KR100460244B1

KR100460244B1 - 잉크 제트 헤드, 그 제조 방법 및 잉크 제트 기록 장치

Info

Publication number: KR100460244B1
Application number: KR10-2002-0009695A
Authority: KR
Inventors: 야베겐지
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-02-23
Publication date: 2004-12-08
Also published as: CA2372371C; DE60207622D1; US6676241B2; US20020122101A1; CA2372371A1; DE60207622T2; AU784872B2; JP2002248771A; EP1234671B1; CN1383985A; CN1189323C; EP1234671A1; ATE311294T1; AU1681602A; JP3728210B2; KR20020069172A

Abstract

본 발명은 방출 포트로부터 액체를 방출하기 위한 에너지를 생성하는 액체 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과, 기판에 접합되고 액체 방출 압력 생성 소자 상의 위치를 통해 방출 포트와 연통하는 유동 경로를 형성하는 유동 경로 형성 부재와, 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 적어도 일부에 형성되고 유동 경로 형성 부재와 기판 사이의 접착력보다 큰 기판과 유동 경로 형성 부재에 대한 접착력을 갖는 접착층을 구비하고, 접착층은 기판으로부터 박리되는 방향으로 유동 경로 형성 부재의 응력이 집중되는 위치에, 유동 경로 형성 부재와 접착층 사이의 접합 영역보다 넓은 영역으로 형성되는 잉크 제트 헤드에 관한 것이다.

Description

잉크 제트 헤드, 그 제조 방법 및 잉크 제트 기록 장치{Ink Jet Head, Producing Method therefor And Ink Jet Recording Apparatus}

본 발명은 기록 매체 상으로의 퇴적을 위해 잉크(액체)를 방출함으로써 화상을 형성하기 위한 잉크 제트 헤드에 관한 것으로, 특히 잉크를 방출하기 위해 압력을 생성하는 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판에 제공되는 잉크 제트 헤드, 잉크 유동 경로를 구성하기 위해 기판에 부착되는 유동 경로 형성 부재, 및 기판과 유동 경로 형성 부재 사이에 접착력을 증가시키기 위한 연결층에 관한 것이다.

프린터 등에 채용되는 기록 방법 중, 문자 또는 화상을 형성하기 위해 방출 포트로부터 기록 매체 상에 잉크를 방출하는 잉크 제트 기록 방법이 최근 광범위하게 채용된다. 이는 그 방법이 고밀도로 고속 기록 작동이 가능한 저소음의 비충격 기록 시스템이기 때문이다.

일반적으로, 잉크 제트 기록 장치에는 잉크 제트 헤드, 이러한 잉크 제트 헤드를 지지하는 캐리지, 이러한 캐리지를 위한 구동 수단, 기록 매체를 급송하는 급송 수단, 및 이러한 부품을 제어하는 제어 수단이 제공된다. 캐리지의 이동 하에서 기록 작동을 수행하는 장치는 시리얼 타입으로 불린다. 한편, 잉크 제트 헤드의 이동없이 기록 매체의 급송 작동에 의해 기록 작동을 수행하는 장치는 라인 타입으로 불린다. 라인 타입 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 제트 헤드에는 기록 매체의 전폭에 걸쳐 배열된 복수의 노즐이 제공된다.

잉크 제트 헤드에 있어서, 방출 포트로부터 잉크 액적을 방출하기 위한 압력을 생성하는 잉크 방출 압력 생성 소자에 대해, 피에조 소자와 같은 전기기계 변환 소자, 열 생성 레지스터와 같은 전열 변환 소자, 또는 전기파 또는 레이저광을 이용하는 전자기파 기계적 변환 소자 또는 전자기파 열적 변환 소자가 공지된다. 이중에서, 잉크 방출 압력 생성 소자를 위한 열 생성 레지스터를 이용하고 버블을 생성하기 위해 잉크의 막비등(film boiling)을 유도하여 잉크를 방출하는 소위 버블 제트 방법의 잉크 제트 헤드는 압력 생성 소자가 고밀도로 배열될 수 있기 때문에 고해상도 기록에 효과적이다. 이러한 잉크 제트 헤드에는 일반적으로 복수의 방출 포트, 복수의 방출 압력 생성 소자, 및 잉크 공급 시스템으로부터 공급되는 잉크를 방출 압력 생성 소자를 통해 방출 포트로 안내하기 위한 유동 경로가 제공된다.

잉크 유동 경로를 형성하기 위한 유동 경로 형성 부재를 방출 압력 생성 소자를 보유한 기판에 접합함으로써 잉크 제트 헤드를 형성하기 위해서, 통상 다양한 방법이 제안된다. 예컨대, 일본 특허 출원 공개 번호 제61-154947호는 방출 압력 생성 소자를 보유한 후에 그 위에 형성하는 기판 상에 가용성 수지로 유동 경로 패턴을 형성하고, 유동 경로 패턴을 덮도록 에폭시 수지와 같은 수지층을 경화시키고, 기판을 절단한 후에 가용성 수지를 용해시키는 방법이 개시된다. 또한, 일본 특허 출원 공개 번호 제3-184868호는 유동 경로 패턴을 위한 커버링 수지로서 방향 에폭시 혼합물의 양이온 중합성 및 경화성 물질을 채용하는 것이 효과적이라는 것을 개시한다.

이 제조 방법에 있어서, 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과 유동 경로 형성 부재의 접합은 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 접착력에 의한 것이다.

잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로는 정상 사용 상태에서 잉크로 일정하게 충전되어 잉크 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 접합부의 주연부가 잉크와 접촉하게 된다. 따라서, 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 재료의 접착력에 의해서만 접합이 달성된다면, 접합부의 접착은 잉크의 영향에 의해 일정 시기에 열화될 수도 있다.

또한, 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 다양한 재료의 기록 매체 상에 기록을 수행하고 기록된 화상에 내수성을 제공할 것이 최근 요구되며, 묽은 알카리성 잉크가 이러한 요구조건에 상응하도록 채용될 수도 있다. 특히 이러한 묽은 알카리성 잉크의 경우에 있어서, 잉크 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 접착력을 장시간 유지하는 것이 어려워질 수도 있다.

또한 소위 버블 제트 헤드에 있어서, 버블의 소멸시에 잉크 또는 캐비테이션에 의해 유발되는 전기침식에 의해 열 생성 레지스터 등이 손상되는 것을 억제하기 위해서, 예컨대 SiN 또는 SiO2로 구성된 무기 절연층과 예컨대 Ta로 이루어진 캐비테이션억제 층을 특히 열 생성 레지스터 상에 형성하는 것이 통상적이다. 이러한 Ta 층은 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지층에 대해 SiN 층보다 작은 접착력을 가진다. 이러한 이유로, 유동 경로 형성 부재는 가혹한 조건하에서 Ta 층으로부터 박리될 수도 있다.

기판으로부터 유동 경로 형성 부재가 박리되면 유동 경로의 형상이 변하여 잉크 방출 특성이 변하고 화상 형성에 불리한 영향을 주게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 일본 특허 출원 공개 번호 제11-348290호에 따르면, 기판과 유동 경로 형성 부재 사이에 폴리에테르아미드 수지로 이루어진 접착층을 형성하는 것이 효과적이다. 전술된 특허 출원에 따르면, 알카리성 잉크를 사용하는 경우 또는 Ta 층 상에 유동 경로 형성 부재를 접합시키는 경우 모두에서 우수한 접착력이 장시간 유지될 수 있다.

이러한 접착층을 갖는 종래의 잉크 제트 헤드는 각각 이러한 잉크 제트 헤드의 유동 경로 부근을 도시하는 수평 단면도 및 도20a의 선20B-20B를 따른 단면도인 도20a 및 도20b에서 도시된다. 이러한 잉크 제트 헤드에는 기판(51) 상에 유동 경로벽(61)과 그 위에 형성되고 방출 포트(59)를 갖는 (도시되지 않은) 천장부가 수지 재료의 전술된 유동 경로 형성 부재(58)에 의해 제공된다. 방출 포트(59)는 기판(51) 상에 제공된 (도시되지 않은) 복수의 잉크 방출 압력 생성 소자에 대향된 관계로 개방된다. 유동 경로벽(61)은 빗살(comb-tooth) 형태로 복수의 유닛으로 형성되며, 인접한 유동 경로벽 사이에는 도20a의 하부측으로부터 잉크 방출 압력 생성 소자 상에 잉크를 안내하기 위한 유동 경로가 형성된다. 각 유동 경로의 진입부에는, 예컨대 유동 경로 내로 먼지가 들어가는 것을 방지하도록 그 사이에 소정의 간극을 갖는 수직 연장된 2개의 기둥(62)이 형성된다.

유동 경로 형성 부재(58)는 접착층(56)을 가로질러 기판(51)에 접합된다. 상이하게 기술하면, 접착층(56)은 유동 경로 형성 부재(58)와 기판(51) 사이에 형성된다. 이러한 구성에 있어서, 접착층(56)이 유동 경로 형성 부재(58)보다 넓은 평탄 영역 위에 형성되면, 유동 경로에는 접착층(56)을 보유하는 영역과 접착층(56)이 결핍된 영역 사이의 경계부에 단차차(step difference)가 형성된다. 이러한 단차차는 유동 경로에서 잉크의 유동성을 복잡하고 불안정하게 하여 소정의 안정된 유동을 방해한다. 또한, 접착층(56)이 잉크 방출 압력 생성 소자 상에 제공되면, 잉크 방출 압력 생성 소자로부터의 방출 에너지가 접착층(56)을 통해 잉크로 전달되기 때문에 잉크로의 방출 에너지의 전달 시에 손실은 커진다. 또한, 방출 에너지는 접착층(56)에 힘 또는 열을 인가하여 박리하는 것을 자극할 수도 있다. 따라서, 접착층(56)은 잉크 방출 압력 생성 소자의 영역을 배제한 평탄 영역에 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 접착층(56)은 유동 경로 형성 부재(58) 보다 협소한 평탄 영역에 제공되는 것이 통상적이다.

그러나 전술된 잉크 제트 헤드는 유동 경로 형성 부재(58)가 이에 인가된 물리적인 응력에 의해 박리될 수도 있는 결함과 관련된다. 이러한 현상은 각각 종래의 잉크 제트 헤드의 측단면도, 기판(51)으로의 유동 경로 형성 부재(58)의 접합부의 확대도, 및 유동 경로 부근의 부분 수평 단면도인 도21a, 도21b, 및 도33을 참조하여 이후에 설명될 것이다.

이러한 잉크 제트 헤드에 있어서, 기판(51)의 중앙 부근에는, 잉크 공급 개구(66)가 잉크 공급 개구 마스크(53)를 채용하는 에칭 공정에 의해 형성된다. 기판(51) 상의 잉크 공급 개구(60)의 양 측부 상에 있어서, 도21a의 평면에 수직인 방향으로, 복수의 잉크 방출 압력 생성 소자(52)와 이 소자들을 구동하기 위한 제어 신호 입력 전극이 배열된다. 이 소자 상에 보호성 SiN 층(54)이 형성되고 캐비테이션억제 Ta 층(55)은 잉크 방출 압력 생성 소자(52) 상에 형성된다. SiN 층(54) 상에는, 접착층(56)을 가로질러 유동 경로를 형성하는 유동 경로벽(61)과 방출 포트(59)를 구비하는 천장부를 구성하는 유동 경로 형성 부재(58)가 접합된다.

이러한 잉크 제트 헤드에 있어서, 수지 성분으로 이루어진 유동 경로 형성 부재(58)는 잉크와의 오랜 접촉에 의해 팽창될 수도 있다. 이렇게 팽창됨으로써 유동 경로 형성 부재(58)에는 도21a 및 도21b의 화살표에 의해 표시되는 바와 같이 중앙으로부터 주연 부분으로 확산되는 응력이 생성되어, 이로써 응력은 유동 경로 형성 부재(58)가 박리되게 유도하도록 내부로부터 외부를 향해 유동 경로 형성 부재(58)와 기판(51) 사이의 접합부에서 생성된다. 이러한 응력은 잉크 공급 개구(60)를 향한 방향으로 유동 경로벽(61)의 전방 단부에 특히 집중되는 경향이 있다. 종래의 구성에 있어서, 유동 경로 형성 부재(58)의 부분은 상기에서 설명되는 바와 같이 액체 경로벽(61)의 전방 단부 부근에서 그 사이에 접착층(56)없이 SiN 층(54)에 직접 접합되어, 유동 경로 형성 부재(58)의 박리가 도21b에 도시된 바와 같이 이러한 부분에서 일어날 수도 있다.

또한 이러한 기계적 응력이 생성되는 경우에 있어서, 유동 경로 형성 부재(58)가 접착층(56)을 가로질러 Ta 층(55)에 접합되는 부분에 있어서, 유동 경로 형성 부재(58)와 접착층(56) 사이의 접착력이 상대적으로 크지만, 이에 비해 접착층(56)과 Ta 층(55) 사이의 접착력은 작아서, 유동 경로 형성 부재(58)와 접착층(56)이 접합되게 보유되는 동안 접착층(56)과 Ta 층(55) 사이에서 박리가 일어날 수도 있다.

유동 경로 형성 부재(58)의 이러한 박리가 유동 경로벽(61)의 부분에 생성되면 유동 경로의 잉크 유동성을 현저하게 변화시켜서, 잉크 방출 특성을 변화시키고 기록 화상에 불리한 영향을 주게 된다.

잉크 제트 기록 장치의 기록 속도의 증가를 달성하기 위해서, 헤드당 600 내지 1300 방출 포트를 갖는 긴 잉크 제트 헤드의 제조가 현재 연구된다. 이러한 긴 잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로 형성 부재(58)는 잉크와의 접촉 영역을 가질 것이며 큰 응력이 팽창에 의해 생성될 수도 있다.

또한, 잉크 유동은 유동 경로 형성 부재(58)에 물리적 응력을 유발하는 요소이다. 잉크 방출 후에 보충을 위한 유동 경로 내로의 잉크 유동 중에 또는 사용 시작 시에 잉크 제트 헤드 내로의 잉크 충전 중에, 잉크 유동은 유동 경로 형성 부재(58)에 물리적인 응력을 인가한다. 이러한 응력은 또한 빗살 형상으로 형성되는 경우에 유동 경로벽(61)의 전방 단부에 집중되는 경향이 있다.

상기를 고려하면, 본 발명의 목적은 잉크 유동 경로를 구성하는 유동 경로형성 부재를 기판에 접합함으로써 구성되고 응력이 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 접합부에, 예컨대 팽창에 의해 인가되는 경우에도 박리되는 것을 방지하도록 유동 경로 형성 부재와 기판 사이의 접합력을 증가시켜서 장시간 매우 신뢰성 있는 방식으로 만족할 만한 기록 작동을 가능하게 하는 잉크 제트 헤드와 이러한 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

전술된 목적은 방출 포트로부터 액체를 방출하기 위한 에너지를 생성하는 액체 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과, 기판에 접합되고 액체 방출 압력 생성 소자 상의 위치를 통해 방출 포트와 연통하는 유동 경로를 형성하는 유동 경로 형성 부재와, 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 적어도 일부에 형성되고 유동 경로 형성 부재와 기판 사이의 접착력보다 큰 기판과 유동 경로 형성 부재에 대한 접착력을 갖는 접착층을 구비하고, 접착층은 기판으로부터 박리되는 방향으로 유동 경로 형성 부재에 발생되는 응력이 집중되는 위치에 유동 경로 형성 부재와 접착층 사이의 접합 영역보다 넓은 영역으로 형성된다.

이러한 구성은 응력이 기판으로부터 박리되는 방향으로 유동 경로 형성 부재에 집중되는 부분에 유동 경로 형성 부재와 기판 사이의 접착력을 증가시키도록 허용하여, 기판으로부터의 유동 경로 형성 부재의 박리가 효과적으로 억제되게 된다. 이러한 구성에 있어서, 접착층은 응력이 집중되는 부분에만 유동 경로 형성 부재로부터 과잉되도록 형성되어 액체 유동 경로 내로의 과잉부는 크게 형성될 필요가 없어서 액체의 유동성에 대한 영향이 최소화된다.

전술된 구성의 잉크 제트 헤드에 있어서, 주로 통상의 액체 챔버로부터 주연부를 향하는 방향으로 유동 경로 형성 부재가 팽창됨으로써 응력이 생성될 수도 있다. 따라서 팽창에 의해 생성된 응력은 유동 경로벽의 박리를 유도하는 방향으로 통상의 액체 챔버를 향해 연장하는 유동 경로벽의 단부에 집중된다. 또한 응력은 잉크 유동에 의해 유동 경로벽의 이러한 단부에 생성되는 경향이 있다. 따라서, 유동 경로벽과 기판 사이의 접합 영역보다 넓은 평탄 영역에 걸쳐 유동 경로벽의 단부에 접착층을 형성함으로써, 유동 경로벽의 단부와 기판 사이의 접착력을 증가시키는 것이 가능하게 되어 이러한 부분에서의 박리 현상을 효과적으로 억제하게 된다.

이러한 구성에 있어서, 유동 경로 형성 부재로부터의 접착층의 과잉부는 액체 방출을 위한 방출 포트로부터 상대적으로 먼 유동 경로의 근부에 나타나므로, 유동 경로의 액체 유동성에 대한 영향이 상대적으로 작다. 유동 경로의 다른 부분에 있어서, 접착층은 유동 경로 형성 부재로부터 과잉되지 않도록 근부측(root side)에 유동 경로벽의 접합 영역에 구비된 영역 내에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유동 경로벽의 폭이 매우 협소한 경우에, 접착층은 유동 경로벽의 근부측에 필요없을 수도 있다. 이러한 경우에도, 유동 경로벽은 접착력이 전방 단부에서 접착층에 의해 증가되므로 박리되기 어렵다.

복수의 유동 경로벽이 매우 작은 피치로 형성되는 경우에도, 접착층은 이러한 복수의 유동 경로벽의 전방 단부의 접합부를 통과하도록 벨트식 형상으로 형성될 수도 있다. 이러한 구성은 매우 작은 피치로 형성된 유동 경로벽에 대해서도충분한 영역의 접착층에 의해 유동 경로벽과 기판 사이의 접착력을 효과적으로 증가시키도록 허용한다.

또한, 본 발명의 구성의 잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로의 진입부 부근 및 유동 경로벽의 영역과 먼 영역에서 유동 경로 형성 부재로 이루어진 기둥이 제공될 수도 있다. 예컨대 이러한 기둥은 유동 경로 내로 원치 않는 물질이 들어오는 것을 방지하는 기능을 가질 수도 있다. 또한 이러한 경우에 있어서, 접착층은 기둥이 형성되는 평탄 영역을 통과하는 영역에도 형성될 수도 있다.

또한, 이러한 기둥은 유동 경로 형성 부재에 의해 형성된 천장부와 기판에 접합될 필요는 없다. 따라서, 접착층은 기둥의 영역을 배제하여 형성될 수도 있고 또는 다른 영역과 독립되게 기둥의 평탄 영역에 형성될 수도 있다. 기둥이 유동 경로 형성 부재에 의해 형성된 천장부로부터 접착층에서 먼 위치로 기판을 향해 연장하는 구성 또는 기둥이 접착층으로부터 유동 경로 형성 부재에 의해 형성된 천장부를 향해 천장부에서 먼 위치로 연장하는 구성이 또한 고려될 수도 있다.

기둥의 영역을 통과하는 평탄 영역에 형성될 접착층은, 예컨대 액체 공급 개구에서 부분적으로 과잉되도록 기판에 형성된 액체 공급 개구의 림을 둘러싸는 영역에 형성된 액체 공급 개구의 림을 보호하기 위한 접착층일 수 있다.

본 발명의 잉크 제트 헤드에 있어서, 접착층은 유동 경로 형성 부재로부터 부분적으로 과잉되도록 형성되고, 액체 방출 압력 생성 소자의 영역을 배제한 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 액체 방출 압력 생성 소자에 의해 생성된 에너지는 접착층을 통하지 않고 액체에 효과적으로 전달될 수 있다. 또한,액체 방출 에너지 생성 소자에 의해 생성된 에너지에 의해 유도된 접착층의 박리 경향이 방지될 수 있다.

본 발명에 있어서, 접착층은 폴리에테르아미드 수지, 특히 열가소성 폴리에테르아미드 수지로 유리하게 이루어질 수 있다. 또한 유동 경로 형성 부재는 수지 재료, 특히 에폭시 수지의 양이온 중합성 물질로 유리하게 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명은 방출 포트가 액체 방출 압력 생성 소자에 대향된 위치에 형성되는 잉크 제트 헤드에 유리하게 적용가능하고 액체 방출 압력 생성 소자로서 전열 변환 부재를 채용하는 잉크 제트 헤드에 또한 유리하게 적용 가능하다.

본 발명의 잉크 제트 헤드를 형성하기 위해서는, 접착층을 구성하는 수지 재료로 기판을 코팅하는 단계와 접착층을 형성하도록 소정의 평탄 형상으로 수지 재료를 패턴화하는 단계와, 가용성 수지 재료를 코팅하고 유동 경로를 형성하도록 소정의 평탄 형상으로 패턴화하는 단계와, 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 재료를 그 위에 코팅하는 단계와, 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 재료에 방출 포트를 개방시키는 단계와, 유동 경로 패턴을 용해시키는 단계를 포함하는 방법을 채택하는 것이 유리하다.

특히, 접착층을 구성하는 수지 재료는 폴리에테르아미드 수지로 유리하게 이루어질 수 있고, 기판 상에 코팅된 폴리에테르아미드 수지층은 산소 플라즈마 에싱(ashing)에 의해 유리하게 패턴화될 수 있다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로서, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도1a의 선1B-1B를 따른 단면도.

도2는 도1a 및 도2b에 도시된 잉크 제트 헤드를 제조하기 위한 공정의 임의 단계를 도시하는 사시도.

도3은 도2의 선1A-1A를 따른 개략 단면도.

도4는 도1a 및 도1b에 도시된 잉크 제트 헤드를 제조하기 위한 공정의 다른 단계의 개략 단면도.

도5 내지 도8은 도1a 및 도1b에 도시된 잉크 제트 헤드를 제조하기 위한 공정의 다른 단계의 개략 단면도.

도9a 및 도9b는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로서, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도9a의 선9B-9B를 따른 단면도.

도10a 및 도10b는 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및도10a의 선10B-10B를 따른 단면도.

도11은 본 발명의 변경예를 구성하는 잉크 제트 헤드의 잉크 공급 개구 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도.

도12는 도11에 도시된 잉크 제트 헤드에서 잉크 공급 개구 부근의 일부를 도시하는 측단면도.

도13은 도12에 도시된 전체 잉크 제트 헤드의 측단면도.

도14는 본 발명의 다른 변경예를 구성하는 잉크 제트 헤드의 기둥 부근의 일부를 도시하는 개략 단면도.

도15 내지 도17은 본 발명의 다른 변경예를 구성하는 잉크 제트 헤드의 기둥 부근의 일부를 도시하는 개략 단면도.

도18은 본 발명의 잉크 제트 헤드가 장착될 수 있는 잉크 제트 기록 장치의 개략적인 형상을 도시하는 사시도.

도19는 도18에 도시된 잉크 제트 기록 장치의 색상을 위한 잉크 경로를 도시하는 도.

도20a 및 도20b는 종래의 잉크 제트 헤드의 개략 단면도로, 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도20a의 선20B-20B를 따른 단면도.

도21a 및 도21b는 종래의 잉크 제트 헤드의 개략 단면도로, 전체 잉크 제트 헤드의 측단면도 및 유동 경로 형성 부재의 접합부의 확대 단면도.

도22는 도21a 및 도21b에 도시된 잉크 제트 헤드의 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 51 : 기판

6, 56 : 접착층

8, 58 : 유동 경로 형성 부재

9, 59 : 방출 포트

11, 61 : 유동 경로벽

201 : 잉크 제트 헤드

이제 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예에 의해 상세하게 설명될 것이다.

<제1 실시예>

본 발명의 제1 실시예는 도1a 및 도1b, 및 도2 내지 도8을 참조하여 설명될 것이다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도1a의 선1B-1B를 따른 단면도이다. 도2 내지 도8은 본 발명의 잉크 제트 헤드를 제조하기 위한 공정의 다양한 단계를 도시하는 개략도로, 도2는 전체 잉크 제트 헤드를 도시하는 사시도이고 도3 내지 도8은 도2의 선1A-1A를 따른 단면도이다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 기판(1)에 형성된 잉크 공급 개구(10), 유동 경로 형성 부재(8)에 의해 형성된 유동 경로벽(11), 및 방출 포트(9)를 구비한 천장부의 형성과 장치에 대해 전술된 종래의 잉크 제트 헤드와 유사하다.

보다 구체적으로는, 기판(1)에는 그 중앙 부근에 긴 사각 평면 형상을 갖는 잉크 공급 개구(10)가 제공된다. 기판(1) 상에는, 잉크 공급 개구(10)의 양측면 상에 그리고 그 종방향을 따라 복수의 잉크 방출 압력 생성 소자(2)가 형성된다. 본 실시예에 있어서, TaN으로 이루어진 전열 변환 소자는 잉크 방출 압력 생성 소자(2)로 채용되고 기판(1)에는 그 위에 전열 변환 소자를 구동하기 위한 (도시되지 않은) 제어 신호 입력 전극이 제공된다.

기판(1)에는 이 소자와 전극을 보호하기 위해 기판(1)의 전표면을 대체로 덮도록 SiN 층(4)이 제공되고, 또한 잉크 방출 압력 생성 소자(2)를 덮는 위치에 Ta층(5)이 제공된다. 본 실시예에 있어서, Ta 층(5)은 인접한 잉크 방출 압력 생성 소자(2) 상에서 이들 사이에 연속적으로 형성되어, 이로써 그 배열 방향을 따라 벨트식 형상으로 형성된다. 또한, 잉크 공급 개구(10)의 양 측 상에 벨트식 형상으로 형성된 이러한 Ta 층은 전체 연결된 Ta 층(5)을 구성하도록 잉크 방출 압력 생성 소자(2)의 배열 방향으로 단부에서 상호 연결된다.

이러한 부품 상에서, 에폭시 수지의 유동 경로 형성 부재(8)는 유동 경로벽(11)과 방출 포트(9)를 구비하는 천장부를 형성한다. 또한, 잉크 공급 개구(10) 상에는 방출 포트(9)에 공급될 잉크를 보유하기 위한 통상의 액체 챔버가 형성된다. 방출 포트(9)는 기판(1) 상에 형성된 복수의 잉크 방출 압력 생성 소자(2) 위에 및 이에 대향된 관계로 형성된다. 유동 경로벽(11)은 빗살 형상으로 형성되어 유동 경로벽(11)의 각 쌍 사이에 통상의 액체 챔버로부터 각 방출 압력 생성 소자(2) 상의 위치로 연장하는 유동 경로를 형성하게 된다. 이러한 유동 경로 및 방출 포트(9)는 노즐을 구성한다.

이러한 구성에 있어서, Ta 층(5)은 전술된 바와 같이 평탄 영역에 제공되기 때문에 유동 경로벽(11)은 SiN 층(4)뿐만 아니라 Ta 층(5) 상에 위치된다. 각 유동 경로의 진입부에는, 예컨대 유동 경로 내로 먼지가 들어가는 것을 방지하도록 그 사이에 소정의 간극을 갖는 수직 연장된 2개의 기둥(12)이 제공된다.

유동 경로 형성 부재(8)와 SiN 층(4) 사이에는, 폴리에테르아미드로 이루어진 접착층(6)이 형성된다. 본 실시예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 접착층(6)의 형성 패턴은 종래의 구성과 상이하다. 보다 구체적으로는, 접착층(6)은 유동 경로형성 부재(8)에 의해 형성된 유동 경로벽(11)의 전방 단부를 제외하고 유동 경로 형성 부재(8)보다 협소한 평탄 영역에 형성되지만 유동 경로벽(11)의 전방 단부에서 유동 경로 형성 부재(8)보다 넓은 평탄 영역에 형성된다. 보다 구체적으로는, 유동 경로벽(11)은 약 10㎛의 폭을 가지고, 접착층(6)은 유동 경로의 전방 단부에서 약15㎛의 폭을, 중간부에서는 약 5㎛의 폭을 가진다.

다음으로 본 발명의 잉크 제트 헤드를 제공하기 위한 방법이 기술될 것이다.

먼저, 결정질 배향<100>의 Si 웨이퍼는 기판(1)으로 채용되었고, 잉크 공급 개구 마스크(3)는 잉크 공급 개구(10)를 구성하도록 부분을 제외하고 하부면 상에 형성되었다. 그런 후 잉크 방출 압력 생성 소자(2) 및 (도시되지 않은) 제어 신호 입력 전극은 기판(1)의 상부면 상에 형성되었다. 그런 후 보호층으로 SiN 층(4) 및 캐비테이션억제 층으로 Ta 층(5)이 그 위에 형성되었다. 도2 및 도3은 이 단계에서 잉크 제트 헤드를 개략적으로 도시한다.

그런 후, 기판(1) 상에는, 접착층(6)을 구성하기 위해 2.0㎛의 두께를 갖는 폴리에테르아미드가 형성되었다. 히타치 케미칼 인더스트리즈 가부시끼가이샤에 의해 공급되는 HIMAL1200(등록상표)으로 이루어진 폴리에테르아미드는 스피너에 의해 기판(1) 상에 코팅되었고 100도로 30분동안 가열되어 구워진 후(baked) 250도로 1시간 동안 가열되어 구워졌다.

그런 후, 이로써 준비된 폴리에테르아미드층은 도쿄 오카 가부시끼가이샤에 의해 공급되는 포토레지스트 OFPR800(등록상표)을 소정의 패턴으로 폴리에테르아미드 상에 형성함으로써 패턴화되었고, 그런 후 마스크와 같은 패턴을 이용하여 산소플라즈마 에싱(ashing)에 의해 에칭을 수행하고, 마지막으로 마스크로서 사용되는 OFPR 포토레지스트 패턴을 박리하였다. 이러한 방식으로, 도1a, 도1b 및 도4에 도시된 바와 같이 소정 패턴의 접착층(6)이 형성되었다.

도쿄 오카 가부시끼가이샤에 의해 공급되는 포지티브 포토레지스트 ODUR(등록상표)은 기판(1) 상에 12㎛의 두께로 코팅되었고 소정의 유동 경로 패턴을 갖도록 패턴화된 후 도5에 도시되는 바와 같이 유동 경로 패턴을 달성하게 되었다.

그런 후 에폭시 수지의 코팅 수지층은 유동 경로 패턴(7)을 덮도록 형성되었고 방출 포트(9)는 도6에 도시된 바와 같이 유동 경로 형성 부재(8)를 달성하도록 패턴화되어 형성되었다. 그런 후 기판(1)은 도7에 도시된 바와 같이 잉크 공급 개구(10)를 형성하도록 이방성 Si 에칭 상태에 있었다.

그런 후 SiN 층(4)은 잉크 공급 개구(10) 위의 부분에서 제거되었고 유동 경로 패턴(7)은 용해에 의해 제거되었다. 그런 후 유동 경로 형성 부재(8)를 구성하는 에폭시 수지층은 180도로 1시간 동안 가열됨으로써 완전 경화되었고, 이로써 도8에 도시된 바와 같은 잉크 제트 헤드가 달성되었다.

전술된 구성의 잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로 형성 부재(8)가 잉크와의 연장 접촉에 의해 팽창되는 경우에, 유동 경로 형성 부재(8)의 응력은 전술된 바와 같이 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 집중되는 경향이 있다. 또한, 잉크 유동에 의해 유동 경로 형성 부재에 인가된 응력은 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 집중되는 경향이 있다. 본 실시예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 접착층(6)은 응력이 집중되는 경향이 있는 전방 단부에서의 유동 경로벽(11)보다 넓은 영역에 형성된다. 이러한 이유로, 유동 경로벽(11)의 전방 단부는 상대적으로 큰 접착력을 가지며, 이로써 유동 경로 형성 부재(8)의 박리는 응력이 집중되더라도 억제될 수 있다. 또한, 유동 경로벽(11)의 전방 단부는 응력을 흡수하고 상대적으로 약한 접착력의 Ta 층(5)에 접합되는 일부를 과도한 응력 인가로부터 경감하도록 기능하여, 유동 경로 형성 부재(8)에 접합된 상태에서 Ta 층(5)으로부터의 접착층(6)의 박리를 방지하게 된다.

또한, 유동 경로벽(11)으로부터의 접착층(6)의 과잉부는 유동 경로에 단차차를 형성하지만, 이러한 단차차는 잉크 방출을 수행하도록 기능하는 방출 포트(9)로부터 상대적으로 먼 유동 경로의 근부에 형성되고 이러한 과잉부는 상대적으로 작다. 따라서, 이러한 단차차의 존재는 유동 경로의 잉크 유동성에 상대적으로 작은 영향을 주며 잉크 방출 후에 잉크 충전 작동에서 잉크 방출 특성 또는 잉크 충전 특성에 큰 영향을 미치지 않는다.

따라서, 본 실시예는 유동 경로 형성 부재(8)와 기판(1) 사이의 박리를 최소화하고 장시간 만족할 만한 상태로 유동 경로 형성 부재(8)와 기판(1) 사이의 접합을 유지하도록 허용한다. 따라서, 장시간 사용하여도 높은 신뢰성으로 만족할 만한 기록 작동이 가능한 잉크 제트 헤드가 제공될 수 있다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드가 준비되어 잉크로 충전되어 60도 상태 하에서 한달동안 저장 시험되었다. 그 결과, 기판(1)과 유동 경로 형성 부재(8) 사이의 박리 및 부분적인 박리를 유발하는 유동 경로 형성 부재(8)의 접착면 상에 간섭 무늬의 형성과 같은 변화가 거의 관찰되지 않았다.

<제2 실시예>

다음에는, 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도9a의 선9B-9B를 따른 단면도인 도9a 및 도9b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예가 설명될 것이다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 접착층(6)의 형성 영역을 제외하고는 제1 실시예와 유사하며 본 실시예와 동일한 부분은 더 설명되지 않을 것이다.

또한, 본 실시예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 접착층(6)은 전방 단부에서 유동 경로벽(11)보다 넓은 영역에 형성된다. 접착층(6)은 유동 경로벽(11)의 중간부에 형성되지 않아서 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 형성된 접착층(6)의 부분은 다른 부분과 독립적이다.

접착층(6)의 이러한 패턴은 유동 경로벽(11)이, 예컨대 소정의 잉크 유동성을 달성하기 위한 넓은 유동 경로를 보장하도록 협폭을 가지는 경우에 특히 효과적이다. 이러한 경우에, 유동 경로벽(11)보다 협소한 접착층(6)을 형성하기 어려우며, 형성되어도 접착력을 증가시키는 효과를 기대하기가 어렵다. 한편, 유동 경로벽(11)보다 넓은 접착층(6)을 형성하기가 용이하며 유동 경로벽(11)의 전방 단부에서 접착력을 효과적으로 증가시키는 것이 이러한 접착층(6)에 의해 가능하다.

유동 경로벽(11)의 폭이 매우 작은 경우에 있어서, 유동 경로벽(11)은 접착층(6)이 없다면 접착력이 작아지도록 작은 접합 영역을 가진다. 접합력이 작아지는 경향이 있는 전방 단부에서 유동 경로벽(11)보다 넓은 접착층(6)의 존재는 유동경로벽(11)의 인접력을 효과적으로 증가하도록 허용한다.

또한, 본 실시예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로 형성 부재(8)의 팽창으로부터 유발되는 응력 또는 잉크 유동으로부터 유발되는 응력은 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 집중되는 경향이 있고, 이러한 부분에서 유동 경로벽(11)보다 넓은 평탄 영역에서의 접착층(6)의 존재는 유동 경로 형성 부재(8)의 박리를 방지하도록 허용한다. 달리 기술하면, 응력이 집중되는 경향이 있는 유동 경로벽(11)의 전방 단부에서 접착력이 증가할 수 있게 하여 이러한 부분에서 박리가 억제되게 된다. 또한, 유동 경로벽(11)의 전방 단부는 Ta 층(5)에 접합된 부분을 구비한 유동 경로 형성 부재(8)의 다른 접합부에 인가된 응력을 감소시키도록 응력을 흡수하여 이러한 다른 부분에서의 박리를 방지한다.

또한, 유동 경로벽(11)으로부터 접착층(6)의 과잉에 의해 형성된 단차차는 유동 경로의 근부에 나타나며 이러한 과잉부는 작다. 따라서, 유동 경로에서의 잉크 유동성에 대한 영향은 상대적으로 작으며, 잉크 방출 특성 또는 잉크 충전 특성에 대한 영향은 또한 그리 크지 않다.

<제3 실시예>

다음에는, 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 잉크 제트 헤드를 도시하는 개략 단면도로, 각각 유동 경로 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도 및 도10a의 선10B-10B를 따른 단면도인 도10a 및 도10b를 참조하여 본 발명의 제3 실시예가 설명될 것이다.

본 실시예의 잉크 제트 헤드는 접착층(6)의 형성 영역을 제외하고는 제1 및 제2 실시예와 유사하며 본 실시예와 동일한 부분은 더 설명되지 않을 것이다.

본 발명의 잉크 제트 헤드에 있어서, 접착층(6)은 복수의 유동 경로벽(11)열의 방향으로 연장된 벨트식 형상으로 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 형성된다. 접착층(6)의 이러한 패턴은 방출 압력 생성 소자(2)와 방출 포트(9)가 예컨대 상대적으로 고밀도의 픽셀 형성을 가능하게 하도록 상대적으로 작은 피치로 형성되는 경우와, 소위 유동 경로벽(11)이 매우 작은 피치로 형성되는 경우에 특히 효과적이다. 이러한 경우에 있어서, 각 유동 경로벽(11)에 대해 독립적으로 접착층(6)을 형성하는 것보다 벨트식 형상으로 접착층(6)을 형성하는 것이 용이할 수도 있다. 이러한 벨트식 형상의 접착층(6)은 유동 경로벽(11)의 전방 단부에서 접착력을 효과적으로 증가시키도록 허용한다.

또한, 본 실시예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 유동 경로 형성 부재(8)의 팽창으로부터 유발되는 응력 또는 잉크 유동으로부터 유발되는 응력은 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 집중되는 경향이 있고, 이러한 부분에서 유동 경로벽(11)보다 넓은 평탄 영역에서의 접착층(6)의 존재는 유동 경로 형성 부재(8)의 박리를 방지하도록 허용한다. 달리 기술하면, 응력이 집중되는 경향이 있는 유동 경로벽(11)의 전방 단부에서 접착력이 증가할 수 있게 하여 이러한 부분에서 박리가 억제되게 된다. 또한, 유동 경로벽(11)의 전방 단부는 Ta 층(5)에 접합된 부분을 구비한 유동 경로 형성 부재(8)의 다른 접합부에 인가된 응력을 감소시키도록 응력을 흡수하여 이러한 다른 부분의 박리를 방지한다.

제1 및 제2 실시예에 있어서, 접착층(6)은 기둥(12)이 형성되는 평탄 영역에 형성되지 않아서, 기둥(12)은 SiN 층(4)만을 가로질러 기판(1) 상에 형성된다. 한편, 본 실시예에 있어서, 유동 경로벽(11)의 전방 단부에 형성된 벨트식 형상의 접착층(6)은 기둥(12)의 형성 영역의 일부를 지나가서, 기둥(12)은 접착층(6)을 가로질러 부분적으로 형성된다. 기둥(12)은 전술된 바와 같이, 예컨대 유동 경로 내로 먼지가 들어가는 것을 방지하도록 제공되며 기판(1)에 완전히 접합될 필요는 없다. 따라서 벨트식 형상의 접착층(6)은 기둥(12)의 영역을 배제하도록 형성될 수도 있다.

다른 이유로는, 접착층(6)은 기둥(12)의 형성 영역을 통과하는 평탄 영역에형성될 수도 있다. 도11 내지 도13은 이러한 변경예의 잉크 제트 헤드를 도시하며, 각각 이러한 잉크 제트 헤드의 잉크 공급 개구 부근의 일부를 도시하는 수평 단면도, 잉크 공급 개구 부근의 일부의 측단면도 및 전체 헤드의 측단면도이다. 도11은 기둥(12) 부근의 접착층(6)의 형상을 도시하며, 단순화할 목적으로, 접착층(6)이 전방 단부에서 유동 경로벽(11)의 평탄 영역보다 협소한 영역에 형성된 구성을 도시하지만 이러한 부분의 접착층(6)이 이전의 제1 실시예 내지 제3 실시예중 임의의 구성일 수도 있다.

제1 실시예 내지 제3 실시예의 구성의 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크 공급 개구(10)는 전술된 바와 같이 관통 구멍을 형성하는 공정에 의해 기판(1)에서 개방된다. 이 공정에 있어서, 에칭방지 특성의 패시베이션 층(passivation layer)으로 이루어진 멤브레인은 기판(1)의 표면 상에 형성된다. 이러한 멤브레인은 기판(1) 상에 폴리에테르아미드로 이루어진 접착층(6)을 형성하는 단계, 가용성 수지로 이루어진 유동 경로 패턴을 형성하는 단계, 유동 경로 형성 부재를 구성하도록 코팅 수지층을 형성하는 단계, 잉크 방출 압력 생성 소자(2) 위의 위치에서 이러한 코팅 수지층에 방출 포트(9)를 형성하는 단계, 또는 유동 경로 패턴을 용해시키는 단계와 같이 잉크 제트 헤드를 제조하는 임의의 공정 단계에서 틈을 생성할 수도 있다. 이러한 틈은 잉크 공급 개구(10)의 단부 부근에 생성되는 경향이 있다. 따라서, 본 변경예의 잉크 제트 헤드에 있어서, 잉크 공급 개구(10)의 림 주위에, 잉크 공급 개구(10)에서 다소 과잉되는 방식으로 잉크 공급 개구의 림을 보호하기 위한 접착층(6)이 제공된다. 이러한 접착층(6)의 존재는 멤브레인에서 비정상적인 틈을방지하도록 허용한다.

도11 내지 도13에 도시된 구성에 있어서, 기둥(2)은 접합되어 접착층(6)을 형성하여 천장부로 연장한다. 그러나 기둥(12)은 전술된 바와 같이 기판(1)과 천장부에 반드시 접합될 필요는 없다. 따라서, 접착층(6)은 기판(1)으로의 기둥(12)의 접합부 및 그 부근에 형성되지 않아서 기둥(12)이 접착층(6)을 가로지르지 않고 기판(1)에 접합되는 도14에 도시된 구성이 채택될 수도 있다. 또한, 기둥(12)에 접합될 접착층(6)은 도15에 도시된 바와 같이 서로 독립적으로 형성될 수도 있다.

기둥(12)이 기판(1)과 천장부 중 하나에 접합되고 이에 의해 지지되는 형상이 또한 고려될 수도 있다. 보다 구체적으로는, 기둥(12)이 천장부로부터 돌출되고 접착층(6)에 도달하지 않는 도16에 도시된 구성이 채택될 수도 있다.

이러한 구성의 기둥(12)은 잉크 제트 헤드를 제조하는 전술된 공정의 유동 경로 패턴(7)을 형성하는 단계에서 2번의 패턴 작업을 수행함으로써 달성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 가용성 수지는 기둥(12)과 접착부(6) 사이의 간극에 대응하는 두께로 코팅되어 패턴화된다. 이 작동에 있어서, 수지는 기둥(12)이 형성된 평탄 위치에 에칭되지 않는다. 그런 후, 가용성 수지는 최초 코팅 두께를 구비하는 유동 경로의 소정의 높이를 달성하기 위한 이러한 두께로 코팅된다. 그런 후 수지는 기둥(12)이 형성되는 평탄 위치에 에칭된다. 본 실시예의 구성의 기둥(12)은 유동 경로 형성 부재(8)를 구성하는 수지로 이렇게 2번 패턴화됨으로써 형성된 유동 경로 패턴(7)을 코팅하여 달성될 수 있다.

기둥(12)이 접착층(6)으로부터 상향 연장하지만 유동 경로 형성 부재(8)에의해 형성된 천장부에 도달하지 않는 도17에 도시된 구성이 또한 채택될 수도 있다.

이러한 구성의 기둥(12)은 유동 경로 형성 부재(8)를 구성하는 수지로 유동 경로 패턴(7)을 코팅하여 잉크 제트 헤드를 제조하는 전술된 공정으로 다음 단계에 의해 형성될 수 있다. 제1 가용성 수지는 기둥(12)의 높이와 대응하는 두께로 코팅되어 패턴화된다. 이 작동에 있어서, 수지는 기둥(12)의 평탄 위치에서 에칭된다. 그런 후, 유동 경로 형성 부재(8)를 구성하는 수지는 기둥(12)의 형성 위치에 대응하는 이렇게 형성된 유동 경로 패턴(7)에 형성된 리세스에 코팅된다. 그런 후, 가용성 수지는 최초 코팅 두께를 구비한 유동 경로의 소정의 높이를 달성하기 위한 이러한 두께로 코팅된다. 그런 후, 수지는 기둥(12)이 형성된 평탄 위치에서 에칭되지 않는다. 본 실시예의 구성의 기둥(12)은 유동 경로 형성 부재(8)를 구성하는 수지로 유동 경로 패턴(7)을 코팅하여 달성될 수 있다.

<잉크 제트 기록 장치의 설명>

다음에는 전술된 잉크 제트 헤드가 장착된 잉크 제트 기록 장치의 일예가 이러한 잉크 제트 기록 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도인 도18을 참조하여 기술될 것이다.

도18에 도시된 잉크 제트 기록 장치는 잉크 제트 헤드(201)의 왕복 운동(주요 주사)을 반복할 수 있고 소정의 피치로 통상의 기록지, 특수지, OHP 필름 시트 등과 같은 기록 시트(기록 매체, S)를 급송(부 주사)할 수 있고 잉크 제트 헤드(201)가 기록 시트(S) 상의 퇴적을 위한 이 운동과 동기식으로 잉크를 선택적으로 방출하게 하여 문자, 심볼 또는 화상을 형성할 수 있는 시리얼 타입의 기록 장치이다.

도18에 의하면, 잉크 제트 헤드(201)는 2개의 안내 레일에 의해 활주가능하게 지지되는 캐리지(202) 상에 탈착가능하게 장착되어 도시되는 않는 모터와 같은 구동 수단에 의해 안내 레일을 따라 왕복운동한다. 기록 시트(S)는 잉크 제트 헤드(201)의 잉크 방출면에 대향되어 이와 일정한 거리를 유지하도록 캐리지(202)의 이동 방향과 교차된 방향[예컨대 수직 방향(A)]으로 급송 롤러(203)에 의해 급송된다.

기록 헤드(201)에는 각각 다양한 색상의 잉크를 방출하기 위한 복수의 노즐열이 제공된다. 기록 헤드(201)로부터 방출된 잉크의 색상에 대응하여, 복수의 독립된 주 탱크(204)는 잉크 공급 유닛(205) 상에 탈착가능하게 장착된다. 잉크 공급 유닛(205) 및 기록 헤드(201)는 잉크 색상에 각각 대응하는 복수의 잉크 공급 튜브(206)에 의해 연결되고, 주 탱크(204)를 잉크 공급 유닛(205) 상에 장착함으로써, 주 탱크(204)에 내장된 각 색상의 잉크는 기록 헤드(201)의 노즐 열로 독립적으로 공급될 수 있다.

기록 헤드(201)의 왕복운동 범위 내에 있지만 기록 시트(S)의 통과 범위 밖인 비기록 영역에는, 기록 헤드(201)의 잉크 방출면에 대향되도록 회수 유닛(207)이 제공된다.

이후로는 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급 시스템의 구성을 도19를 참조하여 설명될 것이다. 도19는 단순화할 목적으로 색상용 경로를 도시하는 도18에 도시된 잉크 제트 기록 장치의 잉크 공급 경로를 도시하는 도이다.

잉크는 잉크 공급 튜브(206)의 단부 상에 제공된 액체 커넥터가 밀봉 연결된 커넥터 삽입 포트(201a)로부터 기록 헤드(201)에 공급된다. 커넥터 삽입 포트(201a)는 기록 헤드(201)의 상부 부분에 형성된 부 탱크(201b)와 연통한다. 중력방향으로 부 탱크(201b)의 하부측에는, 평행한 방식으로 배열된 복수의 노즐(201g)을 갖는 노즐부에 잉크 공급을 향하게 하기 위한 액체 챔버(201f)가 형성된다. 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)는 필터(201c)에 의해 분리되지만, 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)의 경계부에는, 개구(201d)를 갖는 분할부(201e)가 제공되고 필터(201c)는 이러한 분할부(201e) 상에 제공된다.

전술된 구성에 있어서, 커넥터 삽입 포트(201a)로부터 기록 헤드(201)에 공급된 잉크는 부 탱크(201b), 필터(201c), 및 액체 챔버(201f)를 통해 노즐(201g)에 공급된다. 커넥터 삽입 포트(201a) 내지 노즐(201g) 사이의 경로는 대기중에서 밀봉 기밀 상태로 유지된다.

부 탱크(201b)의 상부면 상에는 돔형의 탄성 부재(201h)에 의해 덮여진 개구가 형성된다. 탄성 부재 (201h)에 의해 둘러싸인 공간[압력 조절 챔버(201i)]는 부 탱크(201b)의 압력에 따라 체적이 변하고 부 탱크(201b)의 압력을 조절하는 기능을 가진다.

노즐(201g)은 잉크 방출 단부와 하향에 위치되며, 잉크는 매니스커스를 형성함으로써 노즐(201g)을 충전한다. 이러한 목적으로, 기록 헤드(201)의 내부, 특히 액체 챔버(201f)의 내부는 음압으로 유지된다. 본 잉크 헤드 기록 장치에 있어서,잉크 공급 시스템(205) 및 기록 헤드(201)는 잉크 공급 튜브(206)에 의해 연결되고 잉크 공급 유닛(205)에 대한 기록 헤드(201)의 위치는 상대적으로 자유롭게 선택되어, 기록 헤드(201)가 기록 헤드(201)의 내부를 음압으로 유지하도록 잉크 공급 유닛(205)보다 높게 위치된다.

필터(201c)는 노즐(201g)을 막을 수도 있는 물질이 부 탱크(201b)로부터 액체 챔버(201f)로 누수되는 것을 방지하도록 노즐(201g)의 단면폭보다 작은 미세 구멍을 갖는 금속 메쉬로 이루어진다. 필터(201c)는 일 표면 상에서 액체와 접촉하게될 때, 각 미세 구멍이 잉크의 메니스커스를 형성하는, 이러한 특성을 가지며, 이로써 잉크는 필터를 용이하게 통과하지만 필터를 통한 공기 유동은 어려워진다. 미세 구멍이 작아짐에 따라, 매니스커스는 더 커지고 공기 유동은 보다 어려워진다.

본 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 공기가 기록 헤드(201)의 잉크 이동 방향에 대해 필터(102c)의 하류측에 위치된 액체 챔버(201f)에 존재한다면, 이러한 공기자체의 부유력에 의해 필터(201c)를 통과할 수 없다. 이러한 현상을 이용하여, 액체 챔버(201f)는 잉크로 완전히 충전되지 않지만, 공기층이 그 사이에 형성되어 액체 챔버(201f)와 필터(201c)의 잉크를 분리시켜 액체 챔버(201f)에 소정량의 잉크를 저장하게 된다.

본 구성의 시리얼 타입의 기록 장치에 있어서, 잉크 방출은 고효율의 화상 형성중에도 캐리지(202; 도18 참조)의 운동의 반전시에 간섭된다. 압력 조절 챔버(201i)는 부 탱크(201b)에서의 음압 증가를 완화하도록 잉크 방출 작동 중에그 체적을 감소시키고 이러한 이동의 반전시에 체적을 복구함으로써 캐패시터와 유사한 기능을 수행한다.

잉크 공급 니들(205a)에는 2개의 액체 경로(205c, 205d) 사이의 연결부를 개방 또는 폐쇄하도록 배치된 고무 다이아프램(210a)을 갖는 차단 밸브(210)가 제공된다. 차단 밸브(210)는 기록 헤드(201)로부터의 잉크 방출중에 개방되지만 준비 상태 또는 비 작동 상태 중에 폐쇄된다. 잉크 공급 유닛(205)의 구성에는 각 잉크 색상이 제공되지만, 차단 밸브(210)는 모든 잉크 색상에 대해 동시에 개방 또는 폐쇄된다.

전술된 구성에 있어서, 잉크가 기록 헤드(201)에서 소모될 때, 이로 인한 음압은 잉크가 때로 주 탱크(204)로부터 잉크 공급 유닛(205)과 잉크 공급 튜브(206)를 통해 기록 헤드(201)로 공급되게 유발한다.

회수 유닛(207)은 노즐(201g)로부터 잉크와 공기를 흡입하는 데에 사용되고 기록 헤드(201)의 잉크 방출면[노즐(201g)의 개구를 구비하는 면]을 캡핑(capping)하기 위한 흡입 캡(207a)이 제공된다. 흡입 캡(207a)은 잉크 방출면과 접촉하게 되는 적어도 일부분에서 고무와 같은 탄성 부재로 이루어지고 잉크 방출면을 폐쇄하는 위치와 기록 헤드(201)로부터 후퇴된 위치 사이에서 이동 가능하게 된다. 흡입 캡(207a)은 튜브 펌프 형태의 흡입 펌프(207c)를 그 내부에 구비하는 튜브와 연결되고 펌프 모터(207d)에 의한 흡입 펌프(207c)의 작용에 의해 연속적인 흡입이 가능하다. 흡입량은 펌프 모터(207d)의 회전에 따라 변경될 수 있다.

상기에는 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 공급 경로가 설명되었지만 도19에 도시된 구성에는 공기가 장시간 기록 헤드(201)에 필히 축적된다.

부 탱크(201b)에 있어서, 잉크 공급 튜브(206) 또는 탄성 부재(201h)에 배어들거나 또는 잉크에 용해된 공기가 축적된다. 부품에 대해 높은 가스 차단 특성을 갖는 재료를 채용함으로써 공기가 잉크 공급 튜브(206) 또는 탄성 부재(201h)에 스며드는 것이 방지될 수 있지만, 이러한 재료가 비싸고, 비용면에서 고성능 재료를 대량 생산 소비 장치에 이용하는 것은 어렵다.

한편 액체 챔버(201f)에 있어서, 공기는 잉크 방출 상태에서 잉크의 막비등에 의해 생성되는 버블의 분열 및 이러한 버블을 액체 챔버(201f)에 복귀시킴으로써, 또는 잉크에 용해된 작은 버블을 노즐(201g)에서의 잉크의 온도 증가에 대응하여 큰 버블로 모음으로써 점차 축적된다.

부 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)에서의 공기 축적은 그 내부의 잉크량을 감소시킨다. 부 탱크(201b)에 있어서, 잉크 부족은 공기로의 필터(201c)의 노출을 유발하여 압력 손실을 증가시키고, 결국 액체 챔버(201f)로의 잉크 공급을 불가능하게 한다. 또한, 액체 챔버(201f)에서의 잉크 부족은 공기로의 노즐(201g) 상단부의 노출을 유발하여 잉크 공급을 불가능하게 한다. 이러한 방식으로, 각각의 부 탱크(201b) 및 액체 챔버(201f)가 소정량과 적어도 동일한 잉크를 내장하지 않으면 치명적 상황이 발생한다.

따라서, 적절한 잉크량으로 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)를 소정 간격으로 충전함으로써, 잉크 방출 성능은 높은 가스 차단 특성을 갖는 재료를 채용하지 않더라도 장시간에 걸쳐 안정되게 유지될 수 있다.

부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f) 내로의 잉크 충전은 회수 유닛(207)에 의한 흡입 작동을 사용하여 수행된다. 보다 구체적으로는, 흡입 펌프(207c)는 기록 헤드(201)의 잉크 방출면이 흡입 캡(207a)에 의해 기밀 폐쇄되는 상태에서 작동되어 기록 헤드(201)의 잉크를 노즐(201g)로부터 흡입하게 된다. 그러나, 노즐(201g)로부터의 단순한 잉크 흡입에 있어서, 노즐(201g)로부터 흡입된 잉크와 대략 동일한 잉크량은 부 탱크(201b)로부터 액체 챔버(201f) 내로 유동하고 부 탱크(201b) 외부로 유동하는 량과 대략 동일한 잉크량은 주 탱크(204)로부터 부 탱크(201b) 내로 유동하여, 흡입 이전 상태보다 상황이 많이 변하지는 않는다.

따라서, 본 실시예에 있어서, 적절한 잉크량으로 필터(201c)에 의해 각각 분리된 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)를 각각 충전하기 위해서, 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)는 차단 밸브(210)를 사용하여 소정의 압력으로 감소되어 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)의 체적을 설정하게 된다.

이후로는 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)의 잉크 충전 작동 및 그 체적 설정이 기술될 것이다.

잉크 충전 작동에 있어서, 먼저 캐리지(202; 도18 참조)는 기록 헤드(201)가 흡입 캡(207a)에 대향된 위치로 이동되어, 기록 헤드(201)의 잉크 방출면은 흡입 캡(207a)에 의해 폐쇄된다. 또한, 차단 밸브(210)는 주 탱크(204)로부터 기록 헤드(201)로의 잉크 경로를 차단하도록 폐쇄된다.

펌프 모터(207d)는 흡입 캡(207a)으로부터 흡입 펌프(207c)에 의해 흡입이 수행되도록 이 상태에서 작동된다. 이 흡입 작동은 기록 헤드(201)에 잔류하는 잉크와 공기를 노즐(201g)을 통해 흡입하여 기록 헤드(201)의 압력을 감소시킨다. 흡입 펌프(207c)는 흡입이 소정량에 도달할 때 정지된다. 그런 후, 잉크 방출면은 흡입 캡(207a)에 의해 폐쇄 상태에 있지만, 차단 밸브(210)는 개방된다. 흡입 펌프(207c)의 흡입량은 기록 헤드(201)의 내부가 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)를 적절한 잉크량으로 충전하기 위해 요구되는 소정압에 있도록 선택되어 계산 또는 실험에 의해 결정될 수 있다.

기록 헤드(201)의 내압이 감소함에 따라, 잉크는 잉크 공급 튜브(206)를 통해 기록 헤드(201) 내로 유동하여 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)의 각각을 잉크로 충전하게 된다. 잉크 충전량은 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)를 대기압으로 복귀시키는 데에 요구되는 체적과 대응하고 그 체적과 압력에 의해 결정된다.

부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f) 내로의 액체 충전은 차단 밸브(210)를 개방한 후에 약 1초와 같은 단시간에 완료된다. 잉크 충전이 완료되면, 흡입 캡(207a)은 기록 헤드(201)와 분리되고 흡입 펌프(207c)는 흡입 캡(207a)에 잔류한 잉크를 다시 흡입하도록 작동된다. 잉크 충전 작동은 이러한 방식으로 완료된다.

이제, 부 탱크(201b)의 체적(V1), 내부에 충전될 잉크량(S1), 및 (대기압에 대한) 압력(P1) 사이의 관계에 대해 고찰해보자. "PV = 일정" 이라는 법칙에 의하면, 부 탱크(201b)는 V1=S1/|P1|이라는 관계를 설정함으로써 충전 작동에서 적절한 잉크량으로 충전될 수 있다. 유사하게는, 액체 챔버(201f)의 체적(V2), 내부에 충전될 잉크량(S2), 및 (대기압에 대한) 압력(P2)에 대해서, 액체 챔버(201f)는 V2=S2/|P2|라는 관계를 설정함으로써 충전 작동에서 적절한 잉크량으로 충전될 수있다.

전술된 바와 같이 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)의 체적과 감소된 압력을 설정함으로써, 단일 충전 작동에서 각각 적절한 잉크량으로 필터(201c)에 의해 분리된 부 탱크(201b)와 액체 챔버(201f)를 충전하고 공기가 기록 헤드(201)에 축적되는 상황하에서도 흡입 작동을 수행하지 않고 장기간에 걸쳐 기록 헤드(201)의 정상 작동을 달성하는 것이 가능해진다.

전술된 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 충전 작동은 차단 밸브(201)가 폐쇄되는 상태에서 흡입 펌프(207c)에 의해 기록 헤드(201)의 압력을 감소시킨 후 차단 밸브(210)를 개방함으로써 수행된다. 이러한 잉크 충전 작동에 있어서, 잉크는 전술된 바와 같이 단시간 내에 충전되고 상대적으로 강한 잉크 유동은 기록 헤드(201)에 생성된다. 이러한 작동에 있어서, 잉크 유동은 유동 경로 형성 부재에 상대적으로 큰 응력을 인가하지만, 본 발명은 유동 경로 형성 부재가 이러한 잉크 충전 작동에서도 박리되는 것을 방지하도록 허용한다.

본 발명의 잉크 제트 헤드가 장착되는 잉크 제트 기록 장치는 전술된 것에 제한되지 않는다. 시리얼 타입 잉크 제트 기록 장치가 설명되었지만, 본 발명은 기록 매체의 전폭에 걸쳐 노즐열을 구비하는 잉크 제트 헤드가 제공되는 시리얼 타입 잉크 제트 기록 장치에 또한 적용가능하다.

본 발명에 의하면, 잉크 유동 경로를 구성하는 유동 경로 형성 부재를 기판에 접합함으로써 구성되고 응력이 기판과 유동 경로 형성 부재 사이의 접합부에,예컨대 팽창에 의해 인가되는 경우에도 박리되는 것을 방지하도록 유동 경로 형성 부재와 기판 사이의 접합력을 증가시켜서 장시간 매우 신뢰성 있는 방식으로 만족할 만한 기록 작동을 가능하게 하는 잉크 제트 헤드와 이러한 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법이 제공된다.

Claims

방출 포트로부터 액체를 방출하기 위한 에너지를 생성하는 액체 방출 압력 생성 소자를 보유하는 기판과,

상기 기판에 접합되고 상기 액체 방출 압력 생성 소자 상의 위치를 통해 상기 방출 포트와 연통하는 유동 경로를 형성하는 유동 경로 형성 부재와,

상기 기판과 상기 유동 경로 형성 부재 사이의 적어도 일부에 형성되고 상기 유동 경로 형성 부재와 상기 기판 사이의 접착력보다 큰 상기 기판과 상기 유동 경로 형성 부재에 대한 접착력을 갖는 접착층을 구비하고,

상기 접착층은 상기 기판으로부터 박리되는 방향으로 상기 유동 경로 형성 부재의 응력이 집중되는 위치에, 상기 유동 경로 형성 부재와 상기 접착층 사이의 접합 영역보다 넓은 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 유동 경로 형성 부재에 의해 형성되고 상기 방출 포트에 공급될 상기 액체를 내장하도록 구성된 통상의 액체 챔버와, 상기 통상의 액체 챔버를 향해 연장되고 상기 유동 경로를 한정하는 유동 경로벽을 더 포함하고,

통상의 액체 챔버의 측면에서의 상기 유동 경로벽의 단부에는, 상기 접착층이 상기 유동 경로벽과 상기 접착층 사이의 접합 영역보다 넓은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 상기 유동 경로벽의 근부측의 부분에, 상기 접착층은 상기 유동 경로벽의 접합 영역의 경계부의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제2항에 있어서, 통상의 액체 챔버의 측부에서 상기 유동 경로벽의 단부에 형성된 상기 접착층은 상기 유동 경로벽의 근부측에 형성된 상기 접착층과 독립된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제3항에 있어서, 통상의 액체 챔버의 측부에서 상기 유동 경로벽의 단부에 형성된 상기 접착층은 통상의 액체 챔버의 측부에서 인접 유동 경로벽의 단부에 형성된 상기 접착층과 연속적인 벨트식 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 유동 경로와의 상기 통상의 액체 챔버의 연통하는 부분 부근에 상기 유동 경로 형성 부재로 이루어진 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제6항에 있어서, 상기 접착층은 상기 기둥과 상기 기판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제6항에 있어서, 상기 접착층은 상기 기둥과 상기 기판 사이의 접합 영역을 배제하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 기둥과 상기 기판 사이에 형성된 상기 접착층은 다른 부분에서 상기 접착층과 독립적인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 기둥은 상기 유동 경로 형성 부재로 이루어진 천장부로부터 상기 기판을 향해, 상기 접착층에서 먼 위치로 연장되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제6항에 있어서, 상기 기둥은 상기 접착층으로부터 상기 유동 경로 형성 부재로 이루어진 천장부를 향해, 상기 천장부에서 먼 위치로 연장되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 기판은 상기 통상의 액체 챔버와 연통하는 액체 공급 개구를 구비하고, 상기 기둥과 상기 기판 사이에 형성된 상기 접착층은 상기 액체 공급 개구의 림을 둘러싸는 영역으로 또한 연장되어 그 내부에서 부분적으로 과잉되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 접착층은 상기 액체 방출 압력 생성 소자 상의 위치를배제하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 접착층은 폴리에테르아미드 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제14항에 있어서, 상기 접착층은 열가소성 폴리에테르아미드 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 유동 경로 형성 부재는 수지 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제16항에 있어서, 상기 유동 경로 형성 부재는 에폭시 수지의 양이온 중합성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 방출 포트는 상기 액체 방출 압력 생성 소자에 대향된 위치에 개방되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항에 있어서, 상기 액체 방출 압력 생성 소자는 전열 변환 부재인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 헤드.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 잉크 제트 헤드를 제조하는 방법에 있어서,

상기 접착층을 구성하는 수지 재료로 상기 기판을 코팅하는 단계와 상기 접착층을 형성하도록 소정의 평탄 형상으로 상기 수지 재료를 패턴화하는 단계와,

가용성 수지 재료를 그 위헤 코팅하고 유동 경로 패턴을 형성하도록 소정의 평탄 형상으로 패턴화하는 단계와,

상기 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 재료를 그 위에 코팅하는 단계와,

상기 유동 경로 형성 부재를 구성하는 수지 재료에 상기 방출 포트를 개방시키는 단계와,

상기 유동 경로 패턴을 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제20항에 있어서, 접착층을 구성하는 상기 수지 재료는 폴리에테르아미드 수지로 이루어지고 상기 기판 상에 코팅된 상기 폴리에테르아미드 수지로 이루어진 층은 산소 플라즈마 에싱에 의해 패턴화되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 잉크 제트 헤드가 장착되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.