KR100216618B1 - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구와 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로와 액체 내에 기포를 발생시키기 위해 액체에 열을 가하는 발열 소자 및 발열 소자의 상류측으로부터 발열 소자에 따라 발열 소자 상방으로 액체를 공급하는 공급 통로를 구비한 제2 액체 유동 통로와 발열 소자에 대향 배치되어 발열 소자가 구동될 때 발생된 압력을 기초로 하여 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고 자유단을 갖는 가동 부재와 제2 액체 유동 통로내의 발열 소자 상방에서 액체를 유동시키는 안내 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 토출 방법

제1a도 및 제1b도는 종래의 액체 토출 헤드의 액체 유동 통로 구조를 설명하기 위한 도면.

제2a도 내지 제2d도는 본 발명의 토대로서의 액체 토출 원리 설명하기 위한 도면.

제3도는 제2a도 및 제2b도의 액체 토출 헤드의 부분 절개 사시도.

제4도는 종래의 액체 토출 헤드에서의 기포로부터의 압력 전파를 설명하기 위한 도면.

제5도는 본 발명의 토대로서의 액체 토출 원리에서의 기포로부터의 압력 전파를 설명하기 위한 도면.

제6도는 본 발명의 토대로서의 액체 토출 원리에서의 액체의 유동을 설명하기 위한 도면.

제7도는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 단면도.

제8도는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 부분 절개 사시도.

제9도는 본 발명의 제2 액체 통로들이 직렬로 연결된 순환 경로를 설명하기 위한 단면도.

제10도는 제2 액체 유동 통로들의 직렬 연결 상태를 도시하는 개략도.

제11a도 및 제11b도는 본 발명의 작동을 설명하기 위한 개략도.

제12도는 본 발명의 제2 액체 유동 통로들이 직렬로 연결된 다른 순환 경로를 설명하기 위한 단면도.

제13도는 본 발명의 제2 액체 유동 통로들이 병렬로 연결된 순환 경로를 설명하기 위한 단면도.

제14도는 제2 액체 유동 통로들의 병렬 연결 상태를 도시하는 개략도.

제15a도 내지 제15d도 본 발명의 작동을 설명하기 위한 개략도.

제16a도 내지 제16d도는 본 발명의 작동을 설명하기 위한 개략도.

제17도는 안내 경로에 두 개의 펌프들을 갖고 있는 예를 설명하기 위한 개략도.

제18도는 안내 경로에 열 변환 수단을 포함하는 예를 설명하기 위한 개략도.

제19도는 안내 경로에 기포 저장소를 포함하는 예를 설명하기 위한 개략도.

제20도는 액체 저장부들을 갖고 있는 구성을 설명하기 위한 개략도.

제21도는 액체 저장부들이 착탈가능한 구성을 설명하기 위한 개략도.

제22a도 내지 제22c도는 제2 액체 유동 통로와 가동 부재 사이의 위치

관계를 설명하기 위한 도면.

제23도는 제2 액체 유동 통로들의 구성을 설명하기 위한 사시도.

제24도는 제2 액체 유동 통로들의 구성을 설명하기 위한 도면.

제25도는 압력 흡수 기구의 일 예를 도시하는 개략도.

제26도는 압력 흡수 기구의 다른 예를 도시하는 개략도.

제27a도 및 제27b도는 가동 부재들의 구성을 설명하기 위한 도면,

제28a도 및 제28b도는 본 발명에 따른 잉크 토출 헤드의 종단면도.

제29도는 구동 펄스의 일 형태를 도시하는 개략도.

제30도는 본 발명에 따른 잉크 토출 헤드의 공로를 설명하기 위한 도면.

제31도는 본 발명에 따른 잉크 토출 헤드의 확대 사시도.

제32도는 잉크 토출 헤드의 잉크 토출 헤드 카트리지를 도시하는 도면.

제33도는 잉크 토출 장치를 도시하는 도면.

제34도는 잉크 토출 장치의 블록 다이아그램

제35도는 잉크 토출 기록 시스템을 도시하는 도면.

제36도는 동력 공급 후의 액체 순환 유동을 설명하기 위한 도면.

제37도는 기록하기 전의 액체 순환 유동을 설명하기 위한 도면.

제38도는 기록한 후의 액체 순환 유동을 설명하기 위한 도면.

제39a도 및 제39b도는 기록 작동 시의 액체 순환 유동을 설명하기 위한 도면.

제40도는 헤드 키트의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 소자 기판 2 : 발열 소자

10 : 액체 유동 통로 11 : 기포 발생 영역

18 : 토출 출구 30 : 격벽

31 : 가동 부재 32 : 자유 단부

33 : 지주 40 : 기포

111 : 펌프 119 : 기포 저장조

본 발명은 잉크에 열 에너지를 가함으로써 기포의 발생을 이용하여 원하는 액체를 토출하기 위한 잉크 토출 헤드, 잉크 토출 헤드를 이용하는 헤드 카트리지, 헤드 카트리지를 이용하는 잉크 토출 장치, 액체 토출 방법 및 기록 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 잉크 토출 헤드를 내장하는 잉크 제트 헤드 키트에 관한 것이다.

상세하게는, 본 발명은 기포의 발생에 의해 변위가능한 가동 부재를 구비한 잉크 토출 헤드, 잉크 토출 헤드를 이용하는 헤드 카트리지 및 헤드 카트리지를 이용하는 잉크 토출 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기포의 발생을 이용하여 가동 부재를 이동시킴으로써 액체를 토출시키기 위한 액체 토출 방법 및 기록 방법에 관한 것이다.

본 발명은 종이, 실, 섬유, 직물, 가죽, 금속, 플라스틱 수지 재료, 유리 목재, 세라믹 등의 기록 재료 상에 기록이 이루어지는 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖고 있는 모사 전송기, 프린터부 등을 갖고 있는 워드 프로세서 및 다양한 프로세스 장치 또는 장치들과 결합된 산업용 기록 장치에 적용가능하다.

본 명세서에서, 기록(recording)은 특정 의미를 갖고 있는 문자, 그림 등의 화상을 형성하는 것을 의미할 뿐만 아니라, 특정 의미를 갖지 않는 패턴의 화상을 형성하는 것을 포함한다.

소위, 버블젯형 잉크 제트 기록 방법이 알려져 있는 데. 이 방법은 순간적인 체적 변화를 가져오는 순간적인 상태 변화가 잉크에 열과 같은 에너지를 가함으로써 발생되어, 잉크를 기록 재료에 토출 및 도포하여 화상을 형성시키는 상태변화로부터 야기된 힘에 의해 잉크를 토출 출구를 통해 토출하게 된다. 미합중국 특허 제4,723,129호에 개시된 바와 같이 버블젯 기록 방법을 이용하는 기록 장치는 일반적으로, 잉크를 토출하기 위한 토출 출구, 토출 출구와 유체 연통하는 잉크 유통 통로, 및 잉크 유통 통로에 설치된 에너지 발생 수단으로서의 전기 열 변환체를 구비한다.

그러한 기록 방법의 경우, 고품질의 화상이 고속으로 그리고 작은 소음으로 기록될 수 있고, 복수의 그러한 토출 출구들이 고밀도로 설치될 수 있고, 따라서 고해상도를 제공할 수 있는 소형 기록 장치가 마련될 수 있고, 칼라 화상들이 용이하게 형성될 수 있는 이점들이 있다. 그러므로 버블젯 기록 방법은 현재 프린터, 복사기, 모사 전송기 또는 다른 사무 기계, 및 직물 인쇄 장치등과 같은 산업용 시스템들에 광범위하게 사용되고 있다.

버블젯 기술의 광범위한 필요의 증가에 따라, 최근, 다양한 요구가 제기 되고 있다.

예컨대, 에너지 사용 효율의 개선이 요구된다. 그러한 요구에 부응하기 위해, 보호 피막의 두께의 조정과 같은 발열 소자의 최적화가 연구된다. 이러한 방법은 발생된 열의 액체로의 전파 효율이 향상된다는 점에서 효과적이다.

고화질 화상을 제공하기 위해, 잉크 토출 속도를 증가시키고/시키거나 더 좋은 잉크 토출을 수행하기 위해 기포 발생을 안정화시키는 구동 조건들이 제시되었다. 다른 예로서, 기록 속도를 증가시키는 측면에서, 잉크 유통 통로 속으로의 액체 충전(재충전) 속도를 증가시키는 유동 통로 구성 개선이 제안되었다.

유동 통로의 구성 중에서, 일본국 특허 공개 소63-199972호는 제1a도 및 제1b도에 도시된 것과 같은 유동 통로의 배열을 개시하고 있다. 유동 통로의 배열 및 상기 인용 공보에 개시된 헤드 제조 방법네 따르면 기포 발생에 의해 야기된 백 웨이브(토출 출구 반대 방향으로의 압력, 즉 액실(12) 방향으로의 압력을 착안하였다. 이러한 백웨이브는 토출 방향으로 전파되지 않기 때문에 에너지 손실로 알려져 있다.

제1a도 및 제1b도에 도시된 배열은 발열 소자(2)에 의해 형성된 기포

발생 영역으로부터 이격되고 발열 소자(2)에 관해 토출 출구(11)에 대향한

위치에 배치된 밸브(10)를 포함한다.

제1b도는 마치 판형 재료를 이용하는 방법에 의해 유동 통로(3)의 천장에 부착되는 것 가트은 초기 위치를 갖고 있고, 기포 발생시에 밸브(10)가 유동 통로(3) 속으로 늘어져 내린다. 그러한 배열에 따르면 백웨이브의 일부가 밸브(10)에 의해 제어되어, 에너지 손실이 제어된다.

그러나, 액체가 토출되게 유지하기 위해 유동 통로(3) 내의 기포의 발생을 고려하는 것은 액체 토출을 위한 백웨이브의 일부를 제어하는 제 실용적이지 못하다. 백웨이브 자체는 토출과 직접적인 관련이 없다. 백웨이브가 유동 통로(3)에서 발생할 때, 토출과 직접적인 관련이 있는 기포의 압력은 제1a도에 도시된 것처럼 액체를 유동 통로(3)로부터 토출시킨다. 따라서, 백웨이브 또는 그 일부가 토출 출구에서 제어될 지라도, 토출은 크게 영향받지 않는다.

한편, 버블젯 기록 방법에서, 잉크와 접촉해 있는 발열 소자에 의해 가열이 반복되므로, 연소된 재료가 잉크의 스코칭으로 인해 발열 소자의 표면 상에 표면 상에 도포된다. 그러나 도포량은 잉크의 재료에 따라 커질 수 있다. 이러한 일이 발생할 때, 잉크 토출이 불안정해진다. 게다가 토출되는 액체가 열에 의해 쉽게 열화되는 경우 또는 액체가 기포 발생이 불충분한 경우에도, 액체는 성질 변화없이 양호한 정도로 토출되는 것이 바람직하다.

일본국 특허 공개 소61-69467호, 일본국 특허 공개 소55-81172호 및 미합중국 특허 제4,480,259호는 열에 의해 기포를 발생시키는 액체(기포 발생 액체) 및 토출되는 액체(토출 액체)에 서로 다른 액체들이 사용되는 것을 개시하고 있다. 이들 공보들에서 토출 액체 및 기포 발생 액체로서의 잉크가 실리콘 고무 등의 가요성 필름에 의해 완전히 분리되어, 기포 발생 액체의 기포 발생으로부터 생긴 압력을 가요성 필름의 변형에 의해 토출 액체에 전파하면서 발열 소자에 토출 액체가 직접 접촉하는 것을 방지한다. 발열 소자의 표면 상으로의 재료의 도포의 방지 및 토출 액체의 선택 위도의 증가가 그러한 구조에 의해 달성된다.

그러나, 토출 액체 및 기포 발생 액체가 완전히 분리되는 이러한 구조 덕분에 기포 발생에 의한 압력이 가요성 필름의 팽창-수축 변형을 통해 토출 액체에 전파되고, 그에 따라, 가요성 필름에 의해 압력이 아주 높은 정도까지 흡수된다. 또한 가요성 필름의 변형이 그렇게 크지 않고, 그에 따라, 토출 액체와 기포 발생 액체 사이의 설비에 의해 약간의 효과가 제공됨에도 불구하고, 에너지 사용 효율 및 토출력이 열화된다.

이러한 상황하에서, 버블젯 기술에서의 액적의 토출 원리로 돌아가서, 본 발명자들은 기포의 성장을 이용하는 신규한 액체 토출 방법 및 그 방법을 이용하는 헤드를 제공하기 위해 심도있고 광범위한 연구를 행하였다. 연구 결과, 본 발명자들은 액체 유동 통로에 제공된 가동 부재에 의해 기포의 성장 방향을 제어함으로써 토출력, 토출 효율 등이 크게 개선 될 수 있고 그러한 배열은 종래의 기술에 의해서는 거의 토출되지 않던 액체의 경우에도 우수한 토출을 허용함을 발견했다.

상술한 획기적인 효과 외에, 본 발명자들은 상술한 바와 같은 신규한 토출 원리로 발열 소자 위쪽의 액체 유동을 제어함으로써 가동 부재 및 발열 소자의 내구성 뿐만 아니라 버블젯 기술에서의 아주 고도의 토출 안정성 및 기록 속도의 개선에 도달했다.

본 발명의 기본 목적들은 다음과 같다.

본 발명의 제1 목적은, 발생한 기포의 성장 방향을 제어하는 신규한 액체 토출 방법 및 신규한 액체 토출 헤드를 기초하여, 가동 부재 및 발열 소자의 내구성을 개선할 뿐만 아니라 토출 효율 및 토출 압력을 개선하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 상술한 바와 같이 내구성이 개선도니 액체 토출 방법, 액체 토출 헤드 등을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 액체의 안정화된 토출 및 개선된 기록 속도를 실현하는 액체 토출 방법, 액체 토출 헤드 등을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 기포 발생 액체 경로에서 분리되어 나오는 기포를 제거함으로써 불안정한 토출 또는 토출 분량 없이 기록 화상이 우수한 질을 실현하는 액체 토출 방법 및 액체 토출 헤드를 제공하는 것이다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징들은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 기포 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로- 상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 통로 내에 수용됨-와, 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체 내의 기포를 발생시키기 위해 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고, 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고, 상기 발열 소자에 대향 배치되며, 상기 발열 소자가 구동될 때 발생된 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 발열 소자 상방의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 액체 토출 헤드가 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 액체를 토출하기 위한 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구, 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와 에너지 발생 수단 및 공급 통로가 제공된 제2 액체 유동 통로-상기 에너지 발생 수단은 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체 내에 기포를 발생시키고, 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 에너지 발생 수단을 따르는 방향으로 상기 에너지 발생 수단의 상류측으로부터 상기 에너지 발생 수단의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고, 상기 에너지 발생 수단의 기포 발생 영역에 대향 배치되며, 상기 기포의 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자 상의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 액체 토출 헤드가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 막비등에 의해 발생된 기포를 기초로 하여 토출 출구를 통해 액적을 토출하는 액적 토출 헤드에 있어서, 토출 출구, 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로내에 수용됨-와, 기포 발생 영역 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 기포 발생 영역의 상류측으로부터 상기 기포 발생 영역의 상방으로 공급함-와 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 상이에 배치되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공되고, 액적을 토출하도록 직접 작용하는 압력 성분을 가진 기포부에 의해 적어도 변위 가능한 자유 단부를 구비하고, 상기 압력 성분을 갖는 상기 기포부를 변위함으로써 상기 토출 출구를 향해 안내하는 가동 부재와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 상기 발열 소자 상의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 액적 토출 헤드가 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 기포 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구, 및 토출 출구의 상류측 영역에 지공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터의 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 발열 소자 및 공급통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체 내에 기포를 발생시키기 위해 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고, 상기 발열 소자에 대향 배치되며, 상기 발열 소자가 구동될 때 발생된 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 발열 소자 상의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 액체 토출 헤드가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 기포의 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로- 상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내의 수용됨-와 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로- 상기 발열 소자는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체에서 기포를 발생기키도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와,상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고 발열 소자와 대향 배치되면 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재를 포함하는 헤드를 사용하는 단계와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자 상의 액체가 제거되게 하고, 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계와 상기 발열 소자가 구동될 때에 발생된 압력을 기초로 하여 상기 가동 부재를 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위시킴으로써, 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 토출시키는 단계를 포함하는 액체 토출 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 막비등에 의해 발생된 기포를 기초로 하여 토출 출구를 통해 액적을 토출하는 액체 토출 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 기포 발생 영역 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로- 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 기포 발생 영역으로부터 상기 기포 발생 영역의 상방으로 공급함-와 상기 기포 발생 영역과 대향된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드를 사용하는 단계와 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공되고 액적을 토출하도록 직접 작용하는 압력 성분을 가진 기포부에 의해 적어도 변위 가능한 자유 단부를 구비하고, 상기 압력 성분을 갖는 기포의 상기 기포부를 상기 토출 출구를 향해 안내하는 가동 부재를 변위시키는 단계와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자상의 액체가 제거되게 하고, 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계를 포함하는 액체 토출 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 기록을 실행하기 위해 기포의 발생에 의해 토출 출구를 통해 기록 액체를 토출하는 액체 토출 기록 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로- 상기 발열 소자는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체에서 기포를 발생시키도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통하여 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고 발열 소자와 대향 배치되며 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재를 포함하는 헤드를 사용하는 단계와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자 상의 액체가 제거되게 하고, 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계와, 상기 발열 소자가 구동될 때에 발생된 압력을 기초로하여 상기 가동 부재를 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위시킴으로써, 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 토출시키는 단계를 포함하는 액체 토출 기록 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 상술한 어느 하나의 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드에 공급될 액체를 보유하는 액체 용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 기포 발생에 의해 기록 액체를 토출하는 액체 토출 장치에 있어서 상술한 어느 하나의 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드로부터 액체를 토출하기 위한 구동 신호를 공급하는 구동 신호 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 상술한 어느 하나의 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하기 위한 기록 매체를 운반하기 위한 기록 매체 운반 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면 상술한 액체 토출 장치와, 기록 후에 기록 매체 상의 액체의 정착을 촉진하는 전처리 장치 또는 후처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 상술한 어느 하나의 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드에 공급될 액체를 수용하는 액체 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 키트가 제공된다.

본 발명은 상술한 구조 및 방법에 의해 다음과 같은 효과를 얻었다.

첫째, 본 발명은 종래의 버블젯 기술에서의 토출 효과를 현저하게 증진시켰고, 가동 부재의 내구성을 향상시켰다.

둘째, 본 발명은 종래의 버블젯 기술에서의 공동 현상으로 인해 발열 소자의 파괴 모드에 대해 상당한 내구성을 달성하였다.

셋째, 본 발명은 종래의 버블젯 기술에서의 구동 주파수 한계의 원리를 개선함으로써 반응 주파수의 큰 개선을 달성하였다.

넷째, 본 발명은 고속 기록을 위해 마련한 복수의 노즐들에 의한 높은 구동 주파수에 의해 액체의 토출을 불안정하게 하는 헤드의 온도 상승을 억제하는 것을 달성하였다.

다섯째, 본 발명은 액체 통로에서 분리되어 나와 액체의 토출 불량 또는 불안정한 토출을 야기시킬 수 있는 기포를 효과적으로 제거함으로써 액체 토출의 신뢰성을 크게 향상시켰다.

본 발명의 다른 효과들은 양호한 실시예들의 설명으로부터 이해할 수 있다.

명세서에서 용어 상류(upstream) 및 하류(downstream)은 액체공급원으로부터 기포 발생 지역(또는 가동 부재)을 통과하는 액체 유동 통로를 통한 토출 출구로의 일반적인 액체 유동에 관해 정의되거나, 이러한 구조에서의 방향에 대한 표현으로서 표현된다.

또한, 기포 그 자체의 하류측(downstream side) 부분이란 액체 액적을 주로 토출시키도록 직접 작용하는 기포의 토출 출구측 부분을 나타낸다. 상세하게는, 상기 유동 방향 또는 기포의 중심에 관한 상기 구조의 방향에서의 기포의 하류측 부분 또는 발열 소자의 면적의 중심으로부터 하류 지역에서의 발생하는 기포를 의미한다.

본 명세서에서, 사실상 밀봉된(substantially sealed)은 기포가 성장할 때 기포가 가동 부재의 운동 전에 가동 부재 주위의 갭(슬릿)을 통해 빠져나가지 않을 정도의 밀봉 상태를 일반적으로 의미한다.

본 명세서에서, 격벽(partition wall)은 기포 발생 영역으로부터 토출 출구와 직접적인 유체 연통 관계에 있는 영역을 분리하기 위해 개재된(가동 부재를 포함할 수 있는) 벽을 의미할 수 있고, 상세하게는 토출 출구와 직접적인 유체 연통 관계에 있는 연체 유동 통로로부터 기포 발생 영역을 포함하는 액체 유동 통로를 분리함으로써 각각의 액체 유동 통로에서의 액체의 혼합을 방지하는 벽을 의미한다.

본 명세서에서, 가동 부재의 자유 단부 부분(free end portion)은 가동 부재의 하류측 단부인 자유 단부와 그 주변 영역들을 포함하고 가동 부재의 하류 코너들 근처의 부분들도 포함하는 부분을 의미한다.

또한, 가동 부재의 자유 단부 영역(free end region)은 가동 부재의 하류측 단부의 자유 단부 그 자체, 자유 단부의 측면 단부들을 포함하는 영역 또는 자유 단부와 측면 단부들을 포함하는 영역을 의미한다.

[원리의 설명]

본 발명에 적용가능한 토출 원리를 도면을 참조하여 설명한다.

제1a도 내지 제1d도는 액체 유동 통로 방향을 따라 취해진 액체 토출 헤드의 개략적인 횡단면도이고, 제3도는 액체 헤드의 부분 절개 사시도이다.

제2a도 내지 제2d도에 도시한 바와 같은 액체 토출 헤드는 액체를 토출하기 위해 액체에 열 에너지를 공급하기 위한 토출 에너지 발생 소자로서 소자 기판(1)상에 제공된 발열 소자(2)(제3도에 40um× 105um의 발열 저항체)와, 발열 소자(2)에 대응하게 소자 기판(1) 위쪽에 형성된 액체 유동 통로(10)를 구비한다. 액체 유동 통로(10)는 토출 출구(18)와 복수의 토출 출구(18)들과 유체 연통하는 복수의 액체 유동 통로(10)들에 액체를 공급하기 위한 공통 액실(13)와 유체 연통한다.

액체 유동 통로(10) 내의 소자 기판(1) 위쪽에, 금속과 같은 탄성 재료로 된 캔틸레버 형태의 평탄부를 갖고 있는 가동 부재 또는 판(31)이 발열 소자에 대면하게 제공된다. 가동 부재(31)의 일 단부는 액체 유동 통로(10)의 벽 또는 소자 기판(1)상에 감광성 수지 재료를 패턴화함으로써 제공된 받침대(지지부재)(34)에 고정된다. 이러한 구조에 의해, 가동 부재(31)가 지지되고, 지주(33)(지주 부분)이 구성된다.

가동 부재(31)는, 토출 작동에 의해 야기된 공통 액실(13)로부터 가동 부재(31)를 통해 토출 출구(18)로 향하는 액체의 큰 유동에 관해 상류측에 지주(33)(고정된 단부인 지주 부분)을 갖도록, 그리고 지주(33)의하류측에 자유 단부(자유 단부 부분)(32)을 갖는다. 따라서 가동 부재(31)는 발열 소자(2)를 덮도록 약 15um의 틈새를 두고 발열 소자(2)에 대면해 있다. 기포 발생 영역은 발열 소자와 가동 부재 사이에 구성된다. 발열 소자 또는 가동 부재의 타잎, 구성 또는 위치는 상술한 것들에 제한 되지 않지만 기포의 성장 및 압력의 전파가 제어될 수 있는 한 변화될 수 있다. 후술하는 액체의 유동에 대한 이해를 쉽게 하기 위해 액체 유동 통로(10)는 토출 출구(18)와 직접 유체 연통하는 제1액체 유동 통로(14)와, 기포 발생 영역(11) 및 액체 공급구(11)를 갖고 있는 제2 액체 유동 통로(16)로 가동 부재(31)에 의해 분할 된다.

발열 소자(2)의 발열을 야기시킴으로써, 열은 가동 부재(31)와 발열 소자(2) 사이의 기포 발생 영역(11) 내의 액체에 가해지고, 그에 따라, 미합중국 특허 제 4,723,129호에 개시된 막 비등 현상(film boiling phenomenon)에 의해 액체 내에 기포가 발생한다. 기포 및, 기포의 발생에 의해 야기된 압력은 주로 가동 부재 상에 작용하여, 가동 부재(31)가 제2(b)도 및 제2(c)도 또는 제3도에 도시된 바와 같이 지주(33)에 관하여 토출 출구측을 향해 넓게 개방되독 이동 또는 변위된다. 가동 부재(31)의 변위 또는 변위 후의 상태에 의해, 기포 발생 및 기포자체의 성장에 의해 야기된 압력의 전파는 토출 출구를 향하게 된다.

여기서, 본 발명에 적용 가능한 기초적인 토출 원리들 중의 하나를 기술한다.

본 발명의 중요한 원리 중의 하나의 기포에 대면하게 설치된 가동 부재가 기포 발생 또는 기포 자체의 압력에 기초하여 정상적인 제1위치로부터 변위된 제2위치로 변위되고, 변위중이거나 변위된 가동 부재(31)가 기포 발생 및 또는 기포 성장에 의해 발생한 입력을 토출 출구(18)가 위치한 하류를 향하게 하는 데 효과적이라는 점이다.

가동 부재(제4도)를 사용하지 않는 종래의 액체 유동 통로 구조(제4도)와 본 발명(제5도)을 비교하여 더욱 상세히 설명한다. 여기서 토출출구를 향한 압력의 전파 방향은 V_A로 표시되고, 상류를 향한 압력의전파 방향은 V_B로 표시된다.

제4도에 도시된 바와 같은 종래의 헤드에는 기포(40) 발생에 의해 발생한 압력의 전파 방향을 조절하기에 효과적인 어떤 구성 요소가 없다. 그러므로 기포(40)의 압력 전파 방향은 V₁내지 V₈로 표시한 바와 같이 기포의 표면에 수직이고 따라서 통로에서 광범위하게 지향된다. 이들 방향들 중에서 기포의 절반부로부터 토출 출구(V₁내지 V₄)에 더 근접해 있는 압력 전파 방향들은 액체 토출에 가장 효과적인 V_A방향의 압력 성분들을 갖는다. 이 부분은 액체 토출 효율에 직접 기여하기 때문에 중요하다. 또한, 성분 V₁은 토출 방향인 V_A방향에 가장 근접해 있고 따라서 가장 효과적이고, V₄는 V_A방향의 비교적 작은 성분을 갖는다.

한편, 제5도에 도시한 본 발명의 경우, 가동 부재(31)는 제4도에 도시한 것처럼 다양한 방향을 향하는 기포의 압력 전파 방향 V₁내지 V₄들을 하류(토출 출구측)로 향하게 하고 기포(40)의 압력이 토출에 직접 그리고 효과적으로 기여하도록 압력 전파방향 V_A를 향하게 하는 데 효과적이다.

또한, 기포의 성장 방향 자체는 압력 전파 방향 V₁내지 V₄와 마찬가지로 하류로 향해지고 기포들은 상류측에 비해 하류측에서 더 잘 성장한다. 따라서 기포의 성장 방향 자체는 가동 부재에 의해 제어되고, 그에 따라 기포로부터의 압력 전파 방향이 제어되어, 토출 효율, 토출력 및 토출 속도 등이 근본적으로 개선된다.

다시 제2a도 내지 제2d를 참조하여 본 발명에 적용 가능한 액체 토출 헤드의 토출 작동에 대해 상세히 설명한다.

제2a는 전기 에너지와 같은 에너지가 발열 소자(2)에 가해지기 전, 따라서 열이 전혀 발생되지 않은 상태를 도시하고 있다. 가동 부재(31)는 적어도 발열 소자의 발열에 의해 발생한 기포의 하류 부분에 대면하도록 배치되어야 함을 주목해야 한다. 달리 말하면 기포의 하류 부분이 가동 부재 상에 작용하도록 하기 위해, 액체 유동 통로 구조물은 가동 부재(31)가 적어도 발열 소자 영역의 중심(3)의 하류(발열 소자 영역의 중심(3)을 통과하고 유동 통로 길이 방향에 수직인 선의 하류)인 위치까지 연장해야 한다.

제2b도는 발열 소자(2)의 발열이 발열 소자(2)로의 전기 에너지의 인가에 의해 발생하고, 그 결과 발생한 열이 기포 발생 영역(11)에 충전된 액체의 일부를 가열하여 막 비등의 결과로서 기포가 발생되는 것을 도시하고 있다.

이 때, 가동 부재(31)는 기포(40)의 발생에 의해 야기된 압력에 의해 제1위치로부터 제2 위치로 변위되어 토출 출구를 향한 기포(40)의 압력 전파를 인도한다. 전술한 바와 같이 가동 부재(31)의 자유 단부(32)이 하류측에 배치되고, 지주(33)이 상류측(공통 액실측)에 배치되어, 가동 부재의 적어도 일부가 기포의 하류 부분, 즉, 발열 소자의 하류 부분에 대면하게 됨을 주목해야 한다.

제2c도는 기포(40)가 더 성장한 상태를 도시하고 있다. 기포(40) 발생으로 인한 압력에 의해, 가동 부재(31)는 더 변위된다. 발생한 기포는 상류에 비해 하류에서 더 성장하고, 가동 부재의 제1 위치(파선 위치)를 지나 크게 팽창한다. 따라서 기포(40)의 성장에 따라 가동 부재(31)가 점진적으로 이동하고, 그에 따라 체적 이동이 용이한 방향인 기포(40)의 압력 전파 방향이 토출 출구를 향해 균일하게 향해져서, 토출 효율이 증가하게 됨을 이해해야 한다. 가동 부재가 기포 및 기포 발생 압력을 토출 출구를 향해 인도할 때, 전파 및 성장을 거의 방해하지 않고 압력의 정도에 따라 압력의 전파 방향 및 기포의 성장 방향을 효과적으로 제어할 수 있다.

제2d도는 막 비등 후에 기포 내의 압력의 감소에 의해 기포(40)가 수축 및 소멸하는 상태를 도시하고 있다.

제2 위치로 변위된 가동 부재(31)는 가동 부재 자체의 탄성 성질 및 기포의 수축으로 인한 부압에 의해 제공된 복귀력에 의해 제2(a)도의 초기 위치(제1위치)로 복귀한다. 기포의 붕괴시에 액체는 기포 발생 영역(11)에서의 기포의 체적 감소를 보상하고토출된 액체의 체적을 보상하도록 상류(B) 즉 V_D0및 V_D2로 표시한 공통 액실측으로부터그리고 VC로 표시한 토출 출구측으로부터 다시 유동한다.

지금까지, 기포의 발생에 의한 가동 부재의 작동 및 액체의 토출 작동에 의해 설명하였다. 이제, 본 발명의 액체 토출 헤드의 토출 작동에 대해 설명하겠다.

기포(40)가 제2c도의 상태 후의 최대 체적 후의 기포 붕괴 공정으로 들어갈 때, 붕괴중인 기포 체적을 보상하기에 충분한 액체의 체적이 제1 액체 유동 통로(14)의 토출 출구(18)측으로부터 그리고 제2 액체 유동 통로(16)의 공통 액실(13)로부터 기포 발생 영역으로 유동한다.

가동 부재(31)룰 갖고 있지 않은 종래의 액체 통로 구조의 경우, 토출 출구측으로부터 기포 붕괴 위치로의 액체의 양과 공통 액실로부터의 액체의 양은 기포 발생 영역보다 토출 출구에 더 근접한 부분과 공통 액실에 더 근접한 부분의 유동 저항을 기초로 하고 있다(액체의 유동 저항 및 액체의 관성을 기초로 하고 있다).

그러므로, 공급구측에서의 유동 저항이 다른 쪽의 유동 저항에 비해 더 작은 경우, 다량의 액체가 토출 출구측으로부터 기포 붕괴 위치로 유동하고, 그 결과 매니스커스 수축이 크다. 토출 효율을 증가시키기 위한 토출 출구에서의 유동 저항의 감소로 인해, 더 오랜 재충전 시간의 결고로서 기포의 붕괴시에 매니스커스(M) 수축이 증가하고, 그 결과, 고속 인쇄가 어려워진다.

본 배열에 의하면, 가동 부재(31)의 제공으로 인해, 기포의 붕괴시에 가동 부재가 초기 위치로 복귀할 때 매니스커스 수축이 정지하고, 그 후, 체적(W2)을 채우기 위한 액체의 공급이 제2 액체 유동 통로(16)를 통해 유동(VD2)에 의해 수행된다(W1은 가동 부재(31)의 제1 위치를 지나 기포 체적(W)의 상부측이고, W2는 그것의 기포 발생 영역(11)의 체적이다). 종래 기술에서는 기포 체적(W)의 체적의 반이 매니스커스 수축량이지만, 본 배열에 따르면, 단지 약 절반(W1)만이 매니스커스 수축량이다.

또한, 체적(W2)을 위한 액체 공급은 주로 기포의 붕괴시의 압력을 이용하여 가동 부재(31)의 발열 소자측의 표면을 따라 제2 액체 유동 통로 상류(V_D2)로부터 이루어지도록 강제되므로, 더 신속한 재충전 작동이 수행된다.

기포의 붕괴시의 압력을 이용하는 재충전이 종래의 헤드에서 수행될 때, 화질의 저하의 결과로서 매니스커스의 진동이 팽창된다. 그러나, 이러한 배열에 따른 고속 재충전에서는 토출 출구측에서의 제1 액체 유동 통로(14)에서와 기포 발생 영역(11)의 토출 출구에서 액체의 유동들이 억제되므로, 매니스커스의 진동이 극도로 감소된다.

따라서, 본원에 적용가능한 이러한 배열에 따르면 고속 재충전은 제2 액체 유동 통로(16)의 액체 공급 통로(12)를 통한 기포 발생 영역에의 강제식 재충전에 의해 그리고 매니스커스 수축 및 진동의 억제에 의해 달성된다. 그러므로 토출의 안정 및 고속 반복 토출이 달성되고, 본 실시예가 기록 분야에서 사용될 때, 화질 및 기록 속도가 달성될 수 있다.

본 배열은 다음의 효과적인 기능을 제공한다. 기포의 발생에 의해 발생된 상류측으로의 압력의 전파(후방 파동)를 억제한다. 발열 소자(2)상에 발생한 기포의 공통 액실(13)측(상류)의 압력은 주로 액체를 다시 상류측으로 미는 힘(후방 파동)을 야기시킨다. 후방 파동은 상류측에서의 압력, 그로 인한 액체의 운동 및 관성력에 의해 액체를 액체 유동 통로 속으로 재충전하는 것을 저해한다. 이러한 배열에 있어서, 상류측으로의 이러한 작용들이 가동 부재(431)에 의해 억제되어, 재충전 성능이 더욱 개선된다.

특징적인 구성 및 유리한 효과에 대해 더 설명한다.

본 배열의 제2 액체 유동 통로(16)는 발열 소자(2)의 상류측에서의 발열 소자(2)로 사실상 채워진 내벽을 갖는 액체 공급 통로(12)를 갖는다(발열 소자의 표면은 크게 하강하지 않는다). 이러한 구조 덕분에 발열 소자(2)의 표면 및 기포 발생 영역으로의 액체의 공급이 V_D2로 표시한 바와 같이 기포 발생 영역(11)에 더 근접한 위치에서 가동 부재(31)의 표면을 따라 발생한다. 따라서, 발열 소자(2)의 표면 상의 액체가 정체가 억제되어 액체에 용해된 기체의 석출이 억제되고, 소멸되지 않은 잔류 기포들이 어려움없이 제거되고, 또한 액체 내의 열 누적이 별로 크지 않다. 그러므로, 안정화된 기포 발생이 고속으로 반복될 수 있다. 이러한 배열에서 액체 공급 통로(12)는 사실상 평탄한 내벽을 갖지만, 이는 제한적인 것은 아니고, 액체 공급 통로가 발열 소자 상에서 액체의 정체가 발생하고 액체의 공급시에 에디 유동이 심하게 발생하기 않는 발열 소자의 표면으로부터 매끄럽게 연장하는 구성을 갖는 내벽을 갖는다면 만족스럽다.

기포 발생 영역으로의 액체의 공급은 V_D1으로 표시한 바와 같이 가동 부재의 측면 부분의 틈새(슬릿(35))를 통해 발생할 수 있다. 기포 발생 시의 압력을 토출 출구로 더 효과적으로 인도하기 위해서는 제20a도 내지 제20d도에 도시된 바와 같이 (발열 소자의 표면을 덮는) 기포 발생 영역 전체를 덮는 큰 가동 부재가 사용될 수 있다. 그 때, 기포 발생 영역(11)과 토출 출구에 근접한 제1 액체 유동 통로(14)영역 사이의 액체의 유동 저항이 가동 부재(31)의 복귀에 의해 증가 되어, V_D1으로부터 기포 발생 영역(11)으로의 액체의 유동이 방지될 수 있다.

그러나, 본 배열의 구조에 따르면 기포 발생 영역으로 액체를 공급하기에 효과적인 유동이 이루어지고, 액체의 공급 성능이 크게 증가하므로, 가동 부재(31)가 토출 효율을 개선하기 위해 기포 발생 영역(11)을 덮는 경우에도, 액체의 공급 성능이 저하되지 않는다.

가동 부재(31)의 자유 단부(32)와 지주(33) 사이의 위치 관계는 자유 단부가 예컨대, 제23도에 표시한 바와 같이 지주의 하류 위치에 있도록 되어 있다.

이 구조에서, 압력 전파 방향 및 기포 성장 방향을 토출 출구측 등으로 안내하는 기능 및 효과는 기포 발생시 효과적으로 보장될 수 있다. 또한 위치 관계는 토출에 관한 기능 또는 효과 뿐만 아니라 액체 공급시 액체 유동 통로(10)를 통한 유동 저항을 감소시켜 고속 재충전을 가능하게 하는 데 효과적이다. 제23도에 도시된 바와 같이 토출에 의해 후퇴된 매니스커스(M)가 모세관력에 의해 토출 출구(18)로 복귀될 때 또는 액체 공급이 기포의 붕괴를 보상하기 위해 실행될 때, 자유 단부 및 지주(33)는 제1 액체 유동 통로(14)와 제2 액체 유동 통로(16)를 포함하는 액체 유동 통로(10) 통한 유동(S1, S2 및 S3)이 저해되지 않게 위치된다.

더 자세하게는, 이 장치에서, 전술한 바와 같이, 가동 부재(31)의 자유 단부(32)는 발열 소자(2)를 상류 구역과 하류 구역으로 분할하는 구역의 중심(3)[발열 소자 영역의 중심(중심부)을 통과하고 액체 유동 통로의 길이 방향에 수직 선]의 하류 위치에 대면한다. 가동 부재(31)는 발열 소자의 영역 중심 위치(3)의 하류측에서 액체 토출에 크게 기여하는 기포와 압력을 수용하고, 토출 출구측으로의 힘을 안내하여 토출 효율 또는 토출력을 근본적으로 향상시킨다.

부가적인 유리한 효과가 전술한 바와 같이 기포의 상류측을 사용하여 제공된다.

또한 본 실시예의 구조에서, 가동 부재(31)의 자유 단부의 순간 기계적 이동이 액체의 토출에 기여하는 것이 고려된다.

본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

[실시예 1]

본 발명에 의한 액체 토출 헤드 장치를 설명하기로 한다.

본 실시예의 액체의 토출 원리는 토출 원리의 전술한 설명에서와 동일하다.

액체 유동 통로는 다중 통로 구조를 갖고, 열에 의해 기포를 발생하기 위한 액체(기포 발생 액체)와 주로 토출되기 위한 액체(토출 액체)는 분리된다.

제7도는 본 실시예의 액체 토출 헤드의 유동 통로를 따른 방향의 개략적 단면도이다. 제8도는 액체 토출 헤드의 부분 절취 사시도이다.

본 실시예의 액체 토출 헤드에서 기포 발생을 위한 제2 액체 유동 통로(16)는 요소 기층(1)상에 제공되고, 요소 기층(1)에는 액체에 기포를 발생시키기 위한 열에너지를 공급하는 발열 소자(2)로서의 열발생 저항부와 열발생 저항부에 전기 신호를 공급하는 전극 배선이 제공되고, 토출 출구(18)와 직접 연통하는 토출 연체를 위한 제1 액체 유동 통로(14)가 그 위에 형성된다.

제1 액체 유동 통로의 상류측은 토출 액체를 다수의 제1 액체 유동 통로로 공급하는 제1 공통 액실(15)와 유체 연통되고, 제2 액체 유동 통로의 상류측은 기포 발생 액체를 다수의 제2 액체 유동 통로로 공급하는 제2 공통 액실과 유체 연통된다.

그러나 기포 발생 액체와 토출 액체가 같은 경우 단지 하나의 공통 액실이 제공될 수 있다.

금속과 같은 탄성 재료의 격벽(30)이 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에서 제1 유동 통로와 제2 유동 통로를 분리되게 한다. 기포 발생 액체 및 토출 액체의 혼합이 최소되어야 할 경우에 제1 액체 유동 통로(14) 및 제2 액체 유동 통로(16)는 바람직하게는 격벽에 의해 격리된다. 그러나 어느 정도까지의 혼합이 허용되는 경우에는 완전한 격리는 필요치 않다.

발열 소자의 상향 돌출 공간내의 격벽의 일부분[제7도의 기포 발생 구역(11) A 및 B를 포함하는 토출 압력 발생 구역]은 캔틸레버 가동 부재(31)의 형태이고, 슬릿(35)에 의해 형성되고, 공통 액실(15, 17) 쪽에서 지주(33)을 토출 출구 쪽에서(액체의 일반적 유동에 대해 하류에서)자유 단부를 갖는다. 가능 부재(31)는 기포 발생 구역(11B)에 대면하고, 그러므로 이는 기포 발생 액체의 기포 발생시 제1 액체 유동 통로의 토출 출구측으로 향해(제7도의 화살표 방향) 개방하도록 작동한다. 가동 부재는 자유 단부보다 지주에서 더 용이하게 이동 가능하여 자유 단부가 기포의 성장에 의해 추종될 수 있도 기포가 손실없이 토출 출구측으로 지향될 수 있게 한다. 제8도의 예에서도 격벽(30)이, 제2 액체 유동 통로(16)를 구성하는 공간과 함께, 발열 소자(2)로서의 발열 저항부와 발열 저항부에 전기 신호를 인가하는 배선 전극(5)이 제공되는 요소 기층(1) 위에 배치된다.

가동 부재(31)의 자유 단부(32)와, 지주과, 발열 소자 사이의 위치 관계는 앞의 예와 동일하다.

앞의 예에서, 액체 공급 통로(12) 및 발열 소자(2)의 구조 사이의 관계에 대해 설명되었다.

제9도는 본 실시예의 2개 유동 통로의 구조의 제2 유동 통로의 구조를 도시한다.

제10도는 제9도에 도시된 제2 유동 통로의 발열 소자 근처의 구조를 도시한 사시도이다. 가동 부재 및 제1 액체 유동 통로가 전술한 바와 같이 관련된 발열 소자에 대응 배치된다.

본 실시예를 도시한 제9도에서 각 발열 소자(2)가 제공된 제2 액체 유동 통로(16)는 직렬 연결되어 액체 유동 통로의 지그재그 라인을 형성한다.

액체 유동 통로의 양 단부에서의 제1 유입/유출 통로(114) 및 제2 유입/유출 통로(본 실시예에서 액체를 안내하는 안내 통로)(115)는 순환 통로(110)에 의해 연결되어 루프 액체 순환 통로를 구성한다. 본 실시예에서, 제1 액체 유입/유출 통로(114)와, 제2 액체 유입/유출 통로(115)와, 순환 통로(110)는 안내 통로를 구성한다. 순환 통로(110)의 도중에는 순환 통로의 액체를 유동하게 하고 제2 액체 유동 통로(16)의 액체를 유동하게 하는 강제 유동 수단으로서의 펌프(111)가 제공된다.

이 펌프(111)는 순환 통로(110)로부터 제1 액체 유입/유출 통로(114)를 통해 제2 액체 유동 통로(16)로 향한 방향 A로 유동하는 액체를 공급한다. 액체는 제2 유동 통로(16)에서 순서대로 지그재그형으로 유동하고 순환 통로(110)을 통해 펌프로 복귀하기 위해 제2 액체 유입/유출 통로(115)로 진행한다. 여기에서 액체 순환 통로는 후술하는 제2 공통 액실(17)를 통해 진행하도록 구성될 수 있다.

참조 부호(112)는 순환 통로(110)의 도중에 또는 제2 공통 액실(17)에서 제2 유동 통로(16)에 액체를 재충전하는 제2 액체 공급부를 나타내고, 이에 의해, 액체가 제1 액체 유동 통로의 액체 토출시 약간의 양으로 소모되면 액체는 제2 액체 유동 통로(16)로 소요량 만큼 공급될 수 있다.

제7도는 도시된 예와 같이 제1 액체 유동 통로(14)의 액체가 제2 유동 통로(16)의 액체와 동일할 때, 격벽(30)의 적어도 일부분을 천공하는 (도시되지 않은)연통부가 제2 액체 공급부(112) 대신에 형성될 수 있다.

본 실시예를 더 자세히 설명한다.

제11a도 및 제11b도는 본 실시예를 도시한 제9도의 액체 토출 노즐 및 인접부의 단면도이다.

작동 원리의 설명에서, 기본적 구조는 제2(a)도 및 제2(b)도에 도시된 것과 동일하나, 제11(a)도 및 제11(b)도의 제2 유동 통로(16)는 제9도의 구조와 같이 순환 시스템을 형성하도록 상류측과 하류측에서 연결 구성된다. 가동 부재(31)는 전술한 작동 원리의 설명에서와 같이 기포에 의해 제1 유동 통로(14)의 측면으로 변위된다. 그러므로 가동 부재(31)가 장기간 반복 작동될 때, 가동 부재(31)의 지주(33)는 작기는 하지만 제11a도에 도시된 변형(d)을 갖는다. 이는 장기간 작동후 일어나므로 단지 극히 장기간 수명의 액체 토출 헤드가 필요한 경우만 문제가 된다.

제9도의 펌프(111)가 제2 유동 통로(16)의 액체를 제11b도의 유동(s)과 같이 유동시킬 때, 제2 유동 통로(16)의 압력은 제1 액체 유동 통로(14)의 압력보다 낮아진다. 이는 피토관의 작동 원리와 동일한 원리에 의해 일어나며, 가동 부재(31)는 방향(P)로 작용하는 힘을 받는다. 이 힘은 변형(d)을 수정하는 방향으로 작용한다.

따라서, 제2 유동 통로(16)에 액체를 유동시키는 것은 가동 부재(31)의 변형(d)을 수정할 수 있고 헤드의 장기간 사용후에도 안정된 성능을 유지할 수 있다.

안내 통로로서의 순환 통로(110)의 단면적을 각 제2 유동 통로(16)의 단면적보다 크게 설정하고, 본 실시예에서 제2 유동 통로(16)들을 직렬로 연결함으로써 유동률은 제2 유동 통로(16)에서 증가되어 전술한 효과를 효과적으로 나타낼 수 있다. 그러므로 강제 액체 순환은 전술한 변형(d)이 일어나는 경우에만 실행되도록 변형될 수 있다.

[실시예 2]

제12도는 제2 유동 통로(16)의 연결에 관한 제9도의 구조의 수정예를 도시하고, 액체는 각 가동 부재(31)의 자유 단부(32) 및 지주(33)의 위치 관계에 대해 제2 유동 통로(16)에서 동일한 방향으로 유동한다. 또한 본 실시예에서 제1 액체 유입/유출 통로(114),제2 액체 유입/유출 통로(115) 및 순환 통로(110)는 안내 통로를 구성한다.

그 구성에 따라, 각 가동 부재(31)의 자유 단부(32) 및 지주(33) 사이의 위치 관계에 대해 반대 유동 방향을 가질 때에, 제1 액체 유동 통로(14) 및 제2 액체 유동 통로(16) 사이에 압력차가 발생하는 경우가 있다. 반대로 본 발명의 구조는 액체 유동이 동일한 조건하의 각 가동 부재(31)에 작용하기 때문에 각 가동 부재(31)에 작용하기 때문에 각 가동 부재(31)의 변형(d)의 동일한 수정을 실행할 수 있다. 이는 노즐들 사이의 토출 성능 변동을 방지할 수 있게 해준다.

[실시예 3]

제13도는 제2 액체 유동 통로(16)의 연결에 관한 제9도의 구조의 수정예를 도시한다.

제14도는 제13도는 발열 소자(2) 가까이의 제2 액체 유동 통로의 사시도이다. 본 실시예는 유동 통로 구성의 병렬 연결 구조이고, 제2 액체 유동 통로에서 토출 출구를 향한 액체 유동에 관해 제2 액체 유동 통로의 상류 단부들이 서로 연결되고, 그 하류 단부들이 또한 서로 연결된다. 다른 부분은 실시예 1의 구조와 동일하다. 상류측 단부들을 연결하는 유동 통로부는 순환 통로(110)에 연결된 제1 유입/유출 통로(114)이다. 하류측 단부들을 연결하는 유동 통로부는 순환 통로(110)에 연결된 제2 유입/유출 통로(115)이다. 강제 유동 수단으로서의 펌프(111)가 순환 통로(110)에 제공되어 제2 액체 유동 통로(16)의 액체를 유동하게 한다. 본 실시예에서 제1 유입/유출 통로(26, 114), 제2 유입/유출 통로(27, 115) 및 순환 통로(110)는 안내 통로를 구성한다.

본 실시예의 구조는 또한 전술한 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그러나 본 실시예는 이하와 같이 특히 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제15a도 내지 제15d도는 제13도에 도시된 바와 같이 제2 액체 유동 통로(16)가 순환 유동 통로에 존재하는 액체 토출 작동에서 발열 소자(2)에 의한 기포의 발생 및 붕괴 사이의 사이클을 도시한다. 제15c도에 도시된 기포의 발생으로부터 붕괴까지의 기간은 통상적으로 대략 십수 내지 수십μs이며, 제15c도의 지점에서 잔여 기표(41)가 발열 소자(2) 근처에 존재한다. 이 기포들은 또한 종래의 기포 제트 헤드에서도 유사하게 존재하며, 기포가 발생되는 액체에 용해된 가스가 가열될 때 분리되는 기포 등이다. 이 기포들이 액체에 용해되기 전의 기간은 수십μs부터 수 ms까지이다. 잔여 기포(41)들이 아직 존재하는 동안에도 다음의 액체 토출 작동을 개시하는 것이 가능하다. 그러나 많은 잔여 기포(41)는 가열 소자(2)의 가열에 의해 발생된 기포(40)의 크기의 분산을 일으키고, 기포(40)의 기포 발생 압력을 흡수한다는 것이 알려져 있다. 이 현상은 토출 안정성과 토출 효율을 저하시킨다. 그러나 제2 액체 유동 통로의 액체가 순환 액체 통로 구조와 제15d도에 도시된 본 발명의 펌프에 의해 방향(s)으로 유동하게 될 때, 발열 소자(2)위 및 가까이의 잔여 기포(41)는 제거될 수 있어 액체 상태를 더 빨리 초기 상태로 할 수 있다. 그러므로 다음 기포 발생 작동 개시전의 시간이 단축되어도, 안정된 토출 성능이 실현될 수 있다. 이 효과는 또한 전술한 실시예의 구조에 의해서도 얻어질 수 있으나, 본 실시예의 구조가 제어의 자유도면에서 더 효과적이다. 제2 액체 유동 통로(16)의 액체 유동은 제15c도의 기포의 붕괴시 직후에 실행될 수 있으나, 제15b도 및 제15c도에 도시된 액체 토출 작동중 실행될 때에도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 펌프(111)를 반대 방향으로 작동시킴에 의해 유동 방향(s)의 반대 방향으로 액체를 유동시킴으로써도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

특히 유동이 액체 토출 작업중 이루어질 때 이하의 효과가 얻어질 수 있다.

제16a도 내지 제16d도는 액체 토출 작동 사이클에서 기포 붕괴 순간의 상태를 나타낸다. 제16a도는 액체 토출 작동중 제2 액체 유동 통로(16)에 유동이 없는 경우를 도시한다. 이 경우 기포 붕괴의 위치는 바뀌지 않고 본 실시예의 노즐 구조물의 발열 소자(2)위에 위치한다. 따라서 기포 붕괴시 일어나는 캐비테이션에 의한 발열 소자(2)의 손상이 거의 동일한 장소에서 일어난다. 장기간 작동 후 발열 소자(2) 또는 그 보호층이 그 위치에서 최종적으로 파괴한다. 제2 액체 유동 통로(16)의 액체가 제16b도 내지 제16d도에서와 같이 펌프(111)에 의해 토출 작동 중 유동하게 되면, 전술한 기포 붕괴의 위치는 변경될 수 있다. 제16b도는 기포 붕괴의 위치가 방향(s)의 유동에 의해 토출 방향으로 유동의 하류로 이동되는 예를 도시하고, 제16c도는 기포 붕괴의 위치가 방향(s)의 유동에 의해 상류로 이동하는 예를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 기포 붕괴 장소들은 액체를 제2 액체 유동 통로로 유동시킴에 의해 또는 액체 토출 작동중 순환 통로(110)와 펌프(111)에 의해 유동량 또는 방향을 변화시킴에 의해 분산될 수 있어, 발열 소자(2)의 캐비테이션에 의한 손상이 분산될 수 있어 발열 소자의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 제16d도는 더 많은 유동량으로 기포 붕괴의 위치를 발열 소자(2)위의 구역에서 벗어나게 이동시킴으로써 발열 소자(2) 상의 캐비테이션에 기인한 거의 모든 손상을 제거할 수 있는 예를 도시한다. 이는 캐비테이션에 기인한 발열 소자(2)의 파손 모드를 감소시켜 발열 소자의 수명을 크게 연장시킨다.

[실시예 4]

제17도는 순환 통로(110)의 다른 구조로서의 실시예 4를 도시한다. 본 실시예에서 순환 통로(110)는 제2 공통 액실(17)를 통해 배열된다. 제1 유입/유출 통로(114) 쪽에 배치된 펌프(111a)와, 제2 유입/유출 통로(115)에 배치된 펌프(111b)가 있다. 다른 구조는 실시예 3과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략된다. 본 구조에서 제2 공통 액실(17)를 통한 순환 통로(110)의 배치는 제2 액체 유동 통로의 액체의 상태를 더 균일하게 만들 수 있다. 예를 들어 발열 소자는 제2 액체 유동 통로(16)에 배치되므로 온도 상승은 발열 소자 근처에서 극심하다. 이 온도 상승은 제2 액체 유동 통로(16)의 액체의 점성 등을 포함하는 물리적 특성을 종종 변화시켜 토출 상태를 불균일하게 한다. 순환 통로(110)의 액체가 펌프(110a, 110b)에 의해 순환될 때, 전체 액체의 상태는 토출 성능의 안정화를 위해 균일하게 만들어질 수 있으며, 이는 제2 공통 액실17a의 액체의 체적이 제2 액체 유동 통로(16)의 액체의 체적보다 크기 때문이다. 순환 액체 통로는 헤드에 위치되거나, 헤드 외측의 튜브 등이 형성될 수 있다.

[실시예 5]

제18도는 실시예 5의 구조를 도시한다. 제18도의 구조에서 열변환 기능을 갖는 열변환 수단이 순환 통로(110)의 도중에 또는 순환 통로의 구조의 도중에 기본적으로 제공된다. 다른 부분들은 제13도는 구조와 동일하므로 그 설명은 여기에서는 생략된다.

본 실시예는 액체의 열을 외부로 복사하는 열복사 효과를 갖는 핀(117)인 열변환 수단의 예를 나타낸다. 기포 제트 헤드가 액체를 가열하여 기포를 발생시키고, 기포 발생 압력에 의해 액체를 토출하는 방법을 사용하므로, 발열 소자(2)의 온도는 헤드 자체의 온도와 토출에 사용되는 액체의 온도를 상승시키고, 이는 예를 들어 토출량을 변화시켜 액체 토출 안정성을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 특히 최근의 기술적 경향은 인쇄 속도를 증가시키기 위해 다중 노즐 배열, 고주파 구동 등의 개발이며, 이는 액체 토출의 안정성을 크게 저해된다. 온도 상승을 증진시키는 이같은 요인에 대해, 본 실시예는 순환 통로(110)와 펌프(111)를 사용하여 발열 소자(2) 근처의 액체를 기록 작동중 또는 기록 작동 직전 또는 직후에 이동시켜 열이 핀(117)에 의해 효과적으로 복사되어 액체 토출 안정성을 향상시키게 한다. 본 실시예에서 높은 안정성의 액체 토출을 높은 효율로 실현하는 다음과 같다.

제1 요점은 액체 자체를, 특히 종래의 헤드 구조 때문에 열을 복사하기가 어려워 토출 특성에 직접 영향을 미쳤던, 발열 소자 근처의 액체를 핀(117)로 직접 이동시켜 열을 복사하는 것이다. 다른 요점은 발열 소자(2) 자체를 액체로 냉각시키는 것이다. 또 다른 요점은 또한 토출 작동중에 액체를 순환시켜 열을 복사하는 것이다. 이 요점들에 기초하여 본 발명은 종래 기술에서는 얻어질 수 없었던 아주 좋은 효율로 열을 복사함에 의한 토출 안정화 기술을 확립하였다.

한편 전술한 설명은 헤드 자체의 열 복사 기술에 관련된 것이나, 이하의 가열 효과가 가열 히터(118)와 같은 구조의 핀(117)을 제공함에 의해 또한 얻어질 수 있다. 즉 헤드가 저온 환경에서 사용될 때, 토출량이 반대로 줄어들고 비토출 노즐이 발생되는 현상이 일어난다. 이 경우 핀(117)은 가열 히터(118)에 의해 가열되어 액체의 온도를 직접 상승시켜 기포의 발생에 직접 기여하고 액체는 발열 소자에 공급될 수 있어, 전술한 열복사의 경우의 효과의 요점대로 효과적으로 얻어질 수 있다. 또한 가열 작동이 액체 순환으로서 수행되기 때문에 액체의 온도의 국부적 상승에 의한 기포는 발생하지 않고, 액체는 짧은 시간내에 적절한 온도에 도달할 수 있다. 본 실시예에서 전술한 바와 같이 핀(117)은 효율을 향상시키는 기술, 예를 들어 표면적을 액체와 접촉하는 표면의 핀, 또는 융기 및 리세스에 의해 증가시키는 기술로 배열된다. 온도를 적절히 제어하기 위해 순환 통로(110) 등에는 (도시되지 않은) 온도 검출 소자가 제공될 수 있다.

[실시예 6]

제19도는 실시예 6의 구조를 도시한다.

본 실시예에는 기포 저장조(119) 및 소형 개구(118)가 제13도에 도시된 구조의 순환 통로(110) 도중에 제공된다. 제13도에서와 동일한 구조의 부분은 설명을 생략하기로 한다.

액체에 용해되는 기포는 종종 액체 통로 등, 즉 제2 액체 유동 통로(16), 제2 공통 액실 또는 순환 통로(110)에 장시간 잔류한 후 분리된다. 이같은 경우 액체는 순환 통로(110)에서 순환되어 분리되는 기포를 소정의 포획 장소까지 이송하여, 기포에 기인한 토출 불량 또는 토출 방해를 방지한다. 기포 저장조(119) 및 소형 개구(118)(필터)는 기포들을 포획하는 기능을 한다. 제2 액체 유동 통로(16)에 나타나는 기포는 펌프(111)에 의해 순환되어 소형 개구(118)로 이송된다. 소형 개구(118)의 크기는 토출에 불안정한 효과를 주지 않으면서 작은 기포가 통과할 수 있도록 정해진다. 기포는 기포 저장조(119)에 포획한다. 기포 저장조(119)에 포획된 기포는 공지된 방법에 의해 헤드로부터 배출될 수 있다. 본 실시예는 처리 시간의 회수를 감소시켜 액체를 가능한 한 많이 폐기 처리하여 양호한 토출 상태의 유지를 가능하게 한다.

[실시예 7]

제20도는 본 발명의 다른 실시예의 구조를 도시한다.

본 실시예는 2개의 액체 저장부(150)를 순환 통로를 사용하지 않고 각 유입/유출 통로에 연결하는 예를 나타낸다. 예를 들어, 액체 저장부(150A)의 액체는 강제 유동 수단으로서의 펌프(111)에 의해 액체 저장부(150B)로 처음에 유동되고, 이때 액체는 유입/유출 통로(115, 27)쪽으로부터 유입/유출 통로(26, 114) 쪽으로 각 제2 액체 유동 통로(16)에서 유동한다.

액체 저장부(150A)의 액체가 없거나 거의 없게 되면, 펌프(111)의 작동은 전환되어 액체를 저장부(150B)로부터 액체 저장부(150A)를 향해 역으로 유동하게 한다.

제21도는 본 실시예의 향상된 형태를 도시하고, 전술한 액체 저장부(150A, 150B)는 연결부(151)로부터 분리가능하게 배열된다.

따라서 액체 저장부(150A)의 액체가 액체 저장부(150B)로 이동한 후, 저장부(150A, 150B)로 분리되어 교환될 수 있다. 이 배열은 액체가 항상 한 방향으로 유동하도록 허용한다.

본 발명에 적용 가능한 예들을 설명하기로 한다.

[제2 액체 유동 통로의 형상]

제22a도 내지 제22c도는 가동 부재(31) 및 제2 액체 유동 통로(16) 사이의 위치 관계를 후술하는 바와 같이 설명하는 도면들이며, 제22a도는 격벽(30), 가동 부재(31) 및 그 인접부의 평면도이고, 제22b도는 격벽이 제거되었을 때 제2 액체 유동 통로(16)의 평면도이고, 제22c도는 중첩된 가동 부재(6)와 제2 액체 유동 통로(16) 사이의 위치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다. 어느 도면에서나 바닥쪽은 토출 출구가 위치한 전방쪽이다.

본 실시예의 제2 액체 유동 통로(16)는 토출 출구에 가까운 발열 소자(2)의 단부 근처와 그 대향 단부 근처에 목부(19)를 가짐으로써, 기포 발생시 압력이 제2 액체 유동 통로(16)의 상류쪽으로 즉시 탈출하는 것을 방지할 수 있는 챔버(기포 발생 챔버) 구조를 형성한다.

기포 발생이 일어나는 유동 통로와 그로부터 액체가 토출되는 유동 통로가 동일하고, 액실을 향한 발열 소자에 의해 발생된 압력이 공통 액실로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 목부가 제공된 종래의 헤드에서는 액체의 충분한 재충전을 고려하여 목부의 유동 통로의 단면적이 너무 작지 않는 구조를 사용할 필요가 있었다.

그러나 본 실시예의 경우, 토출 액체의 상당량 또는 대부분이 제2 액체 유동 통로의 토출 액체이고, 발열 소자를 갖는 제2 액체 유동 통로의 기포 발생 액체는 많이 소모되지 않으므로, 제2 액체 유동 통로의 기포 발생 구역(11)으로의 기포 발생 액체의 충전량은 작아도 된다. 그러므로 목부(19)에서의 여유는 매우 작게 예를 들어 수 내지 십수 μm로 작아질 수 있어 기포 발생시 제2 액체 유동 통로에 생성된 압력의 해제는 더 억압될 수 있고, 압력은 가동 부재에 집중될 수 있다. 압력은 가동 부재(31)를 통한 토출 압력으로서 사용될 수 있으므로 높은 토출 효율과 토출력이 달성될 수 있다. 제2 액체 유동 통로(16)의 형상은 전술한 하나에 제한되지 않으며, 기포 발생에 의해 생성된 압력이 가동 부재 쪽으로 효과적으로 전달될 수 있는 임의의 구조가 될 수 있다.

제23도는 순환 액체 유동 통로를 구성하는 제2 유동 통로에 주어진 목부의 구조를 도시하는 사시도이다.

제24도는 발열 소자 및 순환 시스템의 치수의 예를 도시하거나, 치수 및 형상은 본 예에 제한되지 않음을 유의하라. 반대로 그것들은 형상이 발열 소자의 평면에 대해 수평 방향으로 압력의 해제를 정지시킬 수 있고, 기포 발생 압력을 수직으로 즉시 전달할 수 있고, 기포 형성 액체의 용이한 재충전을 허용하는 한 임의로 정해질 수 있다.

예를 들어, 발열 소자의 폭보다 좁은 부분은 제2 액체 유동 통로의 유출측 및 유입측에서 테이퍼로 형성되어 기포 발생 액체에 재충전을 용이하게 하거나, 제2 액체 유동 통로 내부의 형상이 기포의 형상과 대응하는 타원형으로 만들어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예는 토출 출구에 더 가까운 발열 소자(2)의 단부 근처 및 대향 단부 근처의 제2 액체 유동 통로의 유동 통로 형상이 유동 통로의 다른 부분 보다 좁게 되어 있으므로, 가동 부재에 기포 발생 압력을 전달하는 것이 용이해지고 토출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 제2 액체 유동 통로(16)의 형상은 전술한 구조에 제한 되지 않으며, 기포 발생에 의해 생성된 압력이 가동 부재쪽으로 효과적으로 전달될 수 있는 한 어느 것이나 가능하다.

전술한 목부는 배열 방향으로 좁아지는 목부(19)를 위치시키도록 배열되며, 토출 유동 통로의 시작 단부의 근처 및 종료 단부의 근처에 대응하는 위치에 다수의 기포 발생 유동 통로가 배열되나, 이들은 유동 통로 방향에서 발열 소자 근처의 전후의 위치에 위치될 수도 있다. 목부(19)들 사이의 기포 발생 유동 통로의 길이는 바람직하게는 액체 유동방향의 발열 소자(2)의 길이의 1.5 내지 2배이다. 또한 목부(19)의 좁아지는 정도는 바람직하게는 기포 발생 유동 통로의 폭의 대략1/4 내지 절반이다. 본 실시예에서 이는 10 μm이나, 이는 물론 이 값에 제한되지 않는다. 또한 목부(19)는 전술한 배열 방향에 수직인 방향으로 좁아질 수 있다.

[압력파 흡수 기구]

제2 액체 유동 통로 외측의 순환 통로로의 제2 액체 유동 통로의 기포 발생에 의해 생성된 압력 전달을 억제함으로써 재충전을 용이하게 하기 위한 제2 액체 유동 통로의 상류측의 압력파 흡수 기구를 설명한다.

제25도는 압력파 흡수 기구의 한 예를 도시하는 개략적 단면도이다. 도면에서 화살표는 압력의 전파 방향을 나타낸다. 또한 참조 부호 30은 밸브를 나타내고, 31은 소정의 위치에 위치한 밸브가 고정 단부의 지주에 대해 회전하는 것을 정지시키는 정지부를 나타낸다.

상기 밸브(30) 및 정비부(31)의 재료는 용제에 저항성을 갖는 임의의 재료, 더 자세하게는 밸브(30)는 약간의 응력 저항성을 갖는 재료, 정지부(31)는 밸브에 의한 충격에 대한 충격 저항을 갖는 재료로부터 선택될 수 있다. 이들 재료의 특정 예는 니켈, 금, 알루미늄, 실리콘, 유리, 폴리설폰 및 석영을 포함한다. 또한 이들을 생산하는 방법은 재료 및 형상에 따라 도금, 에칭, 패터닝 등의 적절한 방법으로부터 선택되어야 한다.

밸브 및 정지부가 이 방식으로 제2 액체 순환 시스템에 형성되면, 그들은 발열 소자의 표면에 대해 수평방향의 초과 압력을 흡수할 수 있고, 이는 인접 발열 소자 및 액실 상에의 영향을 정지 시킨다.

제26도는 압력파 흡수 기구의 다른 실시예를 도시하는 개략적 단면도이다. 도면에서 화살표는 압력 전파 방향을 표시한다. 본 실시예의 압력 흡수 기구와 전술한 실시예와의 다른 점은 압력을 흡수하는 가요성 박막(32)이 발열 소자에 대해 제2 액체 유동 통로의 상류측을 부분적으로 덮는다는 점이다. 이 박막의 재료의 특정 예로는 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐플루오라이드 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리비닐 플루오라이드 수지, 테트라플루오로에틸렌 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 고무, 천연 고무, SBR, 티올 고무, 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무 등이 있다.

이 구조는 발열 소자의 표면에 대해 수평 방향으로 과잉 압력을 흡수할 수 있어서 액실 및 인접 발열 소자에의 영향을 제거할 수 있다.

[가동 부재 및 격벽]

제27a도 내지 제27c도 가동 부재(31)의 다른 실시예를 도시한 것으로, 찹고 부호 35는 격벽에 형성된 슬릿을 나타내며, 이 슬릿은 가동 부재를 제공하는 데 유효하다. 제27a도에서, 가동 부재는 직사각형 형상을 하고 있고, 제27b도에서는 가동 부재의 증가된 가동성을 허용하도록 지주측이 좁게 되어 있고, 제27c도에서는 가동 부재의 내구성을 향상시키기 위해 지주측이 넓게 되어 있다. 제22a도에 도시한 바와 같이 지주측을 좁게 하고 만곡시킨 형상으로 하는 것은 운동의 용이성 및 내구성 모두를 만족시키므로 바람직하다. 그러나 가동 부재의 형상은 상술한 예에만 한정되는 것은 아니며, 제2 액체 유동 통로측으로 들어가지 않고 내구성이 높으면서도 운동이 용이하다면 다른 어떤 형상으로 할 수도 있다.

전술한 실시예에 있어서, 핀 또는 박막, 가동 부재(31) 및 이 가동 부재를 구비한 격벽(5)은 두께 5um은 니켈로 만들어지지만, 본 실시예에서는 이에 제한되지 않고 기포 발생 액체 및 토출 액체에 대해 내용성을 가지고, 그 탄성이 가동 부재의 작동을 허용하기에 충분하고 또 필요한 미세 슬릿을 형성할 수 있는 것이라면 어떤 재료도 가능하다.

가동 부재의 재료의 적합한 예는 은, 니켈, 금, 철, 티탄, 알루미늄, 백금, 탄탈, 스텐레스강, 인청동 및 그 합금 등의 내구성 재료나, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌 등의 니트릴 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리아미드 등의 아미드 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리카보네이트 등의 카복실을 갖는 수지 재료, 폴리아세탈 등의 알데히드 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리설폰 등의 설폰 그룹을 갖는 수지 재료, 액정 폴리머 및 그 화학적 화합물 등의 수지 재료, 또는 금,텅스텐, 탄탈, 니켈, 스텐레스 강, 티탄 및 합금 등의 금속과 같은 내구성 금속 재료, 그리고 폴리아미드 등의 아미드 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리아세탈 등의 알데히드 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리에테르 에테르케톤 등의 케톤 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리이미드 등의 이미드 그룹을 갖는 수지 재료, 페놀 수지 등의 히드록실 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리에틸렌 등의 에틸렌 그룹을 갖는 수지 재료, 폴리프로필렌 등의 알킬 그룹을 갖는 수지 재료, 에폭시 수지 재료 등의 에폭시 그룹을 갖는 수지 재료, 멜라민 수지 재료 등의 아미노 그룹을 갖는 수지 재료, 크실렌 수지 재료 등의 메티롤 그룹을 갖는 수지 재료 및 그 화합물 이산화 실리콘 등의 세라믹 재료 또는 그 화합물 등의 금속, 수지 재료로 피복된 재료를 들 수 있다.

격벽 또는 분할벽의 예로서는 고내열성 고내용성 및 고 주조성을 갖는 수지 재료, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 멜라민 수지 재료, 페놀 수지, 에폭시 수지 재료, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리알릴레이트, 폴리이미드, 폴리설폰, 액정 폴리머(LCP), 또는 그 화학적 화합물, 또는 이산화 실리콘, 실리콘 질화물, 니켈, 금, 스텐레스강, 그 합금, 그 화학적 화합물, 또는 티탄이나 금으로 피복된 재료 등 최근의 엔지니어링 플라스틱 수지 재료들을 들 수 있다.

격벽의 두께는 벽으로서의 충분한 강도 및 가동 부재로서의 충분한 동작성의 관점에서 사용된 재료 및 형상에 따라 결정되며, 일반적으로는 약 0.5μm 내지 10μm가 적당하다.

가동 부재(31)를 제공하기 위한 슬릿(35)의 폭은 실시예의 2μm이다. 기포 발생액과 토출액이 다른 재료이고 액체의 혼합을 회피해야 하는 경우에는, 이들 액체 사이의 메니스커스를 형성하도록 간극을 결정하여 이들간의 혼합을 피해야 한다. 예를 들어 기포 발생액의 점도가 약 2cP인 경우에는 토출액의 점성은 100cP 이상이고 약 5μm로 한다. 슬릿은 액체 혼합을 피하기에 충분하지만, 3um 이하가 적합하다.

[소자 기판]

이하에는 액체를 가열하기 위한 발열 소자가 제공된 소자 기판의 구조에 대해 설명하기로 한다.

제28a도 및 제28b도는 본 발명의 실시예의 따른 액체 토출 헤드 종단면도이다. 제28a도는 보호 박막을 가진 헤드를 도시하고, 제28b도는 보호 피막이 없는 헤드를 도시한다.

소자 기판(1) 상에는 홈 부재(50)가 장착되고, 이 부재(50)는 제2 액체 유동 통로(16)와 격벽(30), 제1 액체 유동 통로(14) 및 제1 액체 유동 통로를 구성하는 홈을 갖고 있다.

소자 기판(1)은 알루미늄 등의 패턴화된 배선 전극(0.2 내지 1.0μm 두께의)과 전열 및 열 축적을 위해 실리콘 산화물 박막이나 실리콘 질화물 피막(106) 상에 발열 소자를 구성하며 실리콘 등의 기판(107) 상에 배치되는 하프늄 보로이드(HfB₂), 탄탈 질화물(TaA1)등으로 된 패턴화된 전기 저항층(105)(0.01 내지 0.2μm 두께의)을 구비하고 있다. 전압은 두 개의 배선 전극(104)을 통해 저항층(105에 인가되어 저항층을 통해 전류를 흐르게 하여 발열을 수행한다. 배선 전극 사이에는 두께 0.1 내지 2.0μm의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 보호층이 저항층 상에 제공되며, 또, 탄탈 등의 캐비네이션 방지층(0.1 내지 0.6μm)이 잉크 등의 각종 액체로부터 저항층(105)을 보호하도록 형성된다.

기포 발생 및 함몰시에 발생되는 압력 및 충격파는 비교적 취성이 있는 산화물 피막의 내구성을 해칠 정도로 크다. 따라서 탄탈(Ta) 등의 금속 재료는 캐비테이션 방지층으로서 사용된다.

보호층은 액체, 액체 유동 통로 구조 및 저항 재료의 조합에 따라서는 생략할 수도 있다. 이런 예가 제28(b)도에 도시되어 있다. 보호층을 요하지 않는 저항층 재료로는 이리듐-탄탈-알루미늄 합금 등을 포함한다.

이리하여, 전술한 실시예의 발열 소자의 구조는 저항층(발열부)만 포함할 수도 있고 저항층을 보호하는 보호층까지 포함할 수도 있다.

본 실시예에서 발열 소자는 전기 신호에 응답하여 발열하는 저항층을 갖는 발열부를 갖고 있다. 이는 제한적인 것은 아니며, 토출 액체를 토출하기에 충분한 기포가 기포 발생액에서 발생된다면 충분하다. 예를 들어, 발열부는 레이저 등의 광을 수신할 때 열을 발생하는 광열 변환기나 고주파 수신시에 열을 발생하는 형태의 것으로 할 수도 있다.

소자 기판(1)상에는 저항층에 전기 신호를 인가하기 위한 배선 전극(104)에 의해 구성된 발열부를 구성하는 전기 열 변환체 및 저항층(105) 이외에, 전기 열 변환체 소자를 선택적으로 구동하기 위한 트랜지스터, 다이오드, 랫치, 시프트 레지스터 등의 기능 소자를 일체로 내장시킬 수도 있다.

상술한 소자 기판(1) 상의 전기 열 변환체의 발열부를 구동함으로써 액체를 토출하기 위해, 저항층(105)은 제29도에 도시한 구형파를 배선 전극(104)을 통해 인가하여 전극 사이의 저항층 (105)내의 순간적 발열을 일으킨다.

전술한 실시예의 헤드의 경우에, 인가된 에너지는 24V의 전압, 7μsec의 펄스, 150mA의 전류 및 6kHz의 주파수를 가지고 발열 소자를 구동하여, 액체 잉크가 상술한 공정을 거쳐서 토출 출구를 통해 토출된다. 그러나 구동 신호 조건은 이에 한하지 않으며, 기포 발생 액체가 적당히 기포 발생 능력을 가지고 있다면 어떤 조건도 좋다.

[2 유동 통로 구조를 갖는 헤드 구조]

이하에는 제1 및 제2 액체 유동 통로 내에 서로 다른 액채가 각각 공급되고 부품 개수를 감출할 수 있어서 제조 비용이 저감되는 액체 토출 헤드의 구조에 대해 설명하기로 한다.

제30도는 액체 토출 헤드의 개략도이다. 전술한 실시예에서와 동일한 부호는 대응하는 기능을 갖는 소자에 대해 부여한 것이며 그 상세한 설명은 설명을 간단히 하기 위해 생략하였다.

본 실시예에서, 홈 부재(50)는 토출 출구(18)와 복수개의 제1 액체 유동 통로(14)를 구성하는 복수개의 홈과 복수개의 액체 유동 통로(14)에 액체 (토출 액체)를 공급하기 위한 제1 공통 액실(15)을 구성하는 요홈을 갖고 있다.

격벽(30)은 제1 액체 유동 통로(14)를 형성하는 홈 부재(50)의 저부에 장착되어 있다. 이런 홈 부재(50)는 상부 위치로부터 제1 공통 액실(15)까지 연장되는 제1 액체 공급 통로(20)를 갖고 있다. 홈 부재(50)는 또 상부 위치로부터 격벽(30)을 통해 제2 공통 액실(17) 까지 연장되는 제2 액체 공급 통로(21)와 각 제2 액체 통로를 통해 액체가 순환되는 액체 유출 통로(28)(제30도에는 도시하지 않음)를 구비하고 있다.

제30도에 화살표 C로 도시한 바와 같이, 제1 액체(토출 액체)는 제1 공통 액실(15) 및 제1 액체 공급 통로(20)를 통해 제1 액체 유동 통로(14)로 공급되고 제2 액체(기포 발생 액체)는 제30도에 화살표 D로 표시한 바와 같이 제2 액체 공급 통로(21)와 액체 유출 통로(29)를 통하여 제2 액체 유동 통로(16)에 공급된다.

이 실시예에서, 제2 액체 공급 통로(21)와 액체 유출 통로(29)는 제1 액체 공급 통로(20)와 평행 연장되지만 이 실시예에 한정되는 것은 아니며 제1 공통 액실(15)와측의 격벽(30)을 통해 액체 유출 통로(29)에 액체가 공급되는 것이라면 어떤 것이 라도 좋다.

제2 액체 공급 통로(21) 및 액체 유출 통로의 두께(직경)는 제2 액체의 공급량을 고려하여 결정된다. 그 구성은 원형 또는 둥근 형상으로 제한되는 것은 아니며 직사각형 등도 가능하다.

이 성형 방법에 대해서, 제31도에 분해 사시도로서 도시한 바와 같이 공통 액실 프레임과 제2 액체 통로벽은 건식 박막과, 격벽이 고정된 홈 부재(50)와 소자 기판(1)의 조합은 접착되어 제2 공통 액실(17)과 제2 액체 유동 통로(16)를 형성한다.

본 실시예에서, 소자 기판(1)은 막 비등을 통해 기포 발생 액체로부터 기포 발생을 위한 발열을 하는 발열 소자로서 복수개의 전기 열 변화체 소자를 가진 알루미늄 등의 금속으로 된지지 부재(70)를 제공함으로써 구성된다.

소자 기판(1) 상방에는 제2 액체 통로벽에 의해 형성된 액체 유동 통로(16)를 구성하는 복수개의 홈과, 기포 발생 액체 통로에 기포 발생 액체를 공급하기 위한 복수개의 기포 발생 액체 유동 통로와 유체 연통하는 제2 공통 액실(공통 기포 발생 액실)(17)을 구성하는 요홈과, 가동벽(31)을 갖는 분리 또는 분할벽(30)이 배치된다.

참고 부호 50으로 표시한 것은 홈 부재이다. 홈 부재에는 격벽(30)이 부착되는 토출 액체 유동 통로(제1 액체 유동 통로)(14)를 구성하는 홈과, 토출 액체 유동 통로에 토출 액체를 공급하는 제1 공통 액실(공통 토출 액실)(15)을 구성하는 요홈과, 제1 공통 액실에 토출 액체를 공급하는 제1 공급 통로(토출 액체 공급 통로)(20) 및 제2 공급 통로(기포 발생 액체 공급 통로)(21)에 기포 발생 액체를 공급하는 제2 공급 통로(기포 발생 액체 공급 통로)(21)가 제공된다. 제2 공급 통로(21)는 제1 공통 액실(15)의 외부에 배치된 격벽(30)을 관통하여 제2 공통 액실(17)과 유체 연통하는 유체 연통 통로에 연결되어 있다. 유체 연통 통로를 제공함으로써, 기포 발생 액체는 토출 액체의 혼합 없이 제2 공통 액실(15)에 공급될 수 있다.

소자기판(1), 격벽(30), 홈있는 상판(50)의 위치 관계는 가동 부재(31)가 소자기판(1) 상의 발열 소자에 대응하여 배치되며, 토출 액체 유동 통로(14)는 가동 부재(31)에 대응하여 배치된다. 본 실시예에서 홈 부재에는 제2 공급 통로가 하나만 제공되지만, 공급량에 따라서 복수개 배치할 수도 있다. 토출 액체 공급 통로 (20)의 기포 발생 액체 공급 통로(21)의 유동 통로의 단면적은 공급랴에 비례하여 결정된다. 유동 통로의 단면적을 적절히 함으로써, 홈 부재(50) 등을 구성하는 부품을 소형화할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 제2 액체 유동 통로에 제2 액체를 공급하는 제2 공급 통로와 제1 액체 유동 통로와 액체 유출 통로에 제1 액체를 공급하는 제1 공급 통로는 단일 홈형 상판에 의해 제공되어 부품 개수를 감축하고 나아가서 제조 단계를 감축하고 제조 비용의 감축도 달성할 수 있다.

게다가, 제2 액체 유동 통로와 유체 연통하는 제2 공통 액실에 제2 액체를 공급하는 것은 제1 액체와 제2 액체를 분리하기 위한 격벽을 관통하는 제2 액체 유동 통로를 통해 실행되므로 격벽과 홈 부재와 발열 소자 기판의 접착에는 단일 접착단계 만으로도 충분하게 되어 제조가 용이하고 접착 정밀도가 향산된다.

제2 액체는 격벽을 관통하여 제2 액체 공통 액실에 공급되기 때문에, 제2 액체를 제2 액체 유동 통로에 공급하는 것이 보장되게 되어 공급량은 충분하게 되며 안정된 토출이 달성된다.

[토출 액체 및 기포 발생 액체]

전술한 실시예에서와 같이, 본 발명에 따르면, 상술한 가동 부재를 갖는 구조로 인해 액체를 종래의 액체 토출 헤드 보다 높은 토출력 또는 토출 효율로 배출시킬 수 있다. 기포 발생 액체와 토출 액체에 동일한 액체를 사용하게 되면 액체가 악화되지 않게 되고, 가열로 인한 발열 소자 상의 부착이 저감될 수 있다. 따라서 가역 상태 변화는 가스화 및 응축을 반복함으로써 성취된다. 그래서, 액체가 액체유동 통로, 가동 부재 또는 격벽 등을 악화시키는 것이 아닌 한 각종 액체를 사용할 수 있는 것이다.

이들 액체 중에서 종래의 버블 젯 장치에서 사용된 성분을 갖는 것을 기록 액체로서 사용할 수도 있다.

본 발명의 2 유동 통로 구조를 다른 토출 액체 및 기포 발생 액체로 사용하면 상술한 성질을 가진 기포 발생 액체 특히 예를 들어 메타놀, 에타놀, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-헥산, n-옥탄, 톨루엔, 크실렌, 메틸렌 디클로라이드, 트리클로로에틸렌, 프레온 TF, 프레온 BF, 에틸에테르, 다이옥산, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 물 등과 그 혼합물을 사용할 수 있다.

토출 액체로서, 기포 발생 성질이나 열적 성질의 정도에 주위를 기울이지 않고도 각종 액체를 사용할 수 있다. 기포 발생서이 낮고 및/또는 열로 인한 성능 변화가 용이하게 때문에 통상적으로 사용되지 않던 액체도 사용할 수 있다. 그러나 토출 액체 자체 또는 기포 발생 액체와의 반응에 의해 토출이나 가동 부재 등의 기포 발생 혹은 동작을 방해하지 않게 하는 것이 좋다.

그러나, 토출 액체 자체 또는 기포 발생 액체와의 반응에 의해 토출이나 가동부재 등의 기포 발생 혹은 동작을 방해하지 않게 하는 것이 좋다.

기록 토출 액체로서, 고점도 잉크 등을 사용할 수 있다. 다른 토출 액체로서, 열에 의해 열화되기 쉬운 성질을 가진 다른 토출 액체 약품 및 향수 등을 토출 액체 및 기포 발생 액체 모두에 사용되는 기록 액체로 사용할 수도 있다. 잉크 토출 속도는 증가되지 때문에 액적이 샷 정밀도가 향상되어 상당히 바람직한 회상을 기록할 수 있다.

염료 잉크 점도 2cP

(C.I 푸드 블랙 2) 염료 3wt%

디에틸렌 글리콜 10wt%

티오 디글리콜 5wt%

에타놀 3wt%

물 77 wt%

기록 동작도 기포 발생 액체와 토출 액체용의 액체의 다음과 같은 조합을 이용하여 수행하였다. 결국 종래에 토출이 불가능했던 10수cPs의 액체는 물론, 150cPs 정도의 액체 까지도 적절히 토출되어 고화질 화상을 제공할 수 있었다.

기포 발생 액체 1 :

에타놀 40wt

물 60wt

기포 발생 액체 2 :

물 100wt%

기포 발생 액체 3 :

이소프로필 알콜 10wt%

물 90wt%

토출 액체 1 (점도 약 15cP인 안료) :

카본 블랙 5wt%

스틸렌-아크릴레이트-아크릴레이트 에틸 공중합체

(산소 140 평균 분자량 8000) 1wt%

모노-에타놀 아민 0.25wt%

글리세린 69wt%

티오디글리콜 5wt%

에타놀 3wt%

물 16.75wt%

토출 액체 2 (점도 55cP) :

폴리에틸렌 글리콜 200 100wt%

토출 액체 3 (점도 105cP) :

폴리에틸렌 글리콜 600 100wt%

용이하게 토출되지 않던 액체의 경우에 토출 속도가 저하되므로 토출 방향을 변경하게 되면 샷 정밀도가 악화되면서 기록지 상에 퍼지게 된다. 또, 토출량은 토출 안전성으로 인해 변경되게 되어 고화질 화상의 기록을 방해한다. 그러나 본 실시예에는 기포 발생 액체의 사용으로 충분하고 안정된 기포 발생을 허용하게 된다. 따라서, 액적의 샷 정밀도의 개선 및 잉크 토출량의 안정화를 도모할 수 있게 되어 기록 화상 화질이 현저히 향상된다.

[액체 토출 헤드 카트리지]

이하에는 본 발명의 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 갖는 액체 토출 헤드 카트리지에 대해 설명하기로 한다.

제32도는 상술한 액체 토출 헤드와, 일반적으로 액체 토출 헤드부(200) 및 액체 용기(80)를 포함하는 액체 토출 헤드 카트리지를 구비한 액체 토출 헤드 카트리지의 개략적 분해 사시도이다.

액체 토출 헤드부(200)는 소자 기판(1), 격벽(30), 홈 부재(50), 제한 스프링(78) 액체 공급 부재(90) 및지지 부재(70)를 포함한다.

소자 기판(1)에는 상술한 바와 같이 기포 발생 액체에 열을 공급하기 위한 복수 개의 발열 저항기가 제공된다. 기포 발생 액체 통로는 소자 기판(1)과 가동 벽을 갖는 격벽(30) 사이에 형성된다. 격벽(30)과 홈형 상판(50) 사이의 결합으로 인해 토출 액체와 유체 연통하는 토출 유동 통로(도시 않음)가 형성된다.

제한 스프링(78)은 소자 기판(1) 등을 지지하는 기능을 하고 상기지지 부재(70)에는 소자 기판(1)에 연결되어 거기에 전기 신호를 공급하는 회로 기판(71) 그리고 카트리지를 장치에 정착할 때 장치측부 사이에 전기 신호 전달을 하는 접점 패드(72)를 포함한다.

액체 용기(90)는 액체 토출 헤드에 공급될 잉크 등의 토출 액체와 기포 발생용의 기포 발생 액체를 따로 따로 수용한다. 액체 용기(90)의 외측에는 액체 용기를 액체 토출 헤드에 연결하는 연결 부재와 연결부를 고정하는 고정축(95)을 장착하는 위치 결정부(94)가 제공된다. 토출 액체는 액체 용기의 토출 액체 공급 통로(92)로부터 연결 부재의 공급 통로(81)를 통해 액체 공급 부재(80)의 토출 액체 공급 통로(81)에 공급되며 토출 액체 공급 통로(83)와 부재의 공급부(21)를 통해 제1 공통 액실에 공급된다. 기포 발생액은 액체 용기의 공급 통로(93)로부터 연결 부재의 공급 통로를 통로를 통해 액체 공급 부재(80)의 기포 발생 액체 공급 통로(82)에 마찬가지로 공급되고, 부재의 기포 발생 액체 공급 통로(84, 71, 22)를 통해 제2 액실에 공급된다.

본 실시예에서 액체는 헤드 내에서 순환된다.

이런 액체 토출 헤드 카트리지에서, 기포 발생 액체와 토출 액체가 다른 액체이더라도 액체는 제순서대로 공급된다. 토출 액체와 기포 발생 액체가 동일한 액체인 경우에는 기포 발생 액체용의 공급 통로와 토출 액체용의 공급 통로는 분리시킬 필요가 없다.

액체가 고갈되고 나면 액체 용기에는 각 액체들이 공급될 수 있다. 이 공급을 촉진시키기 위해 액체 용기에는 액체 주입 포트를 제공하는 것이 좋다. 액체 토출 헤드 및 액체 용기는 일체로 불가분하게 하거나 분리 가능하게도 할 수 있다.

[액체 토출 장치]

제33도는 상술한 액체 토출 헤드를 사용한 액체 토출 장치의 개략도이다. 본 실시예에서, 토출 액체 잉크이고 장치는 잉크 토출 기록 장치이다. 액체 토출 장치는 서로 착탈 가능한 액체 용기부(90)와 액체 토출 헤드부(200)로 이루어지는 헤드 카트리지를 장착할 수 있는 캐리지(HC)를 포함한다.캐리지(HC)는 피기록 재료(150)의 폭 방향으로 왕복 가능하며 기록지 등이 피기록 재료 운반 수단에 의해 공급되게 한다.

도시하지 않은 구동 신호 공급 수단으로부터의 캐리지 상에 액체 토출 수단에 공급되면 기록 액체는 신호에 응답하여 액체 토출 헤드로부터 피기록 재료로 토출된다.

본 실시예의 액체 토출 장치는 피기록 재료 운반 수단 및 캐리지를 구동하기 위한 구동원으로서 모터(111), 캐리지, 이 캐리지에 구동원으로부터의 동력을 전달 하기 위한 기어(112, 113) 및 캐리지 축(115)등을 포함된다.장치는 또 헤드에 액체를 순환시키기 위해 헤드로부터의 액체를 수용하는 순환 펌프(114) 및 상기 헤드와 펌프(114)를 연결하는 튜브(115)도 포함한다. 기록 장치 및 이 기록 장치를 이용한 액체 토출 방법에 의하면 각종 피기록 재료에 액체를 토출 하여 양호한 프린트를 얻을 수 있다.

제34도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 헤드를 채택하는 잉크 토출 기록 장치의 일반적 작동을 설명하는 블록 다이어그램이다.

기록 장치는 호스트 컴퓨터(300)로부터 제어 신호 형태로 인쇄 데이터 수신한다. 인쇄 데이터는 인쇄 장치의 입력측 인터페이스(301) 내에 임시 저장되고 동시에 헤드 구동 신호를 공급하기 위한 수단으로서의 역할도 하는 CPU(302)에 입력될 처리 가눙한 데이터로 변환된다. CPU(302)는 CPU(302)에 입력된 상술한 데이터를 ROM(303)에 저장된 제어 프로그램에 따라서 PAM(304)등의 주변 장치를 사용하여 처리함으로써 인쇄 가능한 데이터(화상 데이터)로 처리한다.

또, 화상 데이터를 기록지 상의 적당한 지점에 기록하기 위해 CPU(302)는 화상 데이터와 동시하여 기록지 및 기록 헤드를 이동시키는 구동 모터를 구동하기 위한 구동 데이터를 발생한다. 화상 데이터 및 모터 구동 데이터는 화상을 형성하는 적절한 타이킴으로 제어되는 헤드 구동기(307) 및 모터 구동기(305)를 통해 구동 모터(306)와 헤드(200)에 전달된다. CPU(302)는 액체를 순환하기 위한 구동 신호에 응답하여 펌프 구동기(309)에 액체를 순환하기 위해 펌프를 구동하는 신호를 출력한다.

잉크 등의 액체가 부착되고 상술한 바와 같은 기록 장치에 사용할 수 있는 기록 매체로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 각종 종이 시트, OHP시트, 컴팩트 디스크나 장식판 등의 성형용 플라스틱 재료 직물, 알루미늄이나 동 등의 금속재료, 소등가죽, 돼지, 가죽, 인조 가죽 등의 가죽 재료, 솔리드 우드나 플라이 우드 등의 목재, 대나무 재료 타일 등의 세라믹 재료, 그리고 삼차원 구조의 스폰지 등의 재료 등이 있다.

상술한 기록 장치는 각종 종이나 OHP시트용 인쇄 장치, 컴팩트 디스크 등의 성형용 플라스틱 재료등의 플라스틱 재료용 기록 장치 금속판용 기록 장치, 가죽 재료용 기록 장치, 목재용 기록 장치, 세라믹 재료용 기록 장치, 스폰지 등의 삼차원 피기록 재료용 기록 장치, 직물 상에 화상을 기록하기 위한 직물 인쇄 장치 등의 기록 장치들을 포함한다.

이들 액체 토출 장치에 사용할 액체로서는 채택된 기록 매체 및 기록 조건과 어울리는 한 어떤 액체라도 사용 가능하다.

[기록 시스템]

다음에, 기록 헤드로서 본 발명에 따른 액체 토출 헤드를 사용하여 기록 매체 상에 화상을 기록하는 대표적인 잉크 제트 기록 시스템에 대해 설명하기로 한다.

제35도는 본 발명에 따른 상술한 액체 토출 헤드(201)를 채택한 잉크 제트 기록 시스템의 개략적 사시도로서 그 일반적 구조를 도시한다. 본 실시예에서 액체 토출 헤드는 풀-라인형 헤드이며 기록 매체(150)의 기록 범위를 카버하도록 360dpi의 밀도로 배열된 복수개의 토출 오리피스를 포함하고 있다. 이는, 황색(Y), 자홍색(M), 시안색(C) 및 흑색(BK)의 네 개 색상에 해당하는 네 개의 헤드를 구비하고 있다. 이들 네 개의 헤드는 소정 간격으로 서로 평행하게 홀더(1202)에 의해 고정 지지되어 있다.

이들 헤드는 각 헤드에 구동 신호를 공급하기 위한 수단을 구성하는 헤드 구동기(307)로부터 공급된 신호에 응답하여 구동된다.

네 개의 칼라 잉크(Y, M, C 및 Bk)가각은 잉크 용기(204a, 204b, 204c 또는 204d)로부터 대응 헤드에 공급된다. 참고 부호 204e는 기포 발생액체를 각 헤드로부터 송출시키는 기포 발생 액체 용기를 가리킨다.

각 헤드 하방에는, 스폰지 등으로 구성되는 잉크 흡구 부재를 함유한 헤드 캡(203a, 203b, 203c 또는 203d)이 배치된다. 이들은 대응 헤드의 토출 오리피스를 카버하며 헤드를 보호하고 또 비기록중에 헤드 성능도 유지해 준다.

참고 부호 206은 전술한 실시예에 기술한 바와 같이 각종 기록 매체를 카버하는 수단을 구성하는 콘베이어 벨트를 가리킨다. 콘베이어 벨트(206)는 각종 롤러에 의해 소정 경로를 거쳐 장착되고 모터 구동기(305)에 연결된 구동기 롤러에 의해 구동된다. 액체는 픔프 구동기(309)에 연결된 펌프에 의해 순환된다.

본 실시예의 잉크 제트 기록 시스템은 기록 매체 운반 통로를 따라서 잉크 제트 기록장치의 상하류측에 배치된 전인쇄 처리 장치(251) 및 후인쇄 처리장치(252)를 포함한다. 이런 처리 장치들(251, 252)은 기록 전후에 각종 방법으로 기록 매체를 처리한다.

전인쇄 처리 및 후인쇄 처리는 기록 매체의 타입이나 잉크의 타입에 따라서 변경된다. 예를 들어 금속재료 플라스틱 재료, 세라믹 재료 등으로 구성되는 기록 매체를 채택하는 경우 기록 매체는 인쇄전에 자외선에 노출시켜 그 표면을 활성화 시킨다. 플라스틱 수지재료와 같이 전기적 대전을 얻으려는 피기록 재료에서, 정전기에 의해 표면상에 먼지가 부차하게 된다. 먼지는 소정의 기록을 방해하게 된다. 이 경우에 피기록 재료의 정전기를 제거하기 위해 이온화기를 사용하여 피기록 재료로부터 먼지를 제거한다. 피기록 재료가 직물인 경우에, 번짐방지 및 정착성 등의 향상면에서, 알칼리성 물질, 수용성 물질, 합성 폴리머, 수용성 금속 염, 우레아 또는 티오 우레아 등이 직물에 적용되는 전처리를 수행한다. 전처리는 잉에 한하지 않고 피기록 재료를 적정 온도로 하는 것으로 할 수 있다.

한편, 후처리는 잉크가 묻은 기록재료에 열처리, 자외선 투사를 행하여 잉크의 정착 및 전처리에 사용된 처리 재료를 제거하고 반응이 없는 것을 남기는 세척을 촉진한다.

이하에는 잉크를 공급함에 따라 본 발명의 액체 토출 헤드를 기록 헤드로서 사용할 때 제2액체 유동 통로에 액체를 순환하기 위한 시퀀스를 설명하기로 한다. 제36도 내지 제39b도는 제2 액체 유동통로 내의 액체의 순환 시퀀스의 흐름을 도시한 것이다.

전술한 바와 같이, CUP는 각 구동기를 통해 액체 순환 및 기록 동작용 펌프의 구동제어를 실행한다. 제36도는 기록 장치 본체의 전원이 켜지고 기록을 개시할 때까지 사이의 시퀀스를 도시한 것이다. 전원은 스텝 301에서 켜지고 펌프가 스텝 302에서 켜져서 헤드 내의 제2 액체 유동통로 내의 액체의 상태를 고르게 하깅위해 소정기간 동안 액체를 순환시킨다. 이 때, 펌프의 구동기가 꺼지고(스텝303), 기록 동작이 개시된다(스텝 404), 이 시퀀스는 기록 개시 및 안정된 기록 동작 개시전에 제2 액체 유동통로 내의 액체를 양호한 상태로 할 수 있다.

제37도는 기록과 기록 사이의 대기중인 액체를 순환시키는 시퀀스를 도시한다. 기록신호를 수신하면(스텝 310), 기록이 수행되고(스텝 311, 312), 펌프가 켜져서 (스텝 313) 소정 기간동안 액체의 순환이 실행된다(스텝 314). 차후의 기록은 이런 방법으로 기록하기 위해 대기중인 액체를 순환기켜서 더욱 양호하게 수행될 수 있다.

제38도는 기록 종료후에(스텝 320) 소정기간 동안 액체를 순환시켜(스텝 321, 322) 상술한 바와 마찬가지 효과를 얻는 시퀀스를 도시한 것이다. 제39a도 및 제39b도는 기록 동작중에 액체를 순환시키는 시퀀스를 도시한 것이다. 제39a도는 기록 신호 수신(스텝 340)과 기록 개시(스텝 342) 사이에 펌프가 켜져서(스텝 341) 제2 액체 유동통로 내에서 액체를 순환시켜(스텝 343) 기록을 수행하고 펌프 작동이 종료되는(스텝 344) 시퀀스를 도시한다.

한편, 제39b도는 기록 신호의 수신(스텝 351) 이전에 펌프를 동작시키고(스텝 350) 액체를 순환시킴으로써 기록을 수행하는(스텝 353) 시퀀스를 도시한다.

이런 방법으로 기록중에 액체 유동 통로내의 액체를 순환시킴으로써, 기록 중에 발생된 열을 받는 액체가 차례로 바뀔 수 있고 상술한 바와 같은 효과를 얻어진다.

액체의 유량 및 유속은 각 시퀀스에서 가변 설정을 할 수 있다.

[헤드 키트]

이하에는 본 발명에 따른 액체 토출 헤드를 포함하는 헤드 키트에 대해 설명하기로 한다. 제40도는 이런 헤드 키트의 개략도이다. 이 헤드 키트는 헤드 키트 패키지(501)의 형태이며, 잉크를 토출하는 잉크 토출부(511), 잉크 용기(520) 즉 헤드로부터 분리 가능하거나 분리 불가능한 액체 용기, 잉크 용기(520) 내에 충전될 잉크를 유지하는 잉크 충전 수단(530)을 구비한 본 발명에 따른 헤드(510)를 포함한다.

잉크 용기(520) 내의 잉크가 완전히 고갈된 후에, 잉크 충전 수단(530)의 선단(531)(피하 주사바늘 등의 형태의)이 잉크 용기 내의 공기 배기구(521)에 삽입된다. 잉크 용기 및 헤드 사이의 결합부나 잉크 용기 벽을 통해 천공된 구멍 및 잉크 충전수단 내의 잉크는 이 선단(531)을 통해 잉크 용기 내로 충전된다.

액체 토출 헤드, 잉크 용기, 잉크 충전수단 등을 키트 패키지 내에 수용된 키트 형태로 얻을 수 있으면, 잉크는 상술한 바와 같이 잉크 고갈된 잉크 용기 내로 용이하게 충전될 수 있으므로 기록을 신속히 재개할 수 있다.

본 실시예에서, 헤드 키트는 잉크 충전수단을 포함한다. 그러나, 헤드 키트가 잉크 충전 수단을 구비해야만 하는 것은 아니며, 키트 잉크가 충전된 교환 가능한 형태의 잉크 용기 및 헤드를 포함하는 형태일 수도 있다.

제40도는 잉크 용기에 인쇄 잉크를 충전하기 위한 잉크 충전 수단만 포함하고, 헤드 키트는 인쇄 잉크 재충전 수단에다가 기포 발생 잉크 용기에 기포 발생 액체를 충전하는 수단을 포함할 수도 있다.

이제까지 본 발명을 그 상세한 구조에 대해 설명하였지만, 상술한 세부 사항에 한정되는 것은 아니며, 본 출원은 개선을 목적으로 하고 이하 청구 범윙의 범주 안에 드는 한 각종 변경이나 변형에 까지도 포함하는 것이다.

상술한 바와 같이, 기포 발생에 의해 자유 단부 및 기포발생 영역 내의 액체를 유동시키는 안내 통로를 가진 가동 부재를 변위시키는 헤드 구조를 제공함으로써 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 토출 효과가 향상되고 가동 부재 및 발열 소자의 내구성이 상당히 개선된다. 또, 본 발명은 종래의 버블젯 기술에서 달성하지 못했던 응답 주파수 및 안정성의 향상이 이루어진다. 또 본 발명은 유동 통로내의 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 효과와 액체의 토출의 신뢰성 향상의 효과를 얻을 수 있다.

이들 효과는 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 낭비하지 않고 성취할 수 있으므로 운전 비용이 크게 절감된다.

상술한 효과 이외에도, 가동 부재를 사용하는 신규한 토출 원리를 기초로 한 본 발명에 따른 액체토출 방법, 헤드 등은 기포 발생과 가동 부재의 변위의 상승 효과를 얻어서 토출 출구 근처의 액체를 효과적으로 토출하여 종래의 버블젯 방법에서의 토출 방법, 헤드 등에 비해 토출 효율을 향사시킬 수 있게 된다.

본 발명의 특성 구조로 인해, 저온이나 저습시에 장기간 보관하더라도 토출 불량을 방지할 수 있고 심지어 토출 불량이 발생하더라도 헤드는 예비 토출이나 흡입 회복 처리 마으로 정상 조건으로 단숨에 복귀될 수 있게 된다. 이런 잇점을 가지고 본 발명은 회복 시간 및 회복으로 인한 액체의 손실을 경감할 수 있어서 운전 비용을 크게 저감시킨다.

특히 본 발명의 구조는 연속 토출시에 응답성, 기포 성장 안전성 액적의 안전성,이 향상으로 인한 재충전 특성을 향상하게 되어 고속 액체 토출에 의한 고화질 기록이 가능해진다.

두 개의 유동 통로 구조의 헤드에서, 적용된 기포 발생 액체는 기포를 발생하기 쉬운 액체 또는 발열 소자 상에 부착물(스코칭 등)을 형성하기 쉬운 액체이기 때문에, 토출 액체의 선택의 자유도가 상승된다. 기포를 발생하기 쉬운 액체이기 때문에 토출 액체의 선택의 자유도가 상승된다. 기포를 발생하기 쉬운 고점성 액체와 발열 소자 상에 부착물을 형성하기 쉬운 액체 등에 대해 종래의 버블젯 토출 방법에서 토출이 불가능했지만 본 발명의 두 유동 통로 구조의 헤드는 액체 토출이 야호함을 확인할 수 있었다.

또, 두 개의 유동 통로 구조로 된 헤드는 액체 상에 가해지는 열로 인해 부정적 효과를 내지 않고 열 등에 약한 액체를 토출할 수 있었다.

본 발명의 액체 토출 헤드를 기록을 위해 액체 토출 기록 헤드로서 사용하게 되면 고화질 기록도 성취할 수 있다.

액체 토출 장치, 기록 시스템 등에 본 발명의 액체 토출 헤드를 사용하게 되면 액체으 토출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명으 카트리지나 헤드 키트를 사용하게 되면 헤드의 사용 또는 재산용이 용이하게 성취될 수 있다.

Claims (84)

1. 기포 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동통로 내에 수요됨-와, 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제1 액체 유동 통로내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체유동 통로 내의 상기 액체 내에 기포를 발생시키기 위해 상기 제2 액체 유동 통로내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고 상기 발열 소자에 대향 배치되며, 상기 발열 소자가 구동될 때 발생된 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동통로의 측부로 변위되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2액체 유동 통로 내의 상기 발열 소자 상방의 액체를 제거하고 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드
2. 제1항에 있어서, 상기 안내 통로의 일부의 단면적은 상기 제1 액체 유동 통로의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로가 복수개 제공되어 있고, 상기 제2 액체 유동 통로의 한 단부는 다른 제2 액체 유동 통로와 유체 연통하고 상기 제2 액체 유동 통로의 다른 단부는 또 다른 제2 액체 유동 통로와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로가 복수개 제공되어 있고, 상기 안내 통로는 상기 각 제2 액체 유동 통로와 함께 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 유동시키는 강제 유동 수단이 상기 안내 통로의 일부에 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
6. 제5항에 있어서, 상기 강제 유동 수단은 펌프인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
7. 제1항에 있어서 열 변환 수단이 상기 안내 통로에 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
8. 제7항에 있어서, 열 변환 수단은 열을 방사하기 위해 상기 안내 통로 내에서 유동하는 액체와 만나는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
9. 제7항에 있어서, 상기 열 변환 수단은 가열을 위해 상기 안내 통로 내에서 유동하는 액체와 만나는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
10. 제1항에 있어서, 막 비등에 의해 형성된 기포와는 다른 기포를 저장하는 기포 저장소가 상시 안내 통로에 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
11. 제10항에 있어서, 상기 기포 저장소가 복수개의 구멍을 가진 필터부를 구비하고, 상기 안내 통로의 적어도 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
12. 제1항에 있어서, 상기 액체를 공급하는 공급부가 상기 안내 통로에 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
13. 제1항에 있어서, 상기 액체는 상기 가동 부재의 변위에 의해 토출 출구를 향한 방향으로 상류측 보다는 하류측에서 상기 기포를 더욱 팽창시켜 토출되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
14. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로는 상기 발열 소자의 상류측에서 거의 편평하거나 완만하게 경사진 내벽을 갖는 액체 유동 통로이며 상기 액체는 내벽을 따라 상기 발열 소자 상방으로 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
15. 제1항 있어서, 상기 가동 부재는 판형으로 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
16. 제15항에 있어서, 상기 가동 부재는 상기 제1 유동 통로와 제2 유동 통로 사이에 배치된 격벽의 일부로 구성된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
17. 제16항에 있어서, 상기 격벽은 금속 재료, 수지 재료 또는 세라믹 재료로 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
18. 제1항에 있어서, 복수개의 상기 제1 액체 유동 통로에 제1 액체를 공급하기 위한 제1 공통 액실과 복수개의 상기 제2 액체 유동 통로에 제2 액체를 공급하기 위한 제2 공통 액실도 구비한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
19. 제1항에 있어서, 상기 기포는 상기 액체에 상기 발열 소자에 의해 발생된 열을 전달하여 일어난는 막 비등 현상에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
20. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내에 서 기포가 발생할 때 압력이 안내 통로로 전달되지 못하게 제한하기 위한 압력 흡수 기구를 포함하며 상기 압력 흡수 기구는 상기 제2 액체 유동 통로 내에 배치된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
21. 제20항에 있어서, 상기 압력 흡수 기구는 밸브 및 상기 밸브의 회전을 조절하기 위한 조절부를 구비한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
22. 제20항에 있어서, 상기 압력 흡수 기구는 가요성 막으로 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
23. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로와 상기 안내 통로 사이에 목부도 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
24. 제1항에 있어서, 상기 제1 액체 유동 통로에 공급된 액체는 상기 제2 액체 유동 통로에 공급된 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
25. 제1항에 있어서, 상기 제1 액체 유동 통로에 공급된 액체는 상기 제2 액체 유동 통로에 공급된 액체와 다른 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
26. 제1항에 있어서, 상기 발열 소자는 전기 신호를 수신할 때 열을 발생하기 위한 발열 저항기이며, 상기 발열 저항기는 소자 기판 상에 배치된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
27. 제26항에 있어서, 상기 소자 기판에는 상기 발열 저항기에 전기 신호를 전달하기 위한 배성과 상기 발열 저항기에 전기 신호를 선택저으로 공급하기 위한 기능 소자가 제공된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
28. 제1항에 있어서, 상기 제2 유동 통로는 상기 발열 소자의 목부 상류 및 하류를 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
29. 제1항에 있어서, 상기 발열 소자의 표면과 상기 가동 부재 사이의 거리는 30μm이하인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
30. 제1항에 있어서, 상기 토출 출구를 통해 토출된 액체는 잉크인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
31. 제30항에 있어서, 상기 잉크는 상기 제1 액체 유동 통로에 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
32. 액체를 토출하기 위한 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 에너지 발생 수단은 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와 에너지 발생 수단 및 공급 통로가 제공되 제2 액체 유동 통로-상기 에너지 발생 수단은 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체 내에 기포를 발생시키고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 에너지 발생 수단을 따르는 방향으로 상기 에너지 발생 수단의 상류측으로부터 상기 에너지 발생 수단의 상방으로 공급함-와 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고, 상기 에너지 발생 수단의 기포 발생 영역에 대향 배치되며, 상기 기포의 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자상의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
33. 막비등에 의해 발생된 기포를 기초로 하여 토출 출구를 통해 액적을 토출하는 액적 토출 헤드에 있어서, 토출 출구, 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 기포 발생 영역 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 기포 발생 영역의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 상이에 배치되고 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공되고 액적을 토출하도록 직접 작용하는 압력 성분을 가진 기포부에 의해 적어도 변위 가능한 자유 단부를 구비하고, 상기 압력 성분을 갖는 상기 기포부를 변위함으로써 상기 토출 출구를 향해 안내하는 가동 부재와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 상기 발열 소자 상의 액체를 제거하고, 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
34. 제33항에 있어서, 상기 액적은, 상기 가동 부재의 변위에 의해 토출 출구를 향해 상기 기포를 상류측 보다는 하류측에서 더욱 팽창시켜서 토출되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
35. 기포 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 있어서, 토출 출구, 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제1 액제 유동 통로 내의 액체를 상기 토출 출구를 통해 토출하도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체 내에 기포를 발생시키기 위해 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고, 상기 발열 소자에 대향 배치되며, 상기 발열 소자가 구동될 때 발생된 압력을 기초로 하여 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위되고, 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 발열 소자 상의 액체를 제거하고 상기 액체의 제거시에 상기 공급 통로로부터 새로운 액체를 공급하는 안내 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
36. 기포의 발생에 의해 액체를 토출하는 액체 토출 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체에서 기포를 발생시키도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고 발열 소자와 대향 배치되며 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재를 포함하는 헤드를 사용하는 단계와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자 상의 액체가 제거되게 하고, 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계와 상기 발열 소자가 구동될 때에 발생된 압력을 기초로 하여 상기 가동 부재를 상기 제1 액체 유동 통로의 측부로 변위시킴으로써, 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 토출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
37. 막비등에 의해 발생된 기포를 기초로 하여 토출 출구를 통해 액적을 토출하는 액체 토출 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 기포 발생 영역 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통해 상기 기포 발생 영역으로부터 상기 기포 발생 영역의 상방으로 공급함-와, 상기 기포 발생 영역과 대향된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드를 사용하는 단계와 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공되고 액적을 토출하도록 직접 작용하는 압력 성분을 가진 기포부에 의해 적어도 변위 가능한 자유 단부를 구비하고, 상기 압력 성분을 갖는 기포의 상기 기포부를 상기 토출 출구를 향해 안내하는 가동 부재를 변위시키는 단계와, 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자 상의 액체가 제거되게 하고, 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계를 포함하는 것을 특지으로 하는 액체 토출 방법.
38. 제37항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체는 순환되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
39. 제38항에 있어서, 복수개의 상기 제1 액체 유동 통로는 복수개의 상기 제2 액체 유동 통로와 쌍을 이루고 복수개의 상기 제2 유동 통로는 서로 직력 연결되고, 상기 액체는 상기 제2 액체 유동 통로 내에서 순서대로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
40. 제38항에 있어서, 복수개의 상기 제1 액체 유동 통로는 복수개의 상기 제2 액체 유동 통로와 쌍을 이루고, 복수개의 상기 제2 유동 통로는 서로 병렬 연결되고 상기 액체는 상기 제2 액체 유동 통로 내에서 평행하게 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
41. 제37항에 있어서, 상기 발열 소자는 상기 가동 부재에 대항하는 위치에 배치되고 상기 가동 부재와 상기 발열 소자 사이의 영역은 상기 기포 발생 영역인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
42. 제36항에 있어서, 발생된 기포의 일부는 상기 가동 부재의 변위됨에 따라 상기 제1 액체 유동 통로 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
43. 제36항에 있어서, 상기 액체는 상기 가동 부재를 변위시켜 토출 출구를 향해 상류측 보다는 하류측에서 기포를 더욱 팽창시켜서 토출되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
44. 제41항에 있어서, 상기 기포는 상기 액체에 발열 소자에 의해 발생된 열을 전달 함으로써 발생된 막비등 현상에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
45. 제41항에 있어서, 상기 액체는 상기 발열 소자의 상류측 상의 거의 편평하거나 와만하기 경사진 내벽을 따라 상기 발열 소자 상방으로 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
46. 제37항에 있어서, 상기 제1 액체 유동 통로에 공급된 액체는 상기 제2 액체 유동 통로에 공급된 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
47. 제37항에 있어서, 상기 제1 액체 유동 통로에 공급된 액체는 상기 제2 액체 유동 통로에 공급된 액체와 다른 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
48. 제37항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로에 공급된 액체는 상기 제1 액체 유동 통로에 공급된 액체 보다 저점성, 낮은 기포 발생성, 낮은 열 안전성 중 적어도 하나의 성질 면에서 우수한 액체인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
49. 제37항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체는 기록 동작 중 도는 비기록 동작 중에 유동하도록 되어 있는 특징으로 하는 액체 토출 방법.
50. 기록을 실행하기 위해 기포의 발생에 의해 토출 출구를 통해 기록 액체를 토출하는 액체 토출 기록 방법에 있어서, 토출 출구 및 토출 출구의 상류측 영역에 제공된 액실과 직접 유체 연통하는 제1 액체 유동 통로-상기 액체는 상류측 영역으로부터 상기 제1 액체 유동 통로 내에 수용됨-와, 발열 소자 및 공급 통로를 갖는 제2 액체 유동 통로-상기 발열 소자는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 상기 액체에서 기포를 발생시키도록 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체에 열을 가하고 상기 공급 통로는 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체를 상류측 영역으로부터 상기 제2 액체 유동 통로를 통하여 상기 발열 소자를 따르는 방향으로 상기 발열 소자의 상류측으로부터 상기 발열 소자의 상방으로 공급함-와, 상기 제1 및 제2 액체 유동 통로 사이에 배치되고 발열 소자와 대향 배치되며 지주와 상기 지주로부터 하류측에 제공된 자유 단부를 갖는 가동 부재를 포함하는 헤드를 사용하는 단계와 상기 제1 액체 유동 통로로부터 분리된 상기 제2 액체 유동 통로의 발열 소자상의 액체가 제거되게 하고 상기 액체의 제거시에 새로운 액체가 상기 공급 통로로부터 공급되게 하는 단계와 상기 발열 소자가 구동될 때에 발생된 압력을 기초로 하여 상기 가동 부재를 상기 제1 액체 유동 통로의 측부도 변위시킴으로써 상기 제1 액체 유동 통로 내의 액체를 토출시키는 단계를 포함하는 것ㅇ르 특징으로 하는 액체 토출 기록 방법.
51. 헤드 카트리지에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와, 상기 액체 토출 헤드에 공급될 액체를 보유하는 액체 용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지.
52. 제51항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는 상기 액체 용기로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지.
53. 제51항에 있어서, 상기 액체는 상기 액체 용기 내에 재충전되는 것을 특징으로하는 헤드 카트리지.
54. 헤드 카트리지에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와 제1 액체 유동 통로에 공급될 제1 액체와 제2 액체 유동 통로에 공급될 제2 액체를 보유하는 액체 용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지.
55. 제1항에 있어서, 상기 액체는 상기 액체 용기내에 충전되는 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지.
56. 제54항에 있어서, 상기 액체는 상기 액체 용기내에 충전되는 것을 특징으로 하는 헤드 카트리지
57. 기포 발생에 의해 기록 액체를 토출하는 액체 토출 장치에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와 상기 액체 토출 헤드로부터 액체를 토출하기 위한 구동 신호를 공급하는 구동 신호 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
58. 제57항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드의 상기 제2 액체 유동 통로에 유체를 순환기 위한 순환 통로도 구비한 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
59. 제57항에 있어서, 상기 순환 통로 내에서 유체가 유동하게 하는 강제 유동 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
60. 제57항에 있어서, 잉크가 상기 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록지 직물 플라스틱 수지 재료 금속 목재 또는 가죽에 부착됨으로써 그 위에 기록을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
61. 제57항에 있어서, 색상이 다른 복수개의 기록 액체가 상기 액체 토출 헤드로부터 토출됨으로써 색상이 다른 상기 기록 액체가 기록 매체 상에 부착되어 칼라 기록을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
62. 제57항에 있어서, 복수개의 상기 토출 출구는 기록 매체의 기록 가능 영역의 전체 폭에 걸쳐 배치된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
63. 제57항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체는 기록중 또는 비기록 중에 유동하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
64. 기록 시스템에 있어서, 제57항에 기재된 액체 토출 장치와 기록 후에 피기록 재료 상의 액체의 정착을 촉진하는 전처리 장치 또는 후처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 시스템.
65. 기포의 발생에 의해 기록 액체를 토출하는 액체 토출 장치에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와 상기 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하기 위한 기록 매체를 운반하기 위한 기록 매체 운반 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
66. 제65항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드의 상기 제2 액체 유동 통로로 액체를 순환시키는 순환 통로도 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 자치.
67. 제65항에 있어서, 상기 액체가 상기 순환 통로 내에서 유동하게 하는 강제 유동 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
68. 제57항에 있어서, 상기 잉크는 상기 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록지 상에 부착됨으로써 그 위에 기록을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
69. 제65항에 있어서, 상기 잉크는 상기 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록지 상에 부착됨으로써 그 위에 기록을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
70. 제65항에 있어서, 상기 기록 액체가 상기 액체 토출 헤드로부터 토출되어 상기 기록지, 직물, 플라스틱 수지 재료, 금속, 목재 또는 가죽에 부착됨으로써 그 위에 기록을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
71. 제65항에 있어서, 색상이 다른 복수개의 기록 액체가 상기 액체 토출 헤드로부터 토출되어 색상이 다른 상기 기록 액체들이 기록 매체 상에 부착되어 그 위에 기록을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
72. 제65항에 있어서, 복수개의 상기 토출 출구가 기록 매체의 기록 가능 영역의 전체 폭에 걸쳐 배치된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
73. 65항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 통로 내의 액체는 기록 동작 중 또는 비기록 동작 중에 유동하도록 된 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
74. 기록 시스템에 있어서, 제65항에 기재된 액체 토출 장치와 기록 후에 기록 매체 상의 액체의 정착을 촉진하는 전처리 장치 또는 후처지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 시스템.
75. 헤드키트에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와 상기 액체 토출 헤드에 공급될 액체를 수용하는 액체 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 키트.
76. 제75항에 있어서, 상기 액체는 기록용 잉크인 것을 특징으로 하는 헤드 키트.
77. 헤드 키트에 있어서, 제1항 제33항 및 제34항 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출 헤드와 상기 액체 토출 헤드에 공급될 액체를 수용하는 액체 용기와 상기 액체 용기에 액체를 충전하기 위한 액체 충전 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 헤드 키트.
78. 제1항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
79. 제32항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
80. 제33항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
81. 제35항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
82. 제36항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
83. 제37항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
84. 제50항에 있어서, 제1 액체 유동 통로 내의 액체는 제2 액체 유동 통로 내의 액체와 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 기록 방법.