KR100394920B1

KR100394920B1 - 액체 배출 헤드 및 액체 배출 장치

Info

Publication number: KR100394920B1
Application number: KR10-1999-0023197A
Authority: KR
Inventors: 요시히라아야; 가시노도시오; 구도기요미쯔; 시마즈사또시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2003-08-19
Also published as: US6217157B1; CN1160193C; AU3580599A; KR20000006314A; CA2275113C; DE69922085T2; DE69922085D1; CA2275113A1; EP0967079B1; EP0967079A3; CN1243065A; EP0967079A2

Abstract

본 발명은, 잉크 젯 기록시에서와 같이 헤드로부터의 잉크 배출을 안정화하기 위해서, 배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르게 되는 배출 액체 유로; 기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르게 되는 기포 발생 액체 유로; 및 상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고, 상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 가지고 있어 상기 모서리부 이외에서는 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포에 의해 변위되는 액체 배출 헤드를 제공한다.

Description

액체 배출 헤드 및 액체 배출 장치{LIQUID DISCHARGING HEAD AND LIQUID DISCHARGING APPARATUS}

본 발명은 예컨대 열 에너지에 의한 기포(bubble) 생성으로 액체(liquid)를 배출하기 위한 액체 배출 헤드 및 액체 배출 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세히는, 기포에 의해 이동하는 가동 분리막을 이용한 액체 배출 헤드 및 액체 배출 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 종이, 방사(yarn), 섬유(fiber), 직물(fabrics), 가죽, 금속, 플라스틱, 유리, 목재(timber), 세라믹(ceramics) 등과 같은 다양한 기록 매체 상에 기록하기 위한 프린터, 인쇄 장치, 통신 시스템을 구비한 팩시밀리 장치, 프린터부를 구비한 워드 프로세서, 및 다양한 프로세싱 장치를 혼합한 방식으로 결합한 산업 기록 장치에 응용가능하다. 본 발명에 있어서, "기록"이라 함은 기록 매체 상에 문자나 그래픽과 같이 의미를 가진 화상을 형성하는 것뿐만 아니라 패턴과 같은 의미를 갖지 않은 화상을 형성하는 것을 의미한다.

상태 변화를 발생시키기 위해 급격한 체적 변화와 관련된 상태 변화를 발생시키기 위해 열 등의 에너지를 잉크와 같은 액체에 제공하여, 그러한 상태 변화에 기초한 작용력으로 그 액체를 배출구를 통하여 배출되게 하여 기록 매체 위로 그 액체를 부착시켜 화상을 형성하는, 공지된 잉크 젯(ink jet) 기록 방법, 소위 버블 젯(bubble jet) 기록 방법이 있다. 상기 버블 젯 기록 방법을 이용한 기록 헤드는, (미국 특허 제4,723,129호에 대응하는) 일본 특허 공보 제61-59911호 및 제61-59914호에 개시되는 바와 같이, 일반적으로 액체 배출 배출구, 배출구로 연통하는 액체 유로(liquid path), 및 액체 유로에 대응하여 배치되고 액체를 배출하기 위해 에너지를 발생하기 위한 에너지 발생 수단으로 사용되는 발열 부재(전열 변환 부재(electrothermal converting member))를 가진다.

상기 기록 방법은 고속, 저음의 수준에서 고화질의 영상을 인쇄할 수 있고, 배출구가 고밀도로 배치되므로 소형의 고해상도의 화상을 인쇄할 수 있으며, 간단한 방법으로 컬러 화상을 얻을 수 있는 등 다양한 방식으로 유리하다. 이러한 이유에서, 버블 젯 기록 방법은 최근 프린터, 인쇄 장치, 팩시밀리 등과 같은 다양한 사무 장치, 및 날염(fabric printing) 장치와 같은 임의의 산업적 응용에서도 이용된다.

한편, 종래의 버블 젯 기록 방법에서는, 발열 부재가 액체에 직접 또는 간접으로 접촉하여 가열하는 것을 반복하기 때문에, 액체가 타면서 발생하는 퇴적물이 발열 부재 표면에 형성될 수 있다. 또한, 배출되는 액체가 열에 인해 쉽게 저화되거나 충분한 기포 발생을 보일 수 없는 경우, 전술한 발열 부재에 의한 기포 형성에 의해 양호한 액체 배출은 달성하지 못할 수 있다.

한편, 일본 특허 공개 공보 제55-81172호는 기포 발생 액체(bubble generating liquid)와 배출 액체를 가소성막(flexible membrane)으로 분리하고 열 에너지로 기포 발생 액체에서 기포를 발생시켜 배출 액체를 배출하는 방법을 제안한다. 제안된 방법의 구성에서, 가소성막 및 기포 발생 액체가 배치되어 가소성막은 노즐(nozzle)의 일부로 제공되지만, 일본 특허 공개 공보 제59-26270호는 전체 헤드를 상부 및 하부로 분리하는 대형막을 이용하는 구성을 개시한다. 액체 유로를 구성하는 2개의 판재(plate member) 사이에 지지되는 상기 대형막이 제공되어 두 액체 유로 내의 액체가 서로 혼합되지 않는다. 또한, 배출 액체의 비등점보다 더 낮은 비등점을 가진 액체를 이용한 일본 특허 공개 공보 제5-229122호에 개시된 구성, 또는 기포 발생 액체과 같은 전기적 도전성의 액체를 이용한 일본 특허 공개 공보 제4-329148호에 개시된 구성과 같이, 기포 발생 특성을 고려하여 기포 발생 액체에 임의의 특성을 주는, 공지된 구성이 있다.

본 발명의 발명자는 가동 분리막의 변위 영역에 관하여 종래 기술에는 알려진 바 없는 신규한 과제를 알아 내었다. 본 발명의 액체 배출 헤드에서, 분리막은 제1 액체 유로 벽 및 제2 액체 유로 벽 사이에 제공되고, 각 액체 유로당 가동 면적은 액체 유로 벽에 의해 제한된다. 따라서 제1 및 제2 액체 유로 벽이 막의 변위를 규정하고 헤드의 특성에 중대한 영향을 끼친다는 것이 확인된다. 그래서, 본 발명자는 유연한(smooth) 막 변위를 얻기 위해 액체 유로벽 대신에 막 자체로 막의 변위를 규정하여 매우 신뢰할 수 있는 액체 배출 특성을 유지하는 것이 중요하다고 결론을 내렸다.

그러므로, 본 발명자는, 분리막의 분리 기능의 효과를 이용하면서, 공급 액체의 종류에 관계없이 액체를 배출하는 내구성 및 안정성에서 매우 우수한 액체 배출 헤드를 제공하기 위해 집중적으로 연구하였다. 그 결과, 본 발명자는 연장하는 것(elongation)에 실질적으로 구속되지 않으면서 오목부를 가진 막에 착안하여, 액체의 배출량에 대응하는 오목부의 변위량을 알아내었다. 그래서, 안정된 배출은, 분리막의 오목부의 변위량에 대응하는 배출량에 따라 오목부의 변위량을 규정함으로써, 공급 액체의 종류에 관계없이 얻을 수 있다는 것을 알아내었다. 또한, 분리막의 내구성은, 상기 오목부가 최대 변위시 연장하거나 수축하지 않는 상기 방식으로 분리막의 오목부의 배출량을 규정함으로써 향상될 수 있다는 것을 알아내었다. 게다가, 배출 액체의 재충전(refilling)은, 오목부가 변위에 대한 에너지를 부여받지 않는 경우 막의 자기 복제력을 이용함으로써 향상될 수 있다는 것을 알아내었다.

다른 관점에서, 다양한 액체가 배출 액체로 사용되는 경우에, 예를 들어 열 에너지에 의해 배출구로부터 배출된 액체의 양은 액체의 종류에 따라 변동한다. 그러한 변동은 액체의 점도 증가와 함께 증가되는 경향이 있다. 그러나, 소정의액체 배출 헤드에서의 배출량을 안정화하는 방법은, 공급 액체의 종류에 따라 배출 에너지를 다양하게 하는 데 있어서 실시하기에 복잡하며 어렵다. 결국, 공급 액체의 종류에 관계없이 안정된 액체 배출을 실현할 수 있으며 간단한 구조로 된 기록 헤드를 제공하는 것이 중요하다.

상기 집중 연구에 의해 성취된 본 발명의 목적은, 액체 방울(droplet)의 효율을 향상시키고, 배출의 안정성 및 내구성에서 우수하며, 배출된 방울의 체적 또는 배출 속도를 안정화하면서 증가시킬 수 있는 신규한 액체 배출 헤드 및 신규한 액체 배출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 배출구에 연통된 배출 액체를 위한 제1 액체 유로, 공급가능하거나 이동가능한 방식으로 기포 발생 액체를 포함한 제2 액체 유로, 및 제1 및 제2 액체 유로를 분리하기 위한 가동 분리막을 구비하고, 배출구의 상류측에서 가동 분리막의 변위 영역을 가진 액체 배출 헤드에서의 배출 효율, 배출 안정성, 및 내구성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출 액체 및 기포 발생 액체가 가동성 막에 의해 분리되는 액체 배출 헤드를 제공하는 것으로, 가동 분리막의 변위는, 기포 발생 압력에 의한 가동성 막의 변위에 의해 배출 액체로 압력이 전달될 때 안정화되어, 우수한 배출 효율, 배출 안정성, 및 재충전 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 우수한 내구성을 가지며 상기 구성으로 된 액체 배출 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 발열 부재 상에 형성된 퇴적물의 양을 감소하고그 위에 열의 영향없이 액체를 효율적으로 배출할 수 있으며 상기 구성으로 된 액체 배출 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출 액체를 선택할 때, 그 점도, 재질(constituent material), 또는 조성(composition)에 관계없이 폭넓게 선택할 수 있는 액체 배출 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가동 분리막의 오목부가 보다 용이하게 변형할 수 있어서 액체 유로 벽의 밀도를 높게 할 수 있는 액체 배출 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르게 되는 배출 액체 유로;

기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르게 되는 기포 발생 액체 유로; 및

상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스(recess)를 구비한 가동 분리막을 포함하고,

상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 가지고 있어 상기 모서리부 이외에서는 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포에 의해 변위되는 액체 배출 헤드를 제공하는 데에 있다..

상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고,

상기 리세스의 정지 상태에서의 체적(V1)과 상기 리세스의 최대 변위시의 체적(V2)는, V2 < V1의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르게 되는 배출 액체 유로; 기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르게 되는 기포 발생 액체 유로; 및 상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고, 상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 가지고 있어 상기 모서리부 이외에서는 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포에 의해 변위되는 액체 배출 헤드; 및

상기 액체 배출 헤드로부터 상기 배출 액체를 수용함으로써 기록을 수행하기 위해 기록 매체를 반송하기 위한 반송 수단을 포함하는 액체 배출 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르게 되는 배출 액체 유로; 기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르게 되는 기포 발생 액체 유로; 및 상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고, 상기 리세스의 정지 상태에서의 체적(V1)과 상기 리세스의 최대 변위시의 체적(V2)는 V2 < V1의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드; 및

본 발명에 따르면, 배출 액체가 공급되는 제1 액체 유로와 배출되지 않는 기포 발생 액체가 공급되는 제2 액체 유로를 분리하기 위한 가동 분리막을 기포 발생 영역에 대향되게 오목부에 설치하고, 이 오목부의 지점(支點)(fulcrum)을 오목부의 초기 상태 및 최대 변위시의 형상을 일정하게 안정화하도록 변위되지 않는 모서리에 위치하도록 결정함으로써, 안정된 액체 배출을 달성할 수 있다.

또한, 정지 상태에서의 오목부의 체적(V1)과 최대 변위시의 체적(V2) 사이의 관계를 V2 < V1으로 유지함으로써, 기포 발생에 의한 압력이 최대 변위시에도 가동 분리막의 연장이나 수축을 일으키지 않고 오목부의 변위에 대해서만 작용하게 함으로써, 안정된 배출 및 내구성의 향상을 실현할 수 있다. 게다가, 기포의 수축으로, 가동 분리막의 오목부가 변위되지 않는 모서리부에 의해 제공된 자기 복귀력에 의해 초기 상태로 즉시 복귀됨으로써, 배출 액체의 재충전을 개선할 수 있다.

더구나, 오목부에는 모서리부와 기저부 사이에 오목부의 기저부보다 두께가 더 얇은 변곡부가 제공되어 있어, 오목부가 더욱 용이하게 변형 가능하게 되고 기포 발생에 의한 압력이 배출구의 측면에서 제1 액체 유로에 더욱 용이하게 전달된다. 따라서, 제1 액체 유로 내의 액체는 기포 발생에 의해 배출구로부터 효율적으로 배출될 수 있다.

더구나, 가동 분리막에 모서리부와 오목부의 기저부 사이에 두께가 얇은 부분을 제공함으로써, 가동 분리막을 더욱 용이하게 변형할 수 있으며 제1 액체 유로 내의 액체를 기포 발생에 의해 배출구로부터 효율적으로 배출할 수 있다. 더구나, 더욱 용이하게 변형 가능한 오목부에는, 액체 배출 헤드가 설치되어 있어 액체 유로의 밀도를 효율적으로 증가사킬 수 있다.

또한, 오목부의 기저부로부터 변곡부까지의 높이(h2)를 발열 부재로부터 오목부의 기저부까지의 높이(h1)과 동일하거나 더 크게 선택함으로써, 기포 발생에 의한 압력이 제2 액체 유로의 상류 및 하류측으로 누출되기 전에 가동 분리막으로 전달된다. 이어서 기포 발생에 의한 압력을 가동 분리막으로 효율적으로 전달함으로써, 배출 효율을 향상시킬 수 있다.

더구나, 기포 발생에 의한 압력은 오목부의 모서리부 간의 거리(W1), 그 기저부의 폭(W2), 및 발열 부재의 폭(WH) 사이에 W1 ≥ WH ≥ W2의 관계를 유지함으로써 오목부의 기저부 전체에 충분히 효율적으로 전달될 수 있다. 또한 W3이 모서리부와 오목부의 기저부 사이에 있는 변곡부 간의 거리일 때, W1 ≥ W3 ≥ WH의 관계를 유지함으로써 오목부의 기저부 전체에 기포 발생에 의한 압력을 효율적으로전달할 수 있게 된다.

또한, 기포 발생에 의한 압력은, S1이 오목부의 모서리부를 접속하여 형성되며 발열 부재를 향하는 방향으로 돌출되어 있는 면적이고, S2가 오목부의 기저부의 면적이고, SH가 발열 부재의 면적일 때, S1 ≥ SH ≥ S2의 관계를 유지함으로써, 오목부의 기저부 전체에 만족스럽게 효율적으로 전달될 수 있다. 또한 S3이 오목부의 모서리부와 기저부 사이에 존재하는 변곡부를 접속하여 형성된 면적일 때 S1 ≥ S3 ≥ SH의 관계를 유지함으로써 기포 발생에 의한 압력을 오목부의 기저부 전체에 더욱 효율적으로 전달할 수 있다.

또한, 제2 액체 유로 내의 액체가 기판에 설치된 안내 유로에서 흐르게 하는 구성을 채용함으로써 기포의 발생이나 소멸시 안내 유로로부터 기포 발생 액체를 공급할 수 있다. 또한 안내 유로의 단면을 조정하여 제2 액체 유로 내에 균일한 압력 밸런스를 성취할 수 있으므로, 가동 분리막의 평행 변위를 더욱 안정되게 할 수 있다. 또한, 전체 액체 유로를 다수의 블럭으로 분할하는 안내 유로를 갖는 구성으로 제2 액체 유로 내에서 균일한 액체의 유동을 가능하게 한다. 또한, 제2 액체 유로의 일부 내에 기포 저장소를 갖는 구성으로 안내 유로를 통해 공급되는 액체로부터 기포를 제거할 수 있게 하여 기포가 감소된 액체를 이용할 수 있게 하므로, 원하는 기포 배출 특성을 더욱 용이하게 성취할 수 있다.

도 1a, 1b, 1c, 1d, 1e 및 1f는 본 발명의 실시예인 액체 배출 헤드의 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e 및 2f는 도 1a 내지 1f에 도시된 가동 분리막의 오목부 부근의 확대된 횡단면도.

도 3은 도 1a 내지 1f와 2a 내지 2f에 도시된 액체 배출의 부분 단면 투시도.

도 4a 및 4b는 각각 초기 상태와 최대 변위 상태인 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막의 오목부를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 5a 및 5b는 각각 초기 상태와 오목부의 최대 변위 상태인 가동 분리막의 오목부의 지점(支點)에서 모서리 부분을 구비하지 않는 참조 예를 도시하는 유사한 도면.

도 6은 본 발명의 액체 배출 헤드의 액체 유로를 도시하는 발열 부재에 평행한 횡단면도.

도 7a 및 7b는 각각 초기 상태와 최대 변위 상태인 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막의 오목부의 체적을 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 확대 횡단면도.

도 8a 및 8b는 후술하는 보호막을 구비한 것과 보호막을 구비하지 않은 본 발명의 액체 배출 헤드의 구성을 도시하는 횡단면도.

도 9는 도 8a 및 8b에 도시된 전기 저항층에 인가된 전압을 도시하는 파형 차트도.

도 10a 및 10b는 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막을 마련하기 위한 공정을 도시하는 도면.

도 11a 및 11b는 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막을 마련하기 위한 다른 공정을 도시하는 도면.

도 12a, 12b, 12c, 12d, 12e 및 12f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 13a, 13b, 13c, 13d, 13e 및 13f는 도 12a 내지 12f에 도시된 가동 분리막의 오목부 부근의 확대된 횡단면도.

도 14는 도 12a 내지 12f 및 13a 내지 13f에 도시된 액체 배출 헤드의 부분 단면 투시도.

도 15a 및 15b는 각각 초기 상태와 최대 변위 상태의 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예에서의 가동 분리막의 오목부를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 16은 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예의 액체 유로를 도시하는 발열 부재와 평행한 횡단면도.

도 17a 및 17b는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예의 가동 분리막을 마련하는 공정을 도시하는 도면.

도 18a, 18b, 18c, 18d 및 18e는 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막의 다른 실시예를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 19a 및 19b는 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막의 다른 실시예를 도시하는 액체 유로에 수직으로 절단한 횡단면도.

도 20a, 20b, 20c, 20d, 20e 및 20f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예의 가동 분리막의 오목부 부근의 확대 횡단면도.

도 21a, 21b, 21c, 21d, 21e 및 21f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 또 다른 실시예의 가동 분리막의 오목부 부근의 확대 횡단면도.

도 22a, 22b, 22c, 22d, 22e 및 22f는 본 발명의 다른 실시예의 가동 분리막 부근의 도 1의 선 22A 내지 22F-22A 내지 22F를 따라 절단한 확대 횡단면도.

도23a, 23b, 23c, 23d, 23e 및 23f는 도 12a 내지 12f에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 배출구 측으로부터 본 가동 분리막 부근의 확대 횡단면도.

도 24a, 24b, 24c, 24d, 24e 및 24f는 도 12a 내지 12f에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 배출구 측으로부터 본 가동 분리막 부근의 확대 횡단면도.

도 25a, 25b, 25c 및 25d는 본 발명의 다른 실시예에서의 발열 부재와 가동 분리막 사이의 위치 관계를 도시하는 도면.

도 26a, 26b, 26c 및 26d는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 발열 부재와 가동 분리막 사이의 위치 관계를 도시하는 도면.

도 27a, 27b, 27c, 27d, 27e 및 27f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 횡단면도.

도 28a, 28b, 28c 및 28d는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예에서의 제2 액체 유로의 예를 도시하는 평면도 및 횡단면도.

도 29는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예의 주요부를 도시하는 횡단면도.

도 30은 도 29에 도시된 액체 배출 헤드의 전체 구조를 도시하는 횡단면도.

도 31은 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시하는 횡단면도.

도 32a는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예의 소자 보드의 평면도, 도 32b는 도 32a에 도시된 보드의 부분 확대도, 도 32c는 또 다른 실시예의 확대 부분 평면도.

도 33은 본 발명의 액체 배출 헤드가 장착된 액체 배출 장치를 구성하는 잉크 젯 기록 장치의 주요부를 도시하는 개략적 전면도.

도 34는 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 액체 배출 장치의 주요부를 도시하는 개략적인 전면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배출구

2 : 발열 부재

3 : 제1 액체 유로

4 : 제2 액체 유로

5 : 가동 분리막

6 : 기포

7 : 기포 발생 영역

8 : 오목부

8a : 모서리부

8b : 기저부

8c : 변곡부

9 : 안내 유로

143 : 제1 공통 액체 챔버

본 발명은 첨부된 도면을 참조로 그 양호한 실시예에 의해 더욱 상세히 설명된다.

도 1a 내지 1f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 실시예를 도시하는 액체 유로를 따라 절단된 횡단면도이고, 도 2a 내지 2f는 도 1a 내지 1f에 도시된 가동 분리막의 오목부 부근의 확대 횡단면도이며, 도 3은 도 1a 내지 1f와 도 2a 내지 2f에 도시된 액체 배출 헤드의 부분 단면 투시도이다.

도 1a 내지 1f에 도시된 것처럼 양호한 실시예에서, 배출구(1)와 연통하는 제1 액체 유로(3)는 제1 공통 액체 챔버(143)으로부터 공급된 제1 액체로 충전되며, 기포 발생 영역(7)을 포함하는 제2 액체 유로(4)는 열 에너지 수신시에 발열 부재(2)에 의해 기포를 생성하는 기포 발생 액체로 충전된다. 제1 액체 유로(3)와 제2 액체 유로(4) 사이에, 제1 및 제2 액체 유로를 상호 분리하기 위한 가동 분리막(5)이 제공된다. 가동 분리막(5)은 기포 발생 영역(7)에 반대되는 부분에 그 지점(支點)에서 모서리 부분(8a)를 갖는 오목부(8)를 구비하여, 제1 액체 유로(3)에서의 연장을 형성한다. 가동 분리막(5)은 오리피스판(orifice plate; 9)에 부착되어 두 액체가 혼합되는 것을 방지한다. 제2 액체 유로(4)에서, 기포 발생 영역(7)은 발열 부재(2)의 돌출된 영역 근처로 구성된다.

도 3에 도시된 것처럼, 발열 부재(2)는 다수의 제2 액체 유로(4)가 발열 부재(2)에 대응하여 각각 제공되는 소자 보드(10) 상에 다수의 유닛 어레이 내에 제공된다. 가동 분리막(5)을 지지하는 지지 부재(11)는 제2 액체 유로(4)를 규정하고 형성하기 위한 벽의 역할을 한다. 가동 분리막(5)은 다수의 오목부(8)를 가지며, 오목부 각각은 발열 부재(2)의 돌출 영역 근처에 있는 기포 발생 영역(7)의 근처에 위치한 기포 발생 영역(7)에 대응한다. 제1 액체 유로(3)는 다수의 유닛내에제공되어, 각각 오목부(8)를 포함한다. 그러나, 도 3에서 제1 액체 유로를 규정하기 위한 벽(28)의 위치는 파선으로 표시된다.

본 발명은 가동 분리막(5)의 움직임에 기초하며, 가동 분리막(5) 자체는 발열 부재(2)의 표면 상에 생성된 기포의 성장에 의해 제1 액체 유로(3)쪽으로 변위되는 오목부(8)를 구비한다.

도 1a 및 2a에 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로(3) 내의 액체는 모세관력에 의해 배출구(1)의 근처로 수축된다. 본 발명의 실시예에서, 배출구(1)는 제1 액체 유로(3)상에서 발열 부재(2)의 돌출 영역에 대해 제1 액체 유로(3)내의 액체 유동 방향으로 하류 위치에 제공된다.

이 상태에서 열 에너지가 발열 부재(2) (본 실시예에서는 40 × 105 ㎛의 열-발생 저항 부재로 구성됨)에 주어지는 경우, 발열 부재(2)는 신속히 가열되어 기포 생성 영역내의 제2 액체와 접촉하는 그 표면은 액체를 가열하고 그 내부의 기포를 생성한다 (도 1b 및 2b). 그러므로 기포(6)는 미국 특허 제4,723,129호에 기재된 것처럼 막 비등 현상(film boiling phenomenon)을 기초로 하여 발열 부재의 전체 영역에 걸쳐 극도로 높은 압력으로 생성된다. 생성된 압력은 제2 액체 유로(4) 내의 제2 액체에서 압력파로서 전송되며 가동 분리막(5) 상에서 활동하는데, 그 오목부(8)는 제1 액체 유로(3)내의 제1 액체의 방출을 초기화하도록 변형된다. 그러나, 오목부(8)의 지점에서 형성된 모서리부(8a)는 그러한 변형에 포함되지 않는다.

발열 부재(2)의 전체 표면 상에 생성된 기포는 막 형태를 가지도록 신속히성장한다 (도 1c 및 2c). 발생 초기 단에서 극도의 고압으로 기포(6)의 팽장은 가동 분리막(5)의 오목부(8)를 더욱 변형되게 하고, 제1 액체 유로(3)내의 제1 액체는 배출구(1)로부터 더욱 배출된다.

그 후 기포(6)가 더 성장하면서, 기포는 막(5)의 모서리부(8a)가 돌출하는 오목구(8)의 중심부가 제1 액체 유로(3)에 진입하는 수준까지 진행된다(도 1d 및 2d).

기포(6)가 그 후 수축을 시작하는 경우, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 변형 이전의 위치로 복귀하기 시작한다 (도 1e 및 2e).

순차적으로, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 비-변형된 모서리부(8a)에 의해 영향을 받는 자기 복귀력에 의해 도 1f 및 2f에 도시된 초기 상태로 신속히 복귀하며, 여기서 제1 액체 유로(3)내의 액체 재충전은 가속된다. 또한, 기포의 소멸로, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 제2 액체 유로(4)로 변위하여, 그 체적을 감소시키고 또한 기포 발생 액체의 재충전량을 감소시키며, 여기서 재충전이 신속히 종료된다. 또한, 오목부(8)의 모서리부(8a)로서 기포 발생에 의한 변위 직후에 반동(rebound) 운동을 억제하는 기능을 가지며, 오목부(8)는 변위 이후의 초기 상태로 신속히 복귀하여, 고속 구동을 가능하도록 한다.

도 4a 및 4b는 각각 초기 상태 및 최대 변위에서의 상태에서 본 발명의 액체 배출 헤드의 가동 분리막(5)의 오목부(8)를 도시하는 액체 유로를 따라 절단한 확대 횡단면도이며, 도 5a 및 5b는 각각 초기 상태 및 오목부의 최대 변위 상태에서 가동 분리막(5)의 오목부(8)의 지점에서의 모서리부를 구비하지 않은 참조예를 도시하는 유사한 도면이며, 도 6은 본 발명의 액체 배출 헤드의 액체 유로를 도시하는 발열 부재에 평행한 횡단면도이다.

오목부의 지점(26)이 도 5a 및 5b에 도시된 것과 같은 모서리부를 가지지 않고 오목부의 기저부(27)가 도 5b에 도시된 것과 같은 최대 변위에서 반전된 형태를 가지는 경우, 오목부는 변곡점과 같은 지점(26)으로 변형된다.

반면에, 오목부의 지점이 모서리부(8a)를 갖는 경우에, 그러한 모서리부(8a)는 도 4a에 도시된 초기 상태에서 초기 형태를 항상 일정 형태로 한정하는 효과를 갖는다. 또한, 도 4b에 도시된 최대 변위에서, 변형이 국부적으로 집중되지 않고 모서리부 근처의 넓은 영역에 걸쳐 확산되므로 형태는 항상 일정하다. 그러므로 모서리부(8a)는 초기 상태 및 최대 변위 상태에서의 형태를 한정하여, 매우 안정된 액체 배출을 달성하고 내구성을 향상시킨다. 모서리부(8a)의 변위 제어 영역은 또한 도 6으로부터 이해될 수 있다.

도 7a 및 7b는 각각 초기 상태 및 최대 변위 상태의 본 발명의 액체 배출 헤드 내의 가동 분리막(5)의 오목부(8)의 체적을 도시하는 액체 유로를 따른 확대된 횡단면도이다.

이 실시예에서, 구동 조건은 조건 V2 < V1을 만족시키도록 선택되는데, 여기서 V1은 도 7a에 도시된 초기 상태에서의 오목부의 체적이고, V2는 도 7b에 도시된 최대 변위 상태에서의 오목부의 체적이다.

V2 < V1 조건에서, 오목부(8)에서의 가동 분리막은 최대 변위에서도 연장 또는 수축을 보이지 않는다. 결과적으로, V1 및 V2는 항상 상수로 유지되며, 액체배출을 안정되게 한다. 오목부의 체적(V1)은 제1 액체 유로 측에서의 가동 분리막(5)의 면과 초기 상태의 오목부(8)의 기저부(8b) 사이에 한정된 체적을 의미하며, 체적(V2)은 오목부(8)의 변곡부(8c)와 접촉하는 면과 최대 변위에서의 기저부(8b)에 의해 둘러싸인 체적을 의미한다. 또한 본 명세서 및 첨부된 도면에서 이용된 "변곡부"는 가동 분리막의 오목부에서의 최대 변위에서의 최대 변형을 보이는 부분을 의미한다.

본 실시예의 구성은 배출 액체와 기포 발생 액체용으로 서로 다른 액체들을 채택하고 배출 액체만을 배출하게 해준다. 이에 따라, 폴리에틸렌 글리콜과 같은 높은 점성의 액체를 제1 액체 유로(103)에 공급하고 제2 액체 유로에는 충분한 기포 발생이 가능한 액체를 공급함으로써 (예를 들면, 에탄올 : 물 = 4 : 6의 혼합물), 종래에 열이 가해지는 조건에서는 불충분하게 기포가 발생하기 때문에 충분한 배출력이 얻어질 수 없었던 폴리에틸렌 글리콜과 같은 높은 점성의 액체를 충분하게 배출하는 것이 가능하다.

또한, 기포 발생 액체로서는, 기포 발생을 안정화하고 충분한 액체 배출을 보장하도록, 열의 영향하에서 발열 부재의 표면 상에 코게이션(kogation)과 같은 피착물을 발생시키지 않는 액체가 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 액체 배출 헤드의 구성은, 상술한 실시예에서 설명된 효과 때문에, 점성이 높은 액체와 같은 다양한 액체를 높은 배출 효율과 높은 배출력으로써 배출할 수 있다.

또한, 이와 같은 액체를 제1 액체 유로(103)에 공급하고, 제2 액체유로(104)에는 기포 발생 액체로서, 가열해도 만족할 만한 기포 발생이 가능한 액체 안정제를 공급함으로써, 상술한 높은 배출 효율 및 높은 배출력으로도 열적 손상없이 열에 민감한 액체가 배출될 수 있다.

이하에는, 액체에 열을 가하기 위한 발열 부재(102)가 구비된 소자 보드(110)의 구성이 설명될 것이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 액체 배출 헤드의 구성을 나타내는 횡측 단면도들로서, 각각 나중에 설명될 보호막을 구비한 경우와 이러한 보호막을 구비하지 않는 경우를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 소자 보드(110) 상에는, 제2 액체 유로(104), 구획벽을 구성하는 가동 분리막(105), 제1 액체 유로(103), 및 제1 액체 유로(103)를 구성하는 그루브(groove)가 구비된 그루브가 패인 부재(132)가 구비되어 있다.

예를 들어 두께가 0.01㎛ 내지 0.2 ㎛인 발열 부재를 구성하는 하프늄 보라이드(HtB₂), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 또는 탄탈륨-알루미늄(TaAl)으로 된 전기 저항층(110d)과, 예를 들면 알루미늄으로 된 두께가 0.1㎛ 내지 1.0㎛인 배선 전극(110c)이 그 위에 패터닝된 소자 보드(110)는, 전기적 절연 및 열 집적을 목적으로 포밍(forming)에 의해 실리콘, 실리콘 산화막, 또는 실리콘 질화막과 같은 것으로 기판(110f) 상에 구성된다. 전압이 두개의 배선 전극들(110c)로부터 전기 저항층(110d)에 인가되어 전기 저항층(110d) 내의 전류에 의해 열이 발생한다. 배선 전극들(110c) 사이의 전기 저항층(110d) 상에는 예를 들어 두께가 0.1 ㎛ 내지 0.2㎛인 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 된 보호층(110b)과, 전기 저항층(110d)을 잉크와 같은 여러 액체들로부터 보호하기 위해 예를 들어 두께가 0.1 ㎛ 내지 0.6 ㎛인 탄탈륨으로 된 안티캐비테이션층(anticavitation layer, 110a)이 형성된다.

기포의 발생이나 소멸시에 발생되는 압력 또는 충격파가 매우 강하여 경질 및 연질의 산화막의 수명을 현저히 저하시키기 때문에, 안티캐비테이션층(110a)은 탄탈륨(Ta)과 같은 금속으로 구성된다.

또한, 액체, 액체 유로들의 구성, 및 저항 재료의 조합에 의해, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상술한 보호층이 없는 구성이 채택될 수도 있다. 이러한 보호층을 필요로 하지 않는 저항층을 위한 재료의 예로는 이리듐-탄탈륨-알루미늄 합금이 있다. 본 발명은, 기포 발생 액체가 이러한 목적으로 배출 액체와는 분리적으로 선택될 수 있기 때문에, 특히 보호층이 없는 구성에 유리하다.

그러므로, 상술한 실시예에서 발열 부재(102)는 배선 전극들(110c) 사이에만 있는 전기 저항층 (발열부, 110d) 또는 전기 저항층(110d)을 보호하기 위한 보호층이 구비되어 구성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 발열 부재(102)에는 전기 신호에 응답하여 열을 발생할 수 있는 저항층으로 구성된 발열부가 구비되어 있으나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않고, 기포 발생 액체에 배출 액체를 배출하기에 충분한 기포를 발생시킬 수 있는 임의의 발열부가 채택될 수 있다. 예를 들어, 레이저로부터 광을 수신하여 열을 발생하기 위한 광열 변환 부재, 또는 고 주파수의 전파를 수신하여 열을발생하기 위한 발열부가 채택될 수 있다.

상술한 소자 보드(110)에는 발열부를 구성하는 전기 저항층(110d)과 전기 저항층(110d)에 전기 신호를 공급하기 위한 배선 전극들(110c)로 구성된 전열 변환 부재들에 추가하여, 이러한 전열 변환 소자들을 반도체 프로세스에 의해 선택적으로 구동하기 위한 트랜지스터, 다이오드, 래치 레지스터 등과 같은 기능 소자들이 필수적으로 구비될 수 있다. 상술한 소자 보드(110) 상에 구비된 전열 변환 부재의 발열부를 구동하여 액체를 배출시키기 위해, 사각 펄스가 배선 전극들(110c)을 통해 전기 저항층(110d)에 인가되어 전기 저항층(110d)에서 급속한 열 발생을 야기한다.

도 9는 도 8a 및 도 8b에 도시된 전기 저항층(110d)에 인가되는 전압을 도시하는 파형 챠트도이다. 상술한 실시예의 액체 배출 헤드에 있어서, 발열 부재는 전압 24 V, 펄스 기간 7 ㎲, 전류 150 ㎃의 전기 신호를 주파수 6 ㎑로 인가함으로써 구동되어 상기 기능들에 의해 액체 잉크를 배출구로부터 배출시킨다. 그러나 본 발명에서의 구동 신호 조건들은 상술한 것으로 한정되지 않고, 기포 발생 액체에 충분한 기포를 발생할 수 있는 임의의 구동 신호가 채택될 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상술한 바와 같이, 종래 기술의 액체 배출 헤드에서보다 더 높은 배출 전력 및 배출 효율로써 액체가 배출될 수 있다. 기포 발생 액체는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 아이소프로판올, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, 톨루엔, 크실렌, 메틸렌 디클로라이드, 트리클렌(trichlene), 플레온 TF, 플레온 BF, 에틸레터(ethylether), 다이옥산(dioxane), 사이클로헥산, 메틸 아세테이트, 에틸아세테이트, 아세톤, 메틸레틸케톤(methylethylketone), 물, 및 그 혼합물과 같은 상술한 특징들을 갖는 액체일 수 있다.

배출 액체는 기포 발생 특성 또는 열적 특성들에 상관없이 다양한 액체로 구성될 수 있다. 종래 기술로는 쉽게 배출될 수 없는 낮은 기포 발생 액체, 열에 의해 저하되기 쉬운 액체, 또는 점성이 매우 높은 액체가 채택될 수도 있다. 그러나, 배출 액체는 바람직하게 배출 액체 자체에 의해 또는 기포 발생 액체와의 반응에 의해 액체 배출 동작, 기포 발생 동작, 또는 가동 분리막의 기능을 방해하지 않는다.

기록용 배출 액체는 점성이 매우 높은 잉크로도 구성될 수도 있다. 배출 액체의 다른 예들로서는 열에 민감한 제약들 및 향료들을 포함할 수 있다.

기록 동작은 다음의 성분들을 갖는 기포 발생 액체와 배출 액체의 조합들로써 수행되었다. 그 결과, 종래 기술의 배출 헤드로는 만족스럽게 배출될 수 없었던 점성이 10 cp를 넘는 액체 뿐만 아니라 점성이 150 cp 정도인 액체도 충분히 배출되어 높은 품질의 기록이 얻어질 수 있었다.

기포 발생 액체1 에탄올 40 wt.%

물 60 wt.%

기포 발생 액체2 물 100 wt.%

기포 발생 액체3 아이소프로필

알콜 10 wt.%

물 90 wt.%

배출 액체1

카본 블랙 (색소 잉크; ca. 15 cp) 5 wt.%

스티렌-아크릴릭 액시드-에틸 아세틸레이트

코폴리머 (산화 정도 140; 중량 평균 분자량 8000)

1 wt.%

모노에탄올라민 0.25 wt.%

글리세린 6.9 wt.%

티오디글리콜(thiodiglycol) 5 wt.%

에탄올 3 wt.%

물 16.75 wt.%

배출 액체2

폴리에틸렌글리콜 200 100 wt.%

배출 액체3

폴리에틸렌글리콜 600 100 wt.%

종래에는 배출하기가 어렵다고 여겨졌던 상술한 액체를 사용하면, 이러한 액체에서의 낮은 배출 속도가 배출 방향성의 변동(fluctuation)을 증가시켜, 이에 따라 기록 용지 상의 도트의 탄착 정확도를 저하시켰다. 또한, 불안정한 배출, 및 상기 사실들로 배출량이 변동하여 고화질을 얻기가 어려웠다. 상술한 실시예의 구성에서는, 기포 발생 액체를 사용함에 의해 기포 발생을 충분히 안정적으로 얻을 수 있다. 그러므로, 액체 방울의 탄착 정확도와 잉크 배출량에 있어서의 안정화가향상되어, 기록된 화상의 화질이 크게 향상된다.

이하, 본 발명의 액체 배출 헤드를 제조하는 방법이 설명될 것이다.

헤드는 기본적으로 소자 보드 상에 제2 액체 유로의 벽을 형성한 다음, 그 위에 가동 분리막을 장착하고, 그 위에 제1 액체 유로를 구성하는 그루브가 패인 부재를 장착하여 준비된다. 그렇지 않다면, 제2 액체 유로의 벽을 형성한 후, 미리 가동 분리막이 장착되어 있는 그루브가 패인 부재를 그 위에 부착하여 준비된다.

제2 액체 유로를 만드는 방법이 상세히 설명될 것이다.

먼저, 소자 기판 (실리콘 웨이퍼) 상에, 반도체 제조시 채택되는 장치와 비슷한 장치를 사용하여 예를 들어 하프늄 보라이드 또는 탄탈륨 나이트라이드로 구성된 발열 부재를 포함하는 전열 변환 소자가 형성되고, 그런 다음, 다음 단계에서 감광 소자와의 접착력을 향상시키기 위해 소자 기판의 표면이 세정된다. 또한, 접착력의 향상은, 예를 들면 자외선광-오존(ultraviolet light-ozone)으로 소자 기판의 표면을 변경시키고, 그런 다음 예를 들면 에틸 알콜로 1 wt.%로 희석된 실란(silane) 결합제 (A189, 일본 Unicar Co.에 의해 제조됨)를 스핀 코팅하여 달성될 수 있다.

그런 다음, 향상된 접착력을 갖는 기판 표면이 린스되고, 자외선-감광 수지막 (Dry Film Ordil SY-318, Tokyo Ohka Co.에 의해 제조됨)이 적층된다.

그런 다음, 건조막 상에 포토마스크가 배치되고, 제2 액체 유로 벽으로서 남게 될 부분들이 포토마스크를 통해 자외선광으로 조사된다. 상기 노광은 캐논 인크.(Canon Inc.)에 의해 제조된 장치 MPA-600을 사용하여 노광량 ca. 600 mJ/㎠으로 수행되었다.

그런 다음, 노광되지 않은 부분들을 용해시키기 위해 크실렌과 부틸 셀로솔브 아세테이트의 혼합물로 구성된 현상액 (BMRC-3, Tokyo Ohka Co.에 의해 제조됨)으로 건조막이 현상되고, 이것에 의해 노광에 의해 경화된 부분들이 제2 액체 유로 벽들로서 남겨진다. 또한, 기판 표면 상에 남겨진 잔여물들은 산소 플라즈마 에싱 장치 (oxygen plasma ashing apparatus, MAS-800, Alcantec Co.에 의해 제조됨)를 약 90초간 처리하여 제거되고, 노광된 부분들은 자외선 조사를 100mJ/㎠로 150℃에서 2시간 동안 행함으로써 완전히 경화된다.

상술한 공정을 통해, 제2 액체 유로 벽들이 상술한 실리콘 기판을 분할하여 준비된 다수의 히터 보드 (소자 보드들) 상에 충분한 정확도를 가지고 균일하게 형성될 수 있다. 더 구체적으로는, 두께가 0.05 ㎜인 다이아몬드 날을 구비한 절단 기계 (AWD-4000, Tokyo Seimitsu Co.에 의해 제조됨) 를 사용하여 실리콘 기판이 각각의 히터 보드들(1)로 전단된다. 분리된 히터 보드는 접착제 (SE4400, Toray Co.에 의해 제조됨) 를 사용하여 알루미늄 기저 플레이트 상에 고정된다.

알루미늄 기저 플레이트에 미리 접착된 프린트 회로 보드와 히터 보드가 직경이 0.05 ㎜인 알루미늄 배선들을 사용하여 접속된다.

그 후, 이렇게 얻어진 히터 보드 상에, 그루브 부재의 조인트 부재 및 가동 분리막이 배치되어, 상술한 공정에 의해 부착된다. 보다 구체적으로는, 가동 분리막이 설치된 그루부 부재와 히터 보드가 가압 스프링이 상호 배치되어 고정된 다음, 잉크/기포 생성 액체 공급 부재가 알루미늄 기초판에 부착되고, 알루미늄 도선들 사이 및 그루브 부재, 히터 보드 및 잉크/기포 생성 액정 공급 부재 사이의 갭들이 실리콘 밀봉재로 밀봉된다 (도시바 실리콘사에서 제조된 TSE399).

상술한 공정은, 히터 보드의 히터들에 대하여 위치 어긋남없이, 충분한 정밀도로 제2 액체 유로를 준비할 수 있게 한다. 특히, 제1 액체 유로와 가동 부재 사이의 위치 정밀도는 미리 그루브 부재와 가동 분리막을 부착함으로써 향상될 수 잇다. 이러한 고 정밀도의 제조 기술은 방전을 안정화하여, 인쇄질을 향상시키고, 웨이퍼 상의 집합 제조를 가능하게 하여 저비용으로 대량 생산이 가능하다.

제2 실시예에서, 제2 액체 유로는 자외선 셋팅 드라이막으로 형성되었지만, 자외선 영역 내, 특히 248 nm 부근의 흡수 대역을 갖는 수지를 적층하여, 수지를 경화하고 엑시머 레이저로 제2 액체 유로에 대응하는 수지를 직접 제거함으로써 얻어질 수도 있다.

또한, 제1 액처 경로 등은, 배출구, 제1 액체 유로를 구성하는 그루브 및 다수의 제1 액체 유로와 공통으로 연결되어 이러한 액체 유로에 제1 액체의 공급을 담당하는 제1 공통 액체 챔버를 구성하는 오목부가 설치된 그루브 상부 플레이트를, 상술한 기판의 조인트 부재와 가동 분리막에 부착함으로써 제조되었다. 가동 분리막은 그루브 상부 판과 제2 액체 유로 벽 사이에 개재되어 고정되어 있다. 가동 분리막을 기판에 반드시 고정할 필요는 없고, 그루브 상부 판에 고정한 다음 기판에 고정할 수도 있다.

가동 분리막(105)은, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드,폴리에틸렌 테레프탈레이트, 멜라민 수지, 페놀 수지, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리에틸에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 실리콘 고무, 폴리술폰, 플루오스 수지 등의 최근의 엔지니어링 플라스틱에 대표되는 내열성, 내용제성, 성형성이 양호하고, 박막을 형성할 수 있는 수지성 물질, 그 화합물, 또는 내구성, 내열성, 내용제성이 양호한, 은, 니켈, 금, 철, 티타늄, 프래타늄, 스테인레스 스틸, 인 청동 또는 그 화합물, 또는 실리콘 또는 그 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

도 10a 및 10b는 가동 분리막을 제조하기 위한 공정을 도시하고, 도 11a 및 11b는 다른 제조 공정을 도시한다.

우선, 도 10a에 도시된 바와 같이, 가동 분리막의 오목부에 대응하는 몰드(22)를 실리콘 미러 웨이퍼(21) 상에 금속 또는 수지성 물질로 형성하였다. 그 후, 몰드(22) 상에 방출제(releasing agent)를 코팅하고, 그 위에 액체 폴리이미드 수지를 스틴 코팅하여 도 10b에 도신된 바와 같이 막(23)을 형성하였다.

그 후, 미러 웨이퍼(11)로부터 막(23)을 벗겨 내어 상술한 제2 액체 유로가 형성되어 있는 기판 상에 배치하여 고정함으로써, 가동 분리막을 얻었다.

그러나, 가동 분리막은 다른 방법으로도 준비될 수 있다. 예를 들면, 가동 분리막은 도 11a에 도시된 바와 같이 오목부를 형성하기 위한 상용의 박막(24)과 몰드(25)를 준비하고, 도 11b에 도시된 바와 같이 몰드(25)들 사이의 박막(24)을 가압하고 열로 소성 변형하여 형성될 수도 있다.

도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 나타낸 액체 유로에 따른 횡단면도이고, 도 13a 내지 도 13f는 도 12a 내지 도 12f에 도시된 가동 분리막의 오목부 부근의 확대 횡단면도이며, 도 14는 도 12a 내지 도 12f 및 도 13a 내지 도 13f에 도시된 액체 배출 헤드의 부분 절단 투시도이다.

본 실시예에서는, 도 12a 내지 도 12f에 도시된 바와 같이, 배출구와 연결되는 제1 액체 유로(3)가 제1 공통 액체 챔버(143)로부터 공급된 제1 액체로 충전되는 반면, 기포 생성 영역(7)을 포함하는 제2 액체 유로가 발열 부재(2)에 의한 열 에너지의 수신시 기포를 생성하는 기포 생성 액체로 충전되어 있다. 제1 액체 유로(3)와 제2 액체 유로(4) 사이에는 제1 및 제2 액체 유로를 상호 분리하기 위한 가동 분리막(5)이 설치되어 있다. 가동 분리막(5)에는, 기포 생성 영역(7)에 대향하는 부분에서, 그의 지점에서 모서리부(8a)를 갖는 오목부(8)가 설치되어, 제1 액체 유로(3)가 확장 형성된다. 가동 분리막(5)은 오리피스판(9)에 고정되어 2가지의 액체의 혼합을 방지한다. 제2 액체 유로(4)에서, 기포 생성 영역(7)이 발열 부재(2)의 투과 영역 부근에 의해 구성된다.

도 13a 내지 도 13f에 도시된 바와 같이, 가동 분리막(5)의 오목부(8)에는 모서리부(8a)와 기저부(8b) 사이의 변곡부(inflection part; 8c)가 설치되며, 변곡부(8c)의 두께(W8c)는 기저부(8c)의 두께(W8b)보다 얇게 되어 있다. 본 명세서 및 첨부된 두면에서 사용된 "변곡부"란, 그의 최대 변위에서 가동 분리막의 오목부의 변형이 가장 크게 나타나는 부분을 의미한다.

도 14에 도시된 바와 같이, 발열 부재(2)는, 이 발열 부재(2)에 대응하여 각각 설치되어 있는 제2 액체 유로(4)의 소자 보드(10) 상의 다수의 유닛 어레이 내에 설치된다. 가동 분리막(5)을 지지하는 지지 부재(11)는 제2 액체 유로(4)를 규정하고 형성하기 위한 벽으로서도 작용한다.

가동 분리막(5)에는 발열 부재(2)의 투과 영역 부근에 있는 기포 생성 영역(7) 부근에 배치된 기포 생성 영역(7)에 각각 대응하여 다수의 오목부(8)가 설치되어 있다. 제1 액체 유로(3)는 오목부(8)를 각각 보유하기 위해 다수의 유닛 내에 설치된다. 도 14에서는, 제1 액체 유로를 규정하기 위한 벽(28)의 위치가 파선으로 표시되어 있다.

본 발명은 가동 분리막(5)의 이동에 기초하고, 가동 분리막(5) 그 자체에는 발열 부재(2)의 표면 상에 발생된 기포의 성장에 의해 제1 액체 유로(3)를 향하여 이동되는 오목부(8)가 설치되어 있다.

도 12a 및 도 13a에 도시된 초기 단계에서는, 제1 액체 유로(3) 내의 액체가 모세관 영향에 의해 배출구(1) 부근으로 들어간다. 본 실시예에서, 배출구(1)는 제1 액체 유로(3) 상으로 발열 부재(2)의 돌출 영역에 대하여, 제1 액체 유로(3)의 액체 유동 방향으로 하류 위치에 설치된다.

이 상태에서 열 에너지가 발열 부재(2) (본 실시예에서는 40×105㎛의 내발열 부재로 이루어짐)에 제공된 경우, 발열 부재(2)는 급속히 가열되어, 기포 생성 영역 내의 제2 액체와 접촉하여 발열 부재(2)의 표면이 액체를 가열하여 기포를 생성한다(도 12b 및 도 13b). 이렇게 형성된 기포(6)는 미국 특허 제4,723,129호에 개시된 바와 같이 막 비등 현상에 기초하고, 발열 부재의 전체 영역에 걸쳐 극도로 높은 압력이 발생된다. 발생된 압력은 제2 액체 유로(4) 내의 제2 액체의 압력파로서 전달되고 가동 분리막(5) 상에서 작용하고, 이에 따라 그의 오목부(8)가 얇은 변곡부(8c)로부터 시작하여 변형되어, 제1 액체 유로(3) 내의 제1 액체의 배출을 개시한다. 그러나, 오목부(8)의 지점에서 형성된 모서리부(8a)는 이러한 변형이 수반되지 않는다.

발열 부재(2)의 전체 표면 상에 생성된 기포는 급속히 성장하여 막 형상을 가정한다(도 12c 및 도 13c). 초기 생성 단계에서 극도로 높은 압력을 이용하여 기포(6)를 확장하는 것은 가동 분리막(5)의 오목부(8)의 또 다른 변형을 일으켜, 제1 액체 유로(3) 내의 제1 액체가 배출구(1)로부터 또한 배출된다.

그 후 기포(6)의 또 다른 성장시, 가동 분리막(5)의 모서리부(8a) 부근을 제외한 전체 오목부(8)가 제1 액체 유로(3)에 들어가는 수준으로 변형이 진행된다(도 12d 및 도 13d). 초기 상태로부터 최대 변위로의 오목부(8)의 상술한 변위는 오목부(8)의 변곡부(8)를 다른 부분보다도 얇게 함으로써 용이해지므로, 기포 생성에 의해 생긴 압력이 효율적으로 배출구로 유도되어, 배출 효율을 향상시킬 수 있다.

그 후 기포가 수축하기 시작할 때, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 변형 전의 위치로 복귀되기 시작한다(도 12e 및 도 13e).

다음에, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 비변형 모서리부(8a)에 의해 가해진 자기 복원력에 의해 도 12f 및 도 13f에 도시된 초기 상태로 신속하게 복귀하여, 제1 액체 유로(3) 내로의 액체 재충전을 촉진시킨다. 또한, 기포의 소멸에 따라, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 제2 액체 유로(4)로 변위됨으로써, 그의 체적을 감소시키고 또한 기포 생성 액체의 재충전량을 감소시켜, 재충전이 신속하게 완료된다. 또한, 오목부(8)의 모서리부(8a)가 기포 생성에 의해 변위 직후에 반동 이동을 억제하는 기능을 가지므로, 오목부(8)가 변위 후에 초기 상태로 즉시 복귀하여, 고속 구동을 할 수 있다.

도 15a 및 도 15b는 각각 초기 상태 및 최대 변위 상태에서, 본 발명의 다른 실시예의 액체 배출 헤드 내의 가동 분리막(5)의 오목부(8)를 나타내는 액체 유로에 따른 확대 횡단면도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예의 액체 배출 헤드의, 발열 부재와 평행한 횡단면도이다.

오목부의 지점(2)이 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 모서리부가 없고, 오목부의 하부(27)가 도 5b에 도시된 바와 같이 최대 변위에서 반전된 형상이라고 가정한 경우, 오목부는 반곡점으로서의 지점(26)으로 변형한다.

한편, 오목부의 지점이 모서리부(8a)를 갖는 경우, 이러한 모서리부(8a)는 도 15a에 도시된 초기 상태에서, 초기 형상을 항상 일정한 형상으로 규정하는 효과를 갖는다. 또한, 도 15b에 도시된 최대 변위에서, 국부적으로 변형이 집중되지는 않지만 모서리부 부근에 있는 넓은 영역에 걸쳐 발산되기 때문에 그 형상은 항상 일정하다. 따라서, 모서리부(8a)는 초기 상태 및 최대 변위에서의 형상을 규정하여, 매우 안정한 액체 배출이 달성되며 내구성이 향상된다. 또한, 모서리부(8a)의 변위 억제 영역은 도 16으로부터 이해될 것이다.

또한, 오목부의 모서리부(8a)와 기저부(8b) 사이에 존재하는 얇은 변곡부(8c)는 오목부의 변형을 촉진시킴으로써, 기포 발생에 의한 압력을 배출구에 효율적으로 안내함으로써 배출 효율을 향상시킨다. 액체 배출 헤드에서, 막 상부및 기저부에 각각 제1 및 제2 액체 유로를 형성하기 위해 액체 유로 벽 사이에 개재되어 있는 분리막을 사용하여, 액체 벽 사이에 존재하는 가동 분리막이 좁아지게 되기 때문에, 고밀도의 노즐은 변형이 덜 된다. 그러나 좀더 용이하게 변형가능한 오목부에서 노즐을 충분히 고밀도로 마련할 수 있는 액체 배출 헤드를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예의 구성은 배출 액체 및 기포 발생 액체에 대해 상이한 액체를 채용하여 배출 액체만을 배출시킬 수 있게 된다. 결국, 종래 구성에서 열 인가시 기포 발생이 불충분하기 때문에 충분한 배출력을 얻을 수 없는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)과 같은 고점도의 액체에 대해, 이러한 액체를 제1 액체 유로(103)에 제공하고, 제2 액체 유로(104)에는 만족할만한 기포 발생이 있을 수 있는 액체(예를 들면, 에탄올: 물의 혼합비가 4 : 6에서 1 : 2cp의 점도를 갖는)를 제공함으로써 충분히 배출시킬 수 있다.

또한 기포 발생 액체와 같이, 기포 발생을 안정화시키고 만족할만한 액체 배출을 보장하도록, 열 인가시에도 발열 부재의 표면 상에 코게이션(kogation)과 같은 퇴적물을 생성하지 않는 액체가 선택될 수도 있다. 또한, 본 발명의 구성에 의한 액체 배출 헤드는 전술한 실시예에서 설명된 효과 때문에 고배출 효율 및 높은 배출력을 갖는 고점성 액체와 같은 다양한 액체를 배출시킬 수 있다.

또한, 열에 민감한 액체에 대해서는, 제1 액체 유로(103)에 배출 액체와 같은 액체를 제공하고 제2 액체 유로(104)에 기포 발생 액체와 같은 기포를 만족할만하게 발생할 수 있으며, 열에 안정한 액체를 제2 액체 유로(104)에 제공함으로써,상술한 고배출 효율과 고배출력에 의해 열적 손상없이 배출될 수 있다.

도 17a 및 17b는 가동 분리막을 제조하기 위한 공정의 다른 예를 도시한 것이다. 우선, 도 17a에 도시된 바와 같이, 가동 분리막을 형성하기 위해 사용가능한 박막(24)과 오목부를 형성하기 위한 숫몰드(25)와 암몰드(26)를 마련하고, 박막(24)은 도 17b에 도시된 바와 같이 암몰드(26)를 압박하고 열을 가하여 소성 변형시킴으로써 오목부를 갖는 가동 분리막을 얻게된다.

도 18a 내지 18e는 액체 유로를 횡단하는 단면도로서, 본 발명의 가동 분리막의 다른 실시예를 도시하는 것이다. 도 18a는 반타원의 오목부를 갖는 분리막을 도시하고, 도 18b는 V-형상의 오목부를 갖는 분리막을 도시하는 한편, 박형의 변곡부(8c)는 각 모서리부(8a)와 기저부(8b) 사이에 제공된다. 도 18c 내지 18e는 액체 유로를 횡단하는 분리막을 도시한다. 도 18c에서 박막부는 굴곡형 노치에 의해 형성된다. 도 18d에서, 전체 돌출부는 다른 부분에 비해 더 얇게 형성되고, 도 18e에서, 전체 돌출부와 기저부는 다른 부분에 비해 더 얇게 형성된다. 또한 이러한 구성은 가동 분리막의 오목부의 변형을 촉진시킴으로써, 기포 발생에 의한 압력을 배출구에 효율적으로 안내하고 배출 효율을 향상시킨다.

도 19a 및 도 19b는, 본 발명의 가동 분리막의 또 다른 실시예를 도시하는 것으로, 액체 유로에 수직인 방향으로의 단면도이다. 액체 유로에 대해 수직인 방향으로 도시되어 있는 단면도에서, 모서리부(8a)와 기저부(8b) 사이에 얇은 변곡부(8c)가 설치되어, 상술한 실시예와 유사한 효과를 얻는다.

도 20a 내지 도 20f는, 본 발명의 다른 실시예에서의 가동 분리막의 오목부부근에 대한 확대 단면도이다.

도 20a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 가동 분리막(5)의 오목부는, h1이 정지 상태에서 발열 부재(2)로부터 오목부의 기저부(8b)까지의 높이이고, h2는 정지 상태에서 오목부의 기저부(8b)에서 오목부의 변곡부(8c)까지의 높이라고 할 때, h2 ≥ h1의 조건을 만족하도록 형성된다. 예를 들어 h2가 20㎛이면, h1은 5 내지 10㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 본 명세서 및 첨부된 도면에서 사용되는 "변곡부"는, 가동 분리막의 오목부 내에서 최대 변이시 가장 큰 변형을 나타내는 부분을 의미한다.

도 20a에 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로(3) 내의 액체는 모세관력에 의해 배출구(1) 부근으로 유입된다. 본 실시예에서, 발열 부재(2)의 제1 액체 유로로의 돌출 영역에 대해, 제1 액체 유로(3) 내의 액체 유동 방향에서의 하류 위치에, 배출구(1)가 설치된다.

이러한 상태에서 발열 부재(2)(본 실시예에서는 40 ×105 ㎛의 발열 저항 부재를 포함함)에 열 에너지가 공급되면, 발열 부재가 급속히 가열되어, 기포 발생 영역 내에서 제2 액체와 접촉하는 표면이 그 액체를 가열하여 기포를 발생시킨다(도 20b). 따라서, 그 결과 형성되는 기포(6)는 미국 특허 제4,723,129호에 기재되어 있는 막 비등 현상에 기초하는 기포이며, 발열 부재의 표면 전체에 걸쳐 매우 높은 압력을 수반하여 발생한다. 발생 압력은 제2 액체 유로 내의 제2 액체에 압력파로서 전달되어, 가동 분리막(5)에 작용한다. 오목부(8)의 기저부(8b)로부터 오목부의 변곡부(8c)까지의 높이 h2가, 발열부(2)로부터 오목부의 기저부(8b)까지의 높이 h1 이상으로 선택되기 때문에, 기포 발생에 의한 압력은 제2 액체 유로(4)의 상류 및 하류측으로 탈출하기 전에 가동 분리막(5)로 전달되어, 압력이 가동 분리막(5)에 효과적으로 전달되게 한다. 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막으로 전달되면 오목부(8)가 변형되어, 제1 액체 유로(3) 내의 제1 액체의 배출이 개시된다. 그러나 오목부(8)의 지점에 형성된 모서리부(8a)는 이러한 변형에 관여하지 않는다.

발열 부재(2)의 표면 전체에 발생된 기포는 급속히 성장하여 막 형상을 이룬다(도 20c). 발생 초기 단계에서, 매우 높은 압력에 의해 기포(6)가 팽장하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 더 변형되어, 제1 액체 유로(3)로부터 배출구(1)로의 제1 액체의 배출이 진행된다.

그 후 기포(6)가 더 성장하면, 막(5)의 모서리부(8a) 부근을 제외한 오목부(8) 전체가 제1 액체 유로(3)에 유입될 때까지 변형이 진행한다(도 20d).

그 후, 기포(6)이 수축하기 시작하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 변형 이전의 위치로 되돌아가기 시작한다(도 20e).

그 후, 가동 분리막(5)은, 비변형 모서리부(8a)에 의한 자기 복원력에 의해 도 20f에 도시된 초기 상태로 신속하게 복귀하여, 제1 액체 유로(3) 내의 액체 재충전이 촉진된다.

또한, 기포가 소멸하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 제2 액체 유로(4)에 배치되어, 제2 액체 유로(4) 내의 공간을 감소시키고 기포 발생 액체의 충전량도 감소시킴으로써, 재충전이 신속하게 종료된다. 또한, 오목부(8)의 모서리부(8a)는, 기포 발생에 의한 변이 직후의 반동을 억제하는 기능을 가지기 때문에, 변이 이후 오목부(8)는 초기 상태로 즉시 복귀하고, 따라서 고속 구동이 가능해 진다.

도 21a 내지 도 21f는, 본 발명의 또 다른 실시예에서의 가동 분리막의 오목부 부근에 대한 확대 단면도이다.

본 실시예에서, 도 21a에 도시된 바와 같이, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는, 모서리부(8a) 및 기저부(8b) 사이에 변곡부(8c)를 가지며, 이 변곡부(8c)에서의 두께는 기저부(8b)에서의 두께보다 작다. 또한, 도 20a에 도시된 바와 같이, 가동 분리막(5)의 오목부는, h1이 정지 상태에서 발열 부재(2)로부터 오목부의 기저부(8b)까지의 높이이고, h2가 정지 상태에서 오목부의 기저부(8b)로부터 변곡부(8c)까지의 높이라고 할 때, h2 ≥ h1의 조건을 만족하도록 형성된다. 다른 구성은 상술한 실시예에서와 동일하다.

도 21a에 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로(3) 내의 액체는 모세관력에 의해 배출구(1) 부근으로 유입된다. 본 실시예에서, 발열 부재(2)의 제1 액체 유로로의 돌출 영역에 대해, 제1 액체 유로(3) 내의 액체 유동 방향에서의 하류 위치에, 배출구(1)가 설치된다.

이러한 상태에서 발열 부재(2)(본 실시예에서는 40 × 105 ㎛의 발열 저항 부재를 포함함)에 열 에너지가 공급되면, 발열 부재가 급속히 가열되어, 기포 발생 영역 내에서 제2 액체와 접촉하는 표면이 그 액체를 가열하여 기포를 발생시킨다(도 21b). 따라서, 그 결과 형성되는 기포(6)는 미국 특허 제4,723,129호에 기재되어 있는 막 비등 현상에 기초하는 기포이며, 발열 부재의 표면 전체에 걸쳐 매우높은 압력을 수반하여 발생한다. 발생 압력은 제2 액체 유로 내의 제2 액체에 압력파로서 전달되어, 가동 분리막(5)에 작용한다. 오목부(8)의 기저부(8b)로부터 오목부의 변곡부(8c)까지의 높이 h2가, 발열부(2)로부터 오목부의 기저부(8b)까지의 높이 h1 이상으로 선택되기 때문에, 기포 발생에 의한 압력은 제2 액체 유로(4)의 상류 및 하류측으로 탈출하기 전에 가동 분리막(5)로 전달되어, 압력이 가동 분리막(5)에 효과적으로 전달되게 한다. 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막으로 전달되면 오목부(8)가 변형되어, 제1 액체 유로(3) 내의 제1 액체의 배출이 개시된다. 그러나 오목부(8)의 지점에 형성된 모서리부(8a)는 이러한 변형에 관여하지 않는다.

발열 부재(2)의 표면 전체에 발생된 기포는 급속히 성장하여 막 형상을 이룬다(도 21c). 발생 초기 단계에서, 매우 높은 압력에 의해 기포(6)가 팽장하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 더 변형되어, 제1 액체 유로(3)로부터 배출구(1)로의 제1 액체의 배출이 진행된다.

그 후 기포(6)가 더 성장하면, 막(5)의 모서리부(8a) 부근을 제외한 오목부(8) 전체가 제1 액체 유로(3)에 유입될 때까지 변형이 진행한다(도 21d).

그 후, 기포(6)이 수축하기 시작하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 변형 이전의 위치로 되돌아가기 시작한다(도 21e).

그 후, 가동 분리막(5)은, 비변형 모서리부(8a)에 의한 자기 복원력에 의해 도 20f에 도시된 초기 상태로 신속하게 복귀하여, 제1 액체 유로(3) 내의 액체 재충전이 촉진된다. 또한, 기포가 소멸하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 제2 액체 유로(4)에 배치되어, 제2 액체 유로(4) 내의 공간을 감소시키고 기포 발생 액체의 충전량도 감소시킴으로써, 재충전이 신속하게 종료된다. 또한, 오목부(8)의 모서리부(8a)는, 기포 발생에 의한 변이 직후의 반동을 억제하는 기능을 가지기 때문에, 변이 이후 오목부(8)는 초기 상태로 즉시 복귀하고, 따라서 고속 구동이 가능해 진다.

도 22a 내지 도 22f는 다른 실시예의 가동 분리막의 오목부를 도 1a의 22a 내지 22f - 22a 내지 22f 방향으로 절취한 확대 단면도이며, 각각 도 1a 내지 도 1f에 대응하는 상태를 도시하고 있다.

도 22a에 도시된 바와 같이, 모서리부들 간의 거리는 W1으로 표시되고, 변곡부들 간의 거리는 W3로 표시되며, 기저부의 폭은 W2로 표시되고, 발열 부재의 폭은 WH로 표시된다. WH가 W1보다 큰 경우, 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막으로 효과적으로 전달될 수 없어서, 오목부의 변형에 대해 불필요하게 큰 압력이 요구된다. 한편, WH가 W2보다 작은 경우, 기포 발생에 의한 압력이 오목부의 기저부 전체에 충분히 전달될 수 없다. 결과적으로, 배출 효율을 향상시키기 위해서는, W1 ≥ WH ≥ W2의 관계를 만족하도록 오목부가 형성되는 것이 바람직하다.

W1 ≥ W3 ≥ WH, 더 바람직하게는 W1 ≥ W3 ≥ WH ≥ W2의 관계를 만족시킴으로써, 기포 발생에 의한 압력이 더 효율적으로 가동 분리막에 전달될 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 도면에서 사용되는 "변곡부"는, 가동 분리막의 오목부 내에서 최대 변이시 가장 큰 변형을 나타내는 부분을 의미한다.

도 23a 내지 도 23f는 본 발명의 액체 배출 헤드의 또 다른 실시예에서 가동분리막의 오목부 부근의 확대 단면도이다. 본 실시예에서, 도 23a에 도시된 바와 같이, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는, 모서리부(8a)와 기저부(8b) 사이에 변곡부(8c)를 가지며, 이 변곡부(8c)에서의 두께는 기저부(8b)에서의 두께보다 더 작다. 다른 구성은 상술한 실시예에서와 동일하다.

도 23a에 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로(3) 내의 액체는 모세관력에 의해 배출구(1) 부근으로 유입된다. 본 실시예에서, 발열 부재(2)의 제1 액체 유로로의 돌출 영역에 대해, 제1 액체 유로(3) 내의 액체 유동 방향에서의 하류 위치에, 배출구(1)가 설치된다.

이러한 상태에서 발열 부재(2)(본 실시예에서는 40 × 105 ㎛의 발열 저항 부재를 포함함)에 열 에너지가 공급되면, 발열 부재가 급속히 가열되어, 기포 발생 영역 내에서 제2 액체와 접촉하는 표면이 그 액체를 가열하여 기포를 발생시킨다(도 23b). 따라서, 그 결과 형성되는 기포(6)는 미국 특허 제4,723,129호에 기재되어 있는 막 비등 현상에 기초하는 기포이며, 발열 부재의 표면 전체에 걸쳐 매우 높은 압력을 수반하여 발생한다. 발생 압력은 제2 액체 유로 내의 제2 액체에 압력파로서 전달되어, 가동 분리막(5)에 작용한다. 오목부(8)의 기저부(8b)로부터 오목부의 변곡부(8c)까지의 높이 h2가, 발열부(2)로부터 오목부의 기저부(8b)까지의 높이 h1 이상으로 선택되기 때문에, 기포 발생에 의한 압력은 제2 액체 유로(4)의 상류 및 하류측으로 탈출하기 전에 가동 분리막(5)로 전달되어, 압력이 가동 분리막(5)에 효과적으로 전달되게 한다. 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막으로 전달되면 오목부(8)가 변형되어, 제1 액체 유로(3) 내의 제1 액체의 배출이 개시된다. 그러나 오목부(8)의 지점에 형성된 모서리부(8a)는 이러한 변형에 관여하지 않는다.

발열 부재(2)의 표면 전체에 발생된 기포는 급속히 성장하여 막 형상을 이룬다(도 23c). 발생 초기 단계에서, 매우 높은 압력에 의해 기포(6)가 팽장하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 더 변형되어, 제1 액체 유로(3)로부터 배출구(1)로의 제1 액체의 배출이 진행된다.

그 후 기포(6)가 더 성장하면, 막(5)의 모서리부(8a) 부근을 제외한 오목부(8) 전체가 제1 액체 유로(3)에 유입될 때까지 변형이 진행한다(도 23d).

그 후, 기포(6)이 수축하기 시작하면, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 변형 이전의 위치로 되돌아가기 시작한다(도 23e).

도 24A 내지 24F는 다른 실시예에서 가동 분리막의 오목부의 확대 단면도로써, 도 12A 내지 12F에서 배출구의 측면으로부터 본 것이며, 도 12A 내지 12F에 도시된 것과 각각 대응하는 상태를 도시한다. 도 24A에 있어서, 모서리부 사이의 거리는 W1, 변곡부 사이의 거리는 W3, 기저부의 폭은 W2, 발열 부재의 폭은 WH로 표현된다. WH가 W3 보다 크다면, 기포 발생에 의한 압력은 가동 분리막에 효율적으로 전달될 수 없슴므로 인해, 불필요하게 큰 압력이 오목부를 변형하는데 요구된다. 한편, WH가 W2 보다 작다면, 기포 발생에 의한 압력은 오목부의 전체 기저부에 효율적으로 전달될 수 없다. 계속해서, 오목부는 보다 얇은 변곡부의 효과뿐만 아니라 배출 효과를 향상시키기 위하여 W1≥WH≥W2의 관계를 만족시키도록 설계되는 것이 바람직하다. 기포 발생에 의한 압력은 W1≥W2≥W3의 관계, 더 바람직하게는 W1≥W3≥WH≥W2의 관계를 만족시킴으로써 가동 분리막에 더욱 효율적으로 전달될 수 있다.

도 25A 내지 도 25D는 다른 실시예에서 발열 부재와 가동 분리막 사이의 위치관계를 도시하며, 도 25A는 액체 유로를 따라 액체 배출 헤드를 도시한 확대 단면도, 도 25B는 발열 부재의 평면도, 도 25C는 가동 분리막의 평면도, 도 25D는 발열 부재와 가동 분리막이 겹쳐진 상태를 도시한 평면도이다. 도 25A에 도시된 바와 같이, 발열 부재를 향한 오목부의 돌출로 모서리부(8a)를 연결함으로써 규정되는 영역은 S1, 오목부의 기저부(8b)의 영역은 S2, 오목부의 변곡부를 연결함으로써 규정되는 영역은 S3, 발열 부재의 영역은 SH로 나타낸다. SH가 S1보다 크다면, 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막에 효율적으로 전달될 수 없슴으로 인해, 불필요하게 큰 압력이 오목부를 변형하는데 요구된다. 한편, SH가 S2보다 작다면, 기포 발생에 의한 압력은 오목부의 전체 기저부에 효율적으로 전달될 수 없다. 결과적으로, 오목부는 배출 효과를 개선하기 위하여 S1≥SH≥S2의 관계를 만족하도록 설계되는 것이 바람직하다. 상기 설명에 있어서, SH는 전체 발열 부재의 영역이며, 더욱 바람직하게는 발열 부재(2)의 표면상에서 효율적인 막비등을 도시한 영역(소위, 효율적인 기포 발생 영역)이다.

기포 발생에 의한 압력은 S1≥S3≥SH의 관계, 더욱 바람직하게는 S1≥S3≥SH≥S2의 관계를 만족함으로써 가동 분리막에 더욱 효율적으로 전달될 수 있다. 명세서 및 도면에서 사용되는 "변곡부"는 최대 변위에서 가장 큰 변형을 도시하는, 가동 분리막의 오목부에서의 일부분을 의미한다.

도 26A 내지 26D는 다른 실시예에서 발열 부재 및 가동 분리막 사이의 위치관계를 도시하며, 도 26A는 액체 유로를 따라 액체 배출 헤드를 도시한 확대 단면도, 도 26B는 발열 부재를 도시한 평면도, 도 26C는 가동 분리막을 도시한 평면도, 도 26D는 발열 부재와 가동 분리막이 겹쳐진 상태를 도시한 평면도이다. 도 26A에 도시된 바와 같이, 발열 부재를 향한 오목부의 돌출로 모서리부(8a)를 연결함으로써 규정되는 영역은 S1, 오목부의 기저부(8b)의 영역은 S2, 오목부의 변곡부를 연결함으로써 규정되는 영역은 S3, 발열 부재의 영역을 SH로 나타낸다. SH가 S1 보다 크다면, 기포 발생에 의한 압력이 가동 분리막에 효율적으로 전달될 수 없슴으로 인해, 불필요하게 큰 압력이 오목부를 변형하는데 요구된다. 한편, SH가 S2 보다 작다면, 기포 발생에 의한 압력은 오목부의 전체 기저부에 효율적으로 전달될 수 없다. 결과적으로, 오목부는 상술한 보다 얇은 변곡부를 형성하는 효과 뿐만아니라 배출 효율을 개선하기 위하여 S1≥SH≥S2의 관계를 만족시키도록 설계되는 것이 바람직하다. 기포 발생에 의한 압력은 S1≥S3≥SH의 관계, 더욱 바람직하게는 S1≥S3≥SH≥S2의 관계를 만족함으로써 가동 분리막에 더욱 효율적으로 전달될 수 있다. 상술한 설명에서, SH는 전체 발열 부재의 영역이며, 더욱 바람직하게는 발열 부재(2)의 표면상에서 효율적인 막비등을 도시한 영역(소위, 효율적인 기포 발생 영역)이다.

도 27A 내지 27F는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 본 실시예에서는 기본적인 동작 원리는 도 1A 내지 도 3에 도시된 실시예와 동일하나, 액체의 유동을 가능하게 하는 안내 유로(9 및 10)가 기포 발생 영역(7)의 상류 및 하류 측면에 제공되는 점은 다르다.

도 27A는 안정한 기포 발생을 달성하기 위하여 발열 부재(2)에 의한 기포 발생 단계 이전에, 액체 유로에 남아 있는 기포를 이동시키며, 후술할 강제 유동 수단에 의해서 불안정하고 매우 가열된 액체의 원인을 구성하여, 기포 발생 영역에서의 기포 발생 액체를 초기 안정 상태로 가져오는 상태를 도시한다. 안내 유로(9)로부터 제공된 기포 발생 액체가 기포 발생 영역(7)을 통해 안내 유로로부터 배출됨으로 인해, 기포 발생 영역(7)이 어느 때나 초기 안정 상태에 놓여질 수 있다. 따라서, 안정한 배출은 연장된 중지(pause) 후, 또는 고효율 구동에 의한 열 축적 또는 기포 발생 후 이러한 초기화 동작에 의해 얻어질 수 있다.

도 27B 내지 27F는 발열 부재(2)에 의해 기포 발생 영역(7)에서 기포(6)의 발생 및 소멸의 단계를 도시한다. 이런 상태에 있어서, 에너지가 발열 부재(2)에 주어질 때, 상기 발열 부재는 발열 부재에 기포를 발생시키기 위하여 제2 액체(기포 발생 액체)를 가열한다(도 27B). 기포 발생에 의해 발생된 압력이 제2 액체 유로(4)에서 제2 액체(기포 발생 액체)에 압력파로써 전달되고 가동 분리막으로 동작함으로 인해, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 제1 액체 유로(3)에서 제1 액체(배출 액체)의 배출을 초기화하도록 변형된다.

기포(6)는 막 형상을 취하도록 급속히 성장한다(도 27C). 발생의 초기 상태에서 매우 높은 압력을 갖는 기포(6)의 팽창이 가동 분리막(5)의 오목부(8)에 추가적인 변형을 야기함으로 인해, 제1 액체 유로(3)에서 제1 액체(배출 액체)가 배출 구로부터 배출된다. 그후 기포(6)의 추가 성장에 의해, 막(5)의 모서리부(8a)에 인접한 부분을 제외한 전체 오목부(8)가 제1 액체 유로(3)에 들어가는 수준까지 변형이 처리된다(27D).

기포(6)가 그후 수축하기 시작할 때, 가동 분리막(5)의 오목부(8)는 변형 이전의 위치로 복귀한다(27E). 계속해서, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 비변형 모서리부(8a)에 의해서 나오는 자기 복원력에 의해 도 27F에 도시된 바와 같이 초기 상태로 빠르게 복귀함으로 인해, 제1 액체 유로(3)에 충전되는 액체는 가속된다. 또한, 기포의 소멸로 인해, 가동 분리막(5)의 오목부(8)가 제2 액체 유로로 변위됨으로 인해, 그 체적이 감소되며 또한 기포 발생 액체의 충전량이 감소되어, 그결과 충전은 빠르게 완료된다.

본 실시예에서는 오목부(8)를 갖는 가동 분리막(5)이 실질적으로 연장되지 않기 때문에, 배출량을 안정화할 수 있다. 그러나, 가동 분리막(5)의 치환 체적이, 배출량이 기포 체적의 변화에 대해 안정화되도록 기포(6)의 최대 체적에 비해작은 것이 특히 중요하다. 도 27D에 도시된 바와 같이, 가동 분리막(5)의 변위 체적이 기포(6)의 최대 체적과 매우 다르다면, 막(5)상의 압력은 그 사용(service) 수명에 유해한 영향을 미치게 매우 높을 수 있다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 안내 유로(9)는 기포 발생 영역(7)의 상류 및 하류 측에 제공되며, 기포(6)의 과도한 체적을 흡수히기 위해서 제2 액체(기포 발생 액체)를 배출하기 쉬움으로 인해, 높은 안정성 및 높은 지속성을 실현하게 된다. 또한, 막 변위가 기포의 수축시 급속한 체적 변화를 뒤따를 수 없는 경우에 직면하는 막의 지속성 문제가 안내 유로의 압력 조절 및 이완 기능에 의해 해결될 수 있슴으로 인해, 높은 안정성 및 높은 지속성이 실현될 수 있게 된다. 특히, 본 실시예는 안내 유로가 가동 분리막(5)의 밸런싱(balancing)된 변위를 가능하게 하도록 상류 및 하류 측에서 밸런싱 되기 때문에, 매우 안정한 배출을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 액체 유로 저항(11 및 12)은 기포 발생 영역(7)의 압력이 안내 유로(9 및 10)로 불필요하게 방출되는 것을 방지하기 위해서 안내 유로(9 및 10)의 접합부에 제공된다.

도 28A 내지 28D는 전술한 실시예와 같이 제공되는 액체 유로 저항이 상류 및 하류 측에서 서로 다르게 되는 또 다른 실시예를 도시한다. 도 28D는 도 28A에 도시된 구성에서 기포 발생의 상태를 도시한 단면도이다.

도 28A에 있어서, 액체 유로 저항(13 및 14)은 하류 방향으로는 액체 유동을 용이하게 하나, 상부 방향으로는 액체 유동을 방해하도록 형성된다. 결과적으로, 발열 부재(2)에 의한 기포(6)의 발생시, 기포(6)가 가동 분리막(5)을 밀어내도록하는 방향으로 상부 측에서 성장하며, 그러나 하류 측에서는 하류 안내 유로(10)를 향하므로 인해, 가동 분리막(5)은 상부 측에서 보다 큰 변위를 보이게 된다(도 28D). 그결과, 상류 측에서 하류 측으로 배출 액체(제1 액체)의 유동이 발생됨으로 인해, 배출(제1) 액체에 대한 충전 효율이 개선된다. 도 28B 및 28C에 도시된 구성은 또한 액체 유로 저항(15, 16, 17 및 18)의 밸런스를 구별함에 의해 배출 특성을 향상시킬 수 있다.

도 29 및 30은 본 발의 액체 방전 헤드의 다른 실시예를 도시한 길이 방향의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 소자 기판(19)에 제공된 홀(hole)을 포함하는 제2 액체 유로(20), 구획벽으로 이루어지는 가동 분리막(5), 및 제1 액체 유로(3)로 이루어지는 그루브를 갖춘 그루브 부재(21)를 제공한다. 기판(19)상의 홀은 예컨데, 샌드 블래스팅(sand blasting) 또는 에칭에 의해 형성된다. 기포 발생 영역(7)의 상류 및 하류 측에 형성되는 기판의 홀은 기포 발생 액체의 유동을 가능하게 하기 위한 안내 유로(22 및 23)로서 사용된다.

도 29 및 30은 소자 기판에서 홀을 활용하는 액체 배출 헤드의 일 실시예를 도시한 길이 방향의 단면도이다. 이 실시예에 있어서, 안내 유로(22 및 23)는 소자 기판(19)이 부착되는 기저판(24)에 제공되는 제2 액체 유로(20)에 연결된다. 기포 발생 액체는 제2 액체 유로(20)와 연결된 강제 유동 수단, 예컨데 펌프(도시 안됨)에 의해 순환되거나 또는 흐를 수 있다. 한편, 제1 액체는 안내 유로(22 및 23)의 대향 위치에서 가동 분리막(5)에 의해 분리되는 제1 액체 유로(3)에 의해 제공된다. 결과적으로, 전체 구성은 액체의 상호 혼합을 방지하여 단순하며 매우 신뢰성 있게 된다. 또한, 액체 유로(22 및 23)로부터의 압력은 액체 유로의 단면이 충분히 크게 선택될 수 있기 때문에, 수용될 수 있다.

도 31은 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시한 측면 단면도이다. 이 실시예에 있어서, 헤드의 제2 액체 유로는 강제 유동 수단으로 작용하는 펌프(25)를 포함하는 순환 구조로 구성된다. 이 실시예에 있어서, 기포 저장소(27)는 제2 액체(기포 발생 액체)에 최종적으로 포함되는 기포 등을 제거하기 위한 제2 액체 유로(26)의 상부 측에 제공됨으로 인해, 기포 발생 및 액체 배출을 안정화 시킨다.

도 32A는 본 발명의 액체 배출 헤드의 다른 실시예를 도시한 개략도이며, 도 32B는 그 확대 도면이다. 이 실시예에 있어서, 소자 기판(31)상에 제공되는 제2 액체 유로(28)가 10개 노즐의 유닛에서 구분됨으로 인해, 제2 액체(기포 발생 액체)는 헤드의 중심 및 끝단에서 균일한 유동 속도로 흐를 수 있게 된다. 제2 액체 유로(28)에서 액체가 노즐에 대해 균일한 유동 속도를 갖기 위하여, 공급 입구(안내 유로)에서 각각의 노즐의 입구까지의 액체 유로 저항 R1 및 상기 노즐에서의 액체 유로 저항 R2는 R1+R2가 각 노즐에서 일정하도록 선택된다. 도 32C는 출구(안내 유로(30))가 2개의 발열 부재(2) 및 2개의 제2 액체 유로(32) 모두에 제공되는 실시예를 도시한다. 따라서, 각각의 노즐에 대한 균일한 액체 유로 저항, 및 노즐 사이의 특성에 거의 변동이 없슴을 나타내는 헤드를 실현한다.

도 33은 액체 배출 헤드가 장착되는 액체 배출 장치로 이루어지는 잉크젯 기록 장치의 주요 부분을 도시한 개략 투시도이다.

도 33을 참조하면, 전술한 구성의 액체 배출 헤드 및 잉크 탱크가 일체화 되거나 또는 잉크 탱크가 착탈가능한 잉크 젯 헤드 카트리지(601)를 도시한다. 헤드 카트리지(601)는 구동 모터(602)의 순방향 또는 역방향 회전에 의해 전송 기어(603 및 604)를 통해 회전되는 리드 스크루(lead screw)의 나선형 그루브(606)와 체결되는 카트리지(607)상에 장착되고, 헤드 카트리지(601)는 모터(602)의 회전에 의해서 안내부재를 따라 방향 a 및 b로 카트리지(607)와 함께 왕복 운동한다. 플래튼(paten) 롤러(609)상의 도시 안된 이송 장치에 의해 이송된 인쇄 시트(P)는 카트리지의 이동 방향을 따라 압력판(610)에 의해 플래튼 롤러에 압착된다.

리드 스크루(605)의 끝단에 인접하여, 예컨데, 모터(602)의 구동 방향을 스위칭하기 위한 카트리지(607)의 레버(607a)의 존재를 검출하는 홈(home) 위치 검출 수단으로 이루어지는 광검출기(611 및 612)가 제공된다.

또한, 전술한 액체 배출 헤드의 배출구를 갖는 전면을 커버하기 위한 캡 부재(614)를 지지하기 위한 지지 부재; 헤드(601)로부터 아이들(idle) 배출에 의해서 캡 부재(614)에 남아 있는 잉크를 흡인하며, 캠 부재의 애퍼처를 통해 헤드(601)의 흡인 회복을 수행하기 위한 잉크 흡인 수단; 클리닝 블레이드(cleaning blade)(617); 및 카트리지(607)의 이동 방향과 수직한 방향으로 블레이드(617)를 이동 시키기 위한 이동 부재(618)를 도시하며, 여기서 블레이드(617) 및 이동 부재(618)는 본체 지지 부재(619)에 의해 지지된다. 블레이드(617)는 상술한 구성으로 제한되지 않으며, 오히려 다른 기지의 형태로 가정할 수 있다. 또한, 흡인 회복에서 흡인 동작을 시작하기 위한 레버(620)를 도시한다. 카트리지(607)와 체결된 캠(621)의 이동에 의해 이동됨으로 인해, 모터(602)로부터의 구동력은 클러치와 같은 기지의 전송 수단에 의해 제어된다.

헤드(602)에서 발열 부재(202)에 신호를 인가하기 위한 제어하며, 다양한 메카니즘을 제어하기 위한 제어 유닛은 장치의 본체에 제공되며, 따라서 설명하지 않는다. 상술한 구성의 잉크 젯 기록 장치(600)는 인쇄 시트(P)의 전체 폭에 걸쳐 헤드(601)의 왕복 운동에 의해 플래튼(609)상의 도시 안된 이송 장치에 의해 이송된 인쇄 시트(P)상에 기록을 행한다.

도 34는 액체 배출 헤드가 장착되는 액체 배출 장치의 다른 실시예의 중용 부분을 도시한 개략 투시도이다. 이 실시예는 배출 액체로써 잉크를 사용하는 잉크 배출 기록 장치에 의해 설명된다. 장치의 카트리지(HC)는 잉크를 포함하는 액체 탱크(90) 및 액체 배출 헤드 유닛(200)이 착탈가능하게 장착되는 헤드 카트리지를 지지하며, 기록 매체 전송 수단에 의해 전송된 페이퍼와 같은 기록 매체(150)의 횡 방향으로 왕복 운동을 수행한다.

도시 안된 신호 공급 수단은 액체 배출 헤드가 기록 액체를 기록 매체에 배출하는데 응답하여, 카트리지의 액체 배출 수단에 구동 신호를 공급한다.

이 실시예의 액체 배출 장치는 기록 매체 전송 수단 및 카트리지를 구동하기 위한 모터(111), 모터에서 카트리지까지 동력을 전달하기 위한 기어(112 및 113), 및 카트리지 축등을 더 갖춘다. 또한, 액체를 헤드에 보내며 액체를 헤드로부터 받음에 의해 액체를 순환하기 위한 순환 펌프(114)를 갖춘며, 순환 펌프는 튜브(115)를 통해 헤드의 액체 유로와 연결된 상술한 안내 유로에 연결된다. 이런기록 장치 및 이 장치에서 수행되는 액체 배출 프로세스는 액체 배출에 의한 이미지를 다양한 기록 매체에 제공한다.

본 발명은, 액체 방울(droplet)의 효율을 향상시키고, 배출의 안정성 및 내구성에서 우수하며, 배출된 방울의 체적 또는 배출 속도를 안정화하면서 증가시킬 수 있는 신규한 액체 배출 헤드 및 신규한 액체 배출 장치를 제공한다.

Claims

액체 배출 헤드에 있어서,

배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르기에 적합한 배출 액체 유로;

기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르기에 적합한 기포 발생 액체 유로; 및

상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막

을 포함하되,

상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 구비하며, 상기 모서리부를 제외한 리세스 부분은 상기 기포 발생 영역에서 발생되는 기포에 의해 변위되기에 적합한 액체 배출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 리세스의 변위부는 상기 모서리부에 의해 둘러싸인 상기 리세스의 중심 영역인 액체 배출 헤드.
액체 배출 헤드에 있어서,

배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르기에 적합한 배출 액체 유로;

기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르기에 적합한 기포 발생 액체 유로; 및

상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막

을 포함하되,

상기 리세스의 정지 상태에서의 체적 V1과 상기 리세스의 최대 변위시의 체적 V2는,

V2 < V1의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드
제3항에 있어서, 상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 가지고 있어 상기 모서리부 이외에서는 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포에 의해 변위되는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기포 발생 액체 유로는 상기 기포 발생 영역에 대응하여, 기포를 발생하기 위한 열을 발생하는 발열 부재를 포함하는 액체 배출 헤드
제5항에 있어서, 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포는 막 비등 현상에 의해 생기는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점(支點)이 되는 변곡부를 갖고, 상기 가동 분리막은 상기 변곡부에서 더 얇은 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점이 되는 변곡부를 갖고, 정지 상태에서의 상기 발열 부재로부터 상기 리세스의 기저부 까지의 높이 h1 및 정지 상태에서의 상기 리세스의 기저부로부터 상기 리세스의 변곡부 까지의 높이 h2는,

h2 ≥ h1의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제8항에 있어서, h1은 5 내지 10 ㎛의 범위 내인 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점이 되는 변곡부를 갖고, 상기 배출구의 측면에서 본 상기 리세스의 모서리부들 간의 거리 W1, 상기 리세스의 기저부의 폭 W2, 및 상기 발열 부재의 폭 WH는,

W1 ≥ WH ≥ W2의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점이 되는 변곡부를 갖고, 상기 배출구의 측면에서 본 상기 리세스의 모서리부들 간의 거리 W1, 상기 리세스의 변곡부의 거리 W3, 및 상기 발열 부재의 폭 WH는,

W1 ≥ W3 ≥ WH의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제11항에 있어서, 상기 리세스의 기저부의 폭 W2 및 상기 발열 부재의 폭 WH는,

WH ≥ W2의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점이 되는 변곡부를 각고, 상기 발열 부재를 향해 돌출된 영역에서, 상기 리세스의 모서리부를 접속하여 형성된 면적 S1, 상기 리세스의 기저부의 면적 S2 및 상기 발열 부재의 면적 SH는,

S1 ≥ SH ≥ S2의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 리세스는 변위의 지점이 되는 변곡부를 각고, 상기 발열 부재를 향해 돌출된 영역에서, 상기 리세스의 모서리부를 접속하여 형성된 면적 S1, 상기 리세스의 변곡부를 접속하여 형성된 면적 S3, 및 상기 발열 부재의 면적 SH는,

S1 ≥ S3 ≥ SH의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제14항에 있어서, 상기 리세스의 기저부의 면적 S2 및 상기 발열 부재의 면적 SH는,

SH ≥ S2의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드.
제13항에 있어서, SH는 상기 발열 부재의 유효 기포 발생 영역의 면적인 액체 배출 헤드.
제14항에 있어서, SH는 상기 발열 부재의 유효 기포 발생 영역의 면적인 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기포 발생 액체는 상기 기포 발생 액체 유로 및 기판에 설치되며 상기 기포 발생 액체 유로와 연통하는 안내 유로에서 흐르는 액체 배출 헤드.
제18항에 있어서, 상기 기포 발생 액체 유로 및 상기 안내 유로 내의 상기 기포 발생 액체의 유동은 강제 유동 수단에 의해 실행되는 액체 배출 헤드.
제18항에 있어서, 상기 기포 발생 액체 유로는 상기 안내 유로에 의해 다수의 블럭으로 분할되고, 이로 인해 상기 기포 발생 액체는 상기 발열 부재 상에서 균일하게 흐르게 되는 액체 배출 헤드.
제18항에 있어서, 상기 기포 발생 액체 유로는 그 일부분에 기포 저장소를 갖는 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 배출 액체와 상기 기포 발생 액체는 서로 동일한 액체 배출 헤드.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 배출 액체 및 상기 기포 발생 액체는 서로 다른 액체 배출 헤드.
제23항에 있어서, 상기 기포 발생 액체는 저점도성, 발포성, 열안정성 중 적어도 하나가 상기 배출 액체보다 우수한 액체 배출 헤드.
액체 배출 장치에 있어서,

배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르기에 적합한 배출 액체 유로; 기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르기에 적합한 기포 발생 액체 유로; 및 상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고, 상기 리세스는 실질적으로 변위되지 않는 모서리부를 구비하며, 상기 모서리부를 제외한 리세스 부분은 상기 기포 발생 영역에서 발생되는 기포에 의해 변위되기에 적합한 액체 배출 헤드와,

상기 액체 배출 헤드로부터 상기 배출 액체를 수용함으로써 기록을 행하는 기록 매체를 반송하기 위한 반송 수단

을 포함하는 액체 배출 장치.
액체 배출 장치에 있어서,

배출 액체를 배출하기 위한 배출구와 연통하여 상기 배출 액체가 흐르기에 적합한 배출 액체 유로; 기포 발생을 위한 기포 발생 영역을 구비하며 기포 발생 액체가 흐르기에 적합한 기포 발생 액체 유로; 및 상기 배출 액체 유로와 상기 기포 발생 액체 유로를 실질적으로 상호 분리하며, 상기 기포 발생 영역에 대응하는 위치에 상기 기포 발생 액체 유로를 좁히도록 편향되어 있는 리세스를 구비한 가동 분리막을 포함하고, 상기 리세스의 정지 상태에서의 체적 V1과 상기 리세스의 최대 변위시의 체적 V2는 V2 < V1의 관계를 만족하는 액체 배출 헤드와,

상기 액체 배출 헤드로부터 상기 배출 액체를 수용함으로써 기록을 행하는 기록 매체를 반송하기 위한 반송 수단

을 포함하는 액체 배출 장치.