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KR20010040212A - 밸브체 및 이를 사용한 액체 토출기용 액체 저장 용기 - Google Patents

밸브체 및 이를 사용한 액체 토출기용 액체 저장 용기 Download PDF

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Publication number
KR20010040212A
KR20010040212A KR1020000063699A KR20000063699A KR20010040212A KR 20010040212 A KR20010040212 A KR 20010040212A KR 1020000063699 A KR1020000063699 A KR 1020000063699A KR 20000063699 A KR20000063699 A KR 20000063699A KR 20010040212 A KR20010040212 A KR 20010040212A
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KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
ink
valve body
storage container
valve
Prior art date
Application number
KR1020000063699A
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English (en)
Inventor
시미즈츠토무
에누마고우이치
다마이쥰
가토야스오
다즈노키히로시
도야마다케시
가와사키마사유키
나가하마마사미츠
Original Assignee
아사베 히로시
펜텔 가부시기가이샤
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Filing date
Publication date
Priority claimed from JP30927199A external-priority patent/JP2001121872A/ja
Priority claimed from JP36889099A external-priority patent/JP2001180002A/ja
Priority claimed from JP2000230110A external-priority patent/JP2002039500A/ja
Application filed by 아사베 히로시, 펜텔 가부시기가이샤 filed Critical 아사베 히로시
Publication of KR20010040212A publication Critical patent/KR20010040212A/ko

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Abstract

본 발명에 의하면 미소한 압력 변화와 큰 압력 변화 모두에 대응할 수 있는 밸브체 기구가 제공되며, 필기구나 잉크젯 프린터 등의 잉크 저장용기에 채용했을 때에는 필적이나 인쇄 흔적이 흐려지거나 희미해지거나 하는 것이 억제되고, 또한, 큰 압력 변화에 대하여도 조속하게 용기 내압을 적정한 압력 상태로 복원함으로써 공급 과다에 의해 잉크가 번지거나 분출되는 것이나, 공급 부족에 의해 흐려지거나 하는 것이 억제될 수 있다. 또한, 잉크 토출량에 큰 편차가 생기는 것도 억제될 수 있다.

Description

밸브체 및 이를 사용한 액체 토출기용 액체 저장 용기{A VALVE BODY AND A LIQUID STORAGE CONTAINER FOR A LIQUID DISCHARGE DEVICE UTILIZING THE VALVE BODY}
본 발명은 특정 크기의 힘이 작용되면 일시적으로 통공을 개방하고, 힘이 제거되면 통공을 폐쇄하는 밸브체와, 이 밸브체를 내부에 수용된 액체를 액체 토출기의 액체 토출 수단에 공급하기 위해서 내압 조정을 위한 공기 교환 수단으로 설치한 액체 저장 용기에 관한 것이다.
지금까지 필기구의 잉크 탱크나, 잉크젯 프린터의 잉크 (탱크) 카트리지 등에 있어서, 문자나 화상을 형성하는 필기나 인쇄에 소비된 잉크량에 대응해서 외기(外氣)를 탱크 내에 취입해서 공기를 교환하고, 탱크 내의 압력 변화가 잉크의 소비에 악영향을 주지 않도록 한 것으로는, 외기의 취입구로서 단순한 구멍을 형성한 것과, 기체는 통과시키지만 액체는 통과시키지 않는 막을 설치한 것과, 필요에 따라서 개방하는 밸브 기구가 부착된 통기로를 형성한 것이 있다.
그러나, 외기의 취입구로서 단순한 구멍을 설치한 것은 이 구멍으로부터 잉크가 새어 버릴 가능성을 불식할 수 없는 것이었다. 또한, 필기구나 잉크젯 프린터에 있어서도 펜촉이나 프린터 헤드 등의 잉크 토출 수단에는 잉크의 무게에 의한 수두압(액면으로부터 특정 높이의 수평 단위 면적을 저면으로 해서 액면까지 서 있는 액주의 저면에 미치는 힘과 동일한 압력)이 걸리기 때문에, 외기의 취입구로서 단순히 구멍을 뚫은 것이나, 기체는 통과시키지만 액체는 통과시키지 않는 막을 설치하기만 한 것으로는, 잉크 탱크 또는 잉크 카트리지의 내부가 대기압과 같게 되기 때문에 전술한 수두압에 의해서 잉크가 분출되어 버릴 가능성이 있었다.
또한, 밸브 기구를 갖는 것은 필요할 때에만 통기로를 형성시킬 수 있기 때문에 적어도 전술한 잉크의 누출이 극력 억제될 수 있는 동시에, 대기압에 대해서 수용 잉크의 수두압 만큼을 부압(負壓)으로 한 상태에서 통기 구멍을 폐쇄시킬 수 있으므로, 전술한 잉크의 분출을 억제할 수 있는 것이었다. 일례로서, 일본 특개평7-076094호 공보에 개시된 바와 같이, 탄성 재료에 압력이 걸려 있지 않는 상태에서는 폐쇄되는 슬릿형의 통기 구멍이 형성된 밸브체를 사용한 것이 알려져 있다.
또한, 밸브 기구를 기밀(氣密) 형성한 상태로 고정하는 구조로는, 밸브 기구의 외연부를 협지(挾持) 및 고정하는 구조인 것이, 예를 들면 상기 일본 특개평7-076094호 공보에 기재되어 있는 것은 슬릿이 마련된 탄성 부재 외연부를 반경 방향으로부터 주상(周狀)으로 협지함으로써 고정하는 구조이며, 일본 특개평8-300891호 공보에는 반상(盤狀) 부재 사이에 투습(透濕) 및 방수 소재로 이루어지는 막체를 배치해서 반상 부재가 양방향으로부터 막체의 외연부를 길이 방향으로부터 주상으로 협지 및 고정하는 구조의 것이 개시되어 있다.
또한, 수용된 액체를 액체 토출기에 공급할 때 액체가 통과하는 액체 토출 구멍에 액체의 통과를 제어할 수 있는 탄성 재료로 이루어지는 밸브 부재를 배치한 것으로, 일본 특공평6-69750호 공보에 개시된 바와 같은 "슬릿" 또는 "구멍"을 형성한 것이 알려져 있다.
그러나, 내압 조정을 위한 통기 수단으로 일본 특개평7-076094호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 밸브 기구를 사용한 경우에는, 통기로의 개방에 의해서 탱크 내의 압력을 조정할 수 있지만, 특정 압력이 가해졌을 때에만 통기 구멍이 개방되도록 구성된 것이기 때문에 미소한 압력 변화와 큰 압력 변화 모두에 대응시키는 것은 곤란했다.
즉, 압력 변화가 작든지 크든지 간에 특정 압력에 도달하면 똑같이 개방되는 것이기 때문에, 잉크 소비에 의한 용기 내의 감압을 억제하기 위해서는, 미세한 감압 상태를 복원하도록 설정되어야 한다. 따라서, 큰 압력 변화에 대해서는 필요한 공기를 통과시키는 데에 어느 정도의 시간이 필요하기 때문에 내압의 회복에 시간이 걸린다. 그리므로, 높아진 내압을 한창 조절하는 중이라면 공급 과다에 의해 잉크가 분출되고, 낮아진 내압을 한창 조절하는 중이라면 공급 부족에 의해 잉크 공급이 중단되는 등의 문제가 생기는 것이었다. 또한, 한번 개방된 후에 다시 폐쇄하면 원래의 상태로 복원되지는 않으며, 폐쇄에 다소의 어긋남이 생기면 원하는 특정 압력에서도 밸브가 개방되지 않아 잉크 공급이 중단되거나, 원하는 특정 압력에 도달하지 않더라도 밸브가 개방되어 잉크가 분출할 가능성이 있었다.
또한, 탄성 재료로 이루어진 밸브체의 외연 부분을 협지·고정하는 구조에서는, 협지되는 부재의 협지력에 의해 변형된 체적분의 왜곡이 밸브체에 작용해서 밸브체의 통기 구멍의 주변 부분을 변형시키기 때문에, 공기의 유입·배출에 의한 내압의 조정이 벗어나는 경우가 있었다. 특히, 온도 상승 등에 의해서 내압이 상승하면, 사용하지 않을 때 밸브가 폐쇄되어 있을 때라도 밸브는 감응해서 개방되어 버리기 때문에, 외기와 연통하여 잉크가 증발되어 감소되거나, 밸브체가 잉크보다도 아래쪽에 놓이는 경우에는 잉크가 새는 문제가 있었다.
또한, 수용된 액체를 액체 토출기에 공급함에 있어서, 액체가 통과하는 액체 토출 구멍에 액체의 통과를 제어할 수 있는 "슬릿" 또는 "구멍"을 갖는 탄성 부재로 이루어진 밸브체를 배치한 경우에는, 이 "슬릿" 또는 "구멍"을 제조할 때 탄성 부재에 의한 밸브체의 변형이 "슬릿" 또는 "구멍"의 형상이나 크기의 치수에 큰 편차가 생기게 함으로써 잉크 토출량에 큰 편차가 생기는 일이 있었다. 또한, 부여되는 압박력으로 인한 변형에 의해서 "슬릿" 또는 "구멍"이 개방되므로, 개방부에 압박력을 부여하는 부재가 접촉하기 때문에 실질적인 잉크의 이동이 제한된다. 이 때문에 필요 이상으로 밸브를 개방해야 하므로 큰 압박력을 부여하게 되어, 밸브 부재 그 자체나 주변 부분에 주는 부담이 크다.
또한, 실질적으로 구멍이 형성된 탄성 재료를 사용하고 있으므로, 폐쇄 상태에서의 액밀성에 대한 신뢰가 낮아질 수 밖에 없었다. 즉, 전술한 일본 특공평6-69750호 공보에 개시된 바와 같이 슬릿이 형성된 경우에는, 잉크 수용부의 내압이 높아지면 그 압력이 실질적으로 슬릿을 개방하는 압박력으로 작용하기 때문에, 사용하지 않을 때 잉크 누출로 이어질 위험성이 있었다. 특히, 최근 휴대용 퍼스널 컴퓨터의 보급에 따라 휴대성이 높은 소형 프린터가 요망되고 있지만, 휴대하는 경우에는 잉크 카트리지를 프린터에서 분리해서 운반하고, 다시 프린터에 부착하는 것과, 몇번 분리가 반복될 것인가를 고려해야 한다. 또한, 여러 방향으로 놓일 수 있어야 하고, 비행기 등에 탑승했을 때 급격한 압력 변화에 대해서도 견딜 수 있어야 하므로, 사용하지 않을 때 잉크가 누출되지 않을 것이 강하게 요망된다.
도 1은 액체 토출기의 모식도.
도 2는 실시예 1에 따른 밸브체 표면의 전자현미경 사진(100배).
도 3은 실시예 1에 따른 밸브체 단면의 전자현미경 사진(100배).
도 4는 실시예 1에 따른 밸브체 단면의 전자현미경 사진(500배).
도 5는 필기구에 사용한 일례를 보여주는 단면도.
도 6은 도 5의 I 부분의 확대도.
도 7은 다른 필기구에 사용한 일례를 보여주는 단면도.
도 8은 도 7의 II 부분의 확대도.
도 9는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 사용한 일례를 보여주는 단면도.
도 10은 도 9의 III 부분의 확대도.
도 11은 도 9의 IV 부분의 확대도.
도 12는 잉크 카트리지를, 잉크 헤드를 갖는 잉크 카트리지 홀더에 접속한 상태를 보여주는 주요부 단면도.
도 13은 잉크젯 프린터에서의 인쇄 상태를 보여주는 사시도.
도 14는 토출 밸브 부재의 단면도.
도 15는 변형례의 단면도.
도 16은 도 15의 V 부분의 확대도.
도 17은 잉크 카트리지를 잉크 헤드를 갖는 잉크 카트리지 홀더에 접속한 상태를 보여주는 주요부 확대 단면도.
도 18은 변형예의 주요부 확대도(도 16에 상당하는 도면).
도 19는 종래예의 단면도.
도 20은 비교 밸브체의 단면도.
도 21은 시험 장치의 모식도.
도 22는 시험 장치의 모식도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 용기
2 : 토출 수단
3 : 잉크 공급로
4 : 통기로
5 : 밸브체
7 : 흡수 공간
11 : 축통
12, 12' : 펜촉
13 : 연통 구멍
14 : 구멍부
15 : 밸브체
21 : 카트리지 본체
22 : 토출 밸브 부재
23 : 토출 구멍
25 : 밸브체
27 : 카트리지 홀더
31 : 니들 밸브
32 : 진공 펌프
33 : 실리콘 튜브
34 : 파이프
35 : 압력계
36 : 기록계
즉, 본 발명은 서로 연통하는 복수 개의 통공 각각에, 이들 통공을 폐쇄할 수 있는 탄성 재료로 이루어진 복수 개의 밸브 덮개를 배치함으로써 이루어지는 밸브체를 요지로 한다. 또한, 본 발명에 따르면, 내부에 수용된 액체를 액체 토출기의 액체 토출 수단과 접속시키는 내용 액체 공급로와, 용기 내외를 공기가 통과할 수 있도록 하는 통기로를 갖고, 이 통기로에 용기 내부의 압력 변화에 따라 일시적으로 통기로를 개방하여 내외기를 통과시키는 밸브 수단으로 상기 밸브체를 구비한 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기가 제공된다. 또한, 본 발명에 의하면, 프린터 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 토출 구멍의 주연부에 압접되어 이 주연부를 폐쇄할 수 있는 고무형 탄성체로 이루어진 토출 밸브 부재가 압축 상태로 협지·배치되고, 이 토출 밸브 부재는 부여되는 압박력에 의해 변형되어 밸브 시트인 상기 잉크 토출 구멍 주연부의 내벽과의 사이에 간격이 형성되도록 함으로써 잉크의 유출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 상기 액체 토출기는 잉크젯 프린터인 액체 토출기용 액체 저장 용기가 제공된다.
상기 밸브체는 탄성 재료로 이루어진 복수 개의 밸브 덮개의 선택적 작동에 의해서 통과할 수 있는 공기의 양을 조절함으로써, 용기 내의 압력과 내용액의 수두압이 균형 잡히게 된다. 또한, 전술한 공기 양의 조절은 밸브 덮개의 탄성 재료의 변형의 용이함과 구조체로서의 변형의 어려움과의 균형에 의해서 조정되는 것이 바람직하다. 그리고, 밸브 덮개의 적절한 작동을 위해서는, 밸브 덮개가 탄성 재질로 이루어져 있고 외팔보로 거동하는 것을 고려하여, 하중에 대한 재질 특유의 변형량을 나타내는 양인 영률을 1 MPa 내지 5,000 MPa로 하는 것이 바람직하다.
이러한 밸브 덮개를 갖는 밸브체를 얻기 위해서는, 삼차원 메쉬형으로 연속된 골격부과, 이 골격부를 서로 접촉시키기 위해서 상기 영률을 갖는 합성 수지를 발포나 용출법에 의해 연통 다공을 형성한 것이나, 합성 섬유나 합성 수지, 고무 등의 입상체(粒狀體)의 집합체, 또는 이들을 열이나 용제에 의해 부분적으로 일체화한 것을 적절하게 사용할 수 있으며, 이들 연통 다공질체나 섬유 수속체, 입상물 집합체를 압축해서 겉보기 체적에 대한 실질적인 물질의 양인 겉보기 밀도를 0.03 g/cm3내지 1.5 g/cm3로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이 때 압축 전의 단위 길이당 구멍의 수가 4 개/cm 내지 1000 개/cm 가 되도록 함으로써 내압 조정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 압축에 있어서 가열이나 고주파에 의한 발열을 부여함으로써 성형한 것이 두께 8 mm의 반상체를 검체로 했을 때 아스커(Asker) C형 경도계에 의한 경도가 20 이상 100 미만인 것이 바람직하다. 이 압축은 한방향으로부터만 원하는 형상으로 성형하는 것이, 용기를 구성하는 한 부재로서의 취급성이 우수하고, 저렴하게 제조할 수 있는 것으로 바람직하다. 이 때, 압축률을 압축전 재료 두께의 5% 내지 40%로 함으로써 내압 조정을 저해하지 않으면서 내압이 적절한 상태에서 통기로가 확실히 폐쇄되도록 할 수 있다.
영률이 1 MPa 내지 5,000 MPa인 탄성 재료로는, 연통 다공질체의 경우에는 고무 및/또는 플라스틱 원료에 불활성 가스, 분해성 발포제, 휘발성 유기 액체를 혼합해서 내부에 기포를 형성함으로써 발포시켜 연통 다공을 형성한 것이나, 고무·플라스틱 원료에 탄산칼슘 등의 무기 입자를 혼합한 것을 판형으로 성형한 후, 무기 입자를 용출하여 연통 다공을 형성한 것 등을 들 수 있다. 상기 고무 및/또는 플라스틱 원료로는, 탄성 재료로 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 불소 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 특히, 액체에 대한 내구성이나, 연통 다공질체의 형성에 있어서의 용이성, 생산성 등을 고려하면 에테르계 폴리우레탄 수지를 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
섬유 수속체의 경우에는, 폴리에스테르, 아크릴로니트릴, 나일론, 레이온, 아세테이트, 폴리염화비닐, 비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 그리고, 이들 합성 섬유의 단섬유나 장섬유를 니들 펀치 방식으로 기계적으로 서로 얽히게 한 것이나, 펠트형으로 형성한 것을 가열하여 융착시킨 것이나, 용제 또는 바인더 역할의 수지를 사용하여 결합시킨 것과 같이 화학적으로 서로 얽히게 한 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 특히, 폴리에스테르 섬유 등 열가소성 재료를 가열 융착시킨 경우가, 밸브 덮개 이외의 골격부 부분의 이동이 극력 억제되므로 형상 유지나 확실한 작동의 관점에서 바람직하다고 할 수 있다.
입상물 집합체의 경우에는 탄성 변형 가능한 고무, 합성 수지 엘라스토머 등의 재질을 사용할 수 있다. 고무 재질로는 천연 고무, 이소프렌 고무, 1,2-폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 에틸렌-초산비닐 고무, 아크릴 고무, 에틸렌-아크릴 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 다황화 고무, 에피클로로히드린 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 불소 고무 등의 합성 가황 고무를 들 수 있다. 합성 수지 엘라스토머로는 폴리스티렌계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 폴리우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 1,2-폴리부타디엔계 엘라스토머, 에틸렌-초산비닐계 엘라스토머, 폴리염화비닐계 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머를 들 수 있다. 또한, 입상물은 중합에 의해 합성된 미립자상의 성형물, 사출 성형이나 압출 성형에 의해 형성된 입자상의 성형물을 사용할 수 있다. 각 입상물의 형상으로는 완전한 구에 가까운 구체로부터, 구분(球分), 구결(球缺), 구대(球帶), 타원체형, 회전 포물체 등의 구계(球系)인 것이나, 원주, 다각 프리즘, 절두 원뿔 등의 봉 형상 외에도, 구체에 돌기물을 형성한 별 모양이나, 봉 형상의 횡단면이 별 형상이 되는 것 등을 1종 이상 혼합해서 사용할 수 있다. 그리고, 이들 입상물의 평균 입경은 50∼3000 ㎛가 바잠직하지만, 복수 종류의 입경인 것을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 각 입상물끼리를 열이나 용제에 의해서 서로 융착시킴으로써 일체로 연결한 구조의 집합물로 형성하면, 밸브체로서 형상 복원성이 좋은 것을 얻을 수 있다.
또한, 각 밸브 덮개가 되는 골격부 부분의 단면 형상이 대략 삼각형이면, 이 골격 부분이 서로 접촉했을 때 서로의 면이 접촉하여 밀폐성에 유리하고, 공기가 통과하는 통공이 되는 각 골격 사이의 셀이 최대 체적으로 될 수 있기 때문에 통기에 있어서도 유리하다.
그리고, 용기 내의 액체가 소비되는 경우 등에 의해서 용기 내의 압력이 특정 압력보다 부압 상태가 되었을 때의 통기에 있어서는, 내용액이 0.00001 cm3∼0.0001 cm3소비되었을 때 적어도 1회 개방하는 것이 바람직하다. 즉, 한번에 대량의 내용액을 소비하는 경우 등에 의해 내외의 압력차가 커지는 경우라도, 적은 압력차의 단계에서 수회로 나누어 신속하게 통기해서 정밀하게 내압을 조정함으로써, 내외압의 차가 커지지 않고, 용기 내에 큰 압력이 인가되어 부담이 가해지는 것이 억제될 수 있다.
또한, 반상으로 이루어진 밸브체를 고정하는 것은, 밸브체를 협지하는 면과 이 협지면의 외연부측에 밸브체의 협지에 의한 변형을 흡수하는 흡수 공간을 마련함으로써, 변형이 밸브체의 공기 교환부에 작용하지 않고 적절한 공기의 유입 및 배출이 이루어짐에 따라 탱크 내의 내압 조정을 가능해진다.
내용 액체로 사용되는 잉크의 일례로는 잉크의 침투나 누출을 고려해서 25 m·N/m 내지 55 m·N/m의 표면 장력을 갖는 것이 바람직하며, 그 배합예는 다음과 같다.
수성 염료 잉크 1
Duasyn Black HEF SF 리퀴드(C. I. Direct Black 168, Clariant Japan Co., Ltd. 제조) 30.0부
에틸렌 글리콜 6.0부
글리세린 3.0부
이소프로판올 3.0부
NIKKOL BO-10 TX (POE 올레일 에테르, Nikko Chemicals Co., Ltd. 제조)
0.02부
PROXCEL GXL (1,2-벤즈이소티아졸린-3-온, Zeneca Ltd. 제조) 0.2부
이온 교환수 57.78부
상기 성분을 혼합하고, 프로펠라 교반기로 2시간 교반함으로써 흑색의 기록액을 얻었다. 이것의 표면 장력은 40 m·N/m이었다.
수성 염료 잉크 2
Duasyn Red 3B-SF VP346 (C. I. Reactive Red 23, Clariant Japan Co., Ltd. 제조) 3.0부
디에틸렌 글리콜 7.0부
글리세린 3.0부
이소프로판올 2.0부
요소 5.0부
NIKKOL BT-12 0.5부
PROXEL GXL 0.2부
이온 교환수 79.3부
상기 성분을 혼합하고, 프로펠라 교반기로 2시간 교반함으로써 마젠타(magenta)색의 기록액을 얻었다. 이것의 표면 장력은 36 m·N/m이었다.
또한, 액체 저장 용기를 사용하는 액체 토출기의 예로는, 판형의 금속재에 형성된 슬릿의 모세관력에 의해 잉크를 유지할 수 있는 잉크 공급로를 갖는 만년필 펜촉이나, 돌출 선단에 금속제 볼의 일부를 포지(抱持)하는 볼펜 팁 펜촉, 아크릴 섬유나 폴리에스테르 섬유 등의 섬유 수속체를 사용한 섬유 펜촉, 합성 수지제의 봉상체에 내측 돌기를 갖는 잉크 통공을 형성한 합성 수지제 펜촉 등을 갖는 필기구나, 서멀 잉크젯 방식, 피에조 잉크젯 방식 등의 프린터 헤드를 갖는 잉크젯 프린터를 들 수 있다.
본 발명에 있어서 잉크를 상기 펜촉이나 프린터 헤드 등의 액체 토출 수단에 공급하기 위한 토출 밸브 부재를 구성하는 고무형 탄성체는, 압박력을 받으면 변형하고 압박력이 해제되면 원래의 형상으로 복원되는 것이라면 좋다. 그외의 적절한 재료로는, 스티렌부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 염소화 부틸 고무, 브롬화 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 염소화 폴리에틸렌, 다황화 고무, 에피클로로히드린 고무, 불소 고무, 에틸렌프로필렌 3량체, 폴리스티렌계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 폴리우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 1,2-폴리부타디엔계 엘라스토머, 폴리염화비닐계 엘라스토머 등을 들 수 있다. 특히 잉크와의 접촉을 고려하여, 배합되어 있는 화학 물질이 잉크 속으로 용출하지 않도록 하는 것이나 잉크와 반응하지 않도록 하는 것을 고려할 필요가 있다.
또한, 반복해서 프린터에 장착 및 분리되어도 초기 품질을 유지해야 한다는 것을 고려하면 확실한 형상 회복이 요망되기 때문에, 압축 영구 변형이 70% 이하인 것이 바람직하고, 또한 반발 탄성은 20% 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 압축 영구 변형 및 반발 탄성은 JIS K 6301-1995에 기재되어 있는 것을 가리킨다.
작용
통기를 소량마다 반복해서 행하는 것이므로, 압력의 크기에 따른 매우 안정된 잉크 토출이 실현된다. 또한, 삼차원 메쉬형으로 교차해서 서로 연통하는 복수 개의 통공 각각에 미세한 밸브 덮개를 배치한 경우나, 밸브실 내에 복수 개의 탄성 입상물을 특정 압축 상태로 충전해서 서로 인접해서 접촉하는 입자체 사이에 형성되는 미세한 공극으로 통공이 형성되는 경우에는, 그 통공의 통로를 따라 복수 개의 폐쇄 가능한 덮개 부분을 갖게 됨과 동시에, 실질적인 통기로 그 자체도 다기형으로 분기된다. 따라서, 유통 저항이 작은 방향 등 통과하기 쉬운 경로를 선택해서 통과할 수 있기 때문에, 압력 변화가 크고, 대량의 통기를 행하여야 하는 때에도, 그 필요한 통기량에 따라서 개방하는 통공을 자동적으로 조절할 수 있고, 내압 회복을 단시간에 실현할 수 있으며, 내압을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 내압 변화의 크기가 내용액의 토출 품질에 영향을 주기 힘들게 된다. 또한, 복수 개의 폐쇄 가능한 덮개 부분에 의해서 개폐가 행해지기 때문에, 개개의 덮개 부분의 형상 회복에 의한 폐쇄에 있어서 몇개의 덮개 부분이 완전히 원래의 상태를 복원되지 않았다고 해도 다른 덮개 부분이 이것을 보충할 수 있으므로, 원하는 작동 압력을 유지하기 쉽고, 인쇄가 중단되거나, 잉크가 분출하거나 하는 것이 극력 억제된다.
또한, 상기 밸브체가 연통 다공질체인 경우에는, 아스커 C형 경도계에 의한 경도가 20 이상 100 미만인 것을 사용함으로써 용기의 내압이 외부와의 압력차가 없는 상태에서 27∼266 Pa로 상승했을 때에는 변형하여 통기로를 연통시킬 수 있고, 그 재료 자체가 탄성체이기 때문에 통기로의 개방 상태를 다시 폐쇄 상태로 복원시킬 수 있다. 그리고, 용기 내부와 외부와의 사이에 발생한 압력차에 따라서 통기로의 개방 및 폐쇄을 반복해서 행함으로써 여러 가지 크기의 압력차에 대응할 수 있다. 여기서 상기 밸브체가 연통 다공질체인 것은 3차원 구조의 골격끼리가 전부 일체로 연결된 구조의 탄성체를 채용하고 있다는 것이다. 이에 따라, 통기로의 해방후에 압력차가 다시 일정치 이하가 되었을 때에는 확실하게 원래의 상태로 복원할 수 있게 되고, 액체 저장 용기에 부착할 때는 일체이기 때문에 연통되지 않은 상태 그대로 용이하게 부착할 수 있다. 그러므로, 조립시에 부착 부분으로부터 잉크가 누출되거나 부주의로 공기의 유통되지 않도록 하는 것이 용이하며, 우수한 생산성을 얻을 수 있다.
그리고, 전술한 탄성 재료로 이루어진 밸브체를 소정 위치에 협지·고정하면, 변형을 흡수하는 흡수 공간에 의해서 협지에 의해 변형된 체적분의 왜곡이 밸브체의 공기 교환부에 작용하기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 원하는 내압 조정을 할 수 없게 되는 일이 없게 되고, 내압 조정에 편차가 생기는 것을 극력 억제할 수 있기 때문에, 잉크 토출 불량이나 잉크 누출을 극력 억제할 수 있다.
또한, 기밀 피복체가 카트리지 본체에 대하여 기밀하게 접촉함으로써, 확실하게 잉크 탱크 내부와 대기와의 사이를 차단해서 기밀을 이룰 수 있기 때문에, 내압 상승 등에 따라 밸브가 개방될 때 밸브체로부터 잉크가 증발 또는 누출하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 프린터 헤드에의 잉크 공급이 합성 수지의 사출 성형품인 용기와, 고무형 탄성체인 토출 밸브 부재와, 이것과 다른 부재(용기 본체의 구멍의 연부) 사이를 밸브 기구로서의 폐쇄 가능한 잉크 통로로 이루어진다. 따라서, 탄성 재료를 사용한 저비용화를 유지하면서 확실한 잉크 공급을 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 변형을 부여하는 압박력도 원하는 대로 선택할 수 있고, 탄성 재료의 탄성력에 의해서 합성 수지 재질에 압착되어 있기 때문에, 부재의 변형과 아울러 확실한 액밀 확보가 쉽게 보장되므로, 급격한 내압 변화에 대해서도 잉크 누출을 극력 억제할 수 있다.
실시예
본 발명에 따른 밸브체는 내용 액체를 섬유 수속체 등의 액체 유지 수단에 속박되는 일이 없는 자유 상태로 수용하는 용기 본체에, 필기나 인쇄 등 내용액의 사용을 위한 토출 수단에의 공급 수단과, 용기의 내압을 특정 범위로 유지하기 위한 통기 수단이 구비되어 있는 액체 저장 용기에 사용되면 가장 유익한 효과를 발휘한다. 이러한 용기를 조립한 액체 토출기를 모식적으로 도 1에 도시하였다. 즉, 내부가 공동(空洞)이고, 잉크가 용기 내부를 자유롭게 이동할 수 있는 용기(1)는 볼펜 팁 또는 만년필 펜촉과 같은 필기구의 펜촉이나, 잉크젯 프린터의 프린터 헤드 또는 노즐와 같은 내용 액체의 토출 수단(2)과, 이 토출 수단(2)으로의 잉크 공급로(3)와, 서로 연통할 수 있어서 내외기를 연통시킬 수 있는 복수 개의 통공을 갖는 내압 조정을 위한 통기로(4)와, 상기 복수 개의 통공에 배치된 복수 개의 밸브 덮개를 갖는 밸브체(5)를 구비한다.
필기나 인쇄를 하고 있지 않은 상태에서는 용기(1) 내의 압력이 대기압에 대해서 내용 액체인 잉크의 수두압만큼 낮은 범위로 되지만, 밸브체(5)는 통기로(4)를 폐쇄해서 내외의 통기를 차단하고 있다. 이 통기로(4)는 서로 연통하고 복수 개로 분기된 통공을 통로로서 갖고 있고, 그 통로의 길이, 분기의 방향, 각 덮개의 크기, 형상 등에 따라, 개방되는 압력에 대해서 통기되는 통공이 선택되도록 구성되어 있다. 즉, 용기 내의 압력이 저하되어 대기압과의 차이가 수두압분보다 더욱 낮아졌을 때나, 내압이 상승해서 대기압을 넘었을 때에, 밸브 덮개가 작동하여 외기를 용기 내부로 취입하거나, 내부의 공기를 외부로 토출함으로써 용기 내의 압력을 전술한 대기압에 대해서 내용 액체인 잉크의 수두압만큼 낮은 범위로 조절하는 것이며, 잉크 토출에 의해서 감소한 용기 내의 잔류 잉크에 의한 수두압에 적합한 감압 상태를 형성한다. 또한, 용기 내외의 압력차가 적은 경우에는, 통기·연통할 때에 가장 작은 힘으로 개방될 수 있는 밸브 덮개만이 개방되고, 큰 압력차가 급격히 가해졌을 때에는 즉시 다른 밸브 덮개도 개방되어 이에 대응하도록 되어 있다. 따라서, 적은 압력차를 해소하는 데에 필요 이상으로 밸브 덮개를 개방하지 않기 때문에, 용기 내압을 대기압에 대해서 내용 액체인 잉크의 수두압만큼 낮은 범위를 넘어 대기압과 같아지도록 올려 버리는 것도, 큰 압력차에 대해서 통기 부족이 되어 대기압에 대해서 잉크의 수두압만큼 낮은 범위까지 도달하지 않게 되는 것도 극력 억제될 수 있으므로 큰 압력차를 순식간에 해소할 수 있다.
전술한 바와 같이, 서로 연통하면서 복수 개의 밸브 덮개를 배치한 통공을 형성한 밸브체로서, 기본적으로 탄성 재료를 이용해서 연통 다공을 형성하고, 이 연통 다공을 압축함으로써 외관상 폐쇄한 상태의 것을 사용한다. 크게 나누어서, 연통 다공질체, 섬유 수속체, 입상물 집합체가 있다. 밸브체의 실시예로서, 각 연통 다공질체, 섬유 수속체, 입상물 집합체를 각각 압축한 것을 준비했다. 표 1∼표 3는 각 밸브체의 실시예에 있어서의 기본 구조, 재질, 영률, 겉보기 밀도, 아스커 C형 경도계[고분시 게이키 (주) 제조]에 의한 경도, 기공수, 압축률, 골격부 단면 형상을 나타낸다. 여기서, 각 실시예는 모두 마츠시타 덴코 (주) 제조의 불소계 코팅제인 Frescera-D 처리액에 디핑한 후, 200℃에서 5분간 건조하여 발수(撥水) 처리한 것을 사용했다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
구조 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 입상물 집합체 입상물 집합체
재질 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄 수지 중에 유리 벌룬(직경 30㎛, 두께 1㎛) 충전 니트릴 고무(직경이 1.0mm인 구형입자) 열융착 니트릴 고무(직경이 1.0mm인 구형입자) 열융착
영률(MPa) 900 900 900 3000 5000 1 2500
겉보기 밀도(g/cm3) 0.03 0.73 1.50 1.50 1.50 0.71 0.71
경도 30 45 60 70 85 30 70
기공수(개 /cm) 16 16 16 16 16 10 10
압축률(%) 20 20 20 20 20 33 33
골격부 단면 형상 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 원 대략 원
실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14
구조 입상물 집합체 입상물 집합체 입상물 집합체 섬유 집속체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체
재질 니트릴 고무(직경 1.0mm인 구형입자)열융착 니트릴 고무(직경 1.0mm인 구형입자 열융착) 니트릴 고무(직경 1.2mm인 구형입자)열융착 선경4데닐폴리에틸렌텔레프탈레이트섬유제 펠트 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축
영률(MPa) 5000 3500 3500 3000 900 900 900
겉보기 밀도(g/cm3) 0.71 0.71 0.71 0.71 0.13 0.13 0.13
경도 90 20 35 85 30 50 70
기공수(개 /cm) 10 4 83 833 197 197 197
압축률(%) 33 33 33 33 5 27 40
골격부 단면 형상 대략 원 대략 원 대략 원 대략 원 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형
실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19 실시예 20 실시예 21
구조 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체 연통 다공질체
재질 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 폴리 염화비닐폼 폴리비닐호르마르폼 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축 에테르계 폴리우레탄폼 열압축
영률(MPa) 900 3000 3000 3000 3 3500 3500
겉보기 밀도(g/cm3) 0.08 0.50 0.50 0.50 0.06 0.83 0.83
경도 35 50 50 50 20 95 95
기공수(개 /cm) 16 167 167 167 16 16 16
압축률(%) 10 20 20 20 40 40 40
골격부 단면 형상 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 원 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형 대략 삼각형
상기 실시예 중에서 에테르계 폴리우레탄 폼을 열압축에 의해 성형한 실시예 1에 대해서, 도 2 내지 도 4에 그 표면 사진 및 종단면 사진을 보여준다. 즉, 도 2는 밸브체(5)의 표면 상태를 100배로 촬영한 것으로, 골격부(5a) 사이에 통공(5b)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 도 3은 밸브체(5)의 종단면을 100배로 촬영한 것이고, 도 4는 마찬가지로 종단면을 500배로 촬영한 것이다. 골격부(5a)의 단면(5c)의 형상이 대략 삼각형을 갖고 있고, 각 골격부(5a)가 겹쳐서 접촉하고 있음을 확인할 수 있다.
여기서, 촬영은 액체 질소 속에서 모서리가 1 cm가 되도록 절단한 촬영 샘플을 주사형 전자현미경 JSM 5310LV (Nippon Denshi K.K., Ltd. 제조)로 관찰하여 촬영했다.
본 발명의 밸브체를 구비하는 액체 저장 용기로서 필기구 및 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지의 일례에 관해서 설명한다.
도 5에는 펜촉(12)으로 볼펜 팁을 구비하는 수성 볼펜의 일례가 도시되어 있다. 이 수성 볼펜은 축통(11)에 의해서 잉크 저장부를 구성하고, 내부에는 수성 염료 잉크(6)가 수용되어 있다. 축통(11)의 선단에는 팁 홀더(11b)를 통해 볼펜 팁인 펜촉(12)이 연결되어 있고, 팁 홀더(11b) 내의 연통공(13)에 의해서 펜촉(12) 내에 잉크(6)가 접속되어 있다. 축통(11)은 잉크(6)가 수용되는 부분의 내경이 약 10 mm인 대략적인 원통 형상으로 되어 있고, 폴리프로필렌 등의 기체의 비투과성이 우수하고, 투명성을 갖는 합성 수지의 사출 성형품이며, 잉크(6)의 잔량을 눈으로 보아 확인할 수 있다. 또한, 펜촉(12)인 볼펜 팁은 볼 홀더의 선단 구멍으로부터 볼을 일부 돌출한 상태로 배치한 것으로, 볼의 회전에 따라서 이 볼과 볼 홀더와의 간격 부분으로부터 잉크를 토출하는 것이다. 그러나, 볼이 지면과 접촉하지 않는 비필기 상태에서는 펜촉이 하향 상태이면 볼이 볼 홀더의 내벽과 밀착한 상태가 되기 때문에, 섬유 수속체와 같은 잉크 중계심을 사용하지 않더라도, 잉크가 과도하게 흐르지 않고 볼펜 팁으로 잉크가 접속된다. 필기시에는, 볼이 지면과 접촉해서 끌어 올려지게 되어 상기 간극 부분이 형성되므로 잉크가 토출되어 사용할 수 있게 된다. 그리고, 볼펜 팁의 비필기 상태에 있어서의 볼과 볼 홀더와의 밀착성을 확실하게 하기 위해서 볼 홀더 내에 스프링 등 탄성체를 배치하여 적극적으로 볼을 압박하도록 구성할 수도 있다.
축통(11)의 후부는 개구부로 형성되고, 엔드 플러그(11a)가 압입 고정되어 있다. 이 엔드 플러그(11a)에는 공기를 유통시키는 통기로인 구멍부(14)가 형성되어 있다. 도 5의 I부분의 확대도인 도 6에 도시된 바와 같이, 엔드 플러그(11a)의 뚜껑 장착부(11c)의 내측은 밸브 배치부(11d)로 되어 있고, 연통 다공질체인 에테르계 폴리우레탄의 발포체를 압축 성형하여 연통 다공질체를 폐쇄한 밸브체(15)가 배치되어 있다. 상기 밸브 배치부(11d)는 그 내경이 밸브체(15)의 외경보다 크게 형성되어 있다. 또한, 뚜껑 장착부(11c)에는 폴리프로필렌 수지로 이루어진 사출 성형품인 뚜껑(11e)이, 밸브체(15)를 엔드 플러그(11a)와의 사이에서 협지하도록 뚜껑 장착부(11c)와의 접촉부를 압입 끼워맞춤으로 접합·고정되어 있다. 여기서, 뚜껑(11e)은 중심 구멍(14a)를 갖고 있어 엔드 플러그(11a)의 구멍부(14)와 밸브체(15)를 매개로 연통할 수 있다.
밸브체(15)는 상하 양면으로부터 상기 엔드 플러그(11a)와 뚜껑(11e)에 의해 주상(周狀)으로 압접되어, 그 접촉 부분에서 기밀을 형성하면서 고정되어 있지만, 전술한 바와 같이 밸브 배치부(11d)의 내경은 밸브체(15)의 외경보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 밸브체(15)의 주위에는 지름 차분의 공간이 형성된다. 이 공간이 밸브체(15)를 협지할 때에 밸브체(15)가 받는 압력에 의한 변형을 흡수하는 흡수 공간(7)이 된다. 즉, 밸브체(15)는 협지에 의한 압력에 의해서 변형을 받고, 그 변형분의 체적은 다른 부분이 팽창됨으로써 체적을 유지하고자 하지만, 흡수 공간(7)의 존재에 의해서 체적 변화의 일부를 이 공간으로 팽창되는 체적으로 흡수할 수 있는 것이다. 따라서, 내경 방향, 즉 공기가 유통하는 부분인 밸브체(15)의 중심 부분의 변형을 극력 억제할 수 있으므로 탱크 내의 내압 조정에 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 변형예를 보여준다. 전술한 볼펜과는 달리, 섬유 수속체로 이루어진 펜촉(12')을 갖는다. 기본적인 구조는 도 5에 도시된 예와 같지만, 밸브체(15)의 부착 부분이 다른 형상을 하고 있다. 여기서, 펜촉(12')은 팁 홀더(펜촉 홀더)(11b)보다 돌출된 펜촉 부분과, 연통공(13)에 위치하는 잉크 토출 제어부(13a)로 이루어져 있다.
즉, 도 7의 II 부분의 확대도인 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브 배치부(11d)의 내경은 밸브체(15)를 셋트할 때의 위치를 맞출 필요 없이 항상 같은 위치에 배치되도록 밸브체(15) 외경과 대략 일치한다.
또한, 밸브 배치부(11d)의 외경 방향의 외연부에는 오목부가 형성되어 있어, 이 오목부에 의해 형성되는 흡수 공간(7)이 밸브체(15)의 협지에 의한 반경 방향으로 작용하는 변형을 흡수하므로, 공기가 유통하는 부분인 밸브체(15)의 중심부에 있어서 변형에 의한 탱크 내의 내압 조정 기능에 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡수 공간(7)에 밸브체(15)의 변형이 흡수된 결과, 밸브체(15)는 외주 부분의 연부에 볼록부를 형성한 상태로 변형해서 밸브 배치부(11d)에 걸린 상태가 되기 때문에, 밸브체(15)의 반경 방향으로의 고정이 확실하게 되므로 낙하 등에 의한 밸브체(15)의 이동이 방지될 수 있다.
도 9 내지도 13에 도시된 것은 잉크젯 프린터에 사용된 일례로서, 도 9는 잉크 카트리지의 단면도이고, 도 10은 토출 구멍 주변의 주요부 확대도, 도 11은 밸브체 주변의 주요부 확대도, 도 12는 잉크 헤드를 갖는 잉크 카트리지 홀더에 접속된 주요부의 단면도이며, 도 13은 프린터로 사용되는 상태를 보여주는 사시도이다.
도 9에 도시된 잉크 카트리지는 기본적으로 바닥이 있는 상자 형상을 갖는 카트리지 본체(21)와 커버(21a)로 구성되어 있다.
카트리지 본체(21)는 투명성을 갖는 폴리프로필렌 수지의 사출 성형품이며, 내용 잉크의 잔량을 눈으로 확인할 수 있게 되어 있다. 또한, 카트리지 본체(21)의 상부 개구부에는 마찬가지로 폴리프로필렌 수지의 사출 성형품인 커버(21a)가 초음파 용착에 의해 기밀 및 액밀되도록 고착되어 있다. 이 커버(21a)에는 통기로가 되는 구멍부(24)와 그 주위를 둘러싸는 돌출 통부(21c)가 형성되어 있다. 카트리지 본체(21)의 저부(21b)에는 잉크 토출 수단인 프린터 헤드(도시하지 않음)에의 잉크 공급을 위한 토출 구멍(23)이 형성되고, 이 토출 구멍(23)에는 프린터 헤드와 접속되어 있지 않은(프린더와 접속되어 있지 않은) 상태에서 잉크가 토출되지 않도록 토출 밸브 부재(22)가 배치되어 있다.
토출 밸브 부재(22)는 고무형 탄성체의 성형물이며, 원주형의 덮개부(22a)와, 이 덮개부(22a)의 측벽으로부터 돌출되는 플랜지형의 변형부(22b)로 이루어져 있다. 플랜지형의 변형부(22b)는 커버(21a)에 형성된 고정 통부(21d)와, 카트리지 본체(21)의 저부(21b)에 형성된 부착 통부(21e)와의 사이에서 협지 고정되어 있다. 고정 통부(21d) 및 부착 통부(21e)에는 잉크의 통과를 위한 측부 구멍(21f, 21g)이 각각 형성되어, 잉크(6)가 용기 내 전체에 존재할 수 있도록 이루어져 있는 동시에, 저부(21b)에는 토출 구멍(23)에 근접할수록 위치가 낮아지는 경사벽(21h)이 형성되어 있어, 잔량이 적어진 잉크를 전부 소비되도록 되어 있다.
또한, 도 9의 III 부분의 확대도인 도 10에 도시된 바와 같이, 토출 구멍(23) 주연의 내벽부는 밸브 시트(23a)로 이루어지고, 토출 밸브 부재(22)의 덮개부(22a)의 외면이 액밀 상태에서 접촉할 수 있게 되어 있다. 즉, 토출 밸브 부재(22)에 카트리지 외부로부터의 압박력이 부여되고 있지 않은 도 9 및 도 10에 도시된 상태에서는, 덮개부(22a)와 밸브 시트(23a)가 액밀하게 주상으로 접촉해서 잉크가 밖으로 나오는 것을 억제하고, 외부(도면 하측)로부터 눌림에 의해서 용이하게 토출 밸브 부재(22)의 변형부(22b)가 변형되어 덮개부(22a)가 올라가고, 밸브 시트(23a)와의 사이에 간격이 형성되어 부착 통부(21e)의 측부 구멍(21g) 등을 통과한 잉크가 밖으로 토출될 수 있게 된다.
도 9의 IV 부분의 확대도인 도 11에 도시된 바와 같이, 커버(21a)에는 돌출된 원통 형상의 돌출 통부(21c)가 형성되고, 이 돌출 통부(21c)의 내측은 공기 유통부가 되는 구멍부(24)로 이루어져 있다. 이 돌출 통부(21c)는 구멍부(24)를 기밀 및 액밀되도록 폐쇄하는 기밀 형성 캡(8)에 대한 장착부로 이루어져 있다.
이 기밀을 형성할 수 있는 캡(8)은 바닥이 있는 통체 형상을 갖는 폴리프로필렌 수지의 사출 성형품이며, 내벽에 상기 돌출 통부(21c)의 외벽에 대한 주상 접촉부(8a)와, 그 둘레 위에 점재된 복수 개의 내측 돌기(8b)를 갖고 있다. 주상 접촉부(8a)는 상기 구멍부(24)를 기밀·폐쇄하기 위한 기밀 접촉부가 되는 것이지만, 기밀·접촉한 채로 돌출 통부(21c)의 외벽을 활주 이동하면 바닥이 있는 통체인 기밀 형성 캡(8)의 내부 공기를 용기 내부로 밀어 넣게 되기 때문에, 돌출 통부(21c)의 개구부 근방에서 기밀 접촉하도록 되어 있다. 또한, 내측 돌기(8b)는 기밀 형성 캡(8)을 돌출 통부(21c)에 착탈 가능하게 고정하기 위한 것이지만, 돌출 통부(21c)의 외벽에 형성된 주상 오목부에 끼워서 고정된다. 따라서, 기밀 형성 캡(8)에 있어서, 내측 돌기(8b)보다도 주상 접촉부(8a) 쪽이 바닥측(도면 상측)에 위치하고 있다. 이와 같이, 주상 접촉부(8a)가 카트리지 본체와 기밀하게 접촉함으로써, 확실하게 잉크 탱크 내부와 대기와의 사이를 차단하여 기밀 상태를 얻을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때의 잉크 누출이나 잉크의 증발을 방지할 수 있다.
커버(21a)의 돌출 통부(21c)의 내측에는, 연통 다공질체인 에테르계 폴리우레탄의 발포체를 압축 성형해서 연통 다공을 폐쇄한 밸브체(25)를 배치하는 밸브 장착부(21i)가 형성되어 있다. 또한, 돌출 통부(21c)에는 폴리프로필렌 수지로 만든 사출 성형품인 공기 통공을 갖는 뚜껑(21j)이, 밸브체(25)를 밸브 장착부(21i)와의 사이에서 협지하도록, 돌출 통부(21c)와의 접촉부를 초음파 용착으로 접합함으로써 고정되어 있다. 그리고, 밸브체(25)는 상기 커버(21a)와 뚜껑(21j)에 의해 상하 양면으로부터 주상으로 압접되어, 기밀을 형성하면서 고정되어 있다. 여기서, 밸브 장착부(21i)의 내경은 밸브체(25)를 셋트할 때 위치를 맞출 필요 없이 항상 같은 위치에 배치되도록 밸브체(25) 외경과 대략 동일하게 이루어져 있다.
밸브 장착부(21i)의 외경 방향 외연부에는 오목부가 형성되어 있는다. 이 오목부로 형성되는 흡수 공간(7)이, 밸브체(25)의 협지에 의해 반경 방향으로 작용하는 변형을 흡수해서, 공기의 유통부인 밸브체(25)의 중심부에서의 변형에 의해 폐쇄되어 있는 연통 다공의 폐쇄 변화를 억제함으로써 탱크 내의 내압 조정에 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 밸브체(25)를 협지하는 부재인 밸브체 장착부(21i)의 저면과 뚜껑(21j)의 저면의 상기 밸브체(25)와의 접촉면을, 중심부를 향해서 점차로 협지되는 간격이 증대되는 경사면으로 형성하고, 협지 폭이 가장 좁은 밸브체(25)의 외주부를 주상으로 압접해서 그 접촉 부분에서 기밀을 형성하여 고정하고 있다. 밸브체(25)가 협지되어 있는 부분의 압접량은 중심측을 향함에 따라서 협지 폭이 넓어지기 때문에, 중심부측과 외주부측의 압접량의 비는 대략 1:3으로 되어 있다. 밸브체(25) 중심부측은 압접량이 적기 때문에, 생기는 변형도 적어지므로 공기의 유통부인 밸브체(25) 중심부의 변형을 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시예에서는 특히 밸브체(25) 중심부의 변형을 억제하여, 밸브체(25)에 있어서의 연통 다공의 폐쇄 상태가 필요 이상으로 강하게 되거나, 필요없이 폐쇄 상태가 해제되어 버리는 것 등을 억제할 수 있으므로 탱크 내의 내압 조정에 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 용기 내부를 향해서 돌출 통부(21c)와 대향하는 내부에는 돌출부(21k)가 형성되어 있고, 이 돌출부(21k)의 측벽에 슬릿형의 개구부(21l)가 마련되어 있다. 이것은 공기 통로가 되는 것이고, 또한 내용 잉크(6)가 충격 등에 의해 밸브체(25)로 비산해서 부착되는 것을 극력 억제하기 위해서 형성되어 있다.
도 12에는 잉크 카트리지를 프린터 헤드가 있는 카트리지 홀더에 접속한 주요부 단면도가 도시되어 있다. 카트리지 홀더(27)는 잉크 카트리지의 아래 부분에 맞닿는 토출 구멍(23)과 대응하는 부분에 프린터 헤드에의 잉크 공급통(27a)을 갖고, 잉크 카트리지의 토출 밸브 부재(22)에 압접되어 있다. 잉크 공급통(27a)의 주위에는 패킹 부재(27b)가 배치되어 있고, 잉크 카트리지와 주상으로 밀접해 있어서 잉크가 외부로 새는 것이 방지된다.
도 13에는 잉크젯 프린터에 사용되고 있는 상태가 모식적으로 도시되어 있는데, 프린터의 상세 구조 등은 생략한다. 카트리지 홀더(27)가 구동 암(K)에 부착되어 구동 암(K)의 길이 방향을 따라서 이동하면서, 종이(P)가 송출됨에 따라 소정 위치에 인쇄하는 것이다.
도 14 내지 도 17에 다른 실시예가 도시되어 있다. 전술한 실시예와 다른 점은, 토출부에 배치되는 토출 밸브 부재(22)의 형상과, 밸브체(25)의 공기 유통부가 되는 구멍부(24)를 기밀하는 기밀 형성 캡(8)의 폐쇄 방법에 관해서이다. 즉, 토출 밸브 부재(22)를 보여주는 종단면도인 도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 토출 밸브 부재(22)는 대략 컵 형태의 바닥이 있는 통 모양을 갖고 있고, 전술한 실시예와 같은 밸브 시트(23a)와 접촉해서 액밀을 형성할 수 있는 덮개부(22a)와, 커버(21a)에 형성한 고정 통부(21d)와, 카트리지 본체(21)의 저부(21b)에 형성된 장착 통부(21e)와의 사이에서 협지 고정되는 플랜지부(22c)와, 덮개부(22a)와 플랜지부(22c)를 연결하는 변형부(22b)로 이루어져 있다. 이 변형부(22b)는 덮개부(22a)가 압박력을 받았을 때 적극적으로 변형하는 부분이며, 변형의 방향(접히는 자세)을 어느 정도 규정하는 변형 오목부(22d)가 형성되어 있어서, 압박력을 받았을 때에 이 변형 오목부(22d)가 내측으로 꺾여 굽어지도록 변형한다. 또한, 컵 형상의 내측에 위치하는 잉크도 인쇄에 사용할 수 있도록, 변형부(22b)에는 잉크 구멍(22e)이 형성되어 있는 동시에, 덮개부(22a)의 내벽면은 중심 부분이 융기된 추 모양의 경사벽(22f)으로 되어 있고, 컵 내측의 잉크를 적극적으로 토출 밸브 부재(22)의 외측으로 배출하도록 고안되어 있다.
도 15는 본 발명에 따른 밸브체가 카트리지 본체에 부착된 상태가 도시되어 있다. 덮개부(22a)의 외측면에는 토출 구멍(23)에 끼우기 쉽도록 끝이 가는 경사면(22g)이 형성되어 있고, 이 경사면(22g) 근방 부분이 밸브 시트(23a)와 접촉해서 액밀을 형성한다. 이 토출 밸브 부재(22)를 설치할 때에는, 커버(21a)를 장착하지 않은 상태의 카트리지 본체(21)에 내측으로부터 토출 구멍(23)에 대해서 토출 밸브 부재(22)를 압입·설치하고, 이어서 커버(21a)를 카트리지 본체(21)에 장착함으로써 토출 밸브 부재(22)를 협지·고정할 수 있으므로 설치가 용이하다. 잉크(6)가 수용된 상태로 커버(21a)를 장착해도 좋고, 커버(21a)를 장착한 후에, 통기 수단인 밸브체(25)를 설치하는 구멍부(24)로부터 잉크를 충전해도 좋고, 다른 부분에 잉크 충전용의 덮개가 달린 구멍을 형성하여도 좋다. 잉크 충전 전용 덮개가 달린 구멍을 형성한 경우에는 잉크를 다 사용해 버렸을 때의 재보충 등에 편리하다.
도 15의 V부분의 확대도인 도 16에 도시된 바와 같이, 기밀 형성 캡(8)의 바닥에 에틸렌프로필렌디엔 고무로 만든 시트(8c)를 배치해서, 이 시트(8c)와 커버(21a)의 돌출 통부(21c)의 개방된 단부가 주상으로 접촉하도록 함으로써 기밀이 형성된다. 이에 따라, 전술한 도 11의 실시예와 같이, 캡(8)을 착탈할 때 기밀 상태가 활주 이동하지 않고, 용기 내에 기밀 형성 캡(8) 내의 공기를 압입할 위험을 극소화할 수 있는 것이다. 시트(8c)는 쇼어(Shore) 경도 A로 30인 엘라스토머 부재이며, 접촉시에 약간 탄성 변형한다. 이와 같이 유연성이 우수한 엘라스토머 부재로 기밀 형성함으로써, 성형품의 치수 편차의 허용 범위도 넓어져 확실하게 기밀을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 엘라스토머 부재로 쇼어 경도 A로 30인 에틸렌프로필렌디엔 3량체를 이용했지만, 쇼어 경도 A는 적절하게 설정할 수 있고, 재질에 관해서도 액밀성, 기밀성을 고려해서, 예컨대, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무, 우레탄 고무, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 하이팔론(Hypalon, du Pont 제조), 불소 고무 등의 여러 가지 엘라스토머 부재를 적절하게 사용할 수 있다.
도 17에는 본 발명에 따른 밸브체가 프린터용 카트리지 홀더(27)에 부착된 상태의 주요부 확대도이다. 잉크 공급통(27a)은 프린터 헤드에 잉크를 접속하기 위한 바이패스이며, 본 실시예에 있어서는 파이프형 부재의 개구부에 망(27c)이 배치되어 있다. 이 망(27c)이 토출 밸브 부재(22)의 저부를 압박함으로써, 상기 변형부(22b)가 변형되어 덮개부(22a)가 상방으로 이동한다. 이 때, 덮개부(22a)와 밸브 시트(23a)와의 사이에 간격이 형성되어 잉크가 토출된다. 토출 밸브 부재(22)의 망(27c)과 접촉하는 외측 저면에는 잉크를 도입하는 복수 개의 방사상 홈(22h)이 중심 부분에서 교차하고 있다. 토출 밸브 부재(22)의 외측을 통해 토출된 잉크는 이 방사상 홈(22h)을 통해 잉크 공급통(27a) 내로 침투해 나가게 된다. 또한, 잉크 공급통(27a)의 주위에는 잉크가 누출되지 않게 하기 위해서 고무로 만든 O링 등의 패킹 부재(27b)를 배치하거나, 도시하지는 않지만 카트리지 본체 전체를 수용하는 설치 용기를 설치하는 등 적절하게 구성할 수 있다.
도 18에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 18은 전술한 실시예의 도 16에 상당하는 도면이다.
전술한 실시예와 같은 방식의 잉크젯 카트리지이지만, 캡(8)은 개방된 상태로 커버(21a)와 일체로 성형되어, 커버(21a)와의 연결대(8d) 부분을 절곡해서 돌출 통부(21c)에 착탈 가능하게 액밀 상태로 끼워맞춰 고정된다.
도 9에 도시된 카트리지에 있어서는, 토출 밸브 부재의 형상, 재질, 치수 등을 변형한 샘플을 성형하여, 실시예 101∼107을 실시예 1의 밸브체를 이용하여 제작했다. 또한, 도 19에 도시된 같은 반상의 부재(실리콘 고무제)에 슬릿형의 잉크 통공(221a)을 형성한 토출 밸브 부재(221)를 사용한 카트리지를 작성하여, 비교예 101로 했다. 이들 실시예 101∼107 및 비교예 101의 형상, 재질 등에 관해서는 표 4에 나타내었다.
실시예 형상 재질명 압축 영구 변형 (%) 반발 탄성(%) 변형부의 두께 (mm) 덮개부의직경 (mm) 변형부두께/ 덮개부 직경의 비율(%) 변형부의 두께 (mm) 변형부의 길이 (mm) 변형부두께/ 변형부 길이의 비율(%)
실시예 101 반상 염화 부틸고무 20 50 11.3 11.3 100.0 11.3 2.0 565.0
실시예 102 컵 모양 염화 부틸고무 20 50 1.0 11.3 8.8 1.0 7.0 14.3
실시예 103 컵 모양 아크릴고무 70 20 2.0 11.3 17.7 2.0 7.0 28.6
실시예 104 컵 모양 실리콘고무 10 80 0.5 11.3 4.4 0.5 7.0 7.1
실시예 105 컵 모양 클로로술폰화폴리에틸렌 80 40 1.0 11.3 8.8 1.0 7.0 14.3
실시예 106 컵 모양 니트릴고무 50 10 1.0 11.3 8.8 1.0 7.0 14.3
실시예 107 컵 모양 저밀도폴리에틸렌 98 5 1.0 11.3 8.8 1.0 7.0 14.3
비교예 101 슬릿 밸브 실리콘고무 10 80 - - - - - -
상기 각 실시예의 실시예 1∼21에 대해서 후술하는 각 시험을 실시했다. 결과를 표 5 및 표 6에 나타내었다. 또한, 내압 조정을 위한 통기를 행하는 밸브체의 비교예로서, 도 20에 단면도로 도시한 것과 같은 니트릴 고무제의 비교 밸브체 D를 제작하여 같은 방식으로 각 시험을 실시했다. 비교 밸브체 D는 주상의 플랜지부(25b)의 중심 부분에 돔형의 볼록부(25c)가 형성되어 있고, 그 볼록부(25c)의 꼭대기 부분에 통기로가 되는 슬릿(25a)이 형성되어 있다. 슬릿(25a)은 힘이 부여되지 않는 상태에서는 폐쇄되어 있다. 볼록부(25c)의 볼록측이 오목측에 대해서 상대적으로 일정치를 넘어서 낮아지면 슬릿(25a)이 열려 통기가 가능해지는 것이다. 또한, 이 비교 밸브체 D의 두께는 1 mm의 박판형으로, 통기로가 되는 슬릿의 길이는 3 mm이다. 또한, 이 비교 밸브체 D를 필기구 내지 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지에 장착하는 방법으로는, 도 9 내지 도 11에 도시된 것과 같은 방식으로 플랜지부(25b)를 부재 사이에 액밀이 형성되도록 협지시킨 방식을 사용했다.
1. 내압 조정 시험
(1) 시험 장치
내압 조정 시험용 시험 장치의 모식도를 도 21에 도시하였다. 실시예 1 내지 실시예 21 및 비교 밸브체 D를, 도 7에 도시한 필기구와 같은 방식으로 설치해서 섬유 펜촉을 떼어내어 니들 밸브(31)에 의해서 흡인력의 조정이 가능한 진공 펌프(32)(형식명: PCX 135, Yamato Kagaku K.K. 제조)를 실리콘 튜브(33)에 의해서 접속했다. 또한, 축의 측면에 구멍을 형성해서 파이프(34)를 부착해서, 실리콘 튜브(33)에 의해 압력계(35)(형식명: GPM 104N, Okano Seisakusho 제조)에 시간과의 상관 관계를 보기 위한 기록계(37)가 접속된 것과 연결했다.
(2) 시험
진공 펌프(32)의 흡인에 의해서 축통 내의 대기압으로부터의 감압량을, 특정 값(6.5 hPa, 13.0 hPa, 19.5 hPa)만큼 감소시켜 조정하여, 이 때 축통 내의 압력 변화와 시간의 관계를 기록계의 그래프로 기록하였다. 진공 펌프의 흡인에 의해서 밸브체의 폐쇄시의 축통의 내압이 저하되고, 밸브체가 개방되기 직전이 축통 내압력의 최소치가 되고, 밸브체가 개방되면 공기를 축통 내부로 취입하기 때문에 내압이 상승한다. 그리고 다시 밸브체가 폐쇄되기 직전에 내압은 최대가 된다. 이 내압의 최소치로부터 최대치까지 걸리는 시간을 측정했다. 또한, 연속하여 상기 내압의 최대치로부터 다시 최소치에 도달할 때까지의 시간도 측정했다.
(3) 시험 결과
축통 내의 압력의 최대치로부터 최소치까지 걸리는 시간은, 짧은 쪽이 밸브체가 개방되기 쉽다는 것을 의미한다. 또한, 축통 내의 압력의 최소치로부터 최대치까지 드는 시간은 시간이 짧은 쪽이 밸브체가 폐쇄되기 쉽다는 것을 의미한다.
실시예는 최대치로부터 최소치까지의 시간이 매우 짧고, 최소치로부터 최대치까지의 시간도 순간적이다. 이것은 실시예의 밸브가 매우 열리기 쉬움에도 불구하고 내압 조정후에는 순간적으로 원래의 상태로 복원된다는 것이다. 또한, 실시예는 상기 최대치 및 최소치에 변화가 없고, 개방과 폐쇄이 반복 행해지더라도 안정된 내압 조정이 실현되고 있음을 알 수 있다.
2. 토출량의 차이에 의한 필기·인쇄 시험
(1) 시험 방법
각 밸브체를 선단 부분의 통기 구멍을 막은 사인펜 S520 (Pentel K.K. 제조)의 엔드 플러그 부분에, 도 7에서 도시한 필기구와 같은 방식으로 설치하고 필기구의 시험 샘플로 했다. 단, 펜촉(12)의 필적폭은 0.7 mm로 했다. 또한, BCI-21 Black(Cannon K.K. 제조)의 엔드 플러그 부분에 도 9에서 도시한 잉크 카트리지와 같은 방식으로 밸브체를 설치하고 잉크젯 프린터용 카트리지의 시험 샘플로 했다. 필기구에 대해서는 필기 시험기(형식명: TS-4C-10, Seiki Kogyo K.K. 제조)로 필기 하중; 0.98 N, 필기 각도; 70°, 필기 속도; 매초 70 mm의 필기 조건 하에서 잉크 충전 높이가 100 mm일 때 50 m 필기의 잉크 토출량을 측정했다. 잉크젯 프린터용 카트리지는 BJC465J(Cannon K.K. 제조)에 셋트해서 매초 70 mm의 인쇄 속도로 0.2 mm의 인쇄 폭으로 A4 용지에 인쇄시켜서 잉크 충전 높이가 50 mm일 때 50 m 인쇄의 잉크 토출량을 측정했다.
이어서, 잉크 토출량이 많아지도록 상기 필기구 샘플의 펜촉을 필적 폭이 2.1 mm가 되는 펜촉과 교환했다. 잉크젯 카트리지는 인쇄 폭이 0.6 mm가 되도록 프린터의 설정을 변경했다. 그 후, 상기 필기 및 인쇄 시험과 같은 시험을 실시하여 잉크 토출량을 측정했다.
또한, 잉크의 토출량은 필기 또는 인쇄한 전후의 샘플의 질량 변화(g)로부터 잉크의 비중(1.06)에 의해 체적(cm3)으로 환산했다. 또한, 각각의 필적 및 인쇄 흔적의 상태를 눈으로 확인했다.
(2) 시험 결과
실시예는 필적 폭, 인쇄 폭을 크게 하더라도(토출량을 많게 하더라도), 필적또는 인쇄 흔적도 양호한 상태였다. 이에 반하여, 비교예에서는 필적이나 인쇄 흔적의 긁힘이나 잉크가 토출되지 않는 상태(필기 불능/인쇄 불능)가 확인되었다.
3. 온도 차이에 의한 필기·인쇄 시험
(1) 시험 방법
상기 "토출량의 차이에 의한 필기·인쇄의 상태 확인 시험"과 같은 식으로 각 시험 샘플을 얻었다. 각 샘플은 우선 환경 온도 50℃의 항온실에서, 전술한 필기 시험기 또는 잉크젯 프린터에 셋트해서 50 m 필기 및 인쇄에 있어서의 잉크 토출량을 측정한 후, 10℃의 항온실로 옮겨서, 다시 전술한 필기 시험기 또는 잉크젯 프린터에 셋트해서 50 m 필기 및 인쇄에 있어서의 잉크 토출량을 측정했다. 또한, 각 환경 온도하에서의 필적 및 인쇄 흔적을 눈으로 확인했다.
(2) 시험 결과
실시예는 환경 온도를 급격히 저온으로 해도 안정된 잉크 토출를 얻을 수 있고, 필적 또는 인쇄 흔적도 양호한 상태였다. 이에 반하여, 비교예에서는 필적이나 인쇄 흔적이 중단되거나 분출되는 것이 확인되었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11
온도변화의 차이에의한 필기 , 인쇄시험 필기시험 50℃ 잉크토출량(cc) 0.207 0.232 0.204 0.183 0.170 0.222 0.187 0.177 0.208 0.208 0.232
필적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
10℃ 잉크토출량(cc) 0.168 0.161 0.156 0.168 0.156 0.161 0.159 0.162 0.176 0.178 0.168
필적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
인쇄시험 50℃ 잉크토출량(cc) 0.217 0.194 0.190 0.185 0.177 0.194 0.183 0.176 0.227 0.232 0.181
인쇄적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
10℃ 잉크토출량(cc) 0.183 0.174 0.165 0.170 0.153 0.185 0.163 0.164 0.186 0.196 0.164
인쇄적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11
온도변화의차이에의한필기 , 인쇄시험 필기시험 50℃ 잉크토출량 (cc) 0.217 0.202 0.196 0.214 0.211 0.191 0.198 0.222 0.181 0.167 0.074
필적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 흐려짐
10℃ 잉크토출량 (cc) 0.176 0.162 0.165 0.187 0.177 0.178 0.186 0.188 0.166 0.158 0.421
필적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 분출
인쇄시험 50℃ 잉크토출량 (cc) 0.197 0.190 0.186 0.198 0.185 0.187 0.178 0.202 0.197 0.187 0.077
인쇄적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 흐려짐
10℃ 잉크토출량 (cc) 0.168 0.175 0.164 0.179 0.181 0.173 0.163 0.168 0.173 0.163 0.351
인쇄적 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 번짐
실시예 101∼107 및 비교예 101에 관해서 하기의 각 시험을 행하였다. 결과를 표 7에 나타내었다.
4. 제조 편차의 확인 시험
(1) 시험 방법
상기 인쇄 시험과 같은 방식으로 BCI-21 Black (Cannon Co., Ltd 제조)을 사용하여 각 10개를 시험 샘플로 준비했다. 잉크젯 프린터 BJC 465J (Cannon Co., Ltd 제조)에 셋트하여, 매초 70 mm의 인쇄 속도로 0.2 mm의 인쇄 폭으로 A4 용지에 인쇄해서, 잉크 충전 높이가 50 mm일 때 50 m 인쇄의 잉크 토출량을 측정했다. 여기서, 잉크의 토출량은 인쇄 전후의 샘플의 질량 변화(g)로부터 잉크의 비중(1.06)에 의해 체적(cm3)으로 환산했다. 또한, 각각의 인쇄 흔적의 농담 상태를 눈으로 확인했다.
(2) 시험 결과
실시예에서는 어느 샘플에 대해서도 동일한 값의 토출량을 나타낸 데에 비하여, 비교예에서는 샘플에 따라서 토출량에 편차가 생겨서 안정된 제품을 양산하는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있다.
5. 잉크 누출 확인 시험
(1) 시험 방법
실시예 101∼107 및 비교예 101에 대해서, 각각 잉크 충전 높이를 전부 24 mm로 했다. 잉크 토출 구멍을 하향 상태로 하고, 환경 온도 50℃의 항온실에 투입해서 1시간 정치한 후, 토출 밸브 부재로부터의 잉크 누출의 유무를 눈으로 확인했다.
(2) 시험 결과
실시예는 잉크 누출이 발생하지 않고, 토출 밸브 부재의 기밀이 확실하다.
6. 잉크 감량 확인 시험
(1) 시험 방법
실시예 101∼107 및 비교예 101에 대해서, 각각의 잉크 충전 높이를 전부 24 mm로 했다. 잉크 토출 구멍을 상향 상태로 해서 환경 온도 50℃의 항온실에 투입하여 한달간 정치했다. 투입 전후의 샘플의 질량 변화(g)로부터 잉크의 감량을 측정했다.
(2) 시험 결과
실시예는 잉크 감량이 적고, 토출 밸브 부재의 기밀이 놓인 방향에 관계없이 확실하다.
7. 반복 착탈 시험
각 실시예 101∼107 및 비교예 101에 대해서 각각 잉크 충전 높이를 전부 24 mm로 했다. 잉크젯 프린터 헤드를 갖는 BC-10 (Cannon Co., Ltd 제조)의 카트리지 홀더에 1,000회까지 반복 착탈하고, 그 후 잉크 토출 구멍을 하향 상태로 해서 환경 온도 50℃의 항온실에 투입하여 1시간 정치한 후, 토출 밸브 부재로부터의 잉크 누출의 유무를 눈으로 확인했다.
(2) 시험 결과
실시예에는 잉크 누출이 발생하지 않고, 통상 사용에서의 반복 착탈 횟수는 인쇄마다 잉크 카트리지를 떼어냈다고 하여도 내용 잉크를 다 소비할 때까지는 1,000회 이하라고 생각되므로, 반복 착탈에 대한 토출 밸브 부재의 기밀 형성의 내구성이 높다는 것을 알 수 있다.
각 시험에 있어서 이용한 잉크의 조성은 다음과 같다.
필기구용 잉크
FISCO BLACK 883 (염료, Orient Chemicals Co., Ltd., 제조) 40부
에틸렌글리콜 10부
물 50부
잉크젯 카트리지용 잉크
DUASYN-D. BLACK HEF-SSLIQ 10% 수용액 (염료, Clariant Japan Co., Ltd. 제조) 30.0부
에틸렌글리콜 5.0부
글리세린 10.0부
이소프로판올 3.0부
BO-10TX (계면활성제, Nikko Chemicals Co., Ltd. 제조) 0.02부
물 50.98부
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 미소한 압력 변화와 압력 변화 모두에 대응할 수 있는 밸브체 기구가 제공되며, 필기구나 잉크젯 프린터 등의 잉크 저장용기에 채용했을 때에는 필적이나 인쇄 흔적이 흐려지거나 희미해지거나 하는 것이 극력 억제되고, 또한, 큰 압력 변화에 대하여도 조속하게 용기 내압을 적정한 압력 상태로 복원함으로써 공급 과다에 의해 튀거나 분출되고, 또는 공급 부족에 의해 흐려지거나 하는 등의 문제가 극력 억제될 수 있다. 또한, 잉크 토출량에 큰 편차가 생기는 것도 극력 억제할 수 있다.

Claims (27)

  1. 서로 연통하는 복수 개의 통공을 구비하고, 이들 통공 각각에는 이들 통공을 폐쇄할 수 있는 탄성 재료로 이루어진 복수 개의 밸브 덮개가 배치되어 있는 밸브체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통공을 폐쇄할 수 있는 밸브 덮개는 영률이 1 MPa 이상 5000 MPa 이하인 탄성 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브체.
  3. 제2항에 있어서, 삼차원 메쉬형으로 연속되는 골격부와, 이 골격부의 간격에서 형성된 연통 다공을 갖는 탄성재를 압축해서 겉보기 밀도가 0.03 g/cm3이상 1.5 g/cm3이하로 되도록 하고, 이 골격부를 서로 접촉시킴으로써 상기 연통 다공을 폐쇄하여 상기 밸브 덮개로 구성한 것을 특징으로 하는 밸브체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압축을 가열 상태에서 실시하여 스스로 압축 상태를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 밸브체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가열 상태에서 압축되어 형성된 탄성 합성 수지제의 삼차원 메쉬 골격을 갖는 연통 다공질체가 두께 8 mm의 반상체(盤狀體)를 검체로 했을 때 아스커(Asker) C형 경도계에 의한 경도가 20 이상 100 미만인 것을 특징으로 하는 밸브체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 압축이 일방향으로부터의 압축에 의한 것이고, 상기 탄성재의 압축 방향의 두께가 압축 성형후에는 압축 성형전의 5% 이상 40% 이하인 것을 특징으로 하는 밸브체.
  7. 제3항에 있어서, 상기 압축전의 탄성재의 표면에 있어서의 단위 길이당 구멍수가 4개/cm 이상 1000개/cm 이하인 것을 특징으로 하는 밸브체.
  8. 제3항에 있어서, 상기 삼차원 메쉬형으로 연속된 골격부의 단면 형상이 대략 삼각형인 것을 특징으로 하는 밸브체.
  9. 제2항에 있어서, 상기 탄성 재료는 에테르계 폴리우레탄 수지인 것을 특징으로 하는 밸브체.
  10. 액체 토출기용 액체 저장 용기로서, 내부에 수용된 액체를 액체 토출기의 액체 토출 수단에 접속하는 내용 액체 공급로와, 상기 액체 저장 용기 내외를 공기가 통과할 수 있도록 하는 통기로와, 상기 액체 저장 용기 내부의 압력 변화에 따라서 일시적으로 상기 통기로를 개방해서 내외기(內外氣)를 통과시키는 밸브 수단을 구비하는 액체 토출기용 액체 저장 용기에 있어서, 서로 연통하는 복수 개의 통공을 구비하고, 이들 통공 각각에는 이들 통공을 폐쇄할 수 있는 탄성 재료로 이루어진 복수 개의 밸브 덮개가 배치되어 있는 밸브체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밸브체를 협지·고정해서, 이 밸브체의 협지된 면과, 이 협지면의 외연부측에 상기 밸브체의 협지에 의한 변형을 흡수하는 흡수 공간을 마련한 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 밸브체는 협지 부재에 의해 협지되어 있고, 이 협지 부재는 상기 밸브체와의 접촉면에, 중심부를 향하여 점차로 협지폭이 증대되는 경사면을 포함하며, 따라서 상기 밸브체의 중심부에서부터 외측으로 향함에 따라 압축 변형량이 증가하는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브체는 내용 액체가 0.00001 cm3∼0.0001 cm3액체 토출 수단에 공급되었을 때에, 적어도 1회 상기 통기로를 개방해서 내외기를 연통시키는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  14. 제10항에 있어서, 상기 액체 토출 수단은 금속제 만년필 펜촉, 볼펜 팁, 섬유 수속체 펜촉, 중심 잉크 통공을 갖는 합성 수지제 펜촉으로부터 선택되는 펜촉인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  15. 제10항에 있어서, 상기 액체 토출 수단은 잉크젯 프린터용 프린터 헤드인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 밸브체를 구비한 통기로를 외부에서 폐쇄할 수 있는 착탈 가능한 기밀 피복체를 배치한 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 기밀 피복체는 폴리프로필렌 수지 성형품에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 기밀 피복체는 바닥이 있는 통체(筒體) 형상을 갖고, 카트리지 본체에 대해 착탈 가능한 끼워맞춤 고정부를 갖는 동시에, 내벽에 있어서, 상기 카트리지 본체에 대한 주상(周狀) 기밀 접촉부를 포함하고, 상기 끼워맞춤 고정부가 상기 카트리지 본체에 끼워맞춰짐으로써 상기 주상 기밀 접촉부가 상기 카트리지 본체에 대해서 기밀하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기밀 접촉부는 기밀 피복체 내에 배치된 시트형 엘라스토머 부재인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  20. 제16항에 있어서, 상기 기밀 피복체와 액체 저장 용기 본체가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  21. 제15항에 있어서, 상기 프린터 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 토출 구멍 주연부에 압접되고, 이 주연부를 폐쇄할 수 있는 고무형 탄성체로 이루어진 토출 밸브 부재를 압축 상태로 협지·배치하고, 이 토출 밸브 부재에 압박력이 부여되면 상기 토출 밸브 부재가 변형되고, 밸브 시트인 상기 잉크 토출 구멍 주연부의 내벽과의 사이에 간격이 형성되어 잉크가 유출되도록 한 상기 액체 토출기가 잉크젯 프린터인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 토출 밸브 부재를 구성하는 고무형 탄성체의 압축 영구 변형이 70% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 고무형 탄성체는 반발 탄성이 20% 이상인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  24. 제21항에 있어서, 상기 토출 밸브 부재는 밸브 시트가 되는 상기 잉크 토출 구멍 주연부의 내벽과 밀접해서 액밀(液密)을 형성하는 덮개부와, 상기 액체 저장 용기에 협지·고정되는 플랜지부와, 이들 덮개부와 플랜지부를 연결하는 변형부로 이루어지고, 상기 변형부는 상기 잉크의 유출을 위한 압박력과 같은 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  25. 제24항에 있어서, 상기 토출 밸브 부재의 변형부의 두께는 상기 덮개부의 지름의 4% 이상 18% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 토출 밸브 부재의 변형부의 두께는 이 변형부의 길이의 7% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
  27. 제21항에 있어서, 상기 토출 밸브 부재의 외면에 모세관력을 이용한 잉크 접속 수단이 접촉함으로써 이 토출 밸브 부재를 변형시키는 압박력이 부여되고, 이 토출 밸브 부재의 잉크 접속 수단과 접촉하는 외면에, 중심 부분에서 방사상으로 교차하는 복수 개의 잉크 통과홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출기용 액체 저장 용기.
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