KR102116403B1 - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 공급 방법 - Google Patents

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 공급 방법 Download PDF

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세이이치로 가리타
다카츠나 아오키
노리야스 나가이
에이스케 니시타니
요시유키 나카가와
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체 토출 헤드는, 토출구와; 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와; 토출구와 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와; 액체를 유로에 유입시키기 위한 공급 유로와; 액체를 외부에 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하며, 유로의 높이가 H로 설정되고, 토출구부의 길이가 P로 설정되고, 토출구부의 길이가 W로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W > 1.7의 식이 만족된다.

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 공급 방법{LIQUID EJECTION HEAD, LIQUID EJECTION APPARATUS, AND METHOD OF SUPPLYING LIQUID}
본 발명은 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 공급 방법에 관한 것이며, 상세하게는 액체 토출구와 토출 에너지를 발생시키는 소자 사이의 유로에 액체를 유동시키면서 토출 동작을 행하는 액체 토출 헤드에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2002-355973호는, 액체 토출 헤드에서의 잉크 순환에 의해, 액체 토출 헤드의 토출구와 토출 에너지를 발생시키는 발열 저항체 사이의 유로에 잉크를 순환시키면서 잉크 토출 동작을 행하는 이러한 종류의 액체 토출 헤드를 기재하고 있다. 이 구성에 의하면, 토출 동작의 결과로서 발생된 열에 의해 잉크의 수분 등이 증발할 때 증점된 잉크를 토출하고 새로운 잉크를 공급할 수 있다. 결과적으로, 증점된 잉크에 의한 토출구의 막힘을 방지할 수 있게 된다.
그러나, 일본 특허 공개 제2002-355973호에 기재된 바와 같은 토출구와 에너지 발생 소자 사이의 유로를 통해 액체를 유동시키는 구성에서는, 유로나 토출구의 형상에 따라, 액체가 유동하고 있음에도 불구하고, 토출구 근방에 존재하는 액체의 품질이 변화할 수 있다. 예를 들어, 잉크를 토출하는 액체 토출 헤드에서는, 잉크가 증점되거나 색재 농도가 변화될 수 있어, 결과적으로 잉크 토출 불량이나 기록 화상의 불균일 농도가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 토출구와 에너지 발생 소자 사이의 유로를 통해 액체를 유동시키는 구성에 있어서, 토출구에 인접한 액체의 품질 변화를 억제할 수 있는 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체 공급 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와; 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와; 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와; 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와; 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고, 상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W>1.7의 식이 만족되고, 액체 토출 헤드가 제공된다.
본 발명의 제2 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와, 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와, 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와, 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 구비하는 액체 토출 헤드에 있어서의 액체 공급 방법으로서, 상기 액체가, 상기 공급 유로를 통하여 상기 외부로부터 상기 유로에 유입되고, 상기 유로로부터 상기 유출 유로를 통하여 외부에 유출되도록, 액체의 공급이 실행될 때에, 상기 유로로부터 상기 토출구부 내에 유입하는 액체가 상기 토출구에 형성된 액체의 메니스커스 위치에 도달한 후에, 상기 유로로 복귀되도록, 상기 액체의 유동이 생성되는, 액체 공급 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와, 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와, 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와, 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 구비하는 액체 토출 헤드와; 액체를, 상기 공급 유로를 통하여 외부로부터 상기 유로에 유입시키고, 상기 유로로부터 상기 유출 유로를 통하여 외부에 유출시키기 위한 공급 수단을 포함하고, 상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W>1.7의 식이 만족되는, 액체 토출 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에서, 액체를 토출하는 토출구를 구비하는 오리피스 플레이트와; 상기 오리피스 플레이트와 기판 사이에, 일단부측으로부터 타단부측까지 액체를 공급하는 유로가 형성되는 기판을 포함하고, 상기 토출구는 상기 유로의 일단부측과 타단부측 사이에 형성되고, 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 상기 유로 사이의 연통부의, 상기 일단부측에서의 상기 유로의 높이가 H로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P로 설정되며, 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측을 향하는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W>1.7의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드가 제공된다.
본 발명의 제5 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와; 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와; 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와; 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와; 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고, 상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P로 설정되고, 상기 유로 내의 상기 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W로 설정되며, 상기 토출구부의 내접원의 유효 직경이 Z로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W>1.7의 식 및 0.350×H+0.227×P-0.100×Z>4의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드가 제공된다.
본 발명의 제6 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와; 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와; 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와; 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와; 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고, 상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W로 설정될 때, H-0.34×P-0.66×W>1.5의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드가 제공된다.
본 발명의 제7 양태에서, 액체를 토출하는 토출구와, 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와, 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와, 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 구비하는 액체 토출 헤드에 있어서의 액체 공급 방법으로서, 액체를, 상기 공급 유로를 통하여 외부로부터 상기 유로에 유입시키고, 상기 유로로부터 상기 유출 유로를 통하여 외부에 유출시키도록 액체가 공급될 때에, 상기 유로로부터 상기 토출구부 내에 유입한 액체가, 상기 토출구부 내의 액체가 토출되는 방향에 있어서, 상기 토출구부 내의 적어도 절반에 대응하는 위치에 도달한 후에, 상기 유로로 복귀되도록, 상기 액체의 유동이 생성되는, 액체 공급 방법이 제공된다.
상기 구성에 따르면, 액체 토출 헤드의 유로 내의 액체가 유동하는 것을 허용함으로써 토출구에 인접한 액체의 품질 변화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 토출구로부터의 액체의 증발에 의한 잉크의 증점을 억제하고 화상의 색 불균일을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징은 (첨부된 도면을 참고한) 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 액체를 토출하는 액체 토출 장치의 일 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시예의 기록 장치에 적용되는 순환 경로의 제1 순환 형태를 도시하는 도면이다.
도 3은 실시예의 기록 장치에 적용되는 순환 경로의 제2 순환 형태를 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 순환 형태와 제2 순환 형태 사이의 액체 토출 헤드에의 잉크 유입량의 차이를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예의 액체 토출 헤드를 도시하는 사시도이다.
도 6은 액체 토출 헤드를 구성하는 부품 또는 유닛을 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은 제1 내지 제3 유로 부재 각각의 표면과 이면을 도시한 도면이다.
도 8은 제1 내지 제3 유로 부재를 연결함으로써 형성되는 유로 부재 내의 유로를 도시하는 투시도이다.
도 9는 도 8의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 하나의 토출 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 11a는 토출구가 형성되는 기록 소자 기판의 면의 평면도이고, 도 11b는 기록 소자 기판의 면의 부분 확대도이며, 도 11c는 기록 소자 기판의 면의 반대측의 모습이다.
도 12는 도 11a의 XII-XII 선을 따라 취한 단면을 도시하는 사시도이다.
도 13은 기록 소자 기판의 인접한 2개의 토출 모듈의 인접부의 부분 확대 평면도이다.
도 14a 및 도 14b는 실시예의 다른 예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 사시도이다.
도 15는 실시예의 다른 예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 사시 분해도이다.
도 16은 실시예의 다른 예에 따른 액체 토출 헤드를 구성하는 유로 부재를 도시하는 도면이다.
도 17은 실시예의 다른 예에 따른 액체 토출 헤드에 있어서의 기록 소자 기판과 유로 부재 사이의 액체 연결 관계를 도시하는 투시도이다.
도 18은 도 17의 XVIII-XVIII 선을 따라 취한 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 실시예의 다른 예에 따른 액체 토출 헤드의 토출 모듈을 각각 도시하는 사시도 및 분해도이다.
도 20은, 토출구가 배치되는 기록 소자 기판의 면, 기록 소자 기판의 반대측으로부터 커버 플레이트를 제거한 상태에서의 기록 소자 기판의 면, 및 토출구가 배치되는 면의 반대측 면을 도시하는 개략도이다.
도 21은 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치의 제2 적용예를 도시하는 사시도이다.
도 22a, 도 22b, 및 도 22c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드에 있어서의 토출구 및 토출구에 인접한 잉크 유로의 구조를 설명하는 도면이다.
도 23은 제2 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크 유크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 24a 및 도 24b는 제2 실시예 및 비교예에 따른 토출구부 내의 잉크의 색재 농도의 상태를 도시하는 도면이다.
도 25는 제2 실시예와 비교예의 각각의 액체 토출 헤드로부터 토출된 잉크의 색재 농도 사이의 비교를 설명하는 도면이다.
도 26은 제2 실시예의 유동 모드를 발생시키는 액체 토출 헤드와 비교예의 유동 모드를 발생시키는 액체 토출 헤드 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 27a, 도 27b, 도 27c, 및 도 27d는 도 26에 도시되는 임계선의 상측과 하측의 각각의 영역에 대응하는 액체 토출 헤드에 있어서의 토출구부 근방의 잉크류(ink flow)의 모습을 설명하는 도면이다.
도 28은 다양한 형상의 액체 토출 헤드에 대하여 유동이 유동 모드 A 또는 유동 모드 B에 대응하는지 여부를 설명하는 도면이다.
도 29a 및 도 29b는 각 유동 모드의 액체 토출 헤드로부터의 토출 후, 소정 시간 정지 후의, 토출 횟수와 이에 대응하는 토출 속도 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 31은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 32는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 33은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 34는 본 발명의 제7 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 35a 및 도 35b는 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 헤드, 특히 토출구의 형상을 도시하는 도면이다.
도 36a 및 도 36b는 본 발명의 제9 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 각 유동 모드에서의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 37a 및 도 37b는 제9 실시예에 따른 토출구부 내의 잉크의 색재 농도의 상태를 도시하는 도면이다.
도 38은 제9 실시예에 있어서의 각 유동 모드마다의 증발 속도와 순환 유속 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 39a, 도 39b, 및 도 39c는 본 발명의 제10 실시예에 따른 3개의 유로 형상의 유동 모드를 도시하는 도면이다.
도 40은 제10 실시예에 따른 토출구의 직경을 변화시킨 경우의 유동 모드 판정값의 값을 나타내는 등고선도이다.
도 41a, 도 41b, 및 도 41c는 제10 실시예에 따른 각각의 유로 형상마다의 토출구의 관찰된 토출 액적의 결과를 도시하는 도면이다.
도 42는 제10 실시예에 따른 토출구의 직경을 변화시킨 경우의 기포가 대기와 연통되는 시간을 나타낸 등고선도이다.
도 43은 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다.
도 44a 및 도 44b는 제8 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 도시하는 도면이다.
도 45a 및 도 45b는 제8 실시예의 액체 토출 헤드를 도시하는 도면이다.
도 46은 제1 적용예의 기록 장치를 도시하는 도면이다.
도 47은 제3 순환 형태를 도시하는 도면이다.
도 48a 및 도 48b는 제1 적용예에 따른 액체 토출 헤드의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 49는 제1 적용예에 따른 액체 토출 헤드의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 50은 제1 적용예에 따른 액체 토출 헤드의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 51은 제3 적용예에 따른 기록 장치를 도시하는 도면이다.
도 52는 제4 순환 형태를 도시하는 도면이다.
도 53a 및 도 53b는 제3 적용예에 따른 액체 토출 헤드를 도시하는 도면이다.
도 54a, 도 54b, 및 도 54c는 제3 적용예에 따른 액체 토출 헤드를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명이 적용되는 적용예 및 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 잉크 등의 액체를 토출하는 액체 토출 헤드 및 액체 토출 헤드를 탑재한 액체 토출 장치는, 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖는 팩시밀리, 프린터부를 갖는 워드 프로세서, 및 다양한 처리 장치와 조합되는 산업 기록 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 바이오칩 제작 또는 전자 회로 인쇄에 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치가 사용될 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 본 발명의 구체예이기 때문에, 그 다양한 기술적 한정이 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예는 본 명세서의 실시예 또는 다른 구체적 방법으로 한정되지 않으며 본 발명의 사상 내에서 변형될 수 있다.
(제1 적용예)
<잉크젯 기록 장치>
도 1은 본 발명의 액체를 토출하는 액체 토출 장치, 특히 잉크를 토출하여 화상을 기록하는 잉크젯 기록 장치(이하, 기록 장치라고도 칭함)(1000)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 기록 장치(1000)는, 기록 매체(2)를 반송하는 반송 유닛(1)과, 기록 매체(2)의 반송 방향과 실질적으로 직교하여 배치되는 라인형(페이지 화이드형) 액체 토출 헤드(3)를 구비한다. 그리고, 기록 장치(1000)는, 기록 매체(2)를 연속적으로 또는 간헐적으로 반송하면서 상대 이동하는 기록 매체(2)에 잉크를 토출하여 1 패스로 화상을 연속 기록하는 라인형 기록 장치이다. 액체 토출 헤드(3)는 순환 경로 내의 압력(부압)을 제어하는 부압 제어 유닛(230)과, 부압 제어 유닛(230)과 연통하여 그 사이에서 유체가 유동할 수 있도록 하는 액체 공급 유닛(220)과, 액체 공급 유닛(220)의 잉크 공급구 및 잉크 토출구로서의 역할을 하는 액체 연결부(111)와, 케이싱(80)을 구비하고 있다. 기록 매체(2)는 절단된 시트로 한정되지 않고 연속적인 롤 매체일 수도 있다. 액체 토출 헤드(3)는, 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K)의 잉크로 풀 컬러 화상을 인쇄할 수 있으며, 액체 토출 헤드(3)에 액체를 공급하는 공급 경로로서의 역할을 하는 액체 공급 부재, 메인 탱크, 및 버퍼 탱크(후술하는 도 2 참조)에 유체 연결된다. 또한, 액체 토출 헤드(3)에는, 액체 토출 헤드(3)에 전력을 공급하고 토출 제어 신호를 전송하는 제어 유닛이 전기적으로 연결된다. 액체 토출 헤드(3) 내에서의 액체 경로 및 전기 신호 경로에 대해서는 후술한다.
기록 장치(1000)는 잉크 등의 액체를 후술하는 탱크와 액체 토출 헤드(3) 사이에서 순환시키는 잉크젯 기록 장치이다. 제1 적용예의 잉크젯 기록 장치에서는, 후술하는 제1 순환 형태 및 제2 순환 형태를 포함하는 다양한 순환 형태가 적용될 수 있다. 제1 순환 형태는, 액체 토출 헤드(3)의 하류측의 2개의 순환 펌프(고압용 및 저압용)의 가동에 의해 액체가 순환하는 형태이다. 제2 순환 형태는, 액체 토출 헤드(3)의 상류측의 2개의 순환 펌프(고압용 및 저압용)의 가동에 의해 액체가 순환하는 구성이다. 이하, 이러한 순환의 제1 순환 형태와 제2 순환 형태에 대하여 설명한다.
(제1 순환 형태의 설명)
도 2는, 본 적용예의 기록 장치(1000)에 적용되는 순환 경로의 제1 순환 형태를 도시하는 개략도이다. 액체 토출 헤드(3)는 제1 순환 펌프(고압측)(1001), 제1 순환 펌프(저압측)(1002) 및 버퍼 탱크(1003)에 유체 연결되어 있다. 또한, 도 2에서는, 설명을 단순화하기 위하여, 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K) 중 1 색의 잉크가 유동하는 경로가 도시되어 있다. 그러나, 실제로는 4 색 순환 경로가 액체 토출 헤드(3) 및 기록 장치 본체에 제공된다.
제1 순환 형태에서는, 메인 탱크(1006) 내의 잉크는, 보충 펌프(1005)에 의해 버퍼 탱크(1003)에 공급된 후, 제2 순환 펌프(1004)에 의해 액체 연결부(111)를 통하여 액체 토출 헤드(3)의 액체 공급 유닛(220)에 공급된다. 그 후, 액체 공급 유닛(220)에 연결된 부압 제어 유닛(230)에 의해 2개의 상이한 부압(고압 및 저압)으로 조정된 잉크는, 고압 및 저압을 갖는 2개의 유로로 나뉘어 순환한다. 액체 토출 헤드(3) 내의 잉크는, 액체 토출 헤드(3)의 하류측에 있는 제1 순환 펌프(고압측)(1001) 및 제1 순환 펌프(저압측)(1002)의 작용에 의해 헤드 내를 순환하고, 액체 연결부(111)를 통하여 헤드(3)로부터 배출되며, 버퍼 탱크(1003)로 복귀한다.
서브 탱크인 버퍼 탱크(1003)는, 메인 탱크(1006)와 연결되어 탱크 내부를 외부와 연통시키는 대기 연통구(도시하지 않음)를 갖고, 따라서 잉크 중의 기포를 외부에 배출할 수 있다. 버퍼 탱크(1003)와 메인 탱크(1006) 사이에는 보충 펌프(1005)가 제공되어 있다. 보충 펌프(1005)는, 기록 동작 및 흡인 회수 동작에서 액체 토출 헤드(3)의 토출구로부터의 잉크의 토출(잉크 토출)에 의해 잉크가 소비된 후에, 잉크를 메인 탱크(1006)로부터 버퍼 탱크(1003)로 전달한다.
2개의 제1 순환 펌프(1001, 1002)는 액체가 버퍼 탱크(1003)에 유동하도록 액체 토출 헤드(3)의 액체 연결부(111)로부터 액체를 인출한다. 제1 순환 펌프로서는, 정량적인 액체 전달 능력을 갖는 용적형 펌프가 바람직하다. 구체적으로는, 튜브 펌프, 기어 펌프, 다이어프램 펌프, 및 시린지 펌프를 예시할 수 있다. 그러나, 예를 들어 일반적인 정 유량 밸브나 일반적인 릴리프 밸브를 펌프의 출구에 배치하여 미리결정된 유량을 확보할 수 있다. 액체 토출 헤드(3)가 구동될 때, 제1 순환 펌프(고압측)(1001) 및 제1 순환 펌프(저압측)(1002)가 동작하여, 잉크가 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통해 미리결정된 유량으로 유동한다. 이와 같이 잉크가 유동하기 때문에, 기록 동작 시의 액체 토출 헤드(3)의 온도는 최적 온도로 유지된다. 액체 토출 헤드(3)가 구동될 때의 미리결정된 유량은, 액체 토출 헤드(3) 내의 기록 소자 기판(10) 사이의 온도차가 기록 화질에 영향을 미치지 않는 유량 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 무엇보다, 너무 큰 유량이 설정되면, 액체 토출 유닛(300) 내의 유로의 압력 손실의 영향에 의해 기록 소자 기판(10) 사이의 부압 차가 커지고, 농도 불균일이 발생한다. 따라서, 기록 소자 기판(10) 사이의 온도차와 부압의 차이를 고려하여 유량을 설정하는 것이 바람직하다.
부압 제어 유닛(230)은 제2 순환 펌프(1004)와 액체 토출 유닛(300) 사이의 경로에 제공되어 있다. 부압 제어 유닛(230)은, 단위 면적당의 토출량의 차이 등에 의해 순환계에서 잉크의 유량이 변화한 경우에도, 부압 제어 유닛(230)보다 하류측(즉, 액체 토출 유닛(300) 측)의 압력을 미리결정된 압력으로 유지하도록 작동한다. 부압 제어 유닛(230)을 구성하는 2개의 부압 제어 기구로서, 부압 제어 유닛(230)의 하류측의 압력을 원하는 설정 압력으로부터 미리결정된 범위 이하 내에서 제어할 수 있는 한 어떠한 기구도 사용할 수 있다. 일례로서, 소위 "감압 레귤레이터"와 같은 기구를 채용할 수 있다. 본 적용예의 순환 유로에서는, 제2 순환 펌프(1004)에 의해, 액체 공급 유닛(220)을 통해 부압 제어 유닛(230)의 상류측을 가압하고 있다. 이러한 구성에 의해, 버퍼 탱크(1003)의 액체 토출 헤드(3)에 대한 수두압의 영향을 억제할 수 있으므로, 기록 장치(1000)의 버퍼 탱크(1003)의 레이아웃의 자유도를 넓힐 수 있다.
제2 순환 펌프(1004)로서는, 액체 토출 헤드(3)가 구동될 때에 사용되는 잉크 순환 유량의 범위 내에서 미리결정된 수두압 이상이 나타날 수 있는한, 터보형 펌프나 용적형 펌프를 사용할 수 있다. 구체적으로, 다이어프램 펌프를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제2 순환 펌프(1004) 대신에, 부압 제어 유닛(230)에 대해 소정 수두 차를 갖도록 배치된 수두 탱크를 사용할 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 부압 제어 유닛(230)은 각각이 상이한 제어 압력을 갖는 2개의 부압 조정 기구(H, L)를 포함한다. 2개의 부압 조정 기구 중, 상대적으로 고압측(도 2에서 "H"로 기재) 및 상대적으로 저압측(도 2에서 "L"로 기재)은, 액체 공급 유닛(220)을 통해, 액체 토출 유닛(300) 내의 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)에 각각 연결되어 있다. 액체 토출 유닛(300)에는, 공통 공급 유로(211), 공통 회수 유로(212), 및 기록 소자 기판과 연통하는 개별 유로(215)(개별 공급 유로(213) 및 개별 회수 유로(214))가 제공된다. 공통 공급 유로(211)에는 부압 제어 기구(H)가 연결되고, 공통 회수 유로(212)에는 부압 제어 기구(L)가 연결되며, 2개의 공통 유로 사이에 차압이 형성된다. 그리고, 개별 유로(215)는 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)와 연통하기 때문에, 액체의 일부가 공통 공급 유로(211)로부터 기록 소자 기판(10)의 내부에 형성된 유로를 통해 공통 회수 유로(212)로 유동하는 유동(도 2의 화살표 방향으로 나타낸 유동)이 발생한다. 2개의 부압 조정 기구(H, L)는 필터(221)를 통해 액체 연결부(111)로부터의 유로에 연결되어 있다.
이렇게 하여, 액체 토출 유닛(300)은 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통과하도록 액체를 유동시키면서 액체의 일부가 기록 소자 기판(10)을 통과하는 유동을 갖는다. 따라서, 기록 소자 기판(10)에 의해 발생하는 열을 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통해 유동하는 잉크에 의해 기록 소자 기판(10)의 외부로 배출할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 액체 토출 헤드(3)에 의해 화상이 기록될 때에, 액체를 토출하지 않는 토출구나 압력 챔버에서도 잉크의 유동이 발생할 수 있다. 이에 따라, 토출구 내에서 증점된 잉크의 점도를 저하시키는 방식으로 잉크의 증점을 억제할 수 있다. 또한, 증점된 잉크나 잉크 중의 이물을 공통 회수 유로(212)를 향해 배출할 수 있다. 이 때문에, 본 적용예의 액체 토출 헤드(3)는 고속으로 고화질 화상을 기록할 수 있다.
(제2 순환 형태의 설명)
도 3은, 본 적용예의 기록 장치에 적용되는 순환 경로 중 제1 순환 형태와는 다른 순환 형태인 제2 순환 형태를 도시하는 개략도이다. 제1 순환 형태와의 주된 차이점은, 부압 제어 유닛(230)을 구성하는 2개의 부압 제어 기구가 모두, 부압 제어 유닛(230)보다 상류측의 압력을, 원하는 설정 압력으로부터 미리결정된 범위 내로 제어한다는 점이다. 또한, 제1 순환 형태와의 다른 차이점은, 제2 순환 펌프(1004)가 부압 제어 유닛(230)의 하류측의 압력을 감소시키는 부압원으로서 작용한다는 점이다. 또한, 또 다른 차이점은, 제1 순환 펌프(고압측)(1001) 및 제1 순환 펌프(저압측)(1002)가 액체 토출 헤드(3)의 상류측에 배치되고, 부압 제어 유닛(230)이 액체 토출 헤드(3)의 하류측에 배치되어 있다는 점이다.
제2 순환 형태에서는, 메인 탱크(1006) 내의 잉크는 보충 펌프(1005)에 의해 버퍼 탱크(1003)에 공급된다. 그 후, 잉크는 2개의 유로로 나뉘고, 액체 토출 헤드(3)에 제공된 부압 제어 유닛(230)의 작용에 의해 고압측과 저압측의 2개의 유로에서 순환한다. 고압측과 저압측의 2개의 유로로 분리된 잉크는, 제1 순환 펌프(고압측)(1001) 및 제1 순환 펌프(저압측)(1002)의 작용에 의해, 액체 연결부(111)를 통해 액체 토출 헤드(3)에 공급된다. 그 후, 제1 순환 펌프(고압측)(1001) 및 제1 순환 펌프(저압측)(1002)의 작용에 의해 액체 토출 헤드 내를 순환하는 잉크는 부압 제어 유닛(230)에 의해 액체 연결부(111)를 통해 액체 토출 헤드(3)로부터 배출된다. 배출된 잉크는 제2 순환 펌프(1004)에 의해 버퍼 탱크(1003)에 복귀된다.
제2 순환 형태에서, 부압 제어 유닛(230)은, 단위 면적당의 토출량의 변화에 의해 유량의 변화가 발생하는 경우에도, 부압 제어 유닛(230)의 상류측(즉, 액체 토출 유닛(300)측)의 압력 변화를 미리결정된 범위 내로 안정시킨다. 본 적용예의 순환 유로에서는, 제2 순환 펌프(1004)에 의해, 액체 공급 유닛(220)을 통해 부압 제어 유닛(230)의 하류측이 가압된다. 이러한 구성에 의하면, 액체 토출 헤드(3)에 대한 버퍼 탱크(1003)의 수두압의 영향을 억제할 수 있으므로, 기록 장치(1000)에 있어서의 버퍼 탱크(1003)의 레이아웃은 많은 옵션을 가질 수 있다. 제2 순환 펌프(1004) 대신에, 예를 들어 부압 제어 유닛(230)에 대하여 미리결정된 수두차를 갖도록 배치되는 수두 탱크가 사용될 수도 있다. 제2 순환 형태에서는, 제1 순환 형태와 마찬가지로, 부압 제어 유닛(230)은 각각 상이한 제어압을 갖는 2개의 부압 제어 기구를 포함한다. 2개의 부압 조정 기구 중, 고압측(도 3에서 "H"로 나타냄) 및 저압측(도 3에서 "L"로 나타냄)은 각각 액체 공급 유닛(220)을 통해 액체 토출 유닛(300) 내의 공통 공급 유로(211) 또는 공통 회수 유로(212)에 연결되어 있다. 2개의 부압 조정 기구에 의해 공통 공급 유로(211)의 압력이 공통 회수 유로(212)의 압력보다 높게 설정될 때, 개별 유로(215) 및 기록 소자 기판(10) 내부에 형성된 유로를 통해 공통 공급 유로(211)로부터 공통 회수 유로(212)까지 액체의 유동이 형성된다.
이러한 제2 순환 형태에서는, 액체 토출 유닛(300) 내에는 제1 순환 형태와 동일한 액체 유동이 얻어질 수 있지만, 제1 순환 형태의 이점과는 상이한 2가지 이점이 있다. 첫번째 이점으로서는, 제2 순환 형태에서는, 부압 제어 유닛(230)이 액체 토출 헤드(3)의 하류측에 배치되어 있기 때문에, 부압 제어 유닛(230)에서 발생하는 먼지나 이물질이 액체 토출 헤드(3) 내로 유입될 우려가 적다는 것이다. 두번째 이점으로서는, 제2 순환 형태에서는, 버퍼 탱크(1003)로부터 액체 토출 헤드(3)로의 액체에 대한 필요 유량의 최대값이 제1 순환 형태의 것보다 작다는 것이다. 그 이유는 다음과 같다.
기록 대기 상태에서의 순환의 경우에, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)의 유량의 합계는 유량 A로 설정된다. 유량 A의 값은, 액체 토출 유닛(300) 내의 온도 차이가 원하는 범위 내에 있게 하도록 기록 대기 상태에서의 액체 토출 헤드(3)의 온도를 조절하는데 필요한 최소 유량으로 정의된다. 또한, 액체 토출 유닛(300)의 모든 토출구로부터 잉크를 토출하는 경우(전체 토출 상태)에 얻어지는 토출 유량은 유량 F(각 토출구당 토출량×단위 시간당 토출 주파수×토출구 수)로 정의된다.
도 4는, 제1 순환 형태와 제2 순환 형태 사이에서의 액체 토출 헤드(3)에의 잉크 유입량의 차이를 도시하는 개략도이다. 도 4의 (a)는 제1 순환 형태의 대기 상태를 나타내며, 도 4의 (b)는 제1 순환 형태의 전체 토출 상태를 나타낸다. 도 4의 (c) 내지 도 4의 (f)는 제2 순환 유로를 도시한다. 여기서, 도 4의 (c) 및 도 4의 (d)는 유량 F가 유량 A보다 적은 경우를 도시하며, 도 4의 (e) 및 도 4의 (f)는 유량 F가 유량 A보다 많은 경우를 도시한다. 이와 같이, 대기 상태 및 전체 토출 상태에서의 유량이 도시된다.
각각 정량적인 액체 전달 능력을 갖는 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)가 액체 토출 헤드(3)의 하류측에 배치되어 있는 제1 순환 형태의 경우(도 4의 (a) 및 도 4의 (b))를 설명한다. 이 경우, 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)의 합계 설정 유량은 유량 A가 된다(도 4의 (a)). 유량 A에 의해, 대기 상태에 있는 액체 토출 유닛(300) 내의 온도를 관리할 수 있다. 그리고, 액체 토출 헤드(3)의 전체 토출 상태의 경우에는, 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)의 합계 유량은 유량 A로 유지된다. 그러나, 액체 토출 헤드(3)의 토출에 의해 발생되는 부압이 작용한다. 이에 의해, 액체 토출 헤드(3)에 공급되는 최대 유량은, 합계 유량의 유량 A에 전체 토출에 의해 소비된 유량 F가 가산되도록 얻어진다. 따라서, 액체 토출 헤드(3)에의 공급량의 최대값은, 유량 F가 유량 A에 가산되기 때문에 유량 A + 유량 F의 관계를 만족한다(도 4의 (b)).
한편, 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)가 액체 토출 헤드(3)의 상류측에 배치되는 제2 순환 형태의 경우(도 4의 (c) 내지 도 4의 (f))에는, 기록 대기 상태에 필요한 액체 토출 헤드(3)에의 공급량은 제1 순환 형태와 마찬가지로 유량 A가 된다. 따라서, 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)가 액체 토출 헤드(3)의 상류측에 배치되는 제2 순환 형태에서 유량 F보다 유량 A가 많은 경우(도 4의 (c) 및 도 4의 (d))에는, 전체 토출 상태에서도 액체 토출 헤드(3)에의 공급량은 유량 A로 충분하다. 그 때, 액체 토출 헤드(3)의 배출 유량은 유량 A-유량 F의 관계를 만족한다(도 4의 (d)). 그러나, 유량 A보다도 유량 F가 많은 경우(도 4의 (e) 및 도 4의 (f))에는, 전체 토출 상태에서 액체 토출 헤드(3)에 공급되는 액체의 유량이 유량 A가 될 때, 유량은 불충분해진다. 그로 인해, 유량 F가 유량 A보다 많은 경우, 액체 토출 헤드(3)에의 공급량은 유량 F로 설정될 필요가 있다. 그 때, 전체 토출 상태에서 액체 토출 헤드(3)에 의해 유량 F가 소비되기 때문에, 액체 토출 헤드(3)로부터 배출되는 액체의 유량은 거의 0이 된다(도 4의 (f)). 또한, 유량 A보다 유량 F가 많을 때에 액체가 전체 토출 상태에서 토출되지 않는 경우에는, 유량 F 중 토출에 의해 소비되는 양만큼 흡인된 액체가 액체 토출 헤드(3)로부터 배출된다.
이와 같이, 제2 순환 형태의 경우에는, 제1 순환 펌프(1001) 및 제1 순환 펌프(1002)에 대해 설정된 유량의 합계 값, 즉 필요한 공급 유량의 최대값은 유량 A와 유량 F 중 큰 값이 된다. 이로 인해, 동일한 구성을 갖는 액체 토출 유닛(300)을 사용하는 한, 제2 순환 형태에서 필요 공급량의 최대값(유량 A 또는 유량 F)은 제1 순환 형태에서 필요한 공급 유량의 최대값(유량 A+유량 F)보다 작아진다.
따라서, 제2 순환 형태의 경우, 적용가능한 순환 펌프의 자유도가 높아진다. 예를 들어, 구성이 단순하고 비용이 적은 순환 펌프를 사용하거나, 본체측 경로에 제공되는 냉각기(도시하지 않음)의 부하를 저감할 수 있다. 따라서, 기록 장치의 비용을 저감할 수 있는 이점이 있다. 이러한 이점은, 유량 A 또는 유량 F의 값이 비교적 큰 라인 헤드일수록 커진다. 따라서, 라인 헤드 중에서도 길이 방향의 길이가 더 긴 라인 헤드가 유리하다.
한편, 제1 순환 형태는 제2 순환 형태보다 유리한 점이 있다. 즉, 제2 순환 형태에서는, 기록 대기 상태에서 액체 토출 유닛(300)을 통해 유동하는 액체의 유량이 최대이기 때문에, 단위 면적당 토출량이 적은 화상(이하, 저 듀티(low-duty) 화상이라고 함)일수록, 토출구에 높은 부압이 인가된다. 이로 인해, 유로 폭이 좁고 부압이 높은 경우, 불균일이 나타나기 쉬운 저 듀티 화상에서 토출구에 높은 부압이 적용된다. 따라서, 잉크의 주적(main droplet)에 따라 토출되는 소위 새틀라이트 액적의 수의 증가에 따라 기록 품위가 저하될 우려가 있다. 한편, 제1 순환 형태의 경우, 단위 면적당 토출량이 많은 화상(이하, 고 듀티 화상이라고도 함)이 형성될 때 토출구에 높은 부압이 적용되기 때문에, 많은 새틀라이트 액적이 발생해도 화상에 대한 새틀라이트 액적의 영향이 작은 이점이 있다. 액체 토출 헤드 및 기록 장치 본체의 사양(토출 유량(F), 최소 순환 유량(A), 및 헤드 내의 유로 저항)을 고려하여 2개의 순환 형태를 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
(제3 순환 형태의 설명)
도 47은, 본 적용예의 기록 장치에 사용되는 순환 경로 중 하나인 제3 순환 형태를 도시하는 개략도이다. 제1 및 제2 순환 경로의 것과 동일한 기능 및 구성에 대한 설명은 생략하고 차이점만을 설명한다.
본 순환 경로에서는, 액체 토출 헤드(3)의 중앙부의 2개의 위치와 액체 토출 헤드(3)의 일단부측을 포함하는 3개의 위치로부터 액체 토출 헤드(3) 내에 액체가 공급된다. 공통 공급 유로(211)로부터 각 압력 챔버(23)에 유동하는 액체는 공통 회수 유로(212)에 의해 회수되고, 액체 토출 헤드(3)의 타단부에 있는 회수 개구로부터 외부로 회수된다. 개별 공급 유로(213)는 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)와 연통되어 있으며, 개별 공급 유로(213)의 경로 중에 기록 소자 기판(10) 및 그 기록 소자 기판 내에 배치되는 압력 챔버(23)가 제공된다. 따라서, 제1 순환 펌프(1002)로부터 유동하는 액체의 일부는, 공통 공급 유로(211)로부터 기록 소자 기판(10)의 압력 챔버(23)를 통과하여 공통 회수 유로(212)로 유동한다(도 47의 화살표 참조). 이것은, 공통 공급 유로(211)에 연결된 압력 조정 기구(H)와 공통 회수 유로(212)에 연결된 압력 조정 기구(L) 사이에 압력차가 발생하고, 제1 순환 펌프(1002)가 공통 회수 유로(212)에만 연결되어 있기 때문이다.
이와 같이 하여, 액체 토출 유닛(300)에서는, 공통 회수 유로(212)를 통과하는 액체의 유동과, 공통 공급 유로(211)로부터 각 기록 소자 기판(10) 내의 압력 챔버(23)를 통과하여 공통 회수 유로(212)에 유동하는 액체의 유동이 발생한다. 이로 인해, 압력 손실을 억제하면서, 각 기록 소자 기판(10)에 의해 발생하는 열을 공통 공급 유로(211)로부터 공통 회수 유로(212)로의 유동에 의해 기록 소자 기판(10)의 외부로 배출할 수 있다. 또한, 본 순환 경로에 의하면, 상기 제1 및 제2 순환 경로에 비하여 액체 수송 유닛인 펌프의 수를 적게 할 수 있다.
(액체 토출 헤드 구성의 설명)
제1 적용예에 따른 액체 토출 헤드(3)의 구성에 대하여 설명한다. 도 5a 및 도 5b는 본 적용예에 따른 액체 토출 헤드(3)를 도시한 사시도이다. 액체 토출 헤드(3)는, 각각이 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K)의 4색의 잉크를 토출할 수 있는 15개의 기록 소자 기판(10)이 직렬로 배치되는(인라인 배치) 라인형(페이지 와이드형) 액체 토출 헤드이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 액체 토출 헤드(3)는, 기록 소자 기판(10)과, 기록 소자 기판(10)에 전기 에너지를 공급할 수 있는 플렉시블 회로 기판(40) 및 전기 배선 기판(90)을 통해 서로 전기적으로 연결되는 신호 입력 단자(91)와 전력 공급 단자(92)를 구비한다. 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)는 기록 장치(1000)의 제어 유닛과 전기적으로 연결되어, 토출 구동 신호 및 토출에 필요한 전력을 기록 소자 기판(10)에 공급한다. 전기 배선 기판(90) 내의 전기 회로에 의해 배선을 통합할 때, 신호 출력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)의 수를 기록 소자 기판(10)의 수에 비해 적게 할 수 있다. 이에 의해, 기록 장치(1000)에 액체 토출 헤드(3)를 조립할 때 또는 액체 토출 헤드를 교환할 때에 분리되는 전기 연결 부품의 수가 적어진다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 액체 토출 헤드(3)의 양단부에 제공된 액체 연결부(111)는 기록 장치(1000)의 액체 공급계에 연결된다. 따라서, 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K)을 포함하는 4색의 잉크가 기록 장치(1000)의 공급계로부터 액체 토출 헤드(3)에 공급되고, 액체 토출 헤드(3)를 통과하는 잉크가 기록 장치(1000)의 공급계에 의해 회수된다. 이와 같이, 상이한 색의 잉크가 기록 장치(1000)의 경로와 액체 토출 헤드(3)의 경로를 통해 순환할 수 있다.
도 6은 액체 토출 헤드(3)를 구성하는 부품 또는 유닛을 도시하는 분해 사시도이다. 액체 토출 유닛(300), 액체 공급 유닛(220) 및 전기 배선 기판(90)이 케이싱(80)에 부착되어 있다. 액체 공급 유닛(220)에는 액체 연결부(111)(도 3 참조)가 제공된다. 또한, 공급되는 잉크 내의 이물질을 제거하기 위해서, 액체 공급 유닛(220)의 내부에는 액체 연결부(111)의 개구와 연통되는 다양한 색에 대한 필터(221)(도 2 및 도 3 참조)가 제공되어 있다. 2개의 색에 각각 대응하는 2개의 액체 공급 유닛(220)에는 필터(221)가 제공되어 있다. 필터(221)를 통과한 액체는, 각 색에 대응하여 배치되는 액체 공급 유닛(220) 위에 배치된 부압 제어 유닛(230)에 공급된다. 부압 제어 유닛(230)은 상이한 색의 부압 제어 밸브를 포함하는 유닛이다. 내부에 제공된 스프링 부재 또는 밸브의 기능에 의해, 액체의 유량의 변화에 의해 발생하는 기록 장치(1000)의 공급계(액체 토출 헤드(3)의 상류측의 공급계) 내부의 압력 손실의 변화가 크게 감소된다. 이에 의해, 부압 제어 유닛(230)은 압력 제어 유닛보다 하류측(액체 토출 유닛(300)측)의 부압 변화를 미리결정된 범위 내로 안정화시킬 수 있다. 도 2에 기술된 바와 같이, 상이한 색의 2개의 부압 제어 밸브는 부압 제어 유닛(230) 내에 내장되어 있다. 2개의 부압 제어 밸브는 상이한 제어 압력으로 각각 설정된다. 여기서, 고압측이 액체 토출 유닛(300) 내의 공통 공급 유로(211)(도 2 참조)와 연통되고, 저압측이 공통 회수 유로(212)(도 2 참조)와 액체 공급 유닛(220)을 통해 연통되어 있다.
케이싱(80)은 액체 토출 유닛 지지부(81) 및 전기 배선 기판 지지부(82)를 포함하고, 액체 토출 유닛(300) 및 전기 배선 기판(90)을 지지하면서 액체 토출 헤드(3)의 강성을 확보하고 있다. 전기 배선 기판 지지부(82)는 전기 배선 기판(90)을 지지하는데 사용되며, 액체 토출 유닛 지지부(81)에 나사에 의해 고정되어 있다. 액체 토출 유닛 지지부(81)는 액체 토출 유닛(300)의 휨이나 변형을 교정하여 기록 소자 기판(10)의 상대 위치 정밀도를 확보하는데 사용된다. 따라서, 기록된 매체의 줄무늬 및 얼룩을 억제한다. 그로 인해, 액체 토출 유닛 지지부(81)는 충분한 강성을 갖는 것이 바람직하다. 재료로서는, SUS 또는 알루미늄 같은 금속 또는 알루미나 같은 세라믹이 바람직하다. 액체 토출 유닛 지지부(81)에는 조인트 고무(100)가 삽입되는 개구(83, 84)가 제공되어 있다. 액체 공급 유닛(220)으로부터 공급되는 액체는, 조인트 고무를 통하여 액체 토출 유닛(300)을 구성하는 제3 유로 부재(70)에 유도된다.
액체 토출 유닛(300)은 복수의 토출 모듈(200) 및 유로 부재(210)를 포함하고, 액체 토출 유닛(300)의 기록 매체 부근의 면에는 커버 부재(130)가 부착된다. 여기서, 커버 부재(130)는 도 6에 도시한 바와 같이 세장형 개구(131)가 제공된 사진 프레임 형상 표면을 갖는 부재이며, 개구(131)로부터는 토출 모듈(200)에 포함되는 기록 소자 기판(10) 및 밀봉 부재(110)(후술하는 도 10a 참조)가 노출되어 있다. 개구(131)의 주위 프레임은, 기록 대기 상태에서 액체 토출 헤드(3)를 덮는 캡 부재의 접촉면으로서의 역할을 한다. 이로 인해, 개구(131)의 주위를 따라 접착제, 밀봉재, 및 충전재를 도포하여, 액체 토출 유닛(300)의 토출구면 상의 요철이나 간극을 충전함으로써, 캡핑 상태의 밀폐 공간을 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 액체 토출 유닛(300)에 포함되는 유로 부재(210)의 구성에 대하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 유로 부재(210)는 제1 유로 부재(50), 제2 유로 부재(60) 및 제3 유로 부재(70)를 적층하여 얻어지며, 액체 공급 유닛(220)으로부터 공급된 액체를 토출 모듈(200)로 분배한다. 또한, 유로 부재(210)는 토출 모듈(200)로부터 재순환하는 액체를 액체 공급 유닛(220)으로 복귀시키는 유로 부재이다. 유로 부재(210)는 액체 토출 유닛 지지부(81)에 나사에 의해 고정되며, 그로 인하여 유로 부재(210)의 휨이나 변형이 억제된다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (f)는, 제1 내지 제3 유로 부재의 표면과 이면을 도시하는 도면이다. 도 7의 (a)는 제1 유로 부재(50)의, 토출 모듈(200)이 탑재되는 면을 나타내며, 도 7의 (f)는 액체 토출 유닛 지지부(81)가 제3 유로 부재(70)에 접촉하는 면을 나타낸다. 제1 유로 부재(50)와 제2 유로 부재(60)는 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시되고 유로 부재의 접촉면에 대응하는 부분이 서로 대향하도록 서로 접합되며, 제2 유로 부재 및 제3 유로 부재는 도 7의 (d) 및 도 7의 (e)에 도시되고 유로 부재의 접촉면에 대응하는 부분이 서로 대향하도록 서로 접합된다. 제2 유로 부재(60)와 제3 유로 부재(70)가 서로 접합될 때, 유로 부재의 종 방향으로 연장하는 8개의 공통 유로(211a, 211b, 211c, 211d, 212a, 212b, 212c, 212d)가 유로 부재의 공통 유로 홈(62 및 71)에 의해 형성된다. 이에 의해, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)의 세트가 각 색에 대응하도록 유로 부재(210) 내에 형성된다. 공통 공급 유로(211)로부터 액체 토출 헤드(3)에 잉크가 공급되고, 액체 토출 헤드(3)에 공급된 잉크는 공통 회수 유로(212)에 의해 회수된다. 제3 유로 부재(70)의 연통구(72)(도 7의 (f) 참조)는, 조인트 고무(100)의 구멍과 연통되어 있으며, 액체 공급 유닛(220)(도 6 참조)과 유체 연결되어 있다. 제2 유로 부재(60)의 공통 유로 홈(62)의 저면은, 복수의 연통구(61)(공통 공급 유로(211)와 연통되는 연통구(61-1) 및 공통 회수 유로(212)와 연통되는 연통구(61-2))를 구비하며, 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52)의 일단부와 연통되어 있다. 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52)의 타단부는, 연통구(51)를 구비하며, 연통구(51)를 통하여 토출 모듈(200)과 유체 연결되어 있다. 개별 유로 홈(52)에 의해, 유로 부재의 중앙측에 유로가 조밀하게 제공될 수 있다.
제1 내지 제3 유로 부재는, 액체에 대하여 내부식성을 가지며, 선팽창률이 낮은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 재료로서는, 예를 들어, 알루미나, LCP(액정 중합체), PPS(폴리페닐 술피드), PSF(폴리술폰), 또는 변성 PPE(폴리페닐렌에테르) 같은 모재에 미세 실리카 입자 또는 섬유 등의 무기 필러를 첨가하여 얻은 복합 재료(수지)를 적합하게 사용할 수 있다. 유로 부재(210)를 형성하는 방법으로서, 3개의 유로 부재를 적층하여 서로 접합할 수 있다. 수지 복합 재료가 재료로서 선택될 때, 용접을 이용하는 접합 방법을 사용할 수 있다.
도 8은, 도 7의 (a)의 α 부분을 나타내며, 토출 모듈(200)이 탑재되는, 제1 유로 부재(50)의 면으로부터 본, 제1 내지 제3 유로 부재를 서로 접합하여 형성한 유로 부재(210) 내의 유로를 도시하는 부분 확대 사시도이다. 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)는, 양단부의 유로로부터 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)가 교대로 배치되도록 형성되어 있다. 여기서, 유로 부재(210) 내의 각 유로 사이의 연결 관계를 설명한다.
유로 부재(210)는, 각 색마다 제공되며, 액체 토출 헤드(3)의 길이 방향으로 연장되는 공통 공급 유로(211)(211a, 211b, 211c, 211d) 및 공통 회수 유로(212)(212a, 212b, 212c, 212d)를 구비하고 있다. 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 개별 공급 유로(213)(213a, 213b, 213c, 213d)가 연통구(61)를 통해 각 색의 공통 공급 유로(211)에 연결되어 있다. 또한, 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 개별 회수 유로(214)(214a, 214b, 214c, 214d)가 연통구(61)를 통해 각 색의 공통 회수 유로(212)에 연결되어 있다. 이러한 유로 구성에 의해, 공통 공급 유로(211)로부터 개별 공급 유로(213)를 통해 유로 부재의 중앙부에 위치하는 기록 소자 기판(10)에 잉크를 집중적으로 공급할 수 있다. 또한, 기록 소자 기판(10)으로부터 개별 회수 유로(214)를 통하여 공통 회수 유로(212)에 잉크를 회수할 수 있다.
도 9는 도 8의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도이다. 개별 회수 유로(214a, 214c)는 연통구(51)를 통해 토출 모듈(200)과 연통되어 있다. 도 9에서는, 개별 회수 유로(214a, 214c)만 도시하고 있지만, 다른 단면에서는 도 8에 도시하는 바와 같이 개별 공급 유로(213)와 토출 모듈(200)이 서로 연통되어 있다. 각 토출 모듈(200)에 포함되는 지지 부재(30) 및 기록 소자 기판(10)에는, 제1 유로 부재(50)로부터의 잉크를 기록 소자 기판(10)에 제공되는 기록 소자(15)에 공급하는 유로가 제공되어 있다. 또한, 지지 부재(30) 및 기록 소자 기판(10)에는, 기록 소자(15)에 공급된 액체의 일부 또는 전부를 제1 유로 부재(50)에 회수(재순환)하기 위한 유로가 제공되어 있다.
여기서, 각 색의 공통 공급 유로(211)는 대응하는 색의 부압 제어 유닛(230)(고압측)과 액체 공급 유닛(220)을 통해 연결되어 있고, 공통 회수 유로(212)는 부압 제어 유닛(230)(저압측)과 액체 공급 유닛(220)을 통해 연결되어 있다. 부압 제어 유닛(230)에 의해, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 사이에 차압(압력차)이 발생한다. 이로 인해, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 서로 연결된 유로를 갖는 본 적용예의 액체 토출 헤드 내에서는, 각 색의 공통 공급 유로(211), 개별 공급 유로(213), 기록 소자 기판(10), 개별 회수 유로(214), 및 공통 회수 유로(212)의 순으로 유동이 발생한다.
(토출 모듈의 설명)
도 10a는 1개의 토출 모듈(200)을 도시하는 사시도이며, 도 10b는 그 분해도이다. 토출 모듈(200)의 제조 방법으로는, 먼저 기록 소자 기판(10) 및 플렉시블 회로 기판(40)을 액체 연통구(31)가 제공된 지지 부재(30) 위에 접착한다. 그 후, 기록 소자 기판(10) 위의 단자(16)와 플렉시블 회로 기판(40) 위의 단자(41)를 와이어 본딩에 의해 서로 전기적으로 연결하고, 와이어 본딩부(전기 연결부)를 밀봉 부재(110)에 의해 밀봉한다. 플렉시블 회로 기판(40)의 기록 소자 기판(10)과 반대측의 단자(42)는 전기 배선 기판(90)의 연결 단자(93)(도 6 참조)와 전기적으로 연결된다. 지지 부재(30)는 기록 소자 기판(10)을 지지하는 지지체이자 기록 소자 기판(10)과 유로 부재(210)를 서로 유체 연통시키는 유로 부재로서의 역할을 하기 때문에, 지지 부재는 평면도가 높고 충분히 높은 신뢰성을 가지는 한편 기록 소자 기판과 접합되는 것이 바람직하다. 재료로서는, 예를 들어 알루미나 또는 수지가 바람직하다.
(기록 소자 기판의 구조의 설명)
도 11a는 기록 소자 기판(10)의 토출구(13)가 제공되는 면을 도시하는 평면도이며, 도 11b는 도 11a의 A 부분의 확대도이며, 도 11c는 도 11a의 이면을 도시하는 평면도이다. 여기서, 본 적용예의 기록 소자 기판(10)의 구성에 대하여 설명한다. 도 11a에 도시한 바와 같이, 기록 소자 기판(10)의 토출구 형성 부재(12)에는 상이한 색의 잉크에 대응하는 4개의 토출구 열이 제공되어 있다. 또한, 토출구(13)의 토출구 열의 연장 방향을 "토출구 열 방향"이라 칭한다. 도 11b에 도시한 바와 같이, 각 토출구(13)에 대응하는 위치에는 액체를 열 에너지에 의해 토출시키기 위한 토출 에너지 발생 소자로서의 역할을 하는 기록 소자(15)가 배치되어 있다. 격벽(22)에 의해, 내부에 기록 소자(15)가 제공된 압력 챔버(23)가 형성된다. 기록 소자(15)는 기록 소자 기판(10)에 제공되는 전기 배선(도시하지 않음)에 의해 단자(16)와 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 기록 소자(15)는 기록 장치(1000)의 제어 회로로부터 전기 배선 기판(90)(도 6 참조) 및 플렉시블 회로 기판(40)(도 10b 참조)을 통하여 입력되는 펄스 신호에 기초하여 가열되는 액체를 비등시킨다. 액체는 비등에 의해 발생하는 발포력에 의해 토출구(13)로부터 토출된다. 도 11b에 도시한 바와 같이, 각 토출구 열을 따라 한쪽에는 액체 공급 경로(18)가 연장되고, 토출구 열을 따라 다른 쪽에는 액체 회수 경로(19)가 연장된다. 액체 공급 경로(18) 및 액체 회수 경로(19)는 기록 소자 기판(10)에 제공된 토출구 열 방향으로 연장되는 유로이며, 공급구(17a) 및 회수구(17b)를 통하여 토출구(13)와 연통되어 있다.
도 11c에 도시한 바와 같이, 기록 소자 기판(10)의, 토출구(13)가 제공되는 면의 이면에는 시트 형상 덮개 부재(20)가 적층되어 있으며, 덮개 부재(20)에는 액체 공급 경로(18) 및 액체 회수 경로(19)와 연통하는 복수의 개구(21)가 형성되어 있다. 본 적용예에서는, 덮개 부재(20)에는 각 액체 공급 경로(18)에 대해 3개의 개구(21) 및 각 액체 회수 경로(19)에 대해 2개의 개구(21)가 제공되어 있다. 도 11b에 도시하는 바와 같이, 덮개 부재(20)의 개구(21)는 도 7의 (a)에 나타낸 연통구(51)와 연통되어 있다. 덮개 부재(20)는 액체에 대하여 충분한 내식성을 갖는 것이 바람직하다. 혼색을 방지하는 관점에서, 개구(21)의 개구 형상 및 개구 위치는 고정밀도를 가질 필요가 있다. 이 때문에, 덮개 부재(20)의 재료로서, 감광성 수지 재료 또는 실리콘판을 이용하여, 포토리소그래피를 통해 개구(21)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 덮개 부재(20)는 개구(21)에 의해 유로의 피치를 변경한다. 여기서, 압력 손실을 고려하면 두께가 얇은 필름 형상 부재로 덮개 부재를 형성하는 것이 바람직하다.
도 12는, 도 11a의 XII-XII 선을 따라 취했을 때의 기록 소자 기판(10) 및 덮개 부재(20)의 단면을 도시하는 사시도이다. 여기서, 기록 소자 기판(10) 내에서의 액체의 유동에 대하여 설명한다. 덮개 부재(20)는 기록 소자 기판(10)의 기판(11)에 형성되는 액체 공급 경로(18) 및 액체 회수 경로(19)의 벽의 일부를 형성하는 덮개로서의 역할을 한다. 기록 소자 기판(10)은 Si로 형성되는 기판(11)과 감광성 수지로 형성되는 토출구 형성 부재(12)를 적층함으로써 형성되며, 덮개 부재(20)는 기판(11)의 이면에 접합된다. 기판(11)의 한쪽 면에는 기록 소자(15)가 제공되어 있으며(도 11b 참조), 그 이면에는 토출구 열을 따라 연장되는 액체 공급 경로(18) 및 액체 회수 경로(19)를 형성하는 홈이 제공되어 있다. 기판(11)과 덮개 부재(20)에 의해 형성되는 액체 공급 경로(18) 및 액체 회수 경로(19)는 각각의 유로 부재(210) 내의 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)와 각각 연결되어 있고, 액체 공급 경로(18)와 액체 회수 경로(19) 사이에는 차압이 발생하고 있다. 토출구(13)로부터 액체를 토출하여 화상을 기록할 때에, 액체를 토출하지 않는 토출구에서, 기판(11) 내에 제공된 액체 공급 경로(18) 내의 액체는 차압에 의해 공급구(17a), 압력 챔버(23), 및 회수구(17b)를 통해 액체 회수 경로(19)를 향해 유동한다(도 12의 화살표 C 참조). 이 유동에 의해, 토출 동작을 수반하지 않은 토출구(13) 또는 압력 챔버(23)에 있어서, 토출구(13)로부터의 증발에 의해 발생하는 증점 잉크, 기포 및 이물을 액체 회수 경로(19)에 회수할 수 있다. 또한, 토출구(13)나 압력 챔버(23)의 잉크의 증점을 억제할 수 있다. 액체 회수 경로(19)에 회수된 액체는, 덮개 부재(20)의 개구(21) 및 지지 부재(30)의 액체 연통구(31)(도 10b 참조)를 통해, 유로 부재(210) 내의 연통구(51)(도 7의 (a) 참조), 개별 회수 유로(214), 및 공통 회수 유로(212)의 순서대로 회수된다. 그 후, 액체는 액체 토출 헤드(3)로부터 기록 장치(1000)의 회수 경로에 회수된다. 즉, 기록 장치 본체로부터 액체 토출 헤드(3)에 공급되는 액체는 하기의 순서로 유동하여 공급 및 회수된다.
액체는, 먼저 액체 공급 유닛(220)의 액체 연결부(111)로부터 액체 토출 헤드(3)의 내부로 유동한다. 그리고, 액체는 조인트 고무(100), 제3 유로 부재에 제공된 연통구(72) 및 공통 유로 홈(71), 제2 유로 부재에 제공된 공통 유로 홈(62) 및 연통구(61), 및 제1 유로 부재에 제공된 개별 유로 홈(52) 및 연통구(51)를 통해 순차적으로 공급된다. 그 후, 액체는 지지 부재(30)에 제공된 액체 연통구(31), 덮개 부재(20)에 제공된 개구(21), 및 기판(11)에 제공된 액체 공급 경로(18) 및 공급구(17a)를 순차적으로 통과하면서 압력 챔버(23)에 공급된다. 압력 챔버(23)에 공급된 액체 중, 토출구(13)로부터 토출되지 않은 액체는, 기판(11)에 제공된 회수구(17b) 및 액체 회수 경로(19), 덮개 부재(20)에 제공된 개구(21), 및 지지 부재(30)에 제공된 액체 연통구(31)를 통해 순차적으로 유동한다. 그 후, 액체는, 제1 유로 부재에 제공된 연통구(51) 및 개별 유로 홈(52), 제2 유로 부재에 제공된 연통구(61) 및 공통 유로 홈(62), 제3 유로 부재(70)에 제공된 공통 유로 홈(71) 및 연통구(72), 및 조인트 고무(100)를 통해 순차적으로 유동한다. 그리고, 액체는, 액체 공급 유닛(220)에 제공된 액체 연결부(111)로부터 액체 토출 헤드(3)의 외부로 유동한다.
도 2에 도시된 제1 순환 형태에 있어서는, 액체 연결부(111)로부터 유입된 액체는 부압 제어 유닛(230)을 통해 조인트 고무(100)에 공급된다. 또한, 도 3에 도시한 제2 순환 형태에 있어서는, 압력 챔버(23)로부터 회수된 액체는, 조인트 고무(100)를 통과하고, 부압 제어 유닛(230)을 통하여 액체 연결부(111)로부터 액체 토출 헤드의 외부로 유동한다. 액체 토출 유닛(300)의 공통 공급 유로(211)의 일단부로부터 유입된 모든 액체가, 개별 공급 유로(213a)를 통해 압력 챔버(23)에 공급되는 것은 아니다. 즉, 액체는, 공통 공급 유로(211)의 일단부로부터 유입된 액체에 의해, 개별 공급 유로(213a)에 유입하지 않고, 공통 공급 유로(211)의 타단부로부터 액체 공급 유닛(220)에 유동할 수 있다. 이와 같이, 액체가 기록 소자 기판(10)을 통과하지 않고 유동하도록 경로가 제공되기 때문에, 본 적용예에서와 같은 유동 저항이 작은 큰 유로를 구비하는 기록 소자 기판(10)에서도, 액체의 순환류의 역류를 억제할 수 있다. 이와 같이, 본 적용예의 액체 토출 헤드(3)에서는 토출구 또는 압력 챔버(23) 근방의 액체의 증점이 억제될 수 있기 때문에, 지체 또는 불토출을 억제할 수 있다. 결과적으로, 고품질 화상을 기록할 수 있다.
(기록 소자 기판간의 위치 관계의 설명)
도 13은, 2개의 인접하는 토출 모듈(200)에 있어서의, 기록 소자 기판의 인접부를 도시하는 부분 확대 평면도이다. 본 적용예에서는, 실질적으로 평행사변형의 기록 소자 기판을 이용하고 있다. 각 기록 소자 기판(10)에 배치되는 토출구(13)를 갖는 토출구 열(14a 내지 14d)은, 액체 토출 헤드(3)의 종 방향에 대하여 미리결정된 각도를 갖는 상태로 기울어지게 배치되어 있다. 그리고, 기록 소자 기판(10) 사이의 인접부에 있어서의 토출구 열은, 적어도 하나의 토출구가 기록 매체 반송 방향으로 겹치도록 형성되어 있다. 도 13에서는, 선 D 상의 2개의 토출구가 서로 겹쳐있다. 이러한 배치에 의해, 기록 소자 기판(10)의 위치가 미리결정된 위치로부터 다소 어긋난 경우에도, 겹치는 토출구의 구동 제어에 의해, 기록 화상의 검은 줄무늬 또는 누락을 눈에 띄지 않게 할 수 있다. 기록 소자 기판(10)을 지그재그 형상 대신에 직선형 형상(인라인 형상)으로 배치하는 경우에도, 연결부에 있어서의 검은색 줄무늬 또는 흰색 줄무늬를 처리할 수 있다. 구체적으로는, 도 13에 도시된 구성에 의해 기록 매체 반송 방향의 액체 토출 헤드(3)의 길이 증대를 억제하면서, 기록 소자 기판(10) 사이의 연결부의 검은색 줄무늬 또는 흰색 줄무늬를 처리할 수 있다. 또한, 본 적용예에서는, 기록 소자 기판의 주 평면은 평행사변형을 갖지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 직사각형, 사다리꼴, 및 기타 형상을 갖는 기록 소자 기판을 이용하는 경우에도, 본 발명의 구성을 바람직하게 사용할 수 있다.
(액체 토출 헤드 구성의 변형예 설명)
도 46 및 도 48a 내지 도 50에 도시된 액체 토출 헤드의 구성의 변형예를 설명한다. 상술한 예의 것과 동일한 구성 및 기능에 대한 설명은 생략하고, 차이점만을 주로 설명한다.
본 변형예에서는, 도 46 및 도 48에 도시하는 바와 같이, 액체 토출 헤드(3)와 외부 사이의 액체의 연결부(111)는 액체 토출 헤드의 길이 방향의 일단부측에 집중적으로 배치된다. 액체 토출 헤드(3)의 타단부측에는 부압 제어 유닛(230)이 집중적으로 배치된다(도 49). 액체 토출 헤드(3)에 포함되는 액체 공급 유닛(220)은 액체 토출 헤드(3)의 길이에 대응한 세장형 유닛으로서 구성되며, 공급되는 4개의 액체에 각각 대응하는 유로 및 필터(221)를 구비한다. 도 49에 도시한 바와 같이, 액체 토출 유닛 지지부(81)에 제공되는 개구(83) 내지 개구(86)의 위치도 액체 토출 헤드(3)의 것과는 상이한 위치에 위치된다.
도 50은 유로 부재(50, 60, 70)의 적층 상태를 나타낸다. 유로 부재(50, 60, 70) 중 최상층인 유로 부재(50)의 상면에 기록 소자 기판(10)이 직선상으로 배치된다. 각 기록 소자 기판(10)의 이면측에 형성되는 개구(21)와 연통되는 유로로서, 각 색의 액체마다 2개의 개별 공급 유로(213) 및 1개의 개별 회수 유로(214)가 제공된다. 따라서, 기록 소자 기판(10)의 이면에 제공되는 덮개 부재(20)에 형성되는 개구(21)로서, 각 색의 액체마다 2개의 공급 개구(21)와 1개의 회수 개구(21)가 제공된다. 도 32에 도시된 바와 같이, 액체 토출 헤드(3)의 길이 방향을 따라 연장되는 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)가 교대로 배치된다.
(제2 적용예)
<잉크젯 기록 장치>
이어서, 상술한 제1 적용예와 상이한, 본 발명의 제2 적용예에 따른 잉크젯 기록 장치(2000)와 액체 토출 헤드(2003)의 구성을 도면을 참고하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 제1 적용예와의 차이점만을 설명하고, 제1 적용예의 것과 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 21은 액체를 토출하는데 사용되는 적용예에 따른 잉크젯 기록 장치(2000)를 도시하는 도면이다. 본 적용예의 기록 장치(2000)는 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K)의 잉크에 각각 대응하는 4개의 단색 액체 토출 헤드(2003)를 병렬로 배치하는 구성에 의해 기록 매체에 풀컬러 화상을 기록하는 제1 적용예와 상이하다. 제1 적용예에 있어서, 1색당 사용할 수 있는 토출구 열의 수는 1이다. 그러나, 본 적용예에서, 1색당 사용할 수 있는 토출구 열의 수는 20이다. 이로 인해, 기록 데이터를 복수의 토출구 열에 적절히 할당하여 화상을 기록할 때, 화상을 보다 고속으로 기록할 수 있다. 또한, 액체를 토출하지 않는 토출구가 있는 경우에도, 기록 매체 반송 방향으로 불토출 개구에 대응하는 위치에 위치되는 다른 열의 토출 개구로부터 액체를 상보적으로 토출한다. 신뢰성이 향상되고 따라서 상업 화상을 적절하게 기록할 수 있다. 제1 적용예와 마찬가지로, 기록 장치(2000)의 공급계, 버퍼 탱크(1003)(도 2 및 도 3 참조) 및 메인 탱크(1006)(도 2 및 도 3 참조)가 액체 토출 헤드(2003)에 유체 연결된다. 또한, 액체 토출 헤드(2003)에는, 액체 토출 헤드(2003)에 전력 및 토출 제어 신호를 전송하는 전기 제어 유닛이 전기적으로 연결되어 있다.
(순환 경로의 설명)
제1 적용예와 마찬가지로, 기록 장치(2000)와 액체 토출 헤드(2003) 사이의 액체 순환 형태로서, 도 2, 도 3, 도 47에 도시된 제1, 제2 및 제3 순환 형태를 사용할 수 있다.
(액체 토출 헤드 구조의 설명)
도 14a 및 도 14b는 본 적용예에 따른 액체 토출 헤드(2003)를 도시한 사시도이다. 여기서, 본 적용예에 따른 액체 토출 헤드(2003)의 구조를 설명한다. 액체 토출 헤드(2003)는, 액체 토출 헤드(2003)의 길이 방향으로 직선적으로 배열되는 16개의 기록 소자 기판(2010)을 구비하고, 한 종류의 액체에 의해 화상을 기록할 수 있는 라인형(페이지 와이드형) 기록 헤드이다. 액체 토출 헤드(2003)는, 제1 적용예와 마찬가지로, 액체 연결부(111), 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)를 구비한다. 그러나, 본 적용예의 액체 토출 헤드(2003)는 제1 적용예와 비교하여 많은 토출구 열을 포함하기 때문에, 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)는 액체 토출 헤드(2003)의 양측에 배치된다. 이는, 기록 소자 기판(2010)에 제공되는 배선부에서 발생하는 신호의 전압 저하 또는 신호 전송의 지연을 감소시킬 필요가 있기 때문이다.
도 15는, 액체 토출 헤드(2003), 및 그 기능에 따른 액체 토출 헤드(2003)를 구성하는 부품 또는 유닛을 도시하는 사시 분해도이다. 액체 토출 헤드 내의 유닛 및 부재 각각의 기능 또는 액체 유동 순서는 제1 적용예의 것과 기본적으로 마찬가지이지만, 액체 토출 헤드의 강성을 담보하는 기능은 상이하다. 제1 적용예에서는, 주로 액체 토출 유닛 지지부(81)에 의해 액체 토출 헤드의 강성을 담보하고 있지만, 제2 적용예의 액체 토출 헤드(2003)에서는, 액체 토출 유닛(2300)에 포함되는 제2 유로 부재(2060)에 의해 액체 토출 헤드의 강성을 담보하고 있다. 본 적용예의 액체 토출 유닛 지지부(81)는 제2 유로 부재(2060)의 양단부에 연결되어 있으며, 이 액체 토출 유닛(2300)은 기록 장치(2000)의 캐리지와 기계적으로 연결되어 액체 토출 헤드(2003)를 위치결정시킨다. 부압 제어 유닛(2230)을 구비하는 액체 공급 유닛(2220)과 전기 배선 기판(90)은 액체 토출 유닛 지지부(81)에 연결된다. 2개의 액체 공급 유닛(2220) 각각은 내부에 내장된 필터(도시하지 않음)를 포함한다.
2개의 부압 제어 유닛(2230)은 압력을 상이한 상대적으로 높고 낮은 부압으로 제어하도록 설정되어 있다. 또한, 이 도 14b 및 도 15에서와 같이, 액체 토출 헤드(2003)의 양단부에 고압측과 저압측의 부압 제어 유닛(2230)을 제공하는 경우, 액체 토출 헤드(2003)의 길이 방향으로 연장되는 공통 공급 유로와 공통 회수 유로에 있어서의 액체의 유동이 서로 대향한다. 이러한 구성에서는, 공통 공급 유로와 공통 회수 유로 사이의 열 교환이 촉진되고, 따라서 2개의 공통 유로 내에 있어서의 온도 차이가 감소된다. 이에 의해, 공통 유로를 따라 제공되는 기록 소자 기판(2010)의 온도 차이가 감소된다. 결과적으로, 온도 차이에 의한 기록 불균일이 발생하기 어려워진다는 이점이 있다.
이어서, 액체 토출 유닛(2300)의 유로 부재(2210)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 유로 부재(2210)는 제1 유로 부재(2050)와 제2 유로 부재(2060)를 적층하여 얻어지며 액체 공급 유닛(2220)으로부터 공급된 액체를 토출 모듈(2200)에 분배한다. 유로 부재(2210)는 토출 모듈(2200)로부터 재순환되는 액체를 액체 공급 유닛(2220)에 복귀시키는 유로 부재로서의 역할을 한다. 유로 부재(2210)의 제2 유로 부재(2060)는 내부에 형성된 공통 공급 유로 및 공통 회수 유로를 가지며 액체 토출 헤드(2003)의 강성을 향상시키는 유로 부재이다. 이로 인해, 제2 유로 부재(2060)의 재료는 액체에 대한 충분한 내식성 및 높은 기계적인 강도를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, SUS, Ti, 및 알루미나를 사용할 수 있다.
도 16의 (a)는, 제1 유로 부재(2050)의, 토출 모듈(2200)이 탑재되는 면을 도시한 도면이며, 도 16의 (b)는, 그 이면과 제2 유로 부재(2060)와 접촉하는 면을 도시하는 도면이다. 제1 적용예와는 달리, 본 적용예의 제1 유로 부재(2050)는 복수의 부재가 토출 모듈(2200)에 각각 대응하도록 인접하여 배치되는 구성을 갖는다. 이러한 분할된 구조를 채용함으로써, 복수의 모듈이 액체 토출 헤드(2003)의 길이에 대응하도록 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 예를 들어 특히 B2 이상의 크기를 갖는 시트에 대응하는 비교적 긴 액체 토출 헤드에서 적절하게 사용될 수 있다. 도 16의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 유로 부재(2050)의 연통구(51)는 토출 모듈(2200)과 유체 연통한다. 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 유로 부재(2050)의 개별 연통구(53)는 제2 유로 부재(2060)의 연통구(61)와 유체 연통한다. 도 16의 (c)는 제2 유로 부재(60)의 제1 유로 부재(2050)에 대한 접촉면을 도시하고, 도 16의 (d)는 두께 방향의 제2 유로 부재(60)의 중앙부의 단면을 도시하며, 도 16의 (e)는 액체 공급 유닛(2220)에 대한 제2 유로 부재(2060)의 접촉면을 도시하는 도면을 도시한다. 제2 유로 부재(2060)의 유로나 연통구의 기능은 제1 적용예의 각 색에 대한 것과 마찬가지이다. 제2 유로 부재(2060)의 공통 유로 홈(71)은, 그 한쪽이 도 17에 도시되는 공통 공급 유로(2211)이며, 그 다른 쪽이 공통 회수 유로(2212)이도록 형성된다. 이들 유로는 액체 토출 헤드(2003)의 길이 방향을 따라 각각 제공되어, 액체가 그 일단부로부터 그 타단부에 공급된다. 본 형태는, 공통 공급 유로(2211)와 공통 회수 유로(2212)의 액체 유동 방향이 서로 반대 방향이라는 점에서 제1 적용예와 상이하다.
도 17은 기록 소자 기판(2010)과 유로 부재(2210) 사이의 액체 연결 관계를 도시하는 사시도이다. 유로 부재(2210) 내에는, 액체 토출 헤드(2003)의 길이 방향으로 연장되는 한 쌍의 공통 공급 유로(2211) 및 공통 회수 유로(2212)가 제공되어 있다. 제2 유로 부재(2060)의 연통구(61)는 양 위치가 서로 일치하도록 제1 유로 부재(2050)의 개별 연통구(53)에 연결되어 있다. 제2 유로 부재(2060)의 공통 공급 유로(2211)로부터 연통구(61)를 통해 제1 유로 부재(2050)의 연통구(51)와 연통하는 액체 공급 유로가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 유로 부재(2060)의 연통구(72)로부터 공통 회수 유로(2212)를 통하여 제1 유로 부재(2050)의 연통구(51)와 연통하는 액체 공급 경로도 형성되어 있다.
도 18은 도 17의 XVIII-XVIII 선을 따라 취한 단면도이다. 공통 공급 유로(2211)는 연통구(61), 개별 연통구(53), 및 연통구(51)를 통해 토출 모듈(2200)에 연결되어 있다. 도 18에는 도시하지 않지만, 도 17의 상이한 단면에 있어서는, 공통 회수 유로(2212)가 동일한 경로에 의해 토출 모듈(2200)에 연결되어 있는 것이 분명하다. 제1 적용예와 마찬가지로, 각 토출 모듈(2200) 및 기록 소자 기판(2010)에는 각 토출구와 연통하는 유로가 제공되어 있고, 따라서 공급된 액체의 일부 또는 전부가 토출 동작을 실행하지 않는 토출구를 통과하면서 재순환될 수 있다. 또한, 제1 적용예와 마찬가지로, 공통 공급 유로(2211)는 부압 제어 유닛(2230)(고압측)에 연결되며, 공통 회수 유로(2212)는 부압 제어 유닛(2230(저압측)에 액체 공급 유닛(2220)을 통해 연결되어 있다. 따라서, 그 차압에 의해, 공통 공급 유로(2211)로부터 기록 소자 기판(2010)의 압력 챔버를 통해 공통 회수 유로(2212)에 액체가 유동하도록 유동이 형성된다.
(토출 모듈의 설명)
도 19a는 하나의 토출 모듈(2200)을 도시한 사시도이며, 도 19b는 그 분해도이다. 제1 적용예와의 차이는, 기록 소자 기판(2010)의 토출구 열 방향의 양 변부(기록 소자 기판(2010)의 긴 변부)에 단자(16)가 각각 배치되어 있는 점이다. 이에 따라, 기록 소자 기판(2010)에 전기적으로 연결되는 2개의 플렉시블 회로 기판(40)이 각각의 기록 소자 기판(2010)에 대해 배치되어 있다. 기록 소자 기판(2010)에 제공되는 토출구 열의 수는 20이기 때문에, 토출구 열은 제1 적용예의 8개의 토출구 열보다 많다. 여기서, 단자(16)로부터 기록 소자까지의 최대 거리가 단축되기 때문에, 기록 소자 기판(2010) 내의 배선부에서 발생하는 전압 저하 또는 신호 지연이 저감된다. 또한, 지지 부재(2030)의 액체 연통구(31)는 기록 소자 기판(2010)에 제공된 전체 토출구 배열을 따라 개구되어 있다. 다른 구성은 제1 적용예의 구성과 마찬가지이다.
(기록 소자 기판의 구조의 설명)
도 20의 (a)는 기록 소자 기판(2010)의 토출구(13)가 배치되는 면을 도시하는 개략도를 나타내며, 도 20의 (c)는 도 20의 (a)의 면의 이면을 도시하는 개략도를 나타낸다. 도 20의 (b)는, 도 20의 (c)에 있어서 기록 소자 기판(2010)의 이면에 제공되어 있는 커버 플레이트(2020)를 제거한 경우의 기록 소자 기판(2010)의 면을 도시하는 개략도를 나타낸다. 도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 기록 소자 기판(2010)의 이면에는 토출구 열 방향을 따라, 액체 공급 경로(18)와 액체 회수 경로(19)가 교대로 제공되어 있다. 토출구 열의 수는 제1 적용예의 것보다 많다. 그러나, 제1 적용예와의 기본적인 차이는, 전술한 바와 같이 단자(16)가 기록 소자 기판의 토출구 열 방향의 양 변부에 배치되어 있다는 점이다. 기본적인 구성은, 각 토출구 열마다 한 쌍의 액체 공급 경로(18)와 액체 회수 경로(19)가 제공되어 있고, 커버 플레이트(2020)에 지지 부재(2030)의 액체 연통구(31)와 연통하는 개구(21)가 제공되어 있다는 점에서 제1 적용예와 마찬가지이다.
(제3 적용예)
<잉크젯 기록 장치>
본 발명의 제3 적용예에 따른 잉크젯 기록 장치(1000) 및 액체 토출 헤드(3)의 구성을 설명한다. 제3 적용예의 액체 토출 헤드는, B2 사이즈의 기록 매체에 1 스캔을 통해 화상이 기록되는 페이지 와이드형이다. 제3 적용예는 제2 적용예와 많은 양태에서 마찬가지이기 때문에, 이하의 설명에서는 제2 적용예와의 차이만을 주로 설명하고, 제2 적용예의 것과 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 51은 본 적용예에 따른 잉크젯 기록 장치를 도시하는 개략도이다. 기록 장치(1000)는 액체 토출 헤드(3)로부터 토출되는 액체에 의해 기록 매체에 화상이 직접적으로 기록되지 않는 구성을 갖는다. 즉, 액체는 먼저 중간 전사 부재(중간 전사 드럼)(1007)에 토출되어 그 위에 화상을 형성하며 화상이 기록 매체(2)에 전사된다. 기록 장치(1000)에서는, 4 색(C, M, Y, K)의 잉크에 각각 대응하는 액체 토출 헤드(3)가 원호 형상으로 중간 전사 드럼(1007)을 따라 배치된다. 따라서, 중간 전사 부재 위에 풀컬러 기록이 행해지고, 기록된 화상은 중간 전사 부재 상에서 적절하게 건조되며, 화상은 시트 반송 롤러(1009)에 의해 전사부(1008)에 반송되는 기록 매체(2)에 전사된다. 제2 적용예의 시트 반송계는 주로 절단된 시트를 수평 방향으로 반송하는데 사용된다. 그러나, 본 적용예의 시트 반송계는 본체 롤(도시하지 않음)으로부터 공급되는 연속 시트에 적용될 수도 있다. 이러한 드럼 반송 시스템에서, 시트에 미리결정된 장력을 부여하면서 시트가 용이하게 반송되기 때문에, 고속 기록 동작에서도 반송 잼이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 장치의 신뢰성이 향상되고, 따라서 장치는 상업 인쇄 목적에 적합하다. 제1 및 제2 적용예와 마찬가지로, 기록 장치(1000), 버퍼 탱크(1003), 및 메인 탱크(1006)의 공급계는 각각의 액체 토출 헤드(3)에 유체 연결된다. 또한, 각각의 액체 토출 헤드(3)에는, 액체 토출 헤드(3)에 전력 및 토출 제어 신호를 전송하는 전기 제어 유닛이 전기적으로 연결된다.
(제4 순환 형태의 설명)
도 2, 도 3, 또는 도 47에 도시되는 제1 내지 제3 순환 경로는 액체 순환 경로로서 적용될 수도 있지만, 도 52에 도시된 순환 경로가 적용되는 것이 바람직하다. 도 52에 도시된 순환 경로는 도 3에 도시된 제2 순환 경로와 마찬가지이다. 그러나, 도 3의 제2 순환 경로와의 주된 차이는, 제1 순환 펌프(1001, 1002) 및 제2 순환 펌프(1004)의 유로 각각과 연통하도록 바이패스 밸브(1010)가 추가적으로 제공된다는 점이다. 바이패스 밸브(1010)는 압력이 미리 설정된 압력을 초과하면 밸브를 개방함으로써 바이패스 밸브(1010)의 상류측 압력을 낮추는 기능(제1 기능)을 갖는다. 또한, 바이패스 밸브(1010)는 기록 장치 본체의 제어 기판으로부터의 신호에 의해 임의의 타이밍에 밸브를 개폐하는 기능(제2 기능)을 갖는다.
제1 기능에 의해, 제1 순환 펌프(1001, 1002)의 하류측 또는 제2 순환 펌프(1004)의 상류측에 크거나 작은 압력이 가해지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 제1 순환 펌프(1001, 1002)의 기능이 적절하게 동작하지 않는 경우, 액체 토출 헤드(3)에 큰 유량 또는 압력이 가해질 수 있는 경우가 있다. 따라서, 액체 토출 헤드(3)의 토출구로부터 액체가 누설하거나, 액체 토출 헤드(3) 내의 각 접합부가 파괴될 우려가 있다. 그러나, 본 적용예에서와 같이 제1 순환 펌프(1001, 1002)에 바이패스 밸브(1010)가 추가되는 경우, 큰 압력이 발생하는 경우 바이패스 밸브(1010)가 개방된다. 따라서, 각 순환 펌프 상류측에 액체 경로가 개방되기 때문에, 상술한 문제가 억제될 수 있다.
또한, 제2 기능에 의해, 순환 구동 동작이 정지될 때에는, 제1 순환 펌프(1001, 1002) 및 제2 순환 펌프(1004)의 동작이 정지된 후에, 기록 장치 본체의 제어 신호에 기초하여 모든 바이패스 밸브(1010)가 신속하게 개방된다. 따라서, 액체 토출 헤드(3)의 하류부(부압 제어 유닛(230)과 제2 순환 펌프(1004) 사이)의 고 부압(예를 들어, 수 내지 수십 kPa)을 단시간에 해방할 수 있다. 순환 펌프로서 다이어프램 펌프 같은 용적형 펌프를 사용한 경우에는, 통상 펌프 내에 체크 밸브가 내장되어 있다. 그러나, 바이패스 밸브(1010)가 개방될 때, 버퍼 탱크(1003)의 하류부로부터도 액체 토출 헤드(3)의 하류부의 압력이 해방될 수 있다. 상류측으로부터만이라도 액체 토출 헤드(3)의 하류부의 압력을 해제할 수 있지만, 액체 토출 헤드의 상류 유로와 액체 토출 헤드 내의 유로에는 압력 손실이 존재한다. 그로 인해, 압력이 해방되는데 약간의 시간이 소요되기 때문에, 액체 토출 헤드(3) 내의 공통 유로 내의 압력은 일시적으로 과도하게 저하된다. 따라서, 토출구의 메니스커스가 파괴될 우려가 있다. 그러나, 액체 토출 헤드(3)의 하류측의 바이패스 밸브(1010)가 개방될 때 액체 토출 헤드의 하류측 압력의 방출이 촉진되기 때문에, 토출구의 메니스커스의 파괴 위험이 경감된다.
(액체 토출 헤드 구조의 설명)
본 발명의 제3 적용예에 따른 액체 토출 헤드(3)의 구조에 대하여 설명한다. 도 53a는 본 적용예에 따른 액체 토출 헤드(3)를 도시하는 사시도이며, 도 53b는 그 분해 사시도이다. 액체 토출 헤드(3)는 액체 토출 헤드(3)의 길이 방향으로 직선 형상(인라인 형상)으로 배열되는 36개의 기록 소자 기판(10)을 구비하고, 1 색으로 화상을 기록하는 잉크젯 페이지 와이드형 기록 헤드이다. 제2 적용예와 마찬가지로, 액체 토출 헤드(3)는 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92) 이외에 헤드의 직사각형 측면을 보호하는 실드판(132)을 포함한다.
도 53b는 액체 토출 헤드(3)를 도시하는 분해 사시도이다. 도 53b에서, 액체 토출 헤드(3)를 구성하는 부품 또는 유닛을 그 기능에 따라 분할하여 도시한다(실드판(132)은 도시되지 않음). 유닛 및 부재의 기능과 액체 토출 헤드(3) 내의 액체 순환 순서는 제2 적용예의 것과 마찬가지이다. 제2 적용예와의 주된 차이점은, 분할된 전기 배선 기판(90) 및 부압 제어 유닛(230)이 상이한 위치에 배치되며 제1 유로 부재가 상이한 형상을 갖는다는 것이다. 본 적용예에서와 같이, 예를 들어 B2 사이즈의 기록 매체에 대응한 길이를 갖는 액체 토출 헤드(3)의 경우, 액체 토출 헤드(3)에 의해 소비되는 전력이 크기 때문에 8개의 전기 배선 기판(90)이 제공된다. 4개의 전기 배선 기판(90)은 액체 토출 유닛 지지부(81)에 부착된 세장형 전기 배선 기판 지지부(82)의 양 측면 각각에 부착된다.
도 54a는 액체 토출 유닛(300), 액체 공급 유닛(220) 및 부압 제어 유닛(230)을 구비하는 액체 토출 헤드(3)를 도시하는 측면도이고, 도 54b는 액체의 유동을 도시하는 개략도이며, 도 54c는 도 54a의 LIVC-LIVC 선을 따라 취한 단면도를 도시하는 사시도이다. 도면의 이해를 쉽게 하기 위하여, 일부의 구성은 단순화하고 있다.
액체 공급 유닛(220) 내에는 액체 연결부(111)와 필터(221)가 제공되며, 부압 제어 유닛(230)이 액체 공급 유닛(220)의 하측에 일체화되어 형성되어 있다. 따라서, 부압 제어 유닛(230)과 기록 소자 기판(10) 사이의 높이 방향의 거리가 제2 적용예에 비해 짧아진다. 이 구성에 의해, 액체 공급 유닛(220) 내의 유로 연결부의 수가 감소된다. 결과적으로, 기록 액체의 누설 방지의 신뢰성이 향상되고 부품 또는 조립 단계의 수가 감소되는 이점이 있다.
또한, 부압 제어 유닛(230)과 액체 토출 헤드(3)의 토출구 형성면 사이의 수두차가 상대적으로 작아지기 때문에, 이러한 구성은 도 51에 도시된 액체 토출 헤드(3)의 경사 각도가 각 액체 토출 헤드마다 상이한 기록 장치에 적합하게 적용될 수 있다. 수두차를 작게 할 수 있기 때문에, 상이한 경사 각도를 갖는 액체 토출 헤드(3)가 사용되어도, 기록 소자 기판의 토출구에 가해지는 부압 차를 저감시킬 수 있다. 또한, 부압 제어 유닛(230)으로부터 기록 소자 기판(10)까지의 거리가 작아지기 때문에, 그 사이의 유동 저항이 작아진다. 따라서, 액체의 유량의 변화에 의해 발생하는 압력 손실의 차이가 작아져서 부압이 더 바람직하게 제어될 수 있다.
도 54b는 액체 토출 헤드(3) 내부의 기록 액체의 유동을 도시하는 개략도이다. 순환 경로는 그 회로의 관점에서 도 52에 도시된 순환 경로와 유사하지만, 도 54b는 실제 액체 토출 헤드(3)의 각 구성부품 내에서의 액체의 유동을 나타내고 있다. 세장형 제2 유로 부재(60) 내에는, 액체 토출 헤드(3)의 길이 방향으로 연장하는 한쌍의 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)가 제공되어 있다. 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)는 액체가 그 내부에서 대향하는 방향으로 유동하도록 구성되어 있고, 필터(221)가 각각의 유로의 상류측에 제공되어 연결부(111) 등으로부터 침입하는 이물을 트랩한다. 이와 같이, 액체는 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통해 대향하는 방향으로 유동하기 때문에, 액체 토출 헤드(3) 내의 길이 방향에 있어서의 온도 구배가 바람직하게 감소될 수 있다. 도 52의 설명을 단순화하기 위하여, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 내의 유동을 동일한 방향으로 나타내고 있다.
공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 각각의 하류측에는 부압 제어 유닛(230)이 연결된다. 또한, 공통 공급 유로(211)의 중간에는 개별 공급 유로(213a)에 연결되도록 분기부가 제공되어 있고, 공통 회수 유로(212)의 중간에는 개별 회수 유로(213b)에 연결되도록 분기부가 제공되어 있다. 개별 공급 유로(213a) 및 개별 회수 유로(213b)는 제1 유로 부재(50) 내에 형성되어 있고, 각각의 개별 공급 유로는 기록 소자 기판(10)의 이면에 제공된 커버 플레이트(20)의 개구(10A)(도 20 참조)와 연통하고 있다.
도 54b의 "H" 및 "L"로 나타낸 부압 제어 유닛(230)은 고압측(H)과 저압측(L)의 유닛이다. 부압 제어 유닛(230)은, 부압 제어 유닛(230)의 상류측 압력을 고 부압(H) 및 저 부압(L)으로 제어하는 배압형 압력 조정 기구이다. 공통 공급 유로(211)는 부압 제어 유닛(230)(고압측)에 연결되고, 공통 회수 유로(212)는 부압 제어 유닛(230)(저압측)에 연결되며, 따라서 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 사이에는 차압이 발생한다. 그 차압에 의해, 액체가 공통 공급 유로(211)로부터 개별 공급 유로(213a), 기록 소자 기판(10) 내의 토출구(11)(압력 챔버(23)), 및 개별 회수 유로(213b)를 순차적으로 통과하면서 공통 회수 유로(212)로 유동한다.
도 54c는 도 54a의 LIVC-LIVC 선을 따라 취한 단면도를 도시하는 사시도이다. 본 적용예에서, 각각 토출 모듈(200)은 제1 유로 부재(50), 기록 소자 기판(10), 및 플렉시블 회로 기판(40)을 포함한다. 본 실시예에서는, 제2 적용예에서 설명한 지지 부재(30)(도 18)가 존재하지 않고, 덮개 부재(20)를 구비하는 기록 소자 기판(10)이 직접 제1 유로 부재(50)에 접합된다. 액체는 제2 유로 부재에 제공되는 공통 공급 유로(211)의 상면에 형성되는 연통구(61)로부터 제1 유로 부재(50)의 하면에 형성되는 개별 연통구(53)를 통해 개별 공급 유로(213a)에 공급된다. 그 후, 액체는, 압력 챔버(23)를 통과하고 개별 회수 유로(213b), 개별 연통구(53), 및 연통구(61)를 통과하여 공통 회수 유로(212)에 회수된다.
여기서, 도 15에 도시된 제2 적용예와는 달리, 제1 유로 부재(50)의 하면(제2 유로 부재(60) 부근의 면)에 형성되어 있는 개별 연통구(53)는 제2 유로 부재(50)의 상면에 형성되는 연통구(61)에 대하여 충분히 크다. 이 구성에 의해, 토출 모듈(200)을 제2 유로 부재(60) 위에 장착할 때에 위치 어긋남이 발생한 경우에도, 제1 유로 부재와 제2 유로 부재가 서로 확실하게 유체 연통한다. 결과적으로, 헤드 제조 공정에서의 수율이 향상되어 비용 절감을 실현할 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 제1 내지 제3 적용예에 대해 설명하였지만, 상술한 적용예의 설명은 본 발명의 범위를 제하하지 않는다. 일례로서, 본 적용예에서는, 발열 소자에 의해 기포를 발생시켜 액체를 토출하는 서멀 방식에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 피에조 방식 및 다른 각종 액체 토출 방식을 채용하는 액체 토출 헤드에도 적용될 수 있다.
본 적용예에서는, 잉크 등의 액체가 탱크와 액체 토출 헤드 사이에서 순환하는 잉크젯 기록 장치(기록 장치)에 대하여 설명했지만, 다른 적용예가 사용될 수도 있다. 다른 적용예에서, 예를 들어, 잉크가 순환되지 않고, 액체 토출 헤드 상류측과 하류측에 2개의 탱크를 설치하여, 잉크가 하나의 탱크로부터 다른 탱크로 유동하게 하는 구성을 채용할 수 있다. 이러한 방식으로, 압력 챔버 내의 잉크가 유동할 수 있다.
본 적용예에서는, 기록 매체의 폭에 대응하는 길이를 갖는 소위 페이지 와이드형 헤드를 사용하는 예를 설명했지만, 본 발명은 기록 매체를 주사하면서 기록 매체 상에 화상을 기록하는 소위 시리얼형 액체 토출 헤드에도 적용될 수 있다. 시리얼형 액체 토출 헤드로서는, 예를 들어 블랙 잉크를 토출하는 기록 소자 기판 및 컬러 잉크를 토출하는 기록 소자 기판을 액체 토출 헤드에 탑재할 수 있지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다. 즉, 토출구가 토출구 열 방향으로 서로 겹치도록 배치되는, 복수의 기록 소자 기판을 구비하며 기록 매체의 폭보다 짧은 액체 토출 헤드가 제공될 수 있으며, 기록 매체는 액체 토출 헤드에 의해 주사될 수 있다.
이어서, 본 발명의 특징을 주로 설명하는 실시예에 대하여 설명한다.
(제1 실시예)
도 22a, 도 22b, 및 도 22c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 토출구 및 토출구에 인접한 잉크 유로의 구조를 설명하는 도면이다. 도 22a는 잉크 유로 등을 잉크가 토출되는 측에서 본 평면도이고, 도 22b는 도 22a의 XXIIB-XXIIB 선을 따라 취한 단면도이며, 도 22c는 도 22a의 XXIIB-XXIIB 선을 따라 취한 단면도의 사시도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 도 12 등을 참고하여 설명한 잉크의 순환은 액체 토출 헤드의 기판(11) 상의 기록 소자(15)가 제공된 압력 챔버(23) 및 압력 챔버(23) 전후의 유로(24)에 잉크의 유동(17)을 발생시킨다. 보다 상세하게는, 잉크 순환을 발생시키는 차압에 의해, 액체 공급 경로(공급 유로)(18)로부터 기판(11)에 제공된 공급구(17a)를 통하여 공급된 잉크가, 유로(24), 압력 챔버(23), 및 유로(24)를 통과하여, 회수구(17b)를 통해 액체 회수 경로(유출 유로)(19)에 이르는 유동이 발생한다.
상술한 잉크류 이외에, 비토출 상태에서는, 기록 소자(에너지 발생 소자)(15)로부터 기록 소자(15) 상방의 토출구(13)까지의 공간은 잉크로 채워지고, 토출구(13)의 토출 방향측의 단부 근방에는 잉크의 메니스커스(잉크 계면(13a))가 형성된다. 도 22b에서는, 이 잉크 계면을 직선(평면)으로 나타낸다. 그러나, 그 형상은 토출구(13)의 벽을 형성하는 부재와 잉크 표면 장력에 따라 결정된다. 통상, 형상은 오목 또는 볼록 형상을 갖는 곡선(곡면)이 된다. 잉크 계면은 도시를 단순화하도록 직선으로 나타낸다. 메니스커스가 형성된 상태에서, 에너지 발생 소자(15)에 대응하는 전기-열 변환 소자(히터)를 구동하면, 발생되는 열을 이용하여 잉크 중에 기포를 발생시켜 토출구(13)로부터 잉크를 토출할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 에너지 발생 소자로서 히터를 사용하는 예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 압전 소자 등의 다양한 에너지 발생 소자가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 예를 들어, 유로(24)를 통해 유동하는 잉크류의 속도는 약 0.1 내지 100 mm/s이며, 잉크가 유동하는 상태에서 토출 동작을 실시해도 착탄 정밀도 등에 끼치는 영향을 비교적 작게할 수 있다.
<P, W, 및 H의 관계에 대해서>
본 실시예의 액체 토출 헤드에 대해서, 유로(24)의 높이(H)와, 오리피스 플레이트(유로 형성 부재(12))의 두께(P)와, 토출구의 길이(직경)(W) 사이의 관계는 이하에서 설명한 바와 같이 결정된다.
도 22b에서, 토출구(13)의 오리피스 플레이트의 두께(P)에 대응하는 부분(이하, 토출구부(13b)라 칭함)의 하단부(토출구부와 유로 사이의 연통부)에 있어서의 유로(24)의 상류측의 높이를 H로 나타낸다. 또한, 토출구부(13b)의 길이를 P로 나타낸다. 또한, 유로(24) 내의 유체의 유동 방향에서의 토출구부(13b)의 길이를 W로 나타낸다. 본 실시예의 액체 토출 헤드에 대해서는, H는 3 내지 30㎛의 범위에 있고, P는 3 내지 30㎛의 범위에 있으며, W는 6 내지 30㎛의 범위에 있다. 또한, 잉크는, 불휘발성 용매 농도가 30％로 조정되고, 색재 농도가 3％로 조정되며, 점도가 0.002 내지 0.01Pa·s로 조정된다.
본 실시예는, 토출구(13)로부터의 잉크의 증발에 의한 잉크의 증점 등을 억제하기 위하여 이하와 같이 구성되어 있다. 도 43은, 액체 토출 헤드의 유로(24) 및 압력 챔버(23) 내를 유동하는 잉크의 잉크류(17)(도 22a, 도 22b, 및 도 22c 참조)가 정상 상태에 있을 때의 토출구(13), 토출구부(13b) 및 유로(24)에 있어서의 잉크류(17)의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 이 도면에서, 화살표의 길이는 잉크류의 속도의 크기를 나타내는 것은 아니다. 도 43은, 유로(24)의 높이(H)가 14㎛이고, 토출구부(13b)의 길이(P)가 10㎛이며, 토출구의 길이(직경)(W)가 17㎛인 액체 토출 헤드에 있어서, 액체 공급 경로(18)로부터 유로(24)에, 1.26×10-4ml/min의 유량으로 잉크가 유입하는 때의 유동을 나타내고 있다.
본 실시예는, 유로(24)의 높이(H), 토출구부(13b)의 길이(P), 토출구부(13b)의 잉크의 유동 방향 길이(W)가 하기 식 (1)을 만족하는 관계를 갖는다.
H-0.34×P-0.66×W>1.5 ... 식 (1)
본 실시예의 액체 토출 헤드가 이 조건을 만족하면, 도 43에 도시한 바와 같이, 유로(24) 내로 유동하는 잉크류(17)는 토출구부(13b) 내에 유입하고, 토출구부(13b)의 오리피스 플레이트의 두께의 적어도 절반의 두께에 대응하는 위치에 도달한 후에, 다시 유로(24)로 복귀한다. 유로(24)로 복귀된 잉크는 액체 회수 경로(19)를 통하여 상술한 공통 회수 유로(212)로 유동한다. 즉, 잉크류(17)의 적어도 일부는 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치에 도달한 후, 유로(24)로 복귀된다. 이 유동에 의해 토출구부(13b) 내의 많은 영역에서의 잉크의 증점을 억제할 수 있다. 이러한 액체 토출 헤드 내의 잉크류가 생성되면, 유로(24)뿐만 아니라 토출구부(13b)의 잉크도 유로(24)로 유출될 수 있다. 이 결과, 토출구(13) 및 토출구부(13b)에 있어서의 잉크 증점 및 잉크 색재 농도의 증가를 억제할 수 있다. 토출구로부터 토출되는 잉크의 액적은, 혼합된 상태로 토출되는 토출구부(13b)의 잉크와 압력 챔버(23)(유로(24))의 잉크를 포함한다. 본 실시예에 있어서는, 토출되는 액적 중 압력 챔버(23)(유로(24))로부터의 잉크의 비율이 토출구부로부터의 잉크의 비율보다 큰 것이 바람직하다. 이러한 조건은 예를 들어 토출을 위해 발생한 기포가 외부 공기와 연통하는 경우에 대응한다. 특히, H가 20㎛ 이하이고, P가 20㎛ 이하이며, W가 30㎛ 이하인 크기를 가지며, 보다 고정밀 기록을 실행할 수 있는 액체 토출 헤드가 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 실시예는 토출구 근방의 액체의 품질 변동을 억제할 수 있으며, 따라서 토출구에서의 액체의 증발에 의한 잉크 정도의 증가의 억제 및 화상의 색 불균일의 저감을 달성할 수 있다.
(제2 실시예)
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 상술한 제1 실시예의 것과 동일한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
본 실시예는 토출구로부터의 액체의 증발에 의한 잉크의 증점의 영향을 보다 경감시키기 위하여 이하와 같이 구성되어 있다. 도 23은, 도 43과 마찬가지로 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류(17)가 정상 상태에 있을 때의 토출구(13), 토출구부(13b) 및 유로(24)에 있어서의 잉크류(17)의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 이 도면에 있어서, 화살표의 길이는 속도의 크기에 대응하지 않고, 속도의 크기에 무관하게 소정 길이를 나타내고 있다. 도 23은, H가 14㎛이고, P가 5㎛이며, W가 12.4㎛인 액체 토출 헤드에서, 액체 공급 경로(18)로부터 1.26×10-4ml/min의 유량으로 잉크가 유로(24) 내에 유입할 때의 유동을 나타내고 있다.
본 실시예는, 유로(24)의 높이(H), 토출구부(13b)의 길이(P), 토출구부(13b)의 잉크의 유동 방향의 길이(W)가 후술하는 식 (2)를 만족하는 관계를 갖는다. 이에 의해, 토출구를 통한 잉크 증발에 의해 잉크의 색재 농도가 변화하고 잉크의 점도가 증가하게 하는, 토출구부(13b)의 잉크 계면(13a)의 근방에서의 잉크의 체류를 제1 실시예보다 더 효과적으로 억제할 수 있다. 더 상세하게는, 본 실시예의 액체 토출 헤드에 있어서는, 도 23에 도시한 바와 같이, 유로(24) 내를 유동하는 잉크류(17)는 토출구부(13b) 내로 유입하고, 잉크 계면(13a)에 인접하는 위치(메니스커스 위치)에 도달한 후에, 다시 토출구부(13b) 내를 통해 유로(24)에 복귀한다. 유로(24)에 복귀된 잉크는 액체 회수 경로(19)를 통하여 상술한 공통 회수 유로(212)로 유동한다. 이러한 잉크류는, 증발의 영향을 받기 쉬운 토출구부(13b) 내의 잉크뿐만 아니라, 증발의 영향이 특히 현저한 잉크 계면(13a) 근방의 잉크가, 토출구부(13b)의 내에 체류하지 않고 유로(24)로 유출하는 것을 가능하게 한다. 이 결과, 토출구 근방의, 특히 잉크 수분 등의 증발의 영향을 받기 쉬운 위치의 잉크가 거기에 체류하지 않고 유출될 수 있으며, 잉크 증점이나 잉크 색재 농도의 증가를 억제할 수 있다. 본 실시예는 잉크 계면(13a)의 적어도 일부의 점도 증가를 억제할 수 있기 때문에, 잉크 계면(13a) 전체의 점도가 증가하는 경우와 비교하여, 토출 속도 변화 등의 토출에 대한 영향을 보다 줄일 수 있게 된다.
본 실시예가 상술한 잉크류(17)는 잉크 계면(13a) 근방에서 적어도 중앙부(토출구의 중심부)에서 유로(24) 내의 잉크의 유동 방향(도 23에 있어서 좌측에서 우측으로의 방향)의 속도 성분(이하, 정의 속도 성분이라 칭함)을 갖는다. 본 명세서에서는, 잉크 계면(13a) 근방의 적어도 중앙부에서 잉크류(17)가 정의 속도 성분을 갖는 유동 모드를 "유동 모드 A"라 칭한다. 또한, 잉크류(17)가 후술하는 비교예에서와 같이 잉크 계면(13a)의 중앙부에서 정의 속도 성분과는 반대 방향의 부의 속도 성분을 갖는 유동 모드를 "유동 모드 B"라고 칭한다.
도 24a 및 도 24b는, 토출구부(13b) 내의 잉크의 색재 농도의 상태를 도시하는 도면이다. 도 24a는 본 실시예의 상태를 도시하며, 도 24b는 비교예의 상태를 도시한다. 더 상세하게는, 도 24a는 유동 모드 A의 경우를 도시하고, 도 24b는 토출구부(13b) 내의 잉크 계면(13a)의 중앙부 근방의 유동이 부의 속도 성분을 갖는 상술한 비교예에 관한 유동 모드 B의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 24a 및 도 24b에 나타내는 등고선은 토출구부(13b) 내부의 잉크 중의 색재 농도 분포를 나타내고 있다.
유동 모드 A 및 B는 유로의 구조를 나타내는 P, W, 및 H의 값 등에 기초하여 결정된다. 도 24a는, H가 14㎛이고, P가 5㎛이며, W가 12.4㎛인 형상을 갖는 액체 토출 헤드의 유로(24)에 액체 공급 경로(18)로부터 1.26×10-4ml/min로 잉크가 유입할 때의 유동 모드 A의 상태를 나타내고 있다. 한편, 도 24b는, H가 14㎛이고, P가 11㎛이며, W가 12.4㎛인 형상을 갖는 액체 토출 헤드의 유로(24)에 액체 공급 경로(18)로부터 1.26×10-4ml/min로 잉크가 유입할 때의 유동 모드 B의 상태를 나타내고 있다. 도 24b에 나타내는 유동 모드 B에서는, 도 24a에 나타내는 유동 모드 A에 비하여, 토출구부(13b) 내의 잉크의 색재 농도는 높다. 즉, 도 24a에 나타내는 유동 모드 A에서는, 잉크 계면(13a)의 근방까지 정의 속도 성분을 갖고 도달하는 잉크류(17)에 의해 토출구부(13b) 내의 잉크를 유로(24)까지 치환(유출)할 수 있다. 이에 의해, 토출구부(13b)의 내의 잉크가 체류하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 색재 농도나 점도 및 점도의 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
도 25는 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드(헤드 A)로부터 토출되는 잉크의 색재 농도와 유동 모드 B를 발생시키는 액체 토출 헤드(헤드 B)로부터 토출되는 잉크의 색재 농도 사이의 비교의 설명을 위한 도면이다. 이 도면은 헤드 A 및 헤드 B 각각에 있어서 유로(24) 에서 잉크류(17)가 발생되는 상태에서 잉크가 토출되는 경우 및 잉크류(17)가 발생되지 않고 유로 내에 잉크류가 존재하지 않는 상태에서 잉크가 토출되는 경우에 대응하는 데이터를 나타낸다. 또한, 이 도면에서, 횡축은 토출구로부터 잉크가 토출된 후의 경과 시간을 나타내며, 종축은 토출된 잉크에 의해 기록 매체 상에 형성된 도트의 색재 농도비를 나타낸다. 이 농도비는, 토출 주파수 100Hz로 토출된 잉크에 의해 형성된 도트의 농도를 1로 설정했을 때의, 각 경과 시간 후에 토출된 잉크에 의해 형성된 도트의 농도의 비이다.
도 25에 도시한 바와 같이, 잉크류(17)가 발생하지 않은 경우에는, 헤드 A 및 B 모두에서 1초 이상의 경과 시간 후에 농도비가 1.3 이상이 되고, 비교적 단시간에 잉크의 색재 농도가 높아진다. 또한, 헤드 B에서 잉크류(17)를 발생시킨 경우에는, 농도비가 약 1.3까지의 범위에 있고, 잉크류를 발생시키지 않은 경우에 비해 색재 농도의 증가를 억제할 수 있다. 그러나, 토출구부에는 1.3 까지의 농도비에 대응하는 증가된 색재 농도를 갖는 잉크가 체류한다. 한편, 헤드 A에서 잉크류를 발생시킨 경우에는, 색재 농도비의 범위가 1.1 이하가 된다. 검토에 의하면, 색재 농도 변화가 약 1.2 이하이면 사람이 색 불균일을 시각적으로 인지하는 것이 어려운 것으로 이해된다. 즉, 헤드 A는 경과 시간이 약 1.5초인 경우에도 색 불균일을 시각적으로 인지시킬 수 있을 정도의 색재 농도의 변화를 억제하므로, 헤드 B에 비해 훨씬 바람직하다. 도 25는 증발에 수반하여 색재 농도가 증가하는 경우를 나타낸다. 그러나, 본 실시예의 액체 토출 헤드는 증발에 따라 색재 농도가 낮아지는 경우에도 마찬가지로 색재 농도의 변화를 억제할 수 있다.
발명자들의 검토 등에 의하면, 본 실시예에 있어서의 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드에서는, 유로(24)의 높이(H), 오리피스 플레이트(유로 형성 부재(12))의 두께(P) 및 토출구의 길이(직경)(W) 사이의 관계가 이하의 식 (2)를 만족하는 것으로 이해된다.
H-0.34×P-0.66×W>1.7 ... 식 (2)
이하, 상기 식 (2)의 우측의 값은 판정값(J)을 지칭한다. 발명자들의 검토 등에 의하면, 식 (2)를 만족하는 액체 토출 헤드는 도 23에 도시된 유동 모드 A에 있고, 유동 모드 B를 발생시키는 액체 토출 헤드는 식 (2)를 만족하지 않는 것으로 이해된다.
이하, 식 (2)에 대하여 설명한다.
도 26은 제2 실시예의 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드와 비교예의 유동 모드 B를 발생시키는 액체 토출 헤드 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 26의 횡축은 H에 대한 P의 비(P/H)를 나타내고, 종축은 P에 대한 W의 비(W/P)를 나타내고 있다. 임계선(20)은 하기 식 (3)을 만족하는 선이다.
(W/P)=1.7×(P/H)- 0.34 ... 식 (3)
도 26에 있어서, H, P, 및 W 사이의 관계는, 임계선(20)의 상측 사선으로 나타내는 영역에 존재하는 액체 토출 헤드에서는 유동 모드 A에 대응하고, 임계선(20)을 아래 및 위의 영역에 존재하는 액체 토출 헤드에서는 유동 모드 B에 대응한다. 즉, 하기 식 (4)를 만족하는 액체 토출 헤드에 있어서 상기 관계는 유동 모드 A에 대응한다.
(W/P)>1.7×(P/H)- 0.34 ... 식 (4)
식 (4)를 변환하면, 식 (2)가 얻어진다. 따라서, H, P, 및 W 사이의 관계가 식 (2)를 만족하는 헤드(판정값(J)이 1.7 이상인 헤드)가 유동 모드 A에 대응한다.
상기 관계에 대하여 도 27a 내지 도 27d 및 도 28을 참조하여 더 설명한다. 도 27a 내지 도 27d는, 도 26에 나타내는 임계선(20)의 상측과 하측의 각각의 영역에 대응하는 액체 토출 헤드에 있어서의 토출구부(13b) 근방의 잉크류(17)의 모습을 설명하는 도면이다. 도 28은, 다양한 형상의 액체 토출 헤드에 대하여 유동이 유동 모드 A 또는 유동 모드 B에 대응하는지 여부를 설명하는 도면이다. 도 28에 있어서, 검은색 동그라미 표시는 유동 모드 A에 대응하는 액체 토출 헤드를 나타내며, x 표시는 유동 모드 B에 대응하는 액체 토출 헤드를 나타낸다.
도 27a는, H가 3㎛이고, P가 9㎛이며, W가 12㎛인 형상을 가지며, 1.7보다 큰 1.93의 판정값(J)을 갖는 액체 토출 헤드에서의 잉크류를 나타낸다. 즉, 도 27a에 나타내는 예는 유동 모드 A에 대응한다. 이 헤드는 도 28의 점 A에 대응한다.
도 27b는, H가 8㎛이고, P가 9㎛이며, W가 12㎛인 형상을 가지며, 1.7보다 작은 1.39의 판정값을 갖는 액체 토출 헤드에서의 잉크류를 나타낸다. 즉, 이 유동은 유동 모드 B에 대응한다. 이 헤드는 도 28의 점 B에 대응한다.
도 27c는, H가 6㎛이고, P가 6㎛이며, W가 12㎛인 형상을 가지며, 1.7보다 큰 2.0의 판정값을 갖는 액체 토출 헤드에서의 잉크류를 나타낸다. 즉, 이 유동은 유동 모드 A에 대응한다. 또한, 이 헤드는 도 28의 점 C에 대응한다.
마지막으로, 도 27d는, H가 6㎛이고, P가 6㎛이며, W가 6㎛인 형상을 가지며, 1.7보다 작은 1.0의 판정값을 갖는 액체 토출 헤드에서의 잉크류를 나타낸다. 즉, 이 유동은 유동 모드 B에 대응한다. 또한, 이 헤드는 도 28의 점 D에 대응한다.
상술한 바와 같이, 액체 토출 헤드는, 도 26의 임계선(20)을 경계로 사용하여, 유동 모드 A에 대응하는 액체 토출 헤드와 유동 모드 B에 대응하는 액체 토출 헤드로 분류될 수 있다. 즉, 식 (2)의 판정값(J)이 1.7보다 큰 액체 토출 헤드는 유동 모드 A에 대응하고, 잉크류(17)는 잉크 계면(13a)의 적어도 중앙부에서는 정의 속도 성분을 갖는다.
이어서, 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드(헤드 A)와 유동 모드 B를 발생시키는 액체 토출 헤드(헤드 B)로부터 각각 토출된 잉크 방울의 토출 속도의 비교에 대하여 설명한다.
도 29a 내지 도 29b는, 각 유동 모드의 액체 토출 헤드로부터 토출 후, 소정 시간 동안 정지한 후의, 토출 횟수와 그에 대응하는 토출 속도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29a는, 헤드 B를 사용하여, 토출 온도에서 잉크 점도가 약 4cP인, 고형분을 20중량％ 이상 함유하는 안료 잉크를 토출했을 때의 토출 횟수와 토출 속도 사이의 관계를 나타낸다. 도 29a에 나타낸 바와 같이, 잉크류(17)가 존재하는 경우에도 정지 시간에 따라 약 20회의 토출때까지 토출 속도가 저하되다. 도 29b는, 헤드 A를 사용하여, 도 29a의 경우와 동일한 안료 잉크를 토출할 때의 토출 횟수와 토출 속도 사이의 관계를 나타내며, 정지된 후 1회 토출부터 토출 속도가 저하되지 않는다. 본 실험에서는, 고형분 20중량％ 이상을 함유하는 잉크를 사용한다. 그러나, 농도가 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 잉크 중 고형분의 분산의 용이성이 수반되더라도, 대략 8중량％ 이상의 고형분을 함유하는 잉크가 토출될 때 모드 A의 효과가 명백하게 드러난다.
상술한 바와 같이, 유동 모드 A를 발생시키는 헤드에서는, 토출구로부터의 잉크의 증발에 의한 잉크의 증점에 의해 토출 속도가 저하되기 쉬운 잉크를 사용하는 경우에도, 잉크 액적의 토출 속도의 저하를 억제할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 통상의 환경의 경우에는, 유로 등의 형상에 관련된 P, W, 및 H 사이의 관계가, 토출구 내의 잉크류(17)의 유동이 유동 모드 A 또는 유동 모드 B에 대응하는지 여부에 지배적인 영향을 미친다. 이러한 조건 이외에, 예를 들어 잉크류(17)의 속도, 잉크의 점도, 잉크류(17)의 흐름 방향과 수직 방향의 토출구(13)의 폭(W와 교차하는 방향의 토출구의 길이) 등의 조건은 P, W, 및 H에 비해 영향이 매우 작다. 따라서, 잉크의 유속 또는 잉크의 점도는 액체 토출 헤드(잉크젯 기록 장치)의 요구 사양 또는 사용 환경의 조건에 기초하여 적절하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 유로(24)에서의 잉크류(17)의 유속은 0.1 내지 100㎜/s로 설정될 수 있으며, 토출 온도에서 30cP 이하의 잉크가 잉크의 점도로 적용될 수 있다. 또한, 사용 시의 환경 변화 등에 의해 토출구로부터의 잉크의 증발량이 증가하는 경우에는, 잉크류(17)의 유량을 적절하게 증가시킴으로써 유동 모드 A를 얻을 수 있다. 유동 모드 B의 액체 토출 헤드에서는, 유량이 증가해도 유동 모드 A가 얻어지지 않는다. 즉, 모드 A 또는 모드 B가 얻어지는지 여부에 대해서는, 잉크의 유속이나 잉크의 점도 조건보다는 상술한 액체 토출 헤드의 형상과 관련된 H, P, 및 W 사이의 관계가 지배적인 영향을 미친다. 또한, 유동 모드 A에 대응하는 각종 액체 토출 헤드 중에서도, 특히 H가 20㎛ 이하이고, P가 20㎛ 이하이며, W가 30㎛ 이하인 액체 토출 헤드는 고정밀 기록을 행할 수 있기 때문에 바람직하다.
위에서 설명된 바와 같이, 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드는, 잉크 계면(13a) 근방까지 정의 속도 성분을 갖고 도달하는 잉크류(17)에 의해, 토출구부(13b) 내의 잉크, 특히, 잉크 계면 근방의 잉크를 유로(24)까지 유출시킬 수 있다. 따라서, 토출구부(13b)의 내부의 잉크 체류를 억제할 수 있다. 그것에 의하여, 토출구로부터의 잉크의 증발에 대해서도, 토출구부 내의 잉크의 색재 농도의 상승 등을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 유로(24) 내의 잉크가 유동하고 있는 상태에서 잉크 토출 동작을 실시한다. 그로 인해, 잉크가 유로(24)(압력 챔버(23))로부터 토출구부(13b)의 내부에 들어가, 잉크 계면까지 도달한 후에, 잉크 유로로 복귀되는 잉크류가 존재하는 상태에서 잉크가 토출된다. 결과적으로, 기록 동작 정지 상태에 있어서도, 항상 토출구부(13b)의 내부의 색재 농도의 상승이 감소된다. 따라서, 기록 동작의 정지 후에 제1 토출의 토출이 양호하게 실행될 수 있고, 색 불균일의 발생이 감소될 수 있다. 그러나, 본 발명은, 잉크 유로(24)의 잉크류가 정지되어 있는 상태에서 잉크 토출 동작을 행하는 액체 토출 헤드에 적용가능하다. 기록 동작의 정지 후에 잉크 유로 내에 순환류를 발생시킴으로써 토출구부(13b)의 내부의 잉크 증점을 경감시킬 수 있고, 순환류를 정지시킨 후에 잉크를 토출할 수 있다.
(제3 실시예)
도 30은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 상술한 실시예의 것과 동일한 부분에는 동일한 참조 부호를 할당하고, 그 설명을 생략한다. 도 30에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, 토출구(13)(토출구부(13b))에 인접한 유로(24)의 높이는 다른 부분의 유로(24)의 높이보다 낮다. 구체적으로는, 유로(24)와 토출구부(13b)의 연통부의, 유로 내의 액체의 유동 방향에 관한 상류측에서의 유로(24)의 높이 H는, 유로(24)와 액체 공급 경로(18)(도 22a 내지 도 22c 참조) 사이의 연통부에 있어서의 유로(24)의 높이보다 낮다. 본 실시예에 있어서도, 식 (1)을 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 잉크류(17)의 적어도 일부가, 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치까지 도달한 후, 유로(24)로 복귀할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 구성에 있어서도, 식 (2)를 만족하도록 H, P, 및 W 각각의 크기를 설정함으로써 유동 모드 A가 발생한다.
본 실시예에서는, 유로(24)와 액체 공급 경로(18) 사이의 연통부로부터 토출구부에 인접하는 부분까지의 유로의 높이와, 토출구부에 인접하는 부분으로부터 액체 회수 경로(19)까지의 유로의 높이를 비교적 높게 설정함으로써, 그 부분의 유로 저항을 낮게 설정할 수 있다. 또한, 토출구부(13b)의 근방의 유로의 높이(H)를 상대적으로 작게 설명하면, 제1 실시예에서 설명한 유동 모드 A의 액체 토출 헤드를 얻을 수 있다. 통상, 식 (2)를 만족시키기 위해, 유로(24)의 높이를 전체적으로 낮게 설정하면, 액체 공급 경로(18) 또는 액체 회수 경로(19)로부터 토출구(13까지의 유로 저항이 높아지고, 토출에 의해 부족한 잉크를 재충전하는 속도(재충전 속도)가 저하되는 경우가 있다. 따라서, 본 실시예의 구성으로서, 토출구(13) 근방의 유로의 높이를, 그 이외의 부분의 유로의 높이보다 낮게 설정하여, 식 (1) 및 (2)를 만족시키면서 필요한 재충전 속도를 확보할 수 있게 한다. 이에 의해, 토출구에서의 잉크 점도의 증가의 억제와 고속 기록(처리량의 향상)의 양자 모두를 달성할 수 있다.
(제4 실시예)
도 31은, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 도 31에 있어서, 오리피스 플레이트(12)의 표면의 토출구(13)의 주위에 오목부(13c)가 형성되어 있다. 즉, 오리피스 플레이트에 형성된 오목부(13c) 내(오목부(13c)의 저면)에 토출구(13)가 형성되어 있다. 일반적인 상태 및 순환류가 존재하는 정상 상태에서, 잉크의 메니스커스(잉크 계면(13a))는, 토출구(13)와 오목부(13c)의 저면 사이의 경계면에 형성된다. 본 실시예에 있어서도, 식 (1)을 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 잉크류(17)의 적어도 일부가, 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치까지 도달한 후, 유로(24)로 복귀할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 구성에 있어서도, 식 (2)를 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정하면 유동 모드 A가 발생한다. 본 실시예에서, 식 (1) 및 (2)의 P는, 토출구부의 길이, 즉 도 31에 도시한 바와 같이, 잉크의 메니스커스가 형성되는 부분으로부터 유로(24)까지의 길이에 대응한다. 즉, 토출구(13)와 접촉하는 개소 근방의 오리피스 플레이트(12)의 두께는 다른 개소보다 얇다. 구체적으로는, 토출구(13)의 근방에 있어서의 오리피스 플레이트(12)의 두께는, 유로(24)와 액체 공급 경로(18)(도 22a 내지 도 22c 참조) 사이의 연통부에 있어서의 오리피스 플레이트의 두께보다 얇다.
본 실시예에서는, 오리피스 플레이트(12)의 두께를 헤드 전체로서는 어느 정도 두껍게 유지하면서, 토출구부(13b) 근방의 오리피스 플레이트의 두께(P)를 작게 설정할 수 있다. 통상, 식 (1) 및 식 (2)를 만족시키기 위해 토출구부의 길이(P)를 짧게 설정하면, 오리피스 플레이트 전체의 두께가 얇아져 버려, 오리피스 플레이트의 강도가 저하된다. 그러나, 본 실시예의 구성에 의하면, 제1 실시예 및 제2 실시예의 효과 이외에 오리피스 플레이트(12) 전체로서의 강도를 확보할 수 있다.
(제5 실시예)
도 32는, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 도 32에 도시한 바와 같이, 토출구(13)와 연결되는 부분 부근의 유로(24)의 높이가 다른 개소보다 낮다. 또한, 오리피스 플레이트(12)의 표면의 토출구(13)의 주위에는 오목부(13c)가 형성되어 있다. 구체적인 구성으로서는, 유로(24)와 토출구부(13b) 사이의 연통부의, 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측의 유로(24)의 높이(H)는, 유로(24)와 액체 공급 경로(18)(도 22a 내지 도 22c 참조) 사이의 연통부 근방의 유로(24)의 높이보다 낮다. 본 실시예의 구성에 있어서도, 제4 실시예와 마찬가지로, 통상 상태 및 순환류가 존재하는 정상 상태에 있어서, 잉크의 메니스커스(잉크 계면(13a))는 토출구(13)와 오목부(13c)의 저면의 경계면에 형성된다.
본 실시예는, 액체 공급 경로(18) 또는 액체 회수 경로(19)로부터 토출구(13)까지의 유로 저항을 낮게 유지하면서, 토출구 근방의 유로 높이(H)를 낮게 설정할 수 있다. 또한, 본 실시예는 토출구부(13b)의 길이(P)를 짧게 설정할 수 있다. 통상, 토출구(13)에 연결되는 부분 부근의 유로(24)의 높이를 다른 개소보다 낮게 설정하면, 그에 따라 토출구(13) 부근의 오리피스 플레이트(12)의 두께가 두꺼워지며, 토출구(13)의 길이(P)가 길어진다. 한편, 본 실시예의 구성에 의하면, 제1 실시예 및 제2 실시예의 효과 외에 필요한 재충전 속도를 확보할 수 있다.
(제6 실시예)
도 33은, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유동의 모습을 도시하는 도면이다. 도 33에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 액체 토출 헤드는, 유로(24)와 토출구부(13b) 사이의 연통부에 단차부를 갖고 있다. 본 실시예에 있어서, 토출구(13)로부터 상기 단차부가 형성되는 부분까지의 부분은 토출구부(13b)에 대응하며, 토출구부(13b)는 토출구부(13b)의 것보다 큰 직경을 갖는 부분(유로의 일부)를 통해 유로(24)에 연결된다. 따라서, 본 실시예에 있어서의 P, W, 및 H는 도면에 도시하는 바와 같이 규정된다. 액체 토출 헤드에 있어서도, 식 (1)을 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 잉크류(17)의 적어도 일부가, 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치에 도달한 후, 유로(24)로 복귀될 수 있다. 또한, 식 (2)를 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 유동 모드 A가 발생한다.
이와 같이, 유로로부터 토출구를 향하는 부분이 다단 구성을 가지면, 에너지 발생 소자(15)로부터 토출구(13)를 향하는 방향의 유동 저항을 비교적 작게 설정할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 구성은 토출 효율이 향상되도록 하기 때문에, 제1 실시예 및 제2 실시예의 효과 이외에, 예를 들어 본 실시예의 구성은 5pl 이하의 소 액적을 토출하는 경우에 바람직하다.
(제7 실시예)
도 34는, 본 발명의 제7 실시예에 따른 액체 토출 헤드 내를 유동하는 잉크의 잉크류의 유도의 모습을 도시하는 도면이다. 도 34에 도시한 바와 같이, 토출구(13)와 유로(24) 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부(13b)는 원뿔대의 형상을 갖는다. 구체적으로는, 유로측의 토출구부(13b)의 개구 크기가 토출구(13)측의 토출구부(13b)의 개구 크기보다 크고, 측벽은 테이퍼 형상을 갖는다. 이 구성에 따르면, 에너지 발생 소자(15)로부터 토출구(13)를 향하는 방향의 유동 저항을 비교적 작게 설정할 수 있고, 다라서 토출 효율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 있어서도, 식 (1)을 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 잉크류(17)의 적어도 일부가, 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치까지 도달한 후, 유로(24)로 복귀할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에서도, 식 (2)를 만족하도록 H, P, W의 크기를 설정하면, 유동 모드 A가 발생한다. 본 실시예에서, 식 (1) 및 (2)의 W에 대해서는, 도 34에 도시된 바와 같이, 토출구부(13b)와 유로(24) 사이의 연통부의 길이가 W로 정의된다. 또한, 제1 실시예의 효과 이외에, 예를 들어 본 실시예의 구성은 5pl 이하의 작은 액적이 토출되는 경우에 바람직한 구성이다.
(제8 실시예)
도 35a 및 도 35b는, 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 헤드, 특히 토출구의 형상의 2가지 예를 도시하는 도면이며, 토출구(13)로부터 액체가 토출되는 방향에서 본 액체 토출 헤드의 평면도(개략도)를 나타낸다. 본 실시예의 토출구(13)는, 토출구의 중심을 향하여 각각 연장되는 돌기부(13d)가 서로 대향하는 위치에 형성된 형상을 갖는다. 돌기부(13d)는, 토출구(13)의 외부 표면으로부터 토출구부(13b)의 내부에까지 연속하여 연장되어 있다. 돌기부를 갖는 형상에서도, 식 (1)을 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 잉크류(17)의 적어도 일부가, 압력 챔버(23)로부터 잉크 계면(13a)을 향하는 방향에 있어서의 토출구부(13b)의 절반 이상에 대응하는 위치에 도달한 후, 유로(24)로 복귀될 수 있다. 또한, 식 (2)를 만족하도록 H, P, 및 W의 크기를 설정함으로써, 유동 모드 A가 발생한다.
도 35a에 도시된 예의 토출구에는, 유로(24) 내의 액체의 유동에 교차하는 방향으로 돌출하는 돌기부(13d)가 형성된다. 도 35b에 도시된 예의 토출구에는, 잉크류의 방향으로 돌출하는 돌기부(13d)가 형성되어 있다. 토출구(13)에 이러한 돌기부를 형성되면, 돌기부(13d)의 사이에 형성되는 메니스커스가 토출구 내의 다른 부분의 메니스커스에 비해 보다 유지되기가 쉽게 할 수 있고, 토출구로부터 연장되는 잉크 액적의 꼬리 끌기를 보다 조기에 커팅할 수 있다. 이에 의해, 주적에 부수되어 발생하는 미세 액적에 대응하는 미스트의 발생을 억제할 수 있다.
도 44a 내지 도 45b는, 도 35b에 도시된 액체 토출 헤드의 보다 구체적인 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시예에 있어서의 각 부분의 구체적인 크기는, 도 44a, 도 44b의 구성에서는 H=16㎛, P=6㎛, W=22㎛이고 판정값(J)=2.6이며, 도 45a, 도 45b에서는 H=5㎛, P=5㎛, W=20㎛이고 판정값(J)=4.3이다.
(제9 실시예)
도 36a 내지 도 38은, 본 발명의 제9 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 설명하는 도면이다. 본 실시예는 제2 내지 제8 실시예를 개선한 것이며, 상술한 실시예를 제한하는 것은 아니다. 토출구(13)에 형성되는 잉크 계면(13a)으로부터의 잉크 수분 등의 증발량과 잉크류(17)의 유량 사이의 관계에 대하여 도 36a 및 도 36b 및 도 37a 및 도 37b를 참조하여 설명한다. 환경 조건 등에 따라, 잉크 계면(13a)으로부터의 증발량이 비교적 많고, 그 증발량에 대하여 잉크류(17)의 유량이 적은 경우에는, 도 36a에 도시한 바와 같이, 토출구부(13b) 내에 있어서의 잉크의 유동에 대해 잉크 계면(13a)을 향하는 유동이 지배적이 된다. 이하, 상술한 바와 같이 토출구부(13b)에 있어서의 잉크의 유동에 대해 잉크 계면(13a)을 향하는 유동이 지배적인 상태를 상태 D라 칭한다. 상태 D의 경우, 토출구부 내의 색재 농도는 도 37a에 도시된 바와 같이 증발에 의해 비교적 높아진다. 대조적으로, 증발량이 많아도 증발량에 대하여 잉크류(17)가 충분한 경우에는, 도 36b에 도시하는 바와 같이 토출구부(13b) 내에 있어서의 잉크의 유동에서, 잉크 계면(13a)을 향하는 유동에 대하여 잉크류(17)의 유동이 지배적이 된다. 이하, 상술한 바와 같이 토출구부(13b)에 있어서의 잉크의 유동에서 잉크 계면(13a)을 향하는 유동에 대해 이크류(17)가 지배적인 상태를 상태 C라 칭한다. 이러한 방식에서, 도 37b에 도시된 바와 같이, 토출구부 내의 색재 농도는 비교적 낮아진다. 즉, 제1 및 제2 실시예에서 설명된 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 액체 토출 헤드에 있어서, 상태 C가 존재할 수 있다. 더 구체적으로는, 액체 토출 헤드의 사용시의 환경 조건 등에 의해 잉크 계면(13a)으로부터의 증발량이 증가해도, 잉크류(17)의 유량을 충분히 충분히 증가시킴으로써, 상태 C를 얻을 수 있다. 이에 의해, 토출구로부터의 잉크의 증발에 의해 색재 농도 변화 등이 발생한 잉크가 토출구부(13b)에 체류하는 것이 보다 억제될 수 있다.
비교예로서 식 (2)를 만족하지 않는 액체 토출 헤드의 경우에 대하여 설명한다. 이 예에서는, 잉크류(17)의 유량을 증가시켜도 유동 모드 A는 얻어지지 않는다. 즉, 유동 모드 A를 얻기 위해서는, 식 (2)를 만족시킬 필요가 있다.
여기서, 식 (2)를 만족하는 액체 토출 헤드의 경우에 있어서도, 잉크류(17)의 양이 증가함에 따라 압력 손실이 증가한다. 이로 인해, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(도 2 및 도 3 참조) 사이의 압력차를 증가시킬 필요가 있다. 또한, 액체 토출 헤드 내의 각 토출구까지의 압력차가 커지고, 토출 특성을 균일하게 하는 것이 곤란해진다. 따라서, 이들의 관점에서는, 잉크류(17)의 유량은 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 유동 모드 A를 발생시키는 액체 토출 헤드에 있어서 상태 C를 얻기 위한 잉크류(17)의 유속 조건의 일례에 대하여 이하에 설명한다.
본 실시예는, H가 3 내지 6㎛의 범위에 있고, P가 3 내지 6㎛의 범위에 있으며, W가 17 내지 25㎛의 범위에 있는 액체 토출 헤드에 있어서, 증발에 의해 색재 농도 변화가 발생한 잉크가 토출구부(13b)의 내부에 체류하는 것을 억제하기 위해, 이하의 조건을 설정한다. 즉, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)과 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12) 사이의 관계를 하기 식 (5)로 설정한다.
V17≥27×V12 ... 식 (5)
발명자들의 검토 등에 의하면, 식 (5)를 만족하는 액체 토출 헤드는 유동 모드 A에 대응하는 것으로 이해된다. H가 3 내지 6㎛의 범위에 있고, P가 3 내지 6㎛의 범위에 있으며, W가 17㎛ 이상인 액체 토출 헤드는 식 (2)를 만족하기 때문에, 증발량에 대하여 충분한 양의 잉크를 순환시킴으로써 상태 C를 얻을 수 있다. 상기 식 (5)는, 상태 C를 얻는데 필요한 순환 유속을 나타내는 식이다. 식 (5)에 대해 도 38을 참고하여 설명한다.
도 38은 상태 C가 얻어지는 증발 속도와 순환 유속 사이의 관계와, 상태 D가 얻어지는 증발 속도와 순환 유속 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 38의 횡축은 증발 속도(V12)를 나타내고, 도 38의 종축은 순환에 의한 잉크류의 유속(V17)을 나타낸다. 4개의 형상에 대응하는 각 액체 토출 헤드 1 내지 4에 대하여 각 유동 모드 마다의 데이터를 나타내고 있다. 액체 토출 헤드 1에서는, H가 6㎛이고, P가 6㎛이고, W가 17㎛이며, 판정값(J)이 2.83이다. 액체 토출 헤드 2에서는, H가 6㎛이고, P가 6㎛이고, W가 21㎛이며, 판정값(J)이 3.5이다. 액체 토출 헤드 3에서는, H가 5㎛이고, P가 3㎛이고, W가 21㎛이며, 판정값(J)이 5.88이다. 액체 토출 헤드 4에서는, H가 5㎛이고, P가 3㎛이고, W가 25㎛이며, 판정값(J)이 7.0이다.
도 38로부터, 하나의 액체 토출 헤드에서는, 상태 D가 아닌 상태 C를 얻는데 필요한 순환 유속(V17)은, 증발 유속(V12)에 비례하는 것을 알 수 있다. 또한, 판정값(J)이 작을수록 상태 C를 얻기 위하여 필요한 순환 유속이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, H가 3 내지 6㎛의 범위에 있고, P가 3 내지 6㎛의 범위에 있으며, W가 17 내지 25㎛의 범위에 있는 액체 토출 헤드를 사용하고, 판정값(J)이 가장 작은 값에 대응하는 2.83인 경우(액체 토출 헤드 1)에는, 순환 유속을 증발 유속의 27배 이상으로 설정하면 상태 C가 얻어진다. 따라서, H가 3 내지 6㎛의 범위에 있고, P가 3 내지 6㎛의 범위에 있으며, W가 17㎛ 이상의 액체 토출 헤드에 있어서는, 식 (5)가 만족될 때 상태 C가 얻어지고, 증발에 의해 색재 농도 변화가 발생한 잉크가 토출구부(13b)에 체류하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 토출구(13)로부터의 액체 증발에 수반하는, 화상의 색 불균일 발생을 저감시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 발명자들의 실험 등에서는, W가 18㎛인 원형 토출구로부터의 증발량이 약 140pl/s이며, 평균 증발 유속은 약 1.35×10-4m/s이다. 따라서, 이 경우, 평균이 0.0036m/s 이상인 순환 유속이 필요해진다. 여기서, 증발량은 토출구부(13b)의 잉크의 농도가 변화하지 않을 때의 증발량을 나타낸다.
마찬가지로, H가 8㎛, P가 8㎛, 및 W가 17㎛인 액체 토출 헤드를 사용하고, 판정값(J)이 2.13인 경우, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 50배 이상으로 설정함으로써 상태 C가 얻어진다. 따라서, H가 8㎛ 이하, P가 8㎛ 이하, 및 W가 17㎛ 이상인 액체 토출 헤드에 있어서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 50배 이상으로 설정하면 상태 C를 얻을 수 있다. 이에 의해, 증발에 의해 색재 농도 변화가 발생한 잉크가 토출구부(13b) 내에 체류하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 토출구(13)로부터의 액체 증발에 수반하는, 화상의 색 불균일의 발생을 저감시키는 것이 가능해진다. 위 설명과 마찬가지로, W가 18㎛인 원형 토출구로부터의 증발량이 약 140pl/s인 경우에는, 평균이 0.0067m/s 이상인 순환 유속이 필요해진다.
마찬가지로, H가 15㎛, P가 7㎛, 및 W가 17㎛이고, 판정값(J)이 1.87인 액체 토출 헤드에서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 50배 이상으로 설정함으로써 상태 C가 발생할 수 있다. 따라서, H가 15㎛ 이하, P가 7㎛ 이하, 및 W가 17㎛ 이상인 액체 토출 헤드에 있어서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 100배 이상으로 설정하면 상태 C를 얻을 수 있다. 위 설명과 마찬가지로, W가 18㎛인 원형 토출구로부터의 증발량이 약 140pl/s인 경우에는, 평균이 0.0135m/s 이상인 순환 유속이 필요해진다.
이어서, 다른 액체 토출 헤드의 구성에 대하여 설명한다. 본 액체 토출 헤드는, H가 14㎛ 이하, P가 12㎛ 이하, W가 17㎛ 이상이며, H, P, W가 식 (2)를 만족하는 액체 토출 헤드이다. 이 액체 토출 헤드는, 토출구로부터의 잉크의 증발에 의해 색재 농도 변화가 발생한 잉크가 토출구부(13b)에 체류하는 것을 억제하도록 이하의 식 (6)을 만족하고 있다. 즉, 순환류(17)의 평균 유속(V17)과 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)이 하기 식 (6)을 만족하고 있다.
V17≥900×V12 ... 식 (6)
H가 12.3㎛, P가 9㎛, 및 W가 17㎛인 액체 토출 헤드(판정값(J)이 1.7)에서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 900배로 설정함으로써 상태 C를 얻을 수 있다. 마찬가지로, H가 10㎛, P가 10㎛, 및 W가 17㎛인 액체 토출 헤드(판정값(J)이 1.7)에서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 900배로 설정함으로써 상태 C를 얻을 수 있다. 마찬가지로, H가 8.3㎛, P가 11㎛, 및 W가 17㎛인 액체 토출 헤드(판정값(J)이 1.7)에서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 900배로 설정함으로써 상태 C를 얻을 수 있다. 마찬가지로, H가 7㎛, P가 12㎛, 및 W가 17㎛인 액체 토출 헤드(판정값(J)이 1.7)에서는, 잉크류(17)의 평균 유속(V17)을 잉크 계면(13a)으로부터의 평균 증발 유속(V12)의 900배로 설정함으로써 상태 C를 얻을 수 있다.
따라서, H가 14㎛ 이하, P가 12㎛ 이하, 및 W가 17㎛ 이상이며, H, P, 및 W가 식 (2)를 만족하는 액체 토출 헤드는 식 (6)을 만족함으로써 상태 C를 얻는다.
이상의 제9 실시예에 대하여, 상태 C가 얻어지는 조건은 이하와 같이 요약된다.
H가 14㎛ 이하이고, P가 12㎛ 이하이며, W가 17㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 유로 내의 액체의 유속은 토출구로부터의 증발 속도의 900배 이상이다.
대안적으로, H가 15㎛ 이하이고, P가 7㎛ 이하이며, W가 17㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 유로 내의 액체의 유속은 토출구로부터의 증발 속도의 100배 이상이다.
대안적으로, H가 8㎛ 이하이고, P가 8㎛ 이하이며, W가 17㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 유로 내의 액체의 유속은 토출구로부터의 증발 속도의 50배 이상이다.
대안적으로, H가 3㎛ 이상 6㎛ 이하이고, P가 3㎛ 이상 6㎛이며, W가 17㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 유로 내의 액체의 유속은 토출구로부터의 증발 속도의 27배 이상이다.
여기서, 상기 액체의 유속 규정은, 각 헤드 형상 범위에서 상태 C를 얻는데 가장 곤란한 형상이 사용되는 경우에도 상태 C가 얻어지는 범위에 대응한다. 각 헤드 형상 범위의 다른 형상이 사용되는 경우, 보다 작은 유속에서 상태 C를 얻을 수 있다.
(제10 실시예)
도 39a 내지 도 42는, 본 발명의 제10 실시예에 따른 액체 토출 헤드에 대하여 설명하기 위한 도면이며, 본 실시예는 하기 2가지 유형의 특성과 토출구를 포함하는 유로 형상 사이의 관계에 관한 것이다.
특성 1) 잉크류의 유동 모드
특성 2) 토출구로부터 토출되는 토출 액적
특히, 토출량(Vd)이 5pl인 이하의 3가지 토출구 형상을 예로 사용하여 상기 특성과의 관계를 설명한다.
유로 형상 A) H=14㎛, P=11㎛, W=16㎛(J=1.34)
유로 형상 B) H=09㎛, P=11㎛, W=18㎛(J=1.79)
유로 형상 C) H=14㎛, P=06㎛, W=18㎛(J=2.30)
여기서,
H: 유로(24) 내의 액체의 유동 방향의 상류측에서의 유로(24)의 높이(도 22a 내지 도 22c 참조)
P: 액체가 토출구(13)로부터 토출되는 방향에서의 토출구부(13b)의 길이(도 22a 내지 도 22c 참조)
W: 유로(24) 내의 액체의 유동 방향의 토출구부(13b)의 길이(도 22a 내지 도 22c 참조)
Z: 토출구(13)의 내접원의 유효 길이
그러나, 토출구(13)는 원 형상을 갖기 때문에(도 22a 내지 도 22c 참조), 토출구(13)의 내접원의 유효 직경(Z)은 W과 동등하다.
또한, Vd가 5pl인 예를 사용한 것은, 토출량이 큰 경우, 복수의 주적과 부적(sub-droplet)(이하, 새틀라이트라고도 함)이 발생하기 쉬워져, 액적이 화질 열화를 초래하기 때문이다.
도 39a 내지 도 39c는 3개의 유로 형상 A 내지 C의 유동 모드를 나타내는 도면이다. 도 40은, 토출량(Vd)이 약 5pl에 대응하도록 토출구의 직경이 변화될 때의 판정값(J)의 값을 나타내는 등고선도이다. 도 40에서, 횡축은 H를 나타내고, 종축은 P를 나타낸다.
유로 형상 A는 1.34의 판정값(J)을 가지며, 도 39a에 도시한 바와 같이 유동 모드 B를 발생시킨다. 유로 형상 A의 P에 H를 가산하여 얻은 크기(이하, OH라고 치하기도 함)는 25㎛이다. 그러나, H 또는 P가 작게 설정될 필요가 있고, OH는 판정값(J)을 증가시키도록 감소될 필요가 있다. OH가 20㎛과 동등한 경우, H만을 작게 설정한 유로 형상 B는 1.79의 판정값(J)을 가지며, 도 39b에 도시한 바와 같이 유동 모드 A를 발생시킨다. 또한, P만을 작게 설정한 유로 형상 C는, 2.30의 판정값(J)을 가지며, 도 39c에 도시한 바와 같이 마찬가지로 유동 모드 A에 대응한다. 부가적으로, 유로 형상 C에서는, 유로 형상 B에 비해 토출구 내에 잉크류의 유동이 진입하기 쉽고, 잉크가 토출구부(13b) 내부에 체류하는 것을 보다 억제할 수 있다. 따라서, 잉크류의 유동 모드에 관하여 이하의 형상이 주어진다.
형상 특성 (1): 동일한 OH에 대하여, P는 작게 설정되는 것이 바람직하다(도 40 참조)
형상 특성 (2): OH는 저하되는 것이 바람직하다(도 40 참조)
한편, 도 41a 내지 도 41c는 각각 3가지 유형의 유로 형상 A 내지 C의 토출 액적을 관찰한 결과를 도시하는 도면이다. 도 42는, 토출량(Vd)이 약 5pl에 대응하도록 토출구의 직경을 변화시킨 경우에 기포가 대기와 연통되는 시간(이하, Tth라고도 함)을 계산함으로써 얻어지는 값을 나타내는 등고선도이다. 도 42에서, 횡축이 H를 나타내고, 종축이 P를 나타낸다.
도 41a 및 도 41c는, 주적과 새틀라이트에 대응하는 2 종류의 토출 액적이 발생하는 경우를 나타낸다. 한편, 도 41b는, 주적과 복수의 새틀라이트가 발생하는 경우를 나타내고 있다. 유로 형상 A에서, Tth는 5.8us과 동등하다. 유로 형상 C에서, Tth는 4.5us와 동등하다. 한편, 유로 형상 B에서, Tth는 3.8us와 동등하며, Tth는 작아진다(도 42 참조). 일반적으로, 토출량 Vd이 본 실시예에서와 같이 크고, Tth가 작으면, 복수의 새틀라이트가 발생하는데, 이는 Tth가 작으면, 즉 대기와의 연통이 촉진되면, 세장형 테일(꼬리 끌기)이 발생하기 쉽고, 불안정한 테일에 의한 다수의 노드가 발생하기 때문이다. 그 결과, 세장형 테일의 수는 하나로 감소되지 못하고, 도 41b에 도시된 바와 같이 복수의 새틀라이트가 발생한다. 따라서, 새틀라이트에 관하여 이하의 제한을 부여할 수 있다.
형상 특성 (3): 동일한 OH에 대하여, P는 작게 설정되는 것이 바람직하다(도 42 참조)
형상 특성 (4): OH 증가시키는 것이 바람직하다(도 42 참조)
따라서, 토출구부(13b) 내에 잉크가 체류하는 것을 억제하는데 필요한 판정값(J)을 증가시키기 위해서,
형상 특성 A) OH를 저하시키고,
형상 특성 B) 동일한 OH에 대해 H보다 P를 작게 설정한다.
또한, 주적과 새틀라이트를 억제하는데 필요한 판정값(Tth)을 증가시키기 위해서는,
형상 특성 C) OH를 증가시키고,
형상 특성 D) 동일한 OH에 대해, H보다 P를 작게 설정한다. 형상 특성 A)와 형상 특성 C)가 상반되는 특성을 나타내기 때문에, 양립 해결책으로서 이하의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
유동 모드의 판정값 J>1.7이고, 대기와 연통하는 시간의 판정값(Tth)>4.0㎲이다.
따라서, 도 42에 도시한 범위가 채용되는 것이 바람직하다. 여기서, 판정값(Tth)이 상기 조건을 만족할 때, 도 42에 나타내는 선도에 있어서 판정값(Tth)은,
Tth=0.350×H+0.227×P-0.100×Z
로 근사된다. 상기 식은, H나 P가 감소하거나 Z가 증가한 경우, Tth가 감소되고 복수의 새틀라이트가 용이하게 발생하는 것을 나타낸다. 특히, H는 P의 감도의 약 1.5배인 감도를 갖는다. 따라서, 동일한 OH에 대해서, P가 작게 설정되면, Tth의 감소가 억제될 수 있고, 새틀라이트의 발생이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 조건은 이하의 식에 의해 나타낼 수 있다.
0.350×H+0.227×P-0.100×Z>4 ... 식 (7)
상기 범위 내에 있는 토출구의 형상 특성이 채용되면, 토출량(Vd)이 5ng일 때에 순환 효과(토출구부(13b) 내의 잉크의 체류 억제)와 새틀라이트의 발생 억제를 달성할 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 토출구 근방의 액체의 품질 변화를 억제할 수 있으며, 따라서 예를 들어 토출구를 통한 액체 증발에 의한 잉크 점도의 증가를 억제하고 화상의 색 불균일을 감소시키는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 제2 실시예에서 설명된 식 (2)를 만족하면, 유동 모드 A를 얻을 수 있고, 토출구부(13b) 내의 잉크의 체류를 억제할 수 있다. 이에 의해, 색재 농도의 상승을 저감시키는 것이 가능해진다. 유로(24)를 통해 유동하는 잉크의 유속은, 본 실시예에서 설명된 접근법에 따라 액체 토출 헤드가 사용되는 조건, 환경 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시예를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (30)

  1. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 토출하는 토출구와,
    액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와,
    상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와,
    외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와,
    상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고,
    상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H[㎛]로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P[㎛]로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W[㎛]로 설정될 때,
    H-0.34×P-0.66×W > 1.7의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 높이 H가 20 이하이고, 상기 길이 P가 20 이하이며, 상기 길이 W가 30 이하인, 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 토출 헤드는 액체를 더 포함하고, 상기 유로 내에서 유동하는 액체의 점도가 30cP 이하이고, 상기 액체의 유동의 속도가 0.1 내지 100㎜/s의 범위 내에 있는, 액체 토출 헤드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유로의 높이 H는 상기 유로와 상기 공급 유로 사이의 연통부에 있어서의 상기 유로의 높이보다 낮은, 액체 토출 헤드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토출구가 형성되는 오리피스 플레이트를 더 포함하고,
    상기 토출구의 근방에 있어서의 상기 오리피스 플레이트의 두께가, 상기 유로와 상기 공급 유로 사이의 연통부에 있어서의 상기 오리피스 플레이트의 두께보다 얇은, 액체 토출 헤드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토출구가 형성되는 오리피스 플레이트를 더 포함하고,
    상기 오리피스 플레이트에는 오목부가 형성되며, 상기 토출구는 상기 오목부 내에 형성되는, 액체 토출 헤드.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 높이 H가 14 이하이고, 상기 길이 P가 12 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 상기 액체의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 900배 이상인, 액체 토출 헤드.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 높이 H가 15 이하이고, 상기 길이 P가 7 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 상기 액체의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 100배 이상인, 액체 토출 헤드.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 높이 H가 8 이하이고, 상기 길이 P가 8 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 상기 액체의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 50배 이상인, 액체 토출 헤드.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 높이 H가 3 이상 6 이하이고, 상기 길이 P가 3 이상 6 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 상기 액체의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 27배 이상인, 액체 토출 헤드.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 액체 토출 장치이며,
    액체를 토출하는 토출구와, 액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와, 상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와, 상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 구비하는 액체 토출 헤드와,
    액체를, 상기 공급 유로를 통하여 외부로부터 상기 유로에 유입시키고, 상기 유로로부터 상기 유출 유로를 통하여 외부에 유출시키기 위한 공급 수단을 포함하고,
    상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H[㎛]로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P[㎛]로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W[㎛]로 설정될 때,
    H-0.34×P-0.66×W > 1.7의 식이 만족되는, 액체 토출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 높이 H가 14 이하이고, 상기 길이 P가 12 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 900배 이상인, 액체 토출 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 높이 H가 8 이하이고, 상기 길이 P가 8 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 50배 이상인, 액체 토출 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 공급 수단은, 상기 액체 토출 헤드가, 상기 액체를, 상기 공급 유로를 통하여 외부로부터 상기 유로에 유입시키고, 상기 유로로부터 상기 유출 유로를 통하여 외부에 유출시키게 하는, 액체 토출 장치.
  20. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 토출하는 토출구를 구비하는 오리피스 플레이트와,
    상기 오리피스 플레이트와 기판 사이에, 일단부측으로부터 타단부측까지 액체를 공급하는 유로가 형성되는 기판을 포함하고,
    상기 토출구는 상기 유로의 일단부측과 타단부측 사이에 형성되고,
    상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와, 상기 유로 사이의 연통부의, 상기 일단부측에서의 상기 유로의 높이가 H[㎛]로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P[㎛]로 설정되며, 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측을 향하는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W[㎛]로 설정될 때,
    H-0.34×P-0.66×W > 1.7의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드.
  21. 제20항에 있어서,
    외부로부터 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와,
    상기 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 높이 H가 15 이하이고, 상기 길이 P가 7 이하이고, 상기 길이 W가 17 이상 30 이하이며, 상기 유로 내의 유속은 상기 토출구로부터의 증발 속도의 100배 이상인, 액체 토출 헤드.
  23. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 토출하는 토출구와,
    액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와,
    상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와,
    외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와,
    상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고,
    상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H[㎛]로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P[㎛]로 설정되고, 상기 유로 내의 상기 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W[㎛]로 설정되며,
    상기 토출구부의 내접원의 유효 직경이 Z[㎛]로 설정될 때,
    H-0.34×P-0.66×W > 1.7의 식 및 0.350×H + 0.227×P - 0.100×Z > 4의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 액체의 고형분 함량이 8wt％ 이상인, 액체 토출 헤드.
  25. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 토출하는 토출구와,
    액체를 토출하는데 이용되는 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자가 배치되는 유로와,
    상기 토출구와 상기 유로 사이의 연통을 가능하게 하는 토출구부와,
    외부로부터 상기 유로에 액체를 유입시키기 위한 공급 유로와,
    상기 유로로부터 외부에 액체를 유출시키기 위한 유출 유로를 포함하고,
    상기 유로와 상기 토출구부 사이의 연통부의, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에 있어서의 상류측에서의 상기 유로의 높이가 H[㎛]로 설정되고, 상기 토출구로부터 상기 액체가 토출되는 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 P[㎛]로 설정되며, 상기 유로 내의 액체의 유동 방향에서의 상기 토출구부의 길이가 W[㎛]로 설정될 때,
    H-0.34×P-0.66×W > 1.5의 식이 만족되는, 액체 토출 헤드.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제25항에 있어서,
    상기 에너지 발생 소자를 내부에 구비하는 압력 챔버를 더 포함하고,
    상기 압력 챔버 내의 액체는 상기 압력 챔버의 내부와 외부 사이에서 순환되는, 액체 토출 헤드.
  29. 삭제
  30. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 발생 소자를 내부에 구비하는 압력 챔버를 더 포함하고,
    상기 압력 챔버 내의 액체는 상기 압력 챔버의 내부와 외부 사이에서 순환되는, 액체 토출 헤드.
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