DE3231431C2 - - Google Patents

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DE3231431C2
DE3231431C2 DE19823231431 DE3231431A DE3231431C2 DE 3231431 C2 DE3231431 C2 DE 3231431C2 DE 19823231431 DE19823231431 DE 19823231431 DE 3231431 A DE3231431 A DE 3231431A DE 3231431 C2 DE3231431 C2 DE 3231431C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 30 11 919 A1 ist ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf bekannt, bei dem die Flüssigkeitsaufzeichnung bewirkt wird, indem eine Aufzeichnungsflüssigkeit aus einer Kammer durch Ausstoßöffnungen in Tröpfchenform abgestrahlt wird. Zum Aufbringen der Ausstoßenergie ist in einem Bereich der Kammer bzw. in dem diese mit einer Ausstoßöffnung verbindenden Flüssigkeitspfad ein elektrothermischer Wandler vorgesehen; dieser ist aus zumindest zwei einander gegenüberliegenden Elektroden und einer mit diesen elektrisch verbundenen wärmeerzeugenden Widerstandsschicht aufgebaut und im Bereich der Elektroden- bzw. Widerstandsschicht mit zwei Schutzschichten abgedeckt, die aus einem organischen oder aus einem anorganischen Material hergestellt sein können. Die für diese Schichtanordnung aus oberer und unterer Schutzschicht geforderten Eigenschaften variieren in Abhängigkeit von der Stelle, an der die Schichtanordnung ausgebildet ist. Beispielsweise muß die Schichtanordnung in der Zone des Wärmeerzeugungsabschnittes eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Widerstandsfähigkeit gegenüber der Flüssigkeit, Flüssigkeitsundurchlässigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Oxydationsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beschädigungen besitzen. In den anderen Bereichen muß diese Schichtanordnung eine ausreichend gute Flüssigkeitsundurchlässigkeit, Widerstandsfähigkeit gegenüber der Flüssigkeit und gegenüber mechanischen Beschädigungen aufweisen, während in bezug auf die thermischen Eigenschaften etwas geringere Anforderungen gestellt werden. Zum jetzigen Zeitpunkt existiert kein Material, das alle vorstehend genannten Erfordernisse zufriedenstellend erfüllt. Deshalb werden bei der praktischen Anwendung der vorhandenen Materialien einige Erfordernisse vernachlässigt.

Somit werden für die Schichtanordnung Materialien ausgewählt, die im Bereich des wärmeerzeugenden Teiles vorzugsweise die Erfordernisse hinsichtlich Hitzebeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit erfüllen. Für die anderen Bereiche, beispielweise den Elektrodenabschnitt, werden für die Schichtanordnung solche Materialien ausgewählt, die vorzugsweise den Erfordernissen hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegenüber der Flüssigkeit, Flüssigkeitsundurchlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beschädigungen gerecht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schichtanordnung zu schaffen, die den gestellten Anforderungen überall optimal genügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die durchgehende Ausbildung der oberen Schutzschicht aus anorganischem Material und die durchgehende Ausbildung der unteren Schutzschicht aus organischem Material sichert eine resistente, dichte und gegen mechanische Belastungen widerstandsfähige Schichtanordnung sowohl über den Elektroden als auch über der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes wird beim Abdecken der elektrothermischen Wandler auf der Basisplatte mit der Schutzschicht die mit dieser abzudeckenden Oberfläche geringfügig uneben, d. h. es entstehen auf der Oberfläche Stufenabschnitte (Niveauunterschiede); demgemäß sind die hervorragenden Klebeeigenschaften bzw. das Stufenabdeckungsvermögen der erfindungsgemäßen Schutzschicht in diesen stufigen Abschnitten von Bedeutung.

Des weiteren entstehen bei der erfindungsgemäßen Schutzschicht auch in den vorstehend genannten Bereichen keine fehlerhaften Stellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1A, 1B, 1C und 1D einen erfindungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungskopf, wobei Fig. 1A eine Teilvorderansicht, Fig. 1B einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie A-A′ in Fig. 1A, Fig. 1C eine Teildraufsicht auf eine T/J-Basisplatte und Fig. 1D einen Teilabschnitt entlang der strichpunktierten Linie B-B′ in Fig. 2B zeigen; und

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf den Hauptteil einer anderen Ausführungsform des Aufzeichnungskopfes.

Der in den Fig. 1A und 1B dargestellte Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 200 umfaßt eine Basisplatte 202 zur Flüssigkeitsstrahlaufzeichnung unter Verwendung von Wärmeenergie zum Ausstoßen der Flüssigkeit (diese Art der Aufzeichnung wird als thermische Tintenstrahl-Aufzeichnung, hiernach T/J abgekürzt, bezeichnet), die mit einer gewünschten Anzahl von elektrothermischen Wandlern 201 versehen ist, und eine Rillenplatte 203, die eine Anzahl von Rillen aufweist, die der der elektrothermischen Wandler 201 entspricht.

Die T/J-Basisplatte 202 und die Rillenplatte 203 werden in einer vorgegebenen Lage mit einem Kleber o. ä. aneinander befestigt, so daß die Lage eines jeden elektrothermischen Wandlers 201 auf der T/J-Basisplatte 202 mit der Lage einer jeden Rille der Rillenplatte 203 übereinstimmt. Auf diese Weise werden Flüssigkeitspfade 204 hergestellt, von denen jeder eine Wärmeeinwirkungszone 215 umfaßt.

Die T/J-Basisplatte 202 ist mit einem Träger 206 aus Silicium, Glas, Keramik o. ä., einer unteren Schicht 207 aus SiO₂ o. ä. darauf, einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208, Elektroden 209 und 210 entlang den Flüssigkeitspfad 204 und an beiden Seitenflächen (abstromseitig und aufstromseitig) der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 und einer ersten Schutzschicht 211 (einer ersten oberen Schicht) aus einem anorganischen Material versehen. Die Schutzschicht 211 deckt die Abschnitte der Elektroden 209 und 210 und diejenigen Abschnitte der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208, die nicht mit den Elektroden bedeckt sind, ab. Der elektrothermische Wandler 201 besteht hauptsächlich aus einem Wärmeerzeugungsteil 212, der sich aus der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 und der oberen Schicht 211 zusammensetzt, die in dieser Reihenfolge auf dem Träger 206 laminiert sind. Die Oberfläche 213 (wärmeausübende Fläche) der oberen Schicht 211 steht in direktem Kontakt mit der den entsprechenden Flüssigkeitspfad 204 füllenden Flüssigkeit.

Die Hauptoberfläche der Elektrode 210 ist mit einer zweiten Schutzschicht 214 (einer zweiten oberen Schicht) aus einem organischen Material versehen. Diese Schutzschicht 214 erstreckt sich mindestens bis zum Boden einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer (nicht gezeigt), die aufstromseitig des Flüssigkeitspfads 204 angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes 200 ist die erste Schutzschicht 211 unmittelbar auf der Oberfläche der Elektrode 209 ausgebildet. Die Oberfläche der Elektrode 209 kann jedoch ebenfalls mit einer Schicht aus einem organischen Material versehen sein, die der zweiten Schutzschicht 214 der Elektrode 210 ähnlich ist.

Bei dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 200 ist keine der zweiten Schutzschicht 214 entsprechende Schicht an der stromabwärts der wärmeausübenden Fläche 213 im Flüssigkeitspfad 204 des in Fig. 2C dargestellten Flüssigkeitsausstoßkanals ausgebildet.

Wie man aus Fig. 1B ersehen kann, wird durch die Ausbildung der Elektrode 209 ein Niveauunterschied zwischen der Lage der Oberfläche der ersten Schutzschicht 211 auf der Elektrode 209 und der Lage der wärmeausübenden Fläche 213 im vorderen und hinteren Teil des Flüssigkeitspfades 204 erzeugt. Dieser Niveauunterschied ist jedoch bei einer Ausführungsform, bei der keine zweite Schutzschicht 213 auf der Elektrode 209 ausgebildet ist, nicht so groß. Daher besitzt der Aufzeichnungskopf eine ausgezeichnete Stabilität in bezug auf den Flüssigkeitsausstoß im Vergleich zu einem Aufzeichnungskopf, bei dem die zweite Schutzschicht 214 auch auf der Elektrode 209 vorgesehen ist. Mit anderen Worten, bei dem Aufzeichnungskopf 200 hat der Boden jedes Flüssigkeitspfades stromab von der Wärmeaufbringungsfläche 213 keine derart große Unebenheit (Niveauunterschied) und ist relativ glatt ausgebildet, so daß eine glatte Strömung der Flüssigkeit und eine stetige Flüssigkeitströpfchenbildung erreicht wird.

Wenn der Niveauunterschied Δ d zwischen der Wärmeaufbringungsfläche 213 und der auf der Elektrode 209 angeordneten ersten Schutzschicht 211 im Vergleich zu der Strecke d zwischen der Wärmeaufbringungsfläche 213 und der Oberwand 215-1, 215-2, 215-3 des Flüssigkeitspfads 204 ver­ nachlässigbar klein ist, wird die Stabilität in bezug auf die Flüssigkeitströpfchenbildung nicht besonders störend beeinflußt. Wenn daher Δ d innerhalb eines solchen Bereiches liegt, kann eine der zweiten Schutzschicht 214 entsprechende Schicht außer der ersten Schutzschicht 211 auf der Elektrode 209 vorgesehen werden.

Bei dem Aufzeichnungskopf 200 besteht die erste Schutzschicht 211 aus zwei Teilschichten 216 und 217, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen. Die Teilschicht 216 besteht beispielsweise aus einem anorganischen Material, z. B. anorganischem Oxid, wie beispielsweise SiO₂, oder anorganischem Nitrid, wie beispielsweise Si₃N₄, und hat einen besseren elektrischen Isolationswiderstand, eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine bessere Wärmebeständigkeit, während die Teilschicht 217 beispielsweise aus einem metallischen Material besteht, das eine gute Zähigkeit, eine relativ hohe mechanische Festigkeit sowie eine gute Kontaktfähigkeit und Haftfähigkeit an der Teilschicht 216. Die Teilschicht 217 besteht vorzugsweise aus Tantal, wenn die Teilschicht 216 aus SiO₂ hergestellt wird.

Durch die Herstellung der Oberflächenschicht der ersten Schutzschicht 211 aus einem relativ zähen anorganischen Material mit hoher Festigkeit können Stöße aufgefangen werden, die durch Kavitation verursacht werden, welche an der wärmeausübenden Fläche 213 beim Ausstoß der Flüssigkeit entsteht, um somit die Lebensdauer des elektrothermischen Wandlers 201 zu verlängern. Die Teilschicht 217 ist jedoch nicht immer erforderlich.

Neben den vorstehend erwähnten anorganischen Materialien können zur Herstellung der ersten Schutzschicht 211 beispielsweise folgende Materialien Verwendung finden: Übergangsmetalloxide, wie beispielsweise Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lantanoxid, Yttriumoxid und Manganoxid; Metalloxide, beispielsweise Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid und Siliciumoxid sowie Komplexe dieser Verbindungen; Nitride mit hohem elektrischen Widerstand, wie beispielsweise Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Tantalnitrid; Komplexverbindungen dieser Oxide mit Nitriden; und Halbleitermaterialien, wie beispielsweise amorphes Silicium und amorphes Selen. Darüber hinaus können für diesen Zweck ebenfalls Dünnfilmmaterialien mit niedrigem elektrischen Widerstand in loser Form eingesetzt werden, wenn sie durch einen Behandlungsprozeß, wie beispielsweise Spritzen, CVD, Vakuumbedampfung, Dampfphasenreaktion oder Flüssigbeschichtung, stark widerstandsfähig gemacht worden ist. Die Dicke der ersten Schutzschicht 211 liegt normalerweise in einem Bereich von 0,1-5 µm, vorzugsweise im Bereich von 0,2-3 µm.

Die zweite Schutzschicht 214 wird auf der T/J-Basisplatte 202 ausgebildet, d. h. auf derjenigen Fläche, die mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht werden kann, die im Flüssigkeitspfad 204 und in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer vorhanden ist. Die Hauptaufgabe der zweiten Schutzschicht 214 besteht darin, das Eindringen der Flüssigkeit zu verhindern und einen Flüssigkeitswiderstand zu bilden. Dabei kann ihre rückwärtige Verlängerung, die zur Abdeckung der Elektrodenverdrahtung dient, das Entstehen von Defekten in der Elektrodenverdrahtung oder deren Abreißen während des Herstellungsverfahrens verhindern.

Die zweite Schutzschicht 214 besteht aus einem organischen Material, das die vorstehenden Eigenschaften hat. Es ist wünschenswert, wenn dieses Material die folgenden Eigenschaften aufweist: gute Filmbildungseigenschaften, kompakte Struktur mit einer geringen Anzahl von feinen Löchern, kein Lösungs- oder Quellvermögen durch die verwendeten Tinten, hoher Isolationswiderstand nach der Filmbildung und hohe thermische Beständigkeit. Solche organischen Materialien sind beispielsweise: Silikonharze, Fluor-enthaltende Harze, aromatische Polyamide, durch Additionspolymerisation gewonnene Polyimide, Polybenzimidazole, Metallchelatpolymere, Titansäureester, Epoxidharze, Phthalatharze, hitzehärtende Phenolharze, p-Vinylphenolharze, Zylok-Harze (Handelsname von Kondensationsprodukten von Aralkyläthern mit Phenolen), Triazinharze und BT-Harze (Additionspolymerisationsharze von Triazinharz mit Bismaleimid). Neben diesen Materialien können Polyoxylharze oder Derivate davon zur Ausbildung der zweiten Schutzschicht 214 per Vakuumbedampfung aufgebracht werden.

Darüber hinaus kann die zweite Schutzschicht 214 auch durch Plasmapolymerisation von verschiedenartigen organischen Monomeren aufgebracht werden, beispielsweise von Thioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Pyrrolin, Naphthalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Diphenylselenid, p-Toluidin, p-Xylol, N,N-dimethyl-p-toluidin, Toluol, Anilin, Diphenylquecksilber, Hexamethylenbenzol, Malonitril, Tetracyanoäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-nitrosodiphenylamin, Azethylen, 1,2,4-Trichlorbenzol und Propan.

Wenn jedoch Aufzeichnungsköpfe mit mehreren eng angeordneten Ausstoßöffnungen hergestellt werden sollen, ist es wünschenswert, ein organisches Material zu verwenden, in dem eine feine fotolithografische Behandlung zur Ausbildung der zweiten Schutzschicht 214 äußerst einfach durchgeführt werden kann. Für diesen Zweck geeignete Materialien sind beispielsweise:

  • (A) Polyimidisoindrochinazolin-dion
  • (B) Polyimidharz
  • (C) Cyclisches Polybutadien (wärmebeständiger Fotoresist)

Die vorstehend wiedergegebenen Strukturformeln betreffen die Polymerisate in ausgehärteter Form.

Wenn die zweite Schutzschicht 214 durch die Verwendung eines derartigen organischen Materials, das in einfacher Weise mittels Mikrofotolithografie behandelt werden kann, ausgebildet wird, wird es vorgezogen, die Verankerungsbeschichtung auf der Oberfläche aufzubringen, auf der die zweite Schutzschicht 214 ausgebildet wird, beispielsweise auf der Oberfläche der Elektrode 210, um das Haftvermögen der zweiten Schutzschicht 214 an der Elektrode 210 zu vergrößern. Als Verankerungsbeschichtungsmaterial kann für diesen Zweck ein im Handel erhältliches Aluminium-Alkoholat-Material, das besonders geeignet ist für das vorstehend erwähnte Polymerisat (A), und ein sogenanntes Silan-Kopplungsmittel verwendet werden.

Von den verschiedenen Arten der im Handel erhältlichen Silan-Kopplungsmittel sind beispielsweise die folgenden geeignet:
Vinyltrichlorsilan: CH₂ = CHSiCl₃
Vinyltriäthoxysilan: Ch₂ = CHSi (OC₂H₅)₃
Vinyltris (β-methoxyäthoxy) silan: CH₂ = CHSi (OCH₂CH₂OCH₃)₃
β-(3,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan

-Glycidoxypropyltrimethoxysilan

-Methacryloxypropyltrimethoxysilan

n-(Dimethoxymethylsilylpropyl)äthylendiamin

n-(Trimethoxysilylpropyl)äthylendiamin

Die untere Schicht 207 dient in erster Linie zum Steuern des Wärmeflusses von dem Wärmeerzeugungsteil 212 in Richtung auf den Träger 206. Das Material und die Dicke dieser Schicht 207 sind so ausgewählt, daß der Wärmeausfluß in der folgenden Weise gesteuert wird: wenn die thermische Energie in der Wärmeeinwirkungszone 215 auf die Flüssigkeit aufgebracht wird, kann ein größerer Teil der vom Wärmeerzeugungsteil 212 produzierten Wärmeenergie zur Seite der Wärmeeinwirkungszone 215 strömen; wenn die Stromversorgung des elektrothermischen Wandlers 201 gestoppt wird, kann die im Wärmeerzeugungsteil 212 verbleibende Wärmeenergie schnell in Richtung auf den Träger 206 abfließen. Als Materialien zur Herstellung der unteren Schicht 207 sind neben SiO₃, das vorstehend erwähnt wurde, anorganische Materialien, wie beispielsweise Metalloxide, wie Zirkonoxid, Tantaloxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid, geeignet.

Zur Herstellung der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 sind die meisten Materialien geeignet, die Wärmeenergie erzeugen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Solche Materialien sind beispielsweise Tantalnitrid, Nichrom, Silber-Paladium- Legierungen, Silicium-Halbleitermaterialien und Boride der folgenden Metalle: Hafnium, Lantan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom und Vanadium. Von diesen Materialien sind Metallboride besonders geeignet, wobei Hafniumborid die besten Eigenschaften aufweist, wonach Zirkonborid, Lantanborid, Tantalborid, Vanadiumborid und Niobborid in dieser Reihenfolge folgen.

Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 208 kann aus den vorstehend genannten Materialien durch Elektronenstrahl- Vakuumbedampfung oder Spritzen hergestellt werden.

Die Dicke der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 ist so festgelegt, daß sie in Abhängigkeit von ihrer Oberfläche und Materialqualität, Form und Größe der Wärmeeinwirkungszone, Energieverbrauch etc. eine gewünschte Menge an Wärmeenergie pro Zeiteinheit zur Verfügung stellt. Allgemein gesagt liegt diese Dicke jedoch in einem Bereich von 0,001-5 µm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01-1 µm.

Zur Herstellung der Elektroden 209 und 210 sind verschiedene, normalerweise für diesen Zweck verwendete Materialien geeignet, beispielsweise Metalle, wie Al, Ag, Au, Pt und Cu. Mit diesen Materialien lassen sich Elektroden einer vorgegebenen Größe, Form und Dicke an vorgegebenen Stellen beispielsweise durch Vakuumbedampfung o. ä. ausbilden.

Zur Herstellung der Rillenplatte 203 und der Teile, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer stromauf der Wärmeeinwirkungszone 215 bilden, können die meisten Materialien in wirksamer Weise eingesetzt werden, vorausgesetzt, sie erfüllen die nachfolgenden Bedingungen: das Material darf in seiner Form durch die Umgebungswärme während der Herstellung des Aufzeichnungskopfes und während seiner Verwendung nicht oder nur geringfügig beeinflußt werden; mit dem Material muß in einfacher Weise eine genaue Fabrikation mit einer gewünschten Oberflächenpräzision möglich sein; und das Material muß so bearbeitet werden können, daß die Flüssigkeit in der aus der Rillenplatte 203 und den Teilen für die gemeinsame Flüssigkeitskammer gebildeten Flüssigkeitspfaden in glatter Weise strömen kann.

Für diesen Zweck sind beispielsweise folgende Materialien geeignet: Keramik, Glas, Metall, Kunststoff, Siliciumplättchen etc.

Insbesondere sind Glas und Siliciumplättchen geeignet, da sie sehr leicht bearbeitet werden können, eine geeignete Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie einen geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Außenfläche um die Ausstoßöffnung 218 herum wird vorzugsweise mit einem wasserabstoßenden Stoff endbehandelt, wenn es sich um eine wässrige Flüssigkeit handelt, oder mit einem oelabstoßenden Stoff, wenn es sich um keine wäßrige Flüssigkeit handelt. Damit soll verhindert werden, daß die Oberfläche mit der Flüssigkeit benetzt wird und daß die Flüssigkeit zur Außenseite der Ausstoßöffnung hin ausläuft.

Wie man Fig. 1C entnehmen kann, ist bei dem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 200 die zweite Schutzschicht 214 nicht im Bereich des Flüssigkeitspfads 204 stromab der wärmeausübenden Fläche 213 ausgebildet, sondern in einem anderen abstromseitigen Bereich als der des Flüssigkeitspfads 204. Bei einem abgeänderten Ausführungsbeispiel kann die zweite Schutzschicht 214 von dem gesamten Bereich stromab der wärmeausübenden Fläche 213 entfernt sein. Bei einem Beispiel, das mehr bevorzugt wird, kann jedoch die zweite Schutzschicht 214 den Bereich der Elektrode abdecken, der stromab der Fläche 213 angeordnet ist und die den Flüssigkeitspfad 204 nicht einschließt.

Fig. 2 zeigt eine Teildraufsicht auf einen Aufzeichnungskopf, bei dem der gesamte Bereich mit Ausnahme der wärmeausübenden Fläche mit der zweiten Schutzschicht bedeckt ist. Der umgrenzte Bereich B ist die tatsächliche wärmeausübende Fläche 301. Bei dieser Ausführungsform kann die zweite Schutzschicht auf dem gesamten Bereich mit Ausnahme der Fläche 301 innerhalb der Grenze B oder auf dem gesamten Bereich mit Ausnahme eines Bereiches 303, der breiter ist als die Fläche 301, wie durch die Umgrenzung A angegeben, ausgebildet werden. Die zweite Schutzschicht kann ferner auf dem gesamten Bereich mit Ausnahme einer Zone 302, die enger ist als die Fläche 301, wie durch die Umgrenzung C gezeigt, vorgesehen werden.

Beispiel

Ein Stück eines Si-Plättchens wurde zur Verwendung als Basisplatte thermisch oxydiert, um einen SiO₂-Film einer Dicke von 5 µm auf der Oberfläche auszubilden. Auf dieser Basisplatte wurde eine HfB₂-Schicht einer Dicke von 1500 Å als wärmeerzeugende Widerstandsschicht durch Spritzen ausgebildet. Auf diese Schicht wurden wiederum eine Ti-Schicht einer Dicke von 50 Å und eine Al-Schicht einer Dicke von 5000 Å nacheinander durch Elektronenstrahlbedampfung aufgebracht. Durch ein fotolithografisches Verfahren wurde auf der beschichteten Platte ein Muster ausgebildet, wie in Fig. 2C gezeigt. Die Größe der Wärmeaufbringungsfläche betrug 30 µm in der Breite und 150 µm in der Länge, und der elektrische Widerstand einschließlich des Widerstandes der AL-Elektroden betrug 150 Ohm.

Danach wurde eine PIQ-Schicht (die zweite obere Schicht) einer Dicke von 2,0 µm in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgebracht, und derjenige Abschnitt der PIQ-Schicht, der die Wärmeaufbringungsfläche umgab, wurde entfernt, so daß die PIQ-Schicht in dem in Fig. 2C schraffiert dargestellten Bereich verbleiben konnte. Die Form des entfernten Abschnittes entsprach der Darstellung in Fig. 2C und seine Größe betrug 50 µm mal 250 µm.

Nachfolgend wird die Ausbildung der PIQ-Schicht beschrieben.

Das Substrat, auf dem die wärmeerzeugende Widerstandsschicht und die Elektroden mit dem vorgegebenen Muster ausgebildet worden waren, wurde gewaschen, getrocknet und mit einer PIQ-Lösung durch Einsatz einer Schleuder (500 UpM, 10 Sekungen für den ersten Schritt; 4000 UpM, 40 Sekunden für den zweiten Schritt) beschichtet. Das beschichtete Substrat wurde bei 80°C über 10 Minuten getrocknet und bei 220°C über 60 Minuten gehärtet.

Ein Fotoresistmaterial wurde mit einer Schleuder aufgebracht, getrocknet, einer Maske ausgesetzt und entwickelt, um das gewünschte Muster der PIQ-Schicht zu erhalten.

Die PIQ-Schicht wurde bei Raumtemperatur geätzt. Nach dem Spülen mit Wasser und dem Trocknen wurde der Fotoresist durch Verwendung einer entsprechenden Flüssigkeit entfernt. Das Substrat wurde danach bei 350°C über 60 Minuten gehärtet, wonach die Herstellung des Musters der PIQ-Schicht beendet war.

Die PIQ-Schicht besaß eine Dicke von 200µm in ihrem auf dem Substrat ausgebildeten Abschnitt, in dem die wärmeerzeugende Widerstandsschicht oder die Elektrode nicht vorhanden ist, und eine Dicke von 1,8 µm in ihrem Abschnitt, der auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und der Elektrode ausgebildet worden war. Das bedeutet, daß das PIQ-Material gute "stufenabdeckende" Eigenschaften besitzt.

Danach wurde eine SiO₂-Schicht einer Dicke von 2,2 µm auf dem beschichteten Material durch Spritzen aufgebracht, und schließlich wurde durch Spritzen noch eine TA-Schicht einer Dicke von 0,5 µm vorgesehen.

Mit der auf diese Weise hergestellten T/J-Basisplatte wurde eine Rillenplatte aus Glas (Rillengröße: 50 µmH mal 50 µmB mal 2 mmL) verbunden, um den Aufzeichnungskopf zu vervollständigen. Wie in Fig. 2B dargestellt ist, wurde auf diese Weise ein Tintenströmungskanal und eine Wärmeeinwirkungszone hergestellt.

Rechteckförmige Spannungsimpulse von 10µS und 30 V wurden mit einer Frequenz von 800 Hz an den auf diese Weise hergestellten elektrothermischen Wandler des Aufzeichnungskopfes angelegt. Die Flüssigkeit wurde in Abhängigkeit von den Eingangssignalen ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt war die Bildung der "fliegenden" Tröpfchen beständig.

Wenn eine derartige Tröpfchenbildung über eine lange Zeitdauer wiederholt wird, ist ein Aufzeichnungskopf, der einige Herstellungsfehler aufweist, nicht mehr in der Lage, Tinte auszustoßen, was auf eine Unterbrechung aufgrund der galvanischen Korrosion der AL-Elektrode, einen Durchschlag zwischen der Ta-Schutzschicht und der Al-Elektrode o. ä. zurückzuführen ist. Die Anzahl der Tröpfchenbildungen bis zu diesem Zeitpunkt kann daher als Maß für die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes angesehen werden.

Tabelle 1 zeigt Vergleichsergebnisse in bezug auf die Tröpfchenbildungsanzahl zwischen (a) dem Aufzeichnungskopf dieses Ausführungsbeispiels, (b) einem Aufzeichnungskopf, der durch Entfernung der TIQ-Schicht von (a) hergestellt wurde, und (c) einem Aufzeichungskopf, der die PIQ-Schichten nur am Bodenabschnitt der gemeinsamen Flüssigkeitskammer aufwies. Für jeden Fall wurden 1000 Proben untersucht.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wurde mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungskopf in konstanter Weise eine Tröpfchenbildungsanzahl von 10⁹ oder mehr erreicht, so daß dieser Aufzeichnungskopf daher als Aufzeichnungskopf mit mehreren Öffnungen verwendet werden kann.

Bei dem Kopf des Beispiels (b) wurde die Verschlechterung der Haltbarkeit in erster Linie durch galvanische Korrosion der Al-Elektroden verursacht, da die Aufzeichnungsflüssigkeit durch feine Löcher in der aufgespritzten FeO₂-Schicht und der aufgespritzten Ta-Schicht drang. Ferner war diese Verschlechterung auf einen Durchschlag zwischen den Al-Elektroden und der Ta-Schicht zurückzuführen. Bei dem Aufzeichnungskopf des Beispiels (c) wurde galvanische Korrosion häufig in anderen Bereichen als der gemeinsame Flüssigkeitskammer beobachtet, so daß auch seine Zuverlässigkeit beeinträchtigt wurde. Eine geringe galvanische Korrosion wurde darüber hinaus im Bereich der PIQ-Schicht festgestellt, die auf die Bodenfläche der gemeinsame Flüssigkeitskammer aufgebracht worden war. Dies ist wahrscheinlich auf einen Fehler in der PIQ-Schicht zurückzuführen, der während der einzelnen Herstellungsstadien erzeugt wurde, beispielsweise während des Verbindens mit der Rillenplatte aus Glas.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf, dessen Festigkeit durch Laminieren einer Schicht aus einem anorganischen Material auf eine Schicht eines organischen Harzes, die mit hoher Präzision bearbeitet werden kann, erhöht wird, werden keine Defekte während der einzelnen Herstellungsstadien erzeugt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfes erhöht. Mit anderen Worten, durch Abdeckung der Elektroden und der anderen Bereiche mit Ausnahme des Wärmeeinwirkungsabschnittes mit Doppelschichten, d. h. einer organischen Schicht und einer anorganischen Schicht, wird die Betriebssicherheit des Aufzeichnungskopfes in hohem Maße verbessert. Dies ist besonders augenscheinlich, wenn eine Schutzschicht, beispielsweise eine Ta-Schicht, mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit als erste Schutzschicht verwendet wird. Hierbei findet keine Verschlechterung der Haltbarkeit durch einen Durchschlag zwischen der Al-Elektrode und der Ta-Schutzschicht mit hoher Leitfähigkeit statt.

Claims (12)

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem zur Bewirkung der Aufzeichnung eine in einer Kammer befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit in Tröpfchenform aus zumindest einer Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, wobei zum Ausstoßen der Tröpfchen in einem Bereich der Kammer ein elektrothermischer Wandler vorgesehen ist, der aus wenigstens einem Paar gegenüberliegender Elektroden und einer mit diesen elektrisch verbundenen wärmeerzeugenden Widerstandsschicht besteht und im Bereich der Elektroden- bzw. Widerstandsschicht mit zwei Schutzschichten abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Elektrode unter dem Flüssigkeitspfad auf eine Schicht (zweite Schutzschicht 214) aus organischem Material eine Schicht (erste Schutzschicht 211) aus anorganischem Material aufgebracht ist, die sich auch über die Widerstandsschicht erstreckt.
2. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material ein Harz ist.
3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material durch mikrophotolitographische Techniken behandelt werden kann.
4. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zweiten Schutzschicht (214) um eine ausgehärtete Polyimidindrochinazolin-dionschicht handelt.
5. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zweiten Schutzschicht (214) um eine ausgehärtete Polyimidharzschicht handelt.
6. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zweiten Schutzschicht (214) um eine ausgehärtete Schicht aus zyklischem Polybutadien handelt.
7. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzschicht (214) aus Silikonharz, fluorenthaltendem Harz, aromatischem Polyamid, durch Additionspolymerisation gewonnenem Polyimid, Polybenzimidazol, Metallchelatpolymer, Titansäureester, Epoxidharz, Phthalatharz, hitzehärtendem Phenolharz, p-Vinylphenolharz, Zylok-Harz (Handelsname von Kondensationsprodukten von Aralkyläthern mit Phenolen), Triazinharz oder BT-Harz (Additionspolymerisationsharze von Triazinharz mit Bismaleimid) besteht.
8. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzschicht (214) Polyxylolharz oder Derivate davon enthält.
9. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzschicht (214) durch Plasmapolymerisation von Thioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Pyrrolin, Naphthalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Diphenylselenid, p-Toluidin, p-Xylol, N,N- dimethyl-p-toluidin, Toluol, Anilin, Diphenylquecksilber, Hexamethylenbenzol, Malonitril, Tetracyanoäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-nitrosodiphenylamin, Azethylen, 1,2,4-Trichlorbenzol oder Propan hergestellt ist.
10. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schutzschicht (211) aus Übergangsmetalloxiden, wie beispielsweise Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lantanoxid, Yttriumoxid und Manganoxid, Metalloxiden, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid und Siliciumoxid, Komplexen dieser Verbindungen, Nitriden mit hohem elektrischen Widerstand, wie beispielsweise Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Tantalnitrid, Komplexverbindungen der Oxide mit Nitriden, oder Halbleitermaterialien, wie beispielsweise amorphes Silicium und amorphes Selen, besteht.
11. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeerzeugende Widerstandsschicht (208) aus Tantalnitrid, Nichrom, Silber- Paladium-Legierungen, Silicium-Halbleitermaterialien oder Boriden der Metalle Hafnium, Lantan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom und Vanadium, hergestellt ist.
12. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrothermische Wandler (201) Wärmeenergie erzeugt, die zum Flüssigkeitsausstoß verwendet wird.
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