KR100408465B1 - 액체 토출 방법, 액체 토출 헤드, 액체 토출 장치 및 액체토출 헤드 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드에서의 액체 토출 방법은, 기포 발생 수단에 구동 전압을 인가하는 시점으로부터 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 등방성 성장이 종료되는 시점까지의 기간 동안에 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키도록 가동 부재의 기간을 설정하는 단계를 포함하고, 따라서 토출 포트의 반대 방향으로 기포 성장 요소의 억제 효율을 증진시키는 것과 동시에 액체의 재충전 특성을 증진시키는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 액체 상에서 작용하는 열 에너지를 사용하여 기포를 발생시킴으로서 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이런 액체 토출 헤드를 사용하는 액체 토출 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 종이, 실, 직물, 천, 가죽, 금속, 플라스틱, 글래스, 목재, 세라믹과 같은 기록 매체 상에 기록하는 프린터, 복사기, 통신 시스템이 마련된 팩시밀리 장치 및 프린터 유닛을 갖는 워드 프로세서에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 다양한 처리 장치와 복잡하게 조합되어 형성된 산업용 기록 장치에 관한 것이다.
이와 관련하여, 본 발명의 명세서에서 언급되는 "기록"이란 용어는 기록 매체에 문자, 그래픽 및 다른 의미있는 화상을 제공하는 것 뿐만 아니라, 의미가 없는 패턴과 같은 화상을 제공하는 것을 의미한다.
프린터와 같은 기록 장치의 유로에서 열 에너지 등을 액체 잉크에 가함으로써 기포 발생에 뒤이은 갑작스런 압력 변화에 기초한 작용력을 사용하여 토출 포트로부터 잉크를 토출함으로써 기록 매체에 잉크를 고착시켜 화상을 형성하는 잉크 제트 기록 방법인, 소위 버블 제트 기록 방법은 널리 공지되어 왔다. 미국 특허 제4,723,129호의 명세서에 개시된 바와 같이, 일반적으로 이런 버블 제트 기록 방법을 사용하는 기록 장치에는 잉크를 토출하기 위한 토출 포트와, 이들 토출 포트와 연통된 액체 경로와, 에너지 생성 수단으로서 작용하는 유로에 배열된 전열 변환 소자가 마련된다.
이런 종류의 기록 방법에 따라서, 소음량이 적으면서도 고속으로 고화질의 화상을 기록할 수 있고, 동시에 무엇보다도 기록된 화상이 소형의 장치에서도 칼라가 고해상도로 얻어지는 뛰어난 장점을 갖는 이 기록 방법을 사용하는 헤드에 잉크 토출용 토출 포트를 고밀도로 배열할 수 있다. 따라서, 버블 제트 기록 방법은 최근에 프린터, 복사기, 팩시밀리 장치 및 다른 장치에서 널리 사용되어 왔다. 또한, 이 방법은 직물 인쇄 장치와 같은 산업용 시스템에서도 이용되어 왔다.
다양한 분야의 제품을 위한 버블 제트 기술 및 기법을 널리 사용하게 됨에 따라, 여러 면에서의 요구가 증가하고 있다. 예컨대, 고질의 화상을 얻기 위해, 기포의 안정화된 생성에 기초해서 고속으로 뛰어난 잉크 토출을 수행하는 액체 토출 방법 등을 제공하기 위한 구동 조건이 제안되어 왔으며, 또는 고속 기록 달성을 고려하면 액체가 토출된 액체 유동로로의 액체 충전 속도가 높은 액체 토출 헤드를 갖기 위한 개선된 액체 유동로 형상이 제안되어 왔다.
노즐에서 생성된 기포의 성장 및 수축과 함께 액체를 토출하는 헤드에 관한이들 제안에서, 토출 에너지 효율 및 액체의 재충전 특성은 대응 토출 포트에 대향하는 방향으로의 기포 성장과 그로 인한 최종 액체 유동에 의해 바람직하지 못하게 되는 것으로 알려져 왔다. 토출 에너지 효율과 재충전 특성을 개선시키기 위한 구조의 발명이 유럽 특허 공개 EP-0436047A1호의 명세서에서 개시되고 있다.
유럽 특허 공개 공보에 개시된 발명은 토출 포트 근처의 영역과 기포 생성 영역 사이의 연결을 차단하는 제1 밸브와, 기포 생성 영역 및 잉크 공급부를 완전히 차단하는 제2 밸브을 포함하고 있고, 이들 밸브는 교호식으로 개폐된다(EP0436047A1호의 도4 내지 도9). 예컨대, 상술한 공개 공보의 도7에 도시된 예에 따라서, 발열 소자(110)는 도37에 도시된 바와 같은 잉크 유로(112)의 내벽을 형성하는 기판(125) 상의 노즐(115)과 잉크 탱크(116) 사이의 잉크 유로(112)의 사실상 중심에 배열된다. 발열 소자(110)는 잉크 유로(112)의 내부의 모든 주연부를 밀폐하는 단면(120)에 놓인다. 잉크 유로(112)는 기판(125)과, 기판(125) 상에 직접 적층된 박막(123, 126)과, 밀폐 장치로서 기능하는 설편(113, 130)을 포함한다. 헤제 조건에서 설편은 도37의 파단선에 의해 지시된다. 기판(125)에 평행한 편평면 상에서 연장하고 스토퍼(124)에 의해 종단된 다른 박막(123)은 잉크 유로(112) 위를 차폐하도록 배열된다. 기포가 잉크에 생성될 때, 정지 상태에서 스토퍼(124)와 접촉하는 노즐 영역 상의 설편(130)의 자유단은 상향으로 배치된다. 따라서, 액체 잉크는 단면(120)으로부터 잉크 유로(112)로 토출되고 노즐(115)를 거쳐 토출된다. 이와 관련하여, 잉크 탱크(116)의 영역에 배열된 설편(113)은 정지 조건에서 스토퍼(124)와 밀접하게 접촉된다. 따라서,단면(120)의 액체는 잉크층(116)으로 향할 가능성은 거의 없다. 잉크의 기포가 소멸될 때, 설편(130)은 하향 변위되어 스토퍼(124)와 다시 밀접 접촉한다. 그 후, 설편(113)은 잉크 단면(120)으로 낙하해서, 액체가 단면(120)으로 유동하도록 한다.
그러나, EP0436047A1호의 명세서에 설명된 발명에 따르면, 토출 포트, 기포 생성부 및 잉크 공급부에 인접한 영역에서의 세 개의 챔버는 서로 2개로 분리된다. 따라서, 잉크 액적 다음의 잉크는 토출될 때 긴 꼬리 형상으로 되어, (추측상으로는, 기포 소멸에 의해 생성된 메니스커스 수축 효과는 유용하지 않기 때문에) 기포의 성장, 수축 및 소멸이 수행되는 일반 토출 방법에서보다 필연적으로 부액적이 생성될 수 있다. 또한, 기포의 토출 포트측 상의 밸브는 토출 에너지의 큰 손실을 야기한다. 또한, 비록 액체는 기포의 소멸과 함께 기포 생성부로 공급되지만, (잉크가 노즐로 재충전되는) 재충전시 액체는 다음 기포가 생성될 때까지 토출 포트에 근접한 영역으로 공급될 수 없다. 결국, 토출된 액적의 변동이 커질 뿐만 아니라, 토출 응답 주파수도 아주 작게 되어서, 이 방법을 쓸 수 없게 한다.
본 발명은, 토출 포트에 대향된 방향으로의 기포 성장 요소의 억제 효율을 개선하면서도 재충전 특성을 크게 개선함으로써 획기적인 방법 및 헤드 구조를 안출하는 새로운 개념에 기초하여 충분히 토출 효율을 개선하기 위한 장치를 제시하기 위한 것이며, 이는 토츨 포트의 대향 측의 성장하는 기포의 요소를 보다 억제한다는 것과는 반대되는 개념이다.
본 발명의 발명자에 의해 이루어진 주도 면밀한 연구의 결과로서, 선형으로 형성된 노즐에 생성된 기포의 성장과 함께 액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 노즐 구조에 특별히 제조된 체크 밸브 기구에 의해 토출 포트 측에서 후방으로 지향되는 토출 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 여기에서, 특별한 체크 밸브 기구를 사용하면, 후방으로 지향되는 기포의 성장 요소는 억제되는 동시에, 재충전 특성은 보다 효율적으로 된다. 토출 응답 주파수는 크게 높아지게 된다.
즉, 본 발명의 목적은 새로운 토출 방법(구조)을 제공함으로써, 새로운 밸브 기구를 사용하는 토출 방법 및 노즐 구조에 따라 종래 기술에서는 얻을 수 없었던 고속 고화질의 화상을 얻을 수 있는 헤드를 얻는 것이다.
액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드에 대한 연구 과정에서 얻어진 본 발명의 액체 토출 방법은, 기포 발생 수단에 구동 전압을 인가하는 시점으로부터 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 등방성 성장이 종료되는 시점까지의 기간 동안에 상기 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키도록 상기 가동 부재의 기간을 설정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 토출 방법에서, 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키도록 하는 가동 부재의 기간은 적어도 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 등방성 성장 기간의 종료시까지 계속된다.
또한, 본 발명의 토출 방법에서, 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키도록 하는 가동 부재의 기간 후에 기포 발생 수단에 의해 상기 토출 포트측 상에 생성된 기포 부분의 성장 기간 동안에, 가동 부재가 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단까지 변위하기 시작하여 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로까지 액체 공급을 가능하게 한다.
또한, 가동 부재가 개구 영역을 폐쇄하여 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단까지 변위되기 시작한 후, 가동 부재는 액체를 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로에 공급하도록 가동 부재 상의 기포 부분의 수축 기간 동안에 기포 발생 수단으로 더 변위된다.
또한, 기포 발생 영역 상에서의 기포 성장의 체적 변화 및 기포의 발생 시점으로부터 소멸 시점까지의 기간은 토출 포트측 및 액체 공급 포트측 상에서의 체적 변화 및 기간과 크게 다르다.
본 발명의 액체 토출 헤드는, 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 10 ㎛ 이하의 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하고, 토출 포트와 기포 발생 수단은 선형 연통 상태에 있다.
또한, 본 발명의 액체 토출 헤드는 액체를 토출하기 위한 토출 포트와, 일단부에서 토출 포트에 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 갖는 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로에 대하여 배열된 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 10 ㎛ 이하의 최소 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하고, 토출 포트와 기포 발생 수단이 선형 연통 상태에 있는 것을 특징으로 한다.
이 액체 토출 헤드의 경우, 가동 부재가 액체 유동로를 형성하는 유동로 벽들과도 갭을 갖는 것이 양호하다.
또한, 본 발명의 액체 토출 헤드는 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일 단부에서 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비한 가동 부재를 포함하며, 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 가동 부재의 영역은 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크며, 가동 부재는, 기포 발생 수단에 구동 전압을 인가후 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 대체로 등방성 성장 기간 중 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 기간을 가지며, 가동 부재는, 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 하는 동일한 가동 부재의 기간 후에 기포 발생 수단에 의해 토출 포트측 상에 생성된 기포 부분의 성장 기간 동안에, 가동 부재가 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단까지 변위하기 시작하여, 공통의 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로까지 액체 공급을 가능하게 하며, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vr이라 할 때, Vf ＞ Vr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tr이라 할 때, Tf ＞ Tr 인 관계가 항상 이루어지게 된다.
다음에, 기포 소멸 지점은 기포 발생 영역의 중심부로부터 토출 포트측 상에 위치된다.
또한, 본 발명의 액체 토출 헤드는 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일 단부에서 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비한 가동 부재를 포함하며, 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 가동 부재의 영역은 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크며,가동 부재의 자유단은 기포 형성 초기 단계에서 액체 공급 포트 측으로 액체 유동로 내에 작게 변위되며, 기포 소멸과 함께, 가동 부재의 자유단은 공통의 액체 공급 챔버로부터 액체 공급 포트를 통해 액체 유동로 내로 액체를 공급하도록 기포 발생 수단측으로 액체 유동로 내에 크게 변위되는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 가동 부재의 자유단의 변위량은 기포 형성 초기 단계에서 액체 공급 포트측으로 액체 유동로 내에 변위량(h1)으로 한정되며, 가동 부재의 자유단이 기포 소멸과 함께 기포 발생 수단측으로 액체 유동로 내에서 변위될 때, h1< h2 인 관계가 항상 이루어진다.
상술한 액체 토출 헤드의 각각에 있어서, 비정질 합금의 박막이 기포 발생 수단의 가장 위의 표면에 대해 제공된다. 다음에, 비정질 합금은 탄탈륨, 철, 니켈, 크롬, 게르마늄 및 루테늄으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속의 합금인 것을 생각할 수 있다.
또한, 상술한 액체 토출 헤드에 있어서 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 가동 부재의 두께가 단차의 크기보다 큰 것이 양호하다.
또한, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것이 양호하다.
또한, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것이 양호하다.
본 발명은 또한 상술한 바와 같은 구조를 갖는 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하는 기록 매체를 반송하는 기록 매체 반송 수단을 포함하는 액체 토출 장치를 제공한다. 이 액체 토출 장치에 있어서, 잉크는 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록 매체로의 잉크 부착에 의해 기록되는 것을 생각할 수 있다.
또한, 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 최소의 갭을갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법은, 액체 유동로가 되는 기포 발생 수단이 제공된 요소 기판의 부분을 커버하는 영역에 대해 제1 보호층을 형성하고 패터닝하는 단계와, 제1 보호층을 포함하는 요소 기판의 표면 상에 액체 유동로의 형성을 위해 사용되는 제1 벽 재질을 형성하는 단계와, 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의 일부를 제거하는 단계와, 제거된 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의 일부를 묻는 단계와, 연마에 의해 제1 벽 재질의 전체 표면을 매끄럽게 하는 단계와, 가동 부재 및 제1 벽 재질에 대한 고정부의 형성을 위해 매끄럽게 된 제1 벽 재질 상에 제2 보호막을 형성하는 단계와, 액체 유동로가 되는 부분에 대응하는 위치 상에 액체 유동로가 되는 부분보다 작은 폭으로 가동 부재가 되는 재질 막을 패터닝함으로써 형성하는 단계와, 액체 공급 포트와 가동 부재 사이의 갭을 형성하도록 가동 부재가 되는 재질막의 외주 상에 갭 형성 부재를 형성하는 단계와, 갭 형성 부재를 포함하는 기판 상에 액체 공급 포트의 형성을 위해 제2 벽 재질을 제1 벽 재질 상에 형성하는 단계와, 가동 부재가 되는 재질막보다 작은 개구 영역이 되도록 액체 공급 포트가 되는 제2 벽 재질 부분을 형성하는 단계와, 갭 형성 부재, 제2 보호층 및 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의 부분을 묻는 데 사용되는 제1 보호층을 용해하여 제거하는 단계와, 이전 단계까지의 단계에서 형성된 기판에 공통의 액체 공급 챔버가 제공된 천장판을 접착하는 단계를 포함한다.
또한, 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 최소의 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출를 제조하기 위한 상술한 구성으로 된 헤드 제조 방법은, 액체 유동로의 벽이 되는 상판의 부분에 대해 제1 보호층을 형성하고 패터닝하는 단계와, 액체 공급 포트와 가동 부재 사이의 갭의 형성을 위한 갭 형성 부재를 제1 보호층이 없는 천장판의 부분 상에 형성하는 단계와, 갭 형성 부재 및 제1 보호층의 전체 표면 상에 가동 부재가 되는 재질 막을 형성하는 단계와, 액체 공급 포트가 되는 부분의 개구 영역보다 큰 패턴으로 가동 부재가 되는 재질 막을 형성하고, 갭 형성 부재를 용해하기 위해 액체 내에 유동을 용이하게 하도록 가동 부재 상의 구멍을 통해 형성하는 단계와, 에칭 정지층으로서의 갭 형성 부재로 공통의 액체 공급 챔버를 건식 에칭함으로써 형성하는 단계와, 갭 형성 부재를 제거하는 단계와, 제1 보호층이 없는 천장판의 부분을 비등방성으로 습식 에칭함으로써 액체 공급 포트를 형성하는 단계와, 가동 부재가 되는 재질 막과 동일한 재질로 가동 부재의 관통 구멍을 묻고, 에칭측 상의 벽을 막으로 피막하는 단계와, 이전 단계까지의 단계에서 형성된 부재에 기포 형성 수단 및 액체 유동로의 형성을 위해 벽 부재가 제공된 요소 기판을 접착하는 단계를 포함한다.
전술된 구성으로 인해, 기포 발생 수단으로의 구동 전압의 인가로부터 기포 발생 수단에 의한 기포의 실제 등방성 성장의 종료까지의 기간 중에 가동 부재는 액체 유동로와 액체 공급 포트 간의 연통 상태를 즉시 단절시키게 된다. 그 결과, 기포 발생 영역 내의 기포 성장에 의해 가해진 압력파는 액체 공급 포트측과 공통 액체 공급 챔버측으로 전달되지 않는다. 그 압력 대부분은 토출구측을 향하게 된다. 따라서, 토출력은 현저히 향상된다. 또한, 고점성 기록 액체가 기록 시트 등에서의 보다 확실한 고정을 위해 이용되거나 검정색과 다른 색상 간의 경계부 상의 퍼짐을 제거하기 위해 이용되는 경우에도, 토출력의 현저한 향상으로 인해 그러한 액체를 양호한 상태로 토출하는 것이 가능해진다. 또한, 기록 시의 환경 변화, 특히 저온 및 낮은 습도의 환경 하에서, 지나친 점성 잉크 영역은 증가하는 경향이 있고, 몇몇 경우에 잉크는 그 사용을 개시할 때 정상적으로 토출되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따라, 제1 발부터 양호한 상태로 토출을 수행하는 것이 가능하다. 또한, 현저히 향상된 토출력으로 인해, 기포 발생 수단으로서 제공되는 열 발생 소자의 크기는 더 작게 될 수 있고 또는 입력 에너지는 더 작아질 수 있다.
또한, 기포의 수축과 함께, 가동 부재는 액체가 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로 내로 액체 공급 포트를 통해 다량의 유량으로 흐를 수 있도록 하향 변위된다. 이렇게, 액체 유동로 내로 메니스커스를 잡아 끄는 흐름은 액적이 토출된 후에 신속히 줄어들게 되고, 따라서 메니스커스 수축량은 토출구에서 더 작아지게 된다. 그 결과, 메니스커스는 매우 단기간 내에 초기 상태로 복귀된다. 다시 말해, 액체 유동로 내로의 잉크의 규정량의 보충(재충전)은 매우 신속하고, 따라서 (규칙적인 양으로) 고정밀도의 잉크 토출을 수행할 때 토출 회수(구동 회수)를 현저히 향상시킨다.
또한, 기포 발생 영역에서, 기포 성장은 토출구측 상에서 커지는 한편, 액체 공급 포트측을 향하는 성장을 억제한다. 따라서, 기포 소멸점은 기포 발생 영역의 중앙부로부터 토출구 상에 배치된다. 그후, 토출력을 유지시키는 한편, 기포 소멸력을 줄이는 것이 가능해진다. 이로 인해 열 발생 부재가 기포 발생 영역 내의 기포 소멸에 의한 기계적 및 물리적 손상으로부터 보호하는 것이 가능해지고, 그 수명을 상당히 향상시키는 데 기여하게 된다.
또한, 푸트 지지 부재는 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성되고 단차부를 갖추고 있어, 가동 부재의 고도 위치가 푸트 지지 부재의 고정 위치로부터 하나의 단차부 만큼 벗어나게 된다. 이러한 배치로 인해, 가동 부재가 배치될 때, 가동 부재의 푸트 지지 부재의 고정 위치 상의 응력 집중은 완화된다. 또한, 가동 부재가 이동될 때 가동 부재의 푸트 지지 부재의 단차부 상에 집중될 때 응력 집중이 완화되기 때문에 가동 부재의 두께는 가동 부재의 푸트 지지 부재의 단차량 보다 더 커지게 되어, 가동 부재의 푸트의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개방 에지와 액체 공급 포트측 상의 가동 부재 면 간의 갭(α)와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개방 에지에 중첩되는 가로 방향으로의 가동 부재의 중첩(W3) 간의 관계는 W3>α로 되도록 이루어진다. 따라서, 이러한 관계가 W3≤α인 경우와 비교하여, 흐름 저항은 액체유동로로부터 액체 공급 포트측으로의 흐름이 더 커지게 되어 기포 성장의 기포 발생 개시시에 액체 유동로로부터 액체 공급 포트측으로의 흐름을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 액체 유동로로부터 가동 부재와 액체 공급 포트의 주연 간의 갭을 거쳐 액체 공급 포트 내로 흐름을 효과적으로 억제하는 것이 가능하다. 그 결과, 가동 부재는 액체 공급 포트를 확실하고 신속히 보호할 수 있다. 이러한 작동으로 인해, 토출 효율은 계속해서 더 향상된다.
또한, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개방 에지에 중첩되는 토출구 방향으로의 가동 부재의 중첩 폭(W4)과, 액체 공급 포트측 상의 가동 부재 면 간의 갭(α)와, 가동 부재의 가로 방향으로의 중첩 폭(W3)간의 관계는 W3>W4로 되도록 이루어진다. 이러한 배치로 인해, 가동 부재의 자유단 팁과 액체 공급 포트의 개방 에지 간의 접촉 폭은 초기 기포 발생에 의해 액체 공급 포트측으로 상향 이동되는 가동 부재가 기포 소멸 과정에서 기포 발생 수단측으로 하향 이동하기 시작할 때 더 작아지게 된다. 그 결과, 그 때에 발생될 수 있는 마찰력은 줄어들게 되어 가동 부재의 자유단측으로부터 앞서 액체 공급 포트를 개방하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해 확실하고 신속한 가동 부재에 의해 액체 공급 포트의 개방이 이루어진다. 따라서, 액체 유동로 내로의 재충전은 토출 특성을 안정화하도록 더 효과적으로 수행된다.
또한, 기포 발생 수단의 최상부층 상에 캐비테이션 방지막을 위해 비정질 합금의 박막을 채택함으로써, 그 수명이 기계적 및 물리적 파손에 대해 더 길어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 액체 토출 헤드의 제조 공정에서, 비정질 합금의 채택으로 인해 제거 단계에서도 하부층 상에 배치된 배선층에 야기될 수 있는 손상을 상당히 줄일 수 있어, 액체 유동로 및 액체 공급 포트의 형성을 위해 알루미늄막을 제거하게 된다. 이로 인해 생산량을 현저히 향상시키게 된다.
본 발명의 다른 효과 및 장점은 아래에 설명된 각각의 실시예이 설명으로부터 알 수 있다.
이러한 점에서, 본 발명의 설명에 이용된 "상류" 및 "하류"라는 용어는 액체 흐름을 액체 공급원으로부터 기포 발생 영역을 거쳐(또는 가동 부재를 거쳐) 토출구를 향한 방향으로 나타내거나 또는 그 구조적 면 상의 방향을 나타내는 표현들이다.
또한, 기포의 "하류측"이라는 용어는 앞서 설명된 흐름 방향 또는 구조적 방향으로의 기포 중심의 하류측을 의미하거나, 열 발생 소자의 중앙 영역의 하류측 상의 영역에 형성될 기포를 의미한다.
또한, "중첩 폭"이라는 용어는 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개방 에지로부터 가동 부재의 에지부로의 최소 거리를 나타낸다.
또한, 본 발명에 이용된 "가동 부재가 근접하여 액체 공급 포트를 단절시킴"이라는 표현은 가동 부재가 액체 공급 포트의 주연에 밀착 접촉하나, 가동 부재가 액체 공급 포트에 가능한 한 근접하는 상태를 포함함을 의미한다.
도1은 하나의 액체 유동로의 방향을 따라 취한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 단면도.
도2는 도1의 선2-2를 따라 취한 단면도.
도3은 도1의 선3-3을 따라 취한 단면도.
도4는 하나의 액체 유동로의 "선형 연통 상태"를 도시한 단면도.
도5a 및 도5b는 액체 유동로 방향으로 취한 그 구성이 도1, 도2 및 도3에 도시되어 있는 액체 토출 헤드의 토출 작동을 도시하고 그 특징적 현상을 나타낸 단면도.
도6a 및 도6b는 액체 유동로 방향으로 취한 도5a 및 도5b의 액체 토출 헤드의 토출 작동을 연속 도시한 단면도.
도7a 및 도7b는 도6a 및 도6b의 토출 작동을 연속 도시한 단면도.
도8a, 도8b, 도8c, 도8d 및 도8e는 도5b에 도시된 기포가 등방성으로 성장된 상태를 도시한 도면.
도9는 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a 및 도7b에 나타난 구역(A, B)에서의 기포 성장의 일시적 변화와 가동 부재의 작용 간의 상호 관계를 도시한 그래프.
도10a 및 도10b는 가동 부재의 관련 위치로부터 상이한 모드를 갖는 액체 토출 헤드와 도1에 도시된 열 발생 부재와, 기포 성장의 일시적 변화와 가동 부재의 작용 간의 상호 관계를 도시한 도면 및 그래프.
도11a 및 도11b는 가동 부재의 관련 위치로부터 상이한 모드를 갖는 액체 토출 헤드와 도1에 도시된 열 발생 부재와, 기포 성장의 일시적 변화와 가동 부재의 작용 간의 상호 관계를 도시한 도면 및 그래프.
도12는 하나의 액체 유동로의 방향으로 취한 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 단면도.
도13은 도12의 선13-13을 따라 취한 단면도.
도14는 하나의 액체 유동로의 방향으로 취한 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 단면도.
도15는 도14의 선15-15를 따라 취한 단면도.
도16은 도12에 나타낸 헤드 구성의 가동 부재의 기부의 주연을 도시한 확대 단면도.
도17은 도16에 나타낸 가동 부재의 변형예를 도시한 단면도.
도18a 및 도18b는 액체 공급 포트를 따라 취한 그 구성이 W3>α의 관계를 제공할 때 기포 발생 개시시의 액체 흐름을 도시한 단면도.
도19a 및 도19b는 액체 공급 포트를 따라 취한 그 구성이 W3≤α의 관계를 제공할 때 기포 발생 개시시의 액체 흐름을 도시한 단면도.
도20은 하나의 액체 유동로의 방향으로 취한 본 발명의 제5 실시예의 변형예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 단면도.
도21은 점(Y1)에서의 토출구의 중앙으로부터 천장판(2)으로의 변화를 도시한 도20의 선21-21을 따라 취한 선형 단면도.
도22a, 도22b, 도22c 및 도22d는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 도시한 도면.
도23은 각 종류의 실시예에 의한 액체 토출 헤드용으로 사용되는 요소 기부판의 단면도.
도24는 요소 기부판을 개략적으로 도시한 단면도로서, 도23에 도시된 요소 기부판의 주요 요소를 수직으로 절단한 도면.
도25a, 도25b, 도25c 및 도25d는 본 발명의 제5 실시예에 따라 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면.
도26a, 도26b 및 도26c는 본 발명의 제5 실시예에 따라 도25a, 도25b, 도25c 및 도25d에 도시된 공정의 연속 중에 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법을 도시하는 도면.
도27a, 도27b 및 도27c는 본 발명의 제5 실시예에 따라 도26a, 도26b 및 도26c에 도시된 공정의 연속 중에 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법을 도시하는 도면.
도28a, 도28b, 도28c 및 도28d는 본 발명의 제6 실시예에 따라 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면.
도29a 및 도29b는 본 발명의 제6 실시예에 따라 도28a, 도28b, 도28c 및 도28d에 도시된 공정의 연속 중에 액체 토출 헤드를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면.
도30은 본 발명의 제6 실시예에 의한 액체 토출 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
도31은 본 발명의 액체 토출 방법이 적용될 수 있는 사이드 슈터(side shooter) 형태의 헤드의 예를 도시한 도면.
도32는 발열 요소의 면적과 잉크 토출량 사이의 상관 관계를 도시한 선도.
도33a 및 도33b는, 보호 막을 구비한 액체 토출 헤드와 임의의 보호 막을 구비하지 않는 액체 토출 헤드를 각각 도시하는 수직 단면도.
도34는 본 발명에 사용되는 발열 요소를 구동하는 파형을 도시한 도면.
도35는 본 발명의 액체 토출 헤드를 장착한 액체 토출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도36은 액체 토출 방법에 의해 액체 토출 기록을 수행하는 장치의 전체 몸체와 본 발명의 액체 토출 헤드를 도시한 블록 다이아그램.
도37은 종래의 액체 토출 헤드용 가동 부재의 상태를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2: 천장판
3: 액체 유동로
5: 액체 공급 포트
6: 공통 액체 공급 챔버
8: 가동 부재
11: 기포 발생 영역
21: 기포
30, 36: 갭 형성 부재
첨부 도면을 참조하여, 이제 본 발명에 의한 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 액체 토출 헤드를 하나의 액체 유동로의 방향으로 절개하여 도시한 단면도이다. 도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 단면도이다. 도3은 도1의 선 3-3을 따라 취한 단면도로서, 토출 포트의 중앙으로부터 천장판(2) 측으로 파인트(pint; Y1)만큼 이동된 것을 도시하고 있다.
복수의 액체 통로 및 공통 액체 챔버의 형태인 도1 내지 도3에 도시된 액체 토출 헤드의 경우, 요소 기부판(1)과 천장판(2)은 액체 통로 측벽(10)을 통해 적층되는 상태로 고정된다. 이어서, 양 판(1, 2) 사이에 액체 유동로(3)가 형성되고, 그 일 단부는 토출 포트(7)와 연통하게 된다. 이 유동로(3)는 하나의 헤드에 복수개가 배치된다. 또한, 요소 기부판(1)에는 각 액체 유동로(3)에 보충된 액체 내에 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 수단으로 기능하는 전자열 변환 요소와 같은 발열 요소(4)가 각 액체 유동로(3)용으로 배치된다. 토출 액체와 접촉하는 발열 요소(4)의 표면 근처의 영역에는, 토출 액체가 발열 요소(4)의 신속한 가열에 의해 기포화되는 기포 발생 영역(11)이 존재한다.
많은 개수의 액체 유동로(3)의 각각에 공급 유닛 형성 부재(5A)용으로 형성된 액체 공급 포트(5)가 배치된다. 이어서, 큰 용량을 갖는 공통 액체 공급 챔버(6)는 각각의 액체 공급 포트(5)와 한꺼번에 연통되도록 배치된다. 다시 말하면, 이 구성은 복수의 액체 유동로(3)가 하나의 단일 공통 챔버(6)로부터 분기되고 잉크가 각각의 액체 유동로(3)와 연통하는 토출 포트(7)로부터 배출된 액체에 대응하는 양만큼 이 공통 액체 공급 챔버(6)로부터 공급되도록 배치된다.
액체 공급 포트(5)와 액체 유동로(3) 사이에, 가동 부재(8)가 그들 사이에 미세한 갭(α; 예컨대 10 ㎛ 이하)을 갖는 액체 공급 포트(5)의 개구 영역(S)과 사실상 평행하게 배치된다. 가동 부재(8)는 요소 기부판(1)을 향해, 또한 이 요소 기부판(1)에 사실상 평행하게 위치된다. 이어서, 토출 포트(7) 측면 상의 가동 부재(8)의 단부(8B)는 요소 기부판(1)의 발열 요소(4) 측면 상에 위치한 자유 단부가 된다. 가동 부재(8)의 푸트를 지지하는 푸트 지지 부재(8C)는 가동 부재(8)와 일체형으로 형성된다. 이 푸트 지지 부재(8C)는 복수의 액체 유동로를 가로지르는 방향으로 나란히 배치된 복수의 가동 부재(8)를 연결시키고 공통적으로 지지하는 부재이다. 도1 및 도3의 도면부호 8A는 전술한 푸트 지지 부재(8C)에 의해 지지되는 복수의 가동 부재의 각각의 푸트를 나타낸다. 이 푸트는 이동시 각 가동 부재(8)의 지레점이 된다. 가동 부재(8)의 푸트 지지 부재(8C)는 고정 부재(9) 상에서 결합되고 고정된다. 또한, 토출 포트(7)와 반대 방향인 측면 상의 액체 유동로(3)의 단부는 이 고정 부재(9)와 함께 폐쇄된다. 더욱이, 전술한 가동 부재(8)의 푸트 지지 부재(8C)의 일부는 고정 부재(9)에 결합되지 않는다(고정되지 않는다). 이러한 비고정부는 푸트 지지 부재(8C)의 고정부로부터 고정 부재(9)로 한 단계씩 가동 부재(8)의 높이 위치를 이동시키기 위해 단차(step)를 구비한다. 이러한 구성에 의해, 가동 부재(8)가 이동될 때 가동 부재(8)의 푸트 지지 부재(8C)와 고정 부재(9)의 결합 경계면 상에 응력의 집중을 완화시키는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 본 실시예에서는, 적어도 가동 부재로부터 연장되는 가동 부재(8)의 양 측면과 자유 단부에 의해 둘러싸이는 영역은 (도3의) 액체 공급 포트(5)의 개구 영역(S)보다 더 크게 되고, 미세한 갭(β)은 가동 부재(8)의 측부와 그 양 측의 유동로 측벽(10) 사이에 각각 배치된다. 전술한 공급 유닛 형성 부재(5A)는 도2에 도시된 바와 같이 가동 부재(8)와 함께 갭(γ)을 형성한다. 이 갭(α, γ)은 유동로의 피치에 따라 다르게 되지만, 갭(γ)이 클수록 가동 부재(8)가 개구 영역(S)을 차폐하는 것이 더 용이하게 되고, 갭(α)이 클수록 가동 부재(8)가 갭(α)을 따라 위치되는 정상 상태보다 가동 부재가 기포의 소멸과 함께 요소 기부판(1) 측으로 이동하는 것이 더 용이해진다. 본 실시예에서, 갭(α)은 2 ㎛이고, 갭(β)은 3 ㎛이며, 갭(γ)은 4 ㎛ 이다. 또한, 가동 부재(8)는 유동로 측벽(10) 사이의 폭 방향으로 전술한 개구 영역(S)의 폭(W2)보다 더 큰 폭(W1)을 가지고, 이는 개구 영역(S)을 충분히 폐쇄할 수 있는 폭이다. 본 실시예에 의하면, 공급 유닛 형성 부재(5A)의 가동 부재(8)에 이어지는 부분의 두께는 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 유동로 측벽(10) 자체의 두께보다 더 작게 되고, 공급 유닛 형성 부재(5A)는 유동로 측벽(10) 상에 적층된다. 이러한 관점에서, 도3에 도시된 바와 같이, 가동 부재의 자유 단부(8B)로부터의 토출 포트(7) 상의 공급 유닛 형성 부재(5A)의 두께는 유동로 측벽(10) 자체의 두께와 동일하게 설정된다. 이와 같이 제조된 배치에 의해서, 가동 부재(8)가 마찰 저항없이 액체 유동로(3) 내에서 이동할 수 있고, 개구 영역(S)의 둘레 부분 상의 개구 영역(S) 측으로 가동 부재의 이동을 조절하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가동 부재(8)는 액체 유동로(3)의 내부로부터 공통 액체 챔버(6)로의 액체 유동을 방지하는 것을 가능하게 하도록 개구 영역(S)을 필수적으로 폐쇄할 수 있고, 이 가동 부재(8)는 기포의 소멸과 함께 실질적으로 폐쇄된 상태로부터 재충전 가능한 상태로 이동 가능하게 된다.
본원에서 언급되는 개구 영역(S)은 액체가 액체 공급 포트(5)로부터 액체 유동로(3)로 필수적으로 공급되는 영역이고, 본 실시예에서 이 개구 영역은 도1 및 도3에 도시된 바와 같이 액체 공급 포트(5)의 3개의 측면과 고정 부재(9)의 모서리부(9A)에 의해 둘러싸이는 영역이다.
또한, 도4에 도시된 바와 같이, 전자열 변환 부재로 기능하는 발열 요소(4)와 토출 포트(7) 사이에 밸브와 같은 장애물이 없어서, 액체 유동에 대한 선형 유동로 구조인 "선형적으로 연통하는 상태"를 유지한다. 보다 양호하게는, 기포 발생 시에 발생되는 압력파의 진행 방향과 후속의 액체 유동 및 토출 방향을 선형적으로 정렬시킴으로써 액적의 토출 방향 및 속도와 같은 토출 조건이 아주 높은 수준으로 안정화되는 이상적인 상태를 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 이러한 이상적인 상태의 달성 및 이의 근사를 위해, 토출 포트(7) 및 발열 부재(4), 특히 토출 포트 측의 기포에 영향을 미치는 발열 요소의 토출 포트 측(하류 측)이 직선으로 직접 연결되도록 그 구조가 배치되는지 여부가 한정 조건(definition)의 하나로서 충분히 양호하여야 한다. 이러한 상태는 유동로 내에 액체가 없다면 발열 부재, 즉 그 하류 측면을, 특히 토출 포트의 외부 측으로부터 관측하는 것을 가능하게 한다.(도4 참조)
이제, 본 실시예에 의한 액체 토출 헤드의 토출 작용에 대해 상세히 설명한다. 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a 및 도7b는 그 구성이 도1 내지 도3에 도시되고액체 유동로의 방향을 따라 절개된 액체 토출 헤드의 토출 작용을 도시하는 단면도이다. 동시에, 특징 현상은 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a 및 도7b 내의 6개의 단계로 도시된다. 또한, 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a 및 도7b에서 도면 부호 M은 토출 액체에 의해 형성된 메니스커스를 나타낸다.
도5a는 전기 에너지와 같은 에너지가 발열 요소에 가해지기 전의 상태를 도시하고, 이 경우에 발열 요소에 의해 어떤 열도 생성되지 않는다. 이러한 상태에 있어서, 미세한 갭(10 ㎛ 이하)이 액체 공급 포트(5) 및 액체 유동로(3) 사이에 설치된 가동 부재(8)와, 액체 공급 포트(5)의 형성면 사이에 존재하게 된다.
도5b는 액체 유동로(3)에 충전된 액체의 일부분이 발열 소자(4)에 의해 가열되고 발열 소자(4)에서 막 비등이 발생하여 기포(21)가 등방성으로 성장하는 상태를 도시한다. 여기서, "기포의 등방성 성장"은 기포 표면의 수직선 쪽으로 지향된 기포의 임의의 표면 위치에서의 각각의 기포 성장 속도가 실질적으로 동일한 상태를 의미한다.
기포 발생 개시시 기포(21)의 등방성 성장 단계에서, 가동 부재(8)는 액체 공급 포트(5)의 원주와 밀착함으로써 액체 공급 포트(5)를 폐쇄하고, 액체 유동로(3)의 내부는 토출 포트(7)를 제외하고는 기본적으로 폐쇄된다. 이러한 폐쇄 조건은 기포(21)의 등방성 성장 단계의 일부 기간에서 유지된다. 여기서, 폐쇄 조건이 유지되는 기간은 발열 소자(4)에의 구동 전압의 인가로부터 기포(21)의 등방성 성장 단계의 종료까지의 기간일 수 있다. 또한, 이러한 폐쇄 상태에서, 액체 유동로(3) 내의 발열 소자(4)의 중심으로부터의 액체 공급 포트 상에서의비운동성(inertance)(액체가 정지 조건으로부터 이동할 때의 이동 곤란성)은 기본적으로 무한하게 된다. 이러한 연결부에서, 발열 소자로부터 액체 공급 포트측으로의 비운동성은 발열 소자(4)와 가동 부재(8) 사이의 거리가 커진다면 무한대에 근접하게 된다. 여기서, 또한, 최대량은 액체 공급 포트(5)측으로 변위된 가동 부재(8)의 자유 단부에 대해 h1로서 정의된다.
도6a는 기포(21)가 계속 성장되는 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 액체 유동로(3)의 내부는 전술된 바와 같이 토출 포트(7)를 제외하고 기본적으로 폐쇄되므로, 액체는 액체 공급 포트(5)측으로 유동하지 않는다. 따라서, 기포는 토출 포트(7)측으로 크게 발달될 수 있지만, 액체 공급 포트(5)측으로 상당히 발달되는 것이 허용되지 않는다. 그리고 나서, 기포는 기포 발생 영역(11)의 토출 포트(7)측에서 계속적으로 성장된다. 그러나, 이와 반대로, 기포 발생 영역(11)의 액체 공급 포트(5)측에서는 기포 성장이 정지된다. 바꿔 말하면, 기포 성장의 이러한 정지 조건은 기포 발생 영역(11)의 액체 공급 포트(5)측에서 최대 기포 발생 상태를 나타낸다. 이 시점에서의 기포 발생 체적은 Vr로서 정의된다.
여기서, 도8a 내지 도8e와 관련하여, 도5a, 도5b 및 도6a에서의 기포 성장 단계를 상세히 설명하기로 한다. 도8a에 도시된 바와 같이, 초기 비등은 발열 소자가 가열될 때 발열 소자 상에 발생한다. 이후에, 도8b에 도시된 바와 같이, 이러한 비등은 막 기포가 발열 소자 상부를 덮는 막 비등으로 변화한다. 그리고 나서, 도8b 및 도8c에 도시된 바와 같이, 막 비등 형태의 기포는 등방성으로 계속 성장된다(기포가 등방성으로 성장되는 조건은 "세미-퍼류(semi-purlieu) 조건"이라 한다). 그러나, 도5b에 도시된 바와 같이, 액체 유동로(3)의 내부가 토출 포트(7)를 제외하고 기본적으로 폐쇄된 때, 상류측의 액체는 더 이상 이동할 수 없다. 결과적으로, 상류측(액체 공급 포트측)의 기포의 일부분은 세미-퍼류 조건에서 성장하도록 기포가 발생될 수 없다. 하류측(토출 포트측)에서의 나머지 부분은 크게 성장된다. 도6a, 도8d 및 도8e는 이러한 상태를 나타낸다.
여기서, 발열 소자(4)가 가열될 때, 기포가 발열 소자(4) 상에서 성장되지 못하는 영역은 설명을 간편하게 하기 위해 영역(B)으로서 정의되며, 기포가 성장되는 토출 포트(7)측의 영역은 영역(A)으로서 정의된다. 이와 관련하여, 기포 발생 체적은 도8e에 도시된 영역(B)에서 최대가 된다. 이 때의 기포 발생 체적은 Vr로서 정의된다.
이제, 도6b는 기포가 영역(A)에서 계속적으로 성장하고 기포 수축이 영역(B)에서 시작하는 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 기포는 영역(A)에서 토출 포트측을 향해 크게 성장하고, 기포의 체적은 영역(B)에서 감소되기 시작한다. 그리고 나서, 가동 부재(8)의 자유 단부는 영역(B)에서의 기포의 소멸력(debubbling power)과 가동 부재의 강성 복원력으로 인해 정상 위치로 하향 변위되기 시작한다. 결과적으로, 액체 공급 포트(5)가 개방되어, 공통 액체 공급 챔버(6) 및 액체 공급 통로(3)가 연통될 수 있게 한다.
도7a는 기포(21)가 거의 최대로 성장된 상태를 도시한다. 이 상태에서, 기포는 영역(A)에서 최대로 성장되었고, 이와 함께 영역(B)에 기포가 거의 존재하지 않는다. 그리고 나서, 영역(A)에서의 최대 기포 체적은 Vf로서 정의된다. 또한,토출 포트(7)로부터 토출된 토출 액적(22)은 그 꼬리 부분을 길게 끄는 상태로 메니스커스(M)에 여전히 연결되어 있다.
도7b는 기포(21)의 성장이 정지되고 기포 소멸 과정만이 일어나는 단계를 도시하며, 토출 액적(22) 및 메니스커스(M)가 절단된 상태를 도시한다. 영역(A)에서 기포 성장이 기포가 소멸되는 단계로 변경된 직후에, 기포(21)의 수축 에너지는 토출 포트(7) 부근에 있는 액체가 전체적인 평형을 유지하면서 상류측 방향으로 이동될 수 있게 하는 동력으로서 작용한다. 따라서, 메니스커스(M)는 토출 포트(7)로부터 액체 유동로(3)로 끌어 당겨지고, 토출 액적(22)과 연결된 액체 기둥은 강한 힘에 의해 신속하게 절단된다. 한편, 가동 부재(8)는 기포의 수축과 함께 하향 변위되고, 그리고 나서 액체는 공통 액체 공급 챔버(6)로부터 액체 공급 포트(5)를 통해 신속하고 큰 유동으로서 액체 유동로(3) 내로 유동하게 된다. 이러한 방식으로, 메니스커스(M)를 액체 유동로(3) 내로 신속하게 끌어당기는 유동은 빠르게 그 속도가 감소되고 메니스커스(M) 수축량은 감소되며, 이와 동시에 메니스커스(M)는 비교적 느린 속도로 기포가 발생하기 전의 위치로 복귀되기 시작한다. 결국, 본 발명의 가동 부재가 제공되지 않은 액체 토출 방법과 비교할 때, 수렴 능력은 메니스커스(M)의 진동에 대하여 극히 양호하다. 이와 관련하여, 가동 부재(8)의 자유 단부는 기포 발생 영역(11)측으로 최대로(이때, h2로서 정의됨) 변위된다.
마지막으로, 기포(21)가 완전히 소멸된 때, 가동 부재(8)도 도5a에 도시된 정상 위치로 복귀한다. 가동 부재(8)는 탄성력에 의해 이 상태로 상향(도7b에서실선 화살표로 나타낸 방향) 변위된다. 또한, 이 상태에서, 메니스커스(M)는 토출 포트(7) 부근으로 이미 복귀되어 있다.
이제, 도9를 참조하여, 도5a, 도5b, 도6a, 도6b, 도7a 및 도7b의 영역(A) 및 영역(B)에서의 기포 발생 체적의 일시적 변화와 가동 부재의 거동 사이의 상관 관계를 설명하기로 한다. 도9는 상관 관계를 도시하는 그래프이며, 곡선(A)은 영역(A)에서의 기포 발생 체적의 일시적 변화를 나타내고 곡선(B)은 영역(B)에서의 기포 발생 체적의 일시적 변화를 나타낸다.
도9에 도시된 바와 같이, 영역(A)에서의 기포의 성장 체적의 일시적 변화는 최대치를 갖는 포물선을 그린다. 바꿔 말하면, 기포 발생의 개시로부터 그 소멸까지의 기간 동안에, 기포 발생 체적은 기간의 경과에 따라 증가하여 소정 지점에서 최대에 도달하며, 그 이후에 감소한다. 한편, 영역(B)에서, 기포 발생으로부터 그 소멸까지에 요구되는 기간은 영역(A)의 경우와 비교할 때 더 짧으며, 또한 기포 성장의 최대 체적도 더 작다. 또한, 그 성장의 최대 체적에 도달하는 기간도 더 짧다. 즉, 기포 개시 및 그 소멸에 요구되는 기간뿐만 아니라 기포의 성장치의 변화에 요구되는 기간에 대하여 영역(A)과 영역(B) 사이에 큰 차이가 있다. 이는 영역(B)에서 더욱 작다.
특히, 도9에서, 기포 발생 체적은 기포 생성의 초기 단계에서 동일한 일시적 변화로 증가한다. 따라서, 곡선(A) 및 곡선(B)은 중첩되는데, 즉 기포 생성의 초기 단계(세미-퍼류 조건을 나타냄)에서 기포가 등방성으로 성장하는 기간에서 중첩이 일어난다. 이후에, 곡선(A)은 최대치에 도달하는 곡선을 그리지만, 기포 발생체적이 영역(A)에서 증가함에도 불구하고 소정 지점에서 곡선(B)은 곡선(A)으로부터 분기되어 기포 발생 체적이 영역(B)에서 감소되는 선을 그린다(성장 부분에서 부분 수축이 일어나는 기간을 나타냄).
이제, 전술된 기포 성장에 관한 발명에 따르면, 가동 부재는 발열 소자의 일부가 도1에 도시된 가동 부재의 자유 단부에 의해 덮이는 모드에서 이하에 주어진 거동을 나타낸다. 바꿔 말하면, 도9의 기간(1) 동안에, 가동 부재는 액체 공급 포트를 향해 상향 변위된다. 도9의 기간(2) 동안에, 가동 부재는 액체 공급 포트와 밀착하며, 액체 유동로의 내부는 토출 포트를 제외하고 기본적으로 폐쇄된다. 이러한 폐쇄 조건은 기포가 등방성으로 성장하는 기간 동안에 시작한다. 그리고 나서, 도9의 기간(3) 동안에, 가동 부재는 정상 조건의 위치를 향해 하향 변위된다. 이러한 가동 부재에 의한 액체 공급 포트의 개방은 특정 시간의 기간이 경과된 후에 성장 부분의 부분적인 수축의 개시와 함께 시작한다. 그리고 나서, 도9의 기간(4) 동안에, 가동 부재는 정상 조건으로부터 더욱 하향 변위된다. 그리고 나서, 도9의 기간(5) 동안에, 가동 부재의 하향 변위는 거의 정지되어, 가동 부재가 개방 위치에서 평형 조건에 있게 한다. 마지막으로, 도9의 기간(6) 동안에, 가동 부재는 정상 조건의 위치로 상향 변위된다.
기포 발생과 가동 부재의 거동 사이의 이와 같은 상관 관계는 가동 부재 및 발열 소자의 상대 위치에 의해 영향을 받는다. 여기서, 도10a, 도10b, 도11a 및 도11b를 참조하여, 그 상대 위치가 본 실시예와 상이한 가동 부재 및 발열 소자가 제공된 액체 토출 헤드의 가동 부재의 거동과 기포 성장 사이의 상관 관계를 설명하기로 한다.
도10a 및 도10b는 가동 부재의 자유 단부가 발열 소자의 본체 전체를 덮는 모드에서 가동 부재의 거동과 기포 성장 사이의 상관 관계를 도시하는 도면이다. 도10a는 그 모드를 도시한다. 도10b는 이들 사이의 상관 관계를 도시하는 그래프이다. 발열 소자와 가동 부재가 중첩된 영역이 도10a에 도시된 모드에서와 같이 크다면, 도10b의 기간(1)는 도1에 도시된 모드의 경우에서보다 더욱 짧으며, 폐쇄 상태는 발열 소자가 가열되어서 토출 효율이 더욱 크게 향상될 수 있게 하므로 더욱 짧은 시간의 기간으로 나타낸다. 이와 관련하여, 도10b의 기간(1 내지 6) 각각에서의 가동 부재의 대응하는 거동은 도9와 관련하여 설명된 것과 동일하다. 또한, 도10a에 도시된 모드에 의하면, 가동 부재가 기포 발생 체적의 감소에 의해 더욱 쉽게 영향을 받는다. 이후에, 도10b의 기간(3)의 개시의 도시로부터 명백한 바와 같이, 가동 부재에 의한 액체 공급 포트의 개방의 개시는 기포의 성장 부분의 부분적인 수축의 개시 직후에 발생한다. 즉, 가동 부재의 개방 시기는 도1에 도시된 모드보다 빠르게 된다. 동일한 이유 때문에, 가동 부재(8)의 진폭은 커지게 된다.
도11a 및 도11b는 발열 요소 및 가동 부재가 서로로부터 떨어져 있는 모드에서 기포 성장 및 가동 부재의 거동을 도시하는 도면이다. 도11a는 이러한 모드를 도시하고 있고, 도11b는 그들 사이의 상호 관계를 도시하는 그래프이다. 발열 요소가 도11a에 도시된 모드에서와 같이 가동 부재로부터 떨어져 있으면, 가동 부재는 기포 발생 체적의 감소에 의해 용이하게 영향을 받지 않는다. 따라서, 도11b의기간(3)의 개시 시점으로부터 명백한 바와 같이, 가동 부재에 의해 액체 공급 포트의 개방 개시는 성장 부분의 부분적인 수축의 개시 기간으로부터 상당히 지연된다. 즉, 가동 부재의 개방 시기는 도1에 도시된 모드보다 느리다. 동일한 이유 때문에, 가동 부재의 진폭은 작아지게 된다. 이러한 관점에서, 도11b의 (1) 내지 (6)의 각각의 기간에서의 가동 부재의 거동은 도9와 연계하여 설명된 것과 동일하다.
이러한 관점에서, 일반적인 동작은 가동 부재(8)와 발열 요소(4) 사이의 위치 관계에 대해 설명되었고, 각각의 동작은 특히 가동 부재의 자유 단부의 위치 및 가동 부재의 강성에 따라 다르게 된다.
또한, 도9, 도10a, 도10b, 도11a 및 도11b로부터 이해 가능하겠지만, Vf>Vr의 관계는 기포 발생 영역(11)의 토출 포트(7)측에서 성장하는 [영역(A)에서의 기포인] 기포의 최대 체적이 Vf로서 주어지고, 기포 발생 영역(11)의 액체 공급 포트(5)측에서 성장하는 [영역(B)에서의 기포인] 기포의 최대 체적이 Vr로서 주어진 본 발명의 헤드에 대해 항상 성립된다. 또한, Tf>Tr의 관계는 기포 발생 영역(11)의 토출 포트(7)측에서 성장하는 [영역(A)에서의 기포인] 기포의 (기포의 발생으로부터 소멸까지의 시간인) 수명이 Tf로서 주어지고, 기포 발생 영역(11)의 액체 공급 포트(5)측에서 성장하는 [영역(B)에서의 기포인] 기포의 수명이 Tr로서 주어진 본 발명의 헤드에 대해 항상 성립된다. 다음에, 상기 관계를 성립시키기 위해, 기포 소멸 지점은 기포 발생 영역(11)의 중심 부분으로부터 토출 포트(7)측에 배치된다.
또한, 도5b 및 도7b로부터 이해 가능하겠지만, 이러한 헤드의 구조로, 가동부재(8)의 자유 단부가 기포의 소멸과 함께 기포 발생 영역(4)측으로 변위되는 최대 변위량(h2)은 가동 부재(8)의 자유 단부가 기포 형성의 개시 기간 동안 액체 공급 포트(5)로 변위되는 최대 변위량(h1)보다 크다. 즉, (h1>h2의) 관계가 제시된다. 예컨대, h1은 2 ㎛이고 h2는 10 ㎛이다. 상기된 바와 같이 성립된 관계로, (토출 포트를 향한 방향으로의) 발열 요소의 전방측을 향한 기포 성장을 촉진시키면서 (토출 포트에 반대 방향으로의) 발열 요소의 후방측을 향한 기포 성장을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이러한 관계의 성립으로, 발열 요소에 의해 발생된 발포력(bubble generating power)을 운동 에너지로 변환시켜 액체를 액적으로서 토출 포트로부터 비산시키는 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 실시예의 헤드 구조 및 액체 토출 동작은 상기와 같이 설명되었다. 상기 실시예에 따르면 하류측으로의 기포의 성장 요소 및 상류측으로의 기포의 성장 요소는 동일하지 않고, 상류측으로의 성장 요소는 거의 없게 되므로, 상류측으로의 액체 이동을 억제시킨다. 상류측으로의 액체 유동의 이러한 억제로, 상류측에서의 기포의 성장 요소에 발생할 수 있는 손실은 거의 없다. 대부분의 모든 요소는 토출 포트를 향해 유도되고, 토출력을 상당히 향상시킨다. 또한, 기포의 수축과 함께, 가동 부재는 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 공급 포트를 통해 신속하고 큰 액체 유동으로서 액체 유동로 내로 액체가 유동될 수 있도록 하향으로 변위된다. 결국, 메니스커스(M)를 액체 유동로(3) 내로 신속하게 끌어당기는 경향이 있는 유동은 즉시 작아진다. 다음에, 토출 후 후퇴된 메니스커스의 양은 감소되고, 따라서 오리피스 표면으로부터 돌출되는 메니스커스의 정도도 재충전시 역시 감소된다. 이는 메니스커스의 진동을 억제하는 데 기여하여 저부파수 및 고주파수의 임의의 구동 주파수에서 액체 토출을 안정화시킨다.
(제2 실시예)
제1 실시예의 헤드 구조에 대해, 도1 내지 도3에 도시된 바와 같은 정착 부재(9)와 접촉되지 않도록 된(즉 굽혀져 상승하도록 된) 가동 부재(8)의 발부 지지 부재(8C)의 위치는 정착 부재(9)의 에지 부분(9A)과 동일하지 않다. 따라서, 개구 영역(S)은 액체 공급 포트(5)의3개의 측면 및 정착 부재(9)의 에지 부분(9A)에 의해 둘러싸인 영역이 된다. 그러나, 도12 및 도13에 도시된 바와 같이, 정착 부재(9)로부터 상승하도록 굽혀진 가동 부재(8)의 발부 지지 부재(8C)의 위치가 정착 부재(9)의 에지 부분(9A)에 설정된 모드를 채택하는 것이 가능할 수도 있다. 이러한 모드의 경우에, 개구 영역(S)은 도12 및 도13에 도시된 바와 같이 액체 공급 포트(5)의 3개의 측면 및 가동 부재(8)의 지지점(8A)에 의해 둘러싸인 영역이 된다.
또한, 도3에 도시된 바와 같이, 액체 공급 포트(5)는 제1 실시예의 헤드 구조에 따라 4개의 벽면에 의해 둘러싸인 개구가 되도록 배열된다. 그러나, 도14 및 도15에 도시된 바와 같이, 토출 포트(7)측에 대향인 액체 공급 챔버(6)의 공급 유닛 형성 부재(5A)의 벽면(도1 참조)을 개방시키는 모드를 채택하는 것이 가능할 수도 있다. 이러한 모드의 경우에, 개구 영역(S)은 제1 실시예에서와 같이 액체 공급 포트(5)의 3개의 측면 및 정착 부재(9)의 에지 부분(9A)에 의해 둘러싸인 영역이 도14 및 도15에 도시된 바와 같이 된다.
이러한 관점에서, 도12의 2-2를 따른 직선형 단면도 및 도14의 2-2를 따른 직선형 단면도는 도2와 동일하다.
(제3 실시예)
또한, 상기된 각각의 실시예에 대해, 가동 부재(8)의 두께(t)가 예컨대 도1, 도12 또는 도14에 도시된 바와 같은 가동 부재(8)의 발부 지지 부재(8C)의 스테핑량(h)보다 크게 하는 것이 양호하다. 여기에서, 예컨대 t = 5 ㎛이고 h = 2로 설정되도록 배열된다. 이러한 배열로, 가동 부재(8)가 변위될 때 가동 부재(8)의 발부 지지 부재(8C)의 스테핑 부분에 집중되는 응력 집중을 완화시키는 것이 가능하게 되어 가동 부재(8)의 발부 부분의 내구성을 개선시킨다.
또한, 도16은 도12에 나타낸 헤드 구조에 따른 가동 부재의 푸트 부분의 원주를 도시하는 확대 단면도이다. 도17은 도16에 도시된 가동 부재의 푸트 부분의 원주의 변형예이다.
도16에 나타낸 바와 같이, 상기된 각각의 실시예에 대한 가동 부재(8)의 높이 위치는 가동 부재(8)의 푸트 지지 부재(8C)와 정착 부재(9) 사이의 정착 부분에 대한 액체 공급 포트(5)측에 대해 1개의 스텝만큼 벗어난다. 한편, 그러나 이러한 높이가 도17에 도시된 바와 같이 (도시되지 않은) 발열 요소측에 대해 벗어난 모드를 채택하는 것이 가능할 수도 있다. 이러한 모드에서도, 가동 부재(8)의 두께(t)를 가동 부재(8)의 푸트 지지 부재(8C)의 단차량(h)보다 크게 함으로써 가동 부재(8)의 푸트 부분의 내구성을 개선시키는 것이 가능하게 된다.
(제4 실시예)
또한, 예컨대 액체 유동로(3)측의 액체 공급 포트(5)의 개구 에지와, 액체 공급 포트(5)측의 가동 부재(8) 사이의 간극(α)과, 액체 유동로(3)측의 액체 공급 포트(5)의 개구 에지와 중첩된 폭방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(W3)이 W3>α의 관계로 되도록 도2에 도시된 바와 같이 배열함으로써 상기된 각각의 실시예에 대한 토출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 여기에서, 예컨대 간극(α)은 2 ㎛이고 상기 중첩 폭(W3)은 3 ㎛로 설정된다.
이러한 관점에서, 도18a, 도18b, 도19a 및 도19b와 연계하여, 각각 W3>α 및 W3≤α인 상기 관계의 경우에서 모두 기포 발생이 개시될 때 액체 유동에 대해 설명될 것이다. 도18a 및 도18b, 도19a 및 도19b는 액체 공급 포트를 통해 흐르는 유로를 도시하는 단면도이다. 우선, 도18a에 도시된 W3>α의 관계에서, 화살표 A에 의해 지시된 유동은 가동 부재(8)가 도18b에 도시된 바와 같이 기포 개시에 의해 발생된 압력에 의해 상향으로 변위될 때 가동 부재(8)의 양측에 형성된다. 또한, 화살표 B에 의해 지시된 유동은 가동 부재(8)와 액체 공급 포트(5)의 개구 에지 사이의 간극에 형성된다. 이러한 경우에, 화살표 B에 의해 지시된 유동은 충분히 크므로, 화살표 B에 의해 지시된 유동과 함께 화살표 A에 의해 지시된 유동을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이러한 방식으로, 액체 공급 포트(5)로의 액체 유동(P)은 충분히 억제되어 토출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도19a에 도시된 W3≤α의 관계에서, 가동 부재(8)가 도19b에 도시된 바와 같이 기포 발생 개시에 의해 발생된 압력에 의해 상향으로 변위될 때, 화살표 A'에 의해 지시된 유동은 가동 부재(8)의 양측에 형성되고, 화살표 B'에 의해 지시된 유동은 가동 부재(8)와 액체 공급 포트(5)의 개방 에지 사이의 간극에 형성된다. 이러한 경우에, 화살표 B'에 의해 지시된 유동은 충분히 크지 않으므로, 화살표 B'에 의해 지시된 유동은 관계가 W3>α인 경우와 같이 화살표 A'에 의해 지시된 유동을 억제할 수 없다. 결국, 액체 공급 포트(5)측으로의 액체 유동(P')은 W3>α의 경우보다 크게 된다.
따라서, 관계가 상기된 바와 같이 W3>α가 되도록 설정되면, 액체 유동로(3)로부터 액체 공급 포트(5)측으로의 유동에 대한 유동 저항은 상기 관계가 W3≤α인 경우보다 크게 되어 기포 성장을 위한 기포 발생이 개시될 때 액체 유동로(3)로부터 액체 공급 포트(5)측으로의 유동을 충분히 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 액체 유동로(3)로부터 가동 부재(8)와 액체 공급 포트(5)의 원주 사이의 간극을 통해 액체 공급 포트(5)로 나온 유동을 충분하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 결국, 액체 공급 포트(5)는 가동 부재(8)에 의해 신뢰성 있고 신속하게 차폐될 수 있다. 이러한 경우의 발생으로, 토출 효율은 더욱 향상될 수 있다.
(제5 실시예)
또한, 상기된 각각의 실시예에 대해, 예컨대 액체 유동로(3)의 액체 공급 포트(5)의 개구 에지와 중첩된 토출 포트(7)를 향한 방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(W4)과, 가동 부재(8)의 폭방향으로의 중첩 폭(W3)이 W3>W4가 되도록 배열하는 것이 양호하다. 여기에서, 예컨대 W3 = 3 ㎛이고 W4 = 2 ㎛가 되도록 배열된다.
이와 같이 배열된 관계에 있어서, 발포 개시에 의해 액체 공급 포트(5) 측에 대해 상향 변위되는 가동 부재(8)가 하향 변위되기 시작할 때, 가동 부재(8)의 자유 단부의 선단 에지와 액체 공급 포트(6)의 개방 에지 사이의 접촉 폭은 작아진다. 그리고 나서, 이들 사이에 발생하는 마찰력 또한 감소되어, 액체 공급 포트는 가공 부재의 자유 단부로부터 먼저 개방된다. 이러한 방식에서, 액체 공급 포트는 가동 부재에 의해 신뢰성 있고 신속하고 개방된다. 결과적으로, 재충전은 토출 특성을 더욱 안정화시키도록 보다 효과적으로 수행된다.
또한, 도20은 액체 토출 헤드의 하나의 액체 유동 경로의 방향으로 취한, 본 실시예의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도21은 토출 포트의 중심으로부터 지점 Y1에서 천장판(2)까지 이동된, 도20의 선 21-21을 따라 취한 단면도이다. 여기서, 도20의 2-2의 선형 단면도는 도2와 동일하다.
도20 및 도21에 도시된 액체 토출 헤드는 제1 실시예의 액체 토출 헤드의 일부분이 수정된 것이다. 도20에 도시된 바와 같이, 제1 실시예 대신에, 토출 포트(7) 측 상에 가동 부재(8)의 선단 에지와의 특성 갭이 제공된 벽면 부분(5B)이 공급 유닛 형성 부재(5A)로서 형성된다. 이러한 방식에서, 액체 유동 경로(3) 측 상의 액체 공급 포트(5)의 개방 에지와 액체 공급 포트(5) 측 상의 가동 부재(8)의 자유 단부(8B)의 면 사이의 갭(α)은 토출 포트(7)로부터 가동 부재(8)를 향해 관찰될 때 벽면 부분(5B)에 의해 덮일 것이다. 그러므로, 발포 개시에서, 액체 유동 경로(3)로부터 액체 공급 포트(5)까지 토출 방향에 대향하는 방향으로 유동을 충분하게 가압하는 것이 가능해진다. 따라서, 토출 효율은 추가로 향상된다. 그리고 나서, 상기 구조 예에서는 또한 도21에 도시된 바와 같이, 액체 유동 경로(3) 측 상의 액체 공급 포트(5)의 개방 에지와 중첩되는 토출 포트(7) 방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(W4)과 폭방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(W3)이 W3＞W4의 관계로 정렬된다면, 가동 부재(8)에 의하여 액체 공급 포트의 신뢰성 있고 신속한 개방이 가능해진다. 이러한 방식에서, 재충전은 토출 특성을 더욱 안정화시키도록 액체 유동 경로(3)에 대해 더욱 효과적으로 수행된다.
(제6 실시예)
도22a 내지 도22d는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액체 토출 헤드를 도시하는 도면이다.
도22a 내지 도22d에 도시된 액체 토출 헤드에 대하여, 요소 기부판(1)과 천장판(2)은 접합되고, 상기 2개의 판(1, 2)들 사이에 유동 경로(3)가 형성되며, 유동 경로의 일 단부는 토출 포트(7)와 연통한다.
액체 공급 포트(5)는 액체 유동 경로(3)에 대해 배열되고, 공통 액체 공급 챔버(6)는 액체 공급 포트(5)와 연통한다.
액체 공급 포트(5)와 액체 유동 경로(3) 사이에서, 가동 부재(8)는 미세 갭(α)(예컨대, 10 ㎛ 이하)을 갖는 액체 공급 포트(5)의 개방 영역에 대해 실질적으로 평행하게 배열된다. 적어도 자유 단부와 이로부터 이어진 양 측면에 의해 둘러싸이는 가동 부재(8)의 영역은 액체 유동 경로와 대면하는 액체 유동 경로의 개방 영역(S)보다 크게 제작되고, 또한 미세 갭(β)은 가동 부재(8)의 측부들과 액체 유동 경로의 측벽(10)들 사이에 각각 배열된다. 이러한 방식에서, 가동 부재(8)는 마찰 저항 없이 액체 유동 경로(3) 내에서 이동 가능하지만, 개방 영역 측에 대한 변위는 개방 영역(S)의 원주 상에서 제한되고, 따라서 기본적으로 액체 유동경로(3)로부터 공통 액체 공급 챔버(6)까지의 액체 유동을 방지하는 것을 가능하게 하도록 액체 공급 포트(5)를 폐쇄한다. 또한, 본 실시예에 따라, 가동 부재(8)는 요소 기부판(1)에 대면하도록 위치된다. 그리고 나서, 가동 부재(8)의 일 단부는 자유 단부가 요소 기부판(1)의 열 발생 요소(4)에 대해 변위될 수 있도록 배열되고, 가동 부재의 타 단부는 지지 부재(9B)에 의해 지지된다.
또한, 제4 실시예와 같이, 액체 유동 경로(3) 측 상의 액체 공급 포트(5)의 개방 에지 및 액체 공급 포트(5) 측 상의 가동 부재(8)의 표면 사이의 갭(α)과 액체 유동 경로(3) 측 상의 액체 공급 포트(5)의 개방 에지와 중첩되는 폭 방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(Wb) 사이의 관계가 토출 효율을 향상시키기 위하여 Wb＞α의 관계로 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 제5 실시예와 같이, 액체 유동 경로(3) 측 상의 액체 공급 포트(5)의 개방 에지와 중첩되는 토출 포트(7) 방향으로의 가동 부재(8)의 중첩 폭(Wa)과 가동 부재의 폭 방향으로 가동 부재(8)의 중첩 폭(Wb) 사이의 관계는 토출 특성을 안정화시키도록 Wb>Wa의 관계로 배열되는 것이 보다 바람직하다.
(제7 실시예)
이제, 전술된 각각의 방법에 대해 채택될 수 있는 양호한 헤드에 사용되는 기부판과, 액체 토출 헤드의 제작 방법이 설명될 것이다.
전술된 액체 토출 헤드의 열 발생 요소(4)를 구동시키고 이러한 구동을 제어하도록 배열되는 회로 및 요소가 수행되어야 하는 각각의 기능에 따라 요소 기부판(1) 또는 천장판(2)을 위해 제공된다. 또한, 요소 기부판(1) 및 천장판(2)이 회로와 요소를 위해 실리콘에 의해 형성되기 때문에, 반도체 웨이퍼 공정 기술 및 기법을 사용하여 용이하고 정밀하게 형성하는 것이 가능하다.
이제, 이하에서 반도체 웨이퍼 공정 기술 및 기법의 사용에 의해 형성된 요소 기부판(1)의 구조가 설명될 것이다.
도23은 전술된 실시예 각각에 사용되는 요소 기부판(1)을 도시하는 단면도이다. 도23에 도시된 요소 기부판(1)에 대해서, 실리콘 기부판(201)의 표면 상에는 열 축적층으로서 역할하는 열 산화 막(202) 및 필요에 따라 열 축적층으로서의 이중 작용을 하는 개재층(interlayer) 막(203)이 적층된다. 개재층 막(203)으로는 SiO2막 또는 Si3N4막이 사용된다. 그리고 나서, 특히 개재층 막(203)의 표면 상에는 저항층(204)이 형성된다. 저항층(204) 상에는 배선(205)이 부분적으로 형성된다. 배선층(205)으로는 Al 또는 Al-Si, 또는 몇몇 다른 Al 합금 배선이 채택된다. 배선(205)의 표면 상에는, 저항층(204) 및 개재층 막(203)이 형성되고, 보호 막(206)이 SiO2막 또는 Si3N4막으로 형성된다. 저항층(204)과 이의 원주에 대응하는 보호 막(206)의 표면 상에는 저항층(204)의 가열에 따른 화학적 및 물리적 충격으로부터 보호 막(206)을 보호하도록 캐비테이션 방지 막(207)이 형성된다. 배선(205)이 형성되어 있지 않은 저항층(204) 상의 영역은 상부에 저항층(204)의 열이 작용하는 것을 허용하도록 열반응성 부분(208)이 되도록 배열된다.
요소 기부판(10) 상의 막은 반도체 제조 기술 및 기법을 사용하여 차례로 실리콘 기부판(201)의 표면 상에 형성된다. 그리고 나서, 열반응성 부분(208)이 실리콘 기부판(201)을 위해 제공된다.
도24는 도23에 도시된 요소 기부판(10)의 주요 부분을 수직으로 절단함으로써 요소 기부판(1)을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도24에 도시된 바와 같이, P 전도체인 실리콘 기부판(201)의 표면 층 상에 N형 요부 영역(well region, 422) 및 P형 요부 영역(423)이 국부적으로 제공된다. 그리고 나서, 일반적인 MOS 공정을 사용함으로써, P-MOS(420)가 불순물 등의 이온 주입 및 이의 분산에 의해 N형 요부 영역(422)을 위해 제공되고, 이로써 N-MOS(421)가 P형 요부 영역(423)을 위해 제공된다. P-MOS(420)는 N형 요부 영역(422)의 표면 층 상에 국부적으로 N형 또는 P형 불순물을 도입함으로써 형성된 소스 영역(425) 및 드레인 영역(426)과, 특히 수백 Å의 두께로 형성된 게이트 절연 막(428)을 통해 공급 영역(425)과 배출 영역(426)을 제외한 N형 요부 영역(422)의 표면 상에 적층된 게이트 배선(435)을 포함한다. 또한, N-MOS(421)는 P형 요부 영역(423)의 표면 층 상에 국부적으로 N형 또는 P형 불순물을 도입함으로써 형성된 소스 영역(425) 및 드레인 영역(426)과, 특히 수백 Å의 두께로 소스 영역(425)과 드레인 영역(426)을 제외한 P형 요부 영역(423)의 표면 상에 적층된 게이트 배선(435)을 포함한다. 게이트 배선(435)은 4000 Å 내지 5000 Å의 두께로 CVD 방법을 사용함으로써 적층된 폴리실리콘에 의해 형성된다. 그리고 나서, C-MOS 로직은 P-MOS(420)과 N-MOS(421)에 의해 형성된다.
N-MOS(421)의 부분과는 다른 P형 요부 영역(423)의 부분에는 전열 변환 요소를 사용할 수 있게 하는 N-MOS 트랜지스터(430)가 제공된다. N-MOS트랜지스터(430)는 또한 불순물 주입 및 확산 공정 등에 의해 P형 요부 영역(423)의 표면 층 상에 국부적으로 제공된 소스 영역(432) 및 드레인 영역(431)과, 특히 게이트 절연 막(428)을 통해 소스 영역(432)과 드레인 영역(431)을 제외한 P형 요부 영역(423)의 표면 부분 상에 적층된 게이트 배선(433)을 포함한다.
본 실시예에 따라, N-MOS 트랜지스터(430)는 전열 변환 요소를 사용할 수 있게 하는 트랜지스터로서 사용된다. 그러나, 트랜지스터는 트랜지스터가 복수개의 전열 변환 요소를 각각 사용할 수 있게 할뿐만 아니라 전술된 미세 구조를 얻을 수 있도록 한다면, 트랜지스터는 상기의 트랜지스터로 제한되지 않는다.
P-MOS(420)와 N-MOS(421) 사이 또는 N-MOS(421)와 N-MOS(430) 트랜지스터 사이에 존재하는 것과 같은 각각의 요소들 사이에는 5000 Å 내지 10000Å의 두께의 필드 산화에 의해 산화 막 분리 영역(424)이 형성된다. 그리고 나서, 이러한 산화 막 분리 영역(424)의 제공에 의하여, 요소들은 각각 서로로부터 분리된다. 열반응성 부분(208)에 대응하는 산화 막 분리 영역(424)의 부분은 실리콘 기부판(201)의 표면 측으로부터 관찰된 때 제1 층인 열 축적층으로서 기능하도록 제조된다.
P-MOS(420), N-MOS(421) 및 N-MOS 트랜지스터(430) 요소들 각각의 표면 상에는, PSG 막, BPSG 막 등의 개재층 절연 막(436)이 대략 7000 Å의 두께로 CVD 방법에 의해 형성된다. 개재층 절연 막(436)이 열 처리에 의해 평탄화된 후에, 배선은 개재층 절연 막(436)과 절연 막(428)을 위해 제공된 구명을 통한 접촉에 의해 제1 배선이 되는 Al 전극(437)을 사용하여 배열된다. 개재층 절연 막(436)과 Al전극(437)의 표면 상에는, SiO2의 개재층 절연 막이 10000 Å 내지 15000 Å의 두께로 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성된다. 열반응성 부분(208)과 N-MOS 트랜지스터(430)에 대응하는 개재층 절연 막(438)의 표면 상의 부분 상에는, 대략 1000 Å의 두께로 DC 스퍼터링 방법에 의해 저항층(204)이 TaN0.8.hex로 형성된다. 저항층(204)은 중간층 절연막(438) 상에 형성된 관통 구멍을 통해 배수 영역(431)의 주위 내에서의 알루미늄 전극(437)에 전기 접속된다. 알루미늄 배선(205)은 각각의 전열 변환 요소용 제2 배선이 되도록 저항층(204)의 표면 상에 형성된다.
배선(205)의 표면 상의 보호막(206), 저항층(204) 및 중간층 절연막(438)은 플라즈마 CVD 방법에 의해 10,000 Å 두께의 Si3N4막으로 형성된다. 보호막(206)의 표면 상에 증착된 캐비테이션 방지막(207)은 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 게르마늄(Ge), 루테늄(ruthenium) 및 다른 것들 중에서 선택된 두께가 약 2,5000 Å인 적어도 하나 이상의 비정질 합금의 얇은 막으로 형성된다.
에서는 도1 내지 도3에 도시된 가동 부재(8), 유동 경로 측벽(10) 및 원소 기부판(1) 상의 액체 공급 포트(5)를 제조하기 위한 공정의 일 실시예를 설명한다. 이와 관련하여, 도25a 내지 도25d, 도26a 내지 도26c 및 도27a 내지 도27c는 요소 기판상에 형성된 액체 유동로의 방향에 직각인 방향으로 취한 단면도들이다.
우선 도25a에서, 알루미늄막은 방열 요소(4) 측상의 요소 기부판(1)의 표면 상에 스퍼터링 방법으로 약 2 ㎛의 두께로 형성된다. 이와 같이 형성된 알루미늄막은 발열요소(2)의 각각에 대응하는 위치에서 다수의 알루미늄막 패턴(25)을 형성하도록 공지된 사진석판술로 패턴화된다. 각각의 알루미늄막 패턴(25)은 SiN막(26)이 에칭된 영역까지 넓게 분포하고, 아래에 설명한 것처럼 도25c에 도시된 단계에서 고정 부재(9)의 일부 및 유동 경로 측벽(10)을 형성하기 위한 재료막이다.
알루미늄막 패턴(25)은 액체 유동 경로(3)가 아래에 설명된 것처럼 건조 에칭을 사용하여 형성될 때 에칭 정지층으로써 기능을 한다. 탈타늄(Ta)과 같은 상기 얇은 막이 요소 기부판(1) 상의 캐비테이션 방지막(207)으로써 기능을 하고 SiN막은 액체 유동 경로(3) 형성용 에칭 가스에 의해 에칭되는 저항요소 상에서 방지층(206)으로써 기능을 하기 때문에 상기와 같은 배열은 필요하다. 알루미늄막 패턴(25)은 이러한 층 또는 막이 에칭되는 것을 방지한다. 따라서, 액체 유동 경로(3)가 건조 에칭될 때, 방열 요소(4) 상의 요소 기부판(1)의 표면이 누출되는 것을 허용하지 않기 위해 액체 유동 경로(3)의 유동 경로 방향에 수직 방향으로의 각각의 알루미늄막 패턴(25)의 폭은 최종적으로 형성되는 액체 유동 경로(3)의 폭보다 크게 제조된다.
또한, 건조 에칭될 때 이온 시드(seed) 및 라디컬(radical)은 CF4, CxFy, SF6가스의 분해에 의해 생성되고, 요소 기부판(1) 상의 발열요소(4) 및 기능적 요소는 몇몇의 경우에서 손상될 수 있다. 그러나, 알루미늄막 패턴(25)은 요소 기부판(4) 상의 발열 요소(4) 및 기능적 요소가 손상되는 것을 방지하기 위해 이온 시드 및 라디컬을 수납한다.
이후, 도25b에 도시된 것처럼 상기 알루미늄막 패턴(25) 측 상의 알루미늄막 패턴(25)의 표면 및 요소 기부판(1)의 표면 상에서, 유동 경로 측벽(10)의 일부를 형성하는 재료막으로써 기능을 하는 SiN막(26)은 알루미늄막 패턴(25)을 덮도록 약 20.0 ㎛의 두께로 플라즈마 CVD 방법을 사용하여 형성된다.
이후, 도25c에서 도시된 것처럼, 알루미늄막이 SiN막(26)의 전체적인 표면 상에 형성된 후 이와 같이 형성된 알루미늄막은 액체 유동 경로(3)가 형성된 부분의 제외한 SiN 막(26)의 표면 상에 알루미늄막(도시생략)을 형성하도록 사진석판술과 같은 종래의 방법을 사용하여 패턴화된다. 이후, SiN막(26)은 액체 경로 측벽(10)의 일부를 형성하도록 유전체 커플링 플라즈마를 사용하는 에칭 장치에 의해 에칭된다. 상기 에칭 장치에서의 CF4, O2및 SF6의 혼합 가스는 에칭 정지층으로써 적용된 알루미늄막 패턴(25)으로 SiN막(26)을 에칭하는 데 사용된다.
이후, 스퍼터링 방법을 사용함으로써 알루미늄막(27)은 이전 단계에서 액체 유동 경로(3) 형성용 부분으로써의 SiN막(26)을 에칭함으로써 생성된 구멍을 알루미늄으로 덮도록 20.0 ㎛의 두께로 SiN막(26)의 표면 상에 형성된다.
도26a에서는 도25d에 도시된 기부판(1) 상의 SiN막(26) 및 알루미늄막(27)의 표면이 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 평평하게 연마된다.
이후, 도26b에서는 CMP에 의해 상기와 같이 연마된 SiN막(26) 및 알루미늄막(27)의 표면 상에서 알루미늄막(28)은 스퍼터링 방법으로 약 2.0 ㎛의 두께로 형성된다. 이후, 상기와 같이 형성된 알루미늄막(28)은 종래의 사진석판술공정에 의해 패턴화된다. 알루미늄막(28)의 패턴은 SiN막이 에칭되는 영역까지 연장되어 아래에 설명한 도26c에서의 공정 단계에서 가동 부재(8) 형성용 재료막이 된다. 나중에 설명한 것처럼, 알루미늄막(28)은 가동 부재(8)가 건조 에칭에 의해 형성될 때 에칭 정지층으로써의 기능을 한다. 다시 말해서, 액체 유동 경로(3)의 일부가 되는 SiN막(26)은 가동 부재(8) 형성에 사용되는 에칭 가스에 의해 에칭되는 것이 방지된다.
이후, 도26c에서는 플라즈마 CVD 방법을 사용하여 SiN막은 약 3.0 ㎛의 두께로 알루미늄막(28)의 표면 상에 형성되고 가동 부재(8) 형성용 재료막이 된다. 이와 같이 형성된 SiN막은 액체 유동 경로(3)의 일부가 되는 알루미늄막(28)에 대응하는 위치에서 그대로 남게 되도록 유전체 커플링 플라즈마를 사용하는 에칭에 의해 건조 에칭된다. 이러한 장치에 의한 에칭 방법은 도25c에서의 공정 단계에 적용되는 방법과 동일하다. 이러한 SiN막(29)은 최종적으로 가동 부재(8)가 된다. 따라서, 액체 유동 경로(3)의 유동 경로 방향에 수직 방향으로의 SiN막(29) 패턴의 폭은 최종적으로 형성되는 액체 유동 경로(3)의 폭보다 작다.
이후, 도27a에서, 스퍼터링 방법을 사용하여 갭형성 부재(30)를 형성하기 위해 재료막으로 되는 알루미늄막은 SiN막(29)을 덮도록 두께 3.0 ㎛인 알루미늄막(28) 상에 형성된다. 상기 설명한 단계에서 형성된 알루미늄막은 종래의 사진석판술 공정을 사용하여 패턴화 되어 도2에 도시된 것처럼 가동 부재(8)의 상부면과 액체 공급 포트(5) 사이에 갭(α)을 형성하고 가동 부재(8)의 양 측부와 액체 경로 측벽(10) 사이에 갭(β)을 형성하도록 SiN막(29)의 표면과 측면 상에 갭형성 부재(30)를 형성한다.
이후, 도27b에서 SiN막(26)상에서 아래의 표1에 도시된 재료로 형성된 음형(negative type) 감광성 에폭시 수지(31)는 30.0 ㎛의 두께의 알루미늄막으로 형성된 갭형성 부재(30)를 포함하는 상기 설명한 기부판 상에 스핀 코팅(spin-coated)된다. 여기서, 상기의 스핀 코팅 공정으로 에폭시 수지(31)는 매끄럽게 코팅되어 천장판(2)이 결합되는 유동 경로 측벽(10)의 일부가 될 수 있다.
계속해서, 상기 표1에 도시된 것과 같이 사용되는 고온판 에폭시 수지(31)는 90℃의 상태에서 5분 동안 미리 열처리된다. 이후, 에폭싱 장치(Canon: MPA 600)를 사용하여 에폭시 수지(31)는 노출량이 2(J/㎠)인 노출광으로 특정 패턴에 노출된다. 음형 에폭시 수지의 노출부는 경화되는 반면 노출되지 않는 부분은 경화되지 않는다. 따라서, 상기 설명한 노출 단계에서, 단지 액체 공급 포트(5)가 되는 부분을 포함하는 부분만 노출된다. 이후, 상기 설명한 현상기를 사용하여 액체 공급 포트(5)가 되는 구멍부가 형성된다. 이후, 정식 열처리는 200 ℃의 온도에서 1시간 동안 진행된다. 액체 공급 포트(5)가 되는 구멍부의 개구영역은 가동 부재(8)가 되는 SiN막(29)의 영역보다 작게 제조된다.
마지막으로, 도27c에서, 초산, 인산 및 질산들이 혼합된 산(acid)을 사용함으로써 알루미늄막들(25, 27, 28, 30)은 제거를 위해 일루트(elute)되도록 고온 에칭된다. 이후, 액체 공급 포트(5), 가동 부재(8), 고정부재(9) 및 액체 경로 측벽(10)은 기부판(1) 상에 제조된다. 여기서, 무익한 비정질 합금은 발열 요소(기포 발생 수단; 4)를 구비한 요소 기부판(1)의 최상면 층에 인가된다. 따라서, 고온 에칭이 전술한 혼합 산으로 수행된다면 하부층 상의 배선 층이 얇은 막 상의 핀 구멍을 형성함으로써 또는 이의 입자(grain) 경계 영역을 통해 침식되는 것은 완전히 방지된다.
상기 설명한 것처럼, 대용량의 일반적인 액체 공급 챔버(6)를 구비하고 제 시간에 액체 공급 포트(5)의 각각에 연통된 천장판(2)은 가동 부재(8), 액체 경로 측벽(10) 및 그를 위해 구비되는 액체 공급 포트(5)를 갖는 요소 기부판(1)에 결합되어 액체 토출 헤드는 도1 내지 도3 이외에 도시된 것처럼 제조된다.
(제8 실시예)
상기 설명한 제7 실시예의 제조방법에서는 가동 부재(8), 액체 경로 측벽(10) 및 요소 기부판(1)용 액체 공급 포트(5)의 설비를 위한 제조 단계를 설명한다. 그러나, 상기 방법에는 그 설명에 제한될 필요는 없다. 내부에 합체된 가동 부재(8) 및 액체 공급 포트(5)를 이미 갖는 천장판(2)을 그에 형성된 액체 경로측벽(10)을 갖는 요소 기부판(1)에 결합되는 공정을 적용시킬 수 있다.
아래의 도28a 내지 도28d, 도29a, 29b 및 도30에서는 이러한 제조 공정의 일 실시예를 설명한다. 도28a 내지 도28d, 도29a 및 도29b는 공정 단계를 도시한 것으로 요소 기부판(1) 상에 형성된 액체 유동 경로의 방향에 수직 방향으로 취한 단면도이다. 도30은 도28a 내지 도29b에 도시된 단계에서 제조된 천장판을 사용하는 액체 토출 헤드의 구조를 도시한 단면도이다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구조에는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
우선, 도28a에서 산화물막(SiO2; 35)은 약 1.0 ㎛의 두께로 Si 재료로 형성된 천장판(2)의 하나의 면에 형성된다. 이후, 이와 같이 형성된 SiO2막(35)은 액체 공급 포트(5)가 도30에 도시된 것처럼 형성된 대응 위치 상에서 SiO2막을 제거하기 위해 종래의 사진석판술 공정을 사용하여 패턴화된다.
이후, 도28b에서 상기 막이 제거되는 천장판(2)의 일면 상에서의 SiO2막(35)의 부분과 이의 주연부는 약 3.0 ㎛의 두께인 알루미늄막에 의해 형성된 갭형성 부재(36)로 덮인다. 갭형성 부재(36)는 액체 공급 포트(5)와 아래에 설명한 도29b에 도시된 단계에서 형성된 가동 부재(8) 사이에서 갭을 형성하는 데 필요한 것이다.
이후, 도28c에서 SiO2막(35)과 갭형성 부재(36)의 전체적인 표면 상에서 가동 부재(8)의 형성용 재료막인 SiN막(37)은 갭형성 부재(36)를 덮도록 플라즈마 PVD 방법을 사용하여 약 3.0 ㎛인 두께로 형성된다.
그 다음에, 도28d에서, SiN 막(37)은 가동 부재(8)를 형성하도록 공지된 광리소그래픽 공정을 이용하여 패터닝된다. 그 후에, 에칭 정지 층으로 작용하는 전술한 갭 형성 부재에 의하면, 공통 액체 공급 챔버를 형성하도록 Si 천정판(625 ㎛ 두께)에 대해 관통 에칭이 실시된다. 그 다음, 갭 형성 부재(36)로 작용하는 Al 막은 제거용으로 희석되도록 아세트산, 인산 및 질산의 혼합산을 이용하여 고온 에칭된다. 전술한 패터닝에서, 가동 부재(8)가 되는 부분인 가동부(37a) 및 SiN 막(37) 상의 지지 부재(37b) 사이의 갭(β)은 2 ㎛ 이상으로 설정된다. 또한, 후술되는 도29a에 도시된 단계에서, SiN 막(37) 상의 가동부(37a)의 표면으로부터 그 후면으로 관통된 복수의 슬릿(37c)이 가동 부재(8)에 쉽게 대응되는 액체 공급 포트(5)를 형성하도록 1 ㎛ 이하의 폭에서 각각 양호하게 형성된다. 그 다음에, 가동부(37a)의 돌출 영역은 액체 공급 포트인 부분의 개방 영역[SiO2막(35)의 제거 영역]보다 더 크게 만들어진다.
그 다음에, 도29a에서, SiO2막(35)이 제거되는 Si 천정판(2)의 한 면의 일부분이 가동부(37a)의 슬릿(37c)을 통해 비등방성으로 습식 에칭되어 액체 공급 포트(5)를 형성한다.
마지막으로, 도29b에서, 지금까지의 단계들에서 LPCVD 방법을 이용하여 약 0.5 ㎛ 두께로 제조된 부분 상에 SiN 막(38)이 형성된다. SiN 막(38)에 의해, 슬릿(37c)은 내장된 가동 부재(8) 상에서 개방된다. 이러한 연결시에, 각 슬릿(37c)의 갭은 슬릿(37c)이 내장되도록 1 ㎛ 이하로 설정되나, 그 가동부(37a)와지지부(37b) 사이의 갭(β)은 2 ㎛ 이상으로 설정된다. 결과적으로, 갭(β)은 SiN 막(38)으로 내장될 수 없다. 또한, 전술한 LPCVD 방법에 의해 형성된 SiN 막은 실리콘 천정판의 관통 에칭에 의해서 뿐만 아니라 비등방성 에칭에 의해 형성된 실리콘 측벽 상에 코팅됨으로써 잉크에 의한 부식이 방지된다.
천정판(2) 측에 배치된 액체 공급 포트(5) 및 가동 부재(8)가 제공된 부재에 있어서, 한번에 액체 공급 포트(5)들의 각각과 통해 있고 큰 용량을 갖는 공통 액체 공급 챔버(6)가 추가로 제공된다. 이 때, 한 단부가 각각의 토출 포트(7)와 통해 있는 각각의 액체 유동로(3)를 형성하는 유로 벽들을 갖는 소자 기판(1)이 그 부재에 접합되어 도30에 도시된 액체 토출 헤드를 이루게 된다. 또한, 이러한 모드의 액체 토출 헤드는 도1 내지 도3 및 다른 도면에 도시된 구성을 갖는 액체 토출 헤드와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
(다른 실시예)
이하, 본 발명의 액체 토출 원리를 이용하는 헤드에 바람직하게 적합한 다양한 실시예들이 설명된다.
(사이드 슈터형)
도31은 소위 사이드 슈터형의 액체 토출 헤드를 도시하는 단면도이다. 이 도면에서는 제1 실시예에 나타난 동일 구성요소에 대해 동일 참조 부호가 적용된다. 이러한 모드의 액체 토출 헤드는 제1 실시예 및 도31에 도시된 것과 다르고, 발열 부재(4) 및 토출 포트(7)는 평행한 평면에서 서로 대면하도록 배치되고, 액체 유동로(3)는 액체 토출의 축방향에 대해 직각으로 토출 포트(7)와 통해 있다. 또한, 이러한 종류의 액체 토출 헤드는 제1 실시예 및 다른 실시예에서 설명된 동일한 토출 원리에 기초한 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 제7 및 제8 실시예에 따라 설명된 제조 방법은 그에 용이하게 적용될 수 있다.
(가동 부재)
전술한 실시예들의 각각에 대해, 가동 부재를 형성하는 재료는 가동 부재를 양호한 상태로 조작을 용이하게 하는 탄성 뿐만 아니라 용제에 대한 저항성을 갖는 충분히 양호한 재료이어야 한다.
가동 부재의 재료로서, 은, 니켈, 금, 철, 티탄, 알루미늄, 플라티늄, 탄탈, 스테인레스강, 인청동 및 그 합금과 같은 고 내구성의 금속; 또는 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌과 같은 니트릴기 수지; 폴리아미드와 같은 아미드기 수지; 폴리카보네이트와 같은 카르복실기 수지; 폴리아세탈과 같은 알데히드기 수지; 폴리술폰과 같은 술폰기 수지; 및 액정 중합체 또는 다른 수지 및 그 화합물; 금, 텅스텐, 탄탈, 니켈, 스테인레스강, 티탄과 같은 높은 잉크 저항성 금속이 바람직하고; 그리고 그 합금 및 잉크에 대한 저항성에 관해서, 그 표면 상에 코팅된 임의의 것 또는 폴리아미드와 같은 아미드기 수지, 폴리아세탈과 같은 알데히드기 수지, 폴리에테르 에테르케톤과 같은 케톤기 수지, 폴리이미드와 같은 이미드기 수지, 페놀 수지와 같은 하이드록실기, 폴리에틸렌과 같은 에틸기 수지, 폴리프로필렌과 같은 알킬기 수지, 에폭시 수지와 같은 에폭시기 수지, 멜라민 수지와 같은 아미노기 수지, 크실렌 수지 및 그 화합물과 같은 메틸올기 수지, 부가적으로 이산화실리콘 또는 질화실리콘 등의 세라믹 또는 그 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서,본 발명의 가동 부재의 타겟 두께는 ㎛ 단위이다.
이하, 발열 부재와 가동 부재 사이의 구성 관계가 설명된다. 발열 부재 및 가동 부재의 최적 구성에 의하면, 발열 부재를 이용하여 기포화가 수행될 때 적절하게 액체 유동을 제어하고 이용할 수 있다.
소위 버블 제트 기록 방법의 종래 기술에 있어서, 즉, (기포 생성의) 급격한 체적 변화가 수반되는 내부 상태 변화를 생성하기 위해 열 또는 다른 에너지를 잉크에 인가하고 그 상태 변화에 기초하여 작용력을 이용하는 잉크 제트 기록 방법에 있어서, 잉크는 토출된 잉크 부착에 의한 화상 형성을 위해 토출 포트로부터 기록 매체로 토출되고, 발열 부재의 면적 및 잉크의 토출량은 도32의 경사선에 의해 표시된 바와 같이 비례 관계로 유지된다. 그러나, 기포화가 수행되지 않고 잉크 토출에 기여하지 않는 영역(S)이 존재함을 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 발열 부재 상의 연소 상태로부터, 기포화가 수행되지 않는 그 영역(S)이 발열 부재의 원주 상에 존재한다. 이러한 결과를 고려할 때, 약 4 ㎛의 폭의 발열 부재의 원주가 기포화 중에 기여하지 않는 것으로 여겨진다. 한편, 본 발명의 액체 토출 헤드에 있어서, 기포 발생 수단을 포함하는 액체 유동로는 최대 토출량이 조정되도록 토출 포트를 제외하고는 본질적으로 덮여진다. 따라서, 도32의 실선으로 도시된 바와 같이, 발열 부재 및 기포화 힘에 대해 요동이 클 때에도 토출량의 변화가 유발되지 않는 영역이 있다. 그러한 영역을 이용하면, 더 큰 도트에 대해서 토출량의 안정화를 시도할 수 있다.
(소자 기판)
이하, 액체에 열을 가하기 위해 발열 부재(10)에 제공된 소자 기판(1)의 구조에 대해 설명된다.
도33a 및 도33b는 본 발명에 따른 액체 토출 장치의 주요 부분을 도시하는 측면도이다. 도33a는 후술되는 보호 막을 갖는 헤드를 도시한다. 도33b는 어떤 보호 막도 없는 헤드를 도시한다.
소자 기판(1) 상에는 천정판(2)이 배치되고, 소자 기판(1)과 천정판(2) 사이에는 각각의 액체 유동로(3)가 형성된다.
소자 기판(1)에 대해서, 절연 및 열 축적을 위해 실리콘 등의 기층(107) 상에 산화실리콘 막 또는 질화실리콘 막(106)이 입혀진다. 이 막 상에서, 도33a에 도시된 바와 같이 하프늄보라이드(HfB2), 탄탈 니트라이드(TaN), 탄탈 알루미늄(TaAl) 등이 패터닝되고 (0.01 내지 0.2 ㎛ 두께의) 발열 소자(10) 및 (0.2 내지 1.0 ㎛ 두께의) 알루미늄 등의 배선 전극(104)이 구성된다. 발열되도록 저항 층(105)을 통해 전류가 흐를 수 있도록 배선 전극(104)을 통해 저항 층(105)에 전압이 인가된다. 배선 전극(104)들 사이의 저항 층(105) 상에는, 산화실리콘, 질화실리콘 등의 보호 층(103)이 0.1 내지 2.0 ㎛ 두께로 형성된다. 또한, 이러한 층 상에는, 탄탈 등의 캐비테이션 방지 층(102)이 박막되어 잉크 또는 다양한 다른 액체로부터 저항 층(105)을 보호해 준다.
발포시 또는 기포 소멸시에 압력 및 충격파가 강화되어, 강성 및 취성 산화막의 내구성이 현저히 낮아질 수 있다. 이를 상쇄하기 위해, 캐비테이션 방지층(102)으로서 탄탈(Ta)과 같은 금속 재료가 이용된다.
또한, 액체 유동로 구성 및 저항 재료의 컴비네이션에 의해, 전술한 저항 층(105)에 보호 막(103)이 필요하지 않은 구성을 마련할 수 있다. 그러한 구성 예는 도33b에 도시되어 있다. 이리듐-탄탈-알루미늄의 합금은 보호 막(103)을 필요로 하지 않는 저항 층(105)의 재료로서 인용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 전술한 실시예들에서의 발열 소자(4)의 구성을 형성하기 위해 전극(104)들 사이에 단지 저항 층(105)(발열부)만을 배치할 수도 있다. 또한, 보호 막(103)이 저항 층(105)의 보호를 위해 포함되도록 구성될 수도 있다.
각 실시예에 대해서, 전기 신호에 따라 발열 소자로서 열을 발생하는 저항 층(105)에 의해 형성된 발열부가 구성되지만, 발열 부재가 그러한 발열부로서 제한되는 것은 아니다. 액체 토출을 위해 액체를 기포화하는 데 기포를 생성할 수 있다면 어떤 다른 발열 부재도 채택될 수도 있다. 예를 들어, 그러한 소자는 레이저 또는 다른 어떤 광을 수용할 때 열을 발생하는 광열 변환 부재이거나 또는 고주파수를 수용할 때 열을 발생하는 열 발생부가 제공된 부재일 수 있다.
이러한 점에서, 전술한 소자 기판(1) 상에서, 발열 소자(4)를 선택적으로 구동하는데 필요한 트랜지스터, 다이오드, 래치 및 시프트 레지스터 등과 같은 기능성 장치들과 그 외에 발열부를 구성하는 저항층(105) 및 저항층(105)에 전기 신호를 공급하도록 배선 전극(104)에 의해 형성된 각각의 발열 소자(4)는 반도체 제조 공정을 이용하여 일체로 합체될 수 있다.
또한, 전술한 소자 기판(1) 상에 설치된 각각의 발열 소자(4)의 발열부를 구동함으로써 액체를 토출하기 위해, 도34에 도시된 그러한 직사각형 펄스는 배선 전극(104)들 사이의 저항층(105)이 급격하게 가열될 수 있도록 배선 전극(104)을 통해 저항층(105)에 인가된다. 앞서 설명한 실시예들의 각각의 헤드에 대해, 열 발생 요소는 150mA의 전류를 갖는 7μsec의 펄스 폭의 24V의 전압을 갖는 6kHz의 전기 신호의 인가에 의해 구동된다. 상기 설명된 작동으로, 액체인 잉크가 각각의 토출 포트(7)로부터 토출된다. 그러나, 구동 신호의 조건은 이에 제한되는 것은 아니며, 발포 액체가 구동 신호에 의해 적절하게 발포되기만 한다면 임의의 구동 신호가 채택될 수 있다.
(토출 액체)
앞서 설명된 액체에 대해, 기록용으로 사용 가능한 액체(기록 액체)로서 종래의 버블 젯 장치용으로 사용된 것과 동일한 성분을 갖는 잉크를 사용하는 것이 가능하다.
그러나, 토출 액체의 특성으로서, 토출, 발포, 또는 가동 부재의 자체 작동을 방해하지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
기록용 토출 잉크로서, 고점성 잉크 등도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 대해, 이하의 성분을 갖는 잉크가 토출 액체로서 채택될 수 있는 기록 액체로서 사용된다. 그러나, 결국 잉크 토출 속도를 더 빠르게 만드는 증대된 토출력으로, 잉크 액적의 이동 정확도가 매우 섬세한 품질의 기록 화상을 얻도록 개선된다.
(액체 토출 장치)
도35는 상기 실시예들 각각에 따라 설명된 액체 토출 헤드를 적용하기 위해 잉크 젯 기록 장치 상에 설치될 수 있는 액체 토출 장치의 하나의 실례인 잉크 젯 기록 장치의 구조를 도시하는 개략적인 도면이다. 도35에 도시된 잉크 젯 기록 장치(600) 상에 설치된 헤드 카트리지(601)는 상기 설명된 구조의 액체 토출 헤드와, 액체 토출 헤드로 공급될 액체를 담는 액체 용기를 구비한다. 도35에 도시된 것처럼, 헤드 카트리지(601)는 구동 모터(602)의 정상 및 역전 회전과 맞물린 구동력 전달 기어(603, 604)를 통해 회전하는 리드 스크루(605)의 나선형 홈(606)과 결합된 캐리지(607) 상에 장착된다. 헤드 카트리지(601)는 화살표(a, b)에 의해 표시된 방향으로 안내부(608)를 따라 캐리지(607)와 함께 구동 모터(602)의 구동력에 의해 왕복한다. 잉크 젯 기록 장치(600)는 헤드 카트리지(601)로부터 토출되는 잉크와 같은 액체를 수용하는 기록 매체로서 사용되는 인쇄 용지(P)를 유지하기 위해 (도시되지 않은) 기록 매체 유지 수단을 구비한다. 그 다음, 인쇄 용지(P)를 기록 매체 유지 수단에 의해 압반(609) 상에 유지하는 데 사용하기 위한 용지 가압 판(610)이 캐리지(607)의 이동 방향에 걸쳐 인쇄 용지(P)를 압반(609)으로 가압하도록 배열된다.
광결합기(611, 612)가 리드 스크루(605)의 일단부의 주위에 배열된다. 광결합기(611, 612)는 광결합기(611, 612)의 유효 영역 내의 캐리지(607)의 레버(607a)의 존재를 인식함으로써 구동 모터(602)의 회전 방향을 절환하는 기본 위치를 검출하기 위한 수단이다. 압반(609)의 일단부의 주위에, 지지 부재(613)가 헤드 카트리지(601)의 토출부를 갖는 전방 단부를 덮는 캡 부재(614)를 지지하기 위해 배열된다. 또한, 아이들 토출 등이 헤드 카트리지(601)로부터 이루어질 때 캡 부재(614)의 내부에 보유된 잉크를 흡입하는 잉크 흡입 수단(615)이 배열된다. 잉크 흡입 수단(615)에 의해, 헤드 카트리지(601)의 흡입력 회복은 캡 부재(614)의 개구부를 통해 수행된다.
잉크 젯 기록 장치(600)에 본체 지지 부재(619)가 제공된다. 이러한 본체 지지 부재(619)에 대해, 가동 부재(168)가 전방 및 후방, 즉 캐리지(607)의 이동 방향에 직각인 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 가동 부재(618) 상에, 세척 블레이드(617)가 설치된다. 세척 블레이드(617)의 유형은 이러한 장치에 제한될 필요는 없다. 몇몇의 다른 유형의 공지된 세척 블레이드가 적용 가능하다. 또한, 잉크 흡입 수단(615)이 그의 흡입력 회복 작동을 할 때 흡입을 개시하는 레버(620)가 제공된다. 레버(620)는 캐리지(607)와 결합된 캠(621)의 이동을 따라 이동한다. 레버의 이동은 구동 모터(602)의 구동력을 절환하는 클러치와 같은 공지된 전달 수단에 의해 제어된다. 헤드 카트리지(601)에 제공된 열 발생 요소에 대한 신호 공급뿐만 아니라 앞서 설명된 기구 각각의 구동 제어를 처리하는 잉크 젯 기록제어기가 기록 장치 본체측에 제공되고, 도35에는 도시되지 않았다.
상기 설명된 구조의 잉크 젯 기록 장치(600)에 대해, 전술된 기록 매체 유지 수단은 인쇄 용지(P)를 압반(609) 상에 유지하고, 헤드 카트리지(601)는 인쇄 용지(P)의 전체 폭에 걸쳐 왕복한다. 이러한 왕복 중에, 구동 신호가 (도시되지 않은) 구동 신호 공급 수단으로부터 헤드 카트리지(601)로 공급될 때, 잉크(기록 액체)는 기록용 구동 신호에 따라 액체 토출 헤드 유닛으로부터 기록 매체로 토출된다.
도36은 본 발명의 액체 토출 장치를 사용함으로써 잉크 젯 기록을 수행하기 위한 기록 장치의 전체를 도시하는 블럭도이다.
기록 장치는 제어 신호로서 호스트 컴퓨터(300)로부터 인쇄 정보를 수신한다. 인쇄 정보는 인쇄 장치 내부의 입력 인터페이스(301) 상에 제공 가능하게 저장되고, 동시에 기록 장치 내에서 처리 가능한 데이터로 변환되어, 헤드 구동 신호 공급 수단으로서 이중으로 기능하는 CPU(중앙 처리 장치)로 입력된다. CPU(302)는 ROM(읽기 전용 메모리) 상에 저장된 제어 프로그램에 따라 RAM(임의 접근 메모리, 304)와 다른 주변 장치를 이용해서 CPU(302)에 의해 수신된 데이터를 처리한다.
또한, CPU(302)는 기록 용지 상의 적절한 위치 상에 화상 데이터를 기록하기 위해 화상 데이터와 동기적으로 기록 용지와 캐리지(607)를 캐리지 상에 장착된 헤드 카트리지(601)와 함께 이동하도록 유지하기 위해 구동 모터(602)를 구동하는 데 이용되는 구동 데이터를 생성한다. 화상 데이터와 모터 구동 데이터는 각각 헤드 구동기(307) 및 모터 구동기(305)를 통해 헤드 카트리지(601) 및 구동 모터(602)로전달된다. 이들은 각각 화상을 형성하기 위해 제어된 타이밍으로 구동된다.
잉크와 같은 액체를 그 위에 부착시키기 위한 종류의 기록 장치용으로 사용되는 기록 매체(150)에 대해, 대상 매체로서는, 다양한 종류의 종이 및 OHP 시트; 컴팩트 디스크 및 장식용 보드 등에 사용되는 플라스틱 재료; 천; 알루미늄, 구리와 같은 금속성 재료; 쇠가죽, 돼지가죽, 인조 가죽과 같은 가죽 재료; 목재, 합판, 대나무 재료와 같은 목재; 타일과 같은 세라믹 재료; 스폰지와 같은 3차원 구조재를 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본원의 기록 장치로서, 다음의 것들, 다양한 종류의 종이 및 OHP 시트 등에 기록하기 위한 인쇄 장치, 컴팩트 디스크 상에 기록하는 플라스틱 재료 및 다른 플라스틱 재료를 사용하기 위한 기록 장치, 금속성 판에 기록하는 금속성 재료를 사용하기 위한 기록 장치, 가죽에 기록하는 가죽 재료를 사용하기 위한 기록 장치, 목재에 기록하는 목재를 사용하기 위한 기록 장치, 세라믹 재료에 기록하는 세라믹을 사용하기 위한 기록 장치, 스폰지와 같은 3차원 망 구조재를 기록하기 위한 기록 장치가 포함된다. 또한, 천위에 기록하는 직물 인쇄 장치 등이 포함된다.
또한, 이러한 액체 토출 장치들 중 하나를 위해 사용 가능한 액체를 토출시킬 때, 각각의 기록 매체와 기록 조건과 부합하는 액체가 사용될 수만 있으면 충분하다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 토출력의 향상과 토출 주파수의 향상을 동시에 도모하고 종래 달성하지 못했던 수준의 고속 및 고화질을 달성할 수 있는 효과가 있다.
Claims (61)
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 가지며 지지되고 자유단을 구비하며 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 대면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하는 액체 토출 헤드에서의 액체 토출 방법이며,기포 발생 수단에 구동 전압을 인가하는 시점으로부터 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 등방성 성장이 종료되는 시점까지의 기간 동안에 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 상기 가동 부재의 기간을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 하는 가동 부재의 기간은 적어도 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 등방성 성장 기간의 종료시까지 계속되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 하는 가동 부재의 기간 후에 기포 발생 수단에 의해 상기 토출 포트측 상에 생성된 기포 부분의 성장 기간 동안에, 상기 가동 부재가 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단으로 변위하기 시작하여 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로까지 액체 공급을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 가동 부재가 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단으로 변위되기 시작한 후에, 상기 가동 부재는 액체를 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로에 공급하도록 가동 부재 상의 기포 부분의 수축 기간 동안에 기포 발생 수단으로 더 변위되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 기포 발생 영역 상에서의 기포 성장의 체적 변화 및 기포의 발생 시점으로부터 소멸 시점까지의 기간은, 토출 포트측 및 액체 공급 포트측 상에서의 체적 변화 및 기간과는 크게 다른 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 삭제
- 제1항 또는 제5항에 있어서, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vr이라 할 때, Vf ＞ Vr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tr이라 할 때, Tf ＞ Tr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제1항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제10항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 가지며 지지되고 자유단을 구비하며 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 대면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드에서의 액체 토출 방법이며,공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로로의 액체 공급을 가능하게 하기 위한 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 하는 가동 부재의 기간 후에 기포 발생 수단에 의해 토출 포트측 상에 생성된 기포 부분이 성장하는 기간 동안에, 상기 가동 부재를 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단으로 변위시키기 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 가동 부재가 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단으로 변위되기 시작한 후에, 상기 가동 부재는 액체를 공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로에 공급하도록 가동 부재 상의 기포 부분의 수축 기간 동안에 기포 발생 수단으로 더 변위되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제12항에 있어서, 기포 발생 영역 상에서의 기포 성장의 체적 변화 및 기포의 발생 시점으로부터 소멸 시점까지의 기간은, 토출 포트측 및 액체 공급 포트측 상에서의 체적 변화 및 기간과는 크게 다른 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 삭제
- 제12항에 있어서, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vr이라 할 때, Vf ＞ Vr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제12항에 있어서, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tr이라 할 때, Tf ＞ Tr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제12항에 있어서, 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제12항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 제19항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와,일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와,상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과,공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와,액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 10 ㎛ 이하의 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하고,상기 토출 포트와 기포 발생 수단이 선형 연통 상태에 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제21항에 있어서, 상기 가동 부재가 액체 유동로를 형성하는 유동로 벽들과도 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 기포 발생 수단의 최상부 표면에 비정질 합금 박막이 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제23항에 있어서, 상기 비정질 합금이 탄탈륨, 철, 니켈, 크롬, 게르마늄 및 루테늄으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 재료로 된 합금인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제21항에 있어서, 상기 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제21항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제26항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제21항에 따른 액체 토출 헤드와,상기 액체 토출 헤드로부터 토출되는 액체를 수용하는 기록 매체를 반송하기 위한 기록 매체 반송 수단을 포함하는 액체 토출 장치.
- 제28항에 있어서, 잉크가 기록 매체에 점착되어 기록을 행하기 위하여 액체토출 헤드로부터 토출되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 액체를 토출하기 위한 토출 포트와,일단부에서 상기 토출 포트에 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 갖는 액체 유동로와,상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과,공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로에 대하여 배열된 액체 공급 포트와,액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 10 ㎛ 이하의 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하고,상기 토출 포트와 기포 발생 수단이 선형 연통 상태에 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제30항에 있어서, 상기 가동 부재가 액체 유동로를 형성하는 유동로 벽들과도 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제30항에 있어서, 상기 기포 발생 수단의 최상부 표면에 비정질 합금 박막이제공되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제31항에 있어서, 상기 비정질 합금이 탄탈륨, 철, 니켈, 크롬, 게르마늄 및 루테늄으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 재료로 된 합금인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제30항에 있어서, 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제30항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제35항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제30항에 따른 액체 토출 헤드와, 상기 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하는 기록 매체를 반송하는 기록 매체 반송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 제37항에 있어서, 상기 잉크는 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록 매체로의 잉크 점착에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일 단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비한 가동 부재를 포함하며,적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 가동 부재의 영역은 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크며,상기 가동 부재는, 기포 발생 수단에 구동 전압을 인가후 기포 발생 수단에 의해 전체 기포의 대체로 등방성 성장 기간 중 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 기간을 가지며,상기 가동 부재는, 상기 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키도록 하는 동일한 가동 부재의 기간 후에 기포 발생 수단에 의해 상기 토출 포트측 상에생성된 기포 부분의 성장 기간 동안에, 상기 가동 부재가 개구 영역을 폐쇄하여 본질적으로 단절시키는 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단까지 변위하기 시작하여, 공통의 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로까지 액체 공급을 가능하게 하며,토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 최대 체적을 Vr이라 할 때, Vf ＞ Vr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 있어서, 토출 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tf라 하고 액체 공급 포트측 상의 기포 발생 영역에서 성장하는 기포의 수명을 Tr이라 할 때, Tf ＞ Tr 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 있어서, 상기 기포 소멸 지점은 기포 발생 영역의 중심부로부터 토출 포트측 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 있어서, 비정질 합금의 박막이 기포 발생 수단의 최상부의 표면에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제42항에 있어서, 상기 비정질 합금은 탄탈륨, 철, 니켈, 크롬, 게르마늄 및 루테늄으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 있어서, 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제45항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제39항에 따른 액체 토출 헤드와, 상기 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하는 기록 매체를 반송하는 기록 매체 반송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 제47항에 있어서, 상기 잉크는 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록 매체로의 잉크 점착에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일 단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비한 가동 부재를 포함하며,적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 가동 부재의 영역은 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크며,가동 부재의 자유단은 기포 형성 초기 단계에서 액체 공급 포트 측으로 액체 유동로 내에 작게 변위되며,기포 소멸과 함께, 가동 부재의 자유단은 공통의 액체 공급 챔버로부터 액체 공급 포트를 통해 액체 유동로 내로 액체를 공급하도록 기포 발생 수단측으로 액체 유동로 내에 크게 변위되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제49항에 있어서, 상기 가동 부재의 자유단의 변위량은 기포 형성 초기 단계에서 액체 공급 포트측으로 액체 유동로 내에 변위량(h1)으로 한정되며,가동 부재의 자유단이 기포 소멸과 함께 기포 발생 수단측으로 액체 유동로 내에서 변위될 때, h1 < h2 인 관계가 항상 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제49항에 있어서, 비정질 합금의 박막이 기포 발생 수단의 가장 위의 표면에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제51항에 있어서, 상기 비정질 합금은 탄탈륨, 철, 니켈, 크롬, 게르마늄 및 루테늄으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제49항에 있어서, 가동 부재의 푸트를 지지하도록 가동 부재에 일체로 형성된 푸트 지지 부재가 상기 가동 부재의 높이 위치를 푸트 지지 부재의 고정 위치에 대하여 한 단차만큼 이탈시키기 위한 단차를 구비하고, 상기 가동 부재의 두께가 상기 단차의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제49항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지와 액체 유동 공급 포트측 상의 가동 부재의 면 사이의 갭 α와 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩되는 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ α인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제54항에 있어서, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트의 개구 에지에 중첩하는 토출 포트 방향으로의 가동 부재의 중첩폭 W4와 폭방향에서 가동 부재의 중첩폭 W3 사이의 관계가 W3 ＞ W4인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
- 제49항에 따른 액체 토출 헤드와, 상기 액체 토출 헤드로부터 토출된 액체를 수용하는 기록 매체를 반송하는 기록 매체 반송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 제56항에 있어서, 상기 잉크는 액체 토출 헤드로부터 토출되어 기록 매체로의 잉크 점착에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 최소의 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드 제조 방법에 있어서,상기 액체 유동로가 되는 기포 발생 수단이 제공된 요소 기판의 부분을 커버하는 영역에 대해 제1 보호층을 형성하고 패터닝하는 단계와,상기 제1 보호층을 포함하는 요소 기판의 표면 상에 액체 유동로의 형성을 위해 사용되는 제1 벽 재질을 형성하는 단계와,상기 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의 일부를 제거하는 단계와,상기 제거된 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의 일부를 묻는 단계와,연마에 의해 제1 벽 재질의 전체 표면을 매끄럽게 하는 단계와,상기 가동 부재 및 제1 벽 재질에 대한 고정부의 형성을 위해 매끄럽게 된 제1 벽 재질 상에 제2 보호막을 형성하는 단계와,상기 액체 유동로가 되는 부분에 대응하는 위치 상에 상기 액체 유동로가 되는 부분보다 작은 폭으로 상기 가동 부재가 되는 재질 막을 패터닝함으로써 형성하는 단계와,상기 액체 공급 포트와 가동 부재 사이의 갭을 형성하도록 가동 부재가 되는 재질막의 외주 상에 갭 형성 부재를 형성하는 단계와,상기 갭 형성 부재를 포함하는 기판 상에 액체 공급 포트의 형성을 위해 제2 벽 재질을 제1 벽 재질 상에 형성하는 단계와,상기 가동 부재가 되는 재질막보다 작은 개구 영역이 되도록 액체 공급 포트가 되는 제2 벽 재질 부분을 형성하는 단계와,상기 갭 형성 부재, 제2 보호층 및 상기 액체 유동로가 되는 제1 벽 재질의부분을 묻는 데 사용되는 제1 보호층을 용해함으로써 제거하는 단계와,이전 단계까지의 단계에서 형성된 기판에 공통의 액체 공급 챔버가 제공된 천장판을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드 제조 방법.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와, 일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와, 상기 기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과, 공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와, 액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 최소의 갭을 갖고 지지되고 자유단을 구비하고 적어도 상기 자유단 부분과 이로부터 연속되는 양측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로에 면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 구비한 액체 토출 헤드 제조 방법에 있어서,상기 액체 유동로의 벽이 되는 천장판의 부분에 대해 제1 보호층을 형성하고 패터닝하는 단계와,상기 액체 공급 포트와 가동 부재 사이의 갭의 형성을 위한 갭 형성 부재를 제1 보호층이 없는 천장판의 부분 상에 형성하는 단계와,상기 갭 형성 부재 및 제1 보호층의 전체 표면 상에 가동 부재가 되는 재질 막을 형성하는 단계와,상기 액체 공급 포트가 되는 부분의 개구 영역보다 큰 패턴으로 가동 부재가되는 재질 막을 형성하고, 갭 형성 부재를 용해하기 위해 액체 내에 유동을 용이하게 하도록 상기 가동 부재 상의 구멍을 통해 형성하는 단계와,에칭 정지층으로서의 갭 형성 부재로 공통의 액체 공급 챔버를 건식 에칭함으로써 형성하는 단계와,상기 갭 형성 부재를 제거하는 단계와,제1 보호층이 없는 천장판의 부분을 비등방성으로 습식 에칭함으로써 액체 공급 포트를 형성하는 단계와,상기 가동 부재가 되는 재질 막과 동일한 재질로 가동 부재의 관통 구멍을 묻고, 에칭측 상의 벽을 상기 막으로 피막하는 단계와,이전 단계까지의 단계에서 형성된 부재에 기포 형성 수단 및 액체 유동로의 형성을 위해 벽 부재가 제공된 요소 기판을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드 제조 방법.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와,일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와,기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과,공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와,액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 가지며 지지되고, 자유단을 가지며, 적어도 상기 자유단의 에지와 이로부터 연장되는 양 측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로를 대면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하는 액체 토출 헤드용 액체 토출 방법이며,기포 발생 수단에 구동 전압을 인가하는 단계와,가동 부재로 개구 영역을 실질적으로 폐쇄하는 단계와,기포 발생수단에 의해 생성된 기포의 성장을 실질적인 등방성 성장에서 비등방성 성장으로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
- 액체를 토출하기 위한 다수의 토출 포트와,일단부에서 상기 토출 포트 각각과 항상 연통하고 액체 내에 기포를 생성하기 위한 기포 발생 영역을 각각 갖는 다수의 액체 유동로와,기포를 생성하여 성장시키도록 에너지를 발생하기 위한 기포 발생 수단과,공통 액체 공급 챔버와 연통되도록 상기 액체 유동로 각각에 대하여 배열된 다수의 액체 공급 포트와,액체 유동로측 상의 액체 공급 포트에 작은 갭을 가지며 지지되고, 자유단을 가지며, 적어도 상기 자유단의 에지와 이로부터 연장되는 양 측부에 의해 둘러싸인 영역이 액체 유동로를 대면하는 액체 공급 포트의 개구 영역보다 크게 된 가동 부재를 포함하는 액체 토출 헤드용 액체 토출 방법이며,가동 부재로 개구 영역을 실질적으로 폐쇄하는 단계와,공통 액체 공급 챔버로부터 액체 유동로로 액체를 공급하도록 기포 발생 수단에 의해 생성된 기포가 토출 포트 측에서 성장하는 동안 개구 영역이 실질적으로 폐쇄된 위치로부터 액체 유동로 내의 기포 발생 수단 측으로 가동 부재를 변위시키기 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 방법.
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