉크의 양을 최소화하고자 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 효율적인 잉크 순환 과정을 가지며, 잉크 순환 과정 중에 잉크가 노즐로부터 토출되지 않는 잉크 순환 장치 및 이를 포함하는 잉크젯 프린터를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 잉크젯 프린터에 있어서, 잉크를 저장하는 잉크탱크와; 상기 잉크탱크와 서로 순환 가능한 잉크액실이 형성된 보조탱크와, 상기 잉크액실과 연통되어 잉크를 토출하는 노즐을 구비한 헤드와, 상기 보조탱크 내부에 배치되며, 상기 잉크액실을 상기 잉크탱크와 순환되는 제1액실 및 상기 노즐과 연통되는 제2액실로 구획하는 필터를 갖는 잉크카트리지와; 상기 잉크탱크와 상기 제1액실을 연결하여 순환유로를 형성하는 순환배관과; 상기 순환유로 상에 배치되며 상기 보조탱크에 부압을 가하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터에 의해서 달성된다.

그리고, 상기 펌프는 상기 제1액실의 잉크를 상기 잉크탱크 측으로 토출할 수 있다.

또한, 상기 펌프의 부압은 상기 노즐의 내부 벽면에 형성된 잉크 메니스커스(meniscus)가 유지되도록 소정범위 내에 있는 것이 바람직하다. 메니스커스(menicus)란 모세관 현상에 의해 관 속의 액면이 형성하는 곡면을 말하는데, 여기서는 노즐 내부의 잉크가 형성하는 곡면을 말한다.

그리고, 필터의 유저항 (flow resistance)을 줄이기 위해 상기 필터는 상기 제1액실에 형성되는 잉크 유로 방향으로 배치되는 바람직하다.

또한, 상기 잉크탱크는 유입구와 유출구를 가지며, 상기 제1액실은 상기 잉크탱크의 상기 유출구와 연결되는 보조탱크유입구와, 상기 잉크탱크의 상기 유입구와 연결되는 보조탱크유출구를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 보조탱크는 상기 보조탱크유입구와 상기 보조탱크유출구 사이에 개재되며, 잉크의 유로가 형성되도록 상기 제1액실을 구획하는 구획판을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 순환유로 상에 배치되어 상기 순환배관을 통과하는 잉크의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 잉크젯 프린터의 잉크 순환 장치에 있어서, 잉크를 저장하는 잉크탱크와; 상기 잉크탱크와 서로 순환 가능한 잉크액실이 형성된 보조탱크와, 상기 잉크액실과 연통되어 잉크를 토출하는 노즐을 구비한 헤드와, 상기 보조탱크 내부에 배치되며, 상기 잉크액실을 상기 잉크탱크와 순환되는 제1액실 및 상기 노즐과 연통되는 제2액실로 구획하는 필터를 갖는 잉크카트리지와; 상기 잉크탱크와 상기 제1액실을 연결하여 순환유로를 형성하는 순환배관과; 상기 순환유로 상에 배치되며 상기 보조탱크에 부압을 가하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치에 의해서도 달성될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 잉크젯 프린터(100)를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린터(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크를 저장하는 잉크탱크(110)와; 잉크탱크(110)로부터 잉크를 공급받아서 기록매체에 잉크를 분사하여 화상을 형성하는 잉크카트리지(120)와; 잉크카트리지(120)와 잉크탱크(110)를 연결하여 순환 유로를 형성하는 순환배관(170)과; 순환유로 상에 배치되어 잉크카트리지(120)에 부압을 가하는 펌프(180)를 포함한다.

잉크탱크(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하며 잉크를 저장하는 액실(119)이 형성된 잉크탱크몸체(111)와, 대기압이 잉크탱크 내부에 작용할 수 있도록 하는 대기연통구(113)와, 후술할 잉크카트리지(120)의 보조탱크(110)와 연결되어 순환유로를 형성하는 유출구(115) 및 유입구(117)를 포함한다.

유출구(115) 및 유입구(117)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 후술할 순환배 관(160)과 용이하게 접속할 수 있도록 돌출된 형상인 것이 바람직하다. 그러나, 순환배관(160)과 결합될 수 있으면 어떤 형상으로 마련되더라도 무방하다.

잉크탱크(110)는 저장된 잉크가 다 소모된 경우, 잉크 주입을 용이하기 위해 또는 새 잉크탱크로 교체하기 위해 프린터 하우징(미도시)에 착탈 가능하게 마련되는 것이 바람직하다.

잉크탱크(110)는 사용자가 잉크탱크(110) 교체시기 등을 알 수 있도록 저장된 잉크 유량을 검출하는 수위센서를 더 포함할 수 있다.

잉크카트리지(120)는 잉크탱크(110)에서 유입된 잉크를 노즐(153)로 안내하는 잉크액실(130A, 130B)이 형성된 보조탱크(130)와; 잉크액실(130A, 130B)을 잉크탱크(110)와 서로 순환되는 제1액실(130A) 및 노즐과 연통되는 제2액실(130B)로 구획하는 필터(140)와; 인쇄용지와 같은 인쇄매개물에 잉크를 분사하는 노즐(153)이 형성된 헤드(150)를 포함한다.

보조탱크(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크탱크(110)에서 공급된 잉크를 노즐(153)로 안내하는 잉크액실(130A, 130B)이 형성된 보조탱크몸체(131)와; 보조탱크몸체(131)에 수용되어 잉크액실(130A, 130B)을 구획하는 구획판(133)과; 잉크탱크(110)와 연결되는 보조탱크유입구(135) 및 보조탱크유출구(137)를 포함한다.

보조탱크(130)는 플라스틱 재질로 일체로써 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 제1액실(130A) 및 제2액실(130B)을 형성하는 각각을 조립하여 형성될 수도 있다.

잉크액실(130A, 130B)은 후술할 필터(140)에 의해 제1액실(130A)과 제2액 실(130B)로 나누어진다.

제1액실(130A)은 잉크탱크(110)와 연결되어 잉크탱크(110)와 서로 순환된다. 제1액실(130A)에는 제1액실(130A)의 전 영역을 잉크가 순환할 수 있도록 보조탱크유입구(135)와 보조탱크유출구(137) 사이에 구획판(133)이 설치되는 것이 바람직하다.

구획판(133)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크탱크(110)의 잉크가 유입되는 보조탱크유입구(135)와 제1액실(130A)의 잉크가 토출되는 보조탱크유출구(137) 사이에 개재된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일측은 보조탱크몸체(131)와 결합되고 타측은 개방되어 제1액실(130A) 내부에서 잉크 유로를 형성한다. 구획판(133)은 양측이 모두 보조탱크몸체(131)와 결합되고 일측 영역에 관통공(미도시)이 형성됨으로써 마련될 수도 있다.

구획판(133)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 순환 과정에서 보조탱크유입구(135)를 통해 유입된 잉크가 필터(140)를 직접 통과하지 않도록 하기 위해, 필터(140)와 나란하게 배치되는 것이 바람직하다.

제2액실(130B)은 필터(140)를 거친 제1액실(130A)의 잉크를 저장하며, 노즐(153) 측으로 잉크를 공급한다. 이에 의해, 제2액실(130B)에는 기포 및 이물질이 필터(140)에 의해 걸러져서 상대적으로 깨끗한 잉크가 존재하게 된다.

보조탱크유입구(135)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1액실(130A)의 상부영역에 위치한다. 보조탱크유입구(135)의 위치는 그에 국한하지 않고 제1액실(130A)로 잉크가 유입될 수 있는 위치이면 충분하다. 보조탱크유입구(135)는, 도 2에 도 시된 바와 같이, 잉크탱크(110)의 유출구(115)와 순환배관(160)에 의해 연결된다. 그리고, 순환배관(160)과의 연결을 용이하게 하기 위해 보조탱크몸체(131)에서 돌출된 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

보조탱크유출구(137)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1액실(130A)로 유입된 잉크가 원활하게 잉크탱크(110)의 유입구(117)로 토출되게 하기 위해 제1액실(130A)의 하부영역에 위치하는 것이 바람직하다. 보조탱크유출구(137)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크탱크(110)의 유입구(117)와 순환배관(160)에 의해 연결된다. 또한, 순환배관(160)과의 연결을 용이하게 하기 위해 보조탱크몸체(131)에서 돌출된 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

필터(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 보조탱크(130) 내부에 수용되어 잉크액실(130A, 130B)을 잉크탱크(110)와 순환되는 제1액실(130A)과 노즐과 연통되는 제2액실(130B)로 구획한다.

필터(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1액실(130A)을 순환하는 잉크가 필터(140)에 의한 유저항(流抵抗)을 가장 적게 받도록 배치되는 것이 바람직하다. 유저항이 최소화되는 방향은 잉크 순환 유로와 평행한 방향이고, 도 2에서는 구획판(133) 및 헤드(150)와 나란한 방향이다. 이에 의해, 필터(140)는 잉크탱크(110)와 제1액실(130A)의 순환유로 상에 배치되어 있지 않으므로 작은 용량의 펌프(180)를 사용할 수 있다. 필요에 따라서는, 노즐에 형성된 잉크의 메니스커스(meniscus)가 파괴되지 않는 범위 내에서 잉크 순환 유로 방향에 경사지게 배치될 수 있다.

필터(140)는 헤드(150) 측으로 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 잉크카트리지(120) 제조 공정에서 헤드(150)에 이물질 또는 기포가 유입되는 것을 방지하기 위해, 필터(140)를 포함하는 제2액실(130B)의 보조탱크 일부와 헤드(150)만을 반도체 클린 룸에서 결합하고, 나머지는 클린 룸이 아닌 곳에서 조립하여 잉크카트리지(120)를 제작할 수 있다. 이에 의해, 클린 룸을 유지하기 위한 시설비를 절감하여 제조원가를 낮출 수 있다.

필터(140)는 미세홀(미도시)이 표면을 따라 형성된 플레이트이다. 플레이트는 미세홀을 가공할 수 있는 실리콘 웨이퍼, 플라스틱 플레이트, 금속플레이트로 마련될 수 있다. 미세홀의 크기는 이물질 또는 기포를 확실하게 걸러낼 수 있도록 노즐 직경보다 작은 것이 바람직하다. 필요에 따라서는, 사용조건 등을 고려하여 미세홀은 노즐 직경과 같거나 크게 마련될 수 있다.

헤드(150)는 인쇄용지에 잉크를 분사하는 노즐(153)과 노즐(153) 상부에 박막의 미세 잉크유로가 형성된 잉크챔버(미도시)와 잉크챔버 내에 배치되어 잉크를 가열하는 가열저항체(미도시)를 포함한다. 헤드(150)는 반도체 공정에 의해서 칩 형태로 제작된다. 헤드(150)는 복수의 노즐(153)이 소정의 패턴으로 배치되어 용지의 폭 길이의 라인 헤드(page-width print head)일 수 있다.

헤드(150)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 헤드(150) 잉크의 수두가 잉크탱크(110)의 잉크 수두보다 소정범위(20 ~ 60mmAq) 크도록 한다. 즉, 헤드(150)의 하면이 잉크탱크(110)에 저장된 잉크 수위보다 상측에 배치된다. 이러한 수두차는 인쇄대기상태에서 펌프(180)가 작동되지 않더라도 노즐(153)을 통해 잉크가 토출되지 않게 해준다. 그리고, 수두차의 범위는 잉크탱크(110) 및 보조탱크(130)의 용량 또 는 헤드(150)의 크기 등을 고려하여 적절하게 결정된다.

순환배관(160)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크탱크(110)의 유출구(115)와 보조탱크유입구(135)를 연결하는 상부배관(163)와; 잉크탱크(110)의 유입구(117)와 보조탱크유출구(137)를 연결하는 하부배관(165)를 포함한다.

순환배관(160)은 어느 정도의 탄성을 갖도록 연성의 플라스틱 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

상부배관(163)는 잉크탱크(110)의 유출구(115) 및 보조탱크유입구(135)와 용이하게 결합 및 분리가 가능하도록 클램프 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 상부배관(163)의 양단에 걸림돌기(미도시)를 마련하고 유출구(115)와 상부개구(135) 측에 걸림홈(미도시)을 마련하여 서로 걸림홈 결합될 수도 있다. 이러한 결합방법 외에도 공지된 통상의 체결방법에 의해 결합될 수 있다.

하부배관(165)도 상부배관(163)과 동일한 방식에 의해 잉크탱크(110)의 유입구(117) 및 보조탱크유출구(137)와 결합된다.

밸브(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부배관(163)의 경로 상에 마련되어 상부배관(163)을 통과하는 잉크 유량을 조절한다. 밸브(170)는 필요에 따라서 하부배관(165) 상에 마련될 수도 있다. 밸브(170)는 체크밸브 또는 솔레노이드밸브 또는 전자식팽창밸브 중 어느 하나로 마련되며, 필요에 따라서는 상기 밸브를 두개 이상 조합되어 마련될 수도 있다.

펌프(180)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부배관(165)의 경로 상에 마련된다. 필요에 따라서는 하부배관(165)이 아닌 상부배관(163)에 배치될 수도 있다.

펌프(180)는 모터(미도시)에 의해 구동되는 로터리 펌프(Rotary Pump)나 다이어프램 펌프(Diaphragm Pump)인 것이 공간효율 측면에서 바람직하다. 펌프(180)는 상술한 구동방식의 펌프에 국한되는 것이 아니고 제1액실(130A)에 부압을 가할 수 있는 것이면 어떤 방식이든 무방하다. 또한, 필요에 따라서 인쇄과정 중에도 작동될 수 있으나, 이물질 또는 기포 제거가 필요한 경우에만 작동되도록 하는 것이 에너지 효율 측면에서 바람직하다.

펌프(180)는 잉크 순환 과정에서는 보조탱크(130)의 제1액실(130A)에 부압을 가한다. 부압은, 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(180)가 제1액실(130A)의 잉크를 보조탱크유출구(137) 측에서 유입구(117) 측으로 토출함으로써 발생한다. 제1액실(130A)에 부압이 가해지면 보조탱크유입구(135)를 통해 잉크탱크(110)의 잉크가 제제1액실(130)A로 유입된다. 이로써, 제1액실(130A)과 잉크탱크(110) 사이에는 반시계방향의 잉크 순환유로가 형성된다. 물론, 펌프(180)가, 도 2에 배치된 위치와 달리, 상부배관(163)에 배치되는 경우에는 시계방향의 순환유로가 형성될 것이다.

제1액실(130A)에서 발생되는 부압에 의해 제1액실(130A)과 필터(140)를 사이에 두고 연통되는 제2액실(130B)에도 부압이 발생한다. 제2액실(130B)의 압력이 낮아지므로 제2액실(130B)과 연통되어 있는 노즐(153)의 잉크는 제2액실(130B)측으로 힘을 받는다. 이에 의해, 잉크 순환 과정 중에서 노즐(153)을 통해 잉크가 외부(도 2의 노즐(153)의 하측)로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 일본 공개 특허 2004-351641과 같이, 잉크 순환과정 중에서 토출되는 잉크를 수거하기 위해 헤드 전방에 별도의 폐잉크통을 배치할 필요가 없으며, 페잉크통의 잉크를 잉크탱크로 회수하기 위한 별도의 펌프도 마련할 필요가 없다.

그러나, 펌프(180)에 의해 제1액실(130A)에 지나치게 낮은 부압(음의 값을 가지며 절대값이 큰 압력)이 가해지는 경우, 노즐 내부에 형성되어 있던 잉크의 메니스커스가 파괴되면서 노즐을 통해 외기가 유입될 위험이 있다. 따라서, 펌프(180)는 노즐 잉크의 메니스커스가 파괴되지 않도록 소정범위의 부압을 가해야 한다.

소정 범위의 부압은 실험에 의해 적절하게 결정되며, 그 방법은 다음과 같다.

먼저, 펌프(180)의 토출유량 또는 펌프(180)의 구동모터에 인가되는 전압과 계측지점에서 측정된 부압 사이의 상관관계를 실험으로 구한다. 계측지점은 잉크탱크(110)와 제1액실(130A) 사이의 순환유로 상의 임의의 지점이다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 하부배관(165)상의 보조탱크유출구(137)에 인접한 지점(S)을 계측지점으로 할 수도 있다.

도 2의 계측지점(S)에 압력센서를 설치하고 펌프(180)의 구동모터에 인가되는 전압을 증가시키면서 계측지점(S)에서의 유압(P)을 측정하고, 측정된 값을 직교좌표에 표시함으로써, 도 3과 같은 그래프를 얻을 수 있다.

그리고, 실험에서 노즐에 형성된 잉크 메니스커스가 파괴되기 시작할 때의 계측지점(S)에서의 최저부압(도 3의 Pmin)도 함께 측정한다. 도 3에서는, 메니스커스가 파괴될 때의 계측지점(S)에서의 최저부압(Pmin)은 -8KPa이다.

이론적으로는, 펌프(180)가 계측지점(S)에서 최저부압(Pmin)보다 큰 부압이 발생하도록 하면 노즐(153)의 잉크 메니스커스가 유지될 것이지만 실험오차 등을 고려하여 측정된 최저부압(Pmin)에 소정의 마진(margin)을 더하는 것이 바람직하다. 즉, 펌프(180)는 최저부압(Pmin)에 마진을 더한 임계부압(Pc)이상의 부압이 계측지점(S)에서 발생되도록 보조탱크(130)에 부압을 가하는 것이 바람직하다.

일례로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 최저부압(Pmin) -8KPa에 마진 4KPa을 더한 -4KPa을 임계부압(Pc)으로 할 수 있다. 이 경우, 펌프(180)의 구동모터에 인가되는 전압의 상한값은, 도 3에서 임계부입(Pc) -4KPa에 대응되는 펌프 구동모터 전압 값으로서, 대략 9V 정도이고, 이때 펌프(180)의 토출유량은 8.4cc/min이다.

그런데, 펌프(180)에 의해 제1액실(130A)에 지나치게 높은 부압(음의 값을 가지며 절대값이 0에 가까운 압력)이 가해지는 경우, 순환배관(160)과의 마찰력 등에 의해 잉크 순환이 원활하게 되지 않을 수도 있다. 따라서, 펌프(180)는 최소한의 잉크 순환 속도 또는 최대 가능한 잉크 순환 시간을 고려하여 계측지점(S)에서의 부압상한값을 설정하는 것이 바람직하다. 예들 들면, 도 3에서 부압상한값으로 -1KPa을 설정하는 경우, 펌프(180) 구동모터에 4V 이상의 전압을 인가하여야 한다.

정리하면, 펌프(180)는 계측지점(S)에서 측정되는 부압이 임계부압(Pc) 이상이고, 부압상한값 이하가 되도록 구동모터에 소정범위의 전원을 인가하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1액실(130A)에도 일정 범위의 부압이 가해진다. 앞서 예로든 도 3의 경우에는, 부압상한값(-1KPa) 및 임계부압(Pc, -4KPa)에 대응되는 4V이상 9V이하의 범위 내에서 펌프(180) 구동모터에 전원을 인가한다. 그리고, 이것은 하부배관(165)의 계측지점(S)에 압력센서(미도시)를 설치하고, 압력센서에 의해 측 정된 압력값에 따라서 펌프(180)의 구동모터의 회전수를 제어함으로써 제1액실(130A)에 일정 범위의 부압이 가해지도록 할 수 있다. 즉, 측정된 압력이 낮은 경우에는 구동모터의 회전수를 높이고, 압력이 높은 경우에는 구동모터의 회전수를 낮춘다.

필요에 따라서는, 펌프(180)는 상술한 소정범위의 부압에서 최적의 단일 부압값을 선정하여, 그 부압만을 발생시키도록 마련될 수도 있다. 이때, 계측지점(S)에는 압력센서(미도시)를 설치할 필요가 없고, 전원이 인가되면 일정한 토출량을 갖는 펌프(180)의 구동모터를 ON/OFF 함으로써 제1액실(130A)에 일정한 부압이 생기도록 할 수 있다.

잉크 순환 과정에서 이물질 및 기포를 빠른 시간에 제거하기 위해서는 펌프(180)의 잉크 토출량은 큰 것이 바람직하다. 따라서, 잉크 매니커스가 파괴되지 않는 범위 내에서 빠른 시간 내에 클리닝 할 수 있도록 펌프(180)의 구동모터 전압을 임계부압(Pc)에 대응되는 전압으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3에서는 펌프(180)의 구동모터에 9V의 전압을 인가하면 동일한 조건하에서 클리닝 시간을 최소로 할 수 있다.

필요에 따라서, 펌프(180)는 후술할 퍼징(Purging) 과정을 위해 보조탱크(130)의 제1액실(130A)에 양압을 가할 수 있도록 마련될 수 있다. 즉, 펌프(180)의 구동모터를 정역회전 시킴으로써 퍼징(Purging)과정에서는 보조탱크(130)에 양압을 가하고, 잉크순환 과정에서는 보조탱크(130)에 부압을 가하도록 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린터(100)는 밸브(170)의 개폐 및 펌프(180) 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제어부는 소정의 조건 또는 상황에 따라 잉크 순환 유로상의 이물질 및 기포를 제거하기 위한 잉크 순환 과정과 헤드(150)에 있는 이물질 및 기포를 제거하기 위한 퍼징(Purging)과정을 실시하기 위해 밸브(170)와 펌프(180)를 제어한다. 즉, 제어부는 정기적으로 또는 사용자의 요청 등에 의해 부정기적으로 잉크 순환 과정 또는 퍼징(Purging) 과정을 실시할 수 있다. 필요에 따라서는, 퍼징(Purging)과정을 생략하고 잉크 순환 과정만을 실시할 수도 있다.

잉크 순환 과정을 실시하는 경우, 제어부는 밸브(170)를 개방하고, 펌프(180)를 보조탱크유출구(137) 측에서 유입구(117) 측으로 잉크를 토출하도록 작동시킨다. 이에 의해, 잉크가 제1액실(130A)과 잉크탱크(110) 사이를 잉크가 순환되된다. 그리고, 잉크 순환 유로 상의 이물질 및 기포는 잉크탱크(110)로 회수되고, 회수된 기포는 잉크탱크(110)의 액실(119)에서 부력에 의해 상승하여 제거된다.

퍼징(Purging) 과정을 실시하는 경우, 제어부는 밸브(170)를 폐쇄하고, 유입구(117) 측에서 보조탱크유출구(137) 측으로 잉크가 토출되도록 펌프(180)를 작동시킨다. 즉, 제어부는 퍼징(Purging) 과정 중에는 펌프(180)의 구동모터의 회전방향이 잉크 순환 과정에서의 구동모터의 회전방향과 반대방향이 되게 함으로써 잉크 토출 방향을 반대로 할 수 있다. 이에 의해, 잉크 순환이 차단되어 잉크가 노즐(153)을 통해 외부로 배출되면서 헤드(150) 및 제2액실(130B)에 있는 이물질 및 기포가 제거되게 된다.

이상의 구성요소를 갖는 잉크젯 프린터(100)의 작동과정을 설명한다.

사용자의 인쇄명령에 의해 잉크젯 프린터(100)의 제어부는 바로 인쇄에 들어가기에 앞서 퍼징(Purging) 과정을 실시하여 헤드(150) 및 제2액실(130B)을 클리닝한다. 즉, 제어부는 밸브(170)을 폐쇄하고 펌프(180)의 구동모터에 전원을 인가하여 보조탱크(130)측으로 정압을 가한다. 이에 의해, 기포 또는 이물질이 잉크와 함께 배출되게 하여 해당부위가 클리닝된다.

제어부는 클리닝 완료 후 밸브(170)를 개방하고 펌프(180)의 작동을 정지시킨다. 그 후, 가열저항체에 전류를 흘려서 잉크챔버 내부의 잉크를 가열한다. 가열에 의해 잉크 버블이 형성되고, 형성된 잉크 버블은 그 체적이 증가함에 따라 노즐(153)측으로 토출되어 인쇄용지에 소정의 화상이 형성된다.

그리고, 노즐(153)에서 토출되어 소모된 잉크의 양 만큼 모세관 현상에 의해서 잉크탱크(110)에서 보조탱크(130)로 공급되게 된다. 인쇄 완료 후에는 퍼징(Purging)과정을 다시 실시하여 헤드(150) 및 제2액실(130B)를 클리닝하여, 사용자의 인쇄명령에 대비한다.

또한, 제어부는 잉크 순환 과정을 실시할 조건에 해당되면, 밸브(170)의 개폐 확인하고 밸브(170)가 폐쇄된 경우 밸브(170)를 개방한다. 그 후, 펌프(180)를 작동시켜 보조탱크(130)에 부압을 가함으로써 제1액실(130A) 및 잉크탱크(110)를 순환시킨다. 이에 의해, 제1액실(130A) 및 잉크탱크(110) 내의 이물질 또는 기포를 잉크탱크(110)로 회수하여 제거할 수 있다.

이상에서는 잉크 토출방식으로서 버블젯 방식의 잉크젯 프린터에 대해 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 잉크 순환 과정을 갖는 압전방식(Piezo 방식)과 같은 다른 방식의 잉크젯 프린터에도 적용될 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크 순환 장치 및 이 잉크 순환장치를 포함하는 잉크젯 프린터에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 헤드(150) 및 필터(140)를 제외한 잉크탱크(110)와 제1액실(130A)을 순환하는 유로를 구성으로써 전체를 순환 시키는 것이 비해 효율적이다.

둘째, 잉크 순환 과정에서 펌프(180)가 부압을 가함으로써, 노즐(153)을 통해 잉크가 전혀 토출되지 않는다. 따라서, 토출되는 잉크를 저장하기 위한 별도의 장치들이 필요 없고, 잉크 순환 과정에서 토출되는 잉크 없으므로 잉크 사용기간을 길게 할 수 있어 경제적이다.

셋째, 필터(140)에 의한 유저항(流抵抗, flow resistance)을 최소화함으로써, 적은 용량의 펌프(180)로도 잉크를 순환 시킬 수 있다. 적은 용량의 펌프(180)를 사용함으로써 제조원가를 절감할 수 있다.

넷째, 필터(140)를 헤드(150)에 근접하도록 배치하면 이물질이 헤드(150)에 유입되는 것을 막을 수 있어, 잉크카트리지(120)의 제조공정 전부를 반도체 클린 룸에서 하지 않아도 되므로 클린 룸을 유지하기 위한 시설비 등을 절감하여 제조원가를 낮출 수 있다.

Claims

잉크젯 프린터에 있어서,

잉크를 저장하며, 유입구와 유출구를 갖는 잉크탱크와;

상기 잉크탱크와 서로 순환 가능한 잉크액실이 형성된 보조탱크와;

상기 잉크액실과 연통되어 잉크를 토출하는 노즐을 구비한 헤드와;

상기 보조탱크 내부에 배치되며, 상기 잉크액실을 상기 잉크탱크와 순환되는 제1액실 및 상기 노즐과 연통되는 제2액실로 구획하는 필터와;

상기 잉크탱크와 상기 제1액실을 연결하여 순환유로를 형성하는 순환배관과;

상기 순환유로 상에 배치되며 상기 보조탱크에 부압을 가하는 펌프와;

잉크의 유로가 형성되도록 상기 제1액실을 구획하는 구획판을 포함하며,

상기 제1액실은 상기 잉크탱크의 상기 유출구와 연결되는 보조탱크유입구와, 상기 잉크탱크의 상기 유입구와 연결되는 보조탱크유출구를 포함하며,

상기 구획판은 상기 보조탱크유입구와 상기 보조탱크유출구 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
제1항에 있어서,

상기 펌프는 상기 제1액실의 잉크를 상기 잉크탱크 측으로 토출하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
제1항에 있어서,

상기 펌프의 부압은 상기 노즐의 내부 벽면에 형성된 잉크 메니스커스(meniscus)가 유지되도록 소정범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터는 상기 제1액실에 형성되는 잉크 유로 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
제4항에 있어서,

상기 필터는 상기 헤드에 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
삭제
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 순환유로 상에 배치되어 상기 순환배관을 통과하는 잉크의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터.
잉크젯 프린터의 잉크 순환 장치에 있어서,

잉크를 저장하며, 유입구와 유출구를 갖는 잉크탱크와;

상기 잉크탱크와 서로 순환 가능한 잉크액실이 형성된 보조탱크와;

상기 잉크액실과 연통되어 잉크를 토출하는 노즐을 구비한 헤드와;

상기 보조탱크 내부에 배치되며, 상기 잉크액실을 상기 잉크탱크와 순환되는 제1액실 및 상기 노즐과 연통되는 제2액실로 구획하는 필터와;

상기 잉크탱크와 상기 제1액실을 연결하여 순환유로를 형성하는 순환배관과;

상기 순환유로 상에 배치되며 상기 보조탱크에 부압을 가하는 펌프와;

잉크의 유로가 형성되도록 상기 제1액실을 구획하는 구획판을 포함하며,

상기 제1액실은 상기 잉크탱크의 상기 유출구와 연결되는 보조탱크유입구와, 상기 잉크탱크의 상기 유입구와 연결되는 보조탱크유출구를 포함하며,

상기 구획판은 상기 보조탱크유입구과 상기 보조탱크유출구 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치.
제9항에 있어서,

상기 펌프는 상기 제1액실의 잉크를 상기 잉크탱크 측으로 토출하는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치.
제9항에 있어서,

상기 펌프의 부압은 상기 노즐의 내부 벽면에 형성된 잉크 메니스커 스(meniscus)가 유지되도록 소정범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터는 상기 제1액실에 형성되는 잉크 유로 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치.
삭제
삭제
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 순환유로 상에 배치되어 상기 순환배관을 통과하는 잉크의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 순환 장치.