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KR101908758B1 - 유체 토출 장치에서 슬롯으로부터 슬롯으로의 순환 - Google Patents

유체 토출 장치에서 슬롯으로부터 슬롯으로의 순환 Download PDF

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KR101908758B1
KR101908758B1 KR1020147007985A KR20147007985A KR101908758B1 KR 101908758 B1 KR101908758 B1 KR 101908758B1 KR 1020147007985 A KR1020147007985 A KR 1020147007985A KR 20147007985 A KR20147007985 A KR 20147007985A KR 101908758 B1 KR101908758 B1 KR 101908758B1
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KR
South Korea
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fluid
slot
chamber
channel
actuator
Prior art date
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KR1020147007985A
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알렉산더 고브야디노브
크레이그 올브리히
브라이언 엠 타프
Original Assignee
휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

일 실시형태에서, 유체 토출 장치는 대향하는 기재 측면을 따르며 기재 중심 영역에 의해 분리되는 제 1 및 제 2 유체 슬롯을 가지는 다이 기재를 포함한다. 폐쇄형 챔버의 제 1 및 제 2 내부 컬럼은 각각 제 1 및 제 2 슬롯과 관련되고, 이들 내부 컬럼은 중심 영역에 의해 분리된다. 유체 채널은 제 1 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버를 제 2 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버와 유체적으로 연결하도록 중심 영역을 가로질러 연장된다. 각각의 폐쇄형 챔버 내의 펌프 액추에이터는 슬롯으로부터 슬롯으로 채널을 통해 유체를 펌핑한다.

Description

유체 토출 장치에서 슬롯으로부터 슬롯으로의 순환{SLOT-TO-SLOT CIRCULATION IN A FLUID EJECTION DEVICE}
잉크젯 프린터 내의 유체 토출 장치는 액적의 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 토출을 제공한다. 잉크젯 프린터는 종이와 같은 인쇄 매체 상에 복수의 노즐을 통해 잉크 액적을 토출함으로써 이미지를 생성한다. 노즐은 전형적으로 하나 이상의 어레이로 배치되므로, 노즐로부터의 잉크 액적의 적절하게 시퀀싱된(sequenced) 토출에 의해, 프린트헤드와 인쇄 매체가 서로에 대해 상대 이동함에 따라 문자 또는 기타 이미지가 인쇄 매체 상에 인쇄된다. 특정 실시예에서, 써멀 잉크젯 프린트헤드는, 열을 발생하고 발사 챔버 내의 유체의 적은 부분을 기화시키기 위해 가열 요소를 통해 전류를 통전시킴으로써 노즐로부터 액적을 토출한다. 증기 기포에 의해 밀려난 유체의 일부는 노즐로부터 토출된다. 다른 실시예에서, 압전 잉크젯 프린트헤드는 노즐로부터 잉크 액적을 강제 배출시키는 압력 펄스를 생성하기 위해 압전 재료 액추에이터를 사용한다.
잉크젯 프린터가 합리적 비용으로 높은 인쇄 품질을 제공함에도 불구하고, 그 지속적인 개선은 부분적으로 다양한 작동상의 난제를 극복하는 것에 달려있다. 예를 들면, 인쇄 중 잉크로부터의 공기 기포의 방출은 잉크 유동 폐쇄, 액적 토출을 위한 불충분한 압력, 및 오지향(mis-directed)된 액적과 같은 문제를 초래할 수 있다. 색소-잉크 비히클 분리(Pigment-ink vehicle separation; PIVS)는 색소계 잉크를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 또 하나의 문제이다. PIVS는 노즐 영역 내의 잉크로부터의 물의 증발 및 물에 대한 색소의 더 높은 친화성으로 인해 노즐 영역 근처의 잉크의 색소 농축 감수(depletion)의 결과이다. 보관 기간 또는 비사용 기간 중에, 색소 입자는 잉크 비히클로부터 침전되거나 또는 침강(crash)될 수도 있고, 이것은 프린트헤드 내의 발사 챔버 및 노즐로의 잉크의 유동을 방해하거나 차단할 수 있다. 물이나 용매의 증발과 같은 "디캡(decap)"에 관련되는 다른 요인도 PIVS 및 점성 잉크 플러그(plug) 형성의 원인이 될 수 있다. 디캡은 토출된 잉크 액적의 열화를 유발함이 없이 주위 환경에 언캡되고 노출된 상태에 잉크젯 노즐이 유지할 수 있는 시간의 길이이다. 디캡의 효과는 액적 궤도, 속도, 형상 및 색을 변화시킬 수 있고, 이들 모두는 잉크젯 프린터의 인쇄 품질에 악영향을 줄 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 시스템의 개발에서 다양한 난제가 여전히 극복되어야 한다. 예를 들면, 이와 같은 시스템에서 사용되는 잉크젯 프린트헤드는 때때로 잉크 막힘 및/또는 폐색의 문제를 갖는다. 잉크 막힘의 한 가지 원인은 프린트헤드 내의 공기 기포로서 축적되는 과도한 공기이다. 잉크가 잉크 리저버 내에 보관 중일 때와 같이 잉크가 공기에 노출되는 경우, 추가의 공기가 잉크 내로 용해된다. 프린트헤드의 발사 챔버로부터 잉크 액적의 토출 후의 후속 작용은 공기 기포로서 축적되는 과잉 공기를 잉크로부터 방출하는 것이다. 이 기포는 발사 챔버로부터 프린트헤드의 다른 영역으로 이동하고, 이곳에서 기포는 프린트헤드로의 잉크의 유동 및 프린트헤드 내에서의 잉크의 유동을 봉쇄할 수 있다. 챔버 내의 기포는 압력을 흡수하고, 노즐을 통해 유체 상에 가해지는 힘을 감소시키고, 이것은 액적 속도를 감소시키거나 토출을 저지한다.
색소계 잉크는 프린트헤드 내의 잉크 막힘 또는 폐색의 원인이 될 수도 있다. 잉크젯 인쇄 시스템은 색소계 잉크 및 염료계 잉크를 사용하고, 양자 유형의 잉크 모두 장점 및 단점을 가지고 있으나 색소계 잉크가 일반적으로 선호된다. 염료계 잉크에서, 염료 입자는 액체 내에 용해되므로 종이 내에 더 깊게 침투하는 경향을 갖는다. 이것은 염료계 잉크의 효율을 저하시키고, 잉크가 이미지의 에지에서 번지므로 이미지의 품질을 저하시킬 수 있다. 대조적으로, 색소계 잉크는 잉크 비히클 및 입자를 잉크 비히클 내에 현탁된 상태로 유지될 수 있도록 하는 분산제로 코팅된 불용성 색소 입자로 이루어진다. 이것은 색소 잉크가 종이 내로 침투하기 보다 종이의 표면 상에 체류하도록 도와 준다. 그러므로 색소 잉크는, 인쇄된 이미지 내의 동일한 색 강도(color intensity)를 생성하기 위해 더 적은 잉크가 요구되므로, 염료 잉크보다 더 효율적이다. 색소 잉크는 또한 물에 접촉했을 때 염료 잉크보다 덜 번지므로 염료 잉크보다 내구성 및 영속성이 우수한 경향이 있다.
그러나 색소계 잉크의 한가지 결점은 장기간의 보관 및 잉크젯 펜의 박스 개봉 후의 부적절한 성능을 유발하는 다른 극한 환경과 같은 요인으로 인해 잉크젯 프린트헤드 내에서 발생할 수 있는 잉크 막힘이다. 잉크젯 펜은 프린트헤드를 가지고 있고, 이 프린트헤드의 일단부는 잉크 공급원의 내부에 결합된다. 잉크 공급원은 프린트헤드 조립체 내에 내장된 것일 수 있고, 또는 펜의 외측의 프린터 상에 위치되어 프린트헤드 조립체를 통해 프린트헤드에 연결될 수 있다. 장기간에 걸친 보관 중에, 대형 색소 입자에 미치는 중력 효과, 불규칙 변동, 및/또는 분산제의 열화는 색소 응집, 침전 또는 침강을 초래할 수 있다. 하나의 위치에서 색소 입자의 축적은 프린트헤드 내의 발사 챔버 및 노즐로의 잉크 유동을 방해하거나 봉쇄할 수 있고, 그 결과 프린트헤드에 의한 박스 개봉 후의 성능을 악화시키고, 프린터의 이미지 품질을 감소시킨다. 잉크로부터의 물 및 용매의 증발과 같은 다른 요인도 PIVS 및/또는 증가된 잉크 점성도 및 점성 플러그 형성의 원인이 될 수 있고, 이것은 디캡 성능을 감소시킬 수 있고, 또 비사용 기간 후의 즉각적인 인쇄를 저지할 수 있다.
종래의 해결책은 프린트헤드를 통해 잉크를 순환시키기 위한 다양한 유형의 외부 펌프를 사용하는 것 뿐만 아니라 프린트헤드의 사용 전후에 프린트헤드를 점검하는 것과 주로 관련되었다. 예를 들면, 프린트헤드는 건조된 잉크에 의한 노즐의 폐색을 방지하기 위해 비사용 중에 전형적으로 캡핑(capped)된다. 노즐은 또한 사용 전에 잉크의 연속적 유동으로 프린트헤드를 퍼지하도록 노즐을 통해 잉크를 스피팅(spitting)함으로써 또는 외부 펌프를 사용함으로써 준비될 수 있다. 이러한 해결책의 결점은 점검 시간으로 인한 즉각적인(즉, 온 디맨드) 인쇄의 감소된 능력 및 작업 중 잉크의 소비로 인한 총 소유권 비용의 증가를 포함한다. 프린트헤드를 통한 잉크의 순환을 위한 외부 펌프의 사용은 전형적으로 번거롭고 고가이고, 노즐 입구의 배압(backpressure)을 유지하기 위한 복잡한 압력 조절기를 포함한다. 따라서, 디캡 성능, PIVS, 공기 및 입자의 축적, 및 잉크젯 인쇄 시스템 내의 잉크 막힘 및/또는 폐색의 다른 원인은 전체적인 인쇄 품질을 열화시킬 수 있고, 소유 비용, 제작 비용, 또는 양자 모두를 증가시킬 수 있다.
본 개시의 실시형태는 일반적으로 유체 공급 슬롯들 사이에서(즉, 슬롯으로부터 슬롯으로) 유체를 순환시킴으로써 잉크젯 인쇄 시스템 내의 잉크 폐색 및/또는 막힘을 감소시킨다. 유체는 이 유체를 펌핑하기 위한 유체 변위 액추에이터를 가지는 펌프 챔버를 포함하는 유체 채널을 통해 슬롯들 사이에서 순환된다. 유체 액추에이터는 각각의 유체 공급 슬롯에 인접하는 챔버 내의 유체 채널의 단부를 향해 비대칭적으로(즉, 중심을 벗어나거나 편심으로) 위치된다. 유체 채널의 단부를 향하는 액추에이터의 비대칭적 위치는, 상이한 지속 시간의 압축성 및 팽창성(신장성) 유체 변위를 발생시키는 액추에이터의 비대칭적 작동과 동조하여, 슬롯으로부터 슬롯으로 채널을 통한 방향성 유체 유동을 생성한다. 일부의 실시형태에서, 채널을 통한 유체 유동의 방향을 변화시키기 위해 전진(즉, 압축성) 및 후진(즉, 팽창성 또는 신장성) 작동/펌프 행정의 지속 시간이 제어될 수 있도록, 유체 액추에이터는 제어될 수 있다.
일 실시형태에서, 유체 토출 장치는 기재의 대향 측면을 따르며 기재 중심 영역에 의해 분리되는 제 1 및 제 2 세장형 유체 슬롯을 가지는 다이 기재(substrate)를 포함한다. 폐쇄형 챔버(closed chamber)의 제 1 및 제 2 내부 컬럼은 각각 제 1 및 제 2 슬롯과 관련된다. 내부 컬럼들은 중심 영역에 의해 분리된다. 유체 채널은 제 1 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버를 제 2 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버와 유체적으로 연결하도록 중심 영역을 가로질러 연장된다. 각각의 폐쇄형 챔버 내의 펌프 액추에이터는 슬롯으로부터 슬롯으로 채널을 통해 유체를 펌핑한다.
일 실시형태에서, 유체 토출 장치는 기재의 대향 측면을 따르는 제 1 및 제 2 유체 슬롯을 포함한다. 액적 토출 챔버의 제 1 컬럼은 기재의 중심 쪽으로 제 1 슬롯에 인접하고, 액적 토출 챔버의 제 2 컬럼은 기재의 중심 쪽으로 제 2 슬롯에 인접한다. 유체 채널은 기재의 중심을 가로질러 연장되고, 제 1 및 제 2 컬럼 내에서 액적 토출 챔버를 통해 제 1 및 제 2 슬롯을 연결한다. 펌프 챔버는 액적 토출 챔버에 인접하는 유체 채널 내에 위치된다. 펌프 챔버는 슬롯으로부터 슬롯으로 채널을 통해 유체를 순환시키기 위한 펌프 액추에이터를 갖는다.
일 실시형태에서, 유체 토출 장치 내에서 슬롯으로부터 슬롯으로 유체를 순환시키는 방법은 유체를 다이 기재의 중심 영역에 걸쳐서 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로 제 1 유체 채널을 통해 펌핑하는 단계를 포함한다. 제 1 유체 채널은 제 1 슬롯으로부터 제 1 슬롯에 인접한 제 1 챔버를 통해, 중심 영역을 가로질러, 제 2 슬롯에 인접한 제 2 챔버를 통해 제 2 슬롯으로 연장된다. 본 방법은 유체를 중심 영역에 걸쳐서 제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로 제 2 유체 채널을 통해 펌핑하는 단계를 포함한다. 제 2 유체 채널은 제 2 슬롯으로부터 제 2 슬롯에 인접한 제 3 챔버를 통해, 중심 영역을 가로질러, 제 1 슬롯에 인접한 제 4 챔버를 통해 제 1 슬롯까지 연장된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 실시형태를 예시로서 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따라 본 명세서에 개시된 바와 같은 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 구현하기 위한 유체 토출 장치를 장착하기 위해 적합한 잉크젯 인쇄 시스템을 도시하고;
도 2a 및 도 2b는 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치의 평면도를 도시하고;
도 3은 일 실시형태에 따라 도 2a 및 도 2b의 평면도에 대체로 대응하는 유체 토출 장치의 횡단면도를 도시하고;
도 4는 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치의 평면도를 도시하고;
도 5는 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치의 평면도를 도시하고;
도 6은 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치의 평면도를 도시하고;
도 7은 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치의 평면도를 도시하고;
도 8은 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 유체 펌프 액추에이터를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버를 가지는 유체 채널을 도시하고;
도 9는 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 압전 유체 펌프 액추에이터를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버를 가지는 유체 채널을 도시하고;
도 10은 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 압전 유체 펌프 액추에이터를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버를 가지는 유체 채널을 도시하고;
도 11은 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치 내에서 슬롯으로부터 슬롯으로 유체를 순환시키는 하나의 예시적 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따라 본 명세서에 개시된 바와 같은 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 구현하기 위한 유체 토출 장치를 장착하기 위해 적합한 잉크젯 인쇄 시스템(100)을 도시한다. 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 잉크젯 프린트헤드 조립체(102), 잉크 공급 조립체(104), 장착 조립체(106), 매체 수송 조립체(108), 전자 프린터 제어기(110), 및 잉크젯 인쇄 시스템(100)의 다양한 전기 콤포넌트에 전력을 제공하는 적어도 하나의 전력 공급부(112)를 포함한다. 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 인쇄 매체(118) 상에 인쇄하기 위해 인쇄 매체(118)를 향해 복수의 오리피스 또는 노즐(116)을 통해 잉크의 액적을 토출하는 적어도 하나의 유체 토출 장치(114)(프린트헤드(114))를 포함한다. 인쇄 매체(118)는 종이, 카드용지, 투명지, 마일라(Mylar) 등과 같은 임의의 유형의 적절한 시트 또는 롤 재료(roll material)일 수 있다. 노즐(116)은 전형적으로, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)와 인쇄 매체(118)가 서로에 대해 상대적으로 이동될 때, 노즐(116)로부터 잉크의 적절하게 시퀀싱된(sequenced) 토출에 의해 문자, 심볼, 및/또는 기타 그래픽 또는 이미지가 인쇄 매체(118) 상에 인쇄되도록, 하나 이상의 컬럼 또는 어레이로 배치된다.
잉크 공급 조립체(104)는 공급 튜브와 같은 인터페이스 연결부를 통해 잉크 보관 리저버(120)로부터 프린트헤드 조립체(102)로 유체 잉크를 공급한다. 리저버(120)는 제거될 수 있고, 교환될 수 있고, 및/또는 재충전될 수 있다. 일 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 잉크 공급 조립체(104) 및 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 일방향 잉크 전달 시스템을 형성한다. 일방향 잉크 전달 시스템에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)에 공급되는 잉크의 실질적으로 전부는 인쇄 중에 소모된다. 다른 실시형태(도시되지 않음)에서, 잉크 공급 조립체(104) 및 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 재순환 잉크 전달 시스템을 형성한다. 재순환 잉크 전달 시스템에서, 프린트헤드 조립체(102)에 공급되는 잉크의 일부만이 인쇄 중에 소모된다. 인쇄 중에 소모되지 않은 잉크는 잉크 공급 조립체(104)로 복귀된다.
장착 조립체(106)는 매체 수송 조립체(108)에 대해 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 위치시키고, 매체 수송 조립체(108)는 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)에 대해 인쇄 매체(118)를 위치시킨다. 따라서, 인쇄 구역(122)은 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)와 인쇄 매체(118) 사이의 영역 내에서 노즐(116)에 인접하여 한정된다. 일 실시형태에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 스캐닝 유형의 프린트헤드 조립체이다. 그러므로, 장착 조립체(106)는 인쇄 매체(118)를 스캐닝하도록 매체 수송 조립체(108)에 대해 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 이동시키기 위한 캐리지(carriage)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 비스캐닝(non-scanning) 유형의 프린트헤드 조립체이다. 그러므로, 장착 조립체(106)는 매체 수송 조립체(108)에 대해 규정된 위치에 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 고정한다. 따라서, 매체 수송 조립체(108)는 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)에 대해 인쇄 매체(118)를 위치시킨다.
전자 프린터 제어기(110)는 전형적으로 시스템(100)의 일반적 기능을 제어하기 위한, 그리고 잉크젯 프린트헤드 조립체(102), 장착 조립체(106), 및 매체 수송 조립체(108)와 같은 시스템 컴포넌트와 통신하고 제어하기 위한 기타 전자장치와 같은 표준 컴퓨터 시스템의 컴포넌트를 포함한다. 전자 제어기(110)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터 데이터(124)를 수신하고, 메모리 내에 데이터(124)를 일시적으로 저장한다. 전형적으로, 데이터(124)는 전자적 경로, 적외선 경로, 광학적 경로, 또는 기타 정보 전달 경로를 따라 잉크젯 인쇄 시스템(100)에 전송된다. 데이터(124)는, 예를 들면, 인쇄될 문서 및/또는 파일을 나타낸다. 그러므로, 데이터(124)는 잉크젯 인쇄 시스템(100)을 위한 인쇄 작업(print job)을 형성하고, 하나 이상의 인쇄 작업 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터를 포함한다.
일 실시형태에서, 전자 프린터 제어기(110)는 노즐(116)로부터 잉크 액적을 토출하도록 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 제어한다. 따라서, 전자 제어기(110)는 인쇄 매체(118) 상에 문자, 심볼, 및/또는 기타 그래픽 또는 이미지를 형성하는 토출된 잉크 액적의 패턴을 한정한다. 토출된 잉크 액적의 패턴은 인쇄 작업 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터에 의해 결정된다. 일 실시형태에서, 전자 제어기(110)는 제어기(110)의 메모리 내에 저장된 유체 순환 모듈(126)을 포함한다. 유체 순환 모듈(126)은 유체 토출 장치(114) 내의 펌프 액추에이터로서 집적되는 하나 이상의 유체 액추에이터의 작동을 제어하기 위해 전자 제어기(110)(즉, 제어기(110)의 프로세서)를 실행한다. 더 구체적으로, 일 실시형태에서, 제어기(110)는 유체 토출 장치(114) 내의 어느 펌프 액추에이터가 동작 상태이고 또 어느 펌프 액추에이터가 비동작 상태인지를 제어하기 위해 유체 순환 모듈(126)로부터의 명령을 실행한다. 제어기(110)는 또한 펌프 액추에이터를 위한 작동의 타이밍을 제어한다. 다른 실시형태에서, 펌프 액추에이터가 제어 가능한 경우, 제어기(110)는 유체 토출 장치(114) 내의 유체 공급 슬롯들 사이의 유체 채널을 통한 유체 유동의 방향, 유속 및 타이밍을 제어하도록 펌프 액추에이터의 전진 및 후진 펌핑 행정(즉, 각각 압축성 및 팽창성/신장성 유체 변위)의 타이밍 및 지속 시간을 제어하기 위해 모듈(126)로부터의 명령을 실행한다.
일 실시형태에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 하나의 유체 토출 장치(프린트헤드)(114)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 광폭의 어레이 또는 다중-헤드 프린트헤드 조립체이다. 광폭 어레이 조립체의 하나의 구현예에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 유체 토출 장치(114)를 지지하는, 그리고 유체 토출 장치(114)와 전자 제어기(110) 사이에 전기 통신을 제공하고, 그리고 유체 토출 장치(114)와 잉크 공급 조립체(104) 사이에 유체 연통을 제공하는 캐리어를 포함한다.
일 실시형태에서, 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 드롭-온-디맨드 열 기포 잉크젯 인쇄 시스템으로서, 여기서 유체 토출 장치(114)는 열 잉크젯(TIJ) 프린트헤드이다. 열 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 기화시키고 노즐(116)의 외부로 잉크 또는 기타 유체 액적을 토출시키는 기포를 생성하도록 잉크 챔버 내에서 열 저항기 토출 요소를 구현한다. 다른 실시형태에서, 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 드롭-온-디맨드 압전 잉크젯 인쇄 시스템으로서, 여기서 유체 토출 장치(114)는 노즐로부터 잉크 액적을 토출시키는 압력 펄스를 발생하도록 토출 요소로서 압전 재료 액추에이터를 구현하는 압전 잉크젯(PIJ) 프린트헤드이다.
도 2(도 2a 및 도 2b)는 본 개시의 실시형태에 따른 유체 토출 장치(114)의 평면도를 도시한다. 도 3은 도 2a의 평면도에 대체로 대응하는 유체 토출 장치(114)의 횡단면도를 도시한다. 총괄적으로 도 2a 및 도 3을 참조하면, 유체 토출 장치(114)는 제 1 유체 공급 슬롯(202) 및 제 2 유체 공급 슬롯(204)을 내부에 형성하고 있는 실리콘 다이 기재(200)를 포함한다. 유체 슬롯(202, 204)은 유체 리저버(120)(도 1)와 같은 유체 공급부(도시되지 않음)와 유체 연통 상태인 세장형 슬롯이다. 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환의 개념이 2개의 유체 슬롯을 가지는 유체 토출 장치에 관한 개시의 전체를 통해 설명되지만, 이와 같은 개념은 2개의 유체 슬롯을 구비하는 장치에의 적용에 제한되지 않는다. 오히려, 예를 들면, 6개 또는 8개의 슬롯과 같은 2개를 초과하는 유체 슬롯을 가지는 유체 장치도 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 구현하기 위해 적합한 장치로서 기대된다. 또한, 다른 실시형태에서, 유체 슬롯의 구성은 변화될 수 있다. 예들 들면, 다른 실시형태의 유체 슬롯은 둥근 구멍, 사각형 구멍, 사각형 홈(trench) 등과 같은 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
유체 토출 장치(114)는 유체 챔버(210, 212)를 한정하는, 그리고 노즐(116)을 가지는 노즐 층(214)으로부터 기재(200)를 분리하는 벽(208)을 가지는 챔버 층(206)을 포함한다. 챔버 층(206) 및 노즐 층(214)은, 예를 들면, 폴리아미드 또는 SU8과 같은 내구성 있는 그리고 화학적으로 불활성인 폴리머로 형성될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 노즐 층(214)은, 예를 들면, 스테인리스 강, 니켈, 팔라듐, 다중 금속의 다층 구조물, 등을 포함하는 다양한 유형의 금속으로 형성될 수 있다. 유체 챔버(210, 212)는 각각 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)를 포함한다. 유체 챔버(210, 212)는 유체 슬롯과 유체 연통 상태에 있다. 유체 토출 챔버(210)는 유체 변위 액추에이터(216)(즉, 유체 토출 액추에이터(216a))의 작동에 의해 유체가 토출되는 노즐(116)을 갖는다. 유체 펌프 챔버(212)는 유체가 토출되는 노즐을 갖지 않는 점에서 폐쇄형 챔버이다. 펌프 챔버(212) 내에서 유체 변위 액추에이터(216)(즉, 유체 펌프 액추에이터(216b))의 작동에 의해, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 슬롯(202, 204) 사이에서 유체 유동이 발생된다.
도 2a 및 도 2b로부터 명백한 바와 같이, 챔버(210, 212)는 슬롯(202, 204)의 내측 및 외측을 따라 챔버의 컬럼을 형성한다. 도 2a 및 도 2b의 실시형태에서, 제 1 외부 컬럼(218a)은 제 1 유체 슬롯(202)에 인접하고, 또 슬롯(202)과 기재(200)의 에지 사이에 위치된다. 제 2 외부 컬럼(218b)은 2개의 유체 슬롯(204)에 인접하고, 또 슬롯(204)과 기재(200)의 다른 에지 사이에 위치된다. 챔버의 제 1 내부 컬럼(220a)은 제 1 유체 슬롯(202)에 인접하고, 또 슬롯(202)과 기재(200)의 중심 사이에 위치된다. 제 2 내부 컬럼(220b)은 2개의 유체 슬롯(204)에 인접하고, 또 슬롯(204)과 기재(200)의 중심 사이에 위치된다. 도 2a 및 도 3의 실시형태에서, 외부 컬럼(218) 내의 챔버는 유체 토출 챔버(210)이지만, 내부 컬럼(220) 내의 챔버는 유체 펌프 챔버(212)이다. 그러나, 다른 실시형태에서, 외부 및 내부 컬럼은 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)의 양자 모두를 포함할 수 있다. 예들 들면, 도 2b에 도시된 실시형태는 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)의 양자 모두를 구비하는 내부 컬럼(220a, 220b)을 갖는다. 도 2b의 실시형태는 채널(222)을 통한 슬롯으로부터 슬롯으로의 재순환을 제공하지만, 내부 컬럼(220a, 220b)의 노즐 분해능은 1/2만큼 감소된다.
유체 변위 액추에이터(216)는 노즐(116)을 통해 유체 액적을 토출하기 위해 및/또는 슬롯(202, 204) 사이에서 유체 유동을 형성하기 위한 목적을 위해 유체 펌프 챔버(212) 내에서 유체 변위를 발생시키기 위해 유체 토출 챔버(210) 내에서 유체를 변위시킬 수 있는 요소로서 본 개시의 전체를 통해 일반적으로 설명된다. 유체 변위 액추에이터(216)의 일 실시예는 열 저항기 요소이다. 열 저항기 요소는 전형적으로 기재(200)의 표면 상의 산화물 층, 및 산화물 층, 금속 층 및 부동태화 층(개별 층은 구체적으로 도시되어 있지 않다)을 포함하는 박막 스택(stack)으로 형성된다. 작동되었을 때, 열 저항기 요소로부터의 열은 챔버(210, 212) 내의 유체를 증발시킴으로써, 성장하는 증기 기포가 유체를 변위시키도록 한다. 압전 요소는 일반적으로 챔버(210, 212)의 저부에 형성되는 이동 가능한 멤브레인에 부착되는 압전 재료를 포함한다. 작동되었을 때, 압전 재료는 챔버(210, 212)내로 멤브레인(212)의 편향을 유발함으로써 유체를 변위시키는 압력 펄스를 발생시킨다. 열 저항 요소 및 압전 요소에 추가하여, 다른 유형의 유체 변위 액추에이터(216)도 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 발생하기 위해 유체 토출 장치(114) 내에서의 구현에 적합할 수 있다. 예를 들면, 유체 분출 장치(114)는 정전기 (MEMS) 액추에이터, 기계/임팩트 구동되는 액추에이터, 음성(voice) 코일 액추에이터, 자왜 구동 액추에이터 등을 구현할 수 있다.
일 실시형태에서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 토출 장치(114)는 유체 채널(222)을 포함한다. 유체 채널(222)은 제 1 유체 슬롯(202)으로부터 다이 기재(200)를 가로질러 제 2 유체 슬롯(204)까지 연장된다. 그러므로, 유체 채널(222)은 제 1 내부 컬럼(220a)의 유체 펌프 챔버(212)를 제 2 내부 컬럼(220b)의 유체 펌프 챔버(212)와 연결한다. 유체 펌프 챔버(212)는 유체 채널(222) 내에 위치하고, 또 채널(222)의 일부로서 간주될 수 있다. 따라서, 각각의 유체 펌프 챔버(212)는 채널의 단부를 향해 유체 채널(222) 내에서 비대칭적으로(즉, 중심을 벗어나거나 편심으로) 위치된다.
도 2 및 도 3의 설명 박스에 도시된 바와 같이, 내부 컬럼(220a, 220b) 내의 일부의 유체 펌프 액추에이터(216b)는 활성 상태이고, 일부는 비활성 상태이다. 비활성 펌프 액추에이터(216b)는 "X"로 표시된다. 활성 및 비활성 펌프 액추에이터(216b)의 패턴은 제 1 슬롯(202)과 제 2 슬롯(204) 사이에서 유체를 순환시키는 채널(222)을 통해 유체 유동을 발생시키는 유체 순환 모듈(126)(도 1)을 실행시키는 제어기(110)에 의해 제어된다. 방향 화살표는 방향 유체가 슬롯(202, 204) 사이의 채널(222)을 통해 유동하는 것을 보여준다. 채널(222)을 통한 유체 유동의 방향은 채널(222)의 단부에서 하나의 유체 펌프 액추에이터(216b) 또는 다른 하나의 유체 펌프 액추에이터(216b)를 작동시킴으로써 제어된다. 따라서, 어느 펌프 액추에이터(216b)가 활성 상태이고, 어느 펌프 액추에이터(216b)가 비활성 상태인지를 제어함으로써 슬롯(202, 204) 사이에서 다양한 유체 순환 패턴이 형성될 수 있다. 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 펌프 액추에이터(216b)의 그룹을 활성 상태 및 비활성 상태가 되도록 제어함으로써 일부의 채널(222)을 통해 제 1 슬롯(202)으로부터 제 2 슬롯(204)으로 유동하는, 그리고 다른 채널(222)을 통해 제 2 슬롯(204)으로부터 역으로 제 1 슬롯(202)으로 유동하는 유체가 발생된다. 펌프 액추에이터(216b)가 비활성 상태인 채널(222)은 거의 또는 전혀 유체 유동을 가지지 않는다.
도 4는 본 개시의 실시형태에 따른 유체 토출 장치(114)의 평면도를 도시한다. 도 4의 실시형태는 추가의 유체 채널에 의해 다이 기재(200)의 주변부(perimeter)의 주위에서 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환이 더욱 가능해진다는 점을 제외하면 도 2 및 도 3에서 설명된 실시형태와 유사하다. 주변부 유체 채널(400)은 기재(200)의 양 측면 및 양 단부를 따라 배치된다. 주변부 유체 채널(400)은 제 1 외부 컬럼(218a) 및 제 2 외부 컬럼(218b)으로부터 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)의 양자 모두에 유체적으로 연결된다. 따라서, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명되는 실시형태와 다르게, 외부(218) 및 내부(220) 컬럼은 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)의 양자 모두를 포함한다. 이 실시형태에서 유체 순환 패턴은 유체 펌프 챔버(212)(및 펌프 액추에이터(216b))가 위치되는 채널(222)에 기초하여, 그리고 외부 컬럼(218) 내의 유체 펌프 챔버(212)가 위치되는 장소에 기초하여 결정된다. 따라서, 슬롯으로부터 슬롯으로 다이 기재(200)의 중심을 가로지르는 유체 순환은 유체 펌프 챔버(212)를 가지는 채널(222)을 통해 발생하고 유체 펌프 챔버(212)를 가지지 않는 채널(222)을 통해서는 발생하지 않는다. 마찬가지로, 주변부 유체 채널(400) 주위의 슬롯(202, 204) 사이의 유체 순환은 외부 컬럼(218) 내에서 유체 펌프 챔버(212)를 통해 발생한다. 이전의 실시형태에서와 같이, 어느 펌프 액추에이터(216b)가 활성 상태이고 비활성 상태인지를 제어하도록 제어기(110)를 실행시키는 유체 순환 모듈(126)은 채널(222, 400)을 통해 슬롯들 사이에서 유체가 순환하는 방향을 결정한다.
도 5는 본 개시의 실시형태에 따른 유체 토출 장치(114)의 평면도를 도시한다. 도 5의 실시형태는 챔버의 외부 컬럼(218)과 챔버의 내부 컬럼(220)의 양자 모두가 어떤 유체 펌프 챔버(212)도 가지지 않는 유체 토출 챔버(210)를 가지는 것을 제외하면 도 2 및 도 3에 설명된 실시형태와 유사하다. 이 실시형태에서, 유체 펌프 챔버(212)가 유체 토출 챔버(210)를 위해 사용될 수 있는 위치인 유체 슬롯(202, 204)의 주위에 챔버 위치를 취하도록 하는 대신, 유체 펌프 챔버(212) 및 관련되는 펌프 액추에이터(216b)를 제공하는 채널(222) 내에서 다이 기재(200)의 중심을 향하는 추가의 챔버 위치가 더 형성된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 채널(222)의 양 단부를 향하는 유체 펌프 챔버(212) 내의 펌프 액추에이터(216b)는 양 방향으로 채널(222)을 통해 유체 유동을 발생시키도록 제어기(110)에 의해 작동될 수 있다. 펌프 액추에이터(216b)의 그룹을 활성 상태 및 비활성 상태가 되도록 제어함으로써 일부의 채널(222)을 통해 제 1 슬롯(202)으로부터 제 2 슬롯(204)으로 유동하는, 그리고 다른 채널(222)을 통해 제 2 슬롯(204)으로부터 역으로 제 1 슬롯(202)으로 유동하는 유체가 발생된다. 펌프 액추에이터(216b)가 비활성 상태인 채널(222)은 거의 또는 전혀 유체 유동을 가지지 않는다. 이 실시형태에서, 채널(222)을 통한 유체 슬롯으로의 유체 유동 또는 채널(222)을 통한 유체 슬롯으로부터 유체 유동은 또한 내부 컬럼(220a, 220b)의 유체 토출 챔버(210)를 통해 유동한다.
도 6은 본 개시의 다른 실시형태에 따른 유체 토출 장치(114)의 평면도를 도시한다. 도 6의 실시형태는 도 4에서 설명된 실시형태와 유사하다. 따라서, 도 6의 실시형태는 기재(200)의 양 측면 및 양 단부를 따라 배치되는 주변부 유체 채널(400)을 포함한다. 주변부 유체 채널(400)은 제 1 외부 컬럼(218a) 및 제 2 외부 컬럼(218b)으로부터 유체 토출 챔버(210) 및 유체 펌프 챔버(212)에 유체적으로 연결된다. 그러나, 이 실시형태에서, 챔버의 내부 컬럼(220)은 어떤 유체 펌프 챔버(212)도 없는 유체 토출 챔버(210)를 갖는다. 이 실시형태에서, 유체 펌프 챔버(212)가 유체 토출 챔버(210)를 위해 사용될 수 있는 위치인 내부 컬럼(220a, 220b) 내에 챔버 위치를 취하도록 하는 대신, 유체 펌프 챔버(212) 및 관련되는 펌프 액추에이터(216b)를 제공하는 일부의 채널(222) 내에서 다이 기재(200)의 중심을 향하는 추가의 챔버 위치가 더 형성된다. 이 실시형태에서 유체 순환 패턴은 유체 펌프 챔버(212)(및 펌프 액추에이터(216b))가 위치되는 채널(222)에 기초하여, 그리고 외부 컬럼(218) 내의 유체 펌프 챔버(212)가 위치되는 장소에 기초하여 결정된다. 따라서, 슬롯으로부터 슬롯으로 다이 기재(200)의 중심을 가로지르는 유체 순환은 유체 펌프 챔버(212)를 가지는 채널(222)을 통해 발생하고 유체 펌프 챔버(212)를 가지지 않는 채널(222)을 통해서는 발생하지 않는다. 마찬가지로, 주변부 유체 채널(400) 주위의 슬롯(202, 204) 사이의 유체 순환은 외부 컬럼(218) 내에서 유체 펌프 챔버(212)를 통해 발생한다. 이전의 실시형태에서와 같이, 어느 펌프 액추에이터(216b)가 활성 상태이고 비활성 상태인지를 제어하도록 제어기(110)를 실행시키는 유체 순환 모듈(126)은 채널(222, 400)을 통해 슬롯들 사이에서 유체가 순환하는 방향을 결정한다.
도 7은 본 개시의 실시형태에 따른 유체 토출 장치(114)의 평면도를 도시한다. 도 7의 실시형태는 도 2에서 설명된 실시형태와 유사하다. 따라서, 외부 컬럼(218) 내의 챔버는 유체 토출 챔버(210)이지만, 내부 컬럼(220a, 220b) 내의 챔버는 유체 펌프 챔버(212)이다. 그러나, 이 실시형태에서, 하나 이상의 플리넘(700)이 챔버 층(206) 내에 형성되고, 또 다이 기재(200)의 중심을 향해 위치된다. 이 플리넘(700)은 내부 컬럼(220a, 220b)의 양자 모두로부터의 다수의 채널(222)을 통합시킨다. 따라서, 활성 펌프 액추에이터(216b)를 구비하는 다수의 유체 펌프 챔버(212)에 의해 채널(222)을 통해 하나의 슬롯으로부터 순환되고 있는 유체는 플리넘(700)의 일측 내로 유입된다. 유체는 연속 채널(222)을 통해 그리고 비활성 펌프 액추에이터(216b)를 구비하는 유체 펌프 챔버(212)를 통해 플리넘(700)의 타측으로부터 순환된 후 다른 슬롯으로 유입된다. 이상에서 특정 채널 및 플리넘 구현예 또는 설계가 설명되고, 또 도면에 도시되었으나, 채널 및 플리넘을 통한 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환의 개념은 이들 구현에 제한되지 않는다. 오히려, 다양한 다른 채널 및 플리넘 구현예 또는 설계가 가능하고, 여기서 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 구현하기 위해 적합한 것으로 고려된다.
도 8 내지 도 10은 유체 토출 장치(114) 내의 유체 채널(222)을 통해 슬롯으로부터 슬롯으로의 유체 순환을 제공하는 유체 펌프 액추에이터(216b)를 위한 작동 모드를 도시하고 있다. 도 8은 본 개시의 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 유체 펌프 액추에이터(216b)를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버(212)를 가지는 유체 채널(222)을 도시한다. 유체 채널(222)의 단부는 유체 슬롯(202, 204)과 유체 연통 상태에 있다. 일반적으로, 관성 펌핑 메커니즘은 2가지 요인에 기초하여 유체 채널(222) 내에서 유체 펌프 액추에이터(216b)로부터 펌핑 효과를 가능하게 한다. 이들 요인은 채널의 길이에 대한 채널(222) 내의 액추에이터(216b)의 비대칭(즉, 중심으로부터 벗어나거나 편심인) 배치, 및 액추에이터(216b)의 비대칭적 작동이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 유체 펌프 액추에이터(216b)의 각각은 채널(222) 내에서 대향 단부를 향해 비대칭적으로(즉, 중심을 벗어나거나 편심으로) 위치된다. 이러한 비대칭적 액추에이터 배치는, 액추에이터(216b)의 비대칭적 작동(즉, 상이한 지속 시간을 가지는 압축성 및 팽창성/신장성 유체 변위의 발생)과 함께, 액추에이터(216b)의 관성 펌핑 메커니즘을 가능하게 한다. 채널(222) 내의 액추에이터(216b)의 비대칭 위치는 채널(222) 내의 유체 다이오드특성(diodicity)(순 유체 유동)을 구동하는 관성 메커니즘을 생성한다. 액추에이터(216b)로부터 유체 변위는 2개의 대향 방향으로 유체를 가압하는 채널(222) 내에서 전파되는 파(wave)를 발생시킨다. 채널(222)의 더 긴 측(즉, 채널(222)의 더 먼 단부를 향하는 활성 액추에이터(216b)로부터 멀어지는 방향) 내에 수용되는 유체의 더 큰 체적 부분의 유체는 전진 유체 액추에이터 펌프 스트로크(즉, 압축성 유체 변위를 유발하는 채널(222) 내로의 액추에이터(216b)의 편향)의 말기에 더 큰 기계적 관성을 갖는다. 그러므로, 이러한 더 큰 체적의 유체는 채널(222)의 더 짧은 측(즉, 슬롯(202)과 활성 액추에이터(216b) 사이의 채널(222)의 짧은 부분) 내의 유체보다 느리게 방향을 반전시킨다. 채널(222)의 더 짧은 측 내의 유체는 후진 유체 액추에이터 펌프 스트로크(즉, 활성 액추에이터(216b)의 초기 휴지 상태로 역방향으로 또는 더욱이 팽창성 유체 변위를 유발하는 활성 액추에이터(216b)의 편향) 중에 기계적 운동량을 획득하기 위해 더 많은 시간이 걸린다. 따라서, 역전 스트로크의 말기에, 채널(500)의 더 짧은 측 내의 유체는 채널(222)의 더 긴 측 내의 유체보다 더 많은 기계적 운동량을 갖는다. 그 결과, 순 유체 유동은 도 8에 흑색 방향 화살표로 표시된 바와 같이 채널(222)의 더 짧은 측으로부터 채널(222)의 더 긴 측을 향하는 방향으로 이동한다. 순 유체 유동은 2개의 유체 요소(즉, 채널(222)의 짧은 측 및 긴 측)의 비균등 관성 특성의 결과이다.
상이한 유형의 액추에이터 요소는 그 작동에 걸쳐 상이한 수준의 제어를 제공한다. 예들 들면, 도 8에 도시된 바와 같은 열 저항기 액추에이터 요소(216b)는 증기 기포(800)의 형성 및 소멸 중에 유체 변위를 제공한다. 증기 기포(800)의 형성은 압축성 유체 변위를 유발하고, 증기 기포의 소멸은 팽창성 또는 신장성 유체 변위를 유발한다. 압축성 유체 변위(즉, 증기 기포의 형성)의 지속 시간 및 팽창성 유체 변위(즉 증기 기포의 소멸)의 지속 시간은 제어될 수 없다. 그러나, 변위의 지속 시간은 비대칭적이고(즉, 지속 시간은 동일한 시간 길이를 갖지 않고), 이것에 의해 열 저항기 액추에이터는 제어기(110)에 의해 적절한 간격으로 작동되는 경우 펌프 액추에이터(216b)로서의 기능을 발휘할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 유체 펌프 액추에이터(216b)를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버(212)를 가지는 유체 채널(222)을 도시한다. 또한, 도 9는 일 실시형태에서 압전 액추에이터(216b)의 비대칭적 작동을 제어하기 위해 유체 순환 모듈(126)을 실행하는 제어기(110)로부터의 전압 파형을 도시하는 그래프(900)를 포함한다. 압전 액추에이터 요소는 압전 멤브레인이 채널(222) 내로 편향되었을 때 압축성 유체 변위를 제공하고, 압전 멤브레인이 그 정상 위치로 복귀했을 때 또는 채널(222)의 외부로 변위되었을 때 팽창성/신장성 유체 변위를 제공한다. 그래프(900)에 도시되어 있는 바와 같이, 제어기(110)는 팽창성/신장성 유체 변위보다 지속 시간이 더 짧은 압축성 유체 변위를 생성하도록 유체 슬롯(202)에 인접하여 압전 펌프 액추에이터(216b)를 제어한다. 채널(222) 내에 비대칭적으로 위치되는 활성 압전 펌프 액추에이터(216b)로부터의 변위의 결과는 유체 슬롯(202)으로부터 유체 슬롯(204)까지 유체를 순환시키는 채널(222)을 통한 순(net) 유체 유동이다. 도시되어 있지 않으나, 동일한 전압 제어 파형이 유체 슬롯(204)에 인접하는 압전 펌프 액추에이터(216b)를 제어하기 위해 가해지는 경우, 채널(222)을 통한 유체 유동의 방향은 반전될 수 있고, 그 결과 유체 슬롯(204)으로부터 유체 슬롯(202)으로의 유체 순환이 유발된다.
도 10은 본 개시의 일 실시형태에 따라 채널의 각각의 단부를 향해 위치되는 유체 펌프 액추에이터(216b)를 구비하는 폐쇄형 유체 펌프 챔버(212)를 가지는 유체 채널(222)을 도시한다. 또한, 도 10은 일 실시형태에서 압전 액추에이터(216b)의 비대칭적 작동을 제어하기 위해 유체 순환 모듈(126)을 실행하는 제어기(110)로부터의 전압 파형을 도시하는 그래프(1000)를 포함한다. 도 10의 실시형태에서, 제어기(110)는 팽창성/신장성 유체 변위보다 지속 시간이 더 긴 압축성 유체 변위를 생성하도록 유체 슬롯(202)에 인접하여 압전 펌프 액추에이터(216b)를 제어한다. 채널(222) 내에 비대칭적으로 위치되는 활성 압전 펌프 액추에이터(216b)로부터의 변위의 결과는 유체 슬롯(204)으로부터 유체 슬롯(202)까지 유체를 순환시키는 채널(222)을 통한 순(net) 유체 유동이다. 도시되어 있지 않으나, 동일한 전압 제어 파형이 유체 슬롯(204)에 인접하는 압전 펌프 액추에이터(216b)를 제어하기 위해 가해지는 경우, 채널(222)을 통한 유체 유동의 방향은 반전될 수 있고, 그 결과 유체 슬롯(204)으로부터 유체 슬롯(202)으로의 유체 순환이 유발된다.
도 11은 본 개시의 일 실시형태에 따라 유체 토출 장치(114) 내에서 슬롯으로부터 슬롯으로 유체를 순환시키는 하나의 실시예의 방법(1100)의 흐름도를 도시한다. 방법(1100)은 도 1 내지 도 10에 관하여 본 명세서에서 설명되는 실시형태와 관련된다.
방법(1100)은 다이 기재의 중심 영역에 걸쳐서 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로 제 1 유체 채널을 통해 유체를 펌핑하는 블록(1102)에서 개시되고, 여기서 제 1 유체 채널은 제 1 슬롯으로부터 제 1 슬롯에 인접한 제 1 챔버를 통해, 중심 영역을 가로질러, 제 2 슬롯에 인접한 제 2 챔버를 통해 제 2 슬롯으로 연장된다. 방법(1100)의 블록(1104)에 도시된 바와 같이, 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계는 제 1 챔버 내의 제 1 액추에이터로부터 상이한 지속 시간의 압축성 및 팽창성 유체 변위를 발생시킴과 동시에 제 2 챔버 내의 제 2 액추에이터로부터 유체 변위를 발생시키지 않는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계는, 블록(1106)에서 보이는 바와 같이, 복수의 활성 펌프 액추에이터를 사용하여 제 1 슬롯으로부터 복수의 유체 채널을 통해 플리넘 내로 유체를 펌핑하는 단계, 및 블록(1108)에서 보이는 바와 같이, 플리넘으로부터 복수의 유체 채널을 통해 제 2 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법(1100)은 중심 영역에 걸쳐서 제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로 제 2 유체 채널을 통해 유체를 펌핑하는 단계를 갖는 블록(1110)에서 계속되고, 여기서 제 2 유체 채널은 제 2 슬롯으로부터 제 2 슬롯에 인접한 제 3 챔버를 통해, 중심 영역을 가로질러, 제 1 슬롯에 인접한 제 4 챔버를 통해 제 1 슬롯까지 연장된다. 방법(1100)의 블록(1112)에 도시된 바와 같이, 제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계는 제 3 챔버 내의 제 3 액추에이터로부터 상이한 지속 시간의 압축성 및 팽창성 유체 변위를 발생시킴과 동시에 제 4 챔버 내의 제 4 액추에이터로부터 유체 변위를 발생시키지 않는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계는, 블록(1114)에서 보이는 바와 같이, 복수의 활성 펌프 액추에이터를 사용하여 제 2 슬롯으로부터 복수의 유체 채널을 통해 플리넘 내로 유체를 펌핑하는 단계, 및 블록(1116)에서 보이는 바와 같이, 플리넘으로부터 복수의 유체 채널을 통해 제 1 슬롯으로 유체를 펌핑하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법(1100)은 제 1 및 제 2 슬롯을 둘러싸는 주변부 유체 채널을 통해 다이 기재의 주변부 둘레로 유체를 펌핑하는 단계를 갖는 블록(1118)에서 계속된다.

Claims (17)

  1. 유체 토출 장치에 있어서,
    다이 기재 내부에 형성되는 제 1 및 제 2 세장형 유체 슬롯을 가지는 다이 기재로서, 상기 제 1 및 제 2 세장형 유체 슬롯은 대향하는 기재 측면을 따르며 상기 다이 기재의 중심 영역에 의해 분리되고 유체 공급부와 각각 유체 연통하는, 상기 다이 기재;
    상기 제 1 및 제 2 세장형 유체 슬롯과 각각 유체 연통하며 상기 다이 기재의 중심 영역에 의해 분리되는, 폐쇄형 챔버(closed chamber)의 제 1 및 제 2 내부 컬럼;
    상기 제 1 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버를 상기 제 2 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버와 유체적으로 연결하도록 상기 다이 기재의 중심 영역을 가로질러 연장되는 유체 채널; 및
    슬롯들 간에 상기 유체 채널을 통해 유체를 펌핑하기 위한, 각각의 폐쇄형 챔버 내의 펌프 액추에이터를 포함하는
    유체 토출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 세장형 유체 슬롯과 각각 유체 연통하며 노즐형 챔버(nozzled chamber)의 제 1 및 제 2 외부 컬럼; 및
    유체를 토출하기 위한, 각각의 노즐형 챔버 내의 액적 토출 액추에이터를 더 포함하는
    유체 토출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 채널은 상기 제 1 내부 컬럼으로부터의 개별적인 폐쇄형 챔버를 상기 제 2 내부 컬럼으로부터의 대응하는 개별적인 폐쇄형 챔버와 각각 연결하는 유체 채널을 포함하는
    유체 토출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 채널은 상기 제 1 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버를 상기 내부 컬럼들 사이의 플리넘을 통해 상기 제 2 내부 컬럼으로부터의 폐쇄형 챔버와 연결하는
    유체 토출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버들이 형성되는, 상기 다이 기재 상의 챔버 층을 더 포함하는
    유체 토출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌프 액추에이터 및 액적 토출 액추에이터는 상기 다이 기재 상에 배치되는
    유체 토출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 컬럼은 폐쇄형 챔버 및 노즐형 챔버의 양자 모두를 포함하는
    유체 토출 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 컬럼은 폐쇄형 챔버 및 노즐형 챔버의 양자 모두를 포함하는
    유체 토출 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 외부 컬럼으로부터의 챔버를 상기 제 2 외부 컬럼으로부터의 챔버와 유체적으로 연결하기 위한, 기재의 측면 및 단부를 따라 배치된 주변부 유체 채널(perimeter fluidic channel)을 더 포함하는
    유체 토출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 열 저항기 요소, 압전 멤브레인, 정전기 (MEMS) 멤브레인, 기계적/충격 구동식 멤브레인, 음성 코일, 및 자왜 구동체로 이루어지는 군으로부터 선택되는
    유체 토출 장치.
  11. 유체 토출 장치에 있어서,
    기재의 대향 측면을 따라 상기 기재 내부에 형성되고, 상기 기재의 중심 영역에 위치하는 상기 기재의 부분에 의해 분리되어 상기 기재의 층 내에서는 서로 유체 연통되지 않으며, 유체 공급부와 각각 유체 연통하는 제 1 및 제 2 유체 슬롯;
    상기 기재의 중심 쪽으로 상기 제 1 유체 슬롯에 인접하는 액적 토출 챔버의 제 1 컬럼;
    상기 기재의 중심 쪽으로 상기 제 2 유체 슬롯에 인접하는 액적 토출 챔버의 제 2 컬럼;
    상기 기재의 중심 영역을 가로질러 연장되고, 상기 제 1 및 제 2 컬럼 내에서 액적 토출 챔버를 통해 상기 제 1 및 제 2 유체 슬롯을 연결하는 유체 채널; 및
    슬롯들 간에 상기 유체 채널을 통해 유체를 순환시키기 위한 펌프 액추에이터를 가지는, 상기 액적 토출 챔버에 인접한 상기 유체 채널 내의 펌프 챔버를 포함하는
    유체 토출 장치.
  12. 유체 토출 장치 내에서 슬롯들 간에 유체를 순환시키는 방법에 있어서,
    유체를 다이 기재의 중심 영역에 걸쳐서 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로 제 1 유체 채널을 통해 펌핑하는 단계로서, 상기 제 1 유체 채널은 상기 제 1 슬롯으로부터 상기 제 1 슬롯에 인접한 제 1 챔버를 통해, 상기 중심 영역을 가로질러, 상기 제 2 슬롯에 인접한 제 2 챔버를 통해 상기 제 2 슬롯으로 연장되는, 제 1 유체 채널을 통한 제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로의 유체 펌핑 단계; 및
    유체를 상기 중심 영역에 걸쳐서 상기 제 2 슬롯으로부터 상기 제 1 슬롯으로 제 2 유체 채널을 통해 펌핑하는 단계로서, 상기 제 2 유체 채널은 상기 제 2 슬롯으로부터 상기 제 2 슬롯에 인접한 제 3 챔버를 통해, 상기 중심 영역을 가로질러, 상기 제 1 슬롯에 인접한 제 4 챔버를 통해 상기 제 1 슬롯으로 연장되는, 제 2 유체 채널을 통한 제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로의 유체 펌핑 단계를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 슬롯은 상기 다이 기재 내부에 형성되고, 상기 다이 기재의 중심 영역에 위치하는 상기 다이 기재의 부분에 의해 분리되어 상기 다이 기재의 층 내에서는 서로 유체 연통되지 않으며, 유체 공급부와 각각 유체 연통하는
    유체 순환 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 유체 채널을 통한 유체 펌핑 단계는, 상기 제 1 챔버 내의 제 1 액추에이터로부터 상이한 지속 시간의 압축성 유체 변위 및 팽창성 유체 변위를 발생시키는 한편, 상기 제 2 챔버 내의 제 2 액추에이터로부터 유체 변위를 발생시키지 않는 단계를 포함하는
    유체 순환 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    제 2 유체 채널을 통한 유체 펌핑 단계는, 상기 제 3 챔버 내의 제 3 액추에이터로부터 상이한 지속 시간의 압축성 유체 변위 및 팽창성 유체 변위를 발생시키는 한편, 상기 제 4 챔버 내의 제 4 액추에이터로부터 유체 변위를 발생시키지 않는 단계를 포함하는
    유체 순환 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 슬롯을 둘러싸는 주변부 유체 채널을 통해 상기 다이 기재의 주변부 둘레로 유체를 펌핑하는 단계를 더 포함하는
    유체 순환 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    제 1 슬롯으로부터 제 2 슬롯으로의 유체 펌핑 단계는,
    복수의 활성 펌프 액추에이터를 사용하여 상기 제 1 슬롯으로부터 복수의 유체 채널을 통해 플리넘 내로 유체를 펌핑하는 단계; 및
    상기 플리넘으로부터 복수의 유체 채널을 통해 상기 제 2 슬롯 내로 유체를 펌핑하는 단계를 포함하는
    유체 순환 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    제 2 슬롯으로부터 제 1 슬롯으로의 유체 펌핑 단계는,
    복수의 활성 펌프 액추에이터를 사용하여 상기 제 2 슬롯으로부터 복수의 유체 채널을 통해 플리넘 내로 유체를 펌핑하는 단계; 및
    상기 플리넘으로부터 복수의 유체 채널을 통해 상기 제 1 슬롯 내로 유체를 펌핑하는 단계를 포함하는
    유체 순환 방법.
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