KR102220726B1 - 액체 토출 방법, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드 - Google Patents

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Abstract

액체 토출 방법은, 액체를 가열하도록 구성되는 가열면과 상기 가열면에 대응하는 토출구를 포함하는 액체 토출 헤드를 사용하여, 상기 가열면에 의해 액체를 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록, 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킴으로써, 상기 토출구로부터 액체를 토출시키는 단계를 포함하며, 상기 토출구로부터 액체를 토출시키기 위해서, 상기 가열면에 의해 액체를 0.5 마이크로초 이하 동안 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록, 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킨다.

Description

액체 토출 방법, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드{LIQUID EJECTION METHOD, LIQUID EJECTION APPARATUS, AND LIQUID EJECTION HEAD}
본 개시내용은, 잉크를 포함하는 다양한 액체를 토출하기 위한 액체 토출 방법, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드에 관한 것이다.
기록 헤드의 토출구로부터 잉크를 토출해서 화상을 기록하도록 구성되는 잉크젯 기록 장치에 있어서는, 기록 헤드로부터 토출되는 잉크의 주적과 함께, 새틀라이트 액적이라 칭해지는 작은 부적이 발생할 수 있다. 새틀라이트 액적은 기록된 화상의 품위의 저하를 초래할 수 있다. 또한, 새틀라이트 액적은 기록 장치의 내부에 부착되어 기록 장치의 고장을 일으킬 수 있다.
미국 특허 출원 공개 공보 제2011/0205303호는, 이러한 새틀라이트 액적을 방지하도록 잉크 유로의 높이와 토출구의 깊이를 설정하는 방법을 기재하고 있다. 구체적으로는, 잉크 유로의 높이는 약 7.5㎛ 이하로 설정되고, 토출구의 깊이는 10㎛ 이하로 설정된다.
그러나, 미국 특허 출원 공개 공보 제2011/0205303호에 기재된 바와 같이 잉크 유로의 높이 및 토출구의 깊이를 작게 한 경우에는, 잉크의 토출이 불안정해지는 것을 새롭게 발견했다. 구체적으로는, 동일한 토출구로부터 잉크를 토출시키는 토출 동작을 복수회 반복하는 경우, 토출 동작들 간에 잉크 토출 속도가 변동한다. 상기 변동은, 특히 토출 동작의 반복 주기가 짧을 때, 즉 기록 헤드의 구동 주파수가 높을 때에 발생하기 쉬운 것을 발견했다. 이러한 불안정한 잉크 토출 상태는 기록된 화상의 품위를 저하시킨다.
한편, 토출 동작의 반복 주기를 길게 하는 경우, 즉 기록 헤드의 구동 주파수를 낮게 하는 경우에는, 잉크 토출 상태는 안정되지만, 기록 장치로서의 생산성이 저하된다.
본 개시내용은, 안정된 액체 토출 상태를 유지하면서 액체를 효율적으로 토출할 수 있는 액체 토출 방법, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 헤드에 관한 것이다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 액체 토출 방법은, 액체를 가열하는 가열면과 상기 가열면에 대응하는 토출구를 구비하는 액체 토출 헤드를 사용하여, 상기 가열면에 의해 액체를 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록, 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킴으로써, 토출구로부터 액체를 토출하는 단계를 포함하며, 상기 토출구로부터 액체를 토출시키기 위해서, 상기 가열면에 의해 액체를 0.5 마이크로초 이하 동안 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록, 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킨다.
본 개시내용의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시내용의 제1 예시적인 실시형태에 따른 액체 토출 장치의 주요부를 도시하는 사시도이다.
도 2는 액체 순환 경로의 제1 형태를 도시한다.
도 3은 액체의 순환 경로의 제2 형태를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 예시된 액체 토출 헤드를 각각 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 액체 토출 헤드를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 유로 부재를 도시한다.
도 7은 유로 부재에 의해 형성되는 유로를 도시한다.
도 8은 도 7에 나타낸 VIII-VIII 선을 따라 취한 유로 부재의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 소자 기판을 각각 도시하는 사시도이다.
도 10은 소자 기판을 도시하는 평면도이다.
도 11a는 도 10에 나타낸 XIa 부분을 도시하는 확대도이며, 도 11b는 소자 기판을 도시하는 상세 저면도이다.
도 12는 도 10에 나타낸 XII-XII 선을 따라 취한 소자 기판의 단면도이다.
도 13은 2개의 소자 기판의 인접부를 도시하는 확대도이다.
도 14a 및 도 14b는 소자 기판의 토출구 부분을 각각 도시하는 확대도이다.
도 15a 내지 도 15e는 기본적인 액체 토출 동작을 도시한다.
도 16a 내지 도 16e는 액체의 재충전 동작을 도시한다.
도 17a 내지 도 17g는 비교예에 따른 액체 토출 동작을 도시한다.
도 18a 내지 도 18f는 액체 토출 동작을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 액체 토출 속도의 변화를 각각 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 액체 가열 시간과 액체 토출 속도의 표준 편차 사이의 관계를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 본 개시내용의 제2 예시적인 실시형태에 따른 구동 펄스를 도시한다.
도 22a 내지 도 22c는 본 개시내용의 제3 예시적인 실시형태에 따른 애스펙트비와 액체 발포 사이의 관계를 도시한다.
도 23은 애스펙트비와 액체 토출 속도의 표준 편차 사이의 관계를 도시한다.
도 24a 및 도 24b는 본 개시내용의 제4 예시적인 실시형태에 따른 토출구의 크기와 액체 발포 사이의 관계를 도시한다.
도 25는 도 1에 도시된 액체 토출 장치의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 개시내용의 다양한 예시적인 실시형태에 대해서 설명한다. 이하에 설명되는 예시적인 실시형태는, 잉크(액체) 탱크와 잉크젯 기록 헤드(액체 토출 헤드) 사이에서 잉크를 순환시키는 순환 경로를 구비하는 잉크젯 기록 장치(액체 토출 장치)에 대한 본 개시내용의 적용 예이다. 그러나, 본 개시내용은 예시적인 실시형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 잉크를 순환시키는 대신에, 기록 헤드에서 잉크가 공급되는 방향의 상류측과 하류측에 탱크가 각각 제공되어, 탱크 중 하나로부터 다른 탱크로 잉크를 이동시킴으로써, 기록 헤드의 압력실 내에서 잉크를 유동시킬 수 있다.
또한, 이하에 설명되는 예시적인 실시형태에 따른 기록 헤드는 이른바 기록 매체의 폭에 대응하는 길이를 갖는 라인 헤드이지만, 본 개시내용은 기록 매체 상에 화상을 기록하기 위해서 주사 방향으로 이동하면서 잉크를 토출하도록 구성되는 이른바 시리얼형 기록 헤드에도 적용가능하다. 시리얼형 기록 헤드의 구성예는 블랙 잉크를 위한 하나의 소자 기판과 컬러 잉크를 위한 하나의 소자 기판을 포함하는 기록 헤드를 포함한다. 구성은 상술한 구성으로 한정되지 않으며, 예를 들어 기록 헤드는 인접하는 소자 기판이 서로 중첩하도록 토출구 배열의 방향을 따라 배치되는 복수의 소자 기판을 포함할 수 있다. 기록 매체의 폭보다 짧은 길이를 갖도록 이러한 방식으로 배치되는 소자 기판을 포함하는 라인 헤드가 구성될 수 있고 주사 방향으로 이동하게 된다.
도 1 내지 도 18f는 본 개시내용의 제1 예시적인 실시형태를 설명한다. 도 1은, 본 예시적인 실시형태에 따른 잉크젯 기록 장치(액체 토출 장치)(1000)의 구성을 개략적으로 설명한다.
기록 장치(1000)는 반송부(1) 및 라인 잉크젯 기록 헤드(액체 토출 헤드)(3)를 포함하는 라인 기록 장치이다. 반송부(1)는 기록 매체(2)를 화살표 Y로 나타낸 반송 방향으로 반송한다. 액체 토출 헤드(3)는 반송 방향(Y)과 교차하는 방향으로 연장된다. 본 예시적인 실시형태에서, 상기 방향은 반송 방향(Y)에 실질적으로 직교하는 방향이다. 기록 장치(1000)는, 기록 매체(2)를 연속적으로 혹은 간헐적으로 반송하면서, 액체 토출 헤드(이하, "토출 헤드"라고도 칭함)(3)로부터 잉크(액체)를 토출함으로써, 기록 매체(2)에 연속적으로 화상을 기록한다. 기록 매체(2)는 커트 시트로 한정되지 않으며 연속적인 롤 시트일 수 있다. 토출 헤드(3)는, 복수의 토출구로부터 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 및 블랙(K)의 잉크를 토출함으로써 풀컬러 화상을 기록할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 토출 헤드(3)는, 메인 탱크 및 버퍼 탱크를 포함하는 잉크 공급 경로에 유체적으로 접속되고, 전력 및 제어 신호를 전송하도록 구성되는 제어 유닛에 전기적으로 접속된다.
잉크 공급 경로는 잉크 순환 경로를 포함하고, 제1 또는 제2 형태의 순환 경로가 적용가능하다. 이하, 제1 형태로서의 제1 순환 경로와 제2 형태로서의 제2 순환 경로를 개별적으로 설명한다.
(제1 순환 경로)
도 2는 제1 순환 경로를 개략적으로 설명하고, 토출 헤드(3)는 고압측의 제1 순환 펌프(1001), 저압측의 제1 순환 펌프(1002), 버퍼 탱크(1003) 등에 유체적으로 접속된다. 도 2에서는, 설명을 간략화하기 위해서 하나의 컬러 잉크에 대응하는 순환 경로만을 도시하고 있다. 도시되지 않았지만, C, M, Y, 및 K의 4색분의 잉크의 순환 경로가 토출 헤드(3)에 접속된다. 서브 탱크로서의 버퍼 탱크(1003)는, 그 내부와 외부 사이의 연통을 위한 대기 연통구(도시하지 않음)를 통해서 잉크 중의 기포를 외부로 배출할 수 있다. 버퍼 탱크(1003)는 보충 펌프(1005)를 통해서 메인 탱크(1006)에 접속된다. 보충 펌프(1005)는, 토출 헤드(3)에 의해 소비된 잉크를 메인 탱크(1006)로부터 버퍼 탱크(1003)에 이동시킨다. 토출 헤드(3)는, 토출구로부터 잉크를 토출하는 기록 동작 및 토출구로부터 잉크를 흡인 및 배출하는 흡인 및 회복 처리 등에 의해 잉크를 소비한다.
2개의 제1 순환 펌프(1001, 1002)는, 토출 헤드(3)의 접속부(111B, 111C)로부터 잉크를 흡인해서 잉크를 버퍼 탱크(1003)에 보낸다. 제1 순환 펌프(1001, 1002)는 정량적으로 액체를 송액할 수 있는 용적형 펌프인 것이 바람직하다. 구체적인 예는 튜브 펌프, 기어 펌프, 다이어프램 펌프, 및 시린지 펌프를 포함한다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 정류 밸브 또는 릴리프 밸브가 일정 유량을 확보하기 위해 펌프의 출구에 제공될 수 있다. 토출 헤드(3)가 구동될 때에는, 고압측의 제1 순환 펌프(1001) 및 저압측의 제1 순환 펌프(1002)가, 토출 헤드(3)의 액체 토출 유닛(이하, "토출 유닛"이라고도 칭함)(300) 내의 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)에 일정량의 잉크가 흐를 수 있게 한다. 유량은, 토출 유닛(300)에 포함되는 복수의 소자 기판(10) 사이의 온도 차가 미리결정된 범위 내에 유지되도록 설정된다. 소자 기판(10) 각각은, 복수의 토출구와, 토출구로부터 잉크를 토출하기 위한 토출 에너지 발생 소자를 포함한다. 토출 에너지 발생 소자의 예는 히터 같은 전열 변환 소자 및 압전 소자를 포함한다. 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내에서의 잉크의 흐름에 의해, 토출 에너지 발생 소자에 의해 발생되는 열에 의해 가열되는 소자 기판(10)이 냉각되어, 소자 기판(10)들 사이의 온도 차가 기록된 화상의 품위에 영향을 미치지 않는 정도로 미리결정된 범위 내로 유지된다. 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내의 잉크 유량이 지나치게 높은 경우에는, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내의 압력 강하로 인해 소자 기판(10) 사이의 잉크 부압의 차가 증가하고, 이는 불균일한 농도의 기록 화상을 초래한다. 그로 인해, 잉크 유량을 설정할 때, 소자 기판(10) 사이의 온도 차와 부압 차를 고려한다.
제2 순환 펌프(1004)와 토출 헤드(3)의 토출 유닛(300) 사이에는, 부압 제어 유닛(230)이 제공된다. 부압 제어 유닛(230)은, 기록 임무 부하에 따라 잉크 순환 시스템에서의 잉크 유량이 변화되는 경우에, 부압 제어 유닛(230)의 하류측, 즉 토출 유닛(300) 측의 잉크 압력이 미리설정된 일정한 압력으로 유지되도록 기능한다. 부압 제어 유닛(230)에 포함되는 2개의 부력 조정 기구(230A, 230B)는, 부압 조정 기구(230A, 230B)의 하류측의 압력을 원하는 설정압을 중심으로 해서 미리결정된 범위 내로 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 소위 "감압 레귤레이터"와 마찬가지의 기구를 채용할 수 있다. 감압 레귤레이터를 사용하는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 토출 헤드(3)에 포함되는 공급 유닛(220)의 접속부(111A)에 접속되는 제2 순환 펌프(1004)를 사용하여, 부압 제어 유닛(230)의 상류측에 위치되는 잉크에 압력을 가하는 것이 바람직하다. 이런 구성에 의해, 버퍼 탱크(1003)가 토출 헤드(3)에 미치는 수두압의 영향을 감소시킬 수 있고, 기록 장치(1000)에서의 버퍼 탱크(1003)의 레이아웃 자유도를 확장할 수 있다. 접속부(111A)와 부압 제어 유닛(230) 사이에는, 필터(221)가 제공된다.
제2 순환 펌프(1004)는, 토출 헤드(3)의 구동 시에 사용되는 잉크 순환 유량의 범위 내에서, 미리결정된 압력보다 낮지 않은 펌프 헤드 압력을 갖는 임의의 펌프일 수 있으며, 터보형 펌프, 용적형 펌프 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 다이어프램 펌프 등이 적용가능하다. 또한, 예를 들어, 제2 순환 펌프(1004) 대신, 부압 제어 유닛(230)에 대하여 미리결정된 수두차로 배치된 수두 탱크도 적용가능하다.
부압 제어 유닛(230)의 2개의 부압 조정 기구(230A, 230B)에 대해 설정된 제어 압력은 서로 상이하다. 상대적으로 고압이 설정되는 부압 조정 기구(230A)는, 액체 공급 유닛(이하, "공급 유닛"이라고도 칭함)(220)을 통해 토출 유닛(300) 내의 공통 공급 유로(211)에 접속된다. 한편, 상대적으로 저압이 설정되는 부압 조정 기구(230B)는, 공급 유닛(220)을 통해 토출 유닛(300) 내의 공통 회수 유로(212)에 접속된다. 토출 유닛(300)은, 소자 기판(10)을 통해서 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)를 연통하는 개별 공급 유로(213) 및 개별 회수 유로(214)를 포함한다. 구체적으로는, 공통 공급 유로(211)와 소자 기판(10) 사이의 연통을 위해 개별 공급 유로(213)가 제공되며, 공통 회수 유로(212)와 소자 기판(10) 사이의 연통을 위해 개별 회수 유로(214)가 제공된다. 공통 공급 유로(211)는 고압측의 부압 조정 기구(230A)에 접속되고, 공통 회수 유로(212)는 저압측의 부압 조정 기구(230B)에 접속되어 있기 때문에, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 사이에서 차압이 발생한다. 따라서, 공통 공급 유로(211) 내의 잉크는, 도 2의 화살표 B로 나타낸 바와 같이, 소자 기판(10)의 내부 유로를 통과해서 공통 회수 유로(212) 안으로 흐른다.
토출 유닛(300)에서, 잉크가 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내를 화살표 C1 및 D1 방향으로 흐르면서, 일부의 잉크가 소자 기판(10) 내를 화살표 B 방향으로 흐른다. 이러한 잉크의 흐름에 의해, 소자 기판(10)에서 발생하는 열을 외부로 배출할 수 있다. 또한, 상기와 같은 구성은, 토출 헤드(3)가 잉크를 토출하는 기록 동작 시에, 잉크를 토출하지 않고 있는 토출구 및 그 토출구와 연통하는 압력실에서도 잉크의 흐름을 발생시킨다. 결과적으로, 이는 토출구 및 압력실에서의 잉크의 점도 증가를 방지할 수 있다. 또한, 잉크의 흐름은 증점된 잉크 및 잉크에 포함된 이물을 공통 회수 유로(212)로 배출한다. 이러한 방식으로, 토출 헤드(3)는 고품위 화상을 고속으로 기록한다.
(제2 순환 경로)
도 3은 제1 순환 경로와 다른 형태인 제2 순환 경로를 개략적으로 도시한다. 제2 순환 경로에서, 부압 제어 유닛(230)의 2개의 부압 조정 기구(230A, 230B)는, 부압 조정 기구(230A, 230B)의 상류측의 압력을 원하는 설정압을 중심으로 해서 미리결정된 범위 내로 제어한다. 그로 인해, 부압 조정 기구(230A, 230B)는 소위 "배압 레귤레이터"와 마찬가지의 구성을 채용할 수 있다. 또한, 제2 순환 펌프(1004)는, 부압 제어 유닛(230)의 하류측의 압력을 감소시키는 부압원으로서 작용한다. 또한, 고압 측의 제1 순환 펌프(1001) 및 저압 측의 제1 순환 펌프(1002)가 토출 헤드(3)의 상류측에 배치되고, 부압 제어 유닛(230)이 토출 헤드(3)의 하류측에 제공된다.
제2 순환 경로에서의 부압 제어 유닛(230)은, 기록 임무 부하에 따라 잉크 순환 시스템에서의 잉크 유량이 변동되는 경우에, 부압 제어 유닛(230)의 상류측, 즉 토출 유닛(300)측의 잉크 압력을 미리설정된 일정한 압력으로 유지하도록 기능한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 순환 펌프(1004)를 사용하여, 공급 유닛(220)을 통해 부압 제어 유닛(230)의 하류측에 압력을 가하는 것이 바람직하다. 이런 구성은, 버퍼 탱크(1003)가 토출 헤드(3)에 미치는 수두압의 영향을 감소시킬 수 있고, 기록 장치(1000)에서의 버퍼 탱크(1003)의 레이아웃 자유도를 확장할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제2 순환 펌프(1004) 대신, 부압 제어 유닛(230)에 대하여 미리결정된 수두차로 배치된 수두 탱크도 적용가능하다.
제1 순환 경로와 마찬가지로, 부압 제어 유닛(230)의 2개의 부압 조정 기구(230A, 230B)에 대해 설정된 제어 압력은 서로 상이하다. 상대적으로 고압이 설정되는 부압 조정 기구(230A)는, 공급 유닛(220)을 통해 토출 유닛(300) 내의 공통 공급 유로(211)에 접속된다. 한편, 상대적으로 저압이 설정되는 부압 조정 기구(230B)는, 공급 유닛(220)을 통해 토출 유닛(300) 내의 공통 회수 유로(212)에 접속된다. 부압 조정 기구(230A, 230B)에 의해, 공통 공급 유로(211)의 압력을 공통 회수 유로(212)의 압력보다 높게 설정한다. 이에 의해, 토출 유닛(300)에서, 잉크가 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내를 화살표 C2 및 D2 방향으로 흐르면서, 일부의 잉크가 소자 기판(10) 내를 화살표 B 방향으로 흐른다.
(제1 및 제2 순환 경로 사이의 비교)
제2 순환 경로에서는, 토출 유닛(300) 내에 제1 순환 경로의 잉크의 흐름과 마찬가지인 잉크 흐름이 발생한다. 그러나, 제2 순환 경로는 제1 순환 경로와 상이한 2개의 이점을 갖는다.
제1 이점은, 제2 순환 경로에서는 부압 제어 유닛(230)이 토출 헤드(3)의 하류측에 제공되어 있기 때문에, 부압 제어 유닛(230)으로부터 발생하는 티끌이나 이물이 토출 헤드(3)에 유입할 가능성이 낮은 것이다. 제2 이점은, 제2 순환 경로에서는, 버퍼 탱크(1003)로부터 토출 헤드(3)에 공급될 필요가 있는 잉크의 유량의 최대값이 제1 순환 경로의 경우보다 작을 수 있다는 것이다. 그 이유는 다음과 같다.
기록 동작의 대기시(기록 대기시)에 잉크가 순환하고 있을 경우, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내를 흐르는 잉크의 합계 유량인 유량 A를, 기록 대기시에 토출 헤드(3)의 온도 조정을 행하는 경우에, 토출 유닛(300) 내의 온도 차를 원하는 범위 내로 유지하는데 필요한 최소 잉크 유량으로서 정의한다. 또한, 잉크 토출량 F를 토출 유닛(300)의 모든 토출구로부터 잉크를 토출하는 경우(전 토출시)에 토출되는 잉크의 양으로서 정의한다. 도 2에 도시된 제1 순환 경로의 경우에는, 고압측의 제1 순환 펌프(1001) 및 저압측의 제1 순환 펌프(1002)에서의 설정된 잉크 유량은 유량 A이기 때문에, 전 토출시에 토출 헤드(3)에 공급될 필요가 있는 잉크의 양의 최대값은 (A+F)이다.
한편, 도 3의 제2 순환 경로의 경우에는, 기록 대기시에 토출 헤드(3)에 공급될 필요가 있는 잉크의 양은 양 A이며, 전 토출시에 토출 헤드(3)에 공급될 필요가 있는 잉크의 양의 최대값은 잉크 토출 양 F이다. 제2 순환 경로에서, 고압측의 제1 순환 펌프(1001) 및 저압측의 제1 순환 펌프(1002)에서의 설정된 잉크 유량의 합계값, 즉 공급될 필요가 있는 잉크의 유량의 최대값은 양 A 및 F 중 큰 것이다. 따라서, 동일 구성의 토출 유닛(300)을 사용하는 경우, 제2 순환 경로에서 공급될 필요가 있는 잉크의 최대값(A 또는 F)은 제1 순환 경로에서 공급될 필요가 있는 잉크의 유량의 최대값(A+F)보다 작다. 이는 제2 순환 경로의 경우에 적용가능한 순환 펌프의 더 넓은 선택 범위를 제공한다. 결과적으로, 예를 들어, 간단한 구성을 갖는 저비용 순환 펌프를 사용할 수 있고, 기록 장치의 본체측의 잉크 유로에 제공되는 냉각기(도시되지 않음)의 부하를 저감할 수 있다. 따라서, 제2 순환 경로의 경우에는, 기록 장치의 본체 비용을 감소시킬 수 있다. 이러한 이점은, 라인 토출 헤드(라인 헤드)의 잉크의 유량 A 또는 F가 증가함에 따라 또는 긴 변 방향의 라인 헤드의 길이가 증가함에 따라 더 커진다.
그러나, 제1 순환 경로가 제2 순환 경로보다 더 유리한 점도 있다. 구체적으로, 제2 순환 경로에서는, 기록 대기시에 토출 유닛(300) 내를 흐르는 잉크의 유량이 최대이기 때문에, 기록 임부 부하가 낮아짐에 따라, 토출구를 포함하는 유로를 갖는 노즐에 높은 부의 잉크 압력이 적용된다. 특히, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)의, 잉크가 흐르는 방향과 직교하는 방향의 길이인, 유로 폭이 토출 헤드(3)의, 짧은 변 방향의 토출 헤드의 길이인, 폭으로 감소되는 경우, 높은 부의 잉크 압력이 노즐에 적용된다. 낮은 기록 임부 부하로 인해 불균일한 농도를 갖기 쉬운 화상을 기록할 때에 높은 부의 잉크 압력이 노즐에 적용되기 때문에, 노즐로부터의 잉크의 주적과 함께, 기록 화상의 품위를 저하시키는 새틀라이트 액적(부적)이 발생하기 쉬워진다. 한편, 제1 순환 경로에서는, 높은 기록 임무 부하를 갖는 화상의 기록 시에 노즐에 높은 부의 잉크 압력이 적용되기 때문에, 높은 기록 임무 부하에서 새틀라이트 액적이 발생하는 경우에도, 새틀라이트 액적을 시인하기가 어렵고 화상에 큰 영향을 주지 않는다. 토출 헤드(3) 및 기록 장치의 본체의 사양, 예를 들어 토출 헤드의 잉크 토출량(F), 최소 순환 유량(A) 및 유로 저항에 기초하여 제1 및 제2 순환 경로 중 바람직한 것을 선택할 수 있다.
(토출 헤드의 구성)
도 4a 및 도 4b는 본 예시적인 실시형태에 따른 토출 헤드(3)를 도시하는 사시도이다. 소자 기판(10) 각각에는, C, M, Y, 및 K의 4색의 잉크를 토출할 수 있는 복수의 토출구가 배열되어 있고, 15개의 소자 기판(10)이 직선으로 배치(인라인 배치)됨으로써, 라인 형식의 토출 헤드(3)를 구성한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 소자 기판(10) 각각은, 플렉시블 배선 기판(40) 및 전기 배선 기판(90)을 통해 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)에 전기적으로 접속된다. 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)는 기록 장치(1000)의 제어 유닛에 전기적으로 접속되어 있고, 토출 구동 신호 및 잉크의 토출에 필요한 전력을 소자 기판(10)에 공급한다. 전기 배선 기판(90) 내의 전기 회로에 의해 배선을 집약함으로써, 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)의 수를 소자 기판(10)의 수에 비교해서 적게 감소시킨다. 이에 의해, 기록 장치(1000)에 대하여 토출 헤드(3)를 부착하거나 토출 헤드(3)를 교환하기 위해 제거가 필요한 전기 접속부의 수가 적어진다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 토출 헤드(3)의 각 단부에 제공된 접속부(111)(접속부(111A, 111B, 및 111C)를 포함한다)는, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 기록 장치(1000)의 잉크 공급 시스템에 접속된다. 전술한 바와 같이, C, M, Y, 및 K의 4색의 잉크가 기록 장치(1000)로부터 토출 헤드(3)에 공급되고, 토출 헤드(3)를 통과한 잉크가 기록 장치(1000)에 회수된다. 이런 방식으로, 각 색의 잉크는 기록 장치(1000) 및 토출 헤드(3)의 경로를 통해서 순환된다.
도 5는 토출 헤드(3)를 도시하는 분해 사시도이다. 토출 유닛(300), 2개의 공급 유닛(220) 및 전기 배선 기판(90)이 하우징(80)에 부착된다. 공급 유닛(220)은 접속부(111)를 포함하고, 공급 유닛(220)의 내부에는, 공급된 잉크에 포함된 이물을 제거하기 위한 필터(221)(도 2 및 도 3 참조)가 각 잉크 색마다 제공된다. 2개의 공급 유닛(220) 각각은 2개의 잉크 색에 대응하는 필터(221)를 포함한다. 필터(221)를 통과한 각 색의 잉크 각각은, 대응하는 공급 유닛(220) 상에 배치된 부압 제어 유닛(230)에 공급된다. 4개의 부압 제어 유닛(230)이 각 잉크 색에 대응하도록 제공되어 있다. 부압 제어 유닛(230)은 압력 조정 밸브를 포함하는 유닛이며, 부압 제어 유닛(230)에 제공된 밸브 및 스프링 부재를 사용하여 잉크 유량의 변화에 따라 발생하는 기록 장치(1000)의 잉크 공급 시스템 내의 압력 손실의 변화를 상당히 감쇠시킨다. 이에 의해, 예를 들어 도 2에 예시된 제1 순환 경로에서는, 토출 헤드(3)의 상류측의 잉크 공급 시스템 내의 압력 손실의 변화를 감쇠시켜서, 부압 제어 유닛(230) 보다 하류측, 즉 토출 유닛(300) 측에서의 부의 잉크 압력의 변화를 미리결정된 범위 내로 안정화시킨다. 부압 제어 유닛(230) 내에는, 2개의 부압 조정 기구(230A, 230B)가 내장되어 있고, 고압측의 부압 조정 기구(230A)는 공급 유닛(220)을 통해 공통 공급 유로(211)에 접속된다. 또한, 저압측의 부압 조정 기구(230B)는 공급 유닛(220)을 통해 공통 회수 유로(212)에 접속된다.
하우징(80)은 토출 유닛 지지부(81) 및 전기 배선 기판 지지부(82)를 포함하고, 이들은 토출 유닛(300) 및 전기 배선 기판(90)을 각각 지지하며 토출 헤드(3)에 강성을 제공한다. 전기 배선 기판 지지부(82)는 토출 유닛 지지부(81)에 나사고정되어 있다. 토출 유닛 지지부(81)는, 토출 유닛(300)의 휨부 또는 변형부를 교정하여, 복수의 소자 기판(10)의 상대적인 위치 정밀도를 확보한다. 이에 의해, 기록 화상에서의 줄무늬 및 농도 불균일을 방지한다. 토출 유닛 지지부(81)는 충분한 강성을 갖는 것이 바람직하고, 스테인리스강(SUS) 및 알루미늄 등의 금속재료, 혹은 알루미나 등의 세라믹으로 구성된다. 토출 유닛 지지부(81)는 조인트 고무(100)가 삽입되는 개구(83, 84)를 포함한다. 공급 유닛(220)으로부터 공급되는 잉크는 조인트 고무(100) 내의 유로를 통해 토출 유닛(300)의 제3 유로 부재(70)에 안내된다.
토출 유닛(300)은, 복수의 토출 모듈(200) 및 유로 부재(210)를 포함하고, 기록 매체(2)와 대향하는 토출 유닛(300)의 면에는 커버 부재(130)가 부착된다. 커버 부재(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 길게 연장된 개구(131)를 포함하는 프레임 형상 부재이며, 개구(131)로부터 토출 모듈(200)의 소자 기판(10) 및 밀봉 부재(110)(도 9a 및 도 9b 참조)가 노출된다. 개구(131)의 주위 프레임부는, 기록 대기시에 토출 헤드(3)를 캡핑하도록 구성되는 캡 부재와 접촉하는 접촉면을 형성한다. 따라서, 개구(131)의 주위에 접착제, 밀봉 부재 또는 충전재 등을 도포하여, 토출 유닛(300)의 토출구면(토출구가 형성되어 있는 면)의 불균일부 및 공간을 충전함으로써, 토출 헤드(3)를 캡핑하는 캡 부재의 내부에 밀폐된 공간이 적절하게 형성될 수 있다.
유로 부재(210)는, 다른 것의 상부에 적층되는 제1 유로 부재(50), 제2 유로 부재(60) 및 제3 유로 부재(70)를 포함한다. 유로 부재(210)는 공급 유닛(220)으로부터 공급된 잉크를 토출 모듈(200)에 분배하고, 토출 모듈(200)로부터 환류하는 잉크를 공급 유닛(220)에 복귀시킨다. 유로 부재(210)는 토출 유닛 지지부(81)에 나사고정되어 휨 및 변형을 방지한다.
도 6a 내지 도 6f는 유로 부재(210)의 제1, 제2, 및 제3 유로 부재(50, 60, 70)를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는, 각각, 도 5에 도시된 제1 유로 부재(50)의 상면과 토출 모듈(200)이 배치되는 면인 하면을 각각 도시한다. 또한, 도 6c 및 도 6d는, 각각, 도 5에 도시된 제2 유로 부재(60)의 하면 및 상면을 도시한다. 또한, 도 6e는 도 5에 도시된 제3 유로 부재(70)의 하면을 도시하며, 도 6f는 도 5에 도시된 제3 유로 부재(70)의, 토출 유닛 지지부(81)와 접촉하는 면인, 상면을 도시한다. 제1 및 제2 유로 부재(50, 60)는, 도 6b 및 도 6c에 도시된 면이 서로 대향하도록 함께 접합되며, 제2 및 제3 유로 부재(60, 70)는 도 6d 및 도 6e에 도시된 면이 서로 대향하도록 함께 접합된다.
제2 및 제3 유로 부재(60, 70)가 함께 접합되는 경우, 제2 및 제3 유로 부재(60, 70)의 접합면에 형성된 공통 유로 홈(62, 71)이 유로 부재(210)의 긴 변 방향을 따라 연장되는 8개의 공통 유로를 형성한다. 후술하는 바와 같이, 8개의 공통 유로는 서로에 대한 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 형성한다. 제3 유로 부재(70)의 연통구(72)는, 조인트 고무(100) 내의 유로를 통해서 공급 유닛(220)과 유체적으로 연통한다. 제2 유로 부재(60)의 공통 유로 홈(62)의 저면은, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52)의 일단부와 각각이 연통하는 복수의 연통구(61)를 포함한다. 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52) 각각의 타단부는, 도 6a에 도시된 바와 같이 연통구(51)를 포함하고, 개별 유로 홈(52)은 연통구(51)를 통해서 복수의 토출 모듈(200)과 유체적으로 연통된다. 개별 유로 홈(52)은 유로 부재(210)의 중앙부에 유로가 배치될 수 있게 한다.
바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 유로 부재(50, 60, 70)는 잉크에 대하여 내부식성을 갖고 선팽창률이 낮은 재료로 구성된다. 이러한 재료의 예는 알루미나 및 복합 재료(수지 재료)를 포함한다. 사용되는 적절한 복합 재료의 예는, 모재로서의 액정 중합체(LCP), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 또는 폴리술폰(PSF)에 실리카 미립자 또는 파이버 등의 무기 필러를 첨가하여 제조된 복합 재료를 포함한다. 유로 부재(210)는, 3개의 유로 부재, 즉 제1, 제2 및 제3 유로 부재(50, 60, 70)를 적층시켜서 함께 접착하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 수지 복합물 또는 수지 재료가 재료로서 사용되는 경우에는, 접합 방법으로써 용착을 사용할 수 있다.
도 7은, 제1, 제2 및 제3 유로 부재(50, 60, 70)를 접합함으로써 형성되는 유로 부재(210) 내의 유로를, 도 5에 도시된 제1 유로 부재(50)의 하측(토출 모듈(200)이 배치된 면측)으로부터 본 일부의 확대 사시도이다.
유로 부재(210)는, 토출 헤드(3)의 긴 변 방향을 따라 연장되는 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 공급 유로(211)(211a, 211b, 211c, 211d) 및 공통 회수 유로(212)(212a, 212b, 212c, 212d)를 포함한다. 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 공급 유로(211)는 연통구(61)를 통해 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 복수의 개별 공급 유로(213)(213a, 213b, 213c, 213d)에 접속된다. 또한, 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 회수 유로(212)는, 연통구(61)를 통해 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 복수의 개별 회수 유로(214)(214a, 214b, 214c, 214d)에 접속된다. 이러한 유로 구성은, 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 공급 유로(211)로부터의 잉크를 개별 공급 유로(213)를 통해 유로 부재(210)의 중앙부에 위치하는 소자 기판(10)에 공급할 수 있다. 또한, 소자 기판(10)으로부터 개별 회수 유로(214)를 통해 공통 회수 유로(212)에 잉크를 회수할 수 있다.
도 8은 도 7에 나타낸 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도이다. 도 8에서, 개별 회수 유로(214a, 214c)는, 연통구(51)를 통해서 토출 모듈(200)과 연통한다. 도 8의 단면도는 개별 회수 유로(214a, 214c)만을 도시하고 있지만, 다른 단면도에는 연통구(51)를 통해서 토출 모듈(200)과 연통하는 개별 공급 유로(213)가 있다. 토출 모듈(200)의 지지 부재(30) 및 소자 기판(10)은, 제1 유로 부재(50)로부터 공급되는 잉크를 소자 기판(10)의 압력실(23)(도 11a 참조) 내에 공급하기 위한 유로를 포함한다. 또한, 지지 부재(30) 및 소자 기판(10)은, 압력실(23) 내에 공급된 잉크의 일부 또는 전부를 제1 유로 부재(50)에 회수(순환)하기 위한 유로를 포함한다.
상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 공급 유로(211)는, 공급 유닛(220)을 통해 대응하는 부압 제어 유닛(230)의 고압측의 부압 조정 기구(230A)에 접속된다. 또한, 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 공통 회수 유로(212)는, 공급 유닛(220)을 통해 대응하는 부압 제어 유닛(230)의 저압측의 부압 조정 기구(230B)에 접속된다. 부압 제어 유닛(230)은, 전술한 바와 같이, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 사이에 차압(압력차)을 발생시킨다. 이러한 유로 구성에 의해, 각각의 잉크는, 공통 공급 유로(211)로부터 개별 공급 유로(213), 소자 기판(10), 개별 회수 유로(214) 및 공통 회수 유로(212)에 이 순서대로 흐를 수 있다.
(토출 모듈)
도 9a는 토출 모듈(200) 중 1개를 도시하는 사시도이며, 도 9b는 토출 모듈(200)의 분해도이다. 토출 모듈(200)의 제조시에는, 먼저, 액체 연통구(31)가 미리 형성된 지지 부재(30) 상에 후술하는 소자 기판(10) 및 플렉시블 배선 기판(40)을 접착한다. 그 후, 소자 기판(10) 상의 단자(16)와 플렉시블 배선 기판(40) 상의 단자(41)를 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속하고 나서, 와이어 본딩부(전기 접속부)를 밀봉 부재(110)에 의해 덮어 밀봉한다. 플렉시블 배선 기판(40)에서, 단자(41)의 반대측에 위치된 단자(42)는, 전기 배선 기판(90)의 접속 단자(93)(도 5 참조)와 전기적으로 접속된다. 지지 부재(30)는, 소자 기판(10)을 지지하도록 구성되는 지지 부재이며 또한 소자 기판(10)과 유로 부재(210)를 유체적으로 서로 연통시키는 유로 부재이기 때문에, 지지 부재(30)는 평면도가 높고, 높은 신뢰성으로 소자 기판(10)과 접합될 수 있는 부재인 것이 바람직하다. 지지 부재(30)의 적절한 재료의 예는 알루미나 및 수지 재료를 포함한다.
(소자 기판)
도 10은, 토출구(13)측으로부터 본 소자 기판(10)을 도시하는 평면도이다. 도 11a는, 도 10에 나타낸 XIa 부분을 도시하는 확대도이다. 도 11b는 토출구(13) 측의 반대측으로부터 본 소자 기판(10)을 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 소자 기판(10)의 토출구 형성 부재(12)는 복수의 토출구(13)를 포함하고, 토출구(13)는 상이한 잉크 색에 각각 대응하는 4개의 토출구 열(L)을 형성한다. 이 후, 복수의 토출구(13)의 토출구 열(L)이 연장되는 방향을 "토출구 열 방향"이라고도 말한다.
토출구(13)에 대응하는 각 위치에는, 잉크를 토출하기 위해서, 전열 변환 소자(히터 등의 발열 소자) 또는 압전 소자 등의 토출 에너지 발생 소자가 제공된다. 본 예시적인 실시형태에서는, 발열 소자(15)가 토출 에너지 발생 소자로서 제공되어 있고, 잉크에 의해 화상을 기록하기 위한 기록 소자로서 기능한다. 발열 소자(15)는, 소자 기판(10)의 기판(11)(도 14b 참조)에 제공되어 있고, 잉크를 가열하기 위한 가열면을 형성한다. 소자 기판(10)에는, 발열 소자(15)를 각각 포함하는 압력실(23)이 유로 벽(22)에 의해 구획되어 있다. 발열 소자(15)는, 소자 기판(10)에 제공되는 전기 배선(도시하지 않음)에 의해, 도 10에 도시하는 단자(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 발열 소자(15)는, 기록 장치(1000)의 제어 회로로부터, 전기 배선 기판(90)(도 5 참조) 및 플렉시블 배선 기판(40)(도 9a 및 도 9b 참조)을 개재해서 입력되는 펄스 신호에 기초하여 열을 발생시켜 잉크를 발포시킨다. 발포 에너지에 의해 토출구(13)로부터 잉크가 토출된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 토출구 열(L)의 일측에는 공급 경로(18)가 형성되며, 토출구 열(L)을 따른 타측에는 회수 경로(19)가 형성된다. 공급 경로(18) 및 회수 경로(19)는 각각 공급구(17a) 및 회수구(17b)를 통해서 토출구(13)와 연통한다.
도 11b에 예시된 바와 같이, 토출구(13)를 포함하는 면의 반대측의 소자 기판(10)의 면에는 시트 형상을 갖는 커버 부재(20)가 적층되어 있고, 커버 부재(20)는 공급 경로(18) 및 회수 경로(19)와 연통하는 복수의 개구(21)를 포함한다. 본 예시적인 실시형태에서, 커버 부재(20)는, 1개의 공급 경로(18)에 대하여 3개의 개구(21) 및 1개의 회수 경로(19)에 대하여 2개의 개구(21)를 포함한다. 개구(21)는 도 6a에 도시된 바와 같이 대응하는 연통구(51)와 연통한다.
커버 부재(20)는, 소자 기판(10)의 기판(11)에 형성되는 공급 경로(18) 및 회수 경로(19)의 벽의 일부인 커버로서 기능한다(도 12 참조). 바람직하게는, 커버 부재(20)는 잉크에 대하여 충분한 내식성을 갖는다. 또한, 개구(21)는 잉크 색의 혼합을 방지하기 위해서 정확한 위치에 정확한 형상으로 형성될 필요가 있다. 따라서, 개구(21)는 커버 부재(20)의 재료로서 감광성 수지 재료 또는 실리콘 플레이트를 사용하여 포토리소그래피에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 커버 부재(20)의 개구(21)는, 공급 경로(18)와 연통구(51) 사이 및 회수 경로(19)와 연통구(51) 사이의 피치를 규정한다. 그로 인해, 압력 손실을 고려하여, 커버 부재(20)는 얇은 것이 바람직하며 예를 들어 필름 형상 부재로 형성되는 것이 바람직하다.
도 12는 도 10에 나타낸 XII-XII선을 따라 취한 소자 기판(10)을 도시하는 사시도이다. 소자 기판(10)에서는, 실리콘(Si)에 의해 형성된 기판(11)과, 감광성 수지에 의해 형성된 토출구 형성 부재(12)가 적층되고, 기판(11)의 이면에는 커버 부재(20)가 접합된다. 기판(11)의 일면측은 발열 소자(15)를 포함하고, 기판(11)의 타면측은 토출구 열(L)을 따라 공급 경로(18) 및 회수 경로(19)를 형성하는 홈을 포함한다. 기판(11)과 커버 부재(20)에 의해 형성되는 공급 경로(18) 및 회수 경로(19)는, 각각, 유로 부재(210) 내의 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)에 접속되어, 공급 경로(18)와 회수 경로(19) 사이에 차압을 발생시킨다. 토출 헤드(3)의 토출구(13)로부터 잉크를 토출하는 기록 동작 시에, 잉크를 토출하지 않는 토출구(13)에서는, 공급 경로(18)와 회수 경로(19) 사이의 차압에 의해, 도 12에서 화살표로 나타낸 바와 같이 잉크가 흐른다. 구체적으로는, 공급 경로(18) 내의 잉크는, 공급구(17a), 압력실(23) 및 회수구(17b)를 통해 회수 경로(19) 안으로 흐른다. 위에서 설명된 바와 같은 잉크의 흐름에 의해, 기록 동작을 휴지하고 있는 토출구(13) 및 압력실(23)에서, 토출구(13)로부터의 증발에 의해 발생하는 증점 잉크 및 기포 등의 이물을 회수 경로(19)에 회수할 수 있다. 또한, 토출구(13) 및 압력실(23)에서의 잉크의 증점을 억제할 수 있다. 회수 경로(19) 내의 잉크는, 커버 부재(20)의 개구(21), 지지 부재(30)의 액체 연통구(31)(도 9b 참조), 유로 부재(210) 내의 연통구(51), 개별 회수 유로(214) 및 공통 회수 유로(212)를 이 순서대로 통과하고, 최종적으로는, 기록 장치(1000)의 잉크 공급 경로에 회수된다.
구체적으로, 기록 장치 본체로부터 토출 헤드(3)에 공급되는 잉크는 다음과 같이 유동해서 공급 및 회수된다. 먼저, 잉크는 공급 유닛(220)의 접속부(111)를 통해 토출 헤드(3) 안으로 유입하고, 조인트 고무(100)의 유로를 통과하며, 그 후 제3 유로 부재(70)의 연통구(72) 및 공통 유로 홈(71)에 공급된다. 그 후, 잉크는 제2 유로 부재(60)의 공통 유로 홈(62) 및 연통구(61)에 공급된 후, 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52) 및 연통구(51)에 공급된다. 그 후, 잉크는, 지지 부재(30)의 액체 연통구(31), 커버 부재(20)의 개구(21), 기판(11)의 공급 경로(18) 및 그 후 공급구(17a)를 통해 흐른 후 압력실(23)에 공급된다. 압력실(23)에 공급되고 토출구(13)로부터 토출되지 않은 잉크는, 기판(11)의 회수구(17b) 및 회수 경로(19), 커버 부재(20)의 개구(21), 및 그 후 지지 부재(30)의 액체 연통구(31)를 통해 흐른다. 그 후, 잉크는, 제1 유로 부재(50)의 연통구(51) 및 개별 유로 홈(52), 제2 유로 부재(60)의 연통구(61) 및 공통 유로 홈(62), 제3 유로 부재(70)의 공통 유로 홈(71) 및 연통구(72), 및 그 후 조인트 고무(100)의 유로를 통해 흐른다. 그 후, 잉크는, 공급 유닛(220)의 접속부(111)를 통해 토출 헤드(3)의 외부로 흐른다.
도 2에 도시된 제1 순환 경로에서, 접속부(111A)를 통해 공급 유닛(220)에 유입된 잉크는 부압 제어 유닛(230)을 통과한 후 조인트 고무(100)의 채널을 통해 공급된다. 한편, 도 3에 도시된 제2 순환 경로에서, 압력실(23)로부터 회수된 잉크는, 조인트 고무(100)의 유로, 부압 제어 유닛(230), 및 접속부(111A)를 이 순서로 통과한 후, 토출 헤드(3)의 외부로 흐른다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 잉크 토출 유닛(300)의 공통 공급 유로(211)의 일단부로부터 유입한 모든 잉크가, 개별 공급 유로(213)를 통해 압력실(23)에 공급되는 것은 아니다. 구체적으로는, 공통 공급 유로(211)의 일단부로부터 유입한 잉크의 일부는, 개별 공급 유로(213)를 통해 흐르지 않고, 공통 공급 유로(211)의 타단부로부터 공급 유닛(220) 안으로 유동한다. 위에에 설명된 바와 같이 잉크가 소자 기판(10)을 통하지 않고 흐르는 것을 허용하기 위한 유로가 제공된다. 이에 의해, 본 예시적인 실시형태에서와 같이, 흐름 저항이 큰 미세한 유로를 포함하는 소자 기판(10)이 포함되는 경우에도, 순환하는 잉크(순환류)의 역류가 방지된다. 따라서, 본 예시적인 실시형태에 따른 토출 헤드에서는, 압력실 및 토출구의 근방의 잉크가 증점되는 것이 방지된다. 결과적으로, 이는 잉크 토출 방향의 위치 오차 및 불완전한 토출을 방지하여 고품위의 화상을 기록할 수 있다.
(소자 기판 사이의 위치 관계)
도 13은, 소자 기판(10)의 인접 부분을 도시하는 확대 평면도이다. 본 예시적인 실시형태에서는, 소자 기판(10)은, 도 10에 도시된 바와 같이 실질적으로 평행사변형이며, 도 13에 도시된 바와 같이, 토출구 열(14)(14a, 14b, 14c, 14d)이 기록 매체가 반송되는 방향에 대하여 미리결정된 각도로 기울어지도록 배치된다. 결과적으로, 소자 기판(10)의 인접부에서의 토출구 열(14)은, 피기록 매체가 반송되는 방향으로 서로 중첩하는 적어도 하나의 토출구를 갖는다. 도 13에서는, 각각의 D 선 상의 2개의 토출구(13)가 서로 중첩한다. 이러한 배치에 의해, 소자 기판(10)의 위치가 미리결정된 위치로부터 다소 어긋난 경우에도, 중첩하는 토출구(13)의 구동을 제어함으로써 기록 화상에서의 흑색 줄무늬 및 백색 줄무늬가 두드러지지 않게 할 수 있다. 도 13에 도시된 구성에 의해, 복수의 소자 기판(10)을 엇갈리게 배치하지 않고 직선(인라인)으로 배치하는 경우에도, 기록 매체가 반송되는 방향의 토출 헤드(3)의 길이의 증가가 감소된다. 또한, 소자 기판(10)의 접속부에 대응하는 기록 화상의 부분에서의 흑색 줄무늬 및 백색 줄무늬의 발생이 감소된다. 소자 기판(10)의 평면 형상은, 실질적 평행사변형으로 한정되지 않고, 직사각형 또는 사다리꼴 형상 등의 임의의 다른 형상일 수 있다.
(가열 소자)
도 14a는, 도 12에 나타낸 XIVa 부분을 도시하는 평면도이다. 도 14b는 도 14a에 나타낸 XIVb-XIVb 선을 따르는 단면도이다. 공급구(17a)로부터 공급된 잉크는 유로 벽(22) 사이에 위치되는 압력실(23) 내로 유입한다. 잉크는 발열 소자(15)에 의해 가열되어, 압력실(23) 내에서 발포됨으로써, 그 발포 에너지를 이용해서 토출구(13)로부터 잉크를 토출시킨다. 토출구(13)로부터 토출되지 않은 잉크는 전술한 바와 같이 회수구(17b) 안으로 흐른다.
도 15a 내지 도 15e는 잉크 토출 메커니즘을 도시한다. 기판(11)으로부터 토출구(13)의 외측 개구부까지의 거리(La)는 15㎛ 미만, 예를 들어 10㎛이다. 압력실(23)의 높이, 즉 기판(11)으로부터 토출구 형성 부재(12)까지의 거리(Lb)는, 예를 들어 5㎛이다. 토출구 형성 부재(12)의 두께(Lc)(토출구(13)의 깊이)는 예를 들어 5㎛이다. 발열 소자(15)는, 예를 들어 길이 Ld가 각각 18㎛인 4개의 변을 갖는 평면 정사각형의 형상의 발열 저항체(히터)이다. 토출구(13)는, 예를 들어 직경 Le이 16㎛인 평면 원형이다.
잉크를 토출하기 위해서, 먼저, 발열 소자(15)가 열을 발생하도록 구동되고, 잉크에 열 에너지를 부여해서 기포(24)를 발생시킨다. 기포(24)가 발생되면, 압력이 발생하여 메니스커스(25)를 형성하고 있는 잉크가 화살표 F로 나타낸 토출 방향으로 압출된다(도 15a 및 도 15b). 기포(24)의 체적이 증가하고, 도 15c에 도시된 바와 같이, 기포(24)가 토출구(13)에 인입함으로써, 화살표 F 방향으로 토출되는 과정에 있는 잉크 액적(Ia)과, 압력실(23) 내의 잉크(Ib)를 분리한다. 기포(24)가 최대 체적에 도달할 때까지 성장한 후, 기포(24)의 체적은 감소하기 시작한다. 기포(24)가 수축함에 따라, 도 15d에 도시된 바와 같이 잉크 액적(Ia)의 후방부(26)가 발열 소자(15)를 향해 이동한다. 이 과정에서, 화살표 F 방향의 잉크 액적(Ia)의 전방 단부(주적)와 후방부(26) 사이에는, 잉크 토출 방향과 반대 방향으로 속도차가 발생한다. 결과적으로, 잉크 액적(Ia)의 길고 가는 꼬리부가 형성된다. 또한, 이 과정에서, 도 15d에 도시된 바와 같이 기포(24)가 외부 대기와 연통한다. 그 후, 도 15e에 도시된 바와 같이, 잉크 액적(Ia)은, 압력실(23) 내의 잉크(Ib)로부터 분리되어 토출구(13)로부터 외부로 토출되고, 꼬리부는 결국 잉크 액적(Ia)의 전방 단부에 의해 흡수된다. 잉크 액적(Ia)의 후방부(26)는 발열 소자(15) 상에 잔류 잉크(27)로서 남는다.
위에서 설명된 바와 같이, 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)를 15㎛ 미만으로 설정함으로써, 기포(24)에 의해 잉크 액적(Ia)과 압력실(23) 내의 잉크(Ib)가 분리되고, 잉크 액적(Ia)의 꼬리부가 짧아진다. 이에 의해, 잉크 액적(Ia)에 후속하는 새틀라이트 액적(작은 잉크 액적)의 발생이 방지된다.
그 후, 도 16a 내지 도 16e에 도시된 바와 같이, 잉크가 압력실(23)에 재충전된다. 도 16a 내지 도 16e 각각에서, 좌측은 압력실(23)의 단면도이며, 우측은 압력실(23)의 평면도이다. 평면도에서는, 복잡함을 피하기 위해 토출구(13)의 도시가 생략된다.
잉크 액적(Ia)의 토출 직후에는, 도 16a에 도시된 바와 같이, 발열 소자(15) 상에 잔류 잉크(27)가 위치하고 있고, 위에서 설명된 바와 같이 기포(24)가 대기와 연통하기 때문에, 잔류 잉크(27)는 압력실(23) 내의 잉크(Ib)의 기액 계면에 의해 둘러싸인다. 시간의 경과와 함께, 도 16b 및 도 16c에 도시된 바와 같이, 기액 계면(28)은 발열 소자(15)의 중앙을 향해서 수렴한다. 그 사이, 발열 소자(15)의 적어도 일부, 즉 발열 소자(15)의 중앙 부근에 위치하는 잔류 잉크(27)와 잔류 잉크(27) 주위의 기액 계면(28) 사이의 영역(주위부)은 대기에 노출된다. 결국, 압력실(23) 내의 잉크(Ib)는 잔류 잉크(27)와 합류한다. 이 과정에서, 잔류 잉크(27)의 기액 계면이 압력실(23) 내의 잉크(Ib)의 기액 계면(28)과 합류하는 발열 소자(15) 상의 위치에서, 미소한 기포(잔류 미소 기포)(29)가 잉크에 트랩(trap)될 수 있다(도 16d). 잔류 잉크(27)와 압력실(23) 내의 잉크(Ib)의 합류에 의해, 도 16e에 도시된 바와 같이, 토출구(13)에 잉크가 충전되고 메니스커스가 형성된다.
위에서 설명된 바와 같이, 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)는 15㎛ 미만으로 설정되므로, 잉크 액적(Ia)의 토출로부터 잉크의 재충전까지의 시간 동안에 발열 소자(15)의 일부가 대기에 노출된다.
도 17a 내지 도 17g는, 도 16e에 도시된 바와 같이 잉크에 잔류 미세 기포(이하, "잔류 기포"라고도 말한다)(29)가 트랩되는 경우에, 그 잔류 기포(29)가 잉크 토출에 미치는 영향을 설명하기 위해서 비교예를 도시한다.
도 17a에 도시된 바와 같이, 잔류 기포(29)가 발열 소자(15) 상에 존재할 때, 발열 소자(15)를 구동하여, 잉크를 5.5 × 108 W/m2의 열 유속으로 1 마이크로초 동안 가열한다. 가열 초기에서, 도 17b 및 도 17c에 도시된 바와 같이 잔류 기포(29)가 성장한다. 잔류 기포(29)의 성장은 잉크의 막 비등 온도(물의 경우에는, 약 섭씨 300도)보다 낮은 온도에서 개시된다. 구체적으로는, 잉크의 핵 비등에 의해 핵 비등 기포(32)가 발생된다. 그 후, 발열 소자(15)의 온도가 잉크의 막 비등 온도에 도달하면, 발열 소자(15)의 주위의 잉크의 막 비등이 발생하고, 그 막 비등에 의해 기포(33)가 발생된다(도 17d). 그 기포(33)는 핵 비등 기포(32)와 결합되어 1개의 기포를 형성한다(도 17e). 그 후, 도 17f 및 도 17g에 도시된 바와 같이, 잉크 액적(Ia)이 토출구(13)로부터 토출된다. 이 경우, 막 비등 온도보다 저온에서 성장한 핵 비등 기포(32)로 인해 잉크 액적(Ia)에 충분한 운동 에너지를 부여할 수 없어, 토출 속도가 낮아진다. 또한, 도 17c에 도시된 바와 같이, 핵 비등 기포(32)의 위치가 발열 소자(15)의 중심으로부터 어긋나기 때문에, 도 17d 내지 도 17f에 도시된 바와 같이 비대칭 기포가 발열 소자(15) 상에서 성장한다. 결과적으로, 도 17g에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 법선 방향과 상이한 비스듬한 방향으로 잉크 액적(Ia)이 토출된다. 비교예에서와 같이, 상술한 구동 조건 하에서 발열 소자(15)에 의해 잉크를 가열하는 경우, 발열 소자(15)의 표면의 최대 도달 온도는 약 섭씨 600도이다.
도 15a 내지 도 15e 및 도 17a 내지 도 17g에서, 잔류 잉크(27)는 발열 소자(15)의 중심축을 중심으로 대칭적으로 도시되어 있다. 그러나, 실제의 잉크 발포 및 토출 동작에서, 잔류 잉크(27)의 형상 및 크기는 어느 정도 무작위적이다. 그로 인해, 잔류 기포(29)가 발생되는지 여부 및 그것이 발생되는 위치는 잉크 토출 동작마다 상이하다. 예를 들어, 일 토출 동작에서는 잔류 기포(29)가 발생되지 않고 잉크 액적(Ia)이 충분한 토출 속도로 곧장 토출되는 한편, 다른 토출 동작에서는 잔류 기포(29)가 발생되고 잉크 액적(Ia)이 낮은 토출 속도에서 비스듬한 방향으로 토출된다. 이는 토출 불안정성 현상이며, 본 개시내용은 이러한 현상을 해결하기 위한 것이다. 구체적으로는, 위에서 설명된 바와 같이, 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)를 15㎛ 미만으로 설정하는 경우에는, 새틀라이트 액적의 발생이 방지되지만, 도 17에 도시된 비교예에서와 같이 잉크 액적(Ia)의 토출이 불안정해질 수 있다.
토출 속도 불안정성 현상은, 잉크 토출 반복 기간에 대응하는 발열 소자(15)의 구동 주파수가 높은 경우에 발생하기가 더 쉽다. 발열 소자(15)의 구동 주파수가 낮은 경우에는, 잔류 기포(29)가 잉크에 의해 흡수되고 핵 비등을 유발하기가 쉽지 않지만, 발열 소자(15)의 구동 주파수가 높은 경우에는, 잔류 기포(29)가 잉크에 의해 흡수되기 전에 다음 잉크 가열이 시작된다.
본 예시적인 실시형태에서는, 잉크는 발열 소자(15)에 의해 예를 들어 8 × 108 W/m2의 열 유속으로 0.5 마이크로초 동안 가열된다. 본 예시적인 실시형태에서 입력되는 합계 열량은 5.5 × 108 W/m2이며, 이는 상술한 비교예에서와 같이 1 마이크로초 동안 잉크가 가열되는 경우의 양과 실질적으로 동등하다. 도 18a 내지 도 18f는 이러한 조건 하에서 발열 소자(15)를 구동한 경우의 잉크 토출 동작을 도시한다.
도 18a에 도시된 바와 같이, 잔류 기포(29)가 발열 소자(15) 상에 존재하는 경우, 발열 소자(15)를 상기의 조건 하에서 구동한다. 가열 초기에서는, 도 18b에 도시된 바와 같이 잔류 기포(29)가 조금 성장하지만, 즉시 막 비등 온도에 도달하기 때문에, 도 18c에 도시된 바와 같이 핵 비등 기포(32)와 막 비등에 의해 발생된 기포(33)가 즉시 합쳐져서, 도 18d에 도시된 바와 같이 실질적으로 균일한 기포(24)를 형성한다. 그 후, 도 18e 및 도 18f에 도시된 바와 같이 잉크 액적(Ia)이 토출된다. 잉크 액적(Ia)의 토출에서는, 막 비등이 지배적이기 때문에, 잉크 액적(Ia)의 토출 속도는 저하되지 않는다. 또한, 잉크 액적(Ia)은 실질적으로 대칭적인 기포(24)에 의해 토출되기 때문에, 토출 방향은 기판(11)의 법선 방향과 실질적으로 일치한다. 본 예시적인 실시형태에 따른 구동 조건 하에 발열 소자(15)에 의해 잉크를 가열했을 경우, 발열 소자(15)의 표면의 최대 도달 온도는 전술한 비교예에서와 마찬가지로 약 섭씨 600도가 된다.
도 19a 및 도 19b는, 100개의 잉크 액적을 토출했을 경우에 각 잉크 액적의 토출 속도를 도시하는 그래프이다. 도 19a는, 전술한 비교예에서와 같이, 5.5 × 108 W/m2의 열 유속에서 1.0 마이크로초 동안 잉크를 가열하고, 잉크 액적을 토출시켰을 경우의 토출 속도를 나타내는 그래프이다. 도 19b는, 본 예시적인 실시형태에서와 같이, 8 × 108 W/m2의 열 유속에서 0.5 마이크로초 동안 잉크를 가열하고, 잉크 액적을 토출시켰을 경우의 토출 속도를 나타내는 그래프이다. 그래프로부터, 본 예시적인 실시형태에서와 같이 발열 소자의 구동 조건 하에서 잉크 액적을 토출시켰을 경우에는, 그 토출 속도가 안정되는 것이 분명하다.
도 20a는, 횡축이 잉크 가열 시간을 나타내고, 종축이 잉크 액적의 토출 속도의 표준 편차를 나타내는 그래프이다. 구체적으로는, 하나의 토출구로부터 토출되는 100개의 잉크 액적 각각의 토출 속도를 측정하고, 측정된 토출 속도의 표준 편차(σi)를 계산한다. 이는 9개의 토출구에 대해 실행된다. 9개의 표준 편차(σi)의 평균값을 플롯팅하고, 도 20a의 각각의 에러 바는 토출구 사이의 표준 편차의 변화를 나타낸다. 잉크 액적 토출 시에 입력된 열량은 잉크 가열 시간에 관계없이 동일하다. 그래프로부터, 가열 시간이 짧을수록 잉크 액적 토출 속도가 더 안정적임이 분명하다. 특히, 가열 시간이 0.5 마이크로초 이하인 경우, 잉크 액적 토출 속도는 충분히 안정적이다. 이는 미세한 화상 기록을 가능하게 한다.
도 20b는, 토출 속도의 표준 편차와 기록 화상의 품위의 시각적 평가 결과 사이의 관계를 도시한다. 기본적으로, 잉크 액적 토출 속도의 표준 편차가 0.2m/s를 초과하면, 기록 화상 상의 결함이 현저해지고, 기록 화상의 품위가 저하된다. 또한, 잉크 액적 토출 속도의 표준 편차가 0.1을 초과하고 0.2를 초과하지 않는 경우, 기록 화상의 품위는 높다. 토출 속도의 표준 편차가 0.1을 초과하지 않는 경우, 화상 품위의 균일성이 높고, 화상 품위가 우수하다. 따라서, 기록 화상의 품위의 시각적 평가에서는, 0.2m/s 이하의 잉크 액적 토출 속도의 표준 편차가 수용가능한 것으로서 결정된다. 도 20b로부터, 토출 속도의 표준 편차가 0.5m/s인 경우, 허용 범위 내의 기록 품위가 확보되는 것이 분명하다.
위에서 설명된 바와 같이, 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)가 15㎛ 미만으로 설정되고, 잉크 액적 토출 후에 발열 소자(15)의 일부가 대기에 노출되는 구성에서, 발열 소자(15)는 8 × 108 W/m2 이상(가열 시간: 0.5 마이크로초 이하)에서 구동된다. 이에 의해, 새틀라이트 액적의 발생을 억제하면서, 잉크 액적의 토출을 안정화할 수 있다.
기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)가 15㎛ 이상인 경우에는, 기포(24)의 대기와의 연통이 지연된다. 구체적으로는, 잔류 잉크(27)의 기액 계면이 압력실(23) 내의 잉크(Ib)의 기액 계면(28)과 결합된 후에 기포(24)가 대기와 연통한다. 그로 인해, 발열 소자(15)는 대기에 노출되지 않고, 잔류 기포(29)는 발생되지 않으므로, 다음 잉크 발포시에 잉크 핵 비등이 발생할 우려가 없다.
전술한 제1 예시적인 실시형태에서는, 도 21a에 도시된 바와 같이, 잉크 액적 토출 1회에 대해서 발열 소자(15)는 1회 가열되며, 구동 펄스(펄스 폭:t0)는 1개이다. 구동 펄스는 복수의 펄스로 분할될 수 있다.
도 21b는, 본 개시내용의 제2 예시적인 실시형태에 따른 발열 소자(15)의 구동 펄스를 도시한다. 각각의 잉크 액적 토출에 대해서 발열 저항체인 발열 소자(15)에 복수의 구동 펄스가 인가된다. 본 예시적인 실시형태에서는, 2개의 구동 펄스(펄스 폭:t1, t2)가 인가된다. 8 × 108 W/m2 이상의 열 유속으로 잉크를 가열함으로써, 전술한 바와 같이, 발열 소자(15) 상에 잔류 기포(29)가 존재해도, 잉크 액적 토출에서는 막 비등이 지배적이기 때문에, 새틀라이트 액적의 발생을 방지하면서, 잉크 액적을 안정적으로 토출할 수 있다. 발열 소자(15)의 구동 펄스가 복수의 펄스로 분할되고 잉크가 복수회 가열되는 경우, 구동 펄스 사이의 비가열 시간 동안 일부의 열이 소산되어 상실된다. 그로 인해, 복수의 구동 펄스를 사용하는 경우에 대한 합계 가열 시간은 도 21a에서와 같이 싱글 펄스를 사용하는 경우에 대한 가열 시간보다 약 10% 길게 설정된다.
도 22a 내지 도 22c 및 도 23은 본 개시내용의 제3 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 22a 내지 도 22c 각각에서, 좌측은 압력실(23)의 단면도이며, 우측은 압력실(23)의 평면도이다. 평면도에서는, 복잡함을 피하기 위해 토출구(13)의 도시가 생략된다.
전술한 제1 예시적인 실시형태에 따른 발열 소자(15)는 18㎛ × 18㎛의 평면 정사각형이다. 그러나, 발열 소자(15)의 평면 형상은, 예를 들어 도 22b 및 도 22c에 도시된 바와 같은 직사각형일 수 있다. 도 22b에 도시된 발열 소자(15)의 평면 형상은 21.8㎛ × 15㎛(애스펙트비: 1.45)의 직사각형이다. 구체적으로는, 도 22b의 발열 소자(15)는, 인접하는 유로 벽(22) 사이의 잉크 유로가 연장되는 방향(G1 방향)과 평행한 변이 21.8㎛의 길이(L1)를 가지며, 잉크 유로가 연장되는 방향에 직교하는 방향(G2 방향)을 따른 변은 15㎛의 길이(L2)를 갖는다. 또한, 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)는 14㎛이다. 또한, 도 22a에 도시된 발열 소자(15)는 1의 애스펙트비를 갖는 정사각형이며, 도 22c에 도시된 발열 소자(15)는 2.24의 애스팩트비를 갖는 직사각형이다.
압력실(23) 내의 잉크(Ib)의 기액 계면(28)의 형상은 발열 소자(15)의 애스펙트비에 따라 상이하다. 기포(24)는, 화살표 G2 방향에서는, 유로 벽(22)에 의해 막히기 때문에 별로 성장하지 않는다. 그로 인해, 발열 소자(15)의 애스펙트비에 무관하게, 화살표 G2 방향의 기액 계면(28)의 크기는 실질적으로 동등하다. 한편, 그 화살표 G1 방향에서는, 발열 소자(15)의 애스펙트비가 크고, 화살표 G1 방향의 길이(L1)가 길수록, 기액 계면(28)은 크게 성장한다. 발열 소자(15)의 애스펙트비가 큰 경우에는, 발열 소자(15)의 더 큰 면적이 장시간 동안 대기에 노출되기 때문에, 잔류 기포(29)가 발생되기 더 쉬워진다. 따라서, 잉크 액적 토출 속도를 안정시키기 위해서는, 잉크 가열 시간을 더 감소시키도록 발열 소자(15)를 구동할 필요가 있다.
도 23은, 발열 소자(15)의 애스펙트비가 1.0 및 1.45인 경우에서의, 잉크 가열 시간과 잉크 액적 토출 속도의 표준 편차 사이의 관계를 도시한다. 도 23으로부터, 애스펙트비가 1.45인 경우에도, 잉크 가열 시간을 감소시키는 경우 잉크 액적 토출 속도가 안정화되는 것이 분명하다. 발열 소자(15)의 애스펙트비는 1.5 이하인 것이 바람직하고, 1.4 이하인 것이 더 바람직하며, 1.2 이하인 것이 훨씬 더 바람직하다. 발열 소자(15)의 애스펙트비를 증가시킴으로써, 발열 저항체인 발열 소자(15)의 저항값이 증가되어, 잉크의 발포에 필요한 열량을 보다 적은 양의 전류에 의해 발생시킬 수 있다.
도 24a 및 도 24b는 본 개시내용의 제4 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 24a 및 도 24b 각각에서, 좌측은 압력실(23)의 단면도이며, 우측은 압력실(23)의 평면도이다. 평면도에서는, 복잡함을 피하기 위해 토출구(13)의 도시가 생략된다.
전술한 제1 예시적인 실시형태에서는, 발열 소자(15)의 평면 형상이 18㎛ × 18㎛의 정사각형이며, 토출구(13)의 평면 형상이 직경 16㎛의 원형이다. 본 예시적인 실시형태에서는, 토출구(13)의 평면 형상이 직경 20㎛의 원형이다. 따라서, 도 24a에 도시된 바와 같이, 토출구(13)의 직경보다 발열 소자(15)의 한 변의 길이가 작다. 기판(11)으로부터 토출구(13)까지의 거리(La)는 제1 예시적인 실시형태에서와 같은 10㎛이다.
거리 La가 15㎛ 미만인 경우에, 토출구(13)의 직경이 발열 소자(15)의 1변의 길이보다 크면, 도 24b에 도시된 바와 같이 기액 계면(28)이 커지기 쉬운데, 이는, 토출구(13)가 작은 경우, 압력실(23) 내에서 잉크의 발포시에 발생되는 기포(24)가 넓게 확대되기 때문이다. 기액 계면(28)이 큰 경우, 제3 예시적인 실시형태에서와 같이, 발열 소자(15)의 더 넓은 면적이 장시간 동안 대기에 노출되기 때문에, 잔류 기포(29)가 발생되기 쉬워진다. 따라서, 잉크 액적 토출 속도를 안정시키기 위해서는, 잉크 가열 시간을 더 감소시키도록 발열 소자(15)를 구동할 필요가 있다.
따라서 본 예시적인 실시형태에서는, 도 24a에 도시된 바와 같이, 토출구(13)의 직경보다 발열 소자(15)의 1변의 길이를 작게 설정하여, 더 안정적인 잉크 액적 토출을 실현할 수 있다. 토출구(13)의 직경은 발열 소자(15)에 의해 형성되는 가열면의 긴 변보다 긴 임의의 직경일 수 있다. 또한, 토출구(13)의 평면 형상은 원형으로 한정되지 않고 예를 들어 직사각형, 달걀형, 타원형, 돌출부를 갖는 원형 등일 수 있다. 토출구(13)와 발열 소자(15) 사이의 크기 관계는 토출구(13)의 외접원의 직경에 기초한다.
도 25는, 도 1에 도시된 라인 잉크젯 기록 장치(액체 토출 장치)(1000)의 제어 시스템의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 중앙 처리 유닛(CPU)(120)은 기록 장치(1000)의 동작에 대해 제어 처리, 데이터 처리 등을 실행한다. 리드 온리 메모리(ROM)(101)는 처리 절차의 프로그램 등을 저장한다. 랜덤 액세스 메모리(RAM)(102)는 처리의 실행 동안 작업 영역 등으로서 사용된다. 잉크젯 기록 헤드(액체 토출 헤드)(3)는, 전술한 바와 같이, 잉크(액체)를 토출할 수 있는 복수의 토출구를 포함한다. CPU(120)는, 헤드 드라이버(3A)를 통해 전술한 바와 같이 발열 소자(15)를 구동하여 토출 헤드(3)의 토출구로부터 잉크를 토출시킨다. CPU(120)는, 가열면을 형성하는 발열 소자(15)의 구동을 전술한 조건 하에서 제어하도록 구성되는 제어 유닛으로서 기능한다.
본 개시내용은 시리얼 스캔형 기록 장치에도 적용가능하다. 시리얼 스캔형 기록 장치는 주주사 방향으로 이동가능한 캐리지에 탑재된 기록 헤드를 포함하며, 기록 매체는 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 반송된다. 기록 헤드 및 캐리지가 주주사 방향으로 함께 이동하면서, 잉크가 토출되는 동작 및 기록 매체가 부주사 방향으로 반송되는 동작이 반복되어 기록 매체에 화상을 기록한다.
본 개시내용은, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 장치 및 잉크젯 기록 헤드뿐만 아니라 다양한 액체를 토출하기 위한 액체 토출 방법, 액체 토출 장치 및 액체 토출 헤드에도 적용가능하다. 예를 들어, 본 개시내용은, 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖는 팩시밀리, 프린터 유닛을 갖는 워드 프로세서 등의 장치와, 다양한 각종 처리 장치와 조합되는 산업 기록 장치에 적용가능하다. 또한, 본 개시내용은 바이오칩의 제조, 전자 회로의 기록 등에 적용가능하다. 본 개시내용에 따르면, 액체 가열 조건은 액체를 효율적으로 토출하도록 특정되는 한편, 액체 토출 상태는 안정화된다.
본 개시내용을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 개시내용은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 액체 토출 방법이며,
    액체를 가열하는 가열면과 상기 가열면에 대응하는 토출구를 구비하는 액체 토출 헤드를 사용하여, 상기 가열면에 의해 액체를 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킴으로써, 상기 토출구로부터 액체를 토출하는 단계를 포함하며,
    상기 토출구로부터 액체를 토출하기 위해, 상기 가열면에 의해 액체를 0.5 마이크로초 이하 동안 8 × 108 W/m2 이상의 열 유속에서 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시키는, 액체 토출 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출구로부터 액체를 토출시키는 과정에서, 상기 가열면의 중앙부에 상기 토출구로부터 토출되는 액체의 일부를 잔류시키며,
    상기 중앙부의 외측의 상기 가열면의 일부인 주위부를 외기에 노출시키는, 액체 토출 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 토출구로부터 액체를 토출시킨 후에, 상기 가열면의 상기 중앙부에 잔류하는 액체와, 상기 가열면의 상기 주위부로부터 상기 중앙부를 향해서 충전되는 액체를 상기 가열면 상에서 합류시키는, 액체 토출 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가열면의 평면 형상이 애스펙트비가 1.5 이하인 직사각형인, 액체 토출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 토출구로부터 액체를 토출시키기 위한 상기 가열면에 의한 액체의 가열을 복수회의 가열로 나누고,
    상기 복수회의 가열 시간의 합계가 0.5 마이크로초 이하인, 액체 토출 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가열면이 제공되는 기판과, 상기 토출구의 외부 개구부 사이의 거리가 15㎛ 미만인, 액체 토출 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 토출구의 직경이 상기 가열면의 긴 변보다 긴, 액체 토출 방법.
  9. 액체 토출 장치이며,
    액체를 가열하는 가열면과, 상기 가열면에 대응하는 토출구를 구비하는 액체 토출 헤드를 사용하여, 상기 가열면에 의해 액체를 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킴으로써, 액체를 토출시키는 상기 토출구를 포함하며,
    상기 토출구로부터 액체를 토출하기 위해, 상기 가열면에 의해 액체를 0.5 마이크로초 이하 동안 8 × 108 W/m2 이상의 열 유속에서 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시키는, 액체 토출 장치.
  10. 삭제
  11. 액체 토출 헤드이며,
    액체를 가열하는 가열면과;
    상기 가열면에 대응하는 토출구를 포함하고,
    상기 액체 토출 헤드는, 상기 가열면에 의해 액체를 0.5 마이크로초 이하 동안 8 × 108 W/m2 이상의 열 유속에서 가열하여, 상기 가열면의 적어도 일부가 상기 토출구를 통해서 대기에 노출되도록 상기 토출구를 통해서 대기와 연통하는 기포를 발생시킴으로써, 상기 토출구로부터 액체를 토출하고,
    상기 가열면의 평면 형상이 애스펙트비가 1.5 이하의 직사각형이고,
    상기 가열면이 제공되는 기판과 상기 토출구의 외부 개구부 사이의 거리가 15㎛ 미만이며,
    상기 토출구의 직경이 상기 가열면의 긴 변보다 긴, 액체 토출 헤드.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 가열면은 전열 변환 소자에 의해 형성되는, 액체 토출 헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전열 변환 소자가 제공되는 압력실을 더 포함하며,
    상기 압력실 내의 액체가 상기 압력실과 상기 압력실의 외측 부분 사이에서 순환되는, 액체 토출 헤드.
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