KR100460243B1

KR100460243B1 - 액체 공급 시스템, 잉크 제트 기록 헤드, 잉크 제트 기록장치 및 액체 충전 방법

Info

Publication number: KR100460243B1
Application number: KR10-2002-0007724A
Authority: KR
Inventors: 야마나까아끼히로; 구라따미쯔루; 고이즈미유따까; 마에다히로유끼; 시마다께아끼; 고또아끼라; 고오노다께시; 가게야마데쯔또; 와따나베이따루; 다지마히로끼; 이이지마야스시; 사사끼도시히로
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-09
Publication date: 2004-12-08
Also published as: EP1231062A3; SG115449A1; DE60222711T2; CA2371024A1; EP1231062B1; AU1551302A; ATE374696T1; JP3801003B2; US20030227520A1; AU784532B2; KR20020066234A; EP1231062A2; DE60222711D1; US6805437B2; JP2002307709A; HK1048286A1; CN1222421C; CN1374196A; CA2371024C

Abstract

본 발명은 잉크 내의 폐기물을 최소화하면서 필터의 하류측에서 발생되는 기포로부터 기인하는 단점을 방지한다.

기록 헤드(201)는 외부로부터 공급되는 잉크를 저장하는 보조 탱크(201b)와, 보조 탱크(201b)로부터 공급되는 잉크를 저장하여 잉크 토출을 위한 노즐(201g)로 직접 잉크를 공급하는 액체 챔버(201f)를 갖는다. 필터(201c)는 보조 탱크(201b)와 액체 챔버(201f) 사이에 제공된다. 액체 챔버(201f)는 내부의 잉크가 가스에 의해 필터(201c)로부터 분리되는 방식으로 소정량의 잉크를 보유한다.

Description

액체 공급 시스템, 잉크 제트 기록 헤드, 잉크 제트 기록 장치 및 액체 충전 방법{LIQUID SUPPLY SYSTEM, INK JET RECORDING HEAD, INK JET RECORDING APPARATUS AND LIQUID FILLING METHOD}

본 발명은 잉크 제트 기록 헤드와, 이러한 잉크 제트 기록 헤드를 채용한 잉크 제트 기록 장치와, 이들의 내부에 사용되는 액체 공급 시스템에 관한 것이다.

프린터 등에서의 다양한 기록 방법 중에서, 토출 포트(노즐)로부터 잉크를 토출함으로써 기록 매체 상에 문자 또는 화상을 형성하는 잉크 제트 기록 방법은 고밀도 및 고속 기록 작업이 가능한 낮은 소음 수준의 비충격식 기록 방법이기 때문에 최근에 널리 채용되고 있다.

잉크 제트 기록 장치에는 일반적으로 잉크 제트 기록 헤드와, 이러한 기록 헤드를 지지하는 캐리지를 구동시키는 수단과, 기록 매체를 운반하는 수단과, 이들구성 요소를 제어하는 제어 수단이 제공된다. 이러한 캐리지 운동 하에서 기록 작업을 수행하는 장치는 연속 스캔 방식(serial scan type)으로 불린다. 한편, 잉크 제트 기록 헤드를 이동시키지 않고 기록 매체만의 운반에 의해 기록 작업을 수행하는 장치는 라인 방식(line type)이라고 불린다. 라인 방식의 잉크 제트 기록 장치에서, 잉크 제트 기록 헤드에는 전체의 기록 매체 위에 걸쳐 배열되는 복수개의 노즐이 제공된다.

잉크 제트 기록 헤드에는 잉크 액적을 토출하기 위해 노즐 내의 잉크에 주어질 토출 에너지를 발생시키는 에너지 발생 수단이 제공된다. 에너지 발생 수단은 압전 요소 등의 전기 기계 변환 요소와, 발열 저항기 등의 전열 변환 요소와, 전기파 또는 레이저 광선 등의 전자기파를 기계적인 진동 또는 열로 변환하는 전자기파-기계 변환 요소 또는 전자기파-열 변환 요소일 수 있다. 이들 중에서, 열 에너지에 의해 잉크 액적을 토출하는 방법은 에너지 발생 수단이 고밀도로 배열될 수 있기 때문에 고해상도의 기록을 달성할 수 있다. 특히, 에너지 발생 수단으로서 전열 변환 요소를 이용한 잉크 제트 기록 헤드는 전기 기계 변환 요소를 이용한 헤드보다 용이하게 소형화될 수 있고, 반도체 분야에서 신뢰성의 현저한 진보 및 개선을 나타내는 IC 기술 및 마이크로 제조 기술을 이용하여 고밀도 구성 및 낮은 제조 비용을 용이하게 달성하는 장점을 제공한다.

잉크 제트 기록 헤드로의 잉크 공급 시스템 중에서, 잉크를 담는 잉크 탱크가 잉크 기록 헤드와 일체형인 소위 일체형 잉크 탱크 시스템과, 잉크 탱크가 잉크 제트 기록 헤드와 분리된 소위 분리형 잉크 탱크 시스템과, 잉크 탱크 및 잉크 제트 기록 헤드가 튜브에 의해 연결된 소위 튜브 공급 시스템과, 잉크 탱크 및 잉크 제트 기록 헤드가 별도로 제공되지만 잉크 제트 기록 헤드가 필요할 때마다 잉크 탱크의 위치로 이동되고 잉크 탱크로부터 잉크 제트 기록 헤드로의 잉크 공급을 수행하도록 잉크 탱크에 연결되는 소위 핏-인(pit-in) 시스템이 알려져 있다.

잉크 탱크의 용량이 잉크 탱크의 교체 빈도를 감소시키기 위해 증가될 때, 잉크 탱크의 중량은 증가한다. 이는 연속 스캔 방식의 기록 장치 내의 캐리지의 중량 증가를 의미한다. 이 사실을 고려하여, 예컨대 대형의 기록된 화상을 출력하기 위한 대용량의 잉크 탱크를 필요로 하는 연속 스캔 방식의 잉크 제트 기록 장치는 흔히 튜브 공급 시스템 또는 핏-인 시스템을 채용한다. 이들 중에서, 장기간에 걸친 연속 기록이 가능한 튜브 공급 시스템은 핏-인 시스템에서의 기록 작업이 잉크 공급 작업 중에 중단되어야 하므로 흔히 채용된다.

다음에는 도25를 참조하여 튜브 공급 시스템의 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급 시스템을 설명하기로 한다.

도25에 도시된 잉크 공급 시스템에는 내부에 잉크를 담는 주 탱크(1204)와, 주 탱크(1204)가 탈착식으로 장착되는 공급 유닛(1205)과, 공급 튜브(1206)를 통해 공급 유닛(1205)에 연결되는 기록 헤드(1201)가 제공된다.

공급 유닛(1205)에는 그 내부에 상부 부분에서 공기 연통 포트(1205g)에 의해 공기로 개방되고 저부 부분에서 공급 튜브(1206)에 연결되는 잉크 챔버(1205c)가 제공된다. 공급 유닛(1205) 상에, 하단부가 잉크 챔버(1205c) 내에 위치되고 상단부가 공급 유닛(1205)의 상부면으로부터 돌출하는 중공 잉크 공급 니들(1205a)및 중공 공기 유입 니들(1205b)이 고정된다. 잉크 공급 니들(1205a)의 하단부는 공기 유입 니들(1205b)의 하단부보다 낮게 위치된다.

주 탱크(1204)에는 그 저부에서 예컨대 주 탱크(1204)의 내부를 폐쇄시키는 고무 스토퍼를 포함하는 2개의 커넥터부가 제공되는데, 이로써 잉크 탱크만 밀폐식 폐쇄 구조를 갖는다. 공급 유닛(1205)으로의 주 탱크(1204)의 장착은 잉크 공급 니들(1205a) 및 공기 유입 니들(1205b)이 각각 커넥터부를 통과하여 주 탱크(1204)의 내부로 진입하는 방식으로 수행된다. 잉크 공급 니들(1205a) 및 공기 유입 니들(1205b)은 상기된 바와 같이 위치되므로, 주 탱크(1204) 내의 잉크는 잉크 공급 니들(1205a)을 통해 잉크 챔버(1205c)로 공급되고, 공기는 주 탱크(1204)에서 발생하는 압력 감소를 보상하도록 공기 유입 니들(1205b)을 통해 주 탱크(1204) 내로 유입된다. 공기 유입 니들(1205a)의 하단부가 잉크 내에 침지될 때까지 잉크가 잉크 챔버(1205c) 내로 공급될 때, 주 탱크(1204)로부터 잉크 챔버(1205c)로의 잉크 공급은 종료된다.

기록 헤드(1201)에는 소정량의 잉크를 담는 보조 탱크(1201b)와, 잉크 토출을 위한 복수개 노즐의 배열부를 갖는 잉크 토출부(1201g)와, 보조 탱크(1201b) 및 잉크 토출부(1201g)를 연결하는 유로(1201f)가 제공된다. 잉크 토출부(1201g)에서, 노즐 개구를 갖는 표면은 잉크가 하향으로 토출되도록 하향으로 배향된다. 잉크 토출부(1201g) 내의 각각의 노즐에는 전술된 에너지 발생 수단이 제공된다. 보조 탱크(1201b)는 잉크 토출부(1201g)보다 높게 위치되고, 공급 튜브(1206)는 보조 탱크(1201b)에 연결된다. 보조 탱크(1201b)와 유로(1201f) 사이에, 잉크토출부(1201g) 내로의 미세한 외래 입자의 진입으로부터 발생하는 노즐의 폐쇄를 방지하기 위해 미세한 메시 구조를 갖는 필터(1201c)가 제공된다.

필터(1201c)의 면적은 잉크 내의 압력 손실이 공차를 초과하지 않도록 선택된다. 필터(1201c) 내의 압력 손실은 그 메시가 섬유이거나 필터를 통한 잉크 유동 속도가 높아짐에 따라 증가하지만, 그 면적에 반비례한다. 압력 손실은 고속, 다수 노즐 및 작은 기록 도트의 특징을 나타내는 최근의 기록 헤드에서 커지는 경향이 있으므로, 필터(1201c)의 면적은 압력 손실의 증가를 억제하도록 가능하면 크게 선택된다.

잉크 토출부(1201g) 내의 노즐은 공기에 대해 개방되고 하향으로 배향되므로, 기록 헤드(1201)의 내부는 노즐로부터의 잉크 누설을 방지하기 위해 대기압에 대해 부압(negative pressure)으로 유지되어야 한다. 한편, 과도하게 큰 부압은 노즐 내로의 가스의 진입을 발생시키는데, 이로써 노즐은 잉크를 토출할 수 없게 된다. 따라서, 기록 헤드(1201) 내에서 적당한 부압을 유지하기 위해, 기록 헤드(1201)는 노즐 개구면이 잉크 챔버(1205c) 내의 잉크 액위보다 높이(H)만큼 높아 용수 헤드(H)에 대응하는 부압으로 기록 헤드(1201)의 내부를 유지하도록 위치된다. 이 방식으로, 노즐은 잉크가 충전되어 개구면에서 메니스커스(meniscus)를 형성한 상태에서 유지될 수 있다.

노즐로부터의 잉크 토출은 에너지 발생 수단을 구동시켜 노즐 내의 잉크를 외부로 가압함으로써 수행된다. 잉크 토출 후에, 노즐에는 유로(1201f)의 측면으로부터 모세관력에 의해 잉크가 충전된다. 기록 작업 중에, 노즐로부터의 잉크 토출 및 노즐 내로의 잉크 충전은 잉크가 공급 튜브(1206)를 통해 잉크 챔버(1205c)로부터 때때로 흡인되도록 반복된다.

잉크 챔버(1205c) 내의 잉크가 기록 헤드(1201) 내로 흡인되고 잉크 챔버(1205c) 내의 잉크 액위가 공기 유입 니들(1205c)의 하단부보다 낮아짐에 따라, 공기가 공기 유입 니들(1205b)을 통해 주 탱크(1204) 내로 유입된다. 이 작업과 함께, 주 탱크(1204) 내의 잉크는 공기 유입 니들(1205b)의 하단부가 잉크 챔버(1205c) 내의 잉크 내에 재침지되도록 잉크 챔버(1205c) 내로 유입된다. 이러한 작업의 반복을 통해, 주 탱크(1204) 내의 잉크는 잉크 토출과 함께 기록 헤드(1201)로 공급된다.

기록 헤드(1201)의 보조 탱크(1201b) 내에, 공급 튜브(1206) 등을 구성하는 플라스틱 재료 내로 진입하는 가스 및 잉크 내에 용해된 가스가 점차로 축적된다. 보조 탱크(1201b) 내에 축적된 불필요한 가스를 배출하기 위해, 가스 배출 펌프(1211a)에 연결되는 가스 배출 튜브(1211)가 보조 탱크(1201b)에 연결된다. 그러나, 기록 헤드(1201)의 내부를 적당한 부압으로 유지하기 위해, 배출 튜브(1211)에는 기록 헤드(1201) 내측의 압력이 대기압을 초과하지 않는 방식으로 가스 배출 작업에서만 개방되는 밸브(1211b)가 제공된다.

잉크 토출부(1201g)를 폐쇄하는 점성화된 잉크 또는 그 내부의 잉크 내에 용해된 가스로부터 발생되는 기포를 제거하기 위해, 잉크 제트 기록 장치에는 보통 기록 헤드(1201)의 노즐면을 덮는 캡(1207a) 및 캡(1207a)에 연결되는 흡인 펌프(1207c)가 제공되고 흡인 펌프(1207c)를 작동시켜 잉크 토출부(1201g) 내의 잉크를 강제로 흡인함으로써 잉크 토출부(1201g)로부터 점성화된 잉크 또는 축적된 기포를 제거하는 회복 유닛(1207)이 제공된다.

이러한 흡인 회복 작업에서, 급속한 잉크 유동은 점성화된 잉크 및 기포를 효과적으로 제거하는 것을 허용하므로 유로(1201f)의 단면은 내부의 잉크 유동 속도를 증가시키기 위해 작게 형성된다. 한편, 필터(1201c)의 단면은 필터(1201c)의 하류측에서 유로(1201f)의 단면이 작게 형성되도록 상기된 바와 같이 가능하면 크게 형성된다.

상기에서, 튜브 공급 시스템의 경우를 들어 종래의 잉크 공급 시스템을 설명하였지만, 일체형 헤드 탱크 시스템, 분리형 헤드 탱크 시스템 또는 핏-인 시스템에서도, 기록 헤드의 필터의 하류측에서의 구성은 상기된 튜브 공급 시스템에서와 기본적으로 동일하고, 잉크 탱크로부터 기록 헤드로의 잉크 공급로의 구성에서만 상이하다.

그러나, 전술된 종래의 구성은 기포를 완전히 제거할 수 없을 수도 있는데, 이는 결국 기포로부터 발생하는 토출 실패 또는 잉크 적하(ink dripping) 등의 기록 품질의 열화를 발생시킨다.

다음에는 기포가 필터(1201c)의 하류측의 잉크 유로(1201f) 내에 축적될 때 도25에 도시된 종래의 구성의 단점을 설명하기로 한다.

필터 아래의 일부는 잉크 유로의 단면이 감소되고, 기록 헤드의 기록 작업에 의해서도 정체하게 되어 기포가 남는 경향이 있는 부분을 포함한다. 특히, 다수의 노즐 및 높은 기록 속도를 위해 설계된 기록 헤드에서, 필터 면적은 잉크 정체부가 잉크 유동 내에서 증가하여 기포가 필터 아래에 남는 경향이 있게 하도록 증가되어야 한다. 특히, 필터 및 잉크 유로가 중력 방향에 있어서 상하 방향으로 위치되는 경우에, 기포는 필터 아래에 부력(floating force)에 의해 수집된다. 그러나, 기포와 접촉하는 필터 부분은 잉크를 여과할 수 없기 때문에, 유효 필터 영역은 불가피하게 감소된다.

또한, 작은 단면을 갖는 잉크 유로는 대형 기포에 의해 폐쇄되는데, 이로써 노즐에 대해 필요한 잉크 공급을 방해하는 실질적인 유동 저항은 증가하여, 결국 잉크 적하 등을 발생시킨다.

또한, 에너지 발생 수단으로서 전열 변환 요소를 사용하는 잉크 토출부는 상류측으로부터 나온 기포, 즉 필터를 통과하는 잉크 내에서 발생된 기포와, 잉크 토출로부터 발생하는 기포, 즉 잉크 내에서 기포 발생에 의한 잉크 토출 후에 기포의 소멸 시에 잉크 내에 용해되지 않고 잉크 내에 점차로 축적되는 기포를 포함한다. 이러한 기포는 점차로 성장하고 노즐 내로 진입하거나 노즐과 잉크 토출부 사이의 연결부를 폐쇄할 수도 있는데, 이는 토출 실패 또는 잉크 적하를 발생시킨다. 특히, 잉크 토출부 근처에서, 히터 근처의 온도가 상승하여 잉크 내로의 기포의 재분해를 어렵게 하기 때문에, 미세한 기포가 수집되는 경향이 있는데, 이로써 기포는 기록 시에 역효과를 발생시키는 크기로 성장하는 경향이 있다.

또한, 종래의 구성에서, 잉크 유로의 단면은 감소되므로, 잉크 유로 내의 발생된 기포는 기록 헤드의 회복 작업에 의해 배출될 수 있지만, 기포가 유로를 방해할 정도로 급속하게 성장하면, 노즐로의 잉크 공급은 방해를 받는다. 이러한 상태를 회피하기 위해, 회복 작업을 자주 수행함으로써 기포를 배출할 필요가 있지만, 잉크가 각각의 회복 작업에서 낭비되는 단점을 발생시킨다.

한편, 잉크 유로의 단면이 "기포에 의해 잉크 유로를 방해하지 않도록" 또는 "잉크 유동이 정체되는 경향이 있는 곳을 제거하도록" 증가되면, 기포는 잉크가 흡인 회복 작업에서 강력하게 흡인되더라도 잉크가 흡인되기만 할 뿐 기포 자체가 잉크 유로의 상류로 이동하기만 하여 흡인에 의해 배출될 수 없도록 용이하게 이동 가능하게 된다.

또한, 필터는 미세한 메시 구조를 가지므로, 기포가 필터 아래에 도달하여 흡수될 때, 필터의 메시 내의 공간에서 보조 탱크 내의 잉크에 의해 메니스커스가 형성된다. 결과적으로, 필터 아래의 기포는 상류측으로 필터를 통과하지 못하고 필터 아래에 축적된다.

기포가 축적되는 필터 부분은 잉크를 통과시킬 수 없는데, 이는 필터의 유효 면적을 감소시키고 잉크 유동 저항을 증가시키며, 이로써 보조 탱크로부터 잉크 유로로의 잉크 공급량 및 잉크 유로로부터 잉크 토출부로의 잉크 공급량은 불균형하게 되어 토출 실패를 발생시킨다. 또한, 잉크 공급부 내의 기포 축적 및 보조 탱크로부터 잉크 공급부로의 부족한 잉크 공급이 추가로 진행되면, 잉크 토출부 내의 잉크는 노즐로의 잉크 공급 불가 등의 치명적인 단점을 발생시킬 수도 있다.

또한, 소형 기포가 필터 아래에 축적되어 대형 기포로 성장하는 경우에, 이러한 대형 기포는 인쇄 작업 등에서 기록 헤드의 진동에 의해 필터 아래에서 이동하여, 불안정하기는 하지만 보조 탱크로부터 잉크 유로로의 잉크 공급을 위한 유효필터 영역을 확보한다. 그러나, 필터 아래에 축적된 소형 기포가 수집되지 않아 소형 기포의 수집된 그룹으로서 남아 있는 경우에, 이러한 소형 기포는 인쇄 작업 등에서 기록 헤드의 진동 하에서도 필터에 부착되는데, 이로써 보조 탱크로부터 잉크 유로로의 잉크 공급을 위한 유효 필터 영역은 확보하기 어렵게 된다. 결국, 노즐로의 잉크 공급이 실현될 수 없는 상태를 만나게 된다.

또한, 이러한 기포로부터 발생하는 토출 실패 또는 잉크 적하 등의 기록 품질의 열화를 회피하기 위해, 필터 아래에 축적되는 기포를 제거하는 회복 작업을 자주 반복할 필요가 있게 된다.

이러한 단점은 보조 탱크로부터 잉크 유로로의 대량의 잉크 공급 및 필터 내의 큰 압력 손실을 나타내는 경향이 있는 기록 헤드, 즉 작은 도트로 기록하도록 다수개의 노즐을 구비한 기록 헤드에서 현저하다.

본 발명의 목적은 잉크 내의 폐기물을 최소화하면서 필터의 하류측에서 발생되는 기포로부터 기인하는 단점을 방지할 수 있는 잉크 제트 기록 헤드와, 이러한 잉크 제트 기록 헤드를 이용한 잉크 제트 기록 장치와, 내부에 유리하게 채용 가능한 액체 공급 시스템 및 액체 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기된 목적은 액체 공급 방향으로 하류 단부에 액체를 보유한 액체 보유부까지의 액체 공급로와, 액체 공급로 내에 필터가 제공되고, 액체는 중력 방향에 있어서 상하 방향으로 필터의 상류측으로부터 필터의 하류측으로 공급될 수 있는 액체 공급 시스템에 있어서, 필터의 하류측에 접하는 부분을 가스 보유 영역과 액체 보유 영역으로 구획하는 부재를 포함하고, 가스 보유 영역에 보유된 가스는 필터의 하류측과 하류 단부 내의 액체 보유부 사이에 존재하는 가스와 연통되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 액체 공급 시스템에서, 필터의 하류측이 가스를 보유하는 가스 보유 영역을 확보함에 따라, 가스 보유 영역 내에 보유된 가스보다 작은 필터의 하류측에서 결국 발생되는 기포는 이러한 가스와 결국 결합된다. 이와 같이, 소형 기포가 액유로 내에서 혼합되거나 수집된 그룹으로서 남아 있는 것을 회피하는 것이 가능하게 된다. 또한, 필터의 하류측은 유효 필터 영역을 확보하도록 가스 보유 영역 및 액체 보유 영역으로 구획되는데, 이로써 필터의 상류측으로부터의 액체 공급은 대량의 액체가 액체 공급로의 하류 단부에서 소비될 때에도 부족하지 않게 안정적으로 수행될 수 있다.

필터의 하류측에서, 바람직하게는 가스 보유 영역 내의 표면 장력에 의해 필터의 하류측 내에 존재하는 액체를 보유하고 필터를 횡단하여 필터의 상류측에서의 액체와 연결되는 액체 연결 구조가 형성된다. 이 방식으로, 액체는 액체 공급로의 하류 단부에서의 액체 소비의 경우에 또는 예컨대 주위 온도 변화로부터 발생하는 가스 보유 영역의 가스 체적 변화의 경우에 액체 연결 구조를 통해 필터의 상류측 및 하류측 사이에서 원활하게 이동한다.

액체 연결 구조는 바람직하게는 수직 방향을 따라 제공되어야 하고, 상단부가 필터의 하류 표면과 접촉하는 홈형 구조부(groove-shaped structure)가 제공된다. 이러한 경우에, 홈형 구조부와 필터 사이의 간극(t)은 0 ≤ t ≤ 1.0 ㎜의 범위 내에서 선택되는데, 이로써 홈형 구조부에 의해 보유된 액체는 필터와 만족스럽게 접촉한다. 또한, 필터의 하류측에서, 액체 공급로는 액체 공급로의 측면을 구성하는 커버 부재와, 액체 공급로의 다른 면을 구성하고 커버 부재에 접합되는 본체 부재를 포함할 수도 있고, 홈형 구조부는 적어도 커버 부재 내에 제공될 수도 있다. 이러한 경우에, 커버 부재 내의 홈형 구조부는 본체 부재와 커버 부재의 접합면으로부터 돌출하여 표면 장력에 의해 액체를 보유하도록 된 슬릿을 구비한 돌출부로서 형성될 수도 있는데, 이로써 커버 부재 및 본체 부재가 접착제에 의해 접합되더라도, 액체를 보유하는 홈형 구조부의 슬릿은 접착제의 진입으로부터 방지될 수 있다.

또한, 액체 공급로는 필터의 상류측에서의 제1 액체 챔버와, 필터의 하류측에서의 전술된 가스 보유 영역을 포함하는 제2 액체 챔버를 갖도록 구성될 수도 있다. 이러한 경우에, 제1 액체 챔버의 상류측에서 밸브 기구를 형성하거나 제1 액체 챔버에 개폐될 수 있는 공기 연통 개구를 제공하는 것이 가능한데, 이로써 가스가 제2 액체 챔버 내에 축적되는 경우에, 밸브 기구 또는 공기 연통 개구가 폐쇄된 상태에서 제2 액체 챔버의 측면으로부터 흡인이 수행되어, 제1 및 제2 액체 챔버의 압력을 소정치로 감소시킨다. 다음에, 밸브 기구 또는 공기 연통 개구는 가스가 내부의 액체량을 감소시키도록 제1 및 제2 액체 챔버 내에 축적될 때에도 상류측으로부터 제1 및 제2 액체 챔버에 각각 적당량의 액체를 충전하도록 개방된다.

또한, 필터의 하류측에서의 액체 공급로에 2개의 액체 챔버를 제공하는 것도가능하다. 제2 액체 챔버 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가에 의해, 내부의 액체는 액체 공급로의 하류 단부까지 외부로 가압되거나 필터를 통해 제1 액체 챔버로 복귀된다. 그러나, 액체 공급로의 하류 단부로의 제2 액체 챔버 내의 액체의 예기치 않은 가압은 바람직하지 못하고, 제2 액체 챔버 내의 액체는 제2 액체 챔버에서 필터가 가스 보유 영역과 접촉하므로 필터를 통해 제1 액체 챔버로 복귀할 수 없다. 따라서, 가스 보유 영역 내의 가스에 인접한 액체 보유부를 갖는 제3 액체 챔버를 형성함으로써, 제3 액체 챔버 내에 보유된 액체는 제2 액체 챔버 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에도 필터와 접촉을 통해 제1 액체 챔버 내에서 원활하게 유동할 수 있는데, 이로써 제2 액체 챔버 내의 액체는 액체 공급로의 하류 단부로부터 외부로 예기치 못하게 가압되지 않는다. 제3 액체 챔버 내에 보유된 액체와 필터의 접촉 영역은 제3 액체 챔버에 원하는 개수의 액체 보유 부재를 제공함으로써 제3 액체 챔버 내에 보유된 액체량에 무관하게 일정하게 유지될 수 있다. 액체 보유 부재 상에서의 액체 보유는 액체의 표면 장력을 이용함으로써 달성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 필터에 의해 분리되고 내부에 액체를 각각 담는 제1 및 제2 액체 챔버와, 제2 액체 챔버와 직접 연결되고 제2 액체 챔버로부터 공급되는 액체를 토출하도록 된 액체 토출부가 제공되며, 액체는 필터를 통해 제1 액체 챔버로부터 제2 액체 챔버로 공급될 수 있는 잉크 제트 기록 헤드에 있어서, 제2 액체 챔버와 접촉하는 필터의 일부를 가스 보유 영역 및 액체 보유 영역으로 구획하는 부재를 포함하며, 가스 보유 영역 내에 보유된 가스는 제2 액체 챔버 내에 존재하는 가스와 연통되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.

또한, 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드 내에, 필터에 의해 분리되는 제1 및 제2 액체 챔버와, 제1 액체 챔버로부터 제2 액체 챔버로의 액체 공급이 가능한 상태에서 제2 액체 챔버와 접촉하는 필터의 일부를 가스 보유 영역 및 액체 보유 영역으로 구획하는 부재가 제공되고, 가스 보유 영역 내에 보유된 가스는 제2 액체 챔버 내에 존재하는 가스와 연통되므로, 본 발명의 전술된 액체 공급 시스템에서와 같이 필터의 하류측에서 발생되는 기포로부터 기인하는 단점을 해결하는 것이 가능하게 되어, 토출부로부터의 안정적인 잉크 토출을 가능하게 한다.

이와 같이, 기포로부터 발생하는 토출 실패 또는 소위 잉크 적하 등의 기록 품질의 열화를 방지하고, 필터 아래에 축적되는 기포를 제거하는 회복 작업의 회수를 감소시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 액체 보유 영역 내에 보유된 액체가 제2 액체 챔버와 연통되어 제1 및 제2 액체 챔버 내의 액체가 가역적으로 이동할 수 있는 구성은 제2 액체 챔버 내의 가스 체적이 팽창 및 수축을 반복할 때에도 토출부로부터의 안정적인 액체 토출을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 전술된 잉크 제트 기록 헤드를 지지하는 지지 수단과; 잉크 제트 기록 헤드 내의 액체 토출부로부터 잉크 제트 기록 헤드 내의 잉크를 강제로 흡인하는 흡인 수단과; 잉크 제트 기록 헤드의 외부로 또는 이로부터 잉크 제트 기록 헤드의 제1 액체 챔버를 개방하거나 폐쇄하는 밸브 기구를포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.

흡인 수단 및 밸브 기구가 제공되는 본 발명의 잉크 제트 기록 장치에서, 흡인 수단은 잉크 제트 기록 헤드 내의 압력을 소정치로 감소시키도록 밸브 기구가 폐쇄된 상태에서 우선 작동된다. 다음에, 밸브 기구는 가스가 내부의 액체량을 감소시키도록 제1 및 제2 액체 챔버 내에 축적될 때에도 제1 및 제2 액체 챔버에 적당량의 액체를 각각 충전하도록 개방된다.

또한, 본 발명에 따르면, 액체를 각각 보유하는 제1 및 제2 액체 챔버는 필터에 의해 분리되고, 액체는 제1 액체 챔버로부터 제2 액체 챔버로의 액체 공급 방향으로 제2 액체 챔버의 하류측에서 보유되며, 필터의 상류측으로부터 필터의 하류측으로의 액체 공급이 가능한 상태에서 가스가 제2 액체 챔버 내의 액체와 필터를 분리하는 가스 보유 영역 내에 존재하는 액체 충전 방법에 있어서, 제1 액체 챔버를 외부로부터 폐쇄하는 단계와; 제1 액체 챔버가 폐쇄된 상태에서 제2 액체 챔버의 하류측으로부터 흡인을 수행하여 제1 및 제2 액체 챔버의 압력을 감소시키는 단계와; 제1 및 제2 액체 챔버의 압력 감소 후에 외부에 대해 제1 액체 챔버를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

이와 같이, 가스가 내부의 액체량을 감소시키도록 제1 및 제2 액체 챔버 내에 축적될 때에도, 제1 및 제2 액체 챔버에 적당량의 액체를 각각 충전하는 것이 가능하게 된다.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 잉크 제트 기록 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도.

도2는 도1에 도시된 잉크 제트 기록 장치 내의 하나의 색상을 위한 잉크 공급로를 나타내는 단면도.

도3a, 도3b, 도3c 및 도3d는 도2에 도시된 잉크 공급로에서 주 탱크 내로의 가스 유입의 경우에 잉크 공급 유닛의 액체 경로 내의 가스 및 잉크의 거동을 나타내는 단면도.

도4는 도2에 도시된 잉크 공급로에서 노즐 상의 용수 헤드에 의해 형성되는 압력을 나타내는 단면도.

도5는 도2에 도시된 기록 헤드의 내부 구성을 나타내는 상세 단면도.

도6은 보조 탱크의 상부벽과 필터의 일부가 제거된 상태에서 도2에 도시된 기록 헤드의 위로부터 본 사시도.

도7은 보조 탱크로부터 액체 챔버로의 잉크 유동을 나타내는, 도5와 유사한 단면도.

도8은 폐쇄 상태에서 잉크 및 가스의 유동을 나타내는, 도5와 유사한 단면도.

도9는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급로를 나타내는 단면도.

도10은 도9에 도시된 기록 헤드의 내부 구성을 나타내는 상세 단면도.

도11은 보조 탱크의 상부벽과 필터의 일부가 제거된 상태에서 도9에 도시된 기록 헤드의 위로부터 본 사시도.

도12는 도9에 도시된 기록 헤드의 변형예를 나타내는 단면도.

도13은 본 발명에 적용 가능한 홈 구조의 상단부에서 홈 구조와 필터 사이의 관계를 나타내는 측면도.

도14a, 도14b 및 도14c는 본 발명에 적용 가능한 필터의 접합 구조를 나타내는 측면도.

도15는 본 발명에 적용 가능한 홈 구조의 하나의 예를 나타내는 사시도.

도16 내지 도22는 본 발명에 적용 가능한 홈 구조의 다른 예들을 나타내는 사시도.

도23은 본 발명에 적용 가능한 다양한 형태의 홈 구조에서 개구 폭과 잉크 상승 높이 사이의 관계를 나타내는 차트.

도24는 본 발명의 홈 구조를 구성하는 커버 부재의 사시도.

도25는 종래의 튜브 공급 시스템의 잉크 제트 기록 장치 내의 잉크 공급 시스템을 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

201 : 잉크 제트 헤드

202 : 캐리지

203 : 운반 롤러

204 : 잉크 탱크

205 : 잉크 공급 유닛

206 : 잉크 공급 튜브

207 : 회복 유닛

S : 용지

이제는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의해 상세하게 설명하기로한다.

[제1 실시예]

도1은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 잉크 제트 기록 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도1에 도시된 잉크 제트 기록 장치는 잉크 제트 헤드(201)의 왕복 운동(주 스캔)과, 소정 피치에 의해 보통의 기록 용지, 특수지, OHP 필름 시트 등의 기록 용지(기록 매체)(S)의 운반(보조 스캔)을 반복할 수 있고, 잉크 제트 헤드(201)가 기록 용지(S) 상으로의 피착을 위한 이들 운동과 일치하도록 잉크를 선택적으로 토출하여 문자, 기호 또는 화상을 형성하게 하는 연속 방식의 기록 장치이다.

도1을 참조하면, 잉크 제트 기록 헤드(201)는 2개의 안내 레일에 의해 활주 가능하게 지지되는 캐리지(202) 상에 탈착식으로 장착되고, 도시되지 않은 모터 등의 구동 수단에 의해 안내 레일을 따라 왕복된다. 기록 용지(S)는 잉크 제트 헤드(201)의 잉크 토출면에 대향하고 그에 대해 일정한 거리를 유지하도록 캐리지(202)의 이동 방향[예컨대, 수직 방향(A)]과 교차하는 방향으로 운반 롤러(203)에 의해 운반된다.

잉크 제트 헤드(201)에는 각각 상이한 색상의 잉크를 토출하는 복수개의 노즐 배열부가 제공된다. 잉크 제트 헤드(201)로부터 토출되는 잉크의 색상에 대응하여, 복수개의 독립적인 잉크 탱크(204)가 잉크 공급 유닛(205) 상에 탈착식으로 장착된다. 잉크 공급 유닛(205) 및 잉크 제트 헤드(201)는 잉크 색상에 각각 대응하는 복수개의 잉크 공급 튜브(206)에 의해 연결되고, 잉크 공급 유닛(205) 상에주 탱크(204)를 장착함으로써, 주 탱크(204) 내에 담긴 각각의 색상의 잉크는 잉크 제트 헤드(201) 내의 노즐 배열부로 독립적으로 공급될 수 있다.

잉크 제트 헤드(201)의 왕복 범위 내에 있지만 기록 용지(S)의 통과 범위 외부에 있는 비기록 영역 내에, 잉크 제트 헤드(201)의 잉크 토출면에 대향되도록 회복 유닛(207)이 제공된다.

다음에는 도2를 참조하여 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급 시스템의 상세한 구성을 설명하기로 한다. 도2는 단순화를 위해 색상을 위한 잉크 공급로를 나타내는, 도1에 도시된 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급로를 나타내는 단면도이다.

우선, 기록 헤드(201)를 설명하기로 한다.

잉크는 잉크 공급 튜브(206)의 단부 상에 제공되는 액체 커넥터가 밀폐식으로 연결되는 커넥터 삽입 포트(201a)로부터 기록 헤드(201)로 공급된다. 커넥터 삽입 포트(201a)는 기록 헤드(201)의 상부 부분 내에 형성되는 보조 탱크(201b)와 연통된다. 중력의 방향으로 보조 탱크(201b)의 하부측 내에, 평행 방식으로 배열되는 복수개의 노즐(201g)을 갖는 노즐부로의 직접적인 잉크 공급을 위한 액체 챔버(201f)가 형성된다. 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)는 필터(201c)에 의해 분리되지만, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 경계에서, 개구(201d)를 갖는 구획부(201e)가 형성되고, 필터(201c)는 이러한 구획부(201e) 상에 제공된다.

상기 구성에서, 커넥터 삽입 포트(201a)로부터 기록 헤드(201)로 공급되는 잉크는 보조 탱크(201b), 필터(201c) 및 액체 챔버(201f)를 통해 노즐(201g)로 공급된다. 커넥터 삽입 포트(201a)와 노즐(201g) 사이의 경로는 대기에 밀폐식으로견고한 상태로 유지된다.

보조 탱크(201b)의 상부면 상에, 돔형(dome-shaped) 탄성 부재(201h)에 의해 덮인 개구가 형성된다. 탄성 부재(201h)에 의해 둘러싸인 공간은 보조 탱크(201b) 내의 압력에 따라 체적이 변하고, 아래에 설명된 바와 같이 보조 탱크(201b) 내의 압력을 조정하는 기능을 갖는다.

노즐(201g)은 약 20 ㎛의 단면 폭의 튜브형 구조를 갖고, 내부의 잉크로 토출 에너지를 줌으로써 잉크를 토출하고, 잉크 토출 후에, 노즐의 내부에는 그 모세관력에 의해 잉크가 충전된다. 정상적으로, 잉크 토출은 20 ㎑ 이상의 주기로 반복되어, 미세한 고속 화상 형성을 달성한다. 노즐(201g) 잉크에 토출 에너지를 공급하기 위해, 기록 헤드(201)에는 각각의 노즐(201g) 내에 에너지 발생 수단이 제공된다. 본 실시예에서, 에너지 발생 수단은 노즐(201g) 내의 잉크를 가열하는 발열 저항기(전열 변환 요소)를 포함하고, 기록 헤드(201)의 구동을 제어하는 헤드 제어 유닛(도시되지 않음)으로부터의 명령이 발열 저항기를 구동시켜, 소정의 노즐(201g) 내의 잉크의 필름 비등(boiling)을 유도하는데, 이로써 이러한 필름 비등에 의해 형성되는 기포의 압력에 의해 노즐(201g)로부터 잉크를 토출한다.

노즐(201g)은 잉크 토출 단부(토출 포트)에 하향으로 위치되지만, 토출 포트를 개방하거나 폐쇄하는 밸브 기구는 제공되지 않고, 잉크는 토출 포트에서 메니스커스를 형성함으로써 노즐(201g)을 충전한다. 이를 위해, 기록 헤드(201)의 내부, 특히 액체 챔버(201f)의 내부는 대기압에 대해 부압으로 유지된다. 그러나, 부압이 과도하게 작으면, 잉크 토출 포트에서의 메니스커스는 외래 물질 또는 잉크가노즐(201g)의 단부에 부착되는 경우에 파괴될 수도 있는데, 이로써 잉크가 노즐(201g)로부터 누설될 수도 있다. 한편, 부압이 과도하게 크면, 노즐(201g)[또는 잉크 챔버(201f)] 내로 잉크를 후퇴시키는 힘은 토출 시에 잉크로 공급되는 에너지보다 강력하게 되어, 토출 실패를 발생시킨다. 결국, 액체 챔버(201f) 내의 부압은 대기압보다 다소 낮은 소정 범위 내에서 유지된다. 이러한 부압은 노즐(201g)의 개수 및 단면과 발열 저항기의 성능에 좌우되지만 바람직하게는 본 발명자의 실험 결과에 따라 -20 ㎜Aq(약 -0.0020 atm = -0.2027 ㎪) 내지 -200 ㎜Aq(약 -0.0200 atm = -2.0265 ㎪)(여기에서, 잉크의 비중은 용수의 비중과 동일한 것으로 가정)의 범위 내에 있어야 한다.

본 실시예에서, 잉크 공급 시스템(205) 및 기록 헤드(201)는 잉크 공급 튜브(206)에 의해 연결되고, 잉크 공급 유닛(205)에 대한 기록 헤드(201)의 위치는 기록 헤드(201)를 부압으로 유지하기 위해 기록 헤드(201)가 잉크 공급 유닛(205)보다 높게 위치되도록 비교적 자유롭게 선택될 수 있다. 나중에 이러한 높이를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

필터(201c)는 보조 탱크(201b)로부터 액체 챔버(201f)로 노즐(201g)을 폐쇄할 수도 있는 물질의 누설을 방지하기 위해 10 ㎛를 초과하지 않고 노즐(201g)의 단면 폭보다 작은 미세 구멍을 갖는 금속 메시를 포함한다. 필터(201c)는 액체의 하나의표면 상에서 액체와 접촉하게 될 때 각각의 미세한 구멍이 잉크의 표면 장력에 의해 잉크의 메니스커스를 형성하는 특성을 갖는데, 이로써 필터를 통한 가스 유동은 어렵게 된다. 미세한 구멍이 작아짐에 따라, 메니스커스는 보다 강력하게되고, 가스 유동은 보다 어렵게 된다.

본 실시예에 채용된 바와 같은 이러한 필터(201c)에서, 가스를 통과시키는 데 필요한 압력은 약 0.1 atm(10.1325 ㎪: 실험치)이다. 따라서, 가스가 기록 헤드 내의 잉크 이동 방향으로 필터(201c)의 하류측 내에 존재하는 액체 챔버(201f) 내에 존재하면, 가스는 가스 자체의 부력에 의해 필터(201c)를 통과할 수 없고, 액체 챔버(201f) 내의 가스는 내부에 남는다. 본 실시예는 액체 챔버(201f)에 잉크가 완전히 충전되지 않고 액체 챔버(201f)가 잉크 챔버(201f) 내의 액체와 필터(201c) 사이의 가스층을 포함하는 방식으로 이 현상을 이용하고, 소정량의 액체는 이러한 가스 보유 영역 내의 가스가 액체 챔버(201f) 및 필터 내의 액체를 분리하는 방식으로 액체 챔버(201c) 내에 담긴다. 이러한 가스 보유 영역 내의 가스는 노즐(201g)로부터 필터(201c)로의 기포 이동을 억제하도록 액체 챔버(201f) 내에 존재한다.

액체 챔버 내의 최소한 필요한 잉크량은 노즐(201g)에 잉크를 충전하는 데 필요한 양이다. 가스가 액체 챔버(201f)로부터 노즐(201g) 내로 진입하면, 잉크 토출 후에, 노즐(201g)은 잉크 보충을 달성할 수 없는데, 이는 토출 실패를 유도한다. 결국, 노즐(201g)의 내부는 잉크가 항상 충전되어야 한다.

필터(201c)의 상부면은 보조 탱크(201b) 내의 탱크와 접촉하고, 잉크는 필터(201c)의 상부면 상의 잉크가 그 하부면 상의 잉크와 접촉하는 영역에서만 필터(201c)를 통해 연통될 수 있기 때문에, 이러한 연통 가능한 영역은 필터(201c)의 유효 면적을 구성한다. 종래 기술의 설명에서 이미 설명된 바와 같이, 필터(201c)내의 압력 손실은 필터의 유효 면적에 좌우된다. 본 실시예에서, 큰 영역의 필터(201c)는 기록 헤드(201)의 작동 상태에서 실질적으로 수평으로 위치되고, 필터(201c)의 전체 상부면은 필터의 하부면에 존재하는 잉크와 연통 영역을 증가시키기 위해 잉크와 접촉이 유지되어, 필터의 유효 면적을 최대화하고 압력 손실을 감소시킨다.

압력 조정 챔버(201i)는 내부 부압이 증가함에 따라 그 체적을 감소시키고, 본 발명에서와 같이 바람직하게는 고무 재료 등으로 형성된 탄성 부재(201h)를 포함할 수 있다. 탄성 부재(201h)는 플라스틱 시트 및 스프링의 조합에 의해 대체될 수도 있다. 기록 헤드(201)의 작동 상태의 주위 온도 및 보조 탱크(201b)의 체적에 따라 가변적인 압력 조정 챔버(201i)의 체적은 본 실시예에서 약 0.5 ㎖로서 선택된다.

압력 조정 챔버(201i)가 없는 경우에, 보조 탱크(201b) 내의 압력에는 잉크가 주 탱크(204), 잉크 공급 유닛(205) 및 잉크 공급 튜브(206)를 통해 진행할 때의 압력 손실에 의한 저항이 직접 적용된다. 따라서, 모든 노즐(201g)로부터의 잉크 토출 등의 소위 높은 듀티(high-duty)의 잉크 토출 작업의 경우에, 기록 헤드(201)로 공급되는 잉크량이 토출되는 잉크량에 비해 부족하게 되는데, 이로써 부압은 급속하게 증가한다. 노즐(201g)의 부압이 -200 ㎜Aq(약 -2.0265 ㎪)의 전술된 제한치를 초과하면, 토출은 불안하게 되고 화상 형성에 부적당하게 된다.

본 발명에서와 같은 연속 스캔 방식의 기록 장치에서, 높은 듀티비를 갖는 화상 형성에서도, 잉크 토출은 캐리지(202)의 구동의 역전 시에 중단된다(도1 참조). 압력 조정 챔버(201i)는 보조 탱크(201b) 내의 부압의 증가를 완화하도록 잉크 토출 중에 체적을 감소시키고 캐리지의 이동의 역전 시에 체적을 회복시키는 커패시터에서와 같은 기능을 수행한다.

예로서, 압력 조정 챔버(201i)의 체적 감소에 대한 부압의 변화 속도(K)는 -1.01325 ㎪/㎖이고, 보조 탱크(201b)의 체적(Vs)은 2 ㎖이고 공급된 잉크는 토출된 잉크에 비해 ΔV = 0.05 ㎖만큼 부족한 것으로 고려하기로 한다. 이러한 경우에, 압력 조정 챔버(201i)가 없다면, "PV = 일정"의 법칙에 기초하여, 보조 탱크(201i) 내의 부압이 ΔP = Vs/(Vs + ΔV) - 1 = -2.47 ㎪만큼 변하는데, 이로써 전술된 제한치는 초과되고 토출은 불안정하게 된다. 한편, 압력 조정 챔버(201i)가 있으면, ΔP = K × ΔV = -0.51 ㎪가 되는데, 이로써 부압의 증가는 억제될 수 있고, 토출은 안정화될 수 있다.

상기된 바와 같이, 압력 조정 챔버(201i)는 잉크 토출을 안정화되게 하고 잉크 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 공급로 내의 압력 손실의 영향을 억제되게 한다. 따라서, 캐리지(202)와 함께 이동하는 잉크 공급 튜브(206)는 작은 직경일 수도 있는데, 이는 캐리지(202)의 이동 하중을 감소시키는 데 기여한다.

다음에는 잉크 공급 유닛(205) 및 주 탱크(204)에 대해 설명하기로 한다.

주 탱크(204)는 공급 유닛(205) 상에 탈착식으로 장착되도록 구성되고, 그 저부 부분 상에 고무 스토퍼(204b)로 견고하게 폐쇄되는 잉크 공급 개구와, 고무 스토퍼(204c)로 견고하게 폐쇄되는 공기 유입 개구가 제공된다. 주 탱크(204)는 유일한 기밀 용기이고, 잉크(209)는 주 탱크(204) 내에 직접 담긴다.

한편, 잉크 공급 유닛(205)에는 주 탱크(204)로부터 잉크(209)를 유도하는 잉크 공급 니들(205a)과, 주 탱크(204) 내로 공기를 유입시키는 공기 유입 니들(205b)이 제공된다. 잉크 공급 니들(205a) 및 공기 유입 니들(205b)은 모두 중공 니들이고, 주 탱크(204)의 잉크 공급 포트 및 공기 유입 포트에 대응하여 전방 단부에서 상향으로 위치된다. 주 탱크(204)가 잉크 공급 유닛(205) 상에 장착될 때, 잉크 공급 니들(205a) 및 공기 유입 니들(205b)은 각각 고무 스토퍼(204b, 204c)를 통과하여, 주 탱크(204)의 내부로 진입한다.

잉크 공급 니들(205a)은 액체 경로(205c), 차단 밸브(210) 및 액체 경로(205d)를 통해 잉크 공급 튜브(206)에 연결된다. 공기 공급 니들(205b)은 액체 경로(205e), 버퍼 챔버(205f) 및 공기 연통 개구(205g)를 통해 외부 공기로 연결된다. 잉크 공급 니들(205a)로부터 잉크 공급 튜브(206)로의 잉크 공급로 내에서 높이가 가장 낮은 액체 경로(205c)와 공기 유입 니들(205d)로부터 공기 연통 개구(205g)로의 경로 내에서 높이가 가장 높은 액체 경로(205e)는 높이가 동일하게 위치된다. 본 실시예의 잉크 공급 니들(205a) 및 공기 유입 니들(205b)은 1.6 ㎜ 내경의 두꺼운 니들을 포함하고, 잉크의 유동 저항을 억제하기 위해 11.5 ㎜ 직경의 니들 구멍을 갖는다.

차단 밸브(210)에는 2개의 액체 경로(205c, 205d) 사이의 연결을 개방하거나 폐쇄하도록 변위되는 고무 다이어프램(210a)이 제공된다. 다이어프램(210a)의 상부면 상에, 다이어프램(210a)을 가압하여 액체 경로(205c, 205d) 사이의 연결을 폐쇄하는 역할을 하는 압축 스프링(210c)을 내부에 포함하는 튜브형 스프링홀더(210b)가 장착된다. 스프링 홀더(210b)에는 나중에 설명되는 회복 유닛(207)의 링크(207e)에 의해 작동되도록 레버(210d)와 결합하는 플랜지가 제공된다. 압축 스프링(210c)의 탄성력에 대해 스프링 홀더(210b)를 상승시키도록 레버(210d)를 작동시킴으로써, 액체 경로(205c, 205d) 사이의 연결은 개방된다. 차단 밸브(210)는 기록 헤드(201)로부터의 잉크 토출 중에 개방되지만 대기 상태 중에 또는 비작동 상태에서 폐쇄되고, 나중에 설명되는 잉크 충전 작업 중에 회복 유닛(207)과 동시에 폐쇄된다.

잉크 공급 유닛(205)의 상기된 구성은 레버(210d)를 제외한 각각의 주 탱크(204), 즉 각각의 잉크 색상에 대해 제공된다. 레버(210d)는 모든 색상에 공통적으로 제공되고, 모든 색상을 위한 차단 밸브(210)를 동시에 개방하거나 폐쇄한다.

상기된 구성에서, 잉크가 기록 헤드(201)에서 소비될 때, 최종 부압은 잉크가 잉크 공급 유닛(205) 및 잉크 공급 튜브(206)를 통해 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로 때때로 공급되게 한다. 이 작업 시에, 주 탱크(204)로부터 공급되는 공기량과 동일한 공기량이 버퍼 챔버(205f) 및 공기 유입 니들(205b)을 통해 공기 연통 개구(205g)로부터 주 탱크(204) 내로 유입된다.

버퍼 챔버(205f)는 주 탱크(204) 내의 가스의 팽창에 의해 주 탱크(204)로부터 유동하는 잉크를 임시로 보유하기 위한 공간을 제공하고, 공기 유입 니들(205b)의 하단부는 버퍼 챔버(205f)의 저부에 위치된다. 주 탱크(204) 내의 가스가 주위 온도 상승, 대기 상태 중의 외부 압력 감소 또는 잉크 제트 기록 장치의 중단에 의해 팽창하는 경우에, 차단 밸브(210)가 폐쇄되므로, 주 탱크(204) 내의 잉크는 공기 유입 니들(205b) 및 액체 경로(205e)를 통해 버퍼 챔버(205f)로부터 유동한다. 한편, 주 탱크(204) 내의 가스가 예컨대 주위 온도 하강에 의해 수축하는 경우에, 버퍼 챔버(205f)로부터 유동하는 잉크는 주 탱크(204)로 복귀한다. 또한, 기록 헤드가 버퍼 챔버(205f) 내에 존재하는 잉크를 토출하는 경우에, 우선, 버퍼 챔버(205f) 내의 잉크는 주 탱크(204)로 복귀하고, 가스는 버퍼 챔버(205f) 내의 잉크가 고갈된 후에 주 탱크(204) 내로 유입된다.

버퍼 챔버(205f)의 체적(Vb)은 제품의 환경 사용 조건을 충족시키도록 선택된다. 예컨대, 5℃(278K) 내지 35℃(308K)의 온도 범위 내에서 사용되는 제품에 대해, 그리고, 100 ㎖의 체적을 갖는 주 탱크(204)에 대해, 체적(Vb)은 100 × (308-278)/308 = 9.7 ㎖ 이상으로 선택된다.

이제 도3a 내지 도3d를 참조하여 주 탱크(204)의 기본 용수 헤드와 주 탱크(204) 내로의 가스 유입 시의 잉크 공급 유닛(205)의 액체 경로 내의 가스 및 액체의 거동을 설명하기로 한다.

도3a는 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 공급이 가능한 정상 상태를 도시하고 있다(도2 참조). 이 상태에서, 주 탱크(204)의 내부는 버퍼 챔버(205f)를 제외하고 기밀로 유지되고, 대기압에 대해 부압으로 유지되며, 잉크의 전방 단부(209a)는 액체 경로(205e) 내에 남는다. 잉크의 전방 단부는 공기와 접촉하므로, 대기압 상태(= 0 ㎜Aq)가 된다. 잉크의 전방 단부(209e)가 위치되는 액체 경로(205c)와 잉크 공급 튜브(205)(도2 참조)와 연통하는 액체 경로(205e)는동일한 높이이고 잉크를 통해서만 상호 연통되어, 액체 경로(205e)의 압력도 대기압 상태가 된다. 이 압력은 잉크의 전방 단부(209a)와 액체 경로(205c)의 높이 관계에 의해서만 결정되고, 주 탱크(204) 내의 잉크(209)의 양에 의해 영향을 받는다.

주 탱크(204) 내의 잉크가 소비됨에 따라, 잉크의 전방 단부(209a)는 도3b에 도시된 바와 같이 공기 유입 니들(205b)을 향해 점차로 이동하고, 공기 유입 니들(205b) 바로 아래의 위치에 도달할 때, 공기는 도3c에 도시되고 주 탱크(204) 내로 유입되는 공기 유입 니들 내의 기포로서 부유한다. 대신에, 주 탱크(204) 내의 잉크는 공기 유입 니들(205b)의 내부로 진입하는데, 이로써 잉크의 전방 단부(209a)는 도3a에 도시된 원상태로 복귀한다.

도3d는 잉크가 버퍼 챔버(205f) 내에 축적되는 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서, 잉크의 전방 단부(209a)는 액체 경로(205c) 내의 압력이 -h1(㎜Aq)이 되도록 버퍼 챔버(205f)의 높이의 중앙이고 액체 경로(205c)보다 h1(㎜)만큼 높은 위치에 있다.

이와 같이, 본 실시예에서, 용수 헤드에 의해 노즐(201g)(도2 참조)의 하단부에 인가되는 부압(Pn)은 정상 상태에서 약 -9.8 × (h2 - h3 - h4)㎩이거나 잉크가 버퍼 챔버(205f) 내에 축적되는 상태에서 -9.8 × (h2 - h1 -h3 - h4)㎩이다. 여기에서, h2(㎜)는 도4에 도시된 바와 같은 보조 탱크(201b)에서 액체 경로(205c)로부터 상부면(209b)까지의 높이이고, h3(㎜)는 보조 탱크(201b)에서 필터(201c)로부터 상부면(209b)까지의 높이이며, h4(㎜)는 액체 챔버(201f)에서 노즐(201g)의하단부로부터 상부면(209c)까지의 높이이다. 수치(Pn)는 전술된 부압의 범위(-0.2027 내지 -2.0265 ㎪) 내에 포함되도록 선택된다.

도2를 재참조하면, 잉크 공급 니들(205a) 및 공기 유입 니들(205b)은 잉크의 전기 저항을 측정하여 주 탱크(204) 내의 잉크의 존재 또는 부존재를 검출하는 회로(205h)에 연결된다. 회로(205h)는 전류가 주 탱크(204) 내의 잉크를 통해 회로(205h) 내에서 흐르므로 주 탱크(204) 내에 잉크가 존재하는 전기 폐쇄 상태를 검출하지만, 잉크가 존재하지 않거나 주 탱크(204)가 장착되지 않은 전기 개방 상태를 검출할 수 없다. 검출된 전류는 매우 약하므로, 잉크 공급 니들(205a) 및 공기 유입 니들(205b) 사이의 절연은 중요하다. 본 실시예에서, 잉크 공급 니들(205a)로부터 기록 헤드(201)로의 경로는 공기 유입 니들(205b)로부터 공기 연통 개구(205g)로의 경로와 완전히 독립적으로 형성되는데, 이로써 주 탱크(204) 내에서만 잉크의 전기 저항을 측정하는 것이 가능하게 된다.

다음에는 회복 유닛(207)에 대해 설명하기로 한다.

회복 유닛(207)은 노즐(201g)로부터 잉크 및 가스를 흡인하여 차단 밸브(210)를 작동시키는 역할을 하고, 기록 헤드(201)의 [노즐(201g)의 개구를 포함한] 잉크 토출면을 덮는 흡인 캡(207a)과, 차단 밸브(210)의 레버(210d)를 작동시키는 링크(207e)가 제공된다.

흡인 캡(207a)은 잉크 토출면과 접촉하는 적어도 일부분에서 고무 등의 탄성 재료를 포함하고, 잉크 토출면을 견고하게 폐쇄하는 위치와 기록 헤드(201)로부터 후퇴된 위치 사이에서 이동 가능하게 된다. 흡인 캡(207a)은 그 중간 위치에서 튜브 펌프 방식의 흡인 펌프(207c)를 갖는 튜브에 연결되고, 펌프 모터(207d)에 의해 흡인 펌프(207c)를 작동시킴으로써 연속 흡인이 가능하다. 펌프 모터(207d)의 회전을 변경함으로써 흡인량을 변화시키는 것도 가능하다. 본 실시예는 압력을 -0.8 atm(81.060 ㎪)로 감소시킬 수 있는 흡인 펌프(207c)를 채용한다.

흡인 캡(207a)을 작동시키는 캠(207b)은 링크(207e)를 작동시키는 캠(207f)과 동시에 캠 제어 모터(207g)에 의해 회전된다. 위치 a 내지 c에서 흡인 캡(207a)과 접촉하는 캠(207b)의 타이밍은 위치 a 내지 c에서 링크(207e)와 접촉하는 캠(207f)의 타이밍에 대응한다. 위치 a에서, 캠(207b)은 기록 헤드(201)의 잉크 토출면으로부터 흡인 캡(207a)을 분리시키고, 캠(207f)은 레버(210d)를 상승시키도록 링크(207e)를 가압하여, 밸브(210)를 개방한다. 위치 b에서, 캠(207g)은 흡인 캡(207a)을 잉크 토출면과 접촉하게 하고, 캠(207f)은 밸브를 폐쇄하도록 링크(207e)를 뒤로 견인한다. 위치 c에서, 캠(207g)은 흡인 캡(207a)을 잉크 토출면과 접촉하게 하고, 캠(207f)은 밸브를 개방하도록 링크(207e)를 가압한다.

기록 작업에서, 캠(207b, 207f)은 노즐(201g)로부터의 잉크 토출과 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 공급을 가능하게 하도록 위치 a의 상태로 유지된다. 대기 상태 및 중단 상태를 포함하는 비작동 상태에서, 캠(207b, 207f)은 노즐(201g)의 건조와 기록 헤드(201)로부터의 잉크 유출(특히, 장치 자체가 이동되는 경우에, 장치는 잉크 유출을 유도하는 경향이 있을 수도 있음)을 방지하도록 위치 b의 상태로 유지된다. 캠(207b, 207f)의 위치 c는 나중에 설명되는 기록 헤드(201)로의 잉크 충전 작업에서 채용된다.

상기에서, 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 공급로를 설명하였지만, 도2 도시된 구성은 결국 장기간에 걸쳐 기록 헤드(201) 내의 가스 축적을 발생시킨다.

보조 탱크(201b)에서, 잉크 공급 튜브(206) 및 탄성 부재(201h)를 통과하는 가스와, 잉크 내에 용해된 가스가 누적된다. 잉크 공급 튜브(206) 및 탄성 부재(201h)를 통과하는 가스는 높은 가스 장벽 특성의 재료를 채용함으로써 방지될 수 있지만, 이러한 재료는 비싸다. 대량 생산되는 소비재 장비에서, 비용을 고려하여 비싼 재료를 사용하는 것은 용이하지 않다. 본 실시예에서, 잉크 공급 튜브(206)는 비용이 낮고 가요성이 높은 폴리에틸렌 튜브로 형성되고, 탄성 부재(201h)는 부틸 고물로 형성된다.

한편, 액체 챔버(201f)에서, 노즐(201g)로부터의 잉크 토출에서 발생되는 기포, 즉 기록 작업에서 노즐 내의 잉크에서 발생되지만 그 후에 기포의 수축 시 잉크 내에 재용해되지 않고 액체 챔버(201f)로 복귀하는 현상, 또는 잉크 내에 존재하는 미세한 기포가 노즐(201g) 내의 잉크 온도 상승에 의해 대형 기로를 형성하도록 수집되는 현상 때문에, 기포 가스가 점차로 축적된다.

본 발명자의 실험에 따르면, 본 실시예의 구성에서, 가스는 보조 탱크(201b) 내에 약 1 ㎖/개월의 속도로 그리고 액체 챔버(201f)에서 약 0.5 ㎖/개월의 속도로 축적된다.

보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f) 내의 가스 축적은 내부의 잉크량을 감소시킨다. 보조 탱크(201b)에서, 잉크 부족은 가스에 대한 필터(201c)의 노출을발생시켜 필터의 유효 면적을 감소시키는데, 이는 필터의 압력 손실을 증가시켜 결국 액체 챔버(201f)로의 잉크 공급을 불가능하게 한다. 또한, 잉크 챔버(201f) 내의 잉크 부족은 가스에 대한 노즐(201g)의 상단부의 노출을 발생시켜, 그로의 잉크 공급이 불가능하게 된다. 이 방식으로, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)가 소정량 이상의 잉크를 각각 담지 않으면 치명적인 상태가 발생한다.

따라서, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에 적당량의 잉크를 소정 간격으로 각각 충전함으로써, 잉크 토출 성능은 높은 가스 장벽 특성의 재료를 채용하지 않고도 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지될 수 있다. 예컨대, 본 실시예에서, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에는 개월 당 축적 가스량 + 충전의 변동과 동일한 양으로 매월 잉크가 충전될 수도 있다.

보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f) 내로의 잉크 충전은 회복 유닛(207)에 의한 흡인 작동을 이용하여 수행된다. 특히, 흡인 펌프(207c)는 기록 헤드(201)의 잉크 토출면이 흡인 캡(207a)에 의해 견고하게 폐쇄되어 노즐(201g)로부터 기록 헤드(201) 내의 잉크를 흡인하는 상태에서 작동된다. 그러나, 노즐(201g)로부터의 간단한 잉크 흡인에서, 노즐(201g)로부터 흡인되는 잉크와 대략 동일한 양의 잉크가 보조 탱크(201b)로부터 액체 챔버(201f) 내로 유동하고, 보조 탱크(201b)로부터 유동하는 잉크량과 대략 동일한 양의 잉크가 주 탱크(204)로부터 보조 탱크(201b)로 유동하여, 상태는 흡인 전의 상태로부터 크게 변하지 않는다.

따라서, 본 실시예에서, 필터(201c)에 의해 각각 분리되는 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에 적당량의 잉크를 충전하기 위해, 보조 탱크(201b) 및 액체챔버(201f)는 차단 밸브(210)를 이용하여 소정 압력으로 감소되어, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 체적을 설정한다.

다음에는 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 잉크 충전 작업과 그 체적 설정을 설명하기로 한다.

잉크 충전 작업에서, 캐리지(202)(도1 참조)는 우선 기록 헤드(201)가 흡인 캡(207a)에 대해 대향되는 위치로 이동되고, 회복 유닛(207)의 캠 제어 모터(207g)는 위치 b가 흡인 캡(207a) 및 링크(207e)와 각각 접촉하는 상태로 캠(207b, 207f)을 회전시키도록 작동된다. 이와 같이, 기록 헤드(201)의 잉크 토출면은 흡인 캡(207a)에 의해 폐쇄되고, 차단 밸브(210)는 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 경로를 폐쇄한다.

펌프 모터(207d)는 흡인 캡(207a)으로부터의 흡인 펌프(207c)에 의해 흡인을 수행하도록 이 상태에서 작동된다. 이 흡인 작업은 노즐(201g)을 통해 기록 헤드(201) 내에 남은 잉크 및 가스를 흡인하여, 기록 헤드(201) 내의 압력을 감소시킨다. 흡인 펌프(207c)는 흡인이 소정 크기에 도달할 때 중단되고, 캠 제어 모터(207g)는 위치 c가 흡인 캡(207a) 및 링크(207e)와 접촉하는 상태로 캠(207b, 207f)을 회전시키도록 작동된다. 이와 같이, 잉크 토출면은 흡인 캡(207a)에 의해 폐쇄 상태로 남아 있지만, 차단 밸브(210)는 개방된다. 흡인 펌프(207c)의 흡인량은 기록 헤드(201)의 내부가 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에 적당량의 잉크를 충전하는 데 필요한 소정의 압력이 되도록 선택되고, 계산에 의해 또는 실험에 의해 결정될 수 있다.

기록 헤드(201)의 내부 압력이 감소됨에 따라, 잉크는 잉크 공급 튜브(206)를 통해 기록 헤드(201) 내로 유동하여, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에 잉크를 각각 충전한다. 잉크 충전량은 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)를 대기압으로 복귀시키는 데 필요한 체적에 대응하고, 그 체적 및 압력에 의해 결정된다.

보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f) 내로의 잉크 충전은 차단 밸브(210)를 개방한 후에 약 1초 내에 완료된다. 잉크 충전의 완료 시에, 캠 제어 모터(207g)는 위치 a가 흡인 캡(207a) 및 링크(207e)와 접촉하는 상태로 캠(207g, 207f)을 회전시키도록 구동된다. 이 방식으로, 흡인 캡(207a)은 기록 헤드(201)로부터 분리되고, 흡인 펌프(207c)는 흡인 캡(207a) 내에 남은 잉크를 흡인하도록 재작동된다. 차단 밸브(210)가 이 상태에서 개방됨에 따라, 기록 헤드(201)는 기록 용지(S)(도1 참조) 상에 문자 또는 화상을 형성하도록 잉크를 토출할 수 있다. 대기 상태 또는 중단 상태에서, 캠 제어 모터(207g)는 위치 b가 흡인 캡(207a) 및 링크(207e)와 접촉하는 상태로 캠(207b, 207f)을 회전시키도록 재작동되어, 흡인 캡(207a)으로 기록 헤드(201)의 잉크 토출면을 폐쇄하고, 차단 밸브(210)를 폐쇄한다.

보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f) 내의 잉크가 장시간에 걸쳐 부족하지 않으면, 회복 유닛(207)에 의해 흡인 작업을 자주 수행하는 것이 필요하지 않게 되기 때문에, 잉크를 낭비할 기회는 감소될 수 있다. 또한, 잉크 충전은 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f) 모두에 필요하면 단일 충전 작업으로 달성될 수 있는데, 이는 잉크를 절약시킨다.

이제는 보조 탱크(201b)의 체적(V1), 내부에 충전될 잉크량(S1) 및 내부의 (대기압에 대한) 압력(P1) 사이의 관계를 고려하기로 한다. "PV = 일정"의 법칙에 기초하여, 보조 탱크(201b)에는 관계식 V1 = S1/|P1|를 설정함으로써 충전 작업에서 적당량의 잉크가 충전될 수 있다. 마찬가지로, 잉크 챔버(201f)의 체적(V2), 내부에 충전될 잉크량(S2) 및 내부의 (대기압에 대한) 압력(P2)에 대해, 액체 챔버(201f)에는 관계식 V2 = S2/|P2|를 설정함으로써 충전 작업에서 적당량의 잉크가 충전될 수 있다.

또한, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)를 분리하는 필터(201c)는 미세 메시 구조를 갖고, 내부의 가스 유동은 상기된 바와 같이 내부에 메니스커스를 갖는 상태에서 어렵다. 이러한 메니스커스를 갖는 필터(201c)를 통한 가스 통과에 필요한 압력(Pm)에 대해, 회복 유닛(207)에 의한 노즐(201g)로부터의 흡인의 경우에, 액체 챔버(201f) 내의 압력(P2)은 가스가 필터(201c)를 통해 보조 탱크(201b)로부터 유동하여야 하므로 보조 탱크(201b) 내의 압력(P1)보다 Pm만큼 낮게 된다. 이와 같이, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 체적을 결정하는 데 이 관계를 채용함으로써, 충전 작업의 조건은 용이하게 결정될 수 있다.

다음에는 전술된 충전 작업 및 체적 설정의 특정예를 설명하기로 한다.

잉크 충전은 매월 수행되고, 매월 가스 축적량은 보조 탱크(201b)에서 1 ㎖ 그리고 액체 챔버(201f)에서 0.5 ㎖인 것으로 가정하기로 한다. 또한, 가스에 필터(201c)를 노출시키지 않도록 보조 탱크(201b) 내에 필요한 잉크량은 0.5 ㎖이고, 가스에 노즐(201g)을 노출시키지 않도록 액체 챔버(201f) 내에 필요한 잉크량은 0.5 ㎖이며, 잉크 충전의 변동량은 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에서 모두0.2 ㎖인 것으로 가정하기로 한다. 이와 같이, 단일 충전 작업에서 충전될 잉크량은 이들 잉크량의 합이고, 보조 탱크(201b)에서 1.7 ㎖ 그리고 액체 챔버(201f)에서 1.2 ㎖이다.

기록 헤드(201) 내의 감소된 압력은 회복 유닛(207)의 성능 내에서 선택된다. 본 실시예에서, 흡인 펌프(207c)의 성능 제한(power limit)은 -0.8 atm(81.060 ㎪)이므로, 흡인 펌프(207c)의 흡인량은 흡인 캡(207a) 내의 압력이 소정의 마진으로 -0.5 atm(-50.6625 ㎪)에 도달할 수 있고, 펌프 모터(207d)의 회전에 제어되도록 실험적으로 결정된다.

노즐(201g) 내의 메니스커스에 대해 가스 통과에 필요한 압력이 실험적으로 -0.05 atm(-5.06625 ㎪)이기 때문에, 노즐(201g)의 저항에 의해 흡인 캡(207g) 및 액체 챔버(201f)의 압력들 사이에 차이가 발생되는데, 이로써 액체 챔버(201f) 내의 압력은 흡인 캡(207a)에서보다 0.05 atm(5.06625 ㎪)만큼 높게 된다. 마찬가지로, 필터(201c) 내의 메니스커스에 대해 가스 통과에 필요한 압력이 실험적으로 -0.1 atm(-10.1325 ㎪)이기 때문에, 필터(201c)의 저항에 의해 액체 챔버(207f) 및 보조 탱크(201b)의 압력들 사이에 차이가 발생되는데, 이로써 보조 탱크(201b) 내의 압력은 액체 챔버(201f)에서보다 0.1 atm(10.1325 ㎪)만큼 높게 된다. 따라서, 흡인 캡(207a) 내의 압력을 -0.5 atm(-50.6625 ㎪)로 설정함으로써, 액체 챔버(207f) 내의 압력은 -0.45 atm(-45.5963 ㎪)이 되는 한편, 보조 탱크(201b)는 -0.35 atm(-35.4638 ㎪)이 된다.

보조 탱크(201b)에 1.7 ㎖의 잉크를 충전하기 위해, 그 체적(V1)은 1.7 ㎖의잉크가 약 1 atm(101.325 ㎪)의 내부 압력을 갖는 보조 탱크(201b)로부터 흡인될 때 내부 압력이 -0.35 atm(-35.4638 ㎪)이 되도록 선택된다. 이와 같이, V1 = 1.7/0.35 = 4.85 ㎖. 마찬가지로, 액체 챔버(201f)의 체적(V2)은 V2 = 1.2/0.45 = 2.67 ㎖로서 결정될 수 있다.

기록 헤드(201)의 내부 압력이 상기 조건 하에서 감소된 후, 차단 밸브(210)는 개방되는데, 이로써 잉크는 감소된 압력 상태에서 기록 헤드(201) 내로 유동한다. 특히, 잉크는 우선 보조 탱크(201b) 내로 유동하는데, 이로써 감소된 압력 하에서 체적(V1)까지 팽창된 가스는 거의 대기압까지 회복된다. 이러한 상태의 보조 탱크(201b) 내의 가스 체적(V1a)은 V1a = V1 × (1 - 0.35) = 3.15 ㎖에 의해 주어지고, 충전은 V1 - V1a = 1.7 ㎖의 잉크가 보조 탱크(201b) 내로 충전될 때 종료된다. 마찬가지로, 액체 챔버(201f)에서, 잉크는 보조 탱크(201b)로부터 유동하는데, 이로써 감소된 압력 하에서 체적(V2)까지 팽창된 가스는 거의 대기압까지 회복된다. 이러한 상태의 액체 챔버(201f) 내의 가스 체적(V2a)은 V2a = V2 × (1 - 0.45) = 1.47 ㎖에 의해 주어지고, 충전은 V2 - V2a = 1.2 ㎖의 잉크가 액체 챔버(201f) 내로 충전될 때 종료된다.

이와 같이, 상기 방식으로 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 체적 및 감소된 압력을 설정함으로써, 기록 헤드가 가스가 내부에 축적되는 상태에서도 장기간에 걸쳐 적당하게 작동될 수 있도록 단일 충전 작업으로 필터(201c)에 의해 분리되는 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에 적당량의 잉크를 충전하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기된 바와 같이, 가스 보유 영역의 가스는 필터(201c)와 액체 챔버(201f) 내의 잉크의 상부면 사이에 존재하지만, 이러한 가스 보유 영역 내의 가스 체적은 회복 유닛(207)의 흡인 작업에서 흡인 압력에 의해 임의로 설정될 수 있다. 이와 같이, 가스 보유 영역 내의 가스는 그 체적이 제어 가능하다.

이와 같이, 필터와 노즐 사이에 발생되는 기포로부터 기인하는 토출 실패에 대한 신뢰성을 상당히 개선하는 것이 가능하게 된다. 특히, 필터의 유효 면적이 필터 아래의 제어 불가능한 기포의 존재에 의해 변화(감소)되는 종래의 단점에 대해, 본 실시예는 필터(201c)의 유효 면적이 거의 변하지 않도록 필터(201c)의 하부면이 처음부터 제어된 부분[도2의 개구(201d)] 내의 가스 보유 영역의 가스와 접촉하는 구성을 제공한다.

따라서, 필터(201c)의 필요한 유효 면적은 설계 단계에서 상기된 사실을 고려하여 제어될 수 있는데, 이로써 신뢰성은 개선될 수 있다.

또한, 기포가 필터와 노즐 사이의 유로를 폐쇄하는 단점에 대해, 액체 챔버(201f)의 단면적은 잉크 유동이 액체 챔버(201f) 내의 기포에 의해 방해를 받을 수 없도록 액체 챔버(201f) 내에 존재할 수 있는 기포의 직경에 비해 충분히 크게 선택된다.

또한, 액체 챔버 내의 기포가 노즐 내로 진입하거나 액체 챔버와 노즐 사이의 연결부를 폐쇄하는 단점에 대해, 액체 챔버(201f)의 단면적은 액체 챔버(201f) 내에서 발생되는 기포가 액체 챔버(201f) 내의 잉크에서 기포의 부력에 의해 상승하고 가스 보유 영역 내의 가스와 결합되어 노즐(201g) 내로 진입하는 것이 방지되도록 상기된 바와 같이 충분히 크게 선택된다. 또한, 액체 챔버(201f) 내에서 발생되는 기포가 가스 보유 영역의 가스와 결합되더라도, 필터(201c)의 유효 면적은 가스 보유 영역 내의 가스가 상기된 바와 같이 제어 가능하므로 변하지 않는다.

이와 같이, 필터(201c)에 의해 보조 탱크(201b)로부터 분리되는 액체 챔버(201f)를 구성함으로써, 액체 챔버(201f) 내의 기포 발생 또는 발생된 기포의 이동으로부터 기인하는 토출 실패에 대한 신뢰성을 상당히 개선하는 것이 가능하게 된다.

다음에는 본 발명의 다른 특징을 설명하기로 한다.

본 실시예의 구성에서, 차단 밸브(210)가 폐쇄될 때, 기록 헤드(201)의 내부는 잉크가 노즐(201g)의 표면에서 메니스커스 압력에 의해 보유되는 폐쇄 시스템이다. 다음에는 차단 밸브(210)가 저온에서 폐쇄된 다음에 주위 온도가 상승하는 상태를 고려하기로 한다. 이러한 경우에, 필터(201c)를 횡단하여 노즐(201g)에 대향인 보조 탱크(201b)에서, 온도 상승 및 외부 압력 감소 때문에, 가스 팽창 및 증기압 증가가 발생된다. 이러한 가스 팽창 및 증기압 증가는 압력 조정 챔버(201i)에 의해 흡수될 수 있다.

그러나, 필터(201c)에 대해 노즐(201g)의 측면에 위치되는 액체 챔버(201f)는 가스 팽창 또는 증기압 증가를 흡수하도록 압력 조정 챔버(201i) 등의 공간과 연결되지 않고, 일정한 체적을 갖는다. 노즐(201g)과 직접 연결되는 액체 챔버(201f)는 매우 작은 입자를 포함할 수 없다. 액체 챔버(201f)에 압력 조정 챔버(201i)와 유사한 공간을 제공하는 것이 이론적으로 가능하지만, 액체 챔버(201f)내에 고무와 같이 변형 시에 불순물 또는 입자를 발생시키는 경향이 있는 부재의 존재는 제조 비용을 고려하면 비실용적이다.

따라서, 액체 챔버(201f) 내에서 팽창된 가스는 그 외부로 내부의 잉크를 가압한다. 이러한 상태에서, 액체 챔버(201f) 내의 잉크가 예컨대 표면 장력에 의해 액체 챔버(201f)의 벽을 따라 필터(201c)와 부분적으로라도 접촉하면, 잉크는 필터(201c)를 통과할 수 있고, 보조 탱크(201b) 내로 탈출할 수 있다.

그러나, 액체 챔버(201f)의 측면에서 필터(201c)의 전체 표면이 가스에 노출되고 잉크와 접촉하지 않은 경우에, 필터(201c)는 메니스커스가 파괴되지 않으면 잉크가 보조 탱크(201b)로 탈출할 수 없도록 보조 탱크(201b)의 측면에서 잉크의 접촉에 의해 메니스커스를 보유한다.

한편, 메니스커스는 노즐에도 보유되고, 노즐(201g)에서 이러한 메니스커스를 위한 보유력이 필터(201c)에서 메니스커스를 위한 보유력보다 작으면, 잉크는 노즐(201g)로부터 누설된다. 더욱이, 노즐(201g) 내의 메니스커스는 일단 파괴되면 용이하게 회복될 수 없기 때문에, 액체 챔버(201f) 내의 잉크는 가스 팽창 또는 증기압 증가에 대응하는 양만큼 취입(blow-out)된다.

본 실시예에서, 이러한 단점을 방지하기 위해, 보조 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)의 경계에 제공되어 필터(201c)를 지지하는 구획부(201e)는 잉크가 액체 챔버(201f)의 측면에서 필터(201c)의 표면과 확실하게 접촉하도록 구성된다. 이 방식으로, "노즐(201g) 상에 형성되는 메니스커스를 파괴하는 힘"은 "필터(201c)로의 잉크 이동력" 이상으로 형성되어 노즐(201g)로부터의 잉크 누설을 방지한다.다음에는 도5 및 도6을 참조하여 이러한 구조를 설명하기로 한다.

도5는 도2에 도시된 기록 헤드의 상세한 내부 구조를 나타내는 단면도이고, 도6은 보조 탱크의 상부벽과 필터의 일부가 제거된 상태에서 도2에 도시된 기록 헤드의 위로부터 본 사시도이다. 도5에서, 노즐(201g)의 상세한 단면 구조는 생략하기로 한다.

도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 구획부(201e)의 주변부 내에, 보조 탱크(201b)를 향해 연장되는 측벽(221a)이 형성되고, 필터(201c)는 실질적으로 측벽(221a) 상에 놓인다. 이 방식으로, 잉크는 측벽(221a)에 의해 둘러싸인 영역 내에 보유된다. 상이하게 설명하면, 구획부(201e)는 보조 탱크(201b)와 액체 챔버(201f) 사이에서 보조 액체 챔버를 구성한다. 측벽(221a)의 높이는 구획부(201e)에 보유된 잉크가 표면 장력에 의해 필터(201c)의 하부면과 항상 접촉할 수 있다[도면에서, 명료화를 위해, 측벽(221a)에 의해 둘러싸인 영역 내에 보유된 잉크는 주요부에서 표면 장력에 의해 필터(201c)의 하부면과 접촉한다].

측벽(221a)에 의해 둘러싸인 영역 내부에, 높이가 측벽(221a)의 높이와 동일하고 상단부가 필터(201c)의 하부면과 접촉하는 복수개의 리브(221c, 221d)가 제공된다. 이와 같이, 모세관 현상에 의해 리브(221c, 221d)를 따라 상승하는 잉크는 필터(201c)의 하부면과 접촉하게 되어, 그 하부면과 접촉하는 잉크의 양을 증가시킨다.

개구(201d)의 주변에서, 측벽(221a)은 적어도 그 일부에서 낮게 형성된다. 측벽(221a)의 이러한 낮은 부분은 필터(201c)와 접촉하지 않고, 구획부(201e)의 내부와 액체 챔버(201f)는 이러한 부분을 통해 상호 연통된다. 이 방식으로, 가스 보유 영역을 확보하는 것이 가능하게 된다.

상기 구성에서, 액체 챔버(201f) 내의 잉크가 노즐(201g)로부터의 잉크 토출에 의해 소비됨에 따라, 잉크 챔버(201f) 내의 부압은 점차로 증가한다. 액체 챔버(201f)가 구획부(201c)의 내부와 연통되기 때문에, 내부의 부압도 액체 챔버(201f)의 부압도 액체 챔버(201f) 내의 부압과 같이 증가한다.

액체 챔버(201f)와 구획부(201e) 내부의 부압 상승은 잉크가 필터(201c)를 통해 보조 탱크(201b)로부터 액체 챔버(201f) 내로 유동하게 한다. 이 작업에서, 구획부(201e) 내의 구성 요소(221a, 221c, 221d 등)에 의해 보유된 잉크는 표면 장력에 의해 필터(201c)의 하부면과 접촉하므로, 잉크 유동은 이러한 부분에서 용이하게 된다. 결국, 도7의 화살표에 의해 지시된 바와 같이, 보조 탱크(201b) 내의 잉크는 측벽(221a) 및 리브(221c, 221d)를 통해 구획부(201e) 내로 필터(201c)의 하부면의 잉크와 접촉하는 부분으로부터 유동하고, 이와 같이 유동하는 잉크는 액체 챔버(201f) 내로 진입하도록 개구(201d) 주위의 측벽(221a)으로부터 범람한다.

이제는 도8을 참조하여 예컨대 차단 밸브(210)(도2 참조)가 폐쇄되어 있는 동안에 주위 온도 상승 또는 외부 압력 감소에 의해 유도되는 기록 헤드(201) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우의 잉크 유동을 설명하기로 한다.

액체 챔버(201f) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에, 이러한 팽창 또는 압력 증가에 대응하는 체적의 가스는 필터(201c)를 통해 보조 탱크(201b)로 탈출하거나 액체 챔버(201f) 내의 [구획부(201e) 내의 잉크를 포함하는] 잉크를 외부로 가압하지만, 실제로, 후자의 상태는 액체 챔버(102f) 내의 가스가 이미 설명된 바와 같이 보조 탱크(201b) 내의 잉크와 접촉하는 필터(201c)를 통과하는 것이 어렵기 때문에 발생한다. 그러나, 구획부(201e)에서, 구성 요소(221a, 221c, 221d 등)에 의해 보유된 잉크는 표면 장력에 의해 필터(201c)와 접촉하고, 잉크는 이러한 접촉부에서 필터(201c)를 용이하게 통과할 수 있다. 이와 같이, 액체 챔버(201f) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에, 구획부(201e) 내의 잉크는 측벽(221a) 또는 리브(221c, 221d)와 필터(201c)를 통해 보조 탱크(201b) 내로 유동한다.

한편, 상기된 바와 같이 압력 조정 챔버(201i)가 제공되는 보조 탱크(201b)는 액체 챔버(201f) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 결과로서 필터(201c)를 통한 잉크 유동으로부터 발생하는 체적 증가를 흡수할 수 있다.

이러한 상태에서, 구획부(201e) 내의 잉크가 고갈되지 않게 하기 위해, 구획부(201e) 내의 잉크 보유 체적(Vf)과 액체 챔버(201f) 내의 최대 가스 체적 증가(ΔVmax)는 관계식 Vf > ΔVmax를 충족시켜야 한다. 수치(ΔVmax)는 온도 상승에 의해 유도되는 기록 헤드(201) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에 [액체 챔버(201f) 내의 가스 체적] × (추정 최대 온도 변화율)에 의해 주어질 수 있다.

구획부(201e)의 상기 구성은 액체 챔버(201f)의 측면에서 필터(201c)의 표면을 항상 잉크와 접촉하게 유지하므로, 액체 챔버(201f) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에도, 가스 체적 증가에 대응하는 양의 잉크는 필터(201c)를 통해 보조 탱크(201b)로 원활하게 이동될 수 있는데, 이는 노즐(201g)로부터의 잉크 취입 현상을 방지한다. 또한, 구획부(201e) 내에서 필터(201c)와 잉크의 접촉은 측벽(221a) 및 리브(221c, 221d)에 의해 모세관 현상에 의해 달성되기 때문에, 이러한 부분에서 기포가 발생될 수 없다. 또한, 필터(201c)의 유효 면적은 잉크와 필터(201c)의 하부면 사이의 접촉이 소정 면적으로 형성되기 때문에 실질적으로 일정하게 남는다.

또한, 본 실시예에서, 액체 챔버(201f)의 측면에서 필터(201c)의 표면과 잉크를 접촉시키는 구조는 필터(201c)가 제공되는 구획부(201e)를 이용하여 구성되므로, 특별한 부재 또는 특별한 제조 단계를 필요로 하지 않고 용이하게 그리고 비싸지 않게 구현될 수 있다. 리브(221c, 221d)는 개수 또는 위치가 특히 제한되지 않고, 구획부(201e) 내에 대량의 잉크를 보유하고 필터(201c)와 대량의 잉크를 접촉시키기 위해 리브의 개수를 증가시켜 그 간극을 감소시키는 것이 바람직하다.

개구(201d)의 위치는 구획부(201e)에서 임의로 선택될 수 있지만, 개구(201d)의 전체 주변부가 모세관 현상을 발생시키는 측벽으로 이용될 수 있게 하기 위해, 보조 탱크(201b) 또는 액체 챔버(201f)의 내부벽으로부터 분리된 위치에 개구(201d)를 형성하여 중심에서 개구(201d)를 갖는 일종의 복도 구조로서 구획부(201e)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 소량의 보유 잉크가 구획벽(201e)에서 충분한 경우에, 평면 방식으로 필터(201c)를 지지하는 평판으로서 구획부(201e)를 형성하여 직접 이러한 지지 영역 내에서 모세관 현상을 발생시키는 것도 가능하다.

[제2 실시예]

도9는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급로를 나타내는 단면도이고, 도10은 도9에 도시된 기록 헤드의 상세한 내부 구조를 나타내는 단면도이며, 도11은 보조 탱크의 상부벽과 필터의 일부가 제거된 상태에서 도9에 도시된 기록 헤드의 위로부터 본 사시도이다. 도10에서, 노즐(301g)의 상세한 단면 구조는 생략하기로 한다.

본 실시예의 잉크 제트 기록 장치는 제1 실시예에서와 같이 연속 스캔 방식의 잉크 제트 기록 장치이고, 도1에 도시된 것과 유사한 전체 구성을 갖는다. 또한, 본 실시예는 복수개 색상의 잉크를 토출함으로써 컬러 화상을 형성하는 데 있어서 제1 실시예와 유사하지만, 도9는 하나의 색상만을 위한 잉크 공급로를 도2에서와 같이 도시하고 있다.

본 실시예에서, 기록 헤드(301)의 구성은 제1 실시예와 상이하다. 그러나, 기록 헤드(301)로의 잉크 공급이 잉크 공급 유닛(305) 및 잉크 공급 튜브(306)를 통해 주 탱크(304)로부터 수행되고, 흡인 캡(307a) 및 흡인 펌프(307b)를 갖는 회복 유닛(307)이 기록 헤드(301) 내로의 잉크 충전 시에 또는 기록 헤드(301)로부터 점성화된 잉크 등의 제거 시에 기록 헤드(301)의 노즐(301g)로부터 잉크를 강제로 흡인하도록 제공되는 등 다른 측면에서 제1 실시예와 유사하다. 또한, 주 탱크(304), 잉크 공급 유닛(305), 잉크 공급 튜브(306) 및 회복 유닛(307)의 구성은 제1 실시예와 유사하다. 따라서, 다음에는 이들 동일하거나 유사한 측면에 대한 설명을 생략하기로 하고, 기록 헤드(301)에 대해 집중하기로 한다.

기록 헤드(301)에는 잉크 공급 튜브(306)의 액체 커넥터가 연결된 커넥터 삽입 포트(301a) 및 압력 조절 챔버(301i)를 갖는 보조 탱크(301b)와, 보조 탱크(301b)의 중력 방향으로 아래에 제공되어 노즐(301g)에 잉크를 직접 공급하는 역할을 하는 액체 챔버(301f)와, 보조 탱크(301b)와 액체 챔버(301f) 사이에 제공된 필터(301c)가 제공된다. 액체 챔버(301f)에서, 가스 보유 영역은 노즐(301g)로부터 필터(301c)까지의 기포 이동을 차단하도록 가스를 포획하기 위하여 액체 챔버(301f), 필터(301c) 및 액체 챔버 홈형 구조부(301j)에 의해 액체 챔버(301f) 내의 잉크와 필터(301c) 사이에 형성되고, 소정량의 잉크가 저장된다.

액체 챔버(301f)의 내부 측벽 상에는, 보조 탱크(301b)로부터 액체 챔버(301f)로의 잉크 공급 방향을 따라, 즉 수직 방향을 따라 형성되고, 액체 챔버(301f)의 저부로부터 필터(301c)와 거의 접촉하는 위치까지 연장된 액체 챔버 홈형 구조부(301j)가 제공된다. 액체 챔버(301f)는 실질적으로 직사각형의 횡단면을 갖고, 전술한 홈형 구조부(301i)는 액체 챔버(301f)의 단면 내의 길이 방향 양단부 상에 제공된다. 이후에 보다 상세히 설명될 홈형 구조부(301j)는 액체 챔버(301f) 내의 잉크가 홈형 구조부 내에서 표면 장력에 의해 보유될 수 있어서 필터(301c)의 하부면과 접촉될 수 있도록 하는 치수 및 형상을 갖는다. 따라서, 액체 챔버(301f) 내의 잉크는 홈형 구조부(301j) 및 필터(301c)를 통해 보조 탱크(301b) 내의 잉크와 연결된다. 결과적으로, 액체 챔버(301f) 내에 축적될 최소 필요 잉크량은 노즐(301g)을 잉크로 충전하기 위하여, 또한 액체 챔버(301f), 필터(301c) 및 홈형 구조부(301j)에 의해 형성된 가스 보유 영역에 의해 요구량의 가스를 확보하기 위하여, 그리고 홈형 구조부(301j) 및 필터(301c)를 통해 보조 탱크 내의 잉크와 연결하기 위하여 요구되는 양이다. 또한, 홈형 구조부(301j)는 표면 장력에 의해 잉크를 보유하므로, 가스 보유 영역 내의 가스는 잉크의 표면 장력을 파괴하는 것에 의해 홈형 구조부(301j)로 진입할 수 없다.

액체 챔버(301f)에 홈형 구조부(301j)를 제공하는 것, 필터(301c)의 상부면을 보조 탱크(301b) 내의 잉크와 접촉시키는 것, 요구량의 가스를 보유하도록 하부면 상에 가스 보유 영역을 형성하는 것, 그리고 인접 위치에서 홈형 구조부(301j) 및 표면 장력을 이용하여 잉크와 필터(301c)를 접촉시키는 것 등의 이러한 구성에 기초하여, 상부면 및 하부면 상의 잉크와 접촉한 부분에서 필터(301c)를 통한 연결을 달성한다. 필터(301c) 내에서의 이러한 잉크 연결 영역은 유효 면적을 구성한다. 본 실시예에서, 홈형 구조부(301j)는 액체 챔버(301f)의 횡단면 내의 각각의 길이 방향 단부 상에 복수개의 유닛으로 제공됨으로써, 필터(301c)의 유효 면적을 증가시키고 그 내부에서의 압력 손실을 감소시킨다.

전술한 구성에 있어서, 액체 챔버(301f) 내의 잉크가 노즐(301g)로부터 토출된 잉크에 의해 소비됨에 따라, 액체 챔버(301f) 내의 부압은 점차적으로 증가한다. 액체 챔버(301f) 내의 잉크는 홈형 구조부(301j) 및 필터(301c)를 통해 보조 탱크(301b) 내의 잉크와 연결되고, 잉크는 이러한 연결부 내에서 용이하게 이동할 수 있다. 따라서, 액체 챔버(301f) 내의 부압이 증가할 때, 보조 탱크(301b) 내의 잉크는 하부면이 잉크와 접촉하는 필터(301c)의 부분을 통해 그리고 홈형 구조부(301j)를 통해 액체 챔버(301f)로 유동한다.

이 상태에서 오랫동안 세워두는 경우에, 가스가 기록 헤드(301) 내에 축적되어 제1 실시예에서와 같이 여러 단점들을 발생시키지만, 이러한 가스 축적에 대항하여 본 실시예는 주 탱크(304)로부터의 잉크를 보조 탱크(302b) 및 액체 챔버(301f) 내로 충전함으로써 제1 실시예에서와 같이 장기간에 걸쳐 안정된 방식으로 잉크 토출 성능을 유지할 수 있다. 주 탱크(304)로부터 보조 탱크(301f) 및 액체 챔버(301f) 내로의 잉크 충전과 그 체적의 설정은 제1 실시예에서와 유사하지만, 각각의 체적들의 잉크 충전 조건 및 구체적인 개수는 제1 실시예와 상이한데, 그 이유는 본 실시예에서는 보조 탱크(301b) 내의 잉크가 홈형 구조부(301j) 및 필터(301c)를 통해 액체 챔버(301f) 내의 잉크와 접촉하기 때문이다.

이하에서, 보조탱크(301b) 및 액체 챔버(301f) 내로의 전술한 잉크 충전 작업 및 체적 설정의 구체적인 예들을 설명하기로 한다.

제1 실시예에서처럼, 잉크 충전은 매월 실행되고, 매월 가스 축적량은 보조 탱크(301b)에서 1 ㎖이고 액체 챔버(301f) 내에서 0.5 ㎖인 것으로 가정한다. 또한, 필터(301c)를 가스에 노출시키지 않도록 보조 탱크(301b) 내에서 요구되는 잉크량은 0.5 ㎖이고 노즐(301g)을 가스에 노출시키지 않도록 액체 챔버(301f) 내에서 요구되는 잉크량은 0.5 ㎖이며, 잉크 충전량 변동은 보조 탱크(301b) 및 액체 챔버(301f) 모두에서 0.2 ㎖인 것으로 가정한다. 따라서, 1회의 충전 작업으로 충전되는 잉크량은 이들 양의 합계이며, 보조 탱크(301b)에서 1.7 ㎖이고 액체 챔버(301f)에서 1.2 ㎖이다. 흡인 펌프(307c)는 0.8 atm(81.060 ㎪)까지 압력을 감소시킬 수 있다.

이들 조건 하에서 기록 헤드(301) 내의 감소된 압력은 흡인 캡(307a)에서 -0.6 atm(-60.795 ㎪)의 압력을 실현시키도록 흡인 펌프(307c)의 흡인량에 의해 흡인 펌프(307c)의 출력 한계 내에서 선택된다.

노즐(301g) 내에서의 메니스커스에 대한 가스 침투를 위해 요구되는 압력이 실험적으로 -0.05 atm(-5.06625 ㎪)이므로, 액체 챔버(301f) 내의 압력은 제1 실시예에서와 같이 0.05 atm(5.06625 ㎪)만큼 흡인 캡(307a) 내의 압력보다 높게 된다. 유사하게, 필터(301c) 내에서의 메니스커스에 대한 가스 침투를 위해 요구되는 압력이 실험적으로 -0.1 atm(-10.1325 ㎪)이므로, 보조 탱크(301b) 내의 압력은 0.1 atm(10.1325 ㎪)만큼 액체 챔버(301f) 내의 압력보다 높게 된다. 따라서, 흡인 캡(307a) 내의 압력을 -0.6 atm(-60.795 ㎪)으로 설정함으로써, 액체 챔버(301f) 내의 압력은 -0.55 atm(-55.72875 ㎪)이 되고, 보조 탱크(301b) 내의 압력은 -0.45 atm(-45.59625 ㎪)이 된다.

보조 탱크(301b)를 1.7 ㎖의 잉크로 충전하기 위하여, 그 체적(V1)은 1.7 ㎖의 잉크가 약 1 atm(101.325 ㎪)의 내압을 갖는 보조 탱크(301b)로부터 흡인될 때 내압이 -0.45 atm(-45.59625 ㎪)이 되도록 선택된다. 따라서, V1 = 1.7/0.45 = 3.78 ㎖. 유사하게, 액체 챔버(301f)의 체적(V2)은 V2 = 1.2/0.55 = 2.18 ㎖로서 결정될 수 있다.

기록 헤드(301)의 내압이 전술한 조건 하에 감소된 후에, 잉크 공급 유닛(305)의 차단 밸브(310)는 개방되어서, 잉크가 감소된 압력 상태에서 기록 헤드로 유입된다. 보다 구체적으로는, 우선 잉크는 보조 탱크(301b)로 유입됨으로써, 감소된 압력 하에 체적(V1)으로 팽창된 가스가 대기압으로 거의 복원된다. 이러한 상태에서의 보조 탱크(301b) 내의 가스 체적(V1a)은 V1a = V1 × (1- 0.45) = 2.08 ㎖에 의해 주어지며, V1 - V1a = 1.7 ㎖의 양의 잉크가 보조 탱크(301b) 내로 충전된 때 충전이 종료된다. 유사하게, 액체 챔버(301f)에서, 잉크는 보조 탱크(301b)로부터 유동함으로써, 감소된 압력 하에 체적(V2)으로 팽창된 가스가 대기압으로 거의 복원된다. 이러한 상태에서의 액체 챔버(301f) 내의 가스 체적(V2a)은 V2a = V2 × (1- 0.55) = 0.98 ㎖에 의해 주어지며, V2 - V2a = 1.2 ㎖의 양의 잉크가 액체 챔버(301f) 내로 충전된 때 충전이 종료된다.

따라서, 보조 탱크(301b) 및 액체 챔버(301f)의 체적 및 감소된 압력을 전술한 방식으로 설정함으로써, 필터(301c)에 의해 분리된 보조 탱크(301b) 및 액체 챔버(301f)를 1회 충전 작업으로 충분한 양의 잉크로 충전시키는 것이 가능할 수 있게 되어, 기록 헤드는 가스가 내부에 축적된 상황에서도 장기간에 걸쳐 적당하게 작동될 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 필터(301c)의 유효 면적은 실질적으로 일정하게 유지되는데, 그 이유는 홈형 구조부(301j)와 협동하여 표면 장력에 의해 잉크를 보유하는 실질적으로 고정된 영역과 가스 보유 영역의 가스와 접촉하는 영역이 필터(301c)의 하부면 상에 있기 때문이다.

따라서, 필터(301c)의 필요한 유효 면적은 설계 단계에서 전술한 사실을 고려하여 제어될 수 있음으로써, 제1 실시예에서처럼 액체 챔버(301f) 내에서의 기포의 발생 또는 발생된 기포의 이동으로부터 기인하는 토출 실패에 대한 신뢰성이 상당히 향상될 수 있다.

본 실시예에서의 홈형 구조부(301j)는 제1 실시예에서의 구획부(201e)(도5 참조)와 유사하게 기능한다. 특히, 주변 온도가 상승함과 동시에, 노즐(301g)의 표면에서의 메니스커스 압력에 의해 잉크가 보유되는 폐쇄 시스템으로 기록 헤드(301)의 내부를 유지하도록 잉크 공급 유닛(305)의 차단 밸브(310)가 폐쇄되는 경우에, 홈형 구조부(301j)는 액체 챔버(301f) 내의 가스 팽창 또는 증기압 증가로부터 기인하는 압력 증가를 조정하는 역할을 한다.

액체 챔버(301f) 내에서의 가스 팽창 또는 증기압 증가와 동시에 기록 헤드가 폐쇄 시스템을 구성하는 경우에, 액체 챔버(301f) 내의 잉크는 이러한 팽창 또는 증기압 증가에 대응하는 가스 체적에 의해 외부로 가압된다. 홈형 구조부(301j)에 의해 보유되는 잉크가 필터(301c)와 접촉하고 잉크가 이러한 접촉부에서 필터(301c)를 용이하게 통과할 수 있으므로, "노즐(301g)에서 형성된 메니스커스를 파괴하는 데 요구되는 힘"이 "필터(301c) 내에서의 잉크 이동에 요구되는 힘" 이상이 되는 조건이 실현됨으로써, 액체 챔버(301f) 내의 잉크가 홈형 구조부(301j) 및 필터(301c)를 통해 보조 탱크(301b) 내로 유동한다. 한편, 보조 탱크(301b)에서는, 제1 실시예에서와 같이, 주변 온도로부터 기인하는 보조 탱크(301b) 내에서의 가스 팽창 또는 증기압 증가와, 액체 챔버(301f)로부터의 잉크 유동에 기인하는 체적 증가는 압력 조절 챔버(301i)에 의해 흡수된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예의 홈형 구조부(301j)는 잉크가 액체 챔버(301f) 쪽의 필터(301c)의 표면과도 항상 접촉 상태로 유지되게 한다. 따라서, 액체 챔버(301f) 내에서의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에도, 가스 체적증가에 대응하는 양의 잉크가 필터(301c)를 통해 보조 탱크(301b)로 원활하게 이동될 수 있어서, 노즐(301g)로부터의 잉크 취입 현상을 방지할 수 있다. 또한, 홈형 구조부(301j)는 개수 또는 위치에서 특히 제한되는 것이 아니라, 대량의 잉크를 보유하고 보다 많은 양의 잉크를 필터(301c)와 접촉시키기 위하여 홈형 구조부의 개수를 증가시키고 그 간극을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 실시예는 액체 챔버(301f)에 잉크를 필터(301c)의 하부면의 일부와 접촉시키는 홈형 구조부(301j)가 제공되는 구성을 나타내지만, 이러한 홈형 구조부(301j)는 제1 실시예에서 도시된 구조와 조합될 수도 있다. 도12는 이러한 경우에서의 기록 헤드의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.

도12에 도시된 기록 헤드(401)에서, 필터(401c)를 지지하는 구획부(401e)는 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 구성된다. 특히, 구획부(401e)에는 그 상부면 상에 복수개의 리브(421c)가 제공되고 필터(401c)가 그 상부에서 지지됨으로써, 요구되는 가스 보유 영역이 형성된다. 또한, 도10에 도시된 바와 같이, 홈형 구조부(401j)는 액체 챔버(401f)의 내부 측벽 상에 형성된다.

구획부(401e)의 상부면 상에 이러한 리브(421c)가 존재하는 것은, 홈형 구조부(401j)에 의한 것 이외에도, 리브(421c)들 사이에서 잉크가 보유되게 함으로써, 제1 실시예에서 설명된 바와 같이 잉크를 필터(401c)의 하부면과 접촉시킨다. 결과적으로, 잉크와의 접촉 면적이 필터(401c)의 하부면에서 증가하여, 보조 탱크(401b)로부터 액체 챔버(401f)로의 잉크 이동과, 액체 챔버(401f)에서의 가스 팽창 또는 증기압 증가의 경우에서의 액체 챔버(401f)로부터 보조 탱크(401b)로의잉크 이동이 더욱 원활하게 될 수 있게 한다. 잉크를 필터(401c)의 하부면의 일부와 접촉시키도록 액체 챔버(401f) 내에 제공된 구조부를 액체 챔버 홈형 구조부(401j)라 하는 방식으로, 구획부(401e) 상의 복수개의 리브(421c)를 구획부 홈형 구조부라 할 수 있다.

[기타 실시예]

이하에서, 전술한 실시예들에 적용할 수 있는 상세한 구조들을 설명하기로 한다.

(필터 및 홈형 구조부의 위치 관계)

도13은 홈형 구조부의 상단부에서의 홈형 구조부와 필터 사이의 위치 관계를 도시하는 측면도이다. 도13에서, 필터(501c)는 그 주연부에서 지지되고, 필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이에 간극(t)이 존재한다. 여기에서, 홈형 구조부(501h)는 그 표면 장력에 의해 잉크를 보유할 수 있고 잉크를 필터(501c)의 하부면과 접촉시킬 수 있는 구조부를 의미하며, 보다 구체적으로는 제1 실시예에서의 구획부 상의 복수개의 리브 또는 제2 실시예에서의 구획부 상의 복수개의 리브를 가리킨다. 이하의 설명에서 "홈형 구조부"란 용어는 동일한 의미를 갖는다.

도13에서 빗금 영역으로 나타낸 바와 같이, 잉크는 필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이에서의 표면 장력에 의해 보유된다. 필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이의 간극(t)의 증가는 표면 장력을 감소시킴으로써, 필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이의 표면 장력에 의한 잉크 보유 상태는 더 이상 유지될 수 없으며, 예컨대 잉크 자체의 중량 또는 진동에 의해 파괴된다.

이하에서, 필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이에서의 잉크 보유 상태와 간극(t)의 관계에 대한 본 발명자들의 검토 결과를 설명하기로 한다.

본 검토에서, 전술한 실시예들의 기록 헤드에는 2 ㎜의 깊이(도13에서 횡방향 길이) 및 0.5 ㎜의 구멍 폭(홈 폭)을 갖는 홈형 구조부(501h)가 제공되었고, 35 mN/m의 표면 장력을 갖는 잉크가 전술한 실시예들에 따라 충전되었다. 기록 헤드의 온도가 5℃로부터 60℃로 변경되었을 때 노즐로부터의 잉크 누설 여부가 실험되었다. 얻어진 결과가 표 1에 나타나 있다.

간극(t)(㎜)	헤드 정지 상태	헤드 구동 상태
0	잉크 누설 없음	잉크 누설 없음
0.5	잉크 누설 없음	잉크 누설 없음
0.8	잉크 누설 없음	잉크 누설 없음
1.0	일부 노즐로부터 잉크 누설	잉크 누설 없음
1.2	모든 노즐로부터 잉크 누설	일부 노즐로부터 잉크 누설

표 1에서, "헤드 정지 상태(head still state)"에서의 온도 상승은 5℃에서 60℃의 기록 헤드 주위의 주변 온도 변화를 의미한다. 반면에, "헤드 구동 상태(head driven state)"에서의 온도 상승에 있어서, 기록 헤드가 장착된 잉크 제트 기록 장치는 5℃에서 작동되었고 기록 헤드는 잉크 토출 하에서의 온도 상승에 의해 60℃가 되었다.

이 실험에 있어서, "헤드 정지 상태"에서는 잉크 누설이 t = 1.0 ㎜로부터 시작되었다. 반면에, "헤드 구동 상태"에서는 잉크 누설이 t = 1.0 ㎜에서 발생하지 않았는데, 아마 액체 챔버 내의 잉크가 필터(501c)를 통해 보조 탱크로부터 액체 챔버로 잉크를 유동시키는 힘을 발생시키는 데에 소비되었고 이럼으로써필터(501c)와 홈형 구조부(501h) 사이의 잉크 보유 상태가 유지될 수 있었기 때문인 것으로 추측된다.

이러한 결과에 따르면, 필터(501c)와 홈형 구조부(501k) 사이의 간격(t)이 0 ≤ t ≤ 1.0 ㎜, 바람직하게는 0 ≤ t ≤ 0.8 ㎜의 조건에서는 잉크 누설이 발생하지 않는다.

이 필터는 예컨대 융접(fusion)에 의해 결합된다. 도14a는 필터(501c)를 융접에 의해 결합시키기 전의 홈형 구조부(501k) 주변의 측면도이다. 도14a에 도시된 바와 같이, 필터(501c)용 지지면(532)은 융접 리브(532a)를 구비한다. 필터(501c)의 융접 결합은, 필터(501c)를 융접 리브(532) 상에 위치시키고 도시되지 않은 융접 혼(fusion horn)으로써 필터(501c)를 가압하여 리브(532a)를 용융시켜 으깸으로써 달성될 수 있다. 도14b는 필터(501c)의 융접 결합 후의 상태를 도시한다. 필터(501c)의 융접 결합된 상태에 있어서, 융접 조건과 융접 리브(532a) 및 필터(501c)의 형태에 따라 융접 리브(532a)가 남거나 또는 필터(501c)의 변형이 생기기 때문에 필터(501c)와 홈형 구조부(501k) 사이에 간격이 형성될 수도 있다. 특히 필터(501c)와 홈형 구조부(501k) 사이의 거리가 큰 경우에, 이러한 간격은 융접 결합 후의 필터(501c)의 표면 불균일성에 의해 변하게 된다. 이러한 간격을 (t의 전술한 범위 내로) 최소화하기 위해, 도14c에 도시된 바와 같이 홈형 구조부(501k)가 지지면(532)으로부터 필터(501c)를 향해 대략 0.1 ㎜만큼 돌출되도록 하여 필터(501c)와 홈형 구조부(501k)가 항상 접촉하게 하는 것이 가능하게 된다.

필터(501c)와 홈형 구조부(501k) 사이의 간격을 조절하는 전술한 방법은 필터(501c)의 융접 결합의 경우에 뿐만 아니라 다른 결합 방법에도 적용 가능하다. 그러나, 접착제로써 결합하는 경우에는 낮은 점도의 접착제가 홈형 구조부(501k) 내로 유동하여 그 기능이 저하될 수도 있기 때문에 이러한 접착제의 사용시 주의가 필요하다.

(홈형 구조부의 형태)

홈형 구조부 내의 표면 장력에 의한 잉크 상승력(F)은 다음과 같이 주어진다.

F = L × T × cosθ

여기서, T는 잉크의 표면 장력이고, θ는 홈형 구조부 내의 잉크의 접촉각이고, L은 홈형 구조부 내의 잉크 접촉 영역의 외주 길이이다.

상승된 잉크의 폭(W)은 다음과 같이 주어진다.

W = Si × hi × ρ × g

여기서, hi는 상승된 잉크의 높이이고, ρ는 잉크의 밀도이고, g는 중력 가속도이고, Si는 홈형 구조부 내의 잉크 접촉 영역의 단면적이다.

F = W이기 때문에, L × T × cosθ = Si × hi × ρ × g의 관계식이 얻어질 수 있고, 따라서, 다음의 관계식으로 정의될 수 있다.

hi = L/Si × (Tcosθ/ρg) (1)

결과적으로, 홈형 구조부의 높이(d)의 경우, 홈형 구조부에 의해 보유되는 잉크는 d ≤ hi의 조건을 만족하도록 홈형 구조부를 선택함으로써 표면 장력에 의해 그 상단부에 도달할 수 있고, 이럼으로써 잉크는 필터의 하부 표면과 접촉될 수 있다.

도15에 도시된 바와 같이, 높이가 d이고 깊이가 e이고 개구 폭이 f이고 벽부(601m)와 접촉하도록 위치된 2개의 직사각형 기둥(601n)으로 구성된 오목한 홈형 구조부(601k)를 고려하기로 한다. 방정식 (1)을 상기 구조부에 적용하면, 다음의 관계식이 얻어진다.

hi = (2e + f)/ef × (Tcosθ/ρg) = (1/e + 2/f) × (Tcosθ/ρg) (2)

한편, 도16에 도시된 바와 같이, 높이가 d이고 깊이가 e이고 개구 폭이 f이고 벽부(611m)로부터 거리(j)만큼 떨어져 위치된 2개의 직사각형 기둥(611n)으로 구성된 오목한 홈형 구조부(611k)를 고려하기로 한다. 방정식 (1)을 상기 구조부에 적용하면, 다음의 관계식이 얻어진다.

hi = (2e + f)/ef × (Tcosθ/ρg) = 2/f × (Tcosθ/ρg) (3)

이상에서, 홈형 구조부 내의 접촉각이 변하지 않는다면, hi는 상수 A=L/S에 비례한다.

도17 내지 도22는 홈형 구조부의 형태의 변형예를 도시하고 있다.

도17에 도시된 홈형 구조부(621k)는 웨지형 단면의 홈 형태를 갖는다. 도18에 도시된 홈형 구조부(631k)는 반타원형 단면의 홈 형상을 갖는다. 도19에 도시된 홈형 구조부(641k)는 원통형이고, 그 중공 부분이 표면 장력에 의해 잉크를 보유하도록 기능한다. 도21에 도시된 홈형 구조부(661k)는 별 모양의 단면을 가지며, 잉크 접촉면이 서로 예각으로 교차되는 부분이 표면 장력에 의해 잉크를 보유하도록 기능한다. 별 모양의 단면을 갖는 홈형 구조부(661k)는 웨지형 홈형 구조부의 군으로서 고려될 수 있고 깊이(e)와 폭(f)이 오목부 내에 형성된다. 또한, 도20 및 도22는 원형 또는 별 모양의 단면을 갖는 복수의 구멍(중공 부분)을 구비한 구성 요소로서 형성된 홈형 구조부(651k, 671k)를 도시하고 있다. 잉크를 필터의 하부 표면과 접촉시키기 위한 구조부는 도20 또는 도22에 도시된 것과 같은 구성 요소를 필터의 바로 아래에 위치시킴으로써 형성될 수 있다. 이상에서, 홈형 구조부의 다양한 형태가 설명되었고, 이러한 홈형 구조부의 모양, 개수, 설치부 및 이들의 조합이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 임의대로 변경될 수 있다.

표 2는 깊이(e)가 2 ㎜이고, 상수(A)와 0.3 ㎜에서 2.0 ㎜까지 0.2 ㎜마다 변하는 개구 폭(f)에 대해 전술한 몇몇 변형예에서의 잉크 상승 높이(hi: 홈형 구조부의 최대 높이)를 도시하고 있다.

홈형 구조부의형상	A(m^-1)	개구 폭(f)(㎜)
홈형 구조부의형상	A(m^-1)	0.3	0.5	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8	2.0
웨지형	5099	40	24	15	12	10	9	8	7	7
반타원형	3808	29	17	11	9	8	7	7	6	6
오목형	3000	21	13	9	7	6	6	5	5	4
직사각형 기둥형	1000	20	12	7	6	5	4	4	3	3

"직사각형 기둥 형태"의 홈형 구조부에 있어서, 값(A)은 개구 폭(b)이 1.6 ㎜인 경우에 대해 결정된다. 또한, "반타원형"의 경우에 있어서, 깊이(e)는 장축 직경의 절반으로 정의되고, 개구 폭(f)은 단축 직경의 절반으로 정의된다.

도23은 개구 폭(f)과 잉크 상승 높이(hi) 사이의 관계를 도시하는 도표이다.도23에 의하면, "직사각형 기둥 형태"에 있어서, 잉크 상승 높이(hi)는 f가 2.0 ㎜인 경우 3 ㎜이고, f가 1.6 ㎜인 경우 4 ㎜이다. 상기의 값(hi)이 3 ㎜인 것은 필터 아래의 가스 보유 영역 내에 최소한으로 필요로 하는 가스 두께에 대응된다. 또한, 구성 요소의 치수 변동을 고려하면, hi가 4 ㎜일 것이 요구된다. 이러한 상태에서의 상수(A)는 1250 m^-1이다. 방정식 (3)에 나타난 바와 같이, "직사각형 기둥 형태"의 홈형 구조부의 깊이는 잉크 상승 높이에 영향을 미치지 않으며, 그 결과 이러한 구조부의 상수(A)는 깊이에 의해 영향을 받는 다른 홈형 구조부의 상수의 하한치로서 고려될 수 있다. 따라서, 가스 보유 영역 내의 가스가 더 두껍게 되면, 작은 개구 폭(f)을 갖는 "웨지형" 또는 "오목형"의 홈형 구조부가 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명을 실현하기 위해, 상수(A)는 양호하게는 적어도 1000 m^-1과 동일하여야 하고, 더욱 양호하게는 적어도 1250 m^-1과 동일하여야 한다.

작은 기포가 홈형 구조부의 코너 부분에 갇혀 있다면 이는 홈형 구조부 내에서의 잉크 유동을 방해한다. 이러한 기포 포획을 피하기 위해, 홈형 구조부의 잉크 이동부와 그 주변부는 바람직하게는 모서리에서 절단되거나 라운딩 처리되어야 한다. 또한, 필터의 코너부도 이 부분에서의 기포 포획을 방지하기 위해 절단되거나 라운딩 처리되는 것이 바람직하다.

(액체 챔버 커버)

도10에 도시된 바와 같이, 액체 챔버(301f)의 측면은 다른 부분과 별개로 된 커버 부재로 구성될 수도 있다. 도10에 도시된 예에 있어서, 커버 부재(701)는 홈형 구조부(301j)가 제공되는 표면을 형성한다. 도24는 이러한 커버 부재(701)의 사시도이다.

도24에 도시된 바와 같이, 액체 챔버 커버(701)는 액체 챔버(301f)(도10 참조)의 내벽을 형성하는 표면에 돌출식으로 액체 챔버(301f)의 개수에 대응하는 개수의 수직 슬릿(711)을 갖는 홈형 구조부(710)를 구비한다. 따라서, 액체 챔버 커버(701)가 액체 챔버(301f)의 주요 부분을 형성하는 본체(720)(도10 참조)에 결합되는 경우에 홈형 구조부(710)는 각각의 대응 액체 챔버(301f) 내에 위치된다. 수직 슬릿(711)은 표면 장력에 의해 액체 챔버(301f) 내에 잉크를 보유하기 위한 구조부로서 기능한다. 또한, 각 홈형 구조부의 기부에는 측면 슬릿(712)이 형성된다. 반면에, 액체 챔버(701)가 결합되는 액체 챔버 본체(720)의 표면이 액체 챔버 커버(701)와 조합하여 액체 챔버(301f)의 측면의 일부를 또한 형성하는 경우에, 액체 챔버 본체(720)의 이러한 표면이 액체 챔버 커버(701)의 홈형 구조부(710)의 수직 슬릿(711) 및 측면 슬릿(712)과 정합되는 슬릿들을 구비한다. 액체 챔버 커버(701)의 홈형 구조부(710)와 액체 챔버 본체(720)의 슬릿들은 액체 챔버 홈형 구조부(301j)를 형성한다(도10 참조). 이 액체 챔버 커버의 홈형 구조부(710)는 각각 다른 액체 챔버(301f) 내에서 서로 다를 수도 있다.

이하에서, 액체 챔버 본체(720)와 액체 챔버 커버(701)를 접착제로써 결합시키기 위한 결합 공정이 도10 및 도24를 참조하여 설명될 것이다.

액체 챔버(301f) 내에 존재하는 먼지와 같은 입자는 노즐(301g) 내로 이동하여 이를 막게 할 수도 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해, 액체 챔버 본체(720)와 액체 챔버 커버(701)는 액체 챔버 커버(701)의 결합 전에 알칼리, 솔벤트 또는 정화수로써 충분히 세척되어야 한다. 이어서, 액체 챔버 커버(701)와의 액체 챔버 본체(720)의 결합면에 접착제가 도포된다. 또한 이 단계에서의 입자 발생을 피하는 것이 필요하다. 본 실시예는 에폭시 형태의 열경화성 접착제를 사용하지만, 잉크에 견디고 충분한 밀봉성 및 접착 강도를 제공할 수 있는 임의의 접착제가 사용될 수 있다. 이어서, 커버(701)는 액체 챔버 본체(720)로 압착되고, 가열 오븐 내에서 가열됨으로써 이 접착제는 경화된다. 본 실시예에 있어서, 열경화는 105℃에서 5시간 동안 수행되었다.

액체 챔버 커버(701)를 압착한 후, 가열 오븐 내에서 온도가 상승될 때 접착제의 점도는 일시적으로 하강하여 접착제가 유동하기 시작한다. 액체 챔버 커버(701)의 수직 슬롯(711)이 결합면에 인접하면, 유동하는 접착제가 수직 슬롯(711) 내로 유입되어 이를 채우게 된다. 본 실시예에 있어서, 수직 슬롯(711) 내로의 접착제의 침입은 수직 슬롯(711)이 액체 챔버 커버(701)의 결합면으로부터 돌출되는 방법으로 홈형 구조부(710)를 형성함으로써 방지될 수 있다. 본 발명의 발명자들의 실험에 의하면, 수직 슬릿(711)의 기부가 액체 챔버 커버(701)의 결합면으로부터 2㎜또는 그 이상 돌출된다면 유동하는 접착제가 수직 슬릿 내로 유입되지 않는다는 것이 확인되었다. 또한, 홈형 구조부(710)의 기부에 측면 슬릿(712)을 형성함으로써 유동하는 접착제가 이러한 측면 슬릿(712) 내에 보유되지 않게 되어 접착제가 수직 슬릿(711)으로 이동하는 것을 보다 효과적으로 감소시키게 된다.

이상에서, 본 발명은 양호한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이로한정되는 것이 아니며 부압 상태에서 액체를 보유하도록 설계되고 그 내부에 필터를 갖는 액체 공급 통로를 구비한 다양한 액체 공급 시스템에 적용될 수 있다.

또한, 이러한 액체 공급 시스템을 잉크 제트 기록 장치에 적용함에 있어서, 기록 헤드에 적용될 수 있는 잉크 공급 시스템이 전술한 실시예에서 설명된 튜브식 공급 시스템으로 한정되는 것이 아니고, 유사한 효과를 갖는 핏-인 시스템일 수 있다. 또한, 이는 주 잉크 탱크로서 보조 탱크를 사용함으로써 헤드 탱크 일체식 시스템의 기록 헤드에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 헤드 탱크 일체식 시스템 그 자체의 기록 헤드는 잉크 공급 시스템으로서 구성된다. 특히, 보조 탱크에는 도시되지 않은 밸브 기구에 의해 개폐되는 공기 연통 개구가 제공되고, 액체 챔버로의 잉크 충전 시에 이 공기 연통 개구는 폐쇄되어 기록 헤드의 내부가 노즐로부터의 흡인에 의해 소정의 압력으로 저하되고, 이어서 공기 연통 개구는 개방되어 적당량의 잉크가 액체 챔버로 공급된다.

또한, 전술한 실시예들에서 연속 스캔 방식의 잉크 제트 기록 장치가 설명되었지만, 본 발명은 기록 매체의 전체 폭에 걸쳐 노즐 배열을 구비한 라인 방식의 잉크 기록 헤드가 장착된 잉크 제트 기록 장치에 마찬가지로 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 필터와 액체가 필터의 하류측에서 가스 보유 영역의 가스에 의해 분리되고 이럼으로써 필터의 상류측으로부터 하류측으로의 액체 공급 중에 기포가 필터의 하류측에서 발생되는 경우 이러한 기포에 의해 유도되는 단점을 피하는 구성을 제공한다. 특히, 잉크 제트 기록 헤드와 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 필터의 하류측으로의 결함있는 잉크 공급에 기인한 결함있는 잉크 토출을 방지하여 잉크 토출 신뢰성을 현저히 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 필터의 하류측에는 가스 보유 영역의 가스를 횡단하는 필름의 하류측에 존재하는 액체를 필터의 상류측의 액체와 연통시키기 위해 표면 장력에 의해 보유하는 구조부나 또는 필터의 하류면의 일부와 접촉하도록 이와 같이 액체를 보유하기 위한 액체 챔버가 구비되어, 필터의 하류측에 보유된 액체가 가스 보유 영역의 가스의 팽창시 필터를 통해 상류측으로 빠져나갈 수 있게 되고, 그 결과 액체 공급 통로의 하류 단부로부터의 또는 잉크 제트 기록 헤드의 경우 토출부로부터의 예상하지 않은 액체 유출을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 액체 충전 방법은 제1 및 제2 챔버 내의 액체량이 그 내부로의 가스 축적에 의해 감소되는 경우에도 적당량의 액체로써 상기 챔버들을 충전할 수 있게 된다.

Claims

액체의 공급 방향의 하류 단부에 액체를 보유한 액체 보유부까지의 액체 공급로와, 상기 액체 공급로 내의 필터를 포함하고, 중력 방향에 있어서 상하 방향으로 상기 필터의 상류측으로부터 하류측으로 액체가 공급될 수 있는 액체 공급 시스템이고,

상기 필터의 하류측에 접하는 부분을 가스 보유 영역과 액체 보유 영역으로 구획하는 부재를 포함하고,

상기 가스 보유 영역에 보유된 가스는 상기 필터의 하류측과 상기 하류 단부의 액체 보유부 사이에 존재하는 가스와 연통되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항에 있어서, 가스 보유 영역 내에 보유된 액체는 액체 보유부 내의 액체와 연통되어 필터의 상류측에서의 액체와 필터의 하류측에서의 액체의 가역 이동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항에 있어서, 필터의 하류측과 하류 단부에서의 액체 보유부의 상류측 사이에 존재하는 가스는 액체 보유부로부터 필터로의 기포의 이동을 억제하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항에 있어서, 액체의 표면 장력에 의해 가스 보유 영역의 가스를 횡단하여 필터의 하류측에 존재하는 액체를 액체 공급로 내의 필터의 하류측에서 보유하고 필터의 상류측에서의 액체와 이러한 액체를 연결하는 액체 연결 구조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제4항에 있어서, 액체 연결 구조는 수직 방향을 따라 제공되고 상단부가 필터의 하류측에서 필터의 표면과 거의 접촉하는 홈형 구조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부와 필터 사이의 간극(t)은 0 ≤ t ≤ 1.0 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 오목 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 웨지 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 호형 액체 보유면을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 액체를 보유하는 복수개의 중공부가 형성된 부재를 갖고, 부재는 필터의 하류측에서 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 관계식 L/S ≥1000을 만족하고, 여기에서 L은 홈형 구조부 내의 액체와 접촉하는 영역의 외주 길이이며, S는 홈형 구조부 내의 액체와 접촉하는 영역의 단면적인 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부의 주변부는 절단되거나 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 홈형 구조부는 필터의 하류측에서 액체 공급로를 구성하는 부재와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제5항에 있어서, 필터의 하류측에서, 액체 공급로는 액체 공급로의 측면을 구성하는 커버 부재와, 액체 공급로의 다른 면을 구성하고 커버 부재에 접합되는 본체 부재를 포함하며, 홈형 구조부는 적어도 커버 부재 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제14항에 있어서, 커버 부재 및 본체 부재는 접착제로 접합되고, 커버 부재상에 제공되는 홈형 구조부에는 돌출부로서 슬릿이 제공되어 본체 부재와 함께 커버 부재의 접착면으로부터 돌출하고 액체의 표면 장력에 의해 액체를 보유하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제15항에 있어서, 돌출부에는 본체 부재와 함께 커버 부재의 접착면과 슬릿 사이에 접착제를 수용하는 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 공급로는 필터의 상류측에서의 제1 액체 챔버와, 필터의 하류측에서의 가스 보유 영역의 가스를 포함하는 제2 액체 챔버를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제17항에 있어서, 제1 액체 챔버는 제1 액체 챔버 내의 압력 변동을 흡수하는 압력 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제17항에 있어서, 정상 액체 공급 상태에서 개방되고 하류 단부로부터의 흡인에 의해 제2 액체 챔버 내로의 액체 충전 시에 폐쇄되는 밸브 구조를 액체 공급로 내의 제1 액체 챔버의 상류측에서 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제17항에 있어서, 제1 액체 챔버는 개폐될 수 있는 공기 연통 개구를 포함하고, 하류 단부로부터의 흡인에 의해 제2 액체 챔버 내로의 액체 충전 시에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제17항에 있어서, 액체가 필터의 하류측에서 필터의 표면의 일부와 접촉하는 방식으로 액체를 보유하는 제3 액체 챔버를 액체 공급로 내의 필터의 하류측에서 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제21항에 있어서, 제3 액체 챔버는 필터의 하류측에서 필터의 표면과 접촉하는 액체의 표면 장력에 의해 액체를 보유하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제22항에 있어서, 제3 액체 챔버의 액체가 필터의 하류측에서 필터의 표면과 접촉되도록 하는 구조는 전방 단부가 필터의 하류측에서 필터의 표면과 접촉하도록 제공되는 적어도 하나의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제21항에 있어서, 제3 액체 챔버 내에 보유될 수 있는 액체량은 사용 환경에서 예상되는 가스 보유 영역 내의 가스의 체적 변화량보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
제21항에 있어서, 제3 액체 챔버는 필터 및 제2 액체 챔버를 연결하는 개구를 둘러싸도록 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
필터에 의해 분리되고 각각의 내부에 액체를 보유하는 제1 및 제2 액체 챔버와, 상기 제2 액체 챔버와 직접 연결되며 상기 제2 액체 챔버로부터 공급되는 액체를 토출하는 액체 토출부를 포함하고, 상기 제1 액체 챔버로부터 상기 필터를 통과하여 상기 제2 액체 챔버로 액체를 공급할 수 있는 잉크 제트 기록 헤드이고,

상기 필터의 상기 제2 액체 챔버 측에 접하는 부분을 가스 보유 영역과 액체 보유 영역으로 구획하는 부재를 포함하고,

상기 가스 보유 영역에 보유된 가스는 상기 제2 액체 챔버에 존재하는 가스와 연통되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 액체 보유 영역 내에 보유된 액체는 액체 챔버 내의 액체와 연통되어 제1 액체 챔버 내의 액체와 제2 액체 챔버 내의 액체의 가역 이동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 제2 액체 챔버 내에 존재하는 가스는 액체 토출부로부터 필터로의 기포의 이동을 억제하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 액체의 표면 장력에 의해 가스 보유 영역의 가스를 횡단하여 제2 액체 챔버 내에 존재하는 액체를 보유하고 필터를 통해 제1 액체 챔버 내의 액체와 상기 액체를 연결하는 액체 연결 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제29항에 있어서, 액체 연결 구조는 제1 액체 챔버로부터 제2 액체 챔버로의 액체 공급 방향을 따라 제공되고 상단부가 필터의 하류측에서 필터의 표면과 거의 접촉하는 홈형 구조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부와 필터 사이의 간극(t)은 0 ≤ t ≤ 1.0 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 오목 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 웨지 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 호형 액체 보유면을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 액체를 보유하는 복수개의 중공부가 형성된 부재를 갖고, 부재는 필터의 하류측에서 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 관계식 L/S ≥1000을 만족하고, 여기에서 L은 홈형 구조부 내의 액체와 접촉하는 영역의 외주 길이이며, S는 홈형 구조부 내의 액체와 접촉하는 영역의 단면적인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부의 주변부는 절단되거나 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 홈형 구조부는 제2 액체 챔버를 구성하는 부재와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제30항에 있어서, 제2 액체 챔버는 제2 액체 챔버의 측면을 구성하는 커버 부재와, 제2 액체 챔버의 다른 면을 구성하고 커버 부재에 접합되는 본체 부재를 포함하며, 홈형 구조부는 적어도 커버 부재 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제39항에 있어서, 커버 부재 및 본체 부재는 접착제로 접합되고, 커버 부재상에 제공되는 홈형 구조부에는 돌출부로서 슬릿이 제공되어 본체 부재와 함께 커버 부재의 접착면으로부터 돌출하고 액체의 표면 장력에 의해 액체를 보유하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제40항에 있어서, 돌출부에는 본체 부재와 함께 커버 부재의 접착면과 슬릿 사이에 접착제를 수용하는 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 제1 액체 챔버는 제1 액체 챔버 내의 압력 변동을 흡수하는 압력 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 제1 액체 챔버로의 액체 공급 수단이 탈착식으로 연결되는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항에 있어서, 액체가 제2 액체 챔버의 측면에서 필터의 표면의 일부와 접촉하는 방식으로 액체를 보유하는 제3 액체 챔버를 제1 및 제2 액체 챔버 사이에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제44항에 있어서, 제3 액체 챔버는 필터의 표면과 접촉하는 액체의 표면 장력에 의해 액체를 보유하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록헤드.
제45항에 있어서, 제3 액체 챔버의 액체가 필터의 표면과 접촉되도록 하는 구조는 전방 단부가 제2 액체 챔버의 측면에서 필터의 표면과 접촉하도록 제공되는 적어도 하나의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제44항에 있어서, 제3 액체 챔버 내에 보유될 수 있는 액체량은 사용 환경에서 예상되는 가스 보유 영역 내의 가스의 체적 변화량보다 큰 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제44항에 있어서, 제3 액체 챔버는 필터 및 제2 액체 챔버를 연결하는 개구를 둘러싸도록 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
제26항 내지 제48항 중 어느 한 항에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 지지하는 지지 수단과,

잉크 제트 기록 헤드의 액체 토출부로부터 잉크 제트 기록 헤드 내의 잉크를 강제로 흡인하는 흡인 수단과,

잉크 제트 기록 헤드의 외부로 또는 이로부터 잉크 제트 기록 헤드의 제1 액체 챔버를 개방하거나 폐쇄하는 밸브 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
제49항에 있어서, 잉크를 담는 잉크 탱크가 탈착식으로 장착되고 튜브를 통해 잉크 기록 헤드로 잉크 탱크 내의 잉크를 공급하는 역할을 하는 잉크 공급 유닛을 더 포함하며, 밸브 기구는 잉크 탱크로부터 잉크 제트 기록 헤드로의 잉크 공급로 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
제49항에 있어서, 제1 액체 챔버는 공기 연통 개구를 포함하고, 밸브 기구는 공기 연통 개구를 개방하거나 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
액체를 각각 보유하는 제1 및 제2 액체 챔버는 필터에 의해 분리되는 한편, 액체는 제1 액체 챔버로부터 제2 액체 챔버로의 액체 공급 방향으로 제2 액체 챔버의 하류측에서 보유되며, 중력 방향에 있어서 상하 방향으로 필터의 상류측으로부터 필터의 하류측으로의 액체 공급이 가능한 상태에서 필터의 하류측의 접촉부를 가스 보유 영역 및 액체 보유 영역으로 구획하는 부재가 제공되고, 가스 보유 영역 내에 보유된 가스는 필터의 하류측과 하류 단부에서의 액체 보유부의 상류측 사이에 존재하는 가스와 연통되는 액체 공급 시스템에 사용되는 액체 충전 방법이고,

제1 액체 챔버를 외부로부터 폐쇄하는 단계와;

제1 액체 챔버가 폐쇄된 상태에서 제2 액체 챔버의 하류측으로부터 흡인을 수행하여 제1 및 제2 액체 챔버의 압력을 감소시키는 단계와;

제1 및 제2 액체 챔버의 압력 감소 후에 외부에 대해 제1 액체 챔버를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.