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、布匹、皮革、金屬、塑料、玻璃、木材、陶瓷和其他的介質(zhì)上記錄的打印機中，還可以應(yīng)用于復(fù)印機、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，本發(fā)明可以應(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。
從這方面而言，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。
背景技術(shù)：
對于記錄裝置例如打印機來說，傳統(tǒng)所知的是噴墨記錄方法，即所謂的氣泡噴射記錄方法，其中圖像通過吸附從排放端口排放出來的油墨而形成在記錄介質(zhì)上，油墨是基于通過對在流路中的液態(tài)油墨施加熱能以及諸如此類來產(chǎn)生氣泡而導(dǎo)致的突然的體積變化的作用來排放。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；與排放端口相連的液體流路；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。
按照此類記錄裝置和記錄方法，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，這種記錄裝置的排放頭使得安裝用于以高密度排放油墨的排放端口成為可能，這樣具有很多優(yōu)點，比如說有利于通過應(yīng)用更小的裝置獲得高分辨率圖形或者彩色記錄圖像。因此，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、復(fù)印機、和傳真設(shè)備，此外還應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，例如織物印刷設(shè)備。
隨著在許多領(lǐng)域的產(chǎn)品中氣泡噴射技術(shù)的更廣泛應(yīng)用，近年來已經(jīng)逐漸地產(chǎn)生出如下所述的各種需求。
為了獲得較高質(zhì)量的圖像，曾提出一種此類的液體排放法，通過控制驅(qū)動條件在穩(wěn)定產(chǎn)生氣泡的基礎(chǔ)上來獲得在高油墨排放速度下良好的油墨排放，或者是這樣一種液體排放頭，其流路的結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進既可在高速下實施記錄，而且在排放完液體后可實現(xiàn)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(朝向排放端口相反一側(cè)的壓力)，它引起了在排放時能量的損耗，并且安裝了防止產(chǎn)生反波的排放頭。根據(jù)這項公開申請的說明書中所公開的發(fā)明，能夠短暫并輕微地抑制這種反波。然而，由于根本沒有考慮到有關(guān)氣泡生成和三角區(qū)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，在這項公開申請的說明書所公開的發(fā)明中，在每個凹進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的周緣開始的氣泡增長，氣泡逐漸形成于與三角部分的板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，好像沒有板狀元件的存在一樣。那么，對于已經(jīng)增長的氣泡來說，板狀元件的存在根本沒有相應(yīng)的效果。相反，對于由氣泡包圍的板狀元件的整體來說，對安裝于凹進去部分底部的發(fā)熱元件的再注滿造成了在液流中的干擾，這導(dǎo)致微泡被擋在凹進去的部分中，從而引起了基于氣泡增長的排放原理本身實行的混亂無序。
同時，如歐洲(EP)申請公開436,047的說明書所披露的那樣，曾建議采用在排放端口附近和氣泡產(chǎn)生部分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)明要求將三個室分別分成兩個，當在排放時油墨產(chǎn)生液滴的時候，產(chǎn)生油墨帶出的“巨尾”。再者，“衛(wèi)星點”的數(shù)目變得比那些由普通方法實施排放形成的“衛(wèi)星點”數(shù)目大得多，而普通排放方法是氣泡按照生長、萎縮、消失的順序進行(大概這是因為緊隨著氣泡的消失，凹液面縮回效果不能被利用的原因)。在再注滿的時候，液體被供應(yīng)到氣泡產(chǎn)生部分，同時氣泡消失。然而，由于直到下一次產(chǎn)生氣泡，液體才能夠被供應(yīng)到排放端口的附近，所以不但排放的液滴大不相同，而且排放的響應(yīng)頻率也變得非常小。因此，這項發(fā)明還仍然沒有達到實際應(yīng)用的水平。
就此方面而言，不像上述常規(guī)技術(shù)那樣，本申請人已經(jīng)提出應(yīng)用能夠有助于液滴排放的可移動元件(形成懸臂式樣的板狀元件或諸如此類，它具有在排放端口面上的支點處的自由端)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，其中通過控制可移動元件移動上限來防止可移動元件行為即使是輕微的失調(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，其中通過將公共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)，由此對可移動元件的有益利用來增強再注滿能力。對于這些發(fā)明，有一種適當模式作為前提條件，就是增長的氣泡被可移動元件暫時包圍，然后，它立即從這個階段突然釋放到排放端口側(cè)。結(jié)果是既沒有注意到從整體上看每個獨立的氣泡與液滴自身形成的關(guān)系，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發(fā)明，其中從可移動元件釋放部分氣泡產(chǎn)生區(qū)域，注意到了壓力波(聲波)傳播而造成的氣泡增長，而這種氣泡增長是與液體排放相關(guān)的要素。然而，在這個發(fā)明中，也沒有注意到從整體上看每個獨立的氣泡與液滴自身形成的關(guān)系，也沒有注意到它們之間的相互關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
通常，雖然已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端口的類型)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。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行了認真的研究，并且進一步關(guān)注可移動元件的移動和產(chǎn)生的氣泡。因此本發(fā)明人獲得了以下的有效了解。
換句話說，考慮到流路側(cè)壁的模式，通過利用流路側(cè)壁和氣泡增長來控制可移動元件的移動，而且，為了控制可移動元件，同時為了控制氣泡的增長設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)。更具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了通過為可移動元件的流路側(cè)壁提供阻擋物，能夠控制增長氣泡的模式，同時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，在流路中被移動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，在設(shè)置可移動元件時，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，會遇到氣泡進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，氣泡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，考慮到通過為可移動元件側(cè)面的流路側(cè)壁提供阻擋物的功能，能夠很好地滿足前述不一致的要求。換句話說，甚至對于把間隙造大(例如5μm到8μm)而吸收當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，氣泡的通道開始被限制。通過這種方式，氣泡的通道在此區(qū)域和周邊的一部分被完全堵住，在那里可移動元件和側(cè)壁的阻擋物彼此接觸。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。
在上述這種認識的基礎(chǔ)上，提供了側(cè)壁阻擋物。在這種情況下，隨著氣泡產(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)增加。這種類型的氣泡增長不是可能降低排放效率的要素，因此它可以忽略不計。然而，本發(fā)明人已經(jīng)對可移動元件移動的合理應(yīng)用進行了進一步的研究。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一個部分以接收遠離氣泡產(chǎn)生表面的壓力波，使得合理的應(yīng)用氣泡增長用于可移動元件的移動成為可能。還發(fā)現(xiàn)當從固定端延伸到自由端的可移動元件移動時，在自由端和固定端之間產(chǎn)生它的實際支點。進一步研究的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，通過控制實質(zhì)上是由可移動元件運動產(chǎn)生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更高精度下更容易在可移動元件和側(cè)壁阻擋物之間形成微小縫隙的液體排放頭的方法。
本發(fā)明涉及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，每個端口被設(shè)置成使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，其中每個可移動元件具有固定部分和可移動部分，與所述液體供應(yīng)端口之間具有縫隙并支撐在所述液體流路側(cè)，所述可移動元件的可移動部分在所述氣泡發(fā)生裝置產(chǎn)生氣泡時變化，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，形成用于在所述部件基材和可移動元件之間形成一間隔的第一縫隙形成元件；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；在所述液體流路的側(cè)壁和所述可移動元件的可移動部分的側(cè)面之間、以及在所述液體供應(yīng)端口和所述可移動元件的可移動部分的上表面之間形成用于形成縫隙的第二縫隙形成元件；除去所述第一縫隙形成元件，在所述部件基材和可移動元件之間形成間隔，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上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，在所述可移動元件與上述液體流路的側(cè)壁以及液體供應(yīng)端口之間形成一縫隙。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、可移動元件、液體流路壁與液體供應(yīng)端口的部件基材，與裝備有公共液體供應(yīng)室的上限板相結(jié)合的步驟。
本發(fā)明的另外一個特征還在于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，每個端口均安裝成使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，其中每個可移動元件具有固定部分和可移動部分，與所述液體供應(yīng)端口之間具有縫隙并支撐在所述液體流路側(cè)，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；在所述部件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和固定部分上形成所述可移動元件；在所述液體流路的側(cè)壁和所述可移動元件的可移動部分的側(cè)面之間、以及在所述液體供應(yīng)端口和所述可移動元件的可移動部分的上表面之間形成用于形成縫隙的第二縫隙形成元件；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上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。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、可移動元件、液體流路壁與液體供應(yīng)端口的部件基材，與裝備有公共液體供應(yīng)室的上限板相結(jié)合的步驟。
對于形成第二縫隙形成元件的步驟，更可取的是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掩模層，以形成第二縫隙形成元件；利用掩模層用干蝕法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。通過在兩個階段中分開實施干蝕法和濕蝕法，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，對于除去第一縫隙形成元件的步驟來說，更可取的是在這一步驟用濕蝕法完全除去第一縫隙形成元件并且除去形成第二縫隙形成元件的掩模層。同時，對于形成掩模層的步驟來說，更可取的是在這一步驟用與用于第一縫隙形成元件的薄膜完全相同的材料來形成掩模層。這樣，就使減少生產(chǎn)步驟和低成本制造液體排放頭成為可能。
第一縫隙形成元件較適宜的材料是鋁、Al/Cu，Al/Si，或者其他鋁合金，第二縫隙形成元件較適宜的材料是TiW，W/Si，W，或者其他鎢合金。鎢合金具有光掩模性能，能夠在曝光時起掩模層的作用，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，因為能夠通過應(yīng)用指定的蝕刻溶液(過氧化氫)來除去犧牲層。
對于壁材料形成圖案的步驟來說，更可取的是使用負性抗蝕劑通過光刻法以形成液體流路壁和液體供應(yīng)端口。此外，對于壁材料形成圖案的步驟來說，更可取的是在曝光步驟中用于液體流路壁和液體供應(yīng)端口的掩模圖案應(yīng)具有比在可移動元件上的第二縫隙形成元件的投影區(qū)域更寬的非光敏部分投影區(qū)域。
用如此設(shè)計的方法，更加容易形成穩(wěn)定支撐可移動元件的側(cè)面阻擋物，以控制可移動元件的移動來關(guān)閉液體供應(yīng)端口，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形成的較早階段，氣泡幾乎各向同性增長，此期間根據(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，這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)使得液體流路的內(nèi)部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)面或者共用的液體供應(yīng)室側(cè)面上。大部分壓力波被導(dǎo)向到排放端口側(cè)面上，由此明顯增強排放動力。即使當使用高粘記錄液在諸如記錄紙張等上高速定影，或者用于消除在黑色和彩色之間的邊界上的彌散時，用明顯增強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，并且在剛開始使用的時候在一些情況下油墨不能正常排放。然而，即使在這種情況下，本發(fā)明使得從初次使用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，也就可能減小用于產(chǎn)生氣泡的發(fā)熱元件的尺寸，相應(yīng)也就減少用于排放而輸入的能量。
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)端口和共用的液體供應(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，在排放端口處的凹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充(再注滿)，由此當進行高精度油墨排放(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)果是氣泡消失點位于離開氣泡生成區(qū)域的中間部分的排放端口側(cè)面上。然后，能夠減小其消退的動力，同時保持產(chǎn)生氣泡的動力。由于在氣泡產(chǎn)生區(qū)域氣泡消退產(chǎn)生的動力，這對于發(fā)熱元件的機械和自然斷裂壽命的提高非常有利。


附圖1是本發(fā)明第一實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與附圖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開部件基材，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)明第四實施例中液體排放頭的示意圖。
附圖26是闡述可應(yīng)用本發(fā)明液體排放法的側(cè)噴頭實例的示意圖。
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表示具有保護薄膜的排放頭，附圖28B表示不具有任何保護薄膜的排放頭。
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)備的結(jié)構(gòu)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行記錄的整個設(shè)備的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
(第一實施例)附圖1是本發(fā)明第一實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，附圖3在Y1點處從排放端口的中心轉(zhuǎn)換到上限板2的側(cè)面。
對于具有多個流路模式的液體排放頭—如附圖1到附圖3中所示共用的液體室，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，例如每個液體流路3都裝有用于在液體中產(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，在這里當迅速加熱發(fā)熱元件4時在排放液體中產(chǎn)生氣泡。
對于多個液體流路3中的每一個來說，都安裝了為形成供應(yīng)單元形成元件5A的液體供應(yīng)端口5，于是公共液體室6用來與液體供應(yīng)端口5中的每一個相連。換句話說，從單個公共液體供應(yīng)室6分支形成液體流路3中的許多個流路，并且以與每個液體流路3相連的排放端口7排放出來液體相等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，可移動元件8平行于液體供應(yīng)端口5的開口區(qū)域S，其間具有微小縫隙□(例如10μm或更小)。這里，至少被可移動元件8的自由端和從自由端延伸的兩個側(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□安置到可移動元件8上。縫隙□可根據(jù)流路的寬窄而不同，但是對于可移動元件8來說如果縫隙□很大的話較容易堵住開口區(qū)域S。本實施例中縫隙□為3μm，縫隙□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。，可移動元件8的參照符號8A所指定的部分控制著液體供應(yīng)端口5的開口區(qū)域S的上流側(cè)的末端部分，其中液體供應(yīng)端口5在延伸部分的自由端側(cè)面上的末端部分的延長線上，該延伸部分在許多可移動元件與許多液體流路相交的方向上延伸(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本身的厚度相同。如此布置，可移動元件8能夠在液體流路3中進行沒有摩擦阻力的運動，其到開口區(qū)域S側(cè)面的移動通過開口區(qū)域S的周緣來控制。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)部跑到公共液體供應(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)換到可能實現(xiàn)再注滿的狀態(tài)。對于本實施例，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。于是，可移動元件8的末端部分8B成為定位于部件基材1的發(fā)熱元件4的側(cè)面上的自由端，另外一個端面由固定元件9來支撐。這個固定元件9也設(shè)置為閉合在排放端口7的對面上液體流路3的末端部分。
在這個方面而言，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)”來提供線性的流路結(jié)構(gòu)。更合適的是保持在氣泡產(chǎn)生的時候生成的壓力波的傳播方向以及由其導(dǎo)致的液體的流動方向均與排放方向線性一致，由此形成理想的狀態(tài)，即排放狀態(tài)(例如被排放的液滴的排放方向和排放速度)非常穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明，只要安排該結(jié)構(gòu)使得把排放端口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)上氣泡有影響力的發(fā)熱元件排放端口一側(cè)(下游側(cè))，應(yīng)該有利于獲得或者接近獲得上述這種理想條件。這是一種可以從排放的外面，尤其是從發(fā)熱元件的下游側(cè)觀測到的狀態(tài)，只要使液體不在流路中運動的話(見附圖4)。
現(xiàn)在，對本實施例液體排放頭的排放操作進行詳盡描述。附圖5A到附圖7B是用來對如附圖1到附圖3中所示結(jié)構(gòu)的液體排放頭排放操作進行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施加到發(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與液體供應(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，即除了排放端口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展到排放端口7一側(cè)，但是很少擴展到液體供應(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情況正表明了在氣泡生成區(qū)域11的液體供應(yīng)端口5一側(cè)氣泡增長最大的情況。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行詳盡的描述。如附圖8A中所示，當加熱發(fā)熱元件時，最初的冒泡發(fā)生在發(fā)熱元件上。然后，在這之后如附圖8B所示，以薄膜狀包圍發(fā)熱元件的氣泡變?yōu)槟蠲芭?，并且如附圖8B和8C中所示處于膜狀冒泡狀態(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“跑壘”狀態(tài))。然而現(xiàn)在當如附圖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候，不再存在到上游側(cè)的液體移動。結(jié)果是在“跑壘”狀態(tài)下的部分氣泡幾乎不在上游側(cè)(液體供應(yīng)端口一側(cè))處增長，其余的部分氣泡在下游側(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，當加熱發(fā)熱元件時，將在發(fā)熱元件4上的沒有氣泡增長的區(qū)域定義為區(qū)域B，將在排放端口7一側(cè)氣泡增長的區(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)樽畲螅⒃摎馀蒹w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，公共液體供應(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。在從排放端口7排放的途中的排放液滴22還仍然以拖著長尾巴的狀態(tài)與彎液面M相連接。
附圖7B表示氣泡21增長停止、僅消退仍在繼續(xù)，同時排放液滴22和彎液面M處于斷開的階段。當在區(qū)域A中氣泡增長一變?yōu)闅馀菹酥?，根?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)生的強力迅速斷開。換句話說，隨著氣泡的收縮，液體變成一股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的湍流。然后，這股拽著彎液面M迅速進入液體流路3的湍流突然減緩，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，來回擺動的彎液面M的復(fù)位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)的最大移動量定義為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?？梢苿釉?的彈性使得它能夠向上移動到這個狀態(tài)(在附圖7B中實心箭頭所指的方向)。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與在附圖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，區(qū)域A和B中氣泡體積同步增長。所以將曲線A和B重疊放置。換句話說，氣泡各向同性(“跑壘”)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，但是氣泡體積減小的時段發(fā)生在區(qū)域B中(在部分增長區(qū)的收縮時段)。
然后，在上述氣泡增長方式的基礎(chǔ)上，可移動元件如下面所給出的方式那樣表現(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)域中的收縮時段開始，經(jīng)過一定的時間，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，并且可移動元件在分離位置處于平衡狀態(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)的最大體積為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(區(qū)域B中的氣泡)的最大體積為Vr。此外，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(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，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，為了確立上述這種關(guān)系，將氣泡開始消退的點定位于從排放端口7一側(cè)中心部分開始的氣泡發(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，大于在氣泡開始產(chǎn)生時可移動元件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往發(fā)熱元件背面方向(在朝著排放端口方向相反的方向上)增長，同時促進氣泡向發(fā)熱元件的前面增長(朝著排放端口的方向)。這樣，將由發(fā)熱元件生成的起泡能量轉(zhuǎn)化為液滴的動能，以使得液體從排放端口快速流出，由此增強這種轉(zhuǎn)化的效率。
已經(jīng)對本實施例排放頭結(jié)構(gòu)以及液體排放操作進行了描述。在此，根據(jù)本實施例，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)地降低了從開口表面的彎液面的凸出量。結(jié)果是抑制了彎液面的振動，從而穩(wěn)定了所有從低頻率到高頻率的驅(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。因為部件基材1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，以下描述應(yīng)用半導(dǎo)體晶片加工技術(shù)形成的部件基材1的結(jié)構(gòu)。
附圖10是表示用于上述各種實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，和也作為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的表面上形成耐蝕層204，在耐蝕層204的表面上形成布線205。可以使用Al或者Al合金布線如Al-Si、Al-Cu等作為布線205。在布線205、耐蝕層204和中間層203的表面上，形成由SiO2或者Si3N4形成的保護層206。為了防止在耐蝕層204發(fā)熱后對保護薄膜206的化學(xué)和物理沖擊，與耐蝕層204相對應(yīng)的是，保護層206和其周緣的表面部分形成防氣窩薄膜207。其上沒有形成布線的耐蝕層204的表面區(qū)域為熱激活單元208，該單元是激活耐蝕層204熱量的部分。
通過半導(dǎo)體制造工藝，部件基材1上的薄膜一個接一個地形成在硅基片201的表面上，并且硅基片201具有熱激活部分208。
附圖11是表示通過垂直切開如附圖10中所示在部件基材1上主要器件獲得的部件基材1的截面圖。
如附圖11所示，N型阱區(qū)422和P型阱區(qū)423位于是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，通過受主雜質(zhì)植入和擴散的實施如離子植入，將P-MOS 420提供給N型阱區(qū)422，N-MOS 421提供給P型阱區(qū)423。P-MOS 420包括源區(qū)425和漏區(qū)426(它們是通過植入N型或者P型受主雜質(zhì)而形成在N型阱區(qū)422的表面層上)，以及通過形成有厚度為幾百的柵極絕緣薄膜428而沉積在除了源區(qū)425和漏區(qū)426之外的N型阱區(qū)422表面上的柵極布線435，以及其它部分。N-MOS 421也包括源區(qū)425和漏區(qū)426(它們是通過植入N型或者P型受主雜質(zhì)而形成在P型阱區(qū)423的表面層上)，以及通過形成有厚度為幾百的柵極絕緣薄膜428而沉積在除了源區(qū)425和漏區(qū)426之外的P型阱區(qū)423表面上的柵極布線435，以及其它部分。柵極布線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，用如此形成的P-MOS 420和N-MOS 421來構(gòu)成C-MOS。
與N-MOS 421的不同的P型阱區(qū)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也包括源區(qū)432和漏區(qū)431(它們是通過受主雜質(zhì)植入和擴散方法等而設(shè)置在P型阱區(qū)423的表面層上)，以及通過柵極絕緣薄膜428而沉積在除了源區(qū)432和漏區(qū)431之外的P型阱區(qū)423表面上的柵極布線433，以及其它部分。
根據(jù)本實施方案，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結(jié)構(gòu)。
在每個元件之間，例如在P-MOS 420和N-MOS 421之間，N-MOS421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。當從硅基材201表面?zhèn)扔^察時，相應(yīng)于熱激活部分208，氧化薄膜分離區(qū)域424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的中間層絕緣薄膜436(PSG薄膜、BPSG薄膜等)。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布置布線，它通過中間層絕緣薄膜436和柵極絕緣薄膜428上的通孔成為第一布線層。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。在與熱激活部分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的耐蝕層204。通過形成在中間層絕緣薄膜438上的通孔，在漏區(qū)431附近Al電極437與耐蝕層204接電。在耐蝕層204的表面上形成Al布線205，成為用于每個電熱轉(zhuǎn)換裝置的第二布線。
用Si3N4薄膜通過等離子體CVD法在布線205、耐蝕層204和中間層絕緣薄膜438表面上形成厚度為10000的保護薄膜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的加工步驟進行描述。現(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上的液體流路3成平行方向的液體流路3中心處截開的截面圖。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(第一縫隙形成層)。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，其中發(fā)熱元件4和可移動元件8安置在部件基材1的表面上。
Al圖案25起到當通過干蝕刻形成閥門結(jié)構(gòu)時的蝕刻中止層的作用。進行這樣設(shè)計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上的耐蝕元件上的保護層206的SiN薄膜被蝕刻氣體所蝕刻。當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的平面被曝光，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，在干蝕刻的時候，通過裂解CF4、CxFy、SF6氣體來產(chǎn)生離子種和原子團，在某些情況下可能破壞在部件基材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，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)機械拋光)法拋光該SiN薄膜26以使其平整，直到Al薄膜圖案25和SiN薄膜26的表面基本上與被曝光Al薄膜圖案25的表面位于同一個平面上。然后，當進行如后所述的光刻處理時，就形成了作為參照物的直線圖案。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(高基架)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，使SiN薄膜29部分對應(yīng)于Al薄膜圖案25，其中Al薄膜圖案25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形成的高基架上的固定部分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□(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□(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。此時，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，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，將適量的負性感光環(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，安放掩模圖案32，并通過應(yīng)用曝光裝置(CanonMPA 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]PEB90℃ 5分鐘 電熱板顯影劑1-一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的曝光部分硬化，而沒有曝光的部分沒有硬化。因此，在前述曝光步驟中，僅僅對形成液體供應(yīng)端口5部分之外的部分進行曝光。在這里，通過掩模層TiW薄膜形成第二縫隙形成元件30，因此，當樹脂流入其下面的時候它起到了不讓感光環(huán)氧樹脂31曝光的掩模作用。然而在實際情況中，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1-一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，在用掩模圖案32遮蔽的可移動元件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遮蔽的可移動元件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，通過掩模圖案的應(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的用于開孔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產(chǎn)生一臺階。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，在其進行的過程中在適當?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法將作為耐液體腐蝕薄膜的SiN薄膜35加到上限板2的表面上，形成覆蓋被蝕刻表面(即包圍公共液體供應(yīng)室的平面)的形態(tài)。
之后，如附圖16D所示，在部件基材1一側(cè)連接表面上的上限板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，然后加熱后固定和加壓粘接。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，對本實施方案的不同模式進行描述。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布置了液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5，包括除去用于在形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的掩模層的步驟，該步驟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)除去在用于形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的掩模層之后除去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，本實施方案采用與除去用于在TiW薄膜上形成圖案的掩模層的步驟，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步驟完全相同的過程。該過程與附圖12A到附圖15C中所示的不同。本實施方案的其它過程與附圖12A到附圖15C中所示實施方案中的內(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，利用附圖對本實施方案進行詳盡描述。
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用作掩模材料，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)，和用作掩模層以形成第二縫隙形成元件的鋁薄膜30a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。
基本上，僅用氣體種例如SF6、CF4、C2F6、CxFy等的IPC蝕刻方法來形成圖案更可取，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。
在此，僅使用濕蝕刻法，其工藝為各向同性的蝕刻，因此使得控制精確覆膜可移動元件8變得困難了。
因此，根據(jù)本實施方案，同時應(yīng)用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，來形成圖案。
對于本實施方案來說，除去用作在TiW薄膜上形成圖案的掩模層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的步驟采用完全相同的工藝。這有利于減少工序以便低成本制造液體排放頭。
(第二實施方案)
在下文中，將對第二實施方案進行描述，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，將對表示本實施方案特性的部件基材的制造過程進行描述。在這個方面，對與第一實施方案相同的結(jié)構(gòu)應(yīng)用相同的參照符號，因此將部分省去對其結(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進行干蝕刻，于是完整保留了對應(yīng)于成為一部分液體流路3的Al薄膜圖案25的部分SiN薄膜37。由于這個SiN薄膜37最終形成了可移動元件，使得液體流路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□，和在可移動元件兩側(cè)面和流路側(cè)壁10之間形成縫隙□。
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，將適量的負性感光環(huán)氧樹脂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，安放掩模圖案32，并通過應(yīng)用曝光裝置(CanonMPA 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的曝光部分硬化，而沒有曝光的部分沒有硬化。因此，在前述曝光步驟中，僅僅對形成液體供應(yīng)端口5部分之外的部分進行曝光。這樣，通過掩模TiW薄膜形成第二縫隙形成元件38，因此，當樹脂流入其下面的時候它起到了不讓感光環(huán)氧樹脂曝光的掩模層作用。然后，如附圖22F和22M中所示，用顯影劑1-一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，在用掩模圖案32掩模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遮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，通過掩模圖案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的用于開孔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產(chǎn)生一臺階。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。
與第一實施方案中的相比，根據(jù)本實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設(shè)置了液體流路壁10和液體供應(yīng)端口5，包括除去用于在形成第二縫隙形成元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的掩模層的步驟，該步驟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)除去在用于在形成第二縫隙元件(第二縫隙形成層)的TiW薄膜上形成圖案的掩模層之后除去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，本實施方案采用與除去用于在TiW薄膜上形成圖案的掩模層的步驟，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步驟完全相同的過程。這種過程與附圖22A到22N中所示的不同。本實施方案的其它過程與附圖22A到22N中所示實施方案中的內(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用作掩模材料，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)，和用作掩模層以形成第二縫隙形成元件的鋁薄膜徹底去除。
在此，由于TiW薄膜的基層具有如第一實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薄膜上形成圖案的掩模層的步驟，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。
(第三實施方案)對于第一實施方案的排放頭結(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，對于供應(yīng)單元形成元件5A(參見附圖1)，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。
(第四實施方案)現(xiàn)在參照附圖25A到25D，對本發(fā)明第四實施方案的液體排放頭的進行描述。
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，另一端是閉合的。
對于液體流路3來說，設(shè)置了液體供應(yīng)端口5，還設(shè)置有與液體排放端口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，基本上平行于液體供應(yīng)端口5開口區(qū)域安裝了可移動元件8，其間具有微小的縫隙□(10μm或更小)。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自由段延伸方向的兩個側(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□。這樣，當在沒有磨擦阻力的情況下可移動元件8在液體流路3中移動的同時，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基本上是閉合的，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)本實施方案，可移動元件8還被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。
(其它實施方案)下面，將對更適用于應(yīng)用本發(fā)明液體排放原理的排放頭的不同實施方案進行描述。
(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)用了與第一實施方案所示同樣結(jié)構(gòu)相同的參照符號。這種模式的液體排放頭不同于在第一實施方案中所示，而是如附圖26所示，將發(fā)熱元件4和排放端口7彼此面對面平行安置，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施方案中描述的同樣的排放原理下的效果。根據(jù)第一實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)對于上述的每個實施方案，形成可移動元件的材料將會足夠好，只要它能夠耐排放液的溶劑，以及在良好狀態(tài)下具有容易進行可移動元件操作的彈性。
作為可移動元件的材料，優(yōu)先選用高耐用金屬，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；考慮到其合金和耐油墨性能，優(yōu)先選用那些用以下中的任何一種涂布在金屬表面上，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厚度以μm計。
現(xiàn)在將描述發(fā)熱元件和可移動元件之間的布置關(guān)系。在發(fā)熱元件和可移動元件的最優(yōu)布置下，使得當通過應(yīng)用發(fā)熱元件進行起泡時適當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，是一種噴墨記錄法，該方法是通過對油墨加熱或施加其它能量以引起其中狀態(tài)的變化，其中伴隨著突然的體積變化(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)熱元件上的燃燒情況來看，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，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閉合的，以便控制最大的排放量。因此，如附圖27中的實線所表示的那樣，甚至當發(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。利用如實線所示的這種區(qū)域，試圖穩(wěn)定大尺寸的墨點排放量是可能的。
(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薄膜的排放頭。附圖28B表示的是沒有任何保護薄膜的排放頭。
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中所示那樣形成耐蝕層105和由鋁等制成的布線電極104(厚度為0.2到1.0μm)，其中耐蝕層是由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)。從布線電極104對耐蝕層105施加電壓，使得電流通過耐蝕層105來產(chǎn)生熱量。在耐蝕層105上，布線電極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層103。進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)，由此來保護耐蝕層105使其耐各種液體例如油墨。
尤其是在氣泡產(chǎn)生和氣泡消退時壓力和沖擊波增強，這可導(dǎo)致硬卻脆的氧化物保護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，也可能設(shè)計一種不需要用于前述耐蝕層105的保護薄膜103的結(jié)構(gòu)。在附圖28B中給出了這種結(jié)構(gòu)的實例。銥-鉭-鋁的合金等能夠用作不需要保護薄膜103的耐蝕層105的材料。
如上所述，對每個實施方案來說，在電極104之間僅安置耐蝕層105(放熱部分)以形成發(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耐蝕層105的包含保護薄膜103的結(jié)構(gòu)。
對于每個實施方案來說，所述結(jié)構(gòu)被配置成放熱部分由依照電訊號產(chǎn)生熱量的耐蝕層105形成作為發(fā)熱元件4，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)成放熱部分的耐蝕層105和通過布線電極104形成的可給耐蝕層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，其它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)體加工工藝集成，其中選擇性使用這些功能器件來驅(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布線電極104施加到耐蝕層105上，使得能夠突加熱位于在布線電極4之間的耐蝕層105。對于先前所述實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，只要通過該實施能夠適當?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)對于先前所描述的排放液體，應(yīng)用具有與常見氣泡噴射裝置所用相同成分的油墨作為可用作記錄的液體(記錄液體)是可能的。
然而，鑒于排放液體的特征，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，對于本發(fā)明來說，下面成分的油墨可以用作作為排放液體采用的記錄液體。然而，具有使油墨排放加速的強大排放力，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0wt％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)用上述每個實施方案所描述的液體排放頭的液體排放裝置的一個實例的略圖。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)螺桿是通過與正向和反向旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電動機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，通過驅(qū)動電動機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)的打印紙P。然后，安置片狀壓板610來將打印紙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將打印紙P傳送到作為傳送介質(zhì)的壓紙卷筒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602轉(zhuǎn)動方向起始位置(home position)的工具。在壓紙卷筒609一端的附近，有一個支撐元件613來支撐用來覆蓋具有排放頭盒601排放端口的前端的蓋形元件614。還有吸墨裝置615，當從排放頭盒601中進行空轉(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。對于這種布置來說清潔刀片617的模式并沒有必要進行限定。任何公知的其他模式的清潔刀片都可以應(yīng)用。此外，當吸墨裝置615進行吸入恢復(fù)時，導(dǎo)桿620引發(fā)吸入。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602的驅(qū)動力的離合器。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，它向排放頭盒601的發(fā)熱元件施加訊號并且控制驅(qū)動上述每個機構(gòu)。
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)傳送裝置將打印紙P傳送到壓紙卷筒609上，并且排放頭盒601在打印紙P的整個寬度上往返運動。在這種往返運動中，當驅(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)上進行記錄。
附圖31是表示應(yīng)用本發(fā)明液體排放裝置來實施噴墨記錄的記錄裝置整體的方塊圖。
記錄裝置從主機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)302，302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)換成用于打印的數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))。
為了在記錄紙上適當位置記錄圖像數(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)動傳送記錄紙的驅(qū)動電動機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和電動機驅(qū)動器305將圖像數(shù)據(jù)和電動機驅(qū)動數(shù)據(jù)分別傳送到排放頭601和驅(qū)動電動機602中。它們在受控時間內(nèi)分別驅(qū)動來形成圖像。
對于用于其上粘附液體例如油墨的記錄介質(zhì)150來說，就實物而言，可以應(yīng)用不同種類的紙和OHP紙；用于光盤、裝飾板等的塑料材料；布匹；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，例如木頭、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紙等上記錄的打印設(shè)備；用于在光盤等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)如海綿上記錄的記錄裝置或者在如在織物如布匹上記錄的記錄裝置。
作為任何一種可用于這些液體排放設(shè)備中的排放液體，只要這種液體能夠與各自的記錄介質(zhì)和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，每個端口均安裝成使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，其中每個可移動元件具有固定部分和可移動部分，與所述液體供應(yīng)端口之間具有縫隙并支撐在所述液體流路側(cè)，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；在所述部件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和固定部分上形成所述可移動元件；在所述液體流路的側(cè)壁和所述可移動元件的可移動部分的側(cè)面之間、以及在所述液體供應(yīng)端口和所述可移動元件的可移動部分的上表面之間形成用于形成縫隙的第二縫隙形成元件；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上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，進一步包括如下步驟結(jié)合所述具有氣泡生成裝置、所述可移動元件、所述液體流路壁、和所述液體供應(yīng)端口的部件基材、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掩模層，以形成第二縫隙形成元件；應(yīng)用所述掩模層，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，是用一起除去所述第一縫隙形成元件和所述用于用濕蝕刻法形成所述第二縫隙形成元件的掩模層的步驟。
5.一種如權(quán)利要求3所述的制造液體排放頭的方法，其中所述形成所述掩模層的步驟，是用與所述第一縫隙形成元件所用的薄膜相同的一種材料來形成掩模層的步驟。
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所述用于用濕蝕刻法形成所述縫隙形成元件的掩模層的步驟。
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)端口是將壁材料形成圖案的步驟中，應(yīng)用負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)端口的曝光步驟中的掩模圖案，具有比所述在可移動元件上第二縫隙形成元件的投影區(qū)寬的非感光部分投影區(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，在可移動元件上形成第二縫隙形成元件。除去第一縫隙形成元件，在掩模圖案下涂布并曝光壁材料。壁材料形成圖案以完全形成液體流路壁和液體供應(yīng)端口，并且除去第二縫隙形成元件，由此更容易地形成側(cè)面阻擋物，其中該阻擋物穩(wěn)定地支撐可移動元件使得可移動元件的移動被精確的控制以封閉液體排放端口以及可移動元件與該側(cè)面阻擋物之間的微小縫隙。
文檔編號B41J2/16GK1593925SQ2004100120
公開日2005年3月16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