KR20060043229A

KR20060043229A - 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치

Info

Publication number: KR20060043229A
Application number: KR1020050016463A
Authority: KR
Inventors: 다께오 에구찌; 다까아끼 미야모또; 마나부 도미따; 쇼고 오노; 가즈야스 다께나까; 이와오 우시노하마; 미노루 고우노
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-05-15
Also published as: DE602005003688T2; US7470004B2; CN1672932A; DE602005003688D1; US20090096841A1; US20050200662A1; EP1570992A1; EP1570992B1; CN100515771C; SG114773A1

Abstract

발열 소자와, 배리어층과, 배리어층의 일부에 의해 형성되는 동시에 발열 소자를 끼워 넣도록 서로 마주보는 한 쌍의 벽에 의해 형성된 액실과, 액실의 양측에 액실과 연통하도록 배치된 제1 개별 유로 및 제2 개별 유로를 구비하고, 제1 개별 유로 또는 제2 개별 유로 중 적어도 한 쪽으로부터 액실에 액체가 공급되도록 하고, 액실 내에 있어서의 벽 사이의 거리(U)와, 제1 개별 유로의 유로 폭(W)이 U > W의 관계를 충족시키도록 형성되어 있다.

이에 의해, 쓰레기나 먼지 등에 의한 유로 장해가 생기기 어렵고, 기포에 의한 영향을 가능한 한 적게 하여 토출 불균일이 거의 없는 유로 구조를 제공할 수 있다.

라인 헤드, 헤드 프레임, 수용 공간, 헤드 칩, 공통 유로

Description

액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치{LIQUID EJECTION HEAD AND LIQUID EJECTION DEVICE}

도1은 본 실시 형태의 라인 헤드를 도시하는 외관 사시도.

도2는 1개의 헤드 칩 열을 도시하는 평면도.

도3은 본 실시 형태의 헤드 칩의 배리어층의 형상을 도시하는 평면도.

도4는 액실의 폭(U)과, 제1 개별 유로 및 제2 개별 유로의 유로 폭(W)과의 관계를 도시하는 평면도.

도5는 액실의 폭(U), 제1 개별 유로의 유로 폭(W1), 제2 개별 유로의 유로 폭(W2)과의 관계를 도시하는 평면도.

도6은 제2 개별 유로의 유로 길이와 액실의 배열 피치(P)와의 관계를 도시하는 평면도.

도7은 공통 유로 내에 필터를 설치한 상태를 도시하는 평면도.

도8은 도7의 발열 소자를 지그재그 배열한 것을 도시하는 평면도.

도9는 필터의 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.

도10은 노즐의 개구 영역, 제1 개별 유로의 유로면 영역, 필터의 기둥 사이의 간극의 단면 영역과의 관계를 설명하는 도면.

도11은 제2 개별 유로의 형상에 대한 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.

도12는 액체 토출시의 충격파 전파의 모양을 설명하는 평면도.

도13은 기포 발생시의 모양을 설명하는 평면도.

도14는 종래 구조와 본 실시예의 구조로 충격파 감소를 확인한 결과(사진 촬영 결과)를 나타내는 도면.

도15는 제2 실시예에서 이용한 헤드의 구체적 구조를 도시하는 평면도.

도16은 도15의 구조의 헤드를 이용하여 기포가 배출되는 모양을 차례로 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면.

도17은 헤드의 시험 제작품의 마스크도의 일부를 도시하는 도면.

도18은 본 발명의 제2 실시 형태로 헤드 칩의 배리어층의 형상을 도시하는 평면도.

도19는 본 발명의 제3 실시 형태로 헤드 칩의 배리어층의 형상을 도시하는 평면도.

도20은 본 발명의 제4 실시 형태로 헤드 칩의 배리어층의 형상을 도시하는 평면도.

도21은 헤드 칩의 실시 형태를 도시하는 평면도.

도22는 헤드 칩의 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.

도23은 헤드 칩의 또 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.

도24는 실제로 제작한 헤드 칩의 마스크도를 도시하는 평면도.

도25는 종래의 액체 토출 헤드를 도시하는 외관 사시도.

도26은 도25의 헤드의 유로 구조를 도시하는 단면도.

도27은 공통 유로 내에 기포가 잔류된 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면.

도28은 개별 유로의 입구에 기포가 잔류된 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면.

도29는 노즐로부터 기체가 액실 내에 인입한 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 헤드

1a : 헤드 칩

3 : 배리어층

3a : 액실

3d : 개별 유로

10 : 라인 헤드

11 : 반도체 기판

12 : 발열 소자

13 : 배리어층

13a : 격벽

13b : 측벽

13c : 후방벽

13d : 제1 개별 유로

13e : 제2 개별 유로

16 : 헤드 프레임

16a : 수용 공간

17 : 노즐 시트

18 : 노즐

19 : 헤드 칩

23 : 공통 유로

24 : 필터

24a, 25a : 기둥

25, 26 : 필터

P : 배열 피치

U : 폭

W, W1, W2 : 유로 폭

Wf : 기둥 사이 간극

본 발명은, 잉크젯 프린터 등에 이용되는 서멀 방식의 액체 토출 헤드 및 이 액체 토출 헤드를 구비하는 잉크젯 프린터 등의 액체 토출 장치에 관한 것으로, 쓰레기 및 먼지 등의 혼입이나 기포의 발생에 의한 유로 장해가 가능한 한 생기지 않 도록 하여 토출 불균일이 없는 유로 구조를 실현하는 기술에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 잉크젯 프린터에 대표되는 액체 토출 장치에 이용되는 액체 토출 헤드에서는, 발생시킨 기포의 팽창 및 수축을 이용하는 서멀 방식과, 액실의 형상이나 체적의 변동을 이용하는 피에조 방식이 알려져 있다.

그리고, 서멀 방식에서는 반도체 기판 상에 발열 소자를 설치하고, 이 발열 소자에 의해 액실 내의 액체에 기포를 발생시켜 발열 소자 상에 배치된 노즐로부터 액체를 액적으로서 토출시키고 기록 매체 등에 착탄시키는 것이다.

도25는, 종래 이러한 종류의 액체 토출 헤드(1)[이하, 간단히 헤드(1)라 함]를 도시하는 외관 사시도이다. 도25에 있어서, 노즐 시트(17)는 배리어층(3) 상에 접합되지만, 이 노즐 시트(17)를 분해하여 도시하고 있다.

또한, 도26은 도25의 헤드(1)의 유로 구조를 도시하는 단면도이다. 또, 액체 토출 장치의 이러한 종류의 유로 구조로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-136737호 공보에 개시되어 있다.

도25 및 도26에 있어서, 반도체 기판(11) 상에는 복수의 발열 소자(12)가 배열되어 있다. 또한, 반도체 기판(11) 상에는 배리어층(3) 및 노즐 시트(17)가 차례로 적층된다. 여기서, 반도체 기판(11) 상에 발열 소자(12)가 형성되는 동시에, 그 상부에 배리어층(3)이 형성된 것을 헤드 칩(1a)이라 칭한다. 그리고, 헤드 칩(1a) 상에 노즐 시트(17)가 접합된 것을 헤드(1)라 칭한다.

노즐 시트(17)는, 각 발열 소자(12) 상에 각각 노즐(액적을 토출하기 위한 구멍)(18)이 위치하도록 노즐(18)이 배열된 것이다. 또한, 배리어층(3)은 반도체 기판(11) 상에 설치됨으로써, 발열 소자(12)와 노즐(18) 사이에 개재하여 발열 소자(12) 상과 노즐(18) 사이에 액실(3a)을 형성하고 있다.

도25에 도시한 바와 같이, 배리어층(3)은 평면적으로 보아, 각 발열 소자(12)의 3변이 둘러싸여지도록 대략 빗살형으로 형성되어 있다. 이에 의해, 1 변만이 개구된 액실(3a)이 형성되어 있다.

이 개구된 부분은 개별 유로(3d)를 형성하여 공통 유로(23)와 연통한다.

또한, 발열 소자(12)는 반도체 기판(11)의 1변의 근방에 배열되어 있다. 그리고, 도26 중 반도체 기판(11)[헤드 칩(1a)]의 좌측에는, 더미 칩(D)이 배치됨으로써 반도체 기판(11)[헤드 칩(1a)]의 일측면과, 더미 칩(D)의 일측면으로 공통 유로(23)를 형성하고 있다. 또, 공통 유로(23)를 형성할 수 있는 부재이면 더미 칩(D)에 한정되지 않으며, 어떠한 부재를 이용해도 좋다.

또한, 도26에 도시한 바와 같이 반도체 기판(11)의 발열 소자(12)가 설치된 면과 반대측의 면에는 유로판(22)이 배치되어 있다. 이 유로판(22)에는, 도26에 도시한 바와 같이 잉크 공급구(22a)와, 이 잉크 공급구(22a)와 연통하도록 단면 형상이 대략 오목형을 이루는 공급 유로(24)가 형성되어 있다. 그리고, 이 공급 유로(24)와, 공통 유로(23)가 연통되어 있다.

이에 의해, 잉크는 잉크 공급구(22a)로부터 공급 유로(24) 및 공통 유로(23)에 이송되는 동시에, 개별 유로(3d)를 통해 액실(3a)에 인입한다. 그리고, 발열 소자(12)가 가열됨으로써 액실(3a) 내의 발열 소자(12) 상에 기포가 발생하고, 이 기포 발생시의 비상력에 의해 액실(3a) 내의 액체의 일부를 액적으로서 노즐(18)로 부터 토출시킨다.

또, 도25 및 도26에서는 실제 형상을 무시하고 이해의 용이함을 위해 형상을 과장하여 표시하고 있다. 예를 들어 반도체 기판(11)의 두께는, 약 600 내지 650 ㎛이며, 노즐 시트(17)나 배리어층(3)의 두께는 약 10 내지 20 ㎛이다.

전술한 종래 기술의 헤드(1)에 있어서는, 첫 번째로 쓰레기나 먼지가 유로 내나 노즐(18) 내에 인입하고, 노즐(18)에서의 토출 불량이나 유로에서의 액체의 공급 부족이 생기는 문제가 있다.

여기서, 일반적인 공간에는 쓰레기나 먼지가 끼여 있어 자유롭게 이동하고 있다. 따라서, 이들이 액체 속에 떨어져 액체 속의 쓰레기나 먼지로서 존재한다. 그러나, 잉크젯 프린터 등의 액체 토출 장치로는 미크론 단위의 노즐(18)로부터 액체를 토출시키는 구조이므로, 쓰레기나 먼지가 노즐(18)에 막힐 우려가 있다.

이로 인해, 현재 상태에서는 제조 과정에 있어서, 예를 들어 무진실(Clean room) 등과 같은 작업 환경에서, 쓰레기나 먼지가 적은 액체 등으로 부품을 세정하는 것 등이 행해지고 있다.

또한, 설계상에서는 액체 토출 장치의 유로에 있어서, 복수 부위에 쓰레기나 먼지를 제거하기 위한 필터를 설치해 둘 필요가 있다.

특히, 라인 헤드와 같이 노즐 수가 많아질수록 노즐(18)의 토출 불량이 생길 확률이 높아지므로, 보다 엄격한 관리가 필요해져 비용이 증대된다는 문제가 있다.

또한, 두 번째로 헤드(1)의 온도가 상승되는 결과, 액체 속에 기포가 발생하는 경우가 있고, 이 기포가 장해가 되어 토출량이 부족하게 되어 버릴 문제가 있 다.

기포의 발생 부위로서는, 전술한 공통 유로(23)나 개별 유로(3d)를 예로 들 수 있지만, 모든 부위에 발생해도 토출 불균일의 원인이 된다.

도27은, 공통 유로(23) 내에 기포가 잔류된 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면이다.

도27에서는, 노즐 시트(17)를 투명체로부터 형성하여 내부 기포의 상태를 볼 수 있도록 하고 있다.

도27에서는, 공통 유로(23) 내에는 필터가 설치되어 있다. 이 필터는 쓰레기 및 먼지가 개별 유로(3d) 내에 진입하는 것을 방지하기 위해 설치된 것이며, 원주형의 기둥을 공통 유로(23)에 따라서 배열한 것이다.

도27에 도시한 바와 같이, 공통 유로(23)에 기포가 잔류된 영역(도27 중, 점선으로 둘러싼 영역)에서는, 개별 유로(3d)에의 액체의 공급량이 감소된다. 이에 의해, 액체 토출량이 저하되어 비교적 넓은 범위에서 농도가 엷어진 토출 불균일로서 나타난다.

또, 기포가 존재하면 토출 상태가 영향을 받는 이유는, 토출 그자체가 토출시에 발생하는 압력과, 그에 대응한 액실(3a) 부근의 액체, 배리어층(3), 기포의 존재로 결정되는 반작용이 영향을 끼치기 때문이라고 생각된다.

또한, 기포는 개별 유로(3d)의 입구 부근이나 개별 유로(3d) 내에 인입하는 경우가 있다. 도28은 개별 유로(3d)의 입구에 기포가 잔류된 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면이다. 도28에서는, 도27과 마찬가지로 노즐 시트(17)를 투명 체로부터 형성하고 있다.

이러한 경우에는, 가령 기포가 작아도 좁은 공간 내에 기포가 존재하기 때문에 영향이 크다. 즉, 도27의 경우보다도 토출량이 감소된다. 또한, 기포가 인입한 개별 유로(3d)에 대응하는 노즐(18)로부터의 토출량만큼이 감소되므로, 줄이 생겨 눈에 띄게 된다.

이상과 같은 기포가 일단 발생하면, 토출이 반복되어도 기포는 공통 유로(23)나 개별 유로(3d)에 부착되거나, 개별 유로(3d) 내지 공통 유로(23) 사이를 왕복 이동하는 것만으로 간단하게는 소멸되지 않는다. 또, 기포의 사이를 빠져 나가 도록 액실(3a) 내에는 액체가 공급되므로, 토출 특성이 불충분한 상태가 고정적으로 남는 경우가 많다.

또, 토출 동작을 정지하고 장시간 방치하여 액체의 온도를 저하시켰을 때는 기포가 소멸되는 것이 확인되어 있으므로, 이 경우의 기포는 액체가 증발하여 생긴 것인 것을 알 수 있다.

한편, 기포로 덮여지는 부분은 기체이기 때문에 열전도율이 악화되고, 액체에 의한 냉각이 진행되지 않으므로 발열 부분의 열이 저장되기 쉽다. 그 결과로서, 기포가 확대되어 버린다는 문제가 있다.

또한, 발열 소자(12)와 노즐(18)과의 중심이 어긋나 있는 경우에 특히 기포가 발생하기 쉬운 경향이 있으므로, 발열 소자(12) 상에서 생성된 기포가 유효하게 토출에 이용되지 않고 남는 것이라고도 생각된다.

또한, 기포는 액실(3a) 내나 노즐(18) 내에 인입하는 경우도 있다. 도29는 노즐(18)로부터 기체가 액실(3a) 내에 인입한 상태를 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면이다.

도29에서는, 공통 유로(23) 내에 필터(도27과는 달리, 삼각 기둥형의 기둥을 배열한 것)가 설치되어 있고, 합체 성장한 기포가 필터의 기둥 사이를 폐쇄해 버려 액체가 액실(3a) 측으로 이동할 수 없는 상태가 된 것이다.

공통 유로(23)로부터 액실(3a) 측에의 액체의 이동이 기포에 의해 폐색하게 되면, 노즐(18)의 매니스커스의 밸런스가 파괴되기 쉽다. 이러한 상태에 있어서, 인접한 노즐(18)로부터의 충격파가 시발점이 되어 노즐(18)로부터 기체가 액실(3a) 내에 진입한다. 즉, 내부의 액체의 압력은 대기압보다 낮게 설정되어 있으므로, 매니스커스의 평형 상태가 파괴되면 액체는 공통 유로(23) 측으로 후퇴하여 토출을 할 수 없게 되어 버린다.

또한, 토출시의 충격파에 의해, 특히 기포의 존재와 더불어, 토출 불균일을 일으킨다는 문제가 있다. 또, 서멀 방식에서는 토출시의 압력 변화는 피에조 방식과 비교해도 매우 큰 것이다.

토출 충격이 야기하는 문제로서는, 이하의 2개를 예로 들 수 있다.

첫 번째는, 충격파가 인접하는 액실(3a)로부터의 기포 인입의 시발점이 되어 버리는 경우가 있다.

또, 이 문제를 피하기 위해서는, 필터의 기둥 사이의 간격을 크게 취하는 것을 생각할 수 있지만, 그와 같게 한 경우에는 필터를 통과하는 쓰레기나 먼지가 커 져 버려 개별 유로(3d)에 큰 쓰레기나 먼지가 들어가기 쉬워진다.

두 번째는, 충격파가 인접한 노즐(18)에 전파하고, 노즐(18)의 매니스커스가 진동하여 토출 불균일을 일으킨다는 문제이다. 그리고, 기포의 발생이나 잔류 기포가 존재하면, 충격파와 기포가 부딪쳐 기포의 인입 등이 생기기 쉬워지고 토출 불균일도 출현하기 쉬워진다.

그런데, 돗트를 중합하여 화상을 형성하는 것(겹쳐 쓰기)이 가능한 시리얼 방식인 경우에는, 토출 불균일을 생기게 하는 노즐이 1 내지 2개 정도 존재하였다고 해도, 상기 겹쳐 쓰기에 의해 토출 불균일을 눈에 띄지 않게 수복할 수 있다. 이에 대해, 1회의 액적 토출로 화상 형성을 완결하고, 원칙으로서 겹쳐 쓰기를 할 수 없는 라인 방식인 경우에는, 시리얼 방식과 같은 토출 불균일의 수복을 도모할 수 없다.

본 발명은, 이하의 해결 수단에 의해, 상술한 과제를 해결한다.

본 발명은 반도체 기판 상에 설치된 발열 소자와, 상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과, 상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과, 상기 배리어층의 일부에 의해 형성되는 동시에, 상기 발열 소자를 끼워 넣도록 서로 마주보는 한 쌍의 벽에 의해 형성된 액실과, 상기 액실의 상기 한 쌍의 벽이 연장됨으로써 형성되고, 상기 액실의 양측에 상기 액실과 연통하도록 배치된 한 쌍의 개별 유로를 구비하고, 상기 한 쌍의 개별 유로 중 적어도 한 쪽의 상기 개별 유로로부터 상기 액실에 액체가 공급되도록 하고, 상기 액실 내에 있어서 의 상기 한 쌍의 벽 사이의 거리(U)와, 상기 개별 유로의 유로 폭(W)이 U > W의 관계를 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드이다.

(작용)

상기 발명에 있어서는, 액실에 연결되는 2개의 개별 유로가 설치된다. 또한, 개별 유로의 유로 폭보다 액실 내의 폭 쪽이 크게 형성되어 있다. 따라서, 한 쪽의 개별 유로에 기포가 발생하고, 그 개별 유로로부터 액실에 액체를 공급할 수 없게 되어도, 다른 쪽의 개별 유로로부터 액체를 공급할 수 있다. 또, 개별 유로를 2개 설치하였다고 해도, 그 개별 유로의 유로 폭을 액실의 폭보다 좁게 함으로써, 액체의 토출에 필요한 압력을 유지할 수 있다.

또, 노즐층과 배리어층과는, 이하의 실시 형태에서는 별개의 부재로 설치되어 있지만[배리어층(13) 및 노즐 시트(17)], 양자는 일체라도 좋다.

본건 발명자들은, 토출 불균일의 문제 중 충격파의 영향을 적게 하는 기술에 대해서는, 미개시의 먼저 출원된 일본 특허 출원 제2003-348709에 의해 이미 제안되어 있고, 기포 발생율을 가능한 한 작게 하는 기술에 대해서는, 동일하게 미개시의 먼저 출원된 일본 특허 출원 제2004-014183에 의해 이미 제안되어 있다.

그리고, 본 발명은 상기 기술을 근거로 한 후에 더욱 개량을 거듭하여 쓰레기나 먼지 등에 의한 유로 장해가 생기기 어려워지는 동시에, 기포에 의한 영향을 가능한 한 적게 하여 토출 불균일이 거의 없는 유로 구조를 제공하는 것이다.

이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다.

본 발명에 있어서의 액체 토출 장치는, 실시 형태에서는 잉크젯 프린터(서멀 방식의 컬러 라인 프린터. 이하 간단히 프린터라 함)이며, 액체 토출 헤드는 실시 형태에서는 라인 헤드(10)이다.

도1은, 본 실시 형태의 라인 헤드(10)를 도시하는 외관 사시도이다. 라인 헤드(10)는 A4 사이즈인 인화지 폭만큼만 헤드 칩(19)을 라인 형상으로 배열한 헤드 칩(19) 열을 열 형상으로 4단 배열하고, 각 열마다 Y(황색), M(마젠터색), C(청녹색) 및 K(흑색)의 4색 컬러 헤드로 한 것이다.

또한, 라인 헤드(10)는 헤드 칩(19)을 지그재그 형상으로 복수개 병설하고, 이러한 헤드 칩(19)의 하부를 1매의 노즐 시트(17)(노즐층)에 접합하여 형성된다. 여기서, 노즐 시트(17)에 형성된 각 노즐(18)은 모든 헤드 칩(19)의 각 발열 소자(12)(후술)에 대응하는 위치에[구체적으로는, 발열 소자(12)의 중심 축선과 노즐(18)의 중심 축선이 일치하도록] 배치되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는 각 발열 소자(12)를 1개의 발열 소자로 이루어지는 구성으로 하고 있지만, 물론 이에 한정되지 않는다. 2개로 분할된 구성 등과 같이, 복수로 분할한 구성으로 각 발열 소자(12)를 구성해도 좋다.

헤드 프레임(16)은, 노즐 시트(17)를 지지하는 지지 부재이며, 노즐 시트(17)에 대응하는 사이즈로 되어 있다. 또한, 각 수용 공간(16a)의 길이는 A4 사이즈의 가로 폭(약 21 ㎝)에 맞추고 있다.

4개의 헤드 칩(19) 열은 1열마다, 헤드 프레임(16)의 수용 공간(16a)의 내부에 배치되도록 되어 있다. 그리고, 헤드 칩(19)의 배면이며, 헤드 프레임(16)의 수용 공간(16a)에는 1열마다, 색이 다른 잉크를 수용한 잉크 탱크가 부착되어 있으 므로, 각 수용 공간(16a) 즉 각 헤드 칩(19) 열에 각각 다른 색의 잉크가 공급된다.

도2는, 1개의 헤드 칩(19) 열을 도시하는 평면도이다. 또, 도2에서는 헤드 칩(19)과 노즐(18)을 중합시켜 도시하고 있다.

각 헤드 칩(19)은 지그재그 형상으로, 즉 인접하는 헤드 칩(19)이 서로 180도 방향이 반전하도록 배치되어 있다. 그리고, 도2에 도시한 바와 같이「N-1」번째 및「N+1」번째로 배치된 헤드 칩(19)과,「N」번째 및「N+2」번째로 배치된 헤드 칩(19) 사이에는 모든 헤드 칩(19)에 잉크를 공급하기 위한 공통 유로(23)가 형성되어 있다.

또한, 도2에 도시한 바와 같이, 각 노즐(18)의 상호의 간격은 지그재그 형상으로 인접하는 부분을 포함하고, 모두 등간격으로 되어 있다.

이상의 라인 헤드(10)는 프린터 본체 내에서는 고정되고, 고정된 라인 헤드(10)에 대해 기록 매체(인화지)의 표면(잉크의 착탄면)이 라인 헤드(10)의 잉크의 토출면[노즐 시트(17)의 표면]과 소정의 간극을 유지하면서, 기록 매체가 라인 헤드(10)에 대해 상대 이동된다. 이 상대 이동시에, 헤드 칩(19)의 각 노즐(18)로부터 잉크가 토출됨으로써, 기록 매체 상에 돗트가 배열됨으로써 문자나 화상 등이 컬러 인화된다.

다음에, 본 실시 형태의 헤드 칩(19)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 헤드 칩(19)은 종래의 헤드 칩(1a)과 비교하여, 반도체 기판(11) 상에 발열 소자(12)가 배열되어 있는 점은 동일하다. 단, 반도체 기판(11) 상에 설치된 배리어층(13)의 형상이 서로 다르다. 배리어층(13)의 형상이 다른 것은, 액실(13a)이나 개별 유로(13d, 13e)의 형상이 다르기 때문이다.

도3은, 본 실시 형태의 헤드 칩(19)의 배리어층(13)의 형상을 도시하는 평면도이다.

종래 기술과 마찬가지로, 반도체 기판 상에는 발열 소자(12)가 배열되어 있다. 그리고, 각 발열 소자(12)의 양측에는 배리어층(13)의 일부에 의해, 한 쌍의 벽(13b)이 형성되어 있다. 즉, 발열 소자(12)의 배열 방향(도3 중, 좌우 방향)의 양측에 한 쌍의 벽(13b)이 설치되고, 이 한 쌍의 벽(13b) 사이에 발열 소자(12)가 배치되는 동시에, 한 쌍의 벽(13b)에 의해 액실(13a), 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)가 형성되어 있다.

액실(13a)은, 본 실시 형태에서는 발열 소자(12)의 영역을 포함하고, 발열 소자(12)의 영역보다 약간(1 회전) 큰 직사각형의 영역 중, 4 모서리부를 모따기한 8 각형의 영역을 바닥 변으로 하는 8 각기둥의 영역을 갖는다. 물론, 액실(13a)의 8 각기둥의 영역은, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 한 쌍의 벽(13b)에 의해 액실(13a)에 연통하는 개별 유로가 형성된다. 개별 유로의 연장 방향은, 본 실시 형태에서는 발열 소자(12)의 배열 방향(도면 중, 좌우 방향)에 수직인 방향(도면 중, 상하 방향)이다. 또, 수직이라 함은, 실질적인 수직을 의미하고, 물리적으로 완전하게 수직인 것으로만 한정되지 않고, 수직에 가깝지만 완전하게 수직이 아닌 것(거의 수직)도 포함된다(이하 동일함).

개별 유로는, 공통 유로(23)에 연결되는 제1 개별 유로(13d)와, 제1 개별 유 로(13d)에 대해 액실(13a)을 지나 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로(13e)로 이루어진다. 여기서, 제1 개별 유로(13d)는 종래 기술(도25)에서 도시한 개별 유로(3d)에 상당하는 것이다.

이상의 구조에 의해, 모든 액실(13a)은 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)와 연결되어 있다. 또한, 모든 제1 개별 유로(13d)는 공통 유로(23)와 연결되어 있다. 또한, 모든 제2 개별 유로(13e)끼리가 연통되어 있다.

도4는, 액실(13a)의 폭(U)과, 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭(W)과의 관계를 도시하는 평면도이다.

도4에 도시한 바와 같이, 액실(13a)의 양측에 설치되어 있는 한 쌍의 벽(13b) 사이의 거리를 액실(13a)의 폭(U)이라 정의하고, 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭을 W라 정의한다. 또, 액실(13a)의 거의 전체 범위로 적어도 발열 소자(12) 상의 영역에서는, 액실(13a)의 폭이 U이다. 단, 도4에 도시한 바와 같이 액실(13a)의 일부에서의 폭이 U보다 좁다. 또한, 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)에 대해서도, 거의 전체 범위에서 유로 폭이 W이다.

이 경우에, 본 실시 형태에서는 액실(13a)의 폭(U)과, 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭(W)이 U > W의 관계를 충족시키도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성하는 것은 이하의 이유에 따른다.

발열 소자(12) 상의 영역은 액체를 가열하여 비등시키는 영역이기 때문에, 배리어층(13)의 벽(13b)은 이 영역에 걸리지 않도록[적어도 발열 소자(12) 상의 영 역에 배리어층(13)이 존재하지 않도록] 형성될 필요가 있다. 또한, 벽(13b)은 발열 소자(12)가 발열되어 발열 소자(12) 상의 영역의 액체가 막 비등하였을 때, 압력을 노즐(18)의 방향을 향하기 때문에 필요하다.

이 때, 본 실시 형태의 구조에서는 2 방향으로 제1 개별 유로(13d)와 제2 개별 유로(13e)가 있으므로, 이 방향으로 압력이 분산되어 버린다.

따라서, 압력을 올리기 위해서는 액실(13a)의 폭(U)이나 유로 폭(W)을 좁게 하는 것을 생각할 수 있다. 여기서, 액실(13a)의 폭(U)은 발열 소자(12)의 영역 미만에는 좁게 할 수 없지만, 유로 폭(W)은 지장이 없는 범위에서 좁게 할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는 액실(13a)의 폭(U)과 유로 폭(W)과의 관계를, U > W로 하였다.

도5는, 액실(13a)의 폭(U), 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W1), 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭(W2)과의 관계를 도시하는 평면도이다.

상기 도4의 예에서는, W1 = W2 = W인 경우에는 U > W가 된다.

이에 대해, W1 ≠ W2일지라도 좋다. 이 경우에는, 액실(13a)의 폭(U), 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W1), 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭(W2)과의 관계는, U > W2 ≥ W1이면 좋다.

도6은, 제2 개별 유로(13e)의 유로 길이와, 액실(13a)[발열 소자(12) 또는 노즐(18)도 마찬가지임]의 배열 피치(P)와의 관계를 도시하는 평면도이다. 도6에 있어서, 배열 피치(P) 방향에 있어서의 액실(13a)의 중심을 연결하는 라인과, 인접하는 액실(13a) 사이의 제2 개별 유로(13e)끼리 연통시키고 있는 부분의 액실(13a) 로부터 가장 멀어지는 벽[배리어층(13)]에 접하는 라인 사이의 거리를 L로 한다.

이 때, L ≤ 2 × P의 관계를 충족시키도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성하는 것은, 이하의 이유에 의한다.

온도 상승시 등의 열 왜곡에 의해, 노즐 시트(17)에 노즐(18)의 배열 방향의 응력(전단 응력)이 가해지면, 배리어층(13)을 변형시키는 힘이 작동된다. 이 경우에, 노즐 시트(17)와 배리어층(13)과의 접착 면적이 크면 배리어층(13)의 변형은 거의 생기지 않지만, 본 실시 형태와 마찬가지로 가늘고 긴 개별 유로[제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)]를 설치한 경우에는, 배리어층(13) 중 벽(13b)의 변형이 일어나기 쉽다[개별 유로의 전체 길이는, 종래의 개별 유로(3d)의 약 2배로 되어 있기 때문].

즉, 개별 유로의 유로 방향[액실(13a)의 배열 방향으로 수직인 방향]에 따른 전단 응력에는 강하지만, 개별 유로의 유로 방향으로 수직인 방향[액실(13a)의 배열 방향]의 전단 응력에는 약해진다. 이에 의해, 노즐 시트(17)의 노즐(18)과 발열 소자(12)가 상대적으로 어긋나기 쉽게 된다.

이러한 경우에, 상기 변형을 최소한으로 방지하기 위해서는, 도6 중 L의 길이는 일정 범위 내로 할 필요가 있다. 그래서, 상기한 바와 같은 L과 P와의 관계를 설치함으로써, 상기 변형을 최소한으로 방지하도록 하였다.

또, 액실(13a)이 한 방향으로 일정한 배열 피치(P)로 배열되어 있지만, 액실(13a)이 일렬(일직선 상)로는 배열하지 않고, 인접하는 액실(13a)[발열 소자(12) 또는 노즐(18)도 마찬가지임]의 중심은 배열 피치(P) 방향에 수직인 방향에 있어 서, 소정 간격(X)(X는, 0보다 큰 실수)만큼 어긋나 배치되는 경우가 있다. 또, 이 기술은 본건 출원인으로부터 이미 제안되어 있는 기술이다(일본 특허 출원 제2003-383232).

이에 의해, 인접하는 노즐(18)의 중심 사이 거리는 액실(13a)의 배열 피치(P)보다 큰 값이 되므로, 액적의 토출에 수반하는 압력 변동에 의한 노즐(18) 및 그 주변 영역의 변형량이 적어져 액적의 토출량 및 토출 방향을 안정시킬 수 있다.

그리고, 이 경우에는 복수의 액실(13a) 중 공통 유로(23)로부터 멀어지는 측에 배치된 액실(13a)의 중심을 연결하는 라인[즉, 1개마다 액실(13a)의 중심을 연결하는 라인]과, 인접하는 액실(13a) 사이의 제2 개별 유로(13e)끼리 연통시키고 있는 부분의 액실(13a)로부터 가장 멀어지는 벽[배리어층(13)]에 접하는 라인 사이의 거리를 L로 하였을 때에, 상기 관계(L ≤ 2 × P)를 충족시키도록 한다.

다음에, 공통 유로(23) 측의 구조에 대해 설명한다.

상기 도3 등에서는, 공통 유로(23) 내에는 하등 도시하지 않는다. 그러나, 하기의 도7 등에 도시한 바와 같이, 공통 유로(23) 내에 필터(24) 등을 설치하는 것이 바람직하다. 또, 필터(24)는 배리어층(13)에 의해 형성되어 있다[후술하는 필터(25)도 마찬가지임].

도7은, 공통 유로(23) 내에 필터(24)를 설치한 상태를 도시하는 평면도이다. 필터(24)는 기둥(24a)을 액실(13a)의 배열 방향에 따라서 배열한 것이다. 기둥(24a)은 도7의 예에서는, 거의 직사각형의 지지 기둥으로부터 형성되어 있다. 게다가 또한, 도7의 예에서는 기둥(24a)의 가로 폭(길이 방향의 길이)는, 한 쌍의 벽 (13b)의 외측 벽면 사이의 길이[유로 폭(W) + 벽(13b)의 두께 × 2]에 거의 같게 형성되어 있다.

그런데, 도7의 발열 소자(12)를, 도8과 같은 지그재그 배열이라고 하면, 이하의 효과를 갖는다.

도8과 같이 발열 소자(12)를 지그재그 배열로 하면, 필터(24)에 가까운 쪽의 발열 소자(12)와 먼 쪽의 발열 소자(12)가 존재한다. 먼 쪽의 발열 소자(12)는 벽에 가까워 토출시의 압력을 올릴 수 있는 반면 리필시의 공급 거리가 길어져 리필 동작 완료까지에 시간이 걸린다. 이에 대해, 필터(24)에 가까운 쪽의 발열 소자(12)는 리필은 빠르지만 토출 압력이 오르지 않는다. 그래서, 도8과 같은 필터(24)의 배치로 하면, 필터(24)의 기둥(24a)이 벽과 동일한 효과를 가지므로 토출 압력이 오르고, 동일하게 필터(24)의 기둥(24a)이 리필 동작을 느리게 하도록 작동하므로, 필터(24)에 가까운 쪽의 발열 소자(12)와 먼 쪽의 발열 소자(12) 사이에서의 토출 동작의 차이를 적게 할 수 있다.

그런데, 기둥(24a) 사이의 간극(Wf)과 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W)과의 관계는, W ≥ Wf를 충족시키도록 형성되어 있다.

또한, 기둥(24a) 사이의 간극(Wf)의 높이는 제1 개별 유로(13d)의 높이를 넘지 않도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성하는 것은 제1 개별 유로(13d) 내에서 막힐 우려가 있는 쓰레기나 먼지는 제1 개별 유로(13d)로부터 전방측의 필터(24)로 제거할 수 있도록 하기 때문이다. 즉, 필터(24)를 빠져 나간 쓰레기 등은, 제1 개별 유로(13d) 내에서 막히거나 하지 않도록 하기 때문이다.

또, 액체의 공급은 공통 유로(23) → 필터(24) → 제1 개별 유로(13d) → 액실(13a)의 차례로 행해지고, 제2 개별 유로(13e) 내에는 적어도 필터(24)를 통과한 유체가 충만하고 있으므로, 제2 개별 유로(13e)의 유로 폭(및 높이)은 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W)(및 높이) 이상이면, 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W)(및 높이)과 동일하지 않아도, 쓰레기 등이 막힐 일은 없다.

도9는 필터의 다른 실시 형태[필터(25)]를 도시하는 평면도이다. 도9의 필터(25)는, 거의 정사각형의 기둥(25a)을 액실(13a)의 배열 방향에 따라서 설치한 것이다. 또한, 기둥(25a)의 배열 피치는 액실(13a)[발열 소자(12) 또는 노즐(18)이라도 동일함]의 배열 피치(P)와 동일 피치로 배열되어 있다. 게다가 또한, 기둥(25a)의 중심은 제1 개별 유로(13d)의 중앙 라인(유로 중심 라인) 상에 위치하고 있다. 또, 이 라인은 제2 개별 유로(13e)의 중앙 라인이기도 하다.

또한, 도9에 도시한 바와 같이 제1 개별 유로(13d)의 기둥(25a) 측의 단부와, 기둥(25a)의 제1 개별 유로(13d) 측의 단부 사이의 거리를 Wb로 하였을 때, 거리(Wb)와, 제1 개별 유로(13d)의 유로 폭(W)이 Wb ≥ W를 충족시키도록 형성되어 있다.

이상과 같이 형성하였을 때에, 액체 토출시의 충격파의 간섭이 완화되는 것이 실험에 의해 확인할 수 있었다. 또, 기둥(25a)의 형상은 거의 정사각형으로 한정되지 않으며, 도7과 같은 직사각형 혹은 삼각형, 오각형 이상의 다각형, 원형, 타원형 또는 긴원 등 어떠한 형상이라도 좋다.

또한, 도8에 도시한 바와 같이 발열 소자(12)를 지그재그 배열한 경우라도, 도9와 같이 기둥(25a)을 배치함으로써, 도8과 같이 기둥(25a)에 가까운 쪽의 발열 소자(12)와 먼 쪽의 발열 소자(12) 사이에서의 토출 동작의 차이를 적게 할 수 있다.

계속해서, 노즐(18)의 개구 영역, 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역, 필터(24)의 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 영역과의 관계에 대해 설명한다. 또, 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 영역은 필터(24)에만 한정되지 않으며, 필터(25) 등의 모든 필터에 대해 적합한 것이다.

우선, 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 영역과 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역을 비교하였을 때는, 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 영역이 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역에 포함되는 크기로 형성되어 있다. 또한, 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역과 노즐(18)의 개구 영역을 비교하였을 때는, 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역이 노즐(18)의 개구 영역에 포함되는 크기로 형성되어 있다.

도10은, 이상의 개념을 도면으로 설명한 것이다. 또, 상기한 바와 같이 영역에서 정의한 것은 노즐(18)의 개구 형상은, 원형(도10 중, 실선으로 나타냄)으로 한정되지 않고, 타원(도10 중, 파선으로 나타냄)이나 긴원(도10 중, 일점 쇄선으로 나타냄) 등의 여러 가지의 형상을 생각할 수 있고, 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 영역이나 제1 개별 유로(13d)의 유로면 영역에 있어서는 직사각형으로 한정되지 않으며, 여러 가지의 형상을 생각할 수 있기 때문이다.

본 실시 형태에 있어서도, 노즐(18)의 개구 형상을 원형, 타원 또는 긴원으 로부터 선택할 수 있고, 제1 개별 유로(13d) 및 기둥(24a) 사이의 간극의 단면 형상은, 예를 들어 각각 직사각형으로 할 수 있다.

여기서, 노즐(18)의 배열 방향에 있어서의 노즐(18)의 토출면의 개구경을 Dx로 하고, 개구경(Dx)에 수직인 방향[노즐(18)의 배열 방향에 수직인 방향]에 있어서의 노즐(18)의 토출면의 개구경을 Dy로 하였을 때, Dx ≥ Dy이다.

이 경우에, 제1 개별 유로(13d)의 직사각형의 유로면의 대각선 길이를 L1로 하고, 기둥(24a) 사이의 간극의 직사각형의 단면의 대각선 길이를 L2로 하였을 때, Dx > L1 > L2의 관계를 충족시키도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성하면, 처음에 공통 유로(23) 내에 설치된 필터(24)의 기둥(24a) 사이의 간극을 통과한 쓰레기나 먼지는, [제1 개별 유로(13d) 내에서 막히는 일이 없음) 제1 개별 유로(13d)를 반드시 통과할 수 있다. 또한, 상술한 액실(13a)의 폭(U) > 유로 폭(W)의 관계가 있으므로, 제1 개별 유로(13d)를 통과한 쓰레기나 먼지 등은 액실(13a) 내에 도달할 수 있다. 또한, 노즐(18)의 개구 영역이 가장 크므로, 액실(13a) 내의 쓰레기나 먼지 등을, 노즐(18)을 통과시키는, 즉 액체의 토출시에 액체와 함께 외부로 배출할 수 있다.

도11은, 제2 개별 유로(13e)의 형상에 대한 제2 실시 형태를 도시하는 평면도이다. 제2 실시 형태에 관해서는, 나중에 더욱 상세하게 설명하지만, 여기서 그 개요에 접촉해 둔다. 도3 등에 도시한 바와 같이, 상기 실시 형태에서는 제2 개별 유로(13e)의 배리어층(13) 측[공통 유로(23)로부터 가장 멀어지는 측]에서는, 모든 제2 개별 유로(13e)끼리가 연통되도록 형성되어 있다.

이에 대해, 도11에서는 인접하는 2개의 제2 개별 유로(13e)끼리가 연통되도록 벽(13b)을 형성한 것이다. 또, 제2 개별 유로(13e)끼리의 연통은, 이와 같이 인접하는 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이라도 좋다. 적어도 2개의 제2 개별 유로(13e)끼리 연통시키면, 한 쪽의 제2 개별 유로(13e)로부터 다른 쪽의 제2 개별 유로(13e)에 액체가 흐르게 되기 때문이다.

또한, 도11과 같은 구조로 한 경우라도, 상술한 여러 가지의 관계를 충족시키도록 형성되어 있다.

예를 들어, 액실(13a)의 배열 피치(P) 방향에 있어서의 액실(13a)의 중심을 연결하는 라인과, 인접하는 액실(13a) 사이의 제2 개별 유로(13e)끼리 연통시키고 있는 부분의 액실(13a)로부터 가장 멀어지는 벽[배리어층(13)]에 접하는 라인 사이의 거리(L)와, 배열 피치(P)와의 관계는, 상기와 마찬가지로, L ≤ 2 × P를 충족시키도록 형성되어 있다.

또, 2개의 제2 개별 유로(13e)를 연통시키는 경우에는, 도11에 도시한 바와 같이 약 U형으로 하는 경우 외에, 예를 들어 대략 오목형 등이라도 좋다.

또한, 도11에서는 도시하고 있지 않지만, 이러한 구조인 경우도 상기의 예와 마찬가지로 공통 유로(23) 내에는 필터가 설치된다.

계속해서, 본 실시 형태의 구조에 있어서의 토출 충격 압력의 저감에 대해 설명한다. 도12는 액체 토출시의 충격파 전파의 모양을 설명하는 평면도이다. 종래 기술과의 차를 보다 이해하기 쉽게 하기 위해, 도면 중 좌측에는 종래 구조를 도시하고, 도면 중 우측에는 본 실시 형태의 구조를 도시하고 있다.

또한, 양쪽 모두 공통 유로(23)에는 대략 삼각 기둥형(단, 이 형상에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 원주형 등이라도 좋음)의 기둥(도면 중, FP1 내지 FP5로 나타냄)을 배열한 필터(26)가 설치되어 있다. 그리고, 각 기둥의 중심과, 각각 개별 유로(3d) 및 제1 개별 유로(13d)의 중심이 일치하도록 배치되어 있다.

이와 같이 기둥을 배치하는 것은, 액체 토출의 처음 단계에서 정압[노즐(18)로부터 액체를 밀어내는 방향]의 충격파가 생겼을 때, 개별 유로(3d) 또는 제1 개별 유로(13d)와 그에 연결되는 공통 유로(23) 내에서는 액실(3a) 또는 액실(13a)에 가까운 곳만이 큰 충격을 받고, 다른 개별 유로(3d)나 액실(3a) 또는 제1 개별 유로(13d)나 액실(13a)에의 파급을 최소한으로 한 쪽이 전체로서의 간섭이 적어지기 때문이다.

종래 구조에 있어서, 지금 액실(3a-2)에서 액체가 토출되면, 처음에는 액체를 토출시키기 위한 기포 발생에 의한 팽창이 일어나, 큰 정압이 발생하여 액체가 노즐(18) 밖으로 밀어 내여지지만, 토출 직후의 기포 수축에 의해 액실(3a-2)에는 부압이 발생하고, 개별 유로(3d)에 존재하는 액체에는 액실(3a-2)에 인입되는 방향의 흡입력(도면 중, P)이 작동된다. 특히, 종래 구조이면 1개의 개별 유로(3d)로부터 잃어버려진(토출된) 액체에 상당하는 분을 취입되게 된다. 그러나, 액체는 연속되어 있고, 또한 질량이나 점성 저항 등이 작용되므로, 즉시 액체는 이동할 수 없다. 이로 인해, 우선은 충격파가 전파된다.

충격파는 거리가 진행됨에 따라 감쇠하지만, 액체 속을 전파하여 필터(26) 밖이나 양쪽 인접한 액실(3a-1 혹은 3a-3)에도 전해진다.

충격파가 어느 하나의 액실(3a)에 전해지면, 각각의 노즐(18)의 매니스커스가 변동된다. 그리고, 진동이 액실(3a)에 도달하였을 때(매니스커스가 변동되었을 때), 그 액실(3a)로부터 토출이 행해지면 간섭을 일으켜 토출 불균일이 된다고 생각된다.

이에 대해, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 액실(13a-2)에서 액체가 토출되면, 충격파는 좌우 양쪽 방향으로, 즉 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 양방으로 전파하기 때문에, 에너지는 2개로 나뉘어, 각각의 방향으로 전파한다. 즉, 종래 구조에서는 개별 유로(3d) 측만이 개구되어 있기 때문에, 개별 유로(3d)와 반대측을 향하는 에너지는 벽에서 곧 반사되어 개별 유로(3d)로부터 밖을 향하는 성분으로 합성된다. 이에 대해, 본 실시 형태의 구조에서는 절반씩의 에너지가 서로 반대 방향으로 방사된다.

또한, 본 실시 형태에서는 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 양방으로 흡입력이 발생되므로, 각각의 개별 유로에 발생하는 흡입력의 크기는 P/2가 된다. 이에 의해, 충격파의 영향을 절반으로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 제1 개별 유로(13d)의 출구[공통 유로(23) 내]에 필터(26)를 설치하는 동시에, 제2 개별 유로(13e)의 출구에는 벽(27)을 설치하고 있다. 이와 같이 함으로써, 충격파가 가능한 한 작은 범위에서 수렴하도록 하고 있다.

다음에, 본 실시 형태의 구조에 있어서의 기포의 영향에 대해 설명한다. 도 13은 기포 발생시의 모양을 설명하는 평면도이다. 도13에 있어서도, 종래 기술과의 차를 보다 이해하기 쉽게 하기 위해, 도면 중 좌측에는 종래 구조를 도시하고, 도면 중 우측에는 본 실시 형태의 구조를 도시하고 있다.

단위 면적당의 액체의 토출 횟수가 많고, 또는 고농도의 화상 등을 연속 기록한 경우에는 헤드가 과열되어 액체가 접하는 부분에서 기포가 발생하기 쉬워진다. 이 발생한 기포가 합체하여 비교적 큰 기포로 성장한다. 그와 같은 상황 하에서 기포가 필터(26) 측으로 몰려 들어 부착되는 경우가 있다(도13).

이렇게 성장한 기포가 필터(26)에 몰려 들었을 때, 그 부근에서의 액체의 토출이 그만큼 빈번히 행해지지 않고, 조금 떨어진 부위로부터 공급되는 액체로 리필이 충분한 정도의 액체의 이동량일 때는, 기포는 필터(26)의 입구 부근[도면 중, 필터(26)의 기둥의 좌측 모서리부]에 접촉하는 정도이다. 그러나, 토출 빈도가 높아져 액체의 이동이 충분하지 않으면, 이 근방의 액압(수압)이 저하되고, 그 만큼만 필터(26)에 부착된 기포가 필터(26)의 출구(도면 중, 우측) 부근까지 흡입된다. 도13에서는, 이러한 상태가 되었을 때의 기포를 나타내고 있다.

이러한 상태가 더욱 계속되면, 필터(26)의 기둥 사이로부터 기포가 튀어 나와 개별 유로(3d) 또는 제1 개별 유로(13d) 내에 인입하거나, 또는 노즐(18)의 매니스커스가 파괴되어 도22에 도시한 바와 같이, 노즐(18)로부터 기체(기포)를 인입해 버린다. 이 때가 시발점이 되지만 상술한 충격파인 것이 실험적으로 확인되어 있다.

종래 구조에 있어서 개별 유로(3d) 내에 기포가 인입한 경우에(도13 참조), 그 기포의 크기가 작고, 개별 유로(3d)의 유로면(단면)을 폐색하는 정도인 것이 아닐 때는, 반복하여 행해지는 토출 중에 노즐(18)로부터 외부로 배출된다. 이에 대해, 개별 유로(3d)를 폐색해 버리는 크기의 기포일 때는, 액실(3a) 측과 공통 유로(23) 측으로 분단된다.

그리고, 액실(3a) 내에 기포가 존재하면, 액체는 노즐(18)에 도달할 수 없게 된다. 이는, 내부의 압력이 대기압보다 낮게 설정되어 있기 때문이다. 그리고, 액체에 덮여져 있지 않은 발열 소자(12)에 에너지가 부여되면, 간신히 남아 있던 액체는 바로 없어지고, 그 후는 공연소 상태가 된다. 이에 의해, 특수한 클리닝 조작을 하지 않는 한, 복구할 수 없는 등의 토출 불량을 발생시키기 쉽다. 또는, 코게이션이 가속되어 버린다.

여기서, 겹쳐 쓰기가 가능한 시리얼 방식의 겹쳐 쓰기를 행함으로써 눈에 띄지 않도록 수복할 수 있다.

이에 대해, 라인 헤드 방식에서는 불량의 노즐(18)이 1개라도 존재하면, 상기 겹쳐 쓰기가 되지 않으므로, 불량의 노즐(18)이 그대로 화질에 반영되어 버린다.

따라서, 서멀 방식의 액체 토출 장치에 있어서는, 이 문제를 일으키지 않기 위한 대책이 필요하다. 종래 구조에 있어서는, 그 해결책의 하나로서 액체 토출 헤드 자체의 발열량을 내리거나, 혹은 방열 효과를 올려 액체 속에서 기포 발생에 도달하는 상황을 가능한 한 피하는 것을 행하고 있다. 예를 들어, 이 구체적으로서는 토출 사이클을 일정 이하로 억제하는 경우가 있다. 이에 의해, 발열량을 적 게 할 수 있다. 또한, 토출 피치를 느리게 함으로써, 기포가 개별 유로(3d) 내에 인입하는 정도까지는 내부의 압력이 저하되지 않도록 할 수도 있다. 그러나, 이러한 종래 구조에서는, 상기 문제의 해결을 위해서는 상기한 바와 같이 토출 사이클을 저하시켜야만 하므로, 고속 프린트에 적합하지 않으며 고속 프린트를 특징으로 하는 라인 헤드 방식으로는 적절한 해결책이 아니다.

한편, 도13 중 우측의 도면에서는, 본 실시 형태의 구조에 있어서 제1 개별 유로(13d) 내에 기포가 인입된 상태를 나타내고 있다. 노즐(18)은 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 양방의 액체에 지배되어 있기 때문에, 제1 개별 유로(13d) 측으로부터 액실(13a-2) 내에 기포가 인입하고자 해도, 액체의 토출이나 기포의 소멸이 없는 한 이 상태로의 평형이 계속된다.

이 상태에서 토출이 연속되어 행해지면, 충격파는 제1 개별 유로(13d) 및 제2 개별 유로(13e)의 양방에 가해지지만, 액실(13a-2)에 있어서는 제1 개별 유로(13d) 측에 기포가 막혀 있으므로, 기포가 모아져서 이윽고 액실(13a-2) 내에 도달한다. 그리고, 노즐(18)과의 사이에 존재하는 액체의 벽이 파괴되어 기포는 외부로 배출된다. 이 경우, 1회 또는 수회의 토출로 기포가 배출되지만, 그 사이의 액실(13a-2)이 펌프로서의 기능을 계속하고, 제2 개별 유로(13e) 측으로부터 액체를 보급한다(즉, 마중물로서의 역활을 다함).

따라서, 본 실시 형태의 구조에서는, 가령 한 쪽의 개별 유로[이 예로서는 제1 개별 유로(13d)]가 기포로 폐색되었다고 해도, 다른 쪽의 개별 유로[이 예로서는 제2 개별 유로(13e)]가 액체로 충족되어 있는 한, 액실(13a)에 액체가 공급되어 이어지므로, 기포가 외부로 배출되어 정상적인 상태로 복귀할 수 있다. 따라서, 기포에 대한 셀프 클리닝 효과를 가질 수 있고, 발열 소자(12)를 공연소해 버릴 우려를 매우 낮게 할 수 있어, 토출 불량이 생길 우려를 거의 없앨 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 구조에서는, 종래 구조에서 필요한 해결책을 취할 필요가 없게 되어 토출 사이클을 저하시키지 않아도 된다.

또, 제2 개별 유로(13e) 내에 충족되어 있는 액체도, 필터(26)를 통과한 액체이기 때문에, 쓰레기나 먼지 등이 제2 개별 유로(13e) 내에 막히는 일은 거의 없다. 또, 제2 개별 유로(13e) 측에서는 필터(26)와 같은, 액체 이동시의 저항이 되는 부분이 없으므로, 가령 다소 기포가 존재해도 액체 이동의 장해로는 되지 않는다. 이러한 점으로부터, 제2 개별 유로(13e)로부터 액체가 액실(13a) 내에 보급할 수 없게 되는 일은 있을 수 없다고 생각된다.

계속해서, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

도14는, 종래 구조와 본 실시예의 구조로 충격파 감소를 확인한 결과(사진 촬영 결과)를 나타내는 도면이다.

제1 실시예에서는, 600 DPI(노즐 간격이 42.3 ㎛)로 320개의 발열 소자(12)를 반도체 기판(11) 상에 배열한 것을 이용하였다(크기는, 약 16 ㎜ × 1.6 ㎜).

또한, 내부의 거동을 볼 수 있도록, 투명한 아크릴계 수지로 이루어지는 노즐 시트(17)를 이용하였다. 또, 도14의 실험 결과는 도12에서 도시한 도면에 상당하는 것이다.

또한, 도14에 있어서, 종래 구조는 노즐(18)이 일직선 상에 늘어서 있는 것을 이용한다. 한편, 실시예에서는 상술한 노즐(18)이 지그재그 배열된 것을 이용하였다.

도14에 있어서, 액체의 토출 직후의 노즐(18)은 충격파의 영향에 의해 액면이 심하게 변동되어 검게 보인다. 그리고, 종래 구조에서는 하측에 있는 발열 소자(12)의 종선이 거의 보이지 않지만[또, 발열 소자(12)는 2개로 세로로 쪼개진 형상의 것을 이용하고 있음], 실시예의 구조에서는 비교적 보이고 있다. 또한, 종래 구조에서는, 인접하는 노즐(18)도 충격파의 영향을 받아 검게 보이지만, 실시예의 구조에서는 그 정도가 적은 것을 알 수 있다.

(제2 실시예)

도15는, 제2 실시예에서 이용한 헤드의 구체적 구조를 도시하는 평면도이다. 제2 실시예에서는, 도15에 도시한 바와 같이 제2 개별 유로(13e)의 출구와 배리어층(13)의 벽 사이에, 기둥(28a)을 배열한 액체의 저류 영역(28)을 마련한 것을 이용하였다. 또한, 공통 유로(23) 내에 설치한 필터(25)는, 도9에서 도시한 필터(25)와 마찬가지이다.

도16은, 도15의 구조의 헤드를 이용하여 기포가 배출되는 모양을 차례로 사진 촬영한 결과를 나타내는 도면이다. 도16에서는,「1」+「2」+‥+「9」의 차례로 기포가 배출되는 모양을 나타내고 있다.

도16 중,「1」에서는 노즐(18)로부터 기포가 주입되어 저류 영역(28)과 제2 개별 유로(13e) 사이에 막힌 상태이다. 그리고,「1」에 도시되어 있는 바와 같이, 좌측으로부터 3번째의 노즐(18)을 이용하여 액체의 토출 동작을 반복하여 행한 결과, 기포가 서서히 노즐(18)로부터 배출되었다.

(제3 실시예)

도17은, 헤드의 시험 제작품(노즐 피치가 42.3 ㎛의 600 DPI의 해상도인 것)의 마스크도의 일부를 나타내는 도면이다. 도17에 있어서, 상측이 공통 유로(23) 측이다.

도17 중, 좌측은 도11에 상당하는 실시예(후에 상세하게 서술하는 제2 실시 형태)이며, 우측은 도3에 상당하는 실시예이다.

즉, 도17 중 좌측은 인접하는 제2 개별 유로(13e)끼리 연통시킨 것이다. 또한, 도17 중 우측은 모든 제2 개별 유로(13e)를 연통시킨 것이다.

게다가 또한, 필터는 대략 삼각 기둥형의 기둥으로 이루어지는 것이다. 또한, 발열 소자는 지그재그 형상으로 배열된 것이다.

상기 헤드에 의해 실제로 인화를 시도한 바, 모두 종래 구조에 있어서 연속 인화시의 온도 상승과 함께, 또는 저온시의 처음 인화로 출현되기 쉬운 버스트 에러(burst error)(폭이 넓은 색 불균일, 단색에서는 흰색 누락된 부분)이 거의 없어졌다. 반도체 기판(11)이나 발열 소자(12) 등은, 종래의 것과 같은 것이 이용되어 유로 구조만이 다르므로, 본 발명의 유로 구조의 효과를 확인할 수 있었다.

상기한 본 발명의 제2 실시 형태에 대해, 이하에 상세하게 설명한다.

본건 발명자들은, 일본 특허 공개 제2004-1364호 공보에 개시된 액적의 편향 토출에 관한 기술을 개발하였다. 이 편향 토출을 행하면, 토출 속도가 저하되는 것이 판명되어 있다. 이는, 1개의 액실 내에 복수의 발열 소자를 설치하고, 그 복수의 발열 소자가 시간차를 두고 기포를 발생시키므로, 1개의 발열 소자 상만으로 기포를 발생시키는 일반적인 방식의 것보다는 토출 압력이 낮아지기 때문이다.

한편, 상기한 본 발명에 있어서의 제1 실시 형태라도, 토출 속도가 그것까지의 토출 속도보다 약간 저하되는(10 ㎧ 정도였던 것이, 7 내지 8 ㎧ 정도가 됨) 것이 판명되어 있다.

이러한 토출 속도의 저하가 생기면 토출 불균일은 아니지만, 인화 결과에 농도 불균일이 생겨 버리는 경우가 있다.

또한, 토출 속도가 저하되면, 오리피스 주위의 젖은 상태에 따라서는, 잔류되는 비말의 표면 장력으로 인장되어 노즐 시트 상에 잔류되는 만큼이 증가되어 버린다.

특히, 라인 헤드인 경우에는 시리얼 헤드와 비교하면, 토출면의 클리닝이 행해지지 않고 연속되어 인화되는 시간이 길고, 인화량도 많으므로 노즐 표면, 특히 오리피스 주변에 잔류되는 액체량이 증가되어 새롭게 토출되는 액적과 간섭하여 버린다.

따라서, 본 발명의 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태에 개량을 거듭하여, 액적의 토출 속도가 저하되지 않도록 하고, 농도 불균일을 개선하였다.

본 발명의 제2 실시 형태는 반도체 기판 상에 설치되고, 한 방향에 따라서 복수 배열된 발열 소자와, 상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과, 상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과, 상기 배리어층의 일부 에 의해 형성되어 있고, 각 상기 발열 소자 사이에 배치되는 동시에, 상기 발열 소자의 배열 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 상기 발열 소자의 배열 방향에 수직인 방향의 양측으로부터 상기 발열 소자측에 액체를 유입 가능하게 한 격벽과, 상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, N(N은, 2 이상의 정수)개의 상기 발열 소자와 (N-1)개의 상기 격벽에 대해, 이러한 외측에 상기 격벽에 평행하게 한 쌍이 설치된 측벽과, 상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, 상기 발열 소자의 배열 방향에 따라서 설치된 후방벽을 구비하고, 상기 격벽과 상기 후방벽과의 간격을 x, 상기 측벽과 상기 후방벽과의 간격을 y로 하였을 때, 0 ≤ y < x이며, 상기 N개의 상기 발열 소자, 상기 (N-1)개의 상기 격벽, 한 쌍의 상기 측벽 및 상기 후방벽을 포함하는 것을 액체 토출 유닛으로 하고, 상기 발열 소자에 대해 상기 후방벽과 반대측에 공통 유로를 설치하고, 상기 공통 유로측 및 그 반대측으로부터 상기 액체 토출 유닛의 상기 발열 소자측에 액체가 공급되도록 형성한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드이다.

상기 제2 실시 형태에 있어서는 N개의 발열 소자, (N-1)개의 격벽, 양측의 측벽 및 후방벽을 포함하는 액체 토출 유닛을 형성하고, 적어도 액체 토출 유닛 내에서는 격벽 등에 의해 발열 소자에 양측으로부터 액체가 유입 가능하게 되어 있다. 또, 본 제2 실시 형태의 구조에서는 양측으로부터 발열 소자에 액체를 공급 할 수 있지만, 이러한 마중물 기능을 갖게 한 경우에는 발열 소자 상(액실 내)의 압력이 저하되기 쉽다. 그러나, 1개의 액체 토출 유닛으로서 폐쇄된 구조이기 때문에, N의 값으로 적절한 값을 선택하면 압력 저하를 없애어 액체 토출시의 필요한 압력을 유지할 수 있다.

또, 노즐층과 배리어층과는, 이하의 실시 형태에서는 별개의 부재로 설치되어 있지만 [배리어층(13) 및 노즐 시트(17)], 제1 실시 형태와 마찬가지로 양자는 일체로 형성되어 있어도 좋다. 혹은, 반도체 기판 상에 배리어층이 일체 형성되어 있어도 좋다. 제1 실시 형태와 마찬가지인 부위는 동일 번호를 이용하여, 그 설명을 생략한다.

본 제2 실시 형태에 따르면, 저하되기 쉬운 액적의 토출 속도(압력)를 확보함으로써, 농도 불균일의 발생을 적게 할 수 있다. 또한, 노즐 시트에 잔류되는 액체량을 적게 할 수 있다. 게다가 또한, 상술한 편향 토출의 기술을 이용하였을 때라도, 양호한 토출 동작을 확보할 수 있다.

이하, 도면 등을 참조하여 본 제2 실시 형태에 대해, 더욱 설명한다.

제2 실시 형태가 적용되는 프린터 본체 구성, 라인 헤드(10)의 외관, 헤드 칩(19)의 배열 등은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다. 이하에는, 제2 실시 형태 특유의 구조인 헤드 칩(19)의 구조에 대해 설명한다.

제2 실시 형태에 있어서의 헤드 칩(19)은 종래의 헤드 칩(1a)과 비교하여, 제1 실시 형태와 마찬가지로 반도체 기판(11) 상에 발열 소자(12)가 배열되어 있는 점은 동일하다. 단, 반도체 기판(11) 상에 설치된 배리어층(13)의 형상이 서로 다르다. 배리어층(13)의 형상이 다른 것은, 발열 소자(12)의 주위부의 형상[후술하는 격벽(13a) 등]이나, 공통 유로(23)로부터 발열 소자(12)까지의 사이의 형상이 다르기 때문이다.

도18은, 본 발명의 제2 실시 형태로 헤드 칩(19)의 배리어층(33)의 형상을 도시하는 평면도이다.

종래 기술과 마찬가지로, 반도체 기판 상에는 발열 소자(12)가 배열되어 있다. 그리고, 도18 중 발열 소자(12) 사이에는 격벽(33a)이 배치되어 있다. 격벽(33a)은 배리어층(33)의 일부에 의해 형성된 것이며, 발열 소자(12)의 배열 방향에 수직인 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 또한, 격벽(33a)은, 각각 길이 방향에 있어서의 양단부의 두께가 중앙부에 비해 두껍게 형성되어 있다. 이에 의해, 발열 소자(12) 상의 영역(또, 이 영역을「액실」이라 함)에 있어서의 간격(W1)과, 양단부에 있어서의 간격(W2)과는, W1 > W2의 관계로 되도록 형성되어 있다.

이에 의해, 간격(W2)의 부분에 의해, 쓰레기ㆍ먼지 제거의 필터로서의 기능을 갖게 할 수 있는 동시에, 액적 토출시의 내부(액실) 압력을 높게 할 수 있다.

또한, N개의 발열 소자(12) 및 (N-1)개의 격벽(33a)의 양측에, (한 쌍의) 측벽(33b)이 설치되어 있다. 도18의 예에서는, N=2[2개의 발열 소자(12) 및 이들 2개의 발열 소자(12) 사이에 배치된 1개의 격벽(33a)]이다. 측벽(33b)은 배리어층(33)의 일부에 의해 형성되어 격벽(33a)과 대략 평행하게 배치되는 동시에, 공통 유로(23) 측의 형상은 격벽(33a)과 거의 동일하며, 도18의 예에서는 측벽(33b)과 격벽(33a)과의 공통 유로(23) 측단부까지의 거리가 거의 동일하게 형성되어 있다. 또한, 측벽(33b)과 격벽(33a)에서 공통 유로(23) 측으로부터 발열 소자(12)를 향하는 유로를 형성하고 있다.

게다가 또한, 공통 유로(23)와 반대측에는 배리어층(33)의 일부에 의해 후방 벽(33c)이 형성되어 있다. 이 후방벽(33c)은 발열 소자(12)의 배열 방향에 따라서 형성된 것이다.

이 경우에, 격벽(33a)과 후방벽(33c)과는, 간격(x)만큼 지나 배치되어 있다. 이에 의해, 후방벽(33c) 측에 후방 공통 유로(34)를 형성하고, 격벽(33a)에 의해 사이에 두게 된 2개의 발열 소자(12) 상에서는, 이 후방 공통 유로(34)에 의해 액체가 이동 가능하게 되어 있다.

또한, 측벽(33b)과 후방벽(33c)과는(도18의 예로서는) 연결되어 있다. 이에 의해, 측벽(33b)의 외측에 배치되어 있는 발열 소자(12)[도18 중, 좌단 또는 우단의 발열 소자(12)]와, 측벽(33b)의 내측에 배치된 2개의 발열 소자(12)와는 후방 공통 유로(34) 측에서는 액체의 이동을 할 수 없도록 형성되어 있다.

이상으로, 외측이 측벽(33b)에 의해 둘러싸인 내부로만, 후방벽(33c) 측의 후방 공통 유로(34)에서 액체의 이동이 가능해진다. 도18의 실시 형태에서는 2개의 발열 소자(12)(액실) 사이에서 액체를 이동할 수 있지만, 한 쌍의 측벽(33b) 내의 발열 소자(12)의 수가 증가되면, 그만큼 이들의 발열 소자(12) 상에서 액체의 이동을 할 수 있게 된다.

또, 후방벽(33c)과 측벽(33b)이 연결되어 있으면, 측벽(33b)의 후방벽(33c) 측단부와 후방벽(33c) 사이의 간격을 y로 하였을 때, y = 0이 된다.

그러나, 본 발명에서는 간격(y)은 간격(x)보다 짧으면 좋고, 간격(y)이 0보다 크고, 즉 측벽(33b)의 후방벽(33c) 측단부와 후방벽(33c) 사이에 간극이 형성되어 있어도 좋다.

따라서, O ≤ y < x이면 좋다.

이와 같이 형성하면, 적어도 격벽(33a)만으로 사이에 두게 된 발열 소자(12) 사이에서는, 후방벽(33c) 측의 후방 공통 유로(34)를 개재하여 액체를 이동할 수 있다. 또, 측벽(33b)과 후방벽(33c) 사이에 간극이 있어도, 그 간극을 통해 인접한 발열 소자(12)에까지 액체가 이동하기 위해서는, 상당한 저항을 수반하게 된다.

여기서, 상술한 N개의 발열 소자(12), (N-1)개의 격벽(33a), 한 쌍의 측벽(33b) 및 후방벽(33c)을 포함하는 부분을「액체 토출 유닛」이라 칭한다. 그리고, 본 실시 형태에서는 반도체 기판 상에 이 액체 토출 유닛이 병설되어 있다.

도19는, 제3 실시 형태로 헤드 칩(19)의 배리어층(33)의 형상을 도시하는 평면도이다.

도19의 실시 형태에서는 N = 3이다. 즉, 3개의 발열 소자(12)와, 2개의 격벽(33a)과, 그 양측에 설치된 하나의 측벽(33b)과, 후방벽(33c)에 의해 액체 토출 유닛을 구성하고 있다. 또, 도19의 실시 형태에서는 도18의 실시 형태와 마찬가지로, 격벽(33a)이나 측벽(33b)의 선단부가 굵게 형성되어 있지 않다. 이와 같이 형성한 경우에는, 격벽(33a)이나 측벽(33b)의 선단부에 필터의 기능을 갖게 할 수는 없지만, 공통 유로(23) 측에 필터 등이 별개로 설치되어 있으면, 특별히 문제는 없다.

도19의 실시 형태와 마찬가지로 형성하면, 1개의 액체 토출 유닛 내에서 3개의 발열 소자(12) 상을 후방 공통 유로(34) 측으로부터 액체를 이동할 수 있게 된다. 단, 또 그것보다 외측의 발열 소자(12) 상으로는 측벽(33b)이 있으므로 액체 의 이동을 할 수 없다.

또, 도19에 도시한 바와 같이 액체 토출 유닛은 반도체 기판 상에 복수 병설되지만, 인접하는 액체 토출 유닛 사이에서 발열 소자(12)의 피치(배열 피치)(P)가 동일하게 되도록 형성되어 있다. 또, 인접하는 액체 토출 유닛 사이에서는 각 액체 토출 유닛마다, 독립된 한 쌍의 측벽(33b)이 설치되어 있는 것은 아니며, 인접하는 액체 토출 유닛 사이에서는 1개의 측벽(33b)은 겸용되게 된다. 그리고, 1개의 액체 토출 유닛과, 그 인접한 액체 토출 유닛과는 일체화하여 연속으로 형성된다.

또한, 도19에 있어서는 N = 3으로 하였지만, 도18에 도시한 바와 같이 N = 2이라도 좋다.

즉, N ≥ 2이면 좋다.

한편, N의 값이 지나치게 많으면, 1개의 액체 토출 유닛에서의 개구 부분이 많아져 버리고, 액적의 토출 속도(토출 압력)의 저하, 나아가서는 토출 불균일을 초래한다. 실험 결과로부터, N ≤ 8까지가 양호한 결과가 되는 것을 알았다.

따라서, 2 ≤ N ≤ 8이 된다.

도20은, 제4 실시 형태로 헤드 칩(19)의 배리어층(33)의 형상을 도시하는 평면도이다.

본 실시 형태는 N = 4이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 첫 번째로 공통 유로(23) 측에 필터(35)가 설치되어 있다. 필터(35)는 복수의 기둥(35a)을 등피치로 배열한 것이다. 또한, 기둥(35a) 사이의 간극에 의해 필터(35)가 그 기능을 다하 는 것이 되지만, 이 기둥(35a) 사이의 간격은 격벽(33a) 사이 또는 격벽(33a)과 측벽(33b) 사이의 간격보다도 좁아지도록 형성되어 있다.

또한, 측벽(33b)의 공통 유로(23) 측단부는 격벽(33a)의 공통 유로(23) 측단부보다, 발열 소자(12)로부터 멀어지는 측에 위치하고 있다[바꿔 말하면, 공통 유로(23) 측으로 연장되어 있음]. 그리고, 측벽(33b)의 공통 유로(23) 측단부는 필터(35)의 기둥(35a)에 연결되어 있다. 이 경우에는, 측벽(33b)의 연장선 상에 반드시 기둥(35a)이 위치하도록 기둥(35a)의 피치를 설정하면 좋다.

또, 도20의 실시 형태에서는, 한 쌍의 측벽(33b)에 필터(35)의 기둥(35a)이 연결되어 있는 동시에, 중앙부에 1개의 기둥(35a)이 배치되어 있다. 측벽(33b)에 연결되어 있는 기둥(35a)은, 인접하는 액체 토출 유닛의 측벽(33b)의 기둥(35a)이기도 하므로, 1개의 액체 토출 유닛에 있어서 1개의 측벽(33b)에 연결되어 있는 기둥(35a)의 수를 0.5로 계산하면, 1개의 액체 토출 유닛 내의 기둥(35a)의 수는 2(왜냐하면, 0.5 + 1 + 0.5)가 된다. 즉, 도20의 실시 형태에서는 발열 소자(12)의 수(N)가 4, 격벽(33a)의 수가 3 및 기둥(35a)의 수가 2인 경우이다.

도20의 실시 형태와 마찬가지로, 필터(35)의 기둥(35a)과 측벽(33b)을 연결시키면, 필터(35)의 역할과 동시에 액체 토출 유닛, 특히 배리어층(33)의 강도 강화를 도모할 수 있다.

또, 필터(35)의 기둥(35a)은 반드시 이와 같이 측벽(33b)과 연결시킬 필요는 없으며, 크기도 임의이다. 단, 기둥(35a) 사이의 간극은 격벽(33a) 사이 또는 격벽(33a)과 측벽(33b) 사이의 간극보다 좁은 것이 필요하다. 게다가 또한, 도20의 실시형에서는 기둥(35a)은 단면이 대략 직사각형의 각기둥으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 여러 가지의 형상을 이용할 수 있다.

또한, 필터(35)는 설치한 쪽이 바람직하지만, 반드시 설치할 필요는 없으며, 예를 들어 도18에서 도시한 바와 같이 격벽(33a)이나 측벽(33b)에 대해, 공통 유로(23) 측단부의 두께를 두껍게 형성함으로써, 발열 소자(12)(액실)에의 입구를 좁게 형성함으로써 충분하다.

단, 필터(35)를 설치함으로써, 쓰레기나 먼지의 침입을 방지하는 것만이 아니라, 헤드 칩(19)을 노즐 시트(17)에 접합할 때의 압력에 의해 격벽(33a)(액실)이 찌부러지지 않도록 하는 역할도 갖게 할 수 있다.

이상과 같은, 도18 내지 도20에서 도시한 구조는 반도체 기판 상에 설치된다. 도21은, 반도체 기판(11) 상에 액체 토출 유닛을 병설한 헤드 칩(19)을 도시하는 평면도이다. 도21에서는, 1개의 헤드 칩(19)을 나타내고 있다(이하의 도22 및 도23도 마찬가지임). 또, 이 헤드 칩(19)은 도2에서 도시한 것으로 동일하다.

도21에 있어서, 반도체 기판(11)의 1변의 외연부에 액체 토출 유닛(단위 유닛)을 병설하여 유닛 열을 마련하고 있다. 또, 도면 중 액체 공급측에 공통 유로(23)가 설치되고, 도면 중 화살표 방향으로부터 액체가 각 액체 토출 유닛에 공급된다.

도22는 헤드 칩(19)의 제5 실시 형태를 도시하는 평면도이다. 도22의 실시 형태에서는 반도체 기판(11) 상에 있어서, 대향하는 2변의 외연부에 각각 액체 토출 유닛을 병설하고, 유닛 열을 마련한 예를 나타내고 있다. 도22의 실시 형태에 서는, 1변의 외연부에 병설된 액체 토출 유닛과, 다른 1변의 외연부에 병설된 액체 토출 유닛과는, 서로 등을 마주 하고 있다. 즉, 반도체 기판(11) 상에 있어서 중앙부가 서로 후방벽(33c) 측으로 되어 있다. 그리고, 도22에 도시한 바와 같이 도면 중 좌측 및 우측에 액체 공급측이 설치되고, 이러한 액체 공급측에 각각 공통 유로(23)가 설치되고, 도면 중 화살표 방향으로부터 액체가 각 액체 토출 유닛에 공급된다.

도23은 헤드 칩(19)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 평면도이다.

도23에 있어서, 반도체 기판(11)에는 이면측으로부터 표면측에 관통하는 액체 공급 구멍(길이 구멍)(11a)이 형성되어 있다. 그리고, 이 액체 공급 구멍(11a)은 잉크 탱크 등(도시하지 않음)과 연통되어 있다. 그리고, 이 액체 공급 구멍(11a)에 따라서 액체 토출 유닛을 병설하여 유닛 열을 마련하는 동시에, 액체 공급 구멍(11a)의 양측에 유닛 열이 대향하여 배치되어 있다.

이 경우에, 액체 공급 구멍(11a) 측이 공통 유로(23) 측이 되므로, 액체 공급 구멍(11a)의 양측에 배치된 액체 토출 유닛은 서로 대향하고 있다.

이상과 같이, 반도체 기판(11) 상에 액체 토출 유닛을 형성하는 예로서는, 도21 내지 도23의 형태나 그 이외의 여러 가지의 형태를 생각할 수 있지만, 어떠한 형태라도 좋다.

도24는, 실제로 제작한 헤드 칩(19)의 마스크도를 도시하는 평면도이다. 도24에 있어서, 흰색 선은 반도체 기판(11) 상에 배치되는 배리어층(33) 이외의 결선 부분 등이다. 이 헤드 칩(19)에서는 액적의 편향 토출을 행하므로, 발열 소자(12) 는 배열 방향으로 2 분할된 것이 이용된다.

또한, 발열 소자(12)는 한 방향으로 일정한 피치로 배열되어 있지만, 모든 발열 소자(12)가 일렬(일직선 상)로는 나열하지 않고, 인접하는 발열 소자(12)의 중심은 배열 피치 방향에 수직인 방향에 있어서, 소정 간격(0보다 큰 실수)만큼 어긋나 배치되어 있다.

이에 의해, 인접하는 노즐(18)의 중심 사이 거리는, 발열 소자(12)의 배열 피치보다 큰 값이 되므로, 액적의 토출에 수반하는 압력 변동에 의한 노즐(18) 및 그 주변 영역의 변형량이 적어져 액적의 토출량 및 토출 방향을 안정시킬 수 있다.

또한, 도24에서는 도18의 실시 형태와 마찬가지로, N = 2[1개의 액체 토출 유닛에 있어서, 2개의 발열 소자(12) 및 1개의 격벽(33a)이 설치된 것]이다. 게다가 또한, 격벽(33a) 및 측벽(33b)은 공통 유로(23) 측의 일부의 두께가 두껍게 형성되어 있다. 이에 의해, 필터로서의 기능을 갖게 하고 있다. 그 이외는, 도18의 실시 형태와 마찬가지이다.

본 발명에 따르면, 쓰레기나 먼지 등에 의한 유로 장해가 생기기 어려워지는 동시에, 기포에 의한 영향을 가능한 한 적게 하여 토출 불균일이 거의 없는 유로 구조를 제공할 수 있다.

Claims

반도체 기판 상에 설치된 발열 소자와,

상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과,

상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되는 동시에, 상기 발열 소자를 끼워 넣도록 서로 마주보는 한 쌍의 벽에 의해 형성된 액실과,

상기 액실의 상기 한 쌍의 벽이 연장됨으로써 형성되고, 상기 액실의 양측에 상기 액실과 연통하도록 배치된 한 쌍의 개별 유로를 구비하고,

상기 한 쌍의 개별 유로 중, 적어도 한 쪽의 상기 개별 유로로부터 상기 액실에 액체가 공급되도록 하고,

상기 액실 내에 있어서의 상기 한 쌍의 벽 사이의 거리(U)와, 상기 개별 유로의 유로 폭(W)이 U > W의 관계를 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에는 복수의 상기 발열 소자가 한 방향으로 배열되어 있고,

각 상기 발열 소자에 대응하여, 상기 액실 및 상기 한 쌍의 개별 유로가 설치되고,

상기 한 쌍의 개별 유로는, 상기 발열 소자의 배열 방향으로 대략 수직인 방 향으로 연장되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에는 복수의 상기 발열 소자가 한 방향으로 배열되어 있고,

각 상기 발열 소자에 대응하여, 상기 액실 및 상기 한 쌍의 개별 유로가 설치되고,

상기 한 쌍의 개별 유로는, 상기 발열 소자의 배열 방향으로 대략 수직인 방향으로 연장되도록 형성되어 있고,

상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

이렇게 인접하는 적어도 2개의 상기 액실의 상기 제2 개별 유로끼리가 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에는 복수의 상기 발열 소자가 한 방향으로 배열되어 있고,

각 상기 발열 소자에 대응하여, 상기 액실 및 상기 한 쌍의 개별 유로가 설치되고,

상기 한 쌍의 개별 유로는, 상기 발열 소자의 배열 방향으로 대략 수직인 방 향으로 연장되도록 형성되어 있고,

상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

이렇게 인접하는 3 이상의 상기 액실의 상기 제2 개별 유로끼리가 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제3항에 있어서, 상기 액실은 일정한 배열 피치(P)로 배열되어 있고,

상기 배열 피치(P) 방향에 있어서의 상기 액실의 중심을 연결하는 라인과, 인접하는 상기 액실의 상기 제2 개별 유로끼리 연통시키고 있는 부분의 상기 액실로부터 가장 멀어지는 벽에 접하는 라인 사이의 거리를 L이라 하였을 때, L ≤ 2 × P의 관계를 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제3항에 있어서, 상기 액실은 일정한 배열 피치(P)로 배열되어 있고,

상기 배열 피치(P) 방향으로 수직인 방향에 있어서는, 인접하는 상기 액실의 중심이 간격(X)(X는, O보다 큰 실수)만큼 어긋나 배치되어 있고,

복수의 상기 액실 중, 상기 공통 유로로부터 멀어지는 측에 배치된 상기 액실의 중심을 연결하는 라인과, 인접하는 상기 액실의 상기 제2 개별 유로끼리 연통시키고 있는 부분의 상기 액실로부터 가장 멀어지는 벽에 접하는 라인 사이의 거리 를 L이라 하였을 때, L ≤ 2 × P의 관계를 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

상기 공통 유로 내에는 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

상기 기둥 사이의 간극의 폭은, 상기 제1 개별 유로의 유로 폭(W) 이하이며,

상기 기둥 사이의 간극의 높이는, 상기 제1 개별 유로의 높이 이하인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 액실은 일정한 배열 피치(P)로 배열되어 있고,

상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

상기 공통 유로 내에는 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

복수의 상기 기둥은 상기 배열 피치(P)와 동일 피치로 배열되어 있는 동시에, 상기 기둥의 중심은 상기 제1 개별 유로의 중앙 라인 상에 위치하여 있고,

상기 제1 개별 유로의 상기 기둥측의 단부와, 상기 기둥의 상기 제1 개별 유로측의 단부 사이의 거리는 상기 제1 개별 유로의 유로 폭(W) 이상인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

상기 공통 유로 내에는, 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

상기 기둥 사이의 간극의 단면 영역은 상기 제1 개별 유로의 유로면 영역에 포함되는 크기이며,

상기 제1 개별 유로의 유로면 영역은, 상기 노즐의 개구 영역에 포함되는 크기로 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 개별 유로는,

공통 유로에 연결되는 제1 개별 유로와,

상기 제1 개별 유로에 대해 상기 액실을 사이에 두고 반대측으로 연장되는 제2 개별 유로로 이루어지고,

상기 공통 유로 내에는, 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

상기 노즐의 배열 방향에 있어서의 상기 노즐의 토출면의 개구경(Dx)과, 상 기 개구경(Dx)에 수직인 방향에 있어서의 상기 노즐의 개구경(Dy)과의 관계가, Dx ≥ Dy이며,

상기 제1 개별 유로의 유로면 형상은 대각선 길이가 L1의 직사각형이며,

상기 기둥 사이의 간극의 단면 형상은 대각선 길이가 L2의 직사각형이며,

또한, Dx > L1 > L2의 관계를 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 개별 유로 중, 한 쪽의 상기 개별 유로는 공통 유로에 연결되어 있고,

상기 공통 유로 내에는 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

상기 필터는, 상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제2항에 있어서, 복수의 상기 발열 소자의 배열 방향에 따라서, 복수의 상기 반도체 기판을 라인 형상으로 배열하고,

각 상기 반도체 기판의 모든 상기 액실과 연통하는 공통 유로를, 상기 반도체 기판의 배열 방향에 따라서 설치함으로써, 라인 헤드를 형성한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제12항에 있어서, 복수의 상기 반도체 기판을 라인 형상으로 배열한 것을, 열 형상으로 복수 배열하고,

1개의 열의 복수의 상기 반도체 기판과, 다른 열의 복수의 상기 반도체 기판에 대해, 다른 특성의 액체를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
반도체 기판 상에 설치된 발열 소자와,

상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과,

상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되는 동시에, 상기 발열 소자를 끼워 넣도록 서로 마주보는 한 쌍의 벽에 의해 형성된 액실과,

상기 액실의 상기 한 쌍의 벽이 연장됨으로써 형성되고, 상기 액실의 양측에 상기 액실과 연통하도록 배치된 한 쌍의 개별 유로를 구비하고,

상기 한 쌍의 개별 유로 중, 적어도 한 쪽의 상기 개별 유로로부터 상기 액실에 액체가 공급되도록 하고,

상기 액실 내에 있어서의 상기 한 쌍의 벽 사이의 거리(U)와, 상기 개별 유로의 유로 폭(W)이 U > W의 관계를 충족시키는 액체 토출 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
반도체 기판 상에 설치되고, 한 방향에 따라서 복수 배열된 발열 소자와,

상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과,

상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, 각 상기 발열 소자 사이에 배치되는 동시에, 상기 발열 소자의 배열 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 상기 발열 소자의 배열 방향으로 수직인 방향의 양측으로부터 상기 발열 소자측에 액체를 유입 가능하게 한 격벽과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, N(N은, 2 이상의 정수)개의 상기 발열 소자와 (N-1)개의 상기 격벽에 대해, 이러한 외측에 상기 격벽에 평행하게 한 쌍이 설치된 측벽과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, 상기 발열 소자의 배열 방향에 따라서 설치된 후방벽을 구비하고,

상기 격벽과 상기 후방벽 간격을 x, 상기 측벽과 상기 후방벽 간격을 y로 하였을 때, 0 ≤ y < x이며,

상기 N개의 상기 발열 소자, 상기 (N-1)개의 상기 격벽, 한 쌍의 상기 측벽 및 상기 후방벽을 포함하는 것을 액체 토출 유닛으로 하고, 상기 발열 소자에 대해 상기 후방벽과 반대측에 공통 유로를 설치하고, 상기 공통 유로측 및 그 반대측에서 상기 액체 토출 유닛의 상기 발열 소자측에 액체가 공급되도록 형성한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 2 ≤ N ≤ 8인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 상기 발열 소자의 영역 상에서의 상기 격벽 사이 및 상기 격벽과 상기 측벽으로 이루는 간격(W1)과, 상기 공통 유로 측단부에서의 상기 격벽 사이 및 상기 격벽과 상기 측벽으로 이루는 간격(W2)과는, W2 < W1인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 상기 격벽의 상기 공통 유로 측단부에 대해, 상기 측벽의 상기 공통 유로 측단부 쪽이 상기 발열 소자로부터 멀어지는 측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 상기 공통 유로에는 상기 배리어층의 일부에 의해 형성된 복수의 기둥으로 이루어지는 필터를 구비하고,

상기 필터의 상기 기둥은 상기 발열 소자의 배열 피치와 다른 피치로 배치되고,

상기 격벽의 상기 공통 유로 측단부에 대해, 상기 측벽의 상기 공통 유로 측단부 쪽이 상기 발열 소자로부터 멀어지는 측에 위치하고 있고,

상기 측벽의 상기 공통 유로 측단부와, 상기 필터의 상기 기둥이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 1개의 상기 반도체 기판 상에 복수의 상기 액체 토출 유닛을 형성하는 동시에, 복수의 상기 액체 토출 유닛의 모든 상기 노즐을 일정한 피치로 배치한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제20항에 있어서, 복수의 상기 액체 토출 유닛은 상기 반도체 기판의 1변의 외연부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제20항에 있어서, 복수의 상기 액체 토출 유닛은 상기 반도체 기판의 대향하는 2변의 외연부에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제20항에 있어서, 상기 반도체 기판에는 이면측으로부터 표면측에 관통하는 길이 구멍이 형성되어 있고,

상기 길이 구멍에 따라서, 그 양측에 복수의 상기 액체 토출 유닛이 대향되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제15항에 있어서, 상기 발열 소자의 배열 방향에 따라서, 복수의 상기 반도체 기판을 라인 형상으로 배치하고, 각 상기 반도체 기판의 상기 공통 유로를 상기 반도체 기판에 배치 방향에 따라서 설치함으로써, 라인 헤드를 형성한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제24항에 있어서, 복수의 상기 반도체 기판을 라인 형상으로 배치한 것을. 열 형상으로 복수 배열하고,

1개의 열의 복수의 상기 반도체 기판과, 다른 열의 복수의 상기 반도체 기판 에 대해, 다른 특성의 액체를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
반도체 기판 상에 설치되고, 한 방향에 따라서 복수 배열된 발열 소자와,

상기 발열 소자 상에 위치하는 노즐이 형성된 노즐층과,

상기 반도체 기판과 상기 노즐층 사이에 설치된 배리어층과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, 각 상기 발열 소자 사이에 배치되는 동시에, 상기 발열 소자의 배열 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 상기 발열 소자의 배열 방향으로 수직인 방향의 양측으로부터 상기 발열 소자측에 액체를 유입 가능하게 한 격벽과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, N(N은, 2 이상의 정수)개의 상기 발열 소자와 (N-1)개의 상기 격벽에 대해, 이러한 외측에 상기 격벽에 평행하게 한 쌍이 설치된 측벽과,

상기 배리어층의 일부에 의해 형성되어 있고, 상기 발열 소자의 배열 방향에 따라서 설치된 후방벽을 구비하고,

상기 격벽과 상기 후방벽과의 간격을 x, 상기 측벽과 상기 후방벽과의 간격을 y라 하였을 때, 0 ≤ y < x이며,

상기 N개의 상기 발열 소자, 상기 (N-1)개의 상기 격벽, 한 쌍의 상기 측벽 및 상기 후방벽을 포함하는 것을 액체 토출 유닛으로 하고, 상기 발열 소자에 대해 상기 후방벽과 반대측에 공통 유로를 설치하고, 상기 공통 유로측 및 그 반대측으로부터 상기 액체 토출 유닛의 상기 발열 소자측에 액체가 공급되도록 형성한 액체 토출 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.