KR20180008853A - 액체 토출 디바이스 및 액체 누출 억제 방법 - Google Patents

액체 토출 디바이스 및 액체 누출 억제 방법 Download PDF

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요시마사 아라키
야스유키 다무라
아키오 사이토오
마코토 후쿠하라
히로유키 오자키
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체를 토출하기 위한 헤드, 액체 수용 유닛, 액체 충전제 및 압력 조정 유닛을 포함하고, 액체 수용 유닛은 밀폐된 하우징 및 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하고, 하우징은 헤드와 연통하는 제1 수용 공간 및 가요성 부재의 사용을 통해 제1 수용 공간으로부터 이격된 제2 수용 공간을 포함하고, 제1 수용 공간은 액체를 수용하고, 액체 충전제는 제2 수용 공간 내에 주입되어 있고, 압력 조정 유닛은 제2 수용 공간과 연통하고, 헤드에 대해 부압을 유지하도록 제2 수용 공간 내에 주입되어 있는 액체 충전제의 압력을 조정한다.

Description

액체 토출 디바이스 및 액체 누출 억제 방법 {LIQUID EJECTION DEVICE AND LIQUID LEAKAGE SUPPRESSION METHOD}
본 발명은 액체를 토출하기 위한 액체 토출 헤드를 포함하는 액체 토출 디바이스 및 액체 토출 헤드로부터 액체의 누출을 억제하는 방법에 관한 것이다.
액체 토출 헤드(이하, 간단히 "헤드"라 칭함)를 포함하는 액체 토출 디바이스가 공지되어 있다. 최근에, 액체 토출 디바이스는 다양한 분야, 예를 들어 잉크젯 기록 디바이스에 사용되고 있다.
헤드를 포함하는 액체 토출 디바이스에서, 헤드 내의 액체의 압력이 증가할 때, 액체는 헤드의 토출구(orifice)로부터 누출한다. 헤드로부터의 액체 누출은 액체 토출 디바이스의 본체에 악영향을 미칠 수도 있다. 이 이유로, 헤드의 내부압을 부압으로 유지하는 것이 요구된다.
일본 특허 출원 공개 제2006-192785호에는, 밀폐된 하우징(housing)(또한 "수용부"라 칭함) 및 하우징 내에 제공된 잉크 탱크를 포함하는 액체 토출 디바이스가 개시되어 있다. 잉크 탱크의 내부는 액체를 수용하기 위한 제1 수용 공간을 형성하고, 공기가 잉크 탱크의 외측면과 하우징의 내측면 사이에 형성된 제2 수용 공간 내에 봉입되어 있다.
또한, 헤드는 잉크 탱크 내에 수용된 액체가 헤드에 공급되도록 잉크 탱크와 연통한다. 잉크 탱크는 가요성을 갖는 백형(bag-shaped) 용기이고, 수용 백의 체적은 액체의 토출에 따라 변화한다.
게다가, 액체 토출 디바이스는 제2 수용 공간 내의 기체의 압력을 조정하기 위한 레귤레이터(regulator)를 더 포함하고, 레귤레이터가 기체의 압력을 조정할 때 잉크 탱크 내에 수용된 액체의 압력이 조정된다. 그 결과, 헤드의 내부압이 부압으로 유지된다.
일본 특허 출원 공개 제2008-105360호에는, 잉크 탱크와 하우징을 포함하는 액체 토출 디바이스가 개시되어 있다. 또한, 기체로 충전된 부유백(float)이 잉크 탱크의 외측면과 하우징의 내측면 사이에 제공되고, 그 사이의 영역은 부유백을 부유하기 위해 액체 충전제로 충전되어 있다.
구체적으로, 잉크 탱크는 하우징의 저부벽에 고정되고, 부유백은 잉크 탱크의 상부 부분에 고정된다. 부유백은 액체 충전제 내에 위치되고, 부력이 부유백 내에 발생된다.
액체 토출 디바이스에서, 잉크 탱크는 부유백 내에 발생된 부력에 의해 잉크 탱크의 용량을 확대하는 방향으로 편의된다(biased). 편의력이 잉크 탱크 상에 작용할 때, 잉크 탱크와 헤드의 각각의 내부압은 부압으로 유지된다.
그러나, 일본 특허 출원 공개 제2006-192785호에 개시되어 있는 액체 토출 디바이스는 이하의 문제점을 갖는다.
구체적으로, 공기의 체적은 온도 또는 압력의 변화에 따라 변동하기 쉽다. 기체는 제2 수용 공간 내에 봉입되어 있고, 따라서 제2 수용 공간 내에 봉입된 기체의 체적은 액체 토출 디바이스의 주변의 온도 또는 기압의 변화에 따라 변동한다. 그 결과, 잉크 탱크 내의 액체의 압력이 변동할 수도 있다.
또한, 잉크 탱크를 형성하는 가요성 부재는 기체의 투과를 완전히 방지하는 것이 가능하지 않은 재료로 제조된다. 따라서, 제2 수용 공간 내에 봉입된 기체는 잉크 탱크에 진입하여 잉크 탱크 내에 봉입된 액체 내에 기포를 발생시킨다. 액체 내의 기포의 발생은 액체의 압력을 증가시킨다.
또한, 제1 수용 공간은 액체로 충전되어 있고, 제2 수용 공간은 기체로 충전되어 있고, 액체와 기체 사이의 밀도의 차이는 비교적 크다. 따라서, 잉크 탱크는 충격이 하우징에 가해질 때 비교적 크게 요동한다. 잉크 탱크가 요동할 때, 잉크 탱크 내의 액체의 압력은 변동한다.
전술된 바와 같이, 액체 토출 디바이스에서, 잉크 탱크 내에 수용된 액체의 압력은 변동이 쉽다. 따라서, 헤드의 내부압을 부압으로 유지하는 것이 어렵고, 액체가 헤드로부터 누출할 수도 있는 위험이 존재해왔다.
다른 한편으로, 일본 특허 출원 공개 제2008-105360호에 개시되어 있는 액체 토출 디바이스에서, 기체로 충전되어 있는 부유백은 액체 충전제 내에 침지되도록 요구된다. 기체와 액체 충전제 사이의 밀도의 차이는 비교적 크고, 따라서 충격이 하우징에 가해질 때 부유백이 비교적 크게 요동한다. 수용 백은 부유백의 요동에 따라 요동하고, 수용 백 내의 액체의 압력이 변동한다. 그 결과, 헤드 내의 액체의 압력이 변동하고, 액체가 헤드로부터 누출될 수도 있는 위험이 존재해왔다.
본 발명의 목적은 헤드로부터 액체의 누출을 더 억제하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체를 토출하도록 구성된 헤드와, 밀폐된 하우징 및 밀폐된 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하는 액체 수용 유닛으로서, 밀폐된 하우징은 헤드와 연통하는 제1 수용 공간 및 가요성 부재의 사용을 통해 제1 수용 공간으로부터 이격된 제2 수용 공간을 포함하고, 제1 수용 공간은 액체를 수용하는, 액체 수용 유닛과, 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 액체 충전제와, 헤드에 대해 부압을 유지하도록 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 액체 충전제의 압력을 조정하도록 구성되고, 제2 수용 공간과 연통하는 압력 조정 유닛을 포함하는 액체 토출 디바이스가 제공된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체를 토출하도록 구성된 헤드, 밀폐된 하우징 및 밀폐된 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하고, 밀폐된 하우징은 헤드와 연통하는 제1 수용 공간 및 가요성 부재의 사용을 통해 제1 수용 공간으로부터 이격된 제2 수용 공간을 포함하고, 액체는 제1 수용 공간 내에 수용되어 있는 액체 토출 디바이스를 위한 액체 누출 억제 방법이 제공되며, 이 액체 누출 억제 방법은 제2 수용 공간 내에 액체 충전제를 충전하는 단계와, 헤드에 대해 부압을 유지하도록 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 액체 충전제의 압력을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징이 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 압력 조정 유닛의 예를 도시하는 도면.
도 3은 가요성 수용 백이 도 2에 도시된 상태로부터 축소되어 있는 상태를 도시하는 도면.
도 4는 액체 충전제의 압력을 제어하기 위한 절차를 도시하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 토출 디바이스에 제공된 액체 수용 유닛의 개략도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 디바이스에 제공된 액체 수용 유닛의 개략도.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 디바이스에 제공된 액체 수용 유닛의 개략도.
도 10은 압력 조정 유닛의 예를 도시하는 개략도.
도 11은 압력 조정 유닛의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 13은 도 12에 도시된 액체 토출 디바이스의 동작을 도시하는 흐름도.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 15a 및 도 15b는 연통 유닛의 주변의 확대도.
도 16은 본 발명의 제10 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 17은 본 발명의 제11 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 18은 본 발명의 제12 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 19는 본 발명의 제13 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 20은 본 발명의 제14 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 21은 본 발명의 제15 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
도 22는 액체가 도 21에 도시된 상태로부터 소비되어 있는 상태의 개략도.
도 23은 본 발명의 제16 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도.
이제, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예가 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된다.
도 1은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 도 1에 도시된 액체 토출 디바이스는 잉크를 토출하는 잉크젯 디바이스이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액체 토출 디바이스(1)는 베이스 플레이트(2), 헤드(3) 및 액체 수용 유닛(4)을 포함한다. 반송부(5)가 베이스 플레이트(2) 상에 장착된다. 피인쇄물(6)이 흡착 유닛(도시 생략)의 사용을 통해 반송부(5) 상에 흡착된다.
액체 수용 유닛(4)은 밀폐된 하우징(7) 및 하우징(7) 내에 제공된 가요성 수용 백(8)을 포함한다. 하우징(7)은 헤드(3)와 연통하는 제1 수용 공간과, 가요성 수용 백(8)의 사용을 통해 제1 수용 공간으로부터 이격된 제2 수용 공간을 포함한다. 제2 수용 공간은 헤드(3)와 연통하지 않는다.
본 실시예에서, 수용 백(8)의 내부 공간은 제1 수용 공간을 형성하고, 수용 백(8)의 외측면과 하우징(7) 사이의 공간은 제2 수용 공간을 형성한다.
본 발명은 제1 수용 공간 및 제2 수용 공간이 수용 백(8)의 사용을 통해 서로로부터 이격되어 있는 구성에 한정되는 것은 아니고, 제1 수용 공간과 제2 수용 공간이 가요성 부재의 사용을 통해 서로로부터 이격되기만 하면 된다는 것을 주목하라.
잉크와 같은 액체(9)가 제1 수용 공간, 즉 수용 백(8) 내에 수용된다. 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)는 헤드(3)에 공급되고 헤드(3)의 토출구(10)로부터 하향으로 토출된다. 액체(9)로서, 도전성 액체 또는 UV-경화성 액체와 같은 액체가 또한 사용될 수 있고, 액체(9)는 탈기 처리되어 있는 것이 바람직하다.
수용 백(8)은 튜브 또는 밸브를 사용하지 않고 헤드(3)에 직접 접속된다. 밸브와 같은 활주 부재가 수용 백(8)과 헤드(3) 사이에 사용되지 않고, 따라서 액체(9)와 미세 먼지의 혼합이 억제된다.
액체 토출 디바이스(1)는 제2 수용 공간 내에 충전될 액체 충전제(11)와, 제2 수용 공간 내에 충전된 액체 충전제(11)의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 유닛(12)을 더 포함한다. 액체 충전제(11)는 비압축성 물질인데, 예를 들어 물과 같은 액체 또는 겔형 물질이 액체 충전제(11)로서 사용될 수 있다.
제2 수용 공간, 즉 액체 충전제(11)로 충전된 공간은 튜브와 같은 연통 유닛(13)을 통해 압력 조정 유닛(12)에 접속된다. 연통 유닛(13)은 밸브(14, 15)를 구비하고, 조인트(16)가 밸브(14, 15) 사이에 배치된다.
본 실시예에서, 액체 충전제(11)는 제2 수용 공간 내로 충전된다. 액체 또는 겔의 체적은 기체의 체적에 비교하여, 온도 및 압력의 변화에 의해 영향을 덜 받는다. 따라서, 액체 토출 디바이스(1)의 주변의 온도 또는 기압이 변화될 때에도, 액체 충전제(11)의 체적은 거의 변동하지 않고, 제1 수용 공간 내의 액체(9)의 압력의 변동이 억제될 수 있다.
하우징(7)의 부분은 버퍼(17)로서 형성될 수도 있다. 구체적으로, 버퍼(17)는 가요성 필름으로서 하우징(7)의 벽의 부분을 형성함으로써 형성된다. 버퍼(17)는 액체 토출 디바이스(1)의 동작이 정지되는 경우 또는 액체 토출 디바이스(1)의 동작 중에 전원이 차단되는 경우에 기능한다.
예를 들어, 액체 충전제(11) 및 액체(9)의 체적은 기압 및 온도의 변화에 따라 약간 변화한다. 버퍼(17)는 액체 충전제(11) 및 액체(9)의 체적의 변화에 의해 발생하는 압력의 변동을 흡수하고, 따라서 제1 수용 공간 내의 액체(9)의 압력의 변동이 더 작게 억제된다.
액체 충전제(11)의 체적은 기체의 체적에 비교하여, 온도 또는 기압의 변화에 의해 영향을 덜 받는다. 따라서, 본 발명은 기체가 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 경우에 비교하여 버퍼(17)가 더 소형화될 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 버퍼(17)가 하우징(17)에 제공되어 있는 구성에 한정되는 것은 아니고, 버퍼(17)는 연통 유닛(13)에 제공될 수도 있다는 것을 주목하라.
또한, 본 실시예에서, 액체(9)는 수용 백(8) 내에 수용되고, 액체 충전제(11)는 수용 백(8)의 외측면과 하우징(7) 사이의 공간 내에 충전되고, 따라서 수용 백(8)은 기체에 거의 노출되지 않는다. 따라서, 기체는 수용 백(8)에 거의 진입하지 않고, 따라서 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)의 압력의 증가가 억제된다.
수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재로서, 예를 들어, 알루미늄 다층 필름과 같은 작은 기체 투과성을 갖는 재료가 사용될 수 있다. 작은 기체 투과성을 갖는 재료가 사용될 때, 기포가 액체 충전제(11) 내에 발생되는 경우에도, 수용 백(8) 내로의 기포의 투과가 억제되고, 따라서 수용 백(8) 내의 액체(9)의 압력의 증가가 억제된다.
또한, 액체(9)는 제1 수용 공간 내에 수용되고, 액체 충전제(11)는 제2 수용 공간 내에 충전되고, 액체(9)와 액체 충전제(11) 사이의 밀도의 차이는 액체(9)와 기체 사이의 밀도의 차이보다 작다. 하우징(7)에 충격이 가해질 때 수용 백(8)의 요동은 제1 수용 공간 내에 수용될 물질과 제2 수용 공간 내에 충전될 물질 사이의 밀도의 차이를 감소시킴으로써 더 억제될 수 있다.
예를 들어, 기체가 제2 수용 공간 내에 충전되는 경우에, 기체의 밀도는 액체(9)의 밀도에 대해 무시할만큼 작다. 이러한 경우에, 기체는 액체(9)를 수용하는 수용 백(8)의 이동에 따라 하우징(7) 내에서 이동한다. 따라서, 하우징(7)에 충격이 가해질 때, 기체는 수용 백(8)의 이동을 거의 억제하지 않고, 수용 백(8)은 비교적 상당히 요동한다.
본 실시예에서, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체(9)에 대해 비교적 작은 밀도차를 갖는 액체 충전제(11)는 제2 수용 공간 내로 충전된다. 따라서, 액체 충전제(11)는 액체(9)를 수용하는 수용 백(8)의 이동과는 독립적으로 하우징(7) 내에서 이동한다. 즉, 하우징(7)에 충격이 가해질 때, 액체 충전제(11) 및 액체(9)를 수용하는 수용 백(8)은 서로 각각의 이동을 억제하고, 그 결과 수용 백(8)의 요동이 억제된다.
액체 충전제(11)가 액체(9)의 밀도에 대해 80% 이상 내지 120% 이하의 범위 내에 있는 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 수용 백(8)의 요동은 이 범위 내에 있는 밀도를 갖는 액체 충전제(11)의 사용을 통해 더 효과적으로 억제된다.
기체가 제2 수용 공간 내에 충전되는 경우에, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체(9)와 제2 수용 공간 내에 충전된 기체 사이의 밀도차는 100%인 것으로 고려된다. 대조적으로, 밀도차는 액체(9)의 밀도에 대해 80% 이상 내지 120% 이하의 범위 내에 있는 밀도를 갖는 액체 충전제(11)를 사용함으로써 20% 이내로 된다. 그 결과, 기체가 제2 수용 공간 내에 충전되는 경우에 비교하여, 수용 백(8)의 요동은 1/5 이하로 억제될 수 있다. 액체 충전제(11)와 액체(9) 사이의 밀도차가 더 작아짐에 따라, 수용 백(8)은 요동할 가능성이 적어지게 된다.
게다가, 본 실시예에서, 압력 조정 유닛(12)은 제2 수용 공간 내에 충전된 액체 충전제(11)의 압력을 조정하고, 따라서 액체 충전제(11) 내에서 부력이 작용하는 부유백이 수용 백(8) 내에 제공될 필요가 없다. 따라서, 하우징(7) 내의 밀도의 분포의 편차가 감소될 수 있고, 하우징(7)에 충격이 가해질 때 수용 백(8)의 요동이 억제될 수 있다.
수용 백(8)의 요동이 억제될 때, 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)의 압력의 변동이 억제된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 수용 공간, 즉 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)의 압력의 변동이 억제된다. 따라서, 헤드(3) 내의 액체(9)의 압력의 변동이 억제되고, 헤드(3)의 내부압이 부압으로 유지된다. 그 결과, 헤드(3)로부터의 액체(9)의 누출(액체 누출)이 억제된다.
본 실시예의 예로서, 하우징(7)의 용량, 액체(9)의 초기량 및 액체 충전제(11)의 초기량은 각각 400 ml, 약 300 ml 및 약 100 ml로 설정될 수 있다. 물론, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 하우징(7)의 용량, 액체(9)의 초기량 및 액체 충전제(11)의 초기량은 적절하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 하우징(7)의 용량 및 액체(9)의 초기량은 각각 400 ml 및 약 400 ml로 설정될 수도 있고, 초기 상태에서, 액체 충전제(11)는 제2 수용 공간 내에 충전되어 있지 않을 수도 있다.
수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재는 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 부재인데, 이는 최적의 견지에서 최대 약 5 ml 내지 약 6 ml인 것으로 가정된다. 따라서, 수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재의 체적은 액체 충전제(11)와 액체(9)의 총량에 대해 약 1%인데, 이는 충분히 작다. 따라서, 수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재와 액체 충전제(11) 사이의 밀도차와, 수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재와 액체(9) 사이의 밀도차는 무시할만하다.
예를 들어, 수용 백(8)을 위해 사용될 부재로서, 비교적 높은 기밀성을 갖는 알루미늄 라미네이트 필름이 제공되어 있다. 라미네이트 필름의 필름 두께는 일반적으로 약 10 ㎛이다. 알루미늄의 밀도는 2.7 g/cm3인데, 이는 액체 충전제(11) 및 액체(9)의 밀도보다 상당히 높다. 그러나, 액체 충전제(11)와 액체(9)의 총량에 대한 수용 백(8)의 체적비는 1% 미만이고, 수용 백(8)의 밀도는 무시할만하다.
하우징(7)은 액체(9)와 액체 충전제(11)로 충전되고, 따라서 수용 백(8)의 요동이 억제될 수 있다. 그 결과, 토출구(10)로부터 액체(9)의 누출이 억제된다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1) 상에 장착되어 있는 상태에서, 하우징(7)은 몇몇 경우에 외력이 연통 유닛(13)에 인가될 때 비교적 상당히 요동한다. 또한, 액체 수용 유닛(4)은 몇몇 경우에 액체 토출 디바이스(1) 내에서 이동한다. 이러한 경우에도, 수용 백(8)의 요동은 억제되고, 따라서 헤드(3)로부터 액체(9)의 누출이 억제된다.
도 2는 압력 조정 유닛(12)의 예를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 조정 유닛(12)은 압력 센서(18), 펌프(19), 밸브(20), 저장 탱크(21) 및 제어 유닛(22)을 포함할 수도 있다.
압력 센서(18)는 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력을 측정하기 위한 압력 측정 유닛으로서 기능을 한다. 압력 센서(18)로 측정될 압력은 액체 토출 디바이스(1) 내의 기압에 대한 액체 충전제(11)의 상대 압력에 대응한다. 압력 센서(18)는 외부 교란에 의해 쉽게 영향을 받지 않도록 밸브(15)에 더 근접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
저장 탱크(21)는 액체 충전제(11)를 저장한다. 펌프(19)는 저장 탱크(21)와 하우징(7) 사이에서 액체 충전제(11)를 이동시킨다. 펌프(19)의 예는 튜브 펌프, 다이어프램 펌프 및 기어 펌프를 포함한다. 밸브(20)는 펌프(19)와 저장 탱크(21) 사이에 배치되고 통상적으로 폐쇄되어 있다.
압력 센서(18)는 액체 충전제(11)의 압력을 측정하고, 압력에 대응하는 신호를 제어 유닛(22)에 전송한다. 제어 유닛(22)은 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력에 기초하여 밸브(20)와 펌프(19)의 동작을 제어한다. 밸브(20)가 개방되어 있는 상태에서 펌프(19)가 구동될 때, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(21)와 하우징(7) 사이에서 이동하고, 하우징(7)의 압력은 미리 정해진 값으로 조정된다.
다음에, 액체 토출 디바이스(1)의 동작이 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된다. 도 3은 수용 백(8)이 액체(9)의 소비에 따라 도 2에 도시된 상태로부터 축소되어 있는 상태를 도시하는 도면이다. 도 4는 압력 센서(18)와 제어 유닛(22)의 사용을 통한 액체 충전제(11)의 압력 제어를 도시하는 흐름도이다.
액체 토출 디바이스(1)가 기동할 때, 제어 유닛(22)은 하우징(7) 내의 압력을 제어하기 시작한다.
액체(9)가 헤드(3)의 토출구(10)로부터 토출될 때, 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)의 양이 감소되고, 수용 백(8)의 용량이 감소한다. 하우징(7) 및 연통 유닛(13)은 밸브(20)가 폐쇄되어 있는 상태에서 밀폐되고, 따라서 하우징(7) 및 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력이 감소한다.
제어 유닛(22)은 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력을 측정하기 위해 압력 센서(18)를 제어한다(스텝 S1). 압력 센서(18)는 액체 충전제(11)의 측정된 압력에 대응하는 신호를 제어 유닛(22)에 전송한다. 다음에, 제어 유닛(22)은 압력 센서(18)로부터 전송된 신호에 기초하여 펌프(19)와 밸브(20)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제어 유닛(22)은 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력값이 미리 정해진 범위 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S2). 제어 유닛(22)이 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력값이 미리 정해진 범위보다 작다고 판정하는 경우에, 제어 유닛(22)은 밸브(20)를 개방하고 펌프(19)를 구동한다(스텝 S3). 펌프(19)가 저장 탱크(21)로부터 하우징(7)으로 액체 충전제(11)를 공급할 때, 하우징(7) 내의 압력은 증가한다(충전 스텝).
그 후에, 압력 센서(18)는 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력을 재차 측정하고(스텝 S1), 제어 유닛(22)은 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력값이 미리 정해진 범위 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S2). 제어 유닛(22)이 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력값이 미리 정해진 범위로 복귀한 것으로 판정하는 경우에, 제어 유닛(22)은 밸브(20)를 폐쇄하고 펌프(19)를 정지한다. 그 결과, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(21)로부터 하우징(7)으로 공급되지 않고, 하우징(7) 내의 압력의 증가가 중단된다.
이 방식으로, 제어 유닛(22)이 압력 센서(18)로 측정된 결과들에 기초하여 밸브(20)와 펌프(19)의 동작을 제어할 때, 하우징(7) 내의 압력은 미리 정해진 범위 내에서 조정된다(압력 조정 스텝).
하우징(7) 내의 압력이 과도하게 증가하는 경우에, 액체 충전제(11)는 펌프(19)의 사용을 통해 하우징(7)으로부터 저장 탱크(21)로 수송된다는 것을 주목하라. 따라서, 하우징(7) 내의 압력이 감소한다.
*하우징(7) 내의 압력이 조정될 때, 제어 유닛(22)은 압력 제어를 종료하는지 여부를 판정한다(스텝 S4). 제어 유닛(22)이 압력 제어를 종료하지 않은 것으로 판정하는 경우에, 제어 유닛(22)은 연통 유닛(13) 내의 액체 충전제(11)의 압력을 측정하도록 압력 센서(18)를 제어한다(스텝 S1).
본 실시예에서, 헤드(3) 내의 액체(9)의 압력이 조정되고, 따라서 토출구(10)에서의 액체(9)의 메니스커스(meniscus)가 만족스러운 상태로 유지된다. 따라서, 헤드(3)의 토출 안정성이 향상된다.
특히, 액체 충전제(11)는 액체(9)의 소비에 따라 제2 수용 공간 내로 충전되고, 따라서 헤드(3) 내의 액체(9)의 압력이 액체(9)의 소비량에 무관하게 유지된다. 이는 더 큰 용량의 하우징(7)을 갖는 액체 토출 디바이스(1)에 유리하게 작용한다. 액체 수용 유닛(4)의 교환 빈도는 하우징(7)의 용량을 증가시킴으로써 낮아질 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2006-192785호에 개시되어 있는 액체 토출 디바이스에서, 잉크 탱크의 체적과 액체의 소비량은 잉크 탱크의 변형량에 기초하여 추정되고, 잉크 탱크 내의 액체의 압력이 얻어진다. 잉크 탱크의 변형은 균일하지 않고, 따라서 잉크 탱크의 변형량에 기초하여 잉크 탱크의 체적을 정확하게 추정하는 것이 어렵다. 잉크 탱크의 체적이 정확하게 얻어지지 않으면, 잉크 탱크 내의 액체의 압력은 미리 정해진 값으로 유지될 수 없고, 토출구(10)에서의 액체(9)의 메니스커스는 악화된다. 그 결과, 헤드(3)의 토출 안정성이 저하된다.
본 실시예에서, 하우징(7)은 액체(9)와 액체 충전제(11)로 충전되어 있고, 따라서 액체(9)의 압력값은 단지 액체 충전제(11)의 압력값을 측정함으로써 얻어진다. 액체 충전제(11)의 압력의 변화는 수용 백(8)의 변형 형태에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 따라서, 액체(9)의 더 정확한 압력값은 액체 충전제(11)의 압력값을 측정함으로써 얻어진다.
액체(9)의 더 정확한 압력값이 얻어질 때, 헤드(3) 내의 액체(9)의 압력은 원하는 부압으로 유지되고, 토출구(10)에서의 액체(9)의 메니스커스는 만족스러운 상태로 유지된다. 그 결과, 헤드(3)의 토출 안정성이 향상된다.
본 실시예에서, 액체 충전제(11)와 액체(9)는 액체 형태이고, 따라서 그 체적 변동은 기체의 체적 변동보다 작고, 그 압력은 급격하게 변화하지 않는다.
수용 백(8)이 도 3에 도시된 바와 같이 액체(9)의 소비에 따라 축소되어 있을 때, 액체 충전제(11)는 하우징(7) 내로 보충된다. 액체 충전제(11)와 액체(9) 사이의 밀도차는 비교적 작다. 따라서, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)와 액체(9) 사이의 체적비가 변화할 때에도, 액체(9)의 소비에 수반하는 하우징(7) 내의 밀도의 변화는 비교적 작다. 체적비의 변화에 수반하는 압력 변동을 보정할 필요가 없고, 그 결과 액체 토출 디바이스(1)가 간단화될 수 있다.
(제2 실시예)
본 발명의 제2 실시예가 도 5를 참조하여 설명된다. 도 5는 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스에 제공된 액체 수용 유닛의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
본 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 액체 충전제(11)는 가요성 수용 백(8)의 내부 공간 내에 충전되어 있고, 액체(9)는 수용 백(8)의 외측면과 하우징(7) 사이의 공간 내에 충전되어 있다. 즉, 가요성 수용 백(8)의 내부 공간은 액체 충전제(11)로 충전될 제2 수용 공간을 형성하고, 수용 백(8)의 외측면과 하우징(7) 사이의 공간은 액체(9)를 수용하는 제1 수용 공간을 형성한다. 수용 백(8)은 연통 유닛(13)을 거쳐 압력 조정 유닛(12)과 연통한다(도 1 참조).
액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때, 하우징(7) 및 연통 유닛(13) 내의 압력은 감소한다. 압력이 미리 정해진 범위 외에 있을 때, 액체 충전제(11)는 수용 백(8) 내로 도입된다. 그 결과, 하우징(7) 및 연통 유닛(13) 내의 압력은 미리 정해진 범위 내에서 유지된다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제3 실시예)
본 발명의 제3 실시예가 도 6을 참조하여 설명된다. 도 6은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체에 대해 착탈 가능하게 형성된다. 따라서, 액체 수용 유닛(4)이 파괴되는 경우 또는 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)가 완전히 소비되는 경우에, 액체 토출 디바이스(1)는 단지 액체 수용 유닛(4)을 교체함으로써 재차 사용될 준비가 될 수 있다.
조인트(16)가 2개의 조인트부(16a, 16b)로 분리 가능하도록 형성된다. 연통 유닛(13)에 조인트(16)를 제공함으로써, 연통 유닛(13)은 압력 조정 유닛(12)과 밸브(14) 사이에서 압력 조정 유닛(12)으로부터 분리될 수 있다. 그 결과, 액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 착탈 가능하게 장착될 수 있다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거될 때, 밸브(14, 15)는 폐쇄된다. 밸브(14)가 폐쇄될 때, 하우징(7)의 내부압은 부압으로 유지되고, 토출구(10)로부터의 액체(9)의 누출이 방지된다. 밸브(15)가 폐쇄될 때, 액체 충전제(11)는 더 이상 압력 조정 유닛(12)으로부터 공급되지 않고, 액체 충전제(11)의 누출이 방지된다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)로부터 제거되고 액체 수용 유닛(4)이 반송되는 경우에, 진동이 액체 수용 유닛(4)에 인가된다. 수용 백(8)의 요동이 억제되고, 따라서 헤드(3) 내의 액체(9)의 압력의 변동이 억제된다. 따라서, 단지 액체 수용 유닛(4)만이 반송될 때에도, 헤드(3)로부터 액체(9)의 누출이 억제된다.
본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제4 실시예)
본 발명의 제4 실시예가 도 7을 참조하여 설명된다. 도 7은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 실시예의 것들과 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
본 실시예에서, 헤드(3)는 액체 수용 유닛(4)에 고정되지 않고, 헤드(3)와 액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 개별적으로 장착될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 액체 토출 디바이스(1)는 헤드(3)가 그 위에 장착되는 헤드 장착부(23)를 포함한다. 헤드(3)는 토출구(10)와 연통하는 유로 내에 제공된 헤드 필터(24)와, 유로의 개구 에지에 배치된 O-링(25)을 포함한다.
액체 수용 유닛(4)은 액체(9)를 수용하는 제1 수용 공간과 연통하는 유로 내에 제공된 용기 필터(26)와, O-링(25)이 맞접하게 되는 O-링 맞접부(27)를 포함한다. O-링(25)과 O-링 맞접부(27)가 서로 밀접하게 되도록 액체 수용 유닛(4)이 헤드(3)에 맞접하게 될 때, 헤드(3)의 토출구(10)와 액체 수용 유닛(4)의 제1 수용 공간은 헤드 필터(24)와 용기 필터(26)를 거쳐 서로 연통한다.
O-링(25)과 O-링 맞접부(27)가 서로 밀접하게 될 때, 헤드(3)와 액체 수용 유닛(4) 사이의 간극이 폐쇄된다. 그 결과, 헤드(3)와 액체 수용 유닛(4) 내로의 공기의 유동이 억제된다.
용기 필터(26)는 미세 기공을 갖는 부재이고, 용기 필터(26)의 기공 내의 액체(9)의 메니스커스와 하우징(7) 내의 압력은 양호하게 균형을 이룬다. 따라서, 액체 수용 유닛(4)이 헤드(3)에 대해 맞접 상태로 유지되지 않을 때에도, 액체(9)는 용기 필터(26)로부터 누출하지 않는다.
액체 수용 유닛(4) 내의 액체(9)는 흡인 유닛(도시 생략)의 사용을 통해 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)를 흡출(sucking out)함으로써 용기 필터(26)와 헤드 필터(24)를 거쳐 헤드(3) 내로 충전된다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제5 실시예)
본 발명의 제5 실시예가 도 8을 참조하여 설명된다. 도 8은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스 내에 제공된 액체 수용 유닛(4)의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 8에 도시된 바와 같이, 수용 백(8)은 벨로우즈부(bellows portion; 28)와 벨로우즈부(28)의 일 개구를 폐쇄하기 위한 덮개부(29)를 포함한다. 벨로우즈부(28)의 다른 개구는 헤드(3)로 폐쇄되고, 헤드(3)의 토출구(10)와 벨로우즈부(28)의 내부 공간은 서로 연통한다.
덮개부(29)는 벨로우즈부(28)에 비교하여 변형될 가능성이 없는 부재이다. 비교적 두꺼운 플레이트형 또는 시트형 탄성 부재가 덮개부(29)로서 사용될 수 있다. 덮개부(29)의 밀도는 액체 충전제(11)와 액체(9)의 밀도와 거의 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 0.9 g/cm3 내지 0.92 g/cm3의 밀도를 갖는 폴리프로필렌으로 형성된 플레이트 부재가 덮개부(29)로서 더 바람직하게 사용된다.
액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때, 수용 백(8) 내에 수용된 액체(9)의 양은 감소되고, 수용 백(8)의 용량은 감소한다. 이 때, 벨로우즈부(28)는 축소한다. 덮개부(29)는 벨로우즈부(28)에 비교하여 변형될 가능성이 없고, 따라서 가요성 수용 백(8)은 의도되지 않은 변형으로부터 보호될 수 있다. 가요성 수용 백(8)이 의도된 바와 같이 축소할 때, 액체(9)는 효율적으로 소비될 수 있다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제6 실시예)
본 발명의 제6 실시예가 도 9를 참조하여 설명된다. 도 9는 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1) 내에 제공된 액체 수용 유닛(4)의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
본 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 압력 센서(18)는 하우징(7)의 내측면 상에 배치된다. 따라서, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)의 압력은 더 정확하게 측정될 수 있다.
압력 센서(18)로서, 하우징(7)의 압력의 변동 및 외력의 영향에 의해 변형될 가능성이 없는 센서가 바람직하게 사용된다. 이러한 센서가 사용될 때, 하우징(7)의 내측면 상에 배치된 압력 센서(18)는 하우징(7)의 벽으로서 고려될 수 있다. 따라서, 압력 센서(18)가 하우징(7)의 내측면 상에 배치되는 경우에도, 하우징(7) 내의 압력은 안정적으로 제어될 수 있다.
하우징(7)의 벽으로 고려되는 것은 압력 센서(18)에 한정되는 것은 아니고, 하우징(7) 내의 압력의 변동 및 외력의 영향에 의해 변형되지 않는 임의의 부재가 하우징(7)의 내측면 상에 배치됨으로써 하우징(7)의 벽으로 고려된다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제7 실시예)
본 발명의 제7 실시예가 도 10을 참조하여 설명된다. 도 10은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스 내에 제공된 액체 수용 유닛(4) 및 압력 조정 유닛(12)의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 10에 도시된 바와 같이, 압력 조정 유닛(12)은 그 내부에 형성된 대기 연통 홀(30)을 갖는 저장 탱크(21)를 포함한다. 저장 탱크(21)는 수직 방향에서 헤드(3)의 토출구면 아래에 배치된다. 따라서, 부압이 헤드(3)의 토출구(10)에서 액체(9) 상에 작용한다. 토출구(10)에서 액체(9) 상에 작용하는 압력의 값은 헤드(3)의 토출구면으로부터 저장 탱크(21) 내에 저장된 액체 충전제(11)의 액면까지 수직 방향에서의 거리에 기초하여 결정된다.
본 실시예에서, 토출구(10)에서 액체(9)의 압력은 도 2에 도시된 압력 센서(18), 펌프(19), 밸브(20) 및 제어 유닛(22)을 사용하지 않고 부압으로 유지될 수 있다.
본 실시예에서, 액체(9)가 토출될 때, 수용 백(8)의 체적은 감소되고, 하우징(7) 내의 압력은 감소한다. 그 결과, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(21)로부터 하우징(7)으로 이동한다. 액체 충전제(11)가 하우징(7) 내로 유입될 때, 하우징(7)의 내부압은 미리 정해진 부압으로 유지된다.
저장 탱크(21)가 수평 방향에서 충분한 치수를 갖는 것이 더 바람직하다. 저장 탱크(21)의 수평 방향에서의 치수가 더 확장될 때, 저장 탱크(21) 내의 액체 충전제(11)의 액면은 덜 하강하고, 액면의 하강에 의해 발생된 압력의 변화가 억제될 수 있다.
도 11은 압력 조정 유닛(12)의 다른 예를 도시하는 개략도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 압력 조정 유닛(12)은 저장 탱크(21)를 승강하기 위한 리프팅 유닛(31)을 포함할 수도 있다. 저장 탱크(21)가 상승 또는 하강될 때, 저장 탱크(21) 내에 저장된 액체 충전제(11)의 액면은 헤드(3)의 토출구면에 대해 수직 방향으로 변위되고, 토출구(10)에서 액체(9) 상에 작용하는 압력의 크기가 변화한다.
리프팅 유닛(31)으로서, 예를 들어 저장 탱크(21)를 지지하기 위한 탄성 부재가 제공되어 있다. 액체 충전제(11)가 저장 탱크(21)로부터 하우징(7)으로 이동할 때, 저장 탱크(21) 내의 액체 충전제(11)의 액면은 저장 탱크(21)에 대해 하강하고, 저장 탱크(21) 내의 액체 충전제(11)의 중량은 감소된다.
저장 탱크(21) 내의 액체 충전제(11)의 중량이 감소될 때, 리프팅 유닛(31)으로서 기능을 하는 탄성 부재 상의 하중이 감소되고, 저장 탱크(21)는 탄성 부재의 탄성력에 의해 상승된다. 액체 충전제(11)의 이동에 따른 액면의 하강량 및 저장 탱크(21)의 상승량이 서로 동일해지도록 탄성 부재의 스프링 상수를 설계함으로써, 헤드(3)에 대한 저장 탱크(21) 내의 액면이 항상 일정할 수 있다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제8 실시예)
본 발명의 제8 실시예가 도 12 및 도 13을 참조하여 설명된다. 도 12는 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)의 개략도이다. 도 13은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 제1 실시예의 것들과 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 12에 도시된 바와 같이, 액체 토출 디바이스(1)는 가압 유닛으로서 기능을 하는 피스톤 펌프(32)를 포함한다. 피스톤 펌프(32)는 구동 기구에 연결되고, 구동 기구의 동작에 응답하여 하우징(7) 내에 액체 충전제(11)를 주입하여 하우징(7)의 내부를 가압한다. 피스톤 펌프(32) 이외의 요소는 제1 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)의 것들과 동일하고, 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 동일한 효과를 나타낸다.
액체(9)로서 잉크를 사용하는 경우에, 토출구(10)에서 잉크의 점도가 증가하여 몇몇 경우에 토출구(10)로부터 잉크가 토출되는 것을 방해한다. 이는 액체 토출 디바이스(1)가 장시간 동안 휴지된 경우에 특히 발생하기 쉽다.
또한, 기포가 토출구(10) 부근에 축적되어 몇몇 경우에 토출구(10)로부터 액체(9)가 토출되는 것을 방해한다. 이는 액체 토출 디바이스(1)가 연속적으로 운전되는 경우에 특히 발생하기 쉽다.
피스톤 펌프(32)가 하우징(7) 내로 액체 충전제(11)를 주입할 때, 점도가 증가된 액체(9)와 토출구(10) 부근의 기포는 토출구(10)로부터 강제로 배출된다. 그 결과, 증점된 액체(9)와 기포가 토출구(10)로부터 제거되고, 그 결과 액체(9)는 토출구(10)로부터 만족스럽게 토출될 수 있다.
본 실시예에서, 액체 토출 디바이스(1)는 가압 유닛으로서 기능을 하는 피스톤 펌프(32)를 포함하고, 따라서 액체 토출 디바이스(1)는 제1 실시예의 것들과 동일한 효과를 나타낼 수 있고, 게다가 증점된 액체(9)와 기포에 의해 발생된 불토출(non-ejection)의 문제점을 해결할 수 있다.
증점된 액체(9)와 기포의 배출시에 액체 토출 디바이스(1)의 동작이 도 12 및 도 13을 참조하여 설명된다.
먼저, 밸브(14)와 밸브(15) 중 적어도 하나가 폐쇄되고, 액체 충전제(11)는 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 하우징(7) 내로 주입된다. 하우징(7)은 비압축성 액체(9)와 액체 충전제(11)로 충전되어 있고, 따라서 액체(9)는 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 하우징(7) 내로 주입된 액체 충전제(11)의 체적에 실질적으로 동일한 체적 내에서 헤드(3)의 토출구(10)로부터 압박 배출된다.
액체(9)를 압박 배출하기 위한 압력은 피스톤 펌프(32)의 치수와 피스톤 펌프(32)에 연결된 구동 기구에 의해 발생된 힘에 의해 결정된다. 더 큰 힘을 발생하도록 구성된 피스톤 펌프(32)와 구동 기구를 사용함으로써, 더 큰 압력이 액체(9)에 인가되고, 비교적 높은 점도를 갖는 액체(9)가 토출구(10)로부터 더 용이하게 압박 배출될 수 있다.
하우징(7)에 버퍼(17)를 제공함으로서, 비교적 높은 압력이 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)에 순간적으로 인가될 가능성이 없고, 그 결과 토출구(10)로부터 대량의 액체(9)의 유출이 억제될 수 있다. 또한, 비교적 높은 압력이 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)에 순간적으로 인가될 가능성이 없는 구성의 결과로서, 열등한 강도를 갖는 부분들이 파괴되는 것이 방지될 수 있다.
버퍼(17)의 가동 체적이 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 압박 배출될 액체 충전제(11)의 양보다 작은 경우에, 액체(9)는 적어도 단지 차이량만이 토출구(10)로부터 압박 배출된다.
버퍼(17)의 가동 체적을 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 압박 배출될 액체 충전제(11)의 양보다 크게 설정하는 경우에, 버퍼(17)가 팽창할 때 얻어진 압력은 적절하게 설계된다. 이 설계에 의해, 하우징(7) 내의 압력은 버퍼(17)의 팽창시에 증가하고, 액체(9)는 토출구(10)로부터 압박 배출된다.
임의의 경우에, 토출구(10)로부터 증점된 액체(9)와 기포의 배출은 액체(9)가 토출구(10)를 통해 용이하게 통과하게 할 수 있다. 그 결과, 액체(9)는 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 하우징(7) 내로 주입된 액체 충전제(11)의 양과 실질적으로 동일한 양으로 토출구(10)로부터 유출한다.
액체 충전제(11)가 피스톤 펌프(32)의 사용을 통해 하우징(7) 내로 주입될 때, 밸브(14, 15)가 개방되고, 피스톤 펌프(32)는 원래 위치로 서서히 복귀한다. 밸브(14, 15)가 개방될 때, 압력 조정 유닛(12)은 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)의 압력을 조정한다. 따라서, 피스톤 펌프(32)는 하우징(7)의 내부압이 미리 정해진 부압으로 유지될 수 있도록 원래 위치로 비교적 서서히 복귀되고, 따라서 헤드(3)는 토출을 시작할 수 있다.
증점된 액체(9)와 토출구(10) 부근의 기포가 배출될 때, 액적이 몇몇 경우에 토출구면에 부착된다. 토출구면에 부착하는 액적은 와이퍼 블레이드 등으로 토출구면을 와이핑하는 것을 수반하는 공지의 방법에 의해 제거된다. 토출구면 상의 액적은 피스톤 펌프(32)가 밸브(14, 15)를 개방함으로써 원래 위치로 복귀하기 전 또는 후에 제거될 수도 있다.
펌프와 같은 가동 기구가 일반적으로 그 동작에 따라 입자를 발생하는 문제점이 있다. 본 실시예에서, 피스톤 펌프(32)는 액체(9)와 접촉하여 유지되지 않고, 따라서 피스톤 펌프(32)의 동작에 의해 발생된 입자는 단지 액체 충전제(11)와만 혼합되고 액체(9)와는 혼합되지 않는다. 따라서, 액체(9)의 오염이 억제될 수 있는 장점이 있다.
유체를 가압하기 위한 유닛으로서, 터빈 펌프와 같이 그 유량이 유로의 압력 손실에 의존하여 변동하는 펌프와, 구동량에 따라 실질적으로 일정한 유량에서 액체를 수송하기 위한 소위 용적형 펌프가 공지되어 있다. 용적형 펌프의 예는 피스톤 펌프, 기어 펌프, 튜브 펌프 및 다이어프램 펌프를 포함한다.
본 발명은 피스톤 펌프(32)가 가압 유닛으로서 사용되는 구성에 한정되는 것은 아니다. 용적형 펌프가 가압 유닛으로서 사용되는 것이 바람직하다. 용적형 펌프의 사용은 액체 충전제(11)가 더 높은 압력으로 가압되면서 필요한 것보다 많은 양의 액체(9)의 배출이 억제될 수 있는 장점을 갖는다.
일본 특허 출원 공개 제2008-105360호는 공기를 부유백 내에 공급함으로써 노즐 내에 증점된 액체를 배출하는 것을 수반하는 유지 보수 방법을 개시하고 있다. 더 구체적으로, 공기가 부유백 내에 공급될 때, 부유백 내의 기체의 압력은 증가하고 부유백은 팽창한다. 그 결과, 증점된 잉크는 노즐로부터 배출된다.
그러나, 일본 특허 출원 공개 제2008-105360호에 개시된 유지 보수 방법에 따르면, 부유백 내로의 공기의 공급이 정지될 때에도, 노즐로부터의 잉크의 배출은 순간적으로 정지될 수 없다. 이는 부유백 내의 기체의 압력이 증가되어 있기 때문이다. 따라서, 원하는 양보다 많은 양의 잉크가 배출될 수도 있는 위험이 있다.
본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)에서, 토출구(10)에서의 증점된 액체(9) 및 기포는 가압 유닛의 가압 압력에 따라 배출될 수 있다. 이 경우에, 배출될 액체(9)의 양은 가압 유닛에 의해 공급될 액체 충전제(11)의 양에 실질적으로 동일하다. 따라서, 배출될 액체(9)의 양은 더 정확하게 조정될 수 있다.
(제9 실시예)
본 발명의 제9 실시예가 도 14, 도 15a 및 도 15b를 참조하여 설명된다. 도 14는 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)의 개략도이다. 제1 내지 제8 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 14에 도시된 바와 같이, 액체 토출 디바이스(1)는 가압 유닛으로서 기능을 하는 가압 기구(33)를 포함한다. 가압 기구(33)는 버퍼(17)의 가요성 필름을 가압한다. 본 실시예는 다른 점들에 있어서는 제8 실시예와 동일하고, 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 동일한 효과를 나타낸다.
가압 기구(33)가 버퍼(17)의 가요성 필름을 가압하는 상태에서, 버퍼(17)는 거의 기능하지 않는다. 따라서, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)의 압력은 단지 액체 충전제(11)를 하우징(7)에 공급함으로써 증가될 수 있고, 토출구(10)에서의 기포 및 증점된 액체가 완전히 압박 배출될 수 있다.
도 15a는 압력 조정 유닛(12)과 연통 유닛(13)의 확대도이다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 토출구(34)는 하우징(7)을 압력 조정 유닛(12)에 연결하는 연통 수단(13)에 제공될 수도 있다.
토출구(34)가 연통 유닛(13)에 제공될 때, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)는 밸브(14, 15)를 폐쇄하지 않아도 압력 조정 유닛(12)을 향해 용이하게 유동할 수 없다. 따라서, 하우징(7) 내의 압력은 가압 기구(33)에 의해 급격하게 버퍼(17)의 가요성 필름을 가압함으로써 증가되고, 그 결과 기포와 증점된 잉크가 토출구(10)로부터 압박 배출된다.
토출구(34)는 압력 조정 유닛(12)으로부터 하우징(7)으로 액체 충전제(11)가 용이하게 유동하는 것을 방해한다. 그러나, 헤드(3)가 액체(9)를 토출하도록 구동될 때 액체 충전제(11)의 단위 시간당 유량은 가압 기구(33)가 급격하게 이동되는 경우에서보다 훨씬 더 작다. 따라서, 압력 조정 유닛(12)으로부터 하우징(7)으로의 액체 충전제(11)의 유동에 관한 토출구(34)의 유동 저항은 무시할만하다.
토출구(34)의 치수는 토출구(34)의 유동 저항이 악영향을 갖게 하지 않도록 최적화되는 것이 더 바람직하다.
도 15b는 압력 조정 유닛(12)과 연통 유닛(13)의 다른 예를 도시하는 확대도이다. 토출구(35)를 갖는 밸브가 밸브(15)(도 15a 참조) 대신에 연통 유닛(13)에 제공될 수도 있다. 토출구(35)를 갖는 밸브는 폐쇄시에 밸브로서 기능을 하고, 개방시에 토출구로서 기능을 한다.
(제10 실시예)
본 발명의 제10 실시예가 도 16을 참조하여 설명된다. 도 16은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 16에 도시된 바와 같이, 액체 토출 디바이스(1)는 액체 충전제(11) 내에 수용된 기체를 제거하기 위한 탈기 디바이스(36), 펌프(37) 및 온도 제어 디바이스(38)를 포함한다. 액체 충전제(11)는 하우징(7), 탈기 디바이스(36) 및 온도 제어 디바이스(38)를 통해 순환한다. 온도 제어 디바이스(38)와 액체 수용 유닛(4)이 서로 연통하게 하는 연통 유닛은 밸브(39, 40) 및 조인트(41)를 구비한다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
본 실시예에서, 탈기되어 온도 제어되어 있는 액체 충전제(11)가 하우징(7)에 공급되고, 따라서 가요성 수용 백(8) 내의 액체(9)의 온도가 일정하게 유지되고 기포가 하우징(7) 내에서 발생할 가능성이 없다. 따라서, 수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재는 가스 배리어 특성을 가질 필요가 없다.
또한, 낮은 가스 배리어 특성을 갖는 가요성 부재의 수용 백(8)을 형성함으로써, 액체(9) 내에 발생된 기포는 수용 백(8)을 통해 액체 충전제(11)로 이동한다. 기포는 탈기되어 있지 않은 액체(9)가 사용될 때에도 액체(9) 내에 잔류하지 않고, 따라서 헤드(3)의 토출 성능의 안정성이 향상될 수 있다. 그 결과, 액체 토출 디바이스(1)는 장시간 동안 연속적으로 운전될 수도 있다. 이는 특히 높은 신뢰성을 갖도록 요구되는 산업용 잉크젯 디바이스에 적합하다.
액체(9) 내에서 발생되어 액체 충전제(11)로 이동된 기포는 탈기 디바이스(36)의 사용을 통해 액체 충전제(11)로부터 제거된다는 것을 주목하라.
수용 백(8)을 형성하는 가요성 부재는 비교적 낮은 가스 배리어 특성을 갖는 부재일 수도 있다. 또한, 액체 충전제(11)는 수용 백(8)의 요동을 억제하고, 따라서 수용 백(8)은 얇은 연성 재료로 형성될 수 있다. 예로서, 약 5 ㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 필름 등이 또한 사용될 수 있다.
액체 충전제(11)와 액체(9)와 같은 성분의 분자 뿐만 아니라 기체 분자가 미량으로 낮은 가스 배리어 특성을 갖는 박막을 통해 투과할 수도 있는 위험이 있다. 액체 성분의 투과에 관련하여, 액체(9) 또는 액체(9)의 주성분과 동일한 액체가 액체 충전제(11)의 주성분으로서 사용될 수도 있다. 액체(9)의 성분의 조성비는 서로에 대한 분자의 투과에 기인하여 변화하지만, 필름을 통해 투과하는 분자의 양은 적고, 따라서 액체(9)의 조성비의 변화가 매우 작고 무시할만하다.
거의 전체 가요성 수용 백(8)이 도시된 예에서 필름으로 형성되지만, 수용 백(8)의 부분은 스테인레스 플레이트와 같은 높은 강성을 갖는 재료로 형성될 수도 있다는 것을 주목하라. 스테인레스 플레이트 등을 사용함으로써, 가요성 수용 백(8)의 형상은 안정화될 수 있고 하우징(7)은 소형화될 수 있다. 또한, 액체(9)의 충전 중에 수용 백(8)의 파괴는 가요성 필름이 충분한 강도를 갖지 않는 경우에도 억제될 수 있다.
스테인레스 플레이트의 밀도는 액체(9)의 밀도보다 크지만, 스테인레스 플레이트가 비가요성 하우징(7)에 이동 불가능하게 고정되면, 스테인레스 플레이트의 밀도와 액체(9)의 밀도 사이의 차이에 의해 발생되는 영향이 억제될 수 있다.
증점된 액체(9) 등이 배출될 때, 밸브(14 또는 15)가 폐쇄되고 펌프(37)가 동작되기만 하면 된다. 펌프(37)는 하우징(7) 내의 압력을 증가시키고 헤드(3)로부터 증점된 액체(9)를 배출하기 위한 가압 유닛으로서 기능을 한다. 펌프(37)가 미리 정해진 양만큼 동작된 후에, 밸브(14 또는 15)는 재차 개방된다.
펌프(37)로서, 튜브 펌프, 기어 펌프 등이 적용될 수 있다. 이들 펌프는 이들이 비교적 간단한 구조로 회전각에 따라 실질적으로 일정한 양으로 유체를 수송할 수 있는 장점을 갖는다. 이들 펌프를 사용하는 경우에, 입자는 펌프의 동작에 따라 발생된다. 그러나, 본 실시예에서, 발생된 입자는 단지 액체 충전제(11)와만 혼합되고 액체(9)와는 혼합되지 않는다. 따라서, 액체(9)는 오염되지 않는다.
다른 예로서, 이하가 또한 적용 가능하다.
증점된 액체(9) 등이 액체 충전제(11)를 가압함으로써 압박 배출될 때, 압력 조정 유닛(12)과 액체 수용 유닛(4) 사이의 액체 충전제(11)의 유동을 제한할 필요가 있다. 유동 제한 유닛으로서, 정지 상태에 있는 압력 조정 유닛(12)이 또한 사용될 수 있다.
예로서 제1 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)(도 2 참조)에 제공된 압력 조정 유닛(12)을 사용하는 경우에, 액체 충전제(11)의 유동은 펌프(19)의 동작을 정지함으로써 제한될 수 있다. 또한, 제어 유닛(22)을 사용하여 부압 제어를 정지함으로써 그리고 펌프(19)를 구동함으로써, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)가 가압될 수 있다.
(제11 실시예)
본 발명의 제11 실시예가 도 17을 참조하여 설명된다. 도 17은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 하우징(7)은 제1 및 제2 수용 공간을 포함하는 본체부(7a)와, 헤드(3)의 액체 토출 방향(하향 방향)에 대향하는 방향에서 본체부(7a)로부터 돌출하는 중공 돌출부(7b)를 포함한다. 돌출부(7b)는 제2 수용 공간과 연통하고, 액체 충전제(11)와 기체를 수용한다. 압력 조정 유닛(12)은 액면 위치 제어 기구(42)와 기체 압력 제어 기구(43)를 포함한다.
*액면 위치 제어 기구(42)는 저장 탱크(44), 액체 공급 유닛(45) 및 액면 위치 센서(46)를 포함한다. 저장 탱크(44)는 액체 충전제(11)를 저장한다. 액체 공급 유닛(45)은 하우징(7)과 저장 탱크(44) 사이에 액체 충전제(11)를 수송한다. 액면 위치 센서(46)는 돌출부(7b) 내의 액체 충전제(11)의 액면의 위치를 검출한다. 액체 공급 유닛(45)은 액면 위치 센서(46)로 측정된 돌출부(7b) 내의 액체 충전제(11)의 액면의 위치에 기초하여 동작한다.
액체 공급 유닛(45)과 하우징(7)을 서로 연결하기 위한 충전제 연통 유닛(47)은 밸브(48, 49)와 조인트(50)를 구비한다. 충전제 연통 유닛(47)은 밸브(48, 49)가 폐쇄되어 있는 상태에서 조인트(50)에서 분리될 수 있다. 저장 탱크(44)는 대기 연통 홀(51)을 구비한다.
기체 압력 제어 기구(43)는 레귤레이터(52), 펌프(53) 및 압력 센서(54)를 포함한다. 압력 센서(54)는 레귤레이터(52)와 돌출부(7b)를 서로 연결하기 위한 기체 연통 유닛(55) 내에 제공되고, 액체 토출 디바이스(1) 내의 기압에 대해 기체 연통 유닛(55) 내의 상대 압력을 측정한다. 압력 센서(54)는 외부 교란에 의해 용이하게 영향을 받지 않도록 밸브(57)에 더 근접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
*제어 유닛(도시 생략)은 레귤레이터(52) 및 펌프(53)를 구동한다. 레귤레이터(52) 및 펌프(53)는 압력 센서(54)로 측정된 압력에 대응하는 전기 신호에 기초하여 동작한다. 이 방식으로, 기체 연통 유닛(55) 및 돌출부(7b) 내의 기체의 압력이 제어된다.
기체 연통 유닛(55)은 밸브(56, 57) 및 조인트(58)를 구비하고, 기체 연통 유닛(55)은 밸브(56, 57)가 폐쇄되어 있는 상태에서 조인트(58)에서 분리될 수 있다. 기체 연통 유닛(55)은 그를 통해 기체를 통과시키도록 구성되기만 하면 되고, 기체 연통 유닛(55)의 내경은 충전제 연통 유닛(47)의 내경보다 작을 수도 있다.
조인트(50)에서 충전제 연통 유닛(47)을 분리하고 조인트(58)에서 기체 연통 유닛(55)을 분리함으로써, 액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거될 준비가 된다.
액체 토출 디바이스(1)의 기동시에, 기체 압력 제어 기구(43)는 압력 제어를 시작한다. 기체 연통 유닛(55)은 돌출부(7b)와 연통하고, 기체 연통 유닛(55) 내의 기체의 압력의 제어시에, 돌출부(7b) 내의 기체의 압력이 제어된다.
돌출부(7b) 내의 기체의 압력이 제어될 때, 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)의 압력은 제어되고, 수용 백(8) 내의 액체(9)의 압력이 제어된다. 그 결과, 헤드(3)의 내부압은 미리 정해진 범위 내에서 제어된다.
액체(9)가 헤드(3)의 토출구(10)로부터 토출될 때, 가요성 수용 백(8) 내의 액체(9)는 소비되고, 가요성 수용 백(8)의 용량은 축소한다. 다음에, 돌출부(7b)의 액면 위치가 하강한다.
액면 위치 센서(46)가 돌출부(7b)의 액면 위치가 미리 정해진 위치 아래로 하강한 것을 검출할 때, 제어 유닛(도시 생략)은 밸브(48, 49)를 개방하고 액체 공급 유닛(45)을 구동한다. 그 결과, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(44)로부터 충전제 연통 유닛(47)을 거쳐 하우징(7)으로 공급된다.
*액체 충전제(11)가 하우징(7)으로 공급될 때, 돌출부(7b)의 액면 위치는 상승된다. 액면 위치 센서(46)가 액면 위치가 미리 정해진 범위 내에 있는 것을 검출할 때, 제어 유닛(도시 생략)은 액체 공급 유닛(45)을 정지한다.
따라서, 액면 위치 제어 기구(42)의 동작은 미리 정해진 범위 내에서 돌출부(7b)의 액면 위치를 제어한다.
기체 액체 분리막(59)이 돌출부(7b)와 기체 연통 유닛(55) 사이에 형성된다. 기체 액체 분리막(59)은 그를 통해 기체를 통과시키지만, 액체는 통과시키지 않는다.
액면 위치 제어 기구(42)가 고장나는 경우에, 액체 충전제(11)는 몇몇 경우에 저장 탱크(44)로부터 충전제 연통 유닛(47)을 거쳐서 하우징(7) 내로 과도하게 공급될 수도 있다. 이 경우에, 돌출부(7b) 내의 액체 충전제(11)는 기체 액체 분리막(59)과 접촉하게 된다. 기체 액체 분리막(59)은 그를 통해 액체를 통과시키지 않고, 따라서 기체 연통 유닛(55)으로의 액체 충전제(11)의 유동이 억제된다.
돌출부(7b)의 돌출 방향과 교차하는(예컨대, 수직하는) 절단면(이하, 간단히 "절단면"이라 칭함)에 관련하여, 돌출부(7b)의 내부의 단면적은 본체부(7a)의 내부의 단면적의 최대값보다 작다. 돌출부(7b)의 내부 공간은 기체의 압력이 제어될 수 있는 이러한 치수로 설정되기만 하면 된다. 물론, 도 17에서, 도면 깊이 방향에서 돌출부(7b)의 치수는 감소될 수도 있다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거되고 반송되는 경우가 가정된다.
이 경우에, 돌출부(7b)의 단면적은 본체부(7a)의 단면적의 최대값보다 작고, 따라서 돌출부(7b) 내에 발생된 액체 충전제(11)의 파(wave)가 비교적 작게될 수 있다. 따라서, 수용 백(8)의 진동이 억제되고, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제된다. 그 결과, 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)의 흐름이 더 억제될 수 있다.
또한, 액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 장착되는 상태가 가정된다. 이 상태에서, 외력이 기체 연통 유닛(55) 및 충전제 연통 유닛(47)에 인가되고, 액체 수용 유닛(4)은 몇몇 경우에 진동한다.
또한, 돌출부(7b)의 단면적은 본체부(7a)의 단면적의 최대값보다 작고, 따라서 돌출부(7b) 내에 발생된 액체 충전제(11)의 파는 비교적 작게될 수 있다. 따라서, 수용 백(8)의 진동이 억제되고, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제된다. 그 결과, 액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때 토출 안정성이 보장될 수 있다.
또한, 기체가 하우징(7)에 연결된 기체 연통 유닛(55) 내에 존재하지만, 기체의 밀도는 액체의 밀도보다 작다. 기체의 밀도는 충분히 작고, 따라서 기체 연통 유닛(55) 내의 기체는 충분히 가볍다. 따라서, 가속도가 기체 연통 유닛(55)의 진동에 기인하여 기체 연통 유닛(55) 내의 기체에 인가될 때에도, 기체로부터 돌출부(7b)의 액체 충전제(11)에 인가된 힘이 작다. 따라서, 액체 충전제(11)가 거의 진동하지 않고, 부압의 변동이 억제된다.
게다가, 기체는 압축성을 갖는다. 돌출부(7b) 및 기체 연통 유닛(55) 내의 기체는 액체 충전제(11)의 진동을 억제하도록 수축 또는 팽창함으로써 버퍼로서 기능을 한다. 그 결과, 수용 백(8)의 진동이 억제되고, 액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때 토출 안정성이 보장될 수 있다.
액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 장착되고 몇몇 경우에 액체 토출 디바이스(1) 내에서 이동한다. 이러한 경우에도, 돌출부(7b) 내의 액체 충전제(11) 내에서 발생된 파는 비교적 자고, 따라서 수용 백(8)의 진동이 억제된다. 따라서, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제되고, 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)의 흐름이 억제될 수 있다.
이제, 액체 충전제(11)가 액체 수용 유닛(4)의 반송 중에 액체 수용 유닛(4)에 대해 공진(resonate)하지 않는 조건이 고려된다.
절단면 내의 돌출부(7b)의 내부의 최대 치수는 L로서 정의되고, 액체 수용 유닛(4)의 반송 중에 액체 수용 유닛(4)에 인가된 진동의 주파수는 f로서 정의되고, 중력 가속도는 g로서 정의되고, 원주율은 π로서 정의된다. 이 경우에, 중력파 식에 기초하여, 액체 충전제(11)는 이하의 식이 만족될 때 공진하지 않는다.
L<g/(2πf2)
돌출부(7b) 내의 액체 충전제(11)의 파동(waving)은 전술된 식을 만족하도록 주파수(f)에 대해 최대 치수(L)를 설정함으로써 더 억제될 수 있다. 예를 들어, 액체 수용 유닛(4)의 반송 중에 액체 수용 유닛(4)에 인가된 진동의 주파수가 5 Hz로 설정될 때, 최대 치수(L)는 62 mm 이하이다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제12 실시예)
본 발명의 제12 실시예가 도 18을 참조하여 설명된다. 도 18은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 내지 제11 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 18에 도시된 바와 같이, 압력 조정 유닛(12)은 액체 충전제(11)와 기체를 수용하기 위한 보조 용기(60), 보조 용기(60) 내의 액면의 위치를 제어하기 위한 액면 위치 제어 기구(42) 및 보조 용기(60) 내의 기체의 압력을 제어하기 위한 기체 압력 제어 기구(43)를 포함한다. 하우징(7) 및 보조 용기(60)는 제2 충전제 연통 유닛(61)을 통해 서로 연결되고, 액체 충전제(11)는 하우징(7)과 보조 용기(60) 사이에서 이동할 수 있다.
제2 충전제 연통 유닛(61)은 밸브(62, 63) 및 조인트(64)를 구비하고, 제2 충전제 연통 유닛(61)은 밸브(62, 63)가 폐쇄되어 있는 상태에서 조인트(64)에서 분리될 수 있다. 제2 충전제 연통 유닛(61)이 조인트(64)에서 분리될 때, 액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거될 준비가 될 수 있다. 밸브(62)는 액체 수용 유닛(4)이 장착되어 있는 액체 토출 디바이스(1)가 이동될 때 폐쇄될 수도 있다.
헤드(3)의 액체 토출 방향과 교차하는(예컨대, 수직인) 표면의 절단면과 관련하여, 보조 용기(60)의 단면적은 하우징(7) 내의 단면적의 최대값보다 작다. 보조 용기(60)는 기체의 압력을 제어하는 것이 가능하도록 하는 이러한 치수를 갖기만 하면 된다. 물론, 도 18에서, 도면 깊이 방향에서의 보조 용기(60)의 치수는 감소될 수도 있다.
기체 연통 유닛(55)은 그를 통해 기체를 통과시키도록 구성되기만 하면 된다. 기체 연통 유닛(55)의 내경은 제1 및 제2 충전제 연통 유닛(47, 61)의 내경보다 작을 수도 있다.
액면 위치 제어 기구(42)는 저장 탱크(44), 액체 공급 유닛(45) 및 액면 위치 센서(46)를 포함한다. 액면 위치 센서(46)는 보조 용기(60) 내의 액체 충전제(11)의 액면의 위치를 검출한다. 액체 공급 유닛(45)은 액면 위치 센서(46)로 측정된 보조 용기(60) 내의 액체 충전제(11)의 액면의 위치에 기초하여 동작한다.
액체 공급 유닛(45)이 동작할 때, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(44)로부터 보조 용기(60)로 공급되고, 보조 용기(60) 내의 액체 충전제(11)의 액면의 위치가 상승된다. 그 결과, 보조 용기(60) 내의 액체 충전제(11)의 액면은 미리 정해진 위치로 유지된다.
기체 압력 제어 기구(43)는 레귤레이터(52), 펌프(53) 및 압력 센서(54)를 포함한다. 압력 센서(54)는 기체 연통 유닛(55) 내에 제공된다. 압력 센서(54)는 액체 토출 디바이스(1) 내의 기압에 대한 기체 연통 유닛(55) 내의 상대 압력을 측정한다.
액체 토출 디바이스(1)의 기동시에, 기체 압력 제어 기구(43)는 압력 제어를 시작한다. 제어 유닛(도시 생략)은 압력 센서(54)로 측정된 압력에 대응하는 전기 신호에 기초하여 기체 연통 유닛(55) 내의 기체의 압력을 제어하도록 레귤레이터(52)와 펌프(53)를 제어한다.
기체 연통 유닛(55)은 보조 용기(60)와 연통하고, 보조 용기(60) 내의 기체의 압력은 기체 연통 유닛(55) 내의 기체의 압력을 제어함으로써 제어된다. 다음에, 보조 용기(60) 및 하우징(7) 내의 액체 충전제(11)의 압력은 보조 용기(60) 내의 기체의 압력을 제어함으로써 제어된다. 액체 충전제(11)의 압력이 제어될 때, 수용 백(8) 내의 압력이 제어되고, 헤드(3) 내의 압력은 미리 정해진 범위 내에서 제어된다.
압력 센서(54)가 외부 교란에 의해 용이하게 영향을 받지 않도록 기체 액체 분리막(59)에 더 근접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
액체(9)가 헤드(3)의 토출구(10)로부터 토출될 때, 가요성 수용 백(8) 내의 액체(9)가 소비되고, 가요성 수용 백(8)의 용량이 축소한다. 그 결과, 액체 충전제(11)는 보조 용기(60)로부터 하우징(7) 내로 유동하고, 보조 용기(60)의 액면 위치가 하강한다.
액면 위치 센서(46)가 보조 용기(60)의 액면 위치가 미리 정해진 위치 아래로 하강한 것을 검출할 때, 제어 유닛(도시 생략)은 액체 공급 유닛(45)을 구동한다. 그 결과, 액체 충전제(11)는 저장 탱크(44)로부터 제1 충전제 연통 유닛(47)을 거쳐 보조 용기(60)로 공급된다.
제1 충전제 연통 유닛(47)은 밸브를 구비할 수도 있고, 이 경우에 제어 유닛(도시 생략)은 밸브를 개방한 후에 액체 공급 유닛(45)을 구동한다.
액체 충전제(11)가 저장 탱크(44)로부터 보조 용기(60)로 공급될 때, 보조 용기(60)의 액면 위치는 상승한다. 액면 위치 센서(46)가 액면 위치가 미리 정해진 범위 내에 있는 것을 검출할 때, 제어 유닛(도시 생략)은 액체 공급 유닛(45)을 정지한다.
따라서, 액면 위치 제어 기구(42)의 동작은 보조 용기(60)의 액면 위치를 미리 정해진 범위 내에서 제어한다.
기체 액체 분리막(59)이 보조 용기(60)와 기체 연통 유닛(55) 사이에 형성된다. 기체 액체 분리막(59)은 그를 통해 기체를 통과시키지만 액체는 통과시키지 않는다.
액면 위치 제어 기구(42)가 고장나는 경우에, 액체 충전제(11)는 몇몇 경우에 저장 탱크(44)로부터 충전제 연통 유닛(47)을 거쳐 보조 용기(60) 내로 과도하게 공급될 수도 있다. 이 경우에, 보조 용기(60) 내의 액체 충전제(11)는 기체 액체 분리막(59)과 접촉하게 된다. 기체 액체 분리막(59)은 그를 통해 액체를 통과시키지 않고, 따라서 기체 연통 유닛(55)으로의 액체 충전제(11)의 유동이 억제된다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거되어 반송되는 경우가 가정된다.
이 경우에, 하우징(7) 내의 밀도는 실질적으로 균일하고, 따라서 가요성 수용 백(8)의 진동이 억제된다. 따라서, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제될 수 있고, 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)의 흐름이 억제될 수 있다.
또한, 액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 장착되는 상태가 가정된다. 이 상태에서, 외력이 기체 연통 유닛(55)과 충전제 연통 유닛(47)에 인가되고, 액체 수용 유닛(4)은 몇몇 경우에 진동한다.
외력이 기체 연통 유닛(55) 또는 충전제 연통 유닛(47)에 인가되어 액체 수용 유닛(4) 내에 진동을 발생할 때에도, 하우징(7) 내의 밀도가 실질적으로 균일하기 때문에 가요성 수용 백(8)의 진동은 억제된다. 따라서, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제된다.
또한, 기체가 보조 용기(60)와 기체 연통 유닛(55) 내에 존재하지만, 기체의 밀도는 액체의 밀도보다 작다. 기체의 밀도는 충분히 작고, 따라서 기체 연통 유닛(55) 내의 기체는 충분히 가볍다. 따라서, 가속도가 기체 연통 유닛(55)의 진동에 기인하여 기체 연통 유닛(55) 내의 기체에 인가될 때에도, 기체로부터 보조 용기(60)의 액체 충전제(11)에 인가된 힘은 작다. 따라서, 액체 충전제(11)는 거의 진동하지 않고, 부압의 변동이 억제된다.
게다가, 기체는 압축성을 갖는다. 보조 용기(60)와 기체 연통 유닛(55) 내의 기체는 액체 충전제(11)의 진동을 억제하도록 수축 또는 팽창함으로써 버퍼로서 기능을 한다. 그 결과, 수용 백(8)의 진동이 억제되고, 액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때 토출 안정성이 보장될 수 있다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체 상에 장착되는 경우에 액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1) 내에서 이동할 때에도, 하우징(7) 내의 밀도가 실질적으로 균일하기 때문에 가요성 수용 백(8)의 진동은 억제될 수 있다. 따라서, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제될 수 있고, 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)의 흐름이 억제될 수 있다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제13 실시예)
본 발명의 제13 실시예가 도 19를 참조하여 설명된다. 도 19는 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 내지 제11 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 19에 도시된 바와 같이, 압력 조정 유닛(12)은 기체 압력 제어 기구(43)를 포함한다. 본 실시예에 따른 기체 압력 제어 기구(43)는 제11 실시예에 따른 기체 압력 제어 기구(43)(도 17 참조)에 비교하여 액체 수용 유닛(4)에 더 근접하게 배치된다.
또한, 압력 조정 유닛(12)은 제2 기체 연통 유닛(65)을 통해 돌출부(7b)에 연결된 기체 버퍼부(66)를 포함한다.
제2 기체 연통 유닛(65)은 밸브(67, 68) 및 조인트(69)를 구비하고, 제2 기체 연통 유닛(65)은 밸브(67, 68)가 폐쇄되는 상태에서 조인트(69)에서 분리될 수 있다. 제2 기체 연통 유닛(65)이 조인트(69)에서 분리될 때, 액체 수용 유닛(4)은 액체 토출 디바이스(1)의 본체로부터 제거될 준비가 될 수 있다.
다른 구성 요소는 제11 실시예의 것들과 동일하고(도 17 참조), 따라서 그 설명은 여기서 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 및 제11 실시예의 것들과 동일한 효과를 나타낸다.
기체 버퍼부(66) 내의 기체는 버퍼로서 기능을 한다. 따라서, 외력이 제1 기체 연통 유닛(55)(도 17 등 참조) 및 충전제 연통 유닛(47)에 인가되어 액체 수용 유닛(4) 내에 진동을 발생할 때에도, 액체 충전제(11)의 진동이 억제된다. 그 결과, 헤드(3)의 토출구(10)에 인가된 부압의 변동이 억제될 수 있고, 액체(9)가 토출구(10)로부터 토출될 때 토출 안정성이 보장될 수 있다.
액체 수용 유닛(4)이 액체 토출 디바이스(1)의 본체 내에서 이동할 때에도, 기체 버퍼부(66) 내의 기체는 버퍼로서 기능을 하고, 따라서 액체 충전제(11)의 진동이 억제된다. 따라서, 가요성 수용 백(8)의 진동이 억제되고, 헤드(3)에 인가된 부압의 변동이 억제될 수 있고, 그 결과 헤드(3)의 토출구(10)로부터 액체(9)의 흐름이 억제될 수 있다.
(제14 실시예)
본 발명의 제14 실시예가 도 20을 참조하여 설명된다. 도 20은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 개략도이다. 제1 내지 제12 실시예에서와 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
본 실시예에서, 수성 잉크가 액체 충전제(11)로서 사용된다.
도 20에 도시된 바와 같이, 펌프(53)는 제1 기체 연통 유닛(55)을 거쳐서 보조 용기(60)와 연통한다. 제2 기체 연통 유닛(65)은 기체 공급부(도시 생략)와 보조 용기(60) 사이의 연통을 가능하게 하고, 레귤레이터(52)가 제2 기체 연통 유닛(65)의 도중을 따라 제공된다.
제2 기체 연통 유닛(65)은 산소를 함유하지 않는 기체, 예를 들어 질소가 공급된다. 제2 기체 연통 유닛(65)을 거쳐 보조 용기(60)에 공급된 기체는 제1 기체 연통 유닛(55)을 거쳐 펌프(53)에 공급되고 펌프(53)로부터 배출된다.
산소는 산소 이외의 기체에 비교하여, 수중에서 용이하게 용해되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 수성 잉크가 보조 용기(60) 내의 비교적 대량의 산소를 함유하는 기체에 노출될 때, 산소는 수성 잉크 내에서 용해되고, 기포가 하우징(7) 내에서 발생될 수도 있다.
본 실시예에서, 보조 용기(60)는 산소를 함유하지 않는 기체, 예를 들어 질소가 공급되어 보조 용기(60) 내의 산소의 농도가 감소하게 된다. 그 결과, 보조 용기(60) 내의 기체는 액체 충전제(11) 내에서 덜 용해되게 되고, 액체 충전제(11) 내에 용해된 기체의 양이 감소된다.
액체 충전제(11) 내에 용해된 기체의 양이 감소될 때, 기포는 보조 용기(60)와 하우징(7) 내에서 덜 발생되고, 하우징(7)이 액체 충전제(11)로 충전되어 있는 상태가 유지된다. 따라서, 하우징(7) 내의 밀도가 실질적으로 균일하게 유지될 수 있고, 수용 백(8)의 진동이 억제될 수 있고 헤드(3) 내의 부압의 변동이 억제될 수 있다. 그 결과, 토출구(10)로부터 액체(9)의 누출이 억제된다.
나머지 구성은 제12 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제12 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제15 실시예)
본 발명의 제15 실시예가 도 21 및 도 22를 참조하여 설명된다. 도 21은 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)의 개략도이고, 도 22는 액체(9)가 도 21에 도시된 상태로부터 소비되어 있는 상태의 개략도이다. 제1 실시예에서와 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략된다는 것을 주목하라.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 가요성 수용 백(8)(도 1 등 참조) 대신에 가요성 필름(70)을 포함한다. 가요성 필름(70)은 벨로우즈부를 갖지 않는다.
가요성 필름(70)은 하우징(7)의 내부 공간을 헤드(3)의 토출구(10)와 연통하는 제1 수용 공간과 헤드(3)의 토출구(10)와 연통하지 않는 제2 수용 공간으로 분할한다. 액체(9)는 제1 수용 공간 내에 수용되고, 액체(9)는 토출구(10)로부터 토출된다. 제2 수용 공간은 압력 조정 유닛(12)과 연통하고, 액체 충전제(11)는 제2 수용 공간 내에 충전된다.
도 22에 도시된 바와 같이, 가요성 필름(70)은 액체(9)의 소비에 따라 변형되고, 제2 수용 공간은 제1 수용 공간의 축소에 따라 확대된다. 하우징(7) 내의 압력은 압력 조정 유닛(12)의 사용을 통해 제2 수용 공간 내의 액체 충전제(11)의 압력을 조정함으로써 미리 정해진 값으로 유지된다. 그 결과, 헤드(3)에 인가된 압력이 유지되고, 토출구(10)로부터 액체(9)의 누출이 억제된다.
벨로우즈부를 갖지 않는 가요성 필름(70)의 사용을 통해, 액체 수용 유닛(4)의 구조가 간단화될 수 있고, 액체 수용 유닛(4)의 제조 비용이 절감될 수 있다.
나머지 구성은 제1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략된다. 본 실시예에 따른 액체 토출 디바이스(1)는 또한 제1 실시예의 것들과 유사한 효과를 나타낸다.
(제16 실시예)
본 발명의 제16 실시예가 도 23을 참조하여 설명된다. 본 실시예는 제15 실시예의 것과 공통인 구성을 갖고, 공통인 부분의 설명은 부분적으로 생략된다. 차이가 이하에 상세히 설명된다.
도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 임프린트 디바이스(75)는 주로 액체 토출 디바이스(1)를 포함한다. 게다가, 액체 토출 디바이스(1)는 주로 헤드(3), 레지스트 수용 유닛(84) 및 압력 조정 유닛(12)을 포함한다.
레지스트 수용 유닛(84)의 제1 수용 공간은 광 경화성 레지스트(76)를 수용한다. 제1 수용 공간과 연통하는 헤드(3)는 이하에 설명된 웨이퍼(77)(기판)의 표면 상에 레지스트(76)를 토출한다.
*본 실시예에서, 광 경화성 레지스트(76)는 광 경화성 수지로 형성된다는 것을 주목하라. 그러나, 광 경화성 레지스트(76)는 다른 광 경화성 물질(유체)로 형성될 수도 있다.
또한, 본 실시예의 임프린트 디바이스(75)는 홈-형상 미세 패턴(요철 패턴)이 형성되어 있는 일 표면을 갖는 몰드(78), 몰드(78)를 이동시키기 위한 몰드 이동부(80) 및 몰드 이동부(80)의 중간부를 통해 몰드(78)를 지지하기 위한 몰드 지지부(81)를 포함한다. 몰드(78)는 광 투과성을 갖는 석영 재료로 형성되고 몰드 이동부(80)에 의해 수직 방향으로 이동되도록 구성된다. 몰드 이동부(80)와 몰드 지지부(81)는 본 발명의 패턴 형성 유닛으로서 기능을 한다는 것을 주목하라.
본 실시예에 따른 임프린트 디바이스(75)에서, 자외선으로 웨이퍼(77) 상에 토출된 레지스트(76)(패턴)를 조사하기 위한 노광 유닛(79)(광 조사 유닛)이 몰드(78)의 중간부에 설치되어 있다. 노광 유닛(79)은 노광 유닛 지지부(82)에 의해 몰드(78) 상에 지지되어 있다.
본 실시예에 따른 임프린트 디바이스(75)의 사용을 통해 웨이퍼(77)의 표면 상에 패턴을 형성하는 스텝이 이하에 설명된다.
먼저, 헤드(3)로부터 웨이퍼(77) 상에 토출된 레지스트(76)가 웨이퍼(77) 상에 도포되어 미리 정해진 패턴을 형성한다.
그에 도포된(그 위에 형성된) 레지스트(76)(패턴)를 갖는 웨이퍼(77)는 웨이퍼 반송부(83)(이동 유닛)에 의해 몰드(78) 아래의 영역으로 이동된다.
다음에, 몰드(78)는 몰드 이동부(80)에 의해 하강되고, 몰드(78)는 웨이퍼(77)의 상부면 상에 형성된 레지스트(76)(패턴)에 대해 가압된다. 이 가압 동작에 기인하여, 레지스트(76)는 몰드(78)의 미세 패턴(홈) 내로 충전된다.
레지스트(76)는 미세 패턴 내로의 레지스트(76)의 충전 후에 몰드(78)를 통해 노광 유닛(79)에 의해 자외선으로 조사된다. 이 방식으로, 레지스트(76)로 형성된 패턴이 형성된다.
몰드(78)는 패턴의 형성 후에 몰드 이동부(80)에 의해 상승되고, 몰드(78)는 형성된 패턴으로부터 제거된다. 이에 따라, 임프린트 디바이스(75)에 의해 웨이퍼 기판 상에 패턴을 형성하는 스텝이 종료된다.
임프린트 디바이스(75)의 헤드(3) 내의 부압은 제1 수용 공간 내의 레지스트(76) 및 제2 수용 공간 내의 액체 충전제(11)를 통해 압력 조정 유닛(12)에 의해 제어된다(유지됨). 이는 대용량 레지스트 수용 유닛(84) 내의 압력의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 헤드(3)의 토출구(10)로부터 레지스트(76)의 흐름이 임프린트 디바이스(75) 내에서 억제될 수 있다.
전술된 각각의 실시예에 따른 액체 토출 디바이스의 구성은 본 실시예에 따른 임프린트 디바이스(75)에 적절하게 적용될 수 있다는 것을 주목하라.
또한, 본 발명의 임프린트 디바이스(75)는 예를 들어 반도체 집적 회로 소자 또는 액정 디스플레이 소자와 같은 디바이스를 제조하기 위한 반도체 제조 디바이스에 적용될 수 있다.
본 발명의 임프린트 디바이스(75)의 사용을 통해 부품을 제조하는 방법은 임프린트 디바이스(75)의 사용을 통해 기판(웨이퍼, 글래스 플레이트, 필름형 기판) 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 스텝과, 그 위에 형성된 패턴을 갖는 기판을 처리하는 처리 스텝을 포함할 수 있다.
또한, 기판을 처리하는 처리 스텝으로서, 기판을 에칭하는 에칭 처리가 제공된다.
패터닝된 매체(기록 매체) 또는 광학 소자와 같은 디바이스(부품)를 제조하는 경우에, 에칭 처리 이외의 가공 처리가 바람직하다는 것을 주목하라.
본 발명의 부품을 제조하는 방법에 따르면, 종래의 부품 제조 방법에 비교하여, 부품의 성능, 품질 및 생산성이 향상되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.
전술된 각각의 실시예로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 있어서, 제2 수용 공간은 액체 충전제로 충전된다. 액체 충전제의 체적은 기체의 체적에 비교하여, 온도 및 압력의 변화에 의해 영향을 덜 받는다. 따라서, 액체 토출 디바이스의 주변의 온도 또는 기압이 변화할 때에도, 액체 충전제의 체적은 변동할 가능성이 없고, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력의 변동이 억제된다.
또한, 액체 충전제는 제2 수용 공간 내에 충전되어 있고, 따라서 가요성 부재는 기체에 거의 노출되지 않는다. 따라서, 기체는 제1 수용 공간에 거의 진입하지 않고, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력의 증가가 억제된다.
또한, 제1 수용 공간은 액체로 충전되어 있고 제2 수용 공간은 액체 충전제로 충전되어 있고, 액체와 액체 충전제 사이의 밀도의 차이는 비교적 작다. 따라서, 가요성 부재는 거의 요동하지 않고, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력은 하우징에 충격이 가해질 때에도 거의 변동하지 않는다.
또한, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력은 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 액체 충전제의 압력을 조정함으로써 조정되고, 따라서 부유백이 액체 충전제 내에 침지될 필요가 없다. 따라서, 부유백이 하우징 내에 제공되어 있는 경우에 비교하여, 본 발명에 있어서, 수용부에 충격이 가해질 때 가요성 부재의 요동이 억제되고, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력이 변동할 가능성이 없다.
전술된 바와 같이, 제1 수용 공간 내에 수용된 액체의 압력이 변동할 가능성이 없고, 따라서 헤드의 내부압이 부압으로 유지되고, 헤드로부터의 액체의 누출이 억제된다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 모든 이러한 수정 및 등가의 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims (20)

  1. 액체 토출 디바이스이며,
    제1 액체를 토출하기 위한 토출구가 형성된 토출구면(orifice surface)을 포함하는 헤드;
    밀폐된 하우징 및 상기 밀폐된 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하는 액체 수용 유닛으로서, 상기 밀폐된 하우징은 상기 헤드와 연통하는 제1 수용 공간과, 상기 가요성 부재에 의해 상기 제1 수용 공간으로부터 구획된 제2 수용 공간을 포함하고, 상기 제1 수용 공간은 상기 제1 액체를 수용하고, 상기 제1 수용 공간의 체적은 상기 헤드로부터의 상기 제1 액체의 토출에 응답하여 감소하고, 상기 제2 수용 공간은 제2 액체를 포함하는, 상기 액체 수용 유닛;
    상기 제2 수용 공간과 연통하고, 상기 헤드에 대해 부압을 유지하기 위해 상기 제2 수용 공간 내의 상기 제2 액체의 압력을 조정하도록 구성되는 압력 조정 유닛으로서, 상기 압력 조정 유닛은, 대기 연통부를 가지며 상기 제2 수용 공간에 공급될 상기 제2 액체를 수용하는 저장 탱크를 포함하고, 상기 저장 탱크는, 상기 저장 탱크 내에 수용된 상기 제2 액체의 액면이 상기 토출구면 아래에 위치하는 방식으로 배치되는, 상기 압력 조정 유닛;
    상기 제2 수용 공간과 상기 압력 조정 유닛 사이의 연통을 가능하게 하도록 구성된 연통 유닛;
    상기 연통 유닛에 제공되는 제1 밸브;
    상기 연통 유닛에 제공되는 제2 밸브를 포함하고,
    상기 액체 수용 유닛은 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브 사이에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 분리가능한, 액체 토출 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력 조정 유닛은,
    상기 제2 수용 공간 내의 상기 제2 액체의 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 유닛;
    상기 제2 수용 공간과 상기 저장 탱크 사이에 상기 제2 액체를 수송하도록 구성된 액체 공급 유닛 및;
    상기 압력 측정 유닛으로 측정된 압력에 기초하여 상기 액체 공급 유닛의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 액체 토출 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐된 하우징은, 상기 제1 수용 공간 및 상기 제2 수용 공간을 포함하는 본체부와, 상기 제2 수용 공간과 연통하고 상기 제2 액체와 기체를 수용하는 중공 돌출부를 포함하고,
    상기 중공 돌출부는 상기 헤드의 액체 토출 방향에 대향하는 방향으로 상기 본체부로부터 돌출하고,
    상기 압력 조정 유닛은, 상기 중공 돌출부 내의 상기 제2 액체의 액면의 위치를 제어하도록 구성된 액면 위치 제어 기구와, 상기 중공 돌출부 내의 기체의 압력을 제어하도록 구성된 기체 압력 제어 기구를 포함하고,
    상기 중공 돌출부의 내부의 단면적은 상기 중공 돌출부의 돌출 방향과 교차하는 절단면에 관한 본체부의 내부의 단면적의 최대값보다 작은 액체 토출 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 이하의 식이 만족되고,
    L<g/(2πf2)
    여기서, L은 상기 돌출 방향과 교차하는 절단면 내의 중공 돌출부의 내부의 최대 치수를 나타내고, f는 상기 액체 수용 유닛이 반송될 때 상기 액체 수용 유닛에 인가된 진동의 주파수를 나타내고, g는 중력 가속도를 나타내고, π는 원주율을 나타내는 액체 토출 디바이스.
  5. 제3항에 있어서, 상기 액면 위치 제어 기구는 액면 위치 제어 기구로부터 분리 가능하도록 상기 밀폐된 하우징과 연통하고, 상기 기체 압력 제어 기구는 기체 압력 제어 기구로부터 분리 가능하도록 상기 중공 돌출부와 연통하는 액체 토출 디바이스.
  6. 제3항에 있어서, 상기 압력 조정 유닛은 상기 중공 돌출부와 연통하는 기체 버퍼부를 포함하는 액체 토출 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기체 버퍼부는 상기 중공 돌출부로부터 분리 가능한 액체 토출 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압력 조정 유닛은,
    상기 제2 액체와 기체를 포함하도록 구성되고, 상기 제2 수용 공간과 연통하는 보조 용기와,
    상기 보조 용기 내의 상기 제2 액체의 액면의 위치를 제어하도록 구성된 액면 위치 제어 기구와,
    상기 보조 용기 내의 기체의 압력을 제어하도록 구성된 기체 압력 제어 기구를 포함하는 액체 토출 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보조 용기는 상기 밀폐된 하우징으로부터 분리 가능한 액체 토출 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기체는 산소를 함유하지 않는 액체 토출 디바이스.
  11. 제3항에 있어서, 상기 기체 압력 제어 기구는 기체 액체 분리막을 거쳐 상기 기체를 수용하는 중공 돌출부의 부분과 연통하는 액체 토출 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 상기 제2 액체에 압력을 인가하도록 구성된 가압 유닛, 및
    상기 압력 조정 유닛과 상기 제2 수용 공간 사이의 상기 제2 액체의 유동을 제한하도록 구성된 유동 제한 유닛을 더 포함하는 액체 토출 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가압 유닛은 용적형 펌프를 포함하는 액체 토출 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 헤드는 상기 액체 수용 유닛에 고정되는 액체 토출 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체는 상기 액체의 밀도에 대해 80% 이상 내지 120% 이하의 범위 내에 있는 밀도를 갖는 액체 토출 디바이스.
  16. 액체를 토출하도록 구성된 헤드, 밀폐된 하우징 및 상기 밀폐된 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하고, 상기 밀폐된 하우징은, 상기 헤드와 연통하는 제1 수용 공간과, 상기 가요성 부재를 사용하여 상기 제1 수용 공간으로부터 구획된 제2 수용 공간을 포함하고, 상기 액체는 상기 제1 수용 공간 내에 수용되는 액체 토출 디바이스를 위한 액체 누출 억제 방법이며,
    상기 제2 수용 공간 내에 액체 충전제를 충전하는 단계와,
    상기 헤드에 대해 부압을 유지하도록, 상기 제2 수용 공간과 연통하는 압력 조정 유닛을 사용하여 상기 제2 수용 공간 내의 액체 충전제의 압력을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 액체 누출 억제 방법은, 상기 압력 조정 유닛과 상기 제2 수용 공간 사이의 액체 충전제의 유동을 제한하면서 상기 제2 수용 공간 내에 충전되어 있는 액체 충전제를 가압하는 단계를 더 포함하는, 액체 누출 억제 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가압하는 단계는 용적형 펌프를 사용하여 상기 액체 충전제를 가압하는 단계를 포함하는 액체 누출 억제 방법.
  18. 액체 토출 디바이스로서,
    제1 액체를 토출하기 위한 토출구가 형성된 토출구면을 포함하는 헤드;
    밀폐된 하우징 및 상기 밀폐된 하우징 내에 제공된 가요성 부재를 포함하는 액체 수용 유닛으로서, 상기 밀폐된 하우징은 상기 헤드와 연통하는 제1 수용 공간과, 상기 가요성 부재에 의해 상기 제1 수용 공간으로부터 구획된 제2 수용 공간을 포함하고, 상기 제1 수용 공간은 상기 제1 액체를 수용하고, 상기 제1 수용 공간의 체적은 상기 헤드로부터의 상기 제1 액체의 토출에 응답하여 감소하고, 상기 제2 수용 공간은 제2 액체를 포함하는, 상기 액체 수용 유닛;
    상기 제2 수용 공간과 연통하고, 상기 헤드에 대해 부압을 유지하기 위해 상기 제2 수용 공간 내의 상기 제2 액체의 압력을 조정하도록 구성되는 압력 조정 유닛으로서, 상기 압력 조정 유닛은, 대기 연통부를 가지며 상기 제2 수용 공간에 공급될 상기 제2 액체를 수용하는 저장 탱크를 포함하고, 상기 저장 탱크는, 상기 저장 탱크 내에 수용된 상기 제2 액체의 액면이 상기 토출구면 아래에 위치하는 방식으로 배치되는, 상기 압력 조정 유닛;
    상기 제2 수용 공간과 상기 압력 조정 유닛 사이의 연통을 가능하게 하도록 구성된 연통 유닛;
    상기 연통 유닛에 제공되는 제1 밸브;
    상기 연통 유닛에 제공되는 제2 밸브를 포함하고,
    상기 액체 수용 유닛은 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브 사이에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 분리가능한, 액체 토출 디바이스;
    상기 액체 토출 디바이스와, 상기 헤드로부터 토출된 상기 제1 액체가 도포되는 표면을 갖는 기판 사이의 상대 이동을 발생시키도록 구성된 이동 유닛;
    요철 패턴이 형성되어 있는 표면을 갖는 몰드 및;
    상기 요철 패턴이 형성되어 있는 몰드의 표면을, 상기 제1 액체가 도포되어 있는 기판의 표면에 접촉시켜, 상기 몰드의 표면 상에 형성된 요철 패턴에 대응하는 패턴을 상기 제1 액체가 도포되어 있는 기판의 표면 상에 형성하도록 구성된 패턴 형성 유닛을 포함하는 임프린트 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 액체는 광 경화성 액체를 포함하고,
    상기 패턴 형성 유닛은 상기 기판 상에 형성되어 있는 패턴을 광으로 조사하여 상기 패턴을 경화하도록 구성된 광 조사 유닛을 포함하는 임프린트 디바이스.
  20. 제18항에 기재된 임프린트 디바이스를 사용하여, 기판을 포함하는 부품을 제조하는 부품 제조 방법이며,
    상기 기판의 표면 상에 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성되어 있는 기판을 가공하는 단계를 포함하는 부품 제조 방법.
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