DE60016503T2

DE60016503T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Flüsigkeitsausstossvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstosskopfes

Info

Publication number: DE60016503T2
Application number: DE60016503T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Imanaka; Akihiro Yamanaka; Teruo Ozaki; Masahiko Kubota; Shinji Watanabe; Yoichi Taneya; Hiroyuki Sugiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: DE60016503D1; US6474769B1; EP1057634A3; EP1057634B1; EP1057634A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit durch Erzeugen einer Blase, die durch ein Einwirken thermischer Energie auf die Flüssigkeit erzeugt wird, sowie eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
Verwandter Stand der Technik
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, d.h. ein sogenanntes Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren bzw. Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren, bei dem eine Zustandsänderung, die eine abrupte Volumenänderung (eine Erzeugung von Blasen) beinhaltet, erzeugt wird und Tinte von einer Ausstoßöffnung durch eine Wirkkraft, die auf der Zustandsänderung beruht, ausgestoßen wird und die ausgestoßene Tinte auf einen Aufzeichnungsträger aufgebracht wird, um ein Bild auf dem Aufzeichnungsträger zu bilden, ist allgemein bekannt. Wie es in dem US-Patent Nr. 4,723,129 offenbart ist, umfasst eine Aufzeichnungsvorrichtung, die ein derartiges Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendet, im Allgemeinen Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte, Tintendurchflusswege, die mit den Ausstoßöffnungen verbunden sind, elektrothermische Umwandlungseinrichtungen (als Energieerzeugungseinrichtungen), die in den Tintendurchflusswegen angeordnet sind und angepasst sind, Energie für den Ausstoß der Tinte zu erzeugen.
Gemäß einem derartigen Aufzeichnungsverfahren sind, da ein Bild hoher Qualität bei einer hohen Geschwindigkeit mit geringer Lautstärke oder Rauschen aufgezeichnet werden kann und die Ausstoßöffnungen mit einer hohen Dichte in einem Aufzeichnungskopf, der das Aufzeichnungsverfahren ausführt, angeordnet werden können, viele hervorragende Vorteile bereitgestellt, dass ein Bild, das eine hohe Auflösungsleistung aufweist, und sogar ein Farbbild auf einfache Weist mittels einer kompakten Vorrichtung aufgezeichnet werden können. Somit ist in jüngster Zeit das Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren bei verschiedenen Bürogeräten, wie bspw. Druckern, Kopiergeräten und Faksimilevorrichtungen angewendet worden, und ist ebenso in industriellen Systemen, wie bspw. einem Druckgerät, verwendet worden.
Im Übrigen kann die elektrothermische Umwandlungseinrichtung zur Erzeugung von Energie zum Ausstoßen der Tinte unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsprozesses hergestellt werden. Somit wird ein herkömmlicher Kopf, der ein Blasenstrahlverfahren verwendet, gebildet, indem die elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen auf einem Elementsubstrat ausgebildet werden, das aus einem Siliziumsubstrat zusammengesetzt ist und in dem Rillen bzw. Nuten ausgebildet werden, die die Tintendurchflusswege oberhalb der Umwandlungseinrichtungen definieren, und indem eine Oberplatte, die aus einem Harz, wie bspw. Polysulfon, Glas oder dergleichen hergestellt ist, damit verbunden wird.
Ferner ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem unter Verwendung der Tatsache, dass das Elementsubstrat aus dem Siliziumsubstrat zusammengesetzt ist, auf dem Elementsubstrat nicht nur die elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen ausgebildet werden, sondern auch Ansteuerungseinrichtungen bzw. Treiber zur Ansteuerung der elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen sowie Temperatursensoren, die zur Steuerung der elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen entsprechend einer Temperatur eines Kopfes verwendet werden, sowie ein zugehöriger zugeordneter Ansteuerungsabschnitt auf dem Elementsubstrat bereitgestellt werden (siehe bspw. Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-52387). Der Kopf, in dem die Ansteuerungseinrichtungen und die Temperatursensoren sowie der zugeordnete Ansteuerungsabschnitt auf dem Elementsubstrat bereitgestellt sind, ist bereits in der Praxis verwendet worden, wodurch ein Beitrag zu der Verbesserung der Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfes und der Kompaktheit der Vorrichtung geleistet wird.
Bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf, bei dem die Temperatursensoren auf dem Elementsubstrat bereitgestellt sind, sind die Temperatursensoren hauptsächlich zur Messung der Temperatur des Elementsubstrats verwendet worden. In jüngster Zeit ist jedoch, da Fortschritte bei einer hochdichten Aufzeichnung erzielt worden sind, eine Menge von Tinte, die durch ein Ausstoßen ausgestoßen wird, immer mehr verkleinert worden, mit dem Ergebnis, dass eher als die Temperatur des Substrats ein Zustand und eine Art der Tinte, wie bspw. eine Temperatur und Dichte der Tinte selbst, Einfluss auf die Aufzeichnung nehmen. Das heißt, da die Tintenausstoßmenge verkleinert wird, ist die Differenz in einer Ausstoßmenge auf Grund des Zustands der Tinte, der herkömmlicherweise keine ernsthaften Probleme verursacht hat, als Streuung in der Ausstoßmenge hervorgehoben worden.
Bei derartigen Umständen ist es bei der Anordnung der Temperatursensoren in dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf schwierig gewesen, einen Tintenzustand korrekter zu erfassen. Der Grund hierfür ist, dass, obwohl die Temperatursensoren in dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf flach auf der Oberfläche des Elementsubstrats zusammen mit den elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen und dem Ansteuerungsabschnitt unter Verwendung des Halbleiterwaferprozesses ausgebildet werden, in der Nähe der Oberfläche des Elementsubstrats ein Tintendurchfluss dazu neigt, zu stocken, wobei eine große Temperaturabstufung durch den Wärmeeinfluss von den elektrothermischen Umwandlungseinrichtungen erzeugt wird.
In der Druckschrift JP 10029321 A sind ein Tintenstrahldrucker und ein Druckverfahren offenbart, bei denen eine Wulstranderfassungseinrichtung bzw. Meniskuserfassungseinrichtung bereitgestellt ist und ein elektrothermisches Element entsprechend einem Erfassungssignal der Wulstranderfassungseinrichtung gesteuert wird.
In der Druckschrift JP 07178924 A sind eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und ein Verfahren hierfür offenbart, wobei eine Leitfähigkeit von Tinte durch eine Erfassungseinrichtung in einem Tintendurchgang gemessen werden kann.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung bereitzustellen, bei denen ein stabiles Ausstoßen ermöglicht ist, indem ein Zustand einer auszustoßenden Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit erfasst wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Patentanspruch 33 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Im Übrigen werden in der Beschreibung Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" in Verbindung mit einer Flüssigkeitsdurchflussrichtung von einer Flüssigkeitszufuhrquelle zu einer Ausstoßöffnung über einen Blasenerzeugungsbereich (oder ein bewegbares Element) oder einer Konstruktionsrichtung dieser Anordnung verwendet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang einer zugehörigen Flüssigkeitsdurchflusswegrichtung,
2 eine Schnittdarstellung, die einen Hauptteil eines Elementssubstrats zeigt, das in dem in 1 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet wird,
3 eine schematische Schnittdarstellung des Elementsubstrats gemäß 2, die entlang einer Linie entnommen ist, die durch ein Hauptelement des Elementsubstrats hindurchgeht,
4A eine Draufsicht des Elementsubstrats und
4B eine Draufsicht einer Oberplatte zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des in 1 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes,
5 eine Draufsicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit, bei der der in 1 gezeigte Flüssigkeitsausstoßkopf angebracht ist,
6A und 6B vergrößerte schematische Darstellungen, die ein Beispiel eines Sensors eines einheitlichen Erfassungsabschnittstyps, der bei der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, zeigen,
7A, 7B, 7C, 7D und 7E Darstellungen zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses zur Herstellung des in 6A und 6B gezeigten Sensors,
8A und 8B vergrößerte schematische Darstellungen, die ein Beispiel eines Sensors eines Referenzelektrodenpaartyps zeigen, der bei der vorliegenden Erfindung anwendbar ist,
9 eine perspektivische Darstellung zur Beschreibung eines weiteren Beispiels einer dreidimensionalen Anordnung in dem Flüssigkeitsdurchflussweg,
10A und 10B Darstellungen, die ein Elementsubstrat bzw. eine Oberplatte in einem Beispiel zeigen, bei dem eine Ansteuerungsbedingung von Wärmeerzeugungselementen entsprechend einer Temperatur der Flüssigkeit gesteuert wird,
11 eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang einer zugehörigen Flüssigkeitsdurchflusswegrichtung,
12A, 12B, 12C, 12D und 12E Darstellungen zur Beschreibung eines Beispiels eines Verfahrens zur Ausbildung eines bewegbaren Elements des in 11 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes,
13 eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung einer SiN-Schicht auf dem Elementsubstrat unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung,
14 eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung einer SiN-Schicht unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung,
15A, 15B und 15C Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung eines bewegbaren Elements und von Durchflussweg-Seitenwänden bei dem Elementsubstrat,
16A, 16B und 16C Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung von bewegbaren Elementen und von Durchflussweg-Seitenwänden bei dem Elementsubstrat,
17 eine schematische perspektivische Darstellung einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung als ein Beispiel einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, bei der der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht und angewendet werden kann,
18 eine Schnittdarstellung zur Beschreibung einer Konstruktion des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die entlang einem zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweg entnommen ist,
19A und 19B Darstellungen zur bestmöglichen Veranschaulichung einer Düse, die ein bewegbares Element aufweist, das einen Drucksensor aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
20 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung von elektrischen Leitungen gemäß den 19A und 19B für Drucksensoren für die bewegbaren Elemente, die in Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt sind, die entlang einer Richtung, die parallel zu dem Elementsubstrat ist, entnommen ist,
21A, 21B, 21C und 21D Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung eines bewegbaren Elements mit einem Drucksensorelement auf dem Elementsubstrat, das in den 19A und 19B gezeigt ist,
22A, 22B, 22C und 22D Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Ausbildung eines bewegbaren Elements mit einem Drucksensorelement auf dem Elementsubstrat, das in den 19A und 19B gezeigt ist,
23A und 23B Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des in 1 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes, wobei 23A eine Draufsicht des Elementsubstrats ist, das eine Erwärmungseinrichtungsplatine bildet, und 23B eine Draufsicht des Elementsubstrats ist, das eine Oberplatte bildet,
24A und 24B Schaltungsdiagramme, die einen Sensor zeigen, der in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist,
25 ein Schaltungsdiagramm, das einen Sensor zeigt, der in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist,
26 ein Schaltungsdiagramm, das einen Sensor zeigt, der in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist,
27 ein Flussdiagramm zur Bewirkung einer Ausstoßwiederherstellung durch Erfassen einer Blasenbildungsbedingung durch einen Sensor in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Nicht-Druck-Zustand,
28 ein Flussdiagramm zur Bewirkung einer Ausstoßwiederherstellung durch Erfassen einer Blasenbildungsbedingung durch einen Sensor in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Druckzustand,
29A und 29B Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in 1 gezeigt ist, wobei 29A eine Draufsicht des Elementsubstrats zeigt und 29B eine Draufsicht einer Oberplatte zeigt,
30A und 30B Schnittdarstellungen, die einen Sensor zeigen, der in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist,
31 eine Darstellung, die eine Brückenschaltung zur Umwandlung einer Spezifischer-Widerstand-Änderung von Dehnungsmessstreifen als der Sensor, der in 30 gezeigt ist, in eine Spannung zeigt,
32 eine Schnittdarstellung zur Beschreibung eines Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem nicht abgedecktem Beispiel, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist,
33 eine Darstellung zur Beschreibung einer Viskositätsmessschaltung eines Viskositätssensors,
34A und 34B Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des in der 32 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes, wobei 34A eine Draufsicht eines Elementssubstrats zeigt und 34B eine Draufsicht einer Oberplatte zeigt,
35A und 35B Darstellungen, die eine Schaltungsanordnung des Elementsubstrats und der Oberplatte in einem Beispiel zur Steuerung einer Energie zeigt, die einer Ausstoßerwärmungseinrichtung entsprechend einem Sensorausgangssignal zugeführt wird,
36A und 36B Darstellungen, die eine Schaltungsanordnung des Elementsubstrats und der Oberplatte in einem Beispiel zur Steuerung einer Temperatur des Elementsubstrats entsprechend einem Sensorausgangssignal zeigt,
37 einen Graphen, der eine Ausgangsspannung zeigt, die von der Viskositätsmessschaltung des Viskositätssensors ausgegeben wird,
38 eine Darstellung, die zugeführte Impulse zeigt, die der Ausstoßerwärmungseinrichtung von einer Ausstoßerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung zugeführt werden,
39 eine Schnittdarstellung zur Beschreibung eines Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem nicht abgedeckten Beispiel, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist,
40 eine Schnittdarstellung zur Beschreibung eines Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem nicht abgedecktem Beispiel, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist,
41A und 41B Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in
40 gezeigt wird, wobei 41A eine Draufsicht eines Elementsubstrats zeigt und 41B eine Draufsicht einer Oberplatte zeigt,
42 eine Darstellung zur Beschreibung eines Ionensensors,
43A und 43B Darstellungen zur Beschreibung einer Zusammentreffbedingung von Farbstoffionen in der Tinte,
44A ein Schaltungsdiagramm zur Beschreibung einer Oszillationsschaltung, in der der Ionensensor eingefügt ist, und 44B ein Schaltungsdiagramm, das eine Oszillationsschaltung als eine Logikschaltung darstellt,
45A und 45B Darstellungen, die eine Schaltungsanordnung des Elementsubstrats und der Oberplatte gemäß einem Beispiel zur Bewirkung einer Steuerung unter Verwendung des Ausgangssignals des Ionensensors zeigen,
46 eine schematische Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes eines Zwei-Flüssigkeiten-Mischtyps und
47A und 47B Darstellungen zur Beschreibung einer Operation eines bewegbaren Abschnitts.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist als ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung bezüglich eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gegeben, der eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte, erste und zweite Substrate zur Bildung einer Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen, die mit den jeweiligen Ausstoßöffnungen verbunden sind, indem diese Substrate miteinander verbunden werden, eine Vielzahl von Energieumwandlungselementen, die in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, um eine elektrische Energie in eine Ausstoßenergie für Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen umzuwandeln, und eine Vielzahl von Elementen oder elektrischen Schaltungen mit unterschiedlichen Funktionen, die angepasst sind, Ansteuerungsbedingungen der Energieumwandlungselemente zu steuern, umfasst, wobei die Elemente oder die elektrischen Schaltungen in die ersten und zweiten Substrate entsprechend zugehöriger Funktionen aufgeteilt werden.
In 1 ist eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst der Flüssigkeitsausstoßkopf ein Elementsubstrat 1, bei dem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 2 (lediglich einer hiervon ist in 1 gezeigt) zur Bereitstellung von thermischer Energie für eine Erzeugung von Blasen in der Flüssigkeit parallel angeordnet sind, eine Oberplatte 3, die mit dem Elementsubstrat 1 verbunden ist, und eine Öffnungsplatte 4, die mit Vorderseiten des Elementsubstrats 1 und der Oberplatte 3 verbunden ist. Die Oberplatte 3 weist Rillen bzw. Nuten auf, die bei Positionen ausgebildet sind, die den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen, so dass, wenn das Elementsubstrat und die Oberplatte 3 miteinander verbunden sind, Flüssigkeitsdurchflusswege 7, die den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen, ausgebildet sind.
Das Elementsubstrat 1 wird gebildet, indem eine Siliziumoxidschicht bzw. Siliziumoxidlage oder eine Siliziumnitridschicht bzw. Siliziumnitridlage zur Isolierung und Wärmewiedergewinnung bzw. Wärmeregeneration auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet wird und eine Musterbildung von elektrischen Widerstandsschichten und Leitungen ausgeführt wird, die die Wärmeerzeugungskörper 2 auf dem Substrat bilden. Durch Zuführen eines elektrischen Stroms zu den elektrischen Widerstandsschichten von den Leitungen strahlen die Wärmeerzeugungskörper 2 Wärme aus.
Die Oberplatte 3 definiert die Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen 7, die den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen, und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 8 zur Zufuhr der Flüssigkeit zu den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7. Zu diesem Zweck sind Flüssigkeitsweg-Seitenwände 7, die sich von einem Deckenabschnitt zu Abschnitten zwischen den Wärmeerzeugungskörpern 7 erstrecken, integral mit der Oberplatte ausgebildet. Die Oberplatte 3 ist aus einem Siliziummaterial ausgebildet und Muster der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 können durch Ätzen ausgebildet werden oder es können, nachdem ein Material, das die Flüssigkeitsweg-Seitenwände 9 bildet, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, auf dem Siliziumsubstrat durch ein bekanntes Schichtbildungsverfahren, wie bspw. CVD, aufgebracht ist, Abschnitte, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechen, durch Ätzen ausgebildet werden.
Die Öffnungsplatte 4 ist mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen 5 versehen, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen entsprechen und mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 durch die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verbunden sind. Die Öffnungsplatte 4 ist ebenso aus einem Siliziummaterial ausgebildet und kann bspw. gebildet werden, indem ein Siliziumsubstrat mit den darin ausgebildeten Ausstoßöffnungen 5 in eine Platte geschnitten wird, die eine Dicke von etwa 10 bis 150 μm aufweist. Im Übrigen ist die Öffnungsplatte 4 für die vorliegende Erfindung nicht unverzichtbar. Somit kann an Stelle der Öffnungsplatte 4 eine Wand, die eine Dicke aufweist, die der der Öffnungsplatte 4 entspricht, bei der Vorderseite der Oberplatte 3 zurückgelassen werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, und die Ausstoßöffnungen 5 können in einer derartigen Wand ausgebildet werden, wodurch eine Oberplatte mit Ausstoßöffnungen bereitgestellt wird.
In der vorstehend beschriebenen Anordnung wirkt, wenn der Wärmeerzeugungskörper 2 erwärmt wird, Wärme auf die Flüssigkeit in einem Blasenerzeugungsbereich 10 (gegenüberliegend zu dem Wärmeerzeugungskörper 2) in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 ein, mit dem Ergebnis, dass eine Blase durch ein Filmsiedephänomen bei dem Wärmeerzeugungskörper 2 erzeugt wird und vergrößert wird. Ein Druck aufgrund der Erzeugung der Blase und ein Anwachsen der Blase selbst werden zu der Ausstoßöffnung 5 übertragen, wodurch die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 2 ausgestoßen wird.
Demgegenüber fließt, wenn die Blase beginnt, auseinandergehalten zu werden, um die Volumenverringerung auf Grund des Zusammenziehens der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich 10 zu kompensieren und um das Volumen zu kompensieren, das der ausgestoßenen Flüssigkeit entspricht, die Flüssigkeit in diesen Bereich von der stromaufwärtsgelegenen gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8, wodurch die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 wiederaufgefüllt wird.
Ferner umfasst der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel Schaltungen und Elemente zur Steuerung der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2. Diese Schaltungen und Elemente sind in das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 entsprechend ihrer Funktionen aufgeteilt. Ferner können, da das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 aus einem Siliziummaterial ausgebildet sind, die Schaltungen und die Elemente auf einfache und feine Weise unter Verwendung eines Halbleiterwaferprozesses ausgebildet werden.
Nachstehend ist ein Aufbau des Elementsubstrats 1, das unter Verwendung des Halbleiterwaferprozesses gebildet wird, beschrieben.
In 2 ist eine Schnittdarstellung gezeigt, die einen Hauptteil des Elementsubstrats zeigt, das in dem in 1 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet wird. Wie es in 2 gezeigt ist, sind in dem Elementsubstrat 1, das in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine thermische Oxidationsschicht bzw. -lage 302 als eine Wärmeregenerations-(Wärmespeicherungs-)Schicht sowie eine Schicht-Zu-Schicht-Schicht bzw. Schicht-Zu-Schicht-Lage 303, die ebenso als die Wärmeregenerationsschicht wirkt, in dieser Reihenfolge auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats 301 geschichtet. Eine SiO₂-Schicht oder eine Si₃N₄-Schicht wird als die Schicht-Zu-Schicht-Schicht 303 verwendet. Eine Widerstandsschicht 304 ist teilweise auf der Oberfläche der Schicht-zu-Schicht-Schicht 303 ausgebildet und eine Leitung 305 ist teilweise auf der Oberfläche der Widerstandsschicht 304 ausgebildet. Eine Al-Leitung oder eine Al-Legierung-Leitung (wie bspw. Al-Si oder Al-Cu) wird als die Leitung 305 verwendet. Eine Schutzschicht 306, die eine SiO₂-Schicht oder eine Si₃N₄-Schicht umfasst, ist auf der Oberfläche der Leitung 305, der Widerstandsschicht 304 und der Schicht-Zu-Schicht-Schicht 303 ausgebildet. Bei einem Abschnitt der Oberfläche der Schutzschicht 306, der der Widerstandsschicht 304 entspricht, und darum herum ist eine Antikavitationsschicht 307 zum Schutz der Schutzschicht 306 vor chemischen und physikalischen Beanspruchungen bzw. Schocks auf Grund einer Wärmeerzeugung bei der Widerstandsschicht 304 ausgebildet. Ein Bereich der Oberfläche der Widerstandsschicht 304, auf dem die Leitung 305 nicht ausgebildet ist, wirkt als ein Wärmewirkabschnitt 308, bei dem die Wärme der Widerstandsschicht 304 wirkt.
Die Schichten auf dem Elementsubstrat 1 werden aufeinanderfolgend auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 301 durch das Halbleiterherstellungsverfahren ausgebildet, wodurch die Wärmewirkabschnitte 308 auf dem Siliziumsubstrat 301 bereitgestellt werden.
In 3 ist eine schematische Schnittdarstellung des Elementsubstrats 1 gezeigt, die entlang einer longitudinalen Richtung eines Hauptteils des Elementsubstrats 1, das in 2 gezeigt ist, entnommen ist.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind ein Wannenbereich bzw. Well-Bereich des N-Typs 422 und ein Wannenbereich des P-Typs 423 teilweise bei der Oberfläche des Siliziumsubstrats 301 bereitgestellt, das ein P-Leiter ist. Dabei ist ein P-Mos 420 bei dem Wannenbereich des N-Typs 422 bereitgestellt und ein N-Mos 421 ist bei dem Wannenbereich des P-Typs 423 durch ein Einbringen und Eindiffundieren von Fremdatomen, wie bspw. eine Ionenimplantation unter Verwendung eines allgemeinen Mos-Prozesses, bereitgestellt. Der P-Mos 420 wird durch einen Source-Bereich 425 und einen Drain-Bereich 426, die durch eine teilweise Einbringung von Fremdatomen des N-Typs oder des P-Typs auf der Oberfläche des Wannenbereichs des N-Typs 422 erhalten werden, und eine Gate-Leitung 435 gebildet, die über eine Gate-Isolationsschicht 428 mit einer Dicke von mehreren hundert Å auf der Oberfläche eines Abschnitts des Wannenbereichs des N-Typs 422 mit Ausnahme des Source-Bereichs 425 und eines Drain-Bereichs 426 aufgebracht wird.
Ferner wird der N-Mos 421 durch einen Source-Bereich 425 und einen Drain-Bereich 426, die durch teilweises Einbringen von Fremdatomen des N-Typs oder des P-Typs auf der Oberfläche des Wannenbereichs des P-Typs 423 erhalten werden, und eine Gate-Leitung 435 gebildet, die über eine Gate-Isolationsschicht 428 mit einer Dicke von mehreren hundert Å auf der Oberfläche eines Abschnitts des Wannenbereichs 423 des P-Typs mit Ausnahme des Source-Bereichs 425 und des Drain-Bereichs 426 aufgebracht wird. Die Gate-Leitung 435 wird aus Polysilizium mit einer Dicke von 4000 bis 5000 Å ausgebildet, das durch das CVD-Verfahren aufgebracht wird. Eine C-Mos-Logik wird durch den P-Mos 420 und den N-Mos 421 gebildet.
Ein Abschnitt des Wannenbereichs des P-Typs 423, der zu dem N-Mos 421 verschieden ist, ist mit einem N-Mos-Transistor 430 zur Ansteuerung der elektrothermischen Umwandlungselemente versehen. Ebenso wird der N-Mos-Transistor 430 durch einen Source-Bereich 432 und einen Drain-Bereich 431, die teilweise auf der Oberfläche des Wannenbereichs des P-Typs 423 durch eine Einbringung und Eindiffundierung von Fremdatomen ausgebildet werden, sowie durch eine Gate-Leitung 433 gebildet, die über eine Gate-Isolationsschicht 428 auf der Oberfläche eines Abschnitts des Wannenbereichs des P-Typs 423 mit Ausnahme des Source-Bereichs 425 und des Drain-Bereichs 426 aufgebracht wird.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die N-Mos-Transistoren als die Transistoren zur Ansteuerung der elektrothermischen Wandlerelemente verwendet werden, die Transistoren nicht auf die N-Mos-Transistoren begrenzt, solange Transistoren die Fähigkeit zur unabhängigen Ansteuerung der elektrothermischen Wandlerelemente aufweisen und die vorstehend beschriebene sehr kleine Anordnung bereitstellen können.
Zwischen dem P-Mos 420 und dem N-Mos 421 und zwischen dem N-Mos 421 und dem N-Mos-Transistor 430 sind Oxidschichttrennungsbereiche 424, die eine Dicke von 5000 bis 10000 Å aufweisen und durch eine Feldoxidation ausgebildet werden, bereitgestellt, wobei die jeweiligen Elemente durch die Oxidschichttrennungsbereiche 424 getrennt sind. Ein Abschnitt jedes Oxidschichttrennungsbereichs 424, der dem Wärmewirkabschnitt 308 entspricht, wirkt als eine erste Schichtregenerations- (Wärmespeicherungs-)Schicht 434, wenn er von der Siliziumsubstratseite 301 betrachtet wird.
Eine Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 436, die aus einer PSG-Schicht oder einer BPSG-Schicht besteht und eine Dicke von 7000 Å ausweist, wird auf den Oberflächen der Elemente, wie bspw. des P-Mos 420, des N-Mos 421 und des N-Mos-Transistors 430, durch das CVD-Verfahren ausgebildet. Nachdem die Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 436 durch eine Wärmebehandlung abgeflacht ist, wird eine Leitung durch eine Al-Elektrode (erste Leitungsschicht) 437 über einen Kontaktlochdurchgang durch die Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 436 und die Gate-Isolationsschicht 428 bewirkt. Eine Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 438, die eine SiO₂-Schicht umfasst und eine Dicke von 10000 bis 15000 Å aufweist, wird auf den Oberflächen der Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 436 und der Al-Elektrode 437 durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Eine Widerstandsschicht 304, die eine TaN- (0,8-hex-)Schicht umfasst und eine Dicke von etwa 1000 Å aufweist, wird auf Abschnitten der Oberfläche der Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 438 entsprechend den Wärmewirkabschnitten 308 und den N-Mos-Transistoren 430 durch ein Gleichstrom-Zerstäubungsverfahren (DC spattering) ausgebildet. Die Widerstandsschicht 304 ist elektrisch mit der Al-Elektrode 437 in der Nähe des Drain-Bereichs 431 über ein Durchgangsloch verbunden, das in der Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 438 ausgebildet ist. Eine Al-Leitung (zweite Leitungsschicht) 305 zu den elektrothermischen Wandlerelementen wird bei der Widerstandsschicht 304 ausgebildet.
Die Vorsprungsschicht 306 auf den Oberflächen der Leitung 305, der Widerstandsschicht 304 und der Schicht-Zu-Schicht-Isolationsschicht 438 wird durch eine Si₃N₄-Schicht mit einer Dicke 10000 Å, die durch das Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet wird, gebildet und die Antikavitationsschicht 307, die auf der Oberfläche der Vorsprungsschicht 306 ausgebildet wird, wird durch eine Ta-Schicht mit einer Dicke von etwa 2500 Å gebildet.
Nachstehend ist die Aufteilung der Schaltkreise und Elemente in das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 beschrieben.
In 4A und 4B sind Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in 1 gezeigt ist, gezeigt, wobei 4A eine Draufsicht des Elementsubstrats ist und 4B eine Draufsicht der Oberplatte ist. Im Übrigen veranschaulichen 4A und 4B gegenüberliegende Oberflächen.
Wie es in 4A gezeigt ist, umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 2, die parallel angeordnet sind, eine Ansteuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend Bilddaten, einen Bilddatenübertragungsabschnitt 12 zur Ausgabe der eingegebenen Bilddaten an die Ansteuerungseinrichtung 11 und Sensoren 13 zur Erfassung eines Zustands oder einer Eigenschaft der Flüssigkeit, der/die zur Steuerung der Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungskörper 2 erforderlich ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 13 in Verbindung mit den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechend den Wärmeerzeugungskörpern 2 bereitgestellt, um die Zustände oder Eigenschaften der Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 zu erfassen.
Der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 umfasst ein Schieberegister zur parallelen Ausgabe der Bilddaten, die seriell eingegeben werden, an die Ansteuerungseinrichtungen 11 und eine Signalspeicherschaltung bzw. eine Latch-Schaltung zur zeitweiligen Speicherung der Daten, die von dem Schieberegister ausgegeben werden. Im Übrigen kann der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 ausgelegt sein, die Bilddaten entsprechend den jeweiligen Wärmeerzeugungskörpern 2 auszugeben oder er kann ausgelegt sein, die Bilddaten zu einem jeweiligen Block auszugeben, wenn die Wärmeerzeugungskörper 2 in eine Vielzahl von Blöcken aufgeteilt sind. Insbesondere kann durch eine Bereitstellung einer Vielzahl von Schieberegistern in einem einzelnen Kopf, so dass Daten, die von einer Aufzeichnungsvorrichtung übertragen werden, in die Vielzahl von Schieberegistern aufgeteilt werden, eine Druckgeschwindigkeit auf einfache Weise vergrößert werden.
Als ein jeweiliger Sensor 13 kann ein Sensor, der eine Änderung in einer Temperatur der Flüssigkeit, einem Druck der Flüssigkeit, Komponenten, die in der Flüssigkeit beinhaltet sind, oder einen Wasserstoffionenkonzentrationsindex (pH-Wert) in der Flüssigkeit als den Zustand oder die Eigenschaft der Flüssigkeit erfassen kann, verwendet werden, was nachstehend ausführlich beschrieben ist.
Demgegenüber sind, wie es in 4B gezeigt ist, in der Oberplatte 3 zusätzlich zu der Tatsache, dass Nuten bzw. Rillen 3a, 3b, die die Flüssigkeitsdurchflusswege sowie die gemeinsame Flüssigkeitskammer definieren, wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, ein Sensoransteuerungsabschnitt 17 zur Ansteuerung der Sensoren, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, und ein Wärmeerzeugungskörpersteuerungsabschnitt 16 zur Steuerung der Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungskörper 2 auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse von den Sensoren, die durch den Sensoransteuerungsabschnitt 17 angesteuert werden, bereitgestellt. Im Übrigen ist die Oberplatte 3 mit einer Zufuhröffnung 3c versehen, durch die eine Flüssigkeit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer von einer externen Quelle zugeführt wird.
Ferner sind Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zum elektrischen Anschließen von Schaltungen oder Schaltkreisen, die in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet sind, an Schaltungen oder Schaltkreise, die in der Oberplatte 3 ausgebildet sind, bei entsprechenden Abschnitten der Schnittstelle zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 ausgebildet. Ferner ist das Elementsubstrat 1 mit externen Kontaktanschlussflächen 15 als Eingangsanschlüsse für externe elektrische Signale versehen. Die Abmessung des Elementsubstrats 1 ist größer als die der Oberplatte 3 und die externen Kontaktanschlussflächen 15 sind von der Oberplatte 3 freigelegt, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist.
Wenn das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, ausgerichtet und verbunden sind, sind die Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen positioniert und die Schaltkreise, die bei dem Elementsubstrat und der Oberplatte ausgebildet sind, sind miteinander über die Verbindungsanschlussflächen 14, 18 elektrisch verbunden. Obwohl eine derartige elektrische Verbindung durch Bereitstellung von Goldzuleitungen auf den Verbindungsanschlussflächen 14, 18 realisiert werden kann, kann ein beliebiges anderes Verfahren verwendet werden. Auf diese Weise können durch ein elektrisches Verbinden des Elementsubstrats 1 mit der Oberplatte 3 über die Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zur gleichen Zeit, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden wird, die vorstehend genannten Schaltungen oder Schaltkreise elektrisch miteinander verbunden werden. Nachdem das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist, wird die Öffnungsplatte 4 mit den Vorderenden der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verbunden, wodurch der Flüssigkeitsausstoßkopf vervollständigt wird.
Wenn der Flüssigkeitsausstoßkopf, der auf diese Weise erhalten wird, bei einer Kopfkartusche oder einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung angebracht wird, wie es in 5 gezeigt ist, wird ein Druckleitungssubstrat 23 bei einem angebrachten Basissubstrat 22 befestigt, wodurch eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 20 erhalten wird. In 5 ist das Druckleitungssubstrat 23 mit einer Vielzahl von Leitungsmustern 24 versehen, die mit einem Kopfsteuerungsabschnitt der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung elektrisch verbunden sind, wobei diese Leitungsmuster 24 mit externen Kontaktanschlussflächen 15 über Verbindungsleitungen bzw. Bonding-Drähte 25 elektrisch verbunden sind. Da die externen Kontaktanschlussflächen 15 lediglich bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsausstoßkopf 21 und dem externen Element auf die gleiche Weise bewirkt werden wie bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf. Hierbei können, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die externen Kontaktanschlussflächen 15 lediglich bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, die externen Kontaktanschlussflächen vielmehr nur bei der Oberplatte 3 als bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann durch Aufteilen verschiedener Schaltungen oder Schaltkreise für die Ansteuerung und die Steuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 in das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 unter Berücksichtigung der Bedingung der Schnittstelle dazwischen der Flüssigkeitsausstoßkopf kompakter gemacht werden, da diese Schaltungen nicht bei dem einzelnen Substrat konzentriert sind.
Ferner wird, da die elektrische Verbindung zwischen den Schaltungen oder Schaltkreisen des Elementsubstrats 1 und den Schaltungen oder Schaltkreisen der Oberplatte 3 über die Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 bewirkt wird, die Anzahl von elektrischen Verbindungsabschnitten für die externen Elemente von dem Kopf verringert, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird, die Anzahl von Teilen verringert wird und der Kopf kompakter gemacht wird.
Ferner kann, indem die Schaltkreise in das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 aufgeteilt werden, ein Gewinn bzw. eine Ausbeute des Elementsubstrats verbessert werden, mit dem Ergebnis, dass die Herstellungskosten des Flüssigkeitsausstoßkopfes verringert werden können. Zusätzlich wird, da das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 aus einem Material ausgebildet werden, das auf dem gleichen Material beruht, wie bspw. einem Siliziummaterial, ein Koeffizient der thermischen Ausdehnung des Elementsubstrats der gleiche wie der der Oberplatte 3 werden. Als Ergebnis gibt es, auch wenn das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 auf Grund der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 thermisch ausgedehnt werden, keine Abweichung zwischen ihnen, wodurch eine gute Positionsgenauigkeit zwischen den Wärmeerzeugungskörpern 2 und den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 aufrechterhalten wird.
Nachstehend sind Informationen bezüglich des Sensors 13 sowie Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vollständig beschrieben.
(1) Sensortyp
Obwohl es in 1 kurz gezeigt ist, befindet sich der Sensor 13 bei einer Position, die von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 verursacht wird. Typische Typen des Sensors, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfassen einen einheitlichen Erfassungsabschnitttyp und einen Referenzelektrodenpaartyp. Der einheitliche Erfassungsabschnitttyp umfasst einen Erfassungsabschnitt, der einen elektrischen Widerstand oder eine Spannung aufweist, der/die entsprechend dem Zustand oder dem Verhalten der zu erfassenden Flüssigkeit verändert wird. Als der Sensor des einheitlichen Erfassungsabschnitttyps seien ein Temperatursensor und ein Drucksensor genannt. Der Referenzelektrodenpaartyp umfasst eine Elektrode als eine Referenz, die nicht bezüglich des Zustands der zu erfassenden Flüssigkeit empfindlich ist, zusätzlich zu dem vorstehend genannten Erfassungsabschnitt. Als der Sensor des Referenzelektrodenpaartyps sei ein Sensor zur Erfassung eines pH-Werts in einer Tinte sowie ein Sensor zur Erfassung von Tintenkomponenten genannt.
(1a) Sensor des einheitlichen Erfassungsabschnitttyps
In 6A und 6B sind schematische vergrößerte Darstellungen gezeigt, die ein Beispiel des Sensors eines einheitlichen Erfassungsabschnitttyps zeigen, der bei der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
Wie es in 6A und 6B gezeigt ist, weist der Sensor 13 einen Festkörperabschnitt 131, der von dem Elementsubstrat 1 in den Flüssigkeitsdurchflussweg 7 herausragt, einen Erfassungsabschnitt 132, der bei dem Festkörperabschnitt 131 bereitgestellt ist, und Leitungen 133 zur Verbindung des Erfassungsabschnitts 132 mit (nicht gezeigten) Leitungen des Elementsubstrats 1 auf. Nachdem die Schaltungen oder Schaltkreise bei dem Elementsubstrat 1 wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, werden der Festkörperabschnitt 131, der Erfassungsabschnitt 132 und die Leitungen 133 bei dem Elementsubstrat 1 durch ein Halbleiterherstellungsprozess-Lithographieverfahren ausgebildet.
Der Festkörperabschnitt 131 wird durch eine Säule bzw. eine Stange 131a, die von dem Elementsubstrat 1 hervorragt, und einen Träger bzw. Balken 131b, der bei einem oberen Ende der Säule in der Art eines Auslegers bzw. eines freitragenden Trägers gehalten wird, um sich entlang der Oberfläche des Elementsubstrats 1 zu erstrecken, gebildet. Der Erfassungsabschnitt 132 wird aus einem Material gebildet, das eine elektrische Eigenschaft oder einen Zustand aufweist, die/der entsprechend dem Zustand der zu erfassenden Flüssigkeit geändert wird, und wird in dem Balken 131b des Festkörperabschnitts 131 angeordnet. Mit dieser Anordnung ist die Position des Erfassungsabschnitts 132 von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 beabstandet. Ferner ist ein Abschnitt, in dem der Erfassungsabschnitt 132 bereitgestellt wird, beinahe durch die Flüssigkeit umgeben, so dass der Erfassungsabschnitt mit der Flüssigkeit aus mehreren Richtungen (nicht aus einer Richtung) in Kontakt kommt, wobei er somit mit der Flüssigkeit bei einer größeren Fläche in Kontakt kommt als es der Fall wäre, wenn der Erfassungsabschnitt direkt auf dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt wird.
Nachstehend ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung des Sensors bei dem Elementsubstrat 1 unter Bezugnahme auf 7A bis 7E in Verbindung mit einem Beispiel beschrieben, dass ein Temperatursensor ausgebildet wird, der einen Temperaturmesswiderstandskörper verwendet, der einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der entsprechend der Temperatur geändert wird.
Zuerst wird, wie es in 7A gezeigt ist, nachdem eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm mittels eines Zerstäubungsverfahrens auf dem Elementsubstrat 1 gebildet ist, auf dem Funktionselemente und Schaltungen oder Schaltkreise ausgebildet worden sind, eine vorbestimmte Konfigurationsmusterbildung durch das fotolithographische Verfahren und ein Trockenätzen bewirkt, wodurch eine Elektrode 135 ausgebildet wird. Ferner wird eine SiN-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm als eine Elektrodenschutzschicht 136 durch ein CVD-Verfahren auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet, auf dem die Elektrode 135 ausgebildet worden ist. Im Übrigen werden, obwohl in der Zeichnung lediglich eine Elektrode 135 gezeigt ist, zwei Elektroden 135 für jeden Sensor parallel entlang einer Links-Rechts-Richtung ausgebildet. Ferner ist es, obwohl es nicht gezeigt ist, wünschenswert, dass eine Ta-Schicht als eine Antikavitationsschicht auf der Elektrodenschutzschicht 136 ausgebildet wird.
Somit wird, um eine Lücke zwischen dem Elementsubstrat 1 und dem Balken 131b zu bilden, die in den 6A und 6B gezeigt sind, eine Al-Schicht mit mehreren μm oder mehreren zehn μm, wie es in 7B gezeigt ist, durch das Zerstäubungsverfahren gebildet, wobei eine vorbestimmte Konfigurationsmusterbildung durch das fotolithographische Verfahren und das Trockenätzen bewirkt wird, wodurch ein Lückenbildungselement 137 als eine Opferschicht gebildet wird.
Wie es nachstehend beschrieben ist, agiert das Lückenbildungselement 137 als eine Ätzstoppschicht, wenn der Festkörperabschnitt 131 durch das Trockenätzen ausgebildet wird. Da die Ta-Lage als die Antikavitationsschicht und die Elektrodenschutzschicht 136 bei dem Elementsubstrat 1 durch ein Ätzgas, das zur Ausbildung der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verwendet wird, geätzt werden können, wird das Lückenbildungselement 137 auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet, um das Ätzen der Schicht und der Lage zu verhindern. Auf diese Weise kann eine Beschädigung der Funktionselemente des Elementsubstrats 1 auf Grund des (nachstehend beschriebenen) Trockenätzens verhindert werden.
Wie es in 7C gezeigt ist, wird eine SiN-Schicht 138 als eine Substratschicht des Festkörperabschnitts 131 (6A) gebildet, um die Elektrodenschutzschicht 136 und das Lückenbildungselement 137 abzudecken, wobei diese Schicht in einer ebenen Konfiguration des Festkörperabschnitts 131 bei einer Position gemustert wird, die sich zwischen einem Abschnitt, bei dem das Lückenbildungselement 137 ausgebildet ist, und einem Abschnitt spreizt, bei dem das Lückenbildungselement 137 nicht ausgebildet ist. Ferner wird bei einer Position der SiN-Schicht 138, die der Säule 131a (6A) des Festkörperabschnitts 131 entspricht, ein Durchgangsloch 138a, das der Elektrode 135 entspricht, ausgebildet, wodurch die Elektrode 135 freigelegt wird.
Dann werden, wie es in 7D gezeigt ist, die Leitungen 133, die aus Al (Aluminium) hergestellt werden, gestaltet bzw. gemustert und auf der SiN-Schicht 138 durch das Zerstäubungsverfahren, das fotolithographische Verfahren und das Trockenätzen ausgebildet. Zwei Leitungen 133 werden entsprechend den Elektroden 135, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, parallel entlang der Links-Rechts-Richtung ausgebildet und mit den jeweiligen Elektroden 135 durch die Durchgangslöcher 138a verbunden. Ein Temperaturmesswiderstandskörper 140 wird gemustert und ausgebildet, um sich zwischen zwei Leitungen 133 zu spreizen. Der Temperaturmesswiderstandskörper 140 agiert als der Erfassungsabschnitt 132, der in den 6A und 6B gezeigt ist.
Dann wird, wie es in 7E gezeigt ist, eine SiN-Schicht 141 als eine Schutzschicht zum Schützen der Leitungen 133 gebildet, um den gesamten Aufbau abzudecken, wobei diese Schicht in einer ebenen Konfiguration des Festkörperabschnitts 131 gemustert wird. Zuletzt wird das Lückenbildungselement 137 durch ein Nassätzen entfernt.
Auf diese Weise kann der Sensor 13, in dem der Erfassungsabschnitt 132, der die Leitungen 133 und den Temperaturmesswiderstandskörper 140 umfasst, bei dem Festkörperabschnitt 131 bereitgestellt ist, der die SiN-Schichten 138, 141 umfasst, auf einfache Weise bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden.
Eine Höhe von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 zu dem Erfassungsabschnitt 132 wird durch eine Entfernung von dem Elementsubstrat 1 zu dem Balken 131b bestimmt, d.h. eine Dicke des Lückenbildungselements 137. Wenn bspw. der Flüssigkeitsausstoßkopf als ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf verwendet wird, kann, solange die Entfernung des Balkens 131b von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 innerhalb eines Bereichs von mehreren μm bis mehreren zehn μm liegt, eine Flüssigkeit, die einen (nachstehend beschriebenen) frischen Zustand aufweist, erfasst werden. Im Übrigen kann die Position des Balkens 131b in geeigneter Weise durch eine Änderung der Dicke des Lückenbildungselements 137 eingestellt werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, sind in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Schaltkreise und die Funktionselemente zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 und zur Steuerung der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper in das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 entsprechend ihrer Funktionen aufgeteilt. Wenn es gewünscht ist, den Zustand der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 durch den Sensor 13 zu überprüfen, wird der Zustand der Flüssigkeit durch die Wärme, die von den Schaltungen erzeugt wird, die bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 bereitgestellt sind, beeinflusst. Insbesondere wird, da die Wärmeerzeugungskörper 2 bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, wenn der Sensor 13 bei dem Elementsubstrat 13 bereitgestellt ist, der Einfluss auf den Zustand der Tinte groß. Ferner wird in der Nähe der Oberfläche des Elementsubstrats 1 und der Oberfläche der Oberplatte 3 auf Grund einer Viskosität der Flüssigkeit der Durchfluss bzw. die Strömung der Flüssigkeit im Vergleich mit anderen Bereichen verlangsamt.
In Anbetracht dessen wird es durch eine Bereitstellung des Sensors 13 bei dem Festkörperabschnitt 131 und durch ein Erfassen des Zustands der Flüssigkeit bei einer Position, die von dem Elementsubstrat 1 beabstandet ist, und unter einer Bedingung, dass der Sensor durch die Flüssigkeit beinahe umgeben ist, erschwert, dass der Sensor durch die Wärme des Elementsubstrats 1 und der Oberplatte 3 beeinflusst wird, und die Flüssigkeit kann in dem frischen Zustand (nicht in einem Verweilzustand) erfasst werden. Somit kann im Vergleich mit einem Fall, bei dem der Zustand der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Elementsubstrats erfasst wird, der Zustand der Flüssigkeit genauer erfasst werden. Ferner kann in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel, da der Festkörperabschnitt 131 durch die Säule 131a und den Balken 131b gebildet wird und die Fläche, die in Kontakt mit dem Elementsubstrat 1 ist, klein ist, der Einfluss von Rauschen, das bei dem Elementsubstrat 1 erzeugt wird, verringert werden.
(1b) Sensor des Referenzelektrodenpaartyps
In einem Fall, bei dem ein pH-Wert der Flüssigkeit unter Verwendung der Tatsache erfasst wird, dass eine Spannung in der Schnittstelle zu der Flüssigkeit in Reaktion auf Ionen oder Moleküle in der Flüssigkeit verändert wird, ist es erforderlich, eine Elektrode zu verwenden, deren Spannung nicht bezüglich der Ionen oder Moleküle in der Flüssigkeit empfindlich ist. In einem derartigen Fall wird der Sensor des Referenzelektrodenpaartyps verwendet.
In 8A und 8B sind schematische vergrößerte Darstellungen gezeigt, die ein Beispiel eines Sensors eines Referenzelektrodenpaartyps zeigen. Im Übrigen sind in den 8A und 8B die gleichen Elemente wie diejenigen gemäß den 6A und 6B mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie es in den 8A und 8B gezeigt ist, weist der Sensor 13' einen Erfassungsabschnitt 132a, der ein Element zur Erzeugung einer Spannung entsprechend einer (zu erfassenden) Komponente in der Flüssigkeit, die mit dem Element in Kontakt ist, und zur Erfassung der Komponente umfasst, und einen Referenzabschnitt 132b auf, der ein Element umfasst, dessen Spannung nicht durch die (zu erfassende) Komponente in der Flüssigkeit, die mit dem Element in Kontakt ist, verändert wird oder das eine Spannung erzeugt, die unterschiedlich zu der in dem Erfassungsabschnitt 132a ist. Der Erfassungsabschnitt 132a und der Referenzabschnitt 132b sind auf dem Balken 131b des Festkörperabschnitts 131 angeordnet, der von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 hervorsteht, und sind mit (nicht gezeigten) Leitungen des Elementsubstrats 1 über Leitungen 133a, 133b jeweils verbunden. Ferner ist der Balken 131b mit Öffnungen 131c, 131d bei Positionen versehen, die den Erfassungsabschnitt 132a und dem Referenzabschnitt 132b entsprechen, so dass die Oberflächen des Erfassungsabschnitts 132a und des Referenzabschnitts 132b teilweise offengelegt sind.
Ähnlich wie der Sensor 13 des einheitlichen Erfassungsabschnittstyps kann der Sensor 13' unter Verwendung des Halbleiterherstellungsprozesses hergestellt werden. In diesem Fall können bspw., wenn der Sensor 13' in den Schritten ausgebildet wird, wie sie in den 7A bis 7E gezeigt sind, die Öffnungen 131c, 131d, die mit der Oberfläche des Erfassungsabschnitts 132a und des Referenzabschnitts 132b verbunden sind, durch ein teilweises Entfernen der SiN-Schicht 141 ausgebildet werden, um die vorbestimmte Konfiguration durch das fotolithographische Verfahren und das Ätzen nach dem Schritt, der in 7E gezeigt ist, zu erhalten.
Wie es nachstehend ausführlich beschrieben ist, kann durch Bereitstellung des Erfassungsabschnitts 132a und des Referenzabschnitts 132b ein pH-Wert der Flüssigkeit durch Erfassen einer Potentialdifferenz zwischen dem Erfassungsabschnitt 132a und dem Referenzabschnitt 132b über die Flüssigkeit erfasst werden.
Ebenso kann in dem Sensor des Referenzelektrodenpaartyps, der in 8 gezeigt ist, ähnlich zu dem Sensor des einheitlichen Erfassungsabschnittstyps, da der Erfassungsabschnitt 132a und der Referenzabschnitt 132b bei dem kubischen bzw. dreidimensionalen Aufbauabschnitt 131 bereitgestellt sind, die Komponente in der Flüssigkeit genauer erfasst werden als in dem Fall, bei dem die Komponente auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 erfasst wird, wobei der Einfluss von Rauschen, das bei dem Elementsubstrat 1 erzeugt wird, verringert werden kann.
Während die zwei Typen der Sensoren, die bei der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, beschrieben worden sind, ist die Konfiguration des Festkörperabschnitts 131 nicht auf diejenigen begrenzt, die in den 6A, 6B, 8A und 8B gezeigt sind, solange der Erfassungsabschnitt von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 beabstandet ist und die Vielzahl von Oberflächen (nicht eine einzelne Oberfläche) durch die Flüssigkeit umgeben ist, wobei sie aber bspw. eine kubische Konfiguration sein kann.
Insbesondere ist, obwohl die Konfigurationen, die in den 6A und 6B und 9 gezeigt sind, vorzugsweise bei dem Punkt sind, bei dem die oberen und unteren Oberflächen des Balkens 131 in der Flüssigkeit liegen, um die Kontaktfläche zwischen dem Balken und der Flüssigkeit zu vergrößern, auch wenn eine derartige Konfiguration, die den Balken 131b aufweist, angewendet wird, die Ausrichtung des Balkens 131b in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 nicht auf denjenigen begrenzt, der in 1 gezeigt ist. Bspw. kann in der Anordnung, die in 1 gezeigt ist, während das freie Ende des Balkens 131b bei der Stromabwärtsseite in Bezug auf die Flüssigkeitsdurchflussrichtung platziert worden ist, eine Anordnung angewendet werden, wie sie in 9 gezeigt ist.
In dem in der 9 gezeigten Beispiel ist, obwohl eine Konfiguration eines Festkörperabschnitts 131' die gleiche wie die ist, die in den 6A und 6B gezeigt ist, eine Säule 131a' von einer Mitte des Flüssigkeitsdurchflussweges 7 entlang einer Breitenrichtung versetzt, wobei sich ein Balken 131b' von der Säule 131a' in die Breiterichtung des Flüssigkeitsdurchflussweges 7 erstreckt. Im Übrigen werden, obwohl es in der 9 nicht gezeigt ist, der Erfassungsabschnitt 132, der in den 6A und 6B gezeigt ist, oder der Erfassungsabschnitt 132a und der Referenzabschnitt 132b, die in den 8A und 8B gezeigt sind, auf dem Balken 131b' gebildet. Durch Anordnen des Festkörperabschnitts 131' auf diese Weise wird, auch wenn der Sensor einen massiven Aufbau bzw. Festkörperaufbau aufweist, der Durchfluss der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 durch den Sensor nicht behindert. Der Festkörperabschnitt 131', der in der 9 gezeigt ist, kann durch Ändern der Musterbildungskonfiguration des Lückenbildungselements und der SiN-Schicht ebenso ausgebildet werden, die gleichen Abmessungen wie die zu haben, die in den 7A bis 7E gezeigt sind.
Ferner kann in den vorstehend beschriebenen Beispielen, obwohl der Sensor auf dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt worden ist, der Sensor bei der Oberplatte bereitgestellt werden. Solange die Oberplatte 3 aus einem Halbleitersubstrat gebildet ist, kann, auch wenn der Sensor bei der Oberplatte 3 bereitgestellt ist, der Sensor unter Verwendung des Halbleiterwaferprozesses ausgebildet werden.
(2) Art des Sensors
In der vorliegenden Erfindung wird ein Sensor zur Erfassung des Zustands der Flüssigkeit verwendet. Typische Arten des Sensors, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und dergleichen beschrieben.
(2a) Wenn eine Änderung in der Temperatur der Flüssigkeit erfasst wird
Einer der Zustände der Flüssigkeit, die einen Einfluss auf die Ausstoßeigenschaft bewirken, ist eine Viskosität der Flüssigkeit. Die Viskosität der Flüssigkeit variiert mit der Art einer auszustoßenden Flüssigkeit und wird ebenso durch eine Wasserverdunstung über die Zeit verändert. Dementsprechend bewirkt bei dem Ausstoß einer kleinen Flüssigkeitsmenge die Viskosität der Flüssigkeit einen großen Einfluss auf den Ausstoß. Somit ist es zum Erreichen eines stabilen Ausstoßes erforderlich, die Ansteuerungsbedingung des Flüssigkeitsausstoßkopfes entsprechend der Art der Flüssigkeit und dem Zeitablauf zu steuern.
Einer der Faktoren zur Schätzung der Viskosität der Flüssigkeit ist eine Temperatur. Wenn die Ausstoßsteuerung unter Verwendung der Temperatur der Flüssigkeit ausgeführt wird, ist es wünschenswert, dass der Einfluss des Wärmeerzeugungsabschnitts minimiert wird. Wie es vorstehend genannt ist, umfassen das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 verschiedene Funktionselemente, wobei diese Funktionselemente mehr oder weniger elektrische Energie nicht nur verbrauchen, wenn die Wärmeerzeugungskörper 2 angesteuert werden, sondern auch, wenn die Wärmeerzeugungskörper nicht angesteuert werden, wodurch Wärme erzeugt wird. Somit wird die Temperatur der Flüssigkeit bei den Schnittstellen mit dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 mehr als die der anderen auszustoßenden Flüssigkeit vergrößert. Folglich ist es, um die Viskosität der auszustoßenden Flüssigkeit zu kennen, wünschenswert, dass die Temperatur der Flüssigkeit bei einer Position erfasst wird, die von dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 beabstandet ist.
Zu diesem Zweck kann unter Verwendung des Temperatursensor, der in dem Erfassungsabschnitt 132 bei dem Festkörperabschnitt 131 bereitgestellt ist, wie es in der 6 gezeigt ist, die Temperatur der auszustoßenden Flüssigkeit genauer erfasst werden. Der Temperatursensor ist nicht spezifisch begrenzt, solange der Erfassungsabschnitt 132 bei dem Festkörperabschnitt 131 bereitgestellt werden kann. Somit kann ein Sensor, der den Temperaturmesswiderstandskörper verwendet, wie es vorstehend beschrieben ist, ein Sensor, der polykristallines Silizium verwendet (ein Widerstandswert wird mit der Temperatur durch Steuern einer Fremdatommenge des polykristallinen Siliziums variiert), oder ein Thermistor verwendet werden. Unter diesen ist es wünschenswert, einen Sensor zu verwenden, bei dem der Sensor bei dem Elementsubstrat 1 zusammen mit den Leitungen 133 unter Verwendung des Halbleiterherstellungsprozessverfahrens ausgebildet werden kann. Ferner können die Leitungen 133, die mit dem Erfassungsabschnitt 132 verbunden sind, aus einem Material (bspw. Aluminium) gebildet werden, das einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist und das keinen Einfluss auf die Temperatureigenschaft des Erfassungsabschnitts 132 bewirkt.
Nebenbei kann, wenn ein großer Temperaturgradient in der Schnittstelle zwischen der Flüssigkeit und dem Substrat vorhanden ist, die Wärme bei der Schnittstelle zwischen der Flüssigkeit und dem Substrat durch den Durchfluss der Flüssigkeit entfernt werden. Somit kann ein Verfahren, bei dem eine Erwärmungseinrichtung in der Nähe des Temperatursensors bereitgestellt ist, die Flüssigkeit durch Ansteuerung der Erwärmungseinrichtung lokal erwärmt wird, um eine Temperaturdifferenz zu erzeugen, und eine Durchflussrate bzw. Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit unter Verwendung der Tatsache erfasst wird, dass die entfernte Wärmegröße mit dem Durchfluss der Flüssigkeit variiert wird, verwendet werden.
Auch wenn ein Durchflussgeschwindigkeitssensor auf diese Weise gebildet wird, kann bei der Anordnung, bei der der Temperatursensor und die Erwärmungseinrichtung bei der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, auch wenn die Flüssigkeit lokal erwärmt wird, da die Wärme zu dem Substrat entweicht und der Durchfluss der Flüssigkeit in der Nähe der Oberfläche des Substrats auf Grund der Viskosität der Flüssigkeit klein wird, die Durchflussgeschwindigkeit nicht mit hoher Genauigkeit in dem sehr kleinen Durchflussweg erfasst werden.
Um dies zu vermeiden, kann, indem der Temperatursensor und die Erwärmungseinrichtung bei dem Festkörperabschnitt 131, der von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 hervorsteht, wie es in der 6 gezeigt ist, um im großen Umfang den Sensor und die Erwärmungseinrichtung durch die Flüssigkeit zu umgeben, da die Wärme der Erwärmungseinrichtung nur schwer zu dem Substrat entweicht und der Durchfluss selbst der Flüssigkeit im Vergleich mit dem bei der Oberfläche des Elementsubstrats 1 groß wird, die Erfassungsgenauigkeit bezüglich der Differenz in dem Durchfluss der Flüssigkeit in großem Umfang verbessert werden.
(2b) Wenn ein Druck der Flüssigkeit erfasst wird
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf, bei dem die Flüssigkeit abrupt erwärmt wird, indem der Wärmeerzeugungskörper 2 angesteuert wird und somit eine Blase in der Flüssigkeit durch ein Filmsieden erzeugt wird, wodurch die Flüssigkeit ausgestoßen wird, wirkt ein Druck, der durch die Erzeugung der Blase verursacht wird, auf die Flüssigkeit. Folglich ist ein Verfahren, bei dem der Druck (als einer der Zustände der Flüssigkeit), der auf die Flüssigkeit wirkt, erfasst wird und die Ansteuerungsbedingung des Flüssigkeitsausstoßkopfes auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses gesteuert wird, eines der Mittel zur Stabilisierung der Ausstoßeigenschaft.
Zu diesem Zweck kann durch Einbringen eines Elements, von dem ein Widerstandswert durch den Druck der Flüssigkeit verändert wird oder das eine Spannung bei dem Erfassungsabschnitt 132, der in den 6A und 6B gezeigt ist, erzeugt, ein Sensor zur Erfassung des Drucks, der auf die Flüssigkeit wirkt, erhalten werden. Ferner wirkt, da ein derartiges Element bei dem Festkörperabschnitt 131 angeordnet ist und in großem Umfang durch die Flüssigkeit umgeben ist, der Druck der Flüssigkeit auf das Element auf effektive Weise im Vergleich mit dem Fall, bei dem das Element auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 angeordnet ist, wodurch der Druck genauer erfasst wird.
(2c) Wenn eine Komponente in der Flüssigkeit erfasst wird
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf wird die Ausstoßeigenschaft durch Komponenten variiert, die in der auszustoßenden Flüssigkeit beinhaltet sind. Somit kann unter Verwendung einer Membran, die auf Ionen oder Moleküle reagiert, die in der Flüssigkeit beinhaltet sind, um eine Potentialdifferenz in einem zugehörigen Gleichgewichtszustand zu erzeugen, als der Erfassungsabschnitt 132 des Festkörperabschnitts 131, wie er in den 6A und 6B gezeigt ist, der Zustand oder die Änderung in Komponenten, die in der Flüssigkeit beinhaltet sind, erfasst werden. In diesem Fall wird ein Teil des Festkörperabschnitts 131, der den Erfassungsabschnitt 132 (die Membran) abdeckt, der in den 6A und 6B gezeigt ist, entfernt, um den Erfassungsabschnitt 132 freizulegen, so dass der Erfassungsabschnitt 132 zu der Flüssigkeit freigelegt ist.
Ebenso sind, wenn die Komponenten, die in der Flüssigkeit beinhaltet sind, auf diese Weise erfasst werden, da der Durchfluss der Flüssigkeit ungünstig ist, um den Gleichgewichtszustand bei der Schnittstelle zwischen der Flüssigkeit und dem Substrat schwierig zu erreichen, durch Bereitstellen des Festkörperabschnitts 131, wie er in den 6A und 6B gezeigt ist, beinahe alle Teile durch die Flüssigkeit umgeben, wobei, da der Erfassungsabschnitt 132 in dem Durchfluss der Flüssigkeit angeordnet ist, die Komponenten in der Flüssigkeit auf stabile Weise erfasst werden können.
(2d) Wenn ein pH-Wert in der Flüssigkeit erfasst wird
Eine der Membranen, die auf eine Konzentration von Wasserstoffionen in der Flüssigkeit reagiert, ist eine Siliziumoxidmembran. Wenn die Siliziumoxidmembran als der Erfassungsabschnitt 132a, der in den 8A und 8B gezeigt ist, bereitgestellt wird, wird eine Potentialdifferenz entsprechend der Konzentration von Wasserstoffionen in der Flüssigkeit bei der Schnittstelle zwischen der Siliziumoxidmembran und der Flüssigkeit erzeugt. Durch ein Erfassen einer derartigen Potentialdifferenz kann ein pH-Wert in der Flüssigkeit erfasst werden. Da jedoch die Siliziumoxidmembran selbst ein Isolationselement ist, wird zur Erfassung der Potentialdifferenz eine Elektrode bereitgestellt und eine Referenzelektrode, die zu der vorstehend genannten Elektrode unterschiedlich ist, wird als der Referenzabschnitt 132b, der in den 8A und 8B gezeigt ist, bereitgestellt. Dabei kann eine Potentialdifferenz zwischen der Siliziumoxidmembran (Erfassungsabschnitt 132a) und der Referenzelektrode (Referenzabschnitt 132b) über die Flüssigkeit in einem Niedrigimpedanzzustand unter Verwendung eines FET (Spannungseffekttransistor) erfasst werden.
An Stelle der Siliziumoxidmembran kann, wenn eine Membranantwort bzw. Membranreaktion auf eine Komponente, die unterschiedlich zu der Wasserstoffionenkonzentration ist, als die Membrane, die den Erfassungsabschnitt 132a bildet, verwendet wird, der Zustand bzw. die Bedingung der gewünschten Komponente in der Flüssigkeit erfasst werden.
Auf diese Weise kann, indem der Erfassungsabschnitt 132a und der Referenzabschnitt 132b bei dem Festkörperabschnitt 131, der von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 hervorsteht, bereitgestellt werden, da die Komponente der Flüssigkeit in dem frischen Zustand (nicht dem Flüssigkeitsverweilzustand) erfasst wird, die Erfassungsgenauigkeit in großem Umfang in Vergleich mit dem Fall, bei dem der Erfassungsabschnitt und der Referenzabschnitt auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 bereitgestellt werden, verbessert werden.
In Bezug auf die Referenzelektrode oder den Referenzabschnitt 132b ist es, solange sie/er eine elektrische Eigenschaft aufweist, die in Bezug auf die Komponente der Flüssigkeit, die zu erfassen ist, nicht verändert wird oder die unterschiedlich zu dem Erfassungsabschnitt 132a verändert wird, nicht erforderlich, dass der Referenzabschnitt bei dem gleichen Festkörperabschnitt 131 wie der Erfassungsabschnitt 132a bereitgestellt ist. Das heißt, ein Festkörperabschnitt, der den Erfassungsabschnitt 132a aufweist, und ein Festkörperabschnitt, der den Referenzabschnitt 132b aufweist, können unabhängig bereitgestellt sein. Wie es jedoch in den 8A und 8B gezeigt ist, ist, wenn der Erfassungsabschnitt 132a und der Referenzabschnitt 132b bei dem gleichen Festkörperabschnitt 131 bereitgestellt sind, da der lokale Zustand der Tinte genau erfasst werden kann, eine derartige Anordnung wünschenswerter.
Im Übrigen sind bei den vorstehend genannten Sensoren ein Dehnungssensor und ein Drucksensor wünschenswerterweise bei einem bewegbaren Element bereitgestellt. Ferner ist es zu bevorzugen, dass der Viskositätssensor und der Ionensensor in der Nähe der Ausstoßöffnung bei einer Stromabwärtsseite des Wärmeerzeugungskörpers bereitgestellt sind. In diesem Fall müssen, um zu verhindern, dass diese Sensoren (die in der Nähe der Ausstoßöffnung angeordnet sind) einen nachteiligen Einfluss auf den Flüssigkeitsausstoß bewirken, diese Sensoren nicht notwendigerweise bei dem Festkörperabschnitt bereitgestellt sein, sondern sie können bei der Wand des Flüssigkeitsdurchflussweges bereitgestellt sein.
(3) Aufteilung der Sensoren und Schaltungen
Obwohl die vorstehend genannten Schaltkreise oder Schaltungen entsprechend ihrer Funktionen aufgeteilt sind, wird nachstehend eine Bezugnahme für die Aufteilung beschrieben.
Die Schaltungen oder Schaltkreise, die den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen und die damit unabhängig oder in Blöcken elektrisch verbunden sind, sind bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet. In dem in den 4A und 4B gezeigten Beispiel sind derartige Schaltkreise bzw. Schaltungen die Ansteuerungseinrichtung 11 und der Bilddatenübertragungsabschnitt 12. Da die Ansteuerungssignale den Wärmeerzeugungskörpern 2 parallel zugeführt werden, müssen Leitungen entsprechend der Anzahl von Signalen bereitgestellt sein. Folglich werden, wenn derartige Schaltungen bei der Oberplatte 3 ausgebildet werden, die Verbindungspunkte zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 vermehrt, mit dem Ergebnis, dass die Gefahr eines Verursachens einer unzureichenden Verbindung vergrößert wird. Wenn jedoch derartige Schaltungen bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt werden, kann die unzureichende Verbindung zwischen dem Wärmeerzeugungskörpern 2 und den Schaltungen verhindert werden.
Da analoge Schaltungen, wie bspw. Steuerungsschaltungen, bezüglich Wärme empfindlich sind, sind derartige Schaltungen bei dem Substrat bereitgestellt, bei dem die Wärmeerzeugungskörper 2 nicht bereitgestellt sind, d.h. sie sind bei der Oberplatte 3 bereitgestellt. In dem in den 4A und 4B gezeigten Beispiel ist der Wärmeerzeugungskörpersteuerungsabschnitt 16 eine von derartigen Schaltungen.
Die Sensoren 13 können bei dem Elementsubstrat 1 oder bei der Oberplatte 3 bereitgestellt sein, solange die Sensoren mit der Flüssigkeit in Kontakt sind. Wenn die Sensoren jedoch den Zustand der Flüssigkeit auf der Grundlage der Temperatur der Flüssigkeit erfassen, ist es zu bevorzugen, dass derartige Sensoren bei Positionen bereitgestellt sind, die so wenig wie möglich durch die Wärme beeinflusst werden.
Schließlich werden Schaltungen, die nicht den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen und nicht damit unabhängig oder in einem Block elektrisch verbunden sind, Schaltungen, die nicht notwendigerweise für die Messgenauigkeit bereitgestellt werden, auch wenn sie bei der Oberplatte 3 bereitgestellt sind, bei dem Elementsubstrat 1 oder der Oberplatte 3 in geeigneter Weise bereitgestellt, so dass diese Schaltungen und Sensoren nicht in einem des Elementsubstrats 1 oder der Oberplatte 3 konzentriert sind. In dem in den 4A und 4B gezeigten Beispiel ist eine von derartigen Schaltungen oder derartigen Sensoren der Sensoransteuerungsabschnitt 17.
Durch Bereitstellen der Schaltungen und Sensoren bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 auf der Grundlage der vorstehend genannten Überlegung kann die Anzahl von elektrischen Verbindungspunkten zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 auf so wenige wie möglich verringert werden, wobei die Schaltungen und Sensoren in einem guten Balancezustand aufgeteilt werden können.
(4) Steuerungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes
Die Tintenzustände, die durch die Sensoren erfasst werden, werden bei der Steuerung zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper verwendet. Als ein Beispiel der Steuerung für die Ansteuerung des Wärmeerzeugungskörpers ist eine Steuerung zur Ansteuerung des Wärmeerzeugungskörpers beschrieben, die unter Verwendung des Temperatursensors, der die Temperatur der Flüssigkeit erfasst, ausgeführt wird.
In 10A und 10B sind Darstellungen gezeigt, die Schaltungsanordnungen des Elementsubstrats und der Oberplatte in einem Beispiel zeigen, bei dem die Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungskörper entsprechend den Temperaturen der Flüssigkeiten gesteuert werden. In dem in den 10A und 10B gezeigten Beispiel wird, bevor eine Blasenerzeugungsenergie jedem der Wärmeerzeugungskörper 32 zugeführt wird, der Wärmeerzeugungskörper 32 vorerwärmt (Vorerwärmen, das keine Blase in der Flüssigkeit erzeugt), wobei eine Vorerwärmungsimpulsbreite für den Wärmeerzeugungskörper 32 auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses eines Sensors (in den 10A und 10B nicht gezeigt) zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit gesteuert wird.
Wie es in der 10A gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 32, die in einer Linie angeordnet sind, Leistungstransistoren 41, die als Treiber bzw. Ansteuerungseinrichtungen agieren, UND-Schaltungen 39 zur Steuerung der Ansteuerung der Leistungstransistoren 41, eine Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 zur Steuerung der Ansteuerungszeitsteuerungen bzw. Ansteuerungszeitpunkte der Leistungstransistoren 41, eine Bilddatenübertragungsschaltung 42, die durch ein Schieberegister und eine Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung gebildet wird, und Sensoren zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit bei einem Elementsubstrat 1 durch den Halbleiterprozess gebildet. Die Sensoren sind in einer Festkörperstruktur bzw. massiven Struktur für jeweilige Flüssigkeitsdurchflusswege, d.h. für die jeweiligen Wärmeerzeugungskörper 32 bereitgestellt.
Die Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 dient dazu, die Wärmeerzeugungskörper 32 in einer Zeitablaufweise mit Energie zu versorgen (die Wärmeerzeugungskörper 32 nicht gleichzeitig mit Energie zu versorgen), um eine Energiezufuhrkapazität der Vorrichtung zu verringern, wobei ein Erlaubnissignal bzw. Freigabesignal zur Ansteuerung der Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 von Freigabesignaleingangsanschlüssen 45k bis 45n zugeführt wird, die externe Kontaktanschlussflächen sind.
Ferner sind als externe Kontaktanschlussflächen, die bei dem Elementsubstrat 41 bereitgestellt sind, ein Eingangsanschluss 45a für eine Ansteuerungsenergiezufuhr für die Wärmeerzeugungskörper 32, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45b für die Leistungstransistoren 41, Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung einer Energie erforderlich sind, die die Wärmeerzeugungskörper 32 ansteuert, ein Ansteuerungsenergiezufuhranschluss 45f für die Logikschaltung, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45g, ein Eingangsanschluss 45i für serielle Daten, die dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 42 zugeführt werden, ein Eingangsanschluss 45h für ein serielles Taktsignal, das damit synchron ist, und ein Eingangsanschluss 34j für ein Signalspeichertaktsignal bzw. Latch-Taktsignal, das der Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung zugeführt wird, sowie Freigabesignaleingangsanschlüsse 45k bis 45n bereitgestellt.
Demgegenüber sind, wie es in der 10B gezeigt ist, bei einer Oberplatte 33 eine Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zur Bestimmung der Ansteuerungszeitsteuerungen der Wärmeerzeugungskörper 32 und zur Überwachung einer Ausgabe von einem Sensor 34 zur Bestimmung der Vorerwärmungsbreiten der Wärmeerzeugungskörper 32 auf der Grundlage eines Ergebnisses von dem Sensor sowie ein Speicher 49 zur Speicherung von Auswahldaten zum Auswählen der Vorerwärmungsbreite entsprechend jedem Wärmeerzeugungskörper als Kopfinformationen und zur Ausgabe derartiger Daten zu der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 gebildet.
Ferner sind als Verbindungskontaktanschlussflächen bei dem Elementsubstrat 31 und der Oberplatte 33 Anschlüsse 44b bis 44d und 48b bis 48d zur externen Verbindung der Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung der Energie zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 32 erforderlich sind, mit der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 und ein Anschluss 48a zur Eingabe einer Ausgabe der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zu einem der Anschlüsse der UND-Schaltungen 39 bereitgestellt.
In einer wie vorstehend beschriebenen Anordnung werden zuerst die Temperaturen der Flüssigkeiten in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen durch die entsprechenden Sensoren erfasst und zugehörige Ergebnisse werden in dem Speicher 49 gespeichert. In der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 werden entsprechend den Temperaturdaten und den Auswahldaten, die in dem Speicher 49 gespeichert sind, die Vorerwärmungsimpulsbreiten für die jeweiligen Wärmeerzeugungskörper 32 bestimmt und bestimmte Ergebnisse werden zu den UND-Schaltungen 39 über die Anschlüsse 48a, 44a ausgegeben. Demgegenüber werden die Bilddaten, die seriell zugeführt werden, in dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 43 gespeichert und in der Signalspeicherschaltung durch ein Signalspeichersignal zwischengespeichert und zu den UND-Schaltungen 39 über die Antriebszeitsteuerungsschaltung 38 ausgegeben.
Durch das Ausgeben des Bilddatensignals an die UND-Schaltungen 39 werden die Vorerwärmungsimpulse, die in der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 bestimmt werden, und die vorbestimmten Erwärmungsimpulse an die Wärmeerzeugungskörper 32 ausgegeben. Als Ergebnis wird den Wärmeerzeugungskörpern 32 nach der Vorerwärmung die Energie zur Erzeugung der Blase in der Flüssigkeit zugeführt. Auf diese Weise können durch Steuern der Vorerwärmungsbreiten entsprechend den Erfassungsergebnissen der Sensoren unabhängig von dem Temperaturzustand die Ausstoßmengen bei den Ausstoßöffnungen konstant gehalten werden.
Ferner können in den Kopfdaten, die in dem Speicher 49 gespeichert sind, Arten von auszustoßenden Flüssigkeiten (im Fall von Tinte eine Tintenfarbe und dergleichen) sowie die vorstehend genannten Temperaturdaten beinhaltet sein. Der Grund hierfür ist, dass in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkeit eine Eigenschaft eines zugehörigen Stoffes sowie eine Ausstoßeigenschaft unterschieden werden. Die Speicherung der Wärmeinformationen bei dem Speicher 49 kann auf eine nichtflüchtige Art und Weise ausgeführt werden, nachdem der Flüssigkeitsausstoßkopf zusammengebaut ist, oder kann durch eine Übertragung der Informationen von der Vorrichtungsseite ausgeführt werden, nachdem die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, bei der der Flüssigkeitsausstoßkopf montiert ist, aufgebaut ist.
Im Übrigen sind in dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der in Verbindung mit den 10A und 10B beschrieben ist, als ein Widerstandswertsensor ferner eine Rangerwärmungseinrichtung, die bei dem Elementsubstrat 31 auf die gleiche Weise wie die Wärmeerzeugungskörper 32 ausgebildet wird, und eine Sensoransteuerungsschaltung 47 bereitgestellt, die auf der Oberplatte 33 ausgebildet wird und angepasst ist, die Rangerwärmungseinrichtung 43 anzusteuern. Anschlüsse 44g, 44h und 48g, 48h zur Verbindung der Sensoransteuerungsschaltung 47 mit der Rangerwärmungseinrichtung 43 sind bei dem Elementsubstrat 31 und der Oberplatte 33 ausgebildet. Diese Anordnung dient zur Bestimmung der Impulsbreite des Impulses, der dem Wärmeerzeugungskörper 32 zugeführt wird, auf der Grundlage des Widerstandswerts, der durch die Rangerwärmungseinrichtung 43 erfasst wird, wobei die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 die Ausgabe von der Rangerwärmungseinrichtung 43 überwacht und eine Energie, die dem Wärmeerzeugungskörper 32 zugeführt wird, auf der Grundlage des überwachten Ergebnisses steuert. Ferner dient der Speicher 49 zur Speicherung der Widerstandswertdaten, die durch die Rangerwärmungseinrichtung 43 erfasst werden, oder eines Codewerts, der von dem Widerstandswert und vorbestimmten Flüssigkeitsausstoßmengeneigenschaften (Flüssigkeitsausstoßmengen, wenn der vorbestimmte Impuls unter einer vorgegebenen Temperatur zugeführt wird) für die jeweiligen Wärmeerzeugungskörper 32 der Wichtigkeit nach eingereiht wird, als die Kopfinformationen und zur Ausgabe der Informationen an die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46.
Nachstehend ist die Steuerung der Energie, die dem Wärmeerzeugungskörper 32 zugeführt wird, unter Verwendung der Rangerwärmungseinrichtung 43 beschrieben. Zuerst wird der Widerstandswert der Rangerwärmungseinrichtung 43 erfasst und das Ergebnis wird in dem Speicher 43 gespeichert. Da die Rangerwärmungseinrichtung 43 auf die gleiche Weise wie die Wärmeerzeugungskörper 32 ausgebildet wird, ist ein zugehöriger Widerstandswert im Wesentlichen der gleiche wie der des Wärmeerzeugungskörpers 32, so dass der Widerstandswert der Rangerwärmungseinrichtung 43 als der Widerstandswert des Wärmeerzeugungskörpers 32 angesehen werden kann. In der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 werden entsprechend den Widerstandswertdaten und der Flüssigkeitsausstoßmengeneigenschaft, die in dem Speicher 49 gespeichert sind, Anstiegsdaten und Abfalldaten des Ansteuerungsimpulses für den Wärmeerzeugungskörper 32 bestimmt, wobei die bestimmten Ergebnisse an die UND-Schaltung über die Anschlüsse 48a, 44a ausgegeben werden. Als Ergebnis wird die Impulsbreite des Erwärmungsimpulses bestimmt. Wenn die Bilddaten von der Bilddatenübertragungsschaltung 42 zu der UND-Schaltung 39 über die Ansteuerungszeitsteuerungsschaltung 38 ausgegeben werden, wird der Wärmeerzeugungskörper 32 mit einer Impulsbreite mit Energie versorgt, die durch die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 bestimmt wird, mit dem Ergebnis, dass eine im Wesentlichen konstante Energie dem Wärmeerzeugungskörper 32 zugeführt wird.
(5) Andere Beispiele eines Flüssigkeitsausstoßkopfes
In dem in der 1 gezeigten Beispiel ist, obwohl ein Beispiel beschrieben worden ist, bei dem die Rillen, die die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 definieren, bei der Oberplatte 3 ausgebildet sind und das Element (Öffnungsplatte 4), das die Ausstoßöffnungen 5 aufweist, durch ein Element gebildet wird, das zu dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 unterschiedlich ist, der Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, nicht auf ein derartiges Beispiel begrenzt.
Bspw. kann eine Wand, die eine Dicke aufweist, die der der Öffnungsplatte entspricht, bei einer Endfläche der Oberplatte zurückgelassen werden und Ausstoßöffnungen können in der Wand durch eine Ionenstrahlbearbeitung oder eine Elektronenstrahlbearbeitung ausgebildet werden. Auf diese Weise kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf ohne Verwenden einer Öffnungsplatte hergestellt werden. Ferner kann an Stelle der Tatsache, dass die Rillen in der Oberplatte ausgebildet werden, wenn die Wände der Flüssigkeitsdurchflusswege in dem Elementsubstrat ausgebildet werden, eine Positionsgenauigkeit der Flüssigkeitsdurchflusswege in Bezug auf die Wärmeerzeugungskörper verbessert werden und die Konfiguration der Oberplatte kann vereinfacht werden. Obwohl bewegbare Elemente in der Oberplatte unter Verwendung des Fotolithographieprozesses ausgebildet werden können, kann, wenn die Wände der Flüssigkeitsdurchflusswege in dem Elementsubstrat auf diese Weise ausgebildet werden, zur gleichen Zeit, wenn die bewegbaren Elemente bei dem Elementsubstrat ausgebildet werden, das Elementsubstrat hergestellt werden, was nachstehend beschrieben wird.
Ferner haben die Erfinder einen Flüssigkeitsausstoßkopf vorgeschlagen, der bewegbare Elemente (die in Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt sind) aufweist, um eine Blasendruckübertragungsrichtung zu einer Stromabwärtsseite zu lenken. Als nächstes ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf angewendet wird, der bewegbare Elemente aufweist.
In 11 ist eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist. In 11 sind die gleichen Elemente wie diejenigen gemäß 1 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf, der in 11 gezeigt ist, ist ähnlich zu dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der in 1 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass bewegbare Elemente 6 bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet sind und ein Sensor 63 bei einem Teil jedes bewegbaren Elements 6 ausgebildet ist.
Jedes bewegbare Element 6 ist eine ausleger-getragene bzw. einseitig eingespannte dünne Membrane, die durch den Halbleiterwaferprozess ausgebildet wird, so dass sie dem entsprechenden Wärmeerzeugungskörper 2 gegenüberliegt, wobei sie den entsprechenden Flüssigkeitsdurchflussweg 7 in einen ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a, der mit der Ausstoßöffnung 5 verbunden ist, und einen zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b aufteilt, der den Wärmeerzeugungskörper 2 beinhaltet. Das bewegbare Element 6 weist einen Hebeldrehpunkt 6a bei einer Stromaufwärtsseite eines großen Flüssigkeitsdurchflusses (der durch die Flüssigkeitsausstoßoperation verursacht wird), der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 zu der Ausstoßöffnung 5 über das bewegbare Element 6 durchfließt, und ein freies Ende 6b bei einer Stromabwärtsseite des Hebeldrehpunkts 6a auf und ist von dem Wärmeerzeugungskörper 2 durch einen vorbestimmten Abstand beabstandet, um den gegenüberliegenden Wärmeerzeugungskörper 2 abzudecken. In dem in der 11 gezeigten Beispiel ist ein Blasenerzeugungsbereich 10 zwischen dem Wärmeerzeugungskörper 2 und dem bewegbaren Element 6 definiert.
In der Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, wirkt, wenn der Wärmeerzeugungskörper 2 erwärmt wird, eine Wärme auf die Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 10 zwischen dem bewegbaren Element 6 und dem Wärmeerzeugungskörper 2 mit dem Ergebnis, dass eine Blase oberhalb des Wärmeerzeugungskörpers 2 durch ein Filmsiedephänomen erzeugt wird und die Blase vergrößert wird. Ein Druck, der durch das Anwachsen der Blase erzeugt wird, wirkt bevorzugt auf das bewegbare Element 6 mit dem Ergebnis, dass das bewegbare Element 6 um den Hebeldrehpunkt 6a herum versetzt wird, um sich in großem Umfang hin zu der Ausstoßöffnung 6 zu öffnen, wie es durch die gestrichelte Linie in 11 gezeigt ist. Durch das Versetzen des bewegbaren Elements 6 oder bei dem Versetzungszustand des bewegbaren Elements werden die Übertragung des Drucks, der durch ein Auftreten der Blase erzeugt wird, und das Anwachsen der Blase selbst zu der Ausstoßöffnung 5 hin gerichtet, wodurch die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 5 ausgestoßen wird.
Durch das Bereitstellen des bewegbaren Elements 6, das den Hebeldrehpunkt 6a bei der Stromaufwärtsseite des Flüssigkeitsdurchflusses (der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8) und das freie Ende 6b bei der Stromabwärtsseite (der Seite der Ausstoßöffnung 5) aufweist, oberhalb des Blasenerzeugungsbereichs 10 wird nämlich die Druckübertragungsrichtung der Blase zu der Stromabwärtsseite gerichtet, mit dem Ergebnis, dass der Druck der Blase zu dem Flüssigkeitsausstoß direkt und effektiv beiträgt. Ähnlich zu der Druckübertragungsrichtung wird ebenso die Anwachsrichtung selbst der Blase zu der Stromabwärtsseite hin gerichtet, wobei somit die Blase bei der Stromabwärtsseite größer als bei der Stromaufwärtsseite anwächst. Auf diese Weise kann durch Steuern der Anwachsrichtung selbst der Blase und der Druckübertragungsrichtung der Blase mittels des bewegbaren Elements die grundsätzliche Ausstoßeigenschaft, wie bspw. eine Ausstoßeffektivität, eine Ausstoßkraft oder eine Ausstoßgeschwindigkeit, verbessert werden.
Demgegenüber wird, wenn die Blase beginnt, zu verschwinden, mit Hilfe der elastischen Kraft des bewegbaren Elements 6 die Blase schnell abgebaut, und das bewegbare Element wird schließlich zu einer zugehörigen Ursprungsposition zurückgeführt, die durch die durchgezogene Linie in 11 gezeigt wird. In diesem Fall fließt, um ein Kontaktvolumen der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich 10 zu kompensieren und ein Volumen zu kompensieren, das der ausgestoßenen Flüssigkeit entspricht, neue Flüssigkeit in den Blasenerzeugungsbereich von der Stromaufwärtsseite, d.h. von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8, wodurch eine Neubefüllung der Flüssigkeit bei dem Flüssigkeitsdurchflussweg bewirkt wird. Das Neubefüllen der Flüssigkeit wird auf effektive, angemessene und stabile Weise während der Rücksetzaktion des bewegbaren Elements 6 bewirkt.
Die vorstehend beschriebene Operation ist das Betriebsprinzip des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der die bewegbaren Elemente aufweist. In dem in der 11 gezeigten Beispiel wird unter Verwendung der Tatsache, dass das bewegbare Element 6 das Element ist, das bei der Oberfläche des Elementsubstrats 1 ausgebildet ist, ein Sensor 63 bei einem Teil des bewegbaren Elements 6, insbesondere bei einem Abschnitt, der von dem Elementsubstrat 1 beabstandet ist, ausgebildet. Das heißt, das bewegbare Element 6 selbst wird als ein Festkörperabschnitt verwendet und der Erfassungsabschnitt 132 und die Leitungen 133, die in der 6 gezeigt sind, oder der Erfassungsabschnitt 132a, der Referenzabschnitt 132b und die Leitungen 133a, 133b, die in den 7A bis 7E gezeigt sind, werden in dem bewegbaren Element 6 ausgebildet.
Durch Bereitstellen des Sensors 63 bei dem Teil des bewegbaren Elements 6 auf diese Weise kann ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen in einem Zustand, bei dem eine Stagnation oder Stockung des Durchflusses der Flüssigkeit bei den Wänden des Flüssigkeitsdurchflussweges 7 und der Einfluss der Wärme des Elementsubstrats 1 klein sind, der Zustand der Flüssigkeit erfasst werden. Zusätzlich können, da das bewegbare Element 6 bereitgestellt ist, die grundsätzliche Flüssigkeitsausstoßeigenschaft und die Neubefüllungseffektivität verbessert werden.
Die Position des Erfassungsabschnitts, der bei dem bewegbaren Element 6 ausgebildet ist, ist nicht speziell begrenzt, solange der Erfassungsabschnitt von der Oberfläche des Elementsubstrats 1 beabstandet ist und der gewünschte Zustand der Flüssigkeit erfasst werden kann. Da jedoch das bewegbare Element 6 dem Wärmeerzeugungskörper 2 gegenüberliegt, um geeignet zu sein, durch die Wärme von dem Wärmeerzeugungskörper 2 beeinflusst zu werden, ist es, wenn der Sensor 63 ein Temperatursensor ist, zu bevorzugen, dass der Erfassungsabschnitt bei einer Position positioniert ist, die weniger durch die Wärme von dem Wärmeerzeugungskörper 2 beeinflusst wird, bspw. bei einer Position, die von dem Wärmeerzeugungskörper 2 soweit wie möglich beabstandet ist, und noch mehr bevorzugt bei einer Position bei der Stromaufwärtsseite in Bezug auf die Flüssigkeitsdurchflussrichtung. Ferner ist es, wenn der Sensor 63 ein Drucksensor ist, am meisten zu bevorzugen, dass das bewegbare Element 6, das den durch die Erzeugung der Blase verursachten Druck direkt empfängt, bei einer Position ist, bei der der Drucksensor bereitgestellt ist.
Nachstehend ist ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden des bewegbaren Elements 6 bei dem Elementsubstrat 1 beschrieben.
In 12A bis 12E sind Schnittdarstellungen zur Beschreibung eines Beispiels eines Verfahrens zum Ausbilden des bewegbaren Elements 6 in dem in der 11 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf gezeigt, die entlang einer Richtung des Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen sind. In dem Herstellungsverfahren, das unter Bezugnahme auf die 12A bis 12E beschrieben ist, wird durch Verbinden des Elementsubstrats 1, bei dem die bewegbaren Elemente 6 ausgebildet sind, mit der Oberplatte 3, in der die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände ausgebildet sind, der Flüssigkeitsausstoßkopf, der in 11 gezeigt ist, hergestellt. Dementsprechend werden gemäß diesem Herstellungsverfahren, bevor die Oberplatte mit dem Elementsubstrat 1, das die bewegbaren Elemente 6 aufweist, verbunden wird, die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände in der Oberplatte ausgebildet.
Zuerst wird gemäß 12A eine TiW-Schicht oder -Lage (erste Schutzschicht) 76 mit einer Dicke von etwa 5000 Å zum Schützen der Verbindungsanschlussflächenabschnitte zur Bewirkung einer elektrischen Verbindung mit den Wärmeerzeugungskörpern 2 auf der gesamten Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Im Übrigen werden, obwohl es nicht gezeigt ist, vor der Bildung der TiW-Schicht 76 Leitungen zur Verbindung mit Leitungen des Sensors 63 (11) und eine SiN-Schicht als eine Schutzschicht hierfür bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet.
Dann wird gemäß 12B eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 4 μm zur Ausbildung eines Lückenbildungselements 71a auf der Oberfläche der TiW-Schicht 76 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Das Lückenbildungselement 71a erstreckt sich bis zu einem Bereich, bei dem eine SiN-Schicht 72a in einem Schritt geätzt wird, der in 12D gezeigt ist, die nachstehend beschrieben wird.
Durch Musterbildung bzw. Musterung der ausgebildeten Al-Schicht unter Verwendung des bekannten Fotolithographieprozesses wird lediglich ein Abschnitt der Al-Schicht entfernt, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht, wodurch das Lückenbildungselement 71a auf der Oberfläche der TiW-Schicht 76 ausgebildet wird. Dementsprechend wird ein Abschnitt der TiW-Schicht 76, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht, freigelegt. Das Lückenbildungselement 71a umfasst eine Al-Schicht zur Bildung der Lücke zwischen dem Elementsubstrat 1 und dem bewegbaren Element 6. Das Lückenbildungselement 71a wird auf dem gesamten Bereich (mit Ausnahme des Abschnitts, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht) der Oberfläche der TiW-Schicht 76 einschließlich einer Position ausgebildet, die dem Blasenerzeugungsbereich 10 zwischen dem Wärmeerzeugungskörper 2 und dem bewegbaren Element 6 entspricht, die in der 11 gezeigt sind. Folglich wird bei diesem Herstellungsverfahren das Lückenbildungselement 71a bis zu einem Abschnitt der Oberfläche der TiW-Schicht 76 ausgebildet, der den Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwänden entspricht. Wie es nachstehend beschrieben wird, agiert das Lückenbildungselement 71a als eine Ätzstoppschicht, wenn das bewegbare Element 6 durch das Trockenätzen ausgebildet wird.
Dann wird gemäß 12C eine SiN-Schicht 72a zur Bildung des bewegbaren Elements 6 auf der gesamten Oberfläche des Lückenbildungselements 71a und der gesamten offengelegten Oberfläche der TiW-Schicht 76 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens ausgebildet. Wenn die SiN-Schicht 72a unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung ausgebildet wird, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf 13 beschrieben ist, wird eine Antikavitationsschicht (aus Ta hergestellt), die auf dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt ist, über das Siliziumsubstrat, das das Elementsubstrat 1 bildet, geerdet bzw. mit Masse verbunden. Als Ergebnis können die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung, in dem Elementsubstrat 1 vor Ionen und Radikalen-Ladungen geschützt werden, die durch eine Plasmaentladung in einer Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung zerlegt werden.
Wie es in 13 gezeigt ist, sind in der Reaktionskammer 83a der Plasma-CVD-Vorrichtung zur Ausbildung der SiN-Schicht 72a eine HF-Elektrode 82a und eine Plattform 85a bereitgestellt, die mit einer vorbestimmten Entfernung einander gegenüberliegen. Eine Spannung wird an die HF-Elektrode 82a von einer HF-Energiezufuhr 81a außerhalb der Reaktionskammer 83a angelegt. Demgegenüber wird das Elementsubstrat 1 bei einer Oberfläche der Plattform 85a nahe bei der HF-Elektrode 82a angeordnet, so dass die Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 der HF-Elektrode 82a gegenüberliegt. Hierbei wird die Antikavitationsschicht (aus Ta hergestellt), die bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 des Elementsubstrats 1 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem Siliziumsubstrat des Elementsubstrats 1 verbunden und das Lückenbildungselement 71a wird über das Siliziumsubstrat des Elementsubstrats 1 und die Plattform 85a mit Masse verbunden.
In der Plasma-CVD-Vorrichtung mit einem derartigen Aufbau wird in einem Zustand, dass die Antikavitationsschicht mit Masse verbunden ist, Gas über ein Zufuhrrohr 84a in die Reaktionskammer 83a zugeführt, wodurch ein Plasma 46 zwischen dem Elementsubstrat 1 und der HF-Elektrode 82a erzeugt wird. Ionen und Radikale, die durch die Plasmaentladung in der Reaktionskammer 83a zerlegt werden, werden auf dem Elementsubstrat 1 gesammelt, wodurch die SiN-Schicht 72a auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet wird. In diesem Fall werden dennoch Ladungen bei dem Elementsubstrat 1 erzeugt. In diesem Fall kann, obwohl Ladungen bei dem Elementsubstrat 1 durch die Ionen und Radikalen erzeugt werden, da die Antikavitationsschicht wie vorstehend beschrieben mit Masse verbunden ist, verhindert werden, dass die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung in dem Elementsubstrat 1, durch die Ladungen auf Grund der Ionen und Radikalen beschädigt werden.
Dann wird gemäß 12D, nachdem eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 6100 Å auf der Oberfläche der SiN-Schicht 72a durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet ist, die ausgebildete Al-Schicht unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses gemustert, wodurch die Al-Schicht (nicht gezeigt) als eine zweite Schutzschicht auf einem Abschnitt der Oberfläche der SiN-Schicht 72a, der dem bewegbaren Element 6 entspricht, zurückgelassen wird. Die Al-Schicht als die zweite Schutzschicht wirkt als eine Schutzschicht (Ätzstoppschicht) oder Maske, wenn die SiN-Schicht 72a der Trockenätzung unterzogen wird, um das bewegbare Element 6 auszubilden.
Die SiN-Schicht 72a wird durch eine Ätzvorrichtung, die ein dielektrisches Kopplungsplasma verwendet, unter Verwendung der zweiten Schutzschicht als die Maske gemustert, mit dem Ergebnis, dass das bewegbare Element 6 durch den verbleibenden Abschnitt der SiN-Schicht 72a ausgebildet wird. In der Ätzvorrichtung wird ein Mischgas, das CF₄ und O₂ umfasst, verwendet, wobei in dem Schritt zum Mustern der SiN-Schicht 72a, wie es in der 11 gezeigt ist, nicht-erwünschte Abschnitte der SiN-Schicht 72a entfernt werden, um den Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 direkt bei dem Elementsubstrat 1 zu befestigen. Das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem bewegbaren Element 6 und dem Elementsubstrat 1 umfasst TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats 1 ist.
Wenn die SiN-Schicht 72a unter Verwendung der Trockenätzvorrichtung geätzt wird, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf 14 beschrieben ist, wird das Lückenbildungselement 71a über das Elementsubstrat 1 mit Masse verbunden. Als Ergebnis wird während des Trockenätzens verhindert, dass Ladungen auf Grund von Ionen und Radikalen, die durch eine Zerlegung des CF₄-Gases verursacht werden, in dem Lückenbildungselement 71a eingefangen werden, wodurch die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung, in dem Elementsubstrat 1 geschützt werden. Ferner wird in dem Ätzschritt, wie es vorstehend beschrieben ist, da das Lückenbildungselement 71a bei dem Abschnitt, der durch ein Entfernen der nicht-erwünschten Abschnitte der SiN-Schicht 72a freigelegt wird, d.h. einem zu ätzendem Bereich ausgebildet worden ist, die Oberfläche der TiW-Schicht 76 nicht freigelegt, wodurch das Elementsubstrat 1 durch das Lückenbildungselement 71a positiv geschützt wird.
Wie es in 14 gezeigt ist, sind in einer Reaktionskammer 83b der Trockenätzvorrichtung zum Ätzen der SiN-Schicht 72a eine HF-Elektrode 82b und eine Plattform 85b bereitgestellt, die einander mit einer vorbestimmten Entfernung gegenüberliegen. Eine Spannung wird an die HF-Elektrode 82b von einer HF-Energiezufuhr 81b außerhalb der Reaktionskammer 83a angelegt. Demgegenüber wird das Elementsubstrat 1 bei einer Oberfläche der Plattform 85b nahe bei der HF-Elektrode 82b angebracht, so dass die Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 der HF-Elektrode 82b gegenüberliegt. Hierbei ist das Lückenbildungselement 71a, das die Al-Schicht umfasst, elektrisch mit der Antikavitationsschicht (aus Ta hergestellt) verbunden, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt ist, wobei, wie es vorstehend beschrieben ist, die Antikavitationsschicht mit dem Siliziumsubstrat des Elementsubstrats 1 elektrisch verbunden ist und das Lückenbildungselement 71a über die Antikavitationsschicht und das Siliziumsubstrat des Elementsubstrats 1 und die Plattform 85b mit Masse verbunden ist.
In der Trockenätzvorrichtung mit einem derartigen Aufbau wird in einem Zustand, dass das Lückenbildungselement 71a mit Masse verbunden ist, das Mischgas (CF₄ und O₂) in die Reaktionskammer 83b über ein Zufuhrrohr 84b zugeführt, wodurch die SiN-Schicht 72a geätzt wird. In diesem Fall kann, obwohl Ladungen bei dem Elementsubstrat durch die Ionen und Radikalen erzeugt werden, die durch eine Zerlegung des CF₄-Gases erzeugt werden, da das Lückenbildungselement 71a mit Masse verbunden ist, wie es vorstehend beschrieben ist, verhindert werden, dass die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung, in dem Elementsubstrat 1 durch die Ladungen auf Grund der Ionen und Radikalen beschädigt werden.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann, obwohl das Mischgas (CF₄ und O₂) als das Gas verwendet worden ist, das in die Reaktionskammer 83b zugeführt wird, ein CF₄-Gas oder ein C₂F₆-Gas, das nicht mit O₂ vermischt ist, oder ein Mischgas von C₂F₆ und O₂ verwendet werden.
Obwohl das bewegbare Element 6, das aus SiN besteht, auf diese Weise ausgebildet wird, werden in dem Schritt zur Ausbildung des bewegbaren Elements 6 beginnend bei dem Schritt zur Ausbildung der SiN-Schicht 72a, wie es bspw, in den 7C bis 7E gezeigt ist, der Erfassungsabschnitt und Leitungen des bewegbaren Elements 6 ausgebildet.
Dann werden gemäß 12E unter Verwendung einer Mischsäure aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure die zweite Schutzschicht, die die Al-Schicht umfasst, und das Lückenbildungselement 71a, das die Al-Schicht umfasst, aufgelöst und entfernt, wodurch das bewegbare Element 6 bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet wird. Danach werden unter Verwendung von Wasserstoffperoxid Abschnitte der TiW-Schicht 76, die auf dem Elementsubstrat 1 entsprechend dem Blasenerzeugungsbereich 10 und den Anschlussflächen ausgebildet sind, entfernt.
Auf diese Weise wird das Elementsubstrat 1, das die bewegbaren Elemente 6 aufweist, hergestellt. Hierbei kann, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass der Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 direkt bei dem Elementsubstrat 1, wie es in 1 gezeigt ist, befestigt ist, unter Verwendung dieses Herstellungsverfahrens ein Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt werden, bei dem bewegbare Elemente bei einem Elementsubstrat über Sitzabschnitte befestigt sind. In diesem Fall wird vor dem Schritt zur Ausbildung des Lückenbildungselements 71a, der in 12B gezeigt ist, ein Sitzabschnitt zur Befestigung eines Endes des bewegbaren Elements, das entgegengesetzt zu dem zugehörigen freien Ende ist, bei dem Elementsubstrat auf der Oberfläche des Elementsubstrats nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern ausgebildet. Ebenso umfasst in diesem Fall das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem Sitzabschnitt und dem Elementsubstrat TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats ist.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel können, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwänden 9 in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, unter Verwendung des Fotolithographieprozesses zur gleichen Zeit, wenn die bewegbaren Elemente 6 in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden, die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden.
Nachstehend ist ein Beispiel von Schritten zur Ausbildung des bewegbaren Elements 6 und der Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9, wenn die bewegbaren Elemente 6 und die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9 in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden, unter Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben. Im Übrigen zeigen die 15A bis 15C und 16A bis 16C Schnittdarstellungen des Elementsubstrats, in dem die bewegbaren Elemente und die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände ausgebildet sind, die entlang einer Richtung entnommen sind, die senkrecht zu dem zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweg ist. Ferner wird in dem Beispiel, das in den 15A bis 15C und 16A bis 16C gezeigt ist, ähnlich zu dem Beispiel, das unter Bezugnahme auf die 12A bis 12E beschrieben ist, obwohl der Erfassungsabschnitt und die Leitungen bei dem bewegbaren Element 6 ausgebildet werden, da die Bildung derartiger Element die gleiche wie die in dem Beispiel ist, das unter Bezugnahme auf die 7A bis 7E beschrieben ist, in der nachfolgenden Beschreibung die Bildung des bewegbaren Elements 6 und der Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwänden 9 hauptsächlich beschrieben, wobei eine Beschreibung einer Bildung des Erfassungsabschnitts und der Leitungen bei dem bewegbaren Element 6 weggelassen wird.
Zuerst wird gemäß 15A eine (nicht gezeigte) TiW-Schicht (erste Schutzschicht) mit einer Dicke von etwa 5000 Å zum Schützen der Verbindungsanschlussflächenabschnitte zur Bewirkung einer elektrischen Verbindung mit den Wärmeerzeugungskörpern 2 auf der gesamten Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 4 μm zur Bildung eines Lückenbildungselements 71 wird bei der Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Die ausgebildete Al-Schicht wird unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses gemustert, wodurch eine Vielzahl von Lückenbildungselementen 7, die Al-Schichten zur Bildung der Lücke zwischen dem Elementsubstrat 1 und dem bewegbaren Element 6 umfassen, bei Positionen ausgebildet wird, die den Blasenerzeugungsbereichen 10 zwischen den Wärmeerzeugungskörpern 2 und dem bewegbaren Element 6 entsprechen, wie es in 11 gezeigt ist. Die jeweiligen Lückenbildungselemente 71 erstrecken sich bis zu einem Bereich, bei dem eine SiN-Schicht 72 zur Bildung der bewegbaren Elemente 6 in einem Schritt geätzt wird, der in 16B gezeigt ist, die nachstehend beschrieben wird. Die Lückenbildungselemente 71 agieren als Ätzstoppschichten, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 und die bewegbaren Elemente 6 durch ein Trockenätzen ausgebildet werden, was nachstehend beschrieben wird.
Somit werden Breiten der jeweiligen Lückenbildungselemente 71 in einer Richtung, die senkrecht zu dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 ist, ausgewählt, größer zu sein, als eine Breite des Flüssigkeitsdurchflussweges 7, der in einem Schritt ausgebildet wird, der in der 16B gezeigt ist, die nachstehend ausführlich beschrieben wird, so dass die Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 und die TiW-Schicht auf dem Elementsubstrat 1 nicht freigelegt werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 durch das Trockenätzen ausgebildet werden.
Ferner werden während des Trockenätzens Ionen und Radikale durch eine Zerlegung von CF₄-Gas erzeugt, die die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Funktionselemente des Elementsubstrats 1 beschädigen können. Die Lückenbildungselemente 71, die Al umfassen, fangen jedoch die Ionen und Radikale, um die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Funktionselemente des Elementsubstrats 1 zu schützen.
Dann wird gemäß 15B die SiN-Schicht 72 zur Bildung der bewegbaren Elemente 6 auf den Oberflächen der Lückenbildungselemente 71 und der Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Lückenbildungselementen 71 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens ausgebildet, um die Lückenbildungselemente 71 abzudecken. Hierbei wird, wenn die SiN-Schicht 72 unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung ausgebildet wird, wie es in Verbindung mit 13 beschrieben ist, die Antikavitationsschicht (aus Ta hergestellt), die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt ist, über das Siliziumsubstrat, das das Elementsubstrat 1 bildet, mit Masse verbunden. Als Ergebnis kann das Funktionselement, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung, in dem Elementsubstrat 1 vor Ladungen auf Grund von Ionen und Radikalen, die durch eine Plasmaentladung in einer Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung zerlegt werden, geschützt werden.
Dann wird gemäß 15C, nachdem eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 6100 Å auf der Oberfläche der SiN-Schicht 72 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet ist, die ausgebildete Al-Schicht unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses gemustert, wodurch eine Al-Schicht 73 als eine zweite Schutzschicht auf einem Abschnitt der Oberfläche der SiN-Schicht 72, der den bewegbaren Elementen 6 entspricht, d.h. bei einem bewegbaren Element, das Bereiche der Oberfläche der SiN-Schicht 72 bildet, zurückgelassen wird. Die Al-Schicht 73 agiert als eine Schutzschicht (Ätzstoppschicht), wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege durch das Trockenätzen ausgebildet werden.
Dann wird gemäß 16A eine SiN-Schicht 74 mit einer Dicke von etwa 50 μm zur Bildung der Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9 bei den Oberflächen der SiN-Schicht 72 und der Al-Schicht 73 durch ein Mikrowellen-CVD-Verfahren ausgebildet. Hierbei werden als ein Gas, das zur Ausbildung der SiN-Schicht 74 durch das Mikrowellen-CVD-Verfahren verwendet wird, Monosilane (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Argon (Ar) verwendet. Als Kombinationen von Gasen, die zu den vorstehend beschriebenen unterschiedlich sind, kann eine Kombination von Disilane (Si₂H₆) oder Ammoniak (NH₃) oder ein Mischgas verwendet werden.
Ferner ist unter einer Bedingung, dass eine Leistung der Mikrowelle, die eine Frequenz von 2,45 GHz aufweist, 1,5 kW ist, Monosilane von 100 sccm, Stickstoff von 100 scccm und Argon von 400 sccm als Gasströmungsrate zugeführt werden und ein Druck 5 mTorr (Hochvakuum) ist, die SiN-Schicht 74 ausgebildet worden. Ferner kann die SiN-Schicht 74 durch ein Mikrowellen-Plasma-CVD-Verfahren mit einem Gaskomponentenverhältnis, das zu dem vorstehend beschriebenen unterschiedlich ist, oder durch ein CVD-Verfahren ausgebildet werden, das eine HF-Energiezufuhr verwendet.
Wenn die SiN-Schicht 74 durch das CVD-Verfahren ausgebildet wird, wird ähnlich zu dem Verfahren zur Ausbildung der SiN-Schicht 72, das in Verbindung mit 13 beschrieben ist, die Antikavitationsschicht (aus Ta hergestellt), die auf den Wärmeerzeugungskörpern 2 gebildet ist, über das Siliziumsubstrat des Elementsubstrats 1 mit Masse verbunden. Als Ergebnis können die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung, in dem Elementsubstrat 1 vor den Ladungen auf Grund von Ionen und Radikalen, die durch die Plasmaentladung in der Reaktionskammer der CVD-Vorrichtung zerlegt werden, geschützt werden.
Nachdem die Al-Schicht auf der gesamten Oberfläche der SiN-Schicht 74 ausgebildet ist, wird die ausgebildete Al-Schicht unter Verwendung der bekannten Fotolithographie gemustert, um eine Al-Schicht 75 auf der Oberfläche der SiN-Schicht 74 mit Ausnahme eines Abschnitts, der den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entspricht, zu bilden. Wie es vorstehend beschrieben ist, werden, da die Breiten der jeweiligen Lückenbildungselemente 71 in der Richtung, die senkrecht zu dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 ist, größer sind als die Breite der Flüssigkeitsdurchflusswege 7, die in einem in 16B gezeigtem Schritt ausgebildet werden, Randabschnitte der Al-Schicht 74 oberhalb von Randabschnitten der Lückenbildungselemente 71 angeordnet.
Dann werden gemäß 16B die SiN-Schicht 74 und die SiN-Schicht 72 unter Verwendung einer Ätzvorrichtung, die ein dielektrisches gekoppeltes Plasma verwendet, gemustert, um die Flüssigkeitsdurchflusswegwände 9 und die bewegbaren Elemente 6 gleichzeitig auszubilden. In der Ätzvorrichtung werden unter Verwendung eines Mischgases, das CF₄ und O₂ umfasst, die SiN-Schicht 74 und die SiN-Schicht 72 mit Hilfe der Al-Schicht 72, 25 und der Lückenbildungselemente 71 als Ätzstoppschichten oder Masken geätzt. In dem Schritt zum Mustern der SiN-Schicht 72 werden nicht-erwünschte Abschnitte der SiN-Schicht 72 entfernt, so dass die Haltebefestigungsabschnitte der bewegbaren Elemente 6 direkt bei dem Elementsubstrat 1 befestigt sind. Das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 und dem Elementsubstrat 1 umfasst TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats 1 ist.
Wenn die SiN-Schichten 72, 74 unter Verwendung der Trockenätzvorrichtung geätzt werden, wie es in Verbindung mit 14 beschrieben ist, werden die Lückenbildungselemente 71 über das Elementsubstrat 1 mit Masse verbunden. Als Ergebnis wird verhindert, dass die Ladungen auf Grund der Ionen und Radikalen, die durch eine Zerlegung des CF₄-Gases während des Trockenätzens erzeugt werden, in den Lückenbildungselementen 71 eingefangen werden, wodurch die Funktionselemente, wie bspw. die Wärmeerzeugungskörper 2 und die Signalspeicherschaltung in dem Elementsubstrat 1 geschützt werden. Ferner wird, da die Breiten der Lückenbildungselemente 71 größer als die Breiten der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 sind, die bei diesem Ätzschritt ausgebildet werden, wenn die nicht-erwünschten Abschnitte der SiN-Schicht 74 entfernt werden, die Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 nicht freigelegt, so dass das Elementsubstrat 1 durch die Lückenbildungselemente 71 positiv geschützt ist.
Dann werden gemäß 16C unter Verwendung einer Mischsäure aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure die Al-Schichten 73, 75 erwärmt und geätzt, um die Al-Schichten 73, 75 und die Lückenbildungselemente 71, die die Al-Schichten umfassen, aufzulösen und zu entfernen, wodurch die bewegbaren Elemente 6 bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden. Danach werden unter Verwendung von Wasserstoffperoxid Abschnitte der TiW-Schicht als die Anschlussflächenschutzschicht, die auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet ist, entsprechend den Blasenerzeugungsbereichen 10 und den Anschlussflächen entfernt. Das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Flüssigkeitsdurchflussweg-Wand 9 umfasst TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats 1 ist.
(6) Anwendungsbeispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfes
Nachstehend ist eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, bei der der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßkopf angebracht wird, kurz beschrieben.
In 17 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 als ein Beispiel einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gezeigt, bei der der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht werden kann.
Gemäß 17 ist eine Tintenstrahlkopfkartusche 601 durch ein integrales Ausbilden des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfes und eines Tintentanks zum Beinhalten von Tinte, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführen ist, gebildet. Die Tintenstrahlkopfkartusche 601 ist bei einem Schlitten 607 angebracht, der in eine Spiralnut 606 einer Führungsschraube 605 eingreift, die (über Antriebskraft-Übertragungszahnräder 603, 604) synchron mit normalen Drehungen und Umkehrdrehungen eines Antriebsmotors 602 gedreht wird, so dass die Kartusche zusammen mit dem Schlitten 607 in Richtungen, die durch Pfeile a, b gezeigt sind, entlang einer Führung 608 durch eine Antriebskraft des Antriebsmotors 602 wechselseitig verschoben wird. Ein Aufzeichnungsmaterial P wird auf einer Schreibwalze 609 durch eine (nicht gezeigte) Aufzeichnungsmaterialbeförderungseinrichtung befördert und wird gegen die Schreibwalze 609 durch eine Blattpressplatte 610 entlang einer Verschiebungsrichtung des Schlittens 607 gedrückt.
Fotokopplungseinrichtungen 611, 612 sind in der Nähe eines Endes der Führungsschraube 605 angeordnet. Die Fotokopplungseinrichtungen bilden eine Ausgangspositionserfassungseinrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines Hebels 607a des Schlittens 607 in diesem Bereich und zum Umschalten einer Drehrichtung des Antriebsmotors 602.
Ein Trageelement 613 dient zum Tragen eines Kappenelements 614 zur Abdeckung einer Vorderfläche (Ausstoßöffnungsoberfläche), die die Ausstoßöffnungen der Tintenstrahlkopfkartusche 601 umfasst. Ferner dient eine Tintenabsaugeinrichtung 615 zum Absaugen von Tinte, die in dem Kappenelement 614 eingefangen ist, durch eine Leerlaufabsaugung von der Tintenstrahlkopfkartusche 601. Durch die Tintenabsaugeinrichtung 615 wird eine Absaugwiederherstellung der Tintenstrahlkopfkartusche 601 über einen Kappenöffnungsabschnitt 616 bewirkt. Eine Reinigungsklinge zum Reinigen der Ausstoßöffnungsoberfläche der Tintenstrahlkopfkartusche 601 kann durch ein Schiebeelement 618 in einer Vor- und Zurück-Richtung (eine Richtung, die senkrecht zu einer Verschiebungsrichtung des Schlittens 607 ist) verschoben werden. Die Reinigungsklinge 617 und das Schiebeelement 618 werden durch eine Körperhalterung 619 gehalten. Die Reinigungsklinge 617 ist nicht auf die Veranschaulichte begrenzt, sondern sie kann eine von anderen bekannten Reinigungsklingen sein.
Bei der Absaugwiederherstellungsoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfes wird ein Hebel 620 zum Starten des Absaugens in Reaktion auf eine Bewegung einer Kurvenscheibe oder Nocke 621, die in Eingriff mit dem Schlitten 607 ist, verschoben, wobei dieses Verschieben durch ein Umschalten der Antriebskraft von dem Antriebsmotor 602 mittels einer bekannten Übertragungseinrichtung, wie bspw. einem Kupplungsschalten, gesteuert wird. Ein (nicht gezeigter) Tintenstrahlaufzeichnungssteuerungsabschnitt zur Zufuhr von Signalen zu den Wärmeerzeugungskörpern des Flüssigkeitsausstoßkopfes der Tintenstrahlkopfkartusche 601 und zur Steuerung der Ansteuerung der vorstehend genannten Mechanismen ist in einem Körper der Vorrichtung bereitgestellt.
In der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, wird bzgl. des Aufzeichnungsmaterials P, das auf der Schreibwalze 609 durch die (nicht gezeigte) Aufzeichnungsmaterialbeförderungseinrichtung befördert wird, die Aufzeichnung auf der gesamten Breite des Aufzeichnungsmaterials P durch wechselseitiges Verschieben der Tintenstrahlkopfkartusche 601 ausgeführt.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Drucksensor bei einem bewegbaren Element bereitgestellt.
Durch ein Anordnen des bewegbaren Elements mit dem Drucksensorelement in dem Flüssigkeitsdurchflussweg kann der Druck, der durch die Blase verursacht wird, die oberhalb des Wärmeerzeugungselements erzeugt wird, durch das Drucksensorelement in Reaktion auf einen Versatz des bewegbaren Elements elektrisch gemessen werden. Insbesondere kann der Blasendruck von einer Versatzgröße des bewegbaren Elements in der Flüssigkeit geschätzt werden, wobei durch Einstellen der Ansteuerungsbedingung des Energieerzeugungselements auf der Grundlage einer derartigen Versatzgröße die Ausstoßeigenschaft stabilisiert werden kann.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
In 18 ist eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist.
Wie es in 18 gezeigt ist, umfasst der Flüssigkeitsausstoßkopf ein Elementsubstrat 1, auf dem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 2 (lediglich einer hiervon ist in 1 gezeigt) zur Bereitstellung von thermischer Energie zur Erzeugung von Blasen in der Flüssigkeit parallel angeordnet sind, eine Oberplatte 3, die mit dem Elementsubstrat 1 verbunden ist, eine Öffnungsplatte 4, die mit Vorderseiten des Elementsubstrats 1 und der Oberplatte 3 verbunden ist, bewegbare Elemente 6, die in Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 angeordnet sind, die in dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 definiert sind, Drucksensoren 200, die bei den jeweiligen bewegbaren Elementen 6 bereitgestellt sind und jeweils angepasst sind, einen Druck einer Blase zu erfassen, die in der Flüssigkeit erzeugt wird, oder einen Strömungsmitteldruck bzw. Flüssigkeitsdruck des Flüssigkeitsdurchflusses auf der Grundlage einer Störung oder Schwingung des bewegbaren Elements 6 zu erfassen.
Das Elementsubstrat 1 ist durch Ausbilden einer Siliziumoxidschicht oder einer Siliziumnitridschicht zur Isolation und Wärmeregeneration auf einem Siliziumsubstrat und durch Musterbildung von elektrischen Widerstandsschichten und Leitungen, die die Wärmeerzeugungskörper 2 auf dem Substrat bilden, aufgebaut. Durch Zuführen eines elektrischen Stroms zu den elektrischen Widerstandsschichten von den Leitungen strahlen die Wärmeerzeugungskörper 2 Wärme aus.
Die Oberplatte 3 definiert die Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechend den Wärmeerzeugungskörpern 2 sowie eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 8 zur Zufuhr der Flüssigkeit zu den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7. Zu diesem Zweck sind Flüssigkeitsweg-Seitenwände 9, die sich von einem Deckenabschnitt zu Abschnitten zwischen den Wärmeerzeugungskörpern 2 entsprechen, einstückig mit der Oberplatte ausgebildet. Die Oberplatte 3 wird aus einem Siliziummaterial ausgebildet, wobei Muster der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 durch Ätzen ausgebildet werden, oder es können, nachdem ein Material, das die Flüssigkeitsweg-Seitenwände 9 bildet, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, auf dem Siliziumsubstrat durch ein bekanntes Schichtbildungsverfahren, wie bspw. CVD, aufgebracht ist, Abschnitte, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechen, durch Ätzen ausgebildet werden.
Die Öffnungsplatte 4 ist mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen 5 versehen, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen entsprechen und mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 über die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 in Verbindung stehen. Die Öffnungsplatte 4 wird ebenso aus einem Siliziummaterial ausgebildet und kann bspw. durch Schneiden eines Siliziumsubstrats mit den darin ausgebildeten Ausstoßöffnungen 5 in eine Platte, die eine Dicke von etwa 10 bis 150 μm aufweist, ausgebildet werden. Im Übrigen ist die Öffnungsplatte 4 für die vorliegende Erfindung nicht unverzichtbar. Somit kann an Stelle der Öffnungsplatte 4 eine Wand mit einer Dicke, die der der Öffnungsplatte 4 entspricht, bei einer Vorderendseite der Oberplatte 3 zurückgelassen werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, wobei die Ausstoßöffnungen 5 in einer derartigen Wand ausgebildet werden können, wodurch eine Oberplatte mit Ausstoßöffnungen bereitgestellt wird.
Jedes bewegbare Element 6 ist eine dünne Membrane, die aus einem Siliziummaterial, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, ausgebildet ist und einseitig eingespannt bzw. freitragend gehalten wird, so dass es dem entsprechendem Wärmeerzeugungskörper 2 gegenüberliegt und es dem entsprechendem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 in einen ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a, der den Flüssigkeitsdurchflussweg 7 mit der Ausstoßöffnung 5 verbindet, und einen zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b aufteilt, der den Wärmeerzeugungskörper 2 umfasst.
Das bewegbare Element 6 weist einen Hebeldrehpunkt 6a bei einer Stromaufwärtsseite eines großen Flüssigkeitsdurchflusses (der durch die Flüssigkeitsausstoßoperation verursacht wird), der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 zu der Ausstoßöffnung 5 über das bewegbare Element 6 fließt, und ein freies Ende 6b bei einer Stromabwärtsseite des Hebeldrehpunkts 6a auf und ist von dem Wärmeerzeugungskörper 2 durch eine vorbestimmte Entfernung beabstandet, um den gegenüberliegenden Wärmeerzeugungskörper 2 abzudecken. Ein Blasenerzeugungsbereich 10 ist zwischen dem Wärmeerzeugungskörper 2 und dem bewegbaren Element 6 definiert.
Als nächstes ist das bewegbare Element 6, das den Drucksensor aufweist und dem Blasenerzeugungsbereich 10 gegenüberliegt, unter Bezugnahme auf 19A und 19B sowie 20 beschrieben.
In 19A ist eine Schnittdarstellung einer Düse, die das bewegbare Element 6 mit dem Drucksensor umfasst, gezeigt, die entlang einer Richtung des Flüssigkeitsdurchflussweges senkrecht zu dem Elementsubstrat 1 entnommen ist, und in 19B ist eine Darstellung gezeigt, die einen Zustand zeigt, dass das bewegbare Element 6 durch eine Blase versetzt wird, die in der Flüssigkeit durch den Wärmeerzeugungskörper 2 gemäß 19A erzeugt wird. Ferner ist in 20 eine Schnittdarstellung gezeigt, die elektrische Leitungen für die Drucksensoren der bewegbaren Elemente 6 zeigt, die in den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 angeordnet sind, die entlang einer Richtung entnommen ist, die parallel zu dem Elementsubstrat 1 ist.
Wie es in den 19A und 19B gezeigt ist, ist der Drucksensor 200, der an beiden zugehörigen Enden mit Elektroden 201 versehen ist, die mit Anschlussleitungen 202 verbunden sind, in dem bewegbaren Element 6 eingebaut.
Bspw. wird als der Drucksensor 200 in dem bewegbaren Element 6, das aus SiN hergestellt ist, ein Halbleiter-Dehnungsmessstreifen, der einen Piezowiderstandseffekt in einer Polysiliziumschicht verwendet, oder ein piezoelektrisches Element, das eine Spannung in Reaktion auf einen externen Druck erzeugt, verwendet. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das bewegbare Element bei einer oder beiden der oberen und unteren Seiten des Drucksensorelements 200 teilweise entfernt, so dass das Sensorelement auf wirksame Weise gebogen werden kann. Ferner ist, wie es in 20 gezeigt ist, unter den Elektroden 201 an beiden Enden des Drucksensorelements 200 des bewegbaren Elements 6 in den Flüssigkeitsdurchflusswegen eine Elektrode mit einer gemeinsamen Leitung 202a zusammen mit jeweiligen ähnlichen Elektroden der anderen Drucksensorelemente verbunden und die anderen Elektroden sind mit Segmentleitungen 202b der jeweiligen bewegbaren Elemente 6 verbunden.
Nachstehend ist ein Verfahren zur Herstellung des bewegbaren Elements 6 mit dem Drucksensor bei dem Elementsubstrat 1 unter Verwendung des fotolithographischen Prozesses beschrieben.
In 21A bis 21D und 22A und 22D sind Schnittdarstellungen zur Beschreibung eines Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung des bewegbaren Elements in dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der in der 1 und den 19A und 19B gezeigt ist, gezeigt, die entlang einer Richtung des zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges 7 entnommen sind. Bei dem Herstellungsverfahren, das unter Bezugnahme auf die 21A bis 21D und die 22A bis 22D beschrieben ist, wird durch ein Verbinden des Elementssubstrats, bei dem die bewegbaren Elemente 6 ausgebildet sind, mit der Oberplatte, bei der die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände ausgebildet sind, der in 1 gezeigte Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt. Dementsprechend werden gemäß diesem Herstellungsverfahren, bevor die Oberplatte mit dem Elementsubstrat 1, das die bewegbaren Element 6 aufweist, verbunden wird, die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände in der Oberplatte ausgebildet.
Zuerst wird gemäß 21A eine TiW-Schicht (erste Schutzschicht) 76 mit einer Dicke von etwa 5000 Å zum Schutz der Verbindungsanschlussflächenabschnitte zur Bewirkung einer elektrischen Verbindung mit dem Wärmeerzeugungskörpern 2 auf der gesamten Oberfläche des Elementsubstrats 1 nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern 2 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet.
Dann wird gemäß 21B eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 4 μm zur Ausbildung eines Lückenbildungselements 71a auf der Oberfläche der TiW-Schicht 76 durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Das Lückenbildungselement 71a erstreckt sich bis zu einem Bereich, bei dem eine SiN- Schicht 72a in einem Schritt geätzt wird, der in 21D gezeigt ist, die nachstehend beschrieben wird.
Durch Musterbildung bzw. Musterung der ausgebildeten Al-Schicht unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses wird lediglich ein Abschnitt der Al-Schicht, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht, entfernt, wodurch das Lückenbildungselement 71a auf der Oberfläche der TiW-Schicht 76 gebildet wird. Dementsprechend wird ein Abschnitt der Oberfläche der TiW-Schicht 76, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht, freigelegt. Das Lückenbildungselement 71a umfasst eine Al-Schicht zur Bildung der Lücke zwischen dem Elementsubstrat 1 und dem bewegbaren Element 6. Das Lückenbildungselement 71a wird bei dem gesamten Bereich (mit Ausnahme des Abschnitts, der dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 entspricht) der Oberfläche der TiW-Schicht 76 einschließlich einer Position, die dem Blasenerzeugungsbereich 10 zwischen dem Wärmeerzeugungskörper 2 und dem bewegbaren Element 6 entspricht, der in 1 gezeigt ist, ausgebildet. Folglich wird bei diesem Herstellungsverfahren das Lückenbildungselement 71a bis zu einem Abschnitt der Oberfläche der TiW-Schicht 76 ausgebildet, der den Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwänden entspricht.
Wie es nachstehend beschrieben wird, agiert das Lückenbildungselement 71a als eine Ätzstoppschicht, wenn das bewegbare Element 6 durch das Trockenätzen ausgebildet wird. Die TiW-Schicht 76, eine Ta-Schicht als die Antikavitationsschicht auf dem Elementsubstrat 1 und die SiN-Schicht (Schutzschicht) auf den Widerstandskörpern werden durch das Ätzgas geätzt, das zur Ausbildung der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verwendet wird. Um das Ätzen derartiger Lagen und Schichten zu verhindern, wird das Lückenbildungselement 71a auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet. Als Ergebnis wird, wenn die SiN-Schicht dem Trockenätzen unterzogen wird, um das bewegbare Element 6 auszubilden, die Oberfläche der TiW-Schicht 76 nicht freigelegt, mit dem Ergebnis, dass eine Beschädigung der TiW-Schicht 76 sowie der Funktionselemente in dem Elementsubstrat 1 auf Grund des Trockenätzens durch das Lückenbildungselement 71a verhindert werden kann.
Dann wird gemäß 21C eine SiN-Schicht 72a mit einer Dicke von etwa 2,5 μm zur Ausbildung des bewegbaren Elements 6 auf der gesamten Oberfläche des Lückenbildungselements 71a und der gesamten freigelegten Oberfläche TiW-Schicht 76 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens ausgebildet, um das Lückenbildungselement 71a abzudecken.
Dann wird, nachdem eine Polysiliziumschicht auf der gesamten Oberfläche der SiN-Schicht 72a ausgebildet ist, die ausgebildete Polysiliziumschicht unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses gemustert, wodurch eine Polysiliziumschicht 200a bei einem Abschnitt des bewegbaren Elements 6 zurückgelassen wird, der dem Drucksensorelement 200 entspricht (19A und 19B).
Dann werden, wie es in 22A gezeigt ist, in Verbindung mit beiden Enden der Polysiliziumschicht 200a, die das Drucksensorelement bildet, die Anschlussleitungen 202a, 202b (19A, 19B und 20), die aus Al oder Cu/W hergestellt sind, gemustert bzw. gestaltet.
Dann wird gemäß 22B eine SiN-Schicht 72b mit einer Dicke von etwa 2,0 μm zur Bildung des bewegbaren Elements 6 auf der gesamten Oberfläche der SiN-Schicht 72a durch das Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, um die Polysiliziumschicht 200a und die Anschlussleitungen 202a, 202b abzudecken.
Dann wird, nachdem eine Al-Schicht mit einer Dicke von etwa 6100 Å auf der Oberfläche der SiN-Schicht 72b durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet ist, die ausgebildete Al-Schicht unter Verwendung des bekannten fotolithographischen Prozesses gemustert, wodurch eine (nicht gezeigte) Al-Schicht (zweite Schutzschicht) bei einem Abschnitt der Oberfläche der SiN-Schicht 72b entsprechend dem bewegbaren Element 6 zurückgelassen wird. Die (nicht gezeigte) Al-Schicht (zweite Schutzschicht) wird jedoch nicht bei einem Teil der SiN-Schicht 72b auf der Polysiliziumschicht 200a zurückgelassen, um einen Teil der Polysiliziumschicht 200a während des (nachstehend beschriebenen) Trockenätzens freizulegen. Die Al-Schicht als die zweite Schutzschicht agiert als eine Schutzschicht (Ätzstoppschicht) oder Maske, wenn die SiN-Schichten 72a, 72b dem Trockenätzen unterzogen werden, um das bewegbare Element 6 auszubilden.
Gemäß 22C werden die SiN-Schichten 72a, 72b unter Verwendung einer Ätzvorrichtung, die ein dielektrisches gekoppeltes Plasma verwendet, mit Hilfe der zweiten Schutzschicht als die Maske gemustert, wodurch das bewegbare Element 6 durch die verbleibenden Abschnitte der SiN-Schichten 72a, 72b gebildet wird. In der Ätzvorrichtung wird ein Mischgas, das CF₄ und O₂ umfasst, verwendet, wobei in dem Schritt zur Musterung SiN-Schichten 72a, 72b, wie es in 1 gezeigt ist, ein nicht erwünschter Abschnitt der SiN-Schicht 72a entfernt wird, so dass der Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 direkt bei dem Elementsubstrat 1 befestigt wird. Das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 und dem Elementsubstrat 1 umfasst TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats 1 ist.
Dann werden gemäß 22D unter Verwendung einer Mischsäure aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure die zweite Schutzschicht, die die Al-Schicht umfasst, und das Lückenbildungselement 71a, das die Al-Schicht umfasst, aufgelöst und entfernt, wodurch das bewegbare Element 6 bei dem Elementsubstrat 1 ausgebildet wird. Danach werden unter Verwendung von Wasserstoffperoxid Abschnitte der TiW-Schicht 76, die auf dem Elementsubstrat 1 entsprechend dem Blasenerzeugungsbereich 10 und den Anschlussflächen ausgebildet sind, entfernt.
Auf diese Weise wird das Elementsubstrat 1, das die bewegbaren Elemente 6 umfasst, die die Drucksensorelemente aufweisen, hergestellt. Hierbei kann, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass der Haltebefestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 6 direkt bei dem Elementsubstrat 1, wie es in 1 gezeigt ist, befestigt ist, unter Verwendung dieses Herstellungsverfahrens ein Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt werden, bei dem bewegbare Elemente bei einem Elementsubstrat über Sitzabschnitte befestigt sind. In diesem Fall wird vor dem Schritt zur Ausbildung des Lückenbildungselements 71a, der in 21B gezeigt ist, ein Sitzabschnitt zur Befestigung eines Endes des bewegbaren Elements, das entgegengesetzt zu dem zugehörigen freien Ende ist, bei dem Elementsubstrat auf der Oberfläche des Elementsubstrats nahe bei den Wärmeerzeugungskörpern ausgebildet. Ebenso umfasst in diesem Fall das Komponentenmaterial des befestigten Abschnitts zwischen dem Sitzabschnitt und dem Elementsubstrat TiW, das ein Komponentenmaterial für die Anschlussflächenschutzschicht ist, und Ta, das ein Komponentenmaterial für die Antikavitationsschicht des Elementsubstrats ist.
Danach wird in der Oberplatte 3 als das andere Elementsubstrat ein Goldanschluss bei den Oberflächen, bei denen die elektrischen Verbindungsanschlussflächen ausgebildet sind, gebildet, wodurch konvexe Elektrodenabschnitte gebildet werden.
Obwohl es nicht gezeigt ist, werden die konvexen Elektroden der Oberplatten und konkave Elektroden des Elementsubstrats 1 unter Verwendung eines Metalleutektikums verbunden. In diesem Fall kann, wenn das gleiche Metall als Metall beider Seiten verwendet wird, eine Temperatur und ein Druck bei der Verbindung verringert werden und eine Verbindungsstärke kann vergrößert werden.
Dann werden Öffnungen 5 unter Verwendung eines Excimer-Lasers mit Hilfe einer Kontaktmaske ausgebildet, die auf der gesamten Oberfläche der Seite installiert ist. Auf diese Weise wird der in 1 gezeigte Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren können, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9 in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, zur gleichen Zeit, wenn die bewegbaren Elemente 6 in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet werden, die Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9 in dem Elementsubstrat 1 durch den fotolithographischen Prozess ausgebildet werden. Ferner kann, während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Struktur mit dem Halbleiter-Drucksensor unter Verwendung der Polysiliziumschicht 200a hergestellt wird, an Stelle der Polysiliziumschicht 200a, auch wenn ein piezoelektrisches Element verwendet wird, der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung in dem gleichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
In 23A und 23B ist ein Beispiel von Schaltungsanordnungen eines Elementsubstrats 1 und eines Elementsubstrats 3 gezeigt, in denen Ausgangssignale, die durch die bei den bewegbaren Elementen 6 bereitgestellten Drucksensoren erfasst werden, berechnet werden, um eine Energie zu steuern, die den Wärmeerzeugungskörpern zugeführt wird.
Wie es in der 23A gezeigt ist, umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 2, die in einer Linie angeordnet sind, Leistungstransistoren 41, die als Treiber bzw. Ansteuerungseinrichtungen agieren, UND-Schaltungen 39 zur Steuerung der Ansteuerung der Leistungstransistoren 41, eine Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 zur Steuerung der Ansteuerungszeitsteuerungen bzw. Ansteuerungszeitpunkte der Leistungstransistoren 41, eine Bilddatenübertragungsschaltung 42, die durch ein Schieberegister und eine Latch-Schaltung bzw. Signalspeicherschaltung gebildet wird, und (nicht gezeigte) Drucksensoren zur Erfassung eines Drucks von Blasen, die durch die Wärmeerzeugungskörper 2 erzeugt werden, indem Versatzgrößen von bewegbaren Elementen, die den Wärmeerzeugungskörpern 2 gegenüberliegen, überwacht werden.
Die Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 dient dazu, die Wärmeerzeugungskörper 2 in einer Zeitablaufweise mit Energie zu versorgen (die Wärmeerzeugungskörper nicht gleichzeitig mit Energie zu versorgen), um eine Energiezufuhrkapazität der Vorrichtung zu verringern, wobei ein Freigabesignal zur Ansteuerung der Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 von Freigabesignaleingangsanschlüssen 45k bis 45n zugeführt wird, die externe Kontaktanschlussflächen sind.
Ferner sind als externe Kontaktanschlussflächen, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, ein Eingangsanschluss 45a für eine Ansteuerungsenergiezufuhr für die Wärmeerzeugungskörper 32, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45b für die Leistungstransistoren 41, Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung einer Energie erforderlich sind, die die Wärmeerzeugungskörper 32 ansteuert, ein Ansteuerungsenergiezufuhranschluss 45f für die Logikschaltung, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45g, ein Eingangsanschluss 45i für serielle Daten, die dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 42 zugeführt werden, ein Eingangsanschluss 45h für ein serielles Taktsignal, das damit synchron ist, und ein Eingangsanschluss 34j für ein Signalspeichertaktsignal bzw. Latch-Taktsignal, das der Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung zugeführt wird, sowie Freigabesignaleingangsanschlüsse 45k bis 45n bereitgestellt.
Demgegenüber sind, wie es in 23B gezeigt ist, bei dem Elementsubstrat 3 als eine Oberplatte eine Sensoransteuerungsschaltung 47 zur Ansteuerung der Drucksensoren, eine Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zur Überwachung der Ausgabe von den Drucksensoren und zur Steuerung einer Energie, die den Wärmeerzeugungskörpern zugeführt wird, auf der Grundlage von Ergebnissen von den Sensoren und ein Speicher 49 zur Speicherung von Ausgangswertdaten, die durch die Drucksensoren erfasst werden, oder von Codewerten, die von den Ausgangswerten und zuvor gemessenen Flüssigkeitsausstoßgrößeneigenschaften für die Wärmeerzeugungskörper 2 (Flüssigkeitsausstoßmengen, wenn ein vorbestimmter Impuls unter einer vorgegebenen Temperatur zugeführt wird) der Wichtigkeit nach eingeordnet werden, als Kopfinformationen sowie zur Ausgabe derartiger Informationen an die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46.
Ferner sind als Verbindungskontaktanschlussflächen bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 Anschlüsse 44g, 44h und 48g, 48h zur Verbindung einer Ausstoßerwärmungs-Rangerwärmungseinrichtung 43 mit der Sensoransteuerungsschaltung 47, Anschlüsse 44b bis 44d und 48b bis 48d zur externen Verbindung der Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung der Energie zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 erforderlich sind, mit der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 und ein Anschluss 48a zur Zufuhr einer Ausgabe der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zu einem der Anschlüsse der UND-Schaltungen 39 bereitgestellt.
In der Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, werden zuerst die jeweiligen Versatze der bewegbaren Elemente 6 durch die Drucksensorelemente 200 erfasst und Ergebnisse werden in dem Speicher 49 gespeichert. In der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 werden entsprechend den Ausgangswertdaten und den Flüssigkeitsausstoßmengeneigenschaften, die in dem Speicher 49 gespeichert sind, Anstiegsdaten und Abfalldaten von Ansteuerungsimpulsen für die Wärmeerzeugungskörper 2 bestimmt und bestimmte Ergebnisse werden zu den UND-Schaltungen über die Anschlüsse 48a, 44a ausgegeben. Demgegenüber werden Bilddaten, die seriell eingegeben werden, in dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 43 gespeichert und in der Signalspeicherschaltung durch ein Latch-Signal bzw. Signalspeichersignal gespeichert sowie zu den UND-Schaltungen 39 über die Ansteuerungszeitsteuerungsschaltung 38 ausgegeben. Als Ergebnis werden die Impulsbreiten von Wärmeimpulsen entsprechend den Anstiegsdaten und Abfalldaten bestimmt und die Wärmeerzeugungskörper 2 werden mit derartigen Impulsbreiten mit Energie versorgt. Als Ergebnis wird den Wärmeerzeugungskörpern 2 eine im Wesentlichen konstante Energie zugeführt.
Als nächstes wird ein Beispiel einer Schaltung zur Überwachung der Ausgabe von dem Drucksensorelement unter Bezugnahme auf 24A, 24B, 25 und 26 beschrieben.
In den 24A und 24B ist eine Schaltung zur Überwachung der Ausgabe von dem Drucksensor, der die Polysiliziumschicht verwendet, gezeigt. In der 24A ist eine Schaltung zur Erfassung einer Ausgangsspannung des Drucksensors des bewegbaren Elements gezeigt, das in den 19A, 19B und 20 gezeigt ist, und in 24B ist ein schematisches Schaltungsdiagramm gemäß 24A gezeigt.
In den 24A und 24B fließt, wenn angenommen wird, das ein Widerstandswert der Polysiliziumschicht 200a in einem normalen Zustand r ist, ein elektrischer Strom i (= VDD/(R0 + R × r(R + r)) durch ein Amperemeter 203. Wenn der Wärmeerzeugungskörper (Energieerzeugungselement) mit Energie versorgt wird, um die Blase in der Aufzeichnungsflüssigkeit zu erzeugen, werden das bewegbare Element (Ventil) 6 und die Polysiliziumschicht 200a durch einen Druck der Blase versetzt. Da das Polysilizium eine Eigenschaft aufweist, bei der ein Widerstandswert im Wesentlichen proportional zu einer zugehörigen Versatzgröße vergrößert wird, wird der Widerstandswert r der Polysiliziumschicht 200a verändert, wenn das bewegbare Element 6 versetzt wird, mit dem Ergebnis, dass der durch das Amperemeter 203 gemessene Stromwert ebenso entsprechend verändert wird. Das heißt, auf der Grundlage der Änderung in dem Stromwert können die Versatzgröße des bewegbaren Elements 6, ein Blasendruck, eine Ausstoßenergie und ein Druck des bewegbaren Elements, der nach hinten gerichtet ist (zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer hin) gemessen werden.
Ferner ist gemäß der Schaltung, die in den 24A und 24B gezeigt ist, eine Spannung eines V_out-Anschlusses (VDD – i × R), wobei diese Spannung ebenso entsprechend der Änderung in dem Widerstandswert der Polysiliziumschicht 200a verändert wird. Somit wird ein V_out-Ausgangssignal zu dem Speicher 49 (23B) des Elementsubstrats 3 zurückgeführt. In diesem Fall kann in der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 durch Bewirken des Umschaltens und der Auswahl des Ansteuerungsimpulses und einer Einstellung der Impulsbreite auf der Grundlage des Rückführungssignals immer ein stabiler Blasendruck erhalten werden.
Wenn die Polysiliziumschicht in dem Drucksensorelement verwendet wird, wie es vorstehend beschrieben ist, ist es, da das Polysilizium eine Eigenschaft aufweist, bei der ein zugehöriger Dehnungswiderstand entsprechend einer Temperatur verändert wird, in einem in 25 gezeigten Beispiel wünschenswert, zusätzlich einen Temperatursensor 204 zur Überwachung der Temperatur der Polysiliziumschicht 200a bereitzustellen. Durch Anlegen einer Spannung VDD an die Polysiliziumschicht 200a über dem Temperatursensor 340 wird nämlich gemäß 25 die Änderung in der Eigenschaft der Polysiliziumschicht 200a auf Grund einer Änderung in der Temperatur, die durch die Wärme während der Blasenbildung verursacht wird, kompensiert, mit dem Ergebnis, dass die Rückführungssteuerung bzw. Regelung genauer ausgeführt werden kann.
Ferner können, wenn das piezoelektrische Element als das Drucksensorelement verwendet wird, wie es in einer in 26 gezeigten Schaltung der Fall ist, durch Messen einer elektromotorischen Kraft, die durch einen Versatz eines piezoelektrischen Elements 205 erzeugt wird, der durch den Blasendruck in der Aufzeichnungsflüssigkeit verursacht wird, die Versatzgröße des bewegbaren Elements 6 und der Blasendruck gemessen werden.
Ferner ist in der Schaltung gemäß 26 eine Spannung bei einem V_out-Anschluss gleich der elektromotorischen Kraft des piezoelektrischen Elements 205. Somit wird ein V_out-Ausgangssignal zu dem Speicher 49 (23B) des Elementsubstrats 3 zurückgeführt. Ebenso kann in diesem Fall in der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 durch Ausführen des Umschaltens und der Auswahl des Ansteuerungsimpulses auf der Grundlage des Rückführungssignals immer ein stabiler Blasendruck erhalten werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann auch bei der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2, um eine gute Bildqualität zu erhalten, wenn eine Blase in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer erzeugt wird und sie in den Flüssigkeitsdurchflussweg während der Neubefüllung verschoben wird, eine Schwierigkeit, dass die Flüssigkeit nicht ausgestoßen werden kann, unabhängig von dem Vorhandensein der Flüssigkeit in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer auftreten.
Um dies zu bewältigen, ist es zu bevorzugen, dass eine Verarbeitungsschaltung, in der, wenn eine Anomalie einer Blasenbildungsbedingung durch die Drucksensoren der bewegbaren Elemente 6 in den Flüssigkeitsdurchflusswegen erfasst wird, ein Anomalieergebnis zu einer Schaltung zur Steuerung einer Absaugwiederherstellungsoperation (nachstehend beschrieben) ausgegeben wird, bei dem Elementsubstrat 1 oder 3 bereitgestellt wird. Dabei können auf der Grundlage des Ausgangssignals von der Verarbeitungsschaltung durch ein erzwungenes Absaugen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf durch die Ausstoßöffnungen mittels einer Tintenabsaugeinrichtung der Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungsvorrichtung (nachstehend beschrieben) die Blasen in den Flüssigkeitsdurchflusswegen entfernt werden.
Als nächstes ist eine Erfassung der Blasenbildungsbedingung unter Verwendung des Drucksensor sowie eine Fehlerwiederherstellungsoperation unter Bezugnahme auf 27 und 28 beschrieben.
In der 27 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung einer Steuerungsoperation zur Erfassung der Anomalie der Blasenbildungsbedingung und zur Ausführung einer Ausstoßwiederherstellung des Kopfes in einem Nicht-Druck-Zustand beschrieben. Der Nicht-Druck-Zustand bedeutet eine Vorausstoßoperation aus einer Düse, die bei einem Einschalten der Aufzeichnungsvorrichtung oder vor einem Drucken nach der Wiederherstellungsoperation ausgeführt wird. Wie es in der 27 gezeigt ist, wird die Erwärmungseinrichtung (Wärmeerzeugungskörper 2) entsprechend der eingestellten Ansteuerungsbedingung angesteuert (Schritt S1 bis S3). In diesem Fall wird, wenn die Blase auf der Oberfläche der Erwärmungseinrichtung korrekt erzeugt wird, das bewegbare Element durch den Blasendruck versetzt. Somit kann eine Fehlerfreiheit oder ein Fehler der Blasenbildungsbedingung beurteilt werden, indem erkannt wird, ob das bewegbare Element in Reaktion auf die Ansteuerung der Erwärmungseinrichtung versetzt wird oder nicht, wobei eine Größe einer Blasenbildungsleistung durch die Versatzgröße des bewegbaren Elements erkannt werden kann. Nachdem die Erwärmungseinrichtung angesteuert ist, wird ein Ausgangssignal von dem Drucksensor, der bei dem bewegbaren Element bereitgestellt ist, erfasst und eine Fehlerfreiheit oder ein Fehler der Blasenbildungsbedingung wird auf der Grundlage des Ausgangswerts beurteilt (Schritte S4, S5).
Wenn die Blasenbildungsbedingung fehlerhaft ist, d.h. ein Ausstoß ist fehlerhaft, wird die fehlerhafte Düse gespeichert (Schritt S6). Demgegenüber werden, wenn kein Problem hinsichtlich der Blasenbildungsbedingung vorliegt, die Ausgangswertdaten von dem Drucksensor zu dem Speicher 49, der in 23B gezeigt ist, zurückgeführt, wobei bei dem Drucken die Breite des Impulses, der dem Wärmeerzeugungskörper 2 zugeführt wird, eingestellt werden kann, während auf die gespeicherten Ausgangswertdaten in der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 Bezug genommen wird (Schritt S7).
Die Operationen in den Schritten S1 bis S7 werden für alle Düsen wiederholt (Schritt S8). Im Übrigen kann gemäß diesem Beispiel, während die Blasenbildungsbedingungen der jeweiligen Düsen aufeinanderfolgend durch die Sensoren beurteilt werden, die Blasenbildungsbedingung der Vielzahl von Düsen beurteilt werden.
Nachdem die Blasenbildungsbedingungen aller Düsen beurteilt sind, wird beurteilt, ob Sensorausgangssignale aller Düsen fehlerfrei oder fehlerhaft sind, d.h., ob eine fehlerhafte Düse vorhanden ist oder nicht (Schritt S9). Außer in einem Fall, bei dem Sensorausgangssignale aller Düsen fehlerfrei sind, wird die Absaugwiederherstellungsoperation der Vorrichtung für Düsen ausgeführt (nachstehend beschrieben) (Schritt S10).
Auf diese Weise wird die Blasenbildungsbedingungserfassungssequenz in dem Nicht-Druck-Zustand abgeschlossen.
Demgegenüber ist in der 28 ein Flussdiagramm zur Beschreibung einer Steuerungsoperation zur Erfassung der Anomalie der Blasenbildungsbedingung sowie zur Ausführung einer Ausstoßwiederherstellung des Kopfes in einem Druckzustand beschrieben. Wie es in 28 gezeigt ist, wird die Erwärmungseinrichtung (Wärmeerzeugungskörper 2) entsprechend der eingestellten Ansteuerungsbedingung angesteuert und das Drucken wird ausgeführt (Schritt S12 bis S13), bis ein Druckbefehl auf der Grundlage der vorbestimmten Bilddaten beendet ist. Nachdem die Erwärmungseinrichtung angesteuert ist, wird ähnlich zu der Sequenz, die in der 27 gezeigt ist, ein Ausgangssignal von dem Drucksensor, der bei dem bewegbaren Element bereitgestellt ist, erfasst und ein fehlerfreier oder fehlerhafter Zustand der Blasenbildungsbedingung wird auf der Grundlage des Ausgangswert beurteilt (Schritte S14, S15). Wenn die Blasenbildungsbedingung fehlerhaft ist, d.h. ein Ausstoß ist fehlerhaft, wird die fehlerhafte Düse gespeichert (Schritt S16). Demgegenüber werden, wenn kein Problem bezüglich der Blasenbildungsbedingung vorhanden ist, die Ausgangswertdaten von dem Drucksensor zu dem Speicher 49, der in 23B gezeigt ist, zurückgeführt, wobei die Breite des Impulses, der dem Wärmeerzeugungskörper 2 für ein nächstes Drucken zugeführt wird, eingestellt wird, während auf die gespeicherten Ausgangswertdaten in der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 Bezug genommen wird (Schritt S17).
Nachdem die Blasenbildungsbedingungen aller Düsen beurteilt sind, wird beurteilt, ob Sensorausgangssignale aller Düsen fehlerfrei oder fehlerhaft sind, d.h., ob eine fehlerhafte Düse vorhanden ist oder nicht (Schritt S18). Außer in einem Fall, bei dem Sensorausgangssignale aller Düsen fehlerfrei sind, wird die Absaugwiederherstellungsoperation der Vorrichtung ausgeführt (nachstehend beschrieben).
Auf diese Weise wird die Blasenbildungsbedingungserfassungssequenz in dem Druckzustand abgeschlossen.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kopf, bei dem bewegbare Elemente in Düsen bereitgestellt sind und eine dynamische Viskosität der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsdurchflusswegen durch eine Erfassung einer Dehnung während des Versatzes der bewegbaren Elemente geschätzt wird, wodurch die Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungselemente eingestellt werden. Gemäß dieser Anordnung können ein Aufzeichnungskopf und eine Aufzeichnungsvorrichtung bereitgestellt werden, in denen eine dynamische Viskosität der Flüssigkeit in jeder Düse überwacht wird und ein Flüssigkeitströpfchenausstoß, der mit jedem Wärmeerzeugungselement verbunden ist, stabilisiert werden kann.
Genauer gesagt umfasst in einem Flüssigkeitsausstoßkopf, bei dem in ersten und zweiten Substraten, die miteinander verbunden sind, um eine Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen zu definieren, die mit einer Vielzahl von entsprechenden Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeit verbunden sind, eine Vielzahl von Energieerzeugungselementen, die in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, um eine Ausstoßenergie zum Ausstoßen der Flüssigkeiten aus den Ausstoßöffnungen zu erzeugen, und eine Vielzahl von Elementen oder Schaltungen, die unterschiedliche Funktionen aufweisen und angepasst sind, Ansteuerungsbedingungen der Energieerzeugungselemente zu steuern, bereitgestellt sind und ferner bewegbare Elemente, die in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, bereitgestellt sind, der Flüssigkeitsausstoßkopf Dehnungsmessstreifen, die bei den bewegbaren Elementen bereitgestellt sind, und einen Schaltungsabschnitt zum Lesen von Ausgangsspannungen, die durch die Dehnungsmessstreifen erfasst werden.
Ferner betrifft dieses Ausführungsbeispiel eine Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungsvorrichtung, die den vorstehend genannten Flüssigkeitsausstoßkopf aufweist und in der die Energieerzeugungselemente angesteuert werden, während die Energieerzeugungselemente auf der Grundlage der Ausgangsspannungen, die in dem Schaltungsabschnitt erhalten werden, eingestellt werden, wodurch die Aufzeichnung durch Ausstoßen der Flüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmedium ausgeführt wird.
In der vorstehend beschriebenen Anordnung können, da die bewegbaren Elemente, die die Dehnungsmessstreifen aufweisen, in den Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, Versatzgrößen der bewegbaren Elemente auf der Grundlage einer Änderung in einem Widerstand der Dehnungsmessstreifen elektrisch gemessen werden. Insbesondere kann eine dynamische viskose Kraft der Flüssigkeit und ein Temperaturfaktor, der die dynamische viskose Kraft beeinflusst, aus der verformten Größe des bewegbaren Elements in der Flüssigkeit geschätzt werden, wobei durch Einstellen der Ansteuerungsbedingung des Energieerzeugungselementes auf der Grundlage des geschätzten Ergebnisses die Ausstoßeigenschaft stabilisiert werden kann.
Nachstehend ist das dritte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
In 29A und 29B ist ein Beispiel von Schaltungsanordnungen eines Elementsubstrats 1 und eines Elementsubstrats 3 gezeigt, in denen Ausgangsspannungssignale, die durch die Dehnungssensoren erfasst werden, die bei den bewegbaren Elementen bereitgestellt sind, berechnet werden, um eine Energie zu steuern, die den Wärmeerzeugungskörpern zugeführt wird.
Gemäß 29A umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern (Ausstoßerwärmungseinrichtungen) 2, die in einer Linie angeordnet sind, Leistungstransistoren 41, die als Treiber bzw. Ansteuerungseinrichtungen agieren, UND-Schaltungen 39 zur Steuerung der Ansteuerung der Leistungstransistoren 41, eine Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 zur Steuerung der Ansteuerungszeitsteuerungen bzw. Ansteuerungszeitpunkte der Leistungstransistoren 41, eine Bilddatenübertragungsschaltung 42, die durch ein Schieberegister und eine Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung gebildet wird, und eine Rangerwärmungseinrichtung 43 für die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2.
Die Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 dient dazu, die Wärmeerzeugungskörper 2 in einer Zeitablaufweise mit Energie zu versorgen (die Wärmeerzeugungskörper 32 nicht gleichzeitig mit Energie zu versorgen), um eine Energiezufuhrkapazität der Vorrichtung zu verringern, wobei ein Erlaubnissignal bzw. Freigabesignal zur Ansteuerung der Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 von Freigabesignaleingangsanschlüssen 45k bis 45n zugeführt wird, die externe Kontaktanschlussflächen sind.
Ferner sind als externe Kontaktanschlussflächen, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, ein Eingangsanschluss 45a für eine Ansteuerungsenergiezufuhr für die Wärmeerzeugungskörper 32, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45b für die Leistungstransistoren 41, Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung einer Energie erforderlich sind, die die Wärmeerzeugungskörper 2 ansteuert, ein Ansteuerungsenergiezufuhranschluss 45f für die Logikschaltung, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45g, ein Eingangsanschluss 45i für serielle Daten, die dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 42 zugeführt werden, ein Eingangsanschluss 45h für ein serielles Taktsignal, das damit synchron ist, und ein Eingangsanschluss 34j für ein Signalspeichertaktsignal bzw. Latch-Taktsignal, das der Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung zugeführt wird, sowie Freigabesignaleingangsanschlüsse 45k bis 45n bereitgestellt.
Demgegenüber sind, wie es in 29B gezeigt ist, bei dem Elementsubstrat 3 als eine Oberplatte eine Sensoransteuerungsschaltung 47 zur Ansteuerung der (nicht gezeigten) Dehnungssensoren bei den bewegbaren Elementen 6, eine Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zur Überwachung der Ausgabe von den Drucksensoren und zur Steuerung einer Energie, die den Wärmeerzeugungskörpern zugeführt wird, auf der Grundlage von Ergebnissen von den Sensoren und ein Speicher 49 zur Speicherung von Ausgangswertdaten, die durch die Drucksensoren erfasst werden, oder von Codewerten, die von den Ausgangswerten und zuvor gemessenen Flüssigkeitsausstoßgrößeneigenschaften für die Wärmeerzeugungskörper 2 (Flüssigkeitsausstoßmengen, wenn ein vorbestimmter Impuls unter einer vorgegebenen Temperatur zugeführt wird) der Wichtigkeit nach eingeordnet werden, als Kopfinformationen sowie zur Ausgabe derartiger Informationen an die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46.
Ferner sind als Verbindungskontaktanschlussflächen bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 Anschlüsse 44g, 44h und 48g, 48h zur Verbindung einer Rangerwärmungseinrichtung 43 für die Ausstoßerwärmungseinrichtungen mit der Sensoransteuerungsschaltung 47, Anschlüsse 44b bis 44d und 48b bis 48d zur externen Verbindung der Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung der Energie zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 erforderlich sind, mit der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 und ein Anschluss 48a zur Zufuhr einer Ausgabe der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zu einem der Anschlüsse der UND-Schaltungen 39 bereitgestellt.
Bezüglich einer Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist in 30A und 30B ein Aufbau gezeigt, bei dem Dehnungsmessstreifen (Elemente zur Umwandlung einer Verformung des bewegbaren Elements in eine Änderung eines elektrischen Widerstands) in dem bewegbaren Element eingebaut sind. In der 30A ist eine Schnittdarstellung gezeigt, die eine Düse zeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist, und in der 30B ist eine Draufsicht des bewegbaren Elements gezeigt. Wie es in der 30A gezeigt ist, sind Dehnungsmessstreifen R1, R2 bei Oberflächenschichten des bewegbaren Elements 6 nahe bei der Oberplatte 3 bzw. nahe bei der Erwärmungseinrichtungsplatine 1 bereitgestellt. Bspw. ist, wie es in der 30B gezeigt ist, in diesen Dehnungsmessstreifen R1, R2 eine feine Polysilizium-Widerstandslinie oder -leitung 200 bei dem bewegbaren Element 6, das aus SiN hergestellt ist, ausgebildet, wobei beide Enden der Widerstandsleitung mit Leitungselektroden 201 verbunden sind.
Das Grundprinzip des Dehnungsmessstreifens ist nachstehend beschrieben. Zuerst wird, wenn angenommen sei, dass eine Länge einer Widerstandsstrebe L [m] ist und eine zugehörige Querschnittsfläche S [m²] ist, ein Gesamtwiderstandswert R [Ω] durch die nachstehende Gleichung dargestellt: R = ρL/S
Hierbei ist ρ ein spezifischer Widerstand [Ω·m]. Wenn der Widerstandskörper durch eine Deformation eines zu messenden Gegenstands verzogen wird, wird die Widerstandsleitung ausgedehnt. Als Ergebnis wird die Länge auf L + ΔL vergrößert und der Widerstand wird vergrößert. In diesem Fall wird die Querschnittsfläche auf S – ΔS verkleinert und der spezifische Widerstand wird von ρ auf ρ' verändert. Eine Beziehung zwischen einer vergrößerten Größe ΔR des Widerstands und einer vergrößerten Größe ΔL der Länge ist wie nachstehend beschrieben: R + ΔR = ρ' × (L + ΔL)/(S – ΔS) ≈ ρ × L/S + {ρ'/(S – ΔS) } × ΔL
Dementsprechend ist ΔR/R = (ρ'/ρ) × {S/(S – ΔS)} × (ΔL/L) = Kg × (ΔL/L)
Hierbei wird ein Einfluss der Änderung des spezifischen Widerstands und der Querschnittsfläche durch einen konstanten Koeffizienten Kg dargestellt. Dieser Koeffizient Kg (Änderung des Widerstands in Bezug auf eine Verformung wird Dehnungsfaktor genannt.
In 31 ist eine Brückenschaltung zur Umwandlung der Änderung des spezifischen Widerstands in eine Spannung unter Verwendung des Dehnungsfaktors gezeigt. Wie es in den 30A, 30B und 31 gezeigt ist, wird, wenn angenommen sei, dass Widerstandswerte R, R1, R2 [Ω] sind und eine Eingangsspannung E1 [V] ist, eine Ausgangsspannung E0 [V] wie nachstehend dargestellt: E0 = (R1 × R – R2 × R)/{(R1 + R) (R2 + R)} × E1
Hierbei wird, da bezüglich R1 und R2 die gleichen Widerstandsleitungen verwendet werden, R1 = R2 = r gebildet, wobei durch eine Verformung R1 zu r + Δr geändert wird und R2 zu r – Δr geändert wird. Somit wird die nachstehende Beziehung erhalten: E0 = { R × 2Δr/{(R + r) 2 – Δr2}} × E1
Hierbei gilt, da eine Verformungsgröße winzig ist und eine Änderung des spezifischen Widerstands in Bezug auf den Anfangswiderstand vernachlässigbar ist, E0 = {R × 2Δr/(R + r)2} × E1
Hierbei wird, wenn R ≈ r gilt, E0 = (1/2) × (Δr/r) × E1 gebildet. Somit ist bei der kleinen Änderung die Ausgangsspannung proportional zu der Widerstandsänderung Δr, wobei eine Spannung, die proportional zu der Verformung (Δr/r) ist, erhalten werden kann.
Bspw. wird im Falle einer Polysilizium-Widerstandsleistung mit einem Anfangswiderstandswert von 10 [Ω], wenn der Dehnungsfaktor etwa 100 ist und eine Verformungsgröße 50[μm] ist, die Änderungsgröße Δr des Widerstandswerts wie nachstehend beschrieben: Δr = 10 [Ω] × 50 × 10–6 × 100 = 50 [mΩ].
Wenn die Eingangsspannung E1 10 [V] ist, wird die Ausgangsspannung E0 25 [mV].
Auf diese Weise kann durch Erfassen der Ausgangsspannung E0 die Verformungsgröße des bewegbaren Elements 6 selbst gemessen werden. Insbesondere können die dynamische viskose Kraft der Flüssigkeit und der Temperaturfaktor, der die dynamische viskose Kraft beeinflusst, aus der Verformungsgröße des bewegbaren Elements in der Flüssigkeit geschätzt werden, wobei somit durch Einstellen der Impulsbreite und der Impulsform, die dem Wärmeerzeugungselement zugeführt wird, die Ausstoßeigenschaft stabilisiert werden kann.
Ferner können, da die dynamische Viskosität der Flüssigkeit geschätzt werden kann, durch das Wärmeerzeugungselement erzeugte Größen der Blase und einer Druckwelle, die zu einer Düsenvorderrichtung (zu der Ausstoßöffnung hin) und einer Düsenrückwärtsrichtung (zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer hin) zu verteilen sind, erfasst werden. Durch Steuern der Impulsbreite und der Impulsform, die dem Wärmeerzeugungselement zugeführt werden, kann auf der Grundlage der verteilten Größen der stabile Ausstoß immer aufrechterhalten werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Viskositätssensoren in den Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt.
In einem Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die Feuchtigkeit beinhaltet, wird, wenn der Ausstoß für einen langen Zeitraum nicht ausgeführt wird, Feuchtigkeit in der Flüssigkeit, die in den Ausstoßöffnungen und darum steht, verdunstet, was eine Viskosität der Flüssigkeit vergrößert, mit dem Ergebnis, dass eine Streuung bzw. Varianz in den Ausstoßmengen der Flüssigkeit, die aus den Ausstoßöffnungen ausgestoßen wird, vorhanden sein kann oder die Flüssigkeit bei den Ausstoßöffnungen anhaften kann, was einen fehlerhaften Ausstoß verursacht. Ferner kann auf Grund einer Änderung in einer Farbstoffdichte (Pigmentdichte) eine Qualität eines Bilds, das auf dem Aufzeichnungsträger gebildet wird, verschlechtert werden.
Zuvor ist die Steuerung der Ausstoßmenge auf der Grundlage der Temperatur des Elementsubstrats, das die elektrothermischen Wandler beinhaltet, und/oder einer Umgebungstemperatur ausgeführt worden. Ferner ist, um einen fehlerhaften Ausstoß zu verhindern, ein Vorausstoß als eine Ausstoßwiderherstellungsoperation ausgeführt worden. Der Vorausstoß dient zur Widerherstellung der Ausstoßeigenschaft auf eine derartige Weise, dass bspw. bei einer Ausgangsposition des Flüssigkeitsausstoßkopfes durch Zufuhr des normalen Kopfansteuerungssignals zu dem Flüssigkeitsausstoßkopf mehrmals die Flüssigkeit zu einem lichtabsorbierenden Körper ausgestoßen wird, der dem Flüssigkeitsausstoßkopf gegenüberliegt, um dadurch die Austrocknung der Oberfläche des Flüssigkeitsausstoßkopfes wiederherzustellen bzw. zu beheben und alte Flüssigkeit in den Ausstoßöffnungen auszustoßen.
Es ist allgemein bekannt, dass ein chronisches fehlerhaftes Drucken nach einer langen Zeit durch eine Vergrößerung der Viskosität der Flüssigkeit und/oder ein Anhaften der Flüssigkeit verursacht wird. Bei dem herkömmlichen Verfahren ist die Ausstoßwiderherstellungsoperation entsprechend den Faktoren eingestellt worden, die die Vergrößerung der Dichte der Flüssigkeit auf der Grundlage der Temperatur des Elementsubstrats und/oder der Umgebungstemperatur steuern. Ferner ist bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine relativ große Ausstoßmenge aufweist, wie bspw. 360 dpi, um eine Streuung in den Tintenausstoßmengen auf Grund einer Vergrößerung der Viskosität der Tinte sowie einen fehlerhaften Ausstoß auf Grund von Tinte, die bei den Ausstoßöffnungen anhaftet, zu unterdrücken, unabhängig von einer Druckbedingung und einer Nicht-Druck-Bedingung, die Ausstoßwiderherstellungsoperation automatisch für alle Ausstoßöffnungen ausgeführt worden, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist oder eine vorbestimmte Anzahl von Blättern gedruckt ist.
Jedoch wird, wenn die Aufzeichnungsdichte vergrößert wird, die Ausstoßmenge von Flüssigkeit klein und ferner wird die Größe der Energieerzeugungseinrichtungen ebenso klein, mit dem Ergebnis, dass eine Ausstoßenergie, die durch die Energieerzeugungseinrichtung erzeugt wird, geringer wird. Demgegenüber wird, obwohl die Vergrößerung der Viskosität der Flüssigkeit auf Grund einer Verringerung von Feuchtigkeit in der Flüssigkeit klein wird, da der Durchmesser der Ausstoßöffnung klein wird, die Ausstoßenergie noch geringer, mit dem Ergebnis, dass ein Vorausstoß vorab gebildet werden kann, wann immer die Abtastung ausgeführt wird.
Ferner sollte ein großer Spielraum erforderlich sein, wenn die Viskositäten der jeweiligen Flüssigkeiten in der Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen, die in dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgebildet sind, nicht direkt gemessen werden, sondern die Viskositäten der jeweiligen Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen durch einen gemessenen Wert dargestellt werden, wie bspw. die Temperatur des Elementsubstrats oder die Umgebungstemperatur, und die Viskositäten indirekt gemessen werden. Das heißt, es wird möglicherweise ein übermäßiger Vorausstoß ausgeführt, um die gewünschten Flüssigkeitsmengen aus allen der Vielzahl von Ausstoßöffnungen, die in dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgebildet sind, auszustoßen, wodurch ein Durchsatz verschlechtert wird und übermäßig viel Flüssigkeit verbraucht wird.
Unter Berücksichtigung des vorstehend Beschriebenen weist dieses Ausführungsbeispiel eine Aufgabe auf, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die einen derartigen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, bereitzustellen, bei denen ein Durchsatz verbessert wird und die Viskositätserfassungssensoren, die in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind und angepasst sind, Viskositäten von Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen zu erfassen, und eine Ausstoßsteuerungseinrichtung zum Zuführen von Ansteuerungsimpulsen auf der Grundlage von Ausgangssignalen von den Viskositätserfassungssensoren zu Energieerzeugungselementen umfassen.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung sind die Viskositätserfassungssensoren zum direkten Erfassen der Viskositäten von Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt, wobei, da die Ansteuerungsimpulse den Energieerzeugungselementen auf der Grundlage der Ausgangssignale von den Viskositätserfassungssensoren zugeführt werden, die Anzahl von Vorausstößen für jeden Flüssigkeitsdurchflussweg entsprechend der Viskosität der Flüssigkeit bei dem Vorausstoß gesteuert werden kann.
Der Viskositätserfassungssensor kann einen Satz von Elektroden umfassen, die mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg in Kontakt sind, wobei jede Elektrode bei einem Ende (nahe der Ausstoßöffnung) des Energieerzeugungselements, das in dem Elementsubstrat mit dem Flüssigkeitsdurchflussweg bereitgestellt ist, in den die Flüssigkeit von der Stromaufwärtsseite zugeführt wird und der mit der Ausstoßöffnung bei der Stromabwärtsseite in Verbindung steht, bereitgestellt sein kann.
Ferner dient in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung das Energieerzeugungselement dazu, die Blase in der Flüssigkeit durch Zuführen von thermischer Energie zu der Flüssigkeit zu erzeugen, wobei das bewegbare Elemente, das ein freies Ende bei der Stromabwärtsseite (hin zu der Ausstoßöffnung) aufweist und dem entsprechenden Energieerzeugungselement gegenüberliegt, in dem entsprechenden Flüssigkeitsdurchflussweg bereitgestellt ist, wobei zumindest eine der Elektroden bei dem bewegbaren Element bereitgestellt sein kann.
Ferner kann zumindest eine der Elektroden bei einer Wandoberfläche bereitgestellt sein, die der Flüssigkeit in dem entsprechenden Flüssigkeitsdurchflussweg der Oberplatte gegenüberliegt, oder zumindest eine der Elektroden kann bei einer Wandoberfläche bereitgestellt sein, die der Flüssigkeit in dem entsprechenden Flüssigkeitsdurchflussweg des Elementsubstrats gegenüberliegt.
Ferner kann die Ausstoßsteuerungseinrichtung dazu dienen, die Anzahl von Malen der Zufuhr von Ansteuerungsimpulsen zu steuern, oder sie kann dazu dienen, die Impulsbreite des Ansteuerungsimpulses zu steuern, oder sie kann dazu dienen die Impulsbreiten der Ansteuerungsimpulse zu steuern, die der Energieerzeugungseinrichtung zugeführt werden, so dass die Flüssigkeitsausstoßmengen von den Ausstoßöffnungen im Wesentlichen die gleichen werden, oder die Ausstoßsteuerungseinrichtung kann in dem Elementsubstrat bereitgestellt sein und kann dazu dienen, ein Ansteuerungssignal zu einer Wärmeisolations-Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung der Flüssigkeiten in allen Flüssigkeitsdurchflusswegen zuzuführen.
Ferner umfasst die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Beförderungseinrichtung zur Beförderung eines Aufzeichnungsträgers und eine Halteeinrichtung zum Halten des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ausführung der Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger, wobei sie zu einer Verschiebung in einer Richtung in der Lage ist, die quer zu einer Beförderungsrichtung des Aufzeichnungsträgers ist.
Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Wiederherstellungseinrichtung zur Ausführung einer Wiederherstellungsoperation zum Absaugen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf in Reaktion auf das Ausgangssignal aus dem Viskositätserfassungssensor umfassen.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist eine ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung hinsichtlich eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angegeben, der eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeit, erste und zweite Substrate zur Ausbildung einer Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen, die mit den jeweiligen Ausstoßöffnungen verbunden sind, indem diese Substrate miteinander verbunden werden, eine Vielzahl von Energieumwandlungselementen, die in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, um eine elektrische Energie in eine Ausstoßenergie für Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen umzuwandeln, einen Viskositätserfassungsabschnitt zur Erfassung von Viskositäten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen und eine Vielzahl von Elementen oder elektrischen Schaltungen, die unterschiedliche Funktionen aufweisen und angepasst sind, Ansteuerungsbedingungen der Energieumwandlungselemente zu steuern, umfasst, wobei die Elemente oder die elektrischen Schaltungen in den ersten und zweiten Substraten entsprechend zugehöriger Funktionen aufgeteilt sind. Im Übrigen umfasst in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Flüssigkeit Komponenten, wie bspw. Feuchtigkeit, die dazu neigt, zu verdunsten.
In 32 ist eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem nicht abgedeckten Beispiel gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist und in 33 ist eine schematische Darstellung einer Viskositätsmessschaltung gezeigt, die mit einer Elektrode verbunden ist, die in einer Oberplatte bereitgestellt ist.
Wie es in 32 gezeigt ist, umfasst der Flüssigkeitsausstoßkopf ein Elementsubstrat 1, bei dem eine Vielzahl von Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 zur Bereitstellung einer thermischen Energie für eine Erzeugung von Blasen in der Flüssigkeit parallel angeordnet sind, eine Oberplatte 3, die mit dem Elementsubstrat 1 verbunden ist und Elektroden 2200a, 2200b für einen Viskositätssensor 2200 aufweist, und eine Öffnungsplatte 4, die mit Vorderendseiten des Elementsubstrats 1 und der Oberplatte 3 verbunden ist.
Das Elementsubstrat 1 wird gebildet, indem eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht zur Isolation und Regeneration auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet werden und elektrische Widerstandsschichten und Leitungen, die die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 bilden, auf dem Substrat gemustert werden. Durch Zuführen eines elektrischen Stroms zu den elektrischen Widerstandsschichten von den Leitungen strahlen die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 Wärme aus.
Die Oberplatte 3 definiert die Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechend den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 8 zur Zufuhr der Flüssigkeit zu den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7. Zu diesem Zweck sind Flüssigkeitsdurchflussweg-Seitenwände 9, die sich von einem Deckenabschnitt zu Abschnitten zwischen den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 erstrecken, einstückig mit der Oberplatte 3 ausgebildet. Die Oberplatte 3 ist aus einem Siliziummaterial ausgebildet, wobei Muster der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 durch Ätzen ausgebildet werden, oder es können, nachdem ein Material, das die Flüssigkeitsweg-Seitenwände 9 bildet, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, auf dem Siliziumsubstrat durch ein bekanntes Schichtbildungsverfahren, wie bspw. CVD, aufgebracht ist, Abschnitte, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechen, durch Ätzen ausgebildet werden.
Die Elektroden 2200a, 2200b, die mit der Flüssigkeit in Kontakt sind und den Viskositätssensor 2200 zum Messen der Viskosität der Flüssigkeit in einem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a bilden, sind bei der Oberfläche der Oberplatte 3 in der Nähe der Ausstoßöffnungen 5 parallel entlang einer Durchflussrichtung bereitgestellt. Der Viskositätssensor 2200 weist eine Viskositätsmessschaltung auf, die in 33 gezeigt ist. Die Viskositätsmessschaltung umfasst einen Widerstand 2203 zum Vorgeben eines Widerstandswerts als einen Referenzwert und einen OP-Verstärker 2204, der eine Pufferfunktion hat. Ein Widerstand der Flüssigkeit 2201 ist ein Flüssigkeitswiderstand, der variabel mit der Viskosität der Flüssigkeit zwischen den Elektroden 2200a und 2200b ist. Die Viskositätsmessschaltung gibt eine Ausgangsspannung V aus, die ausgegeben wird, wenn eine Eingangsimpulsspannung 2202, die von einer (nachstehend beschriebenen) Viskositätssensoransteuerungsschaltung 47 (36) angelegt wird, durch den Widerstandswert des Widerstands 2201, d.h. die Viskosität der Flüssigkeit verändert wird. Da die Viskositätssensoren 2200 gleichzeitig durch den Halbleiterprozess ausgebildet werden, wenn die Oberplatte 3 ausgebildet wird, gibt es beinahe keine Streuung in den Eigenschaften zwischen den Viskositätssensoren 220 in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen 7. Im Übrigen sind, da die Viskosität dazu neigt, auf Grund einer Verdunstung von Feuchtigkeit in der Flüssigkeit insbesondere in der Nähe der Ausstoßöffnung 5 vergrößert zu werden, die Elektroden 2200a, 2200b in der Nähe der Ausstoßöffnung 5 angeordnet, um die Viskosität der Flüssigkeit in der Nähe der Ausstoßöffnung 5 zu messen. Ferner ist es weiter wünschenswert, dass die Elektroden 2200a, 2200b sich bei einer Stromabwärtsseite einer Stromabwärtsendseite der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 befinden. Die Öffnungsplatte 4 ist mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen 5 versehen, die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 über die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 in Kontakt sind. Die Öffnungsplatte 4 ist ebenso aus einem Siliziummaterial ausgebildet und kann bspw. ausgebildet werden, indem ein Siliziumsubstrat mit den darin ausgebildeten Ausstoßöffnungen 5 in eine Platte mit einer Dicke von etwa 10 bis 150 μm geschnitten wird. Im Übrigen ist die Öffnungsplatte 4 für die vorliegende Erfindung nicht unverzichtbar. Somit kann an Stelle der Öffnungsplatte 4 eine Wand mit einer Dicke, die der der Öffnungsplatte 4 entspricht, bei einer Vorderendseite der Oberplatte 3 zurückgelassen werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, wobei die Ausstoßöffnungen 5 in einer derartigen Wand ausgebildet werden können, wodurch eine Oberplatte mit Ausstoßöffnungen bereitgestellt wird.
Jedes bewegbare Element 6 ist eine dünne Membrane, die aus einem Siliziummaterial, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, ausgebildet ist und einseitig eingespannt bzw. freitragend gehalten wird, so dass es der entsprechenden Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 gegenüberliegt und es dem entsprechendem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 in einen ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a, der den Flüssigkeitsdurchflussweg 7 mit der Ausstoßöffnung 5 verbindet, und einen zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b aufteilt, der die Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 umfasst.
Das bewegbare Element 6 weist einen Hebeldrehpunkt 6a bei einer Stromaufwärtsseite eines großen Flüssigkeitsdurchflusses (der durch die Flüssigkeitsausstoßoperation verursacht wird), der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 zu der Ausstoßöffnung 5 über das bewegbare Element 6 fließt, und ein freies Ende 6b bei einer Stromabwärtsseite des Hebeldrehpunkts 6a auf und ist von der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 durch eine vorbestimmte Entfernung beabstandet, um die gegenüberliegende Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 abzudecken. Ein Blasenerzeugungsbereich 10 ist zwischen der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 und dem bewegbaren Element 6 definiert.
Ferner weist der Flüssigkeitsausstoßkopf Schaltungen und Elemente zur Ansteuerung der Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 und zur Steuerung der Ansteuerung der Erwärmungseinrichtungen auf. Diese Schaltungen und Elemente sind in dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 entsprechend zugehöriger Funktionen aufgeteilt. Ferner können, da das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 aus einem Siliziummaterial ausgebildet werden, diese Schaltungen und Elemente unter Verwendung des Halbleiterwaferprozesses auf einfache Weise und sehr klein ausgebildet werden.
Nachstehend ist eine Anordnung der Schaltungen und Elemente bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 beschrieben.
In 34A und 34B sind Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in 1 gezeigt ist, gezeigt, wobei 34A eine Draufsicht des Elementsubstrats ist und 34B eine Draufsicht der Oberplatte ist. Im Übrigen veranschaulichen 34A und 34B gegenüberliegende Oberflächen.
Wie es in der 34A gezeigt ist, umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2, die parallel angeordnet sind, eine Ansteuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend Bilddaten und einen Bilddatenübertragungsabschnitt 12 zur Ausgabe der eingegebenen Bilddaten an die Ansteuerungseinrichtung 11.
Der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 umfasst ein Schieberegister zur parallelen Ausgabe der Bilddaten, die seriell eingegeben werden, an die Ansteuerungseinrichtungen 11 und eine Signalspeicherschaltung bzw. eine Latch-Schaltung zur zeitweiligen Speicherung der Daten, die von dem Schieberegister ausgegeben werden. Im Übrigen kann der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 ausgelegt sein, die Bilddaten entsprechend den jeweiligen Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 auszugeben oder er kann ausgelegt sein, die Bilddaten zu einem jeweiligen Block auszugeben, wenn die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 in eine Vielzahl von Blöcken aufgeteilt sind. Insbesondere kann durch eine Bereitstellung einer Vielzahl von Schieberegistern in einem einzelnen Kopf, so dass Daten, die von einer Aufzeichnungsvorrichtung übertragen werden, in die Vielzahl von Schieberegistern aufgeteilt werden, eine Druckgeschwindigkeit auf einfache Weise vergrößert werden.
Demgegenüber sind, wie es in 34B gezeigt ist, in der Oberplatte 3 zusätzlich zu der Tatsache, dass Nuten bzw. Rillen 3a, 3b, die die Flüssigkeitsdurchflusswege und die gemeinsame Flüssigkeitskammer definieren, wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, Viskositätssensoren 2200 zur Messung der Viskositäten der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitsdurchflusswegen 7a, ein Viskositätssensoransteuerungsabschnitt 17 zur Ansteuerung der Viskositätssensoren 13, ein Ausstoßerwärmungseinrichtungssteuerungsabschnitt 16 zur Steuerung der Ansteuerungsbedingungen der Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse von den Sensoren, die durch den Viskositätssensoransteuerungsabschnitt 17 angesteuert werden, bereitgestellt. Im Übrigen ist die Oberplatte 3 mit einer Zufuhröffnung 3c versehen, durch die eine Flüssigkeit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer von einer externen Quelle zugeführt wird und die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden ist.
Ferner sind Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zum elektrischen Anschließen von Schaltungen oder Schaltkreisen, die in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet sind, an Schaltungen oder Schaltkreise, die in der Oberplatte 3 ausgebildet sind, bei entsprechenden Abschnitten der Schnittstelle zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 ausgebildet. Ferner ist das Elementsubstrat 1 mit externen Kontaktanschlussflächen 15 als Eingangsanschlüsse für externe elektrische Signale versehen. Die Abmessung des Elementsubstrats 1 ist größer als die der Oberplatte 3 und die externen Kontaktanschlussflächen 15 sind von der Oberplatte 3 freigelegt, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist.
Hierbei ist ein Beispiel einer Bildung von Schaltungen und dergleichen bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 beschrieben.
Bezüglich des Elementsubstrats 1 werden zuerst Schaltungen, die die Ansteuerungseinrichtung 11 und den Bilddatenübertragungsabschnitt 12 bilden, auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung des Halbleiterwaferprozessverfahrens ausgebildet. Dann werden die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 wie vorstehend beschrieben gebildet, wobei zuletzt die Verbindungskontaktanschlussflächen 15 und die externen Kontaktanschlussflächen 15 ausgebildet werden.
Bezüglich der Oberplatte 3 werden zuerst der Ausstoßerwärmungseinrichtungssteuerungsabschnitt 16, die Viskositätssensoren 2200 und eine Schaltung, die den Viskositätssensoransteuerungsabschnitt 17 bildet, auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung der Halbleiterwaferprozessverarbeitung ausgebildet. Dann werden, wie es vorstehend beschrieben ist, die Rillen bzw. Nuten 3a, 3b, die die Flüssigkeitsdurchflusswege und die gemeinsame Flüssigkeitskammer bilden, und die Zufuhröffnung 3c durch das Schichtbildungsverfahren und das Ätzen ausgebildet, wobei zuletzt die Verbindungskontaktanschlussflächen 18 ausgebildet werden.
Wenn das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, ausgerichtet und verbunden sind, sind die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 entsprechend den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen positioniert und die Schaltkreise, die bei dem Elementsubstrat und der Oberplatte ausgebildet sind, sind miteinander über die Verbindungsanschlussflächen 14, 18 elektrisch verbunden. Obwohl eine derartige elektrische Verbindung durch Bereitstellung von Goldzuleitungen auf den Verbindungsanschlussflächen 14, 18 realisiert werden kann, kann ein beliebiges anderes Verfahren verwendet werden. Auf diese Weise können durch ein elektrisches Verbinden des Elementsubstrats 1 mit der Oberplatte 3 über die Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zur gleichen Zeit, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden wird, die vorstehend genannten Schaltungen oder Schaltkreise elektrisch miteinander verbunden werden. Nachdem das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist, wird die Öffnungsplatte 4 mit den Vorderenden der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verbunden, wodurch der Flüssigkeitsausstoßkopf vervollständigt wird.
Im Übrigen weist, wie es in 32 gezeigt ist, der Flüssigkeitsausstoßkopf die bewegbaren Elemente 6 auf. Bezüglich der bewegbaren Elemente 6 werden, nachdem die Schaltungen auf dem Elementsubstrat ausgebildet sind, die bewegbaren Elemente auf dem Elementsubstrat 1 unter Verwendung des fotolitographischen Prozesses ausgebildet.
Der Grundaufbau ist beschrieben worden. Nachstehend werden die vorstehend genannten Schaltungen vollständig beschrieben. Im Übrigen sind derartige Schaltungen nicht auf Schaltungen begrenzt, die nachstehend vollständig beschrieben werden, solange die Schaltungen ausgelegt sind, eine ähnliche Operation auszuführen. Nachstehend ist eine Schaltungsanordnung des Elementssubstrats und der Oberplatte zur Steuerung der Energie, die den Ausstoßerwärmungseinrichtungen zugeführt wird, unter Bezugnahme auf 35A und 35B beschrieben.
Wie es in der 35A gezeigt ist, umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Ausstoßerwärmungseinrichtungen 32, die in einer Linie angeordnet sind, Leistungstransistoren, die die Ansteuerungsschaltung 11, die in der 34A gezeigt ist, bilden, UND-Schaltungen 39 zur Steuerung der Ansteuerung der Leistungstransistoren 41, eine Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 zur Steuerung der Ansteuerungszeitsteuerung der Leistungstransistoren 41 und eine Bilddatenübertragungsschaltung 42, die den Bilddatenübertragungsabschnitt 12, der in der 34A gezeigt ist, bildet und ein Schieberegister sowie eine Latch-Schaltung bzw. Signalspeicherschaltung umfasst.
Die Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 dient dazu, die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 in einer Zeitablaufweise mit Energie zu versorgen (die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 nicht gleichzeitig mit Energie zu versorgen), um eine Energiezufuhrkapazität der Vorrichtung zu verringern, wobei ein Erlaubnissignal bzw. Freigabesignal zur Ansteuerung der Ansteuerungszeitsteuerungslogikschaltung 38 von Freigabesignaleingangsanschlüssen 45k bis 45n zugeführt wird, die externe Kontaktanschlussflächen sind, die in der 34A gezeigt sind.
Ferner sind als externe Kontaktanschlussflächen, die bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt sind, ein Eingangsanschluss 45a für eine Ansteuerungsenergiezufuhr für die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45b für die Leistungstransistoren 41, Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung einer Energie erforderlich sind, die die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 ansteuert, ein Ansteuerungsenergiezufuhranschluss 45f für die Logikschaltung, ein Erdungsanschluss bzw. Masseanschluss 45g, ein Eingangsanschluss 45i für serielle Daten, die dem Schieberegister der Bilddatenübertragungsschaltung 42 zugeführt werden, ein Eingangsanschluss 45h für ein serielles Taktsignal, das damit synchron ist, und ein Eingangsanschluss 34j für ein Signalspeichertaktsignal bzw. Latch-Taktsignal, das der Signalspeicherschaltung bzw. Latch-Schaltung zugeführt wird, sowie Freigabesignaleingangsanschlüsse 45k bis 45n bereitgestellt.
Demgegenüber sind, wie es in der 35B gezeigt ist, bei einer Oberplatte 3 eine Viskositätssensoransteuerungsschaltung 47, die den Viskositätssensoransteuerungsabschnitt 17, der in 34B gezeigt ist, bildet und angepasst ist, Eingangsspannungsimpulse 2201 den Viskositätssensoren 2200 zuzuführen und eine Ausgangsspannung V zu erfassen, eine Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46, die den Ausstoßerwärmungseinrichtungssteuerungsabschnitt 16, der in der 34B gezeigt ist, bildet und angepasst ist, das Ausgangssignal von den Viskositätssensoren 2200 zu überwachen und eine Energie, die den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 zugeführt wird, auf der Grundlage der Ergebnisse von den Sensoren zu steuern, und ein Speicher 49 zur Speicherung einer Beziehung zwischen der Viskosität der Flüssigkeit, die durch den Viskositätssensor 2200 erfasst wird, und der Anzahl von Ausstößen bei dem Vorausstoß sowie einer Beziehung zwischen der Viskosität der Flüssigkeit und der Flüssigkeitsausstoßmenge als Kopfinformation und zur Ausgabe derartiger Daten zu der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 ausgebildet.
Ferner sind als Verbindungskontaktanschlussflächen, die in der 34B gezeigt sind, bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 Anschlüsse 44b bis 44d und 48b bis 48d zur externen Verbindung der Eingangsanschlüsse 45c bis 45e für Signale, die zur Steuerung der Energie zur Ansteuerung der Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 erforderlich sind, mit der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 und ein Anschluss 48a zur Eingabe einer Ausgabe der Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 zu einem der Anschlüsse der UND-Schaltungen 39 bereitgestellt.
Im Übrigen können als die Kopfinformationen, die in dem Speicher 49 gespeichert sind, neben der vorstehend genannten Beziehung zwischen der Viskosität der Flüssigkeit und der Anzahl von Ausstößen bei dem Vorausstoß Arten von auszustoßenden Flüssigkeiten (in dem Fall von Tinte eine Tintenfarbe oder dergleichen) beinhaltet sein. Der Grund hierfür ist, dass in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkeit eine Eigenschaft eines zugehörigen Stoffes sowie eine Ausstoßeigenschaft unterschiedlich sind. Die Speicherung der Kopfinformationen in dem Speicher 49 kann auf eine nichtflüchtige Weise ausgeführt werden, nachdem der Flüssigkeitsausstoßkopf zusammengebaut ist, oder kann durch eine Übertragung der Informationen von der Vorrichtungsseite ausgeführt werden, nachdem die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, bei der der Flüssigkeitsausstoßkopf angebracht ist, aufgebaut worden ist.
Ferner kann in dem Beispiel, das in den 35A und 35B gezeigt ist, der Speicher statt bei der Oberplatte 3 bei dem Elementsubstrat 1 bereitgestellt werden, solange irgendein Platz in dem Elementsubstrat 1 vorhanden ist.
Das Ausstoßen der Flüssigkeit bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist nachstehend beschrieben.
Als nächstes wird eine Schaltungsanordnung des Elementsubstrats und der Oberplatte zur Steuerung der Temperatur des Elementsubstrats unter Bezugnahme auf 36A und 36B beschrieben.
Wie es in der 36A gezeigt ist, umfasst das in der 35A gezeigte Elementsubstrat 1 ferner zusätzlich zu den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 zum Ausstoßen der Flüssigkeit eine Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 zur Erwärmung des Elementsubstrats 1 selbst, um die Temperatur des Elementsubstrats 1 einzustellen, und einen Leistungstransistor 56 als eine Ansteuerungseinrichtung für die Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55. Ferner wird als der Sensor 63 ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Elementsubstrats 1 verwendet.
Demgegenüber umfasst, wie es in der 36B gezeigt ist, die Oberplatte 3 eine Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 zur Steuerung der Ansteuerung der Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 auf der Grundlage des Ausgangssignals von dem Sensor 63 und der Flüssigkeitsviskositätsdaten, die durch die Viskositätssensoren 2200 erfasst und in dem Speicher 49 gespeichert werden. Die Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 weist eine Vergleichseinrichtung auf, die einen Schwellenwert, der auf der Grundlage der Temperatur vorbestimmt wird, die für das Elementsubstrat 1 erforderlich ist, mit dem Ausgangssignal von dem Sensor 63 vergleicht und ein Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungssignal zur Ansteuerung der Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 ausgibt, wenn das Ausgangssignal von dem Sensor 63 größer als der Schwellenwert ist. Die Temperatur, die für das Elementsubstrat 1 erforderlich ist, ist eine Temperatur, bei der die Viskosität der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf in einem stabilen Ausstoßbereich gehalten wird.
Anschlüsse 64a, 68a zur Eingabe des Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungssignals, das von der Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 ausgegeben wird, in den Leistungstransistor 56 für die Wärmehalteerwärmungseinrichtung sind auf dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 als Verbindungsanschlussflächen bereitgestellt. Die anderen Anordnungen sind die Gleichen wie diejenigen gemäß den 35A und 35B.
Mit der Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, wird die Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 durch die Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 angesteuert, um die Temperatur des Elementsubstrats 1 bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Als Ergebnis wird die Viskosität der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf in einem stabilen Bereich aufrechterhalten, wodurch ein guter Flüssigkeitsausstoß ermöglicht wird.
Im Übrigen gibt es in dem Sensor 63 eine Streuung auf Grund individueller Unterschiede. Somit kann, wenn es gewünscht wird, eine noch genauere Temperatureinstellung auszuführen, um eine derartige Streuung zu korrigieren, ein Korrekturwert für eine Streuung eines Ausgangswerts in dem Speicher 49 als Kopfinformation gespeichert werden und der Schwellenwert, der in der Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 eingestellt ist, kann entsprechend dem in dem Speicher 49 gespeicherten Korrekturwert eingestellt werden.
Während der Aufbau und das Herstellungsverfahren beschrieben worden sind, ist nachstehend ein Beispiel einer Steuerung eines Vorausstoßes bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In 37 ist ein Graph gezeigt, der die Ausgangsspannung von der in der 33 gezeigten Viskositätsmessschaltung zeigt.
Bei einem Zustand, dass die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg stationär ist, wird das Signal von dem Viskositätssensor 2200 der in der 33 gezeigten Viskositätsmessschaltung zugeführt. Der Wert des Widerstands 2201 in der Viskositätsmessschaltung ist ein Widerstandswert der Flüssigkeit in der Nähe der Ausstoßöffnung 5, wobei die Ausgangsspannung V, die diesem Widerstandswert entspricht, ausgegeben wird. Wenn die Viskosität der Flüssigkeit vergrößert wird, wird, da die Feuchtigkeit in der Flüssigkeit verdunstet, eine Ionendichte der Flüssigkeit pro Einheitsfläche vergrößert, wobei somit der Widerstandswert der Flüssigkeit verkleinert wird. Somit wird, wenn die Viskosität der Flüssigkeit vergrößert wird, die Ausgangsspannung V vergrößert. Gemäß 37 wird bspw., wenn die Viskosität der Flüssigkeit hoch ist, die Ausgangsspannung zu V1, und wenn die Viskosität der Flüssigkeit niedrig ist, wird die Ausgangsspannung zu V2. Demgegenüber wird die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V und der Anzahl von Ausstößen bei dem Vorausstoß in dem Speicher 49 vorher gespeichert. Die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 bestimmt die Anzahl von Vorausstößen auf der Grundlage der Ausgangsspannung V von der Viskositätsmessschaltung des Viskositätssensors 2200 und der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V und der Anzahl von Ausstößen bei dem Vorausstoß, die in dem Speicher 49 gespeichert ist, und führt die Ansteuerungsimpulse, die der Anzahl von Vorausstößen entsprechen, der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 zu. Das heißt, wenn die Viskosität der Flüssigkeit hoch ist, wird die Anzahl von Vorausstößen vergrößert, und wenn die Viskosität der Flüssigkeit niedrig ist, wird die Anzahl von Vorausstößen verkleinert. Da die Anzahl von Vorausstößen für jeden Flüssigkeitsdurchflussweg gesteuert wird, wird eine optimale Anzahl von Vorausstößen für jeden Flüssigkeitsdurchflussweg ausgeführt, wodurch eine Verringerung des Durchsatzes auf Grund eines übermäßigen Vorausstoßes verhindert wird.
Während ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Viskosität der Flüssigkeit durch die Menge an Feuchtigkeit beeinflusst wird, die von der Flüssigkeit verdunstet ist, wird jedoch der Faktor zur Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit nicht nur durch die Menge von Feuchtigkeit, die von der Flüssigkeit verdunstet ist, bestimmt, sondern er wird durch die Temperatur und/oder die Art der Flüssigkeit beeinflusst. Ferner kann bei einem Zustand, dass die Feuchtigkeit vollständig verdunstet ist, der Strom nicht zwischen den Elektroden 2200a und 2200b fließen. Wenn dies beachtet wird, können die Daten zur Bestimmung der Anzahl von Vorausstößen unter Berücksichtigung hiervon in dem Speicher 49 gespeichert werden und die Steuerung kann auf der Grundlage derartiger Daten ausgeführt werden.
Ferner kann der Viskositätssensor 2200 zur Messung der Ausstoßmenge der Flüssigkeit und zur Steuerung der Ausstoßmenge der Flüssigkeit verwendet werden sowie zur Steuerung der Anzahl von Vorausstößen verwendet werden.
Nachstehend ist ein Beispiel einer Steuerung der Ausstoßmenge der auszustoßenden Flüssigkeit beschrieben.
Die Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 wird erwärmt, um die Blase zu erzeugen, indem der Ansteuerungsimpuls der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 zugeführt wird, wodurch das bewegbare Element 6 versetzt wird, mit dem Ergebnis, dass die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 5 ausgestoßen wird. Nachdem die Flüssigkeit ausgestoßen ist, wird, wenn die Blase verschwindet, das bewegbare Element 6 zu einer zugehörigen Anfangsposition zurückgeführt. Unterdessen fließt, um das Volumen, das der ausgestoßenen Flüssigkeit entspricht, zu kompensieren, neue Flüssigkeit von der Stromaufwärtsseite, d.h. hin zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer hinein, wodurch eine Flüssigkeitsneubefüllung bei dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 ausgeführt wird. Die Durchflussrate der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a während der Neubefüllung, d.h. ein Volumen einer Flüssigkeit, das in den ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a während der Neubefüllung fließt, ist gleich dem Volumen der ausgestoßenen Flüssigkeit. Ferner wird die Durchflussrate der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit beeinflusst. Das heißt, je schneller die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist, desto größer ist die Durchflussrate. Ferner wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Viskosität der Flüssigkeit beeinflusst. Das heißt, je geringer die Viskosität der Flüssigkeit ist, desto schneller ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Ferner wird eine Leitfähigkeit, d.h. ein Widerstandswert mit der Viskosität der Flüssigkeit variiert. Somit kann durch ein Messen des Widerstandswert der Flüssigkeit (d.h. einer Ausgangsspannung V von der Viskositätsmessschaltung) die Ausstoßmenge der Flüssigkeit abschließend berechnet werden.
Daten bzgl. der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V und der Ausstoßmenge der Flüssigkeit, wie es vorstehend beschrieben ist, werden vorher in dem Speicher 49 gespeichert, wobei auf der Grundlage hiervon die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 den Ansteuerungsimpuls mit der Impulsbreite, die eine Spannungsdifferenz dV korrigiert, die in der 37 gezeigt ist, an die Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 anlegt. Ein Beispiel eines derartigen Ansteuerungsimpulses ist in 38 gezeigt. Das heißt, die Ansteuerungssignalsteuerungsschaltung 46 führt einen Ansteuerungsimpuls, der eine um Δt breitere Impulsbreite t1 als eine Ansteuerungsimpulsbreite t2 aufweist, die der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 zugeführt wird, die in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 bereitgestellt ist, der einen Spannungswert V2 ausgibt (der einen Zustand angibt, dass die Viskosität der Flüssigkeit niedrig ist und die Ausstoßmenge groß ist), zu der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 zu, die in dem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 bereitgestellt ist, der einen Spannungswert V1 ausgibt (der einen Zustand angibt, dass die Viskosität der Flüssigkeit hoch ist und die Ausstoßmenge klein ist), um die Ausstoßmenge zu vergrößern, um die Differenz in der Flüssigkeitsausstoßmenge zu beseitigen. Als Ergebnis kann eine Streuung in der Ausstoßmenge zwischen den Flüssigkeitsdurchflusswegen beseitigt werden.
Im Übrigen kann nicht nur die Ausstoßmenge der Flüssigkeit während des Druckens durch die Impulsbreitensteuerung gesteuert werden, sondern es kann auch der Vorausstoß unter Verwendung einer Kombination der Steuerung der Anzahl von Vorausstößen und der Impulsbreitensteuerung ausgeführt werden.
Ferner kann, auch wenn die absolute Ausstoßmenge der Flüssigkeit aus jedem Flüssigkeitsdurchflussweg gesteuert wird, um eine Differenz zwischen der absoluten Ausstoßmenge und der gewünschten Ausstoßmenge zu beseitigen, die Ausstoßmenge der Flüssigkeit gesteuert werden, indem die Impulsbreite des Ansteuerungsimpulses, der der Ausstoßerwärmungseinrichtung 2 zugeführt wird, geändert wird.
Alternativ hierzu kann, wenn die Ausstoßmenge der Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßen wird, vollständig klein ist, die Wärmehalteerwärmungseinrichtungssteuerungsschaltung 66 ein Signal ausgeben, um die Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 anzusteuern, wodurch die Viskosität der Flüssigkeit verkleinert wird, um die Ausstoßmenge der Flüssigkeit zu vergrößern.
Ferner kann die Ausstoßmenge der Flüssigkeit durch eine Kombination der Steuerung der Ausstoßmenge der Flüssigkeit, die durch eine Änderung der Impulsbreite des Ansteuerungsimpulses ausgeführt wird, der der Ausstoßerwärmungseinrichtung zugeführt wird, und der Steuerung der Ausstoßmenge der Flüssigkeit, die durch ein Ansteuern der Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 ausgeführt wird, um die Viskosität der Flüssigkeit zu verkleinern, gesteuert werden. Die Steuerung der Ausstoßmenge der Flüssigkeit, die durch die Wärmehalteerwärmungseinrichtung 55 ausgeführt wird, kann nicht nur die Ausstoßmenge der Flüssigkeit während der Aufzeichnung steuern, sondern auch den Vorausstoß mit einer Kombination der Steuerung der Anzahl von Vorausstößen und der Impulsbreitensteuerung ausführen.
Im Übrigen ist, obwohl ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Viskositätssensoren 2200 bei der Oberplatte 3 bereitgestellt sind, die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein derartiges Beispiel begrenzt, sondern die Viskositätssensoren können bei den bewegbaren Elementen 6 bereitgestellt sein.
Wenn die Viskositätssensoren 2200 bei den bewegbaren Elementen 6, die aus einem Siliziummaterial hergestellt sind, bereitgestellt sind, können die Sensoren durch das gleiche Halbleiterprozessverfahren wie das, das das Elementsubstrat und die Oberplatte 3 ausbildet, ausgebildet werden.
Ferner sind die Viskositätssensoren 2200 nicht auf die Anordnung begrenzt, bei der sie lediglich bei der Oberplatte 3 oder lediglich dem bewegbaren Element 6 bereitgestellt sind. Bspw. können die Elektroden 2200a bei der Oberplatte 3 bereitgestellt sein und die Elektroden 2200b können bei den bewegbaren Elementen 6 bereitgestellt sein.
Des Weiteren kann, wenn der Viskositätssensoransteuerungsabschnitt 17 bestimmt, dass die Flüssigkeit auf Grund einer Verstopfung der Ausstoßöffnung 5 nicht ausgestoßen wird, ein Signal zur Anforderung der Ausführung der Absaugwiederherstellungsoperation (nachstehend beschrieben) zu einem (nicht gezeigten) Wiederherstellungssteuerungsabschnitt ausgegeben werden, wodurch die Ausstoßeigenschaft des Flüssigkeitsausstoßkopfes wiederhergestellt wird. Es ist jedoch wünschenswert, dass sich die Elektroden 2200a, 2200b so nahe wie möglich in der Nähe der Ausstoßöffnungen 5 befinden. Ferner ist es noch mehr wünschenswert, dass sich die Elektroden 2200a, 2200b bei der Stromabwärtsseite der Stromabwärtsenden der Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 befinden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, indem die Viskositäten der Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen direkt gemessen werden und indem die Anzahl von Vorausstößen für jeweilige Flüssigkeitsdurchflusswege auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse gesteuert werden, ein übermäßiger Vorausstoß verhindert werden, wodurch der Durchsatz verbessert wird.
(Sechstes nicht abgedecktes Beispiel)
Als nächstes ist ein Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem nicht abgedecktem Beispiel beschrieben.
In 39 ist eine Schnittdarstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß dem nicht abgedecktem Beispiel gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist. Da der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem nicht abgedecktem Beispiel grundsätzlich der Gleiche wie der des fünften Ausführungsbeispiels ist mit der Ausnahme, dass kein bewegbares Element 6 vorhanden ist und Viskositätssensoren 500 bei einem Elementsubstrat 501 bereitgestellt sind, wird eine ausführliche Beschreibung hiervon weggelassen.
Elektroden 500a, 500b, die den Viskositätssensor 500 bilden, sind bei einer Oberplatte 503 bzw. dem Elementsubstrat 501 bereitgestellt.
Im Übrigen können in dem veranschaulichtem Beispiel, obwohl ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Elektroden 500a, 500b bei der Oberplatte 3 bzw. dem Elementsubstrat 501 bereitgestellt sind, die Elektroden 500a, 500b ebenso bei dem Elementsubstrat 501 bereitgestellt sein. Es ist jedoch wünschenswert, dass sich die Elektroden 500a, 500b so nahe wie möglich in der Nähe der Ausstoßöffnungen 5 befinden. Ferner ist es noch wünschenswerter, dass sich die Elektroden 500a, 500b stromabwärts von Stromabwärtsenden von Ausstoßerwärmungseinrichtungen 5 befinden.
Des Weiteren kann, wenn ein (nicht gezeigter) Viskositätssensoransteuerungsabschnitt bestimmt, dass die Flüssigkeit auf Grund eines Verstopfens der Ausstoßöffnung 5 nicht ausgestoßen wird, ein Signal zur Anforderung der Ausführung der Absaugwiederherstellungsoperation (nachstehend beschrieben) an einen (nicht gezeigten) Wiederherstellungssteuerungsabschnitt ausgegeben werden, wodurch die Ausstoßeigenschaft des Flüssigkeitsausstoßkopfes wiederhergestellt wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann gemäß dem veranschaulichtem Beispiel durch ein direktes Messen der Viskositäten der Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen und durch ein Steuern der Anzahl von Vorausstößen für jeweilige Flüssigkeitsdurchflusswege auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse ein übermäßiger Vorausstoß verhindert werden, wodurch der Durchsatz verbessert wird.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
In einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen einer Flüssigkeit, Flüssigkeitsdurchflusswege, die mit jeweiligen Ausstoßöffnungen verbunden sind, und Energieumwandlungselemente zum Zuführen einer Ausstoßenergie zu einer Flüssigkeit in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt, wobei Dichtesensoren in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt sind.
Genauer gesagt wird vorzugsweise ein Ionensensor als der Dichtesensor verwendet. Insbesondere wird vorzugsweise ein ionenselektiver elektrischer Feldeffekttransistor verwendet. Ferner wird vorzugsweise als das Energieumwandlungselement ein elektrothermischer Wandler verwendet, bei dem eine Blase in der Flüssigkeit durch Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie erzeugt wird und die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung durch eine Wirkkraft der Blase ausgestoßen wird.
Nachstehend ist ein nicht abgedecktes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
In 40 ist eine Schnittdarstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gezeigt, die entlang einer Richtung eines zugehörigen Flüssigkeitsdurchflussweges entnommen ist.
Wie es in der 40 gezeigt ist, umfasst der Flüssigkeitsausstoßkopf ein Elementsubstrat, auf dem eine Vielzahl von Ausstoßerwärmungseinrichtungen (lediglich eine ist in der 40 gezeigt) 2 zur Bereitstellung einer thermischen Energie zur Erzeugung von Blasen in der Flüssigkeit parallel angeordnet sind, eine Oberplatte 3, die mit dem Elementsubstrat verbunden wird, eine Öffnungsplatte 4, die mit Vorderendseiten des Elementsubstrats 1 und der Oberplatte 3 verbunden wird, und bewegbare Elemente 6, die in Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 angeordnet werden, die durch das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 definiert werden.
Das Elementsubstrat 1 wird durch Ausbilden einer Siliziumoxidschicht oder einer Siliziumnitridschicht zur Isolation und Regeneration auf einem Siliziumsubstrat und durch Musterbildung von elektrischen Widerstandsschichten und Leitungen, die die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 bilden, auf dem Substrat gebildet. Durch Zuführen eines elektrischen Stroms zu den elektrischen Widerstandsschichten von den Leitungen strahlen die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 Wärme aus. Das heißt, die Wärmeerzeugungskörper 2 sind elektrothermische Wandler.
Die Oberplatte 3 definiert die Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen 7, die den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 entsprechen, und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 8 zur Zufuhr der Flüssigkeit zu den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7. Zu diesem Zweck sind Flüssigkeitsweg-Seitenwände 7, die sich von einem Deckenabschnitt zu Abschnitten zwischen den Ausstoßerwärmungseinrichtungen 7 erstrecken, integral mit der Oberplatte ausgebildet. Die Oberplatte 3 ist aus einem Siliziummaterial ausgebildet und Muster der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 können durch Ätzen ausgebildet werden oder es können, nachdem ein Material, das die Flüssigkeitsweg-Seitenwände 9 bildet, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, auf dem Siliziumsubstrat durch ein bekanntes Schichtbildungsverfahren, wie bspw. CVD, aufgebracht ist, Abschnitte, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen 7 entsprechen, durch Ätzen ausgebildet werden.
Ferner ist der Flüssigkeitsausstoßkopf mit Ionensensoren 3200 versehen, die jeweils ionenselektive EFT (Elektrische Feldeffekttransistoren) umfassen. Der Ionensensor 3200 ist bei einer Position bei der Stromabwärtsseite eines freien Endes 6b eines bewegbaren Elements 6 (nachstehend beschrieben) bei der Oberplatte 3 angeordnet, so dass er mit der Flüssigkeit in einem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a in Kontakt ist. Um den Ionensensor 3200 zu betreiben, ist eine Referenzelektrode erforderlich, wobei die Referenzelektrode 3210 bei der Oberfläche des Elementsubstrats 1 angeordnet ist, um mit der Flüssigkeit in einem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b in Kontakt zu sein. Tatsächlich wird, wie es nachstehend beschrieben ist, eine Antikavitationsschicht, die auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 ausgebildet wird, als die Referenzelektrode 3210 verwendet.
Bei dieser Anordnung wird, obwohl das bewegbare Element 6 zwischen dem Ionensensor 3200 und der Referenzelektrode 3210 zwischengebracht ist, tatsächlich, da eine Lücke neben dem bewegbaren Element 6 ausgebildet ist (da das bewegbare Element 6 den zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg nicht vollständig von dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg trennt), auch wenn das bewegbare Element 6 in einer geschlossenen Position (Anfangsposition) positioniert ist, die durch die durchgezogene Linie in 40 gezeigt ist, eine Flüssigkeitsverbindungsbedingung, die für den Betrieb des Ionensensors 3200 erforderlich ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a und dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b aufrechterhalten. Ferner ist, obwohl es berücksichtigt wird, dass sich die Ionendichte zwischen dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a und dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b unterscheidet, da der Ionensensor 3200 nahe dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a angeordnet ist, die Dichte, die durch den Ionensensor 3200 gemessen wird, eine Dichte der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a.
Die Öffnungsplatte 4 ist mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen 5 versehen, die den Flüssigkeitsdurchflusswegen entsprechen und mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 9 durch die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verbunden sind. Die Öffnungsplatte 4 ist ebenso aus einem Siliziummaterial ausgebildet und kann bspw. gebildet werden, indem ein Siliziumsubstrat mit den darin ausgebildeten Ausstoßöffnungen 5 in eine Platte geschnitten wird, die eine Dicke von etwa 10 bis 150 μm aufweist. Im Übrigen ist die Öffnungsplatte 4 für die vorliegende Erfindung nicht unverzichtbar. Somit kann an Stelle der Öffnungsplatte 4 eine Wand, die eine Dicke aufweist, die der der Öffnungsplatte 4 entspricht, bei der Vorderseite der Oberplatte 3 zurückgelassen werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflusswege 7 in der Oberplatte 3 ausgebildet werden, und die Ausstoßöffnungen 5 können in einer derartigen Wand ausgebildet werden, wodurch eine Oberplatte mit Ausstoßöffnungen bereitgestellt wird.
Jedes bewegbare Element 6 ist eine dünne Membrane, die aus einem Siliziummaterial, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, ausgebildet ist und einseitig eingespannt bzw. freitragend gehalten wird, so dass es dem entsprechendem Wärmeerzeugungskörper 2 gegenüberliegt und es dem entsprechendem Flüssigkeitsdurchflussweg 7 in einen ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 7a, der den Flüssigkeitsdurchflussweg 7 mit der Ausstoßöffnung 5 verbindet, und einen zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 7b aufteilt, der den Wärmeerzeugungskörper 2 umfasst.
Das bewegbare Element 6 weist einen Hebeldrehpunkt 6a bei einer Stromaufwärtsseite eines großen Flüssigkeitsdurchflusses (der durch die Flüssigkeitsausstoßoperation verursacht wird), der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 8 zu der Ausstoßöffnung 5 über das bewegbare Element 6 fließt, und ein freies Ende 6b bei einer Stromabwärtsseite des Hebeldrehpunkts 6a auf und ist von dem Wärmeerzeugungskörper 2 durch eine vorbestimmte Entfernung beabstandet, um den gegenüberliegenden Wärmeerzeugungskörper 2 abzudecken. Ein Blasenerzeugungsbereich 10 ist zwischen dem Wärmeerzeugungskörper 2 und dem bewegbaren Element 6 definiert.
Ferner weist der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel Schaltungen und Elemente zur Ansteuerung der Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 und zur Steuerung der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper auf. Diese Schaltungen und Elemente sind in dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 entsprechend zugehöriger Funktionen aufgeteilt. Ferner können, da das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3 aus einem Siliziummaterial ausgebildet werden, diese Schaltungen und Elemente unter Verwendung des Halbleiterwaferprozesses auf einfache Weise und sehr klein ausgebildet werden.
Nachstehend ist eine Anordnung der Schaltungen und Elemente bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 beschrieben.
In 41A und 41B sind Darstellungen zur Beschreibung einer Schaltungsanordnung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in 40 gezeigt ist, gezeigt, wobei 41A eine Draufsicht des Elementsubstrats ist und 41B eine Draufsicht der Oberplatte ist. Im Übrigen veranschaulichen 41A und 41B gegenüberliegende Oberflächen.
Wie es in der 41A gezeigt ist, umfasst das Elementsubstrat 1 eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörper 2, die parallel angeordnet sind, eine Ansteuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend Bilddaten und einen Bilddatenübertragungsabschnitt 12 zur Ausgabe der eingegebenen Bilddaten an die Ansteuerungseinrichtung 11.
Der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 umfasst ein Schieberegister zur parallelen Ausgabe der Bilddaten, die seriell eingegeben werden, an die Ansteuerungseinrichtungen 11 und eine Signalspeicherschaltung bzw. eine Latch-Schaltung zur zeitweiligen Speicherung der Daten, die von dem Schieberegister ausgegeben werden. Im Übrigen kann der Bilddatenübertragungsabschnitt 12 ausgelegt sein, die Bilddaten entsprechend den jeweiligen Wärmeerzeugungskörpern 2 auszugeben oder er kann ausgelegt sein, die Bilddaten zu einem jeweiligen Block auszugeben, wenn die Wärmeerzeugungskörper 2 in eine Vielzahl von Blöcken aufgeteilt sind. Insbesondere kann durch eine Bereitstellung einer Vielzahl von Schieberegistern in einem einzelnen Kopf, so dass Daten, die von einer Aufzeichnungsvorrichtung übertragen werden, in die Vielzahl von Schieberegistern aufgeteilt werden, eine Druckgeschwindigkeit auf einfache Weise vergrößert werden.
Demgegenüber werden, wie es in der 41B gezeigt ist, in der Oberplatte 3 die Nuten bzw. Rillen 3a, 3b, die die Flüssigkeitsdurchflusswege und die gemeinsame Flüssigkeitskammer definieren, wie vorstehend beschrieben ausgebildet. Wie es nachstehend beschrieben wird, sind die Ionensensoren 3200 (in der 41B nicht gezeigt) in den Rillen 3a entsprechend den Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt. Ferner ist ein Wärmeerzeugungskörpersteuerungsabschnitt 16 zur Steuerung der Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungskörper 2 auf der Grundlage der Ausgangsergebnisse von den Ionensensoren 3200 bereitgestellt. Im Übrigen ist die Oberplatte 3 mit einer Zufuhröffnung 3c versehen, durch die eine Flüssigkeit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer von einer externen Quelle zugeführt wird und die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden ist.
Ferner sind Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zum elektrischen Anschließen von Schaltungen oder Schaltkreisen, die in dem Elementsubstrat 1 ausgebildet sind, an Schaltungen oder Schaltkreise, die in der Oberplatte 3 ausgebildet sind, bei entsprechenden Abschnitten der Schnittstelle zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 ausgebildet. Ferner ist das Elementsubstrat 1 mit externen Kontaktanschlussflächen 15 als Eingangsanschlüsse für externe elektrische Signale versehen. Die Abmessung des Elementsubstrats 1 ist größer als die der Oberplatte 3 und die externen Kontaktanschlussflächen 15 sind von der Oberplatte 3 freigelegt, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist.
Hierbei ist ein Beispiel einer Bildung von Schaltungen und dergleichen bei dem Elementsubstrat 1 und der Oberplatte 3 beschrieben.
Bezüglich des Elementsubstrats 1 werden zuerst Schaltungen, die die Ansteuerungseinrichtung 11 und den Bilddatenübertragungsabschnitt 12 bilden, auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung des Halbleiterwaferprozessverfahrens ausgebildet. Dann werden die Ausstoßerwärmungseinrichtungen 2 wie vorstehend beschrieben gebildet, wobei zuletzt die Verbindungskontaktanschlussflächen 15 und die externen Kontaktanschlussflächen 15 ausgebildet werden.
Bezüglich der Oberplatte 3 werden zuerst die Ionensensoren (und eine damit verbundene Ansteuerungsschaltung) und eine Schaltung, die den Ausstoßerwärmungseinrichtungssteuerungsabschnitt 16 bildet, auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung des Halbleiterwaferprozessverfahrens ausgebildet. Dann werden, wie es vorstehend beschrieben ist, die Rillen bzw. Nuten 3a, 3b, die die Flüssigkeitsdurchflusswege und die gemeinsame Flüssigkeitskammer bilden, und die Zufuhröffnung 3c durch das Schichtbildungsverfahren und das Ätzen ausgebildet, wobei zuletzt die Verbindungskontaktanschlussflächen 18 ausgebildet werden.
Wenn das Elementsubstrat 1 und die Oberplatte 3, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, ausgerichtet und verbunden sind, sind die Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen positioniert und die Schaltkreise, die bei dem Elementsubstrat und der Oberplatte ausgebildet sind, sind miteinander über die Verbindungsanschlussflächen 14, 18 elektrisch verbunden. Obwohl eine derartige elektrische Verbindung durch Bereitstellung von Goldzuleitungen auf den Verbindungsanschlussflächen 14, 18 realisiert werden kann, kann ein beliebiges anderes Verfahren verwendet werden. Auf diese Weise können durch ein elektrisches Verbinden des Elementsubstrats 1 mit der Oberplatte 3 über die Verbindungskontaktanschlussflächen 14, 18 zur gleichen Zeit, wenn das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden wird, die vorstehend genannten Schaltungen oder Schaltkreise elektrisch miteinander verbunden werden. Nachdem das Elementsubstrat 1 mit der Oberplatte 3 verbunden ist, wird die Öffnungsplatte 4 mit den Vorderenden der Flüssigkeitsdurchflusswege 7 verbunden, wodurch der Flüssigkeitsausstoßkopf vervollständigt wird.
Im Übrigen weist, wie es in 40 gezeigt ist, der Flüssigkeitsausstoßkopf die bewegbaren Elemente 6 auf. Bezüglich der bewegbaren Elemente 6 werden, nachdem die Schaltungen auf dem Elementsubstrat ausgebildet sind, die bewegbaren Elemente auf dem Elementsubstrat 1 unter Verwendung des fotolitographischen Prozesses ausgebildet.
Nachstehend wird der Ionensensor 3200 in dem Flüssigkeitsausstoßkopf vollständig beschrieben. Im Übrigen wird in der 42 zur Vereinfachung der Beschreibung eine Beschreibung des bewegbaren Elements weggelassen.
Der Wärmeerzeugungskörper 2 und die Referenzelektrode 3210 sind auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1, das ein Siliziumsubstrat erfasst, ausgebildet. Hierbei wird, während gezeigt wird, dass der Wärmeerzeugungskörper 2 und die Referenzelektrode 3210 voneinander beabstandet sind, um die Schaltungsanordnung des Ionensensors 3200 klarzustellen, tatsächlich die Antikavitationsschicht, die auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungskörpers 2 ausgebildet wird und die aus Ta hergestellt ist, als die Referenzelektrode 3210 verwendet.
Demgegenüber ist ein P-Typ-Wannenbereich 3201 bei der Oberplatte 3, die ein Siliziumsubstrat umfasst, ausgebildet, und ein Source-Bereich 3202 sowie ein Drain-Bereich 3203, in die N-Typ-Fremdatome eingefügt sind, werden auf der Oberfläche des P-Typ-Wannenbereichs 3201 ausgebildet. Eine Gate-Isolationsschicht 3204 ist bereitgestellt, um die Oberfläche (Kanalbereich) des P-Typ-Wannenbereichs 3201 sowie den Source-Bereich 3202 und den Drain-Bereich 3203 abzudecken, wobei ferner eine ionenempfindliche Schicht 35, die aus Siliziumnitrid (SiN) hergestellt ist, auf der Oberfläche des Gate-Isolationsbereich 3204 ausgebildet wird, wodurch der Ionensensor gebildet wird, der ein ionenselektiver FET ist.
Wenn die Tinte in Kontakt mit der ionenempfindlichen Schicht 3205 kommt, wird ein Oberflächenschnittstellenpotential entsprechend den Ionen in der Tinte und ihrer Konzentration zwischen der ionenempfindlichen Schicht und der Tinte erzeugt. Indem zuvor ein vorbestimmter Vorspannungsstrom zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Ionensensors 3200 zugeführt wird, fließt ein Drain-Strom, der dem Oberflächenschnittstellenpotential entspricht. Bei der Messung wird eine geeignete Vorspannung zwischen der Referenzelektrode 3210 und der Source-Elektrode angelegt, wobei ein Drain-Strom entsprechend einer Summe des Oberflächenschnittstellenpotentials und einer derartigen Vorspannung beobachtet wird. Alternativ hierzu kann der Ionensensor 3200 als eine Source-Folgeschaltung aufgebaut sein, so dass ein Ausgangssignal als ein Potential über einem Widerstand erhalten wird.
Nebenbei bemerkt wird eine Ausstoßflüssigkeit (Tinte), die in dem Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Art verwendet wird, im Allgemeinen durch Auflösen oder Dispergieren von Farbstoff oder einem Pigment in Wasser als Lösungsmittel erhalten. Genauer gesagt werden Farbstoffionen mit Carboxyl-Gruppen oder Hydroxyd-Gruppen, ein Pigment, das hydrophil bzw. wasseranziehend durch ein Dispersionsmittel gemacht wird, das derartige Gruppen aufweist, oder Pigmentpartikel, an die derartige Gruppen angehaftet sind, in Wasser oder einem Lösungsmittel dispergiert. Wie es in 43A und 43B gezeigt ist, bildet ein derartiger Farbstoff oder ein derartiges Pigment einen Verbindungszustand in der Tinte (wässriges Lösungssystem) durch eine relativ schwache Verbindung, wie bspw. eine Wasserstoffverbindung. Wenn ein derartiger Verbindungszustand zwischen mehreren zehn oder mehreren hundert von Molekülen auftritt, wird ein Imaginärfarbenmaterial-Makromolekül erzeugt, wodurch eine dynamische Viskosität der Tinte verringert wird, was eine Verschlechterung einer Ausstoßeigenschaft zur Folge hat.
Wenn der Verbindungszustand ausgebildet ist, wird anscheinend, da eine Aktivität der Carboxyl-Gruppen und der Hydroxyd-Gruppen als Ionen verkleinert wird und ein effektives Molekulargewicht vergrößert wird, ein Potential, das durch den Ionensensor 3200 erfasst wird, verändert. In dem Flüssigkeitsausstoßkopf wird der Verbindungszustand von Farbstoffionen in der Tinte durch den Ionensensor 3200 erfasst und eine Kopfwiederherstellungsoperation wird ausgeführt, wenn es erforderlich ist, wodurch immer eine vorgegebene Dissoziation für eine Tinte in der Düse erreicht wird. Ferner wird, da der Verbindungszustand in der Tinte sich von Düse zu Düse in Abhängigkeit von der Verwendungsfrequenz der Düse unterscheiden kann, bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf der Verbindungszustand für jede Düse durch Bereitstellen des Ionensensors für die jeweiligen Düsen erfasst, wobei Impulsbreiten der Ansteuerungsimpulse für die Wärmeerzeugungskörper 2 für die jeweiligen Düsen auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse verändert werden.
In 44A ist eine Darstellung gezeigt, die ein Beispiel einer Schaltung zur Ausgabe des erfassten Ergebnisses in dem Ionensensors zeigt, und in 44B ist die Schaltung gemäß der 44A als eine Logikschaltung dargestellt. Hierbei wird eine Oszillationsschaltung bzw. Schwingungsschaltung, bei der eine Oszillationsfrequenz mit einer Ionendichte variiert wird, beschrieben.
Eine Umrichterschaltung wird durch Verbinden von MOS-Transistoren 2320, 2321 in einer Reihenschaltung gebildet und die Oszillationsschaltung wird gebildet, indem derartige Umrichterschaltugen 3223 in zwei Stufen in einer Ringform verbunden werden, wobei ferner durch Aufnehmen eines Ausgangssignals der Umrichterschaltung 3223 durch eine einzelne Stufenumrichterschaltung 3224 ein Oszillationsausgangssignal erhalten wird. Der Ionensensor 3200 wird zwischen einem Ausgangsanschluss der Umrichterschaltung 3222 (d.h. einem Eingangsanschluss der Umrichterschaltung 3223) und dem Masseverbindungspunkt eingefügt. Gemäß dieser Schaltung wird die Oszillationsfrequenz mit dem Potential variiert, das durch den Ionensensor 3200 erfasst wird. Folglich kann durch Erfassen einer derartigen Oszillationsfrequenz bspw. die Widerherstellungsoperation ausgeführt werden oder die Ansteuerungsimpulsbreiten für jeweilige Düsen können verändert werden.
In diesem Flüssigkeitsausstoßkopf kann die Position des Ionensensors in geeigneter Weise entsprechend einer Position ausgewählt werden, bei der der Verbindungszustand erfasst werden soll. Im Allgemeinen befindet sich der Ionensensor unmittelbar vor der Ausstoßöffnung, da die Bedienungsperson oftmals den Tintenzustand unmittelbar bei der Stromaufwärtsseite der Ausstoßöffnung wissen möchte. Grundsätzlich ist es, obwohl der Ionensensor bei dem Elementsubstrat bereitgestellt werden kann, da die Schwankung des Ausgangssignals des Ionensensors mehrere mV bis mehrere 10 mV meistens ist, nicht notwendigerweise zu bevorzugen, dass der Ionensensor bei dem Elementsubstrat bereitgestellt ist, das die Wärmeerzeugungsabschnitte (elektrothermische Wandler) 2 aufweist, die durch große Stromimpulse angesteuert werden. Folglich ist es zu bevorzugen, dass die Ionensensoren bei der Oberplatte 3 oder den bewegbaren Elementen 6 bereitgestellt sind. Da das bewegbare Element 6 ebenso aus einem Siliziummaterial ausgebildet ist, ist es nicht schwierig, die Ionensensoren bei dem bewegbaren Element 6 unter Verwendung des Halbleitervorrichtungsprozesses bereitzustellen. Ferner ist, indem die Ionensensoren bei der Oberplatte 3 oder den bewegbaren Elementen 6 bereitgestellt sind, eine zusätzliche Referenzelektrode nicht erforderlich, da die Antikavitationsschicht auf der Oberfläche des Elementsubstrats 1 als die Referenzelektrode verwendet werden kann.
Da der Spannungswert, der durch den Ionensensor erfasst wird, durch eine Nernst-Gleichung bestimmt wird, ist er eine Funktion einer Temperatur. Somit kann, um den Einfluss der Temperatur zu beseitigen, bspw. der Temperatursensor bei dem Elementsubstrat 1 oder der Oberplatte 3 bereitgestellt werden, so dass der gemessene Wert der Ionendichte auf der Grundlage eines gemessenen Werts des Temperatursensors korrigiert wird. Wenn der Temperatursensor auf diese Weise bereitgestellt ist, kann das Ausgangssignals des Temperatursensors ebenso verwendet werden, um das Elementsubstrat auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen oder um die Ansteuerungsimpulsbreiten für die Wärmeerzeugungskörper 2 entsprechend der Temperatur zu ändern.
Ferner ist entsprechend dem Stokes-Gesetz, das aus der Hydrodynamik hergeleitet wird, eine molare Leitfähigkeit λ von Ionen durch die nachstehende Gleichung dargestellt:
(Dabei ist Z eine Ladungszahl von Ionen, F ist die Farady-Konstante, N ist die Molekularzahl pro Einheitsfläche, η ist ein Viskositätskoeffizient und r ist ein Radius eines Ions). Ferner wird ein Diffusionskoeffizient D eines Ions durch die nachstehende Gleichung dargestellt:
(Dabei ist R eine Gaskonstante und T ist eine absolute Temperatur).
Es sei angenommen, dass das von der Hydrodynamik hergeleitete Stokes-Gesetz bei einer Bewegung von Ionen in der Tinte angewendet werden kann. In diesem Fall werden, bevor die Tinte in die Tintenkartusche oder in Tintentank eingeführt wird, die molare Leitfähigkeit λ der Tinte und der Diffusionskoeffizient D gemessen und die gemessenen Werte werden in einem Speicher gespeichert, der bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf bereitgestellt ist.
Bei Beachtung lediglich der Farbmaterialkomponente (Farbstoff oder Pigment) werden der Radius r eines Ions, ein Vikositätskoeffizient η und eine Ladungszahl Z variable Parameter.
Ferner wird ein Dipolmoment μ des fraglichen Ions durch die nachstehende Gleichung dargestellt:
Dabei wird eine spezifische induktive Kapazität ε der Tinte durch die nachstehende Gleichung dargestellt:
(Dabei ist g eine Größe, die durch eine relative Ausrichtung zwischen benachbarten Molekülen bestimmt wird, und k ist die Boltzmann-Konstante)
Wenn berücksichtigt wird, dass eine Änderung in einem Potential, das durch den Ionensensor gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel erfasst wird, proportional zu einem Verhältnis (Ladungszahl Z eines Ions/Radius r eines Ions) ist, kann die Änderung in dem Viskositätskoeffizienten η aus der Gleichung (1) relativ geschätzt werden. Eine Impulssteuerung, um die Ausstoßeigenschaft entsprechend der Änderung des Viskositätskoeffizienten konstant zu machen, wird als sehr effektives Mittel betrachtet.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 54A und 54B ein konkreter Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes beschrieben, bei dem die Wiederherstellungsoperation ausgeführt wird oder die Breiten der Wärmeerzeugungskörper-Ansteuerungsimpulse für jeweilige Düsen entsprechend den gemessenen Ergebnissen bezüglich des Verbindungszustands für die jeweiligen Düsen verändert werden. In der 54A ist eine Draufsicht eines Elementsubstrats gezeigt und in der 54B ist eine Draufsicht einer Oberplatte gezeigt. Ähnlich zu den 41A und 41B veranschaulichen die 45A und 45B gegenüberliegende Oberflächen. Die gestrichelte Linie in der 45B gibt Positionen eines Flüssigkeitsdurchflussweges und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer an, wenn eine Verbindung mit dem Elementsubstrat besteht.
Im Übrigen können, obwohl hier ein Beispiel beschrieben wird, dass Flüssigkeitsdurchflussweg-Wände 401a in dem Elementsubstrat 401 ausgebildet werden, bezüglich der Aufbauten des Elementsubstrats und der Oberplatte diese bei irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele angewendet werden.
In der 45A umfasst das Elementsubstrat 401 eine Vielzahl von Wärmeerzeugungskörpern 402, die entsprechend Flüssigkeitsdurchflusswegen parallel angeordnet sind, wie es vorstehend beschrieben ist, eine Ansteuerungseinrichtung 411 zur Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 402 in Reaktion auf Bilddaten, einen Bilddatenübertragungsabschnitt 412 zur Ausgabe der eingegebenen Bilddaten an die Ansteuerungseinrichtung 411, eine Flüssigkeitsdurchflussweg-Wand 401a zur Definition von Düsen und einen Flüssigkeitskammerrahmen 401b zur Definition einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer. Ferner ist, wie es vorstehend beschrieben ist, eine Antikavitationsschicht bei dem Elementsubstrat 401 bereitgestellt, wobei sie ebenso als eine Referenzelektrode für Ionensensoren agiert.
Demgegenüber sind gemäß der 45B bei der Oberplatte 403 Ionensensoren 413a, 413b, ..., die entsprechend den Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, ein Sensoransteuerungsabschnitt 417 zum Anlegen von Vorspannungen an die Ionensensoren 413a, 413b,..., um die letztgenannten anzusteuern, eine Grenzschaltung 459 zur Begrenzung oder zum Stoppen der Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper (Wärmeerzeugungswiderstandselemente) auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Ionensensoren, ein Wärmeerzeugungskörpersteuerungsabschnitt 416 zur Steuerung der Ansteuerungsbedingungen der Wärmeerzeugungskörper 402 auf der Grundlage von Signalen von dem Sensoransteuerungsabschnitt 417 und der Grenzschaltung 459 und eine Zufuhröffnung 403a bereitgestellt, die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbunden ist, um die Flüssigkeit von außen der letztgenannten zuzuführen. Ferner sind Verbindungskontaktanschlussflächen 414, 418 zur elektrischen Verbindung von Schaltungen, die bei dem Elementsubstrat 401 ausgebildet sind, mit Schaltungen, die bei der Oberplatte 403 ausgebildet sind, bei entsprechenden Abschnitten der Schnittstelle zwischen dem Elementsubstrat 401 und der Oberplatte 403 ausgebildet. Ferner ist das Elementsubstrat 401 mit externen Kontaktanschlussflächen 415 als Eingangsanschlüsse für externe elektrische Signale versehen. Die Abmessungen des Elementsubstrats 401 sind größer als die der Oberplatte 403, wobei die externen Kontaktanschlussflächen 415 von der Oberplatte 403 freigelegt sind, wenn das Elementsubstrat 401 mit der Oberplatte 403 verbunden ist.
Schaltungen sind bei diesen Elementen auf eine ähnliche Weise wie die, die in Verbindung mit den 41A und 41B beschrieben sind, ausgebildet. Wenn das Elementsubstrat 401 und die Oberplatte 403 zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden sind, sind die Wärmeerzeugungskörper 402 den Flüssigkeitsdurchflusswegen gegenüberliegend, wobei die Schaltungen, die bei dem Elementsubstrat 401 und der Oberplatte 403 ausgebildet sind, elektrisch über die Verbindungskontaktanschlussflächen 414, 418 miteinander verbunden sind.
Ein Raum von mehreren zehn μm zwischen dem ersten Substrat (Elementsubstrat 401) und dem zweiten Substrat (Oberplatte 403) ist mit Tinte gefüllt. Tintenverbindungszustände werden durch die Ionensensoren, die bei der Oberplatte 403 für jeweilige Düsen bereitgestellt sind, erfasst. In diesem Fall werden, wenn bspw. keine Tinte zwischen dem Elementsubstrat 401 und der Oberplatte 403 vorhanden ist, anormale Werte, die einem offenen Gate-Anschluss bei den elektrischen MOS-Feldeffekttransistoren entsprechen, von den Ionensensoren 413a, 413b, ... ausgegeben. Ferner wird, wenn der Tintenverbindungszustand ungeeignet ist, ein entsprechender Wert von dem Ionensensor ausgegeben. Auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse der Ionensensoren kann, bspw. wenn bestimmt wird, dass keine Tinte in der Düse vorhanden ist, oder wenn bestimmt wird, dass der Verbindungszustand von Ionen in der Tinte in großem Umfang von dem normalen Verbindungszustand abweicht, die Ansteuerung der Wärmeerzeugungskörper 402 durch die Grenzschaltung 459 begrenzt oder gestoppt werden oder es kann ein Signal, das über eine Anomalie informiert, zu einem Hauptkörper der Vorrichtung ausgegeben werden. Auf diese Weise kann ein Kopf bereitgestellt werden, bei dem ein physikalischer Schaden des Kopfes verhindert wird und die stabile Ausstoßleistung immer bewirkt werden kann. Ferner können, auch wenn die Düsen mit Tinte gefüllt sind, da die erfassten Werte, die den Ionenverbindungszuständen in der Tinte entsprechen, für jeweilige Düsen erhalten werden können, die Ansteuerungsimpulsbreiten zu den Wärmeerzeugungskörpern für jeweilige Düsen entsprechend den erfassten Werten geändert werden.
Da die Ionensensoren und die Grenzschaltung durch den Halbleiterwaferprozess ausgebildet werden können, können die Elemente bei geeigneten Positionen angeordnet werden, wobei eine Kopfbeschädigungsverhinderungsfunktion hinzugefügt werden kann, ohne die Kosten des Kopfes selbst zu vergrößern.
Ferner werden, obwohl hier ein Beispiel beschrieben worden ist, dass die Ionensensoren für jeweilige Düsen bereitgestellt sind, da die Ionensensoren 413a, 413b, ... nicht den Wärmeerzeugungskörpern 402 durch eine elektrische Verbindung entsprechen, auch wenn die Ionensensoren bei der Oberplatte 403 bereitgestellt werden, die Leitungen nicht kompliziert.
Als nächstes wird eine Operation eines Flüssigkeitsausstoßkopfes eines Zwei-Flüssigkeiten-Mischtyps unter Bezugnahme auf 47A und 47B beschrieben.
Eine Wärme, die durch eine Ansteuerung eines Wärmeerzeugungskörpers 1502 erzeugt wird, wirkt bei einer blasenbildenden Flüssigkeit in einem Blasenerzeugungsbereich innerhalb eines zweiten Flüssigkeitsdurchflussweges mit dem Ergebnis, dass ein Filmsiedephänomen (wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 61-59914 offenbart) verursacht wird, wodurch eine Blase erzeugt wird. Ein Druck auf Grund einer Erzeugung der Blase wird kollektiv zu einem bewegbaren Element 1506 übertragen, das in einem Ausstoßdruckerzeugungsabschnitt angeordnet ist, mit dem Ergebnis, dass, wenn die Blase anwächst, das bewegbare Element 1506 von einem Zustand, der in der 47A gezeigt ist, zu dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg hin versetzt wird, wie es in der 47B gezeigt ist. Durch die Bewegung des bewegbaren Elements 1506 werden die ersten und zweiten Flüssigkeitsdurchflusswege in großem Umfang miteinander mit der Zwischenanordnung der Blase verbunden, mit dem Ergebnis, dass die Druckwelle auf Grund der Erzeugung der Blase hauptsächlich zu der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsdurchflussweges übertragen wird. Durch die Ausbreitung der Druckwelle und dem mechanischen Versatz des bewegbaren Elements werden die Ausstoßflüssigkeit und die blasenbildende Flüssigkeit mit einem vorbestimmten Verhältnis gemischt, wobei die gemischte Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird.
Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf wird berücksichtigt, dass der Grund, warum die Tinte mit einer höheren Ausstoßenergieeffektivität und einem höheren Ausstoßdruck im Vergleich mit den herkömmlichen Köpfen ausgestoßen werden kann, von den nachstehenden Phänomenen und einer relativen Wirkung zwischen diesen Phänomenen abhängt.
Zuerst wird von dem Ausstoßdruck, der in dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 1504 durch den Versatz des bewegbaren Elements 1506 erzeugt wird, beinahe der gesamte Ausstoßdruck, der zu dem bewegbaren Element 1506 hin übertragen wird, in den ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 1503, insbesondere in die Ausstoßöffnung, freigegeben. Die Ausbreitungsrichtung des Ausstoßdrucks, der in dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 1504 erzeugt wird, wird nämlich zu der Ausstoßöffnung durch das bewegbare Element 1506 umgewandelt. Ferner wird durch den mechanischen Versatz des bewegbaren Elements 1506, das durch den Druck auf Grund der Erzeugung der Blase betrieben wird, die Ausstoßflüssigkeit in dem Ausstoßdruckerzeugungsbereich innerhalb des ersten Flüssigkeitsdurchflussweges 1503 gedrückt, wodurch eine Ausstoßkraft erzeugt wird. Im Übrigen ist während der Operation des bewegbaren Elements 1506, da die Blase bei der Seite des bewegbaren Elements 1506 nahe bei dem Wärmeerzeugungskörper existiert, der Widerstand der Flüssigkeit zur Steuerung der Operation des bewegbaren Elements klein, mit dem Ergebnis, dass die Operation des bewegbaren Elements 1506 reibungslos mit einer guten Reaktion bzw. Antwort ausgeführt werden kann. Es wird berücksichtigt, dass dies ebenso dazu beiträgt, die Wirkung der Erfindung zu erreichen.
Dann, wenn die Blase verschwindet, wird das bewegbare Element 1506 zu der Position zurückgeführt, die in der 47A gezeigt ist, wobei in den ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 1503 eine Menge einer Ausstoßflüssigkeit, die dem Volumen der ausgestoßenen Ausstoßflüssigkeit entspricht, von der Stromaufwärtsseite zugeführt wird. Da das Zuführen der Ausstoßflüssigkeit entlang einer Schließrichtung des bewegbaren Elements 1506 ausgeführt wird, wird das Neubefüllen der Ausstoßflüssigkeit durch das bewegbare Element nicht behindert. Auf diese Weise ist gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel, da die Ausstoßflüssigkeit bei der Stromaufwärtsseite in dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 1503 beinahe nicht durch die Rückwelle beeinflusst wird, eine direktionale Strömungsfähigkeit von der Stromaufwärtsseite zu der Stromabwärtsseite stark, wodurch das Neubefüllen auf effektive Weise bewirkt wird. Ferner wird, wie es vorstehend beschrieben ist, da die blasenbildende Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 1504 nicht in so großem Umfang verwendet wird, eine Neubefüllung mit einer kleinen Menge von Flüssigkeit abgeschlossen.
Dementsprechend werden die Ausstoßflüssigkeit und die blasenbildende Flüssigkeit unterschieden, wobei die Flüssigkeit, die durch ein Mischen der Ausstoßflüssigkeit und der blasenbildenden Flüssigkeit mit dem vorbestimmten Verhältnis erhalten wird, durch den Druck der Blase ausgestoßen werden kann, die in der blasenbildenden Flüssigkeit erzeugt wird. Somit kann, auch wenn eine hochviskose Flüssigkeit, wie bspw. Polyethylenglykol, das herkömmlicherweise nicht in geeigneter Weise Blasen bildet, wenn die Wärme zugeführt worden ist, und einen schlechten Ausstoß verursacht, wenn diese Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 1503 zugeführt wird, und eine Flüssigkeit (gemischte Flüssigkeit, Ethanol- Wasser = 4:6; etwa 1 bis 2 cP), die in der Lage ist, Blasen auf effektive Weise zu bilden, dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 1504 als die blasenbildende Flüssigkeit zugeführt wird, ein guter Ausstoß erreicht werden. Ferner kann bei dem Kopfaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Wirkung erwartet werden kann, die in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, die Flüssigkeit, wie bspw. eine hochviskose Flüssigkeit, mit höherer Ausstoßeffektivität und einem höheren Ausstoßdruck ausgestoßen werden.
Ferner kann auch in einem Fall einer Flüssigkeit, die schwer zu Erwärmen ist, wenn diese Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsdurchflussweg 1503 als die Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird und eine Flüssigkeit, die gut zu erwärmen ist und in der Lage ist, auf effektive Weise Blasen zu bilden, dem zweiten Flüssigkeitsdurchflussweg 1504 zugeführt wird, ein Ausstoß, ohne die Ausstoßflüssigkeit thermisch zu beschädigen, sowie mit einer hohen Ausstoßeffektivität und einem hohen Ausstoßdruck erreicht werden.
Wenn die blasenbildende Flüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit auf diese Weise gemischt werden, ist es erforderlich, dass das Mischverhältnis auf ein vorbestimmtes Verhältnis gesteuert wird, um eine Hochqualitätsaufzeichnung zu bewirken. Im Falle des in der 46 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes kann, da der Ionensensor 1520 in der Nähe der Ausstoßöffnung 1511 angeordnet ist, eine Ionendichte der Flüssigkeit nach der Mischung erfasst werden. Da das Mischverhältnis gesteuert werden kann, bspw. durch Ändern der Ansteuerungsimpulsbreite für den Wärmeerzeugungskörper oder der Spitzenspannung, kann durch ein Zurückführen des erfassten Ergebnisses des Ionensensors 1520 das Mischverhältnis zwischen der blasenbildenden Flüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit immer konstant gehalten werden.
Obwohl es nicht gezeigt ist, sind die Ionensensoren, die jeweils einen ionenselektiven elektrischen Feldeffekttransistor umfassen, für jeweilige Flüssigkeitsdurchflusswege bereitgestellt, wobei die Referenzelektrode (Referenzelektroden) in einer gegenüberliegenden Beziehung zu den Ionensensoren bereitgestellt ist/sind.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf mit: einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen (4, 5) zum Ausstoßen von Flüssigkeit, ersten und zweiten Substraten (1, 3) zum Definieren einer Vielzahl von Flüssigkeitsdurchflusswegen, die mit den Ausstoßöffnungen verbunden sind, einer Vielzahl von Energieumwandlungselementen (2), von denen jedes in einem jeweiligen der Flüssigkeitsdurchflusswege angeordnet ist und ausgelegt ist, elektrische Energie in eine Ausstoßenergie für Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsdurchflusswegen umzuwandeln, wobei Sensoren zur Erfassung eines Verhaltens der Flüssigkeit in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen bereitgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13; 6) in den jeweiligen Flüssigkeitsdurchflusswegen als Festkörperabschnitte (131; 6a, 6b) bereitgestellt sind, die von Wänden (1) der Flüssigkeitsdurchflusswege hervorragen, wobei jeder der Sensoren in dem Festkörperabschnitt einen Erfassungsabschnitt (132; 63; 200; R1, R2) mit einer elektrischen Eigenschaft, die sich entsprechend dem zu erfassenden Verhalten der Flüssigkeit ändert, wobei der Erfassungsabschnitt von den Wänden eines jeweiligen Flüssigkeitsdurchflussweges beabstandet ist, und eine Leitung (133) umfasst, die mit dem Erfassungsabschnitt elektrisch verbunden ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, mit einer Vielzahl von Schaltungen oder Elementen, die unterschiedliche Funktionen aufweisen und ausgelegt sind, Ansteuerungsbedingungen der Energieumwandlungselemente zu steuern, wobei die Schaltungen oder Elemente in den ersten und zweiten Substraten entsprechend zugehöriger Funktionen aufgeteilt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Festkörperabschnitte durch eine Fotolithographietechnik ausgebildet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei jeder der Sensoren in dem Festkörperabschnitt einen Erfassungsabschnitt (132a), der angeordnet ist, um mit der Flüssigkeit in Kontakt zu sein, und der eine elektrische Eigenschaft aufweist, die sich entsprechend dem zu erfassenden Verhalten der Flüssigkeit ändert, einen Referenzabschnitt (132b), der angeordnet ist, um mit der Flüssigkeit in Kontakt zu sein, und der eine elektrische Eigenschaft aufweist, die nicht verändert wird, wenn er mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt, oder die sich von der elektrischen Eigenschaft des Erfassungsabschnitts unterscheidet, und eine Leitung umfasst, die mit dem Erfassungsabschnitt bzw. dem Referenzabschnitt elektrisch (133a, 133b) verbunden ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 4, wobei der Referenzabschnitt von den Wänden eines jeweiligen Flüssigkeitsdurchflussweges beabstandet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei die Energieumwandlungselemente und die Sensoren bei dem ersten Substrat bereitgestellt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei die Energieumwandlungselemente bei dem ersten Substrat bereitgestellt sind und die Sensoren bei dem zweiten Substrat bereitgestellt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei die Energieumwandlungselemente dazu dienen, eine Blase in der Flüssigkeit zu erzeugen, indem thermische Energie auf die Flüssigkeit einwirkt, wobei die Festkörperabschnitte den Energieumwandlungselementen gegenüberliegen und bewegbare Elemente (6) sind, die durch die Blase verlagerbar sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, wobei jedes der bewegbaren Elemente ein Element ist, das bei einem zugehörigen Ende bei einer Stromaufwärtsseite in Bezug auf eine Flussrichtung der Flüssigkeit befestigt ist und bei einem zugehörigen stromabwärtsseitigen Ende als ein freies Ende bewegbar ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, mit Drucksensorelementen (200), die bei den bewegbaren Elementen ausgebildet sind, und einem Schaltungsabschnitt (46, 47, 49) zum Lesen von Ausgabewerten, die durch die Drucksensorelemente erfasst werden.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, wobei jedes der Drucksensorelemente aus einer Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 11, mit einem Temperatursensor (204) zur Erfassung einer Temperatur der Polysiliziumschicht.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, wobei jedes der Drucksensorelemente ein piezoelektrisches Element (205) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, wobei die Flüssigkeit ausgestoßen wird, indem das Energieerzeugungselement angesteuert wird, während das Energieerzeugungselement auf der Grundlage des Ausgabewerts, der in dem Schaltungsabschnitt erhalten wird, eingestellt wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 12, wobei der Ausgabewert, der in dem Schaltungsabschnitt erhalten wird, auf der Grundlage der Temperatur der Polysiliziumschicht, die durch den Temperatursensor erhalten wird, korrigiert wird und die Flüssigkeit ausgestoßen wird, indem das Energieerzeugungselement angesteuert wird, während das Energieerzeugungselement auf der Grundlage des korrigierten Werts eingestellt wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, mit Dehnungsmessstreifen (R1, R2), die auf den bewegbaren Elementen ausgebildet sind, und einem Schaltungsabschnitt zum Lesen von Ausgangsspannungen, die durch die Dehnungsmessstreifen erfasst werden.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, wobei die Erfassungssensoren, die in den Flüssigkeitsdurchflusswegen angeordnet sind, ausgelegt sind, eine Viskosität oder Dichte der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsdurchflusswegen zu erfassen, und mit einer Ausstoßsteuereinrichtung zum Anlegen von Ansteuerungsimpulsen an die Energieerzeugungselemente auf der Grundlage von Ausgabesignalen von den Flüssigkeitsbedingungserfassungssensoren.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei jeder der Flüssigkeitsbedingungserfassungssensoren ein Viskositätssensor zur Erfassung einer Viskosität der Flüssigkeit ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei jeder der Flüssigkeitsbedingungserfassungssensoren ein Konzentrationssensor zur Erfassung einer Konzentration der Flüssigkeit ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 19, wobei der Konzentrationssensor ein Ionensensor ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 19, wobei der Konzentrationssensor ein ionenselektiver elektrischer Feldeffekttransistor ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei jeder der Flüssigkeitsbedingungserfassungssensoren einen Satz von Elektroden aufweist, die mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg in Kontakt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 22, wobei jede Elektrode bei einer Stromabwärtsseite eines Endes, nahe der Ausstoßöffnung, des Energieerzeugungselements angeordnet ist, das bei dem Elementsubstrat bereitgestellt ist, das die Flüssigkeitsdurchflusswege definiert, denen die Flüssigkeit von einer Stromaufwärtsseite zugeführt wird und die mit den Ausstoßöffnungen bei einer Stromabwärtsseite verbunden sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 22, wobei zumindest eine der Elektroden bei dem bewegbaren Element bereitgestellt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 22, wobei zumindest eine der Elektroden bei einer Wandoberfläche der Oberplatte gegenüberliegend zu der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg bereitgestellt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 22, wobei zumindest eine der Elektroden bei einer Wandoberfläche des Elementsubstrats gegenüberliegend zu der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg des Elementsubstrats bereitgestellt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei die Ausstoßsteuereinrichtung die Anzahl von zuzuführenden Ansteuerungsimpulsen steuert.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei die Ausstoßsteuereinrichtung Impulsbreiten der Ansteuerungsimpulse steuert.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei die Ausstoßsteuereinrichtung Impulsbreiten der den Energieerzeugungselementen zugeführten Ansteuerungsimpulse steuert, so dass Ausstoßmengen von Flüssigkeiten, die von den Ausstoßöffnungen ausgestoßen werden, im Wesentlichen gleich werden.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 17, wobei die Ausstoßsteuereinrichtung ein Ansteuerungssignal einer wärmehaltenden Erwärmungseinrichtung (55) zuführt, die bei dem Elementsubstrat bereitgestellt ist und ausgelegt ist, die Flüssigkeiten in allen Flüssigkeitsdurchflusswegen zu erwärmen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, wobei eine Antikavitationsschicht, die aus einem Metall hergestellt ist und ausgelegt ist, die Energieerzeugungselemente gegen eine Kavitation zu schützen, auf Oberflächen der Energieerzeugungselemente ausgebildet ist, wobei die Antikavitationsschicht als die Referenzelektrode agiert.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 31, wobei die Antikavitationsschicht aus Tantal ausgebildet ist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit: einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei eine Aufzeichnung durch Ausstoßen von Flüssigkeit auf einen Aufzeichnungsträger durch Ansteuern des Energieerzeugungselements bewirkt wird, während das Energieerzeugungselement auf der Grundlage einer Ausgangsspannung, die in einem Schaltungsabschnitt zum Auslesen der Sensoren erhalten wird, eingestellt wird.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung nach Anspruch 33, mit einer Ansteuerungssignalzufuhreinrichtung zur Zufuhr eines Ansteuerungssignals zur Veranlassung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, die Flüssigkeit auszustoßen, zu dem Flüssigkeitsausstoßkopf.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung nach Anspruch 33, mit einer Aufzeichnungsträgerbeförderungseinrichtung zur Beförderung des Aufzeichnungsträgers, der die Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßen wird, empfängt.