KR100221292B1 - 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치 - Google Patents

Abstract

액체 토출용 토출구와 통하게 되어 있는 제1 액체 유로를, 상기 액체 중에서 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 영역을 포함하는 제2 액체 유로로부터 실질적으로 항상 분리시키기 위한 이동성 격막을 상기 제1 액체 유로 중의 액체의 흐름에 대하여 상기 토출구의 상류쪽에서 변위시켜 기포를 사용하는 액체 토출용 토출수를 통하여 액체를 토출시키기 위한 액체 토출 방법으로서, 액체의 흐름 방향에 대하여 상기 이동성 격막의 하류부분을 상기 토출구를 향하여 상기 이동성 격막의 상류 부분 보다 상대적으로 더 많이 변위시키는 단계를 포함한다.

Description

액체 토출 방법 및 액체 토출 장치

본 발명은 열 에너지 등에 의한 기포 발생에 의해 원하는 액체를 토출시키기 의한 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치, 보다 구체적으로는 기포 발생을 이용하여 변위 되게 배열된 이동성 격막을 사용하는 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치에 관한 것이다.

본 발명에서 기록은 기록 메체 상에 문자 또는 그래픽과 같이 의미를 갖는 화상을 제공하는 것 뿐만아니라 매체 상에 패턴과 같이 의미가 없는 화상을 제공하는 것도 의미한다.

통상 공지된 기록 방법 중 하나는 잉크의 급속한 체적 변화 (기포 형성)을 수반하는 상태 변화를 야기하도록 열 에너지 등을 잉크에 부과하여, 이로써 이 상태 변화에 기초한 힘이 작용하여 잉크를 토출구를 통하여 토출시키고, 기록 매체 상에 잉크를 퇴적하여 화상을 형성하는 잉크 젯 기록 방법이며, 이는 소위 기포 잉크 젯 기록 방법이라 불린다. 이 기포 젯 기록 방법을 사용하는 기록 장치는, 일본 특허 공고 공보 제61-59911호 또는 일본 특허 공고 공보 제61-59914호에 기재된 바와 같이 보통 잉크 토출용 토출구, 토출구와 통하게 되어 있는 잉크 유로, 및 잉크 유로 내에 위치된 잉크 토출용 에너지 발생 수단으로서의 발열 부재 (전열 변환기)가 구비된다.

상기 기록 방법은 낮은 소음으로 고속으로 고품질 화상을 기록할 수 있고, 게다기 이 기록 방법을 수행하기 위한 헤드가 고밀도로 배치된 잉크 토출용 토출구를 가질 수 있기 때문에 많은 장점을 갖는 데, 예를 들면 소형 장치로도 고해상도의 기록 화상 또는 고른 컬러 화상을 쉽게 얻을 수 있다. 따라서, 이 기포 젯 기록 방법은 최근 몇 년간 인쇄기, 복사기, 팩시밀리 기기 등을 비롯한 많은 사무 기기에 사용되고 있으며, 더 나아가 직물 인쇄 장치와 같은 공업 시스템용으로 사용되기 시작하고 있다.

한편, 통상의 기포 젯 기록 방법은 잉크가 발열 부재와 접촉된 상태에서 가열이 반복되기 때문에 발열 부재의 표면 상에 잉크가 타서 퇴적물이 발생하는 것을 간혹 겪었다. 액체가 열에 의해 열화되기 쉽거나, 또는 액체가 충분한 기포를 발생하기 쉽지 않은 액체 토출의 경우에, 상기 언급된 발열 부재로 직접 가열하여 기포를 형성하여서는 몇몇 경우에 토출이 우수하게 이루어지지 않는다.

이에 반하여, 본 출원인은 일본 특허 공개 공보 제55-81172호에서 기포 발생 액체를 토출 액체로부터 분리시키기 위한 가요성 막을 통하여 열 에너지에 의해 기포 발생 액체중에 기포를 발생시켜 토출 액체를 토출시키는 방법을 제한하였다. 이 방법에서 가요성 막 및 기포 발생 액체의 형상은 가요성 막이 노즐의 일부 상에 형성되는 것인 한편, 일본 특허 공개 공보 제59-26270호는 전체 헤드를 상하 공간으로 분리하기 위한 대형막을 사용하는 형상을 기재하고 있다. 이 대형막은 액체 통로를 형성하는 두 개의 평판 사이에 배치할 목적으로 구비되며, 이로써 두 액체 통로 중의 액체가 서로 혼합되는 것을 막는다.

다른 한편으로, 기포 발생 액체 자체에 특정한 특징을 제공하고 기포 발생 특성을 고려한 대응책으로는 토출 액체의 비등점 보다 낮은 비등점 액체를 사용하는 일본 특허 공개 공보 제5-229122호, 및 기포 발생 액체로서 전기 전도성 액체를 사용하는 일본 특허 공개 공보 제4-329148호에 기재된 것을 포함한다.

그러나, 상기 서술된 바와 같이 통상의 격막을 사용한 액체 토출 방법은 단지 기포 발생 액체를 토출 액체와 분리시키는 구조이거나, 또는 단순히 기포 발생 액체 자체의 개선이고, 여전히 실제 사용되는 수준은 아니다.

제1a, 1b 1c, 1d 및 1e는 본 발명에 따른 액체 토출 방법의 제1 실시양태를 설명하기 위한 유로(flow path) 방향에 따른 횡단면도.

제2a, 2b 2c, 2d 및 2e는 본 발명에 따른 액체 토출 방법의 제2 실시양태를 설명하기 위한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제3a, 3b 및 3c는 본 발명의 액체 토출 방법에서 이동성 격막의 변위 단계를 설명하기 위한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제4a, 4b 및 4c는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제1 실시양태를 나타내는 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제4a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제4b도는 기포 발생 시의 (토출시의) 상태를 도시한 도면이고, 제4c도는 기포가 꺼졌을 때의 상태를 나타내는 도면이다.

제5a 및 5b도는 각각 본 발명의 액체 토출 장치의 구조예를 도시하기 위한 세로 횡단면도로서, 여기서 제5a도는 이후 서술된 보호막이 있는 소자를 도시한 도면이고, 제5b도는 보호막이 없는 소자를 도시한 도면이다.

제6도는 제5a 및 5b도에 도시된 전기 저항층에 인가된 전력의 파형을 설명하는 도.

제7도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 도식도.

제8도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 절단된 투시도.

제9a, 9b, 및 9c도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제2 실시양태를 나타내는 도면으로서, 여기서 제9a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 유로방향에 따른 황단면도이고, 제9b도는 기포 발생 시의 유로 방향에 따른 횡단면도이고, 제9c도는 제9a도에 도시된 도면의 제2유로 쪽으로부터 제1 유로를 관찰하여 얻은 도면이다.

제10a, 10b, 10c, 10d, 10e 및 10f도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제2 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제11a 및 11b도는 본 발명의 액체 토출 장치에 사용된 이동성 격막의 특성을 도시한 도면으로서, 여기서 제11a도는 기포 발생 영역에서 발생된 기포의 압력 f와 그에 대항한 이동성 격막의 응력 F 사이의 관계를 설명하는 도면이고, 제11b도는 제11a도에 도시된 기포의 체적 변화에 대항한 이동성 격막의 응력 F의 특성을 도시한 그래프이다.

제12a 및 12b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제4 실시양태를 설명하는 도면으로서, 여기서 제12a도는 유로 방향에 따른 횡단면도이고, 제12b도는 평면도이다.

제13a 및 13b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제5 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제13a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제13b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 도면이다.

제14도는 제13a도 및 13b도에 도시된 액체 토출 장치의 부분적으로 부숴진 투시도.

제15a, 15b, 15c 및 15d도는 제13a, 13b 및 제14도에 도시된 액체 토출 장치의 작동을 설명하기 위한 도면.

제16a, 16b 및 16c도는 제13a, 13b도 내지 제15a, 15b, 15c 및 15d도에 도시된 액체 토출 장치 중의 제2 액체 유로 (204)와 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a) 사이의 위치 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 여기서 제16a도는 두꺼운 부분 (205a)의 평면도이고, 제16b도는 이동성 격막 (205)가 없는 제2 액체 유로 (204)의 평면도이고, 도 16c는 두꺼운 부분(205a)와 제2액체유로(204) 사이의 포개어 놓은 위치 관계를 도시한 도식도이다.

제17도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 도식도.

제18도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 절단된 상태의 투시도.

제19a, 19b, 19c, 19d 및 19e도는 제13a, 13b도 내지 제18도에 도시된 액체 토출 장치 중의 이동성 격막 생성 단계를 설명하는 도면.

제20a도 및 제20b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제6 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제20a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제20b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 도면이다.

제21a, 21b, 21c 및 21d도는 제20a 및 20b에 도시된 액체 토출 장치의 변형으로 액체 토출 방법을 설명하기 위한 도면.

제22a 및 22b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제7 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제22a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제22b도는 기포 발생 시의 (토출 시의)상태를 도시한 도면이다.

제23a 및 23b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제8 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제23a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제23b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 도면이다.

제24a 및 24b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제9 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제24a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제24b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 도면이다.

제25a, 25b 및 25c도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제10 실시양태를 도시한 도면으로서, 여기서 제25a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제25b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도이고, 제25c도는 제2 액체 유로의 구조를 도시한 도면이다.

제26a 및 26b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제11 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제26a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제26b도는 기포 발생 시의 (토출 시의) 상태를 도시한 도면이다.

제27a 및 27b도는 제26a 및 26b도에 도시된 액체 토출 장치의 변형을 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제27a도는 제2 액체 유로 벽의 일부가 계단 형상으로 형성된 변형을 도시한 도면이고, 제27b도는 제2 액체 유로 벽의 일보가 곡선 형상으로 형성된 변형을 도시한 도면이다.

제28a 및 28b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제12 실시양태로, 여기서 제28a도는 제2 액체 유로와 발열 부재 사이의 위치 관계를 도시한 평면도이고, 제28b도는 제28a도의 위치 관계의 투시도이며, 여기서 토출구는 제28a도의 좌측에 배치되어 있다.

제29a, 29b도 및 제29c도는 제28a 및 28b도에 도시된 액체 토출 장치에서 토출 작동을 설명하기 위한 도면으로서, 여기서 제29a도는 제28a도에 도시된 29A-29A에 따른 횡단면도를 포함하고, 제29b도는 제28a도에 도시된 29B-29B에 따른 횡단면도를 포함하고, 제29c도는 제28a도에 도시된 29C-29C에 따른 횡단면도를 포함한다.

제30a, 30b 및 30c도는 제28a 및 28b도에 도시된 액체 토출 장치의 변형을 도시한 도면으로서, 여기서 제30a도는 발열 부재 근처에서 제2 액체 유로의 폭이 상류에서 하류로 계단식으로 점차 증가하는 변형을 도시한 도면이고, 제30b도는 발열 부재 근처에서 제2액체유로의 폭이 상류에서 하류로 곡선 형상으로 점차 증가하는 변형을 도시한 도면이고, 제30c도는 발열 부재 근처에서 제2 액체 유로의 폭이 상류에서 하류로 제30b도의 형상의 반대인 곡선 형상으로 점차 증가하는 변형을 도시한 도면이다.

제31a, 31b, 31c, 31d 및 31e도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제13 실시양태를 도시한 액체 토출 장치의 작동을 설명하기 위한 도면.

제32a, 32b, 32c 및 32d도는 제31a도 내지 31e도에 도시된 액체 토출 장치에서 발열 부재, 제2 액체 유로, 및 이동성 격막 변위 조절 부재 사이의 위치 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 여기서 제32a도는 발열 부재와 제2 액체 유로 사이의 위치 관계를 도시한 도면이고, 제32b도는 이동성 격막 변위 조절 부재의 평면도이고, 제32c도는 발열 부재, 제2 액체 유로, 및 이동성 격막 변위 조절 부재를 도시한 도면이고, 제32d도는 이동성 격막의 변위 면적을 도시한 도면이다.

제33도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제14 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제34a, 34b, 34c 및 34d도는 제33도에 도시된 액체 토출 장치의 작동을 설명하기 위한 도면.

제35도는 이동성 격막이 없는 제2 액체 유로의 평면도로서, 제33도 및 제34a, 34b, 34c 및 34d도에 도시된 액체 토출 장치 중의 제2 액체 유로의 구조를 설명하기 위한 도면.

제36도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제15 실시양태를 도시한, 기포 발생 시의 상태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제37a, 37b, 37c 및 37d 도는 제36도에 도시된 액체 토출 장치의 작동을 설명하기 위한 도면.

제38도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제16 실시양태를 도시한, 기포 발생시의 상태를 도시한 유로 방향에 따른 황단면도.

제39도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제17 실시양태를 도시한, 기포 발생시의 상태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제40a 및 40b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제18 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제40a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제40b도는 기포 발생 시의 상태를 도시한 도면이다.

제41도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제19 실시양태를 도시한, 기포 발생시의 상태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도.

제42a 및 42b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제20 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제42a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제42b도는 기포 발생 시의 상태를 도시한 도면이다.

제43a 및 43b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제21 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제43a도는 측면 횡단면도이고, 제43b도는 세로의 횡단면도이다.

제44a 및 44b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제22 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제44a도는 측면 횡단면도이고, 제44b도는 세로의 횡단면도이다.

제45a, 45b, 45c, 45d 및 45e도는 제44a 및 44b도에 도시된 이동성 격막의 생성방법을 설명하기 위한 도면.

제46a 및 46b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제23 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제46a도는 측면 횡단면도이고, 제46b도는 세로의 횡단면도이다.

제47a, 47b, 47c, 47d 및 47e도는 제46a 및 46b도에 도시된 이동성 격막의 생성 방법을 설명하기 위한 도면.

제48a 및 48b도는 제46a 및 46b도 및 제47a, 47b, 47c, 47d 및 47e도에 도시된 이동성 격막의 유사형태르 도시한 도면으로서, 여기서 제48a도는 측면 횡단면도이고 제48b도는 세로의 횡단면도이며, 토출구는 도면의 좌측 위에 위치되어 있다.

제49a도 및 제49b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제24실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제49a도는 측면 횡단면도이고 제49b도는 세로의 횡단면도이다.

제50a 및 50b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제25 실시양태를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도로서, 여기서 제50a도는 측면 횡단면도이고 제50b도는 세로의 횡단면도이다.

제51a, 51b, 51c 및 51d도는 제50a 및 50b도에 도시된 이동성 격막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

제52a 및 52b도는 액체가 제1 액체 유로 중 액체의 흐흠 방향에 수직인 방향으로 토출되도록 기포 발생 영역의 하류쪽에 배치된 토출구 배열로 본 발명이 응용된 응용예를 도시한 유로 방향에 따른 횡단면도. 여기서 제52a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제52b도는 기포 발생 시의 상태를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11, 101, 111, 201, 301, 501, 601, 701, 901 : 토출구

2, 12, 22, 102, 202, 212, 302, 402, 442, 502, 602, 702, 733, 802, 902 : 발열 부재

3, 13, 23, 103, 113, 203, 213, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903 : 제1 액체 유로

4, 14, 24, 104, 114, 204, 214, 304, 404, 444, 504, 604, 704, 804, 904 : 제2 액체 유로

5, 15, 25, 105, 115, 205, 215, 305, 315, 405, 445, 505, 605, 605, 705, 715, 735, 805, 815, 825, 855, 865, 905 : 이동성 격막

5A, 15A : 상류 부분 5B, 15B : 하류 부분

5C, 15C : 중앙부

6, 16, 106, 116, 216, 306, 316, 406, 446, 506, 606, 706, 726, 736, 746, 806, 906 : 기포

7, 17, 27, 107, 117, 207, 307, 407, 507, 607, 707, 807, 907 : 기포 발생 영역

9, 19 : 오리피스 판 143, 243 : 제 1 공통 액체 챔버

144, 244 : 제2 공통 액체 챔버 131, 231, 751 : 이동성 부재

131a : 자유 단부 (131a) 131b : 받침부

110, 130, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810 : 기판

110a : 공동 방지층 110b : 보호층

110c : 배선 전극 110d : 저항층

132, 232 : 홈파인 부재 133, 233 : 제1 액체 공급로

134, 234 : 제2 액체 공급로 135 : 오리피스 판

136, 236 : 지지체 151, 161 : 이동성 부재

151a, 161a : 자유 단부 151b : 받침부

151c : 결합 부분 151d : 곡선 부분

205a : 두꺼운 부분 205b : 오목한 부분

205c : 느슨한 부분 205d : 받침부

209, 509, 609a : 수축된 부분 305a : 두꺼운 부분

305B : 이동성 격막의 참조 표면 315a : 볼록 부분

531 : 이동성 격막 변위 조절 부재

531a : 이동성 격막 변위 조절 부재의 개구부

715a, 715b : 기포 발생 영역(707)의 상류 및 하류에 느슨한 부분

871 : 밀러 웨이퍼 872 : 박막

873 : 레지스트 874 : 폴리이미드 수지막

875 : 박막 876 : 패턴화된 레지스트

877 : 실리콘 기판 878 : 실리콘 옥사이드

879 : 막

본 발명자들은 격막을 사용한 액적의 토출에서 토출된 액적을 주로 연구하여 열 에너지에 의한 기포 형성에 기초한 액체 토출 효율이 격막 변화에 개입으로 인해 저하되어 실제 이용되지 않았다는 결론에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명자는 격막의 분리 기능에 의한 효과의 장점을 취하면서 더 고도의 액체 토출을 성취하는 액체 토출 방법 및 장치를 연구하기 시작했다.

본 발명은 이 연구 중에 완성되었고, 액적을 토출하기 위한 토출 효율이 개선되고 토출된 액적의 체적 또는 토출 속도가 안정되고 향상된 신규한 액체 토출 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 토출구와 통하게 되어 있는 액체 토출용 제1 액체 유로, 기포 발생 액체를 공급 또는 이동시킬 수 있고 기포 발생 영역을 가질 수 있도록 기포 발생 액체를 함유하는 제2 액체 유로, 및 제1 및 제2 액체 유로를 서로 분리시키기 위한 이동성 격막을 포함하고, 제1 액체 유로 중의 토출 액체 흐름 방향에 대하여 토출구의 상류에 이동성 격막의 변위 영역을 갖는 액체 토출 헤드를 사용하는 액체 토출 방법 및 장치으로 토출 효율을 개선할 수 있다.

특히, 본 발명자들은 다음의 문제를 찾아냈다. 기포 발생 영역이 되는 공간이 작은 공간인 경우에, 즉 기포 발생 영역 자체가, 토출 액체의 흐름 방향에 대하여 토출구의 상류쪽에 형성되어 있다할지라도 발열부의 폭 및 길이와 근접한 폭 및 길이를 갖는 경우에, 기포 발생 영역에서 기포의 발생시에 기포 발생에 의해 이동성 막이 토출 액체의 토출 방향에 대해 수직 방향으로만 변위되므로, 충분한 토출 속도를 얻을 수 없다. 이로인해 효율적인 토출 작업이 이루어지지 않는다는 문제점이 야기되었다. 이러한 문제의 원인이 상기 기포 발생 액체가 밀폐된 작은 공간에서만 반복적으로 항상 사용되기 때문임을 인지함으로써 본 발명은 또한 효율적인 토출작업을 실현하였다.

본 발명의 첫 번째 목적은 실질적으로, 또는 보다 바람직하게는 완전히 이동성 막에 의해 토출 액체를 기포 발생 액체로부터 분리시키기 위한 구조를 사용하는 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치를 제공하는 것으르서, 여기서 기포 발생 압력에 의해 발생된 힘에 의해 이동성 막을 변형시켜 토출 액체에 압력을 전달할 때, 압력이 상류로 누출되는 것을 막고 압력이 토출구를 향해 안내되어 토출 효율을 악화시키지 않으면서 높은 토출력을 얻을 수 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 상기 언급된 구조에 의해 발열 부재 상에 퇴적되는 퇴적물의 양을 감소시킬 수 있고, 토출 액체에 열에 의한 영향을 주지 않으면서 고효율로 액체를 토출시킬 수 있는 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 토출 액체의 점도 및 그의 재료 제형에 관계없이 넓은 선택의 자유를 갖는 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명은 액체 토출용 토출구와 통하게 되어있는 제1 액체 유로를 액체 중에서 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 영역을 포함하는 제2 액체 유로로부터 항상 실질적으로 분리시키기 위한 이동성 격막을 상기 제1 액체 유로 중의 액체 흐름에 대하여 상기 토출구의 상류쪽에서 변위시키는 단계를 갖는 액체 토출 방법을 제공하며, 상기 액체 토출 방법은 상기 액체 흐름 방향에 대하여 상기 이동성 격막의 하류 부분을 상기 토출구를 향하여 상기 이동성 격막의 상류 부분 보다 상대적으로 많이 변위시키는 단계를 포함한다.

여기서, 기포의 성장 과정의 중가 이후에 상기 단계를 수행한다면 토출량이 더욱 증가할 것이다. 기포 성장 과정의 초기 단계 후에 상기 단계를 실질적으로 연속적으로 수행한다면 토출 속도가 더욱 증가할 것이다.

소망하는 대로 또는 상기 단계에서 이동성 격막의 변위를 조절하기 위한 방향 조절 수단에 의해 안정화하여 이동성 격막의 변위를 제어할 수 있다.

상기 서술된 바와 같이 본 발명의 특징인 상기 변위 단계를 수행하기 위한 특정 구조로는 이후에 서술된 실시양태의 구조들을 포함한다. 게다가, 본 발명은 본 발명의 가술적 사상에 포함되는 다른 구조에 의해 상기 변위 단계를 성취할 수 있는 모든 구조들을 포괄한다.

더 나아가, 이동성 격막의 형상을 미리 결정한다면, 또는 이동성 격막에 느슨한 부분을 구비한다면, 이동성 격막 자체는 기포의 발생으로 늘어날 필요가 없어지며, 이는 토출 효율을 상승시키고 이동성 격막 자체로 변위의 조절이 가능하게 된다.

제2 액체 유로 중의 기포 성장을 조절하여 이동성 격막의 변위를 조절한다면, 기포 자체에 직접적인 작용이 일어나고, 이로써 기포 발생 초기 단계부터 이동성 격막의 변위가 조절된다.

본 서술은 본 발명에 따른 소자 구조의 전형적인 예이다. 본 명세서에 서술된 방향 조절 수단은 이동성 격막 자체의 모든 배열 (예를 들면, 굴곡탄성율 분포, 변형 팽창부와 비변형부의 조합등), 제2 액체 유로 자체의 모든 배열 (발열 부재 또는 기포 자체의 제어 등), 이동성 격막에 작용하는 부가적인 부재, 제1 액체 유로의 구조 및 이의 모든 조합을 포함한다. 본 발명에 따른 전형적인 구조는 액체 토출용 토출구와 통하게 되어 있는 1개 이상의 제1 액체 유로, 액체 중에서 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 영역을 포함하는 제2 액체유로, 및 상기 제1 액체 유로를 상기 제2 액체 유로로부터 실질적으로 항상 분리시키기 위한 이동성 격막을 갖는 액체 토출 장치이며. 상기 액체 토출 장치는 상기 제1 액체 유로 중의 액체 흐름에 대하여 상기 토출구의 상류쪽에서 상기 이동성 격막을 변위시키고, 상기 액체 흐름 방향에 대하여 상기 이동성 격막의 상류 부분 보다 상기 이동성 격막의 하류 부분을 상대적으로 많이 상기 토출구를 향하여 변위시키기 위한 방향 조절 수단을 포함한다.

상기 구조의 본 발명에서, 기포 발생 영역 위에 구비된 이동성 격막은 기포 발생 영역에서의 기포 발생 및 성장에 따라 제1 액체 유로내로 변위된다. 이 때에, 이동성 격막의 하류 부분이 이동성 격막의 상류 부분 보다 더 많이 제1 액체 유로 내로 변위되어, 기포 발생으로 인한 압력이 제1 액체 유로의 토출구를 향하여 안내된다. 이로서, 제1 액체 유로 중에 액체가 기포 발생에 의해 토출구를 통하여 효율적으로 토출된다.

이동성 격막의 변형 영역에 느슨한 부분이 구비되는 경우에, 이 느슨한 부분은 기포의 발생 및 성장에 의해 곡선 형상으로 변위되고, 따라서 기포의 체적이 이동성 격막의 변형에 보다 효과적으로 작용하여 액체를 보다 효율적으로 토출시킨다.

이동성 부재가 이동성 격막의 제1 액체 유로 쪽의 이동성 격막에 접하게 구비되고 이동성 부재가 기포 발생 영역에 면한 부분의 상류 연부의 하류쪽 위의 자유 단부, 및 자유 단부의 상류쪽 위의 받침부를 갖는 경우에, 기포가 꺼진 후에 이동성 격막이 제2 액체 유로에로 변위되는 것이 억제되어 액체가 상류로 이동하여 것이 방지되고, 이로써 재충전 특성이 개선되고 누화이 감소된다.

제2 액체 유로의 형상이 기포 발생 영역에서 발생된 기포로 인한 압력을 토출구에 용이하게 안내할 수 있는 것인 경우에, 제1 액체 유로 중의 액체가 기포의 발생에 의해 효율적으로 토출구를 통하여 토출될 수 있다.

제1 액체 유로의 형상이 하류 보다 상류의 높이가 더 낮은 그런 형상인 경우에, 이동성 격막의 하류 부분은 이동성 격막의 상류 부분 보다 더 많이 제1 액체 유로에로 변위되어 기포 발생으로 인한 압력이 제1 액체 유로의 토출부로 안내되므로, 제1 액체 유로 중의 액체가 기포 발생에 의해 토출구를 통해 효율적으로 토출된다.

이동성 격막이 그의 하류쪽 두께가 상류쪽 보다 더 작게 형성되는 경우에, 이동성 격막이 기포 발생 영역 내의 기포 성장에 따라 토출구를 향하여 더 쉽게 변형되어 제1 액체 유로 중의 액체가 토출구를 통하여 효율적으로 토출된다.

기포가 발생하지 않았을 때는 제2 액체 유로 내로 돌출되어 있고 기포 발생시에는 제1 액체 흐름 내로 돌출되는 볼록 부분이 이동성 격막에 구비된는 경우에, 기포 발생 영역내의 기포 발생으로 인한 압력이 볼록 부분에 의해 제1 액체 유로이 토출구로 안내되어, 제1 액체 유로 중의 액체가 기포 발생에 의해 토출구를 통하여 효과적으로 토출된다. 더 나아가, 볼록 부분 내부의 체적이 기포 발생 영역에서 발생된 기포에 최대 팽창 체적 보다 작다면, 볼록 부분의 변위량이 액체의 토출 특성으로 인한 기포 팽창 체적이 분산되는 경우에도 일정하게 유지될 것이다. 따라서, 노즐 사이의 분산 없이 우수한 토출이 실현된다.

본 발명의 실시양태가 서술되나, 그 전에 본 발명의 기초인 토출의 기본 개념을 두개의 구체적 형태로 서술하고자 한다.

제1a 내지 1e 내지 제3a 내지 3c도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법의 실시양태를 설명하기 위한 도면으로, 여기서 토출구는 제1 액체 유로의 단부 영역에 배치되고, 발생된 기포의 성장에 따라 변위될 수 있는 이동성 격막의 변위가능 영역은 (제1 액체 유로 중의 토출 액체의 흐름 방향에 대해) 토출구의 상류쪽 상에 위치되어 있다. 제2 액체 유로는 기포 발생 액체를 함유하거나, 또는 기포 발생 액체로 채워지고(바람직하게는, 기포 발생 액체로 재충전될 수 있고, 보다 바람직하게는 기포 발생 액체를 이동시킬 수 있다), 제2 액체 유로는 기포 발생 영역을 갖는다.

이 실례에서, 상기 기포 발생 영역은 또한 상기 서술된 토출 액체의 흐름 방향에 대하여 토출구의 상류 영역에 위치되어 있다. 게다가, 격막이 기포 발생 영역을 형성하는 전열 변환기 보다 더 길고, 예시되지는 않았으나 상기 흐름 방향에 대하여 전열 변환기의 상류연부와 제1 액체 유로의 공통 액체 챔버 사이에, 바람직하게는 상류 연부에 고정된 부분을 갖는다. 따라서, 제1a 내지 1e 내지 3a 내지 3c도로부터 격막의 실질적으로 이동가능한 범위가 이해될 것이다.

이 도면들에서 이동성 격막의 상태는 이동성 격막 자체의 탄성 및 두께, 또는 기타 부가적인 구조로부터 얻어진 모든 것을 대표하는 요소들이다.

[제1 구체 형태]

제1a 내지 1e도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법의 제1 구체 형태 (토출 단계의 중간으로부터 본 발명의 변위 단계를 갖는 예)를 설명하기 위한 유로 방향에 따른 횡단면도이다.

이 형태에서, 제1a 내지 1e도에 도시된 바와 같이 토출구 (1)과 직접 통하게 되어 있는 제1 액체 유로 (3)의 내부는 제1 공통 액체 챔버 (143)으로부터 공급된 제1 액체로 충전되고, 기포 발생 영역 (7)을 갖는 제2 액체 유로(4)는 발열 부재(2)로부터 열 에너지를 수용하여 기포를 발생하기 위한 기포 발생 액체로 충전된다. 제1 액체 유로 (3)을 제 2 액체 유로 (4)로부터 분리시키기 위한 이동성 격막 (5)가 제1 액체 유로 (3) 및 제2 액체 유로 (4) 사이에 구비된다. 이동성 격막 (5)를 오리피스 판 (9)과 밀폐 접촉되도록 고정시켜, 각각의 액체 유로 중의 액체가 그 안에서 서로 혼합되는 것을 막는다.

기포 발생영역 (7)에서 발생된 기포에 의해 변위될 때, 이동성 격막 (5)는 보통 지향성을 갖지 않거나, 또는 오히려 때때로 이동성 격막의 변위가 더높은 변위 자유도를 갖는 공통 액체 챔버로 진행된다.

본 발명에서, 이동성 격막 (5)의 이러한 이동을 인지하여, 이동성 격막 (5) 자체에 격막에 직접 또는 간접적으로 작용하는 변위 방향 조절 수단을 구비하여 이로써 기포에 의해 야기된 이동성 격막 (5)의 변위 (이동, 팽창, 또는 신장 등)가 토출구를 지향하게 되었다.

제1a도에서 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로(3) 내부의 액체는 모세관 인력에 의해 토출구(1) 근처에 끌려 들어가 있다. 이 형태에서, 토출구 (1)은 액체 유로 (3) 중의 액체의 흐름 방향에 대하여, 제1 액체 유로 (3) 상의 발열 부재 (2)의 돌출면의 하류에 위치된다.

이 상태에서, 열 에너지가 발열 부재 (2) (이 형태에서는 40μm ×105μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)에 등장하면, 발열 부재 (2)가 신속하게 가열되고 기포 발생 영역 (7) 중에서 제2 액체와 접촉된 표면이 제2 액체를 가열하여 기포를 발생시킨다 (제1b도). 이 기포의 가열 발생에 의해 발생된 기포 (6)는 미국 특허 제4,723,129호에 서술된 바의 막 비등 현상에 근거한 것으로 매우 고압을 수반하므로 발열 부재의 모든 표면에 걸쳐 함께 발생된다. 이 때에 발생된 압력은 제2 액체 유로 (4) 중의 제2 액체 내에 압력파의 형태로 전파되어 이로써 이동성 격막 (5)를 변위시키고 제1 액체 유로 (3) 중의 제1 액체의 토출을 시발시킨다.

발열 부재 (2)의 전체 표면 상에서 발생된 기포 (6)가 신속하게 성장하기 때문에, 기포가 막 형상이 된다 (제1c도). 더 나아가 발생 초기 단계에서 매우 고압에 의해 기포(6)이 팽창하여 이동성 격막 (5)를 변위시키고, 이는 토출구 (1)을 통한 제1 액체 유로(3)중의 제1 액체의 토출을 촉진시킨다.

그 후에 기포 (6)가 더 성장하여 이동성 격막 (5)의 변위를 증가시킨다 (제1d도). 제1d도에 도시된 상태에 이르기 까지 이동성 격막 (5)는 상류 부분(5A)의 변위가 발열 부재 (2)에 면한 이동성 격막의 면의 중앙부 (5c)에 대하여 하류 부분(5b)의 변위와 거의 일치될 때까지 계속 늘어난다.

이 후에, 기포 (6)의 부가적인 성장에 따라 기포 (6) 및 연속적으로 변위되었던 이동성 격막 (5)는 하류 부분(5b)가 상류 부분 (5a) 보다 상대적으로 크게 토출구를 향하여 움직이도록 변위되어, 이로써 제1 액체 유로(3) 중이 제1 액체는 토출구 (1)을 향하여 직접 이동한다. (제1e도)

토출 효율은 이동성 격막 (5)가 하류쪽의 토출구를 향하여 변위되어 상기 서술된 바와 같이 액체가 토출구를 향하여 직접 이동하는 단계에 의해 더욱 증가된다. 더 나아가, 상류로 액체가 이동하는 것이 상대적으로 감소되어, 액체를 노즐에, 특히 이동성 격막 (5)의 변위 면에 재충전할 때 효과적이다.

제1d 및 제1e도에 도시된 바와 같이 이동성 격막 (5) 자체가 또한 제1d도로부터 제1e도로 변하도록 토출구를 향하여 변위될 때, 상기 서술된 토출 효율 및 재충전 효율이 더 증가될 수 있고 이는 토출구를 향하여 제1 액체 유로 (3) 중의 발열 부재 (2)의 돌출면 내 제1 액체의 이동을 야기하여, 이리하여 토출량을 증가시킨다.

[제2 구체 형태]

제2a 내지 2e도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법의 제2 구체 형태 (초기 단계로부터 본 발명의 변위 단계를 갖는 예)를 설명하기 위한 유로 방향에 따른 횡단면도이다.

이 형태도 또한 제1 구체 형태와 근본적으로 유사한 구조를 가지며, 제2a 내지 2e도에 도시된 바와 같이, 토출구 (11)과 직접 통하게 되어 있는 제1 액체 유로(13)의 내부는 제1 공통 액체 챔버 (143)으로부터 공급되는 제1 액체로 충전되고, 기포 발생 영역 (17)을 갖는 제2 액체 유로 (14)는 발열 부재 (12)로부터의 열 에너지를 수용하여 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 액체로 충전된다. 제1 액체 유로 (13)을 제2 액체 유로 (14)로부터 분리시키기 위한 이동성 격막 (15)가 제1 액체 유로 (13)과 제2 액체 유로 (14)사이에 구비된다. 이동성 격막 (15)을 오리피스 판 (19)와 밀폐 접촉되게 고정시켜 각각의 액체 유로 중의 액체가 서로 그 안에서 혼합되는 것을 막는다.

제2a도에 도시된 초기 상태에서, 제1 액체 유로 (13) 중의 액체는 제1a도에서와 유사하게 모세관 인력에 의해 토출구 (11)근처에 끌려 들어가 있다. 이 형태에서, 토출구 (11)은 제1 액체 유로 (13) 상의 발열 부재 (12)의 돌출면의 하류쪽에 위치한다.

이 상태에서 열 에너지가 발열 부재 (12) (이 형태에서는 40μm×115μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)에 등장하면, 발열 부재 (12)가 신속하게 가열되고 기포 발생 영역 (17) 중의 제2 액체와 접촉된 표면이 제2 액체를 가열하여 기포를 발생시킨다 (제2b도). 이 기포의 가열 발생에 의해 발생된 기포 (16)은 미국 특허 제4,723,129호에 서술된 바의 막 비등 형상에 근거한 것으로 매우 고압을 수반하므로 발열 부재의 모든 표면에 걸쳐 함께 발생된다. 이 때에 발생된 압력은 제2 액체 유로 (14)중의 제2 액체 내에 압력파의 형태로 전파되어 이로써 이동성 격막 (15)를 변위시키고 제1 액체 유로 (13) 중의 제1 액체의 토출을 시발시킨다.

발열 부재 (12)의 전체 표면 상에서 발생된 기포 (16)의 신속하게 성장하기 때문에, 이는 막 형상이 된다(제2c도). 더 나아가 발생 초기 단계에서 매우 고압에 의해 기포 (16)이 팽창하여 이동성 격막 (15)를 변위시키고, 이는 토출구 (11)을 통한 제1 액체 유로 (13) 중의 제1 액체의 토출을 촉진시킨다. 이 때에, 제2c도에 도시된 바와 같이 초기 단계부터 이동성 격막 (15)가 이동가능한 면 내의 하류 부분 (15B)의 변위가 상류 부분 (15A)의 변위 보다 상대적으로 더 크도록 변위된다. 이는 효율적으로 제1 액체 유로 (13) 중의 제1 액체를 처음부터 토출구 (11)을 향하여 이동시킨다.

이 후에, 기포 (16)이 더 성장함에 따라 제2c도에 상태로부터 막 (15)의 변위 및 기포의 성장이 촉진되어 그와 함께 이동성 격막 (15)의 변위도 또한 증가한다 (제2d도). 특히, 이동면의 하류 부분 (15B)는 상류 부분(15A) 및 중앙 부분 (15C)보다 토출구를 향하여 더 크게 변위되어, 이로써 제1 액체 유로 (13) 중의 제1 액체가 직겁 가속되어 토출구를 향해 이동한다. 게다가, 상류 부분(15A)의 변위가 전체 과정 중에 많지 않으므로, 상류로 액체가 이동하는 것이 감소한다.

따라서, 토출 효율, 특히 토출 속도가 증가되고 이는 액체를 노즐에 재충전할 시에 및 토출액 액적의 체적 안정화에 이롭다.

이 후에, 기포 (16)이 더 성장하여 이동성 격막 (15)의 하류 부분(15B) 및 중앙 부분 (15C)는 토출구를 향해 뻗도록 변위되어, 이로써 상기 언급된 효과, 즉 토출 효율 및 속도가 증가된다 (제2e도). 특히, 이 경우에 이동성 격막 (15)의 형상에서 횡단면 형상으로 도시된 것에 더하여 액체 유로의 가로 방향으로도 변위 및 팽창이 증가하므로 작용면이 증가하여 제1 액체 유로 (13) 중의 제1액체가 토출구를 향하여 이동되고, 이는 상승적으로 토출 효율을 증가시킨다. 특히 이 때에 이동성 격막 (15)의 변위 형상이 사람의 코와 유사하기 때문에 코 형상으로 불린다. 이 코 형상은 제2e도에 도시된 바와 같이 초기 상태에서는 상류에 위치되어 있던 B 지점이 초기에 하류에 위치되어 있던 A 지점의 하류에 위치되는 S자 형상 및 제1e도에 도시된 바와 같이 이 A, B 지점들이 동등 위치에 위치되어 있는 형상을 포함한다.

[이동성 격막의 변위 형태]

제3a 내지 제3c도는 본 발명이 액체 토출 방법에서 이동성 격막의 변위 단계들을 설명하기 위한 유로에 따른 횡단면도이다.

이 형태에서는, 특히 이동성 격막의 이동가능한 범위 및 변위 변화에 초점을 맞추어 설명하기 때문에 기포, 제1 액체 유로 및 토출구는 예시하지 않았지만 각각의 도면에서 기본 구조는 기포 발생 영역 (27)이 제2 액체 유로 (24) 중의 발열 부재 (22)의 돌출면 근처에 있고 제2 액체 유로 (24) 및 제1 액체 유로 (23)이 이동성 격막 (25)에 의해 서로 실질적으로 항상, 특히 변위의 개시에서 종결까지의 기간을 통하여 분리되어 있는 그런 구조이다. 발열 부재 (22)의 하류 연부 (도면에 라인 H로 표시)의 경계에 대하여, 토출구는 하류쪽에 구비되는 한편, 제1 액체의 공급부는 상류쪽에 구비된다. 이 형태에서 그리고 이후에, 상류 및 하류는 유로 중의 액체의 흐름 방향에 대하여 이동성 격막이 이동가능한 범위의 중앙부를 기준으로 규정된다.

제3a도에 도시된 예는 이동성 격막 (25)가 초기 상태로부터 도면에서 (1), (2) 및 (3)의 순서로 하류쪽이 상류쪽 보다 더 많이 변위되도록 변위된다. 특히, 이는 토출 효율을 향상기키고, 하류 변위는 제1 액체 유로 (23) 중의 제1 액체를 토출구를 향하여 밀어 토출 속도를 증가시키는 그러한 이동을 야기하는 작용을 한다. 제3a도에서, 상기 이동가능한 범위는 실질적으로 일정하다.

제3b도에 도시된 예에서, 도면에서 (1), (2) 및 (3)의 순서로 이동성 격막 (25)가 변위되므로, 이동성 격막 (25)의 이동가능한 범위는 토출구를 향하여 이동 또는 팽창한다. 이 형태에서, 상기 이동가능한 범위의 상류쪽이 고정된다. 이예에서, 하류쪽이 상류쪽 보다 많이 변위되고 기포 자체의 성장이 토출구를 향해 배향되기 때문에, 토출 효율이 훨씬 더 향상될 수 있다.

제3c도에 도시된 예에서, 이동성 격막 (25)의 변위는 상류쪽 및 하류쪽이 동일 하게 변위되거나, 또는 초기 상태 (1)로부터 도면에서 (2)로 표시된 상태로 상류쪽이 약간 더 크게 변위되나, 도면에서 (3) 내지 (4)에 도시된 바와 같이 기포가 더 성장함에 따라 하류쪽이 상류쪽 보다 더 많이 변위되는 것이다. 또한 이는 이동가능한 범위의 상류 일부 중의 제1 액체를 토출구를 향하여 이동시킬 수 있어 토출 효율이 증가될 수 있고 토출량도 또한 증가될 수 있다.

또한, 제3c도로 표시된 단계에서, 이동성 격막 (25) 상의 특정 지점 U가 초기단계에는 그의 하류에 위치되어 있던 D 지점 보다 더 멀리 토출구를 향하여 변위되므로 토출구에로 돌출되도록 부풀게 될 수 있는 부분에 의해 토출 효율이 더욱 개선된다. 이 형상은 상기 서술된 바와 같이 소위 코 형상으로 불릴 것이다.

본 발명은 상기 서술된 바와 같은 단계를 갖는 토출 방법을 포함하나, 제3a도 내지 3c도에 도시된 예가 서로 항상 독립적인 것은 아니며 본 발명은 또한 각각의 예의 부분을 갖는 단계를 포함한다. 코 형상을 갖는 단계는 제3c도에 도시된 예 뿐만 아니라 제3a 및 3b도에 도시된 예에도 도입될 수 있다. 제3a 내지 3c도에 사용된 이동성 격막에 팽창 수축 능력을 갖는지와 무관하게 미리 느슨한 부분을 구비할 수 있다. 또한 도면에서 이동성 격막의 두께가 특별한 치수상의 의미를 갖지는 않는다.

[실시양태]

본 발명의 실시양태들을 도면을 참조로 하여 설명하겠다.

본 명세서에서 방향 조절 수단은 이동성 격막 자체의 구조 또는 특징, 이동성 격막에 대한 기포 발생 수단의 작용 또는 배열 관계, 기포 발생 영역 주위의 흐름 저항성 관계, 이동성 격막에 직접 또는 간접적으로 작용하는 부재, 및 이동성 격막의 변위 또는 신장을 조절하기 위한 부재(수단)를 기초로 한 수단들 중 적어도 어느 하나이며, 본 출원에 의해 정의된 변위를 달성하기 위한 모두를 포함한다. 따라서, 본 발명은 상기 방향 조절 수단을 복수개 (둘 이상) 갖는 실시양태도 물론 포함한다. 후술하는 실시양태가 복수개의 방향 조절 수단의 임의의 조합을 뚜렷하게 보여주지는 않더라도, 본 발명이 하기 실시양태에 한정되는 것은 아님을 주의해야 한다.

[실시양태 1]

제4a도 내지 4c도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 첫번째 실시양태를 나타낸 유로 방향을 따라서 본 횡단면도로서, 제4a도는 기포가 발생하지 않았을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제4b도는 기포 발생시(토출시)의 상태를 도시한 도면이며, 제4c도는 기포가 꺼진 상태를 도시한 도면이다.

본 실시양태에서는, 제4a도에 도시된 바와 같이, 기포를 발생시키기 위한 열에너지를 액체에 제공하기 위한 발열 부재 (102) (본 실시양태에서는 40μm×105μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)가 장착된 기판 (110)상에 기포 발생 액체용 제2 액체 유로 (104)가 구비되고, 토출구 (101)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체용 제1 액체 유로 (103)이 그 위에 구비된다. 탄성을 갖는 박막으로 만들어진 이동성 격막 (105)이 제1 액체 유로 (103)과 제2 액체 유로 (104) 사이에 제공되어, 이동성 격막 (105)이 제1 액체 유로 (103) 내의 토출 액체를 제2 액체 유로 (104) 내의 기포 발생 액체로부터 분리시킨다. 이동성 격막 (105)는 발열 부재 (102)와 마주보도록 배치되며, 발열 부재 (102) 내의 열에 의해 기포가 발생되는 기포 발생 영역 (107)의 적어도 한 부분에 면해 있다. 또한, 이동성 격막 (105)의 제1 액체 유로 (103) 쪽 위에는 이동성 격막 (105)에 인접한 방향 조절 수단으로서 이동성 부재 (131)이 제공되며, 이동성 부재 (131)은 기포 발생 영역 (107) 위의 자유 단부 (131a)와 자유 단부 (131a)의 상류쪽 위의 받침부(fulcrum) (131b)를 갖는다.

이동성 부재 (131)의 자유 단부 (131a)가 항상 기포 발생 영역 (107)에 면하는 부분에 위치해야 하는 것은 아니며, 받침부 (131b)의 하류에 제공되어 이동성 격막 (105)이 토출구 (101)을 향하여 늘어나게 안내하도록 배열된 것일 수도 있다. 보다 바람직하게는, 이동성 격막 (105)를 통해 발열 부재 (102)의 적어도 한 부분과 마주보도록 배열함으로써, 이동성 격막 (105)의 변위를 효율적으로 제어할 수 있다.

특히, 이동성 부재 (131)을 그의 자유 단부(131a)가 발열 부재 (102) 또는 기포 발생 영역 (107)의 중심 영역의 하류쪽 위에서 이동성 격막 (105)와 마주보는 위치에 놓이도록 배열하는 경우, 이동성 부재 (131)가 발열 부재 (102)에 수직인 팽창 분력을 토출구 (101) 쪽으로 집중되게 함으로써 토출 효율을 상당히 개선시킬 수 있다. 자유 단부 (131a)가 기포 발생 영역 (107)의 하류쪽 위에 제공되는 경우에는, 이동성 격막 (105)를 토출구 (101) 쪽으로 더 변위시키도록 자유 단부 (131a) 가 더 많이 변위되기 때문에 토출 효율이 개선된다.

이제, 발열부재 (102) 내에서 열이 발생할 때, 발열 부재 (102) 상의 기포 발생 영역 (107) 내에서 기포 (106)이 발생함으로써, 이동성 격막(105)가 제1액체 유로(103) 내로 변위된다. 여기서, 이동성 격막 (105)의 변위는 이동성 부재 (131)에 의해 조절된다. 이동성 부재 (131)에 기포 발생 영역 (107) 위의 자유 단부 (131a)와 그 상류의 받침부 (131b)가 제공되기 때문에, 이동성 격막 (105)가 상류쪽 보다는 하류쪽 위로 더 많이 변위된다 (제4b도). 즉, 소정의 변형 및 변위가 이동성 격막의 변위 방향을 조절하기 위한 방향 조절 수단에 의해 안정한 기반 위에서 달성될 수 있다.

이러한 방식으로, 기포 (106)이 성장하면서 이동성 격막 (105)의 하류 부분이 더욱 크게 변위됨으로써, 기포 (106)의 성장이 주로 토출구 (101) 쪽으로 전해져서 제1 액체 유로 (103) 내의 토출 액체가 토출구 (101)로부터 효율적으로 토출된다.

그 후, 기포 (106)은 수축되어 이동성 격막 (105)가 변위되기 전의 위치로 되돌아간다.

이 경우에, 이동성 격막 (105)는 기포의 소멸에 의해 발생된 압력에 의해 변위되기 전의 위치에서 제2 액체 유로 (104)로 이동한다. 그러나, 본 실시양태에서는, 이동성 격막 (105)가 이동성 부재 (131) 위에 일체로 제공되기 때문에 이동성 격막 (105)이 제2 액체 유로로 변위되는 것이 제한된다 (제4c도).

따라서, 이동성 부재 (131) 쪽에서의 압력은 메니스커스이 수축력이 제한되어 재충전 특성이 개선되도록 감소 제한된다.

이동성 부재 (131)은 액체가 상류로 이동하는 것을 제한함으로써 재충전 특성의 개선, 누화의 감소 등을 비롯한 효과들을 달성한다.

상술한 바와 같이, 본 실시양태의 구조는 토출 액체와 기포 발생 액체로서 상이한 액체를 사용하여 토출 액체를 토출시킬 수 있다. 따라서, 본 실시양태는 이제까지는 열을 가하여 기포를 발생시키기에 불충분하여 토출력이 부족하였던 폴리에틸렌 글리콜과 같은 고점도 액체 조차도, 이 액체를 제1 액체 유로 (103)에 공급하고, 양호한 기포 발생 특성을 갖는 다른 액체 (예를 들면, 점도가 약 1 내지 2cP인 에탄올:물=4 : 6의 혼합물)를 기포 발생 액체로서 제2 액체 유로 (104)에 공급함으로써 잘 토출시킬 수 있다.

열을 가했을 때에 발열 부재의 표면 위에 그을음 등을 형성시키지 않는 것들로부터 기포 발생 액체를 선택함으로써, 기포 발생을 안정화시킬 수 있으며 양호한 토출이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조도 상기 언급한 실시양태에서 기재된 바와 같은 효과들을 달성하기 때문에, 고점도 액체 등의 액체도 더욱 큰 토출력 하에서 더욱 높은 토출 효율로 토출될 수 있다.

열에 약한 액체를 사용하는 경우에, 이 액체가 토출 액체로서 제1 액체 유로 (103)에 공급되고 열 분해에 저항성이 있고 기포를 쉽게 발생시키는 다른 액체가 제2 액체 유로 (104)에 공급된다면, 열에 약한 액체는 열에 의한 손상 없이 상술한 바와 같이 큰 토출력 하에서 높은 토출 효율로 토출될 수 있다.

이하, 액체에 열을 공급하기 위한 발열 부재 (102)가 장착되어 있는 기판 (110)의 배열에 대해 설명하겠다.

제5a 및 5b도는 각각 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 종횡단면도로서, 제5a도는 후술하는 바와 같은 보호막을 갖는 장치를 나타내고, 제5b도는 보호막을 갖지 않는 장치를 나타낸다.

제5a 및 5b도에 도시한 바와 같이, 기판 (110) 위에 제2 액체 유로 (104), 격벽이 되는 이동성 격막 (105), 이동성 부재 (131), 제1 액체 유로 (103), 및 제1 액체 유로 (103)을 형성하기 위한 홈을 갖는 홈파인 부재 (132)가 제공되어 있다.

기판 (110)은 규소 등으로 된 베이스 (110f) 상에 형성된 전기 절연 및 축열용 산화규소막 또는 질화규소막 (110e) 상의 발열 부재를 구성하는, 붕소화하프늄 (HfB₂), 질화탄탈(TaN), 알루미늄탄탈(TaAl) 등으로 된 두께 0.01∼0.2 μm의 패널화된 전기 저항층(110d)와, 알루미늄(Al) 등으로 된 두께 0.2∼1.0 μm의 패널화된 배선전극 (110c)를 갖는다. 2개의 배선 전극 (110c)를 통해 저항층 (110d)에 전압을 인가하여 저항층 (110d) 내에 전류가 흐르도록 할 때에 저항층 (110d)는 열을 발생시킨다. 이산화규소, 질화규소 등으로 된 두께 0.1∼0.2 μm의 보호층 (110b)이 배선 전극 (110c) 사이의 저항층 (110d) 위에 제공되며, 또한 잉크와 같은 각종 액체로부터 저항층 (110d)를 보호하기 위하여 탄탈 등으로 된 두께 0.1∼0.6 μm의 공동(cavitation) 방지층 (110a)가 그 위에 제공된다.

특히, 기포 발생 및 파괴 시에 생기는 압력과 충격파가 너무 강해서 경질이며 비교적 무르기 쉬운 산화물 막의 내구성이 상당히 저하된다. 따라서, 공동 방지층 (110a)용 재료로는 탄탈(Ta) 등과 같은 금속 재료가 사용된다.

상기 언급된 보호층은 액체의 조합, 액체 유로 구조, 및 저항성 재료에 따라서 생략될 수 있는데, 그 일례를 제5b도에 도시하였다.

보호층을 필요로 하지 않는 저항층용 재료는 예를 들면 이리듐-탄탈-알루미늄(Ir-Ta-Al) 합금 등일 수 있다. 특히, 본 발명은 토출 액체와는 별도로 기포 발생에 적합한 기포 발생용 액체를 사용하기 때문에, 상술한 바와 같이 보호층을 갖지 않는 경우가 유리하다.

따라서, 전술한 실시양태에서 발열 부재 (102)의 구조는 배선 전극들 (110c) 사이의 저항층 (110d) (발열 부분)만을 포함하는 것일 수 있거나, 또는 저항층 (110d)를 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것일 수 있다.

본 실시양태에서, 발열 부재 (102)는 전기 신호에 반응하여 열을 발생시키는 저항층을 갖는 발열 부분을 갖는다. 이에 제한되지 않고, 기포 발생 액체 내에서 토출액체를 토출시키기에 충분한 기포를 형성한다면 어떠한 수단이라도 충분하다. 예를 들면, 발열 부분은 레이저와 같은 광을 수용할 때에 열을 발생시키는 광열 변환기 형태이거나, 또는 고주파 수용시 열을 발생시키는 발열 부분을 갖는 발열 부재일 수 있다.

발열 부분을 구성하는 저항층 (110d)와 저항층 (110c)에 전기 신호를 공급하기 위한 배선 전극 (110c)를 포함하는 전열 변환기 이외에, 전열 변환기를 선택적으로 구동시키기 위한 트랜지스터, 다이오드, 래치, 시프트 저항기 등과 같은 기능 부재를 반도체 제조 방법에 의해 상술한 기판 (110)에 일체로 형성할 수도 있다.

상술한 기판 (110) 위의 전열 변환기의 발열 부분을 구동시켜서 액체를 토출 시키기 위하여, 배선 전극 (110c)를 통하여 저항층 (110d)에 직사각형 펄스를 인가하여 배선 전극 (110c) 사이의 저항층 (110d)를 신속하게 가열한다. 제6도는 제5a 및 5a도에 도시된 저항층 (110d)에 인가된 전압의 파형을 도시한 도면이다.

상술한 실시양태의 액체 토출 장치에서는, 발열 부재를 구동시키기 위하여 전압 24V, 펄스 폭 7 μ초, 전류 150mA, 및 주파수 6kHz의 조건하에서 전기 신호를 발열 부재에 인가함으로써, 상술한 조작을 기초로 하여 액체로서의 잉크를 토출구를 통해 토출시켰다. 그러나, 본 발명에서 구동 신호의 조건은 상기한 것에 제한되는 것이 아니라, 기포 발생 액체 내에서 기포를 적당히 발생시킬 수 있는 것이라면 어떠한 구동 신호라도 사용할 수 있다.

이하, 2개의 공통 액체 챔버를 갖는 한편, 부품들의 갯수를 줄이고, 각각의 공통 액체 챔버에 서로를 잘 분리시키면서 상이한 액체를 도입시킬 수 있고, 비용을 절감할 수 있는 액체 토출 장치의 구조예를 설명하겠다.

제5a 및 5b도 및 제6도에서는 실시양태 1의 형태가 도시되어 있으나, 하기 실시양태 및 다른 형태를 비롯한 기판의 구조도 본 발명에 적용될 수 있다.

제7도는 본 발명의 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 개략도로서, 여기서 제4a 내지 4c도 및 제5a 내지 5b도에 도시된 실시양태의 것과 동일한 구성 부분들은 동일한 참조 부호로 표시하였고, 따라서 여기서는 그의 상세한 설명도 생략한다.

제7도에 도시된 액체 토출 장치 내의 홈파인 부내 (132)는 개략적으로는 토출구 (101)을 갖는 오리피스 판 (135), 다수의 제1 액체 유로 (103)을 형성하는 다수의 홈, 및 제1 액체 유로 (103)에 액체 (토출 액체)를 공급하기 위하여 다수의 제1 액체 유로 (103)과 공통적으로 통하게 되어 있는, 제1 공통 액체 챔버 (143)을 형성하는 오목한 부분을 포함한다.

다수의 제1 액체 유로 (103)은 이동성 격막 (105) (이것의 적어도 한 부분은 이동성 부재 (131)에 결합되어 있다)를 홈파인 부재 (132)의 하단부에 결합시킴으로써 형성된다. 홈파인 부재 (132)에는 그의 상부로부터 제1 공통 액체 챔보 (143) 내로 흐르는 제1 액체 공급로 (133)이 구비되며, 또한 그의 상부로부터 이동성 부재 (131) 및 이동성 격막 (105)를 통하여 제2 공통 액체 챔버 (144) 내로 흐르는 제2 액체 공급로 (134)도 구비된다.

제1 액체 (토출 액체)는 제7도에 화살표 C로 표시된 바와 같이 제1 액체 공급로 (133) 및 제1 공통 액체 챔버 (143)을 통해 제1 액체 유로 (103)으로 공급되는 반면, 제2 액체 (기포 발생 액체)는 제7도의 화살표 D로 표시된 바와 같이 제2 액체 공급로 (134) 및 제2 공통 액체 챔버 (144)를 통해 제2 액체 유로 (104)로 공급된다.

이 실시양태는 제2 액체 공급로 (134)가 제1 액체 공급로 (133)에 대해 평행하게 배치되도록 배열되지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 액체 공급로 (134)가 제1 공통 액체 챔버 (143)의 외부에 배치된 이동성 격막 (105)를 통해 제2 공통 액체 챔버 (144)와 통하도록 형성되기만 한다면 어떠한 배치라도 적용할 수 있다.

제2 액체 공급로 (134)의 두께(직경)는 제2 액체의 공급량을 고려하여 결정하며, 제2 액체 공급로 (134)의 형상은 항상 원형일 필요는 없고 직사각형일 수도 있다.

제 2 공통 액체 챔버 (144)는 홈파인 부재 (132)를 이동성 격막 (105)로 분할 시킴으로써 형성할 수 있다. 형성 방법으로서, 기판 (110) 상에 공통 액체 챔버의 프래임 및 건조 막힌 제2 액체 통로의 격벽을 제조하고, 기판 (110)을 이동성 격막 (105)가 고정되어 있는 홈파인 부재 (132)와 이동성 격막 (105)의 조합체에 결합시킴으로써 제2 공통 액체 챔버 (144) 및 제2 액체 유로 (104)를 형성할 수 있다.

제8도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 절단된 상태의 투시도이다.

이 실시양태에서는, 상술한 바와 같이 기포 발생 액체 내의 막 비등에 의해 기포를 발생시키기 위한 발열용 발열 부재 (102)로서 다수의 전열 변환기가 구비된 기판 (110)이 알루미늄과 같은 금속으로 만들어진 지지체 (136) 위에 배치된다.

기판 (110) 위에는 건조막 DF로 만들어진 것과 같은 제2 액체 유로 (104)를 형성하기 위한 다수의 홈, 기포 발생 액체를 제2 액체 유로 (104) 각각에 공급하기 위하여 다수의 제2 액체 유로 (104)와 통하게 되어 있는, 제2 공통 액체 챔버 (공통 기포 발생 액체 챔버) (144)를 형성하는 오목한 부분, 및 상술한 이동성 부재 (131)이 결합되어 있는 이동성 격막 (105)이 제공된다.

홈파인 부재 (132)는 이동성 격막 (105), 제1 액체 유로 (103) 각각에 토출 액체를 공급하기 위하여 토출 액체 유로와 통하게 되어 있는 제1 공통 액체 챔버 (공통 토출 액체 챔버) (143), 제1 공통 액체 챔버 (143)에 토출 액체를 공급히기 위한 제1 액체 공급로 (토출 액체 공급로) (133), 및 제2 공통 액체 챔버 (144)에 기포 발생 액체를 공급하기 위한 제2 액체 공급로 (기포 발생 액체 공급로) (134) 와 결합될 때, 제1 액체 유로 (토출 액체 유로) (103)을 형성하기 위한 홈을 갖는다. 제2 액체 공급로 (134)는 제1 공통 액체 챔버 (133) 외부에 배치된 이동성 격막 (105) 및 이동성 부재 (131)을 통해서 제2 공통 액체 챔버 (144)내로 흐르는 소통 통로와 연결되고, 이 소통 통로는 기포 발생 액체가 토출 액체와 혼합되지 않고 제2 공통 액체 챔버 (144)로 공급될 수 있게 한다.

기판 (110), 이동성 부재 (131), 이동성 격막 (105), 및 홈파인 부재 (132) 사이의 위치 관계는, 이동성 부재 (131)이 기판 (110)의 발열 부재 (102)와 상응하도록 위치하고, 제1 액체 유로 (103)이 상기 이동성 부재 (131)에 상응하도록 배치되도록 하는 것이다. 본 실시양태는 제2 액체 공급로 (134)가 하나의 홈파인 부재 (132) 내에 제공되어 있는 예를 도시한 것이지만 액체의 공급량에 따라서는 다수의 공급로가 제공될 수도 있다. 또한, 제1 액체 공급로 (133) 및 제2 액체 공급로 (134) 각각의 유로의 단면적은 공급량에 비례하여 결정할 수 있다. 이러한 유로 단면적의 최적화에 의해, 홈파인 부재 (132) 등을 형성하는 부품들을 더욱 소형화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 실시양태에서는 제2 액체를 제2 액체 유로 (104)에 공급하기 위한 제2 액체 공급로 (134)와, 제 1액체를 제1 액체 유로 (103)에 공급하기 위한 제1 액체 공급로 (133)이 공통의 홈파인 부재 (132)로서의 홈파인 상판 내에 형성되도록 배치함으로써 부품의 갯수가 감소되고 단계의 갯수 및 비용이 절감될 수 있다.

제2 액체 유로 (104)와 통하게 되어 있는 제2 공통 액체 채버 (144)에의 제2 액체의 공급이 제1 액체를 제2 액체로부터 분리시키는 이동성 격막 (105)를 관통하는 방향으로 제2 액체 유로 (104)에 의해 이루어지는 구조 때문에, 이동성 격막 (105), 홈팡임 부재 (132), 및 그 안에 발열 부재 (102)가 형성되어 있는 기판 (110)을 결합시키는 데에 하나의 단계만으로 충분하며, 이는 제조의 용이성 및 결합 정확성을 향상시키고 양호한 토출을 달성한다.

제2 액체가 이동성 격막 (105)를 관통함으로써 제2 공통 액체 챔버 (144) 내에 공급되기 때문에, 제2 액체의 제2 액체 유로 (104)로의 공급이 확실해지며 충분한 공급량이 보장될 수 있어서 안정한 토출이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이동성 부재 (131)이 결합되어 있는 이동성 격막 (105)를 갖는 배치를 사용하기 때문에, 통상의 액체 토출 장치에 비해 액체가 보다 높은 토출력 하에서 보다 높은 토출 효율 및 더 빠른 속도로 토출될 수 있다. 기포 발생 액체는 상기 언급한 특성들을 갖는 액체일 수 있으며, 특히, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, 톨루엔, 크실렌, 메틸렌 디클로라이드, 트리클렌, 프레온 TF, 프레온 BF, 에틸 에테르, 디옥산, 시클로헥산, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 물 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.

토출 액체는 자체의 기포 발생 특성 및 열 특성을 갖지 않는 각종 액체로부터 선택될 수 있다. 또한, 토출 액체는 이전에는 토출이 어려웠던 낮은 기포 발생 특성을 갖는 액체, 열에 의해 변성 또는 열화될 수 있는 액체, 및 높은 점도를 갖는 액체로부터 선택될 수도 있다.

그러나, 토출 액체는 바람직하게는 토출 액체 자체에 의해 또는 그와 기포 발생 액체와의 반응에 의해 액체의 토출, 기포 발생, 이동성 격막 및 이동성 부재의 작동 등을 방해하는 특성이 없는 액체이다.

예를 들면, 고점도 잉크 등이 기록용 토출 액체로서 사용될 수 있다.

해당되는 다른 토출 액체로는 제약 생성물 및 향수와 같이 열에 약한 액체가 포함된다.

기록은 하기 조성으로 토출 액체와 기포 발생 액체를 병용하여 토출 액체를 토출시키는 것으로 수행된다. 기록 결과로부터, 통상의 액체 토출 장치에 의해서는 토출이 어려웠던 수십 cP의 점도를 갖는 액체가 잘 토출되며, 더우기 150cP의 고점도 액체조차도 잘 토출됨으로써 고품질의 기록물을 얻을 수 있다는 것이 확실해졌다.

기포 발생 액체 1

에탄올 40 중량%

물 60 중량%

기포 발생 액체 2

물 100 중량%

기포 발생 액체 3

이소프로필 알코올 10 중량%

물 90 중량%

토출 액체 1 (대략 15cP의 안료 잉크)

카본 블랙 5 중량%

스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체 분리 물질

(산기 140 및 중량 평균 분자량 8000) 90 중량%

모노에탄올 아민 0.25 중량 %

글리세린 6.9 중량%

티오 디글리콜 5 중량%

에탄올 3 중량%

물 16.75 중량%

토출 액체 2 (55cP)

폴리에틸렌 글리콜 200 100 중량%

토출 액체 3 (150cP)

폴리에틸렌 글리콜 600 100 중량%

덧붙이자면, 낮은 토출 속도로 인해 통상적으로 토출이 쉽지 않은 것으로 여겨졌던 액체의 경우에, 고품질의 화상을 수득하는 것을 쉽지 않게 만들었던, 기록 시트 상의 도트의 충격 부정확성 및 토출량의 분산으로 야기된 불안정한 토출을 저하시키도록 토출 방향성의 분산을 향상시켰다. 그러나, 상술한 바와 같은 실시양태의 구조는 기포 발생 액체를 사용함으로써 충분하고 안정하게 기포를 발생할 수 있다. 이것은 액적의 충격 정확성을 향상시키고 잉크 토출량을 안정화시킬 수 있어서 기록 화상의 품질이 상당히 향상될 수 있다.

이제, 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제조 단계를 설명하겠다.

개략적으로 설명하자면, 이 장치는 제2 액체 유로의 격벽이 기판 위에 형성되고, 그 위에 이동성 격막이 부착되며, 제1 액체 유로를 형성하기 위한 홈 등을 갖는 홈파인 부재 등이 그 위에 추가로 부착되는 방식으로 제조된다. 별법으로, 장치는 제2 액체 유로의 격벽을 형성한 후에, 이동성 부재를 갖는 이동성 격막이 결합되어 있는 홈파인 부재를 격벽 위에 결합시키는 방식으로 제조된다.

또한, 제2 액체 유로의 제조 방법을 상세하게 설명하겠다.

먼저, 반도체 제조 시스템과 동일한 제조 시스템을 사용하여, 각각 붕소화하프늄, 질화탄탈 등으로 된 발열 부재를 갖는 전열 변환용 부재를 기판 (실리콘 웨이퍼) 위에 형성시키고, 이어서 후속 단계에서의 감광성 수지와의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 기판의 표면을 세척하였다. 기판의 표면을 자외선-오존 등에 의해 표면 개질 처리한 후 개질된 표면을 예를 들면 에틸 알코올로 1 중량%로 희석시킨 실란 커플링제 (니혼 유니카사 제: A189) 액체를 사용하여 스핀 코팅함으로써 접착성을 더욱 개선시킬 수 있다.

이 후, 표면을 세척하고, 접착력이 개선된 기판 위에 자와선 감광 수지막 [도꾜 오까사 제: 건조막, 오딜(Ordil) SY-318] DF를 적층시켰다.

이어서, 포토마스크 PM을 건조막 DF 위에 올려 놓고, 포토마스크 PM을 통해 건조막 DF 내의 제2 액체 흐름 격벽으로서 나머지 부분에 자외선을 조사하였다. 이 노출 단계는 캐논 인크.사 제품의 MPA-600을 사용하여 약 600mJ/cm²의 노출 양으로 수행된다.

이 후, 노출되지 않은 부분을 용해시키기 위하여 건조막 DF를 크실렌 및 부틸 셀로솔브 아세테이트를 포함하는 현상제 (도꾜 오카사 제: BMC-3)로 현상하여, 노출에 의해 경화된 부분을 제2 액체 유로의 격벽 부분으로서 형성하였다. 또한, 이것을 산소 플라즈마 회분화 시스템 (알칸데크 인크.사 제: MAS-800)을 사용하여 약 90초간 처리함으로써 기판의 표면 위에 남은 잔류물을 제거한 후, 100mJ/cm²하에서의 자외선 조사를 150℃ 에서 2 시간 동안 행하여 노출 부분을 완전히 경화시켰다.

상기 방법에 의하여, 상기 규소 기판을 분할하여 얻은 다수의 가열판 (기판)내에 정확하게 제2 액체 유로를 균일하게 형성할 수 있다. 구체적으로, 규소 기판을 자르고 0.05mm 두께의 다이아몬드 블레이드가 부착된 다이싱(dicing) 기기(도꾜 세이미쯔사 제: AWD-4000)에 의해 각각의 가열판으로 분할시켰다. 분리된 각 가열판을 접착제 (도레이사 제: SE4400)를 사용하여 알루미늄 베이스 플레이트 위에 고정시켰다.

이어서, 가열판을 미리 알루미늄 베이스 플레이트 위에 연결시킨 프린트된 판에 0.05mm 직경의 알루미늄 배선을 사용하여 결합시켰다.

이어서, 이렇게 하여 얻은 가열판 위에 상술한 방법을 사용하여 이동성 격막을 갖는 홈파인 부재의 연결체(joint body)를 올려 놓고 연결시켰다. 구체적으로, 이동성 격막을 갖는 홈파인 부재를 가열판 위에 올려놓고, 이들을 스톱 스프링에 의해 부착 및 고정시킨 후, 잉크 공급 부재 및 기포 발생 액체를 알루미늄 베이스 플에이트 위에 연결 및 고정시키고, 알루미늄 배선 사이의 간격과 홈파인 부재 사이의 간격, 기열판, 및 잉크 공급 부재 및 기포 발생 액체를 규소 실런트 (도시바 실리콘사 제:TSE399)로 밀봉시킴으로써 제2 액체 유로를 완성시켰다.

상기 방법에 의해 제2 액체 유로를 형성함으로써, 각 가열판의 가열기에 대한 위치 이탈 없이 정확한 유로를 얻을 수 있다. 특히, 홈파인 부재를 어전 단계에서 미리 이동성 격막과 연결시킴으로써, 제1 액체 유로와 이동성 부재 사이의 위치 정확성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이들의 높은 정확성을 갖는 제조 기술에 의해 안정된 토출을 달성함으로써 프린트의 품질을 향상시킨다. 또한, 유로는 웨이퍼 상에서 일괄적으로 형성될 수 있기 때문에, 장치를 저렴한 비용으로 대량 제조할 수 있다.

본 실시양태는 제2 액체 유로를 형성하기 위하여 자외선 경화 건조막을 사용하였으나, 자외선 영역, 특히 248nm 부근에서 흡수 밴드를 갖는 수지 재료를 사용하여 이것을 적층시킨 후 경화시키고, 제2 액체 유로가 될 부분 내의 수지를 엑시머레이저에 의해 직접 제거함으로써 기판를 수득할 수도 있다.

제1 액체 유로 등은 상술한 이동성 격막을 갖는 기판 일체를 방출 포트가 마련된 오리피스 판를 갖는 홈파인 상판, 제1 액체 유로를 형성하기 위한 홈, 및 제1 액체를 공급하기 위하여 다수의 제1 액체 유로와 공통적으로 접속되어 있는 제1 공통 액체 챔버를 형성하기 위한 오목한 부분에 연결시킴으로써 형성하였다. 이동성 격막은 상기 홈파인 상판와 제2 액체 유로 격벽에 의해 조여짐으로써 고정된다. 이동성 격막은 기판에만 고정되지 않고, 홈파인 상판에 고정된 후에 기판에 위치 및 고정될 수도 있다.

방향 조절 수단인 이동성 부재용 재료의 바람직한 예로는 내구성 재료, 예를 들면 은, 니켈, 금, 철, 티탄, 알루미늄, 백금, 탄탈, 스테인레스강, 또는 인 청동, 그의 합금과 같은 금속, 수지 재료, 예를 들면 아크릴로니트릴, 부타디엔 또는 스티렌과 같이 니트릴기를 갖는 것들, 폴리아니드와 같이 아미드기를 갖는 것들, 폴리카르보네이트와 같이 카르복실기를 갖는 것들, 폴리아세탈과 같이 알데히드기를 갖는 것들, 폴리술폰과 같이 술폰기를 갖는 것들, 액정 중합체 등, 및 그의 화학적 화합물; 및 잉크에 대해 내구성을 갖는 재료, 예를 들면 금, 텅스텐, 탄탈, 니켈, 스테인레스강, 티탄, 그의 합금과 같은 금속, 상기 금속으로 도포된 재료, 폴리아미드와 같이 아미드기를 갖는 수지 재료, 폴리아세탈과 같이 알데히드기를 갖는 수지 재료, 폴리에테르에테르케톤과 같이 케톤기를 갖는 수지 재료, 폴리이미드와 같이 이미드기를 갖는 수지 재료, 페놀성 수지와 같이 히드록실기를 갖는 수지 재로, 폴리에틸렌과 같이 에틸기를 갖는 수지 재료, 폴리프로필렌과 같이 알킬기를 갖는 수지 재료, 에톡시 수지와 같이 에톡시기를 갖는 수지 재료, 멜라민 수지와 같이 아미드기를 갖는 수지 재료, 크실렌 수지와 같이 메틸올기를 갖는 수지 재료, 그의 화학적 화합물, 이산화규소와 같은 세라믹 재료, 및 이들의 화학적 화합물을 들 수 있다.

이동성 격막 (105)용 재료의 바람직한 예로는 상기 언급한 폴리이미드 이외에, 높은 내열성, 높은 내용매성, 양호한 성형성, 탄성, 및 최근의 엔지니어링 플라스틱으로 대표되는 박막 형성 능력을 갖는 수지 재료, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 테레프탈레이트, 멜라민 수지, 페놀성 수지, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르 술폰, 폴리알릴레이트, 실리콘 고무, 및 폴리 술폰, 및 이들의 화학적 화합물을 들 수 있다.

이동성 격막 (105)의 두께는 구획 격벽으로서의 강도가 보장되어야 하고 신장 및 수축이 잘 일어나야 한다는 점에서 그의 재료 및 형상 등을 고려하여 결정할 수 있는데, 대략 0.5μm 내지 10μm가 바람직하다.

[실시양태 2]

제9a 내지 9c도는 본 발명의 액체 토출 장치의 두번째 실시양태를 도시한 도면으로, 제9a도는 기포가 발생하지 않을 때의 유로 방향을 따라 본 단면도이고, 제9b도는 기포 발생시의 유로를 따라 본 단면도이며, 제9c도는 제9a도에 도시된 도면의 제2 유로 측으로부터 관찰한 제1 유로를 도시한 도면이다.

제9a 및 9c도에 도시된 바와 같은 본 실시양태에서는, 기포를 발생시키기 위한 한 열 에너지를 액체에 공급하기 위한 발열 부재 (102) (본 실시양태에서는 40μm×105μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)가 장착된 기판 (110) 상에 기포 발생 액체용 제2 액체 유로 (104)가 제공되고, 토출구 (101)와 직접 통하게 되어 있는 액체 토출용 제1 액체 유로 (103)이 그 위에 제공된다. 기포 발생 영역 (107)의 상류 연부의 하류쪽 위에 자유 단부를 갖고 그의 상류쪽 위에 받침부를 갖는 이동성 부재 (131)의 방향 조절 수단으로서 제공된다. 제1 액체 유로 (103)과 제2 액체 유로(104) 사이의 개구 부분 내에 구비된 이동성 부재 (131) 및 이동성 격막 (105)는 이동성 부재 (131)의 자유 단부 측 부분을 형성하는 결합 부분 (131c)에서 서로 결합됨으로써, 제1 액체 유로 (103) 및 제2 액체 유로 (104)는 사실상 항상 서로 분리되어 있다.

발열 부재 (102) 내에서 열이 발생할 때, 발열 부재 (102) 상의 기포 발생 영역 (107) 내에서 기포 (106)이 발생한다. 이것은 이동성 격막 (105)를 제1 액체 유로 (103) 내로 변위시키고, 이 때 이동성 격막 (105)의 변위는 이동성 부재 (131)에 의해 조절된다. 이동성 부재 (131)는 기포 발생 영역 (107) 위의 자유 단부와 그 상류의 받침부를 갖기 때문에, 이동성 격막 (105)는 상류쪽 보다는 하류쪽 위로 더 많이 변위된다 (제9b도).

이러한 방식으로, 기포 (106)이 성장하면서 이동성 격막 (105)의 하류 부분이 더욱 크게 변위됨으로써, 기포 (106)의 발생으로 인한 압력이 주로 토출구 (101) 쪽으로 전해짐으로써, 제1 액체 유로 (103) 내의 토출 액체가 토출구 (101)로부터 효율적으로 토출된다. 이동성 격막이 표면 전체를 덮을 필요는 없기 때문에 비용이 절감될 수 있다.

[실시양태 3]

제10a 내지 10f도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 세번째 실시양태를 도시한 유로 방향을 따라서 본 단면도이다.

제10a도에 도시된 바와 같은 본 실시양태에서는, 기포를 발생시키기 위한 열에너지를 액체에 공급하기 위한 발열 부재 (112) (본 실시양태에서는 40μm×105μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)가 장착된 기판 (130) 상에 기포 발생 액체용 제2 액체 유로 (114)가 제공되고, 토출구 (111)와 직접 통하게 되어 있는 액체 토출용 제1 액체 유로 (113)이 그 위에 제공된다. 탄성을 갖는 박막으로 만들어진 이동성 격막 (115)는 제1 액체 유로 (113) 및 제2 액체 유로 (114) 사이에 제공된다. 이동성 격막 (115)는 제2 액체 유로 (114) 내의 기포 발생 액체로부터 제1 액체 유로 (113) 내의 토출 액체를 분리시킨다. 이동성 격막 (115)는 발열 부재 (112)와 마주보도록 배치되며, 발열 부재 (112)내의 열에 의해 기포가 발생되는 기포 발생 영역 (117)의 적어도 일부분에 면해 있다. 또한, 이동성 격막 (115)의 제1 액체 유로 (113) 쪽 위에 방향 조절 수단으로서 이동성 부재 (151)이 제공되는데, 이 이동성 부재는 기포 발생 영역 (117)의 상류 연부의 하류쪽 위의 자유 단부 (151a)와 자유 단부 (151a)의 상류쪽 위의 받침부 (151b)를 가지며, 이동성 격막 (115)에 인접하여 배치되어 있다. 이동성 격막 (115)와 이동성 부재 (151)을 (기포 발생 영역 (117)의 상류쪽 위에서) 이동성 부재 (151)의 자유 단부 (151a) 측의 일부가 되는 결합 부분 (151c)에서 서로 결합시킬 수도 있다. 이동성 부재 (151)에서, 결합 영역 (151c)와 받침부 (151b) 사이의 부분은 제1 액체 유로 (113) 쪽 위에서 구부러진 곡선 부분 (151d)이다.

상술한 바와 같이 구성되는 액체 토출 장치 내의 액체 토출 조작을 설명하겠으나, 그 전에 제10a 내지 10f도에 도시된 이동성 격막 (115)의 특성을 설명하겠다.

제11a 및 11b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치에서 사용된 이동성 격막의 특성들을 도시한 도면인데, 제11a도는 기포 발생 영역에서 발생한 기포의 압력 f와 이에 대한 이동성 격막의 응력 F 사이의 관계를 도시한 도면이고, 제11b도는 제11a도에 도시된 기포의 크기 변화에 대한 이동성 격막의 응력 F의 특성을 도시한 그래프이다.

제11a 및 11b도에 도시된 바와 같이, 이동성 격막의 응력은 기포 발생 초기 단계에서 기포의 체적 V_B가 작은 한에서는 기포의 체적 V_B가 커짐에 따라 지수적으로 증갓한다. 기포가 전체 팽창하면서 이동성 격막의 막 두께는 작아지고 응력은 약해진다. 따라서, 응력은 특정 굴곡점에 도달한 후에 다시 감소하게 된다.

이제, 제10a 내지 10f로 돌아와서, 본 실시양태에서의 액체 토출 조작을 설명하겠다.

발열 부재 (112) 내에서 열이 발생할 때, 발열 부재 (112) 상의 기포 발생 영역 (117) 내에서 기포 (116)이 발생함으로써, 이동성 격막 (115)의 곡선화된 부분 (151d) 아래의 이동성 격막 (115)의 부분이 늘어나기 시작한다 (제10b도).

기포 (116)이 더 성장하면서 이동성 격막 (115)는 더욱 늘어나 제1 액체 유로 (113) 내로 변위되기 시작한다 (제10c도).

이 후, 기포 (116)이 더 성장하면서 이동성 격막 (115)는 제1 액체 유로 (113) 내로 더 크게 변위되게 되지만, 상류쪽이 받침부 (151b)로 고정되어 있기 때문에 변위는 거기에서 제한되어, 자유 단부 (151a) 쪽인 하류쪽이 더 크게 변위한다 (제10d도).

이러한 방식으로, 기포 (116)이 성장하면서 이동성 격막 (115)의 하류 부분이 더욱 크게 변위됨으로써, 기포 (116)의 발생으로 인한 압력이 주로 토출구 (111)쪽으로 전해짐으로써, 제1 액체 유로 (113) 내의 토출 액체가 토출구 (111)로부터 효율적으로 토출된다.

이러한, 상태에서, 이동성 격막 (115) 상의 응력은 신장의 제한으로 인해 상류쪽 상에서 제11a도의 C지점에, 또한 신장이 더한층 향상됨으로 인해 하류쪽 상에서도 제11a도의 E 지점에 유지된다. 따라서, 이동성 격막 (115) 전체 위의 응력 분포에 있어서 상류쪽 상의 응력이 하류쪽 상의 응력에 비해 더 크다.

그 후, 기포 (116)이 수축되면서 이동성 격막 (115)가 변위되기 전의 위치로 되돌아가게 되는데 (제10e도), 이 때 상술한 바와 같은 응력 분포로 인해 수축 속도가 기포 (116)의 상류쪽 위에서는 빠른 반면 하류쪽 위에서는 느리다. 따라서, 이동성 격막 (115) 전체에 걸친 응력 분포는 상류쪽 위의 응력을 서서히 감소기키고 하류쪽 위의 응력을 서서히 증가시키도록 된다.

기포 파괴시의 네거티브 압력으로 인해, 이동성 부재 (151)의 곡선화된 부분 (151d) 아래의 이동성 격막 (115)의 부분은 변위 이전의 위치를 지나 제1 액체 유로 (104) 내로 변위하게 된다. 그러나, 이동성 부재 (151)의 곡선화된 부분이 제공되므로, 압력의 감소는 제1 액체 유로 (113) 측 위에서 억제되고, 이로써 매니스커스의 역행을 억제하여 재충전 툭성이 개선된다 (제10f도).

또한, 이동성 부재 (151)이 액체가 상류로 이동하는 것을 제한함으로써 재충전 특성의 개선, 누화의 감소 등을 비롯한 효과를 달성한다.

[실시양태 4]

제12a 및 12b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 네 번째 실시앙태를 도시한 도면인데, 제12a도는 유로 방향을 따라서 본 단면도이고, 제12b도는 평면도이다.

제12a 및 12b도에 도시된 바와 같은 본 실시양태는 이동성 부재 (161)이 자유 단부 (161a)가 위치하는 하류쪽의 폭이 감소하는 사다리꼴 형상으로 형성된다는 점에서 첫 번째 실시양태와 다르고 다른 구조는 첫 번째 실시양태와 동일하다.

상술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치에서, 이동성 부재 (161)은 하류쪽의 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상으로 형성되기 때문에, 이동성 부재 (161)은 변형되기 쉽고 이동성 격막 (105)는 기포 발생 영역 (107) 내에서 발생한 기포의 압력에 의해 효율적으로 변위된다.

따라서, 본 실시양태는 토출 효율의 향상 및 토출량의 증가를 달성할 수 있다.

상기 언급한 효과는 본 실시양태의 자유 단부 (161a)가 보다 바람직하게는 발열 부재 (102)의 중심의 상류쪽 위에 위치하도록 배열되는 경우에 더욱 향상될 수 있다.

[실시양태 5]

제13a 및 13b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 다섯번째 실시양태를 도시한 유로 방향을 따라서 본 단면도로서, 제13a도는 기포가 발생하지 않을 때의 상태를 도시한 도면이고, 제13b도는 기포 발생시(토출시)의 상태를 도시한 도면이다. 제14도는 제13a 및 13b도에 도시된 액체 토출 장치의 부분 사시도이다.

제13a 및 13b도 및 제14도에 도시된 바와 같이 이 실시양태에서는, 실시양태 1 과 마찬가지로, 기포를 발생시키기 위한 열 에너지를 액체에 제공하기 위한 발열 부재 (202) (본 실시양태에서는 40μm×105μm의 형상을 갖는 가열 저항기 부재)가 장착된 기판 (210) 상에 기포 발생 액체용 제2 액체 유로 (204)가 구비되고, 토출구 (201)과 직접 통하게 되어 있는 액체 토출용 제1 액체 유로 (203)이 그 위에 구비된다. 또한, 탄성을 갖는 박막으로 만들어진 이동성 격막 (205)는 제1 액체 유로 (203)과 제2 액체 유로 (204) 사이에 구비된다. 이동성 격막 (205)는 제2 액체 유로 (204) 내의 기포 발생 액체로부터 제1 액체 유로 (203) 내의 토출 액체를 분리시킨다.

여기서, 발열 부재 (202)의 표면 위의 돌출면 내에 위치된 부분 내의 이동성 격막 (205)는 방향 조절 수단으로서 발열 부재 (202)와 마주보게 면하고 토출구 (202) 쪽 위의 자유 단부를 갖는 두꺼운 부분 (205a)와, 자유단부의 토출구 (201) 쪽 위의 느슨한(slack) 부분 (205c)를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 이동성 격막 (205)는 기포 발생 액체 중의 기포 발생과 함께 두꺼운 부분 (205a)가 제 1액체 유로 (203) 내로 변위되도록, 그리고 느슨한 부분 (205c)로 인해 토출구 (201) 측의 변형이 더욱 커지도록 작동한다 (제13b도). 본 실시양태는 느슨한 부분이 구비됨으로써 이동성 격막을 팽창시킬 필요가 없기 때문에 토출 효율이 향상될 수 있다.

오목한 부분 (205b)는 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)에 대하여 토출구 (201)의 반대쪽 위에 형성되며, 느슨한 부분 (205a)의 변위를 용이하게 하기 위한 힌지(hinge) 부분이다. 두꺼운 부분 (205a)가 변위되기 쉬운 경우에, 오목한 부분 (205b)는 두꺼운 부분 (205a)의 두께 또는 재료에 따라 생략될 수 있다.

그러나, 오목한 부분 (205b)는 두꺼운 부분 (205a)의 변위시에 받침부 (205d)로서 작용하는 부분이며, 따라서 받침부 (205d)는 오목한 부분 (205b)를 갖지 않는 구조의 경우에서조차 변위의 출발점이 되는 위치로서 형성된다.

두꺼운 부분 (205a)는 발열 부재 (202)에 마주보는 위치에서 발열 부재 (202)를 덮도록 발열 부재 (202)로부터 대략 10 내지 15μm 떨어져서 위치하며, 액체의 토출 작용에 의하여 공통 액체 챔버(도시하지 않음)로부터 두꺼운 부분 (205a)를 거쳐 토출구 (201)로 흐르는 액체 흐름의 상류쪽 위의 받침부 (205d)와, 이 받침부 (205d)의 하류쪽 위의 자유 단부를 갖는다. 발열 부재 (202)의 두꺼운 부분 (205a)사이의 공간은 기포 발생 영역 (207)이다.

발열 부재 (202) 내에서 열이 발생할 때, 열은 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)와 발열 부재 (202) 사이의 기포 발생 영역 (207) 내의 기포 발생 액체에 작용함으로써, 기포 발생 액체 중의 막 비등 현상을 기초로 하여 기포를 발생시킨다. 기포 발생에 기초한 압력은 우선적으로 이동성 격막 (205)에 작용하고, 이동성 격막 (205)는 두꺼운 부분 (205a)가 제13b도에 도시한 바와 같이 오목한 부분 (205b)주위에서 토출구 (201)로 크게 벌어지도록 변위된다. 이로써, 기포 발생 영역 (207) 내에서 발생된 기포로 인한 압력은 토출구 (201)로 안내된다.

또한, 방향 조절 수단의 측면 위의 이동성 격막 내에 벨로우즈(bellows) 부분이 구비된 경우에, 측면 위에 이동성 격막도 제공된 경우보다 팽윤이 덜 제한받기 때문에 방향 조절 수단의 자유 단부 측 이동성 격막은 기포 발생시의 압력에 의해 토출구 쪽으로 더 많이 팽윤된다. 따라서, 이러한 배열은 더 높은 토출 효율 및 더 높은 토출력을 달성할 수 있다.

이 경우에는, 방향 조절 수단이 밀봉될 때에 이동성 격막의 벨로우즈 부분이 사실상 용접 밀봉됨으로써, 제1 액체를 제2 액체로부터 차단시킨다. 제1 액체 유로 격벽은 이동성 격막이 변위될 때에 기포 발생시의 압력이 방향 조절 수단의 측면을 통해 밖으로 새지 못하게 할 수 있으며, 토출 효율 및 토출력은 벨로우즈 부분을 갖지 않는 경우에 비해 저하되지 않는다.

상술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치의 토출 조작을 상세히 설명하겠다.

제15a 내지 15d도는 제13a 및 13b도 및 제14도에 도시된 액체 토출 장치의 조작을 설명하기 위한 도면이다.

제15a도에서는, 전기 에너지 등의 에너지가 발열 부재 (202)에 아직 적용되지 않아 발열 부재 (202)에서는 열이 발생하지 않는다. 두꺼운 부분 (205a)는 기판 (201)에 거의 평행한 제1 위치에 놓여 있다.

여기에서 중요한 점은 두꺼운 부분 (205a)가 발열 부재 (202) 내의 열에 의해 발생된 기포의 적어도 하류 부분과 면한 위치에 제공된다는 것이다. 즉, 두꺼운 부분 (205a)에 적용하는 기포의 하류 부분에 대하여, 두꺼운 부분 (205a)는 액체 유로의 구조에 있어서 적어도 발열 부재 (202)의 중심 영역의 하류 (발열 부재 (202)의 중심 영역을 통해서 유로의 길이 방향을 수직으로 가로지르는 선의 하류) 위치까지 놓여 있다.

여기서, 전기 에너지 등이 발열 부재 (202)에 적용될 때에, 발열 부재 (202)는 열을 발생시키고 이에 의해 기포 발생 영역 (207)의 내부를 채우고 있는 기포 발생 액체의 부분이 가열됨으로써 막 비등에 의해 기포 (206)이 발생한다. 기포 (206)이 발생할 때, 이동성 격막 (205)의 느슨한 부분 (205c)는 두꺼운 부분 (205a)가 기포 (206)의 발생을 기초로 한 압력에 의하여 제1 위치로부터 제2 위치로 변위되어 기포 (206)의 압력이 토출구 쪽으로 진행하게 안내하도록 늘언난다 (제15b도).

여기에서 중요한 점은 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)의 자유 단부가 하류쪽 위 (토출구 쪽 위)에 위치하고 받침부 (205d)가 상류쪽 위 (공통 액체 챔버 쪽 위)에 위치함으로써 상술한 바와 같이 두꺼운 부분 (205a)의 적어도 한 부분이 발열 부재 (202)의 하류 부분, 즉 기포 (206)의 하류 부분에 면한다는 것이다.

기포 (206)이 더욱 성장하면서, 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)는 기포 발생시의 압력에 따라 제1 액체 유로 (203) 내로 더 많이 변위된다. 이로써, 자유 단부 쪽의 느슨한 부분 (205c)는 토출 방향으로 크게 팽윤되는 반면 받침부 쪽의 느슨한 부분 (205c)는 토출구 쪽으로의 느슨한 부분(205c)의 팽윤력에 의해 끌어 당겨져서 그의 이동을 돕는다. 그 결과, 이렇게 하여 발생한 기포 (206)은 상류보다는 하류에 더 많이 성장하여 두꺼운 부분 (205a)가 제1 위치로 많이 이동하도록 한다 (제15c도).

이러한 방식으로, 기포 (206)의 성장에 따라 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)이 제1 액체 유로 (203) 내로 서서히 변위됨으로써, 기포 (206)은 자유 단부 쪽으로 성장하여 느슨한 부분 (205c)를 토출구 쪽으로 크게 팽창시키고, 기포 (206)의 발생으로 인한 압력은 토출구 (201) 쪽으로 균일하게 향한다. 이것은 토출구 (201)을 통한 액체의 토출 효율을 향상시킨다. 이동성 격막 (205)는 기포 발생 압력을 토출구 (201) 쪽으로 안내하느 동시에 그의 전달에 대해 거의 장애가 없어 따라서 압력의 진행 방향 및 기포 (206)의 성장 방향은 압력 진행의 크기에 따라 효율적으로 조절될 수 있다.

그 후, 기포 (206)이 상술한 막 비등 현상에 대한 기포 특성의 내부 압력의 감소로 인해 수축 소멸될 때에, 제2 위치까지 변위되었던 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)는 기포 (206)이 수축될 때의 네거티브 압력 및 이동성 격막 (205) 자체의 스프링 특성을 기초로 한 회복력으로 인해 제15a도에 도시된 초기 위치 (제1 위치)로 되돌아 온다 (제15d도). 기포가 파괴될 때에, 토출된 액체의 체적을 보상하기 위하여, 액체는 상류로부터, 즉 V_D1, V_D2로 표시된 공통 액체 챔머 쪽으로부터 및 Vc로 표시된 토출구 (201) 쪽으로부터 공간 내로의 흐른다.

상술한 바와 같이, 본 실시양태의 구조에서 이동성 격막 내에 제공된 방향 조절 수단은 압력이 토출구 쪽으로 효율적으로 진행하도록 하여, 열에 약한 액체, 고점도 액체 등이 높은 토출력 하에서 높은 토출 효율로 토출될 수 있다.

제16a 내지 16c도는 제13a 및 13b도 및 제15a 내지 15d도에 도시된 액체 토출 장치에서 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)와 제2 액체 유로 (204) 사이의 위치의 상관 관계를 설명하기 위한 도면으로, 제16a도는 두꺼운 부분 (205a)의 평면도이며, 제 16b도는 이동성 격막 (205)를 갖지 않는 제2 액체 유로 (204)의 평면도이며, 제 16c도는 중첩되어 있는 두꺼운 부분 (205a)와 제2 액체 유로 (204) 사이의 위치 관계를 도시한 개략도이다. 어떠한 도면에서도 토출구 (201)은 기저 측 위에 위치한다.

제2 액체 유로 (204)는 발열 부재 (202)의 앞 및 뒤에 수축된 부분 (209)를 가짐으로써 기포 발생시의 압력이 제2 액체 유로 (204)를 통해 빠져나가지 못하도록 하는 챔버 (기포 발생 챔버) 구조로 형성된다. 본 발명에 있어서, 기포 발생 액체는 이동성 격막 (205)에 의해 토출 액체로부터 완전하게 분리되므로, 기포 발생 액체의 소모는 거의 영에 가깝다. 그러나, 기포 발생 액체는 장시간의 연속 조작 후에 기포 발생 챔버 내에 잔류하는 기포의 제거 및 물리적 분포 및 저장의 환경 하에서 기포 발생 액체의 증발을 보상하기 위한 목적으로 소량이지만 다시 채워진다. 따라서, 수축된 부분 (209) 내의 간격은 수 μm 내지 수십 μm와 같이 매우 좁게 설정될 수 있고, 제2 액체 유로 (204) 내에서 생기는 기포 발생시의 압력은 주의로 거의 빠져 나가지 않고 이동성 격막 (205)로 집중되도록 향할 수 있으며, 제1 액체 유로 (203) 내의 액체는 이 압력에 의해 이동성 격막 (205)의 두꺼운 부분 (205a)가 제1 액체 유로 (203) 내로 변위됨으로써 높은 토출력 하에서 높은 효율로 토출될 수 있다. 여기서, 제2 액체 유로 (204)의 기포 발생 챔버의 하류 수축된 부분 (209)는 기포 발생 챔버 내에 잔류하는 기포를 그로부터 배출시키기 위한 유로이다.

제2 액체 유로 (204)의 형상은 상기 언급된 구조에 제한되지 않으며, 기포 발생시의 압력을 이동성 격막으로 효율적으로 전달할 수 있는 형상은 어느 것이라도 가능하다.

이 실시양태는 발열 부재 (202)가 40μm×105μm의 형상을 갖는 것이며, 이동성 격막 (205)가 발열 부재 (202)가 구비된 기포 발생 챔버를 덮도록 하는 상태로 구비되는 배열을 갖지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명에서 발열 부재 (202) 및 이동성 격막 (205)의 크기, 형상 및 위치는 기포 발생시의 압력이 토출 압력으로서 효율적으로 이용될 수 있는 형상 및 위치로부터 임의로 결정할 수 있다.

이 실시양태에서는, 제2 액체 유로 (204)를 형성하기 위한 유로 격벽은 두께 15μm의 감광성 수지 (건조 막)를 기판 (210) 위에 적층시키고 이것을 패턴화함으로써 형성하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아닌다. 실시양태 1에서와 같이, 유로 격벽용 재료는 기포 발생 액체에 대한 용매 저항력을 갖고 유로 격벽의 형상을 쉽게 형성할 수 있는 임의의 재료일 수 있다.

이하, 2개의 공통 액체 챔버를 갖고, 각각의 공통 액체 챔버에 서로 잘 분리하여 상이한 액체를 도입할 수 있으며 저렴한 비용으로 제조될 수 있으면서 부품의 갯수를 줄인 토출 장치의 구조예를 설명하겠다.

제17도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 개략도로서, 제13a 및 13b도 및 제16a 및 16c도에 도시된 예와 동일한 구성은 참조 부호로 표시하였고, 여기에서 그의 상세한 설명은 생략한다.

실시양태 1에서와 같이, 액체 토출 장치 내의 홈파인 부재 (232)는 개략적으로는 토출구, 오리피스 판 (235), 다수의 제1 액체 유로 (203)을 형성하는 다수의 홈, 및 제1 액체 유로 (203)에 액체 (토출 액체)를 공급하기 위하여 다수의 제1 액체 유로 (203)과 공통적으로 통하게 되어 있는, 제1 공통 액체 챔버 (243)을 형성하는 오목한 부분을 포함한다.

다수의 제1 액체 유로 (203)은 이동성 격막 (205)를 상기 홈파인 부재 (232)의 하단부에 연결시켜서 그의 내부가 전반적으로 발열 부재에 면하도록 함으로써 형성된다. 홈파인 부재 (232)에는 그의 상부로부터 제1 공통 액체 챔버 (243) 내로 흐르는 제2 액체 공급로 (233)이 구비되며, 또한 그의 상부로부터 이동성 격막 (205)를 통하여 제2 공통 액체 챔버 (244) 내로 흐르는 제2 액체 공급로 (234)도 구비된다.

제1 액체는 제17도에 화살표 C로 표시된 바와 같이 제 1액체 공급로 (233) 및 제1 공통 액체 챔버 (243)을 통해 제1 액체 유로 (203)으로 공급되는 반면, 제2 액체 (기포 발생 액체)는 제17도의 화살표 D로 표시된 바와 같이 제2 액체 공급로 (234) 및 제2 공통 액체 챔버 (244)를 통해 제2 액체 유로 (204)로 공급된다.

제18도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 구조예를 도시한 절단된 상태의 투시도이다.

이 실시양태에서도, 다수의 발열 부재 (202)가 제공된 기판 (210)은 실시양태 1에서와 같이 알루미늄과 같은 금속으로 만들어진 지지체 (236) 위에 제공된다,

기판 (210) 위에는 제2 액체 유로 격벽을 구성하는 제2 액체 유로 (204)를 형성하기 위한 다수의 홈, 기포 발생 액체를 제2 액체 유로 (204)에 공급하기 위하여 다수의 제2 액체 유로 (204)와 통하게 되어 있는, 제2 공통 액체 챔버 (공통 기포 발생 액체 챔버) (244)를 형성하는 오목한 부분, 및 상술한 두꺼운 부분 (205a)를 갖는 이동성 격막 (205)가 제공된다.

홈파인 부재 (232)는 이동성 격막 (205), 제2 액체 유로 (203)각각에 토출 액체를 공급하기 위한 토출 액체 유로와 통하게 되어 있는 제1 공통 액체 챔버 (공통 토출 액체 챔버) (243), 제1 공통 액체 챔버 (243)에 토출 액체를 공급하기 위한 제1 액체 공급로 (토출 액체 공급로) (233), 및 제2 공통 액체 챔버 (244)에 기포 발생 액체를 공급하기 위한 제2액체 공급로 (기포 발생 액체 공급로) (234)와 연결될 때, 제1 액체 유로 (토출 액체 유로) (203)을 형성하기 위한 홈을 갖는다. 제2 액체 공급로 (234)는 제1 공통 액체 챔버 (243) 외부에 배치된 이동성 격막 (205)를 통과할 때 제2 공통 액체 챔버 (244)에 접속된 접속 통로와 연결되어 있어서, 기포 발생 액체는 이 접속 통로를 통하여 토출 액체와 혼합되지 않고 제2 공통 액체 챔버 (244)로 공급될 수 있다.

기판 (210), 이동성 격막 (205), 및 홈파인 부재 (232) 사이의 위치 관계는, 두꺼운 부분 (205a)가 기판 (210)의 발열 부재 (202)에 상응하도록 위치하고, 제1 액체 유로 (203)이 상기 두꺼운 부분 (205a)에 상응하도록 제공되는 것이다.

이하, 상술한 바와 같은 두꺼운 부분을 갖는 이동성 격막의 제조방법을 설명하겠다.

두꺼운 부분을 갖는 이동성 격막은 폴리이미드 수지로 만들어지며 하기 방법에 의해 제조된다.

제19a 내지 19e도는 제13a 및 13b도 내지 제18도에 도시된 액체 토출 장치 내의 이동성 격막의 제조 단계를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 금속 또는 수지로 만들어진, 이동성 격막의 슬랙스가 되는 부분을 갖는 실리콘 미러 (mirrir) 웨이퍼를 이형제로 도포한 후 상술한 액상 폴리이미드 수지를 사용하여 스핀 도포 처리하여 두께가 약 3 μm인 막을 형성한다 (제19b도).

이어서, 이 막을 자외선 조사에 의해 경화시킨 후 추가로 스핀 도포 처리하여 다른 층을 형성한다.

이 후, 제2 수지층을 두꺼운 부분 (205a)가 될 부분에서 노출 처리하고 현상을 행한다 (제19c도).

이것은 박막 위에 두꺼운 부분 (205a)를 형성한다 (제19c도).

그 후, 이 막을 미리 웨이퍼로부터 박리시키고, 상술한 제2 액체 유로가 형성 될 기판 위에 올려 놓고 부착시킴으로써 기판 위에 이동성 격막을 제조한다 (제19e도).

[실시양태 6]

제20a 및 20b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 여섯번째 실시양태를 나타내는 유로 방향을 따라서 본 횡단면도로서, 제20a도는 기포가 발생하지 않을 때의 상태를 나타낸 도면이고, 제20b도는 기포 발생시 (토출시)의 상태를 나타낸 도면이다.

제13a 및 13b도에 도시된 예에서 방향 조절 수단은 제1 액에 유로 (213)을 제2 액체 유로 (214)로부터 분리시키기 위한 이동성 분리막 (215)의 한 부분이지만, 제20a 및 제20b도에 도시된 바와 같은 본 실시양태는 방향 조절 수단으로서 이동성 부재 (231)의 별도로 부재를 갖는다.

본 실시양태에서 방향 조절 수단 및 이동성 분리막은 별도의 부재이며, 느슨한 부분은 전술한 실시양태에서의 것에 대해 마주보는 쪽 위에 제공된다. 느슨한 부분의 방향에 대해서는 기포 발생시의 압력이 느슨한 부분을 토출구 쪽으로 팽창시킬 수 있는 한 방향에 특별한 제한은 없다.

이동성 분리막 (215)는 상술한 다섯 번째 실시양태의 방법과 동일한 방법에 의해 균일한 두께로 형성된다.

방향 조절 수단인 이동성 부재 (231)은 니켈의 전기 주조법에 의해 제조하였다.

토출 액체 및 기포 발생 액체의 공급은 다섯 번째 실시양태의 것과 동일할 수 있다. 이 실시양태의 액체토출 장치의 경우, 방향 조절 수단의 별도의 본체는 다섯 번째 실시양태의 것에 비해 조립 방법에 하나의 단계를 추가시키지만, 이동성 격막 (215) 및 방향 조절 수단의 별도의 배열은 부품에 대한 비용을 줄일 수 있고, 니켈의 스프링 특성을 효과적으로 이용하면 팽창된 이동성 격막을 효율적으로 원래의 위치로 되돌릴 수 있다.

본 실시양태에서, 이동성 부재 (231)은 니켈로 만들었으나, 본 발명은 니켈에 제한되는 것은 아니다. 이동성 부재 (231)용 재료는 이동성 부재 (231)로서의 양호한 작용을 보장하기 위한 탄성을 갖는 임의의 재료일 수 있다.

제21a 내지 21d도는 제20a 및 20b도에 도시된 액체 토출 장치의 변형에 있어서 액체 토출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

제21a 내지 21d도에 도시된 바와 같은 본 변형에 있어서, 느슨한 부분 (325a)는 발열 부재 (302)에 면하는 이동성 격막 (305)의 하류쪽 위에 배치되며, 발열 부재 (302)에 면하는 이동성 격막 (305)의 상류쪽은 방향 조절 수단의 기능을 갖는다.

제21a도에서는, 전기 에너지 등의 에너지가 발열 부재 (302)에 아직 적용되지 않아 발열 부재 (302)에서는 열이 발생하지 않는다. 이 상태에서, 느슨한 부분 (325a)는 제2 액체 유로 쪽 위에서 느슨해진다.

여기서, 전기 에너지 등이 발열 부재 (302)에 적용될 때에, 발열 부재 (302)는 열을 발생시키고, 이 열에 의해 기포 발생 영역 (307)의 내부를 채우고 있는 기포 발생 액체의 부분이 가열됨으로써 막 비등에 의해 기포 (306)이 발생한다. 기포 (306)이 발생할 때, 이동성 격막 (305)의 느슨한 부분 (325a)는 기포 (306)의 발생에 기초한 압력에 의해 제1 액체 유로 (303) 위에서 제1 위치로부터 제2 위치로 변위되어 기포 (306)의 압력에 토출구 쪽으로의 진행을 안내하도록 늘어난다 (제21b도).

기포 (306)이 더욱 성장하면서, 이동성 격막 (305)의 두꺼운 부분 (325a)는 기포 발생시의 압력에 따라 제1 액체 유로 (303) 내로 더한층 변위된다 (제21c도).

그 후, 기포 (306)이 상술한 막 비등 현상에 대한 기포 특성의 내부 압력의 감소로 인해 수축 소멸될 때에, 제2 위치까지 변위되었던 이동성 격막 (305)의 두꺼운 부분 (305a)는 기포 (306)이 수축될 때의 네거티브 압력 및 이동성 격막 (305) 자체의 스프링 특성을 기초로 한 회복력으로 인해 초기 위치 (제1 위치)로 되돌아 온다 (제21d도).

[실시양태 7]

제22a 및 22b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제7 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제22a도는 기포가 발생하지 않는 상태를 도시한 도면이고, 제22b도는 기포가 발생되는 상태이다(토출시) .

본 실시양태에서는, 제22a 및 22b도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재 (302)(본 실시양태에서 40 ㎛×105 ㎛ 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(310) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2액체 유로 (304)가 제공되고 토출구 (301)과 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로 (303)가 그 위에 제공된다. 약간의 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막 (305)이 제1 액체 유로 (303)과 제2 액체 유로 (304) 사이에 제공되고 이동성 격막 (305)는 제1 액체 유로 (303) 내 토출 액체를 제2 액체 유로 (304) 내 기포 발생 액체로부터 분리시킨다.

여기에서, 발열 부재 (302)의 표면 위의 돌출 영역 내 위치한 부분의 이동성 격막 (305)은 기포가 발생되지 않을 때는 제2 액체 유로(304)로 돌출되고 이동성 격막의 참조 표면(305a)으로부터의 돌출 거리(L)는 제22a도에 도시된 바와 같이, 제1 액체 유로(303)의 토출구(301) 쪽인 하류쪽이 공통 액체 챔버(도시 안됨)인 상류 쪽 보다 더 길다. 그리하여, 이 모양은 제22b도에서 변환되며, 따라서 본 발명에 기재된 바와 같이 변위 단계를 성취한다. 즉, 이동성 격막의 모양이 사전에 형성되어 원하는 변위를 안정하게 성취할 수 있다. 또한, 방향 제어 부재가 이동성 격막 그 자체이기 때문에, 간단한 구조가 성취된다.

돌출 부분인 블록 부분(305a)의 변위에 의해 초래되는 최대 체적 (제22a 및 22b도의 각 위치에서 돌출 부분에 의해 얻어진 체적의 합계)는 기포 발생 영역(307)내에서 발생된 기포의 최대 팽창 체적 보다 크도록 결정한다.

볼록 부분(305a)이 형성되지 않은 이동성 격막(305)의 표면과 발열 부재(302)의 표면 사이의 거리는 대략 5 내지 20 μm로 조정한다. 기포 발생 영역(307)은 발열 부재(302)와 볼록 부분(305a) 사이에 형성된다.

이제, 전지 에너지 등이 발열 부재(302)에 가해질 때, 발열 부재(302)는 열을 발생시키고, 기포 발생 영역(307)의 내부를 충전하고 있는 기포 발생 액체 부분이 그 열에 의해 가열되어, 막 비등에 의해 기포(306)가 발생된다. 기포(306)가 발생될 때, 이동성 격막(305)의 볼록 부분(305a)은 기포(306)의 발생에 의거한 압력에 의해 제1 액체 유로(303) 상의 제1 위치로부터 제2 위치로 변위되어 기포(306)의 압력전파를 토출구 쪽으로 유도한다.

본 실시양태에서, 이동성 격막(305)은 볼록부(305a)의 변위에 의해 제1 액체 유로(303) 내로 변위하도록 형성되기 대문에, 기포 발생에 따른 에너지가 이동성 격막(305)이 기포 발생과 더불어 늘어나 제 1액체 유로(303) 내로 변위되는 배열에 비해 보다 효과적으로 이동성 격막(305)의 변위에 기여한다. 그리하여, 본 실시양태는 효과적인 토출을 성취할 수 있다. 또한 이동성 격막(305)의 볼록부(305a)는 그의 최대 변위 체적이 기포 발생 영역(407) 내에서 발생되는 기포의 최대 팽창 체적 보다 크도록 형성되기 때문에, 기포의 성장이 통제되지 않고 보다 효과적인 토출이 성취될 수 있다.

본 실시양태에서, 이동성 격막(305)이 사전에 제2 액체 유로(304) 내로 돌출되어 있기 때문에, 변위 양은 이동성 격막(305)이 제1 위치로부터 제2 위치로 변위할 때 커져서 기포(306)의 발생에 의거한 압력에 의해 기포(306)의 압력 전파를 토출구를 향하도록 유도하며, 상기는 토출구(301)로부터 액체의 토출 효율을 증가시킨다. 이동성 격막(305)의 볼록부(305a)의 거리(L)가 공동 액체 챔버 쪽에서 보다 토출구(301) 쪽에서 더 길기 때문에, 기포(306)의 발생에 의거한 압력을 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(303)로 전달하기 쉬우며, 상기는 토출구(301)로부터 액체의 토출 효율을 증가시킨다.

이후, 기포(306)가 앞서 서술한 바와 같이, 막 비등 현상의 특징인 기포이 내부 압력 감소로 인해 수축하여 사라지면, 제2 위치까지 변위되었던 이동형 격막(305)의 볼록부(305a)는 기포(306)의 수축에 따른 압력 감소에 기인한 복원력 및 이동성 격막(305) 자체의 탄성에 의해 초기 위치(제1 위치)로 돌아간다.

또한, 본 발명의 액체 토출 장치의 구조는 또한 앞서의 실시양태들에서 서술한 바와 같은 효과를 얻기 때문에, 고점도 액체와 같은 액체를 보다 높은 토출 효율로 보다 높은 토출력 하에서 토출시킬 수 있다.

[실시양태 8]

제23a 및 23b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치이 제8 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제23a도는 기포가 발생되지 않는 상태를 도시한 도면이고 제23b도는 기포가 발생되는 상태를 도시한 도면이다(토출 시).

본 실시양태에서는, 제23a 및 23b도에 도시된 바왁 같이, 제22a 및 22b도에 도시된 구조에 더하여, 이동성 격막(305)의 변위를 제어하는 변위될 수 있는 이동성 부재(331)가 이동성 격막(305)과 제1 액체 유로(303) 사이에 제공되고 다른 구조는 제22 및 22b도와 동일하다. 이 이동성 부재(331)는 니켈을 전자성형하여 제조한다. 토출 액체 및 기포 발생 액체의 공급은 제7 실시양태에서 서술한 바와 같을 수 있다.

앞서 서술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치에서는, 기포 발생에 따른 많은 량의 이동성 격막(305)이 또한 안정하게 변위될 수 있다. 또한 이동성 부재(331)는 이동성 격막(305)이 변위를 토출구를 향하게 유도하는 작용을 보강할 수 있다. 이동성 격막(305)이 기포가 발생하지 않을 때는 제2 액체 유로(304) 내로 돌출되어 있기 때문에, 돌출 부분 위의 액체는 또한 기포발생에 따른 토출구(301)로 유도될 수 있다.

이동성 부재(331)는 또한 이동성 격막(305)이 볼록부(305a)를 제2 액체 유로(304) 내로의 돌출시키는 돌출력을 보충한다.

본 실시양태는 이동성 부재(331)에 니켈을 사용했지만, 본 발명은 이동성 부재(331)로서 우수한 작업을 수행하기에 충분한 탄력을 갖고 있는 물질이라면 이에 제한되지 않고 임의의 물질을 사용할 수 있다.

[실시양태 9]

제24a 및 24b도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제9 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제24a도는 기포가 발생되지 않은 상태를 도시한 도면이고 제24b도는 기포가 발생되는 상태를 도시한 도면이다(토출 시).

전기 에너지를 발열 부재에 가할 때, 발열 부재는 열을 발생시키고, 기포 발생 영역의 내부를 충전한 기포 발생 액체 부분이 그 열에 의해 가열되어, 막 비등에 의해 기포를 발생시킨다. 이 때, 기포가 최대 팽창 체적은 제조 방법. 주위 조건 등으로 인한 분산 요소들 때문에 항상 일정하지 않고, 또는 노즐에 따라 다를 수 있다.

그리하여, 본 실시양태는 제24a 및 24b도에 되시된 바와 같이, 이동성 격막(315)의 볼록부(315a)의 최대 변위 체적이 기포 발행 영역(307) 내에 발생된 기포(316)의 최대 팽창 체적 보다 작도록 조정된다.

구체적으로, 액체의 토출 특성으로 인한 기포(316)의 최대 팽항 체적의 분산이 ±10%이기 때문에, 이동성 격막(315)의 볼록부(315a)의 최대 변위 체적은 기포 발생 영역(307) 내 발생된 기포 (316)의 최대 팽창 체적의 80% 이하로 조절된다.

이러한 조정은 액체의 토출 특성으로 인해 기포(316)의 팽창 체적의 분산이 있더라도 기포 발생에 따른 이동성 격막(315)의 볼록부(315a)의 변위량을 항상 일정하게 유지함으로써, 토출 액체의 토출량이 일정하게 되며, 노즐 간의 분산 없이 우수한 토출을 성취하게 된다.

[실시양태 10]

제25a 내지 25c도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제10 실시양태를 도시하기 위한 도면으로서, 제25a도는 기포가 발생되지 않은 상태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도이고, 제25b도는 기포가 발생되는 상태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도이고(토출시), 제25c도는 제2 액체 유로의 배치를 도시한 도면이다.

본 실시양태에서는, 제25a 및 25c도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(402)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(410) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(404)가 제공되고 토출구 (401)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(403)가 그 위에 제공된다. 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(405)이 제1 액체 유로(403)와 제2 액체 유로(404) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(405)이 제1 액체 유로(403) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(404) 내 기포 발생액체로부터 분리한다.

발열 부재(402)가 열을 발생시키면, 그 열이 이동성 격막(405)과 발열 부재(402) 사이의 기포 발생 영역(407) 내 기포 발생 액체에 작용하여, 기포 발생 액체 내 막 비등 현상에 의하여 기포를 발생시킨다. 기포 발생에 의거한 압력은 우선적으로이동성 격막(405)에 작용하여 이동성 격막(405)이 토출구(401)를 향해 보다 많이 확장되도록 변위시킨다. 이는 기포 발생 영역(407) 내 발생된 기포가 토출구(401)를 향하도록 유도한다.

본 실시양태에서는, 제2 액체 유로(404)가 발열 부재(402) 바로 위에 위치한 기포 발생 영역(407)을 지나 보다 더 하류 위치까지 형성되어 있어 하류쪽 흐름 저항을 발열 부재(402) 바로 위 보다 작게 하며, 발열 부재(402) 내에서 열에 의해 발생된 기포로 인한 압력을 하류로 유도한다. 따라서, 이동성 격막(405)은 또한 토출구(401)를 향해 변위되며, 그리하여 높은 토출 효율 및 높은 토출력을 얻는다.

기포 자체의 직접적인 작용은 제2 액체 유로 내 기포의 성장을 제어함으로써 이용할 수 있기 때문에, 효과는 기포 발생 초기 단계에서부터 나타난다.

또한, 이동성 격막(405)은 기포(406)가 수축함에 따라 기포(406)의 수축에 따른 압력에 의해 변위 전 위치로 신속히 돌아기기 때문에, 압력의 작용 방향의 제어 외에 토출 액체가 제1 액체 유로(403) 내로 재충전되는 속도가 향상되므로써, 고속프린팅 에서의 안정한 토출이 또한 성취된다.

[실시양태 11]

제26a 및 26b도는 본 발명에 따른 액체 및 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제11 실시양태를 도시하기 위한 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제26a도는 기포가 발생 되지 않는 상태를 도시한 도면이고, 제26b도는 기포가 발생되는 상태를 도시한 도면이다(토출 시).

본 실시양태에서는, 제26a 및 26b도에 도시된 바와 같이, 발열 부재(402)의 토출구 쪽 제2 액체 유로(411)의 벽이 좁아지는 모양으로 형성되어 토출구를 향해 팽창됨으로써, 기포 발생 영역(407) 내 및 부근에서의 흐름 저항이 토출구를 향한 유로를 따라 감소되며 발열 부재(402) 내 열에 의해 발생된 기포(416)의 압력이 토출구를 향하도록 유도하는 것을 쉽게 하여제10 실시양태에서와 유사하게 높은 토출 효율 및 높은 토출력을 얻는다.

제27a 및 27b도는 제26a 및 26b도에 도시된 액체 토출 장치의 변형을 도시하기 위해 유로를 따라 절단된 단면도로서, 제27a도는 제2 액체 유로 벽의 부분이 계단식으로 형성된 변형을 도시한 도면이고, 제27b도는 제2 액체 유로 벽이 특정 곡률 반경을 갖는 모양으로 형성된 다른 변형을 도시하기 위한 도면이다.

제27a도에 도시된 변형에서, 발열 부재(402)의 토출구 쪽 제2 액체 유로의 벽(424)은 계단식으로 형성되어 토출구를 향해 팽창되어 있고 제27b도에 도시된 변형에서는, 발열 부재(402)의 토출구 쪽 제2 액체 유로 벽(434)이 특정 곡률 반경을 갖는 모양으로 형성되어 토출구를 향해 팽창되어 있다. 두 경우 모두, 기포 발생 영역(407) 내 및 부근의 흐름 저항은 토출구를 향해 감소되며 발열 부재(402) 내 열에 의해 발생된 기포의 압력을 토출구를 향하도록 유도하는 것을 쉽게 하며 제26a 및 26b도에 도시된 변형에서와 유사하게 높은 토출 효율 및 높은 토출력을 얻는다.

[실시양태 12]

제28a 및 28b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제12 실시양태를 도시한 도면으로서, 제28a도는 제2 액체 유로와 발열 부재 간의 관계를 도시한 평면도이고, 제28b도는 제28a도에 도시된 배열의 투시도이고, 토출구는 제28a도의 좌측에 위치한다.

제28a 및 28b도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태의 제2 액체 유로는 제2 액체 유로(444)의 너비가 제25a 내지 25c도에 도시된 것에 비해, 상류로부터 발열 부재(442) 부근의 하류로 갈수록 점진적으로 증가한다.

앞서 서술한 바와 같이, 구성된 액체 토출 장치 내 토출 작업이 보다 상세하게 서술될 것이다.

제29a 내지 29c도는 제28a 및 28b도에 되시된 액체 토출 장차에서의 토출 작업을 설명하는 도면으로서, 제29a도는 제28a도에 도시된 29A-29A 선을 따라 절단된 단면도를 포함하고, 제29b도는 제28a도에 도시된 29B-29B 선을 따라 절단된 단면도를 포함하고, 제29c도는 제28a도에 도시된 도 29C-29C를 따라 절단된 단면도를 포함한다.

(1) 제29a 내지 29c도에서, 전기 에너지는 아직 발열 부재(442)에 가해지지 않았고, 따라서 발열 부재(442)에 열이 발생되지 않는다. 이동성 격막(445)은 기판(420)에 거의 평행한 제1 위치에 위치한다.

이제, 전기 에너지가 발열 부재(442)에 기해지면, 발열 부재(442)는 열을 발생시키고, 기포 발생 영역(447)의 내부를 충전한 기포 발생 액체의 부분이 그 열에 의해 가열되며, 막 비등에 의해 기포(446)를 발생시킨다(제29a 내지 29c도에서 (II)).

발열 부재(442)에 의한 열은 발생된 기포(446)를 신속하게 성장시키고, 이때, 제28a 및 28b도에 도시된 제2 액체 유로(444)의 모양 때문에 기포의 중십 부분은 상류 쪽에서 크게 성장하는 반면 그의 양쪽 단부에서는 하류쪽이 크게 성장하여 그에 따른 이동성 격막(445)을 크게 변위시킨다(제29a 내지 29c도에서 (III)).

기포(446)가 추가로 성장하면, 중심 부분 하류가 가장 크게 성장하여 이동성 격막(445)의 하류 부분을 크게 변위시킨다(제29a 내지 29c도에서 (IV)).

이후, 기포(446)가 앞서 서술한 막 비등 현상의 특징인 기포 내부 압력 감소 때문에 수축하여 사라지면, 그렇게 변위된 이동성 격막(445)은 기포(446)의 수축에 따른 입력 저하에 기인한 복원력 및 이동성 격막(445) 자체의 탄성에 의해 초기 위치로 돌아간다(제29a 내지 29c도에서 (V)).

서술한 바와 같이, 기포(446)의 발생과 더불어 발생되는 압력은 점진적으로 하류, 즉 토출구를 향하게 된다.

이는 기포 발생 영역(447) 내 및 부근에서 토출구를 항하여 흐름 저항을 점진적으로 감소시켜, 발열 부재(442) 내에서 열에 의해 발생되는 기포의 압력이 토출구를 향하도록 유도하는 것을 쉽게 함으로써, 제10 실시양태에서와 유사한 높은 토출 효율 및 높은 토출력을 얻는다. 이는 또한 발열 부재(442)의 돌출 영역 내 제1 액체를 토출구로 전달하여 토출량을 증가시킬 수 있다.

제30a 내지 30c도는 제28a 및 28b도에 도시된 액체 토출 장치의 변형을 도시한 도면으로서, 제30a도는 발열 부재 부근에서 제2 액체 유로의 너비가 계단식으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하는 변형을 도시한 도면이고, 제30b도는 발열 부재 부근에서 제2 액체 유로의 너비가 특정 곡률 반사경으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하는 변형을 도시한 변형이고, 제30c도는 발열 부재 부근에서 제2 액체 유로의 너비가 제30b도와 반대되는 곡률 반경으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하는 변형을 도시한 도면이다. 어느 도면에서나 토출구는 도면 좌측에 위치한다.

제30a도에 도시된 변형에서는 발열 부재 부근에서의 제2 액체 유로의 너비가 계단식으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하기 때문에, 또는 제30b도에 도시된 변형에서는 발열 부재 부근에서 제2 액체 유로의 너비가 특정 곡률 반경으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하기 때문에, 또는 제30c도에 도시된 변형에서는 발열 부재 부근에서 제2 액체 유로의 너비가 제30b도와 반대되는 곡률 반경으로 상류에서부터 하류로 점진적으로 증가하기 때문에, 기포 발생 영역 내 및 부근에서의 흐름 저항은 어느 경우에서는 토출구를 향해 점진적으로 감소하여, 발열 부재(442)내에서 열에 의해 발생된 기포의 압력을 토출구를 향하여 유도하기 쉽게 함으로써, 높은 토출 효율 및 높은 토출력을 얻는다.

[실시양태 13]

제31a도 내지 31e도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제13 실시양태를 도시하기 위한 액체 토출 장치의 작업을 설명하는 도면이다.

본 실시양태에서, 앞서의 각 실시양태들과 유사하게 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(502)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(510) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(504)가 제공되고 토출구 (501)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(503)가 그 위에 제공된다. 또한, 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(505)이 제1 액체 유로(503)와 제2 액체 유로(504) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(505)이 제1 액체 유로(503) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(504) 내 기포 발생 액체로부터 분리한다. 본 실시양태에서의 부가의 특징은 기포 발생 영역(507) 부근에 개구부를 갖고 이동성 격막(505)의 변위를 제한하도록 배열된 이동성 격막 변위 조절 부재(531)가 이동성 격막(505)의 제1 액체 유로(503) 쪽에 제공되어 있는 것이다.

본 실시양태의 액체 토출 장치의 토출 작업이 제31a 내지 31E도를 참고로 하여 상세히 서술될 것이다.

제31a도에서는, 전기 에너지와 같은 에너지가 아직 발열 부재(502)에 가해지지않아, 발열 부재(502) 내 열이 발생되지 않았다. 이동성 격막(505)은 기판(510)에 거의 평행하게 제1 부분에 위치한다.

본원에서 중요한 점은 이동성 격막 변위 조절 부제(531)의 개구부의 중심이 발열 부재(502)의 중심이 하류쪽에 위치하여 이동성 격막(505)의 이동가능한 영역의 중심을 발열 부재(502)의 중심의 하류쪽에 위치시킨다는 것이다.

이제, 전기 에너지 등이 발열 부재(502)에 가해지면, 발열 부재(502)는 열을 발생시키고, 기포 발생 영역(507)의 내부를 충전하고 있는 기포 발생 액체 부분이 그 열에 의해 가열되어, 막 비등에 의해 기포(506)를 발생시킨다. 이동성 격막(505)의 이동가능한 영역의 중심이 발열 부재(502)의 중심의 하류에 위치하기 때문에, 이동성 격막(505)은 기포(506)의 압력에 의해 발열 부재(502)의 하류쪽에서 쉽게 변위 될 수 있다(제31b도).

기포(506)가 추가로 성장하면, 이동성 격막(506)이 기포 발생에 따른 압력에 의해 제1 액체 유로(503) 내로 부가로 변위한다. 그 결과, 발생된 기포(506)는 상류에서 보다 하류에서 더 크게 성장하며, 따라서 이동성 격막(505)은 제1 위치를 크게 지나 변위한다(제31c도).

이후, 기포(506)는 앞서 서술한 막 비등 현상의 특징인 기포 내부 압력 감소로 인해 수축하면 제2 위치 까지 변위되었던 이동성 격막(505)은 기포(506)의 수축에 따른 압력 저하에 의해 제31a도에 도시된 초기 위치(제1 위치)로 점진적으로 돌아간다.

기포(506)가 사라지면, 이동성 격막(505)은 초기 위치(제1 위치)로 돌아간다(제31e도). 기포가 사라질 때, 방출되는 액체의 체적을 보충하기 위해, 액체가 상류로부터, 즉 공동 액체 챔버로부터 V_D1, V_D2로 나타낸 만큼, 그리고 토출구(501)로부터 Vc로 나타낸 만큼 흐른다. 이 때, 발열 부재(502)로부터 하류(토출구)로의 액체 흐름이 있었기 때문에, V_D1, V_D2흐름이 더 크며, 이는 재충전 속도를 증가시키고 메티스커스의 함입양을 감소시키는데 유용하다.

이동성 격막(531)의 개구부가 제31a 내지 31e도에 도시된 바와 같이 두께 방향으로 둥글기 때문에, 이 부분 내에서 이동성 격막(505)에 대한 응력 집중이 완화되어, 강도 감쇠를 줄임으로써 내구성을 개선한다.

앞서 서술한 액체 토출 장치의 구조 및 제작 방법이 하기에 서술된다.

제32a 내지 32d도는 제31a 내지 31e도에 도시된 액체 토출 장치에서 발열 부재(502), 제2 액체 유로(504) 및 이동성 격막 변위 조절 부재(531) 간의 위치 관계를 설명하는 도면으로서, 제32a도는 발열 부재(502)와 제2 액체 유로(504)사이의 위치 관계를 도시한 도면이고, 제32b도는 이동성 격막 변위 조절 부재(531)의 평면도이고, 제32c도는 발열 부재(502), 제2 액체 유로(504) 및 이동성 격막 변위 조절 부재(531)간의 위치 관계를 도시한 도면이고, 제32d도는 이동성 격막(505)의 이동가능한 영역을 도시한 도면이며, 어느 도면에서나 토출구는 도면의 좌측에 위치한다.

제32d도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태는 이동성 격막(505)이 하향으로 변위할 수 있는 이동성 격막(505)의 하향 변위가능한 영역이 제2 액체 유로(504)의 벽에 의해 둘러싸인 영역이고, 이동성 격막(505)이 상향으로 변위될 수 있는 이동성 격막(505)의 상향 이동가능한 영역이 이동성 격막 변위 조절 부재(531)의 개구 부내 영역이고, 이동성 격막(505)의 이동가능한 영역의 중심이 발열 부재(502)의 중심의 하류에 위치하도록 배열된다.

제32b도에 도시된 바와 같이, 이동성 격막 변위 조절 부재(531)의 개구부(531a)의 4개 모서리는 둥글어 이동성 격막(505)을 손상시키는 것을 방지함으로써 내구성을 개선한다.

제2 액체 유로(504)에는 제5 실시양태에서와 같은 목적을 위해 발열 부재(502)의 전후에 수축부(509)가 제공되고 발열 부재(502)의 토출구(501) 쪽에 넓은 공간이 형성된다.

앞서 서술한 바와 같이, 본 실시양태의 구조가 이동성 격막의 이동가능한 영역의 중심이 발열 부재의 중심의 하류에 위치되어 기포 발생에 따른 압력에 의해 변위되는 이동성 격막이 하류쪽에서 성장하기 때문에, 역에 약한 액체, 고점도 액체 등이 높은 효율로 토출 압력 하에 토출될 수 있다. 그밖에, 제1 액체 유로 내 액체의 전달 작용에 의해 토출량이 추가로 증가된다.

[실시양태 14]

제33도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제14 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도이다.

본 실시양태에서는, 제33도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(602)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(610) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(604)가 제공되고 토출구 (601)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(603)가 그 위에 제공된다. 또한, 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(605)이 제1 액체 유로(603)와 제2 액체 유로(604) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(605)이 제1 액체 유로(603) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(604) 내 기포 발생 액체로부터 분리한다.

발열 부재(602)가 열을 발생시키면, 기포 발생 액체 내 막 비등 현상에 의거 기포가 발생된다. 이때, 제2 액체 유로(604) 내 발열 부재(602)의 중심 영역의 하류 흐름 저항 R₁는 상류 흐름 저항 R₂보다 커서 기포 발생에 의거한 압력 중에서 발열 부재(602)의 중심 영역의 하류 성분이 우선적으로 이동성 격막(605)에 작용하며 상류 성분은 이동성 격막(605) 뿐만 아니라 상류 쪽에도 작용한다.

그리하여, 기포가 연속적으로 성장함에 따라 이동성 격막(605)은 토출구(601)를 향해 보다 많이 변위된다. 이는 기포 발생 영역(607) 내에서 발생된 기포로 인한 압력을 토출구(601)로 유도한다.

앞서 서술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치의 토출 작업이 상세하게 서술될 것이다.

제34a 내지 34d도는 제33도에 도시된 액체 토출 장치의 작업을 설명하는 도면이다.

제34a도에서는, 전기 에너지와 같은 에너지가 아직 발열 부재(602)에 가해지지 않아, 발열 부재(602) 내 열이 발생되지 않았다.

이제, 전기 에너지 등이 발열 부재(602)에 가해지면, 발열 부재(602)는 열을 발생시키고, 기포 발생 영역(607)의 내부를 충전하고 있는 기포 발생 액체 부분이 그 열에 의해 가열되고, 막 비등에 의해 기포(605)를 발생시킨다. 기포(606)가 발생될 때, 기포(606) 발생에 의거한 압력은 기포(606)를 확산시키면서 이동성 격막(605)을 제1 위치로부터 제2 위치로 변위시키기 시작한다(제34b도).

본원에서 중요한 점은 앞서 서술한 바와 같이 하류쪽 흐름 저항이 상류쪽 흐름 저항 보다 커서 발열 부재(602)의 하류쪽(토출구쪽) 압력 성분이 제2 액체 유로(604) 내 이동성 격막(605)에 우선적으로 작용한다는 것이다.

기포(606)가 추가로 성장하면, 하류 압력 성분 중에서 수평 성분은 앞서 서술된 하류 흐름 저항에 영향을 받아 상향을 향하게 된다. 이는 하류 압력 성분의 대부분이 우선적으로 이동성 격막(605)에 작용하게 하여 이동성 격막(605)을 제1 액체 유로(603)로 추가로 변위시킨다. 이로써, 이동성 격막(605)은 토출구(601)를 향해 크게 팽창된다(제34c도.)

기포(606)가 하류로 성장하여 이동성 격막(605)을 토출구를 향해 보다 많이 팽창시키면서 이동성 격막(605)을 앞서 서술한 바와 같은 기포(606) 성장에 의해 제1 액체 유로(603)로 점진적으로 변위시키기 때문에, 기포(606) 발생에 따른 압력은 균일하게 토출구(601)를 향한다. 이는 토출구(601)로부터의 액체 토출 효율을 향상시킨다. 기포 발생 압력을 토출구(601)로 유도함에 있어서, 이동성 격막(605)은 압력의 전달을 거의 방해하지 않아, 압력의 전파 방향 및 기포(606)의 성장 방향이 전파 압력의 크기에 따라 효율적으로 제어될 수 있다.

이후, 기포(606)는 앞서 서술한 막 비등 현상의 특징인 기포 내부 압력 감소로 인해 수축하여 사라지면, 제2 위치까지 변위된 이동성 격막(605)은 기포(606)의 수축에 의한 압력 감소에 의해 제1 위치를 지나 제2 위치로 변위된 후, 제34a도에 도시된 초기 위치(제1 위치)로 돌아간다(제34d도). 기포가(606) 사라질 때, 방출되는 액체의 체적을 보충하기 위해, 액체가 상류로부터, 즉 공동 액체 챔버로부터 V_D1, V_D2로 나타낸 만큼, 그리고 토출구(401)로부터 Vc로 나타낸 만큼 흐른다. 액체는 또한 제2 액체 유로(604) 내 상류로부터 상기 구역으로 흐른다.

앞서 서술한 액체 토출 장치의 구조가 서술될 것이다.

제35도는 제33도 및 34a 내지 34d도에 도시된 액체 토출 장치의 제2 액체 유로(604)를 설명하는 도면으로서, 이동성 격막(605)을 갖지 않는 제2 액체 유로(604)의 평면도이다. 토출구는 도면의 하부측에 위치한다.

제2 액체 유로(604)에는 제5 실시양태에서와 같은 목적을 위해 발열 부재(602)의 전후에 수축부(609a, 609b)가 제공되어 기포 발생에 따른 압력이 제2 액체 유로(604)를 통해 유실되는 것은 방지하기 위한 챔버(기포 발생 챔버) 구조를 형성한다. 이제, 제2 액체 유로(604)의 수축부(609a, 609b)는 하류쪽(토출구쪽)개구부가 상류쪽(공동 액체 챔버쪽) 개구부 보다 좁도록 형성된다. 서술한 바와 같이 하류쪽 개구부를 보다 좁게 제조함으로써, 제2 액체 유로(604) 내 흐름 저항은 하류쪽에서는 더 크고 상류쪽에서는 더 작게 할 수 있다. 이는 기포 발생에 의해 유발되는 압력의 하류 성분이 효과적으로 및 우선적으로 이동성 격막(605)에 작용하게 하여 이동성 격막(605)을 제1 액체 유로(603)으로 변위시킴으로써, 제1 액체 유로 (603) 내 액체가 높은 효율로 높은 토출력 하에 토출될 수 있게 한다. 제2 액체 유로(604)의 기포 발생 챔버의 하류 수축부(609a)는 기포 발생 챔버에 남아있는 기포를 제거하는 통로이다.

제2 액체 유로(604)의 모양은 상기 모양에 제한되지 않고 기포 발생에 따른 압력을 이동성 격막(605)에 효과적으로 전달할 수 있는 모양으로 결정할 수 있다.

앞서 서술한 바와 같이, 본 실시양태에의 구조에서는 발열 부재의 중심 영역의 하부 흐름 저항이 제2 액체 유로의 중심 영역의 상류 보다 커서 기포 발생에 따른 압력에 의해 변위된 이동성 격막이 하류로 성장하기 때문에 열에 약한 액체, 고점도 액체 등을 높은 효율로 높은 토출 압력 하에 토출할 수 있다.

[실시양태 15]

제36도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제15 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 기포가 발생되는 상태를 도시한다.

본 실시양태에서는, 제36도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(702)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(710) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(704)가 제공되고 토출구 (701)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(703)가 그 위에 제공된다. 또한, 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(705)이 제1 액체 유로(703)와 제2 액체 유로(704) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(705)이 제1 액체 유로(703) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(704) 내 기포 발생 액체로부터 분리한다.

본 실시양태의 가장 중요한 특징은 제1 액체 유로(703)를 형성하는 상단면(709)의 높이, 즉 발열 부재(702)의 돌출 영역 내 제1 액체 유로(703)의 높이가 공동 액체 챔버(도시되지 않음)가 있는 상류쪽에서 보다 토출구(701)가 있는 하류쪽에서 더 높다는 것이다.

앞서 서술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치에서, 발열 부재(702)가 열을 발생시키면, 기포 발생 액체 내 막 비등 현상에 의거하여 기포(706)가 발생된다. 이제, 이동성 격막(705)은 기포(706)의 발생과 더불어 제1 액체 유로(703)로 변위되지 만, 제1 액체 유로가 상류쪽에서 보다 하류쪽에서 높기 때문에, 이동성 격막(705)은 상류쪽에서 보다 하류쪽에서 제1 액체 유로(703) 내로 더 많이 변위된다. 이는 기포 발생 영역 내에서 발생된 기포(706)에 기인한 압력을 토출구(701)로 유도한다.

앞서 서술한 바와 같이 구성된 액체 토출 장치의 토출 작업이 상세하게 서술될 것이다.

제37a 내지 37d도는 제36도에 도시된 액체 토출 장치의 작업을 설명하는 도면이다.

제37a도에서는, 전기 에너지와 같은 에너지가 아직 발열 부재(702)에 가해지지 않아, 발열 부재(702) 내 열이 발생되지 않았다. 이동성 격막(705)은 기판(710)에 거의 평행하게 제1 위치에 위치한다.

이제, 전기 에너지 등이 발열 부재(702)에 가해지면, 발열 부재(702)는 열을 발생기키고 기포 발생 영역(707)의 내부를 충전하고 있는 기포 발생 액체 부분이 그 열에 의해 가열되어, 막 비등에 의해 기포(706)를 발생시킨다. 이는 기포 발생 영역(707)에 접한 이동성 격막(705)을 제1 액체 유로(703) 내로 전부 변위시킨다(제37b도).

기포(706)가 추가로 성장하면, 이동성 격막(705)은 기포 발생에 따른 압력에 의해 제2 위치까지 제2 액체 유로(704) 내로 변위되며, 이때, 제1 액체 유로(703)의 높이가 상류쪽에서 보다 하류쪽에서 더 높기 때문에, 이동성 격막(705)은 상류쪽에서 보다 하류쪽에서 제1 액체 유로(703) 내로 보다 많이 변위한다. 그러므로, 배출효율이 부가로 증가될 수 있다.

이후, 앞서 서술한 막 비등 현상의 특징인 기포 내부 압력 감소로 인해 기포(706)가 수축하여 사라지며, 제2 위치까지 변위되었던 이동성 격막(705)은 기포(706)의 수축에 의한 압력 감소에 의해 제37a도에 도시된 초기 위치(제1 위치)로 점진적으로 돌아간다(제37d도). 기포가(706) 사라질 때, 방출되는 액체의 체적을 보충하기 위해, 액체가 상류로부터, 즉 공동 액체 챔버로부터 그리고 토출구(701) 쪽으로부터 흐른다.

이는 이동성 격막(705)이 제2 액체 유로(704)로 다시 변위될 때 초래되는 제1 액체 유로(703)내로의 변위에 기인한 액체의 체적 감소에 의해 메니스커스가 함입되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 재충전 시간이 감소될 수 있다.

[실시양태 16]

제38도는 본 발명에 다른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제16 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 기포가 발생되는 상태를 도시한다.

본 실시양태는 제38도에 도시된 바와 같이, 제36도에 도시된 것과 상단면(719)의 모양, 즉 제1 액체 유로(713)의 모양이 다르고 다른 구조는 같다.

본 실시양탱에서 상단면(719)은 발열 부재(702) 위 공간의 상류 부분 높이가 다른 부분 보다 낮도록 형성된다.

여기에서, 이동성 격막(705)은 기포(706)의 발생과 더불어 제1 액체 유로(713) 내로 변위되지만, 발열 부재(702) 위 영역의 상류 부분에서 제1 액체 유로(713)의 높이가 다른 부분 보다 낮기 때문에, 이동성 격막(705)은 상류쪽에서 보다 하류쪽에서 제1 액체 유로(713)로 더 많이 변위된다. 이는 기포 발생 영역 내에서 발생된 기포(716)에 기인한 압력을 토출구(701)로 유도한다. 제1 액체 유로(713) 내 흐름 저항이 하류 보다 더 크기 때문에, 토출 효율이 증가하고 제1 액체 유로 내 상류로 부터의 공급 특성이 양호하여 재충전 특성이 추가로 개선된다.

[실시양태 17]

제39도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제17 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 기포가 발생되는 상태를 도시한다.

본 실시양태는 제39도에 도시된 바와 같이, 제38도와는 이동성 격막(729)이 기포 발생에 따른 상단면(719)의 낮은 부분과 접촉하게 되는 것이 다르고 그외의 구조는 같다.

여기에서, 이동성 격막(725)은 기포(736) 발생과 더불어 제1 액체 유로(723) 내로 변위되지만, 발열 부재(702) 위 영역의 상류 부분 내 제1 액체 유로(723)의 높이가 다른 부분 보다 낮기 때문에, 이동성 격막(725)은 상류쪽에서 보다는 하류쪽에서 제1 액체 유로(723) 내로 보다 많이 변위하였다. 그리고나서 기포(736)가 추가로 발생되면, 제1 액체 유로(723) 내로 변위된 이동성 격막(725)은 제 1액체 유로(723)의 상단면(719)의 낮은 부분과 접촉하게 되어 이동성 격막(725)은 상단면(719)에 의해 눌려진 것 처럼 변형된다. 이는 이동성 격막(725)의 하류 부분을 제1 액체 유로(723) 내로 보다 많이 변위시킴으로써, 기포 발생 영역 내에서 발생된 기포(736)로 인한 압력을 토출구(701)로 유도한다. 상단면(719) 부분이 이동성 격막(725) 부분과 접촉하기 때문에, 제1 액체 유로(723)는 접촉 부분의 양쪽으로 두 개로 분리되어 혼선을 막고 기포 발생에 따른 압력이 상류로 빠져나는 것을 방지하여, 토출 효율을 증가시킨다.

[실시양태 18]

제40a 및 40d도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제18 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제40a도는 기포가 발생되지 않는 상태를 도시한 도면이고, 제40d도는 기포 발생되는 상태를 도시한 도면이다.

본 실시양태는 제40a 및 40d도에 도시된 바와 같이, 이동성 격막(715) 만이 제38도와 다르고 그외의 구조는 같다.

제40a 및 40d도에 되시된 바와 같이, 본 실시양태의 이동성 격막(715)은 발열 부재(702)상에서 기포를 발생시키는 기포 발생 영역(707)의 상류 및 하류에 이완부(715a, 715b)를 가져, 탄성을 갖는 구조를 형성한다.

여기에서, 이동성 격막(715)은 기포(726) 발생과 더불어 제1 액체 유로(713)내로 변위되지만, 발열 부재(702) 위 구역의 상류 부분 재 제1 액체 유로(723)의 높이가 다른 부분 보다 낮기 때문에, 이동성 격막(715)은 상류쪽에서 보다는 하류쪽에서 제1 액체 유로(713) 내로 보다 많이 변위된다. 이는 기포 발생 영역(707) 내에서 발생된 기포(726)에 기인한 압력을 토출구(701)로 유도한다. 제1 액체 유로(713) 내 흐름 저항이 하류쪽에서 보다 상류쪽에서 크기 때문에, 재충전 특성이 개선된다. 본 실시양태는 이동성 격막(715)에 기포 발생 영역(707)의 상류 및 하류 이완부(715a, 715b)가 구비된 구조를 사용함으로써 이동성 격막(715)이 탄성을 갖기 때문에, 이동성 격막(715)이 기포 발생에 따른 압력에 의해 변위되기 쉬워지며, 토출 효율이 증가된다.

[실시양태 19]

제41도는 본 발명에 따른 액체 토출 방법 및 액체 토출 장치의 제19 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 기포 발생 상태를 도시한다.

본 실시양태에서는 제41도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(702)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(710) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(704)가 제공되고 토출구 (701)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(733)가 그 위에 제공된다. 또한, 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(735)이 제1 액체 유로(733)와 제2 액체 유로(704) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(735)이 제1 액체 유로(733) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(704) 내 기포 발생 액체로부터 분리한다. 제1 액체 유로(733) 내에 발열 부재(702) 위 영역 내 자유 단부 및 그의 지지 상류를 갖는 이동성 부재(751)가 이동성 격막(735) 부근에 평행하게 이동성 격막(735)으로부터 일정 거리 만큼 이격되어 배치된다. 이동성 부재(751)와 이동성 격막(735) 사이의 거리는 이동성 부재(751)의 자유 단부가 이동성 격막(735)이 기포 발생에 따른 압력에 의해 제1 액체 유로(733)내로 변위될 때 이동성 격막(735)에 의해 밀려올려지도록 조정된다.

여기에서, 이동성 격막(735)은 기포(746) 발생과 더불어 제1 액체 유로(703) 내로 변위된다. 일단 이동성 격막의 상류 부분이 이동성 부재(751)에 인접하게 되거나 또는 접촉하게 되어 이동성 격막(735)이 제 1액체 유로(733) 내로 변위되면, 이동성 부재(751)는 이동성 격막(735)의 변위 부분이 상류 부분을 제한하여 아동성 격막(735)이 상류쪽에서 보다는 하류쪽에서 제1 액체 유로(733) 내로 많이 변위되게 한다. 이는 기포 발생 영역 내에서 발생된 기포(746)에 기인한 압력을 토출구(701)로 유도한다.

본 실시양태는 이동성 부재(751)의 작용이 이동성 격막(735)의 과다한 변위를 방지하고 이동성 부재(751) 및 이동성 격막(735)이 기포가 발생되지 않을 때는 서로 일정 거리 이격되어 위치하도록 배열되어 있기 때문에, 이동성 격막(735)의 변위의 초기 단계에서는 저항이 없으며, 따라서 반응을 보다 신속히 진행하도록 한다.

앞서 서술한 제15 내지 제19 실시양태는 이동성 격막의 이동가능한 영역 위 및 제1 액체 유로 내에서의 액체의 흐름 저항을 유념하여 성취하였다.

[실시양태 20]

제42a 및 42d도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제20 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제42a도는 토출이 되지 않는 상태를 도시한 도면이고, 제42d도는 토출 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 실싱양태에서는, 제42a 및 42d도에 도시된 바와 같이, 액체 내 기포를 발생시키는 열에너지를 공급하기 위해 발열 부재(802)(본 실시양태에서는 40μm×105μm의 모양의 가열 저항기 부재)가 구비된 기판(810) 상에 기포 발생 액체를 위한 제2 액체 유로(804)가 제공되고 토출구 (801)와 직접 통하게 되어 있는 토출 액체를 위한 제1 액체 유로(803)가 그 위에 제공된다. 탄력을 갖는 얇은 막으로 제조된 이동성 격막(805)이 제1 액체 유로(803)와 제2 액체 유로(804) 사이에 제공되고, 이 이동성 격막(805)이 제1 액체 유로(803) 내 토출 액체를 제2 액체 유로(804) 내 기포 발생 액체로부터 분리시킨다.

여기에서, 이동성 격막(805)은 발열 부재(802)의 표면 위 돌출 영역 내 위치 한 부분에서 발열 부재(802)의 중심으로부터 하류쪽의 두께가 상류쪽의 두께 보다 작아 작업시 기포 발생 때 토출구(801)로 보다 많이 변형되도록 제조된다(제42b도).

이동성 격막(805)의 모양은 제42a 및 42b도에 되시된 것에 제한되지 않으며 기포 발생에 따른 압력을 토출구를 향해 효율적으로 보낼 수 있는 임의의 모양일 수 있다.

기포 발생 영역(807)은 발열 부재(802)와 이동성 격막(805)사이에 형성된다.

발열 부재(802)가 열을 발생시키면, 기포 발생 액체 내 막비등 현상에 의해 기포가 발생된다. 기포 발생에 의거한 압력은 우선적으로 이동성 격막(805)에 작용하여 이동성 격막(805)이 제42b도에 도시된 바와 같이 토출구(801)를 향해 보다 많이 변위되게 한다. 이는 기포 발생 영역(807) 내 발생된 기포에 기인한 압력을 토출구(801)로 유도한다.

앞서 서술한 바와 같이, 본 실시양태의 구조는 이동성 격막 내 발열 부재의 표면 위 돌출 영역 내에서 발열 부재의 중심으로부터 하류쪽의 두께가 상류쪽의 두께 보다 작기 때문에, 압력은 기포 발생에 따른 압력에 의해 변위된 이동성 격막에서 얇은 부분에 실질적으로 작용하여, 이동성 격막을 토출구를 향해 팽창시킴으로써 액체를 높은 토출 효율로 높은 토출 압력 하에 토출될 수 있게 한다.

[실시양태 21]

제43a 및 43b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제21 실시양태를 도시하기 위한 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제43a도는 측방향 단면도이고, 제43b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

본 실시양태에서 이동성 격막(815)은 상류에서부터 토출구가 제공된 하류로 두께가 점진적으로 감소한다. 이동성 격막(815)은 우레탄 수지로 제조된다.

본 실시양태의 이동성 격막(815)을 제조하는 공정이 서술될 것이다.

먼저, 이형제를 실리콘의 밀러 웨이퍼 상에 도포한 후, 액상 우레탄 수지로 스핀 코팅시켜 대략 3μm 두께의 막을 형성하고 나서, 내부 용매를 증발시켜 보다 얇은 막을 얻는다.

그리고나서 이 막을 밀러 웨아퍼로부터 박리해내고, 그이 후방 단부(상류)를 앞서 상술한 제2 액체 유로가 형성되어 기판 상에 고정시킨 후, 막을 토출구를 향해 잡아당겨 막의 단부의 두께를 1μm로 하고, 막을 기판에 결합시켜 기판 상의 이동성 격막을 형성한다.

이러한 방식으로 이동성 격막(815)을 제조함으로써, 이동성 격막(815)은 자연적으로 기포의 성장과 더불어 토출구를 향해 변형되어, 토출력이 액체의 토출에 효율적으로 사용될 수 있게 한다. 본 실시양태의 이동성 격막(815)은 기포 성장에 대한 반응이 우수하기 때문에, 고속 토출에도 적용될 수 있다. 이동성 격막(815)을 결합시키는데 높은 위치 정확성이 요구되지 않기 때문에 액체 토출 장치의 제작은 보다 쉬워진다.

본 실시양태의 이동성 격막(815)의 다른 제조 방법이 서술될 것이다.

먼저, 이형체를 실리콘의 밀러 웨이퍼 상에 도포한 후, 밀러 웨이퍼를 액상 우레탄 수지에 침지하고, 이를 서서히 들어 올린다. 막 두께는 상황에 따라 밀러 웨이퍼를 들어 올리는 속도를 점진적으로 감소시킴으로 점진적으로 증가시킬 수 있다. 이후, 용매를 증발시켜 보다 얇은 막을 얻는다.

그리고나서 막을 밀러 웨이퍼로부터 박리해 내고, 막을 앞서 서술한 제2 액체 유로가 형성되어 있는 기판 상에 놓고, 이를 기판에 결합시켜 기판 상 이동성 격막을 형성한다.

이러한 방식으로 이동성 격막(815)을 제조함으로써, 이동성 격막(815)은 자연적으로 기포 발생과 더불어 토출구를 향해 변형되어 토출력이 액체의 토출에 효율적으로 사용될 수 있다. 본 실시양태의 이동성 격막(815)은 기포 성장에 대한 반응이 우수하기 때문에, 이는 고속 토출에도 적용될 수 있다.

[실시양태 22]

제44a 및 44b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제22 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제44a도는 측방향 단면도이고, 제44b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

제44a 및 44b도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태의 이동성 격막(825)은 토출구가 제공된 하류쪽에 예정된 위치에서 경계선에 대한 발열 부재(802)의 중심으로부터 그의 하류쪽 두께가 그의 상류쪽 두께 보다 작도록 형성되어 있다. 이동성 격막(825)은 폴리이미드 수지로 제조된다.

본 실시양태의 이동성 격막(825)을 제조하는 공정이 서술될 것이다.

제45a 내지 45e도는 제44a 및 44b도에 도시된 이동성 격막(825)의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 이형제를 제45a도에 도시된 바와 같이 실리콘의 밀러 웨이퍼(871) 상에 도포한 후, 액상 폴리이미드 수지로 스핀 코팅시켜 대략 2 μm두께의 막을 형성한다(제45b도).

그리고나서 막(872)을 자외선 복사에 의해 경화시키고 10μm 두께의 레지스트(873)을 그 위에 패턴화한다(제45c도).

다음으로, 부가의 스핀 코팅을 수행하여 2μm 두께의 폴리이미드 수지 막(874)을 형성한다(제45d도).

이후, 막(874)을 자외선 복사로 경화시키고, 그렇게 형성된 막(872, 874)을 밀러 웨이퍼(871)로부터 박리해내고 나서, 앞서 서술한 제2 액체 유로가 형성되어 있는 기판 상에 놓고, 막을 기판에 결합시켜, 기판 상 이동성 격막을 형성한다(제45e도).

막들(872,874)은 각각 서로 다른 물질로 제조될 수 있다. 막(872)을 막(874)와 따로 제조하고 그들을 조립 단계에서 서로 결합시켜 본 실시양태에서와 같은 형태를 얻는 다른 방법이 이루어질 수 있다.

이러한 방식으로 이동성 격막(825)을 제조함으로써 이동성 격막(825)은 자연적으로 기포 발생과 더불어 토출구를 향해 변형되며, 토출력은 액체의 토출에 효율적으로 사용될 수 있다. 본 실시양태의 이동성 격막(825)은 기포 성장에 대한 반응에 있어서 우수하기 때문에 이는 또한 고속 토출에 적용될 수 있다.

[실시양태 23]

제46a 및 46b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제23 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제46a도는 측방향 단면도이고, 제46b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

제46a 및 46b도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태의 이동성 격막(835)은 토출구가 제공된 하류쪽에 예정된 위치에서 경계선에 대한 그의 발열 부재(802)로부터의 그의 하류쪽 두께가 그의 상류쪽 두께 보다 작고 하류쪽의 두께는 발열 부재(802)의 하류 연부의 보다 더 하류쪽의 예정된 위치에서 경계선에 대한 상류쪽의 두께 보다 크도록 형성되어 있다. 이동성 격막(835)은 폴리이미드 수지로 제조된다.

본 실시양태의 이동성 격막(835)을 제조하는 공정이 서술될 것이다.

제47a 내지 47e도는 제46a 및 46b도에 도시된 이동성 격막(835)의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 이형제를 제47a도에 도시된 바와 같이 실리콘의 밀러 웨이퍼(871) 상에 도포한 후, 액상 폴리이미드 수지로 스핀 코팅시켜 대략 3 μm두께의 막을 형성한다(제47b도).

그리고나서 앞서 서술한 바와 같이 대략 3 μm 두께의 막(875) 상 비에칭 부분 위에 패턴화 레지스트(876)을 형성시켰다. 레지스트 OFPR800(도쿄 오카 사 (Tokyo Ohka Sha)로부터 입수가능)이었다.

레지스트(876)을 6μm두께로 도포하고 100℃ 에서 사전 베이킹하였다. 캐논인코포레이팃드(CANON INC.)의 PLA600을 사용하여 노출을 수행하였고 노출량은 450mJ이었다. 현상제 MND-3(토쿄 오카 사로부터 입수가능)을 사용하여 현상을 수행한 후 120℃에서 후베이킹을 수행하였다(제47c도).

그리고나서 폴리이미드 수지의 막(875)을 단지 두께 2 μm로 에칭하였다. 에칭은 캐논 인코포레이션으로부터 입수가능한 MAS-800을 사용하고 기판 온도 50℃, 전자파 전력 500W, 산소 유속 200 sccm, 압력 100 Pa와 같은 조건 하에 수행하였다(제47d도).

그리고나서 레지스트(876)을 제거하기 위해 웨이퍼를 제거제 1112-A(쉬플리파 이스트 리밋티드(Shipley Far East Ltd .)로부터 입수가능) 내에 침지하고 초음파를 가하여 레지스트(876)을 제거하였다.

이후 폴리이미드 수지의 막(875)을 밀러 웨이퍼(871)로부터 박리해내고, 앞서 서술한 제2 액체 유로가 형성되어 기판 상에 놓고, 기판에 결합시켜 기판 상 이동성 격막을 형성하였다(제47e도).

이러한 방식으로 이동성 격막(835)을 제조함으로써 이동성 격막(835)은 자연적으로 기포 발생과 더불어 토출구를 향해 변형되며, 토출력은 액체의 토출에 효율적으로 사용될 수 잇다. 본 실시양태의 이동성 격막(835)은 기포 성장에 대한 반응에 있어서 우수하기 때문에 이는 또한 고속 토출에 적용될 수 있다.

제48a 및 48b도는 제46a 46b 및 47a 내지 47e도에 도시된 이동성 격막의 형태와 유사한 형태를 도시한 도면으로서 제48a도는 측방향 단면도이고, 제48b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

제48a 및 48b도에 도시된 바와 같이, 작은 막 두께를 갖는 얇은 부분은 제46a 및 46b도 및 47a 내지 47e도에 도시된 것과 유사한 형태의 이동성 격막으로 모든 액체 유로에 형성에 수 있다. 이러한 배열은 기포 발생 압력이 효율적으로 토출구로 집중되도록 한다.

[실시양태 24]

제49a 및 49b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제24 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제49a도는 측방향 단면도이고, 제49b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

제49a 및 49b도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태의 이동성 격막(855)은 토출구가 제공된 하류쪽의 예정된 위치에서 경계선에 대한 그의 발열 부재(802)로부터의 그의 하류쪽 두께가 그의 상류쪽 두게 보다 작고 하류쪽의 두께는 발열 부재(802)의 하류 연부의 보다 더 하류쪽의 예정된 위치에서 경계선에 대한 상류쪽의 두께 보다 크도록 형성되어 있다. 이동성 격막(855)은 폴리이미드 수지로 제조되고 제22 실시양태에서와 같은 방법에 의해 제조되었다.

이러한 방식으로 이동성 격막(855)을 제조함으로써, 이동성 격막(855)은 자연적으로 기포 성장과 더불어 토출구를 향해 변형되어 토출력이 액체 토출에 효율적으로 사용될 수 있다. 본 실시양태의 이동성 격막(855)은 기포 성장에 대해 반응하는데 우수하기 때문에 이는 고속 토출에도 적용될 수 있다.

보다 작은 막 두께를 갖는 얇은 부분은 본 실시양태와 유사한 형태로 모든 액체 유로에서 형성될 수 있다. 이 배열은 기포 발생 압력이 토출구로 효율적으로 집중되도록 한다.

[실시양태 25]

제50a 및 50b도는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 제25 실시양태를 도시하기 위해 유로 방향으로 절단된 단면도로서, 제50a는 측방향 단면도이고, 제50b도는 종방향 단면도이다. 도면에서 토출구는 좌측에 위치한다.

제50a 및 50b도에 도시된 바와 같이, 본 실시양태의 이동성 격막(865)은 발열부재(802)의 중심으로부터 하류를 향해 그의 두께가 감소하는 부분을 갖는다. 이동성 격막(865)은 폴리이미드 수지로 제조된다.

본 실시양태의 이동성 격막(865)을 제조하는 공정이 서술될 것이다.

제51a 내지 51d도는 제50a 및 50b도에 도시된 이동성 격막(865)의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 메트릭스 주형시킬 실리콘 기판(877) 상 일부분을 4 μm 사각 막대 모양의 실리콘 옥사이드(878)을 사용하여 마스크시키고(제51a도) 등방성 에칭을 그위에 수행하였다(제51b도).

그리고나서 이형제를 실리콘 기판(877) 상에 도포한 후, 액상 폴리이미드 수지로 스핀 코팅시켜 대략 3 μm 두께의 막(879)을 형성하고, 막을 자외선 복사에 의해 경화시켰다(제51c도).

이후, 막(879)을 실리콘 기판(877)으로부터 박리해내고, 앞서 서술한 제2 액체 유로가 형성되어 있는 기판 상에 놓고, 기판에 결합시켜 기판상 이동성 격막을 형성하였다(제51d도).

이러한 방식으로 이동성 격막(865)을 제조함으로써 이동성 격막(835)은 자연적으로 기포 발생과 더불어 토출구를 향해 변형되며, 토출력은 액체의 토출에 효율적으로 사용될 수 있다. 본 실시양태의 이동성 격막(865)은 기포 성장에 대한 반응에 있어서 우수하기 때문에 이는 또한 고속 토출에 적용될 수 있다.

또한, 보다 작은 막 두께를 갖는 얇은 부분은 본 실시양태와 유사한 형태의 모든 액체 유로에 제조될 수 있다. 이러한 배열은 기포 발생 압력이 토출구로 효율적으로 집중되도록 한다.

본 발명은 앞서 서술한 모든 실시양태에서 제1 액체 유로 내 액체의 흐름 방향에 평행한 방향으로 액체를 토출시키는 토출 방벙을 사용하는 것을 서술하였지만, 본 발명은 토출구가 기포를 발생시키는 구역의 하류에 제공되어 있다면, 앞서의 토출 방법에 제한되지 않고, 제1 액체 유로 내 액체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 액체를 토출시키는 토출 방법에 또한 적용될 수 있다.

제52a 및 52b도는 본 발명이 토출구가 기포 발생 영역의 하류에 위치하여 제1 액체 유로 내 액체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 액체를 토출시키는 배열에 적용된 예를 도시하기 위해 유로방향으로 절단된 단면도로서, 제52a도는 기포가 발생되지 않는 상태를 도시한 도면이고, 제52b도는 기포가 발생되는 상태를 도시한 도면이다.

제52a 및 52b도에 도시된 바와 같이, 토출구(901)가 서로 기포 발생 영역(907)의 하류에 위치한다면 토출구(901)가 제 1액체 유로(903) 내 액체의 흐름 방향에 수직인 방향으로 위치하는 배열에 앞서 서술한 각 실시양태의 구조를 사용하여 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서, 이동성 격막의 하류 부분은 액체의 흐름 방향에 대해 이동성 격막의 상류 부분 보다 토출구를 향해 더 많이 변위되기 때문에 제1 액체 유로 내 액체는 기포 발생과 더불어 토출구로부터 효율적으로 토출될 수 있다.

Claims (63)

1. 액체 토출용 토출구와 통하게 되어 있는 제1 액체 유로를, 액체 중에서 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 영역을 포함하는 제2 액체 유로로부터 실질적으로 항상 분리시키기 위한 이동성 격막을 상기 제1 액체 유로 중의 액체의 흐름에 대하여 상기 토출구의 상류쪽에서 변위시켜 기포를 사용하는 액체 토출용 토출구를 통해 액체를 토출시키는 액체 토출 방법으로서, 액체의 흐름 방향에 대하여 상기 이동성 격막의 상류 부분 보다 상기 이동성 격막의 하류부분을 상대적으로 더 많이 상기 토출구를 향하여 변위시키는 단계를 포함하는 액체 토출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 기포 성장 과정의 중간 이후에 수행되는 액체 토출 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계가 실질적으로 상기 기포 성장 과정의 초기 단계후에 연속적으로 수행되는 액체 토출 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 이동성 격막의 변위 범위가 초기 상태로부터 점차적으로 적어도 하류쪽으로 팽창하는 기간을 포함하는 액체 토출 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계가 상기 이동성 격막이 변위되는 방향을 조절하기 위한 방향 조절 수단에 의해 수행되는 액체 토출 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 이동성 격막의 형상을 미리 규정하여 달성되는 액체 토출 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 이동성 격막의 느슨함을 이용하여 달성되는 액체 토출 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 제2 액체 유로 중의 상기 기포 성장을 조절함으로써 달성되는 액체 토출 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 단계가 상기 이동성 격막이 이동가능 영역의 중앙부에 대하여 상류 부분 보다 상대적으로 더 많이 하류 부분을 변위시키는 단계인 액체 토출 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 단계에서 상기 이동성 격막이 상기 제2 액체 유로로부터 상기 제1 액체 유로로 향하게 된 코 현상으로 갖는 액체 토출 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 이동성 격막이 초기 단계에서는 상기 이동성 격막 상의 소정 지점의 상류쪽 상에 위치되어 있었던 상기 이동성 격막의 한 지점이 상기 단계에서 상기 소정 지점의 하류쪽 상에 위치되게 되도록 변위되는 액체 토출 방법.
12. 액체 토출용 토출구와 통하게 되어 있는 1개 이상의 제1 액체 유로, 액체 중에서 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 영역을 포함하는 제2 액체 유로, 및 상기 제1 액체 유로를 상기 제2 액체 유로로부터 실질적으로 항상 분리하기 위한 이동성 격막를 갖는 액체 토출 장치로서, 상기 액체 토출 장치는 상기 제1 유로 중의 액체 흐름에 대하여 상기 토출구의 상류쪽 위에서 상기 이동성 격막을 변위시키고, 상기 액체 흐름 방향에 대하여 상기 이동성 격막의 상류 부분 보다 상기 이동성 격막의 하류 부분을 상대적으로 많이 상기 토출구를 향하여 변위시키기 위한 방향 조절 수단을 포함하는 액체 토출 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 방향조절 수단이 상기 이동성 격막 자체이고 상기 이동성 격막이 탄성을 갖는 액체 토출 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 이동성 격막이 적어도 상기 기포 발생 영역의 하류쪽에 느슨한 부분을 갖는 액체 토출 장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 이동성 격막이고, 상기 이동성 격막이 상기 기포 발생 영역에 면한 부분에 탄성이 없는 판 부분을 갖는 액체 토출 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 이동성 격막이 상기 기포 발생 영역에 면한 부분에 탄성이 없는 판 부분을 갖는 액체 토출 장치.
17. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 이동성 격막에 인접하게 배치된 이동성 부재인 액체 토출 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 기포 발생 영역에 면한 부분의 상류 연부의 하류쪽 위의 자유 단부, 및 자유 단부의 상류쪽 위의 받침부를 갖는 액체 토출 장치.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 이동성 격막의 상기 제1 액체 유로 상에 배치되는 액체 토출 장치.
20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 이동성 격막의 상기 제2 액체 유로 쪽 위에 배치되는 액체 토출 장치.
21. 제17항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 제1 액체 유로 쪽 위에 구부러진 곡선 부분을 포함하는 액체 토출 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 곡선 부분이 상기 기포 발생 영역의 상류쪽 위에 배치되는 액체 토출 장치.
23. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 제2 액체 유로이고, 상기 기포의 성장이 상기 제2 액체 유로의 형상에 기초하여 조절되는 액체 토출 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 제2 액체 유로가 상기 기포 발생 영역의 더 먼 하류에까지 구비되는 액체 토출 장치.
25. 제23항에 있어서, 상기 제2 액체 유로의 하류 단부의 유로 격벽이 제2 액체 유로의 길이가 상기 제1 액체 유로를 향하여 증가하도록 형성된 액체 토출 장치.
26. 제23항에 있어서, 제2 액체 유로의 폭이 상류로부터 하류로 점차 폭이 넓어지게 되는 액체 토출 장치.
27. 제12항에 있어서, 상기 액체 토출 장치는 상기 기포 발생 영역 내의 상기 이동성 격막에 마주보는 위치에 상기 기포 발생용의 열을 발생하기 위한 발열 부재를 가지며, 상기 방향 조절 수단이 상기 이동성 격막의 상기 제1 액체 유로 쪽 위에 배치되는 한편, 상기 기포 발생 영역 근처에 상기 발열 부재를 함유하도록 형성된 개구부를 갖는 이동성 격막 변위 조절 부재이며, 상기 이동성 격막 변위 조절 부재는 상기 이동성 격막의 변위를 제한하도록 배열되는 액체 토출 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 이동성 격막 변위 조절 부재의 개구부의 면적이 상기 발열 부재의 면적 보다 큰 액체 토출 장치.
29. 제27항에 있어서, 상기 이동성 격막 변위 조절 부재의 개구부의 중앙이 상기 발열 부재의 중앙의 하류에 배치되는 액체 토출 장치.
30. 제28항에 있어서, 상기 이동성 격막 변위 조절 부재의 개구부의 중앙이 상기 발열 부재의 중앙의 하류에 배치되는 액체 토출 장치.
31. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 제2 액체 유로이고, 상기 기포 성장이 상기 제 2액체 유로 내의 흐름 저항에 기초하여 조절되는 액체 토출 장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 제2 액체 유로는 이의 내부의 흐름 저항이 상기 기포 발생 영역의 중앙의 상류쪽 보다 하류쪽 위에서 더 크도록 형성된 액체 토출 장치.
33. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 제1 액체 유로이며, 상기 이동성 격막의 변위가 상기 제1 액체 유로의 형상에 기초하여 조절되는 액체 토출 장치.
34. 제33항에 있어서, 상기 제1 액체 유로 내의 상기 이동성 격막의 이동가능 영역 상의 흐름 저항성이 하류쪽 보다 상류쪽에서 더 큰 액체 토출 장치.
35. 제33항에 있어서, 상기 제1 액체 유로의 높이가 상류로부터 하류로 증가하는 액체 토출 장치.
36. 제33항에 있어서, 상기 제1 액체 유로가, 상류쪽의 높이가 하류쪽의 높이 보다 적어도 부분라도 더 낮은 액체 토출 장치.
37. 제36항에 있어서, 상기 제1 액체 유로는 상기 이동성 격막이 상기 제1 액체 유로 내로 변위될 때 유로 격벽 및 상기 이동성 격막이 적어도 부분적으로 접촉되도록 형성되는 액체 토출 장치.
38. 제36항에 있어서, 상기 이동성 격막이 상기 기포 발생 영역의 적어도 상류쪽에 느슨한 부분을 갖는 액체 토출 장치.
39. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 소정 간격을 두고 상기 이동성 격막에 평행하게 근접 배치된 이동성 부재인 액체 토출 장치.
40. 제39항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 기포 발생 영역에 면한 부분의 상류 연부의 하류쪽 위의 자유 단부, 및 상기 자유 단부의 상류쪽 위에 받침부를 갖는 액체 토출 장치.
41. 제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 이동성 부재가 상기 이동성 격막의 상기 제1 액체 유로 쪽 위에 배치되는 액체 토출 장치.
42. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 이동성 격막 자체이고, 상기 이동성 격막의 변위는 상기 이동성 격막의 두께에 기초하여 조절되는 액체 토출 장치.
43. 제42항에 있어서, 상기 이동성 격막은 그의 두께가 상류로부터 하류로 점차 감소되는 액체 토출 장치.
44. 제42항에 있어서, 상기 이동성 격막이 경계에 대하여 하류쪽의 두께가 소정 위치에서 상류 보다 작은 두께를 갖도록 형성된 액체 토출 장치.
45. 제12항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 기포가 발생되지 않을 때 상기 제2 액체 유로 내로 돌출하거나, 또는 기포가 발생될 때 상기 제1 액체 유로 내로 돌출 하도록 상기 이동성 격막 중의 상기 기포 발생 영역에 면한 부분에 위치된 볼록 부분인 액체 토출 장치.
46. 제45항에 있어서 상기 볼록 부분이 하류쪽에서의 돌출 높이가 상류쪽에서 보다 크도록 형성된 액체 토출 장치.
47. 제46항에 있어서, 상기 볼록 부분의 변위에 의한 최대 체적이 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포의 최대 팽창 체적 보다 큰 액체 토출 장치.
48. 제46항에 있어서, 상기 볼록 부분의 변위에 의한 최대 체적이 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포의 최대 팽창 체적 보다 작은 액체 토출 장치.
49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 이동성 격막의 상기 제1 액체 유로 쪽 위에, 상기 기포 발생 영역에 면한 부분의 상류 연부의 하류쪽 위의 자유 단부, 및 상기 자유 단부의 상류쪽 위의 받침부를 포함하고, 상기 이동성 격막에 인접하게 배치된 이동성 부재를 갖는 액체 토출 장치.
50. 제12항에 있어서, 상기 기포 발생 영역 중의 상기 이동성 격막에 마주보는 위치에 상기 기포를 발생시키기 위한 열을 발생하는 발열 부재를 갖는 액체 토출 장치.
51. 제31항에 있어서, 상기 기포 발생 영역 중의 상기 이동성 격막에 마주보는 위치에 상기 기포를 발생시키기 위한 열을 발생하는 발열 부재를 갖는 액체 토출 장치.
52. 제27항에 있어서, 상기 기포 발생 영역에서 발생된 기포의 하류 부분이 상기 발열 부재의 면의 중앙의 하류쪽 위에서 발생된 기포인 액체 토출 장치.
53. 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동성 격막이 그의 자유 단부가 상기 발열 부재의 면의 중앙의 상기 토출구 쪽 위에 위치되도록 배열된 액체 토출 장치.
54. 제27항에 있어서, 상기 기포가 상기 발열 부재에서 발생된 열에 의해 액체 중에서 막 비등 현상을 야기함으로써 발생된 기포인 액체 토출 장치.
55. 제12항에 있어서, 상기 제1 액체 유로에 공급된 액체 및 상기 제2 액체 유로에 공급된 액체가 서로 상이한 액체인 액체 토출 장치.
56. 제55항에 있어서, 상기 제2 액체 유로에 공급된 액체는 상기 제1 액체 유로에 공급되는 액체 보다 저점도 성질, 기포 발생 성질, 및 열 안정성 중 적어도 하나의 성질이 보다 우수한 액체인 액체 토출 장치.
57. 제18항, 제39항 또는 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 장치.
58. 제5항에 있어서, 상기 방향 조절 수단이 상기 이동성 격막에 인접하게 위치된 이동성 부재인 액체 토출 방법.
59. 제58항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 방법.
60. 제19항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 장치.
61. 제20항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 장치.
62. 제41항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 장치.
63. 제49항에 있어서, 상기 이동성 격막 및 상기 이동성 부재가 기포가 사라지는 것에 응답하여 일체로 변위되는 액체 토출 장치.

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