KR101433949B1 - 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치 - Google Patents

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Abstract

액체 토출 헤드는 액체를 토출하도록 구성된 복수의 에너지 발생 소자 및 대응하는 에너지 발생 소자 둘레에 제공된 액체 챔버를 포함하는 헤드 칩과, 헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하도록 구성된 공통 통로 부재를 포함한다. 액체는 액체에 토출력을 인가하도록 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 토출된다. 공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함한다. 공통 통로는 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는 천장 표면을 포함한다.
액체 토출 헤드, 버블, 공통 통로 부재, 통로 챔버, 천장 표면, 홈

Description

액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치 {LIQUID DISCHARGING HEAD AND LIQUID DISCHARGING APPARATUS}
본 발명은 헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하는 공통 통로 부재를 포함하고, 액체 챔버 내의 액체에 토출력을 인가하도록 헤드 칩 내의 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 액체를 토출하는, 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공통 통로 내에서 액체로부터 버블을 원활하게 제거하는 기술에 관한 것이다.
액체 토출 장치의 일례인 잉크 제트 프린터에서, 기록 시트가 액체 토출 헤드로 이송되고, 잉크(액체)가 액체 토출 헤드를 구성하는 헤드 칩의 잉크 챔버(액체 챔버) 내의 가열 저항(에너지 발생 소자)을 구동함으로써 기록 시트 상에 인쇄를 위해 토출된다. 이러한 잉크 제트 프린터에서, 잉크 카트리지 내에 저장된 잉크를 헤드 칩의 잉크 챔버로 안정적으로 공급하는 것이 필요하다.
수용성 잉크 및 지용성 잉크가 토출될 수 있다. 특히 수용성 잉크가 사용될 때, 잉크 내에 용해된 공기가 때때로 예를 들어 온도 변화 때문에 버블을 형성하거나, 외부로부터 들어온 공기가 때때로 잉크 내에서 버블로서 남는다. 이러한 버블 이 헤드 칩 부근에 축적되면, 잉크 챔버로의 잉크의 유동이 방해받고, 인쇄 중에 충분한 잉크 공급이 어렵다. 이러한 이유로, 잉크 내의 버블은 잉크 토출 방향을 교란하고, 잉크 토출량을 변화시킨다.
잉크는 헤드 칩 내의 가열 저항으로부터 잉크 챔버 내의 잉크로의 토출력의 인가에 의해 토출된다. 버블이 잉크 내에 존재하면, 버블은 기체 압축성 때문에 잉크 토출력을 약화시키고, 잉크 토출 방향을 교란한다. 아울러, 잉크 내의 버블이 잉크 제트 프린터의 설치 환경, 잉크 토출(가열 저항의 구동)로 인한 온도 변화, 또는 대기압의 변화에 따라 팽창되면, 잉크 챔버 내의 잉크는 때때로 의도하지 않게 노즐로부터 토출된다.
잉크 내의 버블의 존재로 인한 상기 문제점을 극복하기 위해, 잉크로부터 버블을 제거하기 위한 다양한 기술이 제안되었다. 예를 들어, 기록 시트의 폭에 대응하는 길이에 걸쳐 배열된 노즐에 의해 기록 시트의 폭에 대응하는 인쇄를 수행하는 라인 프린터의 경우에, 인쇄 회수가 많고, 양호한 내구성이 필요하다. 이러한 이유로, 헤드 칩 부근의 버블은 펌프와 같은 전달 수단에 의해 잉크와 함께 순환됨으로써 잉크로부터 제거된다.
이러한 버블 제거 방법에서, 버블은 헤드 칩의 모든 잉크 챔버와 연통하는 공통 통로 내에서 잉크의 유동과 함께 제거될 수 있다. 즉, 잉크는 완충 탱크의 입구로부터 잉크를 공급하면서, 공통 통로를 형성하는 완충 탱크(공통 통로 부재)의 출구로부터 배출되어, 버블이 잉크와 함께 공통 통로로부터 제거된다.
그러나, 버블을 이동시키기 위해, 헤드 칩의 잉크 챔버 부근에서 유동하는 잉크의 유속은 다소 높도록 요구된다. 그러므로, 그러한 유속으로 잉크를 전달하기 위해, 고속 펌프를 사용하는 것이 필요하다. 역으로, 저속 펌프가 사용되면, 잉크 챔버의 용량은 잉크 챔버 부근에서 잉크의 유속을 증가시킴으로써 버블을 이동시키기 위해 감소된다. 그러나, 버블의 수는 잉크 챔버의 용량에 따라 변하지 않는다. 잉크 챔버의 용량이 감소함에 따라, 버블의 영향은 상대적으로 증가한다.
따라서, 일본 특허 출원 공개 제2002-144576호에 개시된 버블 제거 기술에서, 완충 탱크에 의해 형성된 공통 통로의 천장 표면이 기울어지고, 버블의 부력은 기울기에 의해 나누어져서 이동 방향으로의 힘 성분을 생성하여, 버블은 잉크의 유속이 비교적 낮을 때에도 쉽게 이동할 수 있다.
불행하게도, 전술한 문헌에 개시된 기술에서, 버블은 때때로 공통 통로의 천장 표면 상에 흡착되어 머무른다. 이는 버블을 충분히 제거하는 것을 어렵게 만든다. 아울러, 천장 표면의 기울기가 버블을 신뢰할 수 있게 이동시키기 위해 증가되면, 공통 통로의 용량이 증가한다. 결과적으로, 펌프의 크기가 증가한다.
따라서, 저속 펌프에 의해서도 버블을 신뢰할 수 있게 이동시키고, 공통 통로 내에서 액체(잉크)로부터 버블을 원활하게 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 토출 헤드는 액체를 토출하도록 구성된 복수의 에너지 발생 소자 및 대응하는 에너지 발생 소자 둘레에 제공된 액체 챔버를 포함하는 헤드 칩과, 헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하도록 구성된 공통 통로 부재를 포함한다. 액체는 액체 챔버 내의 액체에 토출력을 인가하도록 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 토출된다. 공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함한다. 공통 통로는 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는 천장 표면을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 토출 장치는 전술한 액체 토출 헤드와, 공통 통로 부재의 입구로부터 출구를 향해 액체를 전달하도록 구성된 전달 수단을 포함한다.
상기 실시예에서, 공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함한다. 공통 통로의 천장 표면은 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는다. 이러한 이유로, 공통 통로 내에서의 액체 내에 함유된 버블이 부력에 의해 천장 표면과 접촉할 때에도, 천장 표면은 홈에 의해 물 보유 상태로 유지되므로, 버블을 흡착하지 않는다. 이는 버블이 쉽게 이동하게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공통 통로의 천장 표면이 홈에 의해 물 보유 상태로 유지되므로, 버블이 천장 표면에 흡착되지 않는다. 그러므로, 액체 내에 함유된 버블은 부력에 의해 천장 표면과 접촉할 때에도 쉽게 이동할 수 있다. 이러한 이유로, 저속 펌프가 사용될 때에도, 버블은 신뢰할 수 있게 이동하고, 공통 통로 내에서 액체로부터 원활하게 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 액체 토출 장치에서, 액체 내에 함유된 버블이 저속 펌프를 사용할 때에도, 신뢰할 수 있게 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시예가 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
다음의 실시예에서, 4가지 컬러, Y(황색), M(마젠타), C(시안), 및 K(검정)의 잉크(액체)를 토출하는 컬러 잉크 제트 프린터(라인 프린터(1))가 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 일례로서 설명될 것이다. 라인 프린터(1) 내에서 사용되는 라인 헤드(10)가 본 발명의 액체 토출 헤드에 대응한다.
도1은 실시예에 따른 라인 프린터(1)의 개략적인 정면도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 라인 프린터(1)는 복수의 시트 트레이(2a, 2b, 2c), 인쇄 사이즈에 따라 시트 트레이(2a, 2b, 2c)로부터 선택적으로 공급되는 각각의 기록 시트(8)를 이송하는 이송 유닛(3), 기록 시트(8)를 라인 헤드(10)와 대면시키는 인쇄 테이블(4), 비인쇄 상태에서 라인 헤드(10)의 잉크 토출 표면을 덮는 유지·보수 유닛(5), 인쇄 후에 기록 시트(8)를 이송하는 출력 테이블(6), 및 기록 시트(8)를 위한 출력 트레이(7)를 포함한다.
라인 헤드(10)는 시트 트레이(2a, 2b, 2c)로부터 공급되는 최대 기록 시트의 폭에 대응하는 인쇄를 수행할 수 있다. 기록 시트의 폭 방향으로 직렬 헤드를 이동시킴으로써 인쇄를 수행하는 직렬 헤드 프린터와 대조적으로, 라인 프린터(1)는 라인 헤드(10)를 이동시키기 위한 어떠한 장치도 사용하지 않는다. 이는 진동 및 소음을 감소시킬 수 있고, 인쇄 속도를 현저하게 증가시킬 수 있다.
잉크는 공급될 잉크가 헤드 내에 제공되는 "헤드 통합 방법" 및 잉크가 외부로부터 공급되는 "헤드 분리 방법"에 의해 라인 헤드(10)로 공급될 수 있다. 이러한 실시예에서, 라인 프린터(1)는 헤드 분리 방법을 채택하고, 라인 헤드(10)로부터 분리되어 제공되는 잉크 카트리지(13)를 포함한다. 잉크 카트리지(13)는 4가지 컬러 잉크(Y, M, C, K)를 분리하여 저장하고, 쉽게 라인 프린터(1) 내에 장착되고 그로부터 탈착될 수 있다. 이러한 이유로, 잉크 카트리지(13) 내의 잉크가 완전히 소모되면, 잉크 카트리지(13)는 새로운 것으로 신속하게 교체될 수 있다.
(본 발명에서 전달 수단에 대응하는) 펌프(11)가 (본 발명에서 압력 조정 유 닛에 대응하는) 보조 탱크(12)를 거쳐 라인 헤드(10)와 잉크 카트리지(13) 사이에 제공된다. 펌프(11)를 구동함으로써, 잉크가 소정의 압력으로 잉크 카트리지(13)로부터 라인 헤드(10)로 공급된다.
이러한 라인 프린터(1)에 의해 인쇄를 수행하기 위해, 하나의 기록 시트(8)가 이송 유닛(3)에 의해 시트 트레이(2a, 2b, 2c)들 중 하나로부터 선택적으로 이송되어, 인쇄 테이블(4) 상에 위치된다. 유지·보수 유닛(5)은 라인 헤드(10)의 잉크 토출 표면을 노출시키기 위해 라인 헤드(10)로부터 분리된다. 컬러 인쇄는 기록 시트(8)를 인쇄 테이블(4) 상에서 이동시키면서, 라인 헤드(10)로부터 컬러 잉크를 토출함으로써 수행된다. 인쇄 후에, 기록 시트(8)는 출력 테이블(6)에 의해 이동되어, 출력 트레이(7) 내에 보관된다.
도2는 라인 프린터(1) 내의 인쇄부의 사시도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 라인 헤드(10)는 라인 프린터(1)의 인쇄부 내에 배치된다. 라인 헤드(10) 내에서, 헤드 모듈(20)만이 인쇄 테이블(4) 상에서 공급되는 기록 시트(8)의 폭을 덮는다. 4개의 헤드 모듈(20)이 4가지 컬러 잉크(Y, M, C, K)를 각각 토출하기 위해 병렬로 배열된다.
이러한 방식으로, 라인 헤드(10)는 4개의 헤드 모듈(20: Y, M, C, K)을 포함하고, 4가지 컬러 잉크(Y, M, C, K)가 잉크를 저장하는 보조 탱크(12)로부터 헤드 모듈로 공급된다. 즉, 보조 탱크(12: Y, M, C, K)는 공급 튜브(81: Y, M, C, K)를 거쳐 헤드 모듈(20: Y, M, C, K)에 각각 연결된다. 그러므로, 4가지 컬러 잉크가 대응하는 펌프(11: Y, M, C, K)를 구동함으로써 보조 탱크(12: Y, M, C, K)로부터 라인 헤드(10)로 공급된다.
라인 헤드(10)로 공급되는 4가지 컬러 잉크는 인쇄 테이블(4) 상에 위치된 기록 시트(8) 상으로 토출될 뿐만 아니라, 순환되기도 한다. 즉, 라인 헤드(10)로부터의 컬러 잉크는 배출 튜브(82: Y, M, C, K), 스위치 밸브(15: Y, M, C, K), 제1 연통 튜브(16: Y, M, C, K), 펌프(11: Y, M, C, K) 및 제2 연통 튜브(17: Y, M, C, K)를 거쳐 보조 탱크(12: Y, M, C, K)로 복귀한다. 토출에 의해 소모된 컬러 잉크는 잉크 카트리지(13: Y, M, C, K)로부터 연결 튜브(18: Y, M, C, K), 스위치 밸브(15: Y, M, C, K), 제1 연통 튜브(16: Y, M, C, K), 펌프(11: Y, M, C, K) 및 제2 연통 튜브(17: Y, M, C, K)를 거쳐 보조 탱크(12: Y, M, C, K)로 보충된다.
도3은 라인 프린터(1)의 라인 헤드(10) 내에 제공된 헤드 모듈(20)의 잉크 토출부의 사시도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 헤드 모듈(20)은 헤드 칩(60)과 노즐 시트(64)를 함께 결합시킴으로써 형성된다.
헤드 칩(60) 내에서, 장벽 층(63)이 반도체 기판(61) 상에 적층되고, 노즐(65)을 갖는 노즐 시트(64)가 장벽 층(63)에 결합된다. (본 발명에서 에너지 발생 소자에 대응하는) 복수의 가열 저항(62)이 반도체 기판(61) 상에 일 방향으로 규칙적인 간격으로 적층된다. 반도체 기판(61), 장벽 층(63), 및 노즐 시트(64)는 가열 저항(62)을 둘러싸서, (본 발명에서 액체 챔버에 대응하는) 잉크 챔버(66)들을 형성한다. 잉크 챔버(66)들은 각각 공통 잉크 통로(24)와 연통하는 개구를 갖는다. 잉크가 개구를 통해 잉크 챔버(66)로 공급된다.
반도체 기판(61)은 예를 들어 실리콘, 유리, 또는 세라믹으로 형성된다. 가열 저항(62)은 반도체 및 전자 장치를 제조하기 위한 미세 제조 기술에 의해 반도체 기판(61)의 일 표면 상에 적층된다. 가열 저항(62)은 반도체 기판(61) 상에 제공된 (도시되지 않은) 도체부를 거쳐 외부 회로에 전기적으로 연결된다.
장벽 층(63)은 가열 저항(62)을 갖는 반도체 기판(61)의 표면 상에 제공된다. 즉, 장벽 층(63)은 다음의 방식으로 가열 저항(62)의 주변을 제외한 반도체 기판(61)의 부분 상에 패턴화된다. 먼저, 감광 수지가 반도체 기판(61)의 전체 상부 표면 상에 도포되고, 노광을 위해 가장 양호한 파장 대역을 갖는 광을 사용하는 노광 장치에 의해 소정의 패턴을 갖는 광 마스크를 거쳐 노광된다. 노광된 감광 수지는 그 다음 소정의 현상 액체로 현상되고, 비노광 부분이 제거된다. 반도체 기판(61), 가열 저항(62), 및 장벽 층(63)은 헤드 칩(60)을 구성한다.
노즐 시트(64)는 예를 들어 Ni(니켈)을 사용한 전기 주조에 의해 형성된다. 복수의 노즐(65)이 노즐 시트(64) 내에 배열된다. 헤드 칩(60: 반도체 기판(61), 가열 저항(62), 및 장벽 층(63))은 노즐(65)이 가열 저항(62)과 정렬되도록, 즉 노즐(65)이 가열 저항(62)과 대향하도록 정밀하게 위치된다. 아울러, 헤드 칩(60)은 장벽 층(63)이 아래로 향한 채로 노즐 시트(64) 상으로 결합된다.
그러므로, 헤드 칩(60)의 잉크 챔버(66)는 도3에 도시된 바와 같이, 가열 저항(62)을 둘러싸기 위한 반도체 기판(61), 장벽 층(63), 및 노즐 시트(64)에 의해 형성된다. 즉, 반도체 기판(61) 및 가열 저항(62)은 잉크 챔버(66)의 상부 벽을 형성하고, 장벽 층(63)은 각각의 잉크 챔버(66)의 3개의 측벽을 형성하고, 노즐 시 트(64)는 잉크 챔버(66)의 바닥 벽을 형성한다.
잉크 챔버(66)들은 각각 도3의 우측 하부 상에서 개구를 갖고, 개구는 잉크 공통 통로(24)와 연통한다. 이러한 이유로, 보조 탱크(12: 도2 참조)로부터 공급되는 잉크는 공통 통로(24)를 거쳐 모든 잉크 챔버(66) 내로 공급된다. 대응하는 잉크 챔버(66)가 잉크로 충전된 상태에서 단펄스 전류(예를 들어, 1 내지 3 ㎲)가 (도시되지 않은) 제어 유닛으로부터의 명령에 따라 가열 저항(62)들 중 하나를 통해 통과될 때, 가열 저항(62)은 신속하게 가열된다. 그 다음, 잉크가 비등하고, 버블이 잉크와 가열 저항(62) 사이의 접촉부 내에서 생성되고, 일정 체적의 잉크가 버블의 팽창에 의해 밀려나온다. 이러한 미는 힘은 토출력으로서 역할하고, 밀려난 잉크의 체적에 상응하는 체적을 갖는 잉크가 노즐(65)로부터 잉크 액적의 형태로 토출되어, 인쇄를 수행한다.
도3에 도시된 바와 같이 잉크 챔버(66) 내에 버블이 있으면, 버블은 기체 압축성 때문에 잉크 토출력을 약화시키고, 잉크 토출 방향을 교란한다. 아울러, 잉크 내의 버블이 잉크 토출(가열 저항(62)의 가열)로 인한 온도 변화에 의해 팽창되면, 잉크 챔버(66) 내의 잉크는 때때로 의도하지 않게 노즐(65)로부터 토출된다. 이러한 이유로, 헤드 모듈(20)은 헤드 칩(60)의 잉크 챔버(66)로 잉크를 공급하고 노즐(65)로부터 잉크를 토출할 뿐만 아니라, 공통 통로(24)로부터 버블을 함유하는 잉크를 제거한다.
도4는 버블이 잉크로부터 제거될 수 있는 이러한 실시예에 따른 라인 프린터(1)를 도시하는 개념도이다.
도4에 도시된 바와 같이, 라인 프린터(1)는 헤드 모듈(20)을 갖는 라인 헤드(10), 잉크를 전달하는 펌프(11), 라인 헤드(10)로 공급되는 잉크의 압력을 조정하는 보조 탱크(12), 및 라인 헤드(10)로 공급될 잉크를 저장하는 잉크 카트리지(13)를 포함한다.
헤드 모듈(20)은 잉크를 토출하기 위해, 헤드 칩(60) 및 (본 발명에서 공통 통로 부재에 대응하는) 완충 탱크(21)를 포함한다. 4개의 헤드 모듈(20: Y, M, C, K)이 배열된 도2에 도시된 구조와 달리, 도4에 도시된 라인 헤드(10)는 하나의 컬러의 잉크를 토출한다. 그러나, 라인 헤드(10)의 기본적인 작동은 잉크 컬러의 수가 증가할 때에도 변하지 않는다.
완충 탱크(21)는 헤드 칩(60) 내의 모든 잉크 챔버(66: 도3 참조)와 연통하는 공통 통로(24: 도3 참조)를 형성한다. 완충 탱크(21)는 잉크가 내부로 공급되는 입구(22)와, 잉크가 내부로부터 토출되는 출구(23)를 포함한다.
완충 탱크(21)의 입구(22)는 공급 튜브(81)에 연결되고, 이를 통해 보조 탱크(12) 내의 잉크가 완충 탱크(21)로 공급된다. 완충 탱크(21)의 출구(23)는 배출 튜브(82)에 연결되고, 이를 통해 잉크가 완충 탱크(21)로부터 배출된다. 배출 튜브(82)는 스위치 밸브(15)의 순환측 섹션(15a) 및 제1 연통 튜브(16)를 거쳐 펌프(11)에 연결되고, 펌프(11)는 제2 연통 튜브(17)를 거쳐 보조 탱크(12)에 연결된다. 보조 탱크(12)는 보조 탱크(12)의 내부가 대기와 연통하도록 허용하는 연통 밸브(14)를 구비한다. 스위치 밸브(15)의 공급측 섹션(15b)이 잉크 카트리지(13) 내에 저장된 잉크를 공급하는 연결 튜브(18)에 연결된다.
라인 프린터(1) 내에서 보조 탱크(12)로부터 완충 탱크(21)로 잉크를 공급하기 위해, 도4에 도시된 바와 같이, 스위치 밸브(15)의 공급측 섹션(15b)이 폐쇄되고, 순환측 섹션(15a)이 개방된다. 이후에, 연통 밸브(14)가 폐쇄된다. 이러한 작동들은 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다.
펌프(11)가 이러한 상태에서 구동될 때, 완충 탱크(21) 내의 공기 및 헤드 칩(60)의 노즐(65: 도3 참조)로부터의 공기는 배출 튜브(82), 스위치 밸브(15)의 순환측 섹션(15a), 제1 연통 튜브(16), 펌프(11) 및 제2 연통 튜브(17)를 거쳐 전달되고, 보조 탱크(12) 내에 축적된다. 이러한 이유로, 보조 탱크(12) 내의 압력은 대기압 이상으로 증가한다. 그 다음, 잉크는 공급 튜브(81)를 통과하고, 완충 탱크(21)로 공급된다.
잉크가 이러한 방식으로 완충 탱크(21)로 공급될 때, 헤드 칩(60)의 노즐(65)은 잉크에 의해 폐쇄되고, 공기가 더 이상 노즐(65)로 진입하지 않는다. 이러한 이유로, 보조 탱크(12) 내의 압력은 더욱 증가하지 않고, 평형 상태에 있다. 이에 의해 보조 탱크(12)로부터 완충 탱크(21)로의 잉크 공급이 완료되므로, 헤드 칩(60)은 잉크를 토출하도록 허용된다.
헤드 칩(60)으로부터 잉크를 토출함으로써 인쇄를 수행하기 위해, 스위치 밸브(15)의 순환측 섹션(15a)이 폐쇄되고, 공급측 섹션(15b)이 개방되고, 연통 밸브(14)가 개방된다. 이러한 상태에서 헤드 칩(60) 내의 가열 저항(62: 도3 참조)을 구동함으로써, 토출력이 잉크 챔버(66) 내의 잉크에 인가되고, 잉크가 잉크 챔버(66)로부터 노즐(65)을 통해 토출된다.
헤드 칩(60)으로부터의 잉크 토출 때문에 보조 탱크(12)에 잉크가 부족해지면, 잉크는 헤드 칩(60)의 잉크 토출에 대해 영향을 거의 미치지 않으면서 펌프(11)를 구동함으로써 보조 탱크(12)에 추가될 수 있다. 즉, 잉크 카트리지(13) 내의 잉크가 펌프(11)를 구동함으로써, 연결 튜브(18), 스위치 밸브(15)의 공급측 섹션(15b), 제1 연통 튜브(16), 펌프(11), 및 제2 연통 튜브(17)를 거쳐 보조 탱크(12) 내로 공급된다.
(도시되지 않은) 잉크량 측정 장치가 보조 탱크(12)에 부착되어, 보조 탱크(12) 내의 잉크의 수준이 소정의 잉크 수준에 도달할 때 잉크량 제한 신호를 출력한다. (도시되지 않은) 제어 유닛이 이러한 제한 신호를 수신하면, 제어 유닛은 펌프(11)에 명령을 송출한다. 명령에 따라, 펌프(11)는 자동으로 정지하고, 보조 탱크(12)로의 잉크의 추가는 완료된다. 보조 탱크(12)로의 이러한 잉크 공급은 또한 보조 탱크(12)에 잉크가 비어 있을 때, 예를 들어 라인 프린터(1)가 처음으로 시작될 때, 자동으로 수행된다.
그러므로, 소정량의 잉크가 보조 탱크(12) 내에 일정하게 저장되고, 잉크는 헤드 모듈(20)로 안정적으로 공급된다. 이는 라인 프린터(1)가 고품질 인쇄를 달성하게 한다. 높은 품질을 유지하기 위해, 잉크로부터 버블을 충분히 제거하는 것이 필요하다.
라인 프린터(1)에서, 버블은 잉크를 순환시킴으로써 잉크로부터 제거된다. 그러한 목적으로, 스위치 밸브(15)의 순환측 섹션(15a)이 개방되고, 공급측 섹션(15b)이 폐쇄되고, 연통 밸브(14)가 개방된다. 연통 밸브(14)를 개방함으로써, 전체 잉크 순환 경로는 압력이 보조 탱크(12) 내의 잉크 수준에 따라 고정된 상태가 된다.
펌프(11)가 이러한 상태에서 구동될 때, 잉크는 도4의 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 보조 탱크(12)로부터 공급 튜브(81) 및 입구(22)를 거쳐 완충 탱크(21)의 공통 통로(24: 도3 참조)로 공급된다. 그 다음, 완충 탱크(21) 내에서의 버블을 함유하는 잉크는 공급 압력에 따라 전달되어, 출구(23)로부터 배출된다. 배출된 잉크는 배출 튜브(82), 스위치 밸브(15)의 순환측 섹션(15a), 제1 연통 튜브(16), 펌프(11), 및 제2 연통 튜브(17)를 거쳐 보조 탱크(12)로 복귀한다. 보조 탱크(12) 내에서, 버블은 대기 내로 방출됨으로써 잉크로부터 제거된다.
라인 프린터(1)에서, 버블을 함유하는 잉크는 이렇게 도4의 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 펌프(11)를 구동함으로써 순환되고, 이에 의해 버블은 완충 탱크(21)로부터 제거된다. 그러나, 버블이 완충 탱크(21) 내의 공통 통로(24)의 천장 표면에 접촉하여 흡착되면, 버블은 이동하여 제거되는 것을 방해받는다. 이러한 이유로, 라인 헤드(10)는 버블이 공통 통로(24)의 천장 표면 상에서 쉽게 이동하게 하는 구조를 갖는다.
제1 실시예
도5a 및 도5b는 제1 실시예에 따른 도4에 도시된 라인 헤드(10)의 단면도이다.
도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 라인 헤드(10)는 헤드 칩(60), 노즐 시트(64), 및 완충 탱크(21)를 포함한다. 공통 통로(24)가 완충 탱크(21)에 의해 형 성된다. 잉크가 입구(22)를 통해 공통 통로(24) 내로 공급되고, 버블을 함유하는 잉크가 출구(23)를 통해 배출된다. 공통 통로(24)의 천장 표면은 입구(22)로부터 출구(23)를 향해 연장되는 복수의 (좌우측에서 각각 4개의) 홈(25)을 갖는다.
공통 통로(24) 내에서 생성된 버블은 부력 때문에 상승한다. 버블이 공통 통로(24)의 천장 표면 상에 점착될 것이지만, 천장 표면은 복수의 홈(25)을 갖고, 잉크가 모세관 작용에 의해 홈(25) 내에 보유된다. 이러한 이유로, 버블이 공통 통로(24)의 천장 표면 상에 점착되려고 하더라도, 버블의 점착력은 홈(25) 내에 보유된 잉크가 버블과 천장 표면 사이에 놓이기 때문에, 상당히 감소된다.
홈(25)들은 단차를 형성하도록 제공되고, 상부에서의 하향 삼각형 부분이 홈(25)들 사이에 제공된다. 그러므로, 버블이 홈(25) 부근에서 공통 통로(24)의 천장 표면에 접촉할 때에도, 버블은 홈(25)의 모서리에만 접촉한다. 그러므로, 버블과 홈(25) 사이의 접촉 면적은 작고, 이는 점착력을 감소시킨다. 결과적으로, 공통 통로(24) 내에서의 잉크 내의 버블은 상방뿐만 아니라, 좌우 방향으로도 쉽게 이동한다.
잉크가 입구(22)로부터 이러한 공통 통로(24)로 공급되어 출구(23)로부터 배출될 때, 버블은 공통 통로(24)의 천장 표면에 대한 버블의 점착력이 작으므로, 잉크의 유속이 낮을 때에도, 잉크의 유동과 함께 출구(23)를 향해 이동한다. 마지막으로, 버블은 잉크와 함께 출구(23)로부터 배출된다. 배출된 잉크 내의 버블은 보조 탱크(12: 도4 참조)에서 제거된다.
제2 실시예
도6은 제2 실시예에 따른 라인 헤드(30)의 단면도이다.
도6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 라인 헤드(30) 내의 완충 탱크(31)는 2개의 격벽(36a, 36b)을 포함한다. 2개의 격벽(36a, 36b)에 의해, 공통 통로(34)는 입구(32)와 출구(33) 사이에서 3개의 통로 챔버(34a, 34b, 34c)로 분할된다. 통로 챔버(34a, 34b, 34c)들은 격벽(36a, 36b)의 상부측 상에서 서로 연통한다. 헤드 칩(60)이 3개의 통로 챔버(34a, 34b, 34c) 각각에 제공된다.
공통 통로(34)의 통로 챔버(34a, 34b, 34c)의 천장 표면 상에서, 복수의 홈(35a, 35b, 35c)이 입구(32)로부터 출구(33)를 향해 연장된다. 이러한 이유로, 잉크가 입구(32)로부터 공급(순환)될 때, 통로 챔버(34a) 내에서의 버블은 잉크의 유동과 함께 홈(35a)을 따라 이동하여, 격벽(36a)을 넘어 다음의 통로 챔버(34)로 진입한다. 따라서, 버블은 통로 챔버(34a) 내의 잉크로부터 제거된다.
통로 챔버(34b)로 진입한 버블은 가라앉지 않고, 홈(35b)을 따라 이동한다. 그 다음, 버블은 통로 챔버(34b) 내에 원래 존재하는 버블과 함께 더 큰 버블로 조합되어, 격벽(36b)을 넘어 다음의 통로 챔버(34c)로 진입한다. 이러한 이유로, 버블은 또한 통로 챔버(34b) 내의 잉크로부터 제거된다.
아울러, 통로 챔버(34c)로 진입한 버블은 통로 챔버(34c) 내에 원래 존재하는 버블과 함께 더 큰 버블로 조합되어, 홈(35c)을 따라 이동한다. 버블은 그 다음 잉크와 함께 출구(33)로부터 배출된다. 결과적으로, 버블은 모든 통로 챔버(34a, 34b, 34c)로부터 배출되고, 보조 탱크(12: 도4 참조)에서 제거된다. 버블이 공통 통로(34) 내의 통로 챔버의 개수에 관계없이, 유사하게 제거될 수 있으므 로, 제2 실시예의 라인 헤드(30)는 특히 많은 헤드 칩(60)을 포함할 때 효과적이다.
제3 실시예
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라인 헤드(40)의 단면도이다.
도7에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 라인 헤드(40) 내의 완충 탱크(41)는 도6에 도시된 제2 실시예의 라인 헤드(30)와 유사하게, 2개의 격벽(46a, 46b)을 포함한다. 2개의 격벽(46a, 46b)에 의해, 공통 통로(44)는 입구(42)와 출구(43) 사이에서 3개의 통로 챔버(44a, 44b, 44c)로 분할된다. 통로 챔버(44a, 44b, 44c)들은 격벽(46a, 46b)의 상부측 상에서 서로 연통한다.
공통 통로(44)의 통로 챔버(44a, 44b, 44c)의 천장 표면 상에서, 복수의 홈(45a, 45b, 45c)이 입구(42)로부터 출구(43)를 향해 연장된다. 홈(45a, 45b, 45c)들은 입구(42)로부터 출구(43)를 향해 유사하게 상방으로 기울어진다.
따라서, 라인 헤드(40) 내에서, 홈(45a, 45b, 45c)들은 입구(42)로부터 출구(42)를 향해 상방으로 기울어지고, 각각의 통로 챔버(45a, 45b, 45c)의 진입측은 그의 진출측보다 더 낮다. 이러한 이유로, 버블이 부력 때문에 상승하여 홈(45a, 45b, 45c)에 접촉할 때에도, 부력은 홈(45a, 45b, 45c)의 기울기에 의해 분할된다. 결과적으로, 각각의 통로 챔버(44a, 44b, 44c)의 진입측으로부터 진출측으로 향하는 힘 성분이 생성된다.
버블이 홈(45a, 45b, 45c)의 효과에 의해 쉽게 이동할 수 있을 때, 버블은 잉크의 순환뿐만 아니라 홈(45a, 45b, 45c)의 기울기에 의해 생성되는 힘 성분에 의해 통로 챔버(44a, 44b, 44c)로부터 훨씬 더 쉽게 배출된다. 라인 프린터(1)가 예를 들어 설치 상태 때문에 기울어질 때에도, 버블은 기울기가 각각의 홈(45a, 45b, 45c)의 양 단부들 사이의 높이차 내에 있는 한, 쉽게 배출될 수 있다.
대안적으로, 기울어진 홈은 각각의 통로 챔버(44a, 44b, 44c) 내에 홈을 형성하는 대신에, 전체 공통 통로(44)를 통해 연장될 수 있다. 그러나, 홈(45a, 45b, 45c)이 제3 실시예의 라인 헤드(40)에서와 같이 기울어질 때, 높이차가 각각의 통로 챔버(44a, 44b, 44c)의 진입측과 진출측 사이에서 형성될 수 있다. 이는 길이와 높이차의 높은 비율을 제공하고, 기울기에 의해 생성되는 힘 성분을 증가시킨다.
제4 실시예
도8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 라인 헤드(50)의 단면도이다.
도8에 도시된 바와 같이, 도7에 도시된 완충 탱크(41)와 유사한 2개의 완충 탱크가 라인 헤드(50) 내에서 직렬로 배열된다. 즉, 2개(N = 2)의 완충 탱크, 입구(42a) 및 출구(43a)를 갖는 완충 탱크(41a)와 입구(42b) 및 출구(43b)를 갖는 완충 탱크(41b)가 제공된다. 제1 ((N - 1)번째) 완충 탱크(41a)의 출구(43a)는 연결 튜브(51)에 의해 제2 (N번째 = 제2) 완충 탱크(41b)의 입구(42b)에 연결된다. 개수가 2개 이상인 한, 임의의 개수의 완충 탱크가 배열될 수 있다.
잉크가 제1 완충 탱크(41a)의 입구(42a)로부터 공급(순환)될 때, 완충 탱크(41a) 내에서의 잉크 내의 버블은 잉크 유동과 함께 이동하고, 출구(43a)로부터 배출된다. 출구(43a)로부터 배출되고 버블을 함유하는 잉크는 연결 튜브(51)를 통 과하여, 입구(42b)로부터 제2 (N번째 = 제2) 완충 탱크(41b)로 진입한다. 잉크 내의 버블은 완충 탱크(41b) 내에 원래 존재하는 버블과 함께 더 큰 버블로 조합된다. 버블은 그 다음 잉크와 함께 출구(42b)로부터 배출된다.
그러므로, 잉크 내의 버블은 두 완충 탱크(41a, 41b)로부터 배출되고, 보조 탱크(12: 도4 참조)에서 제거된다. 버블이 얼마나 많은 도7에 도시된 완충 탱크(41)들이 연결되는지에 관계없이 유사하게 제거될 수 있으므로, 도8에 도시된 제4 실시예의 라인 헤드(50)는 매우 넓은 기록 시트(8) 상에서의 인쇄에 대해 특히 효과적이다 (도8 참조).
실시예에 따른 라인 프린터(1) (제1 실시예의 라인 헤드(10), 제2 실시예의 라인 헤드(30), 제3 실시예의 라인 헤드(40), 제4 실시예의 라인 헤드(50))에서, 복수의 홈(25, 35a 내지 35c, 45a 내지 45c)이 완충 탱크(21, 31, 41)에 의해 형성된 공통 통로(24, 34, 44)의 천장 표면 내에 제공된다. 그러므로, 잉크 내의 버블은 원활하게 이동하여, 공통 통로(24, 34, 44)로부터 쉽게 제거될 수 있다. 이는 잉크 내의 버블이 잉크 토출에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
홈(25, 35a 내지 35c, 45a 내지 45c)을 포함하는 완충 탱크(21, 31, 41)들을 직렬로 연결함으로써, 라인 프린터(1)는 더 큰 기록 시트(8) 상에 인쇄를 수행할 수 있다. 아울러, 홈(45a 내지 45c)이 기울어지므로, 라인 프린터(1)가 예를 들어 설치 상태 때문에 기울어질 때에도, 유사한 버블 제거 효과가 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시예가 전술되었지만, 본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 다음의 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
(1) 4개의 홈(25)이 제1 실시예에 따른 라인 헤드(10) 내에서 단차를 형성하도록 공통 통로(24)의 천장 표면의 좌우측에 각각 제공되지만, 홈(25)의 개수 및 형상은 이에 제한되지 않는다. 공통 통로(44)가 제2 실시예에 따른 라인 헤드(30) 내에서 완충 탱크(41)의 2개의 격벽(46a, 46b)에 의해 3개의 통로 챔버(44a, 44b, 44c)로 분할되지만, 격벽의 개수는 이에 제한되지 않는다. 아울러, 2개(N = 2)의 완충 탱크(41a, 41b)가 제4 실시예에 따른 라인 헤드(50) 내에서 직렬로 연결되지만, 완충 탱크의 개수(N)가 2개 이상이기만 하면 만족스럽다.
(2) 실시예의 잉크 제트 라인 프린터(1)가 인쇄 폭에 대응하는 길이를 갖는 라인 헤드(10)를 포함하지만, 본 발명은 이러한 프린터에 제한되지 않고, 다양한 종류의 액체를 토출하기 위한 다른 액체 토출 장치에 널리 적용된다. 예를 들어, 본 발명은 또한 상품 상으로 염료를 토출하는 액체 토출 장치에 적용될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 프린터의 개략적인 정면도.
도2는 라인 프린터 내의 인쇄부를 도시하는 사시도.
도3은 라인 프린터의 라인 헤드 내의 헤드 모듈의 잉크 토출부의 사시도.
도4는 라인 프린터의 개념도.
도5a 및 도5b는 제1 실시예에 따른 라인 헤드의 단면도.
도6은 제2 실시예에 따른 라인 헤드의 단면도.
도7은 제3 실시예에 따른 라인 헤드의 단면도.
도8은 제4 실시예에 따른 라인 헤드의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 30, 40, 50 : 라인 헤드
11 : 펌프
21, 31, 41 : 완충 탱크
24, 34, 44 : 공통 통로
25, 35a 내지 35c, 45a 내지 45c : 홈
60 : 헤드 칩

Claims (11)

  1. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 토출하도록 구성된 복수의 에너지 발생 소자 및 대응하는 에너지 발생 소자 주위에 제공된 액체 챔버를 포함하는 헤드 칩과,
    헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하도록 구성된 공통 통로 부재를 포함하고,
    액체는 액체 챔버 내의 액체에 토출력을 인가하도록 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 토출되고,
    공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함하고,
    공통 통로는 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는 천장 표면을 포함하고, 상기 홈은 단차 구조로 복수 개 형성되어 있는 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 공통 통로의 홈은 입구로부터 출구를 향해 상방으로 기울어지는 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    공통 통로 부재는 공통 통로를 입구와 출구 사이에서 복수의 통로 챔버로 분할하도록 구성된 격벽을 포함하고,
    통로 챔버는 격벽의 상부측 상에서 서로 연통하는 액체 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 공통 통로 부재는 N개의 공통 통로 부재를 포함하고, N의 값은 2 이상이고, (N-1)번째 공통 통로 부재의 출구는 N번째 공통 통로 부재의 입구에 연결되는 액체 토출 헤드.
  5. 액체 토출 장치이며,
    액체를 토출하도록 구성된 복수의 에너지 발생 소자 및 대응하는 에너지 발생 소자 주위에 제공된 액체 챔버를 포함하는 헤드 칩과,
    헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하도록 구성된 공통 통로 부재와,
    액체를 전달하도록 구성된 전달 수단을 포함하고,
    액체는 액체 챔버 내의 액체에 토출력을 인가하도록 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 토출되고,
    공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함하고,
    공통 통로는 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는 천장 표면을 포함하고, 상기 홈은 단차 구조로 복수 개 형성되어 있으며,
    전달 수단은 공통 통로 부재의 입구로부터 출구를 향해 액체를 전달하는 액체 토출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    공통 통로로 공급되는 액체의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 수단을 더 포함하고,
    압력 조정 수단은 공통 통로 부재의 입구에 연결되는 액체 토출 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    공통 통로로 공급되는 액체의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 수단을 더 포함하고,
    압력 조정 수단은 전달 수단과 공통 통로 부재의 입구 사이에 제공되고,
    전달 수단은 공통 통로 부재의 출구에 연결되고,
    공통 통로 내의 액체는 압력 조정 수단을 거쳐 전달 수단에 의해 순환되는 액체 토출 장치.
  8. 액체 토출 장치이며,
    액체를 토출하도록 구성된 복수의 에너지 발생 소자 및 대응하는 에너지 발생 소자 주위에 제공된 액체 챔버를 포함하는 헤드 칩과,
    헤드 칩 내의 모든 액체 챔버와 연통하는 공통 통로를 형성하도록 구성된 공통 통로 부재와,
    액체를 전달하도록 구성된 전달 장치를 포함하고,
    액체는 액체 챔버 내의 액체에 토출력을 인가하도록 에너지 발생 소자를 구동함으로써 액체 챔버로부터 토출되고,
    공통 통로 부재는 액체가 공통 통로로 공급되는 입구와, 액체가 공통 통로로부터 배출되는 출구를 포함하고,
    공통 통로는 입구로부터 출구를 향해 연장되는 홈을 갖는 천장 표면을 포함하고, 상기 홈은 단차 구조로 복수 개 형성되어 있으며,
    전달 장치는 공통 통로 부재의 입구로부터 출구를 향해 액체를 전달하는 액체 토출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공통 통로의 상기 홈은 상기 입구로부터 상기 출구를 향해 상방으로 기울어져 있으며, 상방으로 연장하고 또한 대향하는 헤드 칩들로부터 떨어진 2개의 단차 구조가 있는 액체 토출 헤드.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 공통 통로의 상기 홈은 상기 입구로부터 상기 출구를 향해 상방으로 기울어져 있으며, 상방으로 연장하고 또한 대향하는 헤드 칩들로부터 떨어진 2개의 단차 구조가 있는 액체 토출 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 공통 통로의 상기 홈은 상기 입구로부터 상기 출구를 향해 상방으로 기울어져 있으며, 상방으로 연장하고 또한 대향하는 헤드 칩들로부터 떨어진 2개의 단차 구조가 있는 액체 토출 장치.
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