KR20040064637A

KR20040064637A - 잉크젯 기록 헤드

Info

Publication number: KR20040064637A
Application number: KR1020040001431A
Authority: KR
Inventors: 도미자와게이지; 무라까미슈이찌
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2004-07-19
Also published as: US8083322B2; JP2004230885A; KR100554041B1; EP1437223A2; EP1437223A3; DE60329571D1; JP4323947B2; EP1437223B1; US20040218007A1; US7628472B2; US20100045748A1

Abstract

본 발명에 따른 잉크젯 기록 헤드는 토출구로부터 연속하는 제1 토출구부와 제1 토출구부가 버블 발생 챔버와 연통하도록 하기 위한 제2 토출구부를 포함한다. 제2 토출구부는 제1 토출구부와의 경계부를 포함하고 소자 기판의 주 표면에 평행하다. 소자 기판의 주 표면에 평행한 제2 토출구부의 단면의 면적은 버블 발생 챔버에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 제2 토출구부의 임의의 단면에서 경계부의 면적보다 크다. 소자 기판의 주 표면에 평행한 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면의 단면은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 큰 형상을 갖는다. 상술한 구성을 갖는 잉크젯 헤드에 따르면, 토출구의 고밀도 배열을 방해함이 없이 토출 직경의 감소에 기인한 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

Description

잉크젯 기록 헤드 {INK-JET RECORDING HEAD}

본 발명은 잉크 등의 액체의 액적을 토출함에 의해서 기록 매체에 기록을 행하기 위한 액체 토출 헤드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잉크젯 기록을 행하기 위한 액체 토출 헤드에 관한 것이다.

잉크젯 기록 헤드는 소위 비충격식 기록 방법 중 하나이다. 잉크젯 기록 방법은, 기록 중 발생하는 소음이 무시할만큼 작고, 고속 기록이 행해질 수 있다. 더욱이, 다양한 기록 매체 상에 기록이 행해질 수 있다. 예를 들면, 소위 보통 용지 상에서 잉크는 특별한 처리 없이 정착될 수 있고, 아주 정교한 화상이 저렴하게 얻어질 수 있다. 이러한 특징 때문에, 잉크젯 기록 방법은 컴퓨터의 주변 장치로서의 프린터뿐만 아니라 복사기, 팩시밀리 장치, 워드 프로세서 등을 위한 기록 수단으로써 최근에 급속하게 보급되고 있다.

잉크젯 기록 방법 중 일반적으로 이용되는 잉크 토출 방법은 잉크 액적을 토출하는 데 이용되는 토출 에너지 발생 소자로서 히터 등과 같은 전기 열변환 소자를 이용하는 방법과, 압전 소자를 이용하는 방법을 포함한다. 각각의 이들 방법은 전기 신호에 의해 잉크 액적의 토출을 제어할 수 있다. 전기 열변환 소자를 이용하는 잉크 토출 방법의 원리는 전기 열변환 소자에 전압을 인가함에 의해 전기 열변환 소자 근방의 잉크를 순간 비등시키고, 비등 시의 잉크의 상 변화에 의해 발생되는 급격한 버블 압력에 의해 고속으로 잉크 액적을 토출시키는 것으로 구성된다. 압전 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 방법은 압전 소자로의 전압의 인가에 의해 유발되는 압전 소자의 변위 시에 발생되는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는것으로 구성된다.

전기 열변환 소자를 이용하는 잉크 토출 방법은 예를 들면, 토출 에너지 발생 소자를 배치하기 위한 큰 공간을 제공할 필요가 없고 기록 헤드의 구조가 간단하고 노즐이 용이하게 집적될 수 있는 장점을 갖는다. 그러나, 이 방법은 예를 들면 비상하는 잉크 액적의 체적이 기록 헤드 내부의 전기 열변환 소자에 의해 발생되는 열의 축적에 의해 변화되고 버블의 소멸에 의해 발생되는 캐비테이션(공동)이 전기 열변환 소자에 악영향을 미치고 잉크 액적의 토출 특성 및 화질이 기록 헤드의 내부에 잔류하는 잉크에 용해된 공기의 버블에 의해 악영향을 받을 수 있다는 고유한 문제점을 갖는다.

이들 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허 출원 공개 소54(1979)-161935호, 소61(1986)-185455, 소61(1986)-249768호 및 평4(1992년)-10941호는 잉크젯 기록 방법 및 기록 헤드를 개시하고 있다. 전술된 공개 공보에 개시되어 있는 잉크젯 기록 방법에서, 전기 열변환 소자를 구동함에 의해서 발생된 버블은 외부 공기와 연통하도록 구성된다. 이러한 잉크젯 기록 방법을 채용함에 의해서, 예를 들면 비상하는 잉크 액적의 체적을 안정화시키고, 미소량의 잉크 액적을 고속으로 토출하고, 버블의 소멸 시에 발생하는 공동을 방지함에 의해서 히터의 내구성을 개선하고, 그리고 보다 정교한 화상을 용이하게 얻을 수 있는 것이 가능하다. 전술한 공개 공보는, 버블이 외부 공기와 연통되도록 하기 위해서, 잉크 내의 버블을 발생시키기 위한 전기 열변환 소자와 잉크를 토출하기 위한 개구인 토출구 사이의 최단 길이가 종래의 구성에 비해 대폭 감소된 구성이 설명되어 있다.

이 형태의 기록 헤드의 구성이 설명될 것이다. 이 구성은 잉크를 토출하기 위한 전기 열변환 소자가 제공되는 소자 기판과, 상기 소자 기판에 접합됨에 의해서 잉크 유로를 제공하기 위한 유로 구성 기판(또한 "오리피스 기판"이라 함)을 포함한다. 유로 구성 기판은 잉크가 유동하는 복수의 노즐, 이들 노즐에 잉크를 공급하기 위한 공급 챔버, 잉크 액적을 토출하기 위한 노즐 말단부 개구인 복수의 토출구를 포함한다. 노즐은 전기 열변환 소자 중 대응하는 것에 의해 버블을 발생시키기 위한 버블 발생 챔버와, 버블 발생 챔버에 잉크를 공급하기 위한 공급 유로를 포함한다. 소자 기판은 버블 발생 챔버에 대응하는 위치에 전기 열변환 소자를 포함한다. 소자 기판은 또한 유로 구성 기판과 접촉하는 주 표면에 대향하는 배면으로부터의 잉크를 공급 챔버에 공급하기 위한 공급구를 포함한다. 유로 구성 기판은 소자 기판의 전기 열변환 소자 중 대응하는 것에 대면하는 위치에 토출구를 포함한다.

전술된 구성을 갖는 기록 헤드에서, 공급구로부터 공급 챔버로 공급된 잉크는 각각의 노즐을 따라 공급되고 버블 발생 챔버 내부에 충전된다. 버블 발생 챔버 내부에 충전된 잉크는 전기 열변환 소자에 의한 막 비등에 의해 발생된 버블에 의해 소자 기판의 주 표면에 실질적으로 직각인 방향으로 비상하도록 되어, 잉크 액적으로서 토출구로부터 토출된다(이 형태의 헤드를 이하 "사이드 슛터형 잉크젯 헤드"라 부른다).

이러한 사이드 슛터형 잉크젯 헤드에서, 잉크 액적을 토출할 때 버블 발생 챔버 내부에 충전된 잉크는 버블 발생 챔버 내부에서 발생된 버블에 기인하여 토출구측과 공급 유로측으로 이동한다. 그 때, 잉크 내에서의 버블 발생에 기인한 압력의 일부는 공급 유로측을 향해 인가되거나, 토출구의 내벽과의 마찰에 기인한 압력 손실이 발생된다. 이 현상은 잉크 토출에 악영향을 미치고 토출되는 잉크 액적의 양이 작아질수록(토출되는 잉크 액적의 체적이 작아질수록) 더욱 현저해진다. 즉, 토출되는 잉크 액적의 체적을 감소시키기 위해 토출 직경이 감소될 때, 토출구의 유체 저항은 크게 증가되어 토출구를 향한 유동량을 감소시키고 공급 유로를 향한 유동량을 증가시켜서, 잉크 액적의 토출 속도를 감소시킨다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 잉크젯 기록 헤드는 액체를 토출하기 위한 복수의 토출구, 전기 열변환 소자에 의해 발생된 열 에너지에 의해 액체를 토출하기 위해 이용되는 버블을 발생시키기 위한 복수의 버블 발생 챔버, 토출구가 버블 발생 챔버와 연통하도록 하기 위한 복수의 토출구부, 토출구부와 버블 발생 챔버에 잉크를 공급하기 위한 하나 이상의 공급 유로를 구비한 유로 구성 기판과, 전기 열변환 소자가 제공되며 유로 구성 기판이 주 표면에 접합되는 소자 기판을 포함한다. 토출구부는 각각 토출구 중 하나로부터 연속되는 제1 토출구부와, 버블 발생 챔버 중 하나와 제1 토출구부를 연통시키는 제2 토출구부를 구비한다. 제2 토출구부는 제1 토출구부와의 경계부를 구비하고 소자 기판의 주 표면에 평행한 단부면을 갖는다. 소자 기판의 주 표면에 평행한 제2 토출구부의 단면의 면적은 버블 발생 챔버에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 제2 토출구부의 임의의 단면에서 경계부의 면적보다 크다. 소자 기판의 주 표면에 평행하고 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면의 단면은, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 잉크젯 기록 헤드는 액체를 토출하기 위한 복수의 토출구, 토출 에너지 발생 소자에 의해 액체를 토출하기 위해 이용되는 압력을 발생시키기 위한 복수의 압력 챔버, 토출구를 압력 챔버와 연통하도록 하기 위한 복수의 토출구부, 토출구부와 압력 챔버에 잉크를 공급하기 위한 하나 이상의 공급 유로를 구비하는 유로 구성 기판과, 토출 에너지 발생 소자가 제공되며 유로 구성 기판이 주 표면에 접합되는 소자 기판을 포함한다. 토출구부는 각각 토출부 중 하나에서부터 연속하는 제1 토출구부와, 제1 토출구부를 압력 챔버 중 하나와 연통하도록 하기 위한 제2 토출구부를 구비한다. 제2 토출구부는 제1 토출구부와의 경계부를 포함하고 소자 기판의 주 표면에 평행한 단부면을 갖는다. 소자 기판의 주 표면에 평행한 제2 토출구부의 단면의 면적은 압력 챔버에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 제2 토출구부의 임의의 단면에서의 경계부의 면적보다 크다. 소자 기판의 주 표면에 평행하고 압력 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면의 단면은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는다. 제1 토출구부에 대면하는 단부면에서 제2 토출구부의 단면은, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 제1 토출구부의 길이에 대한 제2 토출구부의 길이의 비가 토출구의배열 방향에 평행한 방향으로의 제1 토출구부의 길이에 대한 제2 토출구부의 길이의 비보다 크도록 형성된 형상을 갖는다.

전술한 구성에 따르면, 토출구를 향한 액체의 유동의 압력 손실은 최소화될 수 있다. 그 결과, 제1 토출구부에서 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서 토출구의 크기를 더욱 감소시킴에 의해서 증가되는 경우에도, 액체를 토출할 때 토출구의 방향으로의 유동량의 감소를 억제하여 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다. 전술한 구성에서, 토출구의 고밀도 배열을 방해함이 없이 제2 토출구부의 체적을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서, 토출 속도의 감소를 억제하는 동시에 토출구의 고밀도 배열을 실현하고 아주 정교한 기록 화상을 제공하는 것이 가능하다.

토출 에너지 발생 소자에 의해 발생된 버블이 외부 공기와 연통하는 잉크 토출 방법은 본 발명의 잉크젯 기록 헤드에 적절하게 적용될 수 있다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 장점 및 특징이 첨부된 도면과 연결하여 행해진 바람직한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시하는 부분 절결 사시도.

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도3a 내지 도3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도4a 내지 도4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도5a 내지 도5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도6a 내지 도6c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도7a 내지 도7c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를도시하는 도면.

도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시하는 도면.

도11a 내지 도11c는 종래의 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 히터

2 : 소자 기판

3 : 유로 구성 기판

4 : 제1 토출구부

5 : 노즐

6 : 공급 챔버

7 : 제1 노즐열

8 : 제2 노즐열

9 : 공급 유로

10 : 제2 토출구부

11 : 버블 발생 챔버

12 : 부 공급 유로

본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명에 따른 잉크젯 기록 헤드는 다양한 잉크젯 기록 방법 중에서 액체 형태의 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 수단이 제공되고, 열 에너지에 의해 일어나는 잉크의 상의 변화를 유발시키는 방법을 채용한다. 이 방법을 채용함에 의해서, 문자, 화상 등이 고밀도로 아주 정교하게 기록된다. 본발명에서는, 전기 열변환 소자가 열 에너지를 발생시키기 위한 수단으로서 이용되고, 잉크가 가열됨에 의해서 막 비등될 때 발생되는 버블에 기인한 압력을 이용하여 잉크가 토출된다.

먼저, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드의 전체 구성이 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 도시하는 부분 절결 사시도이다.

도1에 도시된 잉크젯 기록 헤드에서는, 전기 열변환 소자로서 각각 역할을 하는 복수의 히터(1)에 대해 잉크 유로로서 각각 역할을 하는 노즐(5)을 개별적으로 형성하기 위한 격벽이 제1 토출구부(4)로부터 공급 챔버(6) 근방의 부분까지 연장된다.

잉크젯 기록 헤드는 복수의 히터(2)와 복수의 노즐(5)을 갖고, 각각의 노즐(5)의 길이 방향이 평행하게 배열된 제1 노즐열(7)과 각각의 노즐(5)의 길이 방향이 공급 챔버(6)를 가로질러 제1 노즐열(7)에 대향하는 위치에서 평행하게 배열된 제2 노즐열(8)을 갖는다.

제1 노즐열(7) 및 제2 노즐열(8)의 각각에서, 노즐은 600 - 1,200 dpi (인치당 도트수)의 피치로 배열된다. 제2 노즐 열(8)의 노즐(5)은 제1 노즐 열(7)의 노즐(5)에 대하여 1/2 피치만큼 어긋난 상태로 배열된다.

이 기록 헤드는 일본 특허 출원 공개 평4(1992)-10940호 및 평4(1992)-10941호에 개시된 잉크젯 기록 방법이 적용된 잉크 토출 수단을 갖고, 잉크 토출 중에 발생된 버블이 토출구를 통해 외부 공기와 연통하도록 된 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 주요부인 잉크젯 기록 헤드의 노즐(토출구부)의 구조가 이하에서설명될 것이다.

본 발명의 잉크젯 기록 헤드는 잉크가 유동하는 복수의 노즐(5), 각각의 노즐(5)에 잉크를 공급하기 위한 공급 챔버(6) 및 잉크 액적을 토출하기 위한 노즐 말단부 개구인 복수의 제1 토출구부(4)를 포함하는 유로 구성 기판(3)을 포함한다. 노즐(5)은 제1 토출구부(4), 전기 열변환 소자로서 역할을 하는 히터(1)에 의해 발생된 열 에너지에 의해 버블을 발생시키는 버블 발생 챔버(11), 토출구부를 버블 발생 챔버(11)와 연통하도록 하기 위한 제2 토출구부(10) 및 버블 발생 챔버(11)에 잉크를 공급하기 위한 공급 유로(9)를 포함한다. 잉크젯 기록 헤드는 또한 히터(1)가 제공되며 유로 구성 기판이 주 표면에 접합되는 소자 기판(2)을 포함한다. 제2 토출구부(10)는 제1 토출구부(4) 및 버블 발생 챔버(11)와 개별 단차를 갖고 접속된다. 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도에서, 소자 기판(2)의 주 표면에 실질적으로 평행한 평면에 따른 제2 토출구부(10)의 단면은 동일 방향으로의 토출구의 단면의 외측에 있고 동일 방향으로의 버블 발생 챔버(11)의 단면의 내측에 있다.

전술한 구성을 갖는 잉크젯 기록 헤드에서, 제2 토출구부(10)는 제1 토출구부(4)와의 경계부를 포함하고 소자 기판(2)의 주 표면(유로 구성 기판이 접합된 표면)에 평행한 단부면을 갖는다. 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면의 면적은 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면까지의 임의의 단면에서의 경계부(제2 토출구부(10)에 대면하는 제1 토출구부(4)의 개구면)의 면적보다 크다. 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면의 단면은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향의 길이가 토출구의 배열의 방향에 평행한 방향으로 길이보다 큰 형상을 갖는다. 제2 토출구부(10)를 제공함으로써, 토출구의 방향으로의 전체 유체 저항이 감소되고, 버블은 토출구의 방향으로 오직 작은 압력 손실만을 발생시키면서 성장한다. 따라서, 유로 방향을 향한 유동량을 억제하여 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

토출되는 잉크 액적의 양을 감소시키기 위해(잉크 액적의 체적을 감소시키기 위해), 노즐의 크기는 감소되어야 한다. 이 경우, 공급 유로의 유체 저항은 급격하게 증가된다. 그 결과, 재충전을 위해 요구되는 시간이 노즐의 크기가 감소되기 전보다 증가된다. 가열 저항을 가로질러 대면하는 2개의 잉크 공급 유로를 제공함으로써, 잉크 공급 유로의 전체 유체 저항을 감소시키는 것이 가능하고 재충전을 위해 요구되는 시간을 단축시키는 것이 가능하다. 따라서, 재충전 주파수를 증가시키려고 할 때, 재충전 동안 잉크가 유동하는 비교적 적은 면적과 큰 유체 저항을 갖는 2개의 공급 유로의 노즐의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이를 단축시키는 것이 유리하기 때문에, 본 발명의 구성은 바람직하다.

토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 히터를 제공한 때, 버블 압력은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로 스프레드(spread)를 갖는다. 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면이 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로 넓기 때문에 스프레드를 갖는 버블 압력이 잉크 토출의 방향으로의 에너지로서 충분하게 이용될 수 있다.제2 토출구부가 유효 버블 면적에 따라 조정되어 제공될 수 있기 때문에 버블 발생의 상태는 보다 안정화될 수 있다.

본 발명의 주요부인 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조가 다양한 특정 예를 도시함으로써 설명될 것이다.

(제1 실시예)

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도2a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면(소자 기판(2)의 유로 구성 기판이 접합된 표면)에 직각인 방향에서부터 본 평면 사시도이다. 도2b는 도2a에 도시된 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 도2c는 도2a에 도시된 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 노즐 구조를 갖는 기록 헤드는 각각이 전기 열변환 소자로서 역할을 하는 복수의 히터(1)가 제공된 소자 기판(2) 및 적층 상태로 소자 기판(2)의 주 표면에 접합됨에 의해서 복수의 잉크 유로를 구성하는 유로 구성 기판(3)을 포함한다.

소자 기판(2)은 유리, 세라믹, 수지, 금속 등으로 형성된다. 일반적으로 소자 기판(2)은 Si으로 형성된다. 소자 기판(2)의 주 표면에는, 히터(1), 히터(1)에 전압을 인가하기 위한 전극(도시 생략) 및 전극에 접속된 전선(도시 생략)이 각각의 잉크 유로에 대하여 소정의 배선 패턴으로 제공된다. 열 분산 특성을 개선하기 위한 절연 필름(도시 생략)이 히터(1)를 덮도록 소자 기판(2)의 주 표면에 제공된다. 더욱이, 버블이 사라질 때 발생되는 캐비테이션으로부터 부품들을 보호하기위한 보호 필름(도시 생략)이 절연 필름을 덮도록 제공된다.

도1에 도시된 바와 같이, 유로 구성 기판(3)은 잉크가 유동하는 복수의 노즐(5), 노즐(5)에 잉크를 공급하기 위한 공급 챔버(6) 및 각각이 잉크 액적을 토출하기 위한 노즐(5)의 말단 개구로서 역할을 하는 복수의 제1 토출구부(4)를 포함한다. 제1 토출구부(4)는 소자 기판(2) 상의 히터(1)에 대향하는 위치에 형성된다. 도2a 내지 도2c에 도시된 바와 같이, 노즐(5)은 실질적으로 일정한 직경을 갖는 제1 토출구부(4), 토출구측에서 유체 저항을 감소시키기 위한 제2 토출구부(10), 버블 발생 챔버(11) 및 공급 유로(9)(도2b에서, 빗금으로 지시됨)를 갖는다. 버블 발생 챔버(11)는 제1 토출구부(4)의 개구면에 대면하는 기부가 실질적으로 직사각형 형상을 갖도록 히터(1) 상에 형성된다. 공급 유로(9)의 일단부는 버블 발생 챔버(11)와 연통하고, 공급 유로(9)의 타단부는 공급 챔버(6)와 연통한다. 공급 유로(9)는 공급 챔버(6)로부터 버블 발생 챔버(11)까지 실질적으로 일정한 폭을 갖는 일직선 형상이다. 제2 토출구부(10)는 버블 발생 챔버(11) 위에 연속적으로 형성된다. 노즐(5)은 제1 토출구부(4)로부터의 잉크 액적의 토출 방향이 공급 유로(9) 내부의 잉크의 유동 방향과 직교하도록 형성된다.

제1 토출구부(4), 제2 토출구부(10), 버블 발생 챔버(11) 및 공급 유로(9)를 포함하는 도1에 도시된 노즐(5)에서, 소자 기판(2)의 주 표면에 대면하는 내측벽 표면은 공급 챔버(6)로부터 버블 발생 챔버(11)까지의 소자 기판(2)의 주 표면에 평행하다.

도2a 내지 도2c에서 명백한 바와 같이, 제1 실시예의 잉크젯 기록 헤드에는,제2 토출구부(10)가 제1 토출구부(4)와의 경계부를 포함하고 소자 기판(2)의 주 표면(유로 구성 기판(3)이 접합되는 표면)에 평행한 단부면을 갖는다. 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면의 면적은 경계부(제2 토출구부(10)에 대면하는 제1 토출구부(4)의 개구면)의 면적보다 크다. 소자 기판(2)의 주 표면에 평행하고 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면의 단면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향의 길이보다 길도록 구성된 형상을 갖는다. 제2 토출구부(10)에서, 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면은 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면과 동일한 단면을 갖는다. 도2a에서, 히터(1)가 형성된 표면에 실질적으로 평행한 평면을 따라 제2 토출구부(10)를 절단함에 의해서 얻어진 단면은 실질적으로 직사각형이다.

가능한 한 균일하게 직각 방향으로 제1 토출구부(4)로 버블 압력을 전달하기 위해서, 제2 토출구부(10)는 잘 균형 잡힌 형상을 제공하도록 제1 토출구부(4)의 중심에서 소자 기판(2)의 주 표면을 향해 그어진 수직선에 대하여 대칭으로 형성된다. 제2 토출구부(10)의 측벽은 소자 기판(2)의 주 표면에 직각이고 제1 토출구부(4)의 중심을 통과하는 직선에 의해 표시된다. 제1 토출구부(4)와 버블 발생 챔버(11)에 각각 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면 및 소자 기판(20)의 주 표면은 실질적으로 평행하다.

다음으로, 전술된 구성을 갖는 기록 헤드의 제1 토출구부(4)로부터 잉크 액적을 토출하는 작동이 도1 및 도2a 내지 도2c를 참조하여 설명될 것이다.

먼저, 공급 챔버(6)로 공급된 잉크가 제1 노즐열(7) 및 제2 노즐열(8)의 개별 노즐(5)에 공급된다. 각각의 노즐(5)로 공급된 잉크는 공급 유로(9)를 따라 유동함에 의해서 버블 발생 챔버(11) 내로 충전된다. 버블 발생 챔버(11) 내부에 충전된 잉크는 히터(1)에 의해 유발된 막 비등에 의해 발생된 성장 버블(growing bubble)의 압력에 의해 잉크 액적으로 제1 토출구부(4)로부터 토출된다. 버블 발생 챔버(11) 내부에 충전된 잉크가 토출될 때, 버블 발생 챔버(11) 내부의 잉크의 일부는 버블 발생 챔버(11) 내부에 발생된 버블의 압력에 의해 공급 유로(9)를 향해서 유동한다. 만일 노즐에서 버블 발생으로부터 잉크 토출까지의 방식을 국부적으로 본다면, 버블 발생 챔버(11) 내부에 발생된 버블의 압력은 동시에 제2 토출구부(10)로 전달되고 버블 발생 챔버(11) 및 제2 토출구부(10)에 충전된 잉크는 제2 토출구부(10) 내부에서 이동한다.

그 때, 제1 실시예에서는, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면, 즉 공간 체적이 제2 토출구부(10)를 구비하지 않은 토출구부로서 원통형 제1 토출구부(4)만을 갖는 도11a 내지 도11c에 도시된 기록 헤드에서보다 크기 때문에, 압력 손실은 아주 적고 잉크는 제1 토출구부(4)를 향해서 양호하게 토출된다. 따라서, 토출구부에서 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서 토출구를 더욱 감소시킴에 의해서 증가되는 경우에서도, 토출구의 방향으로의 유동량의 감소를 억제하여 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시예에는, 제2 토출구부에서 잉크의 정체(stagnation)를 감소시키기 위해서 제2 토출구부가 테이퍼진 형상을 갖는 노즐 구조가 채택된다. 제1 실시예와 상이한 부분이 도3a 내지 도3c를 참조하여 이하에서 주로 설명될 것이다.

도3a 내지 도3c는 제2 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도3a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도이다. 도3b는 도3a의 A-A 선을 따라 취한 단면도이고, 도3c는 도3a의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도3a 내지 도3c에서 명백한 것처럼, 제1 실시예에서처럼, 제2 실시예의 잉크젯 기록 헤드에서 제2 토출구부(10)는 제1 토출구부(4)와의 경계부를 포함하고 소자 기판(2)의 주 표면(유로 구성 기판(3)이 접합되는 표면)에 평행한 단부면을 갖는다. 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면의 면적은 경계부(제2 토출구부(10)에 대면하는 제1 토출구부(4)의 개구면)의 면적보다 크다. 소자 기판(2)의 주 표면에 평행하고 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면의 단면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는다. 제2 토출구부(10)에서, 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면은 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면과 유사하고 그보다 작은 단면을 갖는다. 도3a에서, 히터(1)가 형성된 표면에 실질적으로 평행한 평면을 따라 제2 토출구부(10)를 절단함에 의해서 얻은 단면은 실질적으로 직사각형이다.

제2 실시예에서, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면, 즉 공간 체적은, 노즐 내부의 토출구부(4)가 원통형인 도11a 내지 도11c에 도시된 기록 헤드와 비교할 때, 제1 토출구부(4)와 제2 토출구부(10) 사이의 경계부보다 크고, 압력 손실이 아주 적고, 제1 토출구부(4)를 향해 잉크가 양호하게 토출된다. 따라서, 제1 토출구부(4)에서의 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서 토출구를 더욱 감소시킴에 의해 증가되는 경우에도, 토출구의 방향으로의 유동량의 감소를 억제하고 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

(제3 실시예)

본 발명의 제3 실시예의 목적은 토출 체적의 변동을 감소시키기 위하여 잉크 정체의 구역을 감소시키는 것이다. 제2 실시예에서는, 제2 토출구부의 단면은 실질적으로 직사각형이었다. 그러나, 제3 실시예에서는, 제2 토출구부의 단면은 타원형이다.

제1 실시예와 상이한 제3 실시예의 부분들이 도4a 내지 도4c를 참조하여 이하에서 주로 설명될 것이다.

도4a 내지 도4c는 제3 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도4a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도이다. 도4b는 도4a의 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 도4c는 도4a에 도시된 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도4a의 평면 사시도에 도시된 바와 같이, 버블 발생 챔버(11)에 대면하는제2 토출구부(10)의 개구면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향으로의 직경이 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 직경보다 큰 타원형 또는 달걀 모양(oval)이다. 제2 토출구부(4)에서, 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면은 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면과 유사하고 그보다 작은 면적을 갖는 단면을 갖는다. 따라서, 히터(1)의 형성 표면에 실질적으로 평행한 평면으로 제2 토출구부(10)를 절단함에 의해서 얻어진 단면을 타원형 또는 달걀 모양으로 형성함으로써, 단면이 직사각형인 때 생기는 4개의 코너(corner)에서의 정체의 구역을 제거하는 것이 가능하다.

제3 실시예에서, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면을 타원형 또는 달걀 모양으로 형성함으로써, 4개의 코너의 면적만큼 면적이 감소된다. 그 결과, 제2 토출구부(10)의 전체 유체 저항이 증가될 가능성이 있다. 그러나, 4개의 코너의 부분은 잉크가 유동하지 않는 정체의 부분이기 때문에, 제1 또는 제2 실시예와 동일한 유체 저항이 유지될 수 있다.

제3 실시예에서, 높은 주파수로 잉크를 연속적으로 토출할 때, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면이 제1 및 제2 실시예에서의 4개의 코너의 면적만큼 작기 때문에, 잉크의 정체의 구역은 감소되고 토출 액적의 체적의 변동이 감소된다.

제3 실시예에서, 또한 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면, 즉 공간 체적이 노즐 내부의 토출구부(4)가 원통형인 도11a 내지 도11c에 도시된 기록 헤드에서보다 크고, 압력 손실이 아주 작고, 잉크는 제1 토출구부(4)를향해 양호하게 토출된다. 따라서, 토출구부(4)에서 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서 토출구를 더욱 감소시킴에 의해 증가되는 경우에도, 토출구의 방향으로의 유동량의 감소를 억제하고 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

(제4 실시예)

본 발명의 제4 실시예의 목적은 또한 토출 체적의 변동을 감소시키기 위하여 제1 실시예에서보다 잉크 정체의 영역을 감소시키는 것이다. 게다가, 본 발명의 제4 실시예의 목적은 제2 토출구부(10)에 대면하는 제1 토출구부(4)의 개구면과 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면을 제1 토출구부(4)의 중심부로부터 소자 기판(2)의 주 표면을 향해 그은 수직선에 대하여 동심원형(링의 형상으로)이 되게 형성함으로써, 제1 토출구부(4)와 제2 토출구부(10) 사이의 단차부에서 발생되는 정체의 구역의 기울어짐(deviation)에 기인한 불안정한 잉크 토출을 더욱 제거하는 것이다.

제1 실시예와 상이한 제3 실시예의 부분이 도5a 내지 도5c를 참조하여 이하에서 주로 설명될 것이다.

도5a 내지 도5c는 제4 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도5a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도이다. 도5b는 도5a에 도시된 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 도5c는 도5a의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도5a의 평면 사시도에 도시된 바와 같이, 버블 발생 챔버(11)에 대면하는제2 토출구부(10)의 개구면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향으로의 직경이 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 직경보다 큰 타원형 또는 달걀 형상이다. 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면은 원형이고 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면의 내측에 있다. 이러한 형상에 따르면, 제2 토출구부(10)에 대면하는 제1 토출구부(4)의 개구면 및 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면이 제1 토출구부(4)의 중심으로부터 소자 기판(2)의 주 표면을 향해 그은 수직선에 대해 동심원으로 형성되기 때문에, 제1 토출구부(4)와 제2 토출구부(10) 사이의 단차부에서 발생되는 정체의 구역의 차이에 기인한 불안정한 잉크 토출은 발생하지 않는다. 요컨대, 제2 토출구부(10)와 제1 토출구부(4) 사이의 단차부를 점대칭으로 형성함으로써, 전체 단차부에서 잉크 정체의 영역은 기울어지지 않고, 토출 특성은 전술된 실시예와 비교할 때 안정화된다.

제4 실시예에서, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면이 감소되기 때문에, 제2 토출구부(10)의 전체 유체 저항이 제1 실시예와 비교할 때 증가될 가능성이 있다. 그러나, 제1 토출구부(4)와 제2 토출구부(10) 사이의 단차부는 잉크가 유동하지 않는 정체의 부분이기 때문에, 제1 실시예와 동일한 유체 저항이 유지될 수 있다.

제4 실시예에서, 또한 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면, 즉 공간 체적이 노즐 내부의 토출구부(4)가 원통형인 도11a 내지 도11c에 도시된 기록 헤드에서보다 크고, 압력 손실이 아주 적고, 제1 토출구부(4)를 향해 잉크는 양호하게 토출된다. 따라서, 제1 토출구부(4)에서 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서의 토출구를 더욱 감소시킴에 의해서 증가되는 경우에서도, 토출구의 방향으로의 유동량의 감소를 억제하고 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지할 수 있다.

제4 실시예에서, 또한 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면의 길이를 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 길게 형성함으로써, 잉크 액적의 크기의 감소에 따라 폭이 감소되는 경우에서도 버블 발생 챔버(11)의 폭에 의해 제한되지 않고 제2 토출구부(10)의 단면을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서, 토출구의 방향으로의 전체 유체 저항을 더욱 감소시키는 것이 가능하다.

(제5 실시예)

본 발명의 제5 실시예에서는 부 공급 유로(sub-supply channel)를 제공함에 의해서, 두 개의 공급 유로(공급 유로(9) 및 부 공급 유로(12)) 내의 전체 유체 저항이 높은 주파수로의 재충전 작동을 허용할 정도로 감소된다. 제1 실시예와 상이한 제5 실시예의 부분이 도6a 내지 도6c를 참조하여 이하에서 주로 설명될 것이다.

도6a 내지 도6c는 제5 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도6a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도이다. 도6b는 도6a의 A-A선에 따라 취한 단면도이고, 도6c는 도6a에 도시된 B-B선에 따라 취한 단면도이다.

도6a의 평면 사시도에 도시된 바와 같이, 버블 발생 챔버(11)에 대면하는제2 토출구부(10)의 개구면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는다. 제2 토출구부(10)에서, 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면은 버블 발생 챔버(11)와 유사하고 그보다 작은 면적을 갖는 단면을 갖는다. 도6a에서, 히터(1)의 형성 표면에 실질적으로 평행한 평면으로 제2 토출구부(10)를 절단함에 의해 얻은 단면은 실질적으로 직사각형이다.

높은 주파수로의 재충전을 실현하기 위하여, 부 잉크 공급 유로(12, sub-ink supply channel)가 잉크 공급 유로(9)에 부가하여 제공된다.

다음으로, 전술한 구성을 갖는 기록 헤드의 제1 토출구부(4)로부터 잉크 액적을 토출하는 작동이 도1 및 도6a 내지 도6c를 참조하여 설명될 것이다.

먼저, 공급 챔버(6) 내로 공급된 잉크는 제1 노즐열(7) 및 제2 노즐열(8)의 개별 노즐(5)로 공급된다. 각각의 노즐(5)에 공급된 잉크는 공급 유로(9)를 따라 유동함에 의해서 버블 발생 챔버(11) 내로 충전된다. 버블 발생 챔버(11) 내부에 충전된 잉크는 히터(1)에 의해 유발된 막 비등에 의해 발생된 성장 버블의 압력에 의해 잉크 액적으로 제1 토출구부(4)로부터 토출된다. 버블 발생 챔버(11) 내부에 충전된 잉크가 토출된 때, 버블 발생 챔버(11) 내부의 잉크의 일부는 버블 발생 챔버(11) 내부에서 발생되는 버블의 압력에 의해 공급 유로(9) 및 부 공급 유로(12)를 향해 유동한다. 만일 버블 발생에서 잉크 토출까지의 방식을 노즐 내에서 국부적으로 본다면, 버블 발생 챔버(11) 내부에서 발생된 버블의 압력은 또한 제2 토출구부(10)로 즉시 전달되고, 버블 발생 챔버(11) 및 제2 토출구부(10) 내에 충전된잉크는 제2 토출구부(10) 내부에서 이동한다.

그 때, 제5 실시예에서는 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면, 즉 공간 체적이 노즐 내부의 제1 토출구부(4)가 원통형인 도11a 내지 도11c에 도시된 기록 헤드에서보다 크고, 압력 손실은 아주 작고, 그리고 제1 토출구부(4)를 향해 잉크가 양호하게 토출된다. 따라서, 제1 토출구부(4)에서 토출구의 방향으로의 유체 저항이 노즐의 말단부에서 토출구를 더욱 감소시킴에 의해서 증가되는 경우에서도, 토출구의 방향의 유동량의 감소를 억제하고 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

제5 실시예에서, 토출된 잉크 액적의 양의 감소(작은 잉크 액적의 제공)에 대응하기 위하여, 2개의 공급 유로를 제공함에 의해서, 2개의 공급 유로에서의 전체 유체 저항이 감소되어, 그에 의해 높은 주파수로의 재충전을 허용한다. 제5 실시예에서, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이를 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 길게 함으로써, 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면은 증가되고 노즐의 배열 방향에 직각인 방향(즉, 잉크 공급의 방향)으로의 제2 토출구부(10)보다 큰 유체 저항을 갖는 2개의 공급 유로(즉, 공급 유로(9) 및 부 공급 유로(12))의 길이가 단축된다. 그 결과, 공급 챔버(6)로부터 토출구까지의 전체 공급 경로의 유체 저항을 감소시키고 더 높은 재충전 주파수를 제공하는 것이 가능하다.

(제6 실시예)

토출되는 잉크 액적의 양을 감소시키기(토출되는 잉크 액적의 체적을 감소시키기) 위해 토출구의 크기는 감소되어야 하기 때문에, 토출구의 방향으로의 유체 저항은 크게 증가한다. 이 문제를 해결하기 위해, 전술된 바와 같이, 작은 유체 저항을 갖는 제2 토출구부를 제공함에 의해서 토출 효율이 개선된다. 다른 접근법으로는, 히터의 에너지 즉 히터의 면적이 증가될 수도 있다. 그러나, 토출되는 잉크 액적의 체적 및 인쇄된 도트의 직경의 감소에 따라, 노즐 배열 밀도는 증가되어야 한다. 노즐의 크기가 노즐의 배열 방향에 평행한 방향으로 작기 때문에, 히터의 크기는 토출구의 배열 방향으로의 히터의 길이가 이 방향으로의 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면의 길이와 실질적으로 동일하도록 노즐의 배열 방향으로 증가될 수 없다. 따라서, 본 발명의 제6 실시예에서, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 히터(길이방향 히터)가 제공된다. 에너지 절감을 실현하기 위하여, 적은 전류로 현재 에너지 값과 동일한 토출 에너지를 출력하는 것이 필요하다. 그 목적을 위해, 히터는 높은 전기 저항을 가져야만 한다. 길이방향 히터는 히터가 배선(도시 생략)의 방향으로 길기 때문에 이 목적에 적합하다. 이러한 길이방향 히터를 갖는 제6 실시예에서, 버블 압력은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로 스프레드를 갖는다. 그러나, 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면이 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로 크기 때문에, 스프레드를 갖는 버블 압력조차도 잉크 토출의 방향으로의 에너지로서 충분히 이용될 수 있다. 제1 실시예와는 상이한 제6 실시예의 부분들이 도7a 내지 도7c를 참조하여 이하에서 주로 설명될 것이다.

도7a 내지 도7c는 제6 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 노즐의 구조를 도시한다. 도7a는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐 중 하나를 소자 기판(2)의 주 표면에 직각인 방향으로부터 본 평면 사시도이다. 도7b는 도7a에 도시된 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 도7c는 도7a에 도시된 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도7a의 평면 사시도에 도시된 바와 같이, 소자 기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면은 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부(4)에 대면하는 단부면까지의 임의의 단면에서 제1 토출구부(4)의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는다. 제2 토출구부(10)에서, 제1 토출구부(4)에 대면하는 개구면은 버블 발생 챔버(11)에 대면하는 개구면과 유사하고 그보다 작은 면적을 갖는 단면을 갖는다. 도7a에서, 히터(1)의 형성 표면에 실질적으로 평행한 평면으로 제2 토출구부(10)를 절단함에 의해서 얻은 단면은 실질적으로 직사각형이다.

히터(1)는 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴, 직사각형 형상을 갖는다.

제6 실시예에서는, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 히터가 제공된다. 이러한 경우, 히터에 의해 발생된 열 에너지에 기인한 버블 압력은 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 스프레드를 갖는다. 그러나, 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면이 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로 크기 때문에, 스프레드를 갖는 버블 압력조차도 잉크 토출의 방향으로의 에너지로서 충분히 이용될 수 있다.

제6 실시예에서, 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면은 히터의 형상과 실질적으로 동일한 직사각형 형상으로 히터에 대면하는 위치에 제공된다.

히터의 에지로부터 약 4 ㎛까지의 히터의 구역은 버블 발생에 기여하지 않기 때문에, 제1 토출구부에 대면하는 제2 토출구부의 개구면은 버블 발생에 기여하는 유효 버블 발생 구역의 형상과 동일한 형상을 가질 수도 있다. 히터가 유효 버블 발생 영역을 고려할 때 제1 토출구부에 대면하는 제2 토출구부의 개구면보다 다소 큰 경우에서도, 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부의 개구면은 히터의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 것으로 한다.

제6 실시예에서, 또한 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 버블 발생 챔버에 대면하는 제2 토출구부(10)의 개구면의 길이를 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 길게 형성함으로써, 작은 잉크 액적을 제공하기 위해 폭이 감소된 경우에서도 버블 발생 챔버(11)의 폭에 의해 제한되지 않고 제2 토출구부(10)의 단면을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서, 토출구의 방향으로의 전제 유체 저항을 더욱 감소시키는 것이 가능하다.

(다른 실시예)

전술된 각각의 실시예는 다음의 실시예에 적용될 수도 있다.

도8 및 도9는 각각 전술된 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐의 배열을 도시한다. 도8 및 도9에서, 복수의 토출구는 1,200 dpi의 피치로 공급 챔버(6)를 따라 배열된다. 이들 잉크젯 기록 헤드에 전술한 실시예의 노즐을 적용하고 소자기판(2)의 주 표면에 평행한 제2 토출구부(10)의 단면이 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 버블 발생 챔버에 대면하는 개구면으로부터 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 임의의 단면에서 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 큰 형상을 갖는 구성을 채용함에 의해서, 토출구의 고밀도 배열을 방해함이 없이 토출구의 방향으로의 유체 저항을 감소시키고 토출구의 고밀도 배열을 실현하는 동시에 제2 토출구부의 체적을 증가시킴에 의해 작은 잉크 액적의 제공에 기인한 잉크 토출 속도의 감소를 억제함에 의해서 아주 정교한 기록 화상을 제공하는 것이 가능하다.

전술한 실시예의 각각의 노즐에서 토출구의 고밀도 배열을 실현하는 동시에 제2 토출구부의 체적을 증가시키기 위하여, 제1 토출구부(4)에 대면하는 제2 토출구부(10)의 단부면에서 제1 토출구부(4) 및 제2 토출구부(10)의 각각의 단면이 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 제1 토출구부(4)의 길이에 대한 제2 토출구부(10)의 길이의 비가 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 제1 토출구부(4)의 길이에 대한 제2 토출구부(10)의 길이의 비보다 큰 형상을 갖는 구성을 제공하는 것이 바람직하다.

더욱이, 도9에 도시된 바와 같이, 지그재그 형상으로 복수의 노즐을 배열함에 의해서, 인접 노즐 사이의 벽의 폭을 증가시킴에 의해서 유로 구성 기판과 소자 기판 사이의 접착 특성을 개선하는 것이 가능하다.

전술된 각각의 실시예는 다양한 체적을 갖는 복수의 잉크 액적을 토출하기 위한 잉크젯 기록 헤드에 또한 적용될 수도 있다. 이러한 경우에, 도10에서 도시된 바와 같이, 비교적 적은 체적을 갖는 잉크 액적을 토출하기 위한 노즐에 전술한 각각의 실시예의 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 그러나, 전술된 각각의 실시예의 구성은 비교적 큰 체적을 갖는 잉크 액적을 토출하기 위한 노즐에 또한 적용될 수도 있다.

도면에 개략에서 도시된 개별적인 부품들은 잉크젯 기록 헤드 기술 분야에서 모두 잘 공지되어 있고 이들의 세부 구조 및 동작은 본 발명을 실시하기 위한 작동 또는 바람직한 실시예에 중요한 것은 아니다.

본 발명이 바람직한 실시예로 현재 생각되는 것을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 기술 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변경 및 균등한 구성을 모두 포함하는 것으로 의도된다. 후속 청구범위의 범위는 모든 이러한 변경 및 균등한 구조 및 기능들을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

상술한 구성에 따르면, 토출구의 고밀도 배열을 방해함이 없이 토출 직경의 감소에 기인한 잉크 액적의 토출 속도의 감소를 방지하는 것이 가능한 잉크젯 기록 헤드가 제공된다.

Claims

액체를 토출하기 위한 복수의 토출구, 전기 열변환 소자에 의해 발생된 열 에너지에 의해 액체를 토출하기 위해 이용되는 버블을 발생시키기 위한 복수의 버블 발생 챔버, 상기 토출구가 상기 버블 발생 챔버와 연통하도록 하기 위한 복수의 토출구부 및 상기 토출구부와 상기 버블 발생 챔버에 잉크를 공급하기 위한 하나 이상의 공급 유로를 구비한 유로 구성 기판과,

상기 전기 열변환 소자가 제공되며 상기 유로 구성 기판이 주 표면에 접합되는 소자 기판을 포함하며,

상기 토출구부는 각각 상기 토출구 중 하나로부터 연속하는 제1 토출구부와, 상기 제1 토출구부를 상기 버블 발생 챔버 중 하나와 연통시키는 제2 토출구부를 구비하고,

상기 제2 토출구부는 상기 제1 토출구부와의 경계부를 구비하고 상기 소자 기판의 주 표면에 평행한 단부면을 갖고, 상기 소자 기판의 주 표면에 평행한 상기 제2 토출구부의 단면의 면적은 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 개구면으로부터 상기 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 상기 제2 토출구부의 임의의 단면에서의 경계부의 면적보다 크고,

상기 소자 기판의 주 표면에 평행하고 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개구면의 단면은, 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 상기 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 긴 형상을 갖는 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 제1 토출구부에 대면하는 단부에서 상기 제2 토출구부의 단면이, 상기 토출구의 배열 방향에 직각인 방향의 상기 제1 토출구부의 길이에 대한 상기 제2 토출구부의 길이의 비가 상기 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 상기 제1 토출구부의 길이에 대한 상기 제2 토출구부의 길이의 비보다 큰 형상을 갖는 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개구면이 타원형 또는 달걀 모양인 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개방 표면 및 상기 제1 토출구부에 대면하는 상기 제2 토출구부의 단부는 유사한 형상을 갖는 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개구면 및 상기 제1 토출구부에 대면하는 상기 제2 토출구부의 단부는 동일한 형상을 갖는 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 제1 토출구부에 대면하는 상기 제2 토출구부의 단부면이 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개구면보다 작은 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 상기 전기 열변환 소자의 길이가 상기 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 상기 전기 열변환 소자의 길이보다 긴 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 토출구의 배열 방향으로의 상기 버블 발생 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 길이가 상기 토출구의 배열 방향으로의 상기 전기 열변환 소자의 길이와 실질적으로 동일한 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 전기 열변환 소자를 가로질러 상기 공급 유로에 대향하는 부분에 유로 벽이 설치된 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 공급 유로가 상기 전기 열변환 소자에 대해 대면하는 2개의 방향으로 설치된 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 유로 구성 기판에는, 복수의 전기 열변환 소자와 복수의 상기 토출구부를 구비하고, 각각의 토출구의 길이 방향이 평행하게 배열된 제1 토출구열과, 상기 제1 토출구열에 대면하는 위치에서 각각의 토출구의 길이방향이평행하게 배열된 제2 토출구열이 제공되고,

상기 제2 토출구부의 상기 토출구가, 상기 제1 토출구부의 상기 토출구에 대하여, 상기 토출구 중 인접하는 것들 사이에서의 피치의 1/2 만큼 어긋난 상태로 배열되는 잉크젯 기록 헤드.
제1항에 있어서, 상기 전기 열변환 소자에 의해 발생된 버블이 외부 공기와 연통하는 잉크젯 기록 헤드.
액체를 토출하기 위한 복수의 토출구, 토출 에너지 발생 소자에 의해 액체를 토출하기 위해 이용되는 압력을 발생시키기 위한 복수의 압력 챔버, 상기 토출구를 상기 압력 챔버와 연통하도록 하기 위한 복수의 토출구부 및 상기 토출구부와 상기 압력 챔버에 잉크를 공급하기 위한 하나 이상의 공급 유로를 구비하는 유로 구성 기판과,

상기 토출 에너지 발생 소자가 제공되며 상기 유로 구성 기판이 주 표면에 접합되는 소자 기판을 포함하며,

상기 토출구부는 각각 상기 토출부 중 하나로부터 연속하는 제1 토출구부와, 상기 제1 토출구부를 상기 압력 챔버 중 하나와 연통시키기 위한 제2 토출구부를 구비하고,

상기 제2 토출구부는 상기 제1 토출구부와의 경계부를 포함하고 상기 소자 기판의 주 표면에 평행한 단부면을 갖고, 상기 소자 기판의 주 표면에 평행한 상기제2 토출구부의 단면의 면적은 상기 압력 챔버에 대면하는 개구면으로부터 상기 제1 토출구부에 대면하는 단부면까지의 상기 제2 토출구부의 임의의 단면에서의 경계부의 면적보다 크고,

상기 소자 기판의 주 표면에 평행하고 상기 압력 챔버에 대면하는 상기 제2 토출구부의 개구면의 단면은 상기 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 길이가 상기 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 길이보다 길게 형성된 형상을 갖고,

상기 제1 토출구부에 대면하는 단부면에서 상기 제2 토출구부의 단면은, 상기 토출구의 배열 방향에 직각인 방향으로의 상기 제1 토출구부의 길이에 대한 상기 제2 토출구부의 길이의 비가 상기 토출구의 배열 방향에 평행한 방향으로의 상기 제1 토출구부의 길이에 대한 상기 제2 토출구부의 길이의 비보다 크게 형성된 형상을 갖는 잉크젯 기록 헤드.