專利名稱：制造液體排放頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造通過產(chǎn)生氣泡來排放液體的液體排放頭的方法。更特別的是，本發(fā)明涉及一種制造具有可移動元件的液體排放頭的方法，其中該可移動元件在產(chǎn)生氣泡的時候通過施加壓力是可替換的。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于在記錄介質(zhì)如紙、纖維、紡織品、織物、皮革、金屬、塑料、玻璃、木制品、陶瓷和其他的介質(zhì)上記錄的打印機(jī)中，還可以應(yīng)用于復(fù)印機(jī)、具有通訊系統(tǒng)的傳真設(shè)備、具有打印單元的文字處理器等。此外，本方面可以應(yīng)用到工業(yè)用記錄裝置中，其中該裝置與多種處理裝置復(fù)雜地結(jié)合。
在此，本發(fā)明所用的術(shù)語“記錄”表示的不僅是字符、圖形和其他有意義的圖像，而且還表示沒有意義的圖案和其他圖像。
對于記錄裝置例如打印機(jī)來說，公知的是噴墨記錄方法，即所謂的氣泡噴射記錄方法，其中由基于不連續(xù)的體積變化的作用，圖像通過從排放端口排放出來的油墨的粘附而形成在記錄介質(zhì)上，接著通過在流路中對液態(tài)油墨施加熱能等來產(chǎn)生氣泡。應(yīng)用這種氣泡噴射記錄方法的記錄裝置通常裝備有排放油墨的排放端口；與排放端口相通的液體流路；和在液體流路中安置的電熱轉(zhuǎn)化設(shè)備，作為產(chǎn)生用于排放油墨的能量的手段，如美國專利4,723,129等的說明書中所公開的那樣。
根據(jù)記錄裝置和記錄方法的種類，在較高速度較小噪音下記錄高質(zhì)量的圖像是可能的。同時，這種記錄裝置的噴頭使得以高密度安裝用于排放油墨的排放端口成為可能，從而有利于通過應(yīng)用較小的裝置獲得高圖形分辨率或者彩色記錄圖像。結(jié)果是，近年來氣泡噴射記錄方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到許多辦公設(shè)備中，包括打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、和傳真設(shè)備，進(jìn)一步還應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備中，例如織物印刷設(shè)備。
如下所述，近些年來，隨著在許多領(lǐng)域的生產(chǎn)中氣泡噴射工藝的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)逐漸地產(chǎn)生出許多要求。
為了獲得較高質(zhì)量的圖像，曾建議采用一種液體排放法等，在穩(wěn)定產(chǎn)生氣泡的基礎(chǔ)上，該方法通過控制驅(qū)動條件來獲得在高油墨排放速度下良好的油墨排放，或者建議采用一種液體排放頭，其中流路的結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進(jìn)可在高速下實(shí)施記錄，而且在排放完液體后可以高速在流路中再注滿液體。
此外，對于上述這種排放頭，在日本專利申請公開6-31918的說明書中公開了一種發(fā)明，其中注意到隨著一個氣泡(多個氣泡)的產(chǎn)生而產(chǎn)生的反波(直接朝向排放端口相對面的壓力)，它引起了在排放時能量的損耗，并且設(shè)計(jì)了防止產(chǎn)生反波的排放頭。根據(jù)這項(xiàng)公開申請的說明書中所公開的發(fā)明，能夠暫時并少許地抑制這種反波，然而，由于根本沒有考慮到有關(guān)氣泡生成和三角部分的相互關(guān)系，也沒有有關(guān)概念，所以這個發(fā)明具有以下問題。
換而言之，在這項(xiàng)公開申請的說明書所公開的發(fā)明中，在每個凹進(jìn)去的部分的底部都安裝了一個發(fā)熱元件，由此不可能為每個排放端口提供線性連接的條件。結(jié)果是每個液滴的形狀是不固定的，此外，由于從三角部分每個頂點(diǎn)的周緣開始的氣泡增長，氣泡逐漸形成于與三角部分的盤狀部分的一面相對的整個面上。結(jié)果氣泡的普通增長在液體中完成，好像沒有盤狀元件的存在一樣。然后，對于已經(jīng)增長的氣泡來說，盤狀元件的存在根本沒有相應(yīng)的效果。相反，對于由氣泡包圍的盤狀元件的整體來說，對位于凹進(jìn)去部分底部的發(fā)熱元件的再注滿引起了對液體流動的干擾，這導(dǎo)致在凹進(jìn)去的部分中存有微泡，引起了基于氣泡增長的排放原理本身實(shí)行的不一致。
同時，如歐洲(EP)申請公開436,047的說明書所披露的那樣，建議采用在排放端口附近和氣泡產(chǎn)生端口之間安裝第一個閥門以切斷它們，并在氣泡生成單元和油墨供應(yīng)部分之間安裝第二個閥以徹底切斷它們，然后，交替地打開和關(guān)閉這些閥門(EP公開申請436,047，附圖4到附圖9)。然而，這個發(fā)明需要將三個室分成兩個部分，當(dāng)在排放時緊隨著液滴的時侯，分別導(dǎo)致油墨流過后大量遺留的產(chǎn)生。然后，衛(wèi)星點(diǎn)的數(shù)目變得比那些由實(shí)施排放形成的數(shù)目大得多，其中該排放是通過常見的氣泡產(chǎn)生、萎縮的方法實(shí)施的，并以該次序逐漸消失(大概這是因?yàn)殡S著氣泡的消失不能應(yīng)用彎液面縮回作用的原因)。在再注滿的時候，液體還隨著氣泡的消失而供應(yīng)到氣泡產(chǎn)生部分。然而，由于直到下一次產(chǎn)生氣泡才能夠?qū)⒁后w供應(yīng)到排放端口的附近，所以不但排放的液滴大不相同，而且相應(yīng)的排放頻率也變得非常小。因此，這項(xiàng)發(fā)明還仍然沒有達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平。
在此，不像上述常見技術(shù)那樣，本申請人已經(jīng)提出能夠獲得有效排放液滴的應(yīng)用可移動元件(形成懸臂式樣的盤狀元件等，它可以提供在排放端口面上樞軸的自由端)的許多發(fā)明。在日本專利申請公開9-48127的說明書中公開了一種發(fā)明，其中通過控制移動上限來防止由可移動元件運(yùn)動導(dǎo)致的甚至輕微的失調(diào)。在日本專利申請公開9-323420的說明書中也公開了一種發(fā)明，其中通過將常用液體室的位置移動到可移動元件的自由端一側(cè)即在下游側(cè)，由對可移動元件的有益利用來增強(qiáng)再注滿能力。對于這些發(fā)明，有一種合適的必要模式，就是增長的氣泡被可移動元件臨時包圍，然后，它立即從這個階段全部釋放到排放端口側(cè)。結(jié)果是既沒有注意到作為一個整體的涉及液滴本身形成的氣泡的每個獨(dú)立單元，也沒有注意到它們之間的相互關(guān)系。
在此方面的下個階段中，申請人在日本專利申請公開10-24588的說明書中公開了一項(xiàng)發(fā)明，其中注意到了作為涉及液體排放的元件的壓力波(聲波)傳播而造成的氣泡增長，由可移動元件釋放部分氣泡產(chǎn)生區(qū)域。然而，在這個發(fā)明中，也沒有注意到作為一個整體涉及液滴本身形成的氣泡的每個獨(dú)立單元，也沒有注意到它們之間的相互關(guān)系。
通常，雖然公知的是由膜狀沸騰產(chǎn)生的氣泡的前部對邊緣噴射類型(也就是在流路的前部具有不會改變液體流動方向的排放頭的類型)的液體排放頭的排放產(chǎn)生了很大的影響，但還沒有發(fā)明注意到使得氣泡的前部能夠?qū)ε欧乓旱蔚男纬勺鞒龈行У呢暙I(xiàn)。因此，現(xiàn)在本發(fā)明人已經(jīng)對涉及這方面的工藝問題的解決進(jìn)行了認(rèn)真的研究，并且進(jìn)一步注意到可移動元件的移動和產(chǎn)生的氣泡。結(jié)果是本發(fā)明人獲得了下面所給出的實(shí)際知識。
換句話說，考慮到流路側(cè)壁的模式，通過應(yīng)用流路側(cè)壁的安排來隨著氣泡的增長控制可移動元件的移動，然后，為了控制可移動元件，同時為了控制氣泡的增長設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)。更具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了通過安裝了用于可移動元件的流路側(cè)壁的阻擋物，能夠控制增長氣泡的模式，允許所需的液體流動，并且其微加工的公差范圍能夠變得更大。
通常，在設(shè)置可移動元件時，在位于流路中的可移動元件和位于可移動元件側(cè)面上的流路側(cè)壁之間的間隙越大，對由于制造所帶來差異的吸收就越好。然而，如果這種間隙很大，通過氣泡的增長，會遇到氣泡闖入可移動元件和位于可移動元件側(cè)面的流路側(cè)壁之間縫隙的問題，它圍繞著可移動元件增長，并已經(jīng)逐漸形成在其上表面上。結(jié)果是除了最終盡可能地縮小這個間隙外沒有別的選擇。然而，考慮到所安裝的位于可移動元件側(cè)面的流路側(cè)壁阻擋物的功能，能夠很好地滿足前述不協(xié)調(diào)的要求。換句話說，甚至對于由于間隙制造的過大(例如5μm到8μm)而吸收由安置液體流路和可移動元件時造成的差異的結(jié)構(gòu)，隨著氣泡的增長而移動可移動元件時在可移動元件和阻擋物之間的縫隙會逐漸變小，然后在縫隙變得約為3μm時，開始限制氣泡的通過。這樣，完全堵住在該部分和其邊緣的氣泡的通過，在那里可移動元件和位于其側(cè)面的阻擋物彼此接觸。換句話說，在可移動元件的上表面的周圍不允許氣泡的增長。
在上述這種知識的基礎(chǔ)上，提供了該側(cè)面阻擋物。在這種情況下，氣泡產(chǎn)生的表面上的氣泡增長被精確控制在其上限，在排放端口相反方向上的氣泡增長在可移動元件和產(chǎn)生氣泡的表面之間的空間內(nèi)增長。這種類型的氣泡增長不是可降低排放效率的要素。因此它可以忽略不計(jì)。然而，本發(fā)明人已經(jīng)對可移動元件移動的合理應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。結(jié)果獲知，通過將可移動元件緊密地靠近(例如20μm或更小)氣泡產(chǎn)生表面，同時與可移動元件整體地形成遠(yuǎn)離氣泡產(chǎn)生表面的接受壓力波的一部分，對于可移動元件的移動來說使得合理應(yīng)用氣泡的增長成為可能。還發(fā)現(xiàn)當(dāng)移動時，從固定端延伸到自由端的可移動元件在自由端和固定端之間產(chǎn)生它的實(shí)際支點(diǎn)。進(jìn)一步研究的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，通過控制主要按照可移動元件運(yùn)動的間隙體積能夠修正波動。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種制造能夠在較高精度下較容易在可移動元件和側(cè)面阻擋物之間形成微小縫隙的液體排放頭的方法。
本發(fā)明用于制造液體排放頭的方法包括如下步驟在具有用于產(chǎn)生氣泡裝置的部件基材上形成第一縫隙元件；在第一縫隙形成元件上形成可移動元件并在部件基材上形成固定元件；形成第二縫隙形成元件，以在上表面的液體流路和液體供應(yīng)端口側(cè)壁和可移動元件的可移動部分側(cè)面之間形成縫隙；除去第一縫隙形成元件，同時以與可移動元件緊密接觸的狀態(tài)完整地離開第二縫隙形成元件；至少在第二縫隙形成元件和可移動元件的周緣上形成屏障材料；印花該壁材料以完全獲得液體流量壁和液體供應(yīng)端口；并除去第二縫隙形成元件，其中該排放頭提供了多個排放液體的排放口；多個液體流路，其中每個流路的末端均與每個排放口相連，具有在液體中產(chǎn)生氣泡的氣泡產(chǎn)生區(qū)域；氣泡生成裝置，它可產(chǎn)生促進(jìn)氣泡生長的能量；多個液體供應(yīng)端口，其中每個端口都安置成使每一個液體流路與常見的液體供應(yīng)室相連；和可移動元件，其中每個都具有固定部分和可移動部分，由液體流路側(cè)面上的液體供應(yīng)端口的縫隙支撐。此外，這種用于制造液體排放頭的方法提供了一個將裝備有氣泡發(fā)生裝置的部件基材、可移動元件、液體流路壁和液體供應(yīng)端口，以及裝備有公共液體供應(yīng)室的限定板相結(jié)合的步驟。
本發(fā)明的另外一個特征還在于用于制造液體排放頭的方法包括如下步驟為了第一縫隙形成元件的形成，在具有能夠產(chǎn)生氣泡手段的部件基材上形成第一縫隙形成層，并實(shí)施印花；在基材上沒有被第一縫隙形成元件占用的部分形成可移動元件的固定部分，該部分具有與第一縫隙形成元件相同的高度；形成在第一縫隙形成元件上的可移動元件和固定元件；形成第二縫隙形成元件，以在上表面的液體流路和液體供應(yīng)端口側(cè)壁和可移動元件的可移動部分側(cè)面之間形成縫隙；除去第一縫隙形成元件，同時以與可移動元件緊密接觸的狀態(tài)完整地離開第二縫隙形成元件；至少在第二縫隙形成元件和可移動元件的周緣上形成屏障材料；印花該壁材料以完全獲得液體流量壁和液體供應(yīng)端口；并除去第二縫隙形成元件，其中該排放頭提供了多個排放液體的排放頭；多個液體流路，其中每個流路的末端均與每個排放口相連，具有在液體中產(chǎn)生氣泡的氣泡產(chǎn)生區(qū)域；以使產(chǎn)生的能量用于生成氣泡增長的氣泡發(fā)生裝置；多個液體供應(yīng)端口，其中每個端口都安置到大量液體流路中的每一個上，每個端口都與常見的液體供應(yīng)室相連；和可移動元件，其中每個都具有固定部分和可移動部分，由在液體流路側(cè)面上的液體供應(yīng)端口的縫隙支撐。此外，這種用于制造液體排放頭的方法可以被提供一個結(jié)合裝備有氣泡發(fā)生裝置的部件基材、可移動元件、液體流路壁和液體供應(yīng)端口，和裝備有公共液體供應(yīng)室的限定板的步驟。
形成第二縫隙形成元件的步驟還優(yōu)選包括如下步驟形成第二縫隙形成層以形成第二縫隙形成元件，以覆蓋可移動元件；在第二縫隙形成層上形成屏蔽層，以形成第二縫隙形成元件；用干蝕法利用屏蔽層蝕刻第二縫隙形成層；在干蝕法之后用濕蝕法蝕刻第二縫隙形成層形成第二縫隙形成元件。在兩個階段中分開實(shí)施的干蝕法和濕蝕法的作用下，使得在較高的精度下更容易地形成第二縫隙形成元件成為可能。此外，對于移去第一縫隙形成元件的步驟來說，優(yōu)選的是同時移去第一縫隙形成元件和用濕蝕法形成第二縫隙形成元件的屏蔽層的步驟。對于形成屏蔽層的步驟來說，還優(yōu)選的是用一種和與用于第一縫隙形成元件薄膜相同的材料來形成屏蔽層的步驟。這樣，就使降低生產(chǎn)步驟數(shù)目和低成本制造液體排放頭成為可能。
第一縫隙形成元件的材料優(yōu)選為鋁、Al/Cu,Al/Si，或者其他鋁合金，第二縫隙形成元件的材料優(yōu)選為TiW,W/Si,W，或者其他鎢合金。鎢合金具有光屏蔽性能，能夠在用于曝光時起著屏蔽的作用，并且它還對通常用于除去起犧牲層等作用的Al箔圖案或者樹脂的蝕刻溶液有抵抗性，蝕刻過程變得具有可選擇性是有益的，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^應(yīng)用指定的蝕刻溶液(過氧化氫)來除去它。
優(yōu)選用陰性抗蝕劑通過光刻法印花壁材料以形成液體流路壁和液體供應(yīng)端口。此外，對于印花壁材料的步驟來說，掩模圖是優(yōu)選的。在曝光步驟中用于液體流路壁和液體供應(yīng)端口，可被提供比在可移動元件上的第二縫隙形成元件的設(shè)計(jì)區(qū)域更寬的非光敏部分的設(shè)計(jì)區(qū)域。
用如此構(gòu)成的方法，在控制可移動元件的移動以靠近液體供應(yīng)端口的狀態(tài)下，更加容易形成穩(wěn)定支撐可移動元件側(cè)面阻擋物，并且以較高精度更容易地在可移動元件和側(cè)面阻擋物之間形成微小縫隙也成為可能。
此外，在通過生成單個氣泡的氣泡產(chǎn)生的較早階段，氣泡幾乎各相同性增長的時期內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明制造的液體排放頭使得依靠可移動元件立即切斷液體流路和液體供應(yīng)端口之間連接狀態(tài)成為可能，然后，被安排的結(jié)構(gòu)使得液體流路的內(nèi)表面除了排放端口之外基本上是閉合的，由在氣泡發(fā)生區(qū)域中生長的氣泡而導(dǎo)致的壓力波不能傳播到液體供應(yīng)端口側(cè)面或者常見的液體供應(yīng)室側(cè)面上。大部分壓力波被直接傳到排放端口側(cè)面上，由此明顯增強(qiáng)排放動力。甚至當(dāng)高粘的記錄液被用于在記錄紙板等上高速定影，或者用于消除在黑色和彩色之間的邊界的彌散區(qū)時，用明顯增強(qiáng)的排放動力在良好的狀態(tài)下排出這種高粘油墨也是可能的。由于在記錄時環(huán)境的改變，尤其在低溫和低濕度的環(huán)境下，這種排放端口也趨向于具有更多區(qū)域，在那里油墨的粘度增加，并且在應(yīng)用開始的時候在一些情況下油墨不能正常排放。然而，甚至在這種情況下，本發(fā)明使得從第一次噴射開始就以良好的狀態(tài)來完成排放成為可能。隨著排放動力的顯著增加，降低發(fā)熱元件的尺寸或者減少相應(yīng)排放而輸入的能量也成為可能，其中的發(fā)熱元件可作為產(chǎn)生氣泡的手段。
此外，在氣泡產(chǎn)生區(qū)域的氣泡生長的壓力波不能傳播到液體供應(yīng)端口和常見的液體供應(yīng)室側(cè)壁的情況下，就幾乎沒有液體移動到公共液體供應(yīng)室壁，因此在排放完液滴之后，在排放端口處的彎液面的收縮量降到了最小。結(jié)果是很快就完成了指定量油墨到液體流路中的補(bǔ)充(再注滿)，由此當(dāng)進(jìn)行高精度油墨排放(定量)時明顯提高了排放頻率。
在氣泡生成區(qū)域，氣泡還在排放端口的側(cè)面上大量增長，同時抑制了朝著液體供應(yīng)端口側(cè)面方向上的增長。結(jié)果是氣泡消失點(diǎn)位于從氣泡生成區(qū)域的中間部分到在排放端口側(cè)面的部分。然后，能夠降低其消退的動力，并可保持產(chǎn)生氣泡的動力。由于在氣泡產(chǎn)生區(qū)域由氣泡消退產(chǎn)生的動力，這對于發(fā)熱元件的機(jī)械和物理斷裂壽命的提高非常有利。
附

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中液體排放頭一個液體流路方向上的截面圖。
附圖2是附圖1中線2-2方向上的截面圖。
附圖3是附圖1中線3-3方向上的截面圖。
附圖4是闡述“線性連接狀態(tài)”的截面圖。
附圖5A和5B是闡述如附圖1-3中所示結(jié)構(gòu)的液體排放頭的排放操作示意圖。
附圖6A和6B是闡述接著附圖5A和5B的下一步排放操作的剖視圖，沿著液體排放頭的液體流路方向。
附圖7A和7B是闡述接著附圖6A和6B的下一步排放操作的剖視圖，沿著液體排放頭的液體流路方向。
附圖8A、8B、8C、8D和8E是闡述附圖5B中所示氣泡各向同性增長狀態(tài)的示意圖。
附圖9是表示氣泡增長變化的每個時刻和附圖5A到附圖7B中所描述的在區(qū)域A和區(qū)域B中可移動元件的行為之間的相互關(guān)系曲線圖。
附圖10是表示根據(jù)第一實(shí)施例中用于液體排放頭的部件基材的截面圖。
附圖11是表示通過垂直地切割部件基材，附圖10中所描述的部件基材的主要元件的截面圖。
附圖12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G、12H和12I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法的示意圖。
附圖13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G、13H和13I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法和緊接著附圖12A到12I之后的步驟的示意圖。
附圖14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G、14H和14I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法和緊接著附圖13A到13I之后的步驟的示意圖。
附圖15A、15B和15C是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法和緊接著附圖14A到14I之后的步驟的示意圖。
附圖16A、16B、16C和16D是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用上限板制造方法的示意圖。
附圖17A和17B是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材和上限板結(jié)合步驟的示意圖。
附圖18A、18B、18C、18D、18E、18F、18G、18H和18I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法的不同模式的示意圖。
附圖19A、19B、19C、19D、19E、19F、19G、19H和19I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法的不同模式，和緊接著附圖18A到18I之后的步驟的示意圖。
附圖20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H和20I是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法的不同模式，和緊接著附圖19A到19I之后的步驟的示意圖。
附圖21A、21B和21C是闡述本發(fā)明第一實(shí)施例液體排放頭所用部件基材制造方法的不同模式，和緊接著附圖20A到20I之后的步驟的示意圖。
附圖22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G、22H、22I、22J、22K、22L、22M和22N是闡述本發(fā)明第二實(shí)施例液體排放頭所用部件基材的制造方法的示意圖。
附圖23是表示本發(fā)明第三實(shí)施例中液體排放頭在一個液體流路方向上的第一個變化實(shí)例的截面圖。
附圖24是沿著附圖23中24-24方向上的截面圖。
附圖25A、25B、25C和25D是表示本發(fā)明第四實(shí)施例中液體排放頭的示意圖。
附圖26是闡述應(yīng)用本發(fā)明液體排放法的側(cè)噴頭實(shí)例的示意圖。
附圖27是表示發(fā)熱元件面積和油墨排放量之間相互關(guān)系的曲線圖。
附圖28A和28B是表示本發(fā)明液體排放頭垂直剖視圖；附圖28A表示具有保護(hù)薄膜的排放頭，附圖28B表示不具有任何保護(hù)薄膜的排放頭。
附圖29是用于驅(qū)動本發(fā)明所用發(fā)熱元件的波的示意圖。
附圖30是表示安裝有本發(fā)明液體排放頭的液體排放設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡略示意圖。
附圖31是表示用本發(fā)明液體排放方法和液體排放頭來排放液體以進(jìn)行記錄的整個設(shè)備的方框圖。
現(xiàn)在，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。(第一實(shí)施例)附圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中液體排放頭的一個液體流路方向上的截面圖。附圖2是附圖1中線2-2方向上的截面圖。附圖3是附圖1中線3-3方向上的截面圖，其中在從排放端口的中心到上限板2的側(cè)面的Y1點(diǎn)處移動。
對于具有多個流路模式的液體排放頭-常見的液體室如附圖1到附圖3中所示，通過流路側(cè)壁10以層壓的形式將部件基材1和上限板2固定。在兩個板狀元件1和2之間，形成了液體流路3，它的一個末端與排放端口7相連，另外一個末端是封閉的。對于一個排放頭來說液體流路3是以復(fù)數(shù)的形式提供的。對于部件基材1來說，發(fā)熱元件4也被分別安裝用于液體流路3，例如用于在液體流路3的每個流路液體供應(yīng)中產(chǎn)生氣泡的電熱轉(zhuǎn)換裝置。在每個發(fā)熱元件4與排放液體接觸的區(qū)域附近，存在氣泡發(fā)生區(qū)域11，在那里當(dāng)迅速加熱發(fā)熱元件4時在排放液體中產(chǎn)生氣泡。
對于液體流路3許多個流路中的每一個來說，安裝了為供應(yīng)單元形成元件5A而形成的液體供應(yīng)端口5，由此提供常見液體室6以與液體供應(yīng)端口5中的每一個相連。換句話說，從單個常用液體供應(yīng)室6分支形成液體流路3中的許多個流路，并且以等于與從每個液體流路3相連的排放端口7排放出來液體的量從公共液體供應(yīng)室6中接受液體。
在液體供應(yīng)端口5和液體流路3之間，基本上平行安裝可移動元件8，其相對于液體供應(yīng)端口5的開口區(qū)域S具有微小縫隙α(例如10μm或更小)。這里，至少通過可移動元件8的自由端和與其連接的兩個側(cè)面所圍起的區(qū)域，要比液體排放端口5的開口區(qū)域S要大(見附圖3)。如附圖2中所示，較早描述的供應(yīng)單元形成元件5A通過縫隙γ安置到可移動元件8上?？p隙γ可根據(jù)流路的孔距而不同，但是對于可移動元件8來說如果縫隙γ很大的話較容易堵住開口區(qū)域S。本實(shí)施例中縫隙α為3μm，縫隙γ為3μm?？梢苿釉?還具有W1的寬度，該寬度在流路側(cè)壁10的寬度方向上大于開口區(qū)域S的寬度W2，使得可移動元件具有能夠充分閉合開口區(qū)域S的寬度，在連續(xù)部分的自由端側(cè)面上的末端部分的延長線上，可移動元件8的參照符號8A所指定的部分控制著在液體供應(yīng)端口5開口區(qū)域S的上流側(cè)的末端部分，其中該連續(xù)部分在許多可移動元件與許多液體流路相交的方向上連續(xù)(見附圖3)。這里，如附圖3中所示，將可移動元件自由端8B的排放端口7側(cè)面上的供應(yīng)單元形成元件5A設(shè)置成與液體流路側(cè)壁10本身相同的厚度。對于如此制成的布置，可移動元件8能夠在液體流路3中進(jìn)行沒有摩擦阻力的運(yùn)動，其到開口區(qū)域S側(cè)面的移動通過開口區(qū)域S的邊緣來控制。這樣，通過基本上閉合開口區(qū)域S可以防止液體流動從液體流路3的內(nèi)部跑到常見液體供應(yīng)室6中去，同時相對液體流路側(cè)壁基本上閉合的狀態(tài)可轉(zhuǎn)換到可能實(shí)現(xiàn)再注滿的狀態(tài)。對于本實(shí)施例，考慮到部件基材1，可移動元件8還可以定位于與部件基材1平行的位置。然后，可移動元件8的末端部分8B是自由端，它位于部件基材1的發(fā)熱元件4的側(cè)面上，另外一個端面由固定元件9來支撐。這個固定元件9也可以設(shè)置在排放端口7的對面上閉合液體流路3的末端部分。
在這個方面上，開口區(qū)域S是液體基本上從液體供應(yīng)端口5朝向液體流路3供應(yīng)的區(qū)域，如附圖1和附圖3所示，對于本實(shí)施例來說，這個區(qū)域是由液體供應(yīng)端口5的三個側(cè)面和固定元件9的末端部分9A所圍成的。
如附圖4所示，根據(jù)本實(shí)施例，在用作電熱轉(zhuǎn)換設(shè)備的發(fā)熱元件4和排放端口7之間也沒有阻礙，例如閥。由此，考慮到液體流動，保持“線性連接狀態(tài)”來獲得線性的流路結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選的在氣泡產(chǎn)生的時候保持生成的壓力波的傳播方向，緊隨其后的液體的流動方向應(yīng)為線性的與排放方向一致，由此形成理想的條件，即排放狀態(tài)例如被排放的液滴的排放方向和排放速度在非常高的水平上是穩(wěn)定的。根據(jù)本發(fā)明，只要安排該結(jié)構(gòu)使得排放端口7和發(fā)熱元件4直接連接成一直線來作為一種界定，尤其是對在排放端口側(cè)上起泡有影響力的發(fā)熱元件排放端口一側(cè)(下游側(cè))，由此就可獲得或者接近上述這種理想條件。這是一種可以從排放的外面觀測到的狀態(tài)，尤其是從發(fā)熱元件的下游側(cè)，只要使液體不在流路中運(yùn)動即可(見附圖4)。
現(xiàn)在，對本實(shí)施例液體排放頭的排放操作進(jìn)行詳盡描述。附圖5A到附圖7B是對如附圖1到附圖3中所示液體排放頭排放操作說明的在流路方向上的液體排放頭的剖視圖，如附圖5A到附圖7B所示，通過將操作分成六個步驟來描述特征現(xiàn)象。在附圖5A到附圖7B中，參照符號M指由排放液體形成的彎液面。
附圖5A表示在能量例如電能被應(yīng)用到發(fā)熱元件4之前的狀態(tài)，并且描述了在發(fā)熱元件放熱之前的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，在位于液體供應(yīng)端口5和液體流路3之間的可移動元件8和液體供應(yīng)端口5形成處的表面之間存在微小縫隙(10μm或更小)。
附圖5B表示用發(fā)熱元件4加熱注入液體流路3中的部分液體，并且在發(fā)熱元件4上發(fā)生膜狀沸騰，由此氣泡21各向同性地生長。這里，短語“氣泡各向同性地增長”是指在氣泡表面不同位置上朝氣泡表面垂直線方向生長氣泡的速度基本上相等的情況。
現(xiàn)在，在氣泡產(chǎn)生開始階段的氣泡21各向同性增長的過程中，可移動元件8與液體供應(yīng)端口5的周邊緊密接觸以閉合液體供應(yīng)端口5，并且除了排放端口7之外液體流路3的內(nèi)壁基本上是閉合的。此時，將可移動元件8的自由端到液體供應(yīng)端口5的最大移動量定義為h1。
附圖6A表示氣泡21持續(xù)增長的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，液體沒有流到液體供應(yīng)端口5的側(cè)面，原因如上所述，除了排放端口7之外液體流路3的內(nèi)壁基本上是閉合的。結(jié)果是氣泡能夠大量擴(kuò)展到排放端口7一側(cè)，但是很少擴(kuò)展到液體供應(yīng)端口5處。然后，在氣泡生成區(qū)域11處排放端口7一側(cè)上氣泡持續(xù)增長。相反，在氣泡生成區(qū)域11的液體供應(yīng)端口5處氣泡的增長中止了。換句話說，這種氣泡增長中止的條件表示了在氣泡生成區(qū)域11的液體供應(yīng)端口5處氣泡增長的最大條件。將此時的氣泡體積定義為Vr。
現(xiàn)在結(jié)合附圖8A到8E，對附圖5A和5B和附圖6A中的氣泡增長過程進(jìn)行詳盡的描述。如附圖8A中所示，當(dāng)加熱發(fā)熱元件時，在發(fā)熱元件上發(fā)生初沸。
然后，如附圖8B所示，在這之后以薄膜狀包圍發(fā)熱元件的氣泡變?yōu)槟罘序v，并且如附圖8B和8C中所示處于膜狀沸騰狀態(tài)的氣泡持續(xù)其各向同性增長(氣泡各向同性增長的狀態(tài)稱為半枕狀態(tài))。然而現(xiàn)在當(dāng)如附圖5B所示除了排放端口7之外液體流路3的內(nèi)壁基本上是閉合的時侯，不再存在到上游側(cè)的液體移動。結(jié)果是在半枕狀態(tài)下的很少部分氣泡在上游側(cè)(液體供應(yīng)端口一側(cè))處增長，其余的大部分在下游側(cè)(排放端口一側(cè))處增長。附圖6A、附圖8D和附圖8E表示的是這種狀態(tài)。
在此，為了說明的目的，當(dāng)加熱發(fā)熱元件時，將在發(fā)熱元件4上的沒有氣泡產(chǎn)生的區(qū)域定義為區(qū)域B，將在排放端口7一側(cè)氣泡生長的區(qū)域定義為區(qū)域A。在此方面，附圖8E所示區(qū)域B中的氣泡體積變?yōu)樽畲?，并將該氣泡體積定義為Vr。
接著，附圖6B表示在區(qū)域A中氣泡持續(xù)增長、在區(qū)域B中氣泡開始收縮的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，在區(qū)域A氣泡朝著排放端口一側(cè)大量地增長。然后，在區(qū)域B，氣泡的體積開始減小。這樣，由于由其剛度產(chǎn)生的復(fù)原力和由在區(qū)域B中氣泡消退產(chǎn)生的力，可移動元件8的自由端開始向下移動到正常狀態(tài)的位置。結(jié)果是液體供應(yīng)端口5打開，常用液體供應(yīng)室6和液體流路3呈現(xiàn)連接狀態(tài)。
附圖7A表示氣泡21已經(jīng)增長到基本是最大的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，氣泡在區(qū)域A中呈最大增長，同時該氣泡幾乎不在區(qū)域B中存在。將在區(qū)域A中的最大氣泡體積定義為Vf。排放液滴22還仍然以拖著長尾巴的狀態(tài)與彎液面M相連接，其中該液滴在從排放端口7排放的途中。
附圖7B表示氣泡21增長停止、僅保留消退步驟，同時排放液滴22和彎液面M處于斷開的狀態(tài)。當(dāng)在區(qū)域A中氣泡增長一變?yōu)闅馀菹酥螅鶕?jù)能量守恒，氣泡21的收縮能可作為能夠使得在排放端口7附近的液體轉(zhuǎn)移到上游方向的力。因此，在此時彎液面M從排放端口7縮入液體流路3的內(nèi)部，并且與排放液滴22連接的液柱被由此產(chǎn)生的強(qiáng)力迅速斷開。換句話說，隨著氣泡的收縮，液體迅速從公共液體供應(yīng)室6經(jīng)過液體供應(yīng)端口5流入液體流路3。然后，使彎液面M迅速縮回液體流路3的流動突然減少，由此使彎液面M以相對慢的速度開始回到產(chǎn)生氣泡之前的位置。因此，擺動的彎液面M的恢復(fù)能力與那些沒有采用本發(fā)明可移動元件的液體排放方法相比是優(yōu)異的。在此，將此時可移動元件8自由端移動到氣泡生成區(qū)域11一側(cè)的最大量定義為h2。
最后，隨著氣泡21的完全消退，可移動元件8也返回到如附圖5A中所示的正常狀態(tài)的位置可移動元件8的彈性使得它能夠朝著這個狀態(tài)(在附圖7B中實(shí)心箭頭所指的方向)向上移動。在這種狀態(tài)中，彎液面也完全返回到排放端口7附近。
現(xiàn)在，根據(jù)附圖9，對氣泡體積隨時間的變化，和在附圖5A到7B中區(qū)域A和區(qū)域B中可移動元件的行為之間的相互關(guān)系進(jìn)行描述。附圖9是表示這種相互關(guān)系的曲線圖，曲線A是指在區(qū)域A中每個時刻氣泡體積的變化，曲線B是指在區(qū)域B中每個時刻氣泡體積的變化。
如附圖9中所示，在區(qū)域A中每個時刻氣泡增加體積的變化繪成了具有最大值的拋物線。換句話說，在氣泡發(fā)生到消退的過程中，氣泡體積隨著時間消逝而增加，在某個時刻呈現(xiàn)最大值。之后，它開始減少。另外，在區(qū)域B中用較短的時間完成了從氣泡發(fā)生到消退。與區(qū)域A中的情況相比，氣泡的最大增長值也是很小的，并且到達(dá)最大增長體積所需的時間也是很短的。換句話說，在區(qū)域A和B中，氣泡發(fā)生到消退之間所需的時間，和氣泡增長體積的變化大不相同。在區(qū)域B中這些值都較小。
尤其在附圖9中，在增長的初始階段，氣泡體積同時變化的增長。所以將曲線A和B重疊放置。換句話說，氣泡各向同性(半枕)增長的時段發(fā)生在氣泡增長的初始階段。之后，曲線A描述了其增加并達(dá)到最大值，但是在某個時刻，曲線B從曲線A中分支出去來描述表示氣泡體積減小的情況。也就是說雖然在區(qū)域A中氣泡體積增加，但是在區(qū)域B中發(fā)生了氣泡體積減小的時段(在部分增長部位處的收縮時期)。
然后，在上述氣泡增長的方法的基礎(chǔ)上，可移動元件如下面所給出的方式那樣實(shí)現(xiàn)其行為，即如附圖1所示的可移動元件自由端部分覆蓋發(fā)熱元件。換句話說，在附圖9中時段(1)中，可移動元件向上朝著液體供應(yīng)端口移動。在附圖9中的時段(2)中，可移動元件與液體供應(yīng)端口緊密接觸，并且除了排放端口外液體流路的內(nèi)壁基本上是閉合的。這種閉合情況在當(dāng)氣泡各向同性增長的時段內(nèi)開始發(fā)生。接著，在附圖9的時段(3)中，可移動元件向下移動到正常狀態(tài)的位置。從部分增長區(qū)域中的收縮時段的引發(fā)開始，在特定時刻已經(jīng)過去之后，可移動元件開始離開液體供應(yīng)端口。然后，在附圖9的時段(4)中，可移動元件進(jìn)一步從正常狀態(tài)向下移動。接著，在附圖9的時段(5)中，可移動元件向下的移動幾乎中止了，并且可移動元件處于在釋放位置的平衡狀態(tài)。最后，在附圖9的時段(6)中，可移動元件向上朝著正常狀態(tài)的位置移動。
從附圖9所示的還可以理解到本發(fā)明排放頭總是滿足Vf＞Vr的關(guān)系，其中將在排放端口7一側(cè)上的氣泡發(fā)生區(qū)域11中增長的氣泡的所給最大體積(區(qū)域A中的氣泡)作為Vf，在液體供應(yīng)端口5一側(cè)上的氣泡發(fā)生區(qū)域11中增長的氣泡的最大體積(區(qū)域B中的氣泡)作為Vr，。此外，將所給的在排放端口7一側(cè)上的氣泡發(fā)生區(qū)域11中增長的氣泡(區(qū)域A中的氣泡)的壽命(從氣泡產(chǎn)生到其消退所需的時間)記作Tf，和在液體供應(yīng)端口5一側(cè)上的氣泡發(fā)生區(qū)域11中增長的氣泡(區(qū)域B中的氣泡)的壽命記作Tr，本發(fā)明的排放頭總是滿足Tf＞Tr的關(guān)系。然后，為了確定上述這種關(guān)系，將氣泡開始消退的點(diǎn)定位于從其中心部分開始在排放端口7一側(cè)上的氣泡發(fā)生區(qū)域11中。
此外，如從附圖5B及附圖7B所示中理解的那樣，存在(h1＜h2)的關(guān)系，即隨著氣泡消退時表示可移動元件8自由端移動到氣泡發(fā)生裝置4側(cè)面的最大移動量h2，大于在氣泡引發(fā)時表示可移動元件8自由端到液體供應(yīng)端口5側(cè)面上的最大移動量h1。例如，h1為2μm,h2為10μm。隨著這種關(guān)系的確定在起泡初始時抑制氣泡增長到發(fā)熱元件背面上(在朝著排放端口方向相對的方向上)，同時促進(jìn)氣泡向發(fā)熱元件的前面增長(朝著排放端口的方向)。這樣，將由發(fā)熱元件生成的起泡力轉(zhuǎn)化為液滴的動能，以使得液體從排放端口飛出，由此增強(qiáng)這種轉(zhuǎn)化的效率。
已經(jīng)對本實(shí)施例排放頭結(jié)構(gòu)以及液體排放操作進(jìn)行了描述。在此，根據(jù)本實(shí)施例，氣泡朝向下游側(cè)和朝向上游側(cè)的增長分量是不相等的。朝向上游側(cè)的增長分量幾乎沒有，由此抑制液體向上游側(cè)的移動。隨著對上游側(cè)液體流動的抑制，朝向上游側(cè)的氣泡增長分量沒有損失，大部分分量是朝向排放端口方向的，由此顯著增強(qiáng)排放動力。此外，排放后彎液面的收縮量減小，并且在再注滿時相應(yīng)地降低了從管口表面的彎液面的擠出量。結(jié)果是抑制了彎液面的振動，從而穩(wěn)定了所有從低到高頻率的驅(qū)動頻率下的排放。
現(xiàn)在，對制造上述液體排放頭的方法進(jìn)行描述。
根據(jù)它們所分別執(zhí)行的功能，在部件基材1或者上限板2上分開安裝驅(qū)動上述液體排放頭發(fā)熱元件4和控制該驅(qū)動所需的電路和元件。因?yàn)椴考?和上限板2是由硅材料形成的，所以通過半導(dǎo)體晶片加工技術(shù)的應(yīng)用能夠輕易并精密地形成這些電路和元件。
現(xiàn)在，在下面描述通過應(yīng)用半導(dǎo)體晶片加工技術(shù)來形成部件基材1的結(jié)構(gòu)。
附圖10是表示用于上述各種實(shí)施方案的液體排放頭的部件基材1的截面圖。對于附圖10中所示的部件基材1來說，在硅基材201的表面上將用作蓄熱層的熱氧化薄膜202，和雙重用作蓄熱層的中間層薄膜203以此順序?qū)訅?。作為中間層薄膜203，可以應(yīng)用SiO2薄膜或者Si3N4薄膜，在中間層203的表面上局部形成電阻層204，在電阻層204的表面上局部形成線路205。Al或者Al合金例如Al-Si、Al-Cu等可以用作線路205。在線路205、電阻層204和中間層203的表面上，形成由SiO2或者Si3N4形成的保護(hù)層206。為了防止在電阻層204放熱后對保護(hù)薄膜206的化學(xué)和物理沖擊，在與電阻層204相對應(yīng)的保護(hù)層206和其周緣的表面部分形成防氣蝕薄膜207。其上沒有形成線路的電阻層204的表面區(qū)域?yàn)闊峄罨瘑卧?08，該單元是激活電阻層204熱量的部分。
通過半導(dǎo)體制造工藝，一個接一個地在硅基片201的表面上形成在部件基材1上的薄膜，并提供用于硅基片201上的熱活化部分208。
附圖11是表示如附圖10中所示在部件基材1上通過垂直切割主要器件獲得的部件基材1的截面圖。
如附圖11所示，N型井狀區(qū)域422和P型井狀區(qū)域423位于作為P導(dǎo)體的硅基材201的表面層上然后，應(yīng)用常見的MOS方法，通過雜質(zhì)植入和擴(kuò)散的實(shí)施如離子植入，將P-MOS 420用作N型井狀區(qū)域422,N-MOS 421用作P型井狀區(qū)域423。P-MOS 420包括原始區(qū)域425和排放區(qū)域426，它是通過在N型井狀區(qū)域422的表面層上植入N型或者P型雜質(zhì)來形成，和除了原始區(qū)域425和排放區(qū)域426之外，通過形成有厚度為幾百的閘絕緣薄膜428而沉積在N型井狀區(qū)域422表面上的閘線路435，以及其它部分。N-MOS 421也包括原始區(qū)域425和排放區(qū)域426，它是通過在P型井狀區(qū)域423的表面層上植入N型或者P型雜質(zhì)來形成，和除了原始區(qū)域425和排放區(qū)域426之外，通過形成有厚度為幾百的閘絕緣薄膜428而沉積在P型井狀區(qū)域423表面上的閘線路435，以及其它部分。閘線路435是由通過CVD方法以4000 到5000的厚度沉積的多晶硅來制備的。然后，用由此形成的P-MOS 420和N-MOS 421來構(gòu)成C-MOS邏輯。
與N-MOS 421的不同的P型井狀區(qū)域423部分具有用于驅(qū)動電熱轉(zhuǎn)換裝置使用的N-MOS晶體管430。N-MOS晶體管430也包括原始區(qū)域432和排放區(qū)域431，它是通過雜質(zhì)植入和擴(kuò)散方法等而設(shè)置在P型井狀區(qū)域423的表面層上，和除了原始區(qū)域432和排放區(qū)域431之外，通過閘絕緣薄膜428而沉積在P型井狀區(qū)域423表面上的閘線路433，以及其它部分。
根據(jù)本實(shí)施方案，將N-MOS晶體管430用作驅(qū)動電熱轉(zhuǎn)換裝置的晶體管。然而，該晶體管沒有必要限定為這一種，只要該晶體管能夠單獨(dú)驅(qū)動多個電熱轉(zhuǎn)換裝置，并且還能夠獲得如上所述的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
在每個元件之間，例如在P-MOS 420和N-MOS 421之間，N-MOS 421和N-MOS晶體管430之間，通過區(qū)域氧化形成厚度為5000 到10000 的氧化薄膜分離區(qū)域424。然后，隨著這種氧化薄膜分離區(qū)域424的安置，將那些元件彼此分離開來。當(dāng)從硅基材201側(cè)表面上觀察時，相應(yīng)于熱活化部分208的氧化薄膜分離區(qū)域424的部分起到了作為第一層的蓄熱層434的作用。
在P-MOS 420、N-MOS 421和N-MOS晶體管430元件的每個表面上，通過CVD法形成厚度約為7000的PSG薄膜、BPSG薄膜等的中間層絕緣薄膜436。在通過熱處理使中間層絕緣薄膜436變得光滑時，用Al電極437布置線路，它穿過中間層絕緣薄膜436和閘絕緣薄膜428上的連接通孔成為第一線路層。在中間層絕緣薄膜436和Al電極437的表面上，通過等離子體CVD法形成厚度為10000到15000的SiO2中間層絕緣薄膜438。在與熱活化部分208和N-MOS晶體管430相對應(yīng)的中間層絕緣薄膜438表面部分上，用TaN0.8,hex薄膜通過DC濺射法形成厚度約為1000 的電阻層204。穿過形成在中間層絕緣薄膜438上的通孔，在排放區(qū)域431附近用Al電極437電連接電阻層204。在電阻層204的表面上形成Al線路205，成為用于每個電熱轉(zhuǎn)換裝置的第二線路。
用Si3N4薄膜通過等離子體CVD法在線路205、電阻層204和中間層絕緣薄膜438表面上形成厚度為10000的保護(hù)薄膜206。用至少一種或多種非晶態(tài)合金薄膜形成厚度約為2500的沉積在保護(hù)薄膜206表面上的防氣蝕薄膜207，其中非晶態(tài)合金選自Ta(鉭)，F(xiàn)e(鐵)、 Ni(鎳)、Cr(鉻)、Ge(鍺)、Ru(釕)等。
現(xiàn)在，參照附圖12A到附圖15C，對如附圖1到附圖3中所示在部件基材1上安裝可移動元件8、液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5的加工步驟進(jìn)行描述?，F(xiàn)在，附圖12A到15C，附圖12A到12C、附圖13A到13C、附圖14A到14C和附圖15A到15C是從與形成在部件基材1上的液體流路3方向成直角方向的發(fā)熱元件4中心處截開的截面圖。附圖12D到12F、附圖13D到13F和附圖14D到14F為從與形成在部件基材1上形成的平行于液體流路3方向的液體流路3中心處截開的剖視圖。附圖12G到12I、附圖13G到13I和附圖14G到14I為其縮略圖。
首先，如附圖12A、12D和12G中所示，通過濺射法在發(fā)熱元件4側(cè)面上的部件基材1平面上形成厚度約為20μm的Al薄膜(第一間隙形成層)。通過應(yīng)用公知的光刻法在由此形成的Al薄膜上形成圖案，以在相應(yīng)于發(fā)熱元件4和電極單元的位置形成多個Al薄膜圖案25。如將在后面描述的那樣，起到第一縫隙形成元件(它是控制縫隙的)作用的每個Al薄膜圖案25在發(fā)熱元件4和可移動元件8之間形成了縫隙，其中將它排列在部件基材1的表面上。
Al圖案25起到當(dāng)通過干蝕刻形成閥門結(jié)構(gòu)時的蝕刻中止層的作用。進(jìn)行這樣排列是為了防止用作防氣蝕薄膜207的薄膜例如Ta，和用作在部件基材1上的電阻元件上的保護(hù)層206的SiN薄膜被蝕刻氣體所蝕刻。當(dāng)通過干蝕刻法形成液體流路3時，為了不讓在發(fā)熱元件4側(cè)面上的部件基材1的平面暴露出來，還應(yīng)在液體流路3的流路方向的垂直方向上將每個Al薄膜圖案25上的液體流路3的寬度制得比最終形成的液體流路3寬度更大一些。此外，在于蝕刻的時候，通過裂解CF4、CxFy、SF6氣體來產(chǎn)生離子種和原子團(tuán)，在某些情況下能夠破壞在部件基材1上的發(fā)熱元件4和功能元件。然而，Al薄膜圖案25接受這種離子種和原子團(tuán)，是為了防止在部件基材1上的發(fā)熱元件4和功能元件被破壞。
然后，如附圖12B、12E和12H所示，在Al薄膜圖案25和部件基材1的表面上，通過應(yīng)用等離子體CVD方法形成厚度約20.0μm的SiN薄膜26，以覆蓋Al薄膜圖案25，其中該SiN薄膜用作形成部分流路側(cè)壁10的原料薄膜。
然后，如附圖12C、12F和12I所示，通過應(yīng)用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)法磨光該SiN薄膜26以使其平整，直到Al薄膜圖案25和SiN薄膜26的表面基本上與被暴露Al薄膜圖案25的表面位于同一個平面上。然后，當(dāng)進(jìn)行如后所述的光刻處理時，就形成了作為參考的排列圖案。這樣，在形成液體流路3的部分和形成電極板的部分上形成Al薄膜圖案25，而在那些部分外的其他部分形成SiN層26。分別地在由此獲得的狀態(tài)下，形成液體流路3的Al薄膜圖案25起到了第一縫隙形成元件的作用，SiN層26起到了用于可移動元件的固定部分(高臺座)的作用。
接著，如附圖13A、13D和13G中所示，在用CMP法拋光的SiN薄膜26和Al薄膜圖案25的表面上，通過等離子體CVD法形成厚度約為3.0μm的SiN薄膜29，其中該SiN薄膜為用于形成可移動元件8的原料薄膜。然后，用電介質(zhì)耦合等離子體通過蝕刻設(shè)備干蝕刻由此形成的SiN薄膜29，留下相應(yīng)于Al薄膜圖案25的SiN薄膜29部分，該部分成為了液體流路3的一部分。這個SiN薄膜29最終形成了可移動元件8。因此，在SiN薄膜29的圖案上垂直于流路方向上的液體流路3的寬度比最終形成的液體流路3的寬度小。由可移動部分形成這個可移動元件8，該可移動部分包括自由端8B和連接到由SiN層26形成的高臺座上的固定部分8A。
接著，如附圖13B、13E和13H所示，通過濺射法形成厚度約為3.0μm的TiW(鈦-鎢)薄膜(第二縫隙形成層)，以覆蓋成為可移動元件8的SiN薄膜29。通過應(yīng)用公知的光刻法來在TiW薄膜上形成圖案，以形成位于SiN薄膜29表面和側(cè)面上的第二縫隙形成元件30，用以在可移動元件8上表面和液體供應(yīng)端口5之間形成縫隙α(參見附圖1)，和在可移動元件8兩側(cè)面和流路側(cè)壁10之間形成縫隙γ(參見附圖2)。
然后，如附圖13C、13F和13I所示，應(yīng)用乙酸、磷酸和硝酸的混合溶劑，通過熱蝕刻徹底除去成為了液體流路3的Al薄膜圖案25(第一縫隙形成元件)部分。在這種接合下，形成電極板的Al薄膜圖案25部分用TiW薄膜形成的第二縫隙形成元件30來防護(hù)，所述TiW薄膜用前述混合溶劑腐蝕。
接著，如附圖14A、14D和14G中所示，將適量的陰性感光環(huán)氧樹脂(壁材料)31，例如SU-8-50(商品名Microchemical Corporation制造)，滴到部件基材1上，并旋轉(zhuǎn)涂覆成厚度約40～60μm。在此，通過前述旋轉(zhuǎn)涂覆法，光滑涂布感光環(huán)氧樹脂31以形成其上結(jié)合上限板2的流路側(cè)壁10是可能的。
然后，在表1所示的條件下，應(yīng)用熱板在90℃下對感光環(huán)氧樹脂31預(yù)烘5分鐘。之后，如附圖14B、14E和14H所示，安放掩模圖32，并通過應(yīng)用曝光裝置(Canon:MPA 600)，用2[J/cm2]的曝光量曝光感光環(huán)氧樹脂31。表1原料SU-8-50(Microchemical Corp.制造)涂布厚度50μm預(yù)烘90℃ 5分鐘 熱板曝光裝置MPA 600(Canon Mirror Projection aligner)曝光量2[J/cm2]PEB: 90℃ 5分鐘 電熱板顯影劑1-甲基醚醋酸丙二醇酯(Kishida Kagaku制造)正常烘培200℃ 1小時感光環(huán)氧樹脂31的曝光部分變硬了，而沒有曝光的部分沒有變硬。因此，在前述曝光步驟中，僅僅對形成液體供應(yīng)端口5部分之外的部分進(jìn)行曝光。在這里，通過光屏蔽TiW薄膜形成第二縫隙形成元件30，因此，當(dāng)樹脂流入其下面的時候它起到了不讓感光環(huán)氧樹脂31曝光的屏蔽作用。然而在實(shí)際情況中，感光環(huán)氧樹脂31不是必須完全填充到可移動元件8的下面。
然后，如附圖14C、14F和14I中所示，用顯影劑1-甲基醚醋酸丙二醇酯(Kishida Kagaku制造)除去在非感光部分(非曝光部分)上的感光環(huán)氧樹脂31。這樣，在用圖案屏蔽32屏蔽的可移動元件8上的第二縫隙形成元件30的上部形成液體供應(yīng)端口5，然后，在用由TiW薄膜形成的第二縫隙形成元件30屏蔽的可移動元件8的下部上形成液體流路3。此外，在這之后在200℃下正常烘培一個小時。在此，通過圖案屏蔽的應(yīng)用形成的非感光部分(非曝光部分)的面積比通過第二縫隙形成元件30的存在形成的非感光部分(非曝光部分)的面積要小。因此，成為液體供應(yīng)端口5的用于空穴部分的開口面積變得比液體流路3的平面面積(由SiN薄膜形成的可移動元件8的可移動區(qū)域)小。結(jié)果是，如附圖14C和15A中所示，液體流動側(cè)壁10具有一臺階。該臺階成為控制可移動元件8移動的側(cè)面阻擋物33。在此，由感光環(huán)氧樹脂31硬化部分形成的上端阻擋物34(參見附圖14F和15B)也是控制可移動元件移動的阻擋物。最后，如附圖15A、15B和15C中所示，作為第二縫隙形成元件30的TiW薄膜通過應(yīng)用過氧化氫進(jìn)行熱蝕刻來去除。
如上所述，在部件基材1上形成可移動元件8、液體流路側(cè)壁10和液體供應(yīng)端口5。
現(xiàn)在，參照附圖16A到16D，對上限板的形成過程進(jìn)行描述，其中該板具有與多個液體供應(yīng)端口5連接的大容量公共液體供應(yīng)室6。
在附圖16A中，在硅上限板2的兩個表面上形成厚度約為1.0μm的氧化薄膜(SiO2)35。然后，這個SiO2薄膜35用常見的光刻法形成圖案。
然后，如附圖16B所示，應(yīng)用TMAH(四甲基氫化銨)來蝕刻沒有用SiO2薄膜35覆蓋的上限板2的部分(即與公共液體供應(yīng)室6相應(yīng)的部分)以將其去除，由此在上限板2上形成公共液體供應(yīng)室6以供應(yīng)多個液體供應(yīng)端口5液體(參見附圖15A到15C)。在此，在其進(jìn)行的過程中在適當(dāng)?shù)臅r間中止蝕刻，以形成由斜面表面圍成的公共液體供應(yīng)室6，如附圖16B中所示。
接著，如附圖16C所示，通過LP-CVD法將耐液體腐蝕薄膜的SiN薄膜35加到上限板2的表面上，形成覆蓋被蝕刻表面(即由公共液體供應(yīng)室圍成的平面)的形態(tài)。
之后，如附圖16D所示，在部件基材1連接表面一側(cè)的上限板2上形成厚度約為1到10μm的環(huán)氧樹脂層36，以用作粘接層。
如上所述，形成了具有公共液體供應(yīng)室6的上限板2。
現(xiàn)在，如附圖17A和17B所示，在具有可移動元件8、液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5的部件基材1上，層壓具有與多個液體供應(yīng)端口5相連的公共液體供應(yīng)室6的上限板2，然后在壓力下進(jìn)行加熱和粘接后固定。此外，將具有排放端口7的噴口板固定到部件基材1和上限板2的層壓體的邊緣部分，使得每個排放端口7都面向每個液體流路3，由此完成附圖1到附圖3所示的液體排放頭。(不同模式)現(xiàn)在，參照附圖18A到附圖21C，對本實(shí)施方案的不同模式進(jìn)行描述。如可以從附圖13D、13E和13F所示中理解的那樣，附圖12A到附圖15C中所示的步驟，其中為可移動元件8安排了液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5，它提供了除去用于在形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的屏蔽的步驟，它是與除去成為液體流路3的形成第一縫隙元件的Al薄膜圖案25的步驟分開執(zhí)行的。附圖13D、13E和13F表述的是在已經(jīng)除去用于形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的屏蔽之后除去Al薄膜圖案25之前的狀態(tài)，其中該Al薄膜圖案形成變?yōu)橐后w流路3的第一縫隙元件。
另外，如下面結(jié)合附圖19A、19D、19G、20C、20F和20I所描述的那樣，本實(shí)施方案采用完全相同的除去用于在TiW薄膜上形成圖案的屏蔽的步驟，和除去用于形成變?yōu)橐后w流路3的第一縫隙元件的Al薄膜圖案25步驟的過程。該過程與附圖12A到附圖15C中所示的不同。本實(shí)施方案的其它過程與附圖12A到附圖15C中所示實(shí)施方案中的內(nèi)容相同。在此，附圖18A到18I和附圖21A到21C分別對應(yīng)于附圖12A、12D、12G、12C、12F、12I，附圖13A、附圖13、附圖13G和附圖15A到15C。下面，利用附圖對本實(shí)施方案進(jìn)行詳盡描述。
在已經(jīng)通過濺射法形成厚度約為3.0μm的TiW薄膜(第二縫隙形成層)以覆蓋成為可移動元件的SiN薄膜37之后(附圖19A、19D和19G)，通過濺射法在TiW薄膜上形成厚度約為1.0μm的鋁薄膜30a，如附圖20B、20E和20H所示，并且通過應(yīng)用公知的光刻法形成圖案(附圖19C、19F和19I)。然后，鋁薄膜30a用作屏蔽材料，應(yīng)用SF6、CF4、C2F6、CxFy經(jīng)等的氣體種，通過ICP蝕刻法將TiW薄膜蝕刻到約2.5μm(附圖20A、20D和20G)。
之后，通過應(yīng)用H2O2溶液將剩余的TiW薄膜蝕刻到約0.5μm(附圖20A、20D和20G)。
現(xiàn)在，如附圖20C、20F和20I所示，通過應(yīng)用乙酸、磷酸和硝酸混合溶液的熱蝕刻的方法，將在成為液體流路3的部分上的Al薄膜圖案25(第一縫隙形成元件)，和用作屏蔽層以形成第二縫隙形成元件的鋁薄膜30a一起徹底去除。
在此，由于TiW薄膜的基層具有呈混合狀態(tài)的鋁薄膜區(qū)域和SiN薄膜區(qū)域，所以當(dāng)蝕刻TiW薄膜時在兩個階段分別應(yīng)用干蝕刻和濕蝕刻。
基本的是，僅需要通過應(yīng)用氣體種例如SF6、CF4、C2F6、CxFy等的IPC蝕刻方法來形成圖案，但是SiN薄膜區(qū)域具有較高的抵抗前述氣體的蝕刻選擇比例，使得難于確定TiW薄膜蝕刻結(jié)束點(diǎn)。
在此，僅對于濕蝕刻來說，其工藝方法還成為各相同性的蝕刻，因此使得控制精確成膜可移動元件8變得困難了。
因此，根據(jù)本實(shí)施方案，通過如上所述干蝕刻和濕蝕刻，為了共同的目的，合理利用每種方法各自的優(yōu)點(diǎn)，形成了該圖案。
對于本實(shí)施方案來說，采用完全相同的程序來用于除去用作在TiW薄膜上形成圖案的屏蔽層30a的步驟，和除去形成成為液體流路3的第一縫隙元件的Al薄膜圖案25的步驟。這有利于在低成本下減少制造液體排放頭步驟的數(shù)量。(第二實(shí)施方案)在下文中，將對第二實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中具有可移動元件8、液體流路壁10和液體供應(yīng)端口的部件基材的模式與在第一實(shí)施方案中所描述的不同。在此，根據(jù)附圖22A到附圖22N，將對表示本實(shí)施方案特性的部件基材的制造過程進(jìn)行描述。在這個方面，對與第一實(shí)施方案相同的結(jié)構(gòu)應(yīng)用相同的參照符號，并且將部分省去對其結(jié)構(gòu)和形成方法的描述。
首先，如附圖22A和22H所示，通過濺射法在發(fā)熱元件4側(cè)面上部件基材1的平面上形成厚度約為5000的TiW薄膜(未表示出來)。接著，通過濺射法形成厚度約為5μm的Al薄膜(第一縫隙形成層)。通過應(yīng)用公知的光刻法來在這個Al薄膜上形成圖案，以在相應(yīng)于發(fā)熱元件4和電極部分的部位上形成多個Al薄膜圖案25。每個Al薄膜圖案25均起到了第一縫隙形成元件的作用，該元件在形成于部件基材1表面上的發(fā)熱元件4和將在后面進(jìn)行描述的可移動元件8之間形成縫隙(控制該縫隙)。TiW薄膜(未表示出來)成為了電極部分的保護(hù)層。
然后，如附圖22B和22I所示，在部件基材1和Al薄膜圖案25的表面上，通過等離子體CVD法形成厚度約為5.0μm的作為可移動元件8形成材料的SiN薄膜37。之后，應(yīng)用電介質(zhì)耦合等離子體蝕刻裝置對由此形成的SiN薄膜37進(jìn)行干蝕刻，由此留下與形成液體流路3部分的Al薄膜圖案25相應(yīng)的SiN薄膜37部分。由于這個SiN薄膜37最終形成了可移動元件，將液體流路3在與SiN薄膜37圖案上的流路方向成直角的方向上的寬度制得比最終形成的液體流路3的寬度窄。通過包括自由端和直接結(jié)合到部件基材1上的固定部分的可移動部分形成這個可移動元件。
接著，如附圖22C和22J所示，通過濺射法形成厚度約為10.0μm的的TiW薄膜(第二縫隙形成層)，以覆蓋成為可移動元件的SiN薄膜37。應(yīng)用公知的光刻法在TiW薄膜上形成圖案，以形成位于SiN薄膜37表面和側(cè)面上的第二縫隙形成元件38，用以在可移動元件上表面和液體供應(yīng)端口5之間形成縫隙α，和在可移動元件兩側(cè)面和流路側(cè)壁10之間形成縫隙γ。
接著，如附圖22D和22K所示，通過應(yīng)用乙酸、磷酸和硝酸混合溶液的熱蝕刻方法，徹底去除成為液體流路3的Al薄膜圖案25(第一縫隙形成元件)部分。
然后，將適量的陰性感光環(huán)氧樹脂31，例如SU-8-50(商品名MicrochemicalCorporation制造)，滴到部件基材1上，并旋轉(zhuǎn)涂覆成厚度約40到60μm。在此，通過前述旋轉(zhuǎn)涂覆法，光滑涂布感光環(huán)氧樹脂31以形成其上結(jié)合上限板2的流路側(cè)壁10是可能的。接著，在與第一實(shí)施方案相同的條件下(表1)，應(yīng)用熱板在90℃下對感光環(huán)氧樹脂31預(yù)烘5分鐘。之后，如附圖22E和22I所示，安放掩模圖32，并通過應(yīng)用曝光裝置(Canon:MPA 600)，用2[J/cm2]的曝光量曝光感光環(huán)氧樹脂31。
感光環(huán)氧樹脂31的曝光部分變硬了，而沒有曝光的部分沒有硬。因此，在前述曝光步驟中，僅僅對形成液體供應(yīng)端口5部分之外的部分進(jìn)行曝光。這樣，通過光屏蔽TiW薄膜形成第二縫隙形成元件38，因此，當(dāng)樹脂流入其下面的時候它起到了不讓感光環(huán)氧樹脂曝光的屏蔽作用。然后，如附圖22F和22M中所示，用顯影劑1-甲基醚醋酸丙二醇酯(Kishida Kagaku制造)除去在非感光部分(非曝光部分)上的感光環(huán)氧樹脂31。這樣，在用圖案屏蔽32屏蔽的可移動元件上的第二縫隙形成元件38的上部形成液體供應(yīng)端口5，然后，在由TiW薄膜形成的第二縫隙形成元件38屏蔽的可移動元件的下部上形成液體流路3。此外，在這之后在200℃下正常烘培一個小時。在此，通過圖案屏蔽32的應(yīng)用形成的非感光部分(非曝光部分)的面積比通過第二縫隙形成元件38的存在形成的非感光部分(非曝光部分)的面積小。因此，形成液體供應(yīng)端口5的用于空穴部分的開口面積變得比液體流路3的平面面積小。結(jié)果是，如附圖22G中所示，液體流動側(cè)壁10具有一臺階。該臺階成為控制可移動元件8移動的側(cè)面阻擋物33。在此，由感光環(huán)氧樹脂31硬化部分形成的上端阻擋物34也是控制可移動元件移動的阻擋物。最后，如附圖22G和22N中所示，作為第二縫隙形成元件38的TiW薄膜通過應(yīng)用過氧化氫進(jìn)行熱蝕刻來去除。
如上所述，在部件基材1上形成可移動元件8、液體流路側(cè)壁10和液體供應(yīng)端口5。
之后，如第一實(shí)施方案所述，將具有公共液體供應(yīng)室6的上限板2和具有排放端口7的噴口平板相結(jié)合以完成該液體排放頭。
與第一實(shí)施方案中的相比，根據(jù)本實(shí)施方案制備的液體排放頭具有在可移動元件和液體供應(yīng)端口之間的更大縫隙，并且在液體沒有產(chǎn)生氣泡時，除了液體排放端口之外，其結(jié)構(gòu)是液體流路基本上沒有閉合。(不同模式)如可以從附圖22C和22J所示中理解的那樣，附圖22A到22N中所示的步驟，其中為可移動元件8安排了液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5，提供了除去用于在形成第二縫隙形成元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的屏蔽的步驟，它是與除去成為液體流路3的形成第一縫隙元件的Al薄膜圖案25的步驟分開執(zhí)行的。附圖22C和22J表述的是在已經(jīng)除去用于在形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的屏蔽之后除去Al薄膜圖案25之前的狀態(tài)，其中該Al薄膜圖案形成變?yōu)橐后w流路3的第一縫隙元件。
另外，如下面所描述的那樣，本實(shí)施方案采用完全相同的除去用于在TiW薄膜上形成圖案的屏蔽的步驟，和除去用于形成變?yōu)橐后w流路3的第一縫隙元件的Al薄膜圖案25步驟的過程。這種過程與附圖22A到22N中所示的不同。本實(shí)施方案的其它過程與附圖22A到22N中所示實(shí)施方案中的內(nèi)容相同。
在已經(jīng)通過濺射法形成厚度約為10.0μm的TiW薄膜(第二縫隙形成層)以覆蓋成為可移動元件的SiN薄膜37之后，通過濺射法在TiW薄膜上形成厚度約為1.0μm的鋁薄膜30a，并且通過應(yīng)用公知的光刻法形成圖案。然后，鋁薄膜30a用作屏蔽材料，應(yīng)用SF6、CF4、C2F6、CxFy等的氣體種，通過ICP蝕刻法將TiW薄膜蝕刻到約9.0μm。
之后，通過應(yīng)用H2O2溶液將剩余的TiW薄膜蝕刻到約1.0μm。
現(xiàn)在，通過應(yīng)用乙酸、磷酸和硝酸混合溶液的熱蝕刻的方法，將在成為液體流路3的部分上的Al薄膜圖案25(第一縫隙形成元件)，和用作屏蔽層以形成第二縫隙形成元件的鋁薄膜一起徹底去除。
在此，由于TiW薄膜的基層具有如第一實(shí)施方案中呈混合狀態(tài)的鋁薄膜區(qū)域和SiN薄膜區(qū)域，所以當(dāng)蝕刻TiW薄膜時在兩個階段分別應(yīng)用干蝕刻和濕蝕刻。
對于本實(shí)施方案來說，采用完全相同的程序來用于除去用作在TiW薄膜上形成圖案的屏蔽層的步驟，和除去形成成為液體流路3的第一縫隙元件的Al薄膜圖案25的步驟。這有利于在低成本下減少制造液體排放頭步驟的數(shù)量。(第三實(shí)施方案)對于第一實(shí)施方案的排放頭結(jié)構(gòu)，液體供應(yīng)端口5是由如附圖3所示的四個壁面圍成的開口。然而，供應(yīng)單元形成元件5A(參見附圖1)中，如附圖23和附圖24所述的模式，釋放在與排放端口7相對的液體供應(yīng)室6側(cè)面上的壁面是可能的。在這種模式下，如在第一實(shí)施方案中的那樣，開口面積S成為被液體供應(yīng)端口5的三個側(cè)面和固定元件9的邊緣部分9A圍成的面積，如附圖23和附圖24所示。(第四實(shí)施方案)現(xiàn)在參照附圖25A到25D，對本發(fā)明第四實(shí)施方案的液體排放頭的進(jìn)行描述。在附圖25A到25D中所示液體排放頭的模式中，將部件基材1和上限板2結(jié)合，并且在這兩個板1和2之間，形成液體流路3，它的一個末端與排放端口7相連，其它部分是閉合的。
對于液體流路3來說，安排了液體供應(yīng)端口5，還安排有與液體排放端口5相連的公共液體供應(yīng)室6。
在液體供應(yīng)端口5和液體流路3之間，在幾乎與液體供應(yīng)端口5開口區(qū)域平行的位置處以微小的縫隙α(10μm或更小)安裝了可移動元件8。將可移動元件8的面積制得比液體排放端口5到液體流路的開口面積S大，其中可移動元件的面積至少是由自由端部分和在那延續(xù)的兩個側(cè)面部分圍成的。此外，在可移動元件8側(cè)面和液體流路壁10之間有一個微小的縫隙β。這樣，當(dāng)在沒有磨擦阻力的情況下可移動元件8移動進(jìn)入液體流路3中的同時，其到開口區(qū)域側(cè)面的移動通過開口區(qū)域S的周緣來控制。因此，液體供應(yīng)端口5基長上是閉合的，以使得阻止液體從液體流路3流到公共液體供應(yīng)室6中成為可能。根據(jù)本實(shí)施方案，可移動元件8還可以定位為朝向部件基材1。然后，可移動元件8的一個末端成為移動到發(fā)熱元件4側(cè)面上部件基材1的自由端，另外一個末端面由支撐元件9B支撐。(其它實(shí)施方案)下面，將對優(yōu)選適用于應(yīng)用本發(fā)明液體排放原理的排放頭的不同實(shí)施方案進(jìn)行描述。(側(cè)噴型)附圖26是表示稱之為側(cè)噴型的液體排放頭的截面圖。對于它的描述，應(yīng)用了與第一實(shí)施方案所示同樣結(jié)構(gòu)相同的參考標(biāo)記。在附圖26中所示的這種模式的液體排放頭不同于在第一實(shí)施方案中所示的那樣，將發(fā)熱元件4和排放端口7彼此平行安置，并且液體流路3與排放端口7以與由排放端口產(chǎn)生的液體排放的軸向成直角相連。這種液體排放頭還能夠證明與在第一實(shí)施方案中描述的同樣的排放原理下的效果。根據(jù)第一實(shí)施方案所描述的制造方法易于應(yīng)用到這種排放頭上。(可移動元件)對于上述的每個實(shí)施方案，形成可移動元件的材料應(yīng)該足夠好，只要它能夠耐排放液的溶劑，以及在良好狀態(tài)下具有容易進(jìn)行可移動元件操作的彈性。
作為可移動元件的材料，優(yōu)選應(yīng)用高耐用金屬，例如銀，鎳、金、鐵、鈦、鋁、鉑、鉭、不銹鋼、磷青銅和它們的合金；或者腈基樹脂，例如丙烯腈、丁二烯、苯乙烯；酰胺基樹脂例如聚酰胺；羧基樹脂例如聚碳酸酯；醛基樹脂例如聚縮醛；砜基樹脂例如聚砜；和液晶聚合物或者其他樹脂及其混合物；高耐油墨金屬，例如金、鎢、鉭、鎳、不銹鋼、鈦；和關(guān)于其合金和耐油墨性能，那些用它們中的任何一種涂布在其表面上或者酰胺基樹脂，例如聚酰胺，醛基樹脂例如聚縮醛，酮基樹脂例如聚醚醚酮，酰亞胺基樹脂例如聚酰亞胺，羥基，例如酚樹脂，乙基樹脂例如聚乙烯，烷基樹脂例如聚丙烯，環(huán)氧基樹脂例如環(huán)氧樹脂，氨基樹脂例如蜜胺樹脂，methyrol基樹脂例如二甲苯樹脂和它們的混合物；此外還有二氧化硅、氮化硅等的陶瓷，和它們的混合物。在此，本發(fā)明可移動元件的目標(biāo)厚度以μm計(jì)。
現(xiàn)在將描述發(fā)熱元件和可移動元件之間的排列關(guān)系。在發(fā)熱元件和可移動元件的最優(yōu)排列下，使得當(dāng)通過應(yīng)用發(fā)熱元件進(jìn)行起泡時適當(dāng)控制和利用液體流動成為可能。
對于稱之為氣泡噴射記錄法的常用技術(shù)來說，即噴墨記錄法由此對油墨加熱或施加其它能量以引起其中狀態(tài)的變化，其中伴隨著不連貫的體積變化(產(chǎn)生氣泡)，然后利用基于這種狀態(tài)變化的作用力，將油墨從排放端口排放到記錄介質(zhì)上以通過由此排放的油墨的粘附而在其上形成圖像，發(fā)熱元件的面積和油墨排放量之間維持成比例的關(guān)系，如附圖27中斜線所給出的那樣。然而，容易理解的是存在沒有氣泡產(chǎn)生并且對油墨排放沒有作用的區(qū)域S。從在發(fā)熱元件上的燃燒條件來看，這個沒有氣泡產(chǎn)生的區(qū)域S存在于發(fā)熱元件的周緣上?？紤]到這些結(jié)果條件，就假設(shè)寬度約為4μm的發(fā)熱元件周緣沒有參與產(chǎn)生氣泡。另外，對于本發(fā)明液體排放頭來說，除了排放端口之外，包括氣泡發(fā)生裝置的液體流路基本上是被覆蓋的，以便控制最大的排放量。因此，如附圖27中的實(shí)線所表示的那樣，甚至當(dāng)發(fā)熱元件的面積和發(fā)泡動力波動較大時，仍具有不改變排放量的區(qū)域。利用如實(shí)線所示的這種區(qū)域。試圖穩(wěn)定大尺寸的墨點(diǎn)排放量是可能的。(部件基材)下面，將對具有賦予液體熱量的發(fā)熱元件10的部件基材1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
附圖28A和28B是描述本發(fā)明液體排放裝置主要部件的側(cè)面剖視圖。附圖28A表示具有下面將描述的保護(hù)薄膜的排放頭。附圖28B表示的是沒有任何保護(hù)薄膜的排放頭。
在部件基材1上安置了上限板2，并且在部件基材1和上限板2之間形成液體流路3。
對于部件基材1來說，為了絕緣和蓄熱，在硅等的基材107上形成氧化硅或氮化硅薄膜106。在這個薄膜上，如附圖28A中所示那樣形成電阻層105和由鋁等制成的線路電極104(厚度0.2到1.0μm)，其中電阻層是由halfniumboride(HfB2)、氮化鉭(TaN)、鉭鋁(TaAl)等制成的，它構(gòu)成了發(fā)熱元件10(厚度為0.01到0.2μm)。從線路電極104對電阻層105施加電壓，使得電流通過電阻層105來產(chǎn)生熱量。在電阻層105上，線路電極104之間，形成厚度為0.1到2.0μm的由氧化硅、氮化硅等制成的保護(hù)層103。進(jìn)一步在這個層上形成鉭等的防氣蝕層102的薄膜(厚度為0.1到0.6μm)，由此來保護(hù)電阻層105使其耐各種液體例如油墨。
在氣泡產(chǎn)生和氣泡消退時壓力和振動波明顯增強(qiáng)，這可導(dǎo)致堅(jiān)硬但卻易碎的氧化物保護(hù)膜的耐久性明顯惡化。為了防止這種情況，將金屬材料例如鉭(Ta)用作防氣蝕層102。
通過結(jié)合考慮液體、流路結(jié)構(gòu)和電阻材料，也可能安排一種不需要用于前述電阻層105的保護(hù)薄膜103的結(jié)構(gòu)。在附圖28B中給出了這種結(jié)構(gòu)的實(shí)例。銥-鉭-鋁的合金等能夠用作不需要保護(hù)薄膜103的電阻層105的材料。如上所述，在電極104之間僅安置電阻層105(放熱部分)以形成早先所描述的每個實(shí)施方案中的發(fā)熱元件4結(jié)構(gòu)是可能的。在此，也可安置具有用作保護(hù)電阻層105的包含保護(hù)薄膜103的結(jié)構(gòu)。
對于每個實(shí)施方案來說，排列出由依照電訊號產(chǎn)生熱量的電阻層105形成的放熱部分作為發(fā)熱元件4的結(jié)構(gòu)，但是發(fā)熱元件并不是必須如此限定?？梢圆捎萌我獾陌l(fā)熱元件，只要它能夠在發(fā)泡液體中充分地產(chǎn)生氣泡，以排出排放液體。例如，這種元件可以為當(dāng)接受激光或者其它光時產(chǎn)生熱量的光-熱轉(zhuǎn)換元件，或者在接受高頻時能夠產(chǎn)生熱量的具有放熱部分的元件。
在這個方面，除了構(gòu)成放熱部分的電阻層105和通過線路電極104形成的可給電阻層105提供電訊號的每個發(fā)熱元件4之外，在前述部件基材1上，功能器件例如晶體管、二極管、鎖存器、移位寄存器等可以通過應(yīng)用半導(dǎo)體加工工藝合為整體，其中選擇性需要該功能器件來驅(qū)動發(fā)熱元件10(電熱轉(zhuǎn)換裝置)。
為了通過驅(qū)動安裝在上述部件基板1上的每個發(fā)熱元件4的放熱部分來排放液體，如附圖29中所示的這種矩形脈沖也可以通過線路電板104施加到電阻層105上，使得能夠突加熱位于在線路電極4之間的電阻層105。對于先前所述實(shí)施方案中的每個排放頭來說，通過施加6kHz的電訊號來驅(qū)動發(fā)熱元件，每個電訊號具有24V的電壓，7微秒的脈沖寬度，150mA的電流。通過上述操作，液體油墨從每個排放端口7排出。然而，驅(qū)動訊號的條件并不必須如此限定，只要通過該實(shí)施能夠適當(dāng)?shù)厥拱l(fā)泡液體產(chǎn)生氣泡，可以采用任意的驅(qū)動訊號。(排放液體)在先前所描述的這種液體中，應(yīng)用具有與常見氣泡噴射裝置所用相同的組合物的油墨作為可用作記錄的液體(記錄液體)是可能的。
然而，作為排放液體的特征，可取的是應(yīng)用不會阻礙本身的排放、發(fā)泡或者可移動元件的操作的液體。
作為用于記錄的排放液體，也可以應(yīng)用高粘性油墨等。
此外，對于表發(fā)明來說，下面組合物的油墨可以用作作為排放液體采用的記錄液體。然而，隨著依次加速油墨排放速度而增強(qiáng)的排放力，提高了液滴的移動精度，以獲得品質(zhì)非常優(yōu)良的記錄圖像。表2(C.I.食用黑色2)染料 3wt％二甘醇 10wt％染料油墨硫二甘醇 5wt％粘度2cP 乙醇 3wt％水 77wt％(液體排放裝置)附圖30是表示其上能夠安裝應(yīng)用上述每個實(shí)施方案所描述的液體排放頭的液體排放裝置的一個實(shí)例的略圖。安裝在附圖30中所示噴墨記錄裝置600上的排放頭盒601具有如上所述的液體排放頭結(jié)構(gòu)和含有將被供應(yīng)到液體排放頭的液體的液體容器。如附圖30所示，排放頭盒601安裝在支架607上，該支架與導(dǎo)螺桿605的螺旋槽606相咬合，導(dǎo)螺桿是通過與正常和反向旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電動機(jī)602相嚙合的驅(qū)動功率傳遞齒輪603和604來旋轉(zhuǎn)的。在箭頭a和b所示的方向上，由于驅(qū)動電動機(jī)602的驅(qū)動力，導(dǎo)致排放頭盒601與支架607一起沿著導(dǎo)桿608往返運(yùn)動。噴墨記錄裝置600具有記錄介質(zhì)傳送工具(未示)，來傳送作為接受從排放頭盒601中排放的液體例如油墨的記錄介質(zhì)的打印板P。然后，安置片狀壓板610來將打印片材P壓到在支架607的移動方向上的壓紙卷筒609上，其中該片狀壓板用于通過傳送記錄介質(zhì)將打印片材P傳送到壓紙卷筒609上。
在導(dǎo)螺桿605的一端附近安裝有光電耦合器611和612。光電耦合器611和612是通過識別在光電耦合器611和612工作區(qū)域內(nèi)的支架607的導(dǎo)桿607a的存在，來檢測切換驅(qū)動電動機(jī)602轉(zhuǎn)動方向起始位置的工具。在壓紙卷筒609一端的附近，有一個支撐元件613來支撐覆蓋具有排放頭盒601排放端口的前端的蓋形元件614。還有吸墨裝置615，當(dāng)從排放頭盒601中進(jìn)行空轉(zhuǎn)排放等時，該裝置吸入保留在蓋形元件614內(nèi)部的油墨。用吸墨裝置615，經(jīng)過蓋形元件614的開口部分完成排放頭盒601的吸入恢復(fù)。
噴墨記錄裝置600具有主體支撐元件619。對于這個主體支撐元件619來說，可移動元件618在前進(jìn)和后退方向上可以移動的支撐，即在與支架607移動方向成直角的方向上。在可移動元件618上，安裝了清潔刀片617。對于這種排列來說清潔刀片617的模式并沒有必要進(jìn)行限定。任何公知的其他模式的清潔刀片都可以應(yīng)用。此外，當(dāng)吸墨裝置615進(jìn)行吸入恢復(fù)時，提供了引發(fā)吸入的導(dǎo)桿620。該導(dǎo)桿隨著與支架607咬合的凸輪621的移動而移動。它的移動是由公知的傳動手段來控制的，例如轉(zhuǎn)換驅(qū)動電動機(jī)602的驅(qū)動力的離合器。除了上面描述的每個裝置的驅(qū)動控制外，在記錄裝置主體側(cè)面上裝有噴墨記錄控制器，在附圖31中沒有表示出來，它處理向排放頭盒601的發(fā)熱元件施加訊號。
對于如上所述結(jié)構(gòu)的噴墨記錄裝置600來說，前述記錄介質(zhì)傳送裝置將打印片材P傳送到壓紙卷筒609上，并且排放頭盒601在打印片材P的整個寬度上往返運(yùn)動。在這種往返運(yùn)動中，當(dāng)驅(qū)動訊號從驅(qū)動訊號施加裝置(未示出)施加到排放頭盒601時，根據(jù)驅(qū)動訊號從液體排放頭單元排放油墨(記錄液體)到記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄。
附圖31是表示應(yīng)用本發(fā)明液體排放裝置來實(shí)施噴墨記錄的記錄裝置主體的方塊圖。
記錄裝置從主機(jī)300接受打印信息作為控制訊號。打印信息臨時存儲在打印機(jī)內(nèi)部的輸入接口301處，同時，轉(zhuǎn)換成記錄裝置可處理的數(shù)據(jù)，由此將其輸入CPU(中央處理器)302，它還起到了排放頭驅(qū)動訊號供應(yīng)裝置的作用。根據(jù)存儲在ROM(只讀存儲器)303中的控制程序，利用RAM(隨機(jī)存儲器)304和其他外部設(shè)備，用CPU302處理由CPU302接受的數(shù)據(jù)，并且將它們轉(zhuǎn)換成能夠打印的數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))。
為了在記錄片材上適當(dāng)位置記錄圖像數(shù)據(jù)，CPU302還與圖像數(shù)據(jù)同步產(chǎn)生了驅(qū)動數(shù)據(jù)，其中該數(shù)據(jù)是用于驅(qū)動傳送記錄片材的驅(qū)動電動機(jī)602和與安裝在其上的排放頭盒601一起移動的支架607的。通過排放頭驅(qū)動器307和電動機(jī)驅(qū)動器305將圖像數(shù)據(jù)和電動機(jī)驅(qū)動數(shù)據(jù)分別傳送到排放頭601和驅(qū)動電動機(jī)602中。它們在用于成像的受控時間內(nèi)分開驅(qū)動。
對于用于記錄裝置的那種其上粘附液體例如油墨的記錄介質(zhì)150來說，作為實(shí)物介質(zhì)，可以應(yīng)用不同種類的紙和OHP片材；用于光盤、裝飾板等的塑料材料；織物；金屬材料，例如鋁、銅；皮革材料，例如牛皮、豬皮和人造革；木制材料，例如木制品、膠合板；竹類材料；陶瓷材料例如瓷磚；和三維結(jié)構(gòu)例如海綿，等等等等。
作為記錄裝置，還包括下面內(nèi)容用于在多種紙、OHP片材等上記錄的打印設(shè)備；用于在光盤上記錄的塑料材料和其他塑料材料上記錄的記錄裝置；用于在金屬板上記錄的金屬材料的記錄裝置；用于在皮革上記錄的皮革材料的記錄裝置；用于在木制品上記錄的木制材料的記錄裝置；用于在陶瓷材料上記錄的陶瓷的記錄裝置；和用于在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上記錄的記錄裝置，例如在織物上記錄的海綿，或者織物品印刷裝置。
作為可用于這些液體排放設(shè)備每一個中的排放液體，只要這種液體能夠與各自的記錄介質(zhì)和相應(yīng)的記錄條件相匹配使用就是足夠好的。
權(quán)利要求
1．一種制造液體排放頭的方法，其中該排放頭具有多個排放液體的排放端口；多個液體流路，其中每個流路的一端與每個所述的排放端口相連，并具有在液體中產(chǎn)生氣泡的氣泡發(fā)生區(qū)域；以使產(chǎn)生的能量用于生成氣泡增長的氣泡發(fā)生裝置；多個液體供應(yīng)端口，將每個端口安裝成每個所述液體流路與公共液體供應(yīng)室相連；和可移動元件，其中每個元件具有固定部分和可移動部分，由在所述液體流路側(cè)的液體供應(yīng)端口的縫隙支撐，該方法包括下面步驟在具有所述氣泡生成裝置的部件基材上形成第一縫隙形成元件；在所述第一縫隙形成元件上形成可移動元件和在所述部件基材上形成固定元件；形成第二縫隙形成元件，以在所述液體流路側(cè)壁和在所述可移動元件可移動部分的上表面和側(cè)面上的所述液體供應(yīng)端口之間形成縫隙；除去所述第一縫隙形成元件，同時在與所述可移動元件緊密接觸的狀態(tài)下完整保留所述第二縫隙形成元件；至少在所述第二縫隙形成元件和所述可移動元件的周緣上形成壁材料；將所述壁材料形成圖案以同時形成所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口；和除去所述第二縫隙形成元件。
2．一種如權(quán)利要求1所述的制造液體排放頭的方法，進(jìn)一步包括下面的步驟結(jié)合所述具有氣泡生成裝置的部件基材、所述可移動元件、所述液體流路壁、所述液體供應(yīng)端口、和具有所述公共液體供應(yīng)室的上限板。
3．一種如權(quán)利要求1所述的制造液體排放頭的方法，其中所述形成第二縫隙形成元件的步驟包括下面的步驟形成第二縫隙形成層，以形成第二縫隙形成元件來覆蓋所述可移動元件；在所述第二縫隙形成層上形成屏蔽層以形成第二縫隙形成元件；應(yīng)用所述屏蔽層，通過干蝕刻法來蝕刻所述第二縫隙形成層；和在所述干蝕刻處理之后，通過用濕蝕刻法蝕刻所述第二縫隙形成層來形成所述第二縫隙形成元件。
4．一種如權(quán)利要求3所述的制造液體排放頭的方法，其中所述除去所述第一縫隙形成元件的步驟，是用濕蝕刻法一起除去所述第一縫隙形成元件和用以形成所述第二縫隙形成元件的屏蔽層的步驟。
5．一種如權(quán)利要求2所述的制造液體排放頭的方法，其中所述形成所述屏蔽層的步驟，是用與所述第一縫隙形成元件所用的薄膜完全相同的材料來形成屏蔽層的步驟。
6．一種如權(quán)利要求5所述的制造液體排放頭的方法，其中所述除去所述第一縫隙形成元件的步驟，是一起除去所述第一縫隙形成元件和用于用濕蝕刻法來形成所述縫隙形成元件的屏蔽層的步驟。
7．一種如權(quán)利要求1所述的制造液體排放頭的方法，其中所述第一縫隙形成元件的材料為鋁、Al/Cu,Al/Si，或者其他鋁合金，所述第二縫隙形成元件的材料為TiW,W/Si,W，或者其他的鎢合金。
8．一種如權(quán)利要求1所述的制造液體排放頭的方法，其中所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口是在將壁材料形成圖案的步驟中，應(yīng)用陰性抗蝕劑通過光刻法形成的。
9．一種如權(quán)利要求8所述的制造液體排放頭的方法，其中所述在將壁材料形成圖案的步驟中，用于所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口曝光步驟中的屏蔽圖案，具有比所述在可移動元件上第二縫隙形成元件投射區(qū)寬的非感光部分投射區(qū)。
10．一種制造液體排放頭的方法，其中該排放頭具有多個排放液體的排放端口；多個液體流路，其中每個流路的一端與每個所述的排放端口相連，并具有在液體中產(chǎn)生氣泡的氣泡發(fā)生區(qū)域；以使產(chǎn)生的能量用于生成氣泡增長的氣泡發(fā)生裝置；多個液體供應(yīng)端口，每個端口均安裝成每個所述液體流路與公共液體供應(yīng)室相連；和可移動元件，其中每個元件具有固定部分和可移動部分，由在所述液體流路側(cè)的液體供應(yīng)端口的縫隙支撐，該方法包括下面步驟在具有所述氣泡生成裝置的部件基材上形成第一縫隙形成層，以形成第一縫隙形成元件，并且形成圖案；在所述基材上沒有被所述第一縫隙形成元件占據(jù)的部分，形成與所述第一縫隙形成元件同樣高度的所述可移動元件的固定部分；在所述第一縫隙形成元件上形成可移動元件并形成所述固定元件；形成第二縫隙形成元件，以在所述液體流路側(cè)壁和在所述可移動元件可移動部分的上表面和側(cè)面上的所述液體供應(yīng)端口之間形成縫隙；除去所述第一縫隙形成元件，在與所述可移動元件緊密接觸的狀態(tài)下完整保留所述第二縫隙形成元件；至少在所述第二縫隙形成元件和所述可移動元件的周緣上形成壁材料；將所述壁材料形成圖案以同時形成所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口；和除去所述第二縫隙形成元件。
11．一種如權(quán)利要求10所述的制造液體排放頭的方法，進(jìn)一步包括如下步驟結(jié)合所述具有氣泡生成裝置的部件基材、所述可移動元件、所述液體流路壁、所述液體供應(yīng)端口、和具有所述公共液體供應(yīng)室的上限板。
12．一種如權(quán)利要求10所述的制造液體排放頭的方法，其中所述形成所述第二縫隙形成元件的步驟包括下面的步驟形成第二縫隙形成層，以形成第二縫隙形成元件來覆蓋所述可移動元件；在所述第二縫隙形成層上形成屏蔽層以形成第二縫隙形成元件；應(yīng)用所述屏蔽層，通過干蝕刻法來蝕刻所述第二縫隙形成層；和在所述干蝕刻處理之后，通過用濕蝕刻法蝕刻所述第二縫隙形成層來形成所述第二縫隙形成元件。
13．一種如權(quán)利要求12所述的制造液體排放頭的方法，其中所述除去所述第一縫隙形成元件的步驟，是用濕蝕刻法一起除去所述第一縫隙形成元件和用以形成所述第二縫隙形成元件屏蔽層的步驟。
14．一種如權(quán)利要求12所述的制造液體排放頭的方法，其中所述形成所述屏蔽層的步驟，是用與所述第一縫隙形成元件所用的薄膜完全相同的材料來形成屏蔽層的步驟。
15．一種如權(quán)利要求14所述的制造液體排放頭的方法，其中所述除去所述第一縫隙形成元件的步驟，是一起除去所述第一縫隙形成元件和用于用濕蝕刻法屏蔽層形成所述縫隙形成元件的步驟。
16．一種如權(quán)利要求10所述的制造液體排放頭的方法，其中所述第一縫隙形成元件的材料為鋁、Al/Cu,Al/Si，或者其他鋁合金，所述第二縫隙形成元件的材料為TiW,W/Si,W，或者其他的鎢合金。
17．一種如權(quán)利要求10所述的制造液體排放頭的方法，其中所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口是將壁材料形成圖案的步驟中，應(yīng)用陰性抗蝕劑通過光刻法形成的。
18．一種如權(quán)利要求17所述的制造液體排放頭的方法，其中所述在壁材料形成圖案的步驟中，用于所述液體流路壁和所述液體供應(yīng)端口曝光步驟中的屏蔽圖案，具有比所述在可移動元件上第二縫隙形成元件投射區(qū)寬的非感光部分投射區(qū)。
全文摘要
部件基材上具有第一縫隙形成元件和固定部分，在第一縫隙形成元件和固定元件上形成可移動元件和第二縫隙形成元件。除去第一縫隙形成元件，在圖案屏蔽下涂布并曝光壁材料。在壁材料上形成圖案以一起形成液體流路壁和液體供應(yīng)端口，除去第二縫隙形成元件，由此更容易地形成側(cè)面阻擋物和在可移動元件和側(cè)面阻擋物之間較高精度的微小縫隙，其中在控制可移動元件的移動以靠近液體排放端口的狀態(tài)下，阻擋物穩(wěn)定地支撐可移動元件。
文檔編號B41J2/16GK1316333SQ011190
公開日2001年10月10日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者久保田雅彥, 竹之內(nèi)雅典, 工藤清光, 井上良二 申請人:佳能株式會社