DE69836617T2

DE69836617T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Verfahren zur Herstellung desselben, Druckkopfkassette und Flüssigkeitsausstossgerät

Info

Publication number: DE69836617T2
Application number: DE69836617T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Ohta-ku Kubota; Masariko Ohta-ku Ogawa; Masami Ohta-ku Ikeda; Ichiro Ohta-ku Saito; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Tomoyuki Ohta-ku Hiroki; Yoshiyuki Ohta-ku Imanaka; Teruo Ohta-ku Ozaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2018-12-05
Also published as: US6540336B2; KR100429742B1; CA2255405C; KR19990062806A; DE69836617D1; US20020012026A1; CA2255405A1; CN1223932A; CN1168602C; EP0920997A3; AU9608698A; EP0920997A2; AU760829B2; EP0920997B1; JPH11227210A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit durch Erzeugen einer Blase durch Einwirken von Wärmeenergie auf die Flüssigkeit, einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf, eine Druckkopfkassette, welche einen derartigen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, und ein Flüssigkeitsausstoßgerät.
Die Erfindung kann auf eine Vorrichtung wie einen Drucker, ein Kopiergerät, ein Telefax mit einem Datenübertragungssystem und ein Textverarbeitungssystem mit einem Druckerabschnitt zum Bewirken von Aufzeichnung in bezug auf ein Aufzeichnungsmedium wie z. B. Papier, Garn, Fasern, Stoff, Leder, Metall, Kunststoff, Glas, Holz oder Keramik und dergleichen, und auf ein industrielles Aufzeichnungsgerät, das mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen auf eine zusammengesetzte Weise verknüpft ist, angewendet werden.
In dieser Patentbeschreibung bedeutet der Ausdruck "Aufzeichnen" nicht nur, daß ein Bild, wie z. B. ein Buchstabe oder eine Ziffer auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird, sondern auch, daß ein Bild, wie z. B. ein Muster, das keine Bedeutung hat, auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird.
Bemerkungen zum Stand der Technik
Es ist bereits ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren (sogenanntes Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren) bekannt, in welchem eine Zustandsveränderung, die eine plötzliche Volumen veränderung (Erzeugung einer Blase) aufweist, in der Tinte durch Zuführen von Wärmeenergie zu der Tinte verursacht wird, wobei die Tinte aus einer Ausstoßöffnung durch eine Wirkkraft, die auf der Zustandsveränderung beruht, ausgestoßen wird, wodurch ein Bild durch anhaftende Tinte auf dem Aufzeichnungsmedium ausgebildet wird. Ein Aufzeichnungsgerät, das ein derartiges Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren verwendet, weist üblicherweise Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen der Tinte, Tintenkanäle, die mit den Ausstoßöffnungen in Verbindung stehen, und Wärmeerzeugungskörper (elektrothermische Wandlerelemente) als Energieerzeugungselemente auf, die in den Tintenkanälen angeordnet sind und angepaßt sind, die Tinte auszustoßen, wie in den Dokumenten JP-61-59911 und JP-61-59914 offenbart ist.
Entsprechend dem vorstehend erwähnten Aufzeichnungsverfahren kann ein Bild von hoher Qualität bei hoher Geschwindigkeit und niedrigem Geräusch aufgezeichnet werden, und da die Ausstoßöffnungen in einem Druckkopf, welcher ein derartiges Aufzeichnungsverfahren bewirkt, mit hoher Dichte angeordnet werden können, kann ein aufgezeichnetes Bild mit hoher Auflösungsleistung und ein Farbbild auf leichte Weise mit einem kompakten Gerät erhalten werden. Daher wurde das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren in letzter Zeit auf verschiedene Büroausrüstungen wie Drucker, Kopiergeräte und Telefaxgeräte angewendet, und es wurde auch auf industrielle Systeme wie Bedruckungsvorrichtungen angewendet.
Andererseits kann in den herkömmlichen Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren Ablagerung von Tinte auf dem Wärmeerzeugungselement angesammelt werden, da das Wärmeerzeugungselement wiederholt erhitzt wird, während es sich in Berührung mit der Tinte befindet. Ferner kann durch die Blasenausbildung durch direktes Erhitzen durch das Wärmeerzeugungselement kein guter Flüssigkeitsausstoß erreicht werden, wenn die auszustoßende Flüssigkeit zur Zersetzung neigt oder es bei ihr schwierig ist, eine ausreichende Blase zu erzeugen.
Der Anmelder hat ein Verfahren zum Ausstoßen von Ausstoßflüssigkeit durch Blasenbildung der Blasenbildungsflüssigkeit durch Wärmeenergie über eine flexible Membran, welche die blasenbildende Flüssigkeit von der Ausstoßflüssigkeit abtrennt, wie in dem Dokument JP-55-81172 offenbart ist, vorgeschlagen. In diesem Verfahren ist eine Beziehung zwischen der flexiblen Membran und der Blasenbildungsflüssigkeit derart, daß die flexible Membran an einem Teil einer Düse angeordnet ist. Im Gegensatz dazu ist eine Anordnung, in welcher eine große Membran zum Abteilen des ganzen Druckkopfs in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt verwendet wird, in dem Dokument JP-59-26270 offenbart und entspricht dem Dokument EP-A-0100624. Die große Membran ist zwischen zwei Plattenelementen eingeklemmt, welche einen Flüssigkeitskanal begrenzen, um zu verhindern, daß sich Flüssigkeiten in zwei Flüssigkeitskanälen miteinander vermischen.
Andererseits wird ein Verfahren, in welchem die blasenbildende Flüssigkeit selbst ihre eigene Eigenschaft hat und Flüssigkeit mit einem niedrigeren Siedepunkt als dem der Ausstoßflüssigkeit unter Berücksichtigung der Blasenbildungseigenschaft als die blasenbildende Flüssigkeit verwendet wird, in dem Dokument JP-5-229122 offenbart, und ein Verfahren, in welchem leitfähige Flüssigkeit als die blasenbildende Flüssigkeit verwendet wird, ist in dem Dokument JP-4-329148 offenbart.
Sowohl diese Dokumente als auch das Dokument EP-A-0100624 offenbaren einen Flüssigkeitsausstoßkopf, welcher die Merkmale aufweist, die in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zusammengefaßt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder fanden jedoch beim Untersuchen der tatsächlichen Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, bei welchem die vorstehend erwähnten Trennmembranen verwendet werden, die nachstehenden Probleme.
Da die Trennmembran zwischen einem Substrat mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen und einer Deckplatte zum Ausbilden einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer angeordnet ist, wird das Anbringen der Membran kompliziert und die Membran kann während ihres Anbringens beschädigt werden, wenn eine verformbare Membran als einzelnes Teil gehandhabt wird.
Ferner ist es schwierig, die Membran an die gewünschten Stellen auf den Tintenkanälen und Heizelementen des Druckkopfs anzuheften und einen Bereich der Membran, der ein anderer ist als deren beweglicher Teil, fest anzuordnen, was eine Abweichung in dem Ausstoßvermögen von Teil zu Teil ergibt. Insbesondere wenn die Membran zum Erzielen eines Flüssigkeitsausstoßes bei hohem Niveau verwendet wird, während der Effekt, der durch die Trennfähigkeit der Membran erhalten wird, beibehalten werden soll, muß dieses Problem auf einfache Weise gelöst werden.
Ferner fanden die Erfinder von einem anderen Gesichtspunkt aus eine andere neue Aufgabenstellung, wenn die Flüssigkeit auf der Grundlage von Blasenbildung durch Filmsieden unter Verwendung einer organischen Membran und eines Wärmeerzeugungselements ausgestoßen wird. Es ergibt sich nämlich bei der praktischen Anwendung die Aufgabe der Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Trennmembran selbst und des Tintenstrahlkopfs unter Berücksichtigung der Umstände der Erhitzung bei der Verlagerung der Membran durch eine Reihe von Zustandsveränderungen (Erzeugung der Blase, Anwachsen der Blase und Zusammenziehen der Blase).
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, welcher ein scharfes Bild von hoher Qualität aufzeichnen kann, und in welchem die vorstehend erwähnten Probleme gelöst werden können und Streuung in dem Ausstoßvermögen von Teil zu Teil vermindert ist, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen im Bereit stellen von damit verbundenen Erfindungen, wie z. B. einem Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, einem Flüssigausstoßkopf, einer Druckkopfkassette und einem Flüssigkeitsausstoßgerät, die von den Erfindern im Zuge der Lösung der vorstehenden Probleme gemacht wurden.
Erfindungsgemäß wurden diese Ziele jeweils durch den Gegenstand der Ansprüche 1, 7, 8, 9 und 14 erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen abgegrenzt.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der eine Deckplatte, die eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen zum Zuführen von Tinte entsprechend der Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der Tinte zu den ersten Flüssigkeitskanälen aufweist, ein Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat, welches unter Ausbilden von zweiten Flüssigkeitskanälen erhalten wurde, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle angeordnet sind und Blasenerzeugungsbereiche aufweisen, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle auf einem Substrat, auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen zum Veranlassen der Tintenausstoßöffnung, Tintentröpfchen auszustoßen, angeordnet sind und welches Ansteuerungsvorrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente aufweist, und eine bewegliche Membran zur vollständigen Trennung der ersten Flüssigkeitskanäle und der zweiten Flüssigkeitskanäle aufweist, wobei diese durch die auf den Wärmeerzeugungselementen erzeugten Blasen verlagerbar ist, werden ein Schritt zum Anordnen der beweglichen Membran auf einem Träger zum Ausbilden der beweglichen Membran, ein Schritt zum Ausbilden von Befestigungsabschnitten für die bewegliche Membran auf der beweglichen Membran zum Befestigen der beweglichen Membran und ein Schritt zum Entfernen des Trägers bereitgestellt.
Nach dem vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf werden die Membranen nicht allein gehandhabt, da die beweglichen Membranen zusammen mit den Abschnitten zum Befestigen der beweglichen Membranen aus einem Stück bestehen.
Dementsprechend kann ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs bereitgestellt werden, in welchem die vorstehend erwähnten Probleme gelöst werden können und die Abweichung in dem Ausstoßvermögen von Teil zu Teil vermindert ist, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Um das vorstehende zweite Ziel zu erreichen, hat erfindungsgemäß in einem Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine Deckplatte, die eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen zum Zuführen von Tinte entsprechend der Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der Tinte zu den ersten Flüssigkeitskanälen aufweist, ein Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat, welches unter Ausbilden von zweiten Flüssigkeitskanälen erhalten wurde, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle angeordnet sind und Blasenerzeugungsbereiche aufweisen, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle auf einem Substrat, auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen zum Veranlassen der Tintenausstoßöffnung, Tintentröpfchen auszustoßen, angeordnet sind, und welches Ansteuerungsvorrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente aufweist, und eine bewegliche Membran zur vollständigen Trennung der ersten Flüssigkeitskanäle und der zweiten Flüssigkeitskanäle aufweist, wobei diese durch die auf den Wärmeerzeugungselementen erzeugten Blasen verlagerbar ist, die bewegliche Membran einen Rahmen, der an der beweglichen Membran anliegt, um die bewegliche Membran zu stützen.
Entsprechend dem vorstehend erwähnten Flüssigkeitsausstoßkopf ist, da der Rahmen angeordnet ist, der an der beweglichen Membran anliegt, während der Herstellung, wenn mit der beweglichen Membran hantiert wird, genügend Festigkeit abge sichert, um eine Beschädigung der beweglichen Membran zu verhindern, und es kann ein Ausrichten beim Zusammenbau auf leichte Weise und genau erreicht werden. Ferner gibt es keine Abweichung von Teil zu Teil und keine Abweichung in Abhängigkeit von den Verwendungsbedingungen, da die Abschnitte (die durch den Rahmen zu fixierten Enden (nicht verlagert) während der Verlagerung der beweglichen Membran werden) der Membran sicher als fixierte Enden ohne Angrenzen zwischen der Deckplatte und dem Substrat wirken, wodurch die Ausstoßeigenschaften stabilisiert werden und ein sehr scharfes Bild aufgezeichnet wird.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in einem Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine Deckplatte, die eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen zum Zuführen von Tinte entsprechend der Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der Tinte zu den ersten Flüssigkeitskanälen aufweist, ein Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat, welches unter Ausbilden von zweiten Flüssigkeitskanälen erhalten wurde, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle angeordnet sind und Blasenerzeugungsbereiche aufweisen, die angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle auf einem Substrat, auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen zum Veranlassen der Tintenausstoßöffnung, Tintentröpfchen auszustoßen, angeordnet sind, und welches Ansteuerungsvörrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente aufweist, und eine bewegliche Membran zur vollständigen Trennung der ersten Flüssigkeitskanäle und der zweiten Flüssigkeitskanäle aufweist, wobei diese durch die auf den Wärmeerzeugungselementen erzeugten Blasen verlagerbar ist, die Deckplatte, das Kopfsubstrat, Abschnitte der beweglichen Membran, die an der Deckplatte anliegen, und das Kopfsubstrat aus Material ausgebildet, das die gleichen Elemente aufweist.
Entsprechend dem vorstehend erwähnten Flüssigkeitsausstoßkopf sind die Deckplatte, das Kopfsubstrat und Abschnitte der beweglichen Membran, welche an der Deckplatte und dem Kopfsubstrat anliegen, aus Material ausgebildet, welches die gleichen Elemente aufweist. Folglich kann, selbst wenn der Zusammenbau unter Hochtemperaturbedingung ausgeführt wird, wenn die Deckplatte, das Kopfsubstrat und die bewegliche Membran zusammengesetzt werden, verhindert werden, daß die beweglichen Abschnitte der Membran aus den Flüssigkeitskanälen hinaus abgelenkt werden. Weiterhin werden die Lagen der Deckplatte, des Kopfsubstrats und der beweglichen Membran nicht verschoben, da die während des Betriebs in dem Druckkopf angesammelte Wärme in gleichem Maße auf die Deckplatte, das Kopfsubstrat und die anliegenden Abschnitte der beweglichen Membran einwirkt. Folglich kann ein sehr scharfes Ausgabebild erhalten werden, da die beweglichen Abschnitte und die fest angeordneten Abschnitte der beweglichen Membran sicher als die beweglichen und die fest angeordneten Abschnitte betrieben werden können.
In dieser Patentbeschreibung werden die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" hinsichtlich einer Flüssigkeitsströmungsrichtung von einer Flüssigkeitszuführungsquelle durch den blasenbildenden Bereich (oder das bewegliche Element) bis zu der Ausstoßöffnung verwendet, oder sie werden als Darstellung bezüglich der Aufbaurichtung verwendet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals,
2 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 1 im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen,
3A, 3B und 3C zeigen Ansichten zur Darstellung von Schritten zur Herstellung einer Deckplatte, welche den Flüs sigkeitsausstoßkopf entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbildet,
4A, 4B und 4C zeigen erklärende Ansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für die Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßsubstrats, welches den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbildet, und einen Zustand, in dem die Deckplatte mit dem Flüssigkeitsausstoßsubstrat verbunden ist,
5A, 5B und 5C zeigen schematische Schnittansichten zur Darstellung von Schritten zur Ausbildung von Öffnungen in der Deckplatte, welche den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf ausbildet,
6A, 6B, 6C, 6D und 6E zeigen schematische Schnittansichten (im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Erklärung des Flüssigkeitsausstoßes aus dem Ausstoßkopf von 1 in Zeitrafferweise,
7 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals,
8 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 7 im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen,
9A, 9B und 9C zeigen erklärende Ansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen eines Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats, das den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbildet, und einen Zustand, in dem die Deckplatte mit dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat verbunden ist,
10A, 10B, 10C und 10D zeigen schematische Schnittansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung einer Trennmembran mit anliegenden Abschnitten des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
11A, 11B, 11C, 11D und 11E zeigen schematische Schnittansichten zur Erklärung eines anderen Verfahrens zur Herstellung einer Trennmembran mit anliegenden Abschnitten des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
12A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit anliegenden Abschnitten einstückig ausgebildet ist, und 12B zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Zustands, daß eine Vielzahl von Trennmembranen, die einstückig mit anliegenden Abschnitten ausgebildet sind, auf einem Siliziumwafer ausgebildet sind, um eine Vielzahl von Membranen auf einmal zu erhalten,
13A, 13B, 13C, 13D und 13E zeigen erklärende Ansichten zur Erklärung einer Arbeitsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
14A, 14B, 14C und 14D zeigen Ansichten zur Erklärung einer Anordnungsbeziehung zwischen einem Wärmeerzeugungselement, einem zweiten Flüssigkeitskanal und einem anliegenden Element des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 13A bis 13E, worin 14A eine Ansicht zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem zweiten Flüssigkeitskanal, 14B eine Draufsicht des anliegenden Elements, 14C eine Ansicht zur Darstellung einer Anordnungsbeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement, dem zweiten Flüssigkeitskanal und dem anliegenden Element und 14D eine Ansicht zur Darstellung eines verlagerbaren Bereichs der beweglichen Trennmembran zeigt,
15 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals,
16 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 15 im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen,
17A, 17B, 17C und 17D zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfs, die mit anliegenden Abschnitten in einem Stück ausgebildet ist, gemäß der dritten Ausführungsform,
18A und 18B zeigen perspektivische Ansichten der Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfs, die mit anliegenden Abschnitten in einem Stück ausgebildet ist, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
19A, 19B und 19C zeigen erklärende Ansichten zur Erklärung einer Betriebsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
20A1, 20A2, 20B1, 20B2, 20C1, 20C2, 20D1 und 20D2 zeigen der Reihe nach erklärende Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 20A1, 20B1, 20C1 und 20D1 perspektivische Ansichten sind und 20A2, 20B2, 20C2 und 20D2 Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen sind und den perspektivischen Ansichten entsprechen,
21 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Abschnitts, der einem Wärmeerzeugungselementabschnitt (Blasenerzeugungsbereich) eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats entspricht,
22 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Längsschnitts des Hauptbauelements des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats,
23A, 23B, 23C, 23D und 23E zeigen Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zum Erläutern eines grundlegenden Ausstoßmodells, um die Ausstoßleistung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs zu verbessern,
24A, 24B, 24C, 24D und 24E zeigen Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zum Erläutern eines grundlegenden Ausstoßmodells, um die Ausstoßleistung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs zu verbessern,
25A, 25B und 25C zeigen Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zum Erläutern von Verlagerungsschritten der beweglichen Trennmembran, um die Ausstoßleistung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf zu verbessern,
26A, 26B und 16C zeigen Ansichten zur Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken einer beweglichen Trennmembran, worin 26A eine Schnittansicht im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands, 26B eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitskanals zur Darstellung eines blasenbildenden (Ausstoß-)Zustands und 26C eine Ansicht zur Darstellung eines zweiten Flüssigkeitskanals zeigt,
27A und 27B zeigen Ansichten zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken der beweglichen Trennmembran, worin 27A eine Schnittansicht im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 27B eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitskanals zur Darstellung eines blasenbildenden (Ausstoß-)Zustands zeigt,
28A und 28B zeigen Ansichten im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals zur Darstellung einer Abwandlung des in 27A und 27B dargestellten Flüssigkeitsaustauschkopfs, worin 28A eine Ansicht zur Darstellung eines Abschnitts einer Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals, der stufenförmig ausgebildet ist, und 28B eine Ansicht zur Darstellung eines Abschnitts einer Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals zeigt, der so ausgebildet ist, daß er einen gewissen Krümmungsradius hat,
29A und 29B zeigen Ansichten zur Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken einer beweglichen Trennmembran, worin 29A eine Draufsicht zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen einem zweiten Flüssigkeitskanal und einem Wärmeerzeugungselement und 29B eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Lagebeziehung von 29A zeigt,
30A, 30B, 30C, 30D und 30E zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Ausstoßvorgangs des in 29A und 29B dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs auf Zeitrafferweise, worin (A) in 30A bis 30E Schnittansichten im Schnitt entlang einer Linie B-B in 29A, (B) in 30A bis 30E Schnittansichten im Schnitt entlang einer Linie A-A in 29A und (C) in 30A bis 30E Schnittansichten entlang einer Linie C-C in 29A zeigen,
31A, 31B und 31C zeigen Ansichten zur Darstellung einer Abwandlung des in 29A und 29B dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs, wobei 31A eine Ansicht zur Darstellung eines Zustands, daß eine Breite eines zweiten Flüssig keitskanals nahe einem Wärmeerzeugungselement von einer Zugangsseite zu einer Abgangsseite stufenförmig zunimmt, zeigt, 31B eine Ansicht zur Darstellung eines Zustands, daß eine Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals nahe einem Wärmeerzeugungselement allmählich zunimmt, um einen gewissen Krümmungsradius von einer Zugangsseite zu einer Abgangsseite zu haben, zeigt und 31C eine Ansicht zur Darstellung eines Zustands, daß eine Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals nahe einem Wärmeerzeugungselement allmählich zunimmt, um einen Krümmungsradius umgekehrt zu dem von 31B von einer Abgangsseite zu einer Zugangsseite zu haben, zeigt,
32 zeigt eine Schnittansicht im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals zur Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken einer beweglichen Trennmembran,
33A, 33B, 33C und 33D zeigen erklärende Ansichten zum Erläutern einer Betriebsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 32,
34 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung eines Aufbaus eines zweiten Flüssigkeitskanals des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 32 und 33A bis 33D zur Darstellung des zweiten Flüssigkeitskanals bei weggelassener beweglicher Trennmembran,
35 zeigt eine Schnittansicht im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkanals zur Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken der beweglichen Trennmembran zur Darstellung eines Blasenbildungszustands,
36A, 36B, 36C und 36D zeigen erklärende Ansichten zur Erläuterung einer Arbeitsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 35,
37 zeigt eine Schnittansicht im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals zur Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken der beweglichen Trennmembran zur Darstellung eines Blasenbildungszustands,
38A und 38B zeigen Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals zur Darstellung eines Beispiels, in welchem die vorliegende Erfindung auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf angewendet wird, in welchem eine Ausstoßöffnung an einer Abgangsseite eines Blasenerzeugungsbereichs angeordnet ist, um Flüssigkeit in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung, entlang welcher die Flüssigkeit durch einen ersten Flüssigkeitskanal fließt, auszustoßen, wobei 38A eine Ansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 38B eine Ansicht zur Darstellung eines blasenbildenden Zustand zeigt,
39 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,
40 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßgeräts, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,
41A, 41B, 41C, 41D, 41E und 41F zeigen Ansichten zur Darstellung der grundlegenden chemischen Formeln von Poly-p-Xylylen (PPX) entsprechend der vorliegenden Erfindung,
42A, 42B und 42C zeigen erklärende Ansichten zur Darstellung der Veränderung im Material in einem Reaktionsprozeß, wenn eine Trennmembran aus Poly-p-Xylylen von 41A allein ausgebildet wird,
43A und 43B zeigen erklärende Ansichten zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits ausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken der beweglichen Trennmembran, wobei 43A eine Ansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 43B eine Ansicht zur Darstellung eines blasenbildenden (Ausstoß-)Zustands zeigt, und
44A und 44B zeigen erklärende Ansichten zur Darstellung einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einer Vorrichtung zum Lenken der beweglichen Trennmembran, wobei 44A eine Ansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 44B eine Ansicht zur Darstellung eines blasenbildenden (Ausstoß-)Zustands zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit deren Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals, und 2 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 1 im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl der Flüssigkeitskanäle.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform sind zweite Flüssigkeitskanäle 4 für die Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1, auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen 2 zum Einbringen von Wärmeenergie für die Erzeugung von Blasen in Flüssigkeit angeordnet sind, angeordnet, und erste Flüssigkeitskanäle 3 (zum Ausstoßen von Flüssigkeit), die mit Ausstoßöffnungen 11 in Verbindung stehen, sind auf den zweiten Flüssigkeitskanälen angeordnet. Die ersten und zweiten Flüssigkeitskanäle entsprechen dem jeweiligen Wärmeerzeugungselement 2.
Eine bewegliche Trennmembran 5, die aus anorganischem Material hergestellt ist und Elastizität aufweist, ist zwischen den ersten und zweiten Flüssigkeitskanälen so angeordnet, daß die Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanälen 3 vollständig von der Blasenbildungsflüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskanälen 4 isoliert ist. Die Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanälen 3 und die Blasenbildungsflüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskanälen 4 werden aus jeweiligen Zuführungswegen zugeführt.
Die Ausstoßflüssigkeit wird aus einem Tintenbehälter (weiter nachstehend beschrieben) einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt und aus den Ausstoßöffnungen durch die ersten Flüssigkeitskanäle, die der Vielzahl von jeweiligen Wärmeerzeugungselementen entsprechen, ausgestoßen. Andererseits wird Blasenbildungsflüssigkeit einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt und in die zweiten Flüssigkeitskanäle eingefüllt, die der Vielzahl von jeweiligen Wärmeerzeugungselementen entsprechen. In der abgebildeten Ausführungsform strömt die Blasenbildungsflüssigkeit wie durch die Pfeile in 1 dargestellt und wird durch einen Flüssigkeitsbewegungsweg hindurch (nicht dargestellt) bewegt oder zirkuliert in diesem.
Die ersten Flüssigkeitskanäle 3, die mit den Ausstoßöffnungen 11 in Verbindung stehen, werden durch Anfügen einer Deckplatte 6 an das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 ausgebildet. Die Deckplatte 6 ist entsprechend der erläuterten Ausführungsform aus einer Mündungsplatte mit den Ausstoßöffnungen 11, einer Vielzahl von Flüssigkeitskanalwänden 3a zum Begrenzen der Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen 3 und einem Flüssigkeitskammergehäuse, das eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 143 begrenzt, die mit der Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen 3 gemeinsam in Verbindung steht, um den ersten Flüssigkeitskanälen 3 Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) zuzuführen, ausgebildet.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der dargestellten Ausfüh rungsform hat die Eigenschaft, daß das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1, die bewegliche Trennmembran 5 und die Deckplatte 6 aus Material ausgebildet sind, welches die gleichen Elemente aufweist, wie z. B. das Element Silizium.
Nachstehend wird zuerst ein Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs entsprechend der dargestellten Ausführungsform erläutert. 3A–3C bis 5A–5C zeigen schematische Ansichten zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs. Dieses Verfahren weist jedoch nicht alle von den Merkmalen der Erfindung auf.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3C ein Verfahren zur Herstellung der Deckplatte kurz beschrieben.
Wie in 3A dargestellt ist, wird zuallererst, nachdem durch thermische Oxidation ausgebildete SiO₂-Filme 13 mit einer Dicke von ungefähr 1 μm an beiden Oberflächen eines Siliziumwafers (Si-Substrat) ausgebildet wurden, ein Abschnitt zum Begrenzen der gemeinsamen Flüssigkeitskammer unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, gemustert. Dann wird auf dem Film 13 ein SiN-Film 14 (Material für die Düsen) mit einer Dicke von ungefähr 30 μm durch ein Mikrowellen-CVD-Verfahren (nachstehend hier als "μW-CVD-Verfahren" bezeichnet) ausgebildet. Als Gas für die Ausbildung des SiN-Films kann bei dem μW-CVD-Verfahren Mischgas aus Monosilan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Argon (Ar) verwendet werden. Bestandteile des verwendeten Gases können sowohl Disilan (Si₂H₆) und/oder Ammoniak (NH₃) als auch das vorstehende Gas sein.
In der dargestellten Ausführungsform wird der SiN-Film unter Hochvakuum von 5 mTorr unter Verwendung von Mikrowellen mit einer Leistung von 1,5 kW und unter Zuführung von SiH₄/N₂/Ar mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100/100/40 sccm ausgebildet. Der SiN-Film kann mit anderen Verhältnissen der Bestandteile und durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung einer HF-Energiequelle ausgebildet werden.
Dann werden, wie in 3B dargestellt ist, Mündungsabschnitte und Flüssigkeitskanalabschnitte durch Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, gemustert, und es wird Ätzen ausgeführt, um unter Verwendung einer Ätzvorrichtung, die dielektrisch gekoppeltes Plasma verwendet, eine Grabenstruktur zu erhalten.
Danach wird, wie in 3C dargestellt ist, unter Verwendung von Tetra-Methyl-Ammoniumhydroxid (nachstehend als "TMAH" bezeichnet) Durchätzen der Siliziumhalbleiterscheibe bewirkt, um die Siliziumdeckplatte 6 in einem Stück mit den Mündungen auszubilden, wie in 1 dargestellt ist.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 4A bis 4C ein Verfahren zur Herstellung des Kopfsubstrats und der beweglichen Membran erläutert.
Zuallererst wird, wie in 4A dargestellt ist, ein PSG(Phosphorsilikatglas)-Film 17 mit einer Dicke von ungefähr 5 μm auf einem Bauelementsubstrat 16 (weiter nachstehend beschrieben) unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist es wünschenswert, da die Dicke des PSG-Films letzten Endes die Höhen der zweiten Flüssigkeitskanäle bestimmt, unter Berücksichtigung des Gleichgewichts der Gesamtheit der Flüssigkeitskanäle, das von den Bedingungen der Flüssigkeitszuführung zu den zweiten Flüssigkeitskanälen abhängt, daß die Dicke als ein Wert ausgewählt wird, bei dem die beste Wirksamkeit des beweglichen Elements erreicht wird.
Dann werden, wie in 4B dargestellt ist, Abschnitte des PSG-Films, die andere Abschnitte als Abschnitte sind, welche die zweiten Flüssigkeitskanäle und die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer begrenzen, unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, gemustert, und es wird ein SiN-Film 18 (der die Trennmembran zwischen den ersten Flüssigkeitskanälen und den zweiten Flüssigkeitskanälen definiert) mit einer Dicke von ungefähr 1 μm auf dem PSG-Film ausgebildet. Dieser SiN-Film wird allgemein in einem Halbleiterverfahren verwendet und hat eine gute Beständigkeit gegenüber alkalischen Stoffen, gute chemische Stabilität und gute Beständigkeit gegenüber Tinte. Als Zusammensetzung des SiN-Films ist Si₃N₄ am besten, aber hinsichtlich der Wirksamkeit des beweglichen Elements kann Si:N gleich 1 1 bis 1,5 gewählt werden. Ferner kann vom Gesichtspunkt ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber alkalischen Stoffen, chemischer Stabilität und Beständigkeit gegenüber Tinte SiC anstelle von SiN verwendet werden. Es ist eine Dicke der beweglichen Membran, welche aus anorganischem Material wie SiN hergestellt ist, von 1.000 Å–1 μm (im Fall von SiN) in Abhängigkeit von den Materialien wünschenswert.
Eine rückwärtige Fläche des Elementsubstrats 16 betreffend werden, nachdem der SiO₂-Film mit einer Dicke von ungefähr 1 μm vorher darauf durch thermische Oxidation ausgebildet wurde, eine Vielzahl von Öffnungsabschnitten (in 4A bis 4C nicht dargestellt; vgl. 1) als Zuführungsöffnungen und Abströmungsöffnungen zum Ausbilden von Flüssigkeitsbewegungswegen, die durch die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer und die zweiten Flüssigkeitskanäle begrenzt werden, unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, gemustert.
In der rückwärtigen Fläche des Bauelementsubstrats 16 werden mit einer Ätzvorrichtung, welche dielektrisch gekoppeltes Plasma verwendet, zylindrische Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 10 bis 50 μm ausgebildet (durch Ätzen).
In der dargestellten Ausführungsform kann bei Verwendung des PSG-Films als eine Opferschicht zum Ausbilden der zweiten Flüssigkeitskanäle in dem Ätzverfahren, wenn die Löcher entsprechend den zweiten Flüssigkeitskanälen ausgebildet sind, das Ätzen an einer gewissen Stelle auf dem PSG-Film angehalten werden. Übrigens kann in den Bereichen auf dem Bauelementsubstrat, in welchen die Durchgangslöcher ausgebildet sind, eine Wärmeansammlungsschicht 103 (weiter nachstehend beschrieben) vorher entfernt werden.
Dann werden, wie in 4C dargestellt ist, durch Einleiten von Lösungsmittel (z. B. gepufferte Fluorsäure) zum Entfernen von PSG von der rückwärtigen Fläche des Substrats aus, in welcher die Durchgangslöcher ausgebildet wurden, die zweiten Flüssigkeitskanäle ausgebildet, wodurch das Kopfsubstrat, das mit der beweglichen Membran zusammen aus einem Stück besteht, vollendet ist. Übrigens kann, wie in der dargestellten Ausführungsform, durch Verwendung der zweiten Flüssigkeitskanäle als Flüssigkeitsbewegungswege und durch Anordnen der Vielzahl von Durchgangslöchern die Entfernung von PSG durch das Lösungsmittel unterstützt werden, und es können Ätzreste verhindert werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Kopfsubstrats, das mit der beweglichen Membran zusammen aus einem Stück besteht, nicht erforderlich, daß ein sehr dünnes Teil mit einer Dicke von ungefähr 1 μm als ein Einzelteil gehandhabt wird, da die verlagerbare Membran mit dem Kopfsubstrat, das den Abschnitt zum Befestigen der beweglichen Membran hat, einstückig ausgebildet ist.
Ferner kann die Positionierung der beweglichen Membran in bezug auf das Wärmeerzeugungs-Widerstandselement genauer vorgenommen werden, da die verlagerbare Membran mit dem Kopfsubstrat, das die Wärmeerzeugungs-Widerstandselemente aufweist, einstückig ausgebildet werden kann, wodurch Abweichungen im Ausstoßvermögen von Teil zu Teil verhindert werden. Ferner kann der Abstand zwischen den Flüssigkeitskanälen auf ungefähr 10 bis 20 μm vermindert werden, da die zweiten Flüssigkeitskanäle durch Verwenden eines Halbleiterherstellungsverfahrens ausgebildet werden, wodurch eine Anordnung der Düsen mit hoher Dichte auf leichte Weise realisiert werden kann.
Obwohl ein Beispiel erläutert wurde, in welchem PSG als Op ferschicht zur Ausbildung der zweiten Flüssigkeitskanäle verwendet wird, kann irgendein Material verwendet werden, solange ein Auswahlverhältnis durch das Lösungsmittel gegeben ist. Z. B. kann, wenn wie in der dargestellten Ausführungsform SiN als die bewegliche Trennmembran und gepufferte Fluorsäure als das Lösungsmittel verwendet werden, bequemerweise BPSG (Bor-dotiertes Phosphorsilikatglas) als Opferschicht verwendet werden.
Falls SiN als bewegliche Trennmembran und gepufferte Fluorsäure als Lösungsmittel sowie PSG oder BPSG als Opferschicht verwendet werden, wird übrigens ein Ätzrückstand endgültig entfernt, wenn die Tinte zugeführt wird, selbst wenn Ätzrückstand in Teilen der zweiten Flüssigkeitskanäle verbleibt, da Ätzrückstand dazu neigt, von alkalischen Stoffen, wie z. B. Tinte, geätzt zu werden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Ferner ist es wünschenswert, daß das Selektionsverhältnis bezüglich des Bauelementsubstrats in dem Ätzverfahren für die Ausbildung der vorstehend erwähnten Durchgangslöcher gegeben ist, wenn diese nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Unter den Materialien, die eine solche Bedingung befriedigen, können gewünschte Materialien ausgewählt werden.
Nachstehend wird das Verbinden der in 3C dargestellten Deckplatte mit dem Kopfsubstrat, das mit der beweglichen Trennmembran einstückig ausgebildet ist, erläutert.
In der dargestellten Ausführungsform kann, da das Kopfsubstrat, welches mit der beweglichen Membran eine Einheit bildet, und die Deckplatte aus den gleichen Elementen ausgebildet sind, deren Verbindung durch Low Noise-(Raumtemperatur-)Verbinden unter Verwendung von Oberflächenaktivität (nachstehend lediglich als "Kaltverbinden" bezeichnet) bewirkt werden.
Eine in diesem Fall verwendete Kaltverbindungsvorrichtung weist eine Hilfskammer und eine Verbindungskammer (beide sind Vakuumkammern) auf, und es wird ein Vakuum von 1 bis 10 Pa verwendet. In der Hilfskammer wird eine Ausrichtungsposition zum Positionieren eines Abschnitts für das Verbinden des Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats 1 mit der Deckplatte 6 vom mit Öffnungen integralen Typ unter Verwendung von Bildverarbeitung festgesetzt. Danach wird die Baugruppe, während ein solcher Zustand beibehalten wird, in die Verbindungskammer transportiert, wo Energieteilchen auf die Fläche des SiN-Films an dem Abschnitt, der verbunden werden soll, angewendet werden. Nachdem die Fläche durch eine derartige Anwendung aktiviert wurde, werden das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 und die Deckplatte 6 vom mit Öffnungen integralen Typ miteinander verbunden. In diesem Fall kann eine Temperatur von 200 °C oder mehr oder Druck angewendet werden.
Als Verbindungsverfahren kann übrigens auch, nachdem ein dünner Film (mit einer Dicke von 3.000 Å) von Wasserglas (Natriumsilikat) auf den Abschnitt (der verbunden werden soll) des Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats aufgebracht wurde und das Aufbringen eines Musters erfolgt ist, das Substrat mit der Deckplatte bei einer Temperatur von ungefähr 100 °C verbunden werden, oder das Verbinden kann durch Wärme und Druck erfolgen, nachdem Klebstoff auf eins von den Bauteilen Ausstoßkopfsubstrat oder Deckplatte durch ein Übertragungsverfahren aufgebracht wurde.
In der dargestellten Ausführungsform wird, wenn die Deckplatte und das Kopfsubstrat verbunden werden, da die Deckplatte, die bewegliche Membran und das Kopfsubstrat aus Material ausgebildet sind, welches das Element Silizium aufweist, ein Einfluß durch Wärmeausdehnung auf diese Teile auf die gleiche Weise ausgeübt, wodurch die Wärmebeständigkeit verbessert wird.
Daher kann verhindert werden, selbst wenn das Zusammensetzen (Verbinden) unter der Bedingung hoher Temperatur ausgeführt wird, daß die beweglichen Abschnitte der Membran aus den Flüssigkeitskanälen herausgeschoben werden. Um den Einfluß durch Wärmeausdehnung auszugleichen, ist das Material übrigens nicht auf das Element Silizium beschränkt, aber die Deckplatte, die bewegliche Membran und das Kopfsubstrat sollten aus dem gleichen Element ausgebildet sein.
An der Baugruppe, die wie vorstehend beschrieben durch Verbinden der Deckplatte und des Kopfsubstrats erhalten wurde, wie in 5A dargestellt ist, werden die Öffnungsabschnitte durch einen Ionenstrahl 19 unter Vakuum eingearbeitet, während eine Maske 20 verwendet wird. In diesem Fall kann wegen der Energie des Ionenstrahls die Bearbeitung in Form eines umgekehrten Konus ausgeführt werden. Auf diese Weise kann der Kopf vollendet werden, wie in 5C dargestellt ist. Übrigens kann als ein Verfahren zur Herstellung der Öffnungen eine Laserabtragung unter Verwendung eines Excimerlasers unter Normaltemperatur/-Druck ausgeführt werden.
Für die Laserabtragung unter Verwendung eines Excimerlasers ist SiN-Material geeignet. Bei der vorstehend angeführten Bearbeitung von Material, das Silizium aufweist, ist SiN am besten, danach sind SiC und Si besser, und SiO₂ ist am schlechtesten. Übrigens wird die Membran, die Silizium aufweist, durch das Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet.
Obwohl die Stirnfläche der anorganischen Isoliermembran, die durch die Laserabtragung, so wie sie ist, eine ausreichend scharfe Form hat, kann ein Poliervorgang hinzugefügt werden, um eine schärfere Form zu erhalten.
Nachstehend wird das Ausstoßen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf von 1 unter Bezugnahme auf 6A bis 6E erläutert. 6A bis 6E zeigen auf Zeitrafferart schematische Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Erläuterung der Weise, auf welche die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf von 1 ausgestoßen wird.
In 6A bis 6E sind die ersten Flüssigkeitskanäle 3, die mit den Ausstoßöffnungen 11 in gerader Richtung in Verbindung stehen, mit einer ersten Flüssigkeit aus der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer gefüllt, und die zweiten Flüssigkeitskanäle 4 mit den Blasenbildungsbereichen sind mit der Blasenbildungsflüssigkeit, von welcher eine Blase durch Zuführen von Wärmeenergie von dem Wärmeerzeugungselement 2 ausgebildet werden kann, gefüllt.
In dem Ausgangszustand, wie in 6A dargestellt, wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 3 durch Kapillarkraft nahe zu der Ausstoßöffnung 11 transportiert. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ausstoßöffnung an einer Abgangsseite der Projektionsfläche des Wärmeerzeugungselements 2 auf den ersten Flüssigkeitskanal 3 in einer Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitskanal 3 angeordnet. Wie vorstehend erwähnt wurde, strömt die zweite Flüssigkeit so, daß sie in dem zweiten Flüssigkeitskanal in einer durch die Pfeile dargestellten Richtung verschoben wird.
In diesem Zustand wird, wenn die Wärmeenergie dem Wärmeerzeugungselement 2 zugeführt wird, das Wärmeerzeugungselement 2 schnell aufgeheizt, mit dem Ergebnis, daß die zweite Flüssigkeit, die sich in Berührung mit dem Blasenerzeugungsbereich befindet, erhitzt wird, um die Blase zu erzeugen (6B). Durch einen Vorgang von Filmsieden, der in dem Dokument US-4 723 129 offenbart ist, wird eine Blase 7 erzeugt und bildet sich an der gesamten Oberfläche des Wärmeerzeugungselements unter hohem Druck aus. Der in diesem Fall erzeugte Druck pflanzt sich durch die zweite Flüssigkeit hindurch in dem zweiten Flüssigkeitskanal 4 fort, um auf die bewegliche Trennmembran 5 mit dem Resultat einzuwirken, daß die bewegliche Trennmembran 5 verformt wird, um das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 3 zu starten.
Wenn die Blase 7, die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselements 2 erzeugt wird, schnell anwächst, nimmt die Blase eine Filmform an (6C). Die Ausdehnung der Blase 7 unter hohem Druck in dem anfänglichen Zustand der Blasenbildung verursacht eine weitere Verformung der beweglichen Trennmembran 5 mit dem Ergebnis, daß das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 3 aus der Ausstoßöffnung 11 weiter unterstützt wird. Danach nimmt die Verformung der beweglichen Membran 5 zu, wenn die Blase 7 weiter anwächst (6D), und danach kehrt die bewegliche Membran zu dem in 6A dargestellten anfänglichen Zustand zurück, wenn sich die Blase zusammenzieht (6E).
Wie vorstehend erwähnt wurde, sind in dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der dargestellten Ausführungsform das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1, die bewegliche Trennmembran 5 und die Deckplatte 6 aus Material ausgebildet, welches das gleiche Element aufweist. Folglich werden die verbundenen Abschnitte zwischen dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1, der beweglichen Trennmembran 5 und der Deckplatte 6, da der Einfluß von Wärmeansammlung auf diese Bauelemente auf die gleiche Weise einwirkt, bei Gebrauch keinen übermäßigen Kräften unterworfen. Daher kann auf Dauer ein sehr scharfes Ausgabebild erhalten werden, da die Genauigkeit des Zusammenbaus bei der Herstellung verbessert ist und die beweglichen Abschnitte und die fest angeordneten Abschnitte der beweglichen Membran jeweils als bewegliche Abschnitte und fest angeordnete Abschnitte sicher betrieben werden können.
Ferner kann in der dargestellten Ausführungsform, da die Deckplatte aus Material ausgebildet ist, das Silizium aufweist, das Wärmeabstrahlungsvermögen des Kopfs im Vergleich mit einem Kopf, der aus Kunstharz hergestellt ist, verbessert werden. Weiterhin kann die Beständigkeit gegenüber Tinte verbessert werden, da sowohl die Flüssigkeitskanalwände, welche die Flüssigkeitskanäle für die Ausstoßflüssigkeit begrenzen, als auch die bewegliche Trennmembran aus SiN ausgebildet sind. Mit einem derartigen zusätzlichen Merkmal wird der vorstehend erwähnte Effekt (in der dargestellten Ausführungsform), daß ein sehr scharfes Ausgabebild auf Dauer er halten wird, weiter gesteigert.
Nachstehend wird eine ergänzende Erläuterung des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 1 gegeben.
In der dargestellten Ausführungsform wird in dem in 1 dargestellten Kopf die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, die mit den zweiten Flüssigkeitskanälen in Verbindung steht, durch die bewegliche Trennmembran 5 begrenzt. Um zu verhindern, daß die Strömung der Flüssigkeit (verursacht durch die Druckwelle infolge der Blase, die an dem Blasenbildungsbereich zwischen der beweglichen Trennmembran und dem Widerstandselement zur Erzeugung von Wärme erzeugt wird) in den zweiten Flüssigkeitskanal gelangt, erstrecken sich die Seitenwände, die den zweiten Flüssigkeitskanal begrenzen, bis zu einer stromaufwärts gelegenen Stelle des hinteren Endes des Wärmeerzeugungs-Widerstandselements 2.
In der dargestellten Ausführungsform wird ein Effekt erhalten, daß die Kreuzkopplung der Blasenbildungsflüssigkeit infolge von Blasenbildung weiter unterdrückt werden kann, da die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer durch die Membran begrenzt wird. Um einen solchen Effekt in der dargestellten Ausführungsform zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß sich die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer in Gegenüberlage zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit Zwischenanordnung der beweglichen Trennmembran befindet.
(Zweite Ausführungsform)
7 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals, und 8 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 7 im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen. In der zweiten Ausführungsform werden übrigens Elemente, welche die gleiche Funktion haben wie die der ersten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf nach dieser Ausführungsform sind die zweiten Flüssigkeitskanäle 4 für Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 angeordnet, auf welchem Wärmeerzeugungselemente 2 zum Einbringen von Wärmeenergie zum Erzeugen von Blasen in Flüssigkeit angeordnet sind, und es sind erste Flüssigkeitskanäle 3 (zum Ausstoßen von Flüssigkeit), die mit Ausstoßöffnungen 11 in Verbindung stehen, auf den zweiten Flüssigkeitskanälen angeordnet. Die ersten und zweiten Flüssigkeitskanäle entsprechen dem jeweiligen Wärmeerzeugungselement 2. Eine bewegliche Trennmembran 5, die Elastizität aufweist, ist zwischen den ersten und zweiten Flüssigkeitskanälen so angeordnet, daß die Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanälen 3 vollständig von der Blasenbildungsflüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskanälen 4 isoliert ist. Die Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanälen 3 und die Blasenbildungsflüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskanälen 4 werden aus jeweiligen Zuführungswegen zugeführt.
Die ersten Flüssigkeitskanäle 3, die mit den Ausstoßöffnungen 11 in Verbindung stehen, werden durch Verbinden einer Deckplatte 6 mit dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 ausgebildet. Die Deckplatte 6 wird von einer Mündungsplatte mit den Ausstoßöffnungen 11, einer Vielzahl von Gräben zum Begrenzen der Vielzahl der ersten Flüssigkeitskanäle 3 und einer Aussparung, die eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 143 begrenzt, die mit der Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen 3 gemeinsam in Verbindung steht, um den ersten Flüssigkeitskanälen 3 Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) zuzuführen, ausgebildet.
Die Trennmembran 5 ist aus Material hergestellt, das Elastizität und Hitzebeständigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 300 °C, Beständigkeit gegenüber Öl, Beständigkeit gegenüber Lösungsmittel und chemische Beständigkeit aufweist.
Ferner ist gutes Membranausbildungsvermögen unter Verwendung von Beschichten oder Abscheiden wünschenswert. Z. B. kann Poly-p-Xylylen, das in einem Oberflächenfilm eines elasti schen Körpers aus Silikongummi verwendet wird, verwendet werden. Ein derartiges Material hat eine gute Haftungsfähigkeit auf Siliziummaterial und gute Elastizität, und es kann aus einem solchen Material ein dünner Film durch ein Aufdampfpolymerisationsverfahren erhalten werden. Ferner ist auch ein Fluorharzfilm für die Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung geeignet. Nachdem Wasserlack von Fluorharz (z. B. FEP, PFA, PTFE) aufgebracht wurde, wird ein Film durch Ausheizen ausgebildet. Das Fluorharz hat ebenfalls eine gute Haftfähigkeit und gute Elastizität.
Auf und unter der Trennmembran 5 werden Verbindungselemente 130a, 130b zum Befestigen der Trennmembran 5 und zum Anfügen der ersten Flüssigkeitskanalwände 3a und des Gehäuses der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer an die zweiten Flüssigkeitskanalwände 4a und das Gehäuse der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Deckplatte, das Kopfsubstrat und die Verbindungselemente 130a, 130b alle aus Material hergestellt, welches das Element Silizium aufweist.
Folglich werden die verbundenen Abschnitte zwischen dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1, der beweglichen Membran 5 und der Deckplatte 6, da der Einfluß von Wärmeansammlung auf diese Bauelemente auf die gleiche Weise einwirkt, bei Gebrauch keinen übermäßigen Kräften unterworfen. Daher kann auf Dauer ein sehr scharfes Ausgabebild erhalten werden, da die Genauigkeit des Zusammenbaus bei der Herstellung verbessert ist und die beweglichen Abschnitte und die fest angeordneten Abschnitte der beweglichen Membran jeweils als bewegliche Abschnitte und fest angeordnete Abschnitte sicher betrieben werden können.
Ferner kann in der dargestellten Ausführungsform, da die Deckplatte aus Material ausgebildet ist, das Silizium aufweist, das Wärmeabstrahlungsvermögen des Kopfs im Vergleich zu einem Kopf, der aus Kunstharz hergestellt ist, verbessert werden, und der vorstehend erwähnte Effekt (in der dargestellten Ausführungsform), daß ein sehr scharfes Ausgabebild auf Dauer erhalten wird, wird wie in der ersten Ausführungsform weiter gesteigert.
Nachstehend wird eine ergänzende Erläuterung der Eigenschaft dieser Ausführungsform gegeben.
In der zweiten Ausführung kann wie in der ersten Ausführung, da sich die Seitenwände, die die zweiten Flüssigkeitskanäle begrenzen, bis zu einer Stelle strömungsaufwärts von den hinteren Enden der Wärmeerzeugungs-Widerstandselemente 2 erstrecken und sich die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer in Gegenüberlage zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit dazwischen angeordneter beweglicher Trennmembran befindet, die Kreuzkopplung der Blasenbildungsflüssigkeit durch die Blasenbildung weiter unterdrückt werden.
Ferner erstrecken sich in der dargestellten Ausführungsform die Flüssigkeitskanalwände 3a (Seitenwände der ersten Flüssigkeitskanäle) zum Begrenzen der ersten Flüssigkeitskanäle bis zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 143 an einer Stelle strömungsaufwärts der Wärmeerzeugungs-Widerstandselemente 2, wobei sich dort keine obere Wand befindet.
Mit dieser Anordnung wird die Strömung von Flüssigkeit in Richtung des Zugangs und der benachbarten Düsen durch die verformte bewegliche Trennmembran 5 und die Flüssigkeitskanalwände 3a blockiert oder unterdrückt, wenn die Blase in dem Blasenerzeugungsbereich zwischen der beweglichen Trennmembran 5 und dem Wärmeerzeugungs-Widerstandselement 2 anwächst, wodurch eine Verschiebung der Flüssigkeit in der zugangsseitigen Richtung unterdrückt wird. Demzufolge kann das Ausmaß an Zurückziehen des Meniskus vermindert werden.
In einem in 13A bis 13E dargestellten Beispiel (weiter nachstehend beschrieben) kann die vorstehende Anordnung übrigens ebenfalls eingesetzt werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dargestellten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9A–9C bis 12A und 12B erläutert.
Zuerst wird das Verfahren zur Herstellung der Deckplatte unter Bezugnahme auf 9A und 9B beschrieben.
Wie in 9A dargestellt ist, wird zuallererst ein SiN-Film 118 (der die Flüssigkeitskanalwände 4a ausbildet, welche die zweiten Flüssigkeitskanäle begrenzen) mit einer Dicke von etwa 5 μm auf einem Bauelementsubstrat 16 (weiter nachstehend ausführlich beschrieben) durch das μW-CD-Verfahren ausgebildet. Dann werden die zweiten Flüssigkeitskanäle und die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer (nicht dargestellt) durch Verwenden eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, ausgebildet.
Danach wird durch thermische Oxidation ein SiO₂-Film mit einer Dicke von ungefähr 1 μm auf dem Bauelementsubstrat 16 ausgebildet.
An der rückwärtigen Fläche des Bauelementsubstrats werden eine Vielzahl von Zuführungsöffnungsabschnitten zum Zuführen der Blasenbildungsflüssigkeit zu der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer und zum Verlagern der Blasenbildungsflüssigkeit aus den zweiten Flüssigkeitskanälen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, als Muster aufgebracht. Dann werden zylindrische Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 50 μm in der rückwärtigen Fläche des Bauelementsubstrats mittels einer Ätzvorrichtung, welche dielektrisch gekoppeltes Plasma verwendet, ausgebildet (durch Ätzen). Wie in der ersten Ausführungsform ist es auch in der zweiten Ausführungsform wünschenswert, daß eine Wärmeansammlungsschicht 103 (weiter nachstehend beschrieben) vorher von Bereichen entfernt wird, wo die Durchgangslöcher ausgebildet werden.
Dann wird, wie in 9C dargestellt ist, die Deckplatte 6 vom mit den Öffnungen integralen Typ mit dem Substrat unter Dazwischensetzen der beweglichen Trennmembran, welche weiter nachstehend beschrieben wird, verbunden. Wie in der ersten Ausführungsform wird die Deckplatte 6 vom mit den Öffnungen integralen Typ durch die in 3A bis 3C dargestellten Herstellungsvorgänge hergestellt, wobei Teile der ersten Flüssigkeitskanalwände und der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer aus dem SiN-Film ausgebildet werden. Ferner kann, wie in der ersten Ausführungsform, das Zusammenfügen von Substrat, Deckplatte und beweglicher Trennmembran mittels Kaltverbindens ausgeführt werden.
Danach wird wie in der ersten Ausführungsform der Kopf durch das Einarbeiten der Öffnungsabschnitte (5A bis 5C) vollendet.
In dem Herstellungsverfahren gemäß der dargestellten Ausführungsform ist es, wie in 9C dargestellt ist, wie in der ersten Ausführungsform nicht erforderlich, daß die bewegliche Membran als ein Einzelteil gehandhabt wird, da die bewegliche Membran zusammen mit den Verbindungselementen gehandhabt wird. Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Trennmembran mit den Verbindungselementen, welche ein Merkmal der dargestellten Ausführungsform ist, unter Bezugnahme auf 10A bis 10D ausführlich erläutert.
Zuerst wird, wie in 10A dargestellt ist, ein SiN-Film mit einer Dicke von etwa 3 μm (der das Verbindungselement 130a, welches den Verbindungsabschnitt der Deckplatte 6 vom mit der Öffnung integralen Typ definiert) auf einem Siliziumwafer 17 unter Verwendung des μW-CVD-Verfahrens ausgebildet. Dann wird Ätzen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie ausgeführt, damit allein gewünschte Abschnitte zurückbleiben.
Dann wird, wie in 10B dargestellt wird, ein Film von Poly-p-Xylylen mit einer Dicke von ungefähr 5 μm als die bewegliche Trennmembran 5 mittels eines Aufdampfpolymerisati onsverfahrens ausgebildet. Die Grundstruktur, das Herstellungsverfahren und die Polymerisation von Poly-p-Xylylen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind in den Dokumenten US-3 379 803, JP-44-21353 und JP-52-37479 offenbart.
Dann wird, wie in 10C dargestellt ist, ein SiN-Film mit einer Schichtdicke von etwa 2 μm (welcher das Verbindungselement 130b, welches den Verbindungsabschnitt mit dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 definiert), unter Verwendung des μW-CVD-Verfahrens ausgebildet. Dann wird Ätzen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie ausgeführt, damit allein die gewünschten Abschnitte übrigbleiben.
Zuletzt wird, wie in 10D dargestellt ist, das Siliziumsubstrat 17 mittels eines Ätzverfahrens, das chemisches mechanisches Polieren (CMP) oder TMAH verwendet, entfernt. Der Wafer kann auch dadurch entfernt werden, daß das Substrat XeF₂-Gas ausgesetzt wird.
12A zeigt eine perspektivische Ansicht der Trennmembran mit den Verbindungselementen, die mit ihr einstückig ausgebildet sind, welche durch die vorstehenden Arbeitsgänge hergestellt wurde. 12A zeigt eine Ansicht der Trennmembran mit den Verbindungselementen, die mit ihr einstückig ausgebildet sind, von 10D oder 11E bei Betrachtung von unten. In der dargestellten Ausführungsform wird durch Anordnen der Verbindungselemente auf der beweglichen Membran bei der Herstellung, wenn die bewegliche Membran gehandhabt wird, eine geeignete Festigkeit oder Stabilität abgesichert, wodurch die Beschädigung der beweglichen Membran verhindert und eine leichte und genaue Ausrichtung während des Zusammenbaus ermöglicht wird. Ferner kann, da die fest angeordneten Endabschnitte der Membran (während der Verformung der Membran) sicher als feste Enden ohne eine Verbindung mit der Endplatte und dem Substrat wirken und die fest angeordneten Endabschnitte mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kön nen, eine Abweichung von Teil zu Teil und Abweichung in Abhängigkeit von den Verwendungsbedingungen vermieden werden, wodurch ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit stabilem Ausstoßvermögen und Eignung für sehr scharfe Bilder bereitgestellt wird und die Düsen auf leichte Weise mit hoher Dichte angeordnet werden können.
Bei Anordnung des oberen und unteren Verbindungselements als Rahmen ist in der dargestellten Ausführungsform die Handhabung des Rahmens bei der Herstellung verbessert, und bei Umhüllung der verformbaren Abschnitte der beweglichen Membran durch die Verbindungselemente (d. h., die Verbindungselemente haben in sich geschlossene Öffnungen, wie in 12 dargestellt ist), um die fixierten Enden der Membran deutlich zu begrenzen, wird die Membran deutlich in die beweglichen Abschnitte und die fest angeordneten Abschnitte unterteilt, wodurch die ausgezeichnete Wirkung erreicht wird.
Ferner können in der dargestellten Ausführungsform, da ein Siliziumwafer als Gegenstand zum Herstellen der Verbindungselemente und der beweglichen Trennmembran verwendet wird, diese Teile unter Hochtemperaturbedingungen hergestellt werden, und, da die Dünnschichttechnologie verwendet wird, können die Teile mit hoher Genauigkeit in reiner Umgebung ohne irgendein Loch erzeugt werden. Ferner können, wie in 12B dargestellt ist, eine Vielzahl von in 12A dargestellten Trennmembranen mit Verbindungselementen, die mit ihnen einstückig ausgebildet sind, auf dem Siliziumwafer ausgebildet werden, um eine Vielzahl von Membranen auf einmal zu erhalten. In diesem Fall können auf einmal eine große Zahl an Membranen mit beweglichen Abschnitten und fest angeordneten Abschnitten mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, obwohl das Teil entsprechend dem Kopf zurechtgeschnitten werden muß.
Anstelle der in 10A bis 10D dargestellten Bearbeitungsvorgänge kann, wie in 11C dargestellt ist, nach dem Ausbilden der beiden Enden der beweglichen Trennmembran 5 der SiN-Film, der das Verbindungselement 130b ausbildet, das den an das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 angefügten Verbindungsabschnitt definiert, ausgebildet werden. Entsprechend diesem Verfahren (Bearbeitungsprozesse entsprechend 10A und 10B sind in 11A und 11B dargestellt, und Bearbeitungsprozesse entsprechend 10C und 10D sind in 11D und 11E dargestellt) kann, da die aus dem gleichen Material hergestellten Verbindungselemente 130a und 130b zusammengefügt werden können, die bewegliche Trennmembran durch die Verbindungselemente sicher von beiden Seiten gehalten werden, und der Beschneidungsprozeß kann mit hoher Geschwindigkeit genau ausgeführt werden, wenn eine Vielzahl von beweglichen Trennmembranen mit den Verbindungselementen auf dem Siliziumwafer gemeinsam ausgebildet werden und das Werkstück entsprechend dem Kopf beschnitten wird, da eher die miteinander zusammengefügten Verbindungselemente als die Membran selbst geschnitten werden, wobei der Einfluß der Schneidevorrichtung und eine Abweichung von Teil zu Teil vermindert werden können.
Nachstehend wird ein Flüssigkeitsausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dargestellten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 13A bis 13E und 14A bis 14D erläutert.
13A bis 13E zeigen erläuternde Ansichten zum Erklären des Vorgangs zum Ausstoßen von Flüssigkeit nach der zweiten Ausführungsform. In 13A bis 13E sind, wie in der in 7 dargestellten zweiten Ausführungsform, ein zweiter Flüssigkeitskanal 504 für die Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 510, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 502 (in dieser Ausführungsform ein Widerstandskörper zur Erzeugung von Wärme mit einer Abmessung von 40 μm × 105 μm) für die Erzeugung von Wärmeenergie zum Ausbilden einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet ist, und ein erster Flüssigkeitskanal 503, der mit einer Ausstoßöffnung 501 in gerader Richtung in Verbindung steht, angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 505, die aus einer Dünnschicht, die aus einem anorganischen Material mit Elastizität ausgebildet ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 503 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 504 angeordnet, so daß die Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 503 von der Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 504 isoliert ist.
Als das charakteristische Merkmal dieser Ausführungsform ist an einer Seite der beweglichen Trennmembran 505, die sich in Gegenüberlage zu dem ersten Flüssigkeitskanal 503 befindet, die Verformung der beweglichen Trennmembran 505 durch ein Verbindungselement 531 begrenzt, das an die Flüssigkeitskanalwände des ersten Flüssigkeitskanals angefügt ist. Das Verbindungselement kann mit der beweglichen Trennmembran durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens einstückig hergestellt werden. Hierbei können in den Arbeitsgängen zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran mit den Verbindungselementen, die in Verbindung mit 10A bis 10D erläutert wurden, nachdem die bewegliche Trennmembran zuerst auf dem Si-Wafer ausgebildet wurde, die Verbindungselemente ausgebildet werden. Selbst wenn die Verbindungselemente (Element zum Lenken der Verformung der beweglichen Trennmembran) ausgebildet werden, nachdem die bewegliche Trennmembran zuerst ausgebildet wurde, kann das gleiche Handhabungsvermögen der Membran wie das in dem Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten werden. Als ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungselemente in umgekehrt spitz zulaufender Weise wird ein Metallfilm mit der gleichen Abmessung wie die bewegliche Membran als eine Ätzstoppschicht ausgebildet, und die Verbindungselemente können durch Überätzen unter Verwendung eines Verfahrens zum Trockenätzen ausgebildet werden.
In 13A wird dem Wärmeerzeugungselement 502 Energie, wie z. B. elektrische Energie, nicht zugeführt, so daß von dem Wärmeerzeugungselement 502 keine Wärme erzeugt wird. Die bewegliche Trennmembran 505 ist übrigens in einer ersten Stellung, die im wesentlichen parallel zu dem Substrat 501 ist, angeordnet.
Es ist wichtig, daß eine Mitte der Öffnung des Verbindungselements 531 an der Abgangsseite einer Mitte des Wärmeerzeugungselements 502 angeordnet ist, so daß eine Mitte des beweglichen Bereichs der beweglichen Trennmembran 505 an einer Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 502 angeordnet ist.
Wie in 13B dargestellt ist, wird ein Teil der Blasenbildungsflüssigkeit in einem Blasenbildungsbereich durch die von dem Wärmeerzeugungselement 502 erzeugte Wärme erhitzt, wenn dem Wärmeerzeugungselement 502 elektrische Energie zugeführt wird, wodurch eine Blase 506 durch Filmsieden erzeugt wird. Da die Mitte des beweglichen Bereichs der beweglichen Trennmembran 505 an einer Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 502 angeordnet ist, neigt die bewegliche Trennmembran 505 dazu, durch Druck der Blase 506 an der Abgangsseite des Wärmeerzeugungselements 502 verformt zu werden.
Wenn die Blase 506 weiter anwächst, wird die bewegliche Trennmembran 505, wie in 13C dargestellt ist, in Abhängigkeit von dem Druck der anwachsenden Blase weiter zu dem ersten Flüssigkeitskanal 503 hin verlagert. Folglich wächst die erzeugte Blase 506 stärker an der Abgangsseite als an der Zugangsseite mit dem Ergebnis an, daß die bewegliche Trennmembran 505 weit aus der ersten Lage entfernt wird.
Wenn sich danach die Blase durch Verminderung des Drucks in der Blase zusammenzieht, was ein charakteristisches Merkmal der Erscheinung des Filmsiedens ist, kehrt die bewegliche Trennmembran 505, welche in eine zweite Lage verlagert worden war, durch den durch das Zusammenziehen der Blase 506 verursachten Unterdruck allmählich zu der in 13A dargestellten Ausgangslage (erste Lage) zurück, wie in 13D dargestellt ist.
Wenn die Blase 506 verschwindet, kehrt die bewegliche Trennmembran 505 in die Ausgangslage (erste Lage) zurück, wie in 13E dargestellt wird. Wenn die Blase verschwunden ist, strömt ferner Flüssigkeit, um den Verlust an Volumen der Flüssigkeit auszugleichen, von der Zugangsseite her, d. h., aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (wie durch Pfeile V_D1 und V_D2 dargestellt) und von der Ausstoßöffnung 501 her ein (wie durch einen Pfeil V_c dargestellt). In diesem Fall werden während des Anwachsens der Blase, da die Flüssigkeiten in Richtung der Abgangsseite strömen (zu der Ausstoßöffnung) die Strömungen V_D1 und V_D2 groß, die Nachfüllgeschwindigkeit ist verbessert, und ein Ausmaß an Zurückziehen des Meniskus kann unterdrückt werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Verbindungselement an der Öffnung des Verbindungselements 531 abgeschrägt, wie in 13A bis 13E dargestellt ist, um eine Konzentration von Spannung in der beweglichen Membran 505 an der Kante des Verbindungselements zu vermindern, wodurch eine Verschlechterung der Festigkeit vermindert und die Dauerhaftigkeit verbessert wird.
Nachstehend wird der Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
14A bis 14D zeigen Ansichten zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement 502, den zweiten Flüssigkeitskanälen 504 und dem Verbindungselement 531, wobei 14A eine Ansicht zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement 502 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 504 zeigt, 14B eine Ansicht zur Darstellung des Verbindungselements 531 bei Betrachtung von oben zeigt, 14C eine Ansicht zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement 502, dem zweiten Flüssigkeitskanal 504 und dem Verbindungselement 531 zeigt, und 14D eine Ansicht zeigt, in welcher ein nach oben verformbarer Bereich und ein nach unten verformbarer Bereich der beweglichen Trennmembran 505 durch unterschied lich schraffierte Zonen gekennzeichnet sind; in diesen Figuren ist die Ausstoßöffnung links angeordnet.
Wie in 15D dargestellt ist, entspricht in der dargestellten Ausführungsform ein Abschnitt, der von den Wänden des zweiten Flüssigkeitskanals 504 umgeben ist, dem nach unten verformbaren Bereich der beweglichen Trennmembran 505, und ein Abschnitt innerhalb der Öffnung des Verbindungselements 531 entspricht dem nach oben verformbaren Bereich der beweglichen Trennmembran 505, wobei die Mitte des beweglichen Bereichs der beweglichen Trennmembran 505 an einer Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 502 angeordnet ist.
In dieser abgeänderten Ausführungsform werden die verformbaren Bereiche während der Verformung nach oben und der Verformung nach unten durch die Anordnung eines einzelnen Verbindungselements voneinander abgegrenzt; wenn jedoch wie in der zweiten Ausführungsform ein oberes und ein unteres Verbindungselement angeordnet sind, können durch Unterschiedlichmachen der Öffnungen der oberen und unteren Verbindungselemente (genauer gesagt ist die Öffnung des unteren Verbindungselements, welches sich in Gegenüberlage zu den zweiten Flüssigkeitskanälen befindet, größer gemacht als die Öffnung des oberen Verbindungselements, das sich in Gegenüberlage zu den ersten Flüssigkeitskanälen befindet) die verformbaren Bereiche unterschiedlich gemacht werden.
Übrigens kann, wie in 14B dargestellt ist, in der Öffnung des Verbindungselements durch Anordnen von "R" an vier Ecken verhindert werden, daß die bewegliche Trennmembran 505 zerbricht, und die Dauerhaftigkeit der Membran kann verbessert werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann durch den Aufbau nach der dargestellten Ausführungsform, da die bewegliche Trennmembran, die infolge der ansteigenden Kraft durch das Anwachsen der Blase durch Positionieren der Mitte des beweglichen Be reichs der beweglichen Trennmembran an der Mitte des Wärmeerzeugungselements in Richtung der Abgangsseite verformt wird, gegenüber Erhitzen empfindliche oder hochviskose Flüssigkeit mit hohem Druck wirksam ausgestoßen werden. Ferner kann wegen des Transportvorgangs der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal die Ausstoßmenge erhöht werden.
(Dritte Ausführungsform)
15 zeigt eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals, und 16 zeigt eine Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 15 im Schnitt entlang einer zu der Vielzahl von Flüssigkeitskanälen senkrechten Richtung.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem der zweiten Ausführungsform in dem Punkt, daß ein bewegliches Element 131, das aus dem gleichen Material wie dem des Verbindungselements 130 hergestellt ist, an einer Trennmembran 5 angeordnet ist. Ferner erstrecken sich in dieser Ausführungsform, so wie in der zweiten Ausführungsform, die Flüssigkeitskanalwände 3a zur Begrenzung der ersten Flüssigkeitskanäle (Seitenwände der ersten Flüssigkeitskanäle) bis zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 143 an der Zugangsseite der hinteren Enden der wärmeerzeugenden Widerstandskörper 2, wobei es dort keine obere Wand gibt.
Mit dieser Ausführungsform wird wie in der zweiten Ausführungsform, wenn die Blase in dem Blasenbildungsbereich zwischen der beweglichen Trennmembran 5 und dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 anwächst, die Strömung der Flüssigkeit in Richtung des Zustroms und benachbarter Düsen durch die bewegliche Trennmembran 5 (und das bewegliche Element 131) und die Flüssigkeitskanalwände 3a (wegen der Verformung der beweglichen Trennmembran 5 und des beweglichen Elements 131) blockiert oder unterdrückt, wodurch eine Verschiebung der Flüssigkeit in der zugangseitigen Richtung unterdrückt wird. Demzufolge kann das Ausmaß an Zurückziehen des Meniskus vermindert werden. Folglich ist das Ausmaß des Zurückziehens des Meniskus verringert, während die Blase verschwindet. Ferner wird wegen der beweglichen Membran selbst die Verformung unterwegs angehalten, mit dem Ergebnis, daß während des Anwachsens der Blase die Verschiebung der Flüssigkeit in Richtung des Zugangs und der benachbarten Düsen wirksam unterdrückt werden kann.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens nach der dargestellten Ausführungsform kann die Membran in dem Herstellungsprozeß der beweglichen Trennmembran auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform hergestellt werden mit der Ausnahme, daß die Verbindungselemente und das bewegliche Element miteinander einstückig ausgebildet sind. Nachstehend wird das Herstellungsverfahren der beweglichen Trennmembran unter Bezugnahme auf 17A bis 17D beschrieben.
Zuallererst wird, wie in 17A dargestellt ist, ein SiN-Film mit einer Dicke von etwa 3 μm (welcher das Verbindungselement 130a, das den Verbindungsabschnitt mit der Deckplatte 6 vom mit der Düse integralen Typ und das bewegliche Element 131 definiert) unter Verwendung des μW-CVD-Verfahrens auf einem Siliziumwafer 17 ausgebildet. Dann wird Ätzen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, ausgeführt, damit gewünschte Abschnitte allein übrigbleiben.
Weitere Herstellungsvorgänge sind die gleichen wie jene in der zweiten Ausführungsform; wie in 17B dargestellt ist, wird ein Film aus Poly-p-Xylylen als die bewegliche Trennmembran 5 ausgebildet, und dann wird, wie in 17C dargestellt ist, ein SiN-Film, der das Verbindungselement 130b definiert, welches den Verbindungsabschnitt mit dem Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 darstellt, ausgebildet. Dann wird Ätzen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie ausgeführt, damit erforderliche Abschnitte allein übrigbleiben, und danach wird das Silizi umsubstrat 17 entfernt, wie in 17D dargestellt ist.
18A und 18B zeigen perspektivische Ansichten der Trennmembran mit dem mit ihr einstückig ausgebildeten beweglichen Element (Trennmembran vom mit dem beweglichen Element integralen Typ), wobei 18A eine Ansicht der Trennmembran vom mit dem beweglichen Element integralen Typ bei Betrachtung von oben und 18B eine Ansicht der Trennmembran vom mit dem beweglichen Element integralen Typ von unten ist. In dieser Ausführungsform kann bei dem Herstellungsverfahren das gleiche Ergebnis wie in der zweiten Ausführungsform erreicht werden. Demzufolge können eine Vielzahl von Membranen auf dem Siliziumwafer ausgebildet werden, um eine Vielzahl von Membranen auf einmal zu erhalten.
Nachstehend wird ein Flüssigkeitsausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dargestellten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19A bis 19C erläutert. 19A zeigt einen Zustand ohne Blasenbildung, 19C zeigt einen blasenbildenden (ausstoßenden) Zustand und 19C zeigt einen Zustand bei Verschwinden der Blase. In diesen Figuren sind die Verbindungselemente nicht abgebildet.
Wie in 19A dargestellt ist, ist in der dargestellten Ausführungsform ein zweiter Flüssigkeitskanal 604 für die Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 610, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 602 (in dieser Ausführungsform ein Widerstandskörper zur Wärmeerzeugung mit einer Abmessung von 40 μm × 105 μm) zum Erzeugen von Wärmeenergie zum Ausbilden einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet ist, angeordnet, und ein erster Flüssigkeitskanal 603, der mit einer Ausstoßöffnung 601 in gerader Richtung in Verbindung steht, ist auf dem zweiten Flüssigkeitskanal angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 605, die aus einer Dünnschicht, die aus einem anorganischen Material mit Elastizität hergestellt ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 603 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 604 angeordnet, so daß Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 603 von Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 604 durch die bewegliche Trennmembran 605 getrennt ist. Die bewegliche Trennmembran 605 ist in gegenüberstehender Beziehung zu dem Wärmeerzeugungselement 602 angeordnet und befindet sich in Gegenüberlage zu zumindest einem Teil eines Blasenbildungsbereichs 607, wo eine Blase durch Wärme von dem Wärmeerzeugungselement 602 erzeugt wird. Ferner ist an einer Seite der beweglichen Trennmembran 605, die sich in Gegenüberlage zu dem ersten Flüssigkeitskanal 603 befindet, ein bewegliches Element 631 mit einem freien Ende 631a über dem Blasenerzeugungsbereich 607 angeordnet, und ein Gelenkpunkt 631b an einer Zugangsseite des freien Endes 631a ist angrenzend an die bewegliche Trennmembran 605 angeordnet.
Was das freie Ende 631a des beweglichen Elements 631 betrifft, so kann, selbst wenn das freie Ende nicht in einer gegenüberstehenden Beziehung zu dem Blasenerzeugungsbereich 607 angeordnet ist, solange das freie Ende an einer Abgangsseite des Gelenkpunkts 631 angeordnet ist, um die Verformung der beweglichen Trennmembran 605 in Richtung der Ausstoßöffnung 601 zu lenken (mehr vorzugsweise befindet sich das freie Ende gegenüber zumindest einem Teil des Wärmeerzeugungselements 602 bei dazwischen angeordneter beweglicher Trennmembran 605), die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 605 wirksam gesteuert werden. Insbesondere wenn das bewegliche Element 631 in einer gegenüberstehenden Beziehung zu der beweglichen Trennmembran 605 angeordnet ist, so daß das freie Ende 631a an einer Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 602 oder des Blasenbildungsbereichs 607 angeordnet ist, wird die Wirksamkeit des Ausstoßes bemerkenswert erhöht, da das bewegliche Element 631 Bestandteile, die zur Ausbreitung in einer Richtung senkrecht zu dem Wärmeerzeugungselement 602 auf die Ausstoßöffnung 601 zu neigen, zusammenziehen kann. Ferner wird, gerade da das freie Ende 631a an der Abgangsseite des Blasenerzeugungsbereichs 607 angeordnet ist, durch starkes Verlagern des freien Endes 605, um die bewegliche Trennmembran 605 weit in der Richtung der Ausstoßöffnung 601 zu verlagern, die Ausstoßleistung verbessert.
Wenn die Wärme von dem Wärmeerzeugungselement 602 abgestrahlt wird, wird eine Blase 606 in dem Blasenerzeugungsbereich 607 auf dem Wärmeerzeugungselement 602 ausgebildet, um die bewegliche Trennmembran 605 in Richtung des ersten Flüssigkeitskanals 603 zu verlagern. Die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 605 wird jedoch durch das bewegliche Element 631 gelenkt. Mit dem beweglichen Element 631 wird, da das freie Ende 631a über dem Blasenbildungsbereich 607 angeordnet ist und der Gelenkpunkt an der Zugangsseite des freien Endes angeordnet ist, die bewegliche Trennmembran 605 stärker zu der Abgangsseite als zu der Zugangsseite verlagert (19B).
Somit kann eine gewünschte Verformung und Verlagerung durch eine Richtungslenkungsvorrichtung zum Vorschreiben einer Richtung, entlang welcher die bewegliche Trennmembran 605 verlagert wird, erhalten werden.
Auf diese Weise wird der abgangsseitige Abschnitt der beweglichen Trennmembran 605 weit verlagert, wenn die Blase 606 anwächst, mit dem Ergebnis, daß das Anwachsen der Blase 606 vorwiegend in die Richtung der Ausstoßöffnung 601 übertragen wird, wodurch die Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 603 wirksam aus der Ausstoßöffnung 601 ausgestoßen wird.
Wenn sich die Blase 606 zusammenzieht, kehrt danach die bewegliche Trennmembran 605 in ihre nicht verformte Ausganglage zurück. Unter diesen Umständen wird die bewegliche Trennmembran 605 aus der nicht verformten Lage durch den Druck der zusammengezogenen Blase zu dem zweiten Flüssigkeitskanal 604 verlagert. Da die bewegliche Trennmembran 605 jedoch in der dargestellten Ausführungsform mit dem beweglichen Element zusammen ein einziges Teil bildet, kann die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 605 in Richtung des zweiten Flüssigkeitskanals 604 unterdrückt werden (19C).
Folglich wird die Verminderung des Drucks in dem ersten Flüssigkeitskanal 603 unterdrückt, um das Ausmaß an Zurückziehen des Meniskus zu verringern, wodurch die Nachfülleigenschaft verbessert wird.
Ferner wird das Verschieben der Flüssigkeit in Richtung der Zugangsseite durch das bewegliche Element 631 unterdrückt, wodurch die Nachfülleigenschaft verbessert und die Kreuzkopplung vermindert wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, werden entsprechend der dargestellten Ausführungsform die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenbildungsflüssigkeit unabhängig voneinander angeordnet, und es kann nur die Ausstoßflüssigkeit ausgestoßen werden. Folglich kann, selbst bei hochviskoser Flüssigkeit, wie z. B. Polyäthylenglykol, in welcher die Blase nicht ausreichend durch Wärme ausgebildet wird, woraus sich schlechter Ausstoß ergibt, durch Einspeisen dieser Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanal 603 und Einspeisen von Flüssigkeit (Flüssigkeitsmischung von ungefähr 1–2 cP mit Ethanol Wasser = 4 : 6), welche auf leichte Weise die Blase bilden kann, in den zweiten Flüssigkeitskanal 604 als Blasenbildungsflüssigkeit ein guter Ausstoß erreicht werden.
Ferner kann durch Auswahl von Flüssigkeit, welche keine Ablagerung von Gummi auf dem Wärmeerzeugungselement durch Wärme erzeugt, als Blasenbildungsflüssigkeit die Erzeugung von Blasen stabilisiert werden, und es kann guter Ausstoß erreicht werden.
In dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf kann Flüssigkeit, wie z. B. hochviskose Flüssigkeit, mit hoher Ausstoßleistung und mit hoher Ausstoßkraft ausgestoßen werden, da die beschriebene Wirkung in der vorstehend dargestellten Ausführungsform erhalten werden kann.
Ferner wird, selbst wenn Flüssigkeit verwendet wird, die empfindlich gegenüber Erhitzen ist, solange wie diese Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitskanal 603 als Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird und Flüssigkeit, die durch Hitze kaum verschlechtert wird und bequem Blasen erzeugen kann, dem zweiten Flüssigkeitskanal 604 zugeführt wird, die Flüssigkeit, die empfindlich gegenüber Erhitzen ist, keiner thermischen Entwertung unterworfen, und die Flüssigkeit kann mit höherer Ausstoßleistung und mit höherer Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
In der dargestellten Ausführungsform mit der Anordnung, in welcher die bewegliche Trennmembran 605 das bewegliche Element 631 hat, das mit ihr einstückig ausgebildet ist, kann die Flüssigkeit bei höherer Geschwindigkeit mit höherer Ausstoßkraft und höherer Ausstoßleistung als bei herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßgeräten ausgestoßen werden. Es kann eine Blasenbildungsflüssigkeit mit der vorstehend erwähnten Eigenschaft verwendet werden; in mehr spezifischer Weise kann die Blasenbildungsflüssigkeit Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluol, Xylol, Methylendichlorid, Trichlorethylen, Fleone TF, Fleone BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Aceton, Methylethylketon, Wasser und deren Mischungen sein.
Als Ausstoßflüssigkeit können ungeachtet von Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Fähigkeit zur Blasenbildung und von thermischer Eigenschaft verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden. Weiterhin kann selbst Flüssigkeit mit schlechtem Blasenbildungsvermögen, Flüssigkeit, die durch Wärme beeinträchtigt und verschlechtert wird, oder hochviskose Flüssigkeit, die auf herkömmliche Weise schwer auszustoßen waren, verwendet werden.
Es ist jedoch wünschenswert, daß die Eigenschaft der Ausstoßflüssigkeit, die Flüssigkeiten selbst und die Reaktion auf die Blasenbildungsflüssigkeit derart gewählt werden sollten, daß das Ausstoßen, die Blasenbildung und die Ar beitsweise der beweglichen Trennmembran und des beweglichen Elements nicht verhindert werden.
Als Ausstoßflüssigkeit für die Aufzeichnung kann hochviskose Tinte verwendet werden.
Als andere Ausstoßflüssigkeiten können Flüssigkeiten, wie z. B. medizinische Flüssigkeit oder Parfüm, die gegenüber Erwärmung empfindlich sind, verwendet werden.

Es werden Blasenbildungsflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit mit den nachstehenden Zusammensetzungen zum Ausführen von Aufzeichnung verwendet. Demzufolge kann sowohl eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität von 150 cP als auch eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 10 cP wirksam ausgestoßen werden, wodurch ein Bild von hoher Qualität erhalten wird. Zusammensetzung der Blasenbildungsflüssigkeit 1

Ethanol	40 Gew.-%
Wasser	60 Gew.-%

Zusammensetzung der Blasenbildungsflüssigkeit 2

Wasser

100 Gew.-%

Zusammensetzung der Blasenbildungsflüssigkeit 3

Isopropylalkohol	10 Gew.-%
Wasser	90 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 1 (Pigmenttinte) (Viskosität: etwa 15 cP)

Carbon Black	5 Gew.-%
Styrol-Acrylsäure-Ethylacrylat-Copolymer	1 Gew.-%
(Oxidation 140, mittleres Molekulargewicht 8000)
Monoethanolamin	0,25 Gew.-%
Glyzerin	69 Gew.-%
Thiodigsocol	5 Gew.-%
Ethanol	3 Gew.-%

Wasser

16,75 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 2 (Viskosität: 55 cP)

Polyethylenglykol 200

100 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 3 (Viskosität: 150 cP)

Polyethylenglykol 600

100 Gew.-%

Im Fall einer Flüssigkeit, die herkömmlich als zu schwer auszustoßen angesehen wurde, wurde, da die Ausstoßgeschwindigkeit gering ist, einer Abweichung in der Ausstoßrichtung Vorschub geleistet, die Spritzgenauigkeit des Flüssigkeitspunkts auf ein Aufzeichnungsblatt war verschlechtert und es trat eine Abweichung in der Ausstoßmenge durch unstabiles Ausstoßen auf mit dem Ergebnis, daß es schwer war, ein Bild von hoher Qualität zu erhalten. Mit der Anordnung nach der dargestellten Ausführungsform kann jedoch die Erzeugung der Blase genügend und dauerhaft durch Verwenden der Blasenbildungsflüssigkeit erreicht werden. Folglich kann die Spritzgenauigkeit des Flüssigkeitströpfchens verbessert werden, und die Menge des Tintenausstoßes kann stabilisiert werden, wodurch die Qualität des aufgezeichneten Bildes bemerkenswert verbessert werden kann.
(Vierte Ausführungsform)
In den Herstellungsverfahren nach der zweiten und dritten Ausführungsform wurden, wenn die bewegliche Trennmembran auf dem Si-Wafer ausgebildet wird, die Verbindungselemente der beweglichen Membran zuerst ausgebildet, und dann wurde die bewegliche Membran ausgebildet. Das Verbindungselement als der Rahmen kann jedoch stattdessen an einer von den Oberflächen der Membran angeordnet werden und nicht an beiden Oberflächen, wobei die bewegliche Trennmembran zuerst auf dem Si-Wafer ausgebildet werden kann. Selbst wenn die bewegliche Trennmembran zuerst ausgebildet wird und dann das Verbindungselement (und, wenn erforderlich, ein bewegliches Ausle gerelement) ausgebildet wird, kann der gleiche Vorteil, wie z. B. gutes Handhabungsvermögen der Membran wie in der zweiten und dritten Ausführungsform, erreicht werden.
Ferner kann durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren die Handhabung in einem Zustand ausgeführt werden, in welchem die Deckplatte und die Membran miteinander eine Einheit bilden. Daher wird unter Bezugnahme auf 20A1 bis 20D2 als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren beschrieben, in welchem die Handhabung in dem Zustand ausgeführt wird, daß die Deckplatte und die bewegliche Membran miteinander eine Einheit bilden. 20A1 bis 20D2 zeigen erläuternde Ansichten zum Erklären von Abläufen zum Herstellen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welchem eine Deckplatte und eine Trennmembran einstückig in einer Folge von 20A1 bis 20D2 hergestellt werden, wobei 20A1, 20B1, 20C1 und 20D1 perspektivische Ansichten zeigen und 20A2, 20B2, 20C2 und 20D2 Schnittansichten im Schnitt entlang einer Richtung senkrecht zu einer Vielzahl von Flüssigkeitskanälen zeigen.
Zuerst wird, wie in 20A1 und 20A2 dargestellt ist, ein Film aus Poly-p-Xylylen als eine bewegliche Trennmembran 5 auf einem Siliziumwafer ausgebildet.
Dann wird, wie in 20B1 und 20B2 dargestellt ist, eine Wandfläche 14 zum Begrenzen von Öffnungen, ersten Flüssigkeitskanälen und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer als ein SiN-Film z. B. durch ein μW-CVD-Verfahren ausgebildet. Dann wird Ätzen unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z. B. Photolithographie, ausgeführt, damit allein erwünschte Abschnitte zurückbleiben.
Dann wird, wie in 20C1 und 20C2 dargestellt ist, eine flache Platte 16 mit einem Durchgangsloch als einer Flüssigkeitszuführungsöffnung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, die vorher durch Ätzen ausgebildet wurde, an die Wandfläche 14 angefügt, durch welche die Flüssigkeitskanäle und die gemeinsame Flüssigkeitskammer begrenzt werden, wodurch die Deckplatte als eine Einheit mit der beweglichen Membran ausgebildet wird.
Danach wird der Siliziumwafer 17 entfernt, und die Baugruppe wird an das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat 1 (z. B. hergestellt durch das in 9A und 9B dargestellte Herstellungsverfahren in der zweiten Ausführungsform) mit den Flüssigkeitskanalwänden (wünschenswert aus SiN ausgebildet) der zweiten Flüssigkeitskanäle und den Widerstandselementen 2 zur Wärmeerzeugung angefügt, wodurch die Deckplatte und das Kopfsubstrat miteinander verbunden werden, wie in 20D1 und 20D2 dargestellt ist. Dabei bilden die bewegliche Trennmembran und die Flüssigkeitskanalwände 4A die zweiten Flüssigkeitskanäle aus.
Danach kann durch Ausbilden der Ausstoßöffnungen in den Mündungsabschnitten durch Laserbearbeitung, die in der ersten Ausführungsform in 5A bis 5C dargestellt ist, der Flüssigkeitsausstoßkopf mit der beweglichen Trennmembran hergestellt werden.
Im Fall des Herstellungsverfahrens für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der dargestellten Ausführungsform tritt keine Lageabweichung der Membran in bezug auf die Flüssigkeitskanäle auf, da die Flüssigkeitskanäle und die bewegliche Trennmembran in einem Stück ausgebildet werden können, und folglich kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Zuverlässigkeit und keiner Abweichung im Ausstoßvermögen von Teil zu Teil geschaffen werden.
(Andere Ausführungsformen)
Während vorstehend die vorliegende Erfindung in bezug auf die hauptsächlichen Ausführungsformen erläutert wurde, werden nachstehend andere Ausführungsformen und Abwandlungen erläutert, welche an den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Von den nachstehenden Erläuterungen können Beispiele, ausgenommen bei spezieller Beschränkung, auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.
<Aufbau des Bauelementsubstrats>
Zuerst wird das Bauelementsubstrat, das einen Teil der Flüssigkeitsausstoßköpfe gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausbildet, erläutert. 21 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Abschnitts, der einem Wärmeerzeugungselement (Blasenerzeugungsbereich) eines Flüssigausstoßkopfsubstrats 1 entspricht. In 21 bezeichnet ein Bezugszeichen 101 ein Siliziumsubstrat, und 102 bezeichnet einen durch thermische Oxidation ausgebildeten Film als eine Wärmeansammlungsschicht. Ein Bezugszeichen 103 bezeichnet einen SiO₂- oder Si₂N₄-Film als einen Schichttrennungsfilm, der auch als eine Wärmeansammlungsschicht wirkt; 104 bezeichnet eine Widerstandsschicht; 106 bezeichnet einen SiO₂- oder Si₂N₄-Film als eine Schutzschicht; und 105 bezeichnet eine Verdrahtung, die aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, wie z. B. Al-Si oder Al-Cu, hergestellt ist. Ein Bezugszeichen 107 bezeichnet einen Antikavitationsfilm zum Schützen der Schutzschicht 106 vor chemischem und physikalischem Schock, der durch das Aufheizen der Widerstandsschicht 104 verursacht wird; und 108 bezeichnet einen Wärmewirkabschnitt der Widerstandsschicht 104, wo die Elektrodenverdrahtung 105 nicht ausgebildet ist.
Diese Ansteuerungselemente werden auf einem Si-Substrat durch ein Halbleiterverfahren ausgebildet, und ferner ist der Wärmewirkabschnitt auf dem gleichen Substrat ausgebildet.
22 zeigt eine schematische Längsschnittansicht zur Darstellung der hauptsächlichen Bauelemente.
Ein P-MOS 450 ist in einem Wellbereich vom n-Typ und ein N-MOS 451 in einem Wellbereich vom p-Typ auf einem Si-Substrat 401, das aus einem p-Leiter durch Einführung von Verunreini gungen und deren Diffusion, wie z. B. Ionenimplantation, durch Verwendung des generellen MOS-Prozesses hergestellt ist, ausgebildet. Der P-MOS 450 und der N-MOS 451 sind durch Gate-Leiterbahnen 415 aus Poly-Si, das in einer Dicke von 4.000 bis 5.000 Å durch ein CVD-Verfahren durch einen Gate-Isolationsfilm 408 mit einer Dicke von einigen Hundert Å abgeschieden wurde, Sourcebereiche 405 und Drainbereiche 406, in welche Verunreinigungen vom n-Typ oder p-Typ eingebracht sind, ausgebildet, und es wird durch den P-MOS und den N-MOS eine C-MOS-Logik ausgebildet.
Ferner ist ein N-MOS-Transistor zur Elementansteuerung durch einen Drainbereich 411 und einen Sourcebereich 412 in dem p-Well-Substrat durch den Verunreinigungs- und Diffusionsprozeß ausgebildet.
In der dargestellten Ausführungsform, in welcher ein Beispiel erläutert wurde, in dem ein N-MOS-Transistor verwendet wird, ist der Transistor nicht auf den N-MOS-Transistor beschränkt, solange ein Transistor die Fähigkeit zum Ansteuern der Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen unabhängig voneinander hat und es ermöglicht, die vorstehend beschriebene feine Struktur zu erreichen.
Ferner sind zwischen den Elementen Trennbereiche 453 als oxidierte Filme mit einer Dicke von 5.000–10.000 Å durch Feldoxidation ausgebildet, um die Bauelemente voneinander zu trennen. Die Feldoxidationsfilme wirken unter dem Wärmewirkabschnitt 108 als erste Wärmeansammlungsschichten.
Nachdem die Bauelemente ausgebildet wurden, wird ein Isolationsfilm zur Trennung von Schichten mit einer Dicke von etwa 7.000 Å durch Abscheiden eines PSG-Films und eines BPSG-Films unter Verwendung des CVG-Verfahrens ausgebildet, und nach Glättung durch thermische Behandlung wird die Verdrahtung mit einer Aluminiumelektrode 417 als einer ersten Verdrahtungsschicht durch ein Kontaktloch ausgeführt. Danach wird ein Isolationsfilm 418 zur Trennung von Schichten, wie z. B. ein SiO₂-Film, mit einer Dicke von 10.000 bis 15.000 Å durch das Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, und weiterhin wird Ta_0,8hex als die Widerstandsschicht 104 mit einer Dicke von ungefähr 100 Å durch ein Gleichstrom-Kathodenzerstäubungsverfahren durch ein Durchgangsloch ausgebildet. Danach wird eine Aluminiumelektrode als eine zweite Verdrahtungsschicht zum Verdrahten der vielfältigen Bauelemente ausgebildet.
Als die Schutzschicht 106 wird ein Si₃N₄-Film mit einer Dicke von ungefähr 10.000 Å durch das Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Als oberste Schicht wird ein Antikavitationsfilm 107, der aus Ta hergestellt ist und eine Dicke von etwa 2.500 Å aufweist, ausgebildet.
<Grundprinzip des Ausstoßens von Flüssigkeit des Flüssigkeitsausstoßkopfs zur Verbesserung der Flüssigkeitsausstoßleistung>
Nachstehend wird für den Flüssigkeitsausstoßkopf mit der beweglichen Trennmembran wie in der vorliegenden Erfindung ein Grundprinzip des Ausstoßens zur weiteren Verbesserung der Ausstoßleistung unter Bezugnahme auf zwei Beispiele erläutert.
23A–23E bis 25A–25C zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Beispiels eines Ausstoßverfahrens des vorstehend beschriebenen Flüssigausstoßkopfs. Die Ausstoßöffnungen sind an Endbereichen der ersten Flüssigkeitskanäle angeordnet, und die verformbaren Bereiche der beweglichen Trennmembran, welche verformt werden, wenn die erzeugte Blase anwächst, sind an einer Zugangsseite der Ausstoßöffnungen (in bezug auf eine Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanälen) angeordnet. Ferner enthalten die zweiten Flüssigkeitskanäle die Blasenbildungsflüssigkeit oder werden mit der Blasenbildungsflüssigkeit aufgefüllt (vorzugsweise kann die Flüssigkeit belastet sein, und mehr vorzugsweise kann die Flüssigkeit verschoben werden), und jeder weist einen Blasenbildungsbereich auf.
In diesem Beispiel ist der Blasenbildungsbereich ebenfalls an der Zugangsseite der entsprechenden Ausstoßöffnung in bezug auf die Strömungsrichtung der Ausstoßflüssigkeit angeordnet. Die Trennmembran hat bewegliche Bereiche, die eine Länge haben, die länger ist als jedes elektrothermische Wandlerelement, und hat einen fest angeordneten Abschnitt zwischen den zugangsseitigen Enden der elektrothermischen Wandlerelemente und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer für die ersten Flüssigkeitskanäle (vorzugsweise an den zugangsseitigen Enden). Dementsprechend kann der wirkliche bewegliche Bereich der Trennmembran aus 23A–23E bis 25A–25E entnommen werden.
Die Zustände der beweglichen Trennmembran, die in diesen Figuren dargestellt sind, werden durch die Elastizität und die Dicke der Trennmembran selbst oder ein anderes zusätzliches Gebilde bestimmt.
[Erstes Ausstoßprinzip]
23A bis 23E zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Erläuterung eines ersten Ausstoßverfahrens des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
In diesem Beispiel wird, wie in 23A bis 23E dargestellt ist, ein erster Flüssigkeitskanal 703, der mit einer Ausstoßöffnung 711 in gerader Richtung in Verbindung steht, mit der ersten Flüssigkeit aufgefüllt, die aus einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 743 zugeführt wird, und ein zweiter Flüssigkeitskanal 704 mit einem Blasenerzeugungsbereich 707 wird mit Blasenbildungsflüssigkeit, in welcher eine Blase durch Zuführen von Wärmeenergie zu der Flüssigkeit von einem Wärmeerzeugungselement 702 erzeugt wird, aufgefüllt. Eine bewegliche Trennmembran 705 zur Isolation des ersten Flüssigkeitskanals 703 und des zweiten Flüssigkeitskanals 704 voneinander ist zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 703 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 704 angeordnet. Ferner sind die bewegliche Trennmembran 705 und eine Öff nungsplatte 709 eng miteinander verbunden, um die Vermischung der Flüssigkeiten in den ersten und zweiten Flüssigkeitskanälen zu verhindern.
Normalerweise hat die bewegliche Trennmembran 705, wenn die Membran durch die in dem Blasenbildungsbereich erzeugte Blase verlagert wird, keine Richtung oder neigt eher dazu, in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit einem größeren Grad an Freiheit hinsichtlich einer Verlagerung vorzurücken.
In diesem Beispiel werden die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 705 und eine Vorrichtung zum Lenken der Richtung der Verlagerung der Membran betrachtet, wobei die Vorrichtung auf die bewegliche Trennmembran 705 direkt oder indirekt einwirkt, so daß die durch die Blase verursachte Verlagerung (Verschiebung, Ausdehnung oder Verlängerung) der beweglichen Trennmembran 705 zu der Ausstoßöffnung hin gerichtet ist.
In einem in 23A dargestellten Ausgangszustand wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 durch eine Kapillarkraft in die Nähe der Ausstoßöffnung 711 gezogen. In diesem Beispiel ist die Ausstoßöffnung 711 an einer Abgangsseite eines auf den ersten Flüssigkeitskanal 703 projizierten Bereichs des Wärmeerzeugungselements 702 in bezug auf die Richtung der Strömung der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 angeordnet.
In diesem Zustand wird, wenn dem Wärmeerzeugungselement 702 (in diesem Beispiel einem Widerstandskörper zur Wärmeerzeugung mit einer Abmessung von 40 μm × 105 μm) Wärmeenergie zugeführt wird, das Wärmeerzeugungselement 702 schnell aufgeheizt, mit dem Ergebnis, daß die zweite Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 707 erhitzt wird, um eine Blase 706 zu erzeugen (23B). Die Blase 706 wird durch einen Filmsiedevorgang, der in dem Dokument US-4 723 129 offenbart ist, mit sehr hohem Druck auf der gesamten Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 702 erzeugt. Der unter diesen Umständen erzeugte Druck pflanzt sich als eine Druckwelle durch die zweite Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 704 fort und wirkt dann auf die bewegliche Trennmembran 705 ein, mit dem Ergebnis, daß die bewegliche Trennmembran 705 verlagert wird, um das Ausstoßen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 zu starten.
Wenn die Blase 706, die auf der gesamten Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 702 erzeugt wurde, schnell anwächst, nimmt die Blase eine Filmform an (23C). Die Ausdehnung der Blase 706 durch den sehr hohen Druck in der Anfangsphase der Blasenerzeugung verursacht, daß die bewegliche Trennmembran 705 weiter verlagert wird, mit dem Ergebnis, daß das Ausstoßen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 aus der Ausstoßöffnung 711 gefördert wird.
Danach wird die Verlagerung der beweglichen Trennmembran groß, wenn die Blase 706 weiter angewachsen ist (23D). Bis zu dem in 23D dargestellten Zustand fährt die bewegliche Trennmembran 705 fort, derart anzuwachsen, daß die Verlagerung einer Zugangsseite 705A der beweglichen Trennmembran 705 (in bezug auf einen mittleren Abschnitt 705C, der sich gegenüber dem Wärmeerzeugungsbereich 702 befindet) im wesentlichen gleich der einer Abgangsseite 705B wird.
Danach werden, wenn die Blase 706 weiter angewachsen ist, die Blase 706 und die bewegliche Trennmembran 705, die die Verlagerung fortsetzt, zu der Ausstoßöffnung hin verlagert (die Verlagerung der Abgangsseite 705B wird größer als die der Zugangsseite 705A), mit dem Ergebnis, daß die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 in gerader Richtung zu der Ausstoßöffnung 711 hin verschoben wird (23E).
Auf diese Weise wird die Ausstoßleistung weiter verbessert, da die bewegliche Trennmembran 705 zu der Ausstoßöffnung hin verschoben wird, um die Flüssigkeit in gerader Richtung zu der Ausstoßöffnung hin zu verschieben. Ferner ist die verschobene Menge der Flüssigkeit zu der Zugangsseite relativ vermindert, mit dem Ergebnis, daß das Nachfüllen der Flüssigkeit in die Düsen (insbesondere in den verformbaren Bereich der beweglichen Trennmembran 705) (Auffüllung von der Zugangsseite her) verbessert ist.
Ferner können die Ausstoßleistung und die Nachfüllleistung weiter verbessert werden, wenn, wie in 23D und 23E dargestellt, die bewegliche Trennmembran 705 selbst zu der Ausstoßöffnung aus dem in 23D dargestellten Zustand zu dem in 23E dargestellten Zustand verlagert wird, und die erste Flüssigkeit in dem auf den ersten Flüssigkeitskanal 703 projizierten Bereich des Wärmeerzeugungselements 702 kann in Richtung der Ausstoßöffnung verschoben werden, wodurch die Ausstoßmenge erhöht wird.
[Zweites Ausstoßprinzip]
24A und 24E zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Erläuterung eines zweiten Ausstoßverfahrens des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs. Da dieses Beispiel im wesentlichen das gleiche ist wie das erste Ausstoßprinzip, erfolgt die Erläuterung unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen.
In einem in 24A dargestellten Ausgangszustand, wird, ähnlich wie in 23A, die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 durch Kapillarkraft in die Nähe der Ausstoßöffnung 711 gezogen. In diesem Beispiel ist die Ausstoßöffnung 711 an einer Abgangsseite eines auf den ersten Flüssigkeitskanal 703 projizierten Bereichs des Wärmeerzeugungselements 702 angeordnet.
In diesem Zustand wird das Wärmeerzeugungselement 702 schnell aufgeheizt, wenn dem Wärmeerzeugungselement 702 Wärmeenergie zugeführt wird, mit dem Ergebnis, daß die zweite Flüssigkeit in dem Blasenbildungsbereich 707 erhitzt wird, um die Blase 706 zu erzeugen (24B). Der dabei erzeugte Druck pflanzt sich als eine Druckwelle durch die zweite Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 704 fort und wirkt dann auf die bewegliche Trennmembran 705 ein, mit dem Ergebnis, daß die bewegliche Trennmembran 705 verlagert wird, um das Ausstoßen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 zu starten.
Wenn die Blase 706, die auf der gesamten Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 702 erzeugt wurde, schnell anwächst, nimmt die Blase eine Filmform an (24C). Die Ausdehnung der Blase 706 durch den sehr hohen Druck in der Anfangsphase der Blasenerzeugung verursacht, daß die bewegliche Trennmembran 705 weiter verlagert wird, mit dem Ergebnis, daß das Ausstoßen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 aus der Ausstoßöffnung 711 gefördert wird. Hierbei wird, wie in 24C dargestellt ist, in der beweglichen Trennmembran 705 von unmittelbar nach dem Ausgangszustand an eine Abgangsseite 715B des beweglichen Bereichs der Membran weiter als eine Zugangsseite 715A verlagert. Dementsprechend wird die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 aus dem Anfangszustand wirksam zu der Ausstoßöffnung 711 hin verschoben.
Danach wird die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 705 groß, wenn die Blase 706 weiter angewachsen ist, da die Verlagerung der beweglichen Trennmembran 705 und das Anwachsen der Blase aus dem in 24C dargestellten Zustand gefördert werden (24D). Insbesondere wird die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 direkt in Richtung der Ausstoßöffnung beschleunigt, da die Abgangsseite 715B des beweglichen Bereichs zu der Ausstoßöffnung weiter verlagert wird als die Zugangsseite 715A und ein mittlerer Abschnitt 715C, und es wird nur eine kleine Menge an Flüssigkeit zu der Zugangsseite hin verschoben, da die Auslenkung der Zugangsseite 714A während des gesamten Vorgangs klein ist.
Demzufolge kann die Ausstoßleistung (insbesondere die Aus stoßgeschwindigkeit) verbessert werden, und das Nachfüllen der Flüssigkeit in den Düsen und das Volumen des ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchens kann stabilisiert werden.
Danach werden die Abgangsseite 715B und der mittlere Abschnitt 715C der beweglichen Trennmembran 705 weiter in Richtung der Ausstoßöffnung verlagert und ausgedehnt, wenn die Blase 706 weiter angewachsen ist, wodurch die vorstehend erwähnte Wirkung erreicht wird (d. h., Verbesserung der Ausstoßleistung und der Ausstoßgeschwindigkeit) (24E). Insbesondere wird in der Anordnung der beweglichen Trennmembran 705 unter diesen Umständen, da nicht nur die Verlagerung der Schnittanordnung sondern auch eine Verlagerung und Ausdehnung in der Breitenrichtung des Flüssigkeitskanals ebenfalls groß wird, ein Wirkbereich zum Verschieben der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 in Richtung der Ausstoßöffnung groß, wodurch die Ausstoßleistung dementsprechend verbessert wird. Da die verformte Anordnung der beweglichen Trennmembran 705 hierbei einer menschlichen Nase ähnlich ist, wird sie als "Nasengestalt" bezeichnet. Wie in 24E dargestellt ist, weist diese Nasengestalt eine "S"-förmige Anordnung, in welcher ein Punkt B, welcher in dem Ausgangszustand an der Zugangsseite war, an einem Punkt A, welcher in dem Ausgangszustand an der Abgangsseite war, positioniert ist, oder, wie in 24E dargestellt ist, eine Anordnung, in welcher die Punkte A und B an einer annähernd gleichen Position angeordnet sind, auf.
[Beispiele der Verlagerung der beweglichen Trennmembran]
25A bis 25C zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Erläuterung von Verlagerungsschritten der beweglichen Trennmembran während des Ausstoßvorgangs des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
In diesem Beispiel werden bei der Darstellung die Blase, der erste Flüssigkeitskanal und die Ausstoßöffnung weggelassen, da eine Erläuterung insbesondere hinsichtlich der Verände rungen in dem beweglichen Bereich und der Verlagerung der beweglichen Trennmembran erfolgt; in diesen Figuren ist als grundlegende Anordnung der Projektionsbereich des Wärmeerzeugungselements 702 in dem zweiten Flüssigkeitskanal 704 der Blasenbildungsbereich 707, und der zweite Flüssigkeitskanal 704 und der erste Flüssigkeitskanal 703 sind immer weitgehend voneinander isoliert (d. h., während der Verlagerung aus dem Ausgangszustand). Ferner ist die Ausstoßöffnung an einer Abgangsseite des abgangsseitigen Endes (dargestellt durch eine Linie H) des Wärmeerzeugungselements 702 angeordnet, und der Zuführungsabschnitt für die erste Flüssigkeit ist an einer Zugangsseite angeordnet. Nachstehend werden die Bezeichnungen "Zugangsseite" und "Abgangsseite" in bezug auf den mittleren Abschnitt des beweglichen Bereichs der beweglichen Trennmembran 705 in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal verwendet.
In einem in 25A dargestellten Beispiel ist die bewegliche Trennmembran 705 allmählich in der Folge ((1)→(2)→(3)) aus dem Ausgangszustand so verlagert, daß die Abgangsseite aus dem Ausgangszustand weiter verlagert ist als die Zugangsseite, wodurch insbesondere die Ausstoßgeschwindigkeit verbessert werden kann, da das eine Arbeitsweise zum Verbessern der Ausstoßleistung und zum Verschieben der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 703 zu der Ausstoßöffnung hin durch die abgangsseitige Verschiebung schafft. In 25A ist übrigens der bewegliche Bereich im wesentlichen konstant.
In einem in 25B dargestellten Beispiel ist der bewegliche Bereich der beweglichen Trennmembran 705 erweitert, wenn die bewegliche Trennmembran nach und nach in der Folge ((1)→(2)→(3)) verlagert wird. In diesem Beispiel ist ein zugangsseitiges Ende des verlagerbaren Bereichs fest angeordnet. Da die Abgangsseite der beweglichen Trennmembran 705 weiter als die Zugangsseite verlagert wird und das Anwachsen der Blase selbst zu der Ausstoßöffnung hin gerichtet werden kann, kann die Ausstoßleistung weiter erhöht werden.
In einem in 25C dargestellten Beispiel sind die Abgangsseite und die Zugangsseite in dem gleichen Ausmaß verlagert, oder die Zugangsseite ist weiter als die Abgangsseite verlagert, während die bewegliche Trennmembran 705 aus dem Ausgangszustand (1) in einen Zustand (2) verlagert ist; wenn jedoch die Blase von einem Zustand (3) zu einem Zustand (4) weiter anwächst, wird die Abgangsseite der beweglichen Trennmembran weiter verlagert als die Zugangsseite. Demzufolge kann die erste Flüssigkeit oberhalb des beweglichen Bereichs ebenfalls zu der Ausstoßöffnung hin verschoben werden, wodurch die Ausstoßleistung verbessert und die Ausstoßmenge vergrößert wird.
Ferner wird in dem in 25C dargestellten Zustand (4), da ein gewisser Punkt U auf der beweglichen Trennmembran 705 näher zu der Ausstoßöffnung als ein Punkt D, welcher an der Abgangsseite des Punkts U in dem Ausgangszustand positioniert war, angeordnet ist, die Ausstoßleistung weiter durch den Abschnitt, der zu der Ausstoßöffnung hin vorsteht, erhöht. Diese Gestalt wird übrigens genauso benannt wie die vorstehend erwähnte Nasengestalt.
Obwohl die Flüssigkeitsausstoßverfahren mit den vorstehend beschriebenen Schritten oder Vorgängen in die vorliegende Erfindung eingeschlossen sind, werden die in 25A bis 25C dargestellten Verfahren nicht notwendigerweise unabhängig voneinander gehandhabt, sondern es können auch jeweilige Schritte in die vorliegende Erfindung eingeschlossen sein. Ferner kann der Schritt, der die in 25C dargestellte Nasengestalt aufweist, auf die in 25A und 25B dargestellten Verfahren angewendet werden. Die dargestellte Dicke der beweglichen Trennmembran definiert nicht die tatsächliche Dicke.
<Vorrichtung zum Lenken der Richtung für die bewegliche Trennmembran>
Nachstehend wird eine Lenkungsvorrichtung zum Lenken der Verlagerung (Verschiebung, Ausdehnung oder Verlängerung) der beweglichen Trennmembran, die durch die Blase in Richtung der Ausstoßöffnung verursacht wird, um die vorstehend erwähnten Ausstoßprinzipien zu verwirklichen, unter Verwendung von Beispielen 1 bis 6 erläutert.
[Beispiel 1]
26A bis 26C zeigen Ansichten zur Darstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend erwähnten Lenkungsvorrichtung, wobei 26A eine Schnittansicht (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines Zustands ohne Blasenbildung zeigt, 26B eine Schnittansicht (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines Blasenbildungszustands zeigt und 26C eine Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines zweiten Flüssigkeitskanals zeigt.
Wie in 26A bis 26C dargestellt ist, ist in dem ersten Beispiel ein zweiter Flüssigkeitskanal 804 für Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 810, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 802 zum Erzeugen von Wärmeenergie zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet, und ein erster Flüssigkeitskanal 803, der mit einer Ausstoßöffnung 801 in gerader Richtung in Verbindung steht, ist auf dem zweiten Flüssigkeitskanal angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 805, die aus einer Dünnschicht, die aus anorganischem Material mit Elastizität ausgebildet ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 803 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 804 angeordnet, so daß die Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 803 von der Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 804 durch die bewegliche Trennmembran 805 isoliert ist.
Beim Erhitzen des Wärmeerzeugungselements 802 wirkt Wärme auf die Blasenbildungsflüssigkeit in einem Blasenerzeugungsbereich 807 zwischen der beweglichen Trennmembran 805 und dem Wärmeerzeugungselement 802 mit dem Ergebnis ein, daß in der Blasenbildungsflüssigkeit eine Blase durch eine Filmsie deerscheinung erzeugt wird. Der Druck von der Blase wirkt vorzugsweise auf die bewegliche Trennmembran 805 mit dem Ergebnis ein, daß die bewegliche Trennmembran 805 verlagert wird, um weit in Richtung der Ausstoßöffnung 801 ausgedehnt zu werden, wie in 26B dargestellt ist. Folglich ist der Druck der Blase, die in dem Blasenbildungsbereich 807 erzeugt wird, zu der Ausstoßöffnung 801 hin gerichtet.
In diesem Beispiel ist der zweite Flüssigkeitskanal 804 zu einer abgangsseitigen Richtung des Blasenbildungsbereichs 807 hin, der unmittelbar über dem Wärmeerzeugungselement 802 angeordnet ist, verlängert, so daß ein Strömungswiderstand in dem Abgang des Wärmeerzeugungselements 802 mit dem Ergebnis klein wird, daß der Druck der Blase, der durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements 802 erzeugt wird, vorwiegend in die Abgangsrichtung gerichtet ist. Mit dieser Anordnung wird die bewegliche Trennmembran ebenfalls in die Abgangsrichtung verlagert, wodurch hohe Ausstoßleistung und Ausstoßkraft erzielt werden.
Ferner kann durch Regulierung der Größe der Blase in dem zweiten Flüssigkeitskanal der Effekt gestartet werden, sobald die Blase erzeugt ist, da die Regulierung direkt auf die Blase selbst einwirkt. Da die bewegliche Trennmembran 805 durch das Zusammenziehen der Blase (Verminderung des Drucks) schnell in die Ausgangslage (nicht verformter Zustand) zurückkehrt, wenn sich die Blase 806 zusammenzieht, kann ferner die Wirkrichtung des Drucks gesteuert werden, und die Nachfüllgeschwindigkeit der Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitskanal 803 wird erhöht, wodurch ein beständiger Ausstoß selbst beim Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit erreicht wird.
[Beispiel 2]
27A und 27B zeigen Ansichten zur Darstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend erwähnten Lenkungsvorrichtung, wobei 27A eine Schnittansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 26B eine Schnittansicht zur Darstellung eines Blasenbildungszustands zeigt.
Wie in 27A und 27B dargestellt ist, ist in diesem Beispiel eine Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals 814, die näher zu der Ausstoßöffnung als das Wärmeerzeugungselement 802 liegt, abgeschrägt, so daß sie sich der Ausstoßöffnung nähert. Mit dieser Anordnung wird der Strömungswiderstand des Blasenerzeugungsbereichs 807 und dessen Umgebung in Richtung der Ausstoßöffnung kleiner, mit dem Ergebnis, daß der Druck einer Blase 816, die durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements 802 erzeugt wird, vorwiegend auf die Ausstoßöffnung gerichtet ist, wodurch eine hohe Ausstoßleistung und eine hohe Ausstoßkraft erhalten werden.
28A und 28B zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung von Abwandlungen des in 27A und 27B dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs, wobei 28A eine Ansicht zur Darstellung eine Abwandlung zeigt, in welcher ein Teil der Wand des zweiten Flüssigkeitskanals in Stufenform ausgebildet ist, und 28B eine Ansicht zur Darstellung einer Abwandlung zeigt, in welcher ein Teil einer Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals so ausgebildet ist, daß er einen Krümmungsradius aufweist.
In der in 28A dargestellten Abwandlung ist eine Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals 824, die näher zu der Ausstoßöffnung als das Wärmeerzeugungselement 802 liegt, abgestuft, so daß sie sich der Ausstoßöffnung annähert, und in der in 28B dargestellten Abwandlung ist eine Wand eines zweiten Flüssigkeitskanals 834, die näher zu der Ausstoßöffnung als das Wärmeerzeugungselement 802 liegt, gekrümmt (mit einem Krümmungsradius), um sich der Ausstoßöffnung anzunähern. Mit diesen Anordnungen wird in beiden Fällen der Strömungswiderstand des Blasenbildungsbereichs 807 und dessen Umgebung in Richtung der Ausstoßöffnung kleiner, mit dem Ergebnis, daß der Druck der Blase, die durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements 902 erzeugt wird, vorwiegend zu der Ausstoßöffnung hin gerichtet ist, wodurch hohe Ausstoßleistung und Ausstoßkraft, wie in dem in 27A und 27B dargestellten Beispiel, erhalten werden.
[Beispiel 3]
29A und 29B zeigen Ansichten zur Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend erwähnten Lenkungsvorrichtung, wobei 29A eine Draufsicht zur Darstellung einer Lagebeziehung zwischen einem zweiten Flüssigkeitskanal und einem Wärmeerzeugungselement und 29B eine perspektivische Ansicht von 29A zeigt (eine Ausstoßöffnung ist in 29A links angeordnet).
In dem zweiten Flüssigkeitskanal gemäß diesem Beispiel ist, wie in 29A und 29B dargestellt ist, in der Nähe des Wärmeerzeugungselements 842 eine Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals 844 nach und nach von einer Zugangsseite zu einer Abgangsseite auf geweitet.
Nachstehend wird ein Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausführlich erläutert.
30A bis 30E zeigen Ansichten zum Erläutern eines Ausstoßvorgangs des in 29A und 29B dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs in Zeitrafferweise, wobei (A) in 30A bis 30E (linke Figuren) Schnittansichten im Schnitt entlang einer Linie B-B in 29A, (B) in 30A bis 30E (mittlere Figuren) Schnittansichten entlang einer Linie A-A in 29A, und (C) in 30A bis 30E (rechte Figuren) Schnittansichten im Schnitt entlang einer Linie C-C in 29A zeigen.
In 30A wird dem Wärmeerzeugungselement 842 keine elektrische Energie zugeführt, damit das Wärmeerzeugungselement 842 keine Wärme erzeugt. Eine bewegliche Trennmembran 845 ist an einer ersten Position, die weitgehend parallel zu einem Substrat 820 ist, angeordnet.
Wenn dem Wärmeerzeugungselement 842 elektrische Energie zugeführt wird, wird ein Teil der Blasenbildungsflüssigkeit, die in einen Blasenbildungsbereich 847 eingefüllt ist, durch die von dem Wärmeerzeugungselement 842 erzeugte Wärme aufgeheizt, wodurch eine Blase 846 durch Filmsieden erzeugt wird (30B).
Die erzeugte Blase 846 wächst durch die Wärme von dem Wärmeerzeugungselement 842 schnell an. Hierbei wächst ein mittlerer Abschnitt der Blase an dem mittleren Abschnitt stark an, da der zweite Flüssigkeitskanal 844 die in 29A und 29B dargestellte Gestalt hat, und beide Endabschnitte der Blase wachsen an der Abgangseite mit dem Ergebnis stark an, daß die bewegliche Trennmembran 845 entsprechend verlagert wird (30C).
Wenn die Blase 846 weiter anwächst, wächst der mittlere Abschnitt der Blase an der Abgangsseite am meisten an, mit dem Ergebnis, daß die Abgangsseite der beweglichen Trennmembran 845 weit verlagert wird (30D).
Danach kehrt die verformte bewegliche Trennmembran 845 durch Unterdruck infolge des Zusammenziehens der Blase 846 und einer Wiederherstellungskraft durch die Federeigenschaft der beweglichen Trennmembran 845 selbst zu ihrer Ausgangslage zurück (30E), wenn sich durch die Verminderung des inneren Drucks der Blase die Blase 846 zusammenzieht und sie verschwindet (charakteristisches Merkmal des Vorgangs des Filmsiedens).
Auf diese Weise wird der Druck, der durch die Erzeugung der Blase 846 verursacht wird, allmählich vorwiegend in die abgangsseitige Richtung (d. h., zu der Ausgangsöffnung hin) gelenkt.
Demzufolge wird der Strömungswiderstand an dem Blasenbildungsbereich 847 und in dessen Umgebung in Richtung der Ausstoßöffnung kleiner, mit dem Ergebnis, daß der Druck der Blase 846, der durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements 842 erzeugt wird, vorwiegend zu der Ausstoßöffnung hin gelenkt wird, wodurch hohe Ausstoßleistung und Ausstoßkraft erreicht werden. Ferner kann die erste Flüssigkeit in dem projizierten Abschnitt des Wärmeerzeugungselements 842 in Richtung der Ausstoßöffnung verschoben werden, wodurch die Ausstoßmenge erhöht wird.
31A bis 31C zeigen Ansichten zur Darstellung von Abwandlungen des Flüssigkeitsausstoßkopfs von 29A und 29B, wobei 31A eine Ansicht zur Darstellung einer Abwandlung zeigt, in welcher die Breite des zweiten Flüssigkeitskanals in der Nähe des Wärmeerzeugungselements nach und nach auf stufenförmige Weise von der Zugangsseite zu der Abgangsseite aufgeweitet ist, 31B eine Ansicht zur Darstellung einer Abwandlung zeigt, in welcher die Breite des zweiten Flüssigkeitskanals in der Nachbarschaft des Wärmeerzeugungselements nach und nach aufgeweitet ist, um einen bestimmten Krümmungsradius von der Zugangsseite zu der Abgangsseite zu haben, und 31C eine Ansicht zur Darstellung einer Abwandlung zeigt, in welcher die Breite des zweiten Flüssigkeitskanals in der Nähe des Wärmeerzeugungselements nach und nach in einer Umkehrung der Krümmung von der Zugangsseite zu der Abgangsseite aufgeweitet ist. In diesen Figuren ist die Ausstoßöffnung an der linken Seite angeordnet.
In der in 31A dargestellten Abwandlung ist die Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals 854 in der Nähe eines Wärmeerzeugungselements 842 nach und nach auf stufenförmige Weise von der Zugangsseite zu der Abgangsseite aufgeweitet, in der in 31B dargestellten Abwandlung ist die Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals 864 in der Nachbarschaft des Wärmeerzeugungselements 842 nach und nach aufgeweitet, um einen bestimmten Krümmungsradius von der Zugangsseite zu der Abgangsseite zu haben, und in der in 31C dargestellten Abwandlung ist die Breite eines zweiten Flüssigkeitskanals 847 in der Nähe des Wärmeerzeugungselements 842 nach und nach in einer Umkehrung der Krümmung (in bezug auf 31B) von der Zugangsseite zu der Abgangsseite aufgeweitet. Daher wird in jedem der Fälle der Strömungswiderstand an einem Blasenbildungsbereich 847 und dort herum in Richtung der Ausstoßöffnung kleiner, mit dem Ergebnis, daß der Druck der Blase, der durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements erzeugt wird, vorwiegend zu der Ausstoßöffnung hin gelenkt wird, wodurch hohe Ausstoßleistung und Ausstoßkraft erreicht werden.
[Beispiel 4]
32 zeigt eine Schnittansicht (im Schnitt entlang einer Richtung eines Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines vierten Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend erwähnten Lenkungsvorrichtung.
Wie in 32 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel ein zweiter Flüssigkeitskanal 904 für Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 908 angeordnet, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 902 (in diesem Beispiel ein Widerstandskörper zur Wärmeerzeugung mit einer Abmessung von 40 μm × 105 μm) für die Erzeugung von Wärmeenergie zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet, und ein erster Flüssigkeitskanal 903; der mit einer Ausstoßöffnung 901 in gerader Richtung in Verbindung steht, ist in dem zweiten Flüssigkeitskanal angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 905, die aus einer Dünnschicht, die aus anorganischem Material mit Elastizität hergestellt ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 903 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 so angeordnet, daß Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 903 von Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 durch die bewegliche Trennmembran 905 abgetrennt ist.
Durch Aufheizen des Wärmeerzeugungselements 902 wird durch die Erscheinung des Filmsiedens in der Blasenbildungsflüssigkeit eine Blase erzeugt. In dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 wirkt, wenn ein Strömungswiderstand R₁ an einer Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 904 größer als ein Strömungswiderstand R₂ an der Zugangsseite gewählt wird, eine abgangsseitige Komponente des Drucks in der Blase an der Abgangsseite der Mitte des Wärmeerzeugungselements 902 vorzugsweise an der beweglichen Trennmembran 905; andererseits wirkt eine zugangsseitige Komponente nicht nur auf die bewegliche Trennmembran 905 ein, sondern wirkt auch auf die Zugangsseite ein.
Dadurch wird die bewegliche Trennmembran 905 weit zu der Ausstoßöffnung hin verlagert, wenn sich das Wachstum der Blase fortsetzt. Demzufolge ist der Druck der Blase, die in einem Blasenbildungsbereich 907 erzeugt wird, zu der Ausstoßöffnung 901 hin gerichtet.
Nachstehend wird ein Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausführlich erläutert.
33A bis 33D zeigen Ansichten zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 32 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs.
In 33A wird dem Wärmeerzeugungselement 902 keine Energie, wie z. B. elektrische Energie, zugeführt, damit von dem Wärmererzeugungselement 902 keine Wärme erzeugt wird.
Wenn dem Wärmeerzeugungselement 902 elektrische Energie zugeführt wird, wird ein Teil der in den Blasenerzeugungsbereich 907 eingefüllten Blasenbildungsflüssigkeit durch die von dem Wärmeerzeugungselement 902 erzeugte Wärme erhitzt, wodurch durch Filmsieden eine Blase 906 erzeugt wird. Wenn die Blase 906 erzeugt wird, wird die bewegliche Trennmembran 905 durch den Druck in der Blase 906 aus einer ersten Position in eine zweite Position verlagert (33B).
Es ist wichtig, daß, wie vorstehend erwähnt, in dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 der Strömungswiderstand an der Abgangsseite (Ausstoßöffnungsseite) der Mitte des Wärmeerzeugungselements 902 größer als der Strömungswiderstand an der Zugangsseite gewählt wird, so daß die abgangsseitige Druckkomponente des Drucks in der Blase vorzugsweise auf die bewegliche Trennmembran 905 einwirkt.
Wenn die Blase 906 weiter angewachsen ist, ist eine waagerechte Komponente der abgangsseitigen Druckkomponente durch den zugangsseitigen Strömungswiderstand nach oben gerichtet. Demzufolge wirkt fast die ganze abgangsseitige Druckkomponente vorzugsweise auf die bewegliche Trennmembran 905 ein, wodurch die bewegliche Trennmembran 905 stärker zu dem ersten Flüssigkeitskanal 903 hin verlagert wird. Folglich ist die bewegliche Trennmembran 905 stark in Richtung einer Ausstoßöffnung 901 gewölbt (33C).
Auf diese Weise ist die Blase 906 durch allmähliches Verlagern des abgangsseitigen Abschnitts der beweglichen Trennmembran 905 zu der Ausstoßöffnung 901 hin entsprechend dem Anwachsen der Blase 906 in der Abgangsrichtung angewachsen, und die bewegliche Trennmembran 905 ist stark in Richtung der Ausstoßöffnung gewölbt, wobei der Druck der Blase 906 einheitlich zu der Ausstoßöffnung 901 hin gerichtet ist. Demzufolge ist die Ausstoßleistung für das Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 901 verbessert. Wenn der Blasendruck zu der Ausstoßöffnung 901 gerichtet ist, behindert die bewegliche Trennmembran 905 diese fast nicht, mit dem Ergebnis, daß die Fortpflanzungsrichtung des Drucks und die Richtung des Anwachsens der Blase 906 entsprechend der Größe des fortgepflanzten Drucks wirksam gesteuert werden können.
Wenn sich die Blase 906 durch Verminderung des inneren Drucks der Blase zusammengezogen hat und verschwunden ist (charakteristische Eigenschaft der Erscheinung des Filmsiedens), wird danach die bewegliche Trennmembran 905, welche zu der zweiten Position verlagert wurde, durch den Unterdruck infolge des Zusammenziehens der Blase 906 zu dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 über die erste Position verlagert und kehrt dann in die in 33A dargestellte Ausgangsposition (erste Position) zurück (33D). Wenn die Blase verschwunden ist, strömt die Flüssigkeit von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (dargestellt durch Pfeile V_D1, V_D2) und von der Seite der Ausstoßöffnung 901 (dargestellt durch einen Pfeil V_C) zurück, um das Volumen entsprechend der ausgestoßenen Flüssigkeit auszugleichen. Auf ähnliche Weise strömt die Flüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskanal 904 von der Zugangsseite her ein.
Nachstehend erfolgt eine ergänzende Erläuterung des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
34 zeigt eine Ansicht zum Erklären des zweiten Flüssigkeitskanals 904 des in 32 und 33A bis 33D dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welcher der zweite Flüssigkeitskanal 904 bei Betrachtung von oben dargestellt ist, wobei die bewegliche Trennmembran 905 nicht dargestellt ist.
In dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 sind Einengungen 909a, 909b mit dazwischen angeordnetem Wärmeerzeugungselement 902 angeordnet, um eine Kammer (Blasenbildungskammer) zum Verhindern, daß der Druck der Blase durch den zweiten Flüssigkeitskanal 904 entweicht, abzugrenzen. In den Einengungen 909a, 909b des zweiten Flüssigkeitskanals 904 ist ein Öffnungsabschnitt an einer Abgangsseite (Seite der Ausstoßöffnung) enger als ein Öffnungsabschnitt an einer Zugangsseite (Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer). Dadurch, daß der Öffnungsabschnitt der Abgangsseite enger gemacht ist, kann der Strömungswiderstand in dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 an der Abgangsseite größer gemacht werden, und der Strömungswiderstand an der Zugangsseite kann kleiner gemacht werden, mit dem Ergebnis, daß die abgangsseitige Druckkomponente des Blasendrucks vorzugsweise und wirksam auf die bewegliche Trennmembran 905 einwirkt, um die bewegliche Trenn membran 905 zu dem ersten Flüssigkeitskanal 903 hin zu drücken, wodurch die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 903 wirksam mit hoher Ausstoßkraft ausgestoßen wird. Die abgangsseitige Einengung 909a der Blasenbildungskammer in dem zweiten Flüssigkeitskanal 904 dient dazu, Blasen, die in der Blasenkammer verbleiben, zu entfernen.
Die Gestaltung des zweiten Flüssigkeitskanals 904 ist übrigens nicht auf die eine vorstehend beschriebene Gestaltung beschränkt, es kann irgendeine Gestaltung, welche den Blasendruck auf die bewegliche Trennmembran 905 wirksam übertragen kann, verwendet werden.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann entsprechend der vorstehend beschriebenen Anordnung durch Auswählen des Strömungswiderstands an der Abgangsseite (der Mitte des Wärmeerzeugungselements) in dem zweiten Flüssigkeitskanal so, daß er größer ist als der Strömungswiderstand an der Zugangsseite, Flüssigkeit, die auf Erhitzen empfindlich reagiert, oder hochviskose Flüssigkeit wirksam mit hoher Ausstoßkraft ausgestoßen werden, da sich die durch den Blasendruck verlagerte bewegliche Trennmembran zu der abgangsseitigen Richtung hin vergrößert.
[Beispiel 5]
35 zeigt eine Schnittansicht (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines fünften Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend erwähnten Lenkungsvorrichtung in einem blasenbildenden Zustand.
Wie in 35 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel ein zweiter Flüssigkeitskanal 914 für Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 918, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 912 zum Erzeugen von Wärmeenergie zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet ist, angeordnet, und ein erster Flüssigkeitskanal 913, der mit einer Ausstoßöffnung 911 in gerader Richtung in Verbindung steht, ist auf dem zweiten Flüssigkeitskanal angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 915, die aus einer Dünnschicht ausgebildet ist, welche aus anorganischem Material mit Elastizität hergestellt ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 913 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 914 so angeordnet, daß Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 913 von Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 914 durch die bewegliche Trennmembran 915 abgetrennt ist.
Das entscheidende Merkmal in diesem Beispiel ist, daß eine Höhe einer Deckplatte 919, die den ersten Flüssigkeitskanal 913 an dem projizierten Bereich des Wärmeerzeugungselements 912 begrenzt, an einer Abgangsseite, wo die Ausstoßöffnung 911 angeordnet ist, größer ist als an einer Zugangsseite, wo eine gemeinsame Flüssigkeitskammer (nicht dargestellt) angeordnet ist.
In einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit dem vorstehend genannten Aufbau wird durch Aufheizen des Wärmeerzeugungselements 912 eine Blase 916 in der Blasenbildungsflüssigkeit durch Filmsieden erzeugt. Wenn die Blase 916 erzeugt wird, wird die bewegliche Trennmembran zu dem ersten Flüssigkeitskanal 913 hin verlagert. Da sie jedoch so aufgebaut ist, daß die Höhe des ersten Flüssigkeitskanals 913 an der Abgangsseite größer als an der Zugangsseite ist, wird die bewegliche Trennmembran 915 zu dem ersten Flüssigkeitskanal 913 hin an der Abgangsseite mehr verlagert als an der Zugangsseite. Demzufolge wird der Druck der Blase 916, der in einem Blasenerzeugungsbereich erzeugt wird, zu der Ausstoßöffnung 911 hin gerichtet.
Nachstehend wird ein Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausführlich erläutert.
36A bis 36D zeigen Ansichten zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 35 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs.
In 36A wird Energie, wie z. B. elektrische Energie, dem Wärmeerzeugungselement 912 nicht zugeführt, um keine Wärme von dem Wärmeerzeugungselement 912 zu erzeugen. Die bewegliche Trennmembran 915 ist in einer ersten Lage, die weitgehend parallel zu dem Substrat 918 ist, angeordnet.
Wenn dem Wärmeerzeugungselement 912 elektrische Energie zugeführt wird, wird ein Teil der in einen Blasenbildungsbereich 917 eingefüllten Blasenbildungsflüssigkeit durch von dem Wärmeerzeugungselement 912 erzeugte Wärme erhitzt, wodurch eine Blase 916 durch Filmsieden erzeugt wird. Demzufolge wird ein Abschnitt der beweglichen Trennmembran 915 gegenüber dem Blasenerzeugungsbereich 917 zu dem ersten Flüssigkeitskanal 913 hin verlagert (36B).
Wenn die Blase 916 weiter anwächst, wird die bewegliche Trennmembran 915 entsprechend dem Druck der Blase weiter zu dem ersten Flüssigkeitskanal 913 hin verlagert, um eine zweite Lage zu erreichen. Hierbei wird die bewegliche Trennmembran 915 zu dem ersten Flüssigkeitskanal 913 hin an der Abgangsseite weiter verlagert als an der Zugangsseite (36C). Daher kann die Ausstoßleistung weiter verbessert werden.
Wenn sich die Blase 906 durch Verminderung des inneren Drucks der Blase zusammengezogen hat und verschwunden ist (charakteristische Eigenschaft der Erscheinung des Filmsiedens), kehrt dann die bewegliche Trennmembran 915, welche zu der zweiten Lage verlagert wurde, durch den Unterdruck infolge des Zusammenziehens der Blase 916 allmählich zu der in 36A dargestellten Ausgangslage (erste Lage) zurück (36D). Wenn die Blase verschwunden ist, strömt die Flüssigkeit von der Zugangsseite, d. h., von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und von der Seite der Ausstoßöffnung 901 ein, um das Volumen entsprechend der ausgestoßenen Flüssigkeit auszugleichen. Demzufolge kann das Zurückziehen des Meniskus durch Verringerung des Volumens der Flüssigkeit entsprechend dem Ausmaß an Verlagerung der Seite des ersten Flüssigkeitskanals 913, das verursacht wird, wenn die bewegliche Trennmembran 915 auf den zweiten Flüssigkeitskanal 914 zu verlagert wird, unterdrückt werden, wodurch die Nachfüllzeit verringert wird.
[Beispiel 6]
37 zeigt eine Schnittansicht (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines sechsten Beispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs mit der vorstehend genannten Lenkungsvorrichtung in einem blasenbildenden Zustand.
Wie in 37 dargestellt ist, unterscheidet sich dieses Beispiel von dem in 35 dargestellten Beispiel in dem Punkt, daß sich eine Gestaltung einer Deckplatte 929, d. h., eine Gestaltung eines ersten Flüssigkeitskanals 923, von der des fünften Beispiels unterscheidet, wohingegen die anderen Anordnungen die gleichen sind wie in dem fünften Beispiel.
Wie in 37 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel hinsichtlich der Höhe einer Deckplatte 929 deren einer Abschnitt an einer Zugangsseite des Wärmeerzeugungselements 912 niedriger als die Höhe der anderen Abschnitte der Deckplatte.
Wenn eine Blase 926 erzeugt wird, wird die bewegliche Membran 915 auf den ersten Flüssigkeitskanal 923 zu verlagert. Die bewegliche Trennmembran 915 wird jedoch zu dem ersten Flüssigkeitskanal 923 hin an der Abgangsseite stärker verlagert als an der Zugangsseite, da dieser so gestaltet ist, daß der Abschnitt der Deckplatte an der Zugangsseite des Wärmeerzeugungselements 912 niedriger liegt als die Höhe der anderen Abschnitte der Deckplatte. Demzufolge ist der Druck der Blase 926, die in einem Blasenbildungsbereich erzeugt wird, zu der Ausstoßöffnung 911 hin gerichtet. Da ferner der Strömungswiderstand in dem ersten Flüssigkeitskanal 923 an der Zugangsseite größer ist als an der Abgangsseite, ist die Ausstoßleistung verbessert, und das Nachfüllvermägen ist weiter verbessert, da die Fähigkeit zum Zuführen von der Zugangsseite in den ersten Flüssigkeitskanal ausgezeichnet ist.
In den vorstehend angeführten Beispielen, in welchen die vorliegende Erfindung unter Verwendung des Ausstoßsystems, in welchem die Flüssigkeit in einer Richtung ausgestoßen wird, die parallel zu der Strömungsrichtung der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal ist, erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Ausstoßsystem beschränkt, solange eine Ausstoßöffnung an einer Abgangsseite eines Blasenerzeugungsbereichs angeordnet ist, und die vorliegende Erfindung kann auf ein Ausstoßsystem angewendet werden, in welchem Flüssigkeit in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung der Flüssigkeit in einem ersten Flüssigkeitskanal ausgestoßen werden kann.
38A und 38B zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines Beispiels, in welchem die vorliegende Erfindung auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf angewendet ist, in welchem eine Ausstoßöffnung an einer Abgangsseite eines Blasenbildungsbereichs derart angeordnet ist, daß die Flüssigkeit in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung einer Flüssigkeit in einem ersten Flüssigkeitskanal ausgestoßen wird.
Wie in 38A und 38B dargestellt ist, kann in einer Anordnung, in welcher eine Ausstoßöffnung 951 in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung einer Flüssigkeit in einem ersten Flüssigkeitskanal 953 angeordnet ist, solange die Ausstoßöffnung 951 an einer Abgangsseite eines Blasenbildungsbereichs 957 angeordnet ist, die gleiche Wirkung durch Verwenden des Aufbaus irgendeines der vorstehenden Beispiele erreicht werden. In 38A und 38B bezeichnet ein Bezugszeichen 955 eine bewegliche Trennmembran; 954 bezeichnet einen zweiten Flüssigkeitskanal; 952 bezeichnet ein Wärmeerzeugungselement; und 956 bezeichnet eine Blase, die durch das Wärmeerzeugungselement erzeugt wird.
<Ausdehnungsvermögen der Membran und Flüssigkeitsausstoßvorgang>
Die vorstehend angeführten Beispiele zur Verbesserung der Ausstoßleistung nutzen das Ausdehnungsvermögen der Membran. Es kann jedoch ein Verfahren verwendet werden, in welchem eine Membran zuvor hin zu einem zweiten Flüssigkeitskanal entsprechend einem Maß an Auslenkung der Membran, welche durch eine Blase verursacht wird, verformt wurde. Nachstehend wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer solchen Membran unter Verwendung von Beispielen erläutert.
[Beispiel 1]
43A und 43B zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines ersten Beispiels eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfs, wobei 43A eine Ansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 43B eine Ansicht zur Darstellung eines blasenbildenden Zustands zeigt.
Wie in 43A und 43B dargestellt ist, ist in diesem Beispiel ein zweiter Flüssigkeitskanal 2304 für Blasenbildungsflüssigkeit auf einem Substrat 2310 angeordnet, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement 2302 zum Erzeugen von Wärmeenergie zum Ausbilden einer Blase in der Flüssigkeit angeordnet ist, angeordnet, und ein erster Flüssigkeitskanal 2303 zum Ausstoßen von Flüssigkeit, der mit einer Ausstoßöffnung 2301 in gerader Richtung in Verbindung steht, ist auf dem zweiten Flüssigkeitskanal angeordnet. Ferner ist eine bewegliche Trennmembran 2305, die aus einer verformbaren Dünnschicht ausgebildet ist, zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 2303 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 2304 so angeordnet, daß Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskanal 2303 von Blasenbildungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskanal 2304 durch die bewegliche Trennmembran 2305 abgetrennt ist.
Wie in 43A dargestellt ist, steht in einem nicht blasenbildenden Zustand ein Abschnitt der beweglichen Trennmembran 2305, der über einem projizierten Bereich des Wärmeer zeugungselements 2302 angeordnet ist, zu dem zweiten Flüssigkeitskanal 2304 hin vor, und ein Abstand L, der von einer Bezugsfläche 2305B der beweglichen Trennmembran 2305 vorsteht, ist so gewählt, daß er an einer Abgangsseite, wo die Ausstoßöffnung 2301 des ersten Flüssigkeitskanals 2303 angeordnet ist, größer ist als an einer Zugangsseite, wo eine gemeinsame Flüssigkeitskammer angeordnet ist. Andererseits ist in einem in 43B dargestellten blasenbildenden Zustand die Anordnung der Membran umgekehrt, um den Verlagerungsvorgang der vorliegenden Erfindung zu erlauben.
Da die Gestalt der beweglichen Trennmembran zuvor festgelegt wurde, kann die gewünschte Verlagerung dauerhaft erreicht werden, und die bewegliche Trennmembran kann auch selbst als eine Richtungslenkungsvorrichtung, welche in Verbindung mit der Membran mit Elastizität beschrieben wurde, wirken, wodurch ein einfacher Aufbau geschaffen wird.
Ein maximales Verlagerungsvolumen (dargestellt durch eine Summe von Volumina der vorstehenden Konfigurationsabschnitte in 43A und 43B), das durch Verlagerung eines vorstehenden Konfigurationsabschnitts 2305a der beweglichen Trennmembran, die von der Bezugsfläche 2305B zu dem zweiten Flüssigkeitskanal hin vorsteht, erzeugt wird, ist so gewählt, daß es größer ist als ein maximales Ausdehnungsvermögen (wenn dort keine bewegliche Trennmembran wäre) einer in dem Blasenbildungsbereich 2307 erzeugten Blase.
Ferner ist ein Abstand zwischen einer Fläche (auf welcher der vorstehende Konfigurationsabschnitt 2305a nicht ausgebildet ist) der beweglichen Trennmembran 2305 und der Fläche des Wärmeerzeugungselements 2302 ungefähr 5 bis 20 μm gewählt, und der Blasenbildungsbereich 2307 ist zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2302 und dem vorstehenden Konfigurationsabschnitt 2305a definiert.
Nachstehend wird ein Flüssigkeitsausstoßvorgang des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfs erläutert.
Wenn dem Wärmeerzeugungselement 2302 elektrische Energie zugeführt wird, wird ein Teil der Blasenbildungsflüssigkeit, die in den Blasenbildungsbereich 2307 eingefüllt ist, durch die von dem Wärmeerzeugungselement 2302 erzeugte Wärme erhitzt, wodurch eine Blase 2306 durch Filmsieden erzeugt wird. Wenn die Blase 2306 ausgebildet wird, wird der vorstehende Konfigurationsabschnitt 2305a der beweglichen Trennmembran 2305 durch den Druck der erzeugten Blase 2306 aus einer ersten in 43A dargestellten Lage in eine in 43B dargestellte zweite Lage zu dem Flüssigkeitskanal 2303 hin verlagert. Da das Ausmaß der Verlagerung an der Abgangsseite größer ist als an der Zugangsseite, kann die Fortpflanzungsrichtung des Drucks der Blase 2306 wirksam zu der Ausstoßöffnung hin gerichtet werden.
Wenn sich die Blase 2306 danach durch Verringerung des inneren Drucks der Blase zusammengezogen hat und verschwunden ist (charakteristisches Merkmal der Filmbildungserscheinung), ist der vorstehende Konfigurationsabschnitt 2305a der beweglichen Trennmembran 2305, welcher in die zweite Stellung verlagert wurde, durch den Unterdruck infolge des Zusammenziehens der Blase 2306 und eine Wiederherstellungskraft infolge einer Federeigenschaft der beweglichen Trennmembran 2305 selbst in die Ausgangsstellung (erste Stellung) zurückgekehrt.
Da in diesem Beispiel die bewegliche Trennmembran 2305 durch die Verlagerung des vorstehenden Konfigurationsabschnitts 2305a von der Seite des zweiten Flüssigkeitskanals zu der Seite des ersten Flüssigkeitskanals verlagert wird, trägt im Vergleich mit dem Fall, wo die bewegliche Trennmembran in dem nicht blasenbildenden Zustand flach ist und in Richtung des ersten Flüssigkeitskanals verlagert wird, wenn die Blase erzeugt wird, die Energie, welche durch Erzeugung der Blase erhalten wird, wirksamer zu der Verlagerung der beweglichen Trennmembran 2305 bei, wodurch die Flüssigkeit wirksam ausgestoßen wird. Übrigens ist in dem Fall der Anordnung gemäß diesem Beispiel die Ausstoßleistung der Membran, weil die bewegliche Trennmembran selbst Ausdehnungsvermögen aufweist, wenn die bewegliche Trennmembran durch die erzeugte Blase verlagert wird, desto größer, je kleiner die Aufweitung der Membran ist.
Ferner wird das Anwachsen der Blase nicht behindert, da das maximale Verlagerungsvolumen des vorstehenden Konfigurationsabschnitts 2305a der beweglichen Trennmembran so gewählt ist, daß es größer wird als ein maximales Ausdehnungsvolumen (wenn dort keine bewegliche Trennmembran wäre) der in dem Blasenbildungsbereich 2307 erzeugten Blase, wodurch die Ausstoßleistung weiter verbessert wird.
Ferner wird in diesem Beispiel, da die bewegliche Trennmembran zuvor auf den zweiten Flüssigkeitskanal zu vorsteht, das Ausmaß der Auslenkung groß, die verursacht wird, wenn die bewegliche Trennmembran durch den Druck der Blase aus der ersten Stellung zu der zweiten Stellung verlagert wird, um die Fortpflanzungsrichtung des Blasendrucks zu der Ausstoßöffnung hin zu lenken, wodurch die Flüssigkeitsausstoßleistung verbessert wird. Was den vorstehenden Konfigurationsabschnitt der beweglichen Trennmembran anbetrifft, so kann sich der Blasendruck vorwiegend auf die Ausstoßöffnung zu in dem ersten Flüssigkeitskanal fortpflanzen, da der Abstand an der Seite der Ausstoßöffnung größer ist als an der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, wodurch die Ausstoßleistung für das Ausstoßen von Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung verbessert wird.
[Beispiel 2]
44A und 44B zeigen Schnittansichten (im Schnitt entlang einer Richtung des Flüssigkeitskanals) zur Darstellung eines zweiten Beispiels eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfs, wobei 44A eine Ansicht zur Darstellung eines nicht blasenbildenden Zustands und 44A eine Ansicht zur Darstellung eines blasenbildenden (ausstoßenden) Zustands zeigt.
Anders als in dem in 43A und 43B dargestellten Beispiel wird in diesem zweiten Beispiel, wie in 44A und 44B dargestellt, das maximale Verlagerungsvolumen des vorstehenden Konfigurationsabschnitts der beweglichen Trennmembran so gewählt, daß es kleiner wird als ein maximales Ausdehnungsvolumen (wenn dort keine bewegliche Trennmembran wäre) einer Blase 2316, die in dem Blasenerzeugungsbereich 2307 erzeugt wurde.
In diesem Beispiel ist das maximale Verlagerungsvolumen des vorstehenden Konfigurationsabschnitts 2305a der beweglichen Trennmembran 2305 so gewählt, daß es 80% oder weniger des maximalen Ausdehnungsvolumens (falls dort keine bewegliche Trennmembran angeordnet wäre) der Blase 2316 beträgt, die in dem Blasenbildungsbereich 2307 ausgebildet wurde. Demzufolge bleibt die Ausstoßmenge der Ausstoßflüssigkeit im wesentlichen konstant, selbst wenn angenommen wird, daß eine Abweichung des Ausstoßes von ungefähr ± 10% in dem üblichen Flüssigkeitsausstoßkopf infolge von Abweichung bei der Blase in Abhängigkeit von der Ausstoßeigenschaft der Flüssigkeit auftritt, da das Ausmaß der Verlagerung des vorstehenden Konfigurationsabschnitts der beweglichen Membran während der Blasenbildung ungeachtet der Abweichung im Ausdehnungsvolumen der Blase immer unverändert bleibt, wodurch guter Ausstoß ohne Auftreten von Abweichung von Düse zu Düse bewirkt wird.
Auf diese Weise ist dieses Beispiel insbesondere wirkungsvoll, wenn das maximale Ausdehnungsvolumen der Blase nicht immer konstant bleibt oder sich von Düse zu Düse infolge von Abweichungsfaktoren, die von den Herstellungsbedingungen und/oder von Umgebungsbedingungen herrühren, verändert.
<Flüssigkeitsausstoßkopfkassette und Flüssigkeitsausstoß-Aufzeichnungsgerät>
Nachstehend werden eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, an welcher ein Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angeordnet ist, und ein Flüssigkeitsausstoß-Aufzeichnungsgerät unter Bezugnahme auf 39 und 40 beschrieben.
39 zeigt eine auseinandergezogene schematische perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, die den vorstehend genannten Flüssigkeitsausstoßkopf aufweist. Die Flüssigkeitsausstoßkopfkassette ist hauptsächlich aus einem Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt und einem Flüssigkeitsbehälter 1140 aufgebaut.
Der Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt weist einen vorstehend erwähnten Flüssigkeitsausstoßkopf 1200, ein Flüssigkeitszuführungselement 1130 und eine Grundplatte (Träger) 1120 aus Aluminium auf. Der Träger 1120 dient zum Tragen des Flüssigkeitsausstoßkopfs 1200 und dergleichen und ist mit einem Leiterplattensubstrat 1123, das mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf 1200 verbunden und in der Lage ist, dem Kopf ein elektrisches Signal zuzuführen, und mit Kontaktflecken 1124 zum Senden und Empfangen von elektrischen Signalen bezüglich der daran angeschlossenen Vorrichtung versehen.
Der Flüssigkeitsbehälter 1140 enthält die Flüssigkeit, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf 1200 zugeführt wird. Auf dem Flüssigkeitsbehälter 1140 sind Positionierungsabschnitte 1144 zum Halten eines Verbindungselements zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt und dem Flüssigkeitsbehälter 1190 und fest angeordnete Stifte 1145 zum festen Anordnen des Verbindungselements angeordnet. Die Flüssigkeit wird Zuführungswegen 1131, 1132 des Flüssigkeitszuführungselements 1130 aus Zuführungswegen 1142, 1143 des Flüssigkeitsbehälters 1140 über Zuführungswege des Verbindungselements zugeführt und wird dann der gemeinsamen Flüssigkeitskammer des Flüssigkeitsausstoßkopfs 1200 über Flüssigkeitswege 1133, 1129, 1153c des Elements zugeführt. In diesem Beispiel ist es nicht unbedingt nötig, daß zwei Wege verwendet werden, obwohl die Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 1140 zu dem Flüssigkeitszuführungselement 1130 über zwei Wege erfolgte.
Wenn die Flüssigkeit verbraucht ist, kann neue Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter 1140 nachgefüllt werden. Dazu ist es wünschenswert, daß der Flüssigkeitsbehälter 1140 mit einer Öffnung zum Einfüllen von Flüssigkeit versehen ist. Ferner kann der Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt mit dem Flüssigkeitsbehälter einstückig ausgebildet sein, oder er kann von dem Flüssigkeitsbehälter getrennt sein.
40 stellt schematisch ein Flüssigkeitsausstoßgerät dar, an welchem der vorstehend erwähnte Flüssigkeitsausstoßkopf angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform wird ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät IJRA, das Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet, erläutert. Ein Schlitten HC des Flüssigkeitsausstoßgeräts trägt eine Druckkopfkassette, an welcher der Flüssigkeitsbehälter 1140 und ein Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 2000 abnehmbar angeordnet werden können, und wird wechselseitig in einer Breitenrichtung (dargestellt durch Pfeile a, b) eines Aufzeichnungsmediums 1700, das durch eine Transportvorrichtung für das Aufzeichnungsmedium transportiert wird, transportiert. Der Flüssigkeitsbehälter und der Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt können übrigens voneinander getrennt werden.
Wenn in 40 einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf dem Schlitten HC ein Ansteuerungssignal von einer Vorrichtung zum Zuführen von Ansteuerungssignalen (nicht dargestellt) zugeführt wird, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 2000 auf das Aufzeichnungsmedium 1700 als Antwort auf das Ansteuerungssignal ausgestoßen.
Ferner weist das Flüssigkeitsausstoßgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Motor (Antriebsquelle) 1610 zum Antreiben der Vorrichtung zum Transportieren des Aufzeichnungsmediums und des Schlittens HC, Zahnräder 1620, 1630 zum Übertragen einer Kraft von der Antriebsquelle zu dem Schlitten HC und eine Schlittenwelle 1640 auf. Mit diesem Aufzeichnungsgerät kann ein gutes Bild durch Ausstoßen der Flüssigkeit auf verschiedene Aufzeichnungsmedien erhalten werden.
(Bevorzugte technische Eigenschaften der Trennmembran)
Auf der Grundlage der Gegebenheit, daß die aus Poly-p-Xylylen (nachstehend als "PPX" bezeichnet) hergestellte Trennmembran, die in der vorstehend beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsform verwendet wird, auf andere Flüssigkeitsausstoßköpfe mit einer Trennmembran, die eine andere ist als die vorliegende Erfindung, angewendet werden kann, führte die vorliegende Erfindung zum Herausfinden von mehr bevorzugten Bedingungen für die Trennmembran.
Insbesondere konnten die nachstehenden neuen nützlichen Fakten (insbesondere Zersetzungstemperatur der organischen Membran) gefunden werden, als die Eigenschaft von PPX untersucht wurde.
In den nachstehenden Erläuterungen bedeutet der Begriff "auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements" "auf der Oberfläche des Antikavitationsfilms 107", wenn der Schutzfilm 106 und der Antikavitationsfilm 107 wie in 21 dargestellt angeordnet sind, und "auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements", wenn ein solcher Film nicht angeordnet ist. Dieser Begriff wird zum Bezeichnen eines Abschnitts (z. B. des Wärmewirkabschnitts 108 in 21) auf dem Wärmeerzeugungselement, auf welchem die Blase durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements ausgebildet wird, verwendet.
<Beziehung zwischen der beweglichen Trennmembran und der Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements>
Wenn übliche Tinte verwendet wird, ist im allgemeinen bei dem Filmsieden zum Ausbilden einer Blase eine Temperatur für das Starten der Blasenbildung eine Temperatur (z. B. etwa 300 °C oder höher an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements, in der Praxis etwa 250 °C), die durch plötzlichen Temperaturanstieg erhalten wurde, und eine maximale Temperatur während der Blasenbildung erreicht etwa 600 °C auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements. Diese Temperatur wird innerhalb eines Zeitraums von μsec erzeugt und setzt sich nicht für einen langen Zeitraum fort. Wenn die Blase verschwunden ist, wird die Temperatur an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements etwa 180 °C (praktisch etwa 200 °C).
Wenn die Trennmembran unter diesen Bedingungen verwendet wurde, verschlechterte sich plötzlich die Eigenschaft eines Abschnitts der Trennmembran, oder es brach ein Abschnitt der Membran. Durch Untersuchung der Ursache wurden bevorzugte Bedingungen, die für die Trennmembran erforderlich sind, herausgefunden.
Eine der Bedingungen ist, daß, wenn die bewegliche Trennmembran durch Ablagern von organischem Material durch chemische Gasphasenreaktion oder Plasmapolymerisationsreaktion ausgebildet wird, die Wärmezersetzungstemperatur der beweglichen Trennmembran in einer solchen Reaktion größer sein sollte als eine Umgebungstemperatur, welcher die bewegliche Trennmembran ausgesetzt wird. Ferner ist eine andere Bedingung die, daß, in bezug auf die kurze Zeit in der Größenordnung von einigen zehn μsec bis zu einigen Minuten, selbst wenn die Temperatur der beweglichen Trennmembran zeitweise einen Schmelzpunkt (kleiner als die Wärmezersetzungstemperatur) der beweglichen Trennmembran übersteigt, ein solcher Umstand nicht berücksichtigt zu werden braucht.
Daher kann eine Beziehung zwischen der beweglichen Trennmembran und der Temperatur auf der Oberfläche des Wärmererzeugungselements, welche das Ausstoßen beeinträchtigt; wie folgt werden. Nachstehend werden günstige Bedingungen in solchen Fällen aufgelistet.
(1) Bei Arbeitsweise mit einem einzelnen Ausstoß
Zuerst wird ein Fall, wo ein einzelnes Flüssigkeitströpfchen aus dem Anfangszustand ausgestoßen wird, (oder ein fortwährender Ausstoßvorgang über eine lange Zeitdauer (z. B. einige zehn msec bis einige Sekunden oder mehr) zwischen einem Ausstoß bis zu dem nächsten Ausstoß) betrachtet.
In diesem Fall ist es während des Anwachsens der Blase von dem Beginn der Blasenbildung an, da die bewegliche Trennmembran normal an den Wänden der Flüssigkeitskanäle befestigt ist und ein Abschnitt, welcher von der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements über die Flüssigkeit (Blasenbildungsflüssigkeit) um eine vorbestimmte Entfernung weg verlagert ist, nicht erforderlich, daß ein Einfluß der Temperatur auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements, welcher die bewegliche Trennmembran direkt beeinträchtigt, berücksichtigt wird.
Nachdem die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wurde, kann sich jedoch, wenn die Blase verschwunden ist, die bewegliche Trennmembran der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements infolge Hohlraumbildung annähern oder mit ihr in Berührung gelangen. Nachdem die Blase verschwunden ist, braucht in diesem Fall, da die bewegliche Trennmembran versucht, durch das Nachfüllen der Blasenbildungsflüssigkeit bald wieder in die Ausgangslage zurückzukehren, nur augenblickliche Wärmewiderstandseigenschaft berücksichtigt werden.
Folglich wird die bewegliche Trennmembran nicht zersetzt, solange die Temperatur, bei welcher das Material zersetzt wird, das für die bewegliche Trennmembran verwendet wird, höher als die Temperatur (wenn die Blase verschwunden ist) auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements ist, selbst wenn die bewegliche Trennmembran mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements in Berührung gelangt.
(2) Bei Arbeitsweise mit fortwährendem Ausstoß
Nachstehend wird ein Fall betrachtet, wo die Flüssigkeitströpfchen in einem Zeitraum von einigen zehn μsec bis zu einigen hundert μsec fortwährend ausgestoßen werden.
Wenn der Zeitraum zwischen dem Ausstoßen und dem nächsten Ausstoßen auf diese Weise kurz wird, muß, solange das Nachfüllen der Blasenbildungsflüssigkeit ausgeführt wird, so daß eine gewünschte Menge an Blasenbildungsflüssigkeit in dem Blasenbildungsbereich bei Bedarf vorhanden ist, die Möglich keit, daß die bewegliche Trennmembran an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements anhaftet, wenn die Blasenbildung beginnt, eher, als wenn die Blase verschwindet, berücksichtigt werden.
In diesem Fall, wenn kleine Blasen durch die Wärme des Wärmeerzeugungselements erzeugt werden, nähern sich, da die Blasen zwischen der beweglichen Trennmembran und der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements vorhanden sind, die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements und die bewegliche Trennmembran während des Anwachsens der Blase nicht weiter aneinander an.
Daher muß die Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements berücksichtigt werden, wenn die Blasenbildung beginnt, und da der Zeitraum, daß sich die bewegliche Trennmembran in Berührung mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements befindet, wie vorstehend erwähnt, sehr kurz ist, wird die bewegliche Trennmembran nicht zersetzt, solange die Wärmezersetzungstemperatur des Materials, welches für die bewegliche Trennmembran verwendet wird, größer als die Temperatur (wenn die Blasenbildung beginnt) auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements ist, so wie es beim Verschwinden der Blase ist, selbst wenn sich die bewegliche Trennmembran in Berührung mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements befindet.
Ferner muß unter einem Umstand, wo ein fortwährender Ausstoßvorgang für einen langen Zeitraum (z. B. einige Minuten bis zu einigen zehn Minuten) fortgesetzt wird, die maximale Temperatur der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements nicht nur, wenn die Blasenbildung beginnt, sondern auch während der Blasenbildung berücksichtigt werden. In diesem Fall ist es vorzugsweise wichtig, besonders wenn die Wärme des Flüssigkeitsausstoßkopfs während des fortwährenden Ausstoßvorgangs nicht angemessen abgestrahlt wird, daß die bewegliche Trennmembran nicht thermisch zersetzt wird.
Da die Temperatur des Flüssigkeitsausstoßkopfs die vorstehend erwähnte maximale Temperatur der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements während der Blasenbildung nicht übersteigt, wird die bewegliche Trennmembran nicht thermisch zersetzt, solange die Zersetzungstemperatur des Materials, das für die bewegliche Trennmembran verwendet wird, größer als die maximale Temperatur auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements ist.
(3) Bei anomaler Betriebsweise
Nachstehend wird ein Fall betrachtet, wo eine anomale Betriebsweise, in welcher die Blasenbildungsflüssigkeit in dem Blasenbildungsbereich des zweiten Flüssigkeitskanals infolge ungenügender Nachfüllung unzureichend (oder nicht vorhanden) ist, auftritt.
In einem derartigen Fall ist die Möglichkeit erhöht, daß die bewegliche Membran, die mit der in Frage kommenden Düse (anomale Düse) verbunden ist, an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements anhaftet, wodurch die Flüssigkeit aus der entsprechenden Ausstoßöffnung nicht ausgestoßen werden kann.
Üblicherweise ist der Flüssigkeitsausstoßkopf oder das Flüssigkeitsausstoßgerät mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Erfassungsabschnitt zum Erfassen von schlechtem Ausstoß versehen, und anhand des erfaßten Ergebnisses wird der Kanal für die Blasenbildungsflüssigkeit (und der Kanal für die Ausstoßflüssigkeit, wenn erforderlich) durch Verwendung einer herkömmlichen Wiederherstellungsvorrichtung in einen normalen Zustand wiederhergestellt.
Wenn eine derartige Wiederherstellungsvorrichtung angeordnet ist, werden die Bedingungen, die für die Membran erforderlich sind, in Abhängigkeit von dem Zeitraum zwischen dem Auftreten der Anomalie und dem Wiederherstellungsvorgang und der verbliebenen Menge an Blasenbildungsflüssigkeit in dem Blasenbildungsbereich verändert.
Wenn z. B. der Wiederherstellungsvorgang innerhalb eines Zeitraums von einigen zehn Sekunden bis einigen Minuten von dem Auftreten der Anomalie an ausgeführt wird, ist es nicht erforderlich, daß der Schmelzpunkt der beweglichen Trennmembran berücksichtigt wird, und es kann die Temperatur der Zersetzung durch Erhitzen berücksichtigt werden.
Wenn der Druckkopf oder das Gerät für einen langen Zeitraum in einem Zustand belassen wird, daß die bewegliche Trennmembran an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements anhaftet, ohne daß das Nachfüllen von Blasenbildungsflüssigkeit ausgeführt wird, oder wenn das Nachfüllen während des fortwährenden Ausstoßvorgangs ungenügend ist, so daß die häufige Berührung der beweglichen Trennmembran mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements für einen langen Zeitraum wiederholt wird (z. B. für einige zehn Minuten), ist es vorzugsweise wichtig, daß der Schmelzpunkt der beweglichen Trennmembran höher ist als die Temperatur (wenn die Blase verschwunden ist) auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements.
Wenn sich andererseits der Zustand, daß die Blasenbildungsflüssigkeit meistens in dem Blasenbildungsbereich nicht vorhanden ist, für einen langen Zeitraum (z. B. einige zehn Minuten) fortsetzt, ist es vorzugsweise wichtig, daß der Schmelzpunkt der beweglichen Trennmembran größer ist als die Temperatur (wenn die Blasenbildung einsetzt) auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements.
<Beispiel von PPX>
Die Erfinder fanden PPX als Material zur Befriedigung der vorstehend erwähnten Beziehung zwischen der verlagerbaren Trennmembran und der Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements.
Die Grundstruktur, das Herstellungsverfahren und die Polymerisation von PPX in der vorliegenden Erfindung sind in dem vorstehend erwähnten Dokument US-3 379 803 und den Dokumenten JP-44-21353 und JP-52-37479 offenbart. In mehr spezifi scher Weise ist PPX durch die in 41A bis 41F dargestellten Formeln definiert (n: ganze Zahl größer als 5.000) und kann allein oder in Kombination verwendet werden.
Nachstehend werden allgemeine Eigenschaften von derartigem PPX angeführt.
PPX ist ein kristallines Polymer, das keine Verunreinigungen durch Ionen aufweist, eine Kristallinität von ungefähr 60%, ein Molekulargewicht von ungefähr 500.000 und ausgezeichnetes Wasserabstoßungsvermögen und ausgezeichnete Gasbarriereeigenschaften hat. Ferner ist PPX in allen organischen Lösungsmitteln bei einer Temperatur, die kleiner als 150 °C ist, unlöslich und weist Beständigkeit gegenüber korrodierenden Flüssigkeiten, wie z. B. allen Säuren und alkalischen Stoffen, auf. Weiterhin hat PPX ausgezeichnete Stabilität in bezug auf wiederholte Verlagerung. Ferner kann die Dicke einer Filmausbildung auf leichte Weise exakt gesteuert werden, es kann ein Film, der eng an ein Objekt anpaßbar ist, erhalten werden, und ein Film ohne Löcher kann sogar in einer Dicke von 0,2 μm in Abhängigkeit von dem Objekt, an das der Film angepaßt werden soll, ausgebildet werden. Ferner kann erreicht werden, da PPX keine mechanische Spannung infolge von Betätigungsspannung und keine Wärmespannung infolge von Formänderung durch Wärme auf dem Objekt bewirkt, daß der Film von PPX an dem Objekt dauerhaft und wirksam haftet.
Bei Verwendung des in 41A, 41B oder 41C dargestellten Materials wurde das Kopfsubstrat mit der mit ihm einstückig ausgebildeten beweglichen Membran durch das Herstellungsverfahren in der ersten Ausführungsform, das in 4A bis 4C dargestellt ist, hergestellt (die Ausbildung des Films selbst der beweglichen Trennmembran wurde jedoch durch Aufdampfpolymerisation ausgeführt, und hinsichtlich der Opferschicht wurde ein passendes Material (z. B. Aluminium), das zum Bereitstellen des Selektionsverhältnisses zwischen der beweglichen Trennmembran und dem Bauelementsubstrat dank der Auflösung des Ätzverhältnisses in der Lage ist, ausgewählt), und nachdem das Kopfsubstrat mit der in 3C dargestellten Deckplatte vom mit der Öffnung integralen Typ durch einen Klebstoff verbunden wurde, wurden die Ausstoßöffnungen durch das in 5A bis 5C dargestellte Verfahren ausgebildet, um den Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen (in dem in 1 und 2 dargestellten Kopfaufbau ist die bewegliche Trennmembran aus PPX anstelle von SiN hergestellt).
Physikalische Eigenschaften, grundlegende Eigenschaften und Aufbringen (während der Filmausbildung) der jeweiligen Materialien waren wie in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1
Die Wärmezersetzungstemperaturen dieser Testmaterialien sind z. B. 680 °C, und in jedem Testmaterial ist bei einer Temperatur von ungefähr 700 °C die Wärmezersetzungstemperatur höher als die Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements (wenn durch das Wärmeerzeugungselement bewirktes Filmsieden beginnt, und wenn die Blase verschwunden ist), wenn die Temperatur auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements das Maximum erreicht.
Ferner ist in jedem Testmaterial der Schmelzpunkt größer als die Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements (wenn die Blase verschwunden ist). Übrigens sind in dem Vergleich zwischen den Schmelzpunkten der Testmaterialien und der Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements (wenn durch das Wärmeerzeugungselement bewirktes Filmsieden beginnt) die Schmelzpunkte der Testmaterialien A und C größer als die Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugungselements (wenn Filmsieden beginnt).
Im Vergleich zu den herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßköpfen, in welchen organisches Material wie z. B. Polyimid (herkömmlich als eine Trennmembran bekannt) als bewegliche Trennmembran verwendet wird, wurde in den Flüssigkeitsausstoßköpfen, in welchen die vorstehend angeführten Testmaterialien als bewegliche Trennmembran verwendet werden, gefunden, daß die Anzahl von Malen des Flüssigkeitsausstoßes in jeder Düse beträchtlich erhöht ist, die Dauerhaftigkeit des Kopfs erhöht ist und der normale Zustand durch Ausführen der Wiederherstellungsbehandlung schnell wiederhergestellt wird, wenn schlechtes Ausstoßen erfaßt wird. Ferner wurde keine Tintenkorrosion gefunden.
Selbst wenn die vorstehend beschriebene Trennmembran verwendet wird, ist das Wärmeabstrahlungsvermögen des Kopfs ausgezeichnet, da sowohl das Substrat als auch die Deckplatte aus Material der Siliziumgruppe ausgebildet sind, wodurch die Standzeit des Kopfs weiter verbessert ist.
Nachstehend erfolgt in bezug auf das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf 42A bis 42C eine ergänzende Erläuterung hinsichtlich des Aufbringens des PPX-Films.
42A bis 42C zeigen erläuternde Ansichten zur Darstellung einer Veränderung im Material in dem Abscheidungsreaktionsverfahren, wenn die bewegliche Trennmembran aus dem in 41A dargestellten PPX allein hergestellt wird. Zuerst wird Di-p-Xylylen in Form des festen Dimeren als Rohmaterial, dargestellt in 42A, bei einer Temperatur von ungefähr 100 bis 200 °C verdampft. Dann wird die Ausbildung von stabilem p-Xylylen-Monomer-Diradikal bei der vorstehend erwähnten Temperatur von ungefähr 700 °C durch Wärmezersetzung des Dimeren bewirkt, wie in 42B dargestellt ist. Danach werden Absorption und Polymerisation des p-Xylylen-Diradikals auf dem Si-Wafer und dem Kopfsubstrat, auf welchem die Opferschicht aufgebracht ist, gleichzeitig mit dem Ergebnis bewirkt, daß die bewegliche Trennmembran wie in 17B oder 10B dargestellt bei Raumtemperatur ausgebildet wird.
Insbesondere wenn der in 42B in den in 42C dargestellten Zustand übergeht, um die bewegliche Trennmembran durch Bewirken der Ausbildung unter Hochvakuum von 0,1 Torr oder weniger auszubilden, kann das p-Xylylen-Diradikal (wärmezersetztes Produkt des Dimeren, das unter Gasphasebedingung ausgebildet wurde) vollständig in feine Spalten eindringen, um sich mit dem Befestigungsabschnitt der beweglichen Trennmembran chemisch stabil zu verbinden, wodurch die Adhäsion zwischen dem fest angeordneten Abschnitt (Verbindungselemente und Flüssigkeitskanäle) der beweglichen Membran und der beweglichen Membran verbessert wird.
Bei den Herstellungsverfahren, die in Verbindung mit der zweiten bis vierten Ausführungsform erläutert wurden, schließt der PPX-Film genau genommen Si mit einer Dicke von ungefähr einigen Å ein, wenn die bewegliche Trennmembran ausgebildet wird, um mit dem Si-Wafer in Berührung zu gelan gen, und danach der Si-Wafer durch CMP oder dergleichen entfernt wird. Durch dieses Si mit einer Dicke in der Größenordnung von Atomen ist berücksichtigt, daß die Steifigkeit der Membran im Vergleich mit PPX allein verändert ist, um dadurch Schlaffheit zu unterdrücken. Wie in der vierten Ausführungsform kann dementsprechend bei Verwendung der Seite des PPX-Films, die sich mit dem Si in Berührung befindet, als Seite, die zum Widerstandselement für die Wärmeerzeugung (zur Seite des zweiten Flüssigkeitskanals) gerichtet ist, verhindert werden, daß die bewegliche Trennmembran mit der Oberfläche des Widerstandselements für die Wärmeerzeugung in Berührung gelangt, wenn die Blase verschwunden ist.
<Technische Aufgabenstellung und Auswirkung)
In der vorliegenden Erfindung sind, wie vorstehend erwähnt, wenn die Flüssigkeit durch Ausbildung der Blase, die durch das Filmsieden bei Verwendung des organischen Films und des Wärmeerzeugungselements ausgestoßen wird, die in Betracht gezogenen Entwicklungsmöglichkeiten, welche verwirklicht werden können, dem herkömmlichen technischen Stand überlegen und bedeuten tatsächliche Erfindung.
Aus dem herkömmlichen Stand der Technik lassen sich Aufgabenstellungen zur Verbesserung der Ausstoßleistung ableiten. Zuvor wurden meist einfache Trennmembranen, die in der Lage sind, die lediglich blasenbildende Flüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit zu trennen, berücksichtigt.
Von diesem Gesichtspunkt aus bedeuten die vorstehend erwähnten technischen Aufgaben der vorliegenden Erfindung "Verbesserung der beweglichen Trennmembran allein und des Tintenstrahlkopfs unter Berücksichtigung der Wärmefaktoren bei der Verlagerung der Trennmembran, die durch eine Reihe von Veränderungen (Erzeugung, Anwachsen und Verschwinden der Blase) verursacht wird" entsprechend der Trennmembran der vorliegenden Erfindung. Das ist vollkommen neuartig.
Dementsprechend kann die vorstehend beschriebene Erfindung, die das vorstehende Problem löst, die Ursache des Problems selbst lösen, und selbst wenn der anomale Betriebszustand auftritt, kann ein derartiger Zustand schnell durch die Wiederherstellungsbehandlung korrigiert werden. Folglich kann im Vergleich mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der die herkömmliche Trennmembran aufweist, in dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung die Trennmembran über einen langen Zeitraum benutzt werden, ohne daß sie zerbricht, die Standzeit des Druckkopfs selbst kann verlängert werden, und es kann verhindert werden, daß der Kopfabschnitt mit der Vielzahl von Düsen beschädigt wird. Die jeweiligen Erfindungen sind unabhängig voneinander wirksam, und deren Kombination bringt noch bessere Ergebnisse.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine Ausstoßöffnung (11) zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen, einen ersten Flüssigkeitskanal (3), der mit der Ausstoßöffnung (11) zum Zuführen von Flüssigkeit zu der Ausstoßöffnung (11) in Verbindung steht, einen zweiten Flüssigkeitskanal (4), ein Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen einer Blase in einer Flüssigkeit, die in dem zweiten Flüssigkeitskanal (4) enthalten ist, und eine bewegliche Trennmembran (5) zur vollständigen Isolation des ersten Flüssigkeitskanals (3) und des zweiten Flüssigkeitskanals (4) voneinander, welche durch die an dem Wärmeerzeugungselement (2) erzeugte Blase verlagerbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennmembran (5) Poly-p-Xylylen aufweist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, der aufweist: – eine obere Platte (6), die eine Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11), eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen (3) entsprechend der Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11) und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer (143) zum Zuführen der Flüssigkeit zu den ersten Flüssigkeitskanälen (3) aufweist, – ein Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat (1) mit einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitskanälen (4), welche auf dem Substrat (1), auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen (2) angeordnet sind, ausgebildet sind und welche angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle (3) angeordnet sind, wobei jeder einen blasenerzeugenden Bereich aufweist, und mit Ansteuerungsvorrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente (2), wobei die bewegliche Membran einen mit der beweglichen Membran zusammengefügten Rahmen hat, um die bewegliche Membran zu haltern.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 2, wobei der Rahmen (130a, 130b) angeordnet ist, um verformbare Abschnitte der Trennmembran (5) zu umgeben.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Rahmen (130a, 130b) angeordnet ist, um beide Oberflächen der Trennmembran (5) einzuklemmen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 4, wobei der Rahmen Zusammenfügungselemente (130a, 130b) aufweist, die an beiden Oberflächen der beweglichen Trennmembran (5) angeordnet sind und Zusammenfügungsabschnitte haben, die miteinander zusammengefügt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein bewegliches Auslegerelement (131), das angrenzend an die bewegliche Membran (5) angeordnet ist und das durch die an dem Wärmeerzeugungselement (2) erzeugte Blase in einer Richtung zu der Ausstoßöffnung (11) hin geöffnet werden kann, einstückig mit dem Rahmen (130a, 130b) ausgebildet ist.
Druckkopfkassette mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem Tintenbehälter (1140) zum Vorhalten von Flüssigkeit, die von dem Druckkopf auszustoßen ist.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem Tintenbehälter (1140) zum Vorhalten von Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitsausstoßkopf auszustoßen ist, einem Anordnungsabschnitt (HC), auf welchem der Flüssigkeitsausstoßkopf angeordnet ist, und einer Zuführungsvorrichtung zum Zuführen eines Aufzeichnungsmediums, auf welchem durch den Flüssigkeitsausstoßkopf Aufzeichnung bewirkt wird.
Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs; gemäß Anspruch 1 weist das Verfahren die Schritte auf von: – Ausbilden einer oberen Platte (6), welche eine Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11), eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen (3) entsprechend der Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11) und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer (143) zum Zuführen der Flüssigkeit zu den ersten Flüssigkeitskanälen (3) aufweist; – Ausbilden eines Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats (1) mit einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitskanälen (4), welche auf dem Substrat (1), auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen (2) angeordnet sind, ausgebildet sind und welche angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle (3) angeordnet sind, wobei jeder einen blasenerzeugenden Bereich aufweist, und mit Ansteuerungsvorrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente (2), und – Ausbilden der beweglichen Trennmembran (5), welche Poly-p-Xylylen aufweist, wobei in dem Schritt zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran die bewegliche Trennmembran (5) einstückig mit einem Abschnitt (1, 130a) zum Anbringen der beweglichen Trennmembran (5) ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Abschnitt zum Anbringen der beweglichen Trennmembran (5) das Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrat (1) ist und das Verfahren ferner aufweist: – einen Schritt zum Anordnen einer Opferschicht (117) auf Abschnitten des Substrats (16), auf welchem die zweiten Flüssigkeitskanäle (4) ausgebildet werden, – einen Schritt zum Ausbilden eines Durchgangslochs in einer Rückseite einer Fläche, auf welcher die Opferschicht (117) angeordnet ist, und – einen Schritt zum Entfernen der Opferschicht (117) durch das Durchgangsloch, wobei die bewegliche Trennmembran (5) auf der Oberfläche des Substrats (16), auf welchem die Opferschicht (117) angeordnet ist, geschaffen wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Abschnitt zum Anbringen der beweglichen Trennmembran (5) ein erster Rahmen (130a) ist, der auf einem Bereich, der ein anderer als verformbare Abschnitte der beweglichen Trennmembran (5) ist, angeordnet ist und das Verfahren ferner aufweist: – einen Schritt zum Ausbilden des ersten Rahmens zum Anordnen des ersten Rahmens (130a) auf einem Träger (17) zum Ausbilden des ersten Rahmens (130a) vor dem Schritt zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran, und – einen Schritt zum Entfernen des Trägers (17) nach dem Schritt zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 11, das ferner einen Schritt zum Anordnen eines zweiten Rahmens (130b) auf der Trennmembran (5) nach dem Schritt zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran aufweist.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des ersten Rahmens ein bewegliches Auslegerelement (131), das sich mit der beweglichen Trennmembran (5) entsprechend deren verformbaren Abschnitten in Berührung befindet und in Richtung der Ausstoßöffnungen (11) geöffnet werden kann, gleichzeitig mit dem ersten Rahmen (130a) ausgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs; gemäß Anspruch 1 weist das Verfahren die Schritte auf von: – Ausbilden einer oberen Platte (6), welche eine Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11), eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitskanälen (3) entsprechend der Vielzahl von Flüssigkeitsausstoßöffnungen (11) und eine gemeinsame Flüs sigkeitskammer (143) zum Zuführen der Flüssigkeit zu den ersten Flüssigkeitskanälen (3) aufweist; – Ausbilden eines Flüssigkeitsausstoßkopfsubstrats (1) mit einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitskanälen (4), die auf dem Substrat (1), auf welchem eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen (2) angeordnet sind, ausgebildet sind und welche angrenzend an die ersten Flüssigkeitskanäle (3) angeordnet sind, wobei jeder einen blasenerzeugenden Bereich aufweist, und mit Ansteuerungsvorrichtungen zum Ansteuern der Wärmeerzeugungselemente (2), und – Ausbilden der beweglichen Trennmembran (5), welche Poly-p-Xylylen aufweist, wobei das Verfahren ferner aufweist: – einen Schritt zum Anordnen der beweglichen Trennmembran (5) auf einem Träger (17) zum Ausbilden der beweglichen Trennmembran (5), – einen Schritt zum Anordnen eines Befestigungsabschnitts (14) auf der beweglichen Trennmembran (5) zum Befestigen der beweglichen Trennmembran (5) und – einen Schritt zum Entfernen des Trägers (17).
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Befestigungsabschnitt (14) einen Teil der ersten Flüssigkeitskanäle (3) ausbildet.