KR20230092760A - 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치 - Google Patents

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나오즈미 나베시마
가즈야 요시이
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체 토출 헤드는 토출 포트와 연통하는 압력실, 토출 포트로부터 액체를 토출하는 토출 소자, 및 압력실을 포함하는 액체용 순환 경로를 포함한다. 순환 경로는 액체를 압력실로 공급하는 공급 유로, 압력실로부터 액체를 회수하는 회수 유로, 회수된 액체를 공급 유로로 공급하는 순환 펌프, 및 공급 유로로 공급되는 액체 상의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 유닛을 포함한다. 펌프가 정지된 동안 압력실에 공급되는 액체 상의 압력(P21), 펌프가 구동되는 동안 압력실로 공급되는 액체 상의 압력(P22), 및 펌프가 구동되는 동안 조정 유닛으로부터 압력실로의 압력 손실(△P)은, P22 > P21 및 P22 - △P < 0를 만족한다.

Description

액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치{LIQUID EJECTION HEAD AND LIQUID EJECTION APPARATUS}
본 개시내용은, 액체용 순환 경로를 구비하는 액체 토출 헤드, 및 이러한 액체 토출 헤드를 구비한 액체 토출 장치에 관한 것이다.
몇몇 액체 토출 장치는 색재의 침강, 잉크의 증점의 방지 등의 목적을 위해 액체를 순환시킨다. 일본 특허 공개 제2019-64254호는, 액체를 토출하는 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드에 공급되는 액체를 수용하는 액체 수용 유닛 사이에서 액체를 순환시키는 액체 토출 장치를 개시한다. 이러한 액체 토출 장치에서, 액체 수용 유닛 내의 잉크가 공급 유로를 통해 액체 토출 헤드에 공급되고, 액체 토출 헤드로부터 토출되지 않은 액체는 회수 유로를 통해 다시 액체 수용 유닛으로 복귀되어 이에 의해 회수되도록 순환 경로가 형성된다.
액체 토출 장치에서, 액체의 토출 동작을 실행하는 경우, 경로 내에 침강된 색재 및 잉크 응집물과 같은 침강 성분을 재분산시키고 잉크의 증점을 억제하는 것이 바람직하다. 따라서, 액체 순환 경로를 구비하는 액체 토출 장치는 토출 동작 이전에 액체를 순환시킨다. 여기서, 일본 특허 공개 제2019-64254호에 개시된 액체 토출 장치에서, 액체 수용 유닛으로부터 액체 토출 헤드로 연장하고 이후 액체 수용 유닛으로 되돌아 가는 긴 순환 경로가 형성된다. 이러한 이유로, 침강 성분의 재분산 및 잉크의 증점 억제를 행하는 경우, 토출 동작 이전에 긴 순환 경로를 통해 액체가 순환될 필요가 있다. 이는 긴 다운타임을 초래하고, 따라서 생산성을 저하시킨다.
본 발명의 목적은, 단기간의 순환을 수행함으로써, 침강 성분의 재분산 및 잉크의 증점 억제를 행할 수 있고 이에 따라 다운 타임을 저감하는 것이 가능한 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제1 양태에서, 액체 토출 헤드가 제공되며, 액체 토출 헤드는 액체가 토출되는 토출 포트, 토출 포트와 연통하는 압력실, 압력실에 공급된 액체를 토출 포트로부터 토출하도록 구성된 토출 소자, 및 액체가 이를 통해 순환되는 순환 경로를 포함하고, 순환 경로는 액체가 이를 통해 압력실에 공급되는 공급 유로, 액체가 이를 통해 압력실로부터 회수되는 회수 유로, 회수 유로를 통해 회수된 액체를 공급 유로에 공급하는 순환 펌프, 및 공급 유로로 공급되는 액체 상의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 유닛을 포함하고, 순환 펌프가 정지된 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 공급 유로를 통해 압력실로 공급되는 액체 상의 압력(P21), 순환 펌프가 구동되는 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 공급 유로를 통해 압력실로 공급되는 액체 상의 압력(P22), 및 순환 펌프가 구동되는 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 압력실로의 압력 손실(△P)이 P22 > P21 및 P22 - △P < 0의 관계를 갖는다.
본 개시내용의 제2 양태에서, 액체 토출 장치가 제공되며, 액체 토출 장치는 액체 토출 헤드, 액체 토출 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급원, 및 액체 토출 헤드의 토출 포트 반대편의 위치에 기록 매체를 반송하도록 구성된 반송 유닛을 포함하고, 액체 토출 헤드는, 액체가 토출되는 토출 포트, 토출 포트와 연통하는 압력실, 압력실에 공급된 액체를 토출 포트로부터 토출하도록 구성된 토출 소자, 및 액체가 이를 통해 순환되는 순환 경로를 포함하고, 순환 경로는 액체가 이를 통해 압력실에 공급되는 공급 유로, 액체가 이를 통해 압력실로부터 회수되는 회수 유로, 회수 유로를 통해 회수된 액체를 공급 유로에 공급하는 순환 펌프, 및 공급 유로로 공급되는 액체 상의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 유닛을 포함하고, 순환 펌프가 정지된 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 공급 유로를 통해 압력실로 공급되는 액체 상의 압력(P21), 순환 펌프가 구동되는 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 공급 유로를 통해 압력실로 공급되는 액체 상의 압력(P22), 및 순환 펌프가 구동되는 상태에서 압력 조정 유닛으로부터 압력실로의 압력 손실(△P)이 P22 > P21 및 P22 - △P < 0 의 관계를 갖는다.
본 발명의 추가 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 액체 토출 장치를 설명하는 사시도 및 블록도이다.
도 2는 액체 토출 헤드의 분해 사시도다
도 3a 및 도 3b는 액체 토출 헤드의 종단면도 및 토출 모듈의 확대 단면도이다.
도 4는 순환 유닛의 개략적인 외관도이다.
도 5는 순환 경로를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 순환 경로를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7a 및 도 7c는 압력 조정 유닛의 예를 도시하는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 순환 펌프의 외관 사시도이다.
도 9는 도 8a에 나타낸 순환 펌프의 IX-IX 선을 따르는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 순환 펌프의 분해 사시도이다.
도 11은 압전 세라믹의 전기 접속부를 도시하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12e는 액체 토출 헤드 내측의 잉크의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 토출 유닛에서의 순환 경로를 도시하는 개략도이다.
도 14는 개구 플레이트를 도시하는 도면이다.
도 15는 토출 소자 기판을 도시하는 도면이다.
도 16a 내지 도 16c는 토출 유닛에서의 잉크 흐름을 도시하는 단면도이다.
도 17a 및 도 17b는 토출 포트 근방을 도시하는 단면도이다.
도 18a 및 도 18b는 토출 포트 근방의 비교예를 도시하는 단면도이다.
도 19는 토출 소자 기판의 비교예를 도시하는 도면이다.
도 20a 및 도 20b는 액체 토출 헤드의 유로 구성을 도시하는 도면이다.
도 21은 액체 토출 장치의 본체 유닛 및 액체 토출 헤드가 연결된 상태를 도시하는 도면이다.
도 22는 제2 실시형태에서의 액체 토출 헤드의 종단면도이다.
첨부 도면을 참조하여 본 개시내용의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태는 본 개시내용의 사항을 한정하는 것이 아니고, 본 실시형태에서 설명되어 있는 특징의 조합 모두가 본 개시내용의 해결 수단에 반드시 필수적인 것은 아니라는 것에 유의한다. 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 나타낸다는 것에 유의한다. 본 실시형태는, 액체를 토출하는 각각의 토출 소자로서 전열 변환 소자에 의해 기포를 발생시켜서 액체를 토출하는 서멀 방식(thermal type) 토출 소자를 채용하는 예를 사용해서 설명하지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 실시형태는 압전 소자를 사용해서 액체를 토출하는 토출 방법을 채용하는 액체 토출 헤드뿐만 아니라 다른 토출 방법을 채용하는 액체 토출 헤드에도 적용가능하다. 또한, 이하에 설명되는 펌프, 압력 조정 유닛 등은 실시형태에 설명되고 도면에 도시되는 구성으로 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시형태)
<액체 토출 장치>
도 1a는 액체 토출 장치를 설명하기 위한 도면이며, 액체 토출 장치의 액체 토출 헤드 및 그 주변의 확대도이다. 먼저, 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)의 개략적인 구성이 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명될 것이다. 도 1a는, 액체 토출 헤드(1)를 사용하는 액체 토출 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)는, 액체 토출 헤드(1)를 주사하면서 액체로서의 잉크를 토출해서 기록 매체(P) 상에 기록을 행하는 시리얼형 잉크젯 기록 장치로서 구성된다.
액체 토출 헤드(1)는 캐리지(60) 상에 장착된다. 캐리지(60)는 가이드 샤프트(51)를 따라 주 주사 방향(X 방향)으로 왕복 이동한다. 기록 매체(P)는 반송 롤러(반송 유닛)(55, 56, 57, 및 58)에 의해 주 주사 방향과 교차(본 예의 경우는, 직교)하는 부주사 방향(Y 방향)으로 반송된다. 이하에서 참조되는 도면에서, Z 방향은 연직 방향을 나타내고, X 방향 및 Y 방향에 의해 규정되는 X-Y 평면과 교차(본 예에서는, 직교)하는 점에 유의한다. 액체 토출 헤드(1)는, 유저에 의해, 캐리지(60)에 대하여 부착가능 및 분리가능하도록 구성된다.
액체 토출 헤드(1)는 순환 유닛(54) 및, 후술하는 토출 유닛(3)(도 2a 및 도 2b 참조)을 포함한다. 구체적인 구성에 대해서는 후술하지만, 토출 유닛(3)은 복수의 토출 포트 및 각각의 토출 포트로부터 액체를 토출하기 위한 토출 에너지를 발생시키는 에너지 발생 소자(이하, "토출 소자"라 칭함)를 포함한다.
또한, 액체 토출 장치(50)에는 잉크 공급원(액체 공급원)으로 기능하는 잉크 탱크(2) 및 외부 펌프(21)가 제공된다. 잉크 탱크(2)에 저류된 잉크는 외부 펌프(21)의 구동력에 의해 잉크 공급 튜브(59)를 통해 순환 유닛(54)에 공급된다.
액체 토출 장치(50)는, 캐리지(60)에 장착된 액체 토출 헤드(1)가 주 주사 방향으로 이동하면서 잉크를 토출하게 해서 기록을 행하는 것을 수반하는 기록 주사와, 기록 매체(P)를 부주사 방향으로 반송하는 것을 수반하는 반송 동작을 반복함으로써, 기록 매체(P) 상에 미리 결정된 화상을 형성한다. 본 실시형태에서의 액체 토출 헤드(1)는 4 종류의 잉크, 즉 블랙(B), 시안(C), 마젠타(M), 및 옐로우(Y) 잉크를 토출하는 것이 가능하며, 이들 잉크에 의해 풀컬러 화상을 기록하는 것이 가능하다는 것에 유의한다. 여기서, 액체 토출 헤드(1)로부터 토출가능한 잉크는 상기 4종류의 잉크에 한정되지 않는다. 본 개시내용은 또한 다른 종류의 잉크를 토출하기 위한 액체 토출 헤드에도 적용가능하다. 요약하면, 액체 토출 헤드로부터 토출되는 잉크의 종류 및 수는 한정되지 않는다.
또한, 액체 토출 장치(50)에는, 기록 매체(P)의 반송 경로로부터 X 방향으로 이격된 위치에, 액체 토출 헤드(1)의 토출 포트가 형성된 토출 포트면을 덮는 것이 가능한 캡 부재(도시되지 않음)가 제공된다. 캡 부재는, 비기록 동작 중에 액체 토출 헤드(1)의 토출 포트면을 덮고, 토출 포트의 건조의 방지, 토출 포트의 보호, 토출 포트로부터의 잉크 흡인 동작 등에 사용된다.
도 1a에 나타내는 액체 토출 헤드(1)는, 4종류의 잉크에 대응하는 4개의 순환 유닛(54)이 액체 토출 헤드(1)에 포함되어 있는 예를 나타내지만, 토출되는 액체의 종류에 대응하여 순환 유닛(54)이 포함되어 있으면 된다는 것에 유의한다. 또한, 동일 종류의 액체에 대하여 복수의 순환 유닛(54)이 포함될 수 있다. 즉, 액체 토출 헤드(1)는 1개 이상의 순환 유닛을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 액체 토출 헤드(1)는 4종류의 잉크 모두를 순환시키지 않고, 적어도 하나의 잉크만 순환시키도록 구성될 수 있다.
도 1b는 액체 토출 장치(50)의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다. CPU(103)는, ROM(101)에 저장된 처리 수순 등의 프로그램에 기초하여 액체 토출 장치(50)의 각각의 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛으로서 기능한다. RAM(102)은, CPU(103)가 처리를 실행하기 위한 워크 에어리어 등으로서 사용된다. CPU(103)는, 액체 토출 장치(50) 외부의 호스트 장치(400)로부터 화상 데이터를 수신하며 헤드 드라이버(1A)를 제어해서 토출 유닛(3)에 제공된 토출 소자의 구동을 제어한다. 또한, CPU(103)는 액체 토출 장치(50)에 제공된 다양한 액추에이터의 드라이버를 제어한다. 예를 들어, CPU(103)는, 캐리지(60)를 이동시키기 위한 캐리지 모터(105)의 모터 드라이버(105A), 기록 매체(P)를 반송하기 위한 반송 모터(104)의 모터 드라이버(104A) 등을 제어한다. 또한, CPU(103)는, 후술하는 순환 펌프(500)의 펌프 드라이버(500A), 외부 펌프(21)의 펌프 드라이버(21A) 등을 제어한다. 도 1b는, 호스트 장치(400)로부터 화상 데이터를 수신하고 처리를 행하는 구성을 나타내고 있지만, 액체 토출 장치(50)는 호스트 장치(400)로부터 데이터가 부여되는지 여부에 관계없이 처리를 행할 수 있다는 것에 유의한다.
<액체 토출 헤드의 기본 구성>
도 2는 본 실시형태의 액체 토출 헤드(1)의 분해 사시도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 액체 토출 헤드(1)의 IIIA-IIIA 선을 따르는 단면도이다. 도 3a는 액체 토출 헤드(1) 전체의 종단면도이며, 도 3b는 도 3a에 나타내는 토출 모듈의 확대도이다. 본 실시형태에서의 액체 토출 헤드(1)의 기본 구성이, 이하, 도 2 내지 도 3b를 중심으로, 도 1a를 적절히 참조하여, 설명될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액체 토출 헤드(1)는 순환 유닛(54), 및 순환 유닛(54)으로부터 공급된 잉크를 기록 매체(P) 상으로 토출하기 위한 토출 유닛(3)을 포함한다. 본 실시형태에서의 액체 토출 헤드(1)는 캐리지(60)에 제공된 위치결정 유닛 및 전기적 접점(도시되지 않음)에 의해 액체 토출 장치(50)의 캐리지(60)에 고정 지지된다. 액체 토출 헤드(1)는, 캐리지(60)와 함께 도 1a에 나타내는 주 주사 방향(X 방향으로 이동하면서 잉크를 토출함으로써 기록 매체(P) 상에 기록을 행한다.
잉크 공급원으로서 기능하는 잉크 탱크(2)에 연결된 외부 펌프(21)는 잉크 공급 튜브(59)를 포함한다(도 1a 참조). 이들 잉크 공급 튜브(59) 각각의 선단에는 후술되는 액체 커넥터(59a)(도 21 참조)가 제공된다. 액체 토출 장치(50)에 액체 토출 헤드(1)가 장착된 상태에서, 잉크 공급 튜브(59)의 선단에 제공된 액체 커넥터(59a)는, 액체 토출 헤드(1)의 헤드 하우징(53)에 제공되며 이를 통해 잉크가 도입되는 입구인 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)에 기밀 접속된다. 그 결과, 잉크 탱크(2)로부터 외부 펌프(21)를 거쳐서 액체 토출 헤드(1)로 연장되는 잉크 공급 경로가 형성된다. 본 실시형태에서는, 4종류의 잉크가 사용된다. 따라서, 잉크 탱크(2), 외부 펌프(21), 잉크 공급 튜브(59) 및 순환 유닛(54)을 각각 포함하는 4개의 세트가 각각의 잉크에 대해 제공되며, 각각의 잉크에 대응하는 4개의 잉크 공급 경로가 서로 독립적으로 형성된다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)는 액체 토출 헤드(1) 외부에 제공된 잉크 탱크(2)로부터 잉크가 공급되는 잉크 공급 시스템을 포함한다. 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)는 액체 토출 헤드(1) 내의 잉크를 잉크 탱크(2)에 회수하는 잉크 회수 시스템을 포함하지 않는다는 것에 유의한다. 따라서, 액체 토출 헤드(1)는 잉크 탱크(2)의 잉크 공급 튜브(59)를 연결하기 위한 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)을 포함하지만, 액체 토출 헤드(1) 내의 잉크를 잉크 탱크(2) 내로 회수하기 위한 잉크 회수 튜브를 연결하는 커넥터 삽입 슬롯은 포함하지 않는다. 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)은 각각의 잉크마다 제공된다는 것에 유의한다.
도 3a에서, 참조 부호 54B, 54C, 54M, 및 54Y는 각각 블랙, 시안, 마젠타, 및 옐로우 잉크를 위한 순환 유닛을 나타낸다. 순환 유닛은 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 본 실시형태에서 달리 구별하지 않을 경우에는 각각의 순환 유닛을 "순환 유닛(54)"으로 나타낸다.
도 2 및 도 3a에서, 토출 유닛(3)은 2개의 토출 모듈(300), 제1 지지 부재(4), 제2 지지 부재(7), 전기 배선 부재(전기 배선 테이프)(5) 및 전기 콘택트 기판(6)을 구비한다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 각각의 토출 모듈(300)은, 0.5 mm 내지 1 mm의 두께를 갖는 실리콘 기판(310) 및 실리콘 기판(310)의 하나의 표면에 제공된 복수의 토출 소자(15)를 포함한다. 본 실시형태에서의 토출 소자(15)는 액체를 토출하기 위한 토출 에너지로서 열 에너지를 발생시키는 전열 변환 소자(히터)를 각각 포함한다. 각각의 토출 소자(15)에는, 막 형성 기술에 의해 실리콘 기판(310) 상에 형성된 전기 배선을 통해서 전력이 공급된다.
또한, 실리콘 기판(310)의 표면(도 3b에서 하면)에는, 토출 포트 형성 부재(320)가 형성된다. 토출 포트 형성 부재(320)에는, 복수의 토출 소자(15)에 대응하는 복수의 압력실(12) 및 잉크를 토출하는 복수의 토출 포트(13)가 포토리소그래피 기술에 의해 형성된다. 또한, 실리콘 기판(310)에는 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 형성된다. 또한, 실리콘 기판(310)에는, 공통 공급 유로(18)와 압력실(12)이 서로 연통하는 공급 연결 유로(323), 및 공통 회수 유로(19)와 압력실(12)이 서로 연통하는 회수 연결 유로(324)가 형성된다. 본 실시형태에서는, 1개의 토출 모듈(300)이 2종류의 잉크를 토출하도록 구성된다. 구체적으로, 도 3a에 도시된 2개의 토출 모듈(300)에서, 도 3a의 좌측에 위치된 토출 모듈(300)은 블랙 잉크 및 시안 잉크를 토출하고, 도 3a의 우측에 위치된 토출 모듈(300)은 마젠타 잉크 및 옐로우 잉크를 토출한다. 이 조합은 단지 일례이며, 어떠한 잉크 조합도 채용될 수 있다는 것에 유의한다. 1개의 토출 모듈이 1종류의 잉크를 토출하거나 3종류 이상의 잉크를 토출하는 구성으로 해도 된다. 2개의 토출 모듈(300)이 동일한 수의 종류의 잉크를 토출해야 하는 것은 아니다. 1개의 토출 모듈(300)만이 포함되거나, 3개 이상의 토출 모듈(300)이 포함되는 구성도 가능하다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서, 하나의 색의 잉크에 대하여, Y 방향으로 연장하는 2개의 토출 포트 열이 형성된다. 각각의 토출 포트 열을 형성하는 복수의 토출 포트(13)의 각각에 대하여, 압력실(12), 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)가 형성된다.
실리콘 기판(310)의 이면(도 3b에서 상면) 측에는, 후술하는 잉크 공급 포트 및 잉크 회수 포트가 형성된다. 잉크 공급 포트를 통해, 잉크 공급 유로(48)로부터 복수의 공통 공급 유로(18)에 잉크가 공급된다. 잉크 회수 포트를 통해, 복수의 공통 회수 유로(19)로부터 잉크 회수 유로(49)에 잉크가 회수된다.
잉크 공급 포트 및 잉크 회수 포트는 각각 후술하는 순방향 잉크 순환 중에 잉크를 공급 및 회수하는 개구에 대응한다는 것에 유의한다. 구체적으로, 순방향 잉크 순환 중에, 잉크 공급 포트로부터 공통 공급 유로(18)에 잉크가 공급되며, 공통 회수 유로(19)로부터 잉크 회수 포트에 잉크가 회수된다. 반대 방향으로 잉크를 흐르게 하는 잉크 순환도 행해질 수 있다는 것에 유의한다. 이 경우, 전술한 잉크 회수 포트로부터 공통 회수 유로(19)로 잉크가 공급되며, 공통 공급 유로(18)로부터 잉크 공급 포트에 잉크가 회수된다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 토출 모듈(300)의 이면(도 3a에서 상면)은 제1 지지 부재(4)의 한쪽 면(도 3a에서 하면)에 접착 고정된다. 제1 지지 부재(4)에는, 제1 지지 부재(4)의 한쪽 면으로부터 제1 지지 부재(4)의 반대쪽 면으로 관통하는 잉크 공급 유로(48)와 잉크 회수 유로(49)가 형성된다. 잉크 공급 유로(48)의 한쪽의 개구는 실리콘 기판(310)에서의 전술한 잉크 공급 포트와 연통한다. 잉크 회수 유로(49)의 한쪽의 개구는 실리콘 기판(310)에서의 전술한 잉크 회수 포트와 연통한다. 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)는 잉크의 각 종류마다 독립적으로 제공된다는 것에 유의한다.
또한, 제1 지지 부재(4)의 하나의 면(도 3a에서 하면)에는, 토출 모듈(300)을 삽입시키는 개구(7a)(도 2a 참조)를 갖는 제2 지지 부재(7)가 접착 고정된다. 제2 지지 부재(7)에는, 토출 모듈(300)에 전기 접속되는 전기 배선 부재(5)가 보유지지 되어 있다. 전기 배선 부재(5)는 잉크 토출을 위한 전기 신호를 토출 모듈(300)에 인가하기 위한 부재이다. 토출 모듈(300)과 전기 배선 부재(5)의 전기 접속부는 밀봉재(도시되지 않음)에 의해 밀봉되어 잉크에 의한 부식 및 외부 충격으로부터 보호된다.
또한, 전기 콘택트 기판(6)은 이방성 도전 필름(도시되지 않음)을 사용한 열압착 접착에 의해 전기 배선 부재(5)(도 2a 참조)의 단부 부분(5a)에 접합되고, 전기 배선 부재(5) 및 전기 콘택트 기판(6)이 서로 전기 접속된다. 전기 콘택트 기판(6)은, 액체 토출 장치(50)로부터의 전기 신호를 수신하기 위해 외부 신호 입력 단자(도시되지 않음)를 갖는다.
또한, 제1 지지 부재(4)와 순환 유닛(54) 사이에는 조인트 부재(8)(도 3a)가 제공된다. 조인트 부재(8)에는, 공급 포트(88)와 회수 포트(89)가 잉크의 각 종류마다 형성된다. 공급 포트(88) 및 회수 포트(89)를 통해, 제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)와 순환 유닛(54)에 형성되는 유로가 서로 연통한다. 또한, 도 3a에서, 공급 포트(88B) 및 회수 포트(89B)는 블랙 잉크를 위한 것이고, 공급 포트(88C) 및 회수 포트(89C)는 시안 잉크를 위한 것이다. 또한, 공급 포트(88M) 및 회수 포트(89M)는 마젠타 잉크를 위한 것이고, 공급 포트(88Y) 및 회수 포트(89Y)는 옐로우 잉크를 위한 것이다.
제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)의 일 단부의 개구는 실리콘 기판(310)에서의 잉크 공급 포트 및 잉크 회수 포트에 일치하는 작은 개구 면적을 갖는다는 것에 유의한다. 한편, 제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)의 다른 단부의 개구는, 순환 유닛(54)의 유로에 일치하도록 조인트 부재(8)에 형성된 개구 면적과 동일한 개구 면적을 갖는 확대된 형상을 갖는다. 이러한 구성을 채용하는 것에 의해, 각각의 회수 유로로부터 회수된 잉크에 대한 유로 저항의 상승을 억제할 수 있다. 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)의 일 단부 및 다른 단부의 개구의 형상은 상기 예에 한정되지 않는다는 것에 유의한다.
상기 구성을 갖는 액체 토출 헤드(1)에서, 순환 유닛(54)에 공급된 잉크는, 조인트 부재(8)의 공급 포트(88) 및 제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48)를 통과하여, 토출 모듈(300)의 잉크 공급 포트로부터 공통 공급 유로(18)에 유입한다. 그 후, 잉크는 공통 공급 유로(18)로부터 공급 연결 유로(323)를 통해서 압력실(12)에 유입한다. 압력실 내로 유입하는 잉크의 일부는 토출 소자(15)가 구동됨에 따라 토출 포트(13)로부터 토출된다. 토출되지 않은 나머지 잉크는, 압력실(12)로부터 회수 연결 유로(324) 및 공통 회수 유로(19)를 통과하고 잉크 회수 포트로부터 제1 지지 부재(4)의 잉크 회수 유로(49)에 유입한다. 그리고, 잉크 회수 유로(49)에 유입한 잉크는 조인트 부재(8)의 회수 포트(89)를 통해 순환 유닛(54)에 유입하고 회수된다.
<순환 유닛의 구성 요소>
도 4는 본 실시형태의 기록 장치에 사용되는 1종류의 잉크에 대한 1개의 순환 유닛(54)의 개략적인 외관도이다. 순환 유닛(54)에는, 필터(110), 제1 압력 조정 유닛(120), 제2 압력 조정 유닛(150) 및 순환 펌프(500)가 배치된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 구성 요소는 유로에 의해 연결되어 액체 토출 헤드(1) 내에 토출 모듈(300)로 그리고 이로부터 잉크를 공급하고 회수하기 위한 순환 경로를 형성한다.
<액체 토출 헤드 내의 순환 경로>
도 5는, 액체 토출 헤드(1) 내에 형성되는 1종류의 잉크(1색의 잉크)의 순환 경로를 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 순환 경로의 더 명확한 설명을 위해서, 도 5에서의 구성요소(제1 압력 조정 유닛(120), 제2 압력 조정 유닛(150), 및 순환 펌프(500) 등)의 상대 위치는 간략화된다. 따라서, 구성요소의 상대 위치는 후술되는 도 21의 구성요소와는 상이하다. 또한, 도 6은 도 5에 나타낸 순환 경로를 개략적으로 도시하는 블록도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 압력 조정 유닛(120)은 제1 밸브실(121) 및 제1 압력 제어실(122)을 포함한다. 제2 압력 조정 유닛(150)은 제2 밸브실(151) 및 제2 압력 제어실(152)을 포함한다. 제1 압력 조정 유닛(120)은, 그 내부의 제어 압력이 제2 압력 조정 유닛(150)보다도 높게 구성된다. 본 실시형태에서는, 이들 2개의 압력 조정 유닛(120, 150)을 사용함으로써 순환 경로 내에서 일정 압력 범위에서의 순환을 실현하고 있다. 또한, 제1 압력 조정 유닛(120)과 제2 압력 조정 유닛(150) 사이의 압력차에 대응하는 유량에서 압력실(12)(토출 소자(15))을 통해 잉크가 흐르게 구성된다. 도 5 및 도 6을 참조하여 액체 토출 헤드(1)에서의 순환 경로 및 순환 경로 내의 잉크의 흐름이 설명될 것이다. 도 5 및 도 6의 화살표는 잉크의 흐름 방향을 나타내는 점에 유의한다.
먼저, 액체 토출 헤드(1)에서의 구성 요소가 어떻게 연결되는지에 대해서 설명한다.
액체 토출 헤드(1) 외부에 배치된 잉크 탱크(2)(도 6)에 수용된 잉크를 액체 토출 헤드(1)에 보내는 외부 펌프(21)는, 잉크 공급 튜브(59)(도 1)를 통해서 순환 유닛(54)에 연결된다. 순환 유닛(54)의 상류측에 위치하는 잉크 유로에는 필터(110)가 배치된다. 필터(110)의 하류에 위치하는 잉크 공급 경로는 제1 압력 조정 유닛(120)의 제1 밸브실(121)에 연결되어 있다. 제1 밸브실(121)은 도 5에 나타내는 밸브(190A)(제1 밸브)에 의해 개폐 가능한 연통 포트(191A)(제1 연통 포트)를 개재해서 제1 압력 제어실(122)과 연통한다.
제1 압력 제어실(122)은 공급 유로(130), 바이패스 유로(160), 및 순환 펌프(500)의 펌프 출구 유로(180)에 연결되어 있다. 공급 유로(130)는, 토출 모듈(300)에 제공된 전술한 잉크 공급 포트를 통해서 공통 공급 유로(18)에 연결되어 있다. 또한, 바이패스 유로(160)는 제2 압력 조정 유닛(150)에 제공된 제2 밸브실(151)에 연결되어 있다. 제2 밸브실(151)은 도 5에 나타내는 제2 밸브(190B)에 의해 개폐되는 연통 포트(191B)(제2 연통 포트)를 개재해서 제2 압력 제어실(152)과 연통한다. 도 5 및 도 6은 바이패스 유로(160)의 일단부가 제1 압력 조정 유닛(120)의 제1 압력 제어실(122)에 연결되고, 바이패스 유로(160)의 다른 단부가 제2 압력 조정 유닛(150)의 제2 밸브실(151)에 연결된 예를 도시하는 점에 유의한다. 그러나, 바이패스 유로(160)의 일 단부는 공급 유로(130)에 연결될 수 있고, 바이패스 유로의 다른 단부는 제2 밸브실(151)에 연결될 수 있다.
제2 압력 제어실(152)은 회수 유로(140)에 연결되어 있다. 회수 유로(140)는, 토출 모듈(300)에 제공된 전술한 잉크 회수 포트를 통해서 공통 회수 유로(19)에 연결되어 있다. 또한, 제2 압력 제어실(152)은 펌프 입구 유로(170)를 통해서 순환 펌프(500)에 연결된다. 도 5에서의 참조 부호 170a는 펌프 입구 유로(170)의 입구 포트를 나타낸다는 것에 유의한다.
이어서, 상기 구성을 갖는 액체 토출 헤드(1)에서의 잉크의 흐름에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 잉크 탱크(2)에 수용되어 있는 잉크는, 액체 토출 장치(50)에 제공된 외부 펌프(21)에 의해 가압되고, 정압의 잉크 흐름이 되며, 액체 토출 헤드(1)의 순환 유닛(54)에 공급된다.
순환 유닛(54)에 공급된 잉크는 분진 등의 이물 및 기포가 제거되도록 필터(110)를 통과한다. 그 후, 잉크는 제1 압력 조정 유닛(120)에 제공된 제1 밸브실(121)에 유입한다. 잉크가 필터(110)를 통과하는 경우의 압력 손실로 인해 잉크의 압력은 저하되지만, 이 지점에서 잉크의 압력은 여전히 정압 상태에 있다. 그 후, 제1 밸브실(121)에 유입한 잉크는, 밸브(190A)가 개방되는 경우, 연통 포트(191A)를 통과하고 제1 압력 제어실(122)에 유입한다. 잉크가 연통 포트(191A)를 통과하는 경우의 압력 손실로 인해, 제1 압력 제어실(122)에 유입한 잉크의 압력은 정압으로부터 부압으로 전환된다.
이어서, 순환 경로 내에서의 잉크의 흐름을 설명한다. 순환 펌프(500)는, 순환 펌프(500)의 상류에 위치하는 펌프 입구 유로(170)로부터 흡인되는 잉크가 순환 펌프(500)의 하류에 위치하는 펌프 출구 유로(180)에 송출되도록 동작한다. 따라서, 펌프가 구동됨에 따라, 제1 압력 제어실(122)에 공급된 잉크는, 펌프 출구 유로(180)로부터 송출된 잉크와 함께, 공급 유로(130) 및 바이패스 유로(160)에 유입한다. 상세는 후술하지만, 본 실시형태에서는, 액체를 송출 가능한 순환 펌프로서, 다이어프램에 부착된 압전 소자를 구동원으로서 사용하는 압전 다이어프램 펌프를 사용한다. 압전 다이어프램 펌프는, 압전 소자에 구동 전압을 입력함으로써 펌프실 내의 용적을 변화시키고, 압력 변동에 응답하여 2개의 체크 밸브를 교호식으로 이동시키는 것에 의해 액체를 송출하는 펌프이다.
공급 유로(130)에 유입하는 잉크는, 토출 모듈(300)의 잉크 공급 포트로부터 공통 공급 유로(18)를 통해서 압력실(12)에 유입한다. 잉크의 일부는 토출 소자(15)가 구동(발열)됨에 따라 토출 포트(13)로부터 토출된다. 또한, 토출에 사용되지 않은 나머지의 잉크는, 압력실(12)을 통해 흐르고, 공통 회수 유로(19)를 통과한다. 그 후, 잉크는 토출 모듈(300)에 연결되어 있는 회수 유로(140)에 유입한다. 회수 유로(140)에 유입한 잉크는 제2 압력 조정 유닛(150)의 제2 압력 제어실(152) 내로 흐른다.
한편, 제1 압력 제어실(122)로부터 바이패스 유로(160)에 유입한 잉크는, 제2 밸브실(151)에 유입하고, 연통 포트(191B)를 통과하며, 제2 압력 제어실(152)에 유입한다. 바이패스 유로(160)를 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입하는 잉크와 회수 유로(140)로부터 회수된 잉크는, 순환 펌프(500)가 구동됨에 따라 펌프 입구 유로(170)를 통해서 순환 펌프(500) 내에 흡인된다. 그리고, 순환 펌프(500) 내에 흡인된 잉크는 펌프 출구 유로(180)에 송출되고 제1 압력 제어실(122)에 다시 유입한다. 그 후, 제1 압력 제어실(122)로부터 공급 유로(130) 및 토출 모듈(300)을 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입하는 잉크와, 바이패스 유로(160)를 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입하는 잉크는 순환 펌프(500)에 유입한다. 그리고, 잉크는 순환 펌프(500)로부터 제1 압력 제어실(122)에 송출된다. 이와 같이 하여 순환 경로 내에서 잉크 순환이 행해진다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 순환 펌프(500)에 의해, 액체 토출 헤드(1) 내에 형성된 각각의 순환 경로를 통해 액체를 순환시킬 수 있다. 이에 이해, 토출 모듈(300) 내에서의 잉크의 증점 및 색재의 잉크의 침강 성분의 퇴적을 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 토출 모듈(300)에서의 잉크의 우수한 유동성 및 토출 포트에서의 우수한 토출 특성을 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서의 순환 경로는 액체 토출 헤드(1) 내에서 완료되도록 구성된다. 따라서, 액체 토출 헤드(1) 외부에 배치된 잉크 탱크(2)와 액체 토출 헤드(1) 사이에서 잉크가 순환하는 경우에 비해, 순환 경로의 길이를 대폭 단축할 수 있다. 따라서, 잉크는 소형 순환 펌프에 의해 순환될 수 있다.
또한, 액체 토출 헤드(1)와 잉크 탱크(2) 사이를 연결하는 유로로서 잉크를 공급하는 유로만이 포함되는 구성이 이루어진다. 즉, 액체 토출 헤드(1)로부터 잉크 탱크(2)에 잉크를 회수하기 위한 유로를 요구하지 않는 구성이 채용된다. 따라서, 잉크 탱크(2)와 액체 토출 헤드(1) 사이를 연결하는 잉크 공급 튜브만이 필요하고, 잉크 회수 튜브는 필요하지 않다. 따라서, 액체 토출 장치(50)의 내부는 더 적은 튜브를 갖는 더 간결한 구성을 갖는다. 이는 장치 전체를 소형화할 수 있다. 또한, 튜브의 개수의 감소는, 액체 토출 헤드(1)의 주 주사에 의해 야기되는 튜브의 요동으로 인한 잉크 압력의 변동을 감소시킨다. 또한, 액체 토출 헤드(1)의 주 주사 중의 튜브의 요동은 캐리지(60)를 구동하는 캐리지 모터의 구동 부하를 증가시킨다. 따라서, 튜브의 개수의 감소는 캐리지 모터의 구동 부하를 감소시키고, 이는 캐리지 모터 등을 포함하는 주 주사 기구를 간소화할 수 있게 한다. 또한, 잉크가 액체 토출 헤드(1)로부터 잉크 탱크에 회수될 필요가 없기 때문에, 외부 펌프(21)도 소형화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 액체 토출 장치(50)를 소형화하고 비용을 감소시킬 수 있다.
<압력 조정 유닛>
도 7a 내지 도 7c는 압력 조정 유닛의 예를 나타내는 도면이다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 전술된 액체 토출 헤드(1)에 포함되는 압력 조정 유닛(제1 압력 조정 유닛(120) 및 제2 압력 조정 유닛(150))의 구성 및 동작이 보다 상세히 설명될 것이다. 제1 압력 조정 유닛(120) 및 제2 압력 조정 유닛(150)은 실질적으로 동일한 구성을 갖는다는 것에 유의한다. 따라서, 이하에서는, 제1 압력 조정 유닛(120)을 일 예로 하여 설명한다. 제2 압력 조정 유닛(150)에 대해, 단지 제1 압력 조정 유닛에 대응하는 부분의 참조 부호가 도 7a 내지 도 7c에 제공된다. 제2 압력 조정 유닛(150)의 경우에는, 이하에서 설명하는 제1 밸브실(121) 및 제1 압력 제어실(122)은 각각 제2 밸브실(151) 및 제2 압력 제어실(152)로서 읽힌다.
제1 압력 조정 유닛(120)은, 원통형 하우징(125) 내에 형성된 제1 밸브실(121)과 제1 압력 제어실(122)을 갖는다. 제1 밸브실(121)과 제1 압력 제어실(122)은 원통형 하우징(125) 내에 제공된 격벽(123)에 의해 분리되어 있다. 그러나, 제1 밸브실(121)은, 격벽(123)에 형성된 연통 포트(191)를 통해서 제1 압력 제어실(122)과 연통한다. 제1 밸브실(121)에는, 연통 포트(191)를 통한 제1 밸브실(121)과 제1 압력 제어실(122) 사이의 연통의 허용과 연통의 차단 사이를 전환하는 밸브(190)가 제공된다. 밸브(190)는, 밸브 스프링(200)에 의해, 연통 포트(191)에 대향하는 위치에 보유지지되고, 밸브 스프링(200)으로부터의 편향력에 의해 격벽(123)에 대한 밀착 접촉 구성을 갖는다. 밸브(190)는 격벽(123)에 밀착 접촉함으로써 연통 포트(191)를 통한 잉크 흐름을 차단한다. 격벽(123)과의 접촉의 밀착성을 향상시키기 위해서, 밸브(190)의 격벽(123)과의 접촉 부분은 탄성 부재에 의해 형성되는 것이 바람직하다는 것에 유의한다. 또한, 밸브(190)의 중앙부에는 연통 포트(191)를 통해 삽입되는 밸브 샤프트(190a)가 돌출 방식으로 제공되어 있다. 이 밸브 샤프트(190a)를 밸브 스프링(200)으로부터의 편향력에 대해 가압함으로써, 밸브(190)는 격벽(123)으로부터 이격되어, 연통 포트(191)를 통해 잉크가 흐를 수 있게 한다. 이하, 밸브(190)가 연통 포트(191)를 통한 잉크 흐름을 차단하는 상태를 "폐쇄 상태"라 칭하고, 잉크가 연통 포트(191)를 통해 흐를 수 있는 상태를 "개방 상태"라 칭한다.
원통형 하우징(125)의 개구부는 가요성 부재(230) 및 가압판(210)에 의해 폐쇄된다. 이 가요성 부재(230) 및 가압판(210), 하우징(125)의 주위벽, 및 격벽(123)은 제1 압력 제어실(122)을 형성한다. 가압판(210)은 가요성 부재(230)의 변위에 따라 변위가능하도록 구성된다. 가압판(210) 및 가요성 부재(230)의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 가압판(210)은 성형 수지 부품으로서 구성될 수 있으며, 가요성 부재(230)는 수지 필름으로 구성될 수 있다. 이 경우, 가압판(210)은 가요성 부재(230)에 열 용접에 의해 고정될 수 있다.
압력 조정 스프링(220)(편향 유닛)이 가압판(210)과 격벽(123) 사이에 제공된다. 도 7a에 도시되는 바와 같이, 가압판(210) 및 가요성 부재(230)는, 압력 조정 스프링(220)으로부터의 편향력에 의해, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 증가하는 방향으로 편향된다. 또한, 제1 압력 제어실(122) 내의 압력이 감소하면, 가압판(210) 및 가요성 부재(230)는, 압력 조정 스프링(220)으로부터의 압력에 저항하여, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 감소하는 방향으로 변위한다. 그리고, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 일정 용적까지 감소하는 경우, 가압판(210)은 밸브(190)의 밸브 샤프트(190a)에 맞닿는다. 그 후, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 더 감소하면, 밸브(190)는 밸브 스프링(200)으로부터의 편향력에 저항해서 밸브 샤프트(190a)와 함께 이동하여, 격벽(123)으로부터 이격된다. 그 결과, 연통 포트(191)가 개방 상태(도 7b의 상태)가 된다.
본 실시형태에서는, 연통 포트(191)가 개방 상태로 되는 경우의 제1 밸브실(121)의 압력이 제1 압력 제어실(122)의 압력보다 높아지도록, 순환 경로 내에서의 연결을 설정한다. 이러한 방식으로, 연통 포트(191)가 개방 상태가 되면, 제1 밸브실(121)로부터 제1 압력 제어실(122)에 잉크가 유입한다. 잉크의 유입은 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 증가하는 방향으로 가요성 부재(230) 및 가압판(210)을 변위시킨다. 그 결과, 가압판(210)이 밸브(190)의 밸브 샤프트(190a)로부터 이격되고, 밸브(190)는 밸브 스프링(200)으로부터의 편향력에 의해 격벽(123)에 밀착 접촉하여, 연통 포트(191)는 폐쇄 상태(도 7c의 상태)가 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서의 제1 압력 조정 유닛(120)에서는, 제1 압력 제어실(122) 내의 압력이 일정 압력 이하로 감소하는 경우(예를 들어, 부압이 강해지는 경우), 제1 밸브실(121)로부터 연통 포트(191)를 통해서 잉크가 유입한다. 이 구성은 제1 압력 제어실(122)의 압력이 그 이상 감소하는 것을 제한한다. 따라서, 제1 압력 제어실(122)의 압력은 일정 범위 내에 유지되도록 제어된다.
전술된 바와 같이, 제1 압력 조정 유닛(120)은 액체 공급원(잉크 탱크(2)) 및 순환 펌프(500)로부터 공급된 액체를 수용하는 제1 압력 제어실(제1 액실)(122), 및 제1 압력 제어실(122) 내의 액체 압력을 조정하는 제1 조정 기구를 갖는다. 게다가, 제1 조정 기구는 전술된 가압판(210), 압력 조정 스프링(220), 밸브(190), 밸브 스프링(200) 및 제1 밸브실(121)을 포함하고, 제1 압력 제어실(122)의 용적에 따라 제1 압력 제어실(122)에 수용되는 액체의 압력을 조정하도록 구성된다. 또한, 제2 압력 조정 유닛(150)은 펌프 입구 유로(170)에 연결된 제2 압력 제어실(제2 액실)(152), 및 제2 압력 제어실(152) 내에 수용되는 액체의 압력을 조정하는 제2 조정 기구를 갖는다. 제2 조정 기구는 전술된 가압판(210), 압력 조정 스프링(220), 제2 밸브(190B), 제2 밸브 스프링(200) 및 제2 밸브실(151)을 포함하고, 제2 압력 제어실(152)의 용적에 따라 제2 압력 제어실(152)에 수용되는 액체의 압력을 조정하도록 구성된다.
이어서, 제1 압력 제어실(122)의 압력에 대해서 더 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이 제1 압력 제어실(122)의 압력에 따라서 가요성 부재(230) 및 가압판(210)이 변위되어, 가압판(210)이 밸브 샤프트(190a)에 맞닿고 연통 포트(191)를 개방 상태(도 7b의 상태)로 하는 상태를 생각한다. 이때, 가압판(210)에 작용하는 힘들 사이의 관계는 식 (1)에 의해 표현된다.
P2×S2 + F2 + (P1 - P2)×S1 + F1 = 0 식 (1)
게다가, 식 (1)은 P2에 대해 아래와 같이 정리된다.
P2 = -(F1 + F2 + P1×S1) / (S2 - S1) 식 (2)
P1: 제1 밸브실(121)의 압력(게이지 압력)
P2: 제1 압력 제어실(122)의 압력(게이지 압력)
F1: 밸브 스프링(200)의 스프링력
F2: 압력 조정 스프링(220)의 스프링력
S1: 밸브(190)의 수압 면적
S2: 가압판(210)의 수압 면적
여기서, 밸브 스프링(200)의 스프링력(F1) 및 압력 조정 스프링(220)의 스프링력(F2)은, 밸브(190) 및 가압판(210)을 누르는 방향을 순방향(도 7a 내지 도 7c에서 좌측 방향)으로 한다. 또한, 제1 밸브실(121)의 압력(P1) 및 제1 압력 제어실(122)의 압력(P2)이 P1≥P2의 관계를 충족하도록 구성한다.
연통 포트(191)가 개방 상태로 될 때의 제1 압력 제어실(122)의 압력(P2)은, 식(2)에 의해 결정되고, 연통 포트(191)가 개방 상태로 될 때, P1≥P2의 관계가 충족되도록 구성됨에 따라, 제1 밸브실(121)로부터 제1 압력 제어실(122)로 잉크가 유입한다. 그 결과, 제1 압력 제어실(122)의 압력(P2)은 그 이상 감소하지 않고, 압력(P2)은 일정 범위 내의 압력으로 유지된다.
한편, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 가압판(210)이 밸브 샤프트(190a)와 맞닿지 않고 연통 포트(191)가 폐쇄 상태로 되는 경우 가압판(210)에 작용하는 힘들 사이의 관계는 아래 식 (3)에 의해 표현된다.
P3 × S3 + F3 = 0 식 (3)
여기서, 식 (3)은 P3에 대해 아래와 같이 정리된다.
P3 = -F3/S3 식 (4)
F3: 가압판(210)이 밸브 샤프트(190a)와 맞닿지 않는 상태에서의 압력 조정 스프링(220)의 스프링력
P3: 가압판(210)이 밸브 샤프트(190a)와 맞닿지 않는 상태에서의 제1 압력 제어실(122)의 압력(게이지 압력)
S3: 가압판(210)이 밸브 샤프트(190a)와 맞닿지 않는 상태에서의 가압판(210)의 수압 면적
여기서, 도 7c는 가압판(210) 및 가요성 부재(230)가 변위될 수 있는 한계까지 도 7c의 좌측 방향으로 변위된 상태를 나타낸다. 가압판(210) 및 가요성 부재(230)의 도 7c의 상태로의 변위 시의 변위량에 따라, 제1 압력 제어실(122)의 압력(P3), 압력 조정 스프링(220)의 스프링력(F3), 및 가압판(210)의 수압 면적(S3)은 변화한다. 구체적으로는, 도 7c에 비해 도 7c의 우측에 가압판(210) 및 가요성 부재(230)가 위치되는 경우에, 가압판(210)의 수압 면적(S3)은 작아지고, 압력 조정 스프링(220)의 스프링력(F3)은 커진다. 이에 따라, 식(4)의 관계에 의해 제1 압력 제어실(122)의 압력(P3)은 작아진다. 따라서, 식 (2) 및 식(4)에 의해, 도 7b의 상태로부터 도 7c의 상태로 될 때 제1 압력 제어실(122) 내의 압력은 점차 증가한다(즉, 부압은 정압측에 근접하는 값을 향해 약해진다). 구체적으로는, 연통 포트(191)가 개방 상태에 있는 상태로부터 제1 압력 제어실의 내부 용적이 가압판(210) 및 가요성 부재(230)가 변위될 수 있는 한계에 도달하는 상태까지 가압판(210) 및 가요성 부재(230)가 좌측 방향으로 서서히 변위되는 동안 제1 압력 제어실(122)의 압력은 서서히 상승한다. 즉, 부압이 약해진다.
<순환 펌프>
이어서, 도 8a, 도 8b 및 도 9를 참조하여, 상기 액체 토출 헤드(1)에 포함되는 각각의 순환 펌프(500)의 구성 및 동작이 상세하게 설명될 것이다.
도 8a 및 도 8b는 순환 펌프(500)의 외관 사시도이다. 도 8a는 순환 펌프(500)의 정면 측을 도시하는 외관 사시도이며, 도 8b는 순환 펌프(500)의 배면 측을 도시하는 외관 사시도이다. 순환 펌프(500)의 외부 쉘은, 펌프 하우징(505) 및 펌프 하우징(505)에 고정된 커버(507)를 포함한다. 펌프 하우징(505)은, 하우징부 본체(505a)와, 하우징부 본체(505a)의 외면에 접착 고정된 유로 연결 부재(505b)를 포함한다. 하우징부 본체(505a)와 유로 연결 부재(505b) 각각에는, 서로 연통하는 관통 구멍의 쌍이 2개의 상이한 위치에 형성된다. 한쪽의 위치에 제공된 관통 구멍의 쌍은 펌프 공급 구멍(501)을 형성한다. 다른 쪽의 위치에 제공된 다른 관통 구멍의 쌍은 펌프 배출 구멍(502)을 형성한다. 펌프 공급 구멍(501)은 제2 압력 제어실(152)에 연결된 펌프 입구 유로(170)에 연결된다. 펌프 배출 구멍(502)은 제1 압력 제어실(122)에 연결된 펌프 출구 유로(180)에 연결된다. 펌프 공급 구멍(501)으로부터 공급된 잉크는 후술하는 펌프실(503)(도 9 참조)을 통과하고 펌프 배출 구멍(502)으로부터 배출된다.
도 9는 도 8a에 나타낸 순환 펌프(500)의 IX-IX 선을 따른 단면도이다. 펌프 하우징(505)의 내면에는 다이어프램(506)이 접합되어 있고, 이 다이어프램(506)과 펌프 하우징(505)의 내면에 형성된 오목부 사이에 펌프실(503)이 형성된다. 펌프실(503)은 펌프 하우징(505)에 형성된 펌프 공급 구멍(501) 및 펌프 배출 구멍(502)과 연통한다. 또한, 펌프 공급 구멍(501)의 중간 부분에는 체크 밸브(504a)가 제공된다. 펌프 배출 구멍(502)의 중간 부분에는 체크 밸브(504b)가 제공된다. 구체적으로는, 체크 밸브(504a)는, 그 일부가 펌프 공급 구멍(501)의 중간 부분에 형성되어 있는 공간(512a) 내에서 도 9의 좌측 방향으로 이동할 수 있게 배치된다. 체크 밸브(504a)는, 그 일부가 펌프 배출 구멍(502)의 중간 부분에 형성되어 있는 공간(512b) 내에서 도 9의 우측 방향으로 이동할 수 있게 배치된다.
다이어프램(506)이 변위되어 펌프실(503)의 용적을 증가시킴에 따라, 펌프실(503)이 감압된다. 이 변위에 응답하여, 체크 밸브(504a)는 공간(512a) 내의 펌프 공급 구멍(501)의 개구로부터 이격된다(즉, 도 9의 좌측 방향으로 이동한다). 공간(512a) 내의 펌프 공급 구멍(501)의 개구로부터 이격됨으로써, 체크 밸브(504a)는 잉크가 펌프 공급 구멍(501)을 통해 흐를 수 있게 되는 개방 상태가 된다. 다이어프램(506)이 펌프실(503)의 용적을 감소시키도록 변위됨에 따라, 펌프실(503)은 가압된다. 이러한 변위에 응답하여, 체크 밸브(504a)는 펌프 공급 구멍(501)의 개구 주위의 벽면에 밀착 접촉한다. 따라서, 체크 밸브(504a)는, 체크 밸브(504a)가 펌프 공급 구멍(501)을 통해 잉크가 흐르는 것을 차단하는 폐쇄 상태가 된다.
한편, 체크 밸브(504b)는, 펌프실(503)이 감압됨에 따라 펌프 하우징(505)의 개구 주위의 벽면에 밀착 접촉하여, 체크 밸브(504b)가 펌프 배출 구멍(502)을 통해 잉크가 흐르는 것을 차단하는 폐쇄 상태가 된다. 또한, 펌프실(503)이 가압됨에 따라, 체크 밸브(504b)는, 펌프 하우징(505)의 개구로부터 이격되고 공간(512b)을 향해 이동하며(즉, 도 9의 우측 방향으로 이동), 이에 의해 잉크가 펌프 배출 구멍(502)을 통해 흐를 수 있게 한다.
각각의 체크 밸브(504a, 504b)의 재료는, 펌프실(503) 내의 압력에 따라서 변형가능한 것이면 된다는 점에 유의한다. 예를 들어, 각각의 체크 밸브(504a, 504b)의 재료는 에틸렌-프로필렌-디엔 메틸렌 링키지(Ethylene-Propylene-Diene Methylene linkage)(EPDM)나 엘라스토머 등의 탄성 재료, 또는 폴리프로필렌 등의 필름이나 박판으로 구성될 수 있다. 그러나, 재료는 이들에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 펌프실(503)은 펌프 하우징(505)과 다이어프램(506)을 접합시킴으로써 형성된다. 따라서, 다이어프램(506)이 변형됨에 따라 펌프실(503)의 압력은 변화한다. 예를 들어, 다이어프램(506)이 펌프 하우징(505)을 향해 변위(도 9의 우측을 향해 변위)되어 펌프실(503)의 용적이 감소하는 경우, 펌프실(503) 내의 압력은 상승한다. 그 결과, 펌프 배출 구멍(502)에 대면하도록 배치된 체크 밸브(504b)는 펌프실(503)의 잉크가 배출되도록 개방 상태가 된다. 이때, 펌프 공급 구멍(501)에 대면하도록 배치된 체크 밸브(504a)는 펌프 공급 구멍(501) 주위의 벽면에 밀착 접촉하여, 펌프실(503)로부터 펌프 공급 구멍(501)으로의 잉크의 역류가 억제된다.
반대로, 다이어프램(506)이 펌프실(503)이 넓어지는 방향으로 변위되는 경우에는, 펌프실(503)의 압력은 감소한다. 그 결과, 펌프 공급 구멍(501)에 대면하도록 배치된 체크 밸브(504a)는 잉크가 펌프실(503)에 공급되도록 개방 상태가 된다. 이때, 펌프 배출 구멍(502)에 배치된 체크 밸브(504b)는 펌프 하우징(505)에 형성된 개구 주위의 벽면에 밀착 접촉해서 이 개구를 폐쇄한다. 이는 펌프 배출 구멍(502)으로부터 펌프실(503)로의 잉크의 역류를 억제한다.
전술한 바와 같이, 순환 펌프(500)에서는, 다이어프램(506)이 변형되어 펌프실(503) 내의 압력을 변화시킴에 따라, 잉크가 흡인 및 배출된다. 이때, 펌프실(503) 내에 기포가 혼입되는 경우, 다이어프램(506)의 변위는 기포의 팽창 또는 수축으로 인해 펌프실(503) 내의 압력을 더 적은 범위로 변화시킨다. 따라서, 송출되는 액체의 양이 저하된다. 이러한 현상을 해결하기 위해서, 펌프실(503)에 혼입된 기포가 펌프실(503)의 상부에 쉽게 모일 수 있도록, 펌프실(503)을 중력과 평행하게 배치한다. 또한, 펌프 배출 구멍(502)을 펌프실(503)의 중심보다 높게 배치한다. 이는, 펌프 내의 기포의 배출의 용이성을 향상시키고 따라서 유량을 안정화한다.
이제 도 10a 및 도 10b 및 도 11을 참조하여 순환 펌프(500)의 구성 부재의 구체적 구성을 설명할 것이다. 도 10a 및 도 10b는 순환 펌프(500)의 분해 사시도이다. 도 10a는 순환 펌프(500)의 각 구성 부재를 배면측으로부터 본 분해 사시도이다. 도 10b는 순환 펌프(500)의 각 구성 부재를 정면측으로부터 본 분해 사시도이다. 본 실시형태에서의 순환 펌프(500)는 압전 세라믹에 전압을 인가하는 것에 의해 구동되는 압전 펌프이다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 원형의 진동판(509)이 접착제(508)에 의해 다이어프램(506)에 접착된다. 원형의 압전 세라믹(510)이 진동판(509)에 접착식 고정된다. 다이어프램(506)에 의해, 변성 폴리페닐렌 에테르(PPE+PS) 또는 폴리프로필렌 등의 사출 성형 가능 재료가 사용된다. 대안적으로, 필름 또는 수지판을 절단한 부재가 또한 사용될 수 있다. 재료는 이들에 한정되지 않는다. 진동판(509)에 대해, 황동, 스테인리스 강, 철-니켈 합금 등이 사용되지만, 재료는 이들에 한정되지 않는다.
구동 회로 기판(513)이 압전 세라믹(510)과 대향하는 면에 배치된다. 구동 회로 기판(513)은 액체 토출 장치(50)의 본체부에 배치된 전원 유닛에 접속되고, 미리 결정된 구동 전압(교류 전압)을 압전 세라믹(510) 및 진동판(509)에 인가한다.
도 11은 커버(507) 측으로부터 구동 회로 기판(513)을 통해 관측되는 압전 세라믹(510)의 전기 접속부의 도면이다. 구동 회로 기판(513) 및 압전 세라믹(510)이 전기 접속 케이블(518a)에 의해 접속되고, 구동 회로 기판(513) 및 진동판(509)이 전기 접속 케이블(518b)에 의해 전기 접속된다. 땜납(520)은 전기 접속 케이블(518a)을 구동 회로 기판(513)에 전기 접속하고, 전기 접속 케이블(518b)을 구동 회로 기판(513)에 전기 접속한다. 땜납(521)은 전기 접속 케이블(518a)을 압전 세라믹(510)에 전기 접속하고, 또한 전기 접속 케이블(518b)을 진동판(509)에 전기 접속한다.
진동판(509)은 전기 접속 케이블(518b)에 의해 구동 회로 기판(513)의 GND 배선에 접속된다. 압전 세라믹(510)은 전기 접속 케이블(518a)에 의해 구동 회로 기판(513)의 교류 전압 출력 유닛에 접속된다. 진동판(509)을 GND에 접속하고 압전 세라믹(510)에 위상차를 갖는 교류 전압을 인가함으로써, 압전 세라믹(510)이 신축되어 다이어프램을 변형시킨다. 이에 의해, 펌프실 내의 압력이 변화되어 잉크를 흡인 또는 배출한다.
구동 회로 기판(513)은 전기 콘택트 기판(6)과 케이블에서 전기 접속되어 있고, 전기 콘택트 기판(6)에는 펌프 구동용의 전기 접속 단자가 마련된다. 순환 유닛(54)이 캐리지(60)에 부착된 상태에서, 캐리지(60) 측(도시되지 않음, 제1 전기 접속부) 상의 전기 접촉부로부터 출력된 전기 신호는 전기 콘택트 기판(6)(도시되지 않음, 제2 전기 접속부)의 대응하는 전기 접속 단자를 통해 구동 회로 기판(513)에 입력된다.
전술된 바와 같이 전기 콘택트 기판(6)에 펌프 구동용 전기 접속 단자를 제공함으로써, 캐리지(60)로부터 분리된 상태에서도 대응하는 전기 접속 단자에 구동 전압(교류 전압)을 인가함으로써 순환 펌프(500)가 구동될 수 있다.
<액체 토출 헤드 내의 잉크의 흐름>
도 12a 내지 도 12e는 액체 토출 헤드 내의 잉크의 흐름을 설명하는 도면이다. 도 12a 내지 도 12e를 참조하여, 액체 토출 헤드(1) 내에서 수행되는 잉크의 순환이 설명될 것이다. 제1 압력 조정 유닛(120), 제2 압력 조정 유닛(150), 및 순환 펌프(500)와 같은 도 12a 내지 도 12e의 구성요소의 상대 위치는 잉크 순환 경로의 간략한 설명을 위해 단순화된다. 따라서, 구성요소의 상대 위치는 도 2a 및 도 4 그리고 후술되는 도 21a 및 도 21b의 구성요소와 상이하다. 도 12a는 토출 포트(13)로부터 잉크를 토출해서 기록을 행하는 기록 동작을 행하는 경우 잉크 흐름을 개략적으로 도시한다. 도 12a의 화살표는 잉크의 흐름을 나타낸다는 것에 유의한다. 본 실시형태에서, 기록 동작을 행하기 위해, 외부 펌프(21) 및 순환 펌프(500)의 양쪽 모두가 구동을 개시한다. 또한, 기록 동작이 행해지는지 여부에 관계없이, 외부 펌프(21) 및 순환 펌프(500)가 구동될 수 있다. 외부 펌프(21)와 순환 펌프(500)는 서로 연동해서 구동되지 않아도 되며 서로 독립적으로 구동될 수 있다.
기록 동작 중에, 순환 펌프(500)는, 제1 압력 제어실(122)(제1 액실)로부터 유출하는 잉크가 공급 유로(130) 및 바이패스 유로(160)에 유입하도록 ON 상태(구동 상태)가 된다. 공급 유로(130)에 유입한 잉크는 토출 모듈(300)을 통과한 후 회수 유로(140)에 유입한다. 그 후, 잉크는 제2 압력 제어실(152)에 공급된다.
한편, 제1 압력 제어실(122)로부터 바이패스 유로(160)에 유입한 잉크는 제2 밸브실(151)을 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입한다. 제2 압력 제어실(152)에 유입한 잉크는, 펌프 입구 유로(170), 순환 펌프(500) 및 펌프 출구 유로(180)를 통과한 후 다시 제1 압력 제어실(122)에 유입한다. 이때, 제1 밸브실(121)의 제어 압력은, 전술한 식 (2)의 관계에 기초하여, 제1 압력 제어실(122)의 제어 압력보다 높게 설정된다. 따라서, 제1 압력 제어실(122) 내의 잉크는 제1 밸브실(121)로 흐르지 않고 다시 공급 유로(130)를 통해서 토출 모듈(300)에 공급된다. 토출 모듈(300)에 유입한 잉크는, 회수 유로(140), 제2 압력 제어실(152), 펌프 입구 유로(170), 순환 펌프(500) 및 펌프 출구 유로(180)를 통해 다시 제1 압력 제어실(122)에 유입한다. 전술한 바와 같이 액체 토출 헤드(1) 내에서 완료되는 잉크 순환이 행해진다.
이상의 잉크 순환에서, 제1 압력 제어실(122)의 제어 압력과 제2 압력 제어실(152)의 제어 압력 사이의 차압이 토출 모듈(300) 내의 잉크의 순환량(유량)을 결정한다. 또한, 이 차압은 토출 모듈(300) 내의 토출 포트 근방의 잉크의 증점을 억제할 수 있는 순환량을 얻도록 설정된다. 또한, 기록에 의해 소비된 분량의 잉크는 잉크 탱크(2)로부터 필터(110) 및 제1 밸브실(121)을 통해서 제1 압력 제어실(122)에 공급된다. 소비된 잉크가 공급되는 방식을 상세하게 설명한다. 기록에 의해 소비된 잉크의 양만큼 순환 경로 내의 잉크가 감소된다. 따라서, 제1 압력 제어실(122) 내의 압력이 감소하고, 결과로서 제1 압력 제어실 내의 잉크가 감소한다. 제1 압력 제어실(122) 내의 잉크가 감소함에 따라, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 감소한다. 제1 압력 제어실(122)의 이 내부 용적이 미리 결정된 용적 미만으로 감소함에 따라, 제1 밸브실(121)로부터 제1 압력 제어실(122)에 잉크가 공급되도록 연통 포트(191A)(제1 연통 포트)가 개방 상태가 된다. 제1 밸브실(121)로부터 공급된 이 잉크가 연통 포트(191A)를 통과함에 따라 이 공급된 잉크에 압력 손실이 발생한다. 잉크가 제1 압력 제어실(122)에 유입함에 따라, 잉크의 정압은 부압으로 전환된다. 잉크가 제1 밸브실(121)로부터 제1 압력 제어실(122)에 유입함에 따라, 제1 압력 제어실 내의 압력이 상승한다. 제1 압력 제어실의 내부 용적이 미리 결정된 용적 이상으로 증가할 때, 연통 포트(191A)가 폐쇄 상태가 된다. 전술한 바와 같이, 잉크 소비에 따라서 연통 포트(191A)는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 반복적으로 전환된다. 또한, 잉크가 소비되지 않을 경우에는, 연통 포트(191A)는 폐쇄 상태로 유지된다.
도 12b는 기록 동작이 종료되고 순환 펌프(500)가 OFF 상태(정지 상태)가 된 직후의 잉크의 흐름을 개략적으로 도시한다. 기록 동작이 종료되고 순환 펌프(500)가 OFF 상태가 된 시점에서는, 제1 압력 제어실(122)의 압력 및 제2 압력 제어실(152)의 압력은 모두 기록 동작에서 사용되는 제어 압력이다. 이 때문에, 제1 압력 제어실(122)의 압력과 제2 압력 제어실(152)의 압력 사이의 차압에 따라 도 12b에 나타내는 바와 같은 잉크가 이동한다. 구체적으로는, 제1 압력 제어실(122)로부터 공급 유로(130)를 통해서 토출 모듈(300)에 이르고 그 후 회수 유로(140)를 통해서 제2 압력 제어실(152)에 이르는 잉크 흐름이 계속해서 발생한다. 또한, 제1 압력 제어실(122)로부터 바이패스 유로(160) 및 제2 밸브실(151)을 거쳐서 제2 압력 제어실(152)에 이르는 잉크의 흐름도 계속해서 발생한다.
이들 잉크의 흐름에 의해 제1 압력 제어실(122)로부터 제2 압력 제어실(152)로 이동한 잉크량이, 잉크 탱크(2)로부터 필터(110) 및 제1 밸브실(121)을 거쳐서 제1 압력 제어실(122)에 공급된다. 따라서, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적은 일정하게 유지된다. 전술한 식 (2)의 관계에 따르면, 제1 압력 제어실(122)의 내부 용적이 일정한 경우, 밸브 스프링(200)의 스프링력(F1), 압력 조정 스프링(220)(편향 유닛)의 스프링력(F2), 밸브(190)의 수압 면적(S1), 및 가압판(210)의 수압 면적(S2)은 일정하게 유지된다. 따라서, 제1 밸브실(121)의 압력(게이지 압력)(P1)의 변화에 따라서 제1 압력 제어실(122)의 압력이 결정된다. 이와 같이, 제1 밸브실(121)의 압력(P1)이 변화하지 않는 경우에는, 제1 압력 제어실(122)의 압력(P2)은 기록 동작 중의 제어 압력과 동일한 압력으로 유지된다.
한편, 제2 압력 제어실(152)의 압력은 제1 압력 제어실(122)로부터의 잉크의 유입에 의한 내부 용적의 변화에 따라서 시간이 흐름에 따라 변화한다. 구체적으로는, 연통 포트(191)가 도 12b의 상태로부터 도 12c에 나타내는 바와 같이 제2 밸브실(151)과 제2 압력 제어실(152) 사이의 연통을 허용하지 않는 폐쇄 상태가 될 때까지, 제2 압력 제어실(152)의 압력은 식 (2)에 따라서 변화한다. 그 후, 가압판(210)은 밸브 샤프트(190a)에 맞닿지 않게 되어 연통 포트(191)가 폐쇄 상태가 된다. 그리고, 도 12d에 나타내는 바와 같이, 잉크는 회수 유로(140)로부터 제2 압력 제어실(152)로 유입한다. 이 잉크 유입은 가압판(210) 및 가요성 부재(230)를 변위시킨다. 제2 압력 제어실(152)의 압력은 식(4)에 따라 변화한다. 구체적으로는, 압력은 제2 압력 제어실(152)의 내부 용적이 최대에 도달할 때까지 상승한다.
일단 도 12c의 상태에 도달하면, 더 이상 잉크는 제1 압력 제어실(122)로부터 바이패스 유로(160) 및 제2 밸브실(151)을 거쳐서 제2 압력 제어실(152)로 흐르지 않는다는 것에 유의한다. 따라서, 제1 압력 제어실(122) 내의 잉크가 공급 유로(130)를 통해서 토출 모듈(300)에 공급된 후, 회수 유로(140)를 거쳐서 제2 압력 제어실(152)에 이르는 잉크 흐름만이 발생한다. 전술한 바와 같이, 잉크는 제1 압력 제어실(122) 내의 압력과 제2 압력 제어실(152) 내의 압력 사이의 차압에 따라서 제1 압력 제어실(122)로부터 제2 압력 제어실(152)로 이동한다. 따라서, 제2 압력 제어실(152) 내의 압력이 제1 압력 제어실(122) 내의 압력과 동등해지는 경우, 잉크의 이동은 정지한다.
또한, 제2 압력 제어실(152) 내의 압력이 제1 압력 제어실(122) 내의 압력과 동등해지는 상태에서는, 제2 압력 제어실(152)은 도 12d에 나타내는 상태까지 팽창된다. 도 12d에 나타내는 바와 같이 제2 압력 제어실(152)이 팽창한 경우, 제2 압력 제어실(152)에는 잉크를 유지할 수 있는 저류부가 형성된다. 순환 펌프(500)의 정지 후 도 12d의 상태로의 이행은 약 1분 내지 2분이 걸린다는 것에 유의한다. 시간은 유로의 형상 및 사이즈 그리고 잉크의 성질에 따라서 변할 수 있다. 도 12d에 도시되는 바와 같이 잉크가 저류부에 유지된 상태에서 순환 펌프(500)가 구동됨에 따라, 저류부의 잉크는 순환 펌프(500)에 의해 제1 압력 제어실(122)에 공급된다. 따라서, 도 12e에 나타내는 바와 같이, 제1 압력 제어실(122)의 잉크량은 증가하여, 가요성 부재(230) 및 가압판(210)은 팽창 방향으로 변위된다. 그리고, 순환 펌프(500)가 계속 구동됨에 따라, 순환 경로 내의 상태는 도 12a에 나타내는 상태로 변화한다.
본 실시형태에서, 상기 액체 순환 동작 중에, 이하의 부등식(5) 및 식(6)에 나타내는 바와 같은 특징적인 압력 관계가 유지된다.
P22 > P21 식(5)
P21: 순환 펌프(500)가 정지된 경우 제1 압력 제어실(122)의 압력(게이지 압력)
P22: 순환 펌프(500)가 구동되는 경우 제1 압력 제어실(122)의 압력(게이지 압력)
또한, 제1 압력 제어실(122)의 압력은, 순환 펌프(500)가 구동되는 경우 약해지지만, 이하가 충족된다.
P22 - △P < 0 식 (6)
△P: 순환 펌프가 구동되는 경우 제1 압력 제어실(122)로부터 압력실(12)까지의 압력 손실
상기 조건을 만족함으로써, 순환 펌프(500)가 구동되는 경우 잉크가 토출 포트(13)로부터 누출되는 것이 방지된다.
상기 구성으로, 잉크는 액체 토출 헤드(1) 내에서 완료되는 순환 경로를 통해 순환된다. 따라서, 압력실(12)에서 잉크의 농축, 색재의 침강 등이 일시적으로 발생하는 경우에도, 순환 경로를 통한 잉크의 순환은 색재의 침강 및 잉크의 증점을 해결한다. 이는 기록시 다운 타임을 저감한다.
또한, 본 실시형태에서, 구성은, 필터(110)가 잉크용 순환 경로 외부에 제공되고 일단 필터(110)를 통과한 후 잉크는 필터 통과없이 순환 경로를 통해 순환되는 방식이다. 이에 의해, 잉크의 반복적인 순환에 의해 필터(110)가 잉크의 응집물 등으로 막히는 것이 방지된다. 또한, 액체 토출 헤드(1) 내에서 완료되는 비교적 짧은 순환 경로가 형성된다. 또한, 순환 경로 외부에 필터를 제공하는 것은 순환 경로에서의 압력 손실을 감소시킨다. 이는, 본 실시형태에서 설명된 비교적 소형의 순환 펌프(500)로 순환이 수행될 수 있게 한다. 또한, 외부 펌프로부터 필터(110)를 통해 공급되는 액체 상의 압력은 제1 압력 조정 유닛(120)에 의해 공급 유로 (130) 상에서 적절하게 제어될 수 있다. 이는 잉크가 외부 펌프에 의한 가압에 의해 필터(110)에 공급될 수 있게 한다. 따라서, 필터의 여과 면적이 작게 설정될 수 있고, 액체 토출 헤드가 소형화될 수 있다.
게다가, 본 실시형태에서, 도 12a 내지 도 12e에 도시된 바와 같이, 필터(110)의 여과면은 중력 방향을 따라 그리고 더 바람직하게는 중력 방향에 평행하게 배치되고, 필터(110)의 입구 및 출구측 상의 유로(270 및 290)는 필터의 하부에 배치된다. 이는, 침강된 색재의 하류측으로의 유동을 용이하게 한다. 이에 따라, 필터(110)의 막힘이 방지될 수 있다.
또한, 제1 압력 제어실(122) 및 제2 압력 제어실(152)에는, 각각의 압력 제어실(122 및 152)에 수용된 액체를 배출하는 액체 배출구(250, 240)가 중력 방향에서의 압력 제어실의 하부(중력 방향에서 압력 제어실의 중간 부분보다 낮은 부분)에 제공된다. 이에 의해, 잉크의 조성물 등이 침강된 경우에도, 그 침강된 물질이 압력 제어실(122, 152)로부터 배출되기 더 쉽다. 이는 순환에 의한 잉크 교반 시간을 단축한다.
또한, 백색 잉크와 같이 색재가 빠른 속도로 침강하는 잉크를 사용하는 경우, 기록이 수행되지 않는 경우에도 순환을 수행하기 위해 잉크가 교반될 필요가 있다. 그러나, 본 실시형태에서, 순환 유닛(54)이 캐리지와 같이 액체 토출 장치(50)의 본체 유닛에 장착되지 않은 상태에도, 액체 토출 헤드(1) 내에서 잉크가 순환될 수 있다. 즉, 액체 토출 장치(50)의 본체에 제공된 캐리지(60)로부터 액체 토출 헤드(1)가 분리된 상태에도, 전기 콘택트 기판(6)의 전기 접속 단자에 교류 전압을 인가함으로써 순환 펌프(500)를 구동하는 것에 의해 잉크가 순환될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용 전에 미리 액체 토출 헤드(1) 내의 잉크 색재의 침강을 해결하는 것이 가능하고, 따라서 효율적으로 기록 동작을 개시할 수 있다. 또한, 액체 토출 헤드(1)가 액체 토출 장치의 본체에 장착되지 않은 상태에서 잉크 순환을 수행하는 경우, 액체 토출 헤드(1)가 액체 토출 장치의 본체에 장착된 상태에서 순환을 수행하는 경우에 비해, 전력 소비가 저감된다.
상기 설명에서는, 도 12a는 기록 동작 중의 잉크 순환의 예로서 설명되었다는 것에 유의한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 잉크는 기록 동작을 수반하지 않고 순환될 수 있다. 이 경우에도, 잉크는 순환 펌프(500)의 구동 및 정지에 응답하여 도 12a 내지 도 12e에 나타내는 바와 같이 흐른다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제2 압력 조정 유닛(150)에서의 연통 포트(191B)는, 순환 펌프(500)를 구동함으로써 잉크가 순환되는 경우에 개방 상태가 되며, 잉크 순환이 정지하는 경우, 폐쇄 상태가 되는 예를 사용했다. 그러나, 본 실시형태는 이 예에 한정되지 않는다. 제2 압력 조정 유닛(150)에서의 연통 포트(191B)는, 순환 펌프(500)를 구동함으로써 잉크가 순환되는 경우에도, 폐쇄 상태가 되도록 제어 압력을 설정할 수 있다. 이를 바이패스 유로(160)의 기능에 맞춰서 아래에서 구체적으로 설명한다.
제1 압력 조정 유닛(120)과 제2 압력 조정 유닛(150) 사이를 연결하는 바이패스 유로(160)는, 예를 들어 순환 경로 내에 발생한 부압이 미리 설정된 값보다 강해지는 경우에, 토출 모듈(300)이 강한 부압의 영향을 피할 수 있게 하기 위해서 제공된다. 또한, 바이패스 유로(160)는, 공급 유로(130) 및 회수 유로(140)의 양쪽 모두로부터 압력실(12)에 잉크를 공급하기 위해서도 제공된다.
먼저, 바이패스 유로(160)를 제공함으로써 미리 설정된 값보다 강해지는 부압이 토출 모듈(300)에 영향을 미치는 것을 피하는 예에 대해서 설명한다. 예를 들어, 환경 온도의 변화는 잉크의 특성(예를 들어, 점도)을 변화시키는 경우가 있다. 잉크의 점도가 변화함에 따라, 순환 경로 내의 압력 손실도 변화한다. 예를 들어, 잉크의 점도가 저하됨에 따라, 순환 경로 내의 압력 손실의 양이 감소한다. 그 결과, 일정한 구동량으로 구동되는 순환 펌프(500)의 유량이 증가하고, 토출 모듈(300)을 통한 유량이 증가하게 된다. 여기서, 토출 모듈(300)은 온도 조정 기구(도시되지 않음)에 의해 일정한 온도로 유지된다. 따라서, 토출 모듈(300) 내의 잉크의 점도는 환경 온도가 변화해도 일정하게 유지된다. 토출 모듈(300) 내의 잉크의 점도는 변화되지 않고 유지되는 반면에 토출 모듈(300)을 통해 흐르는 잉크의 유량은 증가하므로, 그에 따라 토출 모듈(300)의 부압은 흐름 저항으로 인해 더 강해진다. 전술한 바와 같이 토출 모듈(300)에서의 부압이 미리 설정된 값보다 강해지는 경우, 토출 포트(13)의 메니스커스가 파괴될 수 있고 주변 공기가 순환 경로 내에 인입될 수 있어, 정상적인 토출을 실시할 수 없게 될 가능성이 있다. 또한, 메니스커스가 파괴되지 않는 경우에도, 여전히 압력실(12)의 부압이 미리 결정된 레벨보다 강해지고 토출에 영향을 미칠 가능성이 있다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 바이패스 유로(160)를 순환 경로 내에 형성한다. 바이패스 유로(160)를 제공함으로써, 부압이 미리 설정된 값보다 강해질 경우에는, 잉크가 바이패스 유로(160)를 통해 흐른다. 따라서, 토출 모듈(300)의 압력이 일정하게 유지된다. 따라서, 예를 들어, 제어 압력은 순환 펌프(500)가 구동되는 경우에도 제2 압력 조정 유닛(150)에서의 연통 포트(191B)가 폐쇄 상태로 유지되도록 설정될 수 있다. 또한, 제2 압력 조정 유닛(150)에서의 제어 압력은 부압이 미리 설정된 값보다 강해지는 경우 제2 압력 조정 유닛(150)에서의 연통 포트(191B)가 개방 상태가 되도록 설정될 수 있다. 즉, 환경 변화 등에 의해 야기되는 점도 변화로 인해 펌프의 유량이 변화하는 경우에도 메니스커스가 붕괴되지 않거나 또는 미리 결정된 부압이 유지되는 한, 순환 펌프(500)가 구동되는 경우에, 연통 포트(191B)는 폐쇄 상태에 있을 수 있다.
이어서, 공급 유로(130) 및 회수 유로(140)의 양쪽 모두로부터 압력실(12)에 잉크를 공급하기 위해서 바이패스 유로(160)가 제공되는 예에 대해서 설명한다. 순환 경로 내의 압력은 토출 소자(15)의 토출 동작으로 인해 변동할 수 있다. 이는 토출 동작으로 인해 압력실 내로 잉크를 인입하는 힘이 발생하기 때문이다.
이하, 높은 듀티의 기록을 계속할 경우에, 압력실(12)에 공급되는 잉크가 공급 유로(130) 측과 회수 유로(140) 측의 양쪽 모두로부터 공급되는 사실에 대해서 설명한다. "듀티"의 정의는 다양한 조건에 따라 바뀔 수 있지만, 이하에서는, 1200 dpi 격자 셀이 4 pl의 잉크 액적 1개로 기록되는 상태를 100%로 고려할 것이다. "높은 듀티의 기록"은 예를 들어 100%의 듀티에서 행해지는 기록이다.
높은 듀티의 기록을 계속하는 경우, 압력실(12)로부터 회수 유로(140)를 통해서 제2 압력 제어실(152) 내에 유입하는 잉크의 양이 줄어든다. 한편, 순환 펌프(500)는 잉크가 일정량으로 유출하게 한다. 이는 제2 압력 제어실(152) 내로의 유입과 그로부터의 유출 사이의 균형을 깨트린다. 결과적으로, 제2 압력 제어실(152) 내의 잉크가 감소하고, 제2 압력 제어실(152) 내의 부압이 강해져서, 제2 압력 제어실(152)이 수축한다. 제2 압력 제어실(152) 내의 부압이 강해짐에 따라, 바이패스 유로(160)를 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입하는 잉크의 유입량이 증가하고, 유출과 유입이 균형을 이루는 상태에서 제2 압력 제어실(152)이 안정된다. 이와 같이, 듀티에 따라서 제2 압력 제어실(152) 내의 부압은 강해진다. 또한, 전술한 바와 같이, 순환 펌프(500)가 구동되는 경우에 연통 포트(191B)가 폐쇄 상태에 있는 구성 하에서는, 듀티에 따라서 연통 포트(191B)가 개방 상태가 되어, 바이패스 유로(160)로부터 제2 압력 제어실(152)에 잉크가 유입하게 된다.
또한, 높은 듀티의 기록이 더 계속되면, 압력실(12)로부터 회수 유로(140)를 통해서 제2 압력 제어실(152)에 유입하는 양이 감소하고, 대조적으로 바이패스 유로(160)를 통해서 연통 포트(191B)로부터 제2 압력 제어실(152) 내에 유입하는 양이 증가한다. 이 상태가 더 진행되면, 압력실(12)로부터 회수 유로(140)를 통해서 제2 압력 제어실(152)로 흐르는 잉크량은 제로가 되어, 연통 포트(191B)로부터 흐르는 잉크는 순환 펌프(500)로 유출되는 잉크 전체가 된다. 이 상태가 더 진행되면, 잉크는 제2 압력 제어실(152)로부터 회수 유로(140)를 통해서 압력실(12)로 역류한다. 이 상태에서는, 제2 압력 제어실(152)로부터 순환 펌프(500)로 흐르는 잉크와 제2 압력 제어실(152)로부터 압력실(12)로 흐르는 잉크는 바이패스 유로(160)를 통해서 연통 포트(191B)로부터 제2 압력 제어실(152)로 흐른다. 이 경우, 공급 유로(130)로부터의 잉크 및 회수 유로(140)로부터의 잉크가 압력실(12)에 충전되고 그로부터 토출된다.
기록 듀티가 높은 경우에 발생하는 잉크의 역류는 바이패스 유로(160)의 설치로 인해 발생하는 현상이라는 것에 유의한다. 또한, 전술한 바와 같이, 잉크의 역류에 대해서 제2 압력 조정 유닛에서의 연통 포트(191B)가 개방 상태가 되는 예를 설명했다. 그러나, 잉크의 역류는 제2 압력 조정 유닛에서의 연통 포트(191B)가 개방 상태에 있는 상태에서도 발생할 수 있다. 또한, 제2 압력 조정 유닛을 갖지 않는 구성에서도, 바이패스 유로(160)를 설치함으로써 상기 잉크의 역류가 발생할 수 있다.
<토출 유닛의 구성>
도 13a 및 도 13b는 본 실시형태의 토출 유닛(3)에서의 1색의 잉크에 대한 순환 경로를 도시하는 개략도이다. 도 13a는 제1 지지 부재(4) 측으로부터 본 토출 유닛(3)의 분해 사시도이다. 도 13b는 토출 모듈(300) 측으로부터 본 토출 유닛(3)의 분해 사시도이다. 도 13a 및 도 13b에서 "IN" 및 "OUT"으로 나타낸 화살표는 잉크 흐름을 나타내고, 잉크 흐름은 1색에 대해서만 설명되지만, 다른 색의 잉크도 유사하게 흐른다는 점에 유의한다. 또한, 도 13a 및 도 13b에서는, 제2 지지 부재(7)와 전기 배선 부재(5)의 도시를 생략하고, 이하의 토출 유닛의 구성에 대한 설명에서도 그 설명을 생략한다. 또한, 도 13a에서의 제1 지지 부재(4)에 대해서는, 도 3a의 XIII-XIII 선을 따른 단면을 나타낸다. 각각의 토출 모듈(300)은 토출 소자 기판(340)과 개구 플레이트(330)를 포함한다. 도 14는 개구 플레이트(330)를 도시하는 도면이다. 도 15은 토출 소자 기판(340)을 도시하는 도면이다.
토출 유닛(3)에는 각각의 순환 유닛(54)으로부터 조인트 부재(8)(도 3a 참조)를 통해서 잉크가 공급된다. 잉크가 조인트 부재(8)를 통과한 후부터 조인트 부재(8)로 되돌아갈 때까지의 잉크 경로에 대해서 설명한다. 이하에서 설명되는 도면에서는 조인트 부재(8)의 도시가 생략된다는 것에 유의한다.
각각의 토출 모듈(300)은, 실리콘 기판(310)인 토출 소자 기판(340)과 개구 플레이트(330)를 포함하고, 토출 포트 형성 부재(320)를 더 포함한다. 토출 소자 기판(340), 개구 플레이트(330), 및 토출 포트 형성 부재(320)는 각각의 잉크의 유로가 서로 연통하도록 적층되고 접합됨으로써 토출 모듈(300)을 형성한다. 토출 모듈(300)은 제1 지지 부재(4) 상에 지지된다. 토출 유닛(3)은 각각의 토출 모듈(300)을 제1 지지 부재(4) 상에 지지함으로써 형성된다. 토출 소자 기판(340)은 토출 포트 형성 부재(320)를 포함하고, 토출 포트 형성 부재(320)는 각각 하나의 라인을 형성하는 복수의 토출 포트(13)인 복수의 토출 포트 열을 포함한다. 토출 모듈(300) 내의 잉크 유로를 통해서 공급된 잉크의 일부는 토출 포트(13)로부터 토출된다. 토출되지 않은 잉크는 토출 모듈(300) 내의 잉크 유로를 통해서 회수된다.
도 13a 및 도 13b 및 도 14에 나타내는 바와 같이, 개구 플레이트(330)는 복수 배열된 잉크 공급 포트(311) 및 복수의 배열된 잉크 회수 포트(312)를 포함한다. 도 15 및 도 16a 내지 도 16c에 나타내는 바와 같이, 토출 소자 기판(340)은 복수의 배열된 공급 연결 유로(323) 및 복수의 배열된 회수 연결 유로(324)를 포함한다. 토출 소자 기판(340)은 복수의 공급 연결 유로(323)와 연통하는 공통 공급 유로(18) 및 복수의 회수 연결 유로(324)와 연통하는 공통 회수 유로(19)를 더 포함한다. 제1 지지 부재(4)에 배치된 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)(도 3a 참조)와 각각의 토출 모듈(300)에 배치된 유로는 토출 유닛(3) 내의 잉크 유로를 형성하도록 서로 연통한다. 지지 부재 공급 포트(211)는 잉크 공급 유로(48)를 형성하고 있는 단면 개구이다. 지지 부재 회수 포트(212)는 잉크 회수 유로(49)를 형성하고 있는 단면 개구이다.
토출 유닛(3)에 공급되는 잉크는, 순환 유닛(54)(도 3a 참조) 측으로부터 제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48)(도 3a 참조)에 공급된다. 잉크 공급 유로(48) 내의 지지 부재 공급 포트(211)를 통해서 흐르는 잉크는, 잉크 공급 유로(48)(도 3a 참조)와 개구 플레이트(330)의 잉크 공급 포트(311)를 통해서 토출 소자 기판(340)의 공통 공급 유로(18)에 공급되고, 공급 연결 유로(323)에 들어간다. 여기까지의 유로가 공급측 유로이다. 그 후, 잉크는 토출 포트 형성 부재(320)의 압력실(12)(도 3b 참조)을 통과하고 회수측 유로의 회수 연결 유로(324)에 유입한다. 압력실(12)에서의 잉크 흐름의 상세는 후술한다.
회수측 유로에서, 회수 연결 유로(324)에 들어간 잉크는 공통 회수 유로(19)에 유입한다. 그 후, 잉크는, 공통 회수 유로(19)로부터 개구 플레이트(330)의 잉크 회수 포트(312)를 통해서 제1 지지 부재(4)의 잉크 회수 유로(49)에 유입하고, 지지 부재 회수 포트(212)를 통해서 순환 유닛(54)에 회수된다.
개구 플레이트(330) 중, 잉크 공급 포트(311) 또는 잉크 회수 포트(312)가 존재하지 않는 영역은, 제1 지지 부재(4) 중 지지 부재 공급 포트(211) 및 지지 부재 회수 포트(212)를 분리하기 위한 영역에 대응한다. 또한, 제1 지지 부재(4)는 이들 영역에 개구를 갖지 않는다. 그러한 영역은 토출 모듈(300)과 제1 지지 부재(4)를 접착하는 경우에 접착 영역으로서 사용된다.
도 14에서, X 방향을 따라 배열되는 복수의 개구의 열이 개구 플레이트(330)에서 Y 방향으로 나란히 제공되며, 공급용(IN)의 개구와 회수용(OUT)의 개구가 X 방향에서 반 피치만큼 서로 어긋나도록 Y 방향으로 교대로 배열된다. 도 15에서, 토출 소자 기판(340)에서, Y 방향으로 배열된 복수의 공급 연결 유로(323)와 연통하는 공통 공급 유로(18), 및 Y 방향으로 배열된 복수의 회수 연결 유로(324)와 연통하는 공통 회수 유로(19)는 X 방향으로 교대로 배열된다. 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)는 잉크 종류별로 나누어져 있다. 또한, 각 색의 토출 포트 열의 수는 배치되는 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)의 수를 결정한다. 또한, 배치된 공급 연결 유로(323)의 수 및 배치된 회수 연결 유로(324)의 수는 토출 포트(13)의 수에 대응한다. 일대일 대응이 반드시 필수적인 것은 아니며, 하나의 공급 연결 유로(323) 및 하나의 회수 연결 유로(324)가 복수의 토출 포트(13)에 대응할 수 있다는 것에 유의한다.
각각의 토출 모듈(300)은, 각각의 잉크의 유로로서 서로 연통하도록 위와 같이 개구 플레이트(330)와 토출 소자 기판(340)을 적층 및 접합함으로써 형성되며, 제1 지지 부재(4) 상에 지지된다. 그 결과, 위와 같이 공급 유로 및 회수 유로를 포함하는 잉크 유로가 형성된다.
도 16a 내지 도 16c는 토출 유닛(3)의 다른 부분에서의 잉크 흐름을 나타내는 단면도이다. 도 16a는, 도 13a의 XVIA-XVIA 선을 따라 취한 단면이며, 토출 유닛(3) 중 잉크 공급 유로(48)와 잉크 공급 포트(311)가 서로 연통하는 부분의 단면을 나타낸다. 도 16b는, 도 13a의 XVIB-XVIB 선을 따라 취한 단면이며, 토출 유닛(3) 중 잉크 회수 유로(49)와 잉크 회수 포트(312)가 서로 연통하는 부분의 단면을 나타낸다. 또한, 도 16c는, 도 13a의 XVIC-XVIC 선을 따라 취한 단면이며, 잉크 공급 포트(311)와 잉크 회수 포트(312)가 제1 지지 부재(4)의 유로와 연통하지 않는 부분의 단면을 나타낸다.
도 16a에 도시되는 바와 같이, 잉크를 공급하는 공급 유로는 제1 지지 부재(4)의 잉크 공급 유로(48)와 개구 플레이트(330)의 잉크 공급 포트(311)가 서로 겹치고 연통하는 부분으로부터 잉크를 공급한다. 또한, 도 16b에 도시된 바와 같이, 잉크를 회수하는 회수 유로는, 제1 지지 부재(4)의 잉크 회수 유로(49)와 개구 플레이트(330)의 잉크 회수 포트(312)가 서로 겹치고 연통하는 부분으로부터 잉크를 회수한다. 또한, 도 16c에 도시된 바와 같이, 토출 유닛(3)은 국소적으로 개구 플레이트(330)에 개구가 제공되어 있지 않은 영역을 갖는다. 그러한 영역에서는, 토출 소자 기판(340)과 제1 지지 부재(4) 사이에서 잉크가 공급되지도 회수되지도 않는다. 도 16a에 도시되는 바와 같이 잉크 공급 포트(311)가 제공되는 영역에서 잉크가 공급된다. 도 16b에 도시되는 바와 같이 잉크 회수 포트(312)가 제공되는 영역에서 잉크가 회수된다. 본 실시형태는, 개구 플레이트(330)를 사용한 구성을 예로 들어 설명했지만, 개구 플레이트(330)를 사용하지 않는 구성이 채용될 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 잉크 공급 유로(48) 및 잉크 회수 유로(49)에 대응하는 유로가 제1 지지 부재(4)에 형성되고, 제1 지지 부재(4)에 토출 소자 기판(340)이 접합되는 구성이 채용될 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 토출 모듈(300)에서의 토출 포트(13)의 근방을 나타내는 단면도이다. 도 18a 및 도 18b는, 비교예로서 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 X 방향으로 확장된 구성을 갖는 토출 모듈을 나타내는 단면도이다. 도 17a 및 도 17b와 도 18a 및 도 18b에서의 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)에 나타낸 굵은 화살표는 시리얼형 액체 토출 장치(50)를 사용하는 구성에서 발생하는 잉크의 진동 이동을 나타낸다는 것에 유의한다. 공통 공급 유로(18) 및 공급 연결 유로(323)를 통해서 압력실(12)에 공급된 잉크는 토출 소자(15)가 구동됨에 따라 토출 포트(13)로부터 토출된다. 토출 소자(15)가 구동되지 않는 경우에는, 잉크는 압력실(12)로부터 회수 유로인 회수 연결 유로(324)를 통해서 공통 회수 유로(19)에 회수된다.
시리얼형 액체 토출 장치(50)를 사용하는 구성에서 상기와 같이 순환하는 잉크를 토출하는 경우, 잉크 토출은 액체 토출 헤드(1)의 주 주사에 의해 야기되는 잉크 유로 내의 잉크의 진동 이동에 의해 적지 않게 영향을 받는다. 구체적으로는, 잉크 유로 내의 잉크의 진동 이동의 영향은 토출되는 잉크량의 차이 및 토출 방향의 어긋남으로서 나타난다. 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 주 주사 방향인 X 방향으로 넓은 단면 형상을 갖는 경우, 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19) 내의 잉크는 주 주사 방향의 관성력을 받기가 더 쉬워져서 잉크가 크게 진동한다. 이는 잉크의 진동 이동이 토출 포트(13)로부터의 잉크의 토출에 영향을 미칠 가능성을 초래한다. 또한, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)를 X 방향으로 확장하면 색 사이의 거리가 확장된다. 이는 기록 효율을 저하시킬 수 있다.
따라서, 단면이 도 17a 및 도 17b에 도시되는 본 실시형태의 각각의 공통 공급 유로(18) 및 각각의 공통 회수 유로(19)는, 각각의 공통 공급 유로(18) 및 각각의 공통 회수 유로(19)가 Y 방향으로 연장되고 주 주사 방향인 X 방향에 대하여 수직인 Z 방향으로도 연장되는 구성을 갖는다. 이러한 구성에 의해, 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)에는 주 주사 방향의 작은 유로 폭이 부여된다. 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)에 주 주사 방향의 작은 유로 폭을 부여함으로써, 주 주사 중에 잉크에 작용하며 주 주사 방향과 반대 방향으로 가해지는 관성력(도 17a 및 도 17b에서 검은색 굵은 화살표)에 의한 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19) 내의 잉크의 진동 이동이 작아진다. 이는 잉크의 토출에서의 잉크의 진동 이동의 영향을 감소시킨다. 또한, 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)을 Z 방향으로 연장시킴으로써, 그 단면적이 증가된다. 이는 유로 압력 강하를 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 각각의 공통 공급 유로(18) 및 각각의 공통 회수 유로(19)에는 주 주사 방향의 작은 유로 폭이 부여된다. 이 구성은 주 주사 중에 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19) 내의 잉크의 진동 이동을 감소시키지만 진동 이동을 제거하는 것은 아니다. 따라서, 본 실시형태에서는, 감소된 진동 이동에 의해 발생될 수 있는 잉크 종류 사이의 토출 차이를 감소시키기 위해서, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 X 방향에서 서로 겹치는 위치에 배치되도록 구성이 이루어진다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 공급 연결 유로(323) 및 회수 연결 유로(324)는 토출 포트(13)에 대응하도록 제공된다. 또한, 공급 연결 유로(323)와 회수 연결 유로(324) 사이의 대응 관계는, 공급 연결 유로(323)와 회수 연결 유로(324)가 그 사이에 토출 포트(13)를 개재시킨 상태에서 X 방향으로 배열되도록 이루어진다. 따라서, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)가 X 방향에서 서로 겹치지 않는 부분(들)을 갖는 경우, X 방향에서의 공급 연결 유로(323)와 회수 연결 유로(324) 사이의 대응은 무너진다. 이 비대응은 X 방향에서의 압력실(12)의 잉크 흐름 및 잉크 토출에 영향을 미친다. 이러한 비대응이 잉크의 진동 이동의 영향과 조합되는 경우, 각각의 토출 포트로부터의 잉크 토출에 더 영향을 미칠 수 있는 가능성이 있다.
따라서, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)를 X 방향에서 서로 겹치는 위치에 배치함으로써, 토출 포트(13)가 배열되는 Y 방향에서의 어느 위치에서도, 주 주사 중의 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19) 내의 잉크의 진동 이동은 실질적으로 동일하다. 따라서, 압력실(12)에서 발생하는, 공통 공급 유로(18) 측과 공통 회수 유로(19) 측 사이의 압력차가 크게 변동하지 않는다. 이러한 낮은 압력차는 안정된 토출을 가능하게 한다.
또한, 내부에서 잉크를 순환시키는 일부 액체 토출 헤드는, 액체 토출 헤드에 잉크를 공급하는 유로와 잉크를 회수하는 유로가 동일한 유로가 되도록 구성된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)는 상이한 유로이다. 또한, 공급 연결 유로(323)과 압력실(12)은 서로 연통하고, 압력실(12)과 회수 연결 유로(324)는 서로 연통하며, 압력실(12)의 토출 포트(13)로부터 잉크가 토출된다. 즉, 공급 연결 유로(323)와 회수 연결 유로(324)를 연결하는 경로인 압력실(12)이 토출 포트(13)를 포함하는 구성이 형성된다. 따라서, 각각의 압력실(12)에서, 공급 연결 유로(323) 측으로부터 회수 연결 유로(324) 측으로 흐르는 잉크 흐름이 발생하고, 압력실(12) 내의 잉크는 효율적으로 순환된다. 압력실(12) 내의 잉크를 효율적으로 순환시킴으로써, 토출 포트(13)로부터의 잉크의 증발에 의한 영향을 받기 쉬운 압력실(12) 내의 잉크는 신선한 상태로 유지된다.
또한, 2개의 유로, 즉 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)는 압력실(12)과 연통하기 때문에, 높은 유량으로 토출을 행하는 것이 필요한 경우 양 유로로부터 잉크가 공급될 수 있다. 즉, 잉크 공급 및 회수를 위해 하나의 유로만이 형성되는 구성과 비교하여, 본 실시형태의 구성은 효율적인 순환이 행해질 수 있을 뿐만 아니라 높은 유량에서의 토출도 다루어질 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 X 방향에서 서로 가까운 위치에 배치되는 경우에는 잉크의 진동 이동에 의한 영향이 더 적다. 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)는 유로 사이의 간극이 75 μm 내지 100 μm가 되도록 배치되는 것이 바람직하다.
도 19은 비교예로서의 토출 소자 기판(340)을 도시하는 도면이다. 도 19에서는 공급 연결 유로(323)와 회수 연결 유로(324)의 도시가 생략된다는 것에 유의한다. 압력실(12)의 토출 소자(15)로부터 열 에너지를 받은 잉크는 공통 회수 유로(19)에 유입한다. 따라서, 공통 회수 유로(19)를 통해 흐르는 잉크의 온도는 공통 공급 유로(18) 내의 잉크의 온도보다 높다. 여기서, 비교예에서는, 도 19의 일점 쇄선으로 둘러싸인 α 부분에 의해 나타낸 바와 같이, 토출 소자 기판(340)의 X 방향에서의 일 부분에서 공통 회수 유로(19) 만이 존재하고 있는 부분이 있다. 이 경우, 그 부분에서 국소적으로 온도가 상승할 수 있어, 토출 모듈(300) 내의 온도 불균일을 야기한다. 이 온도 불균일은 토출에 영향을 줄 수 있다.
공통 공급 유로(18)를 통해 흐르는 잉크의 온도는 공통 회수 유로(19)에 비하여 낮다. 따라서, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)가 서로 가까운 경우, 온도가 비교적 낮은 공통 공급 유로(18)의 잉크는 양 유로가 가까운 지점에서 공통 회수 유로(19)의 잉크의 온도를 하강시킨다. 이는 온도 상승을 억제한다. 따라서, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)는 실질적으로 대략 동일한 길이를 갖고, X 방향에서 서로 겹치는 위치에 존재하며, 서로 가까운 것이 바람직하다.
도 20a 및 도 20b는 시안(C), 마젠타(M), 및 옐로우(Y)의 3색의 잉크에 대한 액체 토출 헤드(1)의 유로 구성을 도시하는 도면이다. 액체 토출 헤드(1)에는, 도 20a에 도시된 바와 같이 각각의 잉크 종류마다 순환 유로가 제공된다. 압력실(12)은 액체 토출 헤드(1)의 주 주사 방향인 X 방향을 따라서 제공된다. 또한, 도 20b에 도시된 바와 같이, 공통 공급 유로(18)와 공통 회수 유로(19)는 토출 포트(13)의 열인 토출 포트 열을 따라 제공된다. 공통 공급 유로(18) 및 공통 회수 유로(19)는 그 사이에 토출 포트 열이 있는 상태로 Y 방향으로 연장되도록 제공된다.
<본체 유닛과 액체 토출 헤드의 연결>
도 21은, 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)의 본체 유닛으로서 제공된 잉크 탱크(2) 및 외부 펌프(21) 그리고 액체 토출 헤드(1)가 연결되어 있는 상태, 및 순환 펌프(500) 등의 배치를 더 구체적으로 도시하는 개략 구성도이다. 본 실시형태에서의 액체 토출 장치(50)는, 액체 토출 헤드(1)에 문제가 발생했을 경우에 액체 토출 헤드(1) 만이 용이하게 교체될 수 있는 구성을 갖는다. 구체적으로는, 본 실시형태의 액체 토출 장치(50)는 각각의 잉크 공급 튜브(59)가 각각의 외부 펌프(21)에 연결되어 있는 액체 연결 부분(700)을 갖고, 액체 토출 헤드(1)가 서로 쉽게 연결 및 연결해제될 수 있다. 이에 의해, 액체 토출 장치(50)에 대하여 액체 토출 헤드(1) 만이 쉽게 부착 및 분리되는 것이 가능해진다.
각각의 액체 연결부(700)는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 액체 토출 헤드(1)의 헤드 하우징(53) 상에 돌출 방식으로 제공되는 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)과, 이 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)이 삽입될 수 있는 원통형 액체 커넥터(59a)를 갖는다. 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)은 액체 토출 헤드(1) 내에 형성된 잉크 공급 유로에 유체적으로 연결되어 있고, 전술한 필터(110)를 통해서 제1 압력 조정 유닛(120)에 연결되어 있다. 액체 커넥터(59a)는, 잉크 탱크(2)의 잉크를 가압에 의해 액체 토출 헤드(1)에 공급하는 외부 펌프(21)에 연결된 잉크 공급 튜브(59)의 선단에 배치된다.
전술한 바와 같이, 도 21에 나타내는 액체 토출 헤드(1)는 액체 연결부(700)를 갖는다. 이는 액체 토출 헤드(1)의 부착, 분리, 및 교체의 작업을 용이하게 한다. 단, 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)과 액체 커넥터(59a) 사이의 밀봉 성능이 저하되는 경우, 외부 펌프(21)에 의해 가압에 의해 공급된 잉크가 액체 연결부(700)로부터 누출될 수 있는 가능성이 있다. 예를 들어, 누출된 잉크는 순환 펌프(500) 등에 부착된 경우 전기 계통에 문제를 야기할 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 본 실시형태에서는, 이하와 같이 순환 펌프 등을 배치한다.
<순환 펌프 등의 배치>
도 21에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 액체 연결부(700)로부터 누출된 잉크가 순환 펌프(500)에 부착되는 것을 피하기 위해서, 순환 펌프(500)는 액체 연결부(700)보다 중력 방향으로 높게 배치된다. 구체적으로는, 순환 펌프(500)는 액체 토출 헤드(1)의 액체 입구인 액체 커넥터 삽입 슬롯(53a)보다 중력 방향으로 높게 배치된다. 또한, 순환 펌프(500)는 액체 연결부(700)의 구성 부재와 접촉하지 않는 위치에 배치된다. 이에 의해, 액체 연결부(700)로부터 잉크가 누출되는 경우에도, 잉크는 액체 커넥터(59a)의 개구의 개방 방향인 수평 방향 또는 중력 방향 하방으로 흐른다. 이는 중력 방향에서 더 높게 위치된 순환 펌프(500)에 잉크가 도달하는 것을 방지한다. 또한, 순환 펌프(500)를 액체 연결부(700)로부터 이격된 위치에 배치하기 때문에, 잉크가 부재를 통해서 순환 펌프(500)에 도달할 가능성도 저감된다.
또한, 순환 펌프(500)와 전기 콘택트 기판(6)을 가요성 배선 부재(514)를 통해서 전기 접속하는 전기 접속부(515)를, 액체 연결부(700)보다 중력 방향으로 높게 제공한다. 따라서, 액체 연결부(700)로부터 누출된 잉크로 인해 발생되는 전기적인 문제 가능성이 감소될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 헤드 하우징(53)의 벽부(53b)가 제공된다. 따라서, 액체 연결부(700)의 개구(59b)로부터 잉크가 분출하는 경우에도, 벽부(53b)가 잉크를 차단하고 이에 따라 순환 펌프(500) 또는 전기 연결부(515)에 잉크가 도달할 가능성이 감소된다.
(제2 실시형태)
이어서, 본 발명의 제2 실시형태가 설명될 것이다. 도 22는 제2 실시형태에서의 액체 토출 헤드의 종단면도이다. 본 실시형태에서, 제1 실시형태에서의 제1 압력 조정 유닛(120)의 제1 압력 제어실(122)과 공급 유로(130)를 서로 연통시키는 제2 공급 유로(600)가 제공된다. 제2 공급 유로(600)는, 그 일단부에서 제1 압력 제어실(122)의 중력 방향에서의 상단부와 연통하고, 그 다른 단부에서 공급 유로(130)의 중력 방향에서의 상단부와 연통한다. 이 제2 공급 유로(600)를 제공함으로써, 제1 압력 조정 유닛(120)의 상류측에서 유입된 기포 또는 순환 유로 내에 발생된 기포가 외부로 효율적으로 배출된다.
구체적으로, 제1 압력 조정 유닛(120)의 제1 압력 제어실(122)은 액체 토출 헤드(1)에서 중력 방향 상측에 배치된다. 따라서, 액체 토출 헤드(1)의 상류측에서 잉크와 함께 제1 압력 조정 유닛(120)에 유입된 기포(BL) 또는 순환 유로로부터 제1 압력 제어실(122)의 상부로 유입된 기포(BL)는 제1 압력 제어실(122)의 상부 또는 제2 공급 유로(600)의 상부로 부상하고, 거기에 수집된다. 또한, 수집된 기포(BL)는, 잉크 토출 동작 도중 공급 유로(130) 및 제2 공급 유로(600)를 통해 흐르는 액체의 유속에서, 토출 모듈(300)로 이동할 수 없다는 점에 유의한다.
제1 압력 제어실(122) 및 제2 공급 유로(600)의 상방부에 모아진 기포(BL)는, 토출 동작이 수행되지 않는 상태에서, 토출 포트로부터 강제적으로 잉크를 흡인하는 흡인 처리를 수행함으로써 잉크와 함께 배출될 수 있다. 흡인 처리는, 토출 포트가 형성되어 있는 액체 토출 헤드(1)의 토출 포트면에 캡 부재를 밀착 접촉시키고, 캡 부재에 연결된 부압원으로부터 부압을 토출 포트에 인가하여 잉크를 토출 포트로부터 강제적으로 흡인하는 것에 의해 수행된다. 이 흡인 중에 유로 내측에 발생되는 잉크의 유속은 통상적인 잉크 토출 동작에 의해 발생되는 잉크의 유속보다 더 크다. 따라서, 제1 압력 제어실(122) 및 제2 공급 유로(600)의 상방부에 모아진 기포(BL)는 잉크와 함께 제2 공급 유로(600) 및 공급 유로(130)를 통해 압력실(12)로 이동하고, 이후 토출 포트(13)로부터 잉크와 함께 배출된다. 또한, 이 흡인 처리는 일반적으로 토출 포트, 압력실, 등에 나타나는 증점 잉크 등을 토출 포트로부터 배출하여 토출 성능을 회복하기 위해 수행되는 흡인 회복 처리, 잉크를 유로 내로 충전하는 초기 충전 처리 등에 의해 수행된다.
전술된 바와 같이, 제2 공급 유로를 형성함으로써, 액체 토출 헤드(1) 내의 잉크에 포함된 기포가 모여 흡인 처리에 의해 한번에 배출될 수 있다. 따라서, 기포의 배출 처리가 효율적으로 수행될 수 있다.
(다른 실시형태)
상기 실시형태에서, 순환 펌프(500)에 의해 발생되는 압력이 규정값을 초과하는 경우, 토출 모듈(300)에 영향을 미치는 것이 방지하도록 바이패스 유로(160)가 제공되는 예가 제공되었다. 그러나, 순환 펌프(500)에 의한 압력 변동이 적고 압력이 규정값 내에 압력이 유지되는 경우, 바이패스 유로(160) 및 제2 압력 조정 유닛(150)은 생략될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단시간 동안 순환을 수행함으로써 침강 성분의 재분산 및 잉크의 증점 억제가 가능하고, 따라서 다운 타임을 줄일 수 있는 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치를 제공할 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 액체 토출 헤드이며,
    액체가 토출되는 토출 포트,
    상기 토출 포트와 연통하는 압력실,
    상기 압력실에 공급된 상기 액체를 상기 토출 포트로부터 토출하도록 구성된 토출 소자, 및
    상기 액체가 이를 통해 순환되는 순환 경로를 포함하고,
    상기 순환 경로는
    상기 액체가 이를 통해 상기 압력실에 공급되는 공급 유로,
    상기 액체가 이를 통해 상기 압력실로부터 회수되는 회수 유로,
    상기 회수 유로를 통해 회수된 상기 액체를 상기 공급 유로에 공급하는 순환 펌프, 및
    상기 공급 유로로 공급되는 상기 액체 상의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 유닛을 포함하고,
    상기 순환 펌프가 정지된 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 공급 유로를 통해 상기 압력실로 공급되는 상기 액체 상의 압력(P21), 상기 순환 펌프가 구동되는 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 공급 유로를 통해 상기 압력실로 공급되는 상기 액체 상의 압력(P22), 및 상기 순환 펌프가 구동되는 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 압력실로의 압력 손실(△P)이
    P22 ＞ P21 및 P22 - △P ＜ 0의 관계를 갖는, 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 조정 유닛은 액체 공급원으로부터 공급된 액체가 이를 통해 도입되는 입구와 상기 공급 유로 사이에 연결된 제1 압력 조정 유닛을 포함하고,
    상기 제1 압력 조정 유닛은 상기 액체 공급원 및 상기 순환 펌프로부터 공급된 상기 액체를 수용하는 제1 액실 및 상기 제1 액실로부터 상기 공급 유로로 공급된 상기 액체 상의 압력을 조정하는 제1 조정 기구를 갖는, 액체 토출 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 액실의 용적은 상기 액체 공급원 및 상기 순환 펌프로부터 공급된 상기 액체의 양에 따라서 변하고,
    상기 제1 조정 기구는 상기 제1 액실의 용적에 따라 상기 제1 액실 내에 수용된 상기 액체 상의 압력을 조정하는, 액체 토출 헤드.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 조정 기구는,
    제1 연통 포트를 개재해서 상기 제1 액실과 연통하며 상기 액체 공급원으로부터 공급된 상기 액체가 상기 제1 연통 포트를 개재해서 상기 제1 액실로 공급되는, 제1 밸브실, 및
    상기 제1 액실의 용적에 따라서 상기 제1 연통 포트를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환하는 제1 밸브를 포함하는, 액체 토출 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 밸브는, 상기 액체를 수용하는 상기 제1 액실의 용적이 미리 결정된 용적 미만인 경우 상기 제1 연통 포트를 상기 개방 상태로 하고, 상기 제1 액실의 용적이 상기 미리 결정된 용적 이상인 경우 상기 제1 연통 포트를 상기 폐쇄 상태로 하는, 액체 토출 헤드.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액실의 용적은 상기 제1 액실의 적어도 일부에 형성된 가요성 부재의 변위에 의해 변하고,
    상기 제1 조정 기구는,
    상기 제1 액실의 용적이 증가하는 방향으로 상기 가요성 부재를 편향시키도록 구성된 편향 유닛, 및
    상기 가요성 부재의 변위에 따라 변위되는 제1 밸브를 포함하고,
    상기 제1 밸브는, 상기 가요성 부재가 상기 제1 액실의 용적이 미리 결정된 용적 미만인 위치로 변위되는 경우 상기 제1 연통 포트를 상기 개방 상태로 하고 상기 가요성 부재가 상기 제1 액실의 용적이 상기 미리 결정된 용적 이상인 위치로 변위되는 경우 상기 제1 연통 포트를 상기 폐쇄 상태로 하는 위치로 변위되는, 액체 토출 헤드.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 압력 조정 유닛은 상기 제1 액실, 상기 회수 유로, 및 상기 순환 펌프에 유체적으로 연결되는 제2 압력 조정 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 압력 조정 유닛은 상기 제1 액실 및 상기 회수 유로로부터 공급된 상기 액체를 수용하는 제2 액실 및 상기 제2 액실에 공급된 상기 액체 상의 압력을 조정하는 제2 조정 기구를 갖는, 액체 토출 헤드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 액실의 용적은 상기 액체 공급원 및 상기 순환 펌프로부터 공급된 상기 액체의 양에 따라 변하고,
    상기 제2 조정 기구는 상기 제2 액실의 용적에 따라 상기 제2 액실에 수용된 상기 액체 상의 압력을 조정하는, 액체 토출 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 조정 기구는,
    제2 연통 포트를 통해 상기 제2 액실과 연통하며 상기 제1 액실 및 상기 회수 유로로부터 공급된 상기 액체가 상기 제2 연통 포트를 통해 상기 제2 액실로 공급되는 제2 밸브실, 및
    상기 제2 액실의 용적에 따라 상기 제2 연통 포트를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환하는 제2 밸브를 포함하고,
    상기 제2 밸브는 상기 액체를 수용하는 상기 제2 액실의 용적이 미리 결정된 용적 미만인 경우 상기 제2 연통 포트를 상기 개방 상태로 하고, 상기 제2 액실의 용적이 상기 미리 결정된 용적 이상인 경우 상기 제2 연통 포트를 상기 폐쇄 상태로 하는, 액체 토출 헤드.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 액실 및 상기 제2 액실 내에 수용된 상기 액체가 이를 통해 배출되는 배출구가, 중력 방향으로 상기 제1 액실 및 상기 제2 액실 중 더 낮은 부분에 각각 구비되는, 액체 토출 헤드.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제1 액실의 상부 부분 및 상기 공급 유로를 이를 통해 서로 연통시키는 제2 공급 유로를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  12. 제1항에 있어서, 외부 전원으로부터 적어도 상기 순환 펌프용 구동 전압을 인가 가능한 전기 접속 단자를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  13. 제1항에 있어서, 상기 순환 펌프는, 액체가 공급되는 펌프실 및 압전 소자를 갖는 압전 펌프이고, 상기 압전 소자는 상기 압전 소자에의 구동 전압의 인가에 응답하여 상기 펌프실의 용적을 변화시키도록 변위되는, 액체 토출 헤드.
  14. 제13항에 있어서, 위상차를 갖는 교류 전압이 상기 압전 소자에 대한 구동 전압으로서 인가되는, 액체 토출 헤드.
  15. 제1항에 있어서, 상기 순환 경로와 액체 공급원 사이에 구비되며 상기 액체 공급원으로부터 공급되는 상기 액체를 여과하는 필터를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 필터는 중력 방향을 따라 배치되는, 액체 토출 헤드.
  17. 액체 토출 장치이며,
    액체 토출 헤드,
    상기 액체 토출 헤드에 액체를 공급하는 액체 공급원, 및
    상기 액체 토출 헤드의 토출 포트 반대편의 위치에 기록 매체를 반송하도록 구성된 반송 유닛을 포함하고,
    상기 액체 토출 헤드는,
    액체가 토출되는 토출 포트,
    상기 토출 포트와 연통하는 압력실,
    상기 압력실에 공급된 상기 액체를 상기 토출 포트로부터 토출하도록 구성된 토출 소자, 및
    상기 액체가 이를 통해 순환되는 순환 경로를 포함하고,
    상기 순환 경로는
    상기 액체가 이를 통해 상기 압력실에 공급되는 공급 유로,
    상기 액체가 이를 통해 상기 압력실로부터 회수되는 회수 유로,
    상기 회수 유로를 통해 회수된 상기 액체를 상기 공급 유로에 공급하는 순환 펌프, 및
    상기 공급 유로로 공급되는 상기 액체 상의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정 유닛을 포함하고,
    상기 순환 펌프가 정지된 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 공급 유로를 통해 상기 압력실로 공급되는 상기 액체 상의 압력(P21), 상기 순환 펌프가 구동되는 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 공급 유로를 통해 상기 압력실로 공급되는 상기 액체 상의 압력(P22), 및 상기 순환 펌프가 구동되는 상태에서 상기 압력 조정 유닛으로부터 상기 압력실로의 압력 손실(△P)이
    P22 ＞ P21 및 P22 - △P ＜ 0 의 관계를 갖는, 액체 토출 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 액체 토출 헤드는, 상기 반송 유닛이 상기 기록 매체를 반송하는 방향을 가로지르는 주 주사 방향으로 이동하는 캐리지 상에 제거 가능하게 부착 가능한 방식으로 장착되고, 상기 캐리지와 함께 상기 주 주사 방향으로 이동하는 동안 상기 토출 포트로부터 상기 액체를 토출함으로써 기록을 수행하는, 액체 토출 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 캐리지는 전원에 전기적으로 접속된 제1 전기 접속부를 갖고,
    상기 액체 토출 헤드는 상기 액체 토출 헤드가 상기 캐리지에 부착되는 경우 상기 제1 전기 접속부에 접속된 제2 전기 접속부를 갖는, 액체 토출 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 토출 소자용 전력은 상기 액체를 토출하기 위해 에너지를 발생시키고, 상기 순환 펌프용 구동 전압은 상기 제1 전기 접속부 및 상기 제2 전기 접속부를 통해 상기 전원으로부터 상기 액체 토출 헤드에 공급되는, 액체 토출 장치.
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