KR0156612B1 - 잉크 제트 헤드용 기판, 잉크 제트 헤드, 잉크 제트 펜 및 잉크 제트 장치 - Google Patents
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Abstract
잉크 제트 헤드용 기판은 베이스 부재와 상기 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 상기 전기 열 변환체는 저항층과 상기 저항층에 접속된 한쌍의 전극층을 구비하고 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 상기 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있고, 상기 전극층 쌍중 하나는 상기 발열부 하방을 통과하며, 상기 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 상기 복수개의 층중 적어도 하나는 상기 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 한다. 이 기판을 사용하는 잉크 제트 헤드는 고장률을 감소시키면서 사용 수명을 연장시킬 수 있고 장기간 사용시에 적절한 잉크토출을 계속할 수 있다.
Description
제1a도는 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 한 실시예의 주요 부분을 도시한 히터의 개략적 부분 평면도.
제1b도는 잉크 제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1a도의 A-A' 선을 따라 취한 개략적 단면도.
제1c도는 잉크제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1a도의 B-B'선을 따라 취한 개략적 단면도.
제2a도는 배경 기술의 잉크 제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1b도와 유사한 개략적 단면도.
제2b도는 배경 기술의 잉크 제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1c도와 유사한 개략적 단면도.
제3도는 토출 내구 성능 면에서 제1 실시예의 잉크 제트 헤드를 배경 기술의 잉크 제트 헤드와 비교하기 위한 그래프.
제4a도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크 제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1b도와 같은 방향에서 본 개략적 단면도.
제4b도는 제4a도의 잉크 제트 헤드의 주요 부분을 도시하는 제1c도와 같은 방향에서 본 개략도.
제5a도는 본 발명의 잉크 제트 헤드의 다른 실시예의 개략적 사시도.
제5b도는 잉크 제트 헤드를 도시하는 제5a도의 C-C'선을 따라 취한 개략적 단면도.
제6도는 제5a도 및 제5b도에 도시한 잉크 제트 헤드가 조립된 카트리지형 잉크 제트 팬을 설치하는 잉크 제트 장치의 주요 부분을 도시하는 개략적 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 잉크 제트 헤드 103 : 베이스 부재
104 : 기판 105 : 상부판
251 : 플래튼 253 : 용지 가압판
255 : 스크루 홈 258, 259 : 광 결합기
262, 260 : 구동력 전달 기어 264 : 구동 모터
265 : 캡 270 : 지지 부재
271 : 개구 273 : 흡입 수단
1101 : 토출 개구 1102 : 발열부(히터)
1103 : 저항층 1105 : 관통 구멍
1106 : 공통 잉크 챔버 1108 : 잉크 통로
1109 : 통로 벽 부재 1110a : 전극층
1110b : 하부 전극층 1110c : 상부 전극층
1110d : 접속 전극층 1111 : 하부 절연층
1112 : 상부 절연층 1113 : 하부 보호층
1114 : 상부 보호층
본 발명은 종이 용지, 플라스틱 시트. 천조각, 기타 제품(이하, 단순히 용지라 함)을 포함하는 기록 유지체 상에 잉크, 기능 액체 등을 토출하여 문자, 심볼, 화상 등(이하, 단순히 화상이라 함)을 기록, 인쇄 등(이하, 단순히 기록이라 함)하기 위한 잉크 제트 헤드를 구비한 기판과, 상기 기판을 사용하는 잉크 제트 헤드와, 상기 잉크 제트 헤드에 공급할 잉크를 저장하는 잉크 용기를 포함하는 잉크 제트 펜과, 상기 잉크 제트 헤드를 설치하는 잉크 제트 장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 잉크 제트 펜은 잉크 제트 헤드와 일체로 된 잉크 용기를 갖는 카트리지 형태로 구성되며, 또 잉크 제트 헤드와 잉크 용기가 별도로 준비되고 서로 제거 가능하게 결합된 다른 형태도 포함한다. 잉크 제트 펜은 장치 본체의 캐리지와 같은 설치 수단 상에 제거 가능하게 설치된다. 본 발명에 있어서, 잉크 제트 장치는 출력 단말로서 워드 프로세서나 컴퓨터 등의 정보 처리 장비 상에 일체로 또는 별도로 제공되는 형태와, 정보 기록 장비 등과 결합한 복사기, 정보 송수신 기능을 가진 모사 전송기(팩시밀리), 천 등의 직물을 인쇄하는 인쇄기 등을 포함한다.
잉크 제트 장치는 토출 개구로부터 잉크를 소형 액적으로서 고속 토출하여 고정밀 화상을 고속으로 기록할 수 있는 특징을 갖고 있다. 특히, 잉크를 토출하기 위해 사용되는 에너지를 발생시키기 위한 에너지 발생 수단으로서 전기 열 변환체를 사용하고 잉크가 상기 전기 열 변환체에 의해 제공된 열 에너지에 의해 토출되는 형식의 잉크 제트 장치는 헤드와 장치의 고정밀 화상, 고속 기록 성능이 우수하고 소형화도 가능하다. 최근 수년간, 잉크 제트 장치의 이런 성능을 향한 강력한 요구가 있어왔고, 이런 요구를 충족시키기 위해 잉크 제트 장치를 개선하려는 노력이 시도되고 있다.
잉크 제트 장치를 개선하려는 노력 중 하나가 미합중국 특허 제4, 458, 256호에 기술되어 있다. 이 문헌에서는 예를 들어 제 11도에 도시한 바와 같이, 전기 에너지를 전기 열 변환체로 구성되는 저항기의 발열부(이하, 어떤 경우에는 히터라고도 함)에 가하기 위한 전극의 복귀부가 공통 전극과 공통으로 되어 있고 공통 전극이 절연층 하방에 도전층으로서 놓이도록 제공되어 있다. 이런 구조에 있어서는, 전극의 복귀부에 의해 방해를 받지 않기 때문에 종래의 방법에 비해 복수개의 히터를 서로 더욱 근접 배치시킬 수 있다. 토출 개구에 연통된 잉크 통로는 히터에 대응되게 제공된다. 따라서, 잉크 통로의 고밀도 배치가 수행될 수 있으며, 이로써 토출 개구의 고밀도 배치가 가능해져서 고정밀 화상을 얻을 수 있다. 잉크 통로의 배치를 더욱 고밀도화 하면 공간도 절약되어 헤드의 크기도 더욱 소형화된다.
일본국 실용신안 공고 공보 평6-28272호는 하부 피복층을 거쳐서 열 저항층 하방에는 공통 리이드 전극으로서의 금속 층이 제공되어 있다. 금속 층의 재료로는 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 등이 있다.
본 발명자들은 상술한 잉크 제트 헤드를 실험하여 상술한 각종 장점을 갖고 있음이 분명하지만 다음과 같은 문제점, 즉 기대하는 바와는 달리 잉크 제트 헤드의 수명이 단축되거나 잉크 토출 중에 토출 성능이 저하되어 버리는 등의 문제점이 있음을 알아 내었다.
상기한 바와 같은 문제점의 원인에 대해 본 발명자들이 조사한 결과, 알루미늄으로 된 공통 전극에 있어서 공통 리이드 전극의 표면상에 열 효과로 인해 힐로크(hillock)라 불리우는 돌출형상을 갖는 응력 집중 영역이 생길 수 있다는 것을 알아 내었다. 특히, 히터 하방의 공통 리이드 전극 부근의 온도가 히터에 의해 발생된 높은 열에너지로 인해 공통 리이드 전극을 구성하는 금속 재료의 융점까지 급격히 상승되어 버리기도 한다. 이렇게 공통 리이드 전극에 응력 집중이 있게 되면 힐로크의 성장을 가속시키게 되거나 새로운 힐로크를 발생시키기도 한다. 힐로크의 발생은 각 층을 거쳐서 상향으로 점차 증진되며, 그 결과, 히터의 버블링면 상에 높이가 예를 들어 약 2㎛인 돌출부가 형성되어 버린다. 이렇게 버블링면 상의 돌출부에 있어서, 막의 질이 약화되는 단차부(코너부)가 큰 압력 변동과 잉크통로 내의 반복적인 버블링 효과로 인한 버블링면(이하에는 캐비테이션이라고도 함) 상에 발생된 열 응력으로 인해 집중적으로 손상되고, 결국은 잉크가 단차부를 투과하여 전기 침식을 일으킨다. 이렇게 되면 잉크 제트 헤드가 고장나게 되고 기대하는 바와 달리 사용 수명을 단축시킨다. 게다가, 버블링면 상의 돌출부 형태로 나타나는 응력은 힐로크의 성장에 따라 증가되어, 버블링 현상에 역효과를 주게 되고 결국 잉크 토출 중의 토출 성능이 저하되는 것이다.
상술한 문제점에 대한 조사 결과로, 이제까지 불분명한 현상이었던 원인 중 하나로서 다음과 같은 점이 있음을 알 수 있다. 일본국 실용신안 공고 공보 평6-28272호에서와 같이 공통 리이드 전극을 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 등으로 제조하는 경우, 이런 금속의 저항성은 비교적 크기 때문에, 잉크 토출 중에 히터에 의해 발생된 열 이외에도 금속 자체에 의해 발생되는 열이 헤드 내에 점차 축적되는 것이다. 이렇게 축적된 열의 효과에 의해, 열 제어를 유지하고 버블링 면 상의 정상 버블링 현상을 유지하기가 점점 어려워진다. 결국, 잉크 토출 중에 토출 성능이 저하되어 버려서 열이 축적되기가 쉬워지거나 잉크 제트헤드가 고속에서 구동되어 열이 축적되기 쉬워진다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고, 고장율을 감소시켜 사용 수명을 연장할 수 있는 잉크 제트 헤드를 구성하는 기판과, 기판을 사용하는 잉크 제트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 잉크의 적절한 토출을 장기간 지속할 수 있는 잉크 제트 헤드를 구성하는 기판과, 상기 기판을 사용하는 잉크 제트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고정밀 화상을 고속으로 기록하는 고밀도 배열된 복수개의 토출 개구가 제공된 잉크 제트 헤드용 기판과 그 기판을 상용하는 잉크 제트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단결정 실리콘 등의 비교적 고가의 재료로 된 베이스 부재의 공간을 절약하여 비용을 절감한 잉크 제트 헤드를 구성하는 기판과, 상기 기판을 사용하는 잉크 제트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 잉크 제트 헤드에 공급할 잉크를 수용하기 위한 잉크 용기를 포함하는 잉크 제트 펜과 상기 잉크 제트 헤드를 설치하는 잉크 제트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 베이스 부재와 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 전기 열 변환체는 저항층과 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있고, 전극층 쌍중 하나는 발열부 하방을 통과하며, 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 복수개의 층 중 적어도 하나는 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 베이스 부재와 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 전기 열 변환체는 저항층과 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 포함하며, 전극층 쌍중 하나는 발열부 하방을 통과하며, 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 복수개의 층 중 적어도 하나는 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 베이스 부재와 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 전기 열 변환체는 저항층과 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 한쌍의 전극층 사이에 배치된 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 구비한 잉크 제트 헤드와, 잉크 통로에 공급될 잉크를 저장하는 잉크 용기를 포함하며, 전극층 쌍중 하나는 발열부 하방을 통과하며, 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 복수개의 층 중 적어도 하나는 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 펜이 제공된다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 베이스 부재와 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 전기 열 변환체는 저항층과 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 한쌍의 전극층 사이에 배치된 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 구비한 잉크 제트 헤드와, 잉크 제트 헤드를 설치하는 수단을 포함하며, 전극층 쌍중 하나는 발열부 하방을 통과하며, 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 복수개의 층 중 적어도 하나는 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트가 제공된다.
본 발명의 상술한 바 및 기타 목적, 효과, 특징 및 장점은 이하 첨부 도면과 관련하여 기술한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명자들은 히터 하방에 배치되는 전극이 복수개의 층을 가진 복층 구조로 하고 적어도 그 최상층을 고융점 금속으로 하는 방법으로 상술한 문제점을 해결할 수 있음을 알아내었다. 이런 지식을 기초로 하여 본 발명을 성취한 것이다. 특히, 히터에 의해 발생된 열에 가장 노출되기 쉬운 히터 하방의 전극은 서로 보완적인 기능을 할 수 있는 복수개의 층을 가진 복층 구조로 구성된다.
복층 중에서, 하측에 있는 층은 동력 손실을 저감하기 위해 도전성이 큰 공통 전극 재료로 이루어지지만 적어도 최상층만을 고융점 금속으로 이루어진다. 최상층은 열을 확산시키고 열 효과를 저하시키는 기능을 함에 불구하고, 층 자체는 열 효과에 의해 영향을 받지 않는다. 이는 힐 로크의 발생을 방지 또는 억제하기에 효과적이므로 버블링면 상의 돌출부의 형성을 방지 또는 억제한다.
본 발명에 따른 고융점 금속층 이외의 전극부를 형성하는 재료로서는, 본 분야에서 전극 재료로 공통적으로 사용되는 재료를 채택할 수 있지만, 1기압에서 융점이 1500℃ 미만인 금속이 적합하다. 예를 들어, A1, Cu, A1-Si 합금 및 A1-Cu 합금이 적합하며 A1은 전체 특성상 가장 적합하다. 본 명세서에서, 금속이라는 용어는 금속 요소 및 합금을 포함하는 의미로 사용된 것이며, 불순물이 없는 순수 금속과 불순물을 함유한 금속을 모두 포함한다.
본 발명에 사용된 고융점 금속 재료로는 1기압에서 융점이 1500℃ 또는 그 이상인 금속이 적합하며, 1기압에서 2500℃ 또는 그 이상인 금속은 가장 적합하다. 예를 들어, Ta, W, Cr, Ti 및 Mo와, Ta, W Cr Ti 및 Mo로 구성되는 그룹으로부터 선택한 두 개 또는 그 이상의 금속을 함유하는 합금과, Ta, W, Cr, Ti 및 Mo로 구성되는 그룹으로부터 선택한 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금이 적합하다. 이들 재료 중에서 Ta가 가장 적합하다.
본 발명에서, 고융점 금속층은 히터 하방의 전극 상의 응력 집중의 발생을 억제하기 위한 압축 응력이 가해지도록 형성하여 힐 로크의 발생을 방지하는 것이 적합하다. 고융점 금속층에 가해진 압축 응력은 1×107내지 1×1012dyn/cm2, 특히 1×109내지 1×1010dyn/cm2가 적합하다.
제1a도는 히터의 상부로부터 본 개략적 단면도로서, 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 일실시예의 주요 부분을 도시하는 도면이다. 제1b도는 제1a도에 도시한 잉크 제트 헤드의 주요 부분의 A-A'선을 따라 취한 개략적 단면도이고, 제1c도는 제1a도에 도시한 잉크 제트 헤드의 주요 부분의 B-B' 선을 따라 취한 개략적 단면도이다.
본 실시예의 잉크 제트 헤드에는 복수개의 토출 개구(1101)이 제공되어 있다. 각 토출 개구(1101)로부터 잉크를 토출하는 데 사용되는 에너지 발생용 전기 열 변환체의 발열부(히터)(1102)는 토출 개구(1101)에 연통된 각 잉크 통로(1108)에 제공되어 있다. 전기 열 변환체는 발열부(1102)를 구비한 저항층(1103)과 저항층(1103)에 전기 에너지를 공급하는 전극을 구비하고 있다. 전극은 각 전극층(1110a), 접속 전극층(111d), 그리고 공통 리이드 전극층을 포함한다. 공통 리이드 전극층은 상부 전극층(1110c)와 하부 전극층(1110b)를 포함하는 복층 구조이며 개별적으로 분리되어 있지는 않지만 편평한 형상으로 형성되어 있다.
복층 구조로 된 상기 공통 리이드 전극층은 하부 절연층(1111)을 거쳐서 베이스 부재(103) 상에 형성된다. 상부 절연층(1112)는 공통 리이드 전극층 상에 제공되며, 관통 구멍(1105)가 형성되어 특정 부위에서 상부 절연층(1112) 상에 패턴화되어 있다. 저항층(1103), 개별 전극층(1110a) 및 접속 전극층(1110d)는 상부 절연층(1112) 상에 패턴화되어 있다. 접속 전극층(1110d)는 관통 구멍(1105)에서 저항층(1103)을 거쳐서 공통 전극층에 접속되어 있다.
저항층(1103)과 개별 전극층(1110a), 및 접속 전극층(1110d)는 하부 보호층(1113)과 상부 보호층(1114)로 덮여 있다. 본 실시예의 잉크 제트 헤드용 기판(104)는 베이스 부재(103)과, 상기 베이스 부재(103) 상에 형성된 상술한 각종 박막층을 포함한다.
잉크 제트 통로(1108)은 통로 벽 부재(1109)에 의해 서로 격리되어 있다. 토출 개구(1101)에 대향한 쪽의 잉크 통로(1108)의 단부는 공통 잉크 챔버(1106)에 연통된다. 잉크를 저장하기 위한 잉크 탱크로부터 공급된 잉크는 공통 잉크 챔버(1106) 내에 임시 수용한다. 공통 잉크 챔버(1106) 내에 제공된 잉크는 각 잉크 통로(1108) 내로 주입되고 토출 개구(1101)에서 오목부가 형성되는 형태로 유지된다. 전기 열 변환체가 열을 발생하기 위해 선택적으로 구동되면 잉크는 막비등되어 버블을 형성한다. 이런 버블의 성장을 기초로 하여 잉크는 토출 개구(1101)로부터 방출된다.
본 실시예에 따른 잉크 제트 헤드에 있어서, 공통 리이드 전극을 구성하는 복수개의 층 중에서 상부 전극층(1110c)는 고융점 금속으로 형성된다. 잉크 제트 헤드용 기판의 구조에 따라서는 발열부(1102) 하방에 배치되어 발열부(1102)에 의해 발생된 열을 가장 받기 쉬운 전극에 대해서, 적어도 최상부층(상부 전극층(1110c))은 고융점 금속으로, 제조되고 고융점 금속층은 열을 분산시키고 열효과를 저감하면서도 그 층 자체가 열을 받지 않게 한다. 따라서, 힐로크의 발생을 방지 또는 억제할 수 있게 되어 버블링면 상에 돌출부의 발생을 방지 또는 억제할 수 있게 된다.
게다가, 전극의 복귀부는 넓은 도전층으로서 공통적으로 제조되기 때문에, 히터마다 개별적으로 제공된 경우에 비해서 전압 강하를 방지 또는 억제할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 잉크 제트 헤드용 기판은 반도체 제조에 사용되는 성막 기술을 채택하여 제조될 수 있다. 우선, 단결정 실리콘으로 제조된 베이스 부재(103)의 표면은 공지의 성막 기술을 이용하여 베이스 부재 상에 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등의 유지 재료로된 막으로 구성된 하부 절연층(1111)을 형성함으로써 절연된다. 그 후에, 예를 들어 연속 스퍼터링 등으로 복층 구조로 된 공통 리이드 전극을 위한 재료층을 형성함으로써, A1등의 막이 하부 전극층으로서, Ta 등의 고융점 금속막이 상부 전극층으로서 베이스 부재의 절연면 상에 순차적으로 형성된다. 이 경우에, 고융점 금속층은 연속 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절함으로써 압축 응력이 제공되도록 형성하는 것이 적합하다. 다음에, 공통 리이드 전극층에 대한 복수개의 재료층이 동시에 패턴화되어 공통 리이드 전극층을 형성한다. 제1a도에서, 패턴화는 넓은 평탄 형상으로 수행된다. 상부 절연층(1112)가 형성된 후에 잉크 제트 헤드용 기판의 제조는 공지의 성막 기술을 이용하여 마찬가지로 수행된다.
제4a도는 제1a도와 같은 방향에서 본 잉크 제트 헤드의 다른 실시예의 주요부분의 개략적 단면도이며, 제4b도는 제1b도와 같은 방향에서 본 제4a도에 도시한 주요 부분의 개략적 단면도이다.
본 실시예는 전술한 각종 실시예와는 다른데, 상부 절연층(1112) 하방의 전극이 넓고 편평한 형상으로 공통 전도층으로서 형성되는 것이 아니라 각 발열부(1102)에 대한 개별적 분리 전도층으로서 형성된 점이 다르다. 각 전극은 상부 전극층(1110f)와 하부 전극층(1110e)를 구비한 복층 구조로 되어 있고 상부 전극층(1110f)는 고융점 금속으로 형성된다. 본 잉크 제트 헤드용 기판의 구조에 따르면, 발열부(1102) 하방에 배치되어 발열부(1102)에 의해 발생된 열에 가장 노출되기 쉬운 전극에 대해 적어도 최상부층(상부 전극층(1110f))는 고융점 금속으로 형성되고 상기 고융점 금속층은 열을 분산시키고 열 효과를 저하시키면서도 그 층 자체는 열에 의해 영향을 받지 않게 되어 있다. 따라서, 본 발명은 힐로크의 발생을 방지 또는 억제할 수 있게 되어 버블링면 상에 돌출부가 발생하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.
게다가. 본 실시예의 잉크 제트 헤드에서는 하부 전극이 독립적으로 배치되므로 각 발열부(1102)에서 발생한 열이 하부 전극을 거쳐서 발열부 부근으로 전달되는 것이 방지된다. 하부 전극을 통한 열 분산으로 인한 에너지 손실도 억제될 수 있다.
본 실시예의 잉크 제트 헤드용 기판은 전술한 실시예에서 사용된 패턴을 전극 재료층을 분리시켜 별도로 패턴화하는 방식으로 변경함으로써 제조된다.
제5a도는 본 발명에 따른 잉크 제트 헤드의 일실시예를 도시하는 개략적 사시도이다. 제5b도는 제5a도에 도시한 잉크 제트 헤드의 C-C'선을 따라 취한 개략적 단면도이다. 또, 제5a도에 도시한 잉크 제트 헤드의 D-D'선을 따라 취한 개략적 단면도의 주요 부분은 제1a도에 도시한 것과 대응한다.
잉크 제트 헤드(12)는 수지제 상부판(105)가 스프링 같은 탄성 부재를 사용하여 잉크 제트 헤드용 기판(104)에 가압 결합되는 구조로 되어 있다. 상부판(105)는 토출 개구(1101)가 제공된 토출 개구판(1104)와 상기 토출 개구판(1104)와 일체로 된 통로 벽 부재(1109)를 포함한다. 공통 잉크 챔버(1106)은 상부판(105)에 제공된다. 잉크는 잉크를 수용하는 잉크 탱크로부터 공급 개구(107)을 거쳐서 공통 잉크 챔버(1106)으로 공급된다. 공통 잉크 챔버(1106)에 공급된 잉크는 각 잉크 통로(1108)로 주입되고 토출 개구(1101)에 오목부를 형성한 상태로 유지된다. 전기 열 변환체를 열을 발생시키기 위해 구동하면 잉크의 막 비등을 포함하는 상태변화가 잉크에 발생하여 버블을 형성하게 된다. 버블의 성장 기초로 하여 잉크는 토출 개구(1101)로부터 방출된다.
제6도는 제5a도 및 제5b도에 도시된 잉크 제트 헤드에 잉크 제트 펜이 카트리지 형태로 조립된 잉크 제트 장치(15)의 주요 부분을 도시하는 개략적 사시도이다.
구동 모터(264)가 구동력 전달 기어(262, 260)을 거쳐 정상 회전 또는 역회전되면 리이드 스크루(256)이 회전된다. 리이드 스크루(256)의 스크루 홈(255)과 결합된 핀(도시 않음)은 캐리지(16) 상에 제공되어 있기 때문에 캐리지(16)은 리이드 스크루(256)의 회전에 따라 화살표 a 및 b로 표시한 방향으로 왕복된다. 참고 부호 253은 캐리지(16)의 이동 방향으로 플래튼(251)에 대해 종이 용지(272)를 가압하는 용지 가압판을 가리킨다. 참고 부호 258및 259는 캐리지(16)의 레버(257)의 존재를 확인하고 모터(264)의 회전 방향을 절환하기 위해 이 범위에서 수납 위치 감지 수단으로서 작용하는 광결합기를 가리킨다. 캡(265)는 지지 부재(270)에 의해 지지된다. 참고 부호 273은 캡(265)를 거쳐서 잉크 토출 개구로부터 흡입을 수행하고 캡(265)의 개구(271)을 거쳐서 헤드를 흡입 및 회수하기 위한 흡입 수단을 가치킨다. 참고 부호 266은 잉크 토출 개구가 제공되는 표면을 세척하기 위한 블레이드를 가리킨다. 참고 부호(268)은 길이 방향으로 블레이드를 이동시키는 부재를 가리킨다. 이들은 본체 지지판(267) 상에 지지된다.
본 발명은 이하에 설명하는 실시예를 참고로 하면 명백해질 것이다.
[실시예 1]
제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드용 기판을 다음과정을 거쳐 제작한다.
실리콘 산화물로 된 1.5㎛ 두께의 하부 절연층(1111)을 열 산화에 의해 단결정 실리콘으로 된 베이스 부재(103) 상에 형성한다. 하부 절연층(1111) 상에, 5,500Å 두께의 A1과 2,000Å 두께의 Ta층을 연속 스퍼터링 등에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ta층은 1.8Pa에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Ta층은 BCl3(46%),Cl2(36%) 및 N2(18%)의 혼합 가스를 이용하여 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ta로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다. 다음에, 1.4㎛ 두께의 실리콘 산화물로 된 상부 절연층(1112)를 플라즈마 CVD로 성형한 후 불화 암모늄을 이용하여 에칭하고 접촉 관통 구멍(1105)를 형성한다. 600Å 두께의 탄탈 질화물층을 스퍼터링으로 성형하고 에칭으로 패턴화하여 제1도에 도시한 형상의 저항층(1103)을 형성한다. 저항층(1103)에서, 5,500Å 두께의 순수 A1층을 스퍼터링에 의해 형성하고 에칭으로 패턴화하여 제1a도에 도시한 개별 전극(1110a)와 접속 전극(111d)를 형성한다. 게다가, 실리콘 산화물로 된 1.0㎛ 두께의 하부 보호층을 플라즈마 CVD에 의해 형성한다. 하부 보호층 상에는 2,300Å 두께의 Ta로 된 상부 보호층(1114)이 스퍼터링에 의해 형성된다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 2]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 W로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 W층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, W층은 실시예 1과 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 W층은 실시예 1과 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 W로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 3]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 제료를 Ta로부터 Cr로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Cr층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Cr층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Cr층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Cr로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 4]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 Ti로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Ti층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ti층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Ti층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ti로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 5]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 Mo로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Mo층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Mo층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Cr층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Mo로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 6]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 Ti-Mo합금으로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Ti-Mo합금(Mo : 5%, 잔량 : Ti)층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ti-Mo합금층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Ti-Mo합금층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ti-Mo합금으로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 7]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 Ti-Cr 합금으로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Ti-Cr합금(Cr : 5%, 잔량 : Ti)층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ti-Cr합금층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1 층과 Ti-Cr합금층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ti-Cr합금으로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 8]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 상부 전극층의 재료를 Ta로부터 Ti-A1합금으로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1층과 2,000Å 두께의 Ti-A1합금(A1 : 5%, 잔량 : Ti)층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ti-A1합금층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1층과 Ti-Cr합금층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ti-A1합금으로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 9]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극층의 재료를 A1로부터 Cu로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 Cu층과 2,000Å 두께의 Ta층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ta층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. Cu층과 Ta층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 Cu로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ta로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 10]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극충의 재료를 A1로부터 A1-Si합금으로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1-Si합금(Si : 10%, 잔량 : A1)층과 2,000Å 두께의 Ta층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ta층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1-Si합금층과 Ta층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와 같이 A1-Si합금으로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ta로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 11]
본 실시예에서는 제1a도, 제1b도 및 제1c도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극층의 재료를 A1로부터 A1-Cu합금으로 변경한 것만이 다르다. 즉, 5,500Å 두께의 A1-Cu합금(Cu : 10%, 잔량: A1)층과 2,000Å 두께의 Ta층을 연속 스퍼터링에 의해 순차적으로 형성한다. 이 경우에, Ta층은 실시예 1에서와 같은 값에서 스퍼터링 시에 아르곤 압력을 조절하여 5×109dyn/cm2의 압축 응력이 가해지도록 형성된다. A1-Cu합금층과 Ta층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 건식 에칭으로 동시에 패턴화되어 제1b도 및 제1c도에 도시한 바와같이 A1-Cu합금으로 된 하부 전극층(1110b)와 그 상부에 Ta로 된 상부 전극층(1110c)을 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)에 있어서, 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 12]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예1과는 달리, A1층과 Ta층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Ta로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 13]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 2와 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 2와는 달리, A1층과 W층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 W로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 14]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 3과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 3과는 달리, A1층과 Cr층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Cr로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 15]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 4와 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 4와는 달리, A1층과 Ti층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Ti로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 16]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 5와 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 5와는 달리, A1층과 Mo층을 A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Mo층으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 17]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 6과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 6과는 달리, A1층과 Ti-Mo합금층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Ti-Mo합금층으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 18]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 7과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 7과는 달리, A1층과 Ti-Cr합금층을, A1로 된 하부 전극층(1110e) 와 Ti-Cr합금층으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 19]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 8과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 8과는 달리 A1층과 Ti-A1합금층을, A1로 된 하부 전극층(1110e)와 Ti-A1합금층으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 20]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 9와 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 9와는 달리, Cu층과 Ta합금층을, Cu로 된 하부 전극층(1110e)와 Ta합금으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/mm 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 21]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 10과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 10과는 달리, A1-Si 합금층과 Ta 합금층을, Al-Si 합금층으로 된 하부 전극층(1110e)와 Ta합금으로 된 상부 전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/㎜로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[실시예 22]
본 실시예에서는 제4a도, 제4b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 11과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극 재료층과 상부 전극 재료층의 패턴화 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다. 즉, 실시예 11과는 달리, A1-Cu 합금층과 Ta합금층을, A1-Cu합금으로 된 하부 전극층(1110e)와 Ta합금으로 된 상부전극층(1110f)가 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 별도로 독립적으로 형성되는 패턴을 기초로 하여 건식 에칭으로 패턴화시키는 것이다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤트(12)를 얻는다. 이 잉크 제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/㎜ 로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[비교예]
제2a도, 제2b도에 도시한 잉크 제트 헤드용의 복수개의 기판을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하지만 하부 전극충과 상부 전극층의 형성 공정을 다음과 같이 변경한 것이 다르다.
즉, 7,500Å 두께의 순수 A1층을 스퍼터링에 의해 형성한 다음 실시예 1과 같은 가스를 이용하여 건식 에칭하여 a1의 단층 구조를 갖는 전극층(1110g)를 형성한다.
폴리설폰으로 된 상부판(105)는 스프링(도시 않음)을 사용하여 제조된 잉크제트 헤드용의 복수개의 기판(10) 각각에 가압 결합된다. 이리하여, 제5a도 및 제5b도에 도시한 실시예에 따른 복수개의 잉크 제트 헤드(12)를 얻는다. 이 잉크제트 헤드(12)의 토출 개구(1101)의 배열 밀도는 16노즐/㎜로 설정되고 토출 개구(1101)의 수는 128노즐로 설정된다.
[평가]
실시예 1과 비교예에서 얻은 각 잉크 제트 헤드(12)를 잉크 제트 펜(11)에 조립하고 잉크 제트 펜(11)을 제6도에 도시한 잉크 제트 장치에 설치하였다. 각 잉크 제트 헤드에 대한 토출 내구성 시험을 상기 잉크 제트 장치(15)를 이용하여 잉크 토출을 수행함으로써 행하였다.
제3도는 실시예 1의 잉크 제트 헤드와 비교예(배경 기술)의 헤드를 토출 내구성 면에서 비교한 그래프이다. 제3도의 그래프에 있어서, 수직축은 토출 펄스 수를, 수평축은 입력 에너지를 구동 전압(Vop)/버블 형성 전압(Vth)로 표시한 것이다. 즉, 이 그래프에서, 열 발생기의 어느 쪽이 고장났을 때 수평축을 따라 표시한 입력 에너지량에 따른 수직축을 따라 표시한 토출 펄스의 수를 도시한다. 실시예 1과 비교예의 각각에 대해 잉크 제트 헤드를 10개 시험하였는데, 그 평균치를 제3도에 도시한 그래프에 표시하였다. 시험에서, 토출 펄스의 폭은 5㎛였다.
제3도에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 잉크 제트 헤드는 비교예의 잉크 제트 헤드의 약 4배의 양호한 내구성을 보였다.
실시예 1과 비교예의 잉크 제트 헤드를 동일 토출 펄스 수에 대해 분해하고 버블면의 상태를 관찰하였다. 결국, 실시예 1의 잉크 제트 헤드는 비교예의 잉크 제트 헤드에 비해 버블면 상에 돌출부의 존재가 거의 관찰되지 않았음이 확인되었다.
다른 예의 잉크 제트 헤드도 마찬가지 비교 시험을 행하였다. 그 결과, 다른 예 각각도 실시예 1과 같은 양호한 성능을 가짐이 확인되었다.
Claims (32)
- 베이스 부재와 상기 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체를 구성되며 상기 전기 열 변환체는 저항층과 상기 저항층에 접속된 한쌍의 전극층을 구비하고 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 상기 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있고, 상기 전극층 쌍중 하나는 상기 발열부 하방을 통과하며, 상기 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 상기 복수개의 층 중 적어도 하나는 상기 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속의 융점은 1기압에서 2500℃ 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 금속은 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo 또는 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 두 개 이상의 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 금속은 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 발열부에 가장 근접한 상기 층은 압축 응력이 적용되도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 발열부로부터 이격된 각각의 상기 층은 1기압에서 1500℃미만의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 발열부로부터 이격된 각각의 상기 층은 A1, Cu 및 A1-Si합금 또는 A1-Cu합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 절연층은 상기 저항층과 상기 발열부로부터 이격된 상기 층사이에 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제8항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 발열부가 복수개 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 발열부에 가장 근접한 상기 층과 상기 발열부로부터 이격된 상기 층은 동일 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제10항에 있어서, 복수개의 층이 상기 복수개의 발열부에 공통으로 제공된 공통 리이드 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제10항에 있어서, 상기 복수개의 층은 상기 복수개의 발열부에 대응하여 별도로 독립적으로 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 적어도 상기 베이스 부재의 면은 절연된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 보호층은 상기 전기 열 변환체 상에 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드용 기판.
- 베이스 부재와 상기 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 상기 전기 열 변환체는 저항층과 상기 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 상기 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 상기 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 상기 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 포함하며, 상기 전극층 쌍중 하나는 상기 발열부 하방을 통과하며, 상기 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 상기 복수개의 층 중 적어도 하나는 상기 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 금속의 융점은 1기압에서 2500℃ 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 금속은 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo 또는 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo 로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 두 개 이상의 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 금속은 Ta, W, Cr, Ti 및 Mo 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 발열부에 가장 근접한 상기 층은 압축 응력이 적용되도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 발열부로부터 이격된 각각의 상기 층은 1기압에서 1500℃ 미만의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 발열부로부터 이격된 각각의 상기 층은 A1, Cu 및 A1-Si 합금 또는 A1-Cu합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 절연층은 상기 저항층과 상기 발열부로부터 이격된 상기 층사이에 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제23항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 발열부가 복수개 제공되어 있고, 상기 복수개의 발열부는 상기 수개의 토출 개구 각각에 대응하여 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 발열부에 가장 근접한 상기 층과 상기 발열부로부터 이격된 상기 층은 동일 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제25항에 있어서, 복수개의 층이 상기 복수개의 발열부에 공통으로 제공된 공통 리이드 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제25항에 있어서, 상기 복수개의 층은 상기 복수개의 발열부에 대응하여 별도로 독립적으로 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 상기 전기 열 변환체는 적어도 절연면을 가진 베이스 부재상에 제공된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 제16항에 있어서, 보호층은 상기 전기 열 변환체 상에 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
- 베이스 부재와 상기 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 상기 전기 열 변환체는 저항층과 상기 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 상기 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 상기 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 상기 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 구비한 잉크 제트 헤드와, 상기 잉크 통로에 공급될 잉크를 저장하는 잉크 용기를 포함하며, 상기 전극층 쌍중 하나는 상기 발열부 하방을 통과하며, 상기 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 상기 복수개의 층 중 적어도 하나는 상기 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 펜.
- 베이스 부재와 상기 베이스 부재 상에 형성된 전기 열 변환체로 구성되며 상기 전기 열 변환체는 저항층과 상기 저항층에 접속된 한 쌍의 전극층을 구비하고 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치된 상기 저항층은 잉크를 토출하기 위해 사용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열부로서의 기능을 하도록 되어 있는 잉크 제트 헤드용 기판과, 상기 발열부에 대응하여 배치된 잉크 통로와, 상기 잉크 통로에 연통하여 배치된 잉크 토출용 토출 개구를 구비한 잉크 제트 헤드와, 상기 잉크 제트 헤드를 설치하는 수단을 포함하며, 상기 전극층 쌍중 하나는 상기 발열부 하방을 통과하며, 상기 발열부 하방에 배치된 전극층은 복수개의 층으로 구성된 복층 구조이며, 상기 복수개의 층 중 적어도 하나는 상기 발열부에 가장 근접되고 1기압에서 1500℃ 이상의 융점을 갖는 금속으로 된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드 장치.
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