KR20060046408A - 잉크젯 기록 장치용 액체 용기 - Google Patents

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Abstract

액체 용기는 액체 토출 기록 헤드에 액체를 공급하기 위한 공급 포트 및 대기와 유체 연통하는 통기부를 구비하면서 액체를 흡수 및 유지하기 위한 부압 발생 부재를 수용하는 부압 발생 부재 수용 챔버와, 연통부를 통해 부압 발생 부재와 유체 연통되면서 연통부를 제외하면 실질적으로 밀봉되어 있는 액체를 수납하기 위한 액체 수납 챔버와, 액체 용기를 연통부를 제외한 액체 수납 챔버와 부압 발생 부재 수용 챔버로 분할하기 위한 격벽을 포함하고, 부압 발생 부재는 연통부에 대응하는 위치에 리세스를 구비하고, 리세스에 의해 제공되는 공간의 천정부는 액체 용기가 사용 위치에 있을 때, 실질적으로 수평인 기체 도입면으로서 기능한다.
연통부, 기체 도입면, 부압 발생 부재, 격벽

Description

잉크젯 기록 장치용 액체 용기{LIQUID CONTAINER FOR INK JET RECORDING APPARATUS}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 용기의 개략적 단면도이고, 여기서 (a)는 단위 시간당 소모량이 비교적 작은 상태를 도시하고, (b)는 잉크 소모량이 비교적 큰 상태를 도시한 도면.
도2는 잉크 공급동안 잉크 제트 기록 헤드에 대한 유동 저항을 도시하고, 여기서 세로좌표는 동적 부압(전체 부압)을 도시하고, 횡좌표는 잉크 카트리지로부터 공급되는 잉크 소모의 전체량을 도시한 도면.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 용기의 개략 단면도이고, 여기서 (a)는 단위 시간당 잉크의 소모량이 비교적 적은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크의 소모량이 비교적 많은 상태를 도시한 도면.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 용기의 개략 단면도이고, 여기서 (a)는 절단부의 량이 수평 방향으로 기체 도입면을 신장하도록 증가되는 예를 도시하고, (b)는 방향(A)으로 도시되고 X-X를 따라 절취된 단면도이고, (c)는 도4의 (a)의 예에서 발생될 수 있는 문제의 예시적 단면도이고, (d)는 방향(A)으로 도시되고 X-X를 따라 절취된 단면도이고, (e) 및 (f)는 도4의 (c)에 상응하는 변형도.
도5는 액체 용기의 개략적 단면도이고, 여기서 격벽의 바닥 단부의 위치는 본 발명의 기체 도입면의 위치보다 더 높고, (a)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 적은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 큰 상태를 도시한 도면.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 액체 용기의 개략적 단면도이고, 여기서 격벽의 바닥 단부의 위치는 기체 도입면의 위치보다 낮은 도면.
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크 용기의 개략 단면도이고, 여기서 (a)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 적은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 큰 상태를 도시한 도면.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 용기의 개략 단면도이고 부압 발생 부재가 부압 발생 부재 수용 챔버에 수용되는 경우 부압 발생 부재에 발생되는 문제를 도시한 도면.
도9는 벽면 통과(wall surface path)를 방지하기 위한 대책을 도시하는 일 예로서, 제2 실시예에 따른 액체 용기의 확대 개략도.
도10은 벽면 통과를 방지하기 위한 대책을 도시하는 일 예로서, 제2 실시예에 따른 액체 용기의 확대 개략도.
도11은 벽면 통과를 방지하기 위한 대책을 도시하는 일 예로서, 제2 실시예에 따른 액체 용기의 확대 개략도.
도12는 벽면 통과를 방지하기 위한 대책으로 돌출부를 구비하여 도시된 예로서, 제2 실시예에 따른 액체 용기의 확대 개략도.
도13은 항복(yielding)이 부압 발생 부재를 구성하는 섬유의 방향에 의존하 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 카트리지와 함께 사용되는 부압 발생 부재의 사시도.
도14는 본 발명에 따른 액체 용기의 개략 단면도이고, 여기서 (a)는 제1 부압 발생 부재와 제2 부압 발생 부재가 부압 발생 부재 수용 챔버에 수용되는 상태를 도시하고, (b)는 액체 용기에서 연통부와 부압 발생 부재 사이의 공간에 존재하는 잉크와 제2 부압 발생 부재 사이의 유체 유동을 야기할 때 이러한 갭의 상태의 예를 도시한 도면.
도15는 본 발명에 따른 액체 용기의 정점 라인 통과(apex line path)의 발생을 도시하고, 여기서 (a)는 부압 발생 부재 수용 챔버에 에지 라인 통과가 발생하는 위치를 도시하고, (b)는 부압 발생 부재가 삽입되는 경우 생성되는 에지 라인 통과의 예를 도시한 도면.
도16은 돌출부가 에지 라인 통과의 발생을 방지하도록 형성되는 경우 액체 용기의 연통부에 인접한 개략 확대도이고, 여기서 (b)는 측면에서 볼 때 연통부의 인접부의 개략 확대 단면도이고, (c)는 부압 발생 부재가 삽입되는 경우 부압 발생 부재 챔버를 생성하는 내벽과 부압 발생 부재 사이의 에지 라인부에 에지 라인 통과가 발생하는 상태를 도시한 도면.
도17은 도16의 실시예로 사용가능한 부압 발생 부재의 사시도.
도18은 종래 액체 용기가 가진 문제를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100:잉크 카트리지
112:통기구
114:잉크 공급 포트
125:잉크
132:부압 발생 부재
134:부압 발생 부재 수용 챔버
136:액체 수납 챔버
138:격벽
140:연통부
142:리브
144:공기 완충 챔버
본 발명은 잉크젯 기록 헤드에 공급되는 잉크를 저장하기 위한 잉크 카트리지 또는 액체 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 기록 분야에서의 잉크 카트리지 또는 액체 용기에는 잉크를 토출하기위해 기록헤드에 잉크를 만족스럽게 공급하기 위해 잉크 카트리지 내에 저장된 잉크를 위한 잉크 보유력을 조정하는 구조체가 제공된다. 보유력은 대기압에 대하여 기록 헤드의 토출부에서 부압을 유지하는데 효과적이기 때문에 "부압"이라고 지칭한다.
본원 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,509,140호에서, 예컨대, 액체 용기 챔버를 가지는 잉크 카트리지가 제안되었으며, 잉크 부압 발생 부재를 사용하면서 잉크 카트리지의 단위 체적당 잉크 수용 능력이 증가되었고, 잉크 공급이 안정화되었다.
도18의 (a)는 이러한 구조의 잉크 카트리지의 개략 단면도를 도시한다. 상기 잉크 카트리지(10)의 내부는 연통 포트(연통부)(40)를 가지는 격벽에 의해서 2개의 공간으로 분리된다. 상기 2개의 공간중 하나는 격벽(38)의 연통 포트(40)를 제외하고 밀폐식으로 밀봉되고, (실질적으로 잉크 보유 거품 등이 없이) 잉크(25)를 직접 저장하는 액체 수납 챔버(36)이고, 다른 공간은 부압 발생 부재(32)를 저장하기 위한 부압 발생 부재 수용 챔버(34)이다. 부압 발생 부재 수용 챔버(34)를 한정하는 벽 표면에는 잉크의 소비에 따라서 대기를 잉크 카트리지(10) 내로 유입하기 위한 통기부(air vent)(12)가 제공된다. 도18에서, 부압 발생 부재(32)가 잉크를 보유하는 영역은 해칭 선으로 지시된다. 상기 공간 내에 저장된 잉크는 점으로 지시된다.
이러한 구조로써, 부압 발생 챔버(32) 내의 잉크는 도시되지 않은 기록 헤드에 의해 소비되고, 도18의 (a)에 도시된 잉크 계면(61)이 도달될 때, 잉크의 소비에 따라서 대기가 통기부(12)로부터 부압 발생 부재 수용 챔버(34) 내로 유입되고, 상기 잉크는 격벽(38) 내에 형성된 연통 포트(40)를 통해 액체 수납 챔버(36)로 진입한다. 대기 대신에, 상기 잉크가 액체 수납 챔버(36)로부터 격벽의 연통부(40)를 통해 부압 발생 부재 수용 챔버(34) 내의 부압 발생 부재(32) 내로 공급된다(기 체-액체 교환 작동). 그러므로, 잉크가 기록 헤드에 의해 소비되더라도, 상기 잉크는 잉크의 소비에 상응하게 부압 발생 부재(32) 내로 공급되고, 따라서 부압 발생 부재(32)는 잉크의 일정량을 보유하고(즉, 계면(61)의 위치가 유지된다), 이로써, 기록 헤드에 상대적인 부압이 실질적으로 일정 수준으로 유지되어서 기록 헤드로의 잉크 공급이 안정화된다. 높은 사용 효율을 제공하는 이러한 소형화된 잉크 카트리지는 본건 출원의 양수인에 의해 상용화되었으며, 여전히 실용적으로 사용된다.
도18의 (a)의 예에서, 단일 또는 복수의 공기 유입 홈(50)이 대기 유입을 증진시키기 위한 구조체로서 부압 발생 부재 수용 챔버와 잉크 저장소 챔버 사이의 유체 연통을 위한 연통부에 인접하게 및 통기부의 근방에 인접하게 제공되고, 리브(42)에 의해 부압 발생 부재(32)가 없는 공간(버퍼 챔버)가 제공된다.
한편, 본건 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,137,512호에서, 전술된 잉크 카트리지 내의 부압 발생 부재로서 열가소성을 가지는 올레핀 수지 재료의 섬유를 사용한 잉크 카트리지가 제안되었다. 상기 잉크 카트리지는 저장소 내의 잉크의 안정성을 유지하는데 탁월하며, 또한, 잉크 카트리지 케이싱 및 섬유질 재료가 유사한 종류의 재료로 제조되기 때문에 재활용성이 탁월하다.
최근, 잉크젯 기록 장치의 기록 속도가 증가되고, 따라서, 잉크 카트리지로부터 잉크젯 헤드 내로의 단위 시간당 잉크 공급량이 증가된다. 잉크가 상기 잉크 카트리지의 전술된 구조로써 고속으로 연속으로 공급될 때, 액체 수납 챔버 내로의 공기의 공급은 흡수 재료내의 액체 표면(계면)이 하강하는 결과로써 상기 고속 잉크 공급을 따라잡지 못하고, 잉크 공급은 소정의 경우에 잉크 수준을 유지하기 위한 조건을 만족시키지 못한다. 만일 그럴 경우, 잉크 공급은 액체 수납 챔버 내에 잔류하는 소정의 잉크와 연결이 끊어지게 될 수 있다(이를 "잉크 불연속"이라 한다).
도18을 참조하여, 종래 잉크 카트리지 내에서의 잉크 불연속의 기구에 대해서 설명할 것이다. 도18의 (a)는 잉크젯 기록 헤드로의 잉크 공급량이 상대적으로 작을 때 종래의 잉크젯 기록 장치와 함께 사용되는 잉크 용기 내의 기체-액체 교환을 도시하며, 도18의 (b)는 잉크젯 기록 헤드로의 잉크 공급량이 증가될 때를 도시하며, 도18의 (c)는 잉크젯 기록 헤드로의 잉크 공급량이 연속으로 증가할 때를 도시한다.
도18의 (a)의 경우에, 잉크 용기로부터 잉크젯 기록 헤드(도시 안됨)로의 잉크 공급량은 상대적으로 작아서, 액체 수납 챔버(36)로부터 토출된 잉크의 양이 액체 수납 챔버(36)내로 유입된 공기의 양과 대등하다. 즉, 부압 발생 부재(32) 내의 기체-액체 계면(61)은 공기 유입 홈(50)의 상단부가 부압 발생 부재(32)에 접촉하는 지점(51)에 인접한 실질적으로 일정한 위치에서 유지된다.
그렇지만, 잉크젯 기록 헤드(도시 안됨)를 위한 잉크 공급량이 증가되는 경우가 고려될 것이다. 기체-액체 교환 상태에 놓이는 공기의 통로는 공기 유입 홈(50)의 상단부의 선(도18의 (a)의 단면도에서 폭 방향으로 연장하는 선)과 부압 발생 부재(32)(상기 단면도의 지점(51)로 지시됨)의 영역의 일부 또는 전체이며, 따 라서 잉크 수용 챔버내로의 공기의 유입은 증가된 잉크 공급량 또는 속도를 만족시킬 정도로 충분하지 않다. 그러므로, 부압 발생 부재 내에 보유된 잉크는 공기의 통로를 통해 유입된 공기의 양에 상응하는 만큼 잉크 수용 챔버의 외부로 공급되는 양에 추가적으로 공급되며(작동 A), 부압 발생 부재(32) 내의 기체-액체 계면(61)은 도18의 (b)에 도시된 바와 같이 하강한다.
상기 기체-액체 계면(61)의 감소로써, 공기 유입 홈(50)에 접촉하는 부압 발생 부재(32)의 기체 도입면(33)의 면적은 확장되어서, 보다 넓은 공기 통로가 제공되고, 따라서, 액체 수용 챔버(36)내로 보다 고속으로 공기가 유입되려 한다(작동 B).
이러한 작동 A 및 B는 조합되며, 잉크 공급량을 만족하는 만큼 액체 수납 챔버 내로의 공기의 양의 도입될 때까지 기체 도입을 위한 표면(33)의 면적이 확장되도록 기체-약체 계면(61)은 하강한다. 마침내, 하강하는 기체-액체 계면은 잉크 토출 속도 및 잉크 공급 포트를 통한 잉크 공급 속도가 균형을 이룰 때의 위치에서 안정화되고, 이로써 잉크의 증가된 양이 연속적으로 공급될 수 있다.
그렇지만, 그러한 경우에, 기체-액체 계면(61)의 하강에 기인하여 부압(절대값)은 증가하여 잉크젯 기록 헤드로의 적절한 부압으로써 안정화된 잉크 공급이 수행되지 않는 결과를 초래하고, 그러므로, 인쇄가 방해될 수 있다. 추가적으로, 만일 잉크 공급량이 종래에는 예상치 못했던, 정상적인 공급 속도에서 3배, 5배 등으로 확대되어서 증가되면, 전술된 기체-액체 계면(61)의 하강은 각각의 균형점에 충분하지 않고, 부압 발생 부재(32) 내의 기체-액체 계면(61)은 기체 도입면(33)의 면적의 확장의 효과를 초과하여 낮아져서 기체-액체 표면(61)이 잉크 공급 포트(14)까지 하강하여, 잉크 불연속을 야기시키는 것을 초래한다.
종래의 잉크 카트리지에서는, 본 명세서에서 전술된 바와 같이, 상기 기체 도입면은 실질적으로 부압 발생 부재 내의 기체-액체 게면에 수직이 된다. 특히, 기체 도입면은 부압 발생 부재(32)의 모세관력 구배의 방향(실질적으로 수직 방향)으로 개방하고, 따라서, 개방 면적(공기 유입의 속도의 증가)에 상응하여 기체-액체 교환을 수행한다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 고속으로의 잉크젯 기록시에 잉크 불연속 또는 인쇄 방해 등을 야기시키지 않도록 잉크 공급이 안정화된 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 태양에 따라서, 기체-액체 교환 작동을 위한 기체 도입부(기체 도입면)의 위치는 시용시의 용기의 자세에서 실질적으로 수평이고, 이로써 부압 발생 부재 내의 기체-액체 계면이 잉크 공급 포트를 통한 잉크 소비의 결과로서 기체 도입면에 도달할 때, 잉크 수용 챔버내로의 공기 통로의 면적은 급격하게 증가하고, 따라서 잉크 토출량 이상에 상응하는 공기의 양이 잉크 수용 챔버 내로 지체없이 유입될 수 있다. 그러므로, 잉크젯 기록 헤드로의 안정화된 잉크 공급이 종래의 잉크젯 기록시에서와 같은 잉크 불연속이 발생하지 않고 달성된다. 이에 의해, 고속 작동에 적합한 신뢰성 높은 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면,
액체 토출 기록 헤드에 액체를 공급하기 위한 공급 포트와, 대기와 유체 연통하는 통기부를 구비하고, 액체를 흡수 및 유지하기 위한 부압 발생 부재를 수용하는 부압 발생 부재 수용 챔버와,
상기 연통부를 통해 상기 부압 발생 부재와 유체 연통되며, 상기 연통부를 제외하면 실질적으로 밀봉되어 있는, 액체를 수납하기 위한 액체 수납 챔버와,
상기 액체 용기를 상기 연통부를 제외한 상기 액체 수납 챔버와 상기 부압 발생 부재 수용 챔버로 분할하기 위한 격벽을 포함하고,
상기 부압 발생 부재는 상기 연통부에 대응하는 위치에 리세스를 구비하고,
상기 리세스에 의해 제공되는 공간의 천정부는 상기 액체 용기가 사용 위치에 있을 때, 실질적으로 수평인 기체 도입면으로서 기능하는 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 부압 발생 부재는 서로 압력-접촉되는 제1 및 제2 부압 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 부압 발생 부재의 모세관력은 상기 제2 부압 발생 부재의 모세관력 보다 높으며, 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면은 상기 격벽과 교차하고, 상기 제1 부압 발생 부재는 상기 연통부 및 상기 공급 포트와 유체 연통하며, 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면은 상기 기체 도입면 위에 배치되는 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 잉크는 상기 액체 용기가 취하는 자세에 무관하게 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면의 전체 영역 위에 유지되는 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 리세스에 의해 형성된 공간에 구비되고 부압 발생 부재에 접촉된 구조 부재를 더 포함하는 액체 용기를 구비하고, 상기 구조 부재는 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽의 표면과 부압 발생 부재의 표면 사이의 접촉 평면의 연장부 상에 위치되는 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 리세스에 의해 형성된 공간에 구비되고 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽의 표면과 부압 발생 부재의 표면 사이의 접촉 평면의 연장부 상에 배치된 돌출부를 더 포함하는 액체 용기를 구비하고, 상기 돌출부는 액체와 직접 접촉하는 부압 발생 부재의 표면과 접촉 표면 사이의 직접적 유체 연통을 차단하기에 효과적인 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽이 서로 교차하는 정점 라인의 연장부에 배치된 구조 부재를 더 포함하는 액체 용기를 구비하고, 상기 구조 부재는 상기 정점 라인을 교차하는 방향으로 치수를 갖는 액체 용기가 제공된다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 취한 본 발명의 양호한 실시예의 다음의 설명을 고려하면 더욱 명확해진다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예가 설명된다.
다음의 설명에서, 본 발명에 따른 액체 용기, 액체 공급 시스템 및 액체 공급 방법에 사용되는 액체는 잉크지만, 본 발명은 잉크 이외의 액체에 적용가능하 다. 예를 들어, 잉크 제트 기록 분야에서, 액체는 처리 액체일 수 있다.
다음의 설명에서 참조된 단면도 각각에서, 잉크를 보유하는 부압 발생 부재의 이러한 구역은 해칭 라인으로 표시되고, (직접) 공간에 수용되는 잉크는 점선으로 나타낸다.
모든 단면도는 잉크가 부압 발생 부재로부터 소모되고 잉크가 액체 수납 챔버로부터 소모되는 상태를 도시한다.(기체-액체 교환이 발생된다.)
도면에서 참조 번호는 기본적으로 공통이다.
(제1 실시예)
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 카트리지의 개략적 단면도이고, 여기서 (a)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 작은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소모량이 비교적 큰 상태를 도시한 도면이다.
잉크 카트리지(액체 용기)의 구조가 설명된다.
도1의 (a)에서, 액체 용기(잉크 카트리지, 100)는 부압 발생 부재(132)를 수용하고 그 상부에 구비된 통기구(112, air vent)를 통해 대기 공기와 유체 연통하고 그 하부에서 잉크 공급 포트(114)와 결합된 부압 발생 부재 수용 챔버(134)와, 사실상 밀폐식으로 밀봉된 액체(잉크, 125)를 수용하는 액체 수납 챔버(136)로 격벽(138)에 의해 분할된다. 부압 발생 부재 수용 챔버(134)와 액체 수납 챔버(136)는 잉크 카트리지(100)의 바닥부에 인접한 격벽(138)에 형성된 연통부(140)를 통해서만 서로 유체 연통한다. 부압 발생 부재 수용 챔버(134)를 한정하는 잉크 카트리지(100)의 내부 상부벽은 용기의 내향으로 연장되고 압축된 상태로 부압 발생 부 재 수용 챔버(134)에 수용되는 부압 발생 부재(132)와 접촉되는 복수의 리브(142)를 구비한다. 리브(142)를 마련함으로써, 공기 완충 챔버(144)는 부압 발생 부재의 상부면과 상부벽 사이에 형성된다.
공급 포트(114)를 구비한 잉크 공급 튜브에, 부압 발생 부재의 것보다 더 큰 모세관력을 갖고 부압 발생 부재의 것보다 더 큰 물리적 강도를 가진 가압-접촉 부재(146)가 제공된다. 가압-접촉 부재(146)는 부압 발생 부재(132)에 가압 접촉된다.
기체 도입면이 설명된다.
부압 발생 부재(132)의 일부는 부압 발생 부재의 일부를 V형상으로 절단하여 형성된 리세스를 구비한다. 이렇게 함으로써, 기체 도입면(200)은 사실상 수평이다. 따라서, 액체 수납 챔버의 잉크(125)의 액체 표면 높이가 기체 도입면(200)의 수준보다 더 높을 경우, 액체 수납 챔버에서의 액체(125)는 기체 도입면(200)과 직접 접촉한다.
액체 수납 챔버에서의 잉크(125)의 액체 표면 높이가 기체 도입면(200)보다 더 낮은 경우, 액체 수납 챔버에서의 잉크(125)는 부압 발생 부재(132)를 통해 기체 도입면(200)에 도달한다.
부압 발생 부재의 재료에 대해 설명된다.
부압 발생 부재의 재료는 폴리우레탄 포움, 섬유성 재료 등과 같은 기공성 재료 및 모세관력을 생성할 수 있는 다른 재료일 수 있다. 섬유성 재료의 사용은 우레탄과 같이 기공성 재료 등에서의 범위보다 재료 선택의 범위가 더 넓다는 점에 서 장점이고, 따라서, 잉크 친수성 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 더욱이, 섬유의 재료는 잉크 카트리지의 주 조립체의 재료와 동일 또는 유사한 열가소성 수지 재료일 수 있다. 이러한 경우, 잉크 카트리지는 높은 재생 특성이 있다. 더욱이, 섬유는 섬유의 교차 부분이 확실히 고정될 수 있는 코어 슬리브 구조를 포함할 수 있어서, 잉크 보유력(모세관력)이 안정화되고, 특히 잉크 유지 특성, 이에 따라, 부압 특성이 안정화된다. 이러한 실시예에 있어서, 부압 발생 부재의 섬유상 재료의 섬유는 폴리프로필렌의 코어부와 폴리에틸렌의 올레핀 수지 재료의 덮개부(sheath portion)를 포함하고, 섬유는 가열 성형(heat molding)에 의해 재공급된다. 그리고 나서, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 사이의 용융점의 차이는 저용융점을 갖는 재료의 용융점과 고용융점을 갖는 재료의 용융점 사이의 수준에서 가열 성형하는 동안 온도를 설정(예컨대, 폴리에틸렌의 용융점보다 높고, 폴리프로필렌의 녹는점보다 낮은 수준으로 설정)함으로써 효과적으로 사용된다. 이렇게 함으로써, 저용융점을 갖는 섬유상 재료가 접착 재료로 사용될 수 있어서, 섬유들 사이의 교차부는 상대적으로 낮은 저용융점을 갖는 폴리에틸렌을 녹임으로써 고정될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 잉크 카트리지는 용이하게 제조될 수 있다.
소정의 모세관력을 생성하는데 효과적인 혼합된 섬유상 재료, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌에 의해 대표되는 폴리올레핀 수지 재료의 기본 재료(base material)로 포함하는 혼합된 섬유상 재료는 동일한 모세관력을 생성하는데 효과적인 발포성 부재와 비교되는 높은 흡수 속도를 나타내므로, 심지어 액체 수납 챔버(136) 내의 잉크액 표면 높이가 기체 도입면(200)보다 낮아지도록 잉크 소모가 발 생한다면, 잉크는 부압 발생 부재(132)를 통해 기체 도입면(200)에 빠르게 도달한다. 이로써, 부서진 기체 도입면(200)의 매니스커스(기체-액체 교환을 위한 기체 도입 통로가 개방된 상태)가 빠르게 재생된다(기체-액체 교환을 위한 기체 도입 통로가 폐쇄됨).
상기 실시예에 있어서, 이것은 리세스를 형성하기 위해 부압 발생 부재를 절단함으로써 제공된다. 이렇게 하는 것이 섬유상 재료의 부압 발생 부재의 경우에 있어서 특히 효과적이다. 그러나, 본 발명은 이러한 리세스에 제한되지는 않는다. 예컨대, 섬유상 재료가 가열 성형을 받으면, 리세스에 대응하는 주형이 사용되고, 주형을 사용하는 가열 성형은 성형 후에 부압 발생 부재를 절단하지 않고 리세스를 형성할 수 있다.
기체-액체 교환 작업에 대해 설명될 것이다.
부압 생성 부재 수용 챔버(134) 내에 수용된 부압 발생 부재(부압 발생 부재, 132)는 메니스커스력에 의해 부압을 생성하는 역할을 하는 다수의 모세관을 구비한다고 간주될 수 있다. 보통, 충분한 양의 잉크는 액체 용기 사용의 개시 후에 즉각적으로 부압 발생 부재 내에서 보유되므로, 각 모세관의 포텐셜 헤드(potential head)는 충분히 높다.
잉크 공급 포트(114)를 통한 잉크의 소모에 의해, 부압 발생 부재 수용 챔버(134)의 하부에서의 압력이 낮아지고, 모세관의 포텐셜 헤드도 또한 낮아진다. 즉, 부압 발생 부재(132)의 기체-액체 계면(161)은 잉크의 소모에 따라 낮아진다.
잉크가 추가로 소모될 때, 기체-액체 계면(161)은 도1의 (a)에 도시된 범위 까지 낮아진다. 심지어 잉크의 추가 소모에 의해, 부압 발생 부재 내에 제공된 기체 도입면(200)의 메니스커스가 부서지고, 대기가 액체 수납 챔버(136) 내부로 유입되지만 기체-액체 계면(161)이 도1의 (a)에 도시된 위치로부터 거의 낮아지지 않는다.
대기가 액체 수납 챔버(136) 내부로 유입될 때, 액체 수납 챔버(136) 내의 압력은 부압 발생 부재 수용 챔버의 하부에서의 압력보다 높아지고, 잉크는 압력차를 상쇄하도록 액체 수납 챔버(136)로부터 부압 발생 부재 내부로 공급된다.
기체 도입면은 이 실시예에서 실질적으로 수평이므로, 기체 도입면은 기체-액체 계면과 실질적으로 평행하여, 대기 도입면(200) 내의 메니스커스력은 실질적으로 일정하다. 그래서, 단위 시간당 잉크 소모량이 증가하는 경우에 있어서, 메니스커스가 도1의 (b)에 도시된 바와 같이 차례로 부서지고, 넓은 기체 도입면(200)이 급격히 제공된다. 즉, 수많은 공기 유입 통로가 확실하게 제공되어, 많은 양의 공기가 잉크 수용 챔버로 빠르게 유입되어 부압 발생 부재 내의 기체-액체 계면의 하강없이 잉크를 토출할 수 있다. 잉크 공급 포트(114)를 통한 잉크 소모량이 감소하거나 잉크 소모가 중단되면, 기체-액체 계면은 상승하고, 기체 도입면의 메니스커스는 재생되고, 따라서 기체-액체 교환 작업을 정지시킨다.
그러므로, 기체-액체 교환 작업은 기체-액체 교환의 개시로부터 기체-액체 계면의 하강하지 않으면서 가능하게 되고, 전술한 바와 같이, 잉크는 종래의 잉크 분리없이 안정적으로 잉크젯 기록 헤드 내부로 공급될 수 있다. 이로써, 고속 작업에 적합한 고도로 신뢰할 수 있는 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치가 제공된 다.
잉크젯 기록 헤드에 잉크를 공급하는 도중의 유동 저항에 대해 설명될 것이다.
도2는 잉크젯 기록 헤드 내부로 잉크를 공급하는 도중의 유동 저항을 도시하는 그래프이며, 세로축은 잉크를 공급하는 도중의 유동 저항을 포함하는 동적 부압(전체 부압, total negative pressure), 가로축은 잉크 카트리지를 통해 잉크의 전체 소모량이다. 종래의 잉크 카트리지의 전체 부압과, 잉크 소모의 시작부터 종료까지 이 실시예의 잉크 카트리지의 전체 부압과, 종래의 잉크 카트리지 내에서 기체-액체 교환이 충분하다고 가정될 때의 전체 부압과, 종래의 잉크 카트리지와 본 발명의 실시예의 정적 부압(static negative pressure)의 변화가 도시된다. 단위 시간당 잉크 공급 유동율은 모든 경우에 대해 동일하다.
종래의 잉크 카트리지 내의 전체 부압은 잉크 소모와 함께 증가한다. 이것은 기체-액체 교환이 단위 시간당 잉크 공급 유동율을 충족시키기에 충분하지 않기 때문이다.
예상 부압 그래프는 기체-액체 교환이 충분하여 종래 잉크 카트리지 내의 잉크 소모를 충족시키기에 충분하다는 가정에서의 부압이다. 이것이 이 실시예의 잉크 카트리지 내의 전체 부압과 비교될 때, 이 실시예의 잉크 카트리지는 종래의 잉크 카트리지 내의 전압보다 낮은 전압으로 잉크를 공급할 수 있다.
이것은 이 실시예의 잉크 카트리지가 전술한 바와 같이 기체 도입면을 급격히 팽창시킬 수 있어서, 많은 양의 공기가 잉크 수용 챔버 내부로 신속히 공급되어 부압 발생 부재 내의 기체-액체 계면을 하강시키지 않고 잉크 토출을 충족시킬 수 있다. 환언하면, 종래의 잉크 카트리지는 이 실시예의 잉크 카트리지 내에서보다 기체-액체 교환을 충족하기에 필요한 기체 도입 영역을 제공하는데 더욱 긴 시간을 요구한다. 이 실시예의 잉크 카트리지에 있어서, 안정화된 기체-액체 교환 작업은 종래의 잉크 카트리지가 기체 도입 영역의 팽창에 의해 기체-액체 교환을 안정시키는 시점 전에 개시한다. 그러므로, 이 실시예의 잉크 카트리지에 있어서, 유동 저항이 종래의 잉크 카트리지 내에서보다 더욱 신속하게 (더욱 적은 잉크 소모량으로) 안정화되므로, 안정화된 잉크 공급은 더욱 낮은 부압에 의해 달성된다.
잉크 수용 챔버 내의 액체 표면이 기체 도입면보다 낮아지는 경우에 대해 설명될 것이다.
잉크 수용 챔버(136) 내의 액체 표면이 기체 도입면(200)보다 낮은 상태로 잉크 소모가 중지될 때, 잉크가 액체 수납 챔버(136)로부터 부압 발생 부재 수용 챔버(134)로 공급되어서 액체 수납 챔버(136) 내의 압력과 부압 발생 부재 수용 챔버의 하부에서의 압력 사이의 차이를 상쇄시킨다.
부압 발생 부재 수용 챔버(134)로부터 공급된 잉크 수용 챔버(136) 내의 잉크는 부압 발생 부재의 모세관력에 의해 끌어 올려진 잉크를 흡수함으로, 부서진 메니스커스가 재생되고, 따라서 잉크 수용 챔버 내부로 공기 유입을 중단시킨다. 즉, 잉크 수용 챔버로부터의 잉크 토출이 중단되므로, 잉크 카트리지로부터 잉크의 누설에 의해 어떤 압력도 잉크젯 기록 헤드에 인가되지 않는다.
(제2 실시예)
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 용기의 개략적인 단면도이며, (a)는 단위 시간당 잉크 소모량(잉크 소모율)이 상대적으로 작은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소모량이 상대적으로 큰 상태를 도시한다.
기본 구조 및 작동은 제1 실시예의 것과 유사하므로, 공통부의 상세한 설명은 간략화를 위해 생략된다.
제1 실시예와 다른 것은 기체 도입면(200)을 제공하기 위하여 부압 발생 부재의 절단부(cut-away portion)의 형태(오목부 형태, S)에 있다. 제1 실시예에서 절단부는 V자형 단면을 가지지만, 이 실시예에서 절단부는 도3에 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 갖는다.
이 실시예는 추가적인 장점을 제공하는데 효과적이다. 부압 발생 부재가 잉크를 잉크 공급 포트(114)에 접촉시키는 부분(210)으로부터의 길이는 제1 실시예에서 보다 짧아진다. 그러므로, 잉크젯 기록 헤드에 잉크를 공급하는 도중의 유동 저항은 바람직하게 제1 실시예에서 보다 짧아진다.
(제3 실시예)
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 용기의 개략적인 단면이며, (a)는 기체 도입면이 수평 방향으로 신장하도록 절단부의 양이 증가하는 예를 도시하고, (b)는 X-X를 따라 취하여 A방향으로 보여진 단면도이고, (c)는 도4의 (a)의 예에서 발생할 수 있는 문제가 있는 예의 단면도이며, (d)는 X-X를 따라 취하고 A방향으로 보여진 단면도이고, (e) 및 (f)는 도4의 (c)에 대응하는 수정예이다.
기본 구조 및 작동은 제1 실시예의 것과 유사하므로, 공통부의 상세한 설명 은 간략화를 위해 생략된다.
전술한 실시예와 다른 것은 부압 발생 부재가 절단되어 기체 도입면(200)이 도4의 (a)에서 수평 방향으로 보다 길게 되는 것에 있다.
이러한 구조에 의해, 절단부 위의 부압 발생 부재는 리브(142)에 의해 하방으로 가압되거나, 잉크 카트리지의 추락시 충격으로 인하여 (기체 도입면을 향해) 느슨해질 수 있다. 이러한 문제에 대한 역측정의 예가 설명될 것이다.
도4의 (c)에 도시된 바와 같이, 돌출부가 Y로 지시된 위치에 부압 발생 부재를 유지하기 위해 절단부의 깊이를 높이 방향으로 일치시키는 높이 방향의 위치에서 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽 상에 형성되고, 그럼으로써 부압 발생 부재는 소정 위치에 보유될 수 있다. 그렇게 함으로써, 부압 발생 부재의 이완 또는 위치 편차가 방지될 수 있다. 여기서, X-X선을 따라 취한 단면도인 도4의 (d)에 도시된 바와 같이, 돌출부는 잉크 카트리지의 벽과 함께 일체로 성형된다. 돌출부는 부압 발생 부재의 절단부 내부로 연장하는 개별 부재에 의해 제공될 수 있지만 이에 제한하지는 않는다. 도4의 (c)의 예에서, Y부에서의 돌출부 길이는 작지만, 절단부의 길이와 동일할 수 있다.
이 구조로, 부압 발생 부재가 잉크와 접촉하는 부분(230)은 잉크 공급 포트(114)에 대향되고, 따라서 추가적인 유리한 효과가 제공된다. 부압 발생 부재가 잉크와 접촉하는 부분(230)으로부터 잉크 공급 포트(114)까지의 길이는 앞선 실시예보다 더 작고, 잉크젯 기록 헤드로의 잉크 공급 동안의 유동 저항은 더 작다.
(격벽과 기체 도입면 사이의 관계)
도5는 격벽의 바닥 단부의 위치가 본 발명의 기체 도입면의 위치보다 높은 액체 용기의 개략적인 단면도로, (a)는 단위 시간당 잉크 소비량이 비교적 적은 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소비량이 비교적 많은 상태를 도시한다. 기본적인 구조 및 동작은 제2 실시예와 유사하고, 따라서 공통 부분의 상세한 설명은 간단함을 위하여 생략된다.
이 구조에 의하면, 도5의 (a)에 도시된 바와 같이 단위 시간당 잉크 소비량이 적은 경우, 기체-액체 계면(161)이 격벽(138)의 바닥 단부(138a)에 도달할 때 기체는 부압 발생 부재가 격벽(138)의 바닥 단부(138a)에서 잉크와 접촉하는 부분(240)을 통해서 도입된다. 단위 시간당 잉크 소비량이 큰 경우, 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 공기 경로가 짧고 기체-액체 계면(161)은 기체 도입면(200)으로 낮아진다. 따라서, 앞선 실시예와 유사하게, 기체 도입 영역은 획기적으로 확장하여 기체-액체 교환이 기체-액체 계면을 더이상 거의 하강시키지 않은 상태에서 충분하게 수행된다.
도6의 (a)는 격벽(138)의 바닥 단부의 부분(138a)이 기체 도입면(200)보다 낮을 경우의 본 발명의 액체 용기의 개략적인 단면도이다. 이 구조에 의하면 기체 도입면(200)을 통해서 도입된 공기가 격벽(138)의 바닥 단부(138a)에 도달할 때 공기는 액체 수납 챔버(136)로 도입된다. 앞선 실시예들의 유리한 효과가 실질적으로 제공된다. 그러나, 만일 바닥 단부의 부분(138a)이 너무 낮아서 연통 부분(140)의 개구가 너무 좁아서 공기의 매끄러운 통과를 허용하지 못한다면, 기체 도입면(200)을 통해 나오는 공기는 거기서 정체될 수도 있어 액체 수납 챔버(136) 내 로의 공기의 신속한 도입을 방해한다. 이 점에서, 연통 부분(140)은 적절하게 큰 크기를 갖는다. 바닥 단부(138a)가 기체 도입면(200)보다 낮다면, 공기는 부압 발생 부재의 절결부에 의해서 형성된 공간과 바닥 단부(138a) 사이에서 정체되기 쉬울 수도 있다. 따라서, 격벽의 바닥 단부(138a) 및 기체 도입면(200)이 도6의 (b)에 도시된 것과 같이 서로 근처에 있는 구조는 신속한 기체-액체 교환이 안정화된 잉크 공급으로 가능하기 때문에 바람직하다.
(제4 실시예)
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 용기의 개략적인 단면도로, (a)는 단위 시간당 잉크 소비량이 비교적 적을 경우의 상태를 도시하고, (b)는 단위 시간당 잉크 소비량이 비교적 큰 경우의 상태를 도시한다.
기본적인 구조 및 작동은 제1 실시예의 것과 유사하고, 따라서 공통 부분의 상세한 설명은 간명성을 위해서 생략된다.
제1 실시예와 다른 점은 부압 발생 부재가 2부분으로 분할된다는 점이다.
부압 발생 부재 수용 챔버(134)는 서로에 대하여 가압 접촉되어 있는 제1 및 제2 부압 발생 부재(132a 및 132b)를 수용한다. 제1 부압 발생 부재(132a)의 모세관력은 제2 부압 발생 부재(132b)의 것보다 높다. 제1 및 제2 부압 발생 부재(132a, 132b) 사이의 가압 접촉부(160)의 계면은 격벽(138)과 교차하는 방향으로 연장한다. 제1 부압 발생 부재(132a)는 연통부(140)와 유체 연통 상태이고, 가압 접촉부(160)에서 계면을 통해서만 통기구(112)와 연통될 수 있다. 제2 부압 발생 부재(132b)는 가압 접촉부(160)의 계면을 통해서만 연통부(140)와 연통될 수 있다. 기체 도입면(200)은 2개의 부압 발생 부재 사이의 가압 접촉부(160)의 계면 아래의 위치에 배치된다.
이 구조에 의하면, 제1 부압 발생 부재(132a)의 모세관력은 제2 부압 발생 부재(132b)의 모세관력보다 높고, 따라서 잉크의 소비로 부압 발생 부재의 기체-액체 계면이 하강하는 중, 제1 부압 발생 부재(132a) 내에 보유된 잉크가 그 위의 제2 부압 발생 부재(132b)에 보유된 잉크가 소비된 후에만 소비되는 것이 보장된다. 이 이유 때문에, 기체-액체 계면이 제1 부압 발생 부재(132a)와 제2 부압 발생 부재(132b) 사이의 가압 접촉부(160)의 경게면에서 일단 실질적으로 수평이 되면, 기체-액체 계면은 기체 도입면(200)의 위치까지 낮아져서, 기체-액체 교환의 개시 시의 기체-액체 계면이, 원하는 바와 같이, 앞선 실시예와 비교하여 기체-액체 계면(300)(파선)에 의해서 지시된 것과 같이 보다 확실하게 수평이 된다. 게다가, 잉크 카트리지의 자세가 제어될 수 없는 잉크 카트리지의 운반 중에, 잉크 누설이 회피될 수 있어서, 신뢰성을 향상시킨다. 이는 앞선 모든 실시예와 조합될 수도 있다.
잉크는 리세스(기체 도입면) 위로 제1 부압 발생 부재(132a)와 제2 부압 발생 부재(132b) 사이의 전체 계면까지 존재하도록 채워지고, 이는 바람직하다. 잉크 저장조의 제조후 사용 개시전까지의 유통 과정 동안 통기구(112)에 인접한 공기는 부압 발생 부재(132a 또는 132b)를 통해서 잉크 저장조 챔버(136)로 도입될 수도 있고, 마찬가지로 잉크는 통기구 부분으로 배출될 수도 있다. 계면에 잉크를 보유하도록 채움으로써 이러한 문제점은 회피될 수 있다.
(다른 실시예)
본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시예에서, 갭은 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽의 표면 부분과 부압 발생 부재의 표면 부분 사이에서 생길 수도 있고, 공기가 의도하지 않은 기체-액체 교환 동작의 결과로서 갭에 도입된다. 이에 대한 설명이 행해질 것이다.
이러한 갭은 부압 발생 부재의 일부의 항복에 의한 것이다. 이는 "벽면 통로"로 불릴 것이다.
도8을 참조하여, 이러한 갭이 설명될 것이다.
도8의 (a)는 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 부압 발생 부재(132)가 수용된 용기의 개략적인 단면도이다. 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 부압 발생 부재(132)를 설치할 때, 잉크 누설 등의 방지의 관점에서 부압 발생 부재(132)와 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽 사이에 갭이 생성되지 않고 부압 발생 부재가 적절한 상태로 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽에 접촉하는 것이 바람직하다. 따라서, 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 수용되기 전에 부압 발생 부재의 크기가 부압 발생 부재 수용 챔버의 대응하는 내측 크기보다 더 큰 것이 바람직하다.
그러나, 전술된 바와 같이, 부압 발생 부재의 크기가 부압 발생 부재 수용 챔버의 크기보다 큰 경우, 부압 발생 부재는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽으로부터 부압 발생 부재를 압축하는 힘을 받기 쉽다. 압축력은 두8에 도시된 바와 같이 부압 발생 부재 수용 챔버로부터 부압 발생 부재(132)의 표면(A) 및 표면(B) 상으로 가해진다. 만일 부압 발생 부재(132)에 인가된 응력이 부압 발생 부재의 일부분(부압 발생 부재의 단면의 형상이 급격하게 변하는 부분)에 집중된다면, 부압 발생 부재(132)가 응력 집중 위치에서 내향으로 변형되는 부분이 생긴다(변형은 항복부(150a)로부터 유래하는 딤플(150b)이다).
항복부(150a)는 부압 발생 부재의 절결부에 의해서 형성된 공간 내에 존재하는 잉크가 용이하게 대기와의 유체 연통되게 할 수도 있는 전술된 벽면 통로를 발생시킨다. 만일, 발생된다면, 잉크는 액체 용기로부터 누설될 수도 있다.
이러한 문제점의 고려에서, 딤플(150b)이 항복부(150a)에 의해서 발생된 경우에도 기체-액체 교환 동작이 안정한 잉크 용기를 제공하는 것이 바람직하다.
문제점을 해결한 예가 설명될 것이다.
도9의 (a)는 이 문제점을 해결하기 위한 수단이 합체된 제2 실시예의 잉크 카트리지의 개략적인 단면도이다. 제2 실시예의 부압 발생 부재(132)는 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 수용된다. 도9의 (b)는 도9의 (a)에 사용된 부압 발생 부재만의 요부 사시도이며 도시된 부압 발생 부재의 표면 상의 딤플(150b)을 갖는다.
부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽과 밀접하게 접촉하도록 형성된 돌출부(151)의 측벽은 부압 발생 부재의 표면의 딤플(150b)과 도9의 (c)에 도시된 바와 같이, 이에 대응하는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽 상에 생성된 갭의 단부에 배치된다. 이렇게 함으로써, 이러한 공간에 존재하는 잉크가 갭으로 유동하는 것이 차단되어, 이에 의해서 대기와 공간에 존재하는 잉크 사이에 연통이 방지될 수 있다.
도9의 (d)는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽에 밀접하게 접촉되어 형성 된 돌출부(151)와 부압 발생 부재의 표면과 내측벽 표면 사이에 존재하는 갭 사이의 관계를 도시하는 요부 확대도이고, 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽에 밀접하게 접촉되어 형성된 돌출부(151)는 부압 발생 부재의 표면과 내측벽 표면 사이에 형성된 갭의 단부에 밀접하게 접촉된다.
이에 의해서 부압 발생 부재의 절결부에 의해서 형성된 공간에 존재하는 잉크가 의도하지 않은 기체-액체 교환 동작의 결과로서 대기와 유체 연통하게 되는 갭의 발생의 경향이 있는 경우, 부압 발생 부재 수용 챔버의 내측벽에 밀접하게 접촉되어 형성된 돌출부는 부압 발생 부재의 표면 상에 생성된 갭의 단부에 밀접하게 접촉되어, 부압 발생 부재의 절결부에 의해서 형성된 공간에 존재하는 잉크와 대기 사이의 연통, 벽면 통로의 발생이 방지된다. 따라서, 항복부에 기인한 갭에 의해서 유발되는 잉크 누설이 방지될 수 있다.
도10은 문제점이 해결된 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 카트리지의 개략적인 단면도이고, 도11은 도10의 잉크 카트리지의 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 사용되는 부압 발생 부재만의 개략적인 사시도이다. 이 실시예는 부압 발생 부재의 표면에 생성된 딤플(150b)의 위치에서 상이하다(내벽 표면에 형성된 갭).
도9의 일예와 유사하게, 내부 벽면과 부압 발생 부재의 표면 사이에 형성된 갭의 단부는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉되어 형성된 돌출부(151)에 의해 밀봉되어서, 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크와 대기 사이의 연통을 차단한다. 이렇게 함으로써, 벽면 통로의 생성 및 그로 인한 잉크의 누설은 방지된다.
도9, 도10 및 도11을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 내부 벽과 부압 발생 부재의 표면 사이에 형성된 갭을 통한 기체-액체 경계부의 원하는 위치 위의 부분의 부압 발생 부재 내의 공기와 부압 발생 부재 측면에서의 공간 내에 존재하는 잉크 사이의 유체 연통에 의한 원하지 않는 기체-액체 교환의 발생(벽면 통로의 발생)의 결과로서 액체 용기의 통기구를 통한 잉크의 누설을 방지하기 위해서, 부압 발생 부재의 표면과 내부 벽면 사이에 형성된 갭의 단부는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉되어 형성된 돌출부(151)에 의해 밀봉되고, 이에 의해 벽면 통로를 통한 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크로의 공기의 주입이 방지된다.
부압 발생 부재 측면에서의 공간 내에 존재하는 잉크와 원하는 기체-액체 경계부의 위치 위에서의 부압 발생 부재 내의 대기 사이의 연통을 유도하고 이로 인한 원하지 않는 기체-액체 교환(표면 통로)을 유도하는 갭의 발생이 예상되는 경우, 돌출부(151)는 예상되는 갭의 단부를 밀봉하도록 배치된다. 이렇게 함으로써, 갭이 생성되는 경우에도, 벽면 통로의 발생이 방지될 수 있다.
도12를 참조하여, 일예가 설명된다.
부압 발생 부재(132)가 도12의 (a)에 도시된 바와 같이 부분적으로 절결되는 경우, 도12의 (b)에 도시된 바와 같이, 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽면과 부압 발생 부재의 표면 사이에 생성된 예상되는 갭의 단부를 밀봉하기 위해, 도12의 (a)에 도시된 바와 같이, 돌출부(151)는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉되어 형성 및 배치된다. 이렇게 함으로써, 딤플(150b)에 기인한 벽면 통 로의 생성 또는 발생이 방지될 수 있다.
부압 발생 부재 측면에서의 공간 내에 존재하는 잉크가 원하지 않는 기체-액체 교환의 결과로서 원하는 기체-액체 경계부의 위치 위에서 부압 발생 부재 내의 대기와 유체 연통하게 되는 경우에 있어서, 도12의 (b)에 도시된 바와 같이 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉된 돌출부(151)가 형성되어서, 이에 의해 딤플(150b)의 영향은 방지된다. 이로 인해, 딤플이 항복에 의해 부압 발생 부재의 표면에 생성되는 경우에 있어서도, 안정화된 기체-액체 교환 작동이 수행될 수 있고, 잉크 누설이 방지될 수 있다.
도12의 (b)를 참조하면, 이러한 것이 계속 설명된다. 돌출부(151)는 두께 d를 가지는 프레임 형태이고 액체 수납 챔버(136)에 대면하는 표면, 즉 절결부의 수평 천정면(기체 도입면, 200) 및 절결부의 수직면(210) 모두에 접촉된다.
부압 발생 부재의 재료 및 항복과 관련하여서는, 부압 발생 부재의 재료 및 구조에 의존하지만, 딤플(150b) 및 그로 인한 벽면 통로는 폴리에스테르 등의 섬유, 특히 폴리우레탄 포움보다는 방향성을 가지는 섬유의 경우에 발생하기 쉽다.
소정 방향으로 연장하는 섬유에 의해 구성된 부재는 우레탄 포움 등과 같은 포움 부재보다 종동성 및 등방성에 있어서 열악할 수도 있고, 따라서 응력 집중이 발생하기 쉽다.
부압 발생 부재가 일 방향으로 연장되는 섬유로 제조되어 항복하게 되는 제2 실시예의 잉크 카트리지에 대해 설명된다.
도13의 (a) 및 도13의 (b)는 제2 실시예의 잉크 카트리지 내에만 제공된 부 압 발생 부재의 사시도이다.
액체 용기의 최대 면적 측면(주측면)은 용기가 사용시 배열되는 방향에 대해 서로 반대이고, 따라서 그 안에 수용된 부압 발생 부재(132)가 압축에 대해 가용성을 가지고 측면에 수직인 방향에 있어서는 탄성을 억제시키는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 섬유는 도13의 (a) 및 도13의 (b)에 도시된 방향으로 연장할 수도 있다.
섬유의 방향이 다른 경우에 있어서, 항복, 즉 딤플(150b)이 발생하기 쉬운 위치가 다르다. 팽창성 및 수축성이 섬유의 방향에 있어서는 상대적으로 열악하기 때문에, 딤플(150b)은 섬유 방향에 수직인 방향으로 발생하기 쉽다.
예를 들면, 섬유 방향이 도13의 (a)에 도시된 것과 같은 경우, 도9의 (b)에 도시된 딤플(150b)이 생기기 쉽고, 섬유 방향이 도13의 (b)에 도시된 것과 같은 경우, 도10의 (b)에 도시된 딤플(150b)이 생기기 쉽다. 양 경우에 있어서, 예상되는 항복은 도12의 (b)와 연계하여 설명된 개념에 의해 회피될 수 있다. 더 구체적으로는, 내부 벽면과 부압 발생 부재의 표면 사이에 형성된 갭(150c)의 단부는 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉되어 형성된 돌출부(151)에 의해 밀봉되어서, 대기와 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크 사이의 연통을 차단하고, 이로 인해 벽면 통로의 발생이 억제되어 갭에 관여될 수 있는 잉크 누설을 방지시킨다.
도14를 참조하면, 부압 발생 부재가 두 개의 부분으로 나누어진 제4 실시예가 설명된다.
도14의 (a)는 제1 부압 발생 부재(132a) 및 제2 부압 발생 부재(132b)가 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 수용되는 잉크 카트리지의 개략 단면도이고, 도14의 (b)는 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크가 제2 부압 발생 부재(132b)와 연통하는 갭(150c)(딤플, 150b)이 생성되는 일예이다.
두 개의 부압 발생 부재를 가진 경우에 있어서, 하나의 부압 발생 부재의 경우와 유사하게, 제1 및 제2 부압 발생 부재에 연속으로 형성된 갭이 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크와 대기 사이의 유체 연통을 야기하도록 생성되는 경우, 벽면 통로가 액체 용기로부터의 잉크 누설을 야기하도록 발생할 수도 있다. 다른 문제점으로서는, 도14의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 부압 발생 부재(132b)와 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크 사이의 유체 연통을 야기하도록 하는 갭(150c)이 생성되기 쉽다.
이러한 문제점은 잉크가 특정 범위까지 소모된 경우 야기되기 쉬운 두 개의 태양을 포함한다. 제1 태양에 있어서, 공기가 기체-액체 교환에 의해 잉크 수용 챔버 내에 존재하게 되는 경우, 잉크 수용 챔버 내의 공기는 대기 온도의 변화에 의해 팽창 또는 수축한다. 이러한 것이 반복되는 경우, 잉크 누설이 발생할 수도 있다. 메카니즘은 다음과 같다. 잉크 카트리지가 사용되는 중에 대기 온도가 상승하는 경우, 잉크 수용 챔버 내의 공기는 팽창하고 팽창에 대응하는 잉크 량이 부압 발생 부재 수용 챔버 내부로 토출된다. 제1 부압 발생 부재(132a)가 도14의 (b)에 도시된 바와 같은 딤플(150b)을 가지는 경우, 잉크 수용 챔버로부터 토출된 잉크의 일부분은 내부 벽면 및 딤플(150b)에 의해 형성된 갭(150c)을 통해 이동되 고 제2 부압 발생 부재(132b) 내로 흡수된다. 대기 온도가 잉크 카트리지의 사용 중 하강하는 경우, 잉크 수용 챔버 내 잉크 내의 공기는 수축하고 잉크 수용 챔버는 잉크 수용 챔버 내에서 수축 체적에 대응하여 부압 발생 부재 내에 흡수된 잉크 양을 쉽게 흡입한다. 이러한 경우에 있어서, 부압 발생 부재 내에서 공기를 흡입하는 유동 저항은 부압 발생 부재 내에서 잉크를 흡입하는 유동 저항 보다 작아서, 부압 발생 부재로부터 잉크 수용 챔버 내부로 다시 되돌아가는 잉크와 함께 공기가 흡입되는 결과를 낳는다. 팽창 및 수축이 반복되는 경우, 재흡입 공기에 대응하는 잉크 양이 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 잔류하여서, 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 잔류하는 잉크 양이 잉크 누출 범위까지 점차적으로 증가한다.
다른 태양은 도14의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 부압 발생 부재(132b)에서의 갭(150c)의 존재와 관련된 것이다. 이러한 경우에 있어서, 기체-액체 교환이 기체-액체 경계부가 기체 도입면(200)까지 하강하기 전에 갭(150c)과 제1 및 제2 부압 발생 부재의 가압-접촉부(160)의 경계부 사이에서 시작한다. 즉, 기체-액체 교환 작동은 기체 도입면(200)의 위치가 가압-접촉부(160)의 위치에 설정된 것처럼 시작한다. 그 결과로서, 잉크 카트리지의 비어 있음이 검출되고, 부압 발생 부재(132a) 내에 여전히 잔류하는 잉크 양이 기대되는 것 보다 더 커져서, 잉크 용기의 수명 말기에 잉크 잔류량은 통상의 잔류량보다 더 커진다.
갭(150c)을 통한 기체 주입 량과 관련하여서는, 기체-액체 교환이 큰 잉크 공급 유동률(시간 당) 하에서는 불충분할 수도 있기 때문에, 기체-액체 경계부는 일시적으로 하강하지만, 잉크 공급이 정지한 이후에는 공기가 갭(150c)을 통해 액 체 수용 챔버 내부로 주입된다. 따라서, 잉크는 읍압 생성 부재 내부로 이동하고, 잉크 경계부는 갭(150c)의 상부 단부인 가압-접촉부(160)의 경계부까지 상승하여서, 수명 말기에서의 잉크 잔류량은 잉크 공급률에 관계없이 커진다.
제4 실시예와 관련하여 전술된 바와 같이, 제2 부압 발생 부재(132b)는 제1 부압 발생 부재(132a)에 대한 가압-접촉부를 통해서만 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크와 유체 연통 상태에 놓여지게 된다. 따라서, 이러한 경우에 있어서, 만약의 항복에 의한 다양한 영향들이 부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉하여 형성된 돌출부(151)로서 갭(150c)의 단부를 밀봉함으로써 회피될 수 있어서 제2 부압 발생 부재와 부압 발생 부재의 절결부에 의해 형성된 공간 내에 존재하는 잉크 사이의 유체 연통을 차단한다.
벽면 통로의 발생을 방지하도록 제공된 돌출부는 보조 효과, 즉 부압 발생 부재 수용 챔버 내에 수용된 부압 발생 부재의 절결부의 표면과 접촉하는 돌출부에 의해 부압 발생 부재 영역이 내부 벽면으로부터의 압축력(항복을 야기함)을 수용하고 항복이 억제되는 효과를 제공한다. 부압 발생 부재가 방향성을 가진 섬유로 제조되는 경우, 예를 들면, 섬유의 방향과 실질적으로 직각인 절결부의 표면은 효과적으로 작용한다.
부압 발생 부재 수용 챔버의 내부 벽에 밀폐-접촉하여 형성된 돌출부(151)에 의한 부압 발생 부재의 표면 내 갭의 단부 밀봉과 관련하여, 벽면 통로의 발생이 연장하는 갭의 밀봉 위치와 무관하게 방지될 수 있다. 그러나, 하나 또는 두 개의 갭에서의 밀봉은 단순하기 때문에 바람직하다.
돌출부(151)는 예로서, 액체 용기와 일체로 성형되거나, 별개의 부재로 형성되어 액체 용기에 접합될 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제4 실시예는 본 명세서에 설명된 구조체, 즉, 부압 발생 부재의 표면에 형성된 갭의 단부가 밀봉되고, 부압 발생 부재의 절단부에 의해 형성된 공간내에 존재하는 잉크로의 공기의 도입을 차단하도록 부압 발생 부재 수용 챔버의 내벽에 밀접하게 돌출부가 형성되는 구조체와 통합될 수 있다.
제1 내지 제4 실시예에 관하여 벽면 통로의 발생에 대한 해법에 관해 설명하였다. 정점 라인 부분에서 통로의 발생에 대해 설명한다.
먼저, 정점 라인 통로를 설명한다. 부압 발생 부재 수용 챔버의 내벽의 정점 라인과, 부압 발생 부재의 대응 부분 사이에 갭이 형성될 수 있다. 이런 갭내로 공기가 진입하면, 비의도적 기체-액체 교환 동작이 갭(통로)을 통해 이루어질 수 있다. 이는 "정점 라인 통로"라 지칭되며, 도15의 (b)는 제2 실시예에 따른 잉크 용기내의 정점 라인 통로의 발생을 도시하고 있고, 여기서, 갭(170)은 도15의 (a)에도 도시되어 있는 바와 같이 부압 발생 부재의 일부(측면)의 정점 라인 부분에 형성된다. 이 결함은 부압 발생 부재가 부압 발생 부재 수용 챔버내에 삽입될 때, 예로서, 부압 발생 부재가 내벽의 정점 라인 부분에 부적절하게 접촉되는 경우에 나타날 수 있다. 정점 라인 통로가 연통부를 통해 대기와 유체 연통하게 되면, 비의도적 기체-액체 교환이 발생하며, 결과적으로, 액체 용기로부터 잉크의 누설을 초래한다. 도15의 (a)는 정점 라인 통로를 예시하는 개략도이다.
도16은 정점 라인 통로를 방지하기 위해 돌출부가 형성되어 있는 부압 발생 부재의 절단부의 구조에 일치하도록 돌출부가 형성되는 액체 용기의 연통부의 인근의 개략적인 확대도이다. 이 도면에서, (a)는 부압 발생 부재 수용 챔버로부터 본, 연통부의 인근의 개략적인 확대 사시도이며, (b)는 측방향 측부로부터 본, 연통부의 인근의 개략적인 확대 단면도이고, (c)는 예로서, 부압 발생 부재가 부압 발생 부재 챔버내로 삽입될 때, 부압 발생 부재와 부압 발생 부재 챔버의 내벽 사이에 형성된 정점 라인 부분에 갭(정점 라인 통로)이 형성되어 있는 상태를 예시한다.
도16의 (a)에서, 액체 수납 챔버는 격벽(138)의 우수측에 제공되고, 부압 발생 부재 수용 챔버는 그 사이에 격벽(138)을 두고 형성된다. 돌출부(151)는 기체 도입면을 구성하는 표면과 그에 연결하는 내벽 사이에 형성된 정점 라인부와, 그리고, 또한, 연통면을 구성하는 표면과 그에 연결하는 내벽 사이에 형성된 정점 라인부에 접촉하도록 제공된다.
부압 발생 부재(132)가 이런 구조를 가지는 부압 발생 부재 수용 챔버에 삽입될 때, 도16의 (b)에 도시된 바와 같은 상황이 된다(이상적 상황). 그러나, 부압 발생 부재가 적절히 삽입되지 않으면, 도16의 (c)에 도시된 바와 같이, 정점 라인 통로(170)가 형성된다. 그러나, 도16의 (a)에 도시된 돌출부(151)의 형성에 의해, 도16의 (c)에 도시된 정점 라인 통로(150)가 형성되는 경우에도, 절단부의 원주의 인근(도17의 음영부)을 밀봉하도록 돌출부(151)에 접촉되며, 그래서, 부압 발생 부재의 절단부에 의해 형성된 공간내에 존재하는 잉크는 정점 라인 통로와 유체 연통하는 것이 방지된다.
본 설명에서, 부압 발생 부재의 측방향 측부만이 다루어졌지만, 동일한 바가 부압 발생 부재의 저면에 적용된다.
요약하면, 도17에 도시된 바와 같이, 절단부를 가지는 부압 발생 부재의 표면의 단부 및 인근(음영부)은 밀봉될 수 있으며, 정점 라인 통로가 형성되는 경우에도, 형성된 돌출부가 부압 발생 부재의 절단부의 공간에 존재하는 잉크와 유체 소통하는 것을 효과적으로 방지한다.
이런 구조에서, 부압 발생 부재와 부압 발생 부재 챔버를 구성하는 내벽 사이의 정점 라인부에 공기 통로가 형성될 때에도, 부압 발생 부재의 절단부의 공간내에 존재하는 잉크는 대기와 유체 연통하는 것이 방지된다. 이에 의해, 비의도적 기체-액체 교환 동작이 피해질 수 있으며, 부가적으로, 액체 용기로부터의 잉크 누설이 방지될 수 있다.
돌출부는 액체 용기와 일체로 성형되거나, 예로서, 접합에 의해 액체 용기에 장착될 수 있는 별개의 부재일 수 있다.
소정의 상술한 실시예는 정점 라인 통로의 방지를 위해 여기에 설명된 구조체를 통합할 수 있다(부압 발생 부재의 절단부의 구성에 일치하도록 부압 발생 부재와 접촉하게 돌출부가 형성된다).
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라서, 부압 발생 부재(132)는 연통부에 대응하는 절단부를 구비하며, 절단부에 의해 형성되는 공간의 천정부는 실질적으로 수평이고(잉크 용기가 예로서, 동작을 위해, 기록 장치내에 설치될 때), 기체-액체 도입면(200)으로서 기능한다. 이렇게 함으로써, 기체-액체 도입면(200)은 기체-액체 교환의 시작 직전에 부압 발생 부재내의 기체-액체 계면(161)과 실질적으로 평행하다. 잉크 제트 기록 헤드에 대한 단위 시간 당 잉크 공급이 큰 경우에도, 부압 발생 부재(132)내의 기체-액체 계면은 넓은 기체 도입 부분을 보증하도록 기체-액체 계면(161)이 기체 도입면(200)에 도달하도록 철저히 확장한다. 따라서, 잉크 토출과 조우하는 공기의 양은 잉크 수용 챔버(136)내로 신속하게 도입될 수 있고, 그래서, 부압 발생 부재(132)의 기체-액체 계면(161)은 부적절하게 낮아지지 않으며, 따라서, 종래의 잉크 단절 없이 잉크 공급이 안정화된다. 이에 의해, 매우 신뢰성있는 잉크 카트리지 및 고속 동작에 적합한 잉크 제트 기록 장치가 제공될 수 있다.
부압 발생 부재 수용 챔버(134)는 서로 압력 접촉되는 제1 및 제2 부압 발생 부재(132a 및 132b)를 포함하는 것이 바람직하며, 기체 도입면(200)은 두 개의 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부(160)의 계면 아래에 배치된다. 이런 구조에서, 상술된 유리한 효과에 부가하여, 부압 발생 부재의 기체-액체 계면은 두 개의 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부(160)내의 계면에 의해 일시에 리셋되고, 그래서, 기체-액체 교환의 시작시 기체-액체 계면의 위치가 안정화, 즉, 기체-액체 계면의 위치의 변화가 최소화되며, 따라서, 기체-액체 교환 기간 동안 부압의 절대값을 안정화한다.
본 명세서에 기술된 구조를 참조로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 기술된 세부사항에 한정되지 않으며, 본 출원은 하기의 청구범위의 범주 또는 개선 목적내에서 도출될 수 있는 바와 같은 이런 변경 또는 변형을 포괄하는 것을 목적으 로 한다.
잉크젯 기록 헤드로의 안정화된 잉크 공급이 종래의 잉크젯 기록시에서와 같은 잉크 불연속이 발생하지 않고 달성된다. 이에 의해, 고속 작동에 적합한 신뢰성 높은 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치가 제공될 수 있다.

Claims (6)

  1. 액체 토출 기록 헤드에 액체를 공급하기 위한 공급 포트와, 대기와 유체 연통하는 통기부를 구비하고, 액체를 흡수 및 유지하기 위한 부압 발생 부재를 수용하는 부압 발생 부재 수용 챔버와,
    상기 연통부를 통해 상기 부압 발생 부재와 유체 연통되며, 상기 연통부를 제외하면 실질적으로 밀봉되어 있는, 액체를 수납하기 위한 액체 수납 챔버와,
    상기 액체 용기를 상기 연통부를 제외한 상기 액체 수납 챔버와 상기 부압 발생 부재 수용 챔버로 분할하기 위한 격벽을 포함하고,
    상기 부압 발생 부재는 상기 연통부에 대응하는 위치에 리세스를 구비하고,
    상기 리세스에 의해 제공되는 공간의 천정부는 상기 액체 용기가 사용 위치에 있을 때, 실질적으로 수평인 기체 도입면으로서 기능하는 액체 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부압 발생 부재는 서로 압력-접촉되는 제1 및 제2 부압 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 부압 발생 부재의 모세관력은 상기 제2 부압 발생 부재의 모세관력 보다 높으며, 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면은 상기 격벽과 교차하고, 상기 제1 부압 발생 부재는 상기 연통부 및 상기 공급 포트와 유체 연통하며, 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면은 상기 기체 도입면 위에 배치되는 액체 용기.
  3. 제2항에 있어서, 잉크는 상기 액체 용기가 취하는 자세에 무관하게 상기 제1 및 제2 부압 발생 부재 사이의 압력-접촉부의 계면의 전체 영역 위에 유지되는 액체 용기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스에 의해 형성된 공간내에 제공되어 상기 부압 발생 부재에 접촉하는 구조 부재를 더 포함하고,
    상기 구조 부재는 상기 부압 발생 부재의 표면과 상기 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽의 표면 사이의 접촉 평면의 연장부상에 배치되는 액체 용기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스에 의해 형성된 공간내에 제공되어 상기 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽의 표면과 상기 부압 발생 부재의 표면 사이의 접촉 평면의 연장부상에 배치되어 있는 돌출부를 더 포함하고,
    상기 돌출부는 액체와 직접 접촉하는 상기 부압 발생 부재의 표면과 상기 접촉면 사이의 직접 유체 연통을 차단하는 액체 용기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부압 발생 부재 수용 챔버를 구성하는 내벽이 서로 교차하는 정점 라인의 연장부상에 배치된 구조 부재를 더 포함하고,
    상기 구조 부재는 상기 정점 라인과 교차하는 방향으로 소정 치수를 가지는 액체 용기.
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