KR101122435B1 - 액체 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체 토출 방법 - Google Patents

액체 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체 토출 방법 Download PDF

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마사끼 오이까와
도모쯔구 구로다
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Abstract

각 노즐 내에 기포를 남기지 않고 액적을 토출하는, 내구성이 향상된 기록 헤드 및 잉크젯 기록 장치를 제공한다. 기록 헤드의 토출구는, 대기와 연통하는 제1 토출구부와, 제1 토출구부의 토출 방향에 직교하는 단면보다 토출 방향에 직교하는 단면이 크고 에너지 작용실과 제1 토출구부 사이에 형성된 제2 토출구부를 포함한다. 또한, 제2 토출구부는 잉크가 잉크 공급구로부터 발포실로 공급되는 잉크 공급 방향에서의 전기 열변환 소자에 편심되게 형성된다.
기록 헤드, 잉크젯 기록 장치, 토출구부, 발열 소자, 유로

Description

액체 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체 토출 방법 {LIQUID EJECTION HEAD, INKJET PRINTING APPARATUS AND LIQUID EJECTING METHOD}
본 발명은 잉크 액적을 토출하는 액체 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 액체 토출 방법에 관한 것으로, 특히, 액체 토출 헤드의 내구성의 향상에 관한 것이다.
일반적으로 이용되는 잉크젯 기록 장치에 사용된 잉크 토출 방법은, 토출 에 너지 발생 소자로서 히터와 같은 발열 소자가 배열된 액체 토출 헤드를 이용하여 잉크 액적을 토출하는 방법을 포함한다. 이 방법에서, 먼저 발열 소자 주변의 잉크는 발열 소자의 역할을 하는 전기 열변환 소자에 전압을 인가함으로써 순간적으로 비등된다. 비등 시의 잉크의 상변화는 압력의 급격한 증가를 발생시켜서, 잉크 액적이 액체 토출 헤드로부터 토출된다. 이러한 방식으로 잉크 액적을 토출함으로써, 잉크젯 기록 장치는 전기 신호에 응답하여 잉크 액적의 토출을 정교하게 제어할 수 있다.
전기 열변환 소자와 같은 발열 소자를 이용하는 잉크 토출 방법은, 토출 에 너지 발생 소자를 배열하는 큰 공간이 필요하지 않고, 기록 헤드의 구조가 간단해서, 예를 들어, 다수의 노즐이 좁은 공간에 용이하게 배열될 수 있다. 이러한 이 유로, 잉크 토출 방법을 이용한 잉크젯 기록 장치가 최근 많이 이용되고 있다.
그러나, 기록이 잉크 토출 방법에 의해 실행되는 경우, 잉크의 압력이 급격히 변하고, 발열 소자에 의해 잉크 내에 형성된 기포가 파열할 때 캐비테이션(cavitation)을 일으킬 수 있다. 이러한 급격한 압력의 변화가 발열 소자의 임의의 주변에서 발생하는 경우, 발열 소자에 충격을 부여할 수 있다. 이 충격은 발열 소자의 내구성에 악영향을 끼친다. 이러한 급격한 압력의 변화가 발열 소자의 내구성을 악화시키는 것을 방지하는 방법이 제안되어 왔으며, 이 방법 중 하나는 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 평11-188870호에 개시된 기록 헤드로 기록하는 것이다.
일본 특허 공개 공보 평11-188870호는, 기포가 그 체적을 감소시킬 때 기포와 대기가 서로 연통하는 기록 헤드를 개시한다. 일본 특허 공개 공보 평11-188870호에 개시된 기록 헤드로부터 액적을 토출하여 기록이 실행되는 경우, 각각 토출된 잉크의 주 액적을 바로 뒤따르는 잉크의 일부는 발열 소자를 향해 수축하는 성분을 갖는다. 이는 토출되는 경우 부(satellite) 액적이 되어 있었던 잉크의 일부로부터 주 액적의 분리를 용이하게 한다. 따라서, 잉크 토출이 실행되는 경우, 이러한 메카니즘은 주 액적으로부터 부 액적을 분리할 수 있어서 부 액적의 발생을 점검할 수 있다. 따라서, 주 액적으로부터 분리되는 부 액적의 발생이 방지되고, 기록 장치와 기록 매체 사이에서 부유하는 잉크 미스트(mist)의 발생을 방지할 수 있다.
일반적으로 기포의 성장 및 수축 과정에서 기포와 대기가 서로 연통하는 기록 헤드에서, 각각 기포를 형성하는 가스는 기포와 대기가 서로 연통할 때 외측으로 배출된다. 그 결과, 기포가 사라지면, 액체 내에 존재하는 가스량은 감소한다. 이는 액체 내의 압력의 급격한 변화를 방지하고, 따라서 히터의 내구성을 향상시킨다.
그러나, 기포의 성장 및 수축 과정에서 기포와 대기가 서로 연통하는 기록 헤드가 사용되는 경우에도, 기포는 액적이 배출된 이후 액체 내에 가끔씩 남겨져서, 기포가 파열할 때 발포실 내부에서의 압력이 급격하게 변화한다.
도10a는 종래의 대기-연통 타입 기록 헤드의 노즐의 단면도이다. 이 노즐은 토출 방향에서 관측된 것이다. 도10b는 도10a의 B-B 선에 따르는 노즐의 단면도이다. 기포의 수축시에 기포와 대기가 서로 연통하는 기록 헤드에서, 기포는 액적이 토출될 때, 발열 소자를 향해 이동하는 메니스커스(meniscus)와 접촉함으로써 대기와 연통한다. 이 때, 메니스커스는 발열 소자의 중심을 수직으로 통과하는 축에 대해 거의 대칭으로 이동하고, 그 대칭 형상을 유지한다. 이에 비해, 기포의 형상은 노즐의 형상으로 인해 부분적으로 비대칭이다. 잉크 유로가 잉크 공급구를 향해 연장하기 때문에, 이 방향에서는 기포의 형상을 제한하는 벽면이 없다. 그러나, 잉크 공급구에 대향하는 측의 최단부에는 발포실을 형성하는 벽면이 있다. 발포실의 최단부에 위치된 벽면은 기포의 성장을 제한한다. 그 결과, 발포실 내의 잉크 공급구측에 위치된 기포의 일부는 잉크 공급구측에 대향하는 최단부에 위치된 기포의 일부와 부분적으로 다른 형상을 갖는다. 요약하면, 발포실 내의 잉크 공급구 측에서, 기포의 일부는 임의의 제한 없이 크게 성장하여, 상대적으로 크게 성장된 부분을 갖는다. 이에 비해, 발포실의 최단부에서, 발포실을 형성하는 벽면이 기포의 일부의 성장을 제한하기 때문에 기포는 상대적으로 적게 성장한 부분을 갖는다.
이러한 방식으로 확대된 기포와 함께 액적이 토출될 때, 이후 메니스커스는 발열 소자를 향해 이동한다. 이러한 상황에서, 도10b에 도시된 바와 같이, 대기는 잉크 공급구 측에서 기포의 일부와 연통할 수 있는 반면, 최단부에서의 기포의 일부와 연통할 수 없다. 그 결과, 대기와 연통하지 않는 기포의 분열 부분이 발포실의 최단부 내에 잔류하기 쉽다. 또한, 기포의 분열 부분이 사라질 때 급격한 압력 변화가 발포실 내부에 존재하는 액체 내에서 발생할 수 있고, 이에 따라 충격이 발열 소자로 부여될 수 있다.
각 노즐 내부에 어떤 기포도 남기지 않고 잉크를 토출하기 위한 액체 토출 헤드, 잉크젯 기록 장치 및 토출 방법을 제공한다. 이는 잉크를 토출할 때 기포와 대기가 서로 연통하도록 함으로써 개선된 내구성을 갖는 잉크 토출 헤드를 이용하여 달성된다.
본 발명은 기포와 대기를 서로 연통하게 한 액체 토출 헤드를 제공한다. 액체 토출 헤드의 내구성은 액체가 토출될 때 각각의 발포실 내에 기포가 잔류하는 것을 방지함으로써 향상될 수 있다. 따라서, 대응하는 발열 소자에 대해 부여되는 충격이 억제된다. 또한, 본 발명은 이러한 액체 토출 헤드를 사용하여 기록하는 잉크젯 기록 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징은 (첨부 도면을 참조하여) 이후의 예시적인 실시예 설명으로 명백해진다.
본 발명에 의하면, 내구성이 향상된 액체 토출 헤드와 잉크젯 기록 장치 및 액체 토출 방법을 제공할 수 있다.
이후 명세서는 첨부 도면을 이용하여 본 발명을 실행하기 위한 제1 실시예에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예의 기록 헤드(1)가 액체 토출 헤드로서 사용된 잉크젯 기록 장치(2)의 사시도를 도시한다. 복수의 색에 대응하는 잉크젯 카트리지는 잉크젯 기록 장치(2)의 운반대(carriage)에 장착된다. 각각의 잉크젯 카트리지는 잉크를 기록 매체로 토출하기 위한 기록 헤드(1)를 구비한다.
도2a는 잉크젯 기록 장치(2)에 이용된 기록 헤드(1)의 부분 절결 사시도를 도시한다. 도2a에 도시된 바와 같이, 기록 헤드(1)는 오리피스 판(4)을 기판(3)에 접합시켜 형성된다. 도2b는 기록 헤드(1)를 구성하는 구성 요소 중 하나인 기판(3)의 평면도이다. 공통 액실(5)은 기판(3)과 오리피스 판(4) 사이에 형성되고, 토출될 때 잉크 액적이 되는 액체로서의 잉크를 일시적으로 저장한다. 또한, 잉크가 토출되는 복수의 노즐(6)은 기판(3)과 오리피스 판(4) 사이에 위치된 공통 액 실(5)의 양 측부에 형성된다. 각각의 노즐(6)은 발포실(7), 토출구부(8) 및 잉크 유로(9)를 포함한다. 복수의 노즐(6)은 노즐 열을 형성하기 위해 평행한 열로 배열되고, 이 노즐 열은 잉크 공급구(10)를 사이에 위치시켜 평행으로 연장하여 배열된다. 잉크 공급구(10)를 사이에 위치시켜 형성된 한 쌍의 노즐 열은 두 개의 열의 토출구부(8)가 서로 엇갈리게 배열되는 방식으로 형성된다. 발포실(7)은 각각의 노즐(6)의 단부 내에 형성된다. 잉크 유로(9)는 각각의 노즐(6)의 발포실(7)과 공통 액실(5) 사이에 형성된다. 잉크 유로(9)는 잉크를 발포실(7)로 유도한다.
도3a 및 도3b는 기판(3)과 오리피스 판(4) 사이에 형성된 하나의 노즐(6) 및 공통 액실(5) 내부의 단면도를 도시한다. 도3a는 공통 액실(5) 및 하나의 노즐(6)을 토출 방향에서 본 단면도이다. 도3b는 노즐(6) 및 공통 액실(5)을 토출 방향의 직교 방향에서 본 단면도이다. 도3a 및 도3b 각각은 도2a에 도시된 기록 헤드(1)의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따르는 노즐(6) 및 공통 액실(5)의 단면도이다. 공통 액실(5)의 내부에는, 복수의 기둥 형상 노즐 필터(14)가 노즐(6)과 동일한 방향으로 배열된다. 노즐 필터(14)는 먼지 등이 잉크 유로(9)로 유동하는 것을 방지하기 위해 공통 액실(5) 내부의 잉크 유로(9)의 상류측에 배열된다. 추가로, 기판(3)과 오리피스 판(4) 사이의 노즐 필터(14)의 이러한 배열은 오리피스 판(4)이 기판(3)으로부터 멀리 분리되는 것을 방지하고, 오리피스 판(4)으로부터의 하중을 지지한다.
토출구부(8)는 공통 액실(5)로부터 공급된 잉크를 대응하는 발포실(7)의 내부로 토출하기 위해 오리피스 판(4)에 형성된다. 토출구부(8)는 발포실(7)로부터 대기로 잉크 액적을 토출하기 위해 개방된 노즐(6)의 전방 단부 내에 위치된 개구 부이다. 또한, 잉크 공급구(10)는 공통 액실(5)로 잉크를 공급하는, 액체 공급구로서 기판(3)에 형성된다. 잉크 공급구(10)는 노즐 열 내의 노즐(6)이 배열되는 방향과 동일한 방향으로 연장한다. 전기 열변환 소자(11)는 발포실(7) 내부의 기판(3) 상에 형성된다. 기판(3) 상의 전기 열변환 소자(11)의 위치는 토출구부(8)에 대향한다. 발열 소자로서, 전기 열변환 소자(11)는 잉크를 토출하기 위해 열에너지를 발생시킨다. 발포실(7)은 액체로서의 잉크가 잠시 저장되고, 잉크를 비등시켜, 이에 따라 발생된 기포가 토출되는 잉크에 운동 에너지를 부여하는 구성 요소이다.
토출구부(8)는 본 실시예의 기록 헤드(1) 내에 형성된다. 각각의 토출구부(8)는 잉크를 토출한다. 열 에너지는 에너지 작용실인 발포실(7) 내부의 전기 열변환 소자에 의해 잉크로 부여된다. 또한, 각각의 토출구부(8)는 제1 토출구부(12) 및 제2 토출구부(13)를 포함하도록 형성된다. 제1 토출구부(12)는 대기와 연통한다. 제2 토출구부(13)는 발포실(7)과 제1 토출구부(12) 사이에 형성된다. 토출 방향에 직교하는 방향에서의 제2 토출구부(13)의 단면적은 토출 방향에 직교하는 방향에서의 제1 토출구부(12)의 단면적보다 크다. 설명의 편의를 위해, 공급 방향은 잉크가 공통 액실(5)로부터 토출구부(8)내의 발포실(7)의 내부로 공급되는 방향으로 정의된다. 직교 방향은 이 공급 방향에 직교하는 방향으로 정의되고, 본 실시예에서 토출구부(8)의 열 및 잉크 공급구(10)가 연장하는 방향과 동일한 방향이다.
본 실시예에서, 잉크 공급구로부터 발포실(7)까지 잉크 공급 방향에서의 제2 토출구부(13)의 중심은 잉크 공급구에서 발포실까지 잉크 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심으로부터 발포실(7)의 최단부측을 향해 편심된다. 여기서, 잉크 공급 방향은 잉크가 잉크 공급구(10)로부터 발포실(7)로 공급되는 방향이다. 이에 비해, 전기 열변환 소자(11) 및 제1 토출구부(12) 각각의 중심은 서로 편심되지 않는다. 즉, 이 두 중심은 동일한 위치에 설정된다. 그 결과, 제2 토출구부(13)의 중심은 제1 토출구부(12)의 중심에 편심되도록 배열된다. 도4는 도3b에 도시된, 액적을 토출하는 본 실시예의 노즐(6)의 단면도를 도시한다. 참고로, 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 참조 부호 "Ｏ1"은 전기 열변환 소자(11)의 중심을 나타낸다. 참조 부호 "l1"은 토출 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심으로부터 연장하는 선이다. 또한, 참조 부호 "l2"는 제2 토출구부(13)의 중심을 통과하고 토출 방향으로 연장하는 선을 나타낸다. 참조 부호 "Ｏ2"는 라인(l2)이 발포실(7)의 바닥면과 교차하는 지점을 나타낸다. 즉, 참조 부호 "Ｏ2"는 발포실(7)의 바닥면이 존재하는 평면 상에 제2 토출구부(13)의 중심을 투영하여 얻은 지점이다. 각각의 중심(Ｏ1, Ｏ2)은 도3a 및 도3b 각각에 도시된다. 이와 관련하여, "중심"은 균일한 질량으로 채워진 공간의 무게 중심으로 정의된다. 도3a에 도시된 바와 같이, 노즐(6)을 토출 방향에서 볼 때, 제2 토출구부(13)의 중심(Ｏ2)은 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심(Ｏ1)으로부터 편심된다. 본 실시예에서, 제2 토출구부(13)의 구멍은 토출 방향에 직교하는 타원형 단면을 갖도록 형성된다. 또한, 제2 토출구부(13)는 공급 방향으로 연장하는 장축 및 직교 방향으로 연장하는 단축을 구비한, 공급 방향으로 길게 형성된 타원형이다.
본 실시예의 기록 헤드(1)가 잉크를 토출하기 위해 사용될 때 기록 헤드(1)의 거동에 대해 설명한다.
전기 열변환 소자(11)가 통전되면, 전기 열변환 소자(11)는 전기 에너지를 열로 변환시킴으로써 열을 발생시킨다. 이로써, 전기 열변환 소자(11)에 면하는 발포실(7)의 내부에서, 전기 열변환 소자(11) 상에 위치된 잉크는 순간적으로 비등되어 기포가 발행된다. 기포가 발포실(7) 내에 발생되면, 발포실(7) 내부의 잉크는 액상에서 기상으로의 잉크의 변화로 인해 발생된 압력의 급격한 증가로 인해 뒤로 밀려지고, 전기 열변환 소자(11) 위로 위치된 잉크는 압박되어 이동한다. 이어서, 발포실(7) 내부에서 이동하는 잉크는 발생된 기포에 의해 토출구부(8)를 향해 압박되고, 잉크는 토출구부(8)로부터 토출된다. 토출구부(8)로부터 토출된 잉크는 기록 매체 상의 소정 위치에 착탄된다.
본 실시예에서, 제2 토출구부(13)의 중심이 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심에 편심되도록 배열되기 때문에, 제2 토출구부(13)는 전기 열변환 소자(11)의 중심에 대해 비대칭으로 형성된다. 즉, 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 상의 부분(이후, "제2 토출구부(13)의 제1 부분"으로 칭함)은 상대적으로 크게 형성된다. 전기 열변환 소자(11)의 중심의 다른 측(잉크 공급측에 대향측) 상의 제2 토출구부(13)의 다른 부분(이후, "제2 토출구부(13)의 제2 부분"으로 칭함)은 상대적으로 작게 형성된다. 이러한 이유로, 제2 토출구부(13) 내부의 잉크 유동성은 제2 토출구부(13)의 제1 부분과 제2 부분 사이에서 상이하다.
제2 토출구부(13)의 제1 부분 내에 저장된 잉크에 대해, 제2 돌출구부(13)를 한정하는 벽면으로부터 상당히 먼 위치에 저장된 잉크량은 상대적으로 많다. 이러한 이유로, 제2 토출구부(13)의 제1 부분에 저장된 잉크는 잉크가 유동하는 동안 벽면으로부터의 저항으로 덜 받고, 이 잉크의 유동성은 더 높아진다. 이에 비해, 제2 토출구부(13)의 제2 부분 내에 저장된 잉크에 대해, 비교적 벽면 근처 위치에 저장된 잉크량은 상대적으로 많다. 이러한 이유로, 제2 돌출구부(13)의 제2 부분에 저장된 잉크는 잉크가 이동하는 동안 벽면으로부터 더 많은 저항을 받고, 이에 따라 잉크의 유동성은 낮아진다. 그 결과, 잉크가 토출된 이후, 메니스커스가 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동하는 동안, 메니스커스의 이동량은 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측과 전기 열변환 소자(11)의 중심의 다른 측 사이에서 상이하다.
전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 내에 저장된 잉크는 더 높은 유동성을 가지므로, 단위 시간당 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동하는 메니스커스는 잉크 공급 방향의 다른 측에 저장된 잉크보다 크다. 그 결과, 기포와 대기가 서로 연통할 때, 제2 토출구부(13)의 제1 부분에 저장된 잉크는 제2 토출구부(13)의 제2 부분에 저장된 잉크보다 더 많이 이동한다.
이때, 전기 열변환 소자(11)의 구동에 의해 발생된 기포는, 노즐(6) 내부의 잉크 유로가 전기 열변환 소자(11)의 축에 대해 비대칭 형상으로 형성되기 때문에 비대칭으로 성장한다. 특히, 잉크 공급 방향의 다른 측에 위치된 기포의 일부는 상대적으로 더 용이하게 성장하고, 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 보다 상대적으로 크게 형성된다. 그 결과, 잉크가 토출되는 동안, 이동하는 메니스 커스 및 기포의 일부는 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급 방향의 다른 측 내의 위치에서 서로 연통한다.
이에 대해, 노즐(6)이 제2 돌출구부(13)가 공급 방향 및 직교 방향 모두에서 전기 열변환 소자(11)에 편심되는 형상을 갖는 경우, 적은 기포가 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 내에 위치된 공간에 잔류할 수 있다. 이에 따라, 잔류하는 기포는 기포가 사라질 때 전기 열변환 소자(11)에 대해 충격을 부여함으로써 전기 열변환 소자(11)의 내구성에 악영향을 줄 수 있다.
그러나, 본 실시예에서, 제2 돌출구부(13)는 공급 방향에서 전기 열변환 소자(11)에 편심되도록 형성된다. 이러한 이유로, 메니스커스가 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동할 때, 발포실(7)의 바닥면에 가장 가까운 메니스커스의 일부는 공급 방향에서의 기포의 단부를 넘어선 위치에 위치된다. 그 결과, 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측으로 더 이동하는 메니스커스는 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측에 위치된 기포의 일부와 충돌한다. 이에 따라, 기포의 일부는 잉크 공급 방향의 다른 측을 향해 밀려진다. 따라서, 도4에 도시된 바와 같이, 기포가 전체적으로 잉크 공급 방향의 다른 측을 향해 이동하고, 따라서 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동하는 메니스커스로 인해 기포가 분열되지 않는다. 그 결과, 어떠한 기포도 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 내에 위치된 공간에 잔류하지 않고, 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측 내에 초기에 위치된 기포의 일부는 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급 방향의 다른 측 내에 위치되어 잔류하는 기포의 일부와 병합된다. 결국, 상대적으로 큰 기포가 형성된다.
이에 따라 형성된 기포는 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급 방향의 다른 측 내의 위치에서 대기와 연통한다. 이로써, 기포를 형성하는 가스는 대기로 방출된다. 이는 어떠한 가스도 발포실(7) 내에 저장된 잉크에 남을 수 없게 한다. 도4에 도시된 바와 같이, 이는 기포가 전기 열변환 소자(11)의 중심의 잉크 공급측에 위치된 공간 내에 잔류하는 것을 방지하고, 발포실(7) 내에 저장된 잉크 내에 형성된 기포로 둘러싸인 가스는 기포와 대기와의 연통에 의해 대기로 방출된다. 이는 기포가 발포실(7) 내에 저장된 잉크에 남겨지는 것을 방지하고, 이에 따라, 전기 열변환 소자(11)의 표면으로 충격이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 충격의 방지는 전기 열변환 소자(11)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 기록 헤드(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기록 헤드(1)가 사용되는 잉크젯 기록 장치(2)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
(제2 실시예)
다음으로, 제2 실시예의 기록 헤드(1')는 도5a 및 도5b를 사용하여 설명한다. 제1 실시예와 동일한 방식으로 구성된 구성 요소는 도5a 및 도5b에서 동일한 참조 부호로 나타내고, 이 구성 요소에 대한 설명은 생략될 수 있으며, 제1 실시예와 상이한 구성 요소에 대해서만 설명한다.
도5a는 제2 실시예의 기록 헤드(1')를 토출 방향에서 본 단면도를 도시한다. 도5b는 도5a의 B-B 선에 따르는 제2 실시예의 기록 헤드(1')의 단면도를 도시한다. 제2 토출구부는 제1 실시예의 기록 헤드(1) 및 본 실시예의 기록 헤드(1') 각각에 서 타원 형상이다. 그러나, 기록 헤드(1')에서 제2 토출구부(13')의 장축 및 단축의 배향은 기록 헤드(1) 내의 제2 토출구부(13)의 장축 및 단축의 배향과 상이하다. 제1 실시예의 기록 헤드(1)의 경우, 제2 토출구부(13)는 공급 방향으로 연장하는 장축 및 직교 방향으로 연장하는 단축을 구비한다. 제2 실시예의 기록 헤드(1')의 경우, 제2 토출구부(13')는 직교 방향으로 연장하는 장축 및 공급 방향으로 연장하는 단축을 구비한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서, 제2 토출구부(13')의 토출 방향에 직교하는 방향에서의 단면은 발포실의 바닥면이 위치된 평면 상에서 공급 방향에의 투영된 직경보다 공급 방향에 직교하는 방향에의 투영된 직경이 더 큰 형상이다.
그 결과 전기 열변환 소자(11')는 직교 방향에서의 길이가 공급 방향에서의 길이보다 긴 형상이다. 제2 토출구부(13') 및 전기 열변환 소자(11')는 제2 실시예에 대해 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다.
(제3 실시예)
다음으로, 제3 실시예의 기록 헤드(1'')에 대한 설명은 도6a 및 도6b를 이용하여 설명한다. 도6a는 제3 실시예의 기록 헤드(1'')를 토출 방향에서 본 단면도를 도시한다. 도6b는 도6a의 B-B 선에 따르는, 제3 실시예의 기록 헤드(1'')의 단면도를 도시한다. 도6a 및 도6b에서, 제1 및 제2 실시예와 동일한 방식으로 구성된 구성 요소는 동일한 참조 부호로 나타낸다. 이 구성 요소에 대한 설명은 생략될 수 있고, 제1 및 제2 실시예와 상이한 제3 실시예의 구성 요소에 대해 설명한다.
제1 실시예의 기록 헤드(1)의 경우, 제2 토출구부(13)의 중심은 제1 돌출구부(12) 및 전기 열변환 소자(11)의 각각의 중심으로부터 편심된다. 이에 비해, 본 실시예의 기록 헤드의 경우, 제1 돌출부구(12) 및 제2 토출구부(13'')는 그 각각의 중심이 공급 방향 및 직교 방향에서 서로 일치하는 방식으로 형성된다. 또한, 서로 일치하는 제2 토출구부(13'') 및 제1 돌출구부(12)의 중심(Ｏ2)은 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심(Ｏ1)으로부터 편심된다. 이와 같이, 토출구부(8)가 형성되기 때문에, 액적이 토출될 때, 메니스커스는 치우쳐 형성되지 않고, 제1 토출구부(12) 및 제2 토출구부(13'')의 각각의 중심에 대해 대칭 형상을 유지하면서 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동한다.
이러한 이동은 비대칭이 되는 메니스커스의 형상으로 생성된 힘에 의해 액적이 영향받는 것을 방지한다. 그 결과, 액적은 토출 방향으로 직선으로 토출된다. 이 직선 토출은 토출된 액적을 소정 위치에 정확하게 착탄시키고, 따라서 기록 헤드(1'')의 액적 착탄 정밀도는 높게 유지된다.
이 때, 기포는 전기 열변환 소자(11) 상에서 발생된다. 이에 따라 발생된 기포는 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동하는 메니스커스와 접촉하여 연통한다. 이와 관련하여, 제1 토출구부(12) 및 제2 토출구부(13'') 각각의 중심이 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심으로부터 편심되기 때문에, 메니스커스가 공급 방향에서의 기포의 중심으로부터 편심되는 방식으로 기포와 접촉하여 연통한다. 그 결과, 메니스커스가 이동한 후 전기 열변환 소자(11)에 접근하게 될 때, 토출구부(8)의 중심을 넘어 공급 방향에서의 발포실(7)의 바닥면에 가장 근접한 메니스커스의 일부는 기포의 공급 방향에서의 단부를 넘은 위치에 위치된다. 도7은 액적이 토출될 때 노즐(6) 내부의 단면도를 도시한다. 도7에 도시된 바와 같이, 발포실(7)의 바닥면에 가장 근접한 메니스커스의 일부가 기포의 공급 방향에서의 단부를 넘는 위치에 위치되기 때문에, 기포는 메니스커스가 전기 열변환 소자(11)를 향해 이동할 때 공급 방향의 대향 방향으로 밀려진다. 이러한 밀림은 기포가 분열되는 것을 방지하고, 따라서, 기포의 분열된 일부가 공급 방향에서의 전기 열변환 소자(11)의 중심을 넘어 위치한 토출구부(8)의 일부에 남겨지는 것을 방지한다.
기포의 일부가 발포실(7) 내부에 남겨지는 것이 방지되기 때문에, 기포가 사라질 때 급격한 압력 변화로 인해 발생되는 충격이 전기 열변환 소자(11)의 표면에 부여되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 방지는 전기 열변환 소자(11)의 내구성을 향상시키고, 이어서 기록 헤드(1'')의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 기록 헤드(1'')를 이용하는 잉크젯 기록 장치(2)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 기록 헤드(1'')의 경우, 기포가 발포실(7) 내부에 잔류하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 전기 열변환 소자(11)의 내구성을 향상시키고, 또한 액적의 착탄 정밀도의 악화를 억제할 수 있다.
(제4 실시예)
다음으로, 제4 실시예의 기록 헤드(1''')에 대한 설명은 도8a 및 도8b를 이용하여 설명한다. 도8a는 제4 실시예의 기록 헤드(1''')를 토출 방향에서 본 단면도를 도시한다. 도8b는 도8a의 B-B 선에 따르는, 제4 실시예의 기록 헤드(1''')의 단면도를 도시한다. 도8a 및 도8b에서, 제1 내지 제3 실시예와 동일한 방식으로 구성된 구성 요소는 동일한 참조 부호로 나타낸다. 이 구성 요소에 대한 설명은 생략될 수 있고, 제1 내지 제3 실시예와 상이한 제4 실시예의 구성 요소에 대해 설명한다.
제3 실시예의 기록 헤드(1'')의 경우, 제2 토출구부(13'')는 공급 방향으로 장축을 갖는 타원 형상이다. 이에 비해, 본 실시예의 기록 헤드(1''')는 제2 토출구부(13''')가 직교 방향으로 연장하는 장축 및 공급 방향으로 연장하는 단축을 구비한 타원형이라는 점에서 제3 실시예의 기록 헤드(1'')와 상이하다.
또한, 본 실시예에서, 직교 방향에서의 길이가 공급 방향에서의 길이보다 더 길게 형성된 제2 토출구부(13''')에 대해, 전기 열변환 소자(11)도 직교 방향에서의 길이가 공급 방향에서의 길이보다 더 길게 형성된다. 제2 토출구부(13''') 및 전기 열변환 소자(11)는 이러한 방식으로 형성될 수 있다.
(다른 실시예)
본 발명의 액체 토출 헤드는 프린터, 복사기, 통신 시스템을 구비한 팩시밀리, 프린터부를 구비한 워드 프로세서뿐 아니라, 다양한 처리 기계와 결합된 산업 기록 기계와 같은 기계에 설치될 수 있다. 이러한 타입의 액체 토출 헤드의 사용으로 종이, 실, 섬유, 천, 가죽, 금속, 플라스틱, 유리, 나무 및 세라믹을 포함하는 다양한 기록 매체 상에 기록할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "기록"이라는 용어는 문자 및 그림과 같은 의미 전달 화상뿐 아니라, 패턴과 같이 의미를 갖지 않는 화상도 다양한 기록 매체에 부여할 수 있는 것으로 정의된다.
또한, 본 명세서에서 사용된 "잉크" 및 "액체"라는 용어는 그 문자적 의미를 넘어서 해석된다. "잉크" 및 "액체"라는 용어는 기록 매체로 부여됨으로써, 화상, 디자인, 패턴 등을 형성하고, 기록 매체를 가공할 뿐아니라, 잉크 및 기록 매체를 처리하는데 사용되는 물질로 정의된다. 여기서, 잉크 및 기록 매체의 처리로서는, 예를 들어, 응고 또는 불용화에 의해 기록 매체에 부여되는 잉크의 정착성의 향상, 기록 품질 또는 잉크 색성의 향상뿐 아니라, 화상 내구성의 향상을 말한다.
앞의 실시예의 경우, 토출 방향에 직교하는 방향에서의 제2 토출구부의 단면은 타원 형상이다. 이 대신에, 도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 토출 방향에 직교하는 방향에서의 제2 토출구부의 단면은 원 형상일 수 있다. 이 경우, 도9a에 도시된 바와 같이, 제2 토출구부만이 전기 열변환 소자 및 제1 토출구부로부터 공급 방향으로 편심되도록 형성될 수 있다. 이와 달리, 도9b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 토출구부는 전기 열변환 소자로부터 편심되도록 형성될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 개시된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다. 이후의 청구항의 범위는 변형예, 균등 구조물 및 기능을 모두 포함하도록 넓게 해석될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 기록 헤드를 이용한 잉크젯 기록 장치의 사시도.
도2a는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 기록 헤드의 사시도의 부분 절결도.
도2b는 도2a에 도시된 기록 헤드의 기판의 평면도.
도3a는 도2a에 도시된 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도3b는 도3a의 B-B 선을 따르는 기록 헤드의 단면도.
도4는 도2a에 도시된 기록 헤드가 액적을 토출할 때의 단면도.
도5a는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도5b는 도5a의 Ｂ-B선에 따르는 기록 헤드의 단면도.
도6a는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도6b는 도6a의 Ｂ-B선에 따르는 기록 헤드의 단면도.
도7은 도6a 및 도6b에 도시된 기록 헤드가 액적을 토출할 때의 단면도.
도8a는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도8b는 도8a의 Ｂ-B선에 따르는 기록 헤드의 단면도.
도9a는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도9b는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도10a는 종래 타입의 기록 헤드를 토출 방향에서 본 단면도.
도10b는 도10a의 B-B 선에 따르는 기록 헤드의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기록 헤드
3 : 기판
4 : 오리피스 판
5 : 공통 액실
6 : 복수의 노즐
7 : 발포실
8 : 토출구부
9 : 잉크 유로
10: 잉크 공급구
14 : 노즐 필터

Claims (10)

  1. 액체를 토출하기 위한 토출구부와,
    액체를 토출하기 위해 이용되는 열에너지를 발생시키고, 상기 토출구부와는 정반대의 위치에 형성되는 발열 소자와,
    상기 발열 소자가 위치된 에너지 작용실과,
    상기 에너지 작용실과 연통하는 유로와,
    상기 유로와 연통하여 상기 에너지 작용실로 액체를 공급하는 액체 공급구를 포함하고,
    상기 토출구부는, 대기와 연통하는 제1 토출구부와, 상기 제1 토출구부보다 액체가 토출되는 방향에 직교하는 방향의 단면적이 크고 상기 에너지 작용실과 상기 제1 토출구부 사이에 위치된 제2 토출구부를 포함하고,
    상기 액체 공급구로부터 에너지 작용실로의 액체 공급 방향에서의 상기 제2 토출구부의 중심은, 액체 공급 방향에서의 상기 발열 소자의 중심 및 액체 공급 방향에서의 상기 제1 토출구부의 중심으로부터 액체 공급 방향에서의 에너지 작용실의 최단부측을 향해 편심(offset)되는 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 토출구부의 중심과 상기 발열 소자의 중심은 액체 공급 방향 및 액체 공급 방향에 직교하는 방향에서 서로 일치하는 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 액체 공급 방향에서의 상기 제1 토출구부의 중심은 액체 공급 방향에 있어서의 상기 발열 소자의 중심으로부터 액체 공급 방향에서의 상기 에너지 작용실의 최단부측을 향해 편심되는 액체 토출 헤드.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 토출구부의 토출 방향에 직교하는 단면은 원형으로 형성되는 액체 토출 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 토출구부의 토출 방향에 직교하는 단면은 타원형으로 형성되는 액체 토출 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 액체 공급 방향의 직교 방향에 있어서 상기 제2 토출구부의 토출 방향에 직교하는 단면의 직경은 액체 공급 방향에서의 직경보다 작은 액체 토출 헤드.
  8. 제6항에 있어서, 액체 공급 방향의 직교 방향에 있어서 상기 제2 토출구부의 토출 방향에 직교하는 단면의 직경은 액체 공급 방향에서의 직경보다 큰 액체 토출 헤드.
  9. 액체 토출 헤드 및 상기 액체 토출 헤드를 장착하기 위한 부재를 포함하는 잉크젯 기록 장치이며,
    상기 액체 토출 헤드는,
    액체를 토출하기 위한 토출구부와,
    액체를 토출하기 위해 이용되는 열에너지를 발생시키며, 상기 토출구부와는 정반대의 위치에 형성되는 발열 소자와,
    상기 발열 소자가 배열된 에너지 작용실과,
    상기 에너지 작용실과 연통하는 유로와,
    상기 유로와 연통하여 상기 에너지 작용실로 액체를 공급하는 액체 공급구를 구비하고,
    상기 토출구부는,
    대기와 연통하는 제1 토출구부와,
    제1 토출구부보다 액체가 토출되는 방향에 직교하는 방향의 단면적이 크고, 상기 에너지 작용실과 제1 토출구부 사이에 위치된 제2 토출구부를 구비하고,
    상기 액체 공급구로부터 상기 에너지 작용실로의 액체 공급 방향에서의 상기 제2 토출구부의 중심은, 액체 공급 방향에서의 상기 발열 소자의 중심 및 액체 공급 방향에서의 상기 제1 토출구부의 중심으로부터 액체 공급 방향에서의 상기 에너지 작용실의 최단부측을 향해 편심되는 잉크젯 기록 장치.
  10. 액체 토출 헤드로부터 액체를 토출하여 기록을 행하는 액체 토출 방법이며,
    상기 액체 토출 헤드를 준비하는 단계로서,
    상기 액체 토출 헤드가,
    액체를 토출하기 위한 토출구부와,
    액체를 토출하기 위해 이용되는 열에너지를 발생시키며, 상기 토출구부와는 정반대의 위치에 형성되는 발열 소자와,
    상기 발열 소자가 배열된 에너지 작용실과,
    상기 에너지 작용실과 연통하는 유로와,
    상기 유로와 연통하여 상기 에너지 작용실로 액체를 공급하는 액체 공급구를 포함하고,
    상기 토출구부는,
    대기와 연통하는 제1 토출구부와, 상기 제1 토출구부보다 액체가 토출되는 방향에 직교하는 방향의 단면적이 크고 상기 에너지 작용실과 상기 제1 토출구부 사이에 위치된 제2 토출구부를 구비하고, 상기 액체 공급구로부터 에너지 작용실로의 액체 공급 방향에서의 제2 토출구부의 중심은, 액체 공급 방향에서의 발열 소자의 중심 및 액체 공급 방향에서의 상기 제1 토출구부의 중심으로부터 액체 공급 방향에서의 에너지 작용실의 최단부측을 향해 편심되는, 상기 액체 토출 헤드 준비 단계와,
    상기 발열 소자에 의해 발생된 기포가 대기와 연통하도록 하면서 액체를 토출하는 단계를 포함하는 액체 토출 방법.
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