KR100269927B1

KR100269927B1 - 잉크 제트 헤드

Info

Publication number: KR100269927B1
Application number: KR1019970060266A
Authority: KR
Inventors: 야스유끼 다무라; 미네오 가네꼬; 야스또모 와따나베; 미찌나리 미즈따니; 다마끼 사또; 마사요시 다찌하라; 슈이찌 무라까미; 다까시 이노우에
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-15
Publication date: 2000-10-16
Also published as: CN1079739C; KR19980042467A; DE69727533D1; ES2212032T3; EP0842776B1; EP0842776A3; CA2221119A1; US6137510A; DE69727533T2; CN1182677A; EP0842776A2; CA2221119C; AU4517797A

Abstract

본원 발명은, 잉크 액적을 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생하기 위한 복수개의 토출 에너지 발생 소자와, 잉크 액적을 토출하는 잉크 토출 개구와, 복수개의 토출 에너지 발생 소자의 배열과 토출 에너지 발생 소자의 배열 방향을 따라 연장되는 관통 구멍으로 구성되는 잉크 공급 개구의 배열을 구비한 기판과, 잉크 토출 개구가 구비된 오리피스 판을 포함하며, 기판과 오리피스 판은 잉크 토출 개구와 잉크 공급 개구를 연결하는 잉크 통로를 사이에 형성하도록 서로 인접해 있으며, 오리피스 판은 잉크 공급 개구에 대응하는 위치에 잔류 기포의 성장을 억제하기 위한 복수개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드를 제공한다.

Description

잉크 제트 헤드 {INK JET HEAD}

본 발명은 오리피스 판의 토출 개구로부터 상부에 발열 저항기를 지지하는 기판의 표면에 수직으로 잉크 액적을 방출하는 잉크 제트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

잉크 제트 기록 시스템은 기록 동작 시에 발생되는 소음이 무시할 수 있을 정도로 극히 작고, 고속 기록이 가능하며 특별한 처리 없이도 소위 보통 용지에도 기록이 가능하다는 장점 때문에 근래에 급속히 보급되고 있다.

잉크 제트 기록 헤드 중에서, 잉크 토출 에너지를 발생하는 소자를 지지하는 기판에 수직으로 잉크 액적을 토출하는 형식은 소위 사이드 슈터 타입(side shooter type) 기록 헤드라 불리우며, 본 발명은 이와 같은 사이드 슈터 타입 기록 헤드의 구성에 관한 것이다.

사이드 슈터 타입 기록 헤드 분야에서, 일본 특허 공개 평4-10940호, 평4-10941호 및 평4-10942호는 발열 저항기로부터의 열에 의해 생성된 기포가 외부 공기와 연통하여 잉크 액적을 토출하는 구성을 개시하고 있다(도3a 내지 도3c 참조).

이와 같은 잉크 제트 헤드의 구성은 (예를 들어 일본 특허 공개 소62-234941호 공보에 개시된 바와 같은) 종래 기술의 사이드 슈터 타입 기록 헤드 제조 방법과는 대조적으로 잉크 토출 에너지 발생 소자와 오리피스 사이의 거리를 축소시킬 수 있으며, 또한 보다 작은 잉크 액적으로도 기록을 용이하게 달성할 수 있음으로써, 고정밀 기록에 대한 최근의 요구에 부응하는 것이다.

그러나, 상술한 특허 출원에 기재된 방법에 따라 제작되는 잉크 제트 기록 헤드는, 도3a 내지 도3c에 도시된 바와 같이, 오리피스 판의 두께는 잉크 공급 개구 상부로부터 기포 생성 챔버 영역까지 거의 일정하게 유지되며, 잉크 토출 에너지 발생 소자로부터 오리피스 표면까지의 거리가 짧기 때문에 극히 얇다.

넓은 범위에 걸쳐서 연장되며 현수 상태로 존재하는 이와 같은 박벽 부재는, 기록 헤드의 강도 면에서 매우 불리하다.

예를 들어, 이와 같은 오리피스 판은 기록 동작 중에 종이 걸림에 의해 파손될 수도 있고, 또 잉크 토출 불량의 회복을 위한 와이핑 블레이드의 와이핑 동작을 원활히 수행할 수 없게 하기도 한다.

또한, 오리피스 판 자체가 수지 재료로 구성되는 경우에는, 오리피스 판이 잉크액에 의해 팽윤되어 잉크 토출 특성에 악영향을 미칠 수 있다.

오리피스 판의 강도를 증가시킬 목적으로 오리피스 판의 두께를 증대시킬 수 있지만, 이렇게 두께가 증대되면 잉크 토출 에너지 발생 소자와 오리피스 표면 사이의 거리가 증대되어 고정밀 기록을 위해서는 필수적인 소형 잉크 액적에 의한 기록을 안정적으로 달성하기가 극히 어려워지게 된다.

또, 상술한 특허 출원에 기술된 구성에서는 잉크 통로의 높이가 낮기 때문에 잉크 내에 용해된 공기로부터 생성되는 잔류 기포가 잉크 토출 특성 및 기록 화상 상에 미치는 영향이 더욱 눈에 띄게 된다. 이하에서는 잉크 내에 용해된 공기가 잉크 토출 특성 및 기록 화상에 미치는 영향에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다. 일반적으로, 공기는 잉크 제트 기록 헤드 내에 저장된 잉크 내에 포화 상태에서는 용해되지 않는다. 이러한 상태에서 잉크의 상 변화에 의한 기포 생성과 기포의 급속 수축이 반복되는 중에 전기 열 변환체가 작동되면, 잉크 내에 용해되었던 공기가 잉크 내에서 1 ㎛ 이하의 직경을 가진 기포로서 발현하게 된다. 이와 같은 기포들은 기포 직경, 잉크의 표면 장력 및 공기의 포화 증기압 등에 따라 결정되는 시간이 경과된 후에 잉크 중에 다시 용해되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 직경이 1 ㎛ 이하인 기포는 1 ㎲ 이하의 시간 내에 잉크 내에 재용해된다. 그러나, 복수개의 전기 열 변환체가 고주파에서 연속적으로 작동되는 경우, 잉크 내에 복수개의 기포가 생성되고, 이와 같은 기포들은 재용해되기 전에 서로 합쳐져서 성장하게 된다. 재용해에 필요한 시간은 기포의 직경이 증가됨에 따라 상당히 길어지는 것으로 알려져 있다. 그 결과, 수십 내지 수백 미크론 크기를 갖는 복수개의 잔류 기포가 결국에는 잉크 제트 기록 헤드 내에 저장되게 된다. 이와 같은 잔류 기포는 잉크 내에 거의 재용해되지 않으며, 잉크 액적 토출 특성에 악영향을 주게 된다. 구체적으로, 잔류 기포가 잉크 통로를 차단하면, 노즐은 충분한 양의 잉크로 충전될 수 없게 되어, 결국 잉크 토출이 불량하게 된다. 또한, 거대한 잔류 기포(수백 미크론 정도의)가 잉크 제트 기록 헤드 내에 생성되어 외부 공기와 연통하게 되면, 공기가 노즐로 들어가서 잉크 메니스커스를 파괴하게 되어, 잉크 제트 기록 헤드 내의 잉크는 부압에 의해 잉크 탱크 내로 흡인되고 모든 노즐은 잉크 토출이 불가능하게 된다. 이와 같은 잔류 기포의 악영향을 피하기 위한 가장 효과적인 방법은 이들 기포가 악영향을 끼칠 정도로 성장하기 전에 흡인 또는 가압에 의해 내부에 잔류 기포를 포함하는 잉크를 토출 개구로부터 토출하는 흡인(또는 가압) 회복 공정을 수행하는 회복 수단을 이용하는 것이다. 그러나, 이와 같은 방법은 기록 동작 도중에 수행할 경우 잉크 소비를 상당히 증가시킬 뿐만 아니라 출력을 악화시킨다. 다른 방법으로는 적당한 방법(탈기)에 의해 잉크로부터 이와 같이 용해된 공기를 제거하여 잉크 제트 기록 헤드에 탈기된 잉크를 사용하는 방법이다. 그러나, 이와 같은 방법은 탈기 후에 약 수십분 정도만 유효하고 또 잉크 탈기에 필요한 장치가 비교적 대형이므로 대형 인쇄 장치에나 적용할 수 있다.

이상으로부터, 본 발명의 목적은 오리피스 판의 기계적 강도를 증대시키면서 신뢰성도 높은 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 잉크 토출 특성에 대한 헤드 내의 잔류 기포의 악영향을 감소시켜서 신뢰성 있는 잉크 액적 토출을 달성할 수 있는 잉크 제트 기록 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 잔류 기포를 제어할 수 있고 회복 동작의 횟수를 줄임으로써, 양호한 출력을 달성하고 또 잉크 소비를 줄일 수 있는 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상술한 목적은,

잉크 액적을 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생시키는 복수개의 토출 에너지 발생 소자와,

상기 잉크 액적을 토출하는 잉크 토출 개구와,

상부에 상기 복수개의 토출 에너지 발생 소자의 배열과 상기 토출 에너지 발생 소자의 배열 방향을 따라 연장되는 관통 구멍으로 구성되는 잉크 공급 개구를 구비한 기판과,

상기 잉크 토출 개구가 구비된 오리피스 판을 포함하며,

상기 기판과 상기 오리피스 판은 상기 잉크 토출 개구와 상기 잉크 공급 개구를 연결하는 잉크 통로를 사이에 형성하도록 서로 인접해 있으며,

상기 오리피스 판은 상기 잉크 공급 개구에 대응하는 위치에 잔류 기포의 성장을 억제하기 위한 복수개의 돌기를 포함하는 잉크 제트 헤드에 의해 달성될 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 구성에 의하면, 상기 잉크 공급 개구 상부의 오리피스 판의 기계적 강도가 향상되고 오리피스 판이 잉크에 의해 팽윤되지 않도록 된, 고 신뢰성 잉크 제트 헤드를 제공할 수 있게 된다.

또한, 이상 설명한 구성의 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드는 잉크 토출 특성에 대한 잉크 제트 헤드에 내재된 기포의 악영향을 완화시킬 수 있다. 본 발명의 구성의 잉크 제트 헤드가 설치된 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 기포가 수백 미크론의 크기로 성장하더라도 잉크 토출 특성에는 심각하게 영향을 미치지 않기 때문에, 예를 들어 흡입에 의해 잉크를 기포와 함께 토출시키는 수단을 최소화할 수 있고, 또 처리량의 향상 및 잉크 소비 저감을 달성할 수 있다.

본 명세서에서, "리브 구조"라 함은, 발열 저항기를 지지하는 기판의 표면에 수직으로 잉크 액적을 토출하는 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크 공급 개구의 상부면(잉크 액적 토출측)과 오리피스 판과 일체로 형성되어 잉크 통로의 측벽의 역할도 하는 오리피스 판의 하부면(잉크 공급측)에 형성된 리브를 의미하며, 이와 같은 리브는 양호하게는 적어도 기포 생성 챔버로부터 잉크 공급 개구 상의 위치까지 연장된다.

도1은 본 발명의 실시예 1 내지 3의 기본 구조를 도시한 개략도.

도2a 내지 도2g는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 기본 구조를 도시한 개략 단면도.

도3a는 종래 기술의 기본 구조를 도시한 개략도이며, 도3b와 도3c는 그 개략 단면도.

도4a는 본 발명의 실시예 1의 기본 구조를 도시한 개략도이며, 도4b와 도4c는 그 개략 단면도.

도5a는 본 발명의 실시예 2의 기본 구조를 도시하는 개략도이며, 도5b, 도5c 및 도5d는 그 개략 단면도.

도6a는 본 발명의 실시예 3의 기본 구조를 도시하는 개략도이며, 도6b와 도6c는 그 개략 단면도.

도7은 본 발명의 실시예 1 내지 4의 다른 실시예의 구조를 도시하는 개략도.

도8a는 본 발명의 실시예 4의 기본 구조를 도시하는 개략도이며, 도8b와 도8c는 그 개략 단면도.

도9는 본 발명의 기본 구조를 표시하는 잉크 제트 헤드의 개략도.

도10a 내지 도10g는 잉크 제트 헤드를 제작하는 본 발명의 방법을 도시하는 개략도.

도11a 내지 도11c는 잉크 제트 헤드 내의 잔류 기포의 상태를 도시하는 개략도.

도12a 내지 도12c는 실시예 5의 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

도13a 내지 도13c는 실시예 6의 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

도14a 내지 도14c는 실시예 7의 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

도15a 내지 도15c는 실시예 8의 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

도16a 내지 도16c는 종래의 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도.

도17a 내지 도17c는 노즐 벽이 공급 개구의 바로 상부 위치까지 연장되는 잉크 제트 헤드의 개략도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1, 14 : 기판

2 : 잉크 토출 에너지 발생 소자

3, 13 : 잉크 공급 개구

4 : 수지층

5, 16 : 커버 수지층

6 : 잉크 토출 개구

11 : 전기 열 변환 소자

12 : 토출 개구

15 : 오리피스 판

17 : 돌기

22 : 용융 수지층

다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 기본 구조를 도시하는 개략도이며, 도2a 내지 도2g(도1의 선 2-2를 따른 단면도)는 본 발명의 잉크 제트 헤드를 제작하는 방법을 도시한다. 이하에서는 먼저 본 발명의 잉크 제트 헤드를 제작하는 방법을 간략히 설명하기로 한다.

우선, 도1에 도시된 기판(1) 상에, 전기 열 변환 소자 또는 압전 소자와 같은 소정 개수의 잉크 토출 에너지 발생 소자(2)를 형성한다(도2a 참조).

그런 다음, 도2b(도1의 선 2-2를 따른 단면도)에 도시된 바와 같이, 잉크 토출 에너지 발생 소자(2)를 지지하는 기판(1)에, 용해성 수지층(4)을 형성하고, 도2c에 도시된 바와 같이 수지층(4)에 잉크 경로 패턴을 형성한다. 이 작업 중에, 도4a 내지 도4c 및 도5a 내지 도5c에 도시된 바와 같은 리브 구조를 구성하는 패턴을 잉크 공급 개구(3)(도2e 참조)가 형성된 부분에 대응하는 수지층(4)의 상부면에 형성한다.

그리고 나서, 상기 용해성 수지층(4) 상에, 도2d에 도시된 바와 같이, 커버 수지층(5)을 형성하고, 잉크 토출 개구(6)를 커버 수지층(5)(도2e)에 형성한다. 이와 같은 잉크 토출 개구는 산소 플라즈마로 에칭하는 방법이나, 엑시머 레이저로 구멍을 천공하거나, 자외선, 즉 강 자외선광에 노출시키는 등의 종래의 공지된 방법에 의해 형성할 수도 있다.

그런 다음, 잉크 공급 개구(3)를 기판(1) 내에 형성한다.

잉크 공급 개구(3)는 기판의 화학적 에칭에 의해 형성된다. 구체적으로, 기판(1)은 예를 들어 KOH, NaOH, TMAH 등의 강알칼리 용액으로 이방성 에칭(anisotropic etching)이 가능한 Si(실리콘) 기판으로 구성될 수 있다(도2g).

잉크 공급 개구는 리브 구조를 구성하는 패턴(도2b와 도2c)과 잉크 경로의 패터닝 및 잉크 토출 개구(도2d와 도2e)의 형성 전에 형성될 수 있다. 본 발명의 리브 구조는 이상 설명한 바와 같이 평평한 표면 상에 용해성 수지층을 형성하고 수지층을 패터닝한 다음 그 위에 커버 수지층을 형성하는 형식으로 얻을 수 있다. 잉크 경로 패턴, 리브 구조 형성 패턴 및 잉크 토출 개구의 형성 후의 잉크 공급 개구의 형성은 드릴링 등의 기계적인 방법 또는 레이저 등의 광학적 에너지에 의해 달성될 수도 있지만, 이들 방법은 이미 형성된 잉크 통로 패턴에 손상을 일으킬 수도 있으므로 일반적으로 적당하지 않다.

이러한 이유로, 잉크 공급 개구는 Si 기판의 화학적 에칭, 특히 이방성 에칭에 의해 형성되는 것이 가장 바람직하다.

그런 후에, 용해 가능한 수지층을 용해시켜 도2g에 도시된 바와 같은 기포 생성 챔버 및 잉크 통로를 형성한다. 이 작업 중에, 리브 구조가 잉크 공급 개구(3) 상부에 형성된다.

마지막으로, 발열 저항기(2)를 구동하기 위한 전기 접속(도시되지 않음)을 형성하여 잉크 제트 기록 헤드를 완성한다.

오리피스 판을 구성하는 커버 수지층 내에 잉크 공급 개구에 대응하는 잉크 경로측 일부에 리브 구조를 구비한 본 발명의 잉크 제트 헤드는 기계적 강도가 향상되며, 또 잔류 기포의 성장을 억제할 수 있다. 오리피스 판의 팽윤에 의한 영향을 경감하기 위해, 리브는 양호하게는 기포 생성 챔버로부터 잉크 공급 개구 부분까지 연장된다.

이하에서는, 잔류 기포에 대한 상술한 구조의 효과를 종래 구조와 비교하고 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도12a 내지 도12c는 본 발명의 대표적인 구조의 잉크 제트 헤드를 도시하며, 도16a 내지 도16c는 종래 구조의 잉크 제트 헤드를 도시하고, 도17a 내지 도17c는 본 발명의 효과를 향상시키기 위해 개별 전기 열 변환 소자를 위한 잉크 경로를 형성하는 격벽을 잉크 공급 개구로 연장시킨 잉크 제트 헤드를 도시한다. 이들 잉크 제트 헤드에는 일본 특허 공개 공보 평4-10940호 및 평4-10941호에 기재된 잉크 제트 기록 방법의 특징을 이루는 잉크 액적 토출 수단이 구비되고, 말하자면 잉크 토출 동작 중에 기포가 외부 공기와 연통하도록 되어 있는 점에 있어서 특징이 있다. 도12a 내지 도12c 각각은 전기 열 변환 소자를 지지하는 기판의 확대 평면도와, 선 12B-12B 및 선 12C-12C를 따른 단면도이다.

우선, 잉크 제트 헤드에서 용해되지 않은 채 잔류하는 기포의 잉크 토출에 대한 악영향에 대해 설명하기로 한다. 종래의 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크 공급 개구의 바로 상부에서 오리피스 판의 내부면에 붙은 잔류 기포가 도16a 내지 도16c에 도시된 바와 같이 몇 배가 되도록 성장하는 것은 이미 관찰되었다. 이와 같은 잔류 기포(1)는 잉크 제트 헤드에서 잉크 토출에 생성되는 잉크 유동에 의해 또는 잉크 통로를 재충전하기 위한 잉크 토출 개구(12)를 향한 잉크 유동에 의해 잉크 통로로 일부 흡인되는 형상을 갖는다. 실제로, 약 150 ㎛ 크기를 갖는 잔류 기포(1)가 도16a 내지 도16c에 도시된 바와 같은 위치에 잔류하면, 잉크 통로 내로 흡인되어 잉크 통로 내의 잉크를 단절시키게 되어, 잉크 통로로의 잉크 공급이 중단된다. 본 발명자들의 관찰에 따르면, 이 상태에서 잉크 액적 토출이 계속되면, 이와 같은 잔류 기포(1)는 잉크 토출 개구(12)를 향해 점차 나아가고, 잉크 제트 헤드의 내부는 잔류 기포(1)가 외부 공기와 연통되는 순간에 비워지게 된다.

이와 같은 현상을 도11a 내지 도11c에 간략히 도시된 모델을 가지고 더 설명하기로 한다. 미세한 관을 잉크로 충전하고 관의 일단부(A)를 대기압으로 유지하고 타단부(B)를 대기압-P(㎪)로 유지한다고 가정한다. 또한, 관으로의 잉크의 출입이 자유롭다고 가정한다. 압력 P는 실제로 잉크 제트 헤드의 잉크 탱크가 잉크를 흡인하는 부압을 의미한다. 단부(A)에서 대기압은 잉크의 모세관력과 평형을 이루면서 메니스커스가 형성된다. 반경 r(㎛)인 기포(9)가 잉크 내에 존재한다고 하면, 기포(9)의 내압은 다음의 수학식 1에 의해 나타낼 수 있다.

대기압 - P + 2γ/r

여기서, γ는 잉크의 표면 장력(dyn/㎝)이다. 이 상태에서 기포(9)는 단부(A)에 가까워지며, 소정 지점에서 외부 공기와 연통하게 된다.

대기압 - P + 2γ/r ＞ 대기압

, 즉

P ＜ 2γ/r

인 경우(도11b 참조)에, 기포는 기포의 내압이 대기압보다 높기 때문에 풍선이 수축할 때와 마찬가지로 외부 공기로 토출되어 점선으로 표시된 바와 같이 메니스커스가 형성된다. 한편,

대기압 - P + 2γ/r ＜ 대기압

, 즉

P ＞ 2γ/r

인 경우(도11c)에, 기포(9)의 내압이 대기압보다 낮기 때문에 공기는 외부로부터 기포(9) 내로 신속히 유동하게 되어, 파이프 내부는 점선으로 표시된 바와 같이 공기에 의해 순간적으로 충전된다.

전술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 잉크 통로 부근에 P ＞ 2γ/r 또는 r ＞ 2γ/P의 조건을 만족시키는 양의 기포가 존재하는 경우에, 외부 공기와 연통되는 순간에 잉크 제트 헤드 내의 잉크가 잔류 기포가 비워지게 되는 현상이 나타난다. 본 발명자들이 γ = 47.8 dyn/㎝의 잉크로 잉크 탱크 내의 부압(P)을 1 ㎪로 하여 실험한 결과, 잔류 기포의 임계 반경이 95.6 ㎛로 계산되었고, 이는 기대치와 대략 일치하는 값이었다.

이와 같은 잔류 기포가 잉크 공급 특성에 악영향을 미치는 수준까지 성장하는 것을 억제하기 위해, 본 발명자들은 잉크 공급 개구 인접 상부 위치에서 오리피스 판의 내부면 상에 돌기를 갖는 구조를 채택하게 되었다. 이러한 돌기가 존재함으로써, 오리피스 판의 내부면 상에 붙어서 성장하는 잔류 기포는 이 돌기들 사이의 간극 너머로 성장하지 못하게 되는 것을 관찰하였다. 결국, 돌기들 사이의 간극이 2γ/P 미만인 경우에는 이런 잔류 기포가 외부 공기와 연통되더라도 잉크 제트 헤드의 내부가 비워지는 최악의 상황을 방지할 수가 있게 된다. 그러나, 돌기들 사이의 간극을 너무 작게는 할 수는 없다. 간극이 너무 작으면, 본 발명의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 오리피스 판에 붙은 잔류 기포가 이러한 간극에 들어가게 되어 흡입 등의 회복 동작에 의해 제거될 수 없게 되어 버린다. 본 발명자들의 경험에 따르면, 이들 돌기의 간극은 적어도 약 10 ㎛는 되어야 한다. 주로 물로 구성되는 잉크를 토출하는 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크의 표면 장력(γ)은 40 내지 50 dyn/㎝의 범위 내에 있는 것이 바람직하며, 헤드는 양호하게는 0.5 내지 2 ㎪ 범위의 탱크 부압(P)에서 사용된다. 이들 조건들로부터, a = 2γ/P는 일반적으로 40 ㎛ ≤ a ≤ 200 ㎛의 범위 내에 있음을 알 수 있다. 결국, 10 내지 40 ㎛ 범위에서 간극을 선택하면 각종 표면 장력의 잉크와, 잉크 제트 헤드에 일반적으로 적당하다고 생각되는 각종 부압의 잉크 탱크에도 모두 적절하게 기능한다.

더욱 조사한 결과, 잉크 통로 내의 기포의 침입은 잉크 통로가 기판의 잉크 공급 개구와 잉크 토출 에너지 발생 소자 사이의 부분에 인접 잉크 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 구역을 포함하는 구조에 의해 상당히 감소될 수 있음을 알게 되었다. 구체적으로, 잔류 기포가 생성되는 잉크 공급 개구 부근으로부터 전기 열 변환 소자까지의 부분은 개별 잉크 통로로 분리되어 있어서, 잔류 기포는 잉크 공급 개구측의 잉크 통로의 단부를 덮고 잉크 통로 내에 포획되게 된다. 본 발명의 구조에서는, 잉크 통로에는 기판의 잉크 공급 개구로부터 잉크 토출 에너지 발생 소자까지의 부분에 인접 잉크 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 연통 구역이 구비된다. 결국, 잉크 통로 내의 각 잉크 토출 에너지 발생 소자에의 잉크 공급은 적어도 기판 상의 2개의 통로를 통해 이루어질 수 있어서, 잉크 공급 통로의 일부가 잔류 기포로 덮여 있더라도 잉크는 잔여 잉크 공급 통로를 통해 공급될 수 있고, 따라서 잔류 기포의 잉크 통로에의 침입 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.

도12a 내지 도12c는 본 발명의 구조를 가진 대표적인 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략도로서, 오리피스 판에는 잉크 공급 개구에 대응하는 위치에 복수개의 돌기가 구비되고 잉크 통로에는 기판의 잉크 공급 개구와 잉크 토출 에너지 발생 소자 사이의 부분에 인접 잉크 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 구역이 구비된다.

본 발명의 대표적인 잉크 제트 헤드의 구조에 있어서, 기포는 2개의 위치, 즉 오리피스 판의 내부면 상에 붙어서 성장하는 것과 돌기의 단부 상에 붙어서 성장하는 것을 확인할 수 있다. 전자의 잔류 기포, 즉 오리피스 판의 내부면 상에 붙어서 성장하는 잔류 기포는 이상 설명한 바와 같이 돌기들에 의해 억제됨으로써, 안정적인 잉크 공급을 실현할 수 있다. 한편, 후자의 잔류 기포, 즉 돌기의 단부 상에 붙어서 성장하는 잔류 기포는 도12a 내지 도12c에 도시된 바와 같이 성장하는 것을 관찰하였다. 이와 같은 잔류 기포는 또한 잉크 액적 토출 후의 잉크 경로 재충전을 위해 잉크 토출 개구로 향한 잉크 유동에 의해 약간 부분적으로 변형되지만, 종래 구조에서와 같은 악영향적 현상은 관찰되지 않았다. 이는 오리피스 판의 내부면 상에 구비된 돌기들이 잔류 기포의 잉크 경로 내 침입을 막도록 구성되었기 때문이며, 또한 잉크 경로에는 기판의 잉크 공급 개구와 잉크 토출 에너지 발생 소자 사이의 부분에 인접 잉크 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 영역이 구비되어 화살표로 표시된 바와 같이 넓은 영역으로부터 잉크 공급이 가능하게 됨으로써, 잉크 공급이 쉽게 불충분해지지 않도록 되어 있기 때문이다. 바꿔 말하면, 본 발명의 구조에서는, 잉크 통로 내의 잉크가 잉크 통로 내의 잔류 기포 침입에 의해 방해되지 않기 때문에, 잉크 통로로의 불충분한 잉크 공급 및 기포와 외부 공기와의 연통에 의한 잉크 제트 헤드의 내부의 소강 상태는 거의 발생하지 않는다. 이러한 방식으로, 안정적인 잉크 액적 토출이 가능한, 신뢰도가 높은 잉크 제트 헤드가 제공될 수 있다.

다음은 본 발명의 실시예들에 대해 설명하기로 한다.

＜실시예 1＞

본 실시예 1에서, 잉크 제트 헤드는 도2a 내지 도2g에 도시한 과정에 따라 준비되었다. 오리피스 판에는 잉크 공급 개구 상부 부분에 도4a, 도4b 및 도4c에 도시된 리브 구조가 마련되었으며, 도4b와 도4c는 도4a의 선 4B-4B 및 선 4C-4C를 따라 취한 단면도이다. 오리피스 판의 두께는 도4b에서 x = 8 ㎛, y = 20 ㎛로 선택되었으며(리브 두께(y - x)는 12 ㎛), 리브 폭(z)은 15 ㎛로 선택되었다.

종래의 예에서, 도3a 내지 도3c에 도시된 잉크 제트 헤드의 오리피스 판의 두께는 도3a에 도시된 바와 같이 x = 8 ㎛이다.

이들 잉크 제트 헤드 내의 오리피스 판의 기계적 강도를 측정하기 위해 다음과 같은 다른 실험이 수행되었다.

도4a 내지 도4c에 도시된 잉크 제트 헤드의 오리피스 판만을 준비하였고, 도7에 도시된 바와 같이 양 단부에서 지지되도록 하였다. 그런 다음, 이 오리피스 판 모델의 중심을 푸시-풀 게이지(push-pull gauge)에 의해 오리피스면측으로부터 도7에 화살표로 표시된 방향으로 가압하여, 오리피스 판의 파단 시의 최대 응력을 측정하였다.

이상 설명한 다른 실험에서, 본 실시예 1의 오리피스 판 모델은 7.5×10¹⁰㎩의 응력을 나타낸 데 반해, 도3a 내지 도3c에 도시된 종래 기술의 잉크 제트 헤드의 오리피스 판 모델은 동일한 조건 하에서 준비하여 측정한 결과 최대 응력이 2.6×10¹⁰㎩였다.

이 결과는 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같은 리브 구조가 종래의 구조의 것에 비해 약 3배나 잉크 제트 헤드의 오리피스 판의 기계적 강도를 향상시킴을 나타낸다. 또, 본 실시예 1의 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서 극히 양질의 인쇄를 수행하였고, 잉크액으로는 순수/디에틸렌 글리콜/이소프로필 알콜/리튬 아세테이트/흑색 염료 식용 블랙 2 = 79.4/15/3/0.1/2.5를 이용하였다.

또, 오리피스 판은 60 ℃에서 3 개월 간의 보존 시험을 거친 후에 약간의 팽윤을 보였는데, 이는 실시예 1의 잉크 제트 헤드의 장기 사용을 모의한 것이다. 그러나, 이와 같은 상태의 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서 토출 특성에 악영향을 미치지 않는 만족스런 기록을 수행하였다.

＜실시예 2＞

이 실시예 2에서도 잉크 제트 헤드는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 준비되었다.

오리피스 판의 잉크 공급 개구 상부 부분에는 도5a, 도5b, 도5c 및 도5d에 도시된 바와 같은 리브 구조가 구비되었으며, 도5b, 도5c 및 도5d는 각각 도5a의 선 5B-5B, 선 5C-5C 및 선 5D-5D에 따른 단면도이다. 오리피스 판의 두께는 도5b에서 x = 8 ㎛, y = 20 ㎛로 선택되었고(리브 두께(y - x)는 12 ㎛), 리브의 폭(z)은 15 ㎛로 선택되었다.

본 실시예에서도 오리피스 판 모델을 준비하여 최대 응력 측정을 실시하여 1.4 × 10¹¹㎩임을 확인하였다. 이 결과는 도5a 내지 도5d에 도시된 바와 같은 리브 구조가 잉크 제트 헤드의 기계적 강도를 종래의 구조의 것에 비해 약 5배나 향상시킴을 나타낸다.

또, 본 실시예 2의 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서 극히 양질의 인쇄를 수행하였으며, 잉크로는 순수/디에틸렌 글리콜/이소프로필 알콜/리튬 아세테이트/흑색 염료 식용 블랙 2 = 79.4/15/3/0.1/2.5의 잉크액을 사용하였다.

또, 오리피스 판은 60 ℃에서 3 개월 간의 보존 시험을 거친 후에도 전혀 팽윤을 보이지 않았는데, 이는 실시예 2의 잉크 제트 헤드의 장기 사용을 모의한 것이다. 이와 같은 상태의 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서도 만족스런 기록을 수행하였다.

＜실시예 3＞

이 실시예 3에서도 잉크 제트 헤드는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 준비되었다.

오리피스 판의 잉크 공급 개구 상부 부분에는 도6a, 도6b 및 도6c에 도시된 바와 같은 리브 구조가 구비되었으며, 도6b와 도6c는 각각 도6a의 선 6B-6B 및 선 6C-6C를 따른 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 리브 구조는 6B-6B 단면에서 둥근 형상이었고 6C-6C 단면에서 경사 구조로 되어 있다. 오리피스 판의 두께는 도6b에서 x = 8 ㎛, y = 20 ㎛로 선택되었고(리브 두께(y - x)는 12 ㎛), 리브의 폭(z)은 20 ㎛로 선택되었다.

본 실시예에서도, 오리피스 판 모델을 준비하여 최대 응력 측정을 실시하여 1.0 × 10¹¹㎩임을 확인하였다. 이 결과는 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같은 리브 구조가 잉크 제트 헤드의 기계적 강도를 종래의 구조의 것에 비해 약 4 배나 향상시킴을 나타낸다.

또, 본 실시예 3의 잉크 제트 헤드는 20 ㎑의 토출 주파수(f)에서 극히 양질의 인쇄를 수행하였으며, 잉크로는 순수/디에틸렌 글리콜/이소프로필 알콜/리튬 아세테이트/흑색 염료 식용 블랙 2 = 79.4/15/3/0.1/2.5의 잉크액을 사용하였다. 이 결과는 상술한 둥글고 경사진 구조가 이러한 구조 부분에서 기포의 제거를 상당히 향상시킨다는 것을 말해준다.

또, 오리피스 판은 60 ℃에서 3 개월 간의 보존 시험을 거친 후에도 전혀 팽윤을 보이지 않았는데, 이는 실시예 3의 잉크 제트 헤드의 장기 사용을 모의한 것이다. 또, 이 상태에서 잉크 제트 헤드는 20 ㎑의 토출 주파수에서 만족스런 기록을 수행하였다.

＜실시예 4＞

이 실시예 4에서도 잉크 제트 헤드는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 준비되었다.

오리피스 판의 잉크 공급 개구 상부 부분에는 도8a, 도8b 및 도8c에 도시된 바와 같은 리브 구조가 구비되었으며, 도8b와 도8c는 각각 도8a의 선 8B-8B 및 선 8C-8C를 따른 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 리브 구조는 8B-8B 단면에서 둥근 형상이었고 8C-8C 단면에서 경사진 구조로 되어 있다. 오리피스 판의 두께는 도8b에서 x = 8 ㎛, y = 20 ㎛로 선택되었고(리브 두께(y - x)는 12 ㎛), 리브의 폭(z)은 15 ㎛로 선택되었다.

본 실시예에서도 오리피스 판 모델을 준비하여 최대 응력 측정을 실시하여 6.5×10¹⁰㎩임을 확인하였다. 이 결과는 도8a 내지 도8c에 도시된 바와 같은 리브 구조가 잉크 제트 헤드의 기계적 강도를 종래의 구조의 것에 비해 약 2.5 배나 향상시킴을 나타낸다.

또, 본 실시예 4의 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서 극히 양질의 인쇄를 수행하였으며, 잉크로는 순수/디에틸렌 글리콜/이소프로필 알콜/리튬 아세테이트/흑색 염료 식용 블랙 2 = 79.4/15/3/0.1/2.5의 잉크액을 사용하였다.

또, 오리피스 판은 60 ℃에서 3개월간의 보존 시험을 행한 후에도 전혀 팽윤을 보이지 않았는데, 이는 실시예 4의 잉크 제트 헤드의 장기 사용을 모의한 것이다. 또, 이 상태에서 잉크 제트 헤드는 15 ㎑의 토출 주파수(f)에서 만족스런 기록을 수행하였다.

다음은 잔류 기포의 영향을 고려하여 특별히 설계된 실시예 5 내지 8에 대해 설명하기로 한다.

도9는 본 발명의 기본적인 실시예를 도시한 것으로서 용이한 설명을 위해 적당한 평면을 따라 절단한 잉크 제트 헤드의 개략도이다. 도면에서, 전기 열 변환 소자를 구동하는 전기 배선은 생략하였다. 또, 도10a 내지 도10g는 본 실시예의 잉크 제트 헤드의 준비 단계를 개략적으로 도시하는 도9에 도시된 잉크 제트 기판의 선 10-10을 따른 단면도이다.

도9를 참조하면, 기판(14)에는 토출 에너지 발생 소자(11)와 타원형 홈 형상의 관통 개구로 구성되는 잉크 공급 개구(13)가 구비되어 있다. 잉크 공급 개구(13)의 종방향의 각 측면에는 잉크 토출 에너지 발생 소자로서의 역할을 하는 전기 열 변환 소자(11)의 배열이 구비되어 있으며, 이 소자들은 각 배열에 300 dpi의 피치로 양 배열이 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 기판(14) 상에는 잉크 통로를 한정하는 잉크 통로 벽을 구성하는 커버 수지층(16)이 구비되어 있고, 커버 수지층(16) 상에는 토출 개구(12)가 구비된 오리피스 판(15)이 구비되어 있다. 도9에서, 커버 수지층(16)과 오리피스 판(15)은 별도의 부재로 도시되어 있지만, 커버 수지층(16)과 오리피스 판(15)을 예를 들어 기판(14) 상에 스핀 코팅(spin coating)에 의해 커버 수지층(16)을 도포하여 일체의 부재로 동시에 형성할 수도 있다. 오리피스 판의 내부면 상에는 전술한 바와 같은 잉크 토출 시에 잉크 제트 헤드 상에 잔류하는 기포의 악영향을 제거하기 위한 돌기(17)가 잉크 공급 개구(13) 인접 상부의 위치에 구비되어 있다. 또, 본 발명의 잉크 제트 헤드에는 각 잉크 통로에 기판의 잉크 공급 개구와 잉크 토출 에너지 발생 소자 사이의 부분에 인접 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 구역이 구비되어 있다. 구체적으로, 각 전기 열 변환 소자에 대응하는 개별 잉크 통로를 한정하는 격벽은 잉크 공급 개구까지 연장되지 않는다. 전술한 돌기는 양호하게는 잉크 통로 내의 유동 저항을 최소화하기 위해 잉크 공급 개구(13)로부터 토출 개구(12)까지 잉크 유동 방향을 따라 연장되는 리브 부재로 구성되지만, 간극에 대한 전술한 조건이 만족되기만 하면 예를 들어 복수개의 필라(pillar)로도 구성될 수 있다. 이와 같은 돌기는 잉크 공급을 원활하게 하기 위해 기판과는 분리시키는 것이 바람직하며, 돌기의 단부로부터 기판까지의 최소 거리가 전술한 간극의 경우 10 내지 40 ㎛의 범위에 있도록 돌기가 분리되는 것이 바람직하다. 돌기(17)를 잉크 유동 방향을 따르는 상술한 리브 부재로 구성하는 경우에도, 이와 같은 리브는 기판과 접촉되어 오리피스 판의 강도를 증대시킬 수 있다. 더욱이, 이 경우에, 리브의 단부는 잉크 통로의 유동 저항을 경감하도록 테이퍼형으로 될 수 있다. 또한, 도9에서 돌기(17)와 잉크 통로 벽(16)의 높이는 동일하게 되어 있지만, 돌기의 단부로부터 기판까지의 최소 거리가 상술한 10 내지 40 ㎛ 범위 내에 있는 다른 높이를 가질 수도 있다.

또, 상술한 격벽은 돌기의 경우와 마찬가지로 돌기의 단부로부터 기판까지의 최소 거리가 10 내지 40 ㎛의 범위 내에 있도록 제작하는 것이 바람직하다.

다음은 본 발명의 잉크 제트 헤드의 제작 방법의 예를 설명하기로 한다.

먼저, 복수개의 전기 열 변환 소자(11)와 이 변환체 소자를 Si 칩(도10a) 상에서 구동하는 데 필요한 배선(도시 않음)을 구비한 기판(14)을 마련하고, 기판(14) 상에 용융 수지층(22)을 형성한다(도10b). 그런 다음, 예를 들어 사진 석판술 공정으로 수지층(22)에 패턴을 형성하여, 잉크 통로의 패턴을 만든 다음 노즐 벽과 본 발명에 따라 잉크 공급 개구 상부에 제공될 돌기에 대응하는 부분을 제공한다(도10c). 그리고 나서, 커버 수지층(16)을 잉크 통로 패턴(도10d)이 형성된 용융 수지층(22) 상에 형성하고, 토출 개구(12)에 해당하는 이 커버 수지층(16) 부분을 제거한다(도10e). 그후, 잉크 공급 개구(13)는 예를 들어 후방측에서 기판(14)을 화학적 에칭함으로써 형성된다(도10f). 구체적으로, 공급 개구(13)는 강 알칼리 용액(KOH, NaOH 또는 TMAH)에 의한 이방성 에칭으로 형성된다. 마지막으로, 용융 수지층(22)을 용해시켜(도10g), 토출 개구(12), 잉크 공급 개구(13) 및 상기 잉크 공급 개구 인접 상부 위치에 오리피스 판 상에 형성된 돌기(17)와 연통하는 잉크 통로가 구비된 잉크 제트 헤드를 얻는다. 본 발명의 잉크 제트 헤드는 전기 열 변환 소자를 구동하는 배선 기판에 칩을 전기 접속함으로써 완성된다.

상술한 잉크 제트 헤드 제작 방법은 일본 특허 공개 평4-10940호 및 평4-10941호에 기술된 잉크 제트 기록 방법을 이용하는 잉크 제트 헤드에 특히 적합하다. 이들 특허 출원은 기록 신호에 의해 전기 열 변환 소자 상에 생성된 기포를 외부 공기와 연통되게 하고 잉크 제트 헤드가 소형 잉크 액적(50 pl 이하)을 토출할 수 있게 함으로써 이루어지는 잉크 액적 토출 방법을 개시하고 있다. 상술한 잉크 제트 헤드에 있어서, 기포가 외부 공기와 연통하게 되면 토출 잉크 액적의 체적은 원칙적으로 전기 열 변환 소자와 잉크 토출 개구 사이에 존재하는 잉크의 체적에 의해 결정된다. 다시 말하면, 거의 잉크 제트 헤드의 노즐부 구조에 의해 결정된다. 결국, 이와 같은 잉크 제트 헤드는 양질의 불균일이 없는 화상을 제공할 수 있다. 본 발명의 구조는 기포를 외부 공기와 연통되게 하기 위해 전기 열 변환 소자와 토출 개구 사이의 (최소)거리가 30 ㎛를 초과하지 않는 상술한 잉크 제트 헤드에 가장 적합하지만, 전기 열 변환 소자를 구비한 기판의 표면에 수직으로 잉크 액적을 토출하는 형식의 어떤 잉크 제트 헤드에도 유효하게 적용될 수 있다.

또, 본 발명의 잉크 제트 헤드는 인접 전기 열 변환 소자가 동시에 작동되지 않는 구분 구동 모드로 전기 열 변환 소자를 구동함으로써 잔류 기포의 악영향을 효과적으로 완화시킬 수 있다.

다음은 본 발명의 잉크 제트 헤드의 구조의 특정 실시예에 대해 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서, 잉크 제트 헤드는 도10a 내지 도10g에 도시된 공정에 따라 준비되었으며, 각 배열에 있어서 노즐 피치는 300 dpi이고 오리피스 판의 두께는 8 ㎛이고 본 발명의 특징을 이루는 돌기와 노즐 벽의 높이는 12 ㎛로 하였다. 캐논 가부시끼 가이샤제 다이 블랙 잉크(표면 장력 47.8 dyn/㎝, 점도 1.8 cp, pH 9.8)를 잉크 제트 헤드의 평가에 사용하였다.

＜실시예 5＞

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 도12a 내지 도12c에 도시되었으며, 도12a는 전기 열 변환 소자를 구비한 기판의 확대 정면도이고 도12b와 도12c는 각각 선 12B-12B와 선 12C-12C를 따라 취한 단면도이다.

본 실시예에서 돌기는 오리피스 판 상에서의 돌출량이 20 × 150 ㎛이었고, 600 dpi(42.3 ㎛)의 피치로 배치되었다. 따라서, 인접 돌기 사이의 간극은 최소 22.3 ㎛였다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 굵은 흑색 화상을 연속적으로 기록하기 위해 10 ㎑의 토출 주파수로 구동되었으며, 이와 같은 기록의 지속 시간을 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하였다. 종래의 잉크 제트 헤드와 비교해 보면, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는 종래의 헤드의 것에 비해 약 4배 정도의 기간 동안 굵은 흑색 화상을 기록할 수 있었다.

＜실시예 6＞

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 도13a 내지 도13c에 도시되었으며, 도13a는 전기 열 변환 소자를 구비한 기판의 확대 정면도이고 도13b와 도13c는 각각 선 13B-13B와 선 13C-13C를 따라 취한 단면도이다.

이 실시예에서 돌기는 오리피스 판 상에서의 돌출량이 40 × 40 ㎛이었고, 80 ㎛의 피치(간극 40 ㎛)로 배치되었다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 굵은 흑색 화상을 연속적으로 기록하기 위해 10 ㎑의 토출 주파수로 구동되었으며, 이와 같은 기록의 지속 시간을 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하였다. 종래의 잉크 제트 헤드와 비교해 보면, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는 종래의 헤드의 것에 비해 약 4배 정도의 기간 동안 굵은 흑색 화상을 기록할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 상술한 구조에서도 효과적이다.

박막형의 이와 같은 오리피스 판이 구비된 잉크 제트 헤드에서, 오리피스 판의 신뢰성은 강도 면에서 확실하게 낮다. 특히, 오리피스 판이 수지 재료로 구성된 경우에, 잉크에 의해 팽윤 및 변형될 수 있어서, 결국 잉크 제트 헤드의 잉크 액적 토출 특성에 악영향을 미친다. 이러한 이유로, 이하의 실시예 7과 실시예 8은 강도를 확보하기 위해 본 발명의 돌기를 사용하려는 것이다. 구체적으로, 돌기는 오리피스 판 상에 돌기가 구비되지 않는 경우보다는 훨씬 큰 강도를 얻을 수 있도록 기판과 오리피스 판 모두에 접촉되도록 되어 있으며, 이로써 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있었다.

＜실시예 7＞

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 도14a 내지 도14c에 도시되었으며, 도14a는 전기 열 변환 소자를 지지하는 기판의 확대 정면도이고 도14b와 도14c는 각각 선 14B-14B와 선 14C-14C를 따라 취한 단면도이다.

이 실시예에서 돌기는 오리피스 판의 강도를 향상시키기 위해 기판과 오리피스 판 모두에 접촉되고 돌기의 오리피스 판과 평행인 방향의 폭은 노즐에의 잉크 공급을 확보하고 유동 저항을 경감하기 위해 전기 열 변환 소자를 향해 연속적으로 좁아지게 형성된다. 본 실시예의 돌기의 폭은 가장 넓은 부분은 20 ㎛이고 오리피스 판 상의 돌기의 가장 좁은 부분은 12 ㎛이며, 돌기는 600 dpi(42.3 ㎛)의 피치로 배치된다. 결국, 돌기들 사이의 간극은 최소 22.3 ㎛이다.

실시예 7의 잉크 제트 헤드는 굵은 흑색 화상을 연속적으로 기록하기 위해 10 ㎑의 토출 주파수로 구동되었으며, 이런 기록의 지속 시간을 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하였다. 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하면, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는 종래의 헤드의 것에 비해 약 4배 정도의 기간 동안 굵은 흑색 화상을 기록할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 상술한 구조에도 유효하다.

＜실시예 8＞

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 도15a 내지 도15c에 도시하였으며, 도15a는 전기 열 변환 소자를 구비한 기판의 확대 정면도이고 도15b 및 도15c는 각각 선 15B-15B와 선 15C-15C를 따라 취한 단면도이다.

이 실시예에서 돌기는 오리피스 판의 강도를 향상시키기 위해 기판과 오리피스 판 모두에 접촉되고 돌기의 오리피스 판과 평행인 방향의 폭은 노즐에의 잉크 공급을 확보하고 유동 저항을 경감하기 위해 전기 열 변환 소자를 향해 연속적으로 작아지게 형성된다. 본 실시예의 돌기의 폭은 가장 넓은 부분은 20 ㎛이고 오리피스 판 상의 돌기의 가장 좁은 부분은 12 ㎛이며, 돌기는 600 dpi(42.3 ㎛)의 피치로 배치된다. 결국, 돌기들 사이의 간극은 최소 22.3 ㎛이다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 굵은 흑색 화상을 연속적으로 기록하기 위해 10 ㎑의 토출 주파수로 구동되었으며, 기록의 지속 시간을 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하였다. 종래의 잉크 제트 헤드와 비교하면, 본 실시예의 잉크 제트 헤드는 종래의 헤드의 것에 비해 약 3배 정도의 기간 동안 굵은 흑색 화상을 기록할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 상술한 구조에도 유효하다.

본 발명의 구조의 대표적인 잉크 제트 헤드의 경우에, 기포는 두 위치에서 성장하는 기포, 즉 오리피스 판의 내부면 상에 붙어서 성장하는 기포와 돌기의 단부 상에 붙어서 성장하는 기포들을 확인할 수 있다. 오리피스 판의 내부면 상에 붙어서 성장하는 전자의 잔류 기포는, 전술한 바와 같은 돌기에 의해 억제될 수 있어서 안정된 잉크 공급이 실현될 수 있다. 한편, 돌기의 단부에 붙어서 성장하는 후자의 잔류 기포는 도12a 내지 도12c에 도시된 바와 같이 성장함을 볼 수 있다. 이런 잔류 기포는 잉크 토출 개구를 향한 잉크 유동에 의해 약간 변형되어 잉크 액적 토출 후에 잉크 통로를 충전하게 되지만, 종래 구조에서와 같은 결함 현상은 관찰되지 않았다. 이는 오리피스 판의 내부면 상에 구비된 돌기는 잉크 통로 내로 잔류 기포가 침입하는 것을 방지하도록 구성되며, 잉크 통로에는 기판의 잉크 공급 개구와 잉크 토출 에너지 발생 소자 사이의 부분에 화살표로 표시한 넓은 부분으로부터의 잉크 공급을 가능하게 하도록 인접 잉크 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 영역이 구비되어 있어서 잉크 공급은 쉽게 방해받지 않기 때문이다. 달리 말하면, 본 발명의 구조에 있어서 잉크 통로 내의 잉크는 잉크 통로 내에 침입되는 잔류 기포에 의해 방해를 받지 않으며, 따라서 잉크 통로에의 잉크 공급의 결함 및 기포와 외부 공기의 연통에 의해 잉크 제트 헤드의 내부가 비워지는 현상은 거의 방지할 수 있다. 이런 방법으로, 신뢰성이 높고 안정된 잉크 액적을 토출할 수 있는 잉크 제트 헤드를 제공할 수 있다.

Claims

잉크 액적을 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생시키는 복수개의 토출 에너지 발생 소자와,

상기 잉크 액적을 토출하는 잉크 토출 개구와,

상부에 상기 복수개의 토출 에너지 발생 소자의 배열과 상기 토출 에너지 발생 소자의 배열 방향을 따라 연장되는 관통 구멍으로 구성되는 잉크 공급 개구를 구비한 기판과,

상기 잉크 토출 개구가 구비된 오리피스 판을 포함하며,

상기 기판과 상기 오리피스 판은 상기 잉크 토출 개구와 상기 잉크 공급 개구를 연결하는 잉크 통로를 사이에 형성하도록 서로 인접해 있으며,

상기 오리피스 판은 상기 잉크 공급 개구에 대응하는 위치에 잔류 기포의 성장을 억제하기 위한 복수개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 돌기는 상기 잉크 통로 내에서, 상기 토출 에너지 발생 소자가 제공된 기포 생성 챔버로부터 상기 잉크 공급 개구의 상부 위치까지 연장되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 잉크 통로 각각에는 상기 기판의 잉크 공급 개구로부터 잉크 토출 에너지 발생 소자까지의 부분에 인접 토출 에너지 발생 소자와 연통하는 공통 구역이 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제3항에 있어서, 상기 복수개의 토출 에너지 발생 소자는 상기 관통 구멍의 종방향의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제3항에 있어서, 상기 복수개의 돌기 중 인접한 돌기들 사이의 거리는 10 ㎛ 내지 2γ/P ㎛의 범위 내에 있으며, 여기서 P(㎪)는 상기 잉크 공급 개구로 잉크 공급 시에 잉크 탱크의 잉크 흡인력이고, γ(dyn/㎝)는 잉크의 표면 장력인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제3항에 있어서, 상기 복수개의 돌기들 중 인접한 돌기들 사이의 거리는 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 상기 복수개의 돌기는 상기 잉크 공급 개구로부터 토출 개구로 잉크의 유동을 따르는 방향으로 구비된 복수개의 리브인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 리브의 단부는 기판으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제8항에 있어서, 기판으로부터 분리된 리브의 단부와 기판 사이의 최소 거리는 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제3항에 있어서, 상기 돌기의 일부는 상기 기판과 접촉하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 리브의 단부는 테이퍼진 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 토출 에너지 발생 소자는 전기 열 변환 소자인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제12항에 있어서, 상기 전기 열 변환 소자는 인접한 전기 열 변환 소자들이 동시에 구동되지 않는 구분 구동 모드로 구동되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 상기 리브는 오리피스 판의 잉크 통로 측에서 상기 오리피스 판 상에 연속적인 또는 불연속적인 방식으로 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 상기 리브는 그 연장 방향을 따라 서로 평행하며, 상기 연장 방향에 수직인 방향으로 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 상기 리브는 그 연장 방향을 따라 서로 평행하며, 상기 연장 방향에 수직인 방향으로 둥근 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 잉크 제트 헤드와, 상기 잉크 제트 헤드를 위한 회복 동작을 수행하는 회복 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.