KR20060095492A

KR20060095492A - 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체토출 헤드의 토출 매체

Info

Publication number: KR20060095492A
Application number: KR1020060018653A
Authority: KR
Inventors: 다께오 에구찌; 이와오 우시노하마
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2006-08-31
Also published as: EP1705011A1; JP2006231800A; CN1830671A; US20060192805A1; US7959249B2; CN1830671B; US8109592B2; US20080259128A1

Abstract

사용 환경에서의 액체 토출 헤드(잉크제트 헤드 등)의 온도 변화가 토출 매체(잉크 등)에 미치는 영향을 경감하여, 항상 높은 토출 안정성을 확보함으로써, 기록 품질의 향상과 고속 기록과의 양립을 가능하게 함과 함께, 동작 온도 범위를 확대한다. 그를 위해, 잉크제트 헤드에, 잉크 액실 내의 잉크에 토출 에너지를 부여하는 발열 저항체와 별도로 가열 소자를 설치하여, 직류 형상의 전류 성분에 의해 가열 소자를 발열시키고, 잉크에 대한 토출 에너지의 부여와 무관하게 잉크 액실을 가열하여, 발열 저항체의 구동의 유무에 상관없이, 잉크 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지한다.

잉크제트 헤드, 잉크 액실, 토출 에너지, 발열 저항체, 가열 소자, 액적

Description

액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체 토출 헤드의 토출 매체{LIQUID-EJECTING HEAD, LIQUID-EJECTING DEVICE, LIQUID-EJECTING METHOD, AND EJECTION MEDIUM FOR LIQUID-EJECTING HEAD}

도 1은 본 실시예의 잉크제트 헤드를 도시하는 부분 사시도.

도 2는 본 실시예의 라인 헤드를 도시하는 평면도.

도 3은 잉크의 점도와 동작 온도 범위와의 관계를 도시하는 그래프로서, 동작 온도의 설정 방법에서의 제1 접근 방식을 나타내는 도면(종래 기술).

도 4는 잉크의 점도와 동작 온도 범위와의 관계를 도시하는 그래프로서, 동작 온도의 설정 방법에서의 제2 접근 방식을 나타내는 도면(종래 기술의 개선책).

도 5는 잉크의 점도와 동작 온도 범위와의 관계를 도시하는 그래프로서, 동작 온도의 설정 방법에서의 제3 접근 방식을 나타내는 도면(본 실시예).

도 6은 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열과, 종래 기술의 잉크제트 프린터에서의 예비 가열을 비교하여 도시하는 개념도.

도 7은 본 실시예의 잉크제트 헤드의 구성을 도시하는 개념도.

도 8은 본 실시예의 잉크제트 헤드에 사용되어 있는 발열 저항체 및 가열 소자와, 종래 기술의 잉크제트 헤드에 사용되어 있는 발열 저항체와의 비교를 도시하는 표.

도 9는 종래 기술의 서멀 방식의 라인 헤드를 사용한 저온 환경 하에서의 기록 결과의 일례를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 잉크제트 헤드

12 : 잉크 액실

13 : 발열 저항체

14 : 기판 부재

15 : 반도체 기판

16 : 배리어층

17 : 노즐 시트

18 : 노즐

[특허 문헌1] 일본 특개2000-108328호 공보

본 발명은, 에너지 발생 소자의 구동에 의해, 액실 내에 수용된 토출 매체를 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체 토출 헤드의 토출 매체에 관한 것으로, 상세하게는, 높은 토출 안정성이 얻어짐과 동시에, 액체 토출 장치의 동작 온도 범위를 매우 넓게 할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

종래, 에너지 발생 소자를 이용하여, 액체 등의 토출 매체를 토출하도록 한 액체 토출 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 액체 토출 장치의 하나인 잉크제트 프린터는, 통상적으로, 노즐이 직선 형상으로 배열된 잉크제트 헤드(액체 토출 헤드의 하나)를 구비하고 있으며, 에너지 발생 소자의 구동에 의해 잉크에 토출 에너지를 부여하고, 각 노즐로부터 피기록 매체인 인화지를 향하여 미소한 잉크의 액적을 순차적으로 토출함으로써 인화지에 잉크의 액적을 착탄시켜, 대략 원형의 도트를 종횡으로 형성하여 화상이나 문자를 표현하고 있다.

여기서, 잉크제트 프린터에서의 잉크의 토출 방식의 하나로서, 잉크에 열 에너지를 부여하여 잉크를 토출시키도록 한 서멀 방식이 알려져 있다. 이 서멀 방식의 잉크제트 프린터에 사용하는 잉크제트 헤드는, 잉크(토출 매체)를 수용하는 잉크 액실과, 잉크 액실 내에 설치된 에너지 발생 소자인 발열 저항체와, 잉크 액실 내의 잉크를 액적으로서 토출하는 노즐을 구비하고 있다. 그리고, 발열 저항체를 구동함으로써 잉크를 급속하게 가열하고, 발열 저항체 상의 잉크에 막 비등에 의한 기포를 발생시키며, 그 기포 발생 시의 에너지에 의해 잉크의 액적을 토출한다.

또한, 다른 잉크의 토출 방식으로서는, 정전 토출 방식도 알려져 있다. 이 정전 토출 방식의 에너지 발생 소자는, 진동판과 이 진동판의 하측의 공기층을 개재한 2개의 전극으로 이루어지는 구성의 것을 이용한다. 그리고, 양 전극 사이에 전압을 인가하여 진동판을 하측으로 휘어지게 하고, 그 후, 전압을 0V로 하여 정전기력을 개방하여, 진동판이 원래의 상태로 되돌아갈 때의 탄성력을 이용함으로써 잉크의 액적을 토출한다.

또한, 다른 잉크의 토출 방식으로서, 피에조 방식도 알려져 있다. 이 피에조 방식에서는, 에너지 발생 소자로서, 양면에 전극을 갖는 피에조 소자와 진동판과의 적층체로 이루어지는 구성의 것을 이용하고 있다. 그리고, 피에조 소자의 양면의 전극에 전압을 인가하면, 압전 효과에 의해 진동판에 굽힘 모멘트가 발생하고, 그 결과, 진동판이 휘어지도록 변형되기 때문에, 이 변형을 이용함으로써 잉크의 액적을 토출한다.

한편, 잉크제트 헤드의 구조의 관점에서는, 시리얼 헤드가 알려져 있다. 시리얼 헤드는, 각 색마다 수백 정도의 노즐을 구비하는 헤드를, 인화지의 반송 방향과 직각의 방향으로 이동시켜 기록을 행하는 방식의 잉크제트 헤드이다. 이 시리얼 헤드는, 인화지의 거의 전체 폭에 걸치는 거리를 기계적으로 왕복(주사)시키면서, 1개의 헤드로 기록을 행하는 것이다.

또한, 다수의 헤드를 인화지의 폭 방향으로 배열하여 배치한 라인 방식의 잉크제트 헤드(라인 헤드)도 알려져 있다. 이 라인 헤드는, 다수의 헤드를 연결하여 기록 폭에 대응하는 길이의 1개의 헤드를 형성한 것이다. 라인 헤드는, 시리얼 헤드와 비교하여 노즐수가 비약적으로 증가함과 함께, 기계적인 주사를 행할 필요가 없기 때문에, 기록 속도를 빠르게 할 수 있다.

특히, 서멀 방식의 라인 헤드에서는, 서멀 방식의 시리얼 헤드와 비교하여, 기록 속도를 대폭 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 서멀 방식은, 잉크를 순간적으로 가열하여 고온(막 비등을 위한 임계 온도인 330℃∼350℃)으로 하여, 기포를 발 생시키는 승온 조작과, 막 비등에 의해 발생한 기포를 수축시켜, 잉크의 액적의 끊어짐을 양호하게 하는 강온 조작을 반복한다. 그 때문에, 장시간의 연속 기록을 행하면, 헤드의 온도가 너무 상승하여 열화가 발생한다고 하는 온도 한계의 문제가 있다.

따라서, 서멀 방식의 시리얼 헤드에서는, 잉크의 가열에 의한 헤드의 온도 상승을 일정한 범위 내로 유지하기 위해, 기록 속도를 희생하고 있다. 그러나, 서멀 방식의 라인 헤드이면, 발열에 의한 온도 상승을 큰 헤드의 전체로 분산시킬 수 있기 때문에, 고속, 대량, 연속 기록이 가능하게 되는 것이다.

그런데, 일반적인 전자 기기 등에서는, 사용 온도나 동작 온도가 설정되어 있다. 여기서, 사용 온도나 동작 온도란, 사양서대로의 성능으로 문제없이 동작하는 온도 범위이다. 가정 내에서 사용하는 전자 기기의 경우에는, 0℃∼40℃ 정도의 범위에서 동작 보증을 하고 있으며, 이 범위의 온도를 동작 온도 범위로 하고 있다.

그러나, 종래의 잉크제트 프린터의 경우에는, 15℃∼35℃ 정도의 비교적 좁은 온도 범위에 한하여, 동작이 보증되어 있는 것이 일반적이다. 이와 같이, 잉크제트 프린터에서의 동작 온도 범위의 하한은 높게 되어 있지만, 그것은, 잉크가 물을 주성분으로 하는 액체로서, 영하로 되면 얼어 버리게 되는 것, 또한, 설령 얼지 않아도, 10℃와 35℃에서는, 물의 점도 또는 동점도(이하, 간단하게 「점도」라고 함)가 2배 가까이 변화되기 때문에, 15℃보다도 저온으로 되면 잉크의 점도가 커지게 되어, 잉크가 액적화되기 어렵게 되어 토출량이 감소하는 것에 기인하고 있다.

반대로, 잉크제트 프린터의 동작 온도 범위의 상한이 낮은 것은, 장시간의 연속 기록 등에 의해 잉크제트 헤드의 온도가 상승하면, 잉크의 점도가 너무 작아지게 되는 것에 기인하고 있다. 즉, 15℃에서 사용할 수 있도록 조정한 잉크가 35℃보다도 고온으로 되면, 잉크의 점도가 매우 작아지게 되어 토출량이 증가하여, 기록 개시 당초와 장시간 기록한 후에는, 기록 결과에 농도차가 발생하게 되기 때문이다.

이 점에 대하여 더 상술하면, 서멀 방식의 잉크제트 헤드에서는, 기록 동작 중에는, 통상적으로, 자기의 발열에 의해 잉크제트 헤드 및 잉크의 온도가 주위의 온도 이상으로 높아진다. 한편, 대기 시나 전원 투입 직후에는, 반드시 그와 같은 고온으로 되어 있지 않다. 그리고, 임의의 온도 이하에서는, 상기한 바와 같이, 잉크의 점도가 커지기 때문에, 기록 개시 당초와 기록 동작 중에서 잉크의 토출 조건이 변화되게 된다. 그 결과, 저온에서 기록한 것의 농도는 낮고, 고온에서 기록한 것에서는 농도가 높아진다고 하는 경향을 나타내게 된다.

이러한 사태는, 인화지에서의 기록 범위의 상한 또는 하한에서 현저해진다. 즉, 특히 한랭지 등의 저온 환경 하에서는, 평균적인 온도에서의 토출 시와 동일한 토출량을 확보할 수 없게 된다. 또한, 토출 방향이 변화되거나, 심한 경우에는 토출불량에 빠지는 경우가 있다. 그 때문에, 인화지에 기록된 화상에 흰 줄이나 흰 반점 등의 인화 불량이 발생하여, 기록 품질을 저하시키게 된다.

또한, 정전 토출 방식이나 피에조 방식의 잉크제트 헤드에서는, 기계적인 왜곡을 이용하고 있기 때문에, 주위의 온도에 영향을 받지 않고 잉크에 토출 에너지 를 부여할 수 있다. 그러나, 잉크 자체가 주위의 온도의 영향을 받아 점도가 변화되기 때문에, 저온에서의 대기 상태로부터 돌연 토출시키고자 해도, 점도가 큰 잉크에서는 움직임이 둔하여, 토출 특성이 나쁘다. 그 때문에, 기록 개시 당초에서, 흰 잔 줄이 생기거나 일시적인 불토출 상태가 발생하게 된다.

또한, 라인 헤드에서는, 이러한 저온 문제 외에, 작은 헤드를 복수 병설하는 것에 의한 문제도 발생한다. 즉, 라인 헤드에서는, 인화지의 전체 폭에 걸치는 헤드를 일체 성형하는 것은 현실적이지 않기 때문에, 통상은, 작은 헤드를 단부끼리가 연결되도록 복수 병설하여 라인 헤드를 구성하고 있다. 그 때문에, 인화지의 기록 영역을 복수의 헤드에서 분담하여 전체 폭분을 기록하도록 하고 있다. 그렇게 하면, 각각의 헤드 사이에서도 온도차가 발생하게 되며, 특히 서멀 방식의 라인 헤드에서, 농도 불균일이나 흰 줄이 문제로 된다.

도 9는 종래 기술의 서멀 방식의 라인 헤드를 사용한 저온 환경 하에서의 기록 결과의 일례를 도시하는 도면이다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 종래의 서멀 방식의 라인 헤드로 기록을 행하면, 기록 개시 당초에 많은 흰 줄이 발생할 뿐만 아니라, 임의의 특정한 기록 영역에서는, 흰 줄이 길게 남게 된다.

이것은, 서멀 방식의 라인 헤드의 경우, 사용되는 헤드의 온도는 상승하지만, 사용되지 않는 헤드는, 그대로 주위의 온도와 동일한 온도로 유지된다고 하는 상황으로 되는 것에 기인한다. 즉, 서멀 방식의 라인 헤드에서는, 통상적으로, 개개의 헤드의 사용 상태가 일정하지 않기 때문에, 각 헤드 내의 잉크의 온도는, 그 헤드가 어떠한 토출 상황에 있었는지에 따라 천차만별의 상태로 된다. 그 때문에, 각각의 헤드 내에서의 잉크의 온도가 상위하게 되며, 그것이 잉크의 점도의 차를 크게 하여, 개개의 헤드에 의한 토출 특성이나 기록 농도를 미묘하게 변화시켜, 도 9에 도시하는 바와 같은 흰 줄의 문제를 일으키게 된다.

이와 같이, 잉크제트 프린터에는, 동작 온도 범위가 좁다고 하는 문제가 있으며, 이것은, 저온 환경 하에서의 잉크의 점도의 증대에 기인하고 있다. 그리고, 이러한 문제는, 잉크제트 프린터의 최근의 고성능화에 수반하여, 한층 더 중요한 문제로 되고 있다. 즉, 최근의 잉크제트 프린터에서는, 잉크의 액적을 작게 하여 기록 밀도를 정밀화하는 방향에 있지만, 기록 밀도를 정밀화하면서 기록 농도를 저하시키지 않도록 하기 위해서는, 토출 횟수를 늘릴 필요가 있다. 그 때문에, 서멀 방식의 라인 헤드에서는, 사용되는 헤드와 사용되지 않는 헤드와의 온도차가 한층 더 커지게 되어, 흰 줄의 문제도 큰 문제로 된다.

또한, 잉크의 액적을 작게 하기 위해서는, 노즐의 구멍 직경을 작게 할 필요가 있지만, 이것은, 잉크의 점성 저항을 증대시키는 방향으로 작용한다. 그 때문에, 잉크의 토출 방식(서멀 방식, 정전 토출 방식, 피에조 방식)이나 잉크제트 헤드의 구조(시리얼 헤드, 라인 헤드)에 상관없이, 저온 환경 하에서의 잉크의 점도의 증대가 보다 큰 문제로 된다.

여기서, 서멀 방식의 라인 헤드에서의 각 헤드 사이의 온도차를 적게 하기 위해, 열전도율이 양호한 기판 상에, 모든 헤드를 배열하여 배치하는 것이 생각된다. 그러나, 열전도율이 양호한 재료는, 일반적으로 열팽창율도 큰 경향이 있기 때문에, 그렇게 하면 이번에는, 헤드의 열팽창이라는 다른 문제가 발생한다. 즉, 헤드는, 기재로 되는 반도체 기판이 열팽창율이 서로 다른 강도 부재와 접합되어 구성되기 때문에, 헤드의 온도 왜곡이 큰 문제로 되며, 예를 들면, 15℃∼35℃의 동작 온도 범위 내에서도 토출 특성이 크게 변화되게 된다.

또한, 기록 개시 이전에 예비 토출을 행함으로써, 기록 개시 당초부터 소정의 토출 특성을 확보하는 것도 생각되지만, 예비 토출을 행하면, 상당량의 잉크를 인화지에 대한 기록과 무관하게 버리게 되기 때문에, 잉크의 소비량이 증가하여, 러닝 코스트에 악영향을 미친다.

또한, 서멀 방식의 잉크제트 헤드에서, 기록 개시 이전에 프리히트 펄스(기포가 발생하지 않을 정도의 작은 펄스 폭을 갖는 구동 펄스)를 공급하여 발열 저항체의 예비 가열을 행하여, 잉크가 적당한 온도 범위 내로 되도록 가열한 후에 기록을 개시하는 것이 생각되지만, 이 경우에는, 기록 개시(퍼스트 프린트)까지에 시간이 걸리게 된다.

따라서, 사용자의 조작에 의해, 고품질 기록 모드와 즉시 기록 모드를 절환할 수 있도록 한 기술이 알려져 있다. 즉, 잉크제트 헤드의 온도를 측정하여, 측정 온도가 기준 온도보다 낮고, 고품질 기록 모드로 설정되어 있는 경우에는, 잉크제트 헤드를 예비 가열하여 기준 온도 이상으로 승온시킨 후에 기록 동작을 개시시키고, 즉시 기록 모드로 설정되어 있는 경우에는, 바로 기록 동작을 개시시키는 잉크제트 프린터이다.

예를 들면, 특허 문헌1에 기재된 기술에 따르면, 충분한 예비 가열을 행하여 고품질의 기록 결과를 얻는 모드와, 기록 품질이 어느 정도 뒤떨어져도 단시간에 고속으로 기록을 행할 수 있는 모드를 선택할 수 있기 때문에, 사용자의 용도에 따라 최적의 기록을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

그러나, 상기 특허 문헌1에 기재된 기술에서는, 기록 품질의 향상과 고속 기록을 양립시킬 수 없어, 항상 높은 토출 안정성을 확보하는 것은 곤란하다. 또한, 잉크제트 헤드의 측정 온도에 기초하여, 기준 온도 이하의 경우에만 예비 가열을 행한다고 하는 세심한 배려를 할 필요가 있어, 전체적으로 시스템이 복잡하게 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 상기 특허 문헌1에는, 잉크제트 프린터의 동작 온도 범위의 확대에 대하여, 어떠한 개시도 되어 있지 않다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용 환경에서의 액체 토출 헤드(잉크제트 헤드 등)의 온도 변화가 토출 매체(잉크 등)에 미치는 영향, 특히, 잉크의 액적의 토출량이나 토출 방향의 변화를 경감하여, 항상 높은 토출 안정성을 확보함으로써, 기록 품질의 향상과 고속 기록의 양립을 가능하게 함과 함께, 동작 온도 범위를 확대하는 것이 가능한 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체 토출 헤드의 토출 매체를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은, 이하의 해결 수단에 의해, 상술한 과제를 해결한다.

본 발명은, 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체를 수용하는 액실과, 상기 액실 내의 토출 매체를 토출하는 노즐과, 상기 액실 내의 토출 매체에 토출 에너지 를 부여하는 에너지 발생 소자를 구비하고, 상기 에너지 발생 소자의 구동에 의해, 상기 액실 내의 토출 매체를 상기 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 헤드로서, 상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 구비하고, 직류 형상의 전류 성분에 의해 상기 가열 수단을 발열시켜, 상기 에너지 발생 소자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 출원에서의 다른 발명은, 에너지 발생 소자의 구동에 의해, 액실 내에 수용된 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체에 토출 에너지를 부여하고, 상기 액실 내의 토출 매체를 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 헤드를 구비하고, 상기 액체 토출 헤드에 의해, 피기록 매체에 액적을 착탄시켜 기록을 행하는 액체 토출 장치로서, 상기 액체 토출 헤드에서의 상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 구비하고, 직류 형상의 전류 성분에 의해 상기 가열 수단을 발열시켜, 상기 에너지 발생 소자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 출원에서의 다른 발명은, 에너지 발생 소자의 구동에 의해, 액실 내에 수용된 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체에 토출 에너지를 부여하고, 상기 액실 내의 토출 매체를 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 방법으로서, 상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 직류 형상의 전류 성분에 의해 발열시켜, 상기 에너지 발생 소 자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기의 각 발명은, 빙점에 이르지 않는 상온 환경 하에서 한결같이 액체의 토출 매체를 사용하는 경우에, 토출 동작에 관계하지 않은 가열 수단을 발열시켜, 토출의 대기 상태에서, 주위의 온도보다도 높은 적당한 온도로 액실의 온도를 유지함으로써, 주위의 온도에 관계없이, 액실 내에 수용된 토출 매체의 온도를 토출 시에도 대기 시에도 주위의 온도 이상의 일정한 온도로서 토출하도록 한 것이다.

또한, 본 출원에서의 다른 발명은, 액체 토출 헤드의 액실 내에 수용되며, 에너지 발생 소자의 구동에 의해 토출 에너지를 부여함으로써, 노즐로부터 액적으로서 토출되는 액체 토출 헤드의 토출 매체로서, 상온에서 한결같이 액체이며, 적어도 상기 액체 토출 헤드의 주위의 온도 이상으로 항상 유지된 상기 액실의 온도에서 토출에 적당한 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기의 발명에서는, 토출 매체가 상온에서 한결같이 액체이며, 주위의 온도 이상으로 항상 유지된 액실의 온도에서 토출에 적당한 점도를 갖고 있다. 그 때문에, 본 발명의 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 방법에 이용하는 토출 매체로서 이상적인 특성을 나타낸다. 즉, 토출 매체는 반드시 물이 아니라, 유기 용매이거나, 유기 용매 등을 포함한 물이거나 하지만, 그와 같은 각종 액체의 성질 중에서, 가장 온도에 관계하는 점도를 토출에 적당한 것으로 함으로써, 본 발명의 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 방법에 바람직한 토출 매체로 한 것이다.

이와 같이, 본 발명은, 토출 매체를 주위의 온도 이상의 일정한 온도로 하여 토출에 적당한 점도를 갖도록 한 것이지만, 본 발명에서, 토출 매체를 상온에서 액체로 한 것은, 예를 들면, 토출 단계에서 액체화하여 토출시키는 고형의 잉크와의 상위를 명확하게 하기 위해서이다. 즉, 본 발명은, 당초부터 액체의 토출 매체에서의 점도를 적당한 것으로 하는 점에서, 고체의 토출 매체를 액체화하는 것과는 본질적으로 다른 것이다. 또한, 본 발명에서의 상온이란, JIS Z 8703의 시험 장소의 표준 상태에서 규정하는 5℃∼35℃의 범위를 말한다.

본 발명의 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 방법에 따르면, 액실 내에 수용된 액체의 토출 매체가 토출 시에도 대기 시에도 일정한 온도로 유지되기 때문에, 토출 매체의 점도가 토출에 적당한 것으로 된다. 그 때문에, 항상 안정된 토출 특성이 얻어져, 전원 투입 직후라는 토출의 초기나, 간헐적으로 토출시키는 경우에도, 상승 시의 불토출 현상이 발생하지 않는다. 또한, 고속 기록 및 연속 기록이 가능하게 되며, 동작 온도 범위도 넓게 할 수 있다. 또한, 소액적을 효율적으로 토출하는 것이나, 상온에서 점도가 높은 토출 매체를 토출하는 것도 가능하게 된다.

그리고, 본 발명의 액체 토출 헤드의 토출 매체에 따르면, 액체 토출 헤드의 액실의 온도에서 토출에 적당한 점도를 갖기 때문에, 본 발명의 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 및 액체 토출 방법에 이용하는 토출 매체로서 바람직한 특성을 나타내는 것으로 되어, 기록 품질을 대폭 향상시킬 수 있다.

<실시예>

이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명에서의 액체 토출 헤드는, 하기 실시예에서는, 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같이, 잉크제트 프린터의 잉크제트 헤드(11)에 상당하는 것이다. 또한, 하기 실시예에서, 잉크제트 헤드(11)가 토출하는 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체는 잉크이며, 잉크를 수용하는 액실이 잉크 액실(12)이고, 노즐(18)로부터 액적으로서 토출되는 미소량(예를 들면, 수피코리터)의 잉크가 잉크 액적이다.

그리고, 하기 실시예에서는, 에너지 발생 소자로서 발열 저항체(13)를 사용한 서멀 방식의 잉크제트 헤드(11)로 되어 있고, 발열 저항체(13)는, 기판 부재(14)로 되는 반도체 기판(15)의 한쪽의 면에 석출 형성되어 있다. 또한, 하기 실시예에서는, 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같이, 이러한 서멀 방식의 잉크제트 헤드(11)를 피기록 매체인 인화지의 폭 방향으로 다수 배열하여 배치한 라인 헤드(10)로 되어 있으며, 본 발명에서의 액체 토출 장치는, 하기 실시예에서는, 이러한 서멀 방식의 라인 헤드(10)를 구비하는 잉크제트 프린터이다.

도 1은 본 실시예의 잉크제트 헤드(11)를 도시하는 부분 사시도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 잉크제트 헤드(11)는, 기판 부재(14)로 되는 반도체 기판(15)에 배리어층(16)이 적층되며, 이 배리어층(16)에 노즐 시트(17)가 접합됨으로써 구성된다. 또한, 도 1에서는, 설명의 편의상, 노즐 시트(17)를 분해하여 도시하고 있다.

여기서, 반도체 기판(15)은, 실리콘, 글래스, 세라믹스 등으로 이루어지는 것이다. 그리고, 발열 저항체(13)는, 이 반도체 기판(15)의 한쪽의 면(도 1에서는 상면)에, 반도체나 전자 디바이스 제조 기술용의 미세 가공 기술을 이용하여 석출 형성(예를 들면, 발열 저항체(13)로 되는 재료를 플라즈마에 의한 스퍼터링법에 의해 성막)한 것이며, 마찬가지로 하여 반도체 기판(15)에 형성된 도체부(도시 생략)를 통해, 동일하게 내부에 설치된 구동 회로, 제어 로직 회로 등을 지나 외부 회로와 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 배리어층(16)은, 반도체 기판(15)에서의 발열 저항체(13)측에 형성된 것으로, 발열 저항체(13)의 주변부를 제외한 부분에, 감광성 수지로 패터닝 형성되어 있다. 즉, 배리어층(16)은, 예를 들면, 감광성 환화 고무 레지스트나 노광 경화형의 드라이 필름 레지스트로 이루어져 있으며, 반도체 기판(15)의 발열 저항체(13)가 형성된 면의 전체에 적층된 후, 포토리소 프로세스에 의해, 불필요한 부분이 제거됨으로써 형성된다.

또한, 노즐 시트(17)는, 복수의 원형의 노즐(18)이 배열되도록, 예를 들면, 니켈(Ni)에 의한 전기 주조 기술에 의해 형성된 것이다. 그리고, 노즐 시트(17)의 각 노즐(18)의 위치와, 반도체 기판(15) 상의 각 발열 저항체(13)의 위치가 맞도록, 즉, 각 노즐(18)이 각 발열 저항체(13)와 대향하도록 정밀하게 위치 결정이 이루어져, 배리어층(16) 상에 접합된다.

따라서, 각 잉크 액실(12)은, 발열 저항체(13)를 둘러싸도록 하며, 반도체 기판(15)과 배리어층(16)과 노즐 시트(17)로 구성된다. 즉, 반도체 기판(15) 및 발열 저항체(13)는, 잉크 액실(12)의 윗벽을 구성하고, 배리어층(16)은, 잉크 액실(12)의 3개의 측벽을 구성하며, 노즐 시트(17)는, 잉크 액실(12)의 바닥벽을 구성 한다. 또한, 도 1에서는, 각 발열 저항체(13)와 각 노즐(18)과의 위치 관계가 명백하게 되도록, 잉크제트 헤드(11)의 상하 관계가 역전시켜져 있다.

또한, 각 잉크 액실(12)은, 도 1에서, 우측 아래 방향으로 개구 영역을 갖고 있으며, 이 개구 영역이 공통의 잉크 유로에 연통한다. 그 때문에, 잉크 탱크(도시 생략) 내의 잉크는, 공통의 잉크 유로를 통과하여, 각각의 개구 영역으로부터 각 잉크 액실(12) 내에 공급되게 된다.

그리고, 이러한 잉크제트 헤드(11)는, 통상 100개 단위로 되는 잉크 액실(12)과, 각 잉크 액실(12) 내에 각각 배치된 발열 저항체(13)와, 각 발열 저항체(13)와 각각 대향하는 노즐(18)을 구비하고 있으며, 잉크제트 프린터의 제어부로부터의 명령에 의해 이들 발열 저항체(13)가 선택적으로 구동된다. 그렇게 하면, 잉크 액실(12) 내에 수용된 잉크에 토출 에너지가 부여되어, 노즐(18)로부터 잉크 액적으로서 토출되게 된다. 또한, 본 실시예에서는, 이러한 잉크제트 헤드(11)를 피기록 매체인 인화지의 폭 방향으로 다수 배열함으로써, 라인 헤드(10)를 형성하고 있다.

도 2는 본 실시예의 라인 헤드(10)를 도시하는 평면도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 라인 헤드(10)에서는, 4개의 잉크제트 헤드(11)(「N-1」, 「N」, 「N+1」, 「N+2」)가 병설되어 있다. 여기서, 도 2에 도시하는 라인 헤드(10)는, 도 1에서의 잉크제트 헤드(11)로부터 노즐 시트(17)를 제외한 부분을 복수 병설하고, 복수의 노즐(18)이 형성된 1매의 노즐 시트(17)를 접합함으로써 구성되어 있다.

그리고, 이 라인 헤드(10)는, 인접하는 잉크제트 헤드(11)의 각 단부에 있는 노즐(18)도 포함하며, 각 노즐(18)이 동일 피치로 배열되어 있다. 즉, A부 상세로서 도시하는 바와 같이, N번째의 잉크제트 헤드(11)의 우단부에 있는 노즐(18)과, N+1번째의 잉크제트 헤드(11)의 좌단부에 있는 노즐(18)과의 간격이 각각의 잉크제트 헤드(11)에서의 각 노즐(18)의 간격과 동일하게 되도록, 각 잉크제트 헤드(11)가 배치된다.

또한, 이러한 라인 헤드(10)를 필요 수만큼 노즐(18)의 배열 방향과 직교하는 방향으로 배열하여 헤드 열을 구성하고, 헤드 열마다 서로 다른 색의 잉크를 공급함으로써 컬러 인화에 대응시킬 수도 있다. 예를 들면, 헤드 열을, Y(옐로우), M(마젠타), C(시안), K(블랙)의 4열 구성으로 하면, 컬러 대응의 잉크제트 프린터로 할 수 있다.

그리고, 각 헤드 열에 각각 결합된 4색의 잉크 탱크(도시 생략)로부터 각 색의 잉크를 공급함으로써, 도 1에 도시하는 잉크 액실(12)에 잉크를 수용하고, 그 후, 인화 데이터에 기초하여, 발열 저항체(13)에 단시간(예를 들면, 1∼3μsec)만 펄스 전류를 흘리면, 그 발열 저항체(13)가 급속하게 가열되어, 발열 저항체(13)와 접하는 부분의 잉크에 막 비등에 의한 기포를 발생시킬 수 있다. 그렇게 하면, 그 기포의 팽창에 의해 소정 체적의 잉크가 밀어 내어지게 되며, 밀어 내어진 잉크와 동등한 체적의 잉크가 노즐(18)로부터 잉크 액적으로서 토출되어, 인화지 상에 착탄되어 컬러로의 기록이 행해진다.

이와 같이, 본 실시예의 라인 헤드(10)에 따르면, 인화지에 컬러로 기록할 수 있지만, 각 색의 사용량의 상위에 의해 발열 저항체(13)의 가열 빈도에 차가 발생하기 때문에, 헤드 열마다 온도차가 발생한다. 또한, 라인 헤드(10)를 구성하는 각 잉크제트 헤드(11) 사이에서도 온도차가 발생하고, 잉크제트 헤드(11)의 각 잉크 액실(12) 사이에서도 온도차가 발생한다. 또한, 기록 개시 당초와 기록 동작 중과의 사이에도 온도차가 발생하게 된다. 그 때문에, 온도차에 의해 잉크의 점도가 상위하게 되어, 점도가 큰 잉크의 토출 불량이 문제로 된다.

따라서, 잉크제트 프린터에서는, 소정의 기록 품질을 확보하기 위해, 잉크제트 헤드의 동작 온도를 일정한 범위 내로 하여, 잉크의 토출 불량이 발생하지 않도록 하여 동작시켜야만 하는데, 토출 불량을 방지하기 위한 동작 온도의 설정 방법으로서는, 다음과 같은 3개의 접근 방식이 있다.

도 3, 도 4, 도 5는, 잉크의 점도와 동작 온도 범위와의 관계를 도시하는 그래프로서, 도 3은 동작 온도의 설정 방법에서의 제1 접근 방식을 도시하고, 도 4는 그 제2 접근 방식을 도시하며, 도 5는 그 제3 접근 방식을 도시하고 있다. 또한, 도 3에 도시하는 제1 접근 방식은, 종래 기술에 기초하는 것이고, 도 4에 도시하는 제2 접근 방식은, 도 3에 도시하는 종래 기술로부터 생각되는 개선책이며, 도 5에 도시하는 제3 접근 방식은 본 실시예의 것이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 물을 주성분으로 하는 잉크의 점도는, 10℃과 35℃에서는 2배 가까이 변화된다. 따라서, 종래 기술인 제1 접근 방식은, 처음에, 기대되는 동작 온도 범위의 거의 중간의 온도 부근에서의 잉크의 점도를 고려하여 동작의 최적화를 행하고, 다음으로, 그 온도의 양측에서 허용할 수 있는 어긋남을 균등하게 배분한다. 즉, 예비 가열을 행하지 않는 종래의 잉크제트 프린터에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 25℃에서 동작의 최적화를 행하고, 그 양측에서의 허용 범위를 ±10℃로 함으로써, 15℃∼35℃의 비교적 좁은 범위를 동작 온도 범위로 하고 있다.

이러한 제1 접근 방식에 의한 종래의 잉크제트 프린터는, 극히 일반적인 것이지만, 동작 온도의 범위 내에서 변화가 심한 파라미터가 1개라도 있으면, 소정의 효과를 발휘할 수 없다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 서멀 방식의 잉크제트 프린터는, 기록 개시 당초와 기록 동작 중과의 온도차가 크기 때문에, 동작 온도 범위의 하한(15℃)부터 상한(35℃)까지 잉크의 온도가 변화되는 경우도 많고, 그 결과, 도 3에 도시하는 바와 같이, 잉크 점도의 변동 범위가 매우 커지게 되어, 안정된 기록 품질이 얻어지지 않게 된다.

다음으로, 도 4에 도시하는 제2 접근 방식은, 처음부터 특정 온도에서 동작시킨다고 하는 동작의 중심점(동작점)을 정하고, 액체인 잉크의 온도가 낮은 경우에는 가열 조작을 행하며, 온도가 높은 경우에는 냉각 조작을 행함으로써, 항상 이 동작점에서만 기기를 동작시키도록 하는 것이다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 25℃를 동작점으로 하면, 빙점을 초과하는 온도부터 25℃까지는 가열 조작을 행하고, 비점 미만의 온도로부터 25℃까지는 냉각 조작을 행함으로써, 잉크 점도를 일정하게 유지하고 있다. 그 때문에, 제2 접근 방식에 따르면, 잉크 점도의 변동이라는 기록 품질에 크게 관계되는 파라미터의 영향을 배제할 수 있다. 또한, 동작 온도 범위를, 빙점을 초과하는 온도로부터 비점 미만의 온도까지 확대할 수 있다.

그러나, 이러한 제2 접근 방식은, 동작 온도의 변동분을 흡수시키기 위해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 동작점을 중심으로 하여, 가열 조작과 냉각 조작이 필요로 된다. 여기서, 가열 조작은 일반적으로 용이하지만, 냉각 조작은 수단이 한정되며, 시간도 걸린다. 또한, 가열 조작(가열 수단)과 냉각 조작(냉각 수단)을 병용하는 것은 경제적으로도 문제가 있다.

따라서, 본 실시예의 잉크제트 프린터에서는, 도 5에 도시하는 제3 접근 방식에 기초하여 동작 온도 범위를 설정한다. 즉, 제3 접근 방식은, 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 높은 곳에 동작점을 설정하고, 동작 중의 어떠한 경우에도 가열 조작만 필요하도록 함으로써, 동작 온도 범위를, 빙점을 초과하는 온도로부터 비점 미만의 온도까지 확대하면서, 상기한 제2 접근 방식을 개선하고자 하는 것이다.

그 때문에, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)에는, 도 1에 도시하는 발열 저항체(13)와는 별도로 가열 소자(본 발명에서의 가열 수단에 상당하는 것)가 설치되고, 직류 형상의 전류 성분에 의해 가열 소자를 발열시킴으로써, 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 항상 높은 온도에서 동작한다. 즉, 토출 동작에 관계하지 않는 가열 소자를 별도로 배치하고, 가열 소자의 발열에 의해, 토출의 대기 상태에서는, 주위의 온도보다도 높은 적당한 온도(이하, 「바이어스 온도」라고 함)로 동작점을 설정하고, 가열 조작만으로 잉크 액실(12)(도 1 참조)을 바이어스 온도로 유지함으로써, 잉크가 항상 동작점에서 토출되도록 하여, 잉크의 점도를 일정하게 유지하고 있다.

또한, 바이어스 온도에서 최적의 점도를 갖는 잉크를 사용함으로써, 동작 온도 범위를 빙점을 초과하는 온도로부터 바이어스 온도(비점 미만의 온도)까지 확대할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 넓은 동작 온도 범위(확대 동작 온도 범위)로 하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 가열 소자는 적어도 잉크 액실(12)을 바이어스 온도로 유지하지만, 이것은, 가열 소자가 잉크제트 헤드(11)(도 1 참조)의 내부에 매립되어 있기 때문이다. 즉, 잉크는 잉크 액실(12)과 항상 접하고 있기 때문에, 잉크 액실(12)이 바이어스 온도이면, 잉크 액실(12)에 수용된 잉크도 자동적으로 따뜻해져, 바이어스 온도로 유지되게 된다.

또한, 가열 소자는, 직류 형상의 전류 성분에 의해, 잉크 액실(12)이 바이어스 온도로 될 때까지 발열(이하, 「바이어스 가열」이라고 함)한다. 즉, 상기한 특허 문헌1에 기재된 종래의 잉크제트 프린터의 경우에는, 잉크를 토출시키기 위한 발열 저항체를 겸용하여 예비 가열을 행하기 때문에, 펄스 전류에 의해 발열시키고 있다. 이에 대하여, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)의 경우에는, 연속한 전류(직류)에 의한 바이어스 가열로 되어 있다. 또한, 직류 형상의 전류 성분이란, 변동 성분이 있는 직류를 포함하는 것을 의미한다.

이러한 직류를 이용한 발열은, 토출 동작에 관계하지 않는 가열 소자를 새롭게 배치함으로써 비로소 가능하게 된 것으로, 연속하여 발열시킬 수 있기 때문에, 가열 소자를 잉크에 직접적으로 접촉시킬 필요가 없어, 캐비테이션에 의한 파괴나 열화 등의 문제도 없어진다. 또한, 아날로그 동작의 발열 회로로 되기 때문에, 전원 전압에 의존하지 않고 임의의 발열량을 설정할 수 있어, 가열 소자에 공급하는 전원을 토출용의 발열 저항체와 동일한 고정 전압으로 한 경우에도, 발열의 자유도를 상실하지 않아 선형의 온도 제어 시스템을 구축할 수 있다.

그 때문에, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)에서는, 가열 소자를 잉크제트 헤드(11)의 내부에 매립하여, 잉크 액실(12)을 바이어스 온도로 유지함으로써 잉크가 바이어스 온도로 되도록 하고 있다. 또한, 가열 소자는, 저항에 한하지 않고 제어용의 트랜지스터 등을 사용할 수도 있으며, 전류를 흘림으로써 발열하는 것이면 무엇이라도 가열 소자의 역할을 하기 때문에, 잉크제트 헤드(11) 내의 각 트랜지스터 등이 각각 분산된 가열 소자로 되며, 그 발열의 총합이 유효하게 활용되기 때문에, 발열 효율이 매우 양호한 것으로 된다.

이와 같이, 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열은, 종래 기술의 잉크제트 프린터의 예비 가열과 본질적으로 상위하는 것이며, 그 상위점을 정리하면, 이하와 같다.

(1) 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열은, 토출 에너지의 부여와는 다른 가열 소자에 의해 행해진다.

즉, 종래 기술의 잉크제트 프린터에서의 예비 가열은, 토출 에너지를 부여하기 위한 발열 저항체를 겸용함으로써 행해지고 있어, 발열 저항체의 빈 시간의 이용으로 되기 때문에, 그 사용에는 많은 제약이 있다. 예를 들면, 발열 저항체는, 발열 시에 가능한 한 많은 토출 에너지가 발열 저항체의 표면에 접하는 부분의 잉크의 막 비등으로 향해지도록, 발열 저항체의 이면측(기판 부재측)에 통상의 실리콘 산화물(SiO₂)에 비해 열전도율이 나쁜 질화실리콘(SiN) 등을 사용하고, 잉크 이외에는 조금이라도 열이 전달되기 어렵게 되도록 하고 있다. 그 때문에, 잉크의 막 비등에는 문제가 없지만, 잉크 액실의 온도를 올리기에는 효율이 나빠지다.

또한, 본래적으로는 순식간에 임계 온도까지 가열할 수 있는 능력을 갖는 발열 저항체를 사용하여, 임계 온도의 수분의 1로부터 1자릿수 정도 낮은 온도의 가열을 행하기 위해서는, 실용적인 회로 설계의 제약도 있어, 동일한 전원으로부터 전류의 공급을 받는 발열 저항체에서, 통전 시간에 의해 잉크의 토출인지 단순한 가열인지를 구별할 수밖에 없다. 즉, 펄스 폭의 변조로만 제어할 수 있어, 전압을 변화시키는 수단을 사용할 수 없다. 그 때문에, 정밀한 예비 가열을 행하기 위해서는, 토출을 위해 필요한 클럭 주파수의 2배, 혹은 그 이상의 높은 주파수를 이용하여 제어할 필요가 있으며, 그와 같은 제어 방법을 독립된 다수의 잉크제트 헤드를 이용한 라인 헤드에 적용하는 것은, 시스템적으로도 무리가 있어, 사용 편리성에서 제약이 있는 것으로 되게 된다.

이러한 종래 기술의 예비 가열에 대하여, 본 실시예의 바이어스 가열은, 가열 소자가 도 1에 도시하는 발열 저항체(13)로부터 독립되어 있기 때문에, 잉크에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 잉크 액실(12)을 가열할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 기판 부재(14)측에도 통상의 실리콘 산화물(SiO₂)을 사용한다고 하 는 바와 같이, 가열 소자의 구조의 선택이 자유롭게 되어, 잉크 액실(12)의 전체 및 잉크 액실(12)에 접하는 잉크를 매우 효율적으로 바이어스 온도로 유지할 수 있다. 또한, 본의 아닌 잉크의 토출을 확실하게 회피할 수 있기 때문에, 고속의 바이어스 가열을 행할 수 있다.

(2) 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열은, 직류 형상의 전류 성분에 의해 행해진다.

즉, 종래 기술의 잉크제트 프린터에서의 예비 가열은, 펄스 전류에 의해서만 행해지고 있었지만, 본 실시예의 바이어스 가열은, 직류 형상의 전류 성분에 의해 선형의 온도 제어 시스템을 구축할 수 있어, 잉크 액실(12)을 매우 효율적이며, 고속으로 바이어스 가열할 수 있다.

(3) 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열은, 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 높은 바이어스 온도로 가열한다.

즉, 종래 기술의 잉크제트 프린터에서의 예비 가열에서는, 동작 온도 범위의 거의 중간을 동작점으로 하고, 동작점 이하의 온도에서 가열 조작을 행하며, 동작점 이상의 온도에서는 예비 가열을 하지 않는다. 이것은, 잉크의 토출을 위해 발열 저항체를 발열시키면, 그 열의 상당한 부분이 주위에도 전달되어, 토출 동작 중에는 토출 목적 이외에 항상 여열에 의해 잉크가 따뜻하게 되는 결과로 되어, 잉크의 온도가 상승하기 때문이다.

그리고, 잉크의 점도가 필요 이상으로 낮아져, 상정하고 있는 것보다도 토출량이 너무 증가하지 않도록, 장시간에 걸쳐 동작 온도 범위의 상한을 초과하는 온 도로 되지 않도록 하고 있다. 특히, 단위 시간당의 토출 횟수가 증가하면 발열량이 증대되게 되기 때문에, 일반적으로는, 감열 소자 등의 온도 측정 수단으로부터 정보를 수취하여, 온도가 일정 이상으로 상승하지 않도록 기록 속도를 지연시키거나 함으로써, 동작 온도 범위로부터 벗어나지 않도록 하고 있다.

이러한 종래 기술의 예비 가열에 대하여, 본 실시예의 바이어스 가열은, 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 높은 바이어스 온도로 가열하기 때문에, 이미 주위의 온도가 동작 온도 범위의 상한의 온도에 달하고 있어도, 온도 측정 수단이 바이어스 온도보다 낮은 온도를 검출하고 있으면, 계속해서 가열이 행해진다. 그 때문에, 동작 중의 어떠한 경우라도, 항상 가열 조작만 필요로 된다.

(4) 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열은, 바이어스 온도로 될 때까지 가열한다.

즉, 도 1에 도시하는 서멀 방식의 잉크제트 헤드(11)에서는, 주위의 온도에 기초하는 잉크의 온도 변화에 대하여, 발열 저항체(13)의 발열분의 온도 상승이 가해지기 때문에, 일반적으로 피에조 방식보다도 넓은 동작 온도 범위에 대응할 필요가 있다. 그리고, 상기한 바와 같이, 종래 기술의 예비 가열에서는 저온측의 대책을 행하며, 1번 토출이 개시되어, 여열에 의해 잉크가 따뜻해져 동작점의 온도로 되면, 잉크의 점도가 실용상 문제가 없는 범위까지 내려가기 때문에 예비 가열을 정지한다.

그러나, 주위의 온도가 낮으면, 종래 기술의 예비 가열에서는, 그다지 사용되지 않는 발열 저항체를 구비하는 잉크제트 헤드의 잉크의 온도가 동작점까지 오 르지 않아, 문제가 남는다. 이러한 문제는, 특히, 다수의 잉크제트 헤드를 연결한 라인 헤드에서 현저해진다.

이에 대하여 본 실시예의 바이어스 가열에 따르면, 토출에 관계하지 않는 전용의 가열 수단에 의해 급속하게 잉크 액실(12)(도 1 참조)을 가열하고, 잉크 액실(12)에 수용된 잉크가 바이어스 온도로 될 때까지 계속해서 가열을 행하여, 바이어스 온도를 초과하고 나서야 비로소 가열을 정지하기 때문에, 발열 저항체(13)(도 1 참조)의 구동의 유무에 상관없이, 잉크 액실(12)의 온도가 항상 바이어스 온도에서 유지된다. 그 때문에, 도 2에 도시하는 라인 헤드(10)와 같이, 다수의 잉크제트 헤드(11)를 연결한 것이어도, 항상 최적의 동작이 확보된다.

그런데, 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열의 경우, 별도로, 가열 수단이 필요로 되기 때문에, 에너지 효율이 나빠지는 것처럼도 생각된다. 그러나, 본 실시예의 바이어스 가열에 의해 종래 기술의 예비 가열보다도 여분의 에너지가 필요로 되지 않는다.

이 점에 대하여 상술하면, 종래 기술의 예비 가열에서는, 상기한 바와 같이, 동작 온도 범위의 거의 중간을 동작점으로 하고, 동작점 이하의 비교적 저온에서 동작시킬 때에는 예비 가열을 행하여 잉크를 따뜻하게 하며, 그 후에는 예비 가열을 정지하고, 토출을 위한 열을 이용하여 토출 동작을 계속하며, 토출이 연속되어 온도가 너무 오른 경우에는, 기록 속도를 느리게 하여 동작 온도 범위를 벗어나지 않도록 하고 있다.

한편, 본 실시예의 바이어스 가열에 따르면, 상기한 바와 같이, 가열 소자에 의해 종래 설정되어 있었던 동작 온도 범위보다도 높은 바이어스 온도로 잉크를 가열하고, 필요에 따른 약간의 전력(에너지)으로 바이어스 온도를 유지하며, 이 바이어스 온도로부터 토출에 필요한 임계 온도(막 비등을 위한 330℃∼350℃)까지 상승시키기 위해, 발열 저항체(13)(도 1 참조)에 적당한 전력(에너지)을 부여한다.

그 때문에, 가열 소자는, 잉크 액실(12)(도 1 참조)에 수용된 잉크에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게, 잉크 액실(12)을 가열하는 것이며, 발열 저항체(13)의 구동의 유무에 상관없이, 잉크 액실(12)을 바이어스 온도로 항상 유지한다. 그리고, 발열 저항체(13)는, 한결같이 토출을 위한 최적 조건에서 동작시키고 있다.

여기서, 토출 동작을 일으키는 막 비등에 필요한 발열 저항체(13)의 표면 온도(임계 온도)를 (Tmax), 바이어스 온도를 (Tb), 토출 동작 시의 잉크의 온도를 (Tr)로 하면,

토출에 필요한 에너지=K·(Tmax-Tr)

로 된다(단, K는 상수).

그리고,

로 변형하면, 수학식 1의 제1항은, 토출 동작에 필요한 에너지를 나타내며, 제2항은, 주위의 온도를 바이어스 온도로 하기 위한 에너지를 나타낸다. 따라서, 본 실 시예의 바이어스 가열에 의해 필요로 되는 에너지는, 전체적으로 종래 기술의 예비 가열과 동일하게 되는 것이다.

즉, 종래 기술의 예비 가열에서는, 수학식 1의 제2항을 제공하기 위해 매회의 토출 시에 여분의 에너지를 부가하고 있었던 데 대하여, 본 실시예의 바이어스 가열에서는, 이 만큼을 토출 동작과는 분리하여 다른 가열 수단에 의해 부가하고 있는 것으로 된다.

도 6은 본 실시예의 잉크제트 프린터에서의 바이어스 가열과, 종래 기술의 잉크제트 프린터에서의 예비 가열을 비교하여 도시하는 개념도이다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 종래 기술의 예비 가열에서는, 동작 온도 범위의 하한으로부터 임계 온도까지를 토출용의 발열 저항체만으로 가열하고 있는 데 대하여, 본 실시예의 바이어스 가열에서는, 동작 온도 범위의 하한으로부터 바이어스 온도까지를 토출용의 발열 저항체와는 다른 가열 소자를 이용하여 가열(바이어스 가열)하고, 바이어스 온도로부터 임계 온도까지를 토출용의 발열 저항체로 가열하고 있다.

그 때문에, 대기 시에서는, 가열 소자에 의해 바이어스 온도가 유지되며, 토출 시에는, 발열 저항체에 의한 가열을 감안하여 발열 저항체의 발열량을 제어함으로써, 토출 시에도 대기 시에도, 잉크 액실 및 토출되는 잉크의 온도가 바이어스 온도로 유지된다. 따라서, 본 실시예의 바이어스 가열은, 에너지 효율의 점에서, 종래 기술의 예비 가열과는 전혀 변화가 없다.

그리고, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)는, 잉크 액실(12)(도 1 참조)의 온도를 검지하는 감열 소자(본 발명에서의 온도 검지 수단에 상당하는 것)와, 이 감열 소자에 의해 측정된 잉크 액실(12)의 온도에 기초하여 가열 소자의 발열량을 제어하는 제어 회로(본 발명에서의 가열 제어 수단에 상당하는 것)를 구비하고 있다. 그 때문에, 잉크 액실(12)의 온도는, 항상 바이어스 온도에서 정확하게 유지되게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)에서는, 가열 소자, 감열 소자, 및 제어 회로에 의해 잉크 액실(12)을 바이어스 온도로 유지함으로써, 주위의 온도에 관계없이 잉크 액실(12) 내에 수용된 잉크를 바이어스 온도로 하고 있다. 따라서, 일정한 점도의 잉크를 토출시키는 것이 가능하게 되어, 높은 토출 안정성을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)는, 잉크 액실(12)의 유지 온도를 설정하는 온도 설정 수단을 구비하고 있다. 즉, 다양한 종류의 잉크의 토출을 고려하면, 바이어스 온도는 반드시 고정된 온도로 되지 않기 때문에, 적당한 수단(본 실시예에서는 기준 전압의 설정)에 의해 잉크 액실(12)의 유지 온도를 외부로부터 설정함으로써, 동작 상태(예를 들면, 발열 동작이나 바이어스 온도의 설정값 등)를 변화시킬 수 있도록 하고 있다.

이와 같이, 동작 상태를 적당하게 변화시키도록 하면, 다종의 목적을 위해 공통의 하드웨어로서 설계된 잉크제트 프린터의 설정을, 간단한 조작으로 변경하여, 목적별로 맞출 수 있다. 그 때문에, 사용 편리성이 향상됨과 함께, 실질적인 코스트 다운 효과도 기대할 수 있다. 또한, 구체적인 설정 방법은, 기판 부재 (14)(도 1 참조) 상의 단자를 이용하여 직접 변경하는 방법이나, 시리얼 통신의 내부에 제어 신호를 시분할 다중으로 보내는 방법 등이 생각된다.

또한, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)는, 감열 소자에 의해 검지된 잉크 액실(12)의 온도 상태를 표시하는 온도 표시 수단을 구비하고 있다. 즉, 잉크제트 프린터가 순조롭게 동작하고 있어도, 때로는 어떤 상태에서 동작하고 있는지를 확인하고자 하는 경우가 있다. 또한, 어떠한 이상의 징후가 보였을 때에, 재빨리 잉크제트 프린터의 상황을 확인하고자 하는 경우도 있다. 그리고, 잉크 액실(12)의 온도 상태는, 이러한 요구의 범주에 들어가는 것으로, 온도 표시 수단에 의해 알 수 있도록 되어 있다.

이 온도 표시 수단으로서는, 예를 들면, 잉크 액실(12)의 온도를 검지하는 감열 소자의 발생 전압을, 적당한 수단을 이용하여 외부에 신호로서 취출시키도록 하면 된다. 그리고, 그 신호를 이용하여, 잉크 액실(12)의 온도 상태를 외부로부터 감시함으로써, 사용자는, 잉크제트 프린터의 동작 상태나, 어떠한 이상을 간단하게 확인할 수 있다. 또한, 이러한 직접적인 방법이 아니라, 시리얼 통신에 의해 잉크 액실(12)의 온도를 송신한다고 하는 간접적인 방법이어도 된다. 또한, 온도 표시 수단은, 반드시, 온도를 직접 표시하는 것에 한하지 않고, 온도의 고저나, 온도의 이상의 유무를 표시하는 것이어도 된다.

도 7은 본 실시예의 잉크제트 헤드의 구성을 도시하는 개념도이다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 잉크제트 헤드에는, 토출용의 발열 저항체와는 별도로, 가열 소자가 구비되어 있다. 또한, 토출용의 발열 저항체에 의한 발열량 을 고려하여 가열 소자를 구동하는 제어 회로가 설치되어 있다. 그리고, 이 제어 회로에는 감열 소자가 설치되어 있다. 이와 같이, 본 실시예의 잉크제트 헤드에서는, 바이어스 온도를 설정하기 위한 기준 전압의 설정(직류 전압을 다소 가변하는 정도) 이외에는 모두, 잉크제트 헤드의 내부에서 독립하여 제어되는 구조로 되어 있다.

또한, 가열 소자의 구동은, 잉크 액실의 온도를 검지하는 감열 소자의 지시 전압과, 기준 전압과의 비교에 기초하여 행해진다. 이것은, 전원 전압의 변동의 영향을 가능한 한 배제하고, 온도만의 변동분을 나타내도록 배려하였기 때문이며, 다른 방법으로 전원 전압의 변동의 영향을 제거할 수 있다면, 내부에 기준 전압을 갖게 하지 않고, 외부로부터 직접 기준 전압을 부여할 수도 있다.

이와 같이, 본 실시예의 잉크제트 헤드는, 감열 소자에 의해 잉크 액실의 온도가 검지된다. 이 온도는, 상기한 온도 표시 수단에 의해 외부로부터 관찰할 수 있도록 되어 있다. 또한, 감열 소자에 의한 지시 전압과 설정된 기준 전압과의 차분이 플러스인 경우에만 그 차분이 증폭되어, 가열 소자를 발열시켜 잉크 액실을 바이어스 온도로 유지한다.

도 8은 본 실시예의 잉크제트 헤드에 사용되어 있는 발열 저항체 및 가열 소자와, 종래 기술의 잉크제트 헤드에 사용되어 있는 발열 저항체와의 비교를 도시하는 표이다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 토출용의 발열 저항체와, 바이어스 가열용의 가열 소자가 따로따로 구비되어 있지만, 종래 기술에서는, 발열 저항체가 토출용과 예비 가열용의 겸용으로 되어 있다.

그리고, 발열 저항체는 저항이지만, 가열 소자는 NMOS 트랜지스터로서, 발열 저항체와 같은 펄스 전류가 아니라, 4㎃ 미만의 직류 전류로 구동된다. 또한, 가열 소자의 최고 발열 능력은 3W(또는 1.5W)로 되어 있어, 잉크 액실의 바이어스 온도를 25℃∼70℃의 범위에서 설정할 수 있다. 또한, 최고 발열 능력을 3W로 한 것은, 종래의 동작 온도 범위의 상한인 35℃의 2배의 온도(70℃)를 바이어스 온도로서 설정한 경우에, 콜드 스타트이어도 종래의 예비 가열보다도 단시간에 동작 상태로 할 수 있는 성능으로서, 필요 충분하다고 생각되기 때문이다.

그런데, 본 실시예의 잉크제트 프린터(잉크제트 헤드)에 의해 잉크가 바이어스 온도로 유지되는 것으로 해도, 그것으로부터 바로 안정된 잉크의 토출이 얻어진다고는 할 수 없다. 즉, 잉크제트 프린터는, 잉크의 특성을 맞춰야만 비로소 전체적으로 완성된 것으로 된다. 그리고, 잉크는, 유기 용제이거나, 유기 용제 등을 포함한 물이거나 한다. 그 때문에, 잉크는, 바이어스 온도 부근에서 토출 동작에 최적의 점도를 갖는 것이 적당하며, 반대로, 잉크가 최적의 점도를 갖도록, 바이어스 온도를 설정하는 것이 바람직하다.

여기서, 잉크는, 잉크 자체에서 바람직한 점도를 갖는다고는 할 수 없다. 즉, 설정한 바이어스 온도에서 최적의 점도를 갖는 잉크를 선택하는 것이 바람직하지만, 이에 한하지 않고, 바이어스 온도에서 최적의 점도로 되도록, 점도 조정제를 배합해도 된다. 점도 조정제를 배합하도록 하면, 간단하게 최적의 점도로 조정할 수 있어, 잉크의 선택지를 늘릴 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 잉크제트 프린터는, 발열 저항체와는 다른 가열 소자에 의해, 주위의 온도에 관계없이 잉크를 바이어스 온도로 유지한다. 그 결과, 잉크를 일정한 점도로 토출시킬 수 있어, 높은 토출 안정성을 얻을 수 있다. 또한, 바이어스 온도에서 최적의 점도를 갖는 잉크를 사용함으로써, 동작 온도 범위를 넓게 할 수 있다. 또한, 잉크제트 프린터로서의 기기 성능이나 사용 편리성이 향상되고, 장기 수명화나, 제조 또는 사용 단계에서의 코스트의 삭감을 도모할 수 있다. 그리고, 그 효과를 정리하면, 이하와 같다.

(1) 바이어스 가열에 의해 토출 특성이 안정되어, 잉크제트 프린터로서의 기기 성능이 향상된다.

즉, 바이어스 가열에 의해, 토출 개시 전에도 후에도, 거의 동일한 온도의 잉크가 사용되게 된다. 그 결과, 잉크의 점도가 일정하게 유지되어, 토출 개시 당초나, 기록 동작이 연속하지 않고 일정 시간 토출하지 않는다고 하는 간헐적인 토출 상태가 계속되어도, 기동 시의 불토출 현상이 발생하지 않고, 확실하게 일정량의 잉크 액적을 토출시킬 수 있다.

또한, 잉크의 점도가 일정하게 최적의 상태로 유지되기 때문에, 잉크제트 헤드의 온도 특성이 안정된다. 그 결과, 토출된 잉크 액적이 인화지 상에 형성하는 도트의 형상이나 배열이 정확한 것으로 되어, 농도 불균일이나 줄 형상의 얼룩 등이 없는 기록 결과를 얻을 수 있다. 또한, 잉크제트 헤드의 동작 온도의 변화에 의한 기록 화상의 전체적인 농담의 변화 등도 완전하게 해소할 수 있다.

또한, 종래의 동작 온도 범위보다도 높은 바이어스 온도에서, 미리 낮게 설 정한 잉크의 점도를 최적화하는 것은 용이하다. 그리고, 잉크의 점도가 낮으면, 원리적으로 작은 잉크 액적이 만들어지기 쉬워진다. 그 때문에, 소액적을 효율적으로 토출할 수 있으며, 특히, 사진 등의 고화질용의 잉크제트 프린터로서 최적의 것으로 할 수 있다.

또한, 잉크의 공급 속도를 올릴 수 있기 때문에, 고속 동작이 가능하게 된다. 즉, 잉크를 연속하여 토출하기 위해서는, 토출마다 외부로 소실된 양과 동일한 잉크를 계속해서 공급해야 한다. 그를 위해서는, 잉크 액실의 근방뿐만 아니라, 잉크 유로에 있는 잉크도 용이하게 이동할 수 있는 상태로 되어 있어야만 한다. 이 경우, 잉크를 빠르게 움직이기 위해서는, 원리적으로, 잉크의 이동 방향을 향하여 높은 압력을 작용시키거나, 잉크가 이동하는 잉크 유로의 단면적을 넓게 하거나, 잉크의 점도를 내려 움직이기 쉽게 하는 것이 생각된다.

여기서, 잉크 탱크로부터의 공급로나, 잉크제트 헤드 내의 잉크 유로 등은, 비교적 유로의 단면적을 넓게 취할 수 있기 때문에, 동작 온도 범위 내에서 다소 온도가 낮아도 이동 속도에 영향을 미치지는 않는다. 그러나, 노즐 아래에 있는 잉크 유로 등에서는, 다양한 제약으로부터, 유로의 폭이나 높이가 최고로 10수㎛로 매우 미소한 것으로 된다. 이와 같은 상황 하에서, 잉크의 점도가 일정하고 낮은 값으로 유지된다고 하는 것은, 고속의 잉크의 공급이 가능하게 된다는 것이며, 그 결과, 전체적인 기록 속도를 빠르게 할 수 있게 된다.

그리고 특히, 서멀 방식의 라인 헤드에 최적의 것으로 된다. 즉, 서멀 방식에서는, 잉크제트 헤드가 커지게 되면, 하나의 잉크제트 헤드 내에서조차, 연속하 여 토출이 행해지는 부분과, 거의 토출이 행해지지 않는 부분과의 사이에서 온도차가 커지게 되어, 토출 특성이 크게 변화된다. 그 때문에, 열전도적으로 분리된 많은 헤드를, 연결하여 구성하는 타일링 방식의 라인 헤드에서는, 지지 부재에 열전도율이 높은 것을 사용하였다고 해도, 각 헤드의 온도를 한결같이 하는 것은 곤란하다.

그러나, 본 실시예의 라인 헤드에서는, 적어도 대기 중인 헤드 사이의 온도차는, 바이어스 온도의 설정 정밀도에 의해 결정되기 때문에, 매우 작은 편차로 유지할 수 있다. 그 때문에, 타일링 방식에 의한 서멀 방식의 라인 헤드에 있어서 이상적인 상태를 유지할 수 있다.

또한, 라인 헤드에서는, 시리얼 헤드와 같이, 헤드가 동일한 장소를 반복 왕복하여 기록을 행하여, 헤드의 작은 결함을 보충하는 겹쳐 쓰기에 상당하는 것이 없다. 그것을 보충하기 위해, 토출 편향이 가능한 헤드를 이용하여 보정하는 수단이 있는데, 본 실시예의 라인 헤드에 따르면, 이러한 토출 편향 수단에 의한 보정 효과가 증대되어, 보다 유효한 것으로 된다.

(2) 잉크제트 프린터의 사용 편리성이 향상된다.

즉, 동일한 기록 결과를 많이 출력하고자 하는 경우나, 매수적으로 연속하는 큰 문서를 단시간에 출력하고자 하는 경우에, 연속하여 기록시키는 것이 가능하면 사용 편리성이 양호하다고 할 수 있다. 여기서, 본 실시예의 잉크제트 프린터의 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 대기 중에는, 바이어스 온도로 유지하기 위한 바이어스 가열을 하지만, 각 노즐로부터의 잉크 액적의 토출 그 자체에는, 종래 기술 의 경우보다도 적은 에너지만 사용하고 있다. 그리고, 동작 중에는, 잉크 액실의 온도를 측정하여 바이어스 가열이 필요한지의 여부를 판단하고 있기 때문에, 종래 기술보다도 동작 온도 범위를 넓게 취할 수 있다. 그 결과, 기록 속도를 올리면서 연속 기록하는 것이 가능하게 되어, 특히, 라인 헤드에서 유효한 것으로 된다.

또한, 본 실시예의 잉크제트 프린터는, 동작 온도 범위 내에는 물론, 종래의 동작 온도 범위의 하한보다도 낮은 온도에서도, 잉크 탱크로부터의 잉크의 공급에 지장이 없으며, 가열 소자의 능력이 충분히 확보되어 있으면, 저온(예를 들면, 5℃∼15℃)으로부터의 바이어스 가열이 가능하다. 반대로, 고온이라도, 높게 설정한 바이어스 온도에서 잉크의 점도가 최적화되어 있으면, 종래의 동작 온도 범위의 상한보다도 높은 온도에서 문제없이 동작시킬 수 있다. 즉, 동작 온도 범위를 그 만큼 넓게 취할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그 때문에, 좁은 동작 온도 범위를 신경쓰지 않고 사용할 수 있다.

또한, 본 실시예의 잉크제트 프린터는, 전원 투입 후, 바로 동작시킬 수 있다. 즉, 종래 기술에서는, 잉크제트 프린터가 방치되어 있으면, 잉크의 온도가 주위의 온도와 동일하게 되어 있고, 그 온도가 낮으면, 안정된 동작에 다소의 대기 시간이 필요로 된다. 그러나, 본 실시예의 잉크제트 프린터에서는, 잉크가 바이어스 온도로 유지되어 있기 때문에, 대기 시간이 불필요하게 된다.

또한, 본 실시예의 잉크제트 프린터는, 상온에서 점도가 높은 잉크이어도, 그 토출이 가능하다. 상온에서 액체이기는 하지만, 동작 온도 범위 내에서의 점도가 높은 경우(예를 들면, 유성의 액체나, 특정한 용제를 사용한 것 등)에, 종래 기 술의 잉크제트 프린터로 대응하는 것은 곤란하다. 이에 대하여, 본 실시예의 잉크제트 프린터에 따르면, 그 토출이 가능하게 될 뿐만 아니라, 일정한 온도로 유지되기 때문에, 재료의 변질이나 특성의 변화 등을 최소한으로 할 수 있다.

(3) 잉크제트 프린터의 기기 수명이 연장되어, 코스트가 삭감된다.

즉, 서멀 방식의 잉크제트 헤드는, 잉크의 토출을 위한 막 비등을 발생시키는 단계에서, 발열 저항체의 표면을 임계 온도(330℃∼350℃)로 해야만 한다. 그 때문에, 코게이션으로 불리는 일종의 소부 현상에 의한 열화가 진행되어, 토출 속도가 서서히 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 코게이션에 의한 수명 열화를 개선하기 위해서는, 토출하는 잉크 그 자체에 포함되는 성분을 주의 깊게 선택함과 동시에, 발열 저항체에의 불필요한 통전을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하지만, 종래 기술의 예비 가열에서는, 시간은 짧지만, 토출 시와 동일한 전류값을 발열 저항체에 통전해 둘 필요가 있다.

그것에 대하여 본 실시예의 바이어스 가열에서는, 발열 저항체에 통전되는 것이 토출 시만으로 되기 때문에, 발열 저항체의 수명이 길어진다. 또한, 가열 소자는, 높아도 임계 온도의 수분의 1의 온도이며, 또한 잉크에 직접 닿지 않기 때문에, 수명은 반영구적으로 생각된다.

또한, 서멀 방식의 잉크제트 헤드는, 토출 시에서의 압력의 발생이 매우 급준하기 때문에, 잉크 액실이나 발열 저항체의 표면 근방에 높은 순간 압력이 발생한다. 또한, 잉크의 토출 시의 속도가 빠르기 때문에, 캐비테이션 효과가 작용하여 발열 저항체를 열화시킨다. 그러나, 본 실시예의 잉크제트 프린터에서는, 바이 어스 가열에 의해 잉크의 점도가 작게 되어 있기 때문에, 잉크의 토출 속도가 동일해도 발생하는 압력이 내려 가, 열화가 적어진다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기의 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 이하와 같은 다양한 변형 등이 가능하다. 즉,

(1) 본 실시예에서는, 잉크제트 프린터의 잉크제트 헤드(11)를 예로 들었지만, 액체 토출 헤드는, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 잉크에 한하지 않고, 각종 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 적용할 수 있다.

(2) 본 실시예에서는, 발열 저항체(13)를 이용한 서멀 방식의 잉크제트 헤드(11)를 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고, 발열 저항체(13) 이외의 발열 소자를 사용한 것이어도 된다. 또한, 서멀 방식에 한하지 않고, 정전 토출 방식이나 피에조 방식에도 적용 가능하다.

(3) 본 실시예에서는, 라인 방식의 잉크제트 헤드(라인 헤드(10))를 예로 들었지만, 이에 한하지 않고, 시리얼 방식의 잉크제트 헤드(시리얼 헤드)에도 적용 가능하다.

(4) 본 실시예에서는, 컬러 대응의 잉크제트 프린터를 예로 들었지만, 이에 한하지 않고, 모노크롬 대응의 잉크제트 프린터에도 적용 가능하다. 또한, 모노크롬 대응의 경우에는, 색 사이의 부위에 서로 다른 색의 잉크가 혼합되지 않도록 하는 기구가 불필요하게 된다.

본 발명의 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체 토출 헤드의 토출 매체는, 잉크제트 프린터에 적용하기에 특히 적합한 것이지만, 피기록 매체는 인화지에 한하지 않고, 예를 들면, 염색물에 대하여 염료를 토출하는 액체 토출 헤드 등에 적용할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 생체 시료를 검출하기 위한 DNA 함유 용액을 토출하는 액체 토출 헤드 등에 적용하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르면, 사용 환경에서의 액체 토출 헤드(잉크제트 헤드 등)의 온도 변화가 토출 매체(잉크 등)에 미치는 영향, 특히, 잉크의 액적의 토출량이나 토출 방향의 변화를 경감하여, 항상 높은 토출 안정성을 확보함으로써, 기록 품질의 향상과 고속 기록의 양립을 가능하게 함과 함께, 동작 온도 범위를 확대하는 것이 가능한 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치, 액체 토출 방법, 및 액체 토출 헤드의 토출 매체를 제공할 수 있다.

Claims

상온에서 한결같이 액체의 토출 매체를 수용하는 액실과,

상기 액실 내의 토출 매체를 토출하는 노즐과,

상기 액실 내의 토출 매체에 토출 에너지를 부여하는 에너지 발생 소자

를 구비하고,

상기 에너지 발생 소자의 구동에 의해, 상기 액실 내의 토출 매체를 상기 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 헤드로서,

상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 구비하고,

직류 형상의 전류 성분에 의해 상기 가열 수단을 발열시켜, 상기 에너지 발생 소자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실 내의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

적어도 상기 액실의 온도를 검지하는 온도 검지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제2항에 있어서,

상기 온도 검지 수단에 의해 검지된 상기 액실의 온도에 기초하여, 상기 가 열 수단의 발열량을 제어하는 가열 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

적어도 상기 액실의 유지 온도를 설정하는 온도 설정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
에너지 발생 소자의 구동에 의해, 액실 내에 수용된, 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체에 토출 에너지를 부여하고, 상기 액실 내의 토출 매체를 노즐로부터 액적으로서 토출하는 액체 토출 헤드를 구비하며,

상기 액체 토출 헤드에 의해, 피기록 매체에 액적을 착탄시켜 기록을 행하는 액체 토출 장치로서,

상기 액체 토출 헤드에서의 상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 구비하고,

직류 형상의 전류 성분에 의해 상기 가열 수단을 발열시켜, 상기 에너지 발생 소자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
에너지 발생 소자의 구동에 의해, 액실 내에 수용된, 상온에서 한결같이 액체의 토출 매체에 토출 에너지를 부여하고, 상기 액실 내의 토출 매체를 노즐로부 터 액적으로서 토출하는 액체 토출 방법으로서,

상기 액실 내의 토출 매체에 대한 토출 에너지의 부여와는 무관하게 상기 액실을 가열하는 가열 수단을 직류 형상의 전류 성분에 의해 발열시켜, 상기 에너지 발생 소자의 구동의 유무에 상관없이, 적어도 상기 액실 내의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
제6항에 있어서,

상기 액실 내의 토출 매체가, 토출에 적합한 점도를 갖는 온도로 되도록, 적어도 상기 액실의 온도를 주위의 온도 이상으로 항상 유지하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
액체 토출 헤드의 액실 내에 수용되고, 에너지 발생 소자의 구동에 의해 토출 에너지를 부여함으로써, 노즐로부터 액적으로서 토출되는 액체 토출 헤드의 토출 매체로서,

상온에서 한결같이 액체이며, 적어도 상기 액체 토출 헤드의 주위의 온도 이상으로, 가열 수단에 의해 항상 유지된 상기 액실의 온도에서 토출에 적합한 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드의 토출 매체.
제8항에 있어서,

설정된 상기 액실의 유지 온도에서 토출에 적합한 점도를 갖는 것을 특징으 로 하는 액체 토출 헤드의 토출 매체.
제8항에 있어서,

설정된 상기 액실의 유지 온도에서 토출에 적합한 점도를 갖도록, 점도 조정제가 배합되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드의 토출 매체.