KR102525314B1 - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 모듈 - Google Patents

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 모듈 Download PDF

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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체 토출 헤드는 제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하는 것을 허용하는 압력실, 제1 액체에 압력을 가하는 압력 발생 소자, 및 제2 액체를 토출하는 토출구를 포함한다. 제1 액체가 압력 발생 소자와 접촉하면서 토출구로부터의 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 방향으로 유동하고 제2 액체가 압력실에서 제1 액체를 따라 교차 방향으로 유동하는 상태에서, 압력 발생 소자가 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써 제2 액체가 토출구로부터 토출된다.

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 모듈{LIQUID EJECTION HEAD, LIQUID EJECTION APPARATUS, AND LIQUID EJECTION MODULE}
본 개시물은 액체 토출 헤드, 액체 토출 모듈 및 액체 토출 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제H6-305143호는, 토출 매체로서의 액체와 발포 매체로서의 액체를 계면에서 서로 접촉시키고, 전달된 열 에너지를 받는 발포 매체에서 발생되는 기포의 성장에 의해 토출 매체를 토출하도록 구성되는 액체 토출 유닛을 개시하고 있다. 일본 특허 공개 제H6-305143호는 토출 매체의 토출 후에 토출 매체 및 발포 매체에 압력을 가함으로써 이들 매체의 유동을 형성하며, 이에 의해 토출 매체와 발포 매체 사이의 계면을 액체 유로에서 안정시키는 방법을 기재하고 있다.
본 개시물의 제1 양태에서, 제1 액체 및 제2 액체를 내부에서 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 압력실; 상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자; 및 상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구를 포함하고, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 방향으로 유동하고 상기 제2 액체가 상기 압력실에서 상기 제1 액체를 따라 상기 교차 방향으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써 상기 제2 액체가 상기 토출구로부터 토출되는 액체 토출 헤드가 제공된다.
본 개시물의 제2 양태에서, 액체 토출 헤드를 포함하는 액체 토출 장치가 제공되며, 상기 액체 토출 헤드는, 제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하게 하도록 구동되는 압력실, 상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자, 및 상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구를 포함하고, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 방향으로 유동하고 상기 제2 액체가 상기 압력실에서 상기 제1 액체를 따라 상기 교차 방향으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써 상기 제2 액체가 상기 토출구로부터 토출된다.
본 개시물의 제3 양태에서, 액체 토출 헤드를 구성하기 위한 액체 토출 모듈이 제공되며, 상기 액체 토출 헤드는, 제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 압력실; 상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자; 및 상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구를 포함하고, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 방향으로 유동하고 상기 제2 액체가 상기 압력실에서 상기 제1 액체를 따라 상기 교차 방향으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써 상기 제2 액체가 상기 토출구로부터 토출되며, 상기 액체 토출 헤드는 상기 복수의 액체 토출 모듈을 배열함으로써 형성된다.
본 개시물의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 토출 헤드의 사시도이다.
도 2는 액체 토출 장치의 제어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 액체 토출 모듈의 소자 기판의 단면 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 제1 실시형태에서의 액체 유로 및 압력실의 확대 상세도이다.
도 5a 및 도 5b는 점도비와 수상 두께비 사이의 관계 및 압력실의 높이와 유속 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 유량비와 수상 두께비 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a) 내지 (e)는 토출 동작의 과도 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (g)는 다양한 수상 두께비에서의 토출 액적을 도시하는 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (e)는 다양한 수상 두께비에서의 토출 액적의 설명도이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 다양한 수상 두께비에서의 토출 액적을 도시하는 추가의 도면이다.
도 11은 유로(압력실)의 높이와 수상 두께비 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 물 함유율과 발포 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13a 내지 도 13d는 제2 실시형태에서의 액체 유로 및 압력실의 확대 상세도이다.
도 14는 제3 실시형태의 소자 기판의 단면 사시도이다.
도 15a 내지 도 15c는 제3 실시형태에서의 액체 유로 및 압력실의 확대 상세도이다.
도 16의 (a) 내지 (h)는 제3 실시형태에서의 토출 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 제3 실시형태에서 수상 두께비를 변화시키는 경우를 나타내는 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 제4 실시형태에서의 액체 유로 및 압력실의 확대 상세도이다.
도 19의 (a) 내지 (c)는 제4 실시형태의 다양한 수상 두께비에서의 토출 상태도이다.
도 20a 내지 도 20c는 제5 실시형태의 액체 유로 및 압력실의 확대 상세도이다.
도 21의 (a) 및 (b)는 제5 실시형태의 다양한 수상 두께비에서의 토출 상태도이다.
그럼에도 불구하고, 일본 특허 공개 제H6-305143호에 개시된 바와 같이, 토출 동작이 일어날 때마다 토출 매체 및 발포 매체에 압력을 가함으로써 이들 2개의 매체 사이에 계면을 형성하는 구성에서는, 계면이 반복된 토출 동작의 과정에서 불안정해지기 쉽다. 결과적으로, 토출 액적에 포함되는 매체 성분의 변동 및 토출 액적의 양 및 속도의 변동에 의해 토출 매체를 퇴적시킴으로써 획득되는 출력물의 품질이 저하될 수 있다.
본 개시물은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이다. 따라서, 본 개시물의 목적은, 토출 동작이 일어나는 경우에 토출 매체와 발포 매체 사이의 계면을 안정시켜, 양호한 토출 성능을 유지할 수 있는 액체 토출 헤드를 제공하는 것이다.
(제1 실시형태)
(액체 토출 헤드의 구성)
도 1은 본 실시형태에서 이용가능한 액체 토출 헤드(1)의 사시도이다. 본 실시형태의 액체 토출 헤드(1)는 복수의 액체 토출 모듈(100)을 x 방향으로 배열함으로써 형성된다. 각각의 액체 토출 모듈(100)은 토출 소자가 배열되는 소자 기판(10) 및 각각의 토출 소자에 전력 및 토출 신호를 공급하기 위한 플렉시블 배선 기판(40)을 포함한다. 플렉시블 배선 기판(40)은, 전력 공급 단자와 토출 신호 입력 단자의 어레이가 제공된, 공통으로 사용되는 전기 배선 기판(90)에 연결되어 있다. 각각의 액체 토출 모듈(100)은 액체 토출 헤드(1)에 대해 용이하게 부착가능 및 분리가능하다. 따라서, 임의의 원하는 액체 토출 모듈(100)이 액체 토출 헤드(1)를 분해할 필요 없이 용이하게 외부로부터 액체 토출 헤드(1)에 부착되거나 액체 토출 헤드로부터 분리될 수 있다.
상술한 바와 같이 액체 토출 모듈(100)을 길이 방향으로 복수 배열함으로써(복수의 모듈의 배열에 의해) 형성되는 액체 토출 헤드(1)가 주어지는 경우, 토출 소자 중 어느 하나가 토출 불량을 일으키는 경우에도, 토출 불량에 관련된 액체 토출 모듈만을 교체하면 된다. 따라서, 액체 토출 헤드(1)의 제조 공정 동안 그 수율을 향상시킬 수 있으며 헤드의 교체 비용을 감소시킬 수 있다.
(액체 토출 장치의 구성)
도 2는 본 실시형태에 적용가능한 액체 토출 장치(2)의 제어 구성을 도시하는 블록도이다. CPU(500)는, ROM(501)에 저장되어 있는 프로그램에 따라, RAM(502)을 워크 에어리어로서 사용하면서, 액체 토출 장치(2)의 전체를 제어한다. CPU(500)는, 예를 들어 외부 접속 호스트 장치(600)로부터 수신한 토출 데이터에, ROM(501)에 저장되어 있는 프로그램 및 파라미터에 따라서 규정된 데이터 처리를 실시하여, 액체 토출 헤드(1)가 토출을 행할 수 있게 하는 토출 신호를 생성한다. 그리고, 이 토출 신호에 따라서 액체 토출 헤드(1)를 구동하는 한편, 반송 모터(503)를 구동하여 액체를 퇴적하기 위한 대상 매체를 미리결정된 방향으로 반송한다. 따라서, 액체 토출 헤드(1)로부터 토출된 액체는 부착을 위해 퇴적 대상 매체에 퇴적된다.
액체 순환 유닛(504)은, 액체 토출 헤드(1)에 대하여 액체를 순환시키고 공급하며, 액체 토출 헤드(1)에서의 액체의 유동 제어를 행하도록 구성되는 유닛이다. 액체 순환 유닛(504)은, 액체를 저류하는 서브-탱크, 서브-탱크와 액체 토출 헤드(1) 사이에서 액체를 순환시키는 유로, 펌프, 액체 토출 헤드(1) 내를 유동하는 액체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 유닛 등을 포함한다. 따라서, CPU(500)의 지시 하에, 액체 토출 헤드(1)에서 액체가 미리결정된 유량으로 유동하도록, 이들 기구가 제어된다.
(소자 기판의 구성)
도 3은 각각의 액체 토출 모듈(100)에 제공된 소자 기판(10)의 단면 사시도이다. 소자 기판(10)은, 실리콘(Si) 기판(15) 위에 오리피스 플레이트(14)(토출구 형성 부재)를 적층함으로써 형성된다. 도 3에서는, x 방향으로 배열된 토출구(11)는 동일한 종류의 액체(예를 들어, 공통 서브-탱크 및 공통 공급구로부터 공급되는 액체)를 토출한다. 도 3은 오리피스 플레이트(14)에 액체 유로(13)도 제공된 예를 도시한다. 대신에, 소자 기판(10)은, 액체 유로(13)를 다른 부재(유로 형성 부재)를 사용하여 형성하고 그 위에 토출구(11)가 형성된 오리피스 플레이트(14)를 배열하는 구성을 채용해도 된다.
실리콘 기판(15) 상에는, 각각의 토출구(11)에 대응하는 위치에, 압력 발생 소자(12)(도 3에서는 도시되지 않음)가 배치된다. 각각의 토출구(11)와 대응하는 압력 발생 소자(12)는 서로 대향하는 위치에 위치된다. 토출 신호에 응답하여 전압이 인가되는 경우, 압력 발생 소자(12)는 액체의 유동 방향(y 방향)에 직교하는 z 방향으로 액체에 압력을 가한다. 따라서, 압력 발생 소자(12)에 대향하는 토출구(11)로부터 액체가 액적의 형태로 토출된다. 플렉시블 배선 기판(40)(도 1 참조)은 실리콘 기판(15)에 배치된 단자(17)를 통해 압력 발생 소자(12)에 전력 및 구동 신호를 공급한다.
오리피스 플레이트(14)에는, y 방향으로 연장되고, 토출구(11)에 각각 하나하나씩 연결되는 복수의 액체 유로(13)가 제공된다. 한편, x 방향으로 배열되는 액체 유로(13)는, 제1 공통 공급 유로(23), 제1 공통 회수 유로(24), 제2 공통 공급 유로(28) 및 제2 공통 회수 유로(29)에 공통으로 연결된다. 제1 공통 공급 유로(23), 제1 공통 회수 유로(24), 제2 공통 공급 유로(28) 및 제2 공통 회수 유로(29)에서의 액체의 유동은 도 2를 참조하여 설명되는 액체 순환 유닛(504)에 의해 제어된다. 더 구체적으로는, 액체 순환 유닛(504)은 제1 공통 공급 유로(23)로부터 액체 유로(13)에 유입되는 제1 액체가 제1 공통 회수 유로(24)를 향하고, 제2 공통 공급 유로(28)로부터 액체 유로(13)에 유입되는 제2 액체가 제2 공통 회수 유로(29)를 향하도록 제어를 행한다.
도 3은, x 방향으로 배열되는 토출구(11) 및 액체 유로(13)와, 이들 토출구 및 유로에 대해 잉크를 공급 및 회수하기 위해 공통으로 사용되는 제1 및 제2 공통 공급 유로(23 및 28) 및 제1 및 제2 공통 회수 유로(24 및 29)가 한 세트로서 형성되고, 이들 구성의 2개의 세트가 y 방향으로 배열되는 예를 나타낸다. 도 3은, 대응하는 압력 발생 소자(12)에 대향하는 위치, 즉 기포의 성장 방향으로 각각의 토출구가 위치되는 구성을 도시한다. 그러나, 본 실시형태는 이러한 구성으로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 각각의 토출구는 기포의 성장 방향에 직교하는 위치에 위치될 수 있다.
(유로 및 압력실의 구성)
도 4a 내지 도 4d는 소자 기판(10)에 형성된 각각의 액체 유로(13) 및 각각의 압력실(18)의 상세한 구성을 설명하는 도면이다. 도 4a는 토출구(11) 측으로부터(+z 방향측으로부터) 본 사시도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 IVb-IVb 선을 따라 취한 단면도이다. 한편, 도 4c는 도 3로 나타낸 소자 기판에서의 각각의 액체 유로(13) 근방의 확대도이다. 또한, 도 4d는 도 4b의 토출구 근방의 확대도이다.
액체 유로(13)의 저부에 대응하는 실리콘 기판(15)은, 제2 유입구(21), 제1 유입구(20), 제1 유출구(25), 및 제2 유출구(26)를 포함하며, 이들은 y 방향에서 이 순서로 형성된다. 또한, 토출구(11)와 연통하고 압력 발생 소자(12)를 포함하는 압력실(18)은 실질적으로 액체 유로(13)에서 제1 유입구(20)와 제1 유출구(25) 사이의 중심에 위치된다. 각각 제2 유입구(21)는 제2 공통 공급 유로(28)에 연결되고, 제1 유입구(20)는 제1 공통 공급 유로(23)에 연결되고, 제1 유출구(25)는 제1 공통 회수 유로(24)에 연결되며, 제2 유출구(26)는 제2 공통 회수 유로(29)에 연결된다(도 3 참조).
상술한 구성에서, 제1 유입구(20)를 통해 제1 공통 공급 유로(23)로부터 액체 유로(13)에 공급된 제1 액체(31)는 y 방향(화살표로 나타낸 방향)으로 유동한다. 제1 액체(31)는 압력실(18)을 통과한 후 제1 유출구(25)를 통해 제1 공통 회수 유로(24)에 회수된다. 한편, 제2 유입구(21)를 통해 제2 공통 공급 유로(28)로부터 액체 유로(13)에 공급된 제2 액체(32)는 y 방향(화살표로 나타낸 방향)으로 유동한다. 제2 액체(32)는 압력실(18)을 통과한 후 제2 유출구(26)를 통해 제2 공통 회수 유로(29)에 회수된다. 즉, 액체 유로(13)에서, 제1 액체 및 제2 액체의 양자 모두는 제1 유입구(20)와 제1 유출구(25) 사이의 구간에서 y 방향으로 유동한다.
압력실(18)에서, 압력 발생 소자(12)는 제1 액체(31)와 접촉하는 한편, 대기에 노출된 제2 액체(32)는 토출구(11) 근방에 메니스커스를 형성한다. 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)는, 압력 발생 소자(12), 제1 액체(31), 제2 액체(32), 및 토출구(11)가 이 순서로 배열되도록 압력실(18) 내를 유동한다. 구체적으로는, 압력 발생 소자(12)가 하측에 위치되고 토출구(11)가 상측에 위치되는 것으로 하면, 제2 액체(32)는 제1 액체(31) 위에서 유동한다. 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)는 층류 상태로 유동한다. 또한, 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)는 하방에 위치되는 압력 발생 소자(12)에 의해 가압되며 저부로부터 상방으로 토출된다. 이 상하 방향이 압력실(18) 및 액체 유로(13)의 높이 방향에 대응한다는 것에 유의한다.
본 실시형태에서는, 제1 액체(31)의 유량 및 제2 액체(32)의 유량은, 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)가 도 4d에 도시하는 바와 같이 압력실에서 서로 접촉하여 유동하도록, 제1 액체(31)의 물성 및 제2 액체(32)의 물성에 따라 조정된다. 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서 제1 액체, 제2 액체, 및 제3 액체는 동일한 방향으로 유동하도록 허용되지만, 실시형태는 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 구체적으로는, 제2 액체는 제1 액체의 유동 방향과 반대 방향으로 유동할 수 있다. 대안적으로, 유로는 제1 액체의 유동이 제2 액체의 유동과 직각으로 교차하게 하도록 제공될 수 있다. 한편, 액체 토출 헤드는, 제2 액체가 액체 유로(압력실)의 높이 방향에서 제1 액체 위에서 유동하도록 구성된다. 그러나, 본 실시형태는 이러한 구성으로만 한정되지 않는다. 구체적으로는, 제3 실시형태에서와 같이, 제1 액체 및 제2 액체의 양자 모두는 액체 유로(압력실)의 저면과 접촉하는 상태로 유동할 수 있다.
상술한 2개의 액체의 모드는, 도 4d에 도시한 바와 같이 2개의 액체가 동일한 방향으로 유동하는 평행 유동뿐만 아니라 제2 액체가 제1 액체의 유동의 반대 방향으로 유동하는 대향 유동 그리고 제1 액체의 유동이 제2 액체의 유동에 교차하는 액체의 유동도 포함한다. 이하, 이들 모드 중 평행 유동을 일례로서 설명할 것이다.
평행 유동의 경우, 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 계면을 흐트러뜨리지 않는 것, 즉 제1 액체(31)와 제2 액체(32)가 유동하는 압력실(18) 내에 층류 유동(laminar flow)의 상태를 달성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 미리결정된 토출량을 유지하도록 토출 성능을 제어하고자 하는 경우에는, 계면이 안정되어 있는 상태에서 압력 발생 소자를 구동하는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 본 실시형태는 이 구성으로만 한정되는 것은 아니다. 압력실(18) 내의 유동이 난류 상태로 천이되어 2개의 액체 사이의 계면이 다소 흐트러지는 경우에도, 적어도 제1 액체가 주로 압력 발생 소자(12) 측에서 유동하고 제2 액체가 주로 토출구(11) 측에서 유동하는 상태를 유지할 수 있는 경우에는 압력 발생 소자(12)는 여전히 구동될 수 있다. 이하의 설명은 압력실 내의 유동이 평행 유동의 상태 및 층류 유동의 상태에 있는 예에 주로 집중된다.
(층류 유동과 동시에 평행 유동을 형성하는 조건)
먼저 관 내에서 액체의 층류 유동을 형성하는 조건에 대해 설명한다. 일반적으로, 점성력과 계면력 사이의 비를 나타내는 레이놀즈 수(Re)가 유동 평가 지표로서 알려져 있다.
이제, 액체의 밀도는 ρ로 규정되고, 그 유속은 u로 규정되고, 그 대표 길이는 d로 규정되고, 점도는 η로 규정되며, 그 표면 장력은 γ로 규정된다. 이 경우, 레이놀즈 수는 이하의 (식 1)로 나타낼 수 있다:
Re = ρud/η (식 1).
여기서, 레이놀즈 수(Re)가 작을수록, 층류 유동이 형성되기 쉬운 것이 알려져 있다. 더 구체적으로는, 예를 들어 레이놀즈 수(Re)가 2200 정도보다 작은 경우 원형 관 내의 유동은 층류 유동으로 형성되고, 레이놀즈 수(Re)가 2200 정도보다 큰 경우 원형 관 내의 유동은 난류 유동이 되는 것이 알려져 있다.
유동이 층류 유동으로 형성되는 경우에, 유선은 서로 교차하지 않고 유동의 이동 방향에 평행해진다. 따라서, 접촉하고 있는 2개의 액체가 층류 유동을 구성하는 경우, 액체는 2개의 액체 사이에 계면을 안정적으로 형성하는 평행 유동을 형성할 수 있다.
여기서, 일반적인 잉크젯 기록 헤드의 관점에서, 액체 유로(압력실)에서의 토출구 근방의 유로의 높이(H [μm])(압력실의 높이)는 약 10 내지 100 μm의 범위에 있다. 이와 관련하여, 잉크젯 기록 헤드의 액체 유로에 물(밀도 ρ = 1.0 × 103 kg/m3, 점도 η=1.0 cP)을 100 mm/s의 유속으로 공급하는 경우에, 레이놀즈 수(Re)는 Re =ρud/η
Figure 112019078021934-pat00001
0.1 내지 1.0 << 2200이 된다. 결과적으로, 내부에 층류 유동이 형성된 것으로 간주할 수 있다.
여기서, 본 실시형태의 액체 유로(13)와 압력실(18)이 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 갖는 경우에도, 액체 토출 헤드에서의 액체 유로(13) 및 압력실(18)의 높이 및 폭은 충분히 작다. 이 때문에, 액체 유로(13) 및 압력실(18)은 원형 관의 경우에서와 같이 다루어질 수 있거나, 더 구체적으로는 액체 유로 및 압력실(18)의 높이는 원형 관의 직경으로서 다루어질 수 있다.
(층류 유동 상태의 평행 유동을 형성하기 위한 이론적인 조건)
이어서, 도 4d를 참조하여, 액체 유로(13) 및 압력실(18)에서 2 종류의 액체 사이의 계면이 안정되어 있는 평행 유동을 형성하는 조건에 대해서 설명한다. 우선, 실리콘 기판(15)으로부터 오리피스 플레이트(14)의 토출구면까지의 거리를 H [μm]로 규정하며, 토출구면으로부터 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 액-액 계면까지의 거리(제2 액체의 상 두께)를 h2 [μm]로 규정한다. 한편, 액-액 계면으로부터 실리콘 기판(15)까지의 거리(제1 액체의 상 두께)를 h1 [μm]로 규정한다. 이들 규정은 약 H = h1 + h2가 된다.
액체 유로(13) 및 압력실(18) 내의 경계 조건으로서, 액체 유로(13) 및 압력실(18)의 벽면에서의 액체의 속도는 제로인 것으로 한다. 또한, 액-액 계면에서의 제1 액체(31)와 제2 액체(32)의 속도 및 전단 응력은 연속성을 갖는 것으로 한다. 이 가정에 기초하여, 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)가 2-층 및 평행 정상(定常) 유동을 형성하는 경우, 평행 유동의 구간에서는 이하(식 2)에서 규정된 바와 같은 4차 방정식이 성립한다:
Figure 112019078021934-pat00002
(식 2)에서, 각각 η1은 제1 액체의 점도를 나타내고, η2는 제2 액체의 점도를 나타내고, Q1은 제1 액체의 유량(체적 유량[um3/us])을 나타내며, Q2는 제2 액체의 유량(체적 유량[um3/us])을 나타낸다. 즉, 제1 액체와 제2 액체는 상술한 4차 방정식(식 2)을 충족하는 범위 내에서 각각의 액체의 유량과 점도에 따른 위치 관계를 성립하도록 유동하며, 이에 의해 안정된 계면을 갖는 평행 유동을 형성한다. 본 실시형태에서는, 제1 액체와 제2 액체의 평행 유동을 액체 유로(13) 내에 또는 적어도 압력실(18) 내에 형성하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 평행 유동이 형성되는 경우, 제1 액체 및 제2 액체는 그 사이의 액-액 계면에서의 분자 확산에 의한 혼합에 관여될 뿐이며, 액체는 실질적으로 어떠한 혼합도 일으키지 않고 y 방향으로 평행하게 유동한다. 액체의 유동은 압력실(18) 내의 소정 영역에서는 항상 층류 유동 상태를 성립해야 하는 것은 아니라는 것에 유의한다. 이와 관련하여, 적어도 압력 발생 소자 위의 영역에서의 액체의 유동은 층류 유동의 상태를 성립하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 오일 및 물 같은 불혼합성 용매를 제1 액체 및 제2 액체로서 사용하는 경우에도, (식 2)가 충족되는 한 불혼합성에 관계없이 안정된 평행 유동이 형성된다. 한편, 오일 및 물의 경우에도, 압력실 내의 유동이 다소 난류 상태인 것에 의해 계면이 흐트러지는 경우, 적어도 제1 액체는 주로 압력 발생 소자에서 유동하고 제2 액체는 주로 토출구에서 유동하는 것이 바람직하다.
도 5a는, (식 2)에 기초하여 유량비(Qr = Q2/Q1)를 여러 개의 레벨로 변화시키는 상태에서의 점도비(ηr = η2/η1)와 제1 액체의 상 두께비(hr = h1/(h1 + h2)) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제1 액체는 물로 한정되지 않지만, "제1 액체의 상 두께비"를 이하 "수상 두께비"라 칭한다. 각각 횡축은 점도비(ηr = η2/η1)를 나타내며 종축은 수상 두께비(hr = h1/(h1 + h2))를 나타낸다. 유량비(Qr)가 커짐에 따라 수상 두께비(hr)가 작아진다. 한편, 유량비(Qr)의 각 레벨에서, 점도비(ηr)가 커질수록 수상 두께비(hr)는 작아진다. 즉, 액체 유로(13)(압력실)에서의 수상 두께비(hr)(제1 액체와 제2 액체 사이의 계면의 위치)는 제1 액체와 제2 액체 사이의 점도비(ηr) 및 유량비(Qr)를 제어함으로써 규정된 값으로 조정될 수 있다. 또한, 점도비(ηr)를 유량비(Qr)와 비교하는 경우, 도 5a는 유량비(Qr)는 점도비(ηr)보다 수상 두께비(hr)에 크게 영향을 미친다는 것을 알려준다.
도 5a에 도시된 조건 A, 조건 B 및 조건 C는 각각 이하의 조건을 나타낸다는 것에 유의한다:
조건 A) 점도비(ηr) = 1 및 유량비(Qr) = 1인 경우 수상 두께비(hr) = 0.50;
조건 B) 점도비(ηr) = 10 및 유량비(Qr) = 1인 경우 수상 두께비(hr) = 0.39; 및
조건 C) 점도비(ηr) = 10 및 유량비(Qr) = 10인 경우 수상 두께비(hr) = 0.12.
도 5b는 액체 유로(13)(압력실)의 높이 방향(z 방향)에서의 유속 분포를 각각 상술한 조건 A, B 및 C과 관련하여 나타내는 그래프이다. 횡축은 조건 A의 최대 유속 값을 1(기준)로서 규정함으로써 규격화되는 규격화 값(Ux)을 나타낸다. 종축은 액체 유로(13)(압력실)의 높이(H)가 1(기준)로서 규정된 경우의 저면으로부터의 높이를 나타낸다. 각각의 조건을 나타내는 커브 각각에서, 제1 액체와 제2 액체 사이의 계면의 위치는 마커로 표시된다. 도 5b는 조건 A의 계면 위치가 조건 B 및 조건 C의 계면의 위치보다 높게 위치되는 등 조건에 따라 계면의 위치가 변화하는 것을 나타낸다. 변화는 서로 상이한 점도를 갖는 2 종류의 액체가 각각 층류 유동을 형성하면서(그리고 또한 전체로서 층류 유동을 형성하면서) 관 내를 평행하게 유동하는 경우, 이들 2개의 액체 사이의 계면은 액체 사이의 점도차에 기인하는 압력차가 계면 장력에 기인하는 라플라스 압력과 균형을 이루는 위치에 형성된다는 사실로 인한 것이다.
(유량비와 수상 두께비 사이의 관계)
도 6은 점도비(ηr) = 1인 경우와 점도비(ηr) = 10인 경우에서의 (식 2)에 기초한 유량비(Qr)와 수상 두께비(hr) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 유량비(Qr = Q2/Q1)를 나타내고, 종축은 수상 두께비(hr = h1/(h1 + h2))를 나타낸다. 유량비(Qr = 0)는 Q2=0의 경우에 대응하고, 여기서 액체 유로는 제1 액체 만으로 충전되고 내부에 제2 액체는 존재하지 않는다. 여기서, 수상 두께비(hr)는 1이 된다. 도 6의 P 점이 이 상태를 나타낸다.
P 점의 위치보다 비 Qr가 높게 설정되는 경우(즉, 제2 액체의 유량(Q2)이 0보다 높게 설정되는 경우), 수상 두께비(hr), 즉 제1 액체의 수상 두께(h1)는 작아지며, 제2 액체의 수상 두께(h2)는 커진다. 즉, 제1 액체만의 유동 상태는 제1 액체와 제2 액체가 계면을 형성하면서 평행하게 유동하는 상태로 천이된다. 또한, 제1 액체와 제2 액체 사이의 점도비가 ηr=1인 경우와 점도비가 ηr=10인 경우의 양 경우에 상술한 경향을 확인할 수 있다.
즉, 제1 액체 및 제2 액체가 그 사이에 계면을 형성하면서 서로 함께 액체 유로(13)에서 평행하게 유동하는 상태를 성립하기 위해서는, 유량비 Qr = Q2/Q1 > 0를 충족하는 것, 즉 Q1 > 0 및 Q2 > 0를 충족하는 것이 필요하다. 이는 제1 액체와 제2 액체의 양자 모두가 y 방향의 동일한 방향으로 유동하고 있는 것을 의미한다.
(토출 동작의 과도 상태)
이어서, 평행 유동이 형성된 액체 유로(13) 및 압력실(18)에서의 토출 동작의 과도 상태에 대해서 설명한다. 도 7의 (a) 내지 (e)는 유로(압력실) 높이가 H [μm] = 20μm이고 오리피스 플레이트의 두께가 T = 6μm로 설정된 액체 유로(13)에 점도비가 ηr=4인 제1 액체와 제2 액체의 평행 유동을 형성하는 상태에서 토출 동작을 행하는 경우의 과도 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7의 (a)는 압력 발생 소자(12)에 전압이 인가되기 전의 상태를 나타낸다. 여기서, 도 7의 (a)는 함께 유동하는 제1 액체의 값(Q1)과 제2 액체의 값(Q2)을 적절하게 조정함으로써 수상 두께비(hr = 0.57)(즉, 제1 액체의 수상 두께(h1 [μm]=6μm))를 달성하는 위치에서 계면의 위치가 안정된 상태를 나타낸다.
도 7의 (b)는 압력 발생 소자(12)에 전압이 인가되기 시작한 상태를 나타낸다. 본 실시형태의 압력 발생 소자(12)는 전기열 변환체(히터)이다. 더 구체적으로는, 압력 발생 소자(12)는 토출 신호에 응답하여 전압 펄스를 받으면 급격하게 열을 발생시키고, 접촉하고 있는 제1 액체의 막 비등을 일으킨다. 도 7의 (b)는 막 비등에 의해 기포(16)가 생성된 상태를 나타낸다. 기포(16)의 생성에 따라, 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 계면은 z 방향(압력실의 높이 방향)으로 이동하여, 제2 액체(32)는 토출구(11)로부터 z 방향으로 압출된다.
도 7의 (c)는 막 비등에 의해 발생한 기포(16)의 체적이 증대되어 제2 액체(32)가 토출구(11)로부터 z 방향으로 더 압출된 상태를 나타낸다.
도 7의 (d)는 기포(16)가 대기와 연통하는 상태를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 기포(16)가 최대로 성장한 후의 수축 단계에서, 토출구(11)로부터 압력 발생 소자(12)를 향해 이동하는 기-액 계면이 기포(16)와 연통한다.
도 7의 (e)는 액적(30)이 토출된 상태를 나타낸다. 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이 기포(16)가 대기와 연통하는 타이밍에서 토출구(11)로부터 돌출되어 있는 액체는 그 관성력에 의해 액체 유로(13)로부터 이탈하고, 액적(30)의 형태로 z 방향으로 비상한다. 한편, 액체 유로(13)에서는, 토출에 의해 소비된 양의 액체가 액체 유로(13)의 모관력에 의해 토출구(11)의 양측으로부터 공급되어, 토출구(11)에는 다시 메니스커스가 형성된다. 그리고, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, y 방향으로 유동하는 제1 액체와 제2 액체의 평행 유동이 다시 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제1 액체와 제2 액체가 평행 유동으로서 유동하고 있는 상태에서, 도 7의 (a) 내지 (e)에 도시된 바와 같은 토출 동작이 일어난다. 다시 도 2를 참조하여 더 구체적으로 설명하면, CPU(500)는, 제1 액체 및 제2 액체의 유량을 일정하게 유지하면서 액체 순환 유닛(504)을 사용하여 제1 액체 및 제2 액체를 액체 토출 헤드(1)에서 순환시킨다. 그리고, CPU(500)는 상술한 제어를 유지하면서 토출 데이터에 따라서 액체 토출 헤드(1)에 배치된 개개의 압력 발생 소자(12)에 전압을 인가한다. 여기서, 토출되는 액체의 양에 따라서는, 제1 액체의 유량 및 제2 액체의 유량은 항상 일정하지 않을 수 있다.
액체가 유동하고 있는 상태에서 토출 동작을 행하는 경우, 액체의 유동이 토출 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러나, 일반적인 잉크젯 기록 헤드에서, 각각의 액적의 토출 속도는 몇 m/s 내지 십몇 m/s의 오더이며, 이는 몇 mm/s 내지 몇 m/s의 오더인 액체 유로 내의 유속보다 훨씬 더 높다. 따라서, 제1 액체와 제2 액체가 몇 mm/s 내지 몇 m/s의 범위에서 유동하는 상태에서 토출 동작이 행해져도, 토출 성능에 대한 부정적인 영향의 위험은 거의 없다.
본 실시형태는 기포(16)가 압력실(18) 내의 대기와 연통하는 구성을 나타냈다. 그러나, 실시형태는 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 기포(16)는 토출구(11)의 외측(대기측)에서 대기와 연통할 수 있다. 대안적으로, 기포(16)는 대기와 연통하지 않고 사라지도록 허용될 수 있다.
(토출 액적에 포함되는 액체의 비율)
도 8의 (a) 내지 (g)는 H [μm]=20μm의 유로(압력실) 높이를 갖는 액체 유로(13)(압력실)에서 수상 두께비(hr)가 단계적으로 변화되는 경우의 토출 액적을 비교하는 도면이다. 도 8의 (a) 내지 (f)에서, 수상 두께비(hr)는 0.10씩 증대되는 반면, 도 8의 (f)의 상태 내지 도 8의 (g)의 상태에서는 수상 두께비(hr)는 0.50씩 증대된다. 도 8의 (a) 내지 (g)에서의 토출 액적 각각은, 제1 액체의 점도를 1 cP로, 제2 액체의 점도를 8 cP로, 그리고 액적의 토출 속도를 11 m/s로 설정하여 시뮬레이션을 행하여 얻은 결과에 기초하여 도시되는 것이라는 것에 유의한다.
도 4d에 나타낸 수상 두께비(hr(=h1/(h1 + h2))가 0에 가까울수록 제1 액체(31)의 수상 두께비(h1)는 작고, 수상 두께비(hr)가 1에 가까울수록 제1 액체(31)의 수상 두께비(h1)는 크다. 따라서, 토출구(11)에 가깝게 위치된 제2 액체(32)는 토출 액적(30)에 주로 포함되는 한편, 수상 두께비(hr)가 1에 접근할수록, 토출 액적(30)에 포함되는 제1 액체(31)의 비율도 증가한다.
유로(압력실) 높이가 H [μm] = 20μm으로 설정되는 도 8의 (a) 내지 (g)의 경우, 수상 두께비(hr) = 0.00, 0.10, 또는 0.20이면 제2 액체(32)만이 토출 액적(30)에 포함되고, 제1 액체(31)는 토출 액적(30)에 포함되지 않는다. 그러나, 수상 두께비(hr) = 0.30 이상인 경우에는, 제2 액체(32) 이외에 제1 액체(31)도 토출 액적(30)에 포함된다. 수상 두께비(hr) = 1.00(즉, 제2 액체가 존재하지 않는 상태)인 경우, 제1 액체(31)만이 토출 액적(30)에 포함된다. 상술한 바와 같이, 토출 액적(30)에 포함되는 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 비율은 액체 유로(13)에서의 수상 두께비(hr)에 따라서 변화한다.
한편, 도 9의 (a) 내지 (e)는, H [μm] = 33 μm의 유로(압력실) 높이를 갖는 액체 유로(13)에서 수상 두께비(hr)가 단계적으로 변화하는 경우의 토출 액적(30)을 비교하는 도면이다. 이 경우, 수상 두께비(hr) = 0.36 이하인 경우에는, 제2 액체(32)만이 토출 액적(30)에 포함된다. 한편, 수상 두께비(hr) = 0.48 이상인 경우, 제2 액체(32) 이외에 제1 액체(31)도 토출 액적(30)에 포함된다.
한편, 도 10의 (a) 내지 (c)는, H [μm] = 10 μm의 유로(압력실) 높이를 갖는 액체 유로(13)에서 수상 두께비(hr)가 단계적으로 변화하는 경우의 토출 액적(30)을 비교하는 도면이다. 이 경우, 수상 두께비(hr) = 0.10인 경우에도, 제1 액체(31)는 토출 액적(30)에 포함된다.
도 11은, 토출 액적(30)에 포함되는 제1 액체(31)의 비율(R)을 0%, 20%, 및 40%로 설정한 상태로 비율(R)을 고정하는 경우의 유로(압력실) 높이(H)와 수상 두께비(hr) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 어느 비율(R)에서도, 유로(압력실) 높이(H)가 클수록 요구되는 수상 두께비(hr)도 커진다. 포함되는 제1 액체(31)의 비율(R)은 토출 액적에 대한, 제1 액체(31)로서 액체 유로(13)(압력실)에서 흐르고 있던 액체의 비율이라는 것에 유의한다. 이와 관련하여, 제1 액체 및 제2 액체 각각이 물과 같은 동일한 성분을 포함하는 경우에도, 제2 액체에 포함된 물의 부분은 당연히 상술한 비에 포함되지 않는다.
토출 액적(30)이 제2 액체(32) 만을 포함하고 제1 액체를 제거하는 경우(R=0%), 유로(압력실) 높이(H [μm])와 수상 두께비(hr) 사이의 관계는 도 11의 실선에 의해 표현된 바와 같은 궤적을 그린다. 본 개시물의 발명자들에 의해 실행된 검토에 따르면, 수상 두께비(hr)는 이하의 (식 3)에 나타내는 유로(압력실) 높이(H [μm])의 1차 함수에 의해 근사될 수 있다:
hr = -0.1390 + 0.0155H (식 3).
또한, 토출 액적(30)이 제1 액체를 20% 포함하도록 허용되는 경우(R=20%), 수상 두께비(hr)는 이하의 (식 4)에 나타내는 유로(압력실) 높이(H [μm])의 1차 함수에 의해 근사될 수 있다.
hr = +0.0982 + 0.0128H (식 4).
또한, 토출 액적(30)이 제1 액체를 40% 포함하도록 허용되는 경우(R = 40%), 본 발명자들에 의한 검토에 따르면 수상 두께비(hr)는 이하의 (식 5)에 나타내는 유로(압력실) 높이(H [μm])의 1차 함수에 의해 근사될 수 있다:
hr = +0.3180 + 0.0087H (식 5).
예를 들어, 토출 액적(30)이 제1 액체를 포함하지 않도록 하기 위해서, 유로(압력실) 높이(H [μm])가 20 μm인 경우, 수상 두께비(hr)는 0.20 이하로 조정될 필요가 있다. 한편, 유로(압력실) 높이(H [μm])가 33μm인 경우, 수상 두께비(hr)는 0.36 이하로 조정될 필요가 있다. 또한, 유로(압력실) 높이(H [μm])가 10μm인 경우, 수상 두께비(hr)는 거의 제로(0.00)로 조정될 필요가 있다.
그럼에도 불구하고, 수상 두께비(hr)가 과도하게 낮게 설정되는 경우, 제1 액체에 대한 제2 액체의 점도(η2) 및 유량(Q2)을 증가시킬 필요가 있다. 이러한 증가는 압력 손실의 증가와 연관된 부정적인 효과의 문제를 초래한다. 예를 들어, 다시 도 5a를 참조하면, 수상 두께비(hr = 0.20)를 실현하기 위해서, 점도비(ηr)가 10인 경우에 유량비(Qr)는 5이다. 한편, 동일한 잉크(즉, 동일한 점도비(ηr)의 경우)를 사용하면서, 제1 액체를 토출시키지 않는 것의 확실성을 얻기 위해서, 수상 두께비를 hr = 0.10로 설정하면 유량비(Qr)는 15이 된다. 즉, 수상 두께비(hr)를 0.10으로 조정하기 위해서는, 수상 두께비(hr)를 0.20에 조정하는 경우에 비하여 유량비(Qr)를 3배로 하는 것이 필요하고, 이러한 증가는 압력 손실 및 이에 연관된 부정적인 효과를 증가시키는 문제를 초래한다.
따라서, 압력 손실을 가능한 한 작게 감소시키면서, 제2 액체(32)만을 토출시키고자 하는 경우, 수상 두께비(hr)의 값을 상술한 조건을 충족시키면서 가능한 크게 조정하는 것이 바람직하다. 다시 도 11를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 유로(압력실) 높이(H [μm]) =20μm인 경우, 수상 두께비(hr)의 값을 0.20 미만 및 가능한 한 0.20에 가깝게 조정하는 것이 바람직하다. 한편, 유로(압력실) 높이(H [μm]) = 33μm인 경우, 수상 두께비(hr)의 값을 0.36 미만 및 가능한 한 0.36에 가깝게 조정하는 것이 바람직하다.
상술한 (식 3), (식 4), 및 (식 5)은 일반적인 액체 토출 헤드, 즉 토출 액적의 토출 속도가 10 m/s 내지 18 m/s의 범위인 액체 토출 헤드에 적용가능한 수치를 규정한다는 것에 유의한다. 또한, 이들 수치는 압력 발생 소자와 토출구가 서로 대향하는 위치에 위치되고, 압력실에서 압력 발생 소자, 제1 액체, 제2 액체 및 토출구가 이 순서로 배열되도록 제1 액체와 제2 액체가 유동한다는 전제에 기초한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 액체 유로(13)(압력실)에서의 수상 두께비(hr)를 미리결정된 값으로 설정하고 이에 의해 계면을 안정시킴으로써, 제1 액체와 제2 액체를 미리결정된 비율로 포함하는 액적의 토출 동작을 안정적으로 행하는 것이 가능하다.
그런데, 상술한 토출 동작을 안정된 상태에서 반복하기 위해서는, 목적된 수상 두께비(hr)를 실현하면서, 계면의 위치를 토출 동작의 빈도에 관계없이 안정시키는 것이 필요하다.
여기서, 다시 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상술한 상태를 실현하기 위한 구체적인 방법에 대해서 설명한다. 예를 들어, 액체 유로(13)(압력실)에서의 제1 액체의 유량(Q1)을 조정하기 위해서는, 제1 유출구(25)의 압력을 제1 유입구(20)의 압력보다 낮게 설정하는 제1 압력차 생성 기구를 준비하면 된다. 이에 의해, 제1 유입구(20)로부터 제1 유출구(25)로(y 방향으로) 지향되는 제1 액체(31)의 유동을 생성할 수 있다. 한편, 제2 유출구(26)의 압력을 제2 유입구(21)의 압력보다 낮게 설정하는 제2 압력차 생성 기구를 준비하면 된다. 이에 의해, 제2 유입구(21)로부터 제2 유출구(26)로(y 방향으로) 지향되는 제2 액체(32)의 유동을 생성할 수 있다.
또한, 액체 유로 내에서 역류를 발생시키지 않기 위해서 이하의 (식 6)에서 규정된 관계를 유지하는 상태에서, 제1 압력차 생성 기구와 제2 압력차 생성 기구를 제어함으로써, 액체 유로(13)에서 원하는 수상 두께비(hr)로 y 방향으로 유동하는 제1 액체와 제2 액체의 평행 유동을 형성할 수 있다.
P2in ≥ P1in > P1out ≥ P2out (식 6).
여기서, 각각 P1in은 제1 유입구(20)의 압력이고, P1out는 제1 유출구(25)의 압력이고, P2in은 제2 유입구(21)의 압력이며, P2out는 제2 유출구(26)의 압력이다. 상술한 바와 같이 제1 및 제2 압력차 생성 기구를 제어함으로써 액체 유로(압력실)에서 미리결정된 수상 두께비(hr)를 유지할 수 있으면, 토출 동작에 따라 계면의 위치가 흐트러져도, 단시간에 바람직한 평행 유동을 복원할 수 있고, 다음 토출 동작을 바로 개시할 수 있다.
(제1 액체와 제2 액체의 구체예)
이상 설명한 실시형태의 구성에서는, 제1 액체는 막 비등을 발생시키기 위한 발포 매체로서의 역할을 하고 제2 액체는 토출구로부터 외부로 토출되는 토출 매체로서의 역할을 하는 것처럼 각각의 액체에 의해 요구되는 기능이 명확해진다. 본 실시형태의 구성에 따르면, 제1 액체 및 제2 액체에 함유되는 성분의 자유도를 종래 기술의 것보다 증가시킬 수 있다. 이제, 이 구성에서의 발포 매체(제1 액체)와 토출 매체(제2 액체)에 대해서 구체예에 기초하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 발포 매체(제1 액체)는, 전기열 변환체가 열을 발생시키는 경우에 발포 매체에 막 비등을 일으키고, 생성된 기포의 크기를 급격하게 증대시키는, 즉 열 에너지를 발포 에너지로 효율적으로 변환할 수 있는 높은 임계 압력을 갖는 것이 요구된다. 이러한 매체에는 물이 특히 적합하다. 물은 18의 작은 분자량에도 불구하고 높은 비점(100℃)과 높은 표면 장력(100℃에서 58.85 다인/cm)을 갖고, 따라서 약 22MPa의 높은 임계 압력을 갖는다. 즉, 물은 막 비등 시에서 극도로 높은 비등 압력을 초래한다. 일반적으로, 막 비등을 이용해서 잉크를 토출하도록 설계되는 잉크젯 기록 장치에서, 염료나 안료와 같은 색재를 물에 함유시켜 준비한 잉크가 적합하게 사용된다.
그러나, 발포 매체는 물로 한정되지 않는다. 다른 재료가 2MPa 이상(또는 바람직하게는 5MPa 이상)의 임계 압력을 갖는 한은 이러한 재료도 발포 매체로서 기능할 수 있다. 물 이외의 발포 매체의 예는 메틸 알코올 및 에틸 알코올을 포함한다. 물과 이들 알코올 중 임의의 것의 혼합물을 발포 매체로서 사용하는 것도 가능하다. 또한, 상술한 바와 같은 염료 및 안료 등의 색재와 기타의 첨가제를 물에 함유시켜 준비한 재료를 사용하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시형태의 토출 매체(제2 액체)는 발포 매체와 달리 막 비등을 발생시키기 위한 물성을 충족하는 것이 요구되지 않는다. 한편, 전기열 변환체(히터)에 스코치 재료가 부착되면, 히터 표면의 평활성의 손상 또는 그 열전도율의 저하에 의해 발포 효율이 저하되기 쉽다. 그러나, 토출 매체는 히터에 직접 접촉하지 않고, 따라서 그 성분의 스코치 위험이 낮다. 구체적으로는, 본 실시형태의 토출 매체와 관련하여, 종래의 서멀 헤드를 위한 잉크의 것에 비해 막 비등을 발생시키거나 스코치를 회피하기 위한 물성의 조건이 완화된다. 따라서, 본 실시형태의 토출 매체는 내부에 함유되는 성분의 큰 자유도를 누린다. 그 결과, 토출 매체는 토출 후의 용도에 적합한 성분을 보다 적극적으로 함유할 수 있다.
예를 들어, 본 실시형태에서는, 안료는 히터 상에 스코칭되기 쉬웠기 때문에 종래에는 사용되지 않았던 안료를 토출 매체에 적극적으로 함유시킬 수 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 임계 압력이 매우 작은 수성 잉크 이외의 액체도 토출 매체로서 사용할 수 있다. 또한, 자외선 경화성 잉크, 전기 전도성 잉크, 전자-빔(EB) 경화성 잉크, 자성 잉크, 및 솔리드형 잉크 같은 종래의 서멀 헤드에서는 거의 다루어질 수 없는 특별한 기능을 갖는 다양한 잉크를 토출 매체로서 사용하는 것도 가능하다. 한편, 토출 매체로서 혈액, 배양액 중의 세포 등 중 임의의 것을 사용함으로써 본 실시형태의 액체 토출 헤드를 화상 형성 이외의 다양한 응용에 이용할 수도 있다. 액체 토출 헤드는 바이오칩 제작, 전자 회로 인쇄 등을 포함하는 다른 응용에도 적응될 수 있다.
특히, 물 또는 물과 유사한 액체를 제1 액체(발포 매체)로서 그리고 물보다 점도가 높은 안료 잉크를 제2 액체(토출 매체)로서 사용하고 제2 액체만을 토출하는 모드가 본 실시형태의 유효한 용법 중 하나이다. 이러한 경우에도, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 유량비(Qr = Q2/Q1)를 가능한 한 작게 설정함으로써 수상 두께비(hr)를 억제하는 것이 효과적이다. 제2 액체에 대해서는 제한이 없으므로, 제2 액체는 제1 액체의 예로서 언급한 것과 동일한 액체를 채용할 수 있다. 예를 들어, 2개의 액체가 모두 대량의 물을 함유하는 잉크인 경우에도, 사용 모드와 같은 상황에 따라 잉크 중 하나를 제1 액체로서 다른 잉크를 제2 액체로서 사용할 수 있다.
(2개의 액체의 평행 유동을 요구하는 토출 매체)
토출할 액체가 결정되어 있는 경우, 2개의 액체를 액체 유로(압력실)에서 평행 유동을 형성하도록 유동시킬 필요가 있는지는 토출되는 액체의 임계 압력에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어, 토출해야 할 액체의 임계 압력이 불충분할 경우에만, 토출해야 할 액체로서 제2 액체를 결정할 수 있고 제1 액체로서 발포 매체를 준비할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 물에 디에틸렌 글리콜(DEG)을 혼합시킨 경우의 물 함유율과 막 비등 시의 발포 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12a의 횡축은 액체에 대한 물의 질량 비율(질량%)을 나타내고, 도 12b의 횡축은 액체에 대한 물의 몰 비율을 나타낸다.
도 12a 및 도 12b로부터 알 수 있는 바와 같이, 물 함유율(함유 비율)이 낮을수록 막 비등 시의 발포 압력이 낮아진다. 즉, 물 함유율이 낮아질수록 발포 압력이 저하되고, 결과적으로 토출 효율이 저하된다. 그럼에도 불구하고, 물의 분자량(18)은 디에틸렌 글리콜의 분자량(106)에 비하여 상당히 작다. 따라서, 물의 질량 비율이 약 40 wt%인 경우에도, 그 몰 비율은 약 0.9이며 발포 압력비는 0.9로 유지된다. 한편, 물의 질량 비율이 40 wt% 미만으로 떨어지는 경우, 도 12a 및 도 12b로부터 알 수 있는 바와 같이, 발포 압력비는 몰 농도와 함께 급격하게 저하된다.
결과적으로, 물의 질량 비율이 40 wt% 미만으로 떨어지는 경우에는, 발포 매체로서 제1 액체를 별도로 준비하고, 액체 유로(압력실)에서 이들 2개의 액체의 평행 유동을 형성하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 토출해야 할 액체가 결정되어 있는 경우, 유로(압력실)에 평행 유동을 형성할 필요가 있는지는 토출해야 할 액체의 임계 압력(또는 막 비등 시의 발포 압력)에 따라서 결정될 수 있다.
(토출 매체의 일례로서의 자외선 경화성 잉크)
일례로서 본 실시형태의 토출 매체로서 사용될 수 있는 자외선 경화성 잉크의 바람직한 성분을 예로서 설명한다. 자외선 경화성 잉크는 100% 솔리드형이다. 이러한 자외선 경화성 잉크는, 용제 없이 중합 반응 성분으로 형성되는 잉크와 용제형인 물 또는 용제를 희석제로서 함유하는 잉크로 분류될 수 있다. 근년 많이 활발하게 사용되고 있는 자외선 경화성 잉크는 용제를 함유하지 않는 비수계 광중합성 반응 성분(모노머 혹은 올리고머임)으로 형성되는 100% 솔리드형 자외선 경화성 잉크이다. 성분에 대해서는, 이러한 자외선 경화성 잉크는, 모노머를 주요 성분으로서 함유하고, 또한 광중합 개시제, 색재, 분산제, 계면활성제 등을 포함하는 다른 첨가제를 소량 함유한다. 광범위하게 말하면, 이들 잉크의 성분은 80 내지 90 wt%의 모노머, 5 내지 10 wt%의 광중합 개시제, 2 내지 5 wt%의 색재, 및 나머지 기타 첨가제를 포함한다. 상술한 바와 같이, 종래의 서멀 헤드에 의해서는 거의 다루어지기 힘들었던 자외선 경화성 잉크의 경우에도, 본 실시형태에서는 이러한 잉크를 토출 매체로서 사용하고 안정된 토출 동작을 실행함으로써 액체 토출 헤드로부터 잉크를 토출하는 것이 가능하다. 이에 의해, 종래 기술에 비해 화상 견고성과 내찰과성이 우수한 화상을 기록하는 것이 가능해진다.
(토출 액적으로서 혼합액을 사용하는 예)
이어서, 제1 액체(31)와 제2 액체(32)를 미리결정된 비율로 혼합한 상태에서의 토출 액적(30)의 토출의 경우에 대해서 설명한다. 예를 들어, 제1 액체(31)와 제2 액체(32)가 서로 상이한 색을 갖는 잉크인 경우, 2개의 액체의 점도 및 유량에 기초하여 산출된 레이놀즈 수가 미리결정된 값보다 작은 관계를 액체가 충족하는 한, 이들 잉크는 액체 유로(13)와 압력실(18)에서 혼합되지 않고 층류 유동으로서 유동한다. 즉, 액체 유로 및 압력실에서의 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 유량비(Qr)를 제어함으로써, 수상 두께비(hr) 및 나아가서는 토출 액적에서의 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 혼합비를 원하는 비율로 조정할 수 있다.
예를 들어, 제1 액체가 클리어 잉크이고, 제2 액체가 시안 잉크(또는 마젠타 잉크)인 것으로 하면, 유량비(Qr)를 제어함으로써 다양한 색재의 농도에서 라이트 시안 잉크(또는 라이트 마젠타 잉크)를 토출할 수 있다. 대안적으로, 제1 액체가 옐로우 잉크이고 제2 액체가 마젠타인 것으로 상정하면, 유량비(Qr)를 제어함으로써 상이한 단계의 다양한 색상 레벨에서 레드 잉크를 토출할 수 있다. 즉, 제1 액체와 제2 액체를 원하는 혼합비로 혼합하여 준비한 액적을 토출할 수 있는 경우, 혼합비를 적절히 조정함으로써 기록 매체에 표현되는 색 재현 범위를 종래 기술보다 확대할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 구성은 토출 직전까지 액체를 혼합하지 않고 토출 직후에 혼합하는 것이 바람직한 2 종류의 액체를 사용하는 경우에도 효과적이다. 예를 들어, 화상 기록에서는, 발색성이 우수한 고농도 안료 잉크와 내찰과성과 같은 화상 견고성이 우수한 수지 에멀션(수지 EM)을 기록 매체에 동시에 퇴적시키는 것이 바람직한 경우가 있다. 그러나, 안료 잉크에 포함되는 안료 성분과 수지 EM에 포함되는 고형 성분은 입자간 거리가 근접하면 응집하게 되고 따라서 분산성이 저하되는 경향이 있다. 이와 관련하여, 본 실시형태의 제1 액체로서 고농도 EM(에멀션)을 사용하고 그 제2 액체로서 고농도 안료 잉크를 사용하며, 이들 액체의 유속을 제어함으로써 평행 유동을 형성하는 경우, 2개의 액체는 토출 후에 기록 매체 상에서 서로 혼합되고 함께 응집한다. 즉, 높은 분산성 아래에서 바람직한 토출 상태를 유지하고, 액적의 퇴적 후에 높은 발색성과 높은 견고성을 갖는 화상을 얻는 것이 가능하다.
이러한 토출 후의 혼합이 상술한 바와 같이 의도되는 경우에는, 본 실시형태는 압력 발생 소자의 모드에 관계없이 압력실 내에서 2개의 액체의 유동을 발생시키는 효과를 발휘한다는 것에 유의한다. 즉, 예를 들어, 임계 압력의 제한 및 스코치의 문제가 처음부터 염려되지 않는, 압력 발생 소자로서 압전 소자를 사용하는 구성의 경우에도 본 실시형태는 효과적으로 기능하다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 제1 액체와 제2 액체를 액체 유로 및 압력실에서 미리결정된 수상 두께비(hr)를 유지하면서 정상적으로 유동시키는 상태에서, 압력 발생 소자(12)를 구동함으로써, 토출 동작을 양호하게 그리고 안정적으로 실행하는 것이 가능하다.
액체를 정상적으로 유동시키고 있는 상태에서 압력 발생 소자(12)를 구동함으로써, 액체의 토출 시에는 안정된 계면을 형성할 수 있다. 액체의 토출 동작 시에 액체가 유동하지 않는 경우, 기포의 발생에 의해 계면이 흐트러지기 쉽고, 이 경우에는 기록 품질에도 영향이 미칠 수 있다. 본 실시형태에 기재된 바와 같이 액체가 유동하는 것을 허용하면서 압력 발생 소자(12)를 구동함으로써, 기포의 발생에 의한 계면의 혼란을 억제할 수 있다. 안정된 계면이 형성되기 때문에, 예를 들어 토출 액체에 포함되는 다양한 액체의 함유율이 안정되고 기록 품질도 향상된다. 또한, 압력 발생 소자(12)를 구동하기 전에 액체를 유동시키고, 토출 동안에도 연속적으로 유동시키기 때문에, 액체를 토출한 후에 액체 유로(압력실)에 다시 메니스커스를 형성하기 위한 시간을 단축할 수 있다. 한편, 액체의 유동은, 압력 발생 소자(12)에 구동 신호가 입력되기 전에 액체 순환 유닛(504)에 탑재되어 있는 펌프 등을 사용하여 생성된다. 결과적으로, 적어도 액체의 토출 직전에는 액체는 유동하고 있다.
압력실에서 유동하는 제1 액체 및 제2 액체는 압력실과 외부 유닛 사이에서 순환할 수 있다. 순환이 실시되지 않는 경우에는, 액체 유로 및 압력실에서 평행 유동을 형성하고 토출되지 않은 제1 액체 및 제2 액체 중 임의의 것이 대량으로 내부에 남게 된다. 따라서, 외부 유닛에 의한 제1 액체 및 제2 액체의 순환에 의해 토출되지 않은 액체를 다시 평행 유동을 형성하기 위해 사용할 수 있게 된다.
(제2 실시형태)
본 실시형태 또한 도 1 내지 도 3에 도시된 액체 토출 헤드(1) 및 액체 토출 장치를 사용한다.
도 13a 내지 도 13d는 본 실시형태의 액체 유로(13)의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시형태의 액체 유로(13)는, 제3 액체(33)가 제1 액체(31) 및 제2 액체(32) 이외에 액체 유로(13)에서 유동하도록 허용되는 점에서, 제1 실시형태에 기재된 액체 유로(13)와 상이하다. 제3 액체(33)가 압력실 내에서 유동하도록 허용함으로써, 임계 압력이 큰 발포 매체를 제1 액체로서 사용하는 한편, 제2 액체 및 제3 액체로서는 상이한 색의 잉크, 고농도 수지 EM 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서, 액체 유로(13)의 저부에 대응하는 실리콘 기판(15)은 제2 유입구(21), 제3 유입구(22), 제1 유입구(20), 제1 유출구(25), 제3 유출구(27), 및 제2 유출구(26)를 포함하며, 이들은 이 순서로 y 방향으로 형성된다. 또한, 토출구(11)와 압력 발생 소자(12)를 포함하는 압력실(18)은 실질적으로 제1 유입구(20)와 제1 유출구(25) 사이의 중심에 위치된다.
제1 유입구(20)를 통해 액체 유로(13)에 공급된 제1 액체(31)는 y 방향(화살표로 나타내는 방향)으로 유동한 후, 제1 유출구(25)로부터 유출된다. 한편, 제2 유입구(21)를 통해서 액체 유로(13)에 공급된 제2 액체(32)는, y 방향(화살표로 나타내는 방향)으로 유동한 후, 제2 유출구(26)로부터 유출된다. 제3 유입구(22)를 통해서 액체 유로(13)에 공급된 제3 액체(33)는, y 방향(화살표로 나타내는 방향)으로 유동한 후, 제3 유출구(27)로부터 유출된다. 즉, 액체 유로(13) 내에서, 제1 유입구(20)와 제1 유출구(25) 사이에 제1 액체(31), 제2 액체(32), 및 제3 액체(33) 모두가 y 방향으로 유동한다. 압력 발생 소자(12)는 제1 액체(31)와 접촉하고, 토출구(11)의 근방에서는 대기에 노출된 제2 액체(32)가 메니스커스를 형성한다. 제3 액체(33)는 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이에서 유동한다.
본 실시형태에서, CPU(500)는, 액체 순환 유닛(504)을 사용하여 제1 액체(31)의 유량(Q1), 제2 액체(32)의 유량(Q2), 및 제3 액체(33)의 유량(Q3)을 제어하고, 도 13d에 도시한 바와 같은 3층 평행 유동을 정상적으로 형성한다. 그후, 상술한 바와 같이 3층 평행 유동이 형성된 상태에서, CPU(500)는 액체 토출 헤드(1)의 압력 발생 소자(12)를 구동하고 토출구(11)로부터 액적을 토출한다. 이와 같이, 토출 동작에 의해 각 계면의 위치가 흐트러지는 경우에도, 도 13d에 도시된 바와 같이 단시간에 3층 평행 유동이 복원되어, 다음 토출 동작을 바로 개시할 수 있다. 결과적으로, 제1 내지 제3 액체를 미리결정된 비율로 포함하는 액적의 양호한 토출 동작을 유지할 수 있고, 양호한 출력물을 얻을 수 있다.
(제3 실시형태)
도 14 내지 도 17b를 참고하여 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 제1 실시형태의 것과 동일한 구성은 동일한 참조 번호로 나타내고, 그에 대한 설명은 생략한다는 것에 유의한다. 본 실시형태는, 압력실(18) 내를 제1 액체와 제2 액체가 x 방향으로 나란히 유동하는 상태에서 압력 발생 소자(12)를 구동하는 점에서 특징지어 진다. 본 실시형태 또한 도 1 및 도 2에 도시된 액체 토출 헤드(1) 및 액체 토출 장치를 사용한다.
도 14는 본 실시형태의 소자 기판(50)의 단면 사시도이다. 소자 기판(50)은 실제로는 도 15a 및 도 15b에 도시된 구조를 갖지만, 도 14는 소자 기판(50)에서의 유동의 대략적인 개요를 설명하기 위해서 제2 유입구(21) 및 제2 유출구(26) 주위의 구조를 부분적으로 생략한 소자 기판(50)을 나타낸다. 액체 유로(13)에는, 제1 공통 공급 유로(23), 제1 공통 회수 유로(24), 제2 공통 공급 유로(28) 및 제2의 공통 회수 유로(29)가 공통으로 연결되어 있다. 본 실시형태에서도, 제1 공통 공급 유로(23), 제1 공통 회수 유로(24), 제2 공통 공급 유로(28) 및 제2 공통 회수 유로(29)에서의 액체의 유동은 도 1을 참조하여 설명한 액체 순환 유닛(504)에 의해 제어된다. 더 구체적으로는, 액체 순환 유닛(504)은, 제1 공통 공급 유로(23)로부터 액체 유로(13)에 유입한 제1 액체가 제1 공통 회수 유로(24)를 향하고, 제2 공통 공급 유로(28)로부터 액체 유로(13)에 유입한 제2 액체가 제2 공통 회수 유로(29)를 향하도록 제어를 행한다.
(제3 실시형태에서의 액체 유로의 구성)
도 15a 내지 도 15c는 실리콘 기판(15)에 형성된 액체 유로(13) 중 하나의 상세를 설명하기 위한 도면이다. 도 15a는 토출구(11)의 측(+z 방향측)으로부터 액체 유로를 본 사시도이며, 도 15b는 도 15a의 XVB 선을 따라 취한 단면을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 15c는 도 15a의 XVC 선을 따라 취한 단면의 확대도이다.
실리콘 기판(15)은, 제1 유입구(20), 제2 유입구(21), 제2 유출구(26), 및 제1 유출구(25)를 포함하며, 이들은 y 방향으로 이 순서로 형성된다. 또한, 제1 유입구(20) 및 제2 유입구(21)는 x 방향으로 서로 어긋난 위치에서 실리콘 기판(15)에 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 유출구(26) 및 제1 유출구(25)는 x 방향에서 서로 어긋난 위치에서 실리콘 기판(15)에 형성된다. 각각 제1 유입구(20)는 제1 공통 공급 유로(23)에 연결되고, 제1 유출구(25)는 제1 공통 회수 유로(24)에 연결되고, 제2 유입구(21)는 제2 공통 공급 유로(28)에 연결되며, 제2 유출구(26)는 제2 공통 회수 유로(29)에 연결된다(도 14 참조).
상술한 구성에 따르면, 제1 공통 공급 유로(23)로부터 제1 유입구(20)를 통해서 액체 유로(13)에 공급된 제1 액체(31)는, y 방향(실선 화살표로 나타냄)으로 유동한 후, 제1 유출구(25)로부터 제1 공통 회수 유로(24)에 회수된다. 한편, 제2 공통 공급 유로(28)로부터 액체 유로(13)에 공급된 제2 액체(32)는 한번 -x 방향으로 유동하고, 그 후 그 방향을 y 방향으로 변경하여 유동한다(파선 화살표로 나타냄). 그후, 제2 액체(32)는 제2 유출구(26)로부터 제2 공통 회수 유로(29)에 회수된다.
제2 유입구(21)의 y 방향의 상류측의 위치에서는, 제1 유입구(20)로부터 유입되는 제1 액체가 폭 방향(x 방향)의 전체 영역을 차지한다. 제2 액체(32)가 제2 유입구(21)로부터 -x 방향으로 한번 유동하게 함으로써, 제1 액체(31)의 유동을 부분적으로 밀어내어 이 유동의 폭을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 도 15a 및 도 15c에 도시된 바와 같이 제1 액체(31)와 제2 액체(32)가 액체 유로의 x 방향으로 나란히 유동하는 상태를 성립할 수 있다.
여기서, 압력 발생 소자(12)와 토출구(11)는 x 방향에서 서로 어긋나도록 형성된다. 더 상세하게는, 압력 발생 소자(12)는 토출구(11)로부터 제1 액체(31)의 유동을 향해 어긋난 위치에 형성된다. 결과적으로, 제1 액체(31)는 압력 발생 소자(12) 측에서 주로 유동하는 한편, 제2 액체(32)는 토출구(11) 측에서 주로 유동한다. 따라서, 압력 발생 소자(12)를 사용하여 제1 액체(31)에 압력을 가함으로써, 계면을 통해서 가압된 제2 액체를 토출구(11)로부터 토출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 압력 발생 소자(12) 상에는 제1 액체(31)가 유동하고, 토출구(11) 상에는 제2 액체(32)가 유동하도록, 제1 액체(31)의 물성 및 제2 액체(32)의 물성에 따라서 제1 액체(31)의 유량과 제2 액체(32)의 유량을 조정한다.
(제3 실시형태에 있어서의 층류 유동 상태의 평행 유동을 형성하기 위한 이론적인 조건)
이어서, 제1 액체와 제2 액체가 x 방향으로 나란히 유동하는 평행 유동을 형성하기 위한 조건을 도 15c를 참조하여 설명한다. 도 15c에서, 액체 유로(13)의 x 방향의 거리(유동의 폭)은 W로서 규정된다. 한편, 액체 유로(13)의 벽면으로부터 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 액-액 계면까지의 거리(제2 액체의 수상 두께)를 w2로서 규정하며, 액-액 계면으로부터 액체 유로의 반대 벽면까지의 거리(제1 액체의 수상 두께)를 w1로 규정한다. 이 규정은 W = w1 + w2가 된다. 이제, 제1 실시형태와 마찬가지로, 액체 유로(13) 및 압력실(18) 내의 경계 조건으로서, 액체 유로(13) 및 압력실(18)의 벽면에서의 액체의 속도는 제로인 것으로 하고, 액-액 계면에서의 제1 액체(31)와 제2 액체(32)의 속도 및 전단 응력은 연속성을 갖는 것으로 한다. 이 가정에 기초하여, 제1 액체(31)와 제2 액체(32)가 x 방향으로 나란히 유동하는 평행 정상 유동을 형성하는 경우, 평행 유동의 구간에서는 (식 2)에서 앞서 설명된 4차 방정식이 유효하다. 본 실시형태에서는, 각각 (식 2)에 나타내는 H 값은 W 값에 대응하고, h1 값은 w1 값에 대응하며, h2 값은 w2 값에 대응한다. 따라서, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제2 액체의 점도(η2) 및 유량(Q2)에 대한 제1 액체의 점도(η1) 및 유량(Q1)의 비인 점도비(ηr = η2/η1) 및 유량비(Qr = Q2/Q1)에 기초하여 수상 두께비(hr = w1/(w1 + w2))를 조정할 수 있다. 또한, 제1 실시형태와 마찬가지로, 액체 유로(13)에서 제1 액체와 제2 액체가 그 사이에 계면을 형성하면서 유동하는 상태를 설립하기 위해서는, 유량비(Qr) = Q2/Q1 > 0를 만족하는 것, 즉 Q1 > 0 및 Q2 > 0을 만족하는 것이 필요하다.
(제3 실시형태에서의 토출 동작의 과도 상태)
이어서, 도 16의 (a) 내지 (h)를 참조하여 제3 실시형태에서의 토출 동작의 과도 상태에 대해서 설명한다. 도 16의 (a) 내지 (h)는, 유로의 높이(z 방향의 길이)가 H [μm] = 20 μm이고, 오리피스 플레이트의 두께가 T = 6 μm인 액체 유로(13)에 점도비가 ηr = 4인 제1 액체와 제2 액체를 유동시키는 상태에서 토출 동작을 행하는 경우의 과도 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 16의 (a) 내지 (h)는 시간의 경과에 따른 토출 과정의 순서를 도시한다. 여기서, 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)의 층 두께를 조정함으로써 제1 액체(31)만이 압력 발생 소자(12)의 유효 영역에 접촉한다. 한편, 토출구(11)의 내부에는 제2 액체(32)만이 충전된다. 이 상태에서 토출 동작을 행하면, 압력 발생 소자(12)와 접촉하는 제1 액체(31)로부터 기포가 발생하며 이렇게 발생한 기포(16)는 토출구(11)로부터 액체를 토출시킬 수 있다. 토출 액적(30)에서는 토출구를 충전하는 제2 액체(32)가 지배적이지만, 토출 액적(30)은 기포(16)에 의해 압출된 소정량의 제1 액체(31)도 포함한다. 기포(16)에 의해 압출되는 제1 액체(31)의 양은 수상 두께비(hr)를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
이어서, 토출 액적에 포함되는 제1 액체 및 제2 액체 사이의 비율에 대해서 도 17a 및 도 17b를 참조하여 설명한다. 수상 두께비(hr(= w1/(w1 + w2)))가 0에 가까울수록 제1 액체(31)의 수상 두께(w1)는 작아지고, 수상 두께비(hr)가 1에 가까울수록 제1 액체(31)의 수상 두께(w1)는 커진다. 수상 두께비(hr)가 0에 가까울수록, 기포(16)에 의해 압출되는 제1 액체(31)의 양은 적어진다. 따라서, 토출 액적(30)은 토출구(11)의 내부를 차지하는 제2 액체(32)를 주로 포함한다. 한편, 수상 두께비(hr)가 적당히 큰 경우, 도 17a에 도시된 바와 같이 제1 액체가 토출구(11) 내에 인입되기 시작하고 기포(16)에 의해 압출되는 제1 액체(31)의 양도 증가한다. 결과적으로, 토출 액적(30)에 포함되는 제1 액체(31)의 비율은 증가한다. 도 17a는 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 계면의 간략화된 계면을 도시한다는 것에 유의한다.
상술한 바와 같이, 토출 액적(30)에 포함되는 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 비율은 액체 유로(13)에서의 수상 두께비(hr)에 따라서 변화한다. 예를 들어, 제1 액체(31)를 발포 매체로서 사용하고 제2 액체(32)가 토출 액적(30)의 주성분인 것으로 기대되는 경우, 도 15c에 도시하는 바와 같이 토출구(11)가 제2 액체만으로 충전되도록 수상 두께비(hr)를 조정할 필요가 있다. 그러나, 수상 두께비(hr)가 과도하게 낮게 설정되는 경우, 도 17b에 도시하는 바와 같이 압력 발생 소자(12)가 제2 액체(32)와 접촉하는 비율이 증가하고, 이는 압력 발생 소자(12)에 제2 액체(32)의 스코치 부분이 부착하는 것에 의해 발포의 불안정화의 문제를 초래한다. 또한, 압력 발생 소자(12)와 제1 액체(31)의 접촉 면적이 감소하면, 발포 에너지가 저하됨으로써 토출 효율이 저하되고, 따라서 이와 연관된 부정적인 효과의 발생의 문제를 초래한다. 따라서, 안정된 토출을 유지하기 위해서는, 수상 두께비(hr)를 조정함으로써 압력 발생 소자(12)와 접촉하는 제2 액체(32)의 양을 억제하는 것이 필요하다.
(제4 실시형태)
제4 실시형태에 대해서 도 18a 내지 도 18c 및 도 19의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다. 제1 실시형태의 것과 동일한 구성은 동일한 참조 번호로 나타내고, 그에 대한 설명은 생략한다는 것에 유의한다. 본 실시형태는, 제2 액체(32)가 제1 액체(31)의 층에 끼워지도록 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)가 유동하는 점에서 특징지어 진다. 본 실시형태 또한 도 1 및 도 2에 도시된 액체 토출 헤드(1) 및 액체 토출 장치를 사용한다. 도 18a는 토출구(11)의 측(+z 방향측)으로부터 본 실시형태의 액체 유로의 사시도이며, 도 18b는 도 18a의 XVIIIB 선을 따라 취한 단면을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 18c는 도 18a의 XVIIIC 선을 따라 취한 단면의 확대도이다.
본 실시형태에서는, 제1 액체(31)가 제1 유입구(20)로부터 액체 유로(13)에 유입되고 제2 유입구(21)로부터 유입되는 제2 액체(32)와 만나는 경우에, 제1 액체(31)는 도 18a에서 화살표 A로 나타낸 바와 같이 제2 액체의 유동을 우회하도록 제2 액체(32)와 유로의 벽 사이에서 유동한다. 제2 액체(32)는 제2 유입구(21)로부터 제2 유출구(26)를 향해서 유동한다. 결과적으로, 도 18c에 도시된 바와 같이, 제2 액체(32)가 제1 액체(31)의 층에 의해 끼워지도록, 유로의 벽 중 하나로부터 제1 액체(31), 제2 액체(32), 및 제1 액체(31)의 순서로 액-액 계면이 형성된다. 복수의 압력 발생 소자(12)는 토출구(11)에 대하여 x 방향으로 대칭이 되도록 실리콘 기판(15)에 배치된다. 따라서, 2개의 압력 발생 소자(12)는 제1 액체(31)의 각각의 층과 접촉하는 한편, 토출구(11)는 주로 제2 액체(32)로 충전된다. 이 상태에서 압력 발생 소자(12)를 구동하면, 각각의 압력 발생 소자(12)와 접촉하는 제1 액체(31)는 기포를 형성하여 토출구로부터 제2 액체(32)를 주로 포함하는 액적을 토출한다. 한편, 압력 발생 소자(12)는 토출구(11)에 대하여 대칭으로 배치되기 때문에, 토출 액적(30)을 x 방향에서 대칭적인 형상으로 분출할 수 있어 고품질 기록을 가능하게 한다. 도 18c에 도시된 계면의 형태에 따르면, 제2 액체(32)는 제1 액체(31)의 층에 의해 끼워진다. 이와 관련하여, (식 2)에서 규정된 바와 같은 유량과 수상 두께 사이의 관계는 엄밀하게는 이 구성에 적용되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 수상 두께는 액상 각각의 유량에 비례하여 변화하는 경향이 있다. 구체적으로는, 제1 액체(31)의 점도가 제2 액체(32)의 점도와 거의 동일한 경우에 제2 액체(32)의 상 두께를 증가시킬 필요가 있는 경우, 제2 액체(32)의 유량을 증가시킨 결과로서 유량비(Qr)를 증가시킴으로써 제2 액체(32)의 상 두께를 두껍게 변화시킬 수 있다.
이어서, 본 실시형태에서의 액체의 토출 과정에 대해서 도 19의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다. 도 19의 (a) 내지 (c)는 유로의 높이를 14μm로 설정하고, 오리피스 플레이트의 두께를 6μm로 설정하며, 토출구의 직경을 10μm로 설정한 상태에서 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 상 두께비를 변화시킨 경우의 토출 과정을 도시하는 도면이다. 도 19의 (a) 내지 (c) 각각에서, 시간의 경과에 수반하는 토출 과정을 위에서부터 아래로 나타낸다.
도 19의 (a)는, 제2 액체(32)의 상 두께가 토출구의 직경과 동등한 10μm보다 작아지도록 조정되는 경우의 토출 과정을 나타낸다. 토출구(11) 내에는 제2 액체(32)과 제1 액체(31)의 양자 모두가 존재한다. 이 상태에서 토출 동작을 행하면, 압력 발생 소자(12)와 접촉하는 제1 액체(31)의 기포를 형성함으로써 액체를 토출할 수 있다. 토출구(11) 내에 제1 액체와 제2 액체의 양자 모두가 존재하기 때문에, 토출 액적(30)은 이들 액체의 혼합 액체이다.
도 19의 (b)는, 제2 액체(32)의 상 두께를 10 μm의 토출구의 직경과 일치시키도록 조정하는 경우의 토출 과정을 나타낸다. 이 상태에서 토출 동작을 행하면, 압력 발생 소자와 접촉하는 제1 액체(31)의 기포를 형성함으로써 액체를 토출할 수 있다. 토출 액적(30)은 토출구의 내부를 차지하는 제2 액체(32)를 주로 포함하지만, 제1 액체(31)의 일부도 발포의 결과 토출 액적의 일부로서 토출된다. 따라서, 이 액적은 도 19의 (a)의 경우보다 작은 비율의 제1 액체와 제2 액체의 혼합 액체이다.
도 19의 (c)는, 제2 액체(32)의 상 두께가 토출구(11)의 직경보다 큰 12μm로 조정되는 경우의 토출 과정을 도시한다. 압력 발생 소자(12)는 제1 액체하고만 접촉하는 위치에 위치되고, 따라서 제1 액체의 기포를 발생시킴으로써 액체를 토출할 수 있다. 토출구(11)로부터 토출구 내부와 토출구 주변에 있는 제2 액체(32)의 일부가 압출되므로, 토출 액적(30)은 본질적으로 제2 액체(32)로 구성된다. 상술한 바와 같이 제2 액체(32)의 상 두께를 조정함으로써 토출 액적(30)에 있어서의 성분의 비율을 제어할 수 있다. 특히, 토출 액적(30)을 제2 액체만으로 형성하는 경우에는, 도 19의 (c)에 도시된 바와 같이 그 상 두께를 토출구의 직경보다 크게 설정하는 것이 효과적이다. 그러나, 제2 액체의 상 두께를 증가시킨 결과로서 제2 액체(32)가 압력 발생 소자(12)와 접촉하면, 압력 발생 소자(12)의 임의의 것에 제2 액체(32)의 스코치 부분이 부착되는 것에 의한 발포의 불안정화의 우려가 있다. 또한, 각각의 압력 발생 소자(12)가 제1 액체(31)와 접촉하는 면적이 감소되는 경우, 발포 에너지가 저하되어 토출 효율이 저감되고, 따라서 그와 연관된 부정적인 효과의 발생 우려가 초래된다. 따라서, 제2 액체(32)와 제1 액체(31) 사이의 각각의 액-액 계면의 위치를 도 19의 (c)에 도시하는 바와 같이 토출구로부터 대응하는 압력 발생 소자까지의 사이의 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.
(제5 실시형태)
제5 실시형태에 대해서 도 20 내지 도 21의 (b)를 참조하여 설명한다. 제1 실시형태의 것과 동일한 구성은 동일한 참조 번호로 나타내고, 그에 대한 설명은 생략한다는 것에 유의한다. 본 실시형태는, 제2 액체(32)가 제1 액체(31)의 층에 의해 끼워지도록 제1 액체(31) 및 제2 액체(32)가 유동하는 점에서 특징지어 진다. 이 경우, 2개의 압력 발생 소자(12)는 실리콘 기판(15)에 가까운 벽면이 아니라 토출구(11)에 가까운 벽면에 제공된다. 도 20a는 토출구(11)의 측(+z 방향측)으로부터 바라 본 본 실시형태의 액체 유로(13)의 사시도이며, 도 20b는 도 20a의 XXB 선을 따라 취한 단면을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 20c는 도 20a에서의 XXC 선을 따라 취한 단면의 확대도이다.
본 실시형태와 제4 실시형태 사이의 차이는 압력 발생 소자(12)를 위치시키는 위치에 있다. 본 실시형태에서는, 압력 발생 소자(12)는 압력실(18)의 내부에서 토출구(11)에 대하여 x 방향으로 대칭인 오리피스 플레이트(14) 상의 위치에 배치된다. 도 20c에 도시하는 바와 같이, 압력 발생 소자(12)는, 토출구(11)가 제2 액체(32)로 주로 충전되는 상태에서 제1 액체(31)의 각각의 층과 접촉한다. 이 상태에서 압력 발생 소자(12)를 구동하면, 각각의 압력 발생 소자(12)와 접촉하는 제1 액체(31)가 기포를 형성하여 토출구(11)로부터 제2 액체(32)를 주로 포함하는 액적을 토출한다. 압력 발생 소자(12)는 토출구(11)에 대하여 대칭으로 배치되기 때문에, 고품질 기록을 가능하게 하도록 토출 액적을 z 방향의 대칭적인 형상으로 분출할 수 있다.
제4 실시형태와 같이 압력 발생 소자(12)가 실리콘 기판(15)에 제공되어 있는 경우에는, 토출구(11)와 각각의 압력 발생 소자(12) 사이의 거리를 과도하게 크게 설정하는 경우, 제1 액체에 기포가 발생할 때의 압력이 제2 액체에 충분히 전달되지 않고 액체는 적절하게 토출되지 않는 경우가 있다. 한편, 본 실시형태에서와 같이 압력 발생 소자(12)를 오리피스 플레이트(14)에 제공함으로써, 토출구(11)와 각각의 압력 발생 소자(12) 사이의 거리를 증가시켜도, 기포의 발생에 기인한 압력이 제2 액체에 충분히 전달되지 않는 상황을 회피할 수 있다. 결과적으로, 본 실시형태에 따르면, 토출구(11)와 각각의 압력 발생 소자(12) 사이의 거리, 즉 액체 유로의 높이의 영향을 받지 않고 액체를 토출할 수 있다. 따라서, 액체 유로 높이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태는, 액체를 안정적으로 토출할 수 있을 뿐만 아니라 액체 유로의 높이를 증가시킴으로써 매우 점착성인 액체를 사용하는 경우에 주로 문제가 되는 재충전 속도의 저하를 저감할 수도 있다.
도 21의 (a) 및 (b)는 유로의 높이를 14 μm로 설정하고, 오리피스 플레이트의 두께를 6 μm로 설정하며, 토출구의 직경을 10 μm로 설정한 상태에서 제1 액체(31)와 제2 액체(32) 사이의 상 두께비를 변화시킨 경우의 토출 과정을 도시하는 도면이다. 도 21의 (a) 및 (b) 각각에서, 시간 경과에 따른 토출 과정을 위에서부터 아래로 나타낸다.
도 21의 (a)에서, 토출구(11)가 제2 액체(32)만으로 충전되고 제1 액체(31)는 주로 각각의 압력 발생 소자(12)와 접촉하도록 상 두께비를 조정한다. 이 상태에서 토출 동작을 행하면, 토출 액적(30)은 본질적으로 제2 액체(32)로 구성되어 내부의 제1 액체(31)가 최소화될 수 있다. 도 21의 (b)는 제2 액체(32)의 상 두께가 토출구의 직경보다 작게 설정되는 예를 도시한다. 여기서, 제1 액체(31)는 토출구(11)에 포함된다. 이 상태에서 토출 동작을 행하면, 토출 액적(30)은 주로 제1 액체(31)를 포함하는 한편 제2 액체(32)도 부분적으로 포함한다. 상술한 바와 같이, 수상 두께비를 조정함으로써, 토출 액적(30)에 포함되는 성분을 제어할 수 있고, 따라서 의도된 목적에 따라 함유율을 조정할 수 있다.
또한, 제3 실시형태, 제4 실시형태, 및 제5 실시형태 중 임의의 것에서도 제2 실시형태에서 설명한 제3 액체를 압력실에서 유동시키는 것이 가능하다는 것에 유의한다. 또한, 토출 방법은 압력 발생 소자와 토출구가 서로 대향하는 위치에 위치되는 구성으로 한정되지 않는다. 압력 발생 소자에 의한 압력 발생 방향에 대해서 90도 이하의 각도의 위치에 토출구를 위치시키는 수위 사이드 분출기 모드를 채용하는 것도 가능하다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 액체 토출 헤드이며,
    제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 압력실;
    상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자;
    상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구;
    상기 제1 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제1 유입구; 및
    상기 제2 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제2 유입구를 포함하며,
    상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 유동 방향으로 유동하고, 상기 압력실에서 상기 제2 액체가 상기 제1 액체를 따라 상기 유동 방향으로 유동하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 정상(定常)적으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써, 상기 제2 액체를 상기 토출구로부터 토출하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 상기 압력실에서 층류 유동(laminar flow)을 형성하게 하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 상기 압력실에서 평행 유동을 형성하게 하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 상기 제2 액체의 토출 방향으로 나란히 상기 압력실에서 유동하게 하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가, 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하며 상기 압력실에서의 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체의 유동 방향에 교차하는 방향으로 나란히 상기 압력실에서 유동하게 하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는 이하로서 규정된 식을 충족하며:
    h1/(h1+h2) ≤ -0.1390 + 0.0155H,
    여기서, H [μm]는 상기 제2 액체의 토출 방향의 상기 압력실의 높이이고, h1 [μm]는 상기 제2 액체의 토출 방향으로의 상기 압력실의 상기 제1 액체의 두께이며, h2는 상기 제2 액체의 토출 방향으로의 상기 압력실의 상기 제2 액체의 두께인, 액체 토출 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 압력실에서 상기 제2 액체의 유량을 상기 제1 액체의 유량 이상으로 하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체가 상기 토출구로부터 토출되는 액체에 포함되는 것을 방지하도록 구성된, 액체 토출 헤드.
  9. 제4항에 있어서, 제3 액체가 상기 압력실에서 또한 유동하며,
    상기 제3 액체는, 상기 제1 액체, 상기 제3 액체, 및 상기 제2 액체가 이 열거 순서로 배열되도록 상기 압력실에서 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체를 따라 유동하는, 액체 토출 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 액체는 물 및 2 MPa 이상의 임계 압력을 갖는 수성 액체 중 하나인, 액체 토출 헤드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체는 안료를 포함하는 수성 잉크 및 에멀션 중 하나인, 액체 토출 헤드.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체는 솔리드형 자외선 경화성 잉크인, 액체 토출 헤드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체가 상기 압력실로부터 유출되는 제1 유출구; 및
    상기 제2 액체가 상기 압력실로부터 유출되는 제2 유출구를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 유입구, 상기 제1 유입구, 상기 제1 유출구, 및 상기 제2 유출구는, 이 열거 순서로 상기 압력실에서 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체의 유동 방향으로 배열됨으로써 형성되는, 액체 토출 헤드.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 유입구 및 상기 제2 유출구는, 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하며 상기 압력실에서의 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체의 유동 방향에 교차하는 방향으로 상기 제1 유입구 및 상기 제1 유출구로부터 어긋난 위치에 형성되는, 액체 토출 헤드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압력 발생 소자는, 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하며 상기 압력실에서의 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체의 유동 방향에 교차하는 방향으로 상기 토출구로부터 어긋난 위치에 형성되는, 액체 토출 헤드.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 액체, 상기 제2 액체, 및 상기 제1 액체는, 이 열거 순서로 배열되어 있는 상태에서 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하며 상기 유동 방향에 교차하는 방향으로 나란히 상기 압력실에서 유동하는, 액체 토출 헤드.
  18. 제1항에 있어서, 상기 압력실에서 유동하는 상기 제1 액체는 상기 압력실과 외부 유닛 사이에서 순환하는, 액체 토출 헤드.
  19. 액체 토출 헤드를 포함하는 액체 토출 장치이며,
    상기 액체 토출 헤드는,
    제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 압력실;
    상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자;
    상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구;
    상기 제1 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제1 유입구; 및
    상기 제2 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제2 유입구를 포함하며,
    상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 유동 방향으로 유동하고, 상기 압력실에서 상기 제2 액체가 상기 제1 액체를 따라 상기 유동 방향으로 유동하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 정상적으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써, 상기 제2 액체를 상기 토출구로부터 토출하도록 구성된, 액체 토출 장치.
  20. 액체 토출 헤드를 구성하기 위한 액체 토출 모듈이며,
    상기 액체 토출 헤드는,
    제1 액체 및 제2 액체가 내부에서 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 압력실;
    상기 제1 액체에 압력을 가하도록 구성되는 압력 발생 소자;
    상기 제2 액체를 토출하도록 구성되는 토출구;
    상기 제1 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제1 유입구; 및
    상기 제2 액체가 상기 압력실 내로 유동하는 제2 유입구를 포함하며,
    상기 액체 토출 헤드는, 상기 제1 액체가 상기 압력 발생 소자와 접촉하면서 상기 토출구로부터의 상기 제2 액체의 토출 방향에 교차하는 유동 방향으로 유동하고, 상기 압력실에서 상기 제2 액체가 상기 제1 액체를 따라 상기 유동 방향으로 유동하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 정상적으로 유동하는 상태에서, 상기 압력 발생 소자가 상기 제1 액체에 압력을 가하게 함으로써, 상기 제2 액체를 상기 토출구로부터 토출하도록 구성되고,
    상기 액체 토출 헤드는 복수의 상기 액체 토출 모듈을 배열함으로써 형성되는, 액체 토출 모듈.
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