KR101893634B1 - 액체 토출 헤드 및 이를 사용한 액체 토출 장치 - Google Patents

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데츠야 오하시
히토시 다카다
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히로노리 무라카미
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히로키 하야시
다카토시 기타가와
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체를 보유지지할 수 있는 액체 저류 챔버, 상기 액체 저류 챔버와 연통하고 액체 탱크가 장착되어 상기 액체 탱크와 연통함으로써 상기 액체를 상기 액체 탱크로부터 상기 액체 저류 챔버에 공급하도록 구성되는 액체 연통관, 상기 액체 저류 챔버와 연통하여 상기 액체를 토출하는 토출구, 각각 상기 액체 저류 챔버의 외측에 위치되는 외측 단부를 갖고 상기 액체 저류 챔버의 액면을 검출하는 전극 쌍, 및 상기 전극 쌍의 각각의 상기 외측 단부에 접속된 전기 접점부를 포함하는 액체 토출 헤드. 상기 전기 접점부는 상기 토출구가 개구되는 토출구면이 수직 하방을 향하는 자세를 취한 상태에서 상기 액체 연통관의 상방에 위치된다.

Description

액체 토출 헤드 및 이를 사용한 액체 토출 장치{LIQUID DISCHARGE HEAD AND LIQUID DISCHARGE APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 액체 토출 헤드 및 이것을 사용한 액체 토출 장치에 관한 것이다.
액체 토출 장치는 액체 토출 헤드에 의해 잉크 등의 액체를 기록 매체에 부여하여 기록 매체 위에 화상을 형성하기 위해 사용된다. 액체는 액체 토출 헤드에 착탈가능하게 설치되는 액체 탱크에 저장되어 있다. 액체는 액체 토출 헤드 내의 서브탱크(이하, 액체 저류 챔버라 함)에 공급되고, 액체 저류 챔버에 저장된 액체는 토출구가 제공된 소자 기판에 공급된다. 액체가 소비되면 액체 탱크가 교환된다. 액체 탱크 교환 시기를 사용자에 알리기 위해서 액체의 존재 또는 부재를 검출하는 기술이 제안되었으며 실용에 제공되고 있다.
국제 공개 제WO2012/121693호는 액체 검출 기구가 제공된 액체 토출 헤드를 개시하고 있다. 액체 검출 기구는 액체 토출 헤드에 제공된 전극 쌍(유체 센서)을 갖고 있다. 전극 쌍이 액체와 접촉하고 있을 때 전극 사이에 전류가 흐른다. 액체 저류 챔버 내의 액면(liquid level)이 저하되고 전극 쌍 중 어느 하나가 액면으로부터 이격되면 전극 사이의 전압이 상승한다. 유체 센서는 이 원리에 기초하여 액면을 검출하여 액체 탱크의 액체가 소비된 상황을 검출한다. 액체 토출 헤드는 또한 액체를 토출시키기 위한 에너지를 발생시키는 에너지-발생 소자를 갖고 있다. 에너지-발생 소자 및 전극은 공통 전기 접점부를 통해 액체 토출 장치의 본체에 전기적으로 접속된다. 액체 토출 헤드에는 또한 액체 탱크 내부의 액체를 취출하기 위해 액체 탱크의 외부를 통해 연장되는 니들-형 액체 연통관이 제공되어 있다. 액체 탱크가 미리 정해진 장착 위치에 세트되면, 액체 연통관이 액체 탱크의 외부를 통과하여 액체 연통관을 통해 액체를 액체 저류 챔버에 공급한다.
액체 탱크를 교환할 때, 액체 탱크의 액체의 일부가 액체 탱크 밖으로 누설될 가능성이 있다. 구체적으로는, 사용된 액체 탱크를 액체 연통관으로부터 빼내거나 새로운 액체 탱크를 세트하여 액체 탱크의 외부를 액체 연통관이 통과하게 할 때에, 액체 연통관이 통과하는 부분에서 액체가 누설되어 액체 연통관에 부착될 가능성이 있다. 국제 공개 제WO2012/121693호에 기재된 액체 토출 헤드에 따르면, 액체 연통관은 전기 접점부의 상방에 위치되어 있어, 액체 연통관에 부착된 액체가 낙하하여 전기 접점부에 부착되어 전기 접점부에서 단락이 발생할 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 액체 탱크가 장착되거나 분리될 때에 누설한 액체가 전기 접점부에 부착되기 어려운 액체 토출 헤드를 제공하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 액체를 보유지지할 수 있는 액체 저류 챔버, 상기 액체 저류 챔버와 연통하고 액체 탱크가 장착되어 상기 액체 탱크와 연통함으로써 상기 액체를 상기 액체 탱크로부터 상기 액체 저류 챔버에 공급하도록 구성되는 액체 연통관, 상기 액체 저류 챔버와 연통하여 상기 액체를 토출하는 토출구, 각각 상기 액체 저류 챔버의 외측에 위치되는 외측 단부를 갖고 상기 액체 저류 챔버의 액면을 검출하는 전극 쌍, 및 상기 전극 쌍의 각각의 상기 외측 단부에 접속된 전기 접점부를 포함하고, 상기 전기 접점부는, 상기 토출구가 개구되는 토출구면이 수직 하방을 향하는 자세를 취한 상태에서 상기 액체 연통관의 상방에 위치되는 액체 토출 헤드를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 액체 토출 헤드 및 상기 액체 토출 헤드가 장착되는 캐리지를 포함하는 액체 토출 장치를 제공한다.
본 발명의 추가의 특징은 첨부된 도면을 참고하는 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 액체 토출 장치의 개략 구성을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 2는 액체 탱크가 장착된 액체 토출 헤드의 모식적인 단면도이다.
도 3은 액체 토출 헤드의 분해 사시도이다.
도 4는 액체 토출 헤드를 그 이면측에서 본 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 액체 토출 헤드에 액체 탱크가 장착되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 액체 토출 헤드의 조인트 부재의 분해 사시도이다.
도 7은 액체 탱크가 비어있을 때의 액체 토출 헤드의 모식적인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 기포가 없을 때의 액체 저류 챔버의 내부를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 기포가 존재하고 있을 때의 액체 저류 챔버의 내부를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 10은 전극 사이의 검출 전압과 액체량(액면)과의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 이하에 기재하는 실시형태에서, 액체 토출 헤드는 기록 매체에 대하여 이동하면서 잉크 등의 액체를 토출하여 화상을 형성한다. 본 실시형태에서는, 액체 탱크가 액체 토출 헤드에 착탈가능하게 설치되어 액체 탱크로부터 액체 토출 헤드에 액체를 직접적으로 공급한다. 액체 탱크는 왕복이동(주 주사)하는 캐리지에 액체 토출 헤드와 함께 장착된다. 이러한 액체 토출 헤드를 위한 액체 공급 방법은 온-캐리지 시스템이라 불린다. 온-캐리지 시스템은 액체 탱크를 액체 토출 헤드에 접속시키는 튜브 등의 부품이 불필요하지 않기 때문에, 콤팩트하고 저비용의 액체 토출 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 온-캐리지 시스템의 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치에 특히 적절하게 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 액체 탱크가 액체 토출 헤드에 장착되지 않고 액체 탱크가 튜브를 통해 액체 토출 헤드에 접속되는 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치에도 적용될 수 있다. 다른 실시형태에서는, 고정된 액체 토출 헤드가 이동하는 기록 매체에 액체를 토출하여 화상을 형성할 수도 있다.
먼저, 본 발명에 따른 액체 토출 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 액체 토출 장치의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 본 실시형태에 따른 액체 토출 장치(10)는 옐로우, 블랙, 시안 및 마젠타의 각각의 색의 잉크를 기록 매체에 토출하여 기록 매체에 화상을 형성하는 잉크젯 시스템의 화상 기록 장치이다. 액체 토출 장치(10)는 액체 토출 헤드(110) 및 액체 토출 헤드(110)가 장착되는 캐리지(180)를 갖고 있다. 액체 탱크(160)는 액체 토출 헤드(110)에 장착되고 액체 토출 헤드(110)와 함께 캐리지(180)에 장착되어 기록 매체의 반송 방향(P)과 직교하는 주 주사 방향(H)으로 이동할 수 있다. 주 주사 방향(H)으로 이동하면서 캐리지(180)에 장착된 액체 토출 헤드(110)가 기록 매체를 향해서 액체를 토출하여 기록 매체에 화상을 기록한다.
도 2는 본 실시형태에 따른 액체 토출 헤드의 모식적 단면도이다. 도 2에서는, 액체 탱크가 액체 토출 헤드에 설치되어 액체 토출 헤드에 액체를 공급한다. 도 3은 도 2에 도시된 액체 토출 헤드의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2에 도시하는 액체 토출 헤드를 그 이면측에서 본 사시도이다. 이하의 설명에서는, 액체 토출 헤드는 토출구가 형성된 토출구면이 실질적으로 수직 하방을 향하는 자세를 취하도록 되어 있다. 이 자세는 액체 토출 장치(10)의 장착 상태에서의 액체 토출 헤드의 자세와 일치한다. 또한, 본 명세서에서, 용어 "상방"은 비스듬한 상방 및 똑바른 상방의 양쪽 모두를 의미하고, 용어 "하방"은 비스듬한 하방 및 똑바른 하방의 양쪽 모두를 의미한다.
액체 토출 헤드(110)는 조인트 부재(130), 액체 유동 경로 부재(151), 밀봉 부재(140), 조인트 부재(130)에 제공된 액체 연통관(145), 및 지지 부재(151)에 지지된 소자 기판(111)을 갖고 있다. 밀봉 부재(140)는 조인트 부재(130)와 액체 유동 경로 부재(151)와의 사이에 끼워져 있다. 조인트 부재(130)는 액체 유동 경로 부재(151) 및 밀봉 부재(140)와 함께 액체 탱크(160)로부터 공급되는 액체를 보유지지할 수 있는 액체 저류 챔버(133)를 형성하고 있다. 본 실시형태에서는, 액체 토출 헤드(110)는 4색 액체에 각각 대응하는 4개의 소자 기판(111) 및 4개의 액체 저류 챔버(133)를 갖고 있다. 조인트 부재(130)는 2색마다 일체로 형성되고[조인트 부재(130a 및 130b)], 액체 유동 경로 부재(151)는 4색 모두에 대해 일체로 형성된다. 밀봉 부재(140)는 각각의 조인트 부재(130)에 대응하여 제공된다[도 3의 밀봉 부재(140a, 140b, 140c 및 140d) 참조]. 밀봉 부재(140)는 고무 등의 가요성 재료로 형성되어 액체 저류 챔버(133)의 밀폐성을 향상시킨다.
도 5a 및 도 5b는 액체 토출 헤드(110)에 액체 탱크(160)가 설치되어 있는 상태를 도시하는 사시도이다. 도 2, 도 3, 및 도 5a에 도시한 바와 같이, 조인트 부재(130)의 측면에는 액체 연통관(145)이 제공된다. 액체 연통관(145)은 니들-형 형상을 갖고 그 내부에 액체가 순환할 수 있는 유동 경로(146)를 구비하고 있다. 액체 연통관(145)은 조인트 부재(130)로부터 실질적으로 수평하게 연장된다. 액체 연통관(145)은 조인트 부재(130)와 일체로 형성되어 있지만, 예를 들어 용접에 의해 조인트 부재(130)에 고정되어도 된다. 액체 탱크(160)가 도 5a의 화살표 방향을 따라서 액체 연통관(145)에 설치되면, 액체 연통관(145)의 예리한 선단(150)이 액체 탱크(160)의 외부(161)를 통과하게 된다. 도 5b는 액체 탱크(160)가 액체 토출 헤드(110)에 설치되어 있는 상태를 나타내고 있다. 액체 탱크(160)는 액체 토출 헤드(110)에 제공된 코일 스프링 및 해제 레버(양쪽 모두 도시하지 않음)에 의해 액체 토출 헤드(110)에 고정된다. 이에 의해 액체 탱크(160) 내에 유지(보유 지지)되고 있는 액체를 액체 토출 헤드(110)에 공급하는 것이 가능하게 된다. 액체 탱크(160)의 액체는 액체 연통관(145)의 내부에 제공된 유동 경로(146)를 통과하게 되고 조인트 부재(130)와 액체 연통관(145)과의 사이의 접속부인 도입구(147)를 통해 액체 저류 챔버(133)에 공급된다.
액체 유동 경로 부재(151)는 필터(153) 및 필터(153)를 소자 기판(111)에 접속시키는 액체 공급 유동 경로(154)를 갖고 있으며, 액체 저류 챔버(133)의 액체는 필터(153) 및 액체 공급 유동 경로(154)를 통해서 소자 기판(111)에 공급된다. 소자 기판(111)은 액체 저류 챔버(133)와 연통하고 액체를 각각 토출시키는 다수의 토출구(112) 및 각각의 토출구(112)로부터 액체를 토출시키기 위한 에너지를 발생시키는 에너지-발생 소자(도시하지 않음)를 갖고 있다. 토출구(112)는 기록 매체와 대면하는 토출구면(113)에 개구되어 있다. 액체 토출 장치(10)의 설치 상태에서, 토출구면(113)은 실질적으로 수평하게 펼쳐져 있다. 액체가 에너지-발생 소자에 의해 가열되고 토출구(112)로부터 기록 매체를 향해서 토출되어 기록 매체에 화상이 기록된다.
액체 유동 경로 부재(151)는 조인트 부재(130)를 사이에 끼운 상태에서 액체 탱크(160)의 반대측에서 실질적으로 수직 방향으로 연장되는 측벽(152)을 갖고 있다. 액체 탱크(160)로부터 봤을 때 측벽(152)의 이면의 상부에는 제1 전기 접점부(139)가 제공된다. 제1 전기 접점부(139)는 액체 저류 챔버(133)[조인트 부재(130)]의 외측에 위치되어 있다. 조인트 부재(130)의 상방에는 커넥터 부재(138)가 제공된다. 커넥터 부재(138)는 각각의 액체 탱크(160)에 대응하여 제공된다[도 3의 커넥터 부재(138a, 138b, 138c 및 138d)참조]. 커넥터 부재(138)는 액체 탱크(160)에 제공된 전기 기판을 제1 전기 접점부(139)에 전기적으로 접속시켜 제1 전기 접점부(139)를 통해 액체 탱크(160)의 액체 잔량 정보를 액체 토출 장치(10)의 본체에 송신한다.
액체 저류 챔버(133)의 액면을 검출하는 전극 쌍(120)이 액체 저류 챔버(133)를 구성하는 벽을 통과하여 제공된다. 전극 쌍(120)의 각각의 전극은 핀의 형상을 갖고 액체 저류 챔버(133)의 외측에 위치하는 외측 단부(122)와 액체 저류 챔버(133)의 내측에 위치하는 내측 단부(121)와의 사이에서 액체 저류 챔버(133)[조인트 부재(130)]의 정상부 벽(134)을 통과하여 연장된다. 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)는 액체 연통관(145), 바람직하게는 액체 연통관(145) 전체의 하방에 위치하고 있다. 도 6은 조인트 부재(130)의 분해 사시도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 2세트의 전극 쌍(120)[전극(120a 및 120b)의 세트 및 전극(120c 및 120d)의 세트]이 제공된다. 그러나, 전극 쌍(120)의 수는 한정되지 않고 한 세트 또는 복수의 세트가 또한 제공되어도 된다. 그러나, 이하의 설명에서는 전극 쌍(120)의 각각의 전극은 전극(120a 및 120b)에 의해 대표된다. 전극 쌍(120)의 적어도 액체 저류 챔버(133)의 내부에 위치되는 부분은 수직 방향으로 연장되어 있다. 본 실시형태에서는, 전극 쌍(120)은 전체 길이에 걸쳐서 수직 방향으로 연장되어 있지만, 액체 저류 챔버(133)의 외부에서 만곡 또는 굴곡되어 있어도 된다. 전극 쌍(120)은 액체 저류 챔버(133)의 밀폐성을 확보하기 위해서 인서트 성형 또는 결합에 의해 조인트 부재(130)의 정상부 벽에 고정되어 있다.
전극 쌍(120)의 전극(120a 및 120b)의 각각의 외측 단부(122)는 전기 접속 부재(132)를 통해 제1 전기 접점부(139)에 접속되어 있다. 전기 접속 부재(132)는 전기-전도성 재료로 형성되고, 그 일단부가 조인트 부재(130)에 코킹(caulking)에 의해 고정되어 있다. 전기 접속 부재(132)는 복수의 만곡부를 갖고 제1 전기 접점부(139)와 조인트 부재(130)와의 사이에서 압축되어 있다. 압축에 의해 발생하는 탄성 복원력에 의해 전기 접속 부재(132)의 타단부는 제1 전기 접점부(139)의 패드(도시하지 않음)와 안정적인 접촉을 하게 된다. 제1 전기 접점부(139)는 액체 연통관(145)의 상방에, 바람직하게는 액체 연통관(145) 전체의 상방에 위치되어 있다.
액체 토출 헤드(110)는 소자 기판(111)의 에너지-발생 소자에 접속된 제2 전기 접점부(137)를 갖고 있다. 제2 전기 접점부(137)는 에너지-발생 소자에 대한 접속을 용이하게 하기 위해서 액체 탱크(160)로부터 봤을 때 액체 토출 헤드(110)의 이면, 구체적으로는 액체 유동 경로 부재(151)의 측벽(152)의 하부에 제공된다. 제1 전기 접점부(139)는 제2 전기 접점부(137)의 상방에 위치되어 있다.
전극 쌍(120)의 전극(120a 및 120b)의 각각의 내측 단부(121)는 액체 저류 챔버(133)의 액면을 검출한다. 도 2에 도시한 바와 같이 액체 저류 챔버(133)가 액체로 충전되거나 액체 저류 챔버(133)의 액면이 내측 단부(121)와 동일하거나 그보다 상방에 위치되는 경우, 전극 사이에 존재하는 액체의 전기-전도성으로 인해 전극 사이에서 발생하는 검출 전압은 낮게 유지된다. 즉, 내측 단부(121)가 액체와 접촉하고 있을 경우, 전극간 사이에서 발생하는 검출 전압은 낮게 유지된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 액체 탱크(160)의 모든 액체가 소비되고 액체 저류 챔버(133)의 액면이 내측 단부(121)의 하방으로 저하되면 전극 사이에서 발생하는 검출 전압이 상승한다. 도 2 및 도 7에서의 검출 전압 사이의 차이에 의해 액면이 검출될 수 있다. 액체 토출 장치(10)는 전극 사이에서 발생하는 검출 전압을 제1 전기 접점부(139)를 통해 판독하여 액체 탱크(160)가 비어지고 액체 탱크(160)가 교환될 필요가 있는 상황을 사용자에게 통지한다. 사용된 액체 탱크(160)는 사용자에 의해 액체 토출 헤드(110)로부터 빠지고, 새로운 액체 탱크(160)가 액체 토출 헤드(110)에 장착된다.
일부 경우 액체 저류 챔버(133)에는 기포가 발생할 수 있다. 액체 탱크(160)가 비어지고 액체 저류 챔버(133)의 액체가 부분적으로 소비될 때, 공기 및 액체가 각각 액체 저류 챔버(133) 내의 어느 정도의 체적을 차지한다. 이러한 상황에서는, 공기와 액체와의 사이의 계면 부근에 미세하고 미소한 기포가 용이하게 퇴적된다. 특히, 본 실시형태에서는 액체 토출 헤드(110)가 캐리지(180)에 장착되고 왕복운동하므로, 액면의 요동에 의해 공기가 분단되어 기포를 용이하게 발생시킨다. 액체 탱크(160)에 공기 연통구가 제공되어 있는 경우에는, 액체 탱크(160)의 액체 잔량이 적어지면 공기 또한 액체와 함께 액체 저류 챔버(133) 안으로 도입된다. 전극 쌍(120)이 액면을 검출할 때는 공기 및 액체가 각각 액체 저류 챔버(133) 내의 어느 정도의 체적을 차지하고 있기 때문에, 기포가 용이하게 발생하고, 이와 같이 발생한 기포가 액체 저류 챔버(133)에 장시간 체류하기 쉽다. 액체 저류 챔버(133)에 기포가 존재하고 있으면, 액체 저류 챔버(133)의 액면을 정확하게 검출할 수 없다.
그로 인해, 액체 토출 헤드(110)는 압력 조정 유닛(171)에 접속되고 압력 조정 유닛(171)의 작동에 따라 압력이 변하는 압력 조정 챔버(141)를 가지며 액체 저류 챔버(133) 및 압력 조정 챔버(141)를 기밀식으로 구획하는 탄성 부재(143)를 갖는다. 압력 조정 유닛(171)은 감압 펌프(172), 대기 개방관(173), 및 감압 펌프(172)와 대기 개방관(173)과의 사이에 전환을 행하는 밸브(174)를 갖고 있다. 탄성 부재(143)는 압력 조정 챔버(141) 내의 압력에 따라서 액체 저류 챔버(133)의 용적을 증가 또는 감소시키도록 변형가능하다. 보다 구체적으로는, 도 2에서, 밀봉 부재(140)는 박막으로 형성된 탄성 부재(143)를 갖고 있다. 탄성 부재(143)는 탄성 부재 수용 챔버(144)에 수용되어 있고, 탄성 부재 수용 챔버(144)는 탄성 부재(143)에 의해 액체 저류 챔버(133) 및 압력 조정 챔버(141)로 구획된다. 탄성 부재(143)는 밀봉 부재(140)의 일부이며 면외(out-of-plane) 방향으로 변형될 수 있도록 고무 등의 가요성 재료로 형성된다. 압력 조정 챔버(141)에는 감압 유동 경로(149)의 일단부가 개구되어 있고, 감압 유동 경로(149)의 타단부는 캐리지(180)가 미리 정해진 위치에 도달하면 유동 경로(175)에 접속된다. 이 결과, 압력 조정 챔버(141)는 밸브(174)를 통해 액체 토출 장치(10)에 배치된 감압 펌프(172)에 접속된다.
감압 펌프(172)를 구동시킴으로써 압력 조정 챔버(141)가 감압된다. 탄성 부재(143)는 압력 조정 챔버(141) 측에서 변형되어 액체 저류 챔버(133)의 용적을 증가시킨다. 액체 탱크(160)가 액체를 포함하고 있을 때는, 액체가 액체 저류 챔버(133) 안으로 유동한다. 그 후, 밸브가 전환되어 압력 조정 챔버(141)를 대기 개방관(173)과 연통시켜서, 압력 조정 챔버(141)를 대기로 개방시킨다. 탄성 부재(143)는 원래의 상태로 복원되어 액체 저류 챔버(133)의 용적을 감소시킨다. 이 동작이 반복됨으로써 탄성 부재(143)가 펌프처럼 작용하여 액체 저류 챔버(133) 내의 상부에 체류하고 있는 기포를 액체 연통관(145)을 통해 액체 탱크(160) 안으로 배출시킨다. 이에 의해 액체 저류 챔버(133) 내의 기포의 양이 감소되어 전극 쌍(120)에 의해 액체 저류 챔버(133)의 액면을 더 정확하게 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)는 액체 연통관(145)의 하방에 위치되어 있다. 그 이유는 이하와 같다. 첫째로, 전극 쌍(120)의 목적은 액체 탱크(160)가 비어졌는지 아닌지의 여부를 검출하는 것이다. 그러므로, 액체 탱크(160)가 비어진 후에, 액체 저류 챔버(133)의 액면은 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)보다 더 낮아질 필요가 있다. 즉, 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)가 액체 연통관(145)의 상방에 위치되어 있으면, 액체 탱크(160)가 비어지기 전에 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)가 액체 저류 챔버(133)의 액면을 검출하여, 상기 목적이 달성될 수 없다. 제2이유는 전극 쌍(120)의 내측 단부(121) 부근에 존재하는 기포를 액체 연통관(145)을 통해 액체 탱크(160)까지 이동시키기 위해서이다. 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)가 액체 연통관(145)의 하방에 위치되기 때문에, 탄성 부재(143)의 작동에 의해 상승하는 기포를 액체 연통관(145)까지 효율적으로 안내할 수 있다. 이에 의해, 액체 저류 챔버(133) 내의 기포를 효율적으로 제거하여 액체 저류 챔버(133)의 액면을 더 정확하게 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 전기 접점부(139)는 액체 연통관(145)의 상방에 위치되어 있다. 그 이유는 이하와 같다. 액체 연통관(145)은 액체 탱크(160) 안으로 삽입되기 때문에, 액체 탱크(160)의 교환 시에 미량의 액체가 액체 연통관(145)에 부착된다. 액체 토출 헤드(110)는 캐리지(180)에 장착되고 왕복운동하기 때문에, 액체 연통관(145)에 부착된 액체는 캐리지(180)의 가속 또는 감속에 의해 비산되어 용이하게 이동된다. 그러나, 제1 전기 접점부(139)가 액체 연통관(145)의 상방에 위치되기 때문에, 액체 연통관(145)에 부착된 액체가 액체 토출 헤드(110)의 내부를 돌아서 제1 전기 접점부(139)에 부착될 가능성이 낮아진다. 또한, 액체가 제1 전기 접점부(139)에 부착된 경우에도, 제1 전기 접점부(139)에 부착되는 액체의 양을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 전기 접점부(139)의 단락 가능성이 저감되어 전기 접속의 신뢰성을 확보할 수 있다.
온-캐리지 공급 시스템에서는, 액체 토출 헤드(110)가 액체 탱크(160)에 근접하고 있기 때문에, 액체가 용이하게 부착되는 액체 연통관(145)의 부위가 액체 저류 챔버(133)에 가깝다. 따라서, 액체가 용이하게 부착되는 부위가 액체 저류 챔버(133) 부근에 배치되는 전극 쌍(120)의 외측 단부(122)에 근접하기 쉽다. 그 결과, 전극 쌍(120)의 외측 단부(122)에 접속되는 제1 전기 접점부(139) 또한 액체가 용이하게 부착되는 부위에 근접하기 쉽다. 본 실시형태에서는, 제1 전기 접점부(139)가 전기 접속 부재(132)를 통해 전극 쌍(120)의 외측 단부(122)에 접속되기 때문에, 제1 전기 접점부(139)를 상방에 용이하게 배치할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 에너지-발생 소자에 대한 전기적 접속을 용이하게 하기 위해서 액체 토출 헤드(110)의 하부에 배치되는 제2 전기 접점부(137)를 제1 전기 접점부(139)와 별도로 제공하고 있다. 이로 인해, 제1 전기 접점부(139)가 보다 더 상방에 용이하게 배치된다.
이제 전극 쌍(120)의 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 8a 및 도 8b는 기포가 없을 때의 액체 저류 챔버(133)의 내부를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 8a, 도 8b, 도 9a, 및 도 9b는 편의상 전극 쌍의 2개의 전극을 도시하고 있다. 도 8a는 수직 방향으로 연장되는 전극 쌍(120)[전극(120a 및 120b)]을 도시하고, 도 8b는 서로 상이한 높이에서 수평 방향으로 연장되는 전극 쌍(120)[전극(120e 및 120f)]을 도시하고 있다. 도 8a에서는, 양쪽의 전극(120a 및 120b)의 내측 단부(121a 및 121b)는 서로 동일한 높이에 위치되고 액면(S)에 접촉하고 있다. 도 8b에서는, 하측에 위치된 전극(120f)의 전체가 액면(S)의 하방에 위치되고, 상측에 위치된 전극(120e)의 하면이 액면(S)에 접촉하고 있다. 각각의 전극(120a, 120b, 120e 및 120f)의 액체 저류 챔버(133)의 내부에서의 표면적, 즉 각각의 전극의 액면 검출 면적은 서로 동일하다. 액체 저류 챔버(133)의 액면이 도 8a 및 도 8b에 나타내는 액면(S)보다 저하되면, 검출 전압이 급격하게 상승하여 액면이 검출된다. 액체의 전기 전도성은 높기 때문에, 전극과 액체와의 사이의 접촉 면적과 검출 전압과의 사이의 상관관계는 없다. 전극의 일부가 액체에 접촉하고 있으면 검출 전압은 낮게 유지된다. 전극이 액체에 완전히 접촉하고 있지 않으면 검출 전압은 크게 상승한다. 이 점에서, 수직 방향으로 연장되는 전극 쌍(도 8a)과 수평 방향으로 연장되는 전극 쌍(도 8b)과의 사이에 큰 차이는 없다.
그러나, 상술한 바와 같이, 액체 저류 챔버(133)의 액면 부근에는 기포가 존재할 수 있는 가능성이 있다. 도 9a 및 도 9b는 기포가 존재하고 있을 때의 액체 저류 챔버(133)의 내부를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 9a 및 도 9b는 각각 도 8a 및 8b에 대응한다. 도 8a 및 도 8b와 달리 공기와 액체와의 사이의 계면 부근에는 기포가 존재하고 있다. 도 9a에서는, 양쪽 전극(120a 및 120b)의 내측 단부(121a 및 121b)가 서로 동일한 높이에 위치되고 기포(B) 중에 함께 존재한다. 도 9b에서는, 하측에 위치되는 전극(120f)의 전체가 액면(S)의 하방에 위치되고, 상측에 위치되는 전극(120e)은 기포(B)중에 존재한다. 어떤 경우에도, 적어도 하나의 전극은 액면(S)의 상방에 위치되고, 기포(B)에 의해 전도성이 발생된다. 이 결과, 도 9a 및 9b에서는, 양쪽 전극이 액체에 접촉하고 있는 경우의 검출 전압과 양쪽 전극이 공기에만 접촉하고 있는 경우의 검출 전압과의 사이의 중간 전압이 검출된다. 또한, 전극이 액체와 접촉하고 있는 경우와 달리, 전극이 기포와 접촉하고 있을 때의 전기 저항은 전극이 기포와 접촉하는 면적에 의해 영향을 받는다. 도 9a에서는 양쪽 전극(120a 및 120b)이 기포(B)에 접촉하고 있는데 반해, 도 9b에서는 상측에 위치된 전극(120e)이 기포(B)에 접촉하고 있지만, 하측에 위치된 전극(120f)은 액체 중에 존재하기 때문에, 전기 저항 값 사이에 차이가 발생한다. 이로 인해, 도 9a에서의 검출 전압은 도 9b에서의 검출 전압보다 더 커진다.
도 10은 액체량(액면의 위치)과 전극 사이의 검출 전압과의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 액체량(액면의 위치)을 나타내고, 종축은 전극 사이의 검출 전압을 나타낸다. 실선은 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 기포가 없는 상태를 나타낸다. 수직으로 연장되는 전극 쌍(120)(도 8a)과 수평으로 연장되는 전극 쌍(120)(도 8b)과의 사이에 차이는 없다. 검출 전압은 액체 저류 챔버(133) 내의 액체량이 감소하고 액면이 전극의 내측 단부(121)로부터 이격되는 포인트 A에서 급격하게 상승하고 포인트 B에서 액체의 존재 또는 부재를 판단하는 역치를 초과하여 액체 탱크(160)가 비어있는 상황을 검출한다. 그 후, 액체 저류 챔버(133)의 액체량은 더 감소하지만 전압은 높게 유지된다.
파선은 전극 쌍(120)이 수직 방향으로 연장되고 있고 기포가 존재하는 경우(도 9a)의 검출 전압을 나타내고 있다. 포인트 A에서 전극 쌍(120)의 내측 단부(121)는 액면으로부터 이격된다. 그러나, 기포(B)가 전극 사이에 존재하고 있기 때문에 검출 전압은 급격하게 상승하지 않고 전극(120a 및 120b)과 기포(B)와의 사이의 접촉 면적에 따라서 점진적으로 상승한다. 검출 전압은 포인트 C에서 액체의 존재 또는 부재를 판단하는 역치를 초과하여 액체 탱크(160)가 비어있는 상황을 검출한다. 그 후, 전극(120a 및 120b)과 기포(B)와의 사이의 접촉 면적이 점진적으로 감소하고, 이에 따라 검출 전압이 점진적으로 상승한다. 기포(B)가 전극(120a 및 120b)으로부터 이격되면, 검출 전압이 일정해진다.
일점 쇄선은 전극 쌍(120)이 수평 방향으로 연장되고 기포가 존재하는 경우(도 9b)의 검출 전압을 나타내고 있다. 상측에 위치된 전극(120e)의 하면이 포인트 A에서 액면으로부터 이격된다. 그러나, 상측에 위치된 전극(120e)은 기포(B)에 의해 덮여 있기 때문에 검출 전압은 약간 상승한다. 그 후, 액체량이 저하되지만, 상측에 위치된 전극(120e)과 기포(B)와의 사이의 접촉 면적이 변화하지 않기 때문에 검출 전압은 거의 일정한 상태로 유지된다. 액체량이 더 저하되면, 포인트 D에서 기포의 정상부가 상측에 위치된 전극(120e)의 상면에 도달한다. 상측에 위치된 전극(120e)과 기포(B)와의 사이의 접촉 면적이 점진적으로 감소하고, 검출 전압이 점진적으로 상승하고 포인트 E에서 액체의 존재 또는 부재를 판단하는 역치를 초과하여 액체 탱크(160)가 비어있는 상황이 검출된다.
상기와 같이 기포가 전극 사이에 존재하면, 액면이 전극보다 더 낮아져도 전극 사이의 저항이 급격하게 상승하지 않고, 따라서 액면 검출 오차가 발생한다. 전극 쌍(120)이 수직으로 배치되는 경우, 액체 탱크(160)가 비어있는 상황의 검출 포인트에서의 액체량은 기포의 존재 또는 부재에 따라 포인트 B로부터 포인트 C까지의 범위에서 변동한다. 한편, 전극 쌍(120)이 수평으로 배치되는 경우, 액체 탱크(160)가 비어있는 상황의 검출 포인트에서의 액체량은 기포의 존재 또는 부재에 따라 포인트 B로부터 포인트 E까지의 범위에서 변동한다. 즉, 수평으로 연장되는 전극 쌍(120)에서는, 액면 검출 오차가 매우 커지고, 따라서 이 오차를 보정하기 위해서 전체 높이가 높은 액체 저류 챔버(133)를 필요로 한다. 바꾸어 말하면, 수직으로 연장되는 전극 쌍(120)에서는, 수평으로 연장되는 전극 쌍(120)과 비교해서 용적이 보다 작은 액체 저류 챔버(133)를 사용할 수 있고, 따라서 액체 토출 헤드(110)를 콤팩트화(소형화)할 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시형태를 참고하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형 및 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 액체를 보유지지할 수 있는 액체 저류 챔버, 상기 액체 저류 챔버와 연통하고 액체 탱크가 장착되어 상기 액체 탱크와 연통함으로써 상기 액체를 상기 액체 탱크로부터 상기 액체 저류 챔버에 공급하도록 구성되는 액체 연통관, 상기 액체 저류 챔버와 연통하여 상기 액체를 토출하는 토출구, 각각 상기 액체 저류 챔버의 외측에 위치되는 외측 단부를 갖고 상기 액체 저류 챔버의 액면을 검출하는 전극 쌍, 및 상기 전극 쌍의 각각의 상기 외측 단부에 접속된 전기 접점부를 포함하고,
    상기 전기 접점부는, 상기 토출구가 개구되는 토출구면이 수직 하방을 향하는 자세를 취한 상태에서 상기 액체 연통관의 상방에 위치되고,
    상기 전극 쌍은 상기 외측 단부와 상기 액체 저류 챔버의 내부에 위치되는 내측 단부 사이에서 상기 액체 저류 챔버의 벽을 관통하여 연장되고, 상기 내측 단부는 상기 자세 하에 상기 액체 연통관의 하방에 위치되어 있는, 액체 토출 헤드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 쌍의 상기 액체 저류 챔버의 내부에 위치되는 부분은 상기 자세 하에 수직 방향으로 연장되어 있는, 액체 토출 헤드.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    압력 조정 유닛에 접속되고 상기 압력 조정 유닛의 작동에 따라 압력이 변화하는 압력 조정 챔버, 및 상기 액체 저류 챔버와 상기 압력 조정 챔버를 기밀식으로 구획하고 상기 압력 조정 챔버 내의 상기 압력에 따라서 상기 액체 저류 챔버의 용적을 증가 또는 감소시키도록 변형가능한 탄성 부재를 더 포함하는, 액체 토출 헤드.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 세트의 상기 전극 쌍이 제공되어 있는, 액체 토출 헤드.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액체 탱크는 상기 액체 연통관에 착탈가능하게 장착되는, 액체 토출 헤드.
  10. 삭제
  11. 제1항에 따른 액체 토출 헤드 및 상기 액체 토출 헤드가 장착되는 캐리지를 포함하는, 액체 토출 장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 액체를 토출시키기 위한 에너지를 발생시키는 에너지-발생 소자를 더 포함하고,
    상기 에너지-발생 소자는 상기 전극 쌍에 접속된 상기 전기 접점부와는 상이한 전기 접점부에 접속되고, 상기 에너지-발생 소자에 접속된 전기 접점부는 상기 토출구가 개구되는 토출구면이 수직 하방을 향하는 자세를 취한 상태에서 상기 전극 쌍에 접속된 상기 전기 접점부 하방에 위치되어 있는, 액체 토출 헤드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전극 쌍은 상기 액체 저류 챔버의 외부에서 만곡 또는 굴곡되어 있는, 액체 토출 헤드.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전극 쌍은 전기 접속 부재를 통해 상기 전기 접점부에 접속되어 있는, 액체 토출 헤드.
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