DE3344881C2

DE3344881C2 - Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3344881C2
Application number: DE3344881A
Authority: DE
Inventors: Toshitami Hara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-12-11
Filing date: 1983-12-12
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2003-12-13
Also published as: GB8333094D0; US4577202A; HK39291A; JPS59106974A; GB2134039B; GB2134039A; JPH0415097B2; DE3344881A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßöffnung für das Ausstoßen von Flüssigkeit zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen, einer Flüssig keitsströmungsbahn, die mit der Ausstoßöffnung verbunden ist und als Teil ihres Aufbaus einen eine die Flüssigkeit berührende Wärmeerzeugungsfläche aufweisenden Wärmewirkungsabschnitt enthält, bei dem auf die Flüssigkeit Wärmeenergie für die Bildung von Flüssigkeitströpfchen einwirkt, und einem durch Signale beaufschlagbaren elektrothermischen Wandler mit mindestens einem Paar einander gegenüberliegender Elektroden, die mit einer entlang der Flüssigkeits-Strömungsbahn vorgesehenen, wärmeerzeugenden Widerstandsschicht elektrisch leitend verbunden sind, wodurch zwischen diesen Elektroden ein Wärmeerzeugungs abschnitt gebildet wird, und einer oberen Schichtung, die den nicht mit Elektroden bedeckten Abschnitt der wärme erzeugenden Widerstandsschicht und die Elektrodenabschnitte ab deckt, mit einer aus einem anorganischen dielektrischen Material gebildeten unteren Schicht und einer aus einem anorganischen Material gebildeten oberen Schicht, deren Oberfläche im Wärme einwirkungsabschnitt die Wärmeerzeugungsfläche bildet.

Ein solcher gattungsgemäßer Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ist aus der US-A-43 35 389 bekannt. Die obere Schichtung über der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und dem Elektroden abschnitt dient zum Schutz der wärmeerzeugenden Wider standsschicht vor chemischen und physikalischen Wirkungen der auszustoßenden Flüssigkeit sowie zur Verhinderung eines Kurz schlusses zwischen den Elektroden über die Flüssigkeit.

Solche obere Schichtungen zum Schutz der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht sowie der Elektrodenabschnitte gegenüber der auszustoßenden Flüssigkeit sind auch aus der DE-OS 30 12 946 und der DE-OS 30 11 919 bekannt. In der DE-OS 30 12 946 besteht die obere Schichtung aus einer ersten Schutzschicht aus SiO₂ und einer darüberliegenden Stopschicht aus Parylen, Silikon oder aufgesprühtem Ta₂O₃-Film. In der DE-OS 30 11 919 wird als obere Schichtung eine erste Schutzschicht, welche aus verschiedenen organischen Polymeren oder auch aus anorganischen Oxiden gebildet sein kann, und eine diese überdeckende Füllschicht aus organischem Harz vorgeschlagen. Dabei kann die untere Schutzschicht auch aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein.

Die obere Schichtung muß insbesondere in Abhängigkeit von der Stelle, an der sie über der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und der Elektrodenabschnitte ausgebildet sein soll, verschiedene Eigenschaften aufweisen. Die obere Schicht muß beispielsweise beim Wärmeerzeugungsabschnitt eine hervorragende Wärmebeständigkeit, eine hervorragende Flüssigkeitsbeständigkeit, hervorragende Eigenschaften bezüglich der Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, hervorragende Antioxidationseigenschaften, hervorragende dielektrische bzw. Isoliereigenschaften und eine hervorragende Bruchfestigkeit haben, während sie in anderen Bereichen als dem Wärmeerzeugungsabschnitt ausreichend gute Eigenschaften in bezug auf die Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit, die Flüssigkeitsbeständigkeit und die Bruch festigkeit haben muß, so daß die Anforderungen in bezug auf die thermischen Bedingungen etwas geringer sind in anderen Be reichen als dem Wärmeerzeugungsabschnitt.

Es gibt jedoch bisher keinen Materialaufbau für die obere Schichten, der allen obenstehenden Eigenschaften in der ge wünschten Weise genügen kann. Insbesondere ist bei den bisher bekannten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfen die Langzeit haltbarkeit nicht zufriedenstellend.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Aufzeich nungskopf zur Verfügung zu stellen, bei dem bei häufig wiederholter wie auch bei langzeitiger kontinuierlicher Verwendung die Haltbarkeit gesteigert und die Eigenschaften bezüglich der Bildung von Flüssigkeitströpfchen gleichbleibend gut sein sollen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß zwischen der unteren Schicht und der oberen Schicht eine aus einem organischen Material gebildete Zwischenschicht vorgesehen ist, wobei diese Zwischenschicht unter der Flüssigkeits-Strömungsbahn entweder in dem Abschnitt der Wärmeerzeugungsfläche oder in dem Abschnitt der Wärmeerzeugungsfläche bis zur Ausstoßöffnung ausgespart ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die

Fig. 1(a), (b), (c) und (c) sind jeweils wieder gegeben, um den Aufbau eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits strahl-Aufzeichnungskopfes zu erläutern, wobei

Fig. 1(a) eine schematische Vorderansicht zeigt,

Fig. 1(b) einen Teilschnitt entlang der Strichpunktlinie A-A′ in Fig. 1(a) zeigt,

Fig. 1(c) einen schematischen Grundriß des Substrats zeigt und

Fig. 1(d) einen Teilschnitt entlang der Strichpunktlinie B-B in Fig. 1(b) zeigt, und

Fig. 2 ist ein schematischer Grundriß, der den Hauptteil einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Der in den Zeichnungen gezeigte Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 200 ist an seinem Hauptteil aus einem Substrat 202 für die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnung unter Anwendung von Wärme für den Flüssigkeitsausstoß, das mit einer gewünschten Anzahl von elektro thermischen Wandlern 201 versehen ist, und einer Platte 203, die eine gewünschte Anzahl von Nuten bzw. Rillen, die entsprechend den elektrothermischen Wandlern vorgesehen sind, aufweist, aufgebaut.

Das Substrat 202 und die mit Rillen versehene Platte 203 sind an vorbestimmten Stellen mit einem Klebstoff oder einem anderen Mittel miteinander verbunden bzw. verklebt, wobei durch den Abschnitt des Substrats 202, an dem der elektrothermische Wandler 201 vorgesehen ist, und den mit Rillen versehenen Abschnitt der Platte 203 eine Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 gebildet wird, die als Teil ihres Aufbaus einen Wärmeeinwirkungsabschnitt 205 aufweist.

Das Substrat 202 enthält einen Träger 206, der beispiels weise aus Silicium, Glas oder einem keramischen Stoff besteht, eine auf dem Träger 206 vorgesehene Basisschicht 207, die beispielsweise aus SiO₂ besteht, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 208, eine gemeinsame Elektrode 209 und eine selektive Elektrode 210, die entlang der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 auf der oberen Oberfläche der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 vorgesehen sind, wobei sie einen Zwischenraum lassen, und eine obere Schichtung 211, die den nicht mit Elektroden bedeckten Abschnitt der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 und die Elektrodenabschnitte 209 und 210 abdeckt.

Der elektrothermische Wandler 201 enthält als seinen Hauptteil einen Wärmmeerzeugungsabschnitt 212, und der Wärmeerzeugungsabschnitt 212 ist aus laminierten Schichten gebildet, die aufeinanderfolgend von der Seite des Trägers 206 ausgehend vorgesehen sind, nämlich aus der Basisschicht 207, einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208, einer aus einem anorganischen dielektrischen Material gebildeten unteren Schicht 216 (nachstehend kurz als untere Schicht bezeichnet) und einer aus einem anorganischen Material gebildeten oberen Schicht 217 (nachstehend kurz als obere Schicht bezeichnet), und die Oberfläche 213 der oberen Schicht (die Wärmeeinwirkungsfläche) wird mit der Flüssigkeit, die die Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 füllt, direkt in Berührung gebracht.

Andererseits ist der größte Teil der Oberfläche der selektiven Elektrode 210 mit der oberen Schichtung 211 bedeckt, die aus der unteren Schicht 216, einer aus einem organischen Material gebildeten Zwischenschicht 214 (nachstehend kurz als Zwischenschicht be zeichnet) und der oberen Schicht 217 besteht, die in dieser Reihenfolge von der Elektrodenseite ausgehend laminiert sind, wobei diese obere Schichtung 211 auch an der Unterseite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 219, die in bezug auf die Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 stromauf vorgesehen ist, in einer solchen Form ausgebildet ist.

Im Fall des in Fig. 1 gezeigten Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes 200 hat die auf der gemeinsamen Elektrode 209 vorgesehene Schichtung den Aufbau ohne Zwischenschicht 214. Die Erfindung ist nicht auf eine solche Ausführungsform eingeschränkt, vielmehr kann auch eine obere Schichtung 211 mit der gleichen Zwischenschicht 214, wie sie die auf der Oberfläche der selektiven Elektrode 210 befindliche obere Schichtung 211 hat, vorgesehen werden. Im Fall des in Fig. 1 gezeigten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes ist jedoch, wie dem in Fig. 1(c) gezeigten Grundriß entnommen werden kann, die Zwischenschicht 214 bei der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 (die oberhalb des Spitzenabschnitts der Elektrode 209 an der Ausstoß öffnungsseite, oberhalb der Wärmeeinwirkungsfläche 213 und oberhalb der selektiven Elektrode 210 gebildet ist) in jedem Flüssigkeits-Ausstoßabschnitt an der Ausstoßöffnungsseite von der Wärmeeinwirkungsfläche 213 ausgehend nicht vorgesehen. Infolgedessen kann es sich bei dem Stufenunterschied zwischen der Oberflächenlage der oberen Schichtung 211 auf der gemeinsamen Elektrode 209 und der Oberflächenlage der Wärmeeinwir kungsfläche 213 vor und hinter der Wärmeeinwirkungsfläche 213 in der Richtung der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 wie auch der Schnittansicht in Fig. 1(b) ent nommen werden kann, nur um den Stufenunterschied handeln, der durch die Bildung der gemeinsamen Elektrode 209 hervorgerufen wird, wodurch die Stabilität des Flüssig keitsausstoßes im Vergleich zu dem Fall, bei dem auch auf der gemeinsamen Elektrode 209 eine obere Schichtung 211 mit der Zwischenschicht 214 vorgesehen ist, verbessert wird.

Mit anderen Worten, im Fall des in Fig. 1 gezeigten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes 200 ist die Unterseite der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 an der Aus stoßöffnungsseite von der Wärmeeinwirkungsfläche 213 ausgehend relativ glatt, wobei konkavkonvexe Unregel mäßigkeiten nicht in einem merklichen Ausmaß vorhanden sind, wodurch die Bildung von Flüssigkeitströpfchen in stabiler Weise durchgeführt werden kann. Wenn der zwischen der Oberflächenlage der oberen Schichtung 211 auf der gemeinsamen Elektrode 209 und der Oberflächenlage der Wärmeeinwirkungsfläche 213 gebildete Stufenunterschied jedoch im Vergleich zu dem Abstand zwischen der oberen Oberfläche und der Wärmeeinwirkungsfläche 213 in der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 vernach lässigbar klein ist, zeigt er im wesentlichen keine Wirkung auf die Bildung von Flüssigkeitströpfchen. Infolgedessen stellt es innerhalb eines solchen Bereichs kein Problem dar, wenn auch auf der gemeinsamen Elektrode 209 eine obere Schichtung 211 mit einer Zwischenschicht 214 vorgesehen wird.

Die wichtigste Funktion der unteren Schicht 216 der oberen Schichtung 211 besteht darin, zwischen der gemeinsamen Elektrode 209 und der selektiven Elektrode 210 eine Isolierung aufrechtzuerhalten, und die untere Schicht 216 ist aus einem Material gebildet, das auch eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmebeständigkeit hat, beispielsweise aus einem anorganischen Oxid, wie z. B. SiO₂, oder einem anorganischen dielektrischen Material, wie z. B. anorganischen Nitriden (beispielsweise Si₃N₄).

Als Material, das die untere Schicht 216 bildet, können zusätzlich zu den vorstehend erwähnten anorganischen Materialien Übergangsmetalloxide, wie z. B. Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid und Manganoxid, Metalloxide, wie z. B. Aluminiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Siliciumoxid und deren Komplexe, Nitride mit hohem elektrischen Widerstand, wie z. B. Silicium nitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Tantalnitrid, und Komplexe dieser Oxide und Nitride und ferner Dünn schichtmaterialien, wie z. B. Halbleiter aus beispielsweise amorphem Silicium oder amorphem Selen, die als Masse einen niedrigen elektrischen Widerstand haben, jedoch während der Fertigungsschritte, beispielsweise durch das Zerstäubungsverfahren, das chemische Gas phasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren), das Aufdampf verfahren, das Gasphasen-Reaktionsverfahren, das Flüssig beschichtungsverfahren und andere Verfahren so hergestellt werden können, daß sie einen hohen Widerstand haben, erwähnt werden. Ihre Schichtdicke kann geeigneterweise 0,1 bis 5 µm, vorzugsweise 0,2 bis 3 µm und insbesondere 0,5 bis 3 µm betragen.

Die Zwischenschicht 214 ist derart vorgesehen, daß sie an der Hauptoberfläche des Substrats 202, die wahrscheinlich mit der Flüssigkeit in Berührung kommen kann, z. B. an der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 219 (siehe Fig. 2(b)), auf die Oberfläche der unteren Schicht 216 laminiert ist, und ihre wichtigste Funktion besteht in einer Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit und in der Wirkung, daß sie Flüssigkeitsbeständigkeit verleiht. Ferner kann der Elektrodenverdrahtungsabschnitt 221 dadurch vor dem Auftreten von Schäden oder vor einem Bruch des Drahtes bei dem Elektrodenverdrahtungsabschnitt 221 während der Fertigungsschritte geschützt werden, daß die Zwischenschicht 214 derart ausgebildet wird, daß sie auch den Elektrodenverdrahtungsabschnitt 221, der sich hinter der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 219 befindet, über die dazwischenliegende untere Schicht 216 bedeckt.

Die Zwischenschicht 214 besteht aus einem organischen Material, das dazu befähigt ist, eine Schicht mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften zu bilden, und es ist ferner erwünscht, daß das organische Material für die Zwischenschicht 214 physikalische Eigen schaften hat, wie sie nachstehend angegeben werden: (1) gute Filmbildungseigenschaften, (2) eine dichte Struktur mit einer geringen Menge von Nadellöchern, (3) die Eigenschaft, daß es in der verwendeten Tinte bzw. Flüssigkeit weder quillt noch gelöst wird, (4) gute dielektrische Eigenschaften, wenn daraus eine dünne Schicht hergestellt wird, und (5) eine hohe Wärme beständigkeit. Solche organische Materialien können beispielsweise die folgenden Harze umfassen: Siliconharz, Fluorharz, aromatisches Polyamid, Polyimid des Polyadditionstyps, Polybenzimidazol, Metallchelat-Polymer, Polytitansäureester, Epoxyharz, Phthalsäureharz, wärmehärtbares Phenolharz, p-Vinylphenolharz, Ziroxharz, Triazinharz, BT-Harz (durch Polyaddition aus Triazinharz und Bismaleimid erhaltenes Harz) und andere Harze. Außerdem kann die Zwischenschicht 214 auch durch Aufdampfen eines Polyxylylenharzes oder von dessen Derivaten gebildet werden.

Ferner kann die Zwischenschicht 214 auch durch Film bildung nach dem Plasmapolymerisationsverfahren unter Anwendung verschiedener organischer Monomerer, wozu beispielsweise 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, Hexamethylbenzol, Malonitril, Tetracyanoethylen, Thiophen, Selenylbenzol, Tetra fluorethylen, Ethylen, N-Nitrosodiphenylamin, Acetylen, 1,2,4-Trichlorbenzol und Propan gehören, gebildet werden.

Falls es jedoch erwünscht ist, einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 200 zu bilden, der viele Ausstoß öffnungen 218 in hoher Dichte aufweist, kann als Material für die Bildung der Zwischenschicht 214 geeigneterweise ein organisches Material verwendet werden, das sich von den vorstehend erwähnten organischen Materialien unterscheidet und sehr leicht einer feinen lithographischen Bearbeitung unterzogen werden kann. Zu Beispielen für solche organischen Materialien gehören:

Polyimidoisoindolochinazolindion (Handelsname: PIQ, hergestellt von Hitachi Kasei Co., Japan)
Polyimidharz (Handelsname: PYRALIN, her gestellt von DuPont, USA)
Cyclisiertes Polybutadien (Handelsname: JSR-CBR, hergestellt von Japan Synthetic Rubber Co., Japan)
(wärmebeständiger Photoresist)
Photonith (Handelsname; hergestellt von Toray Co., Japan)

und andere lichtempfindliche Polyimidharze, die bevorzugte organische Materialien darstellen (die vorstehenden Formeln sind Beispiele für die Strukturformel, die nach der Bildung der gehärteten Schicht im allgemeinen als gültig akzeptiert wird).

Wenn die Zwischenschicht 214 unter Anwendung dieser orga nischen Materialien, die leicht einer feinen fotolitho grafischen Bearbeitung unterzogen werden können, gebildet wird, wird vor der Bildung der Zwischenschicht 214 an der Oberfläche, auf der die Zwischenschicht 214 gebildet werden soll, geeigneterweise eine Behandlung zur Bildung einer Haftschicht unter Anwendung eines sogenannten Haftmittels durchgeführt, um die Haftung an der unteren Schicht 216, die unterhalb der Zwischenschicht 214 vorzusehen ist, zu verbessern. Beispiele für solche Haftmittel sind Haftmittel des Aluminiumalkoholattyps, insbesondere solche, die als Haftmittel für das vorstehend erwähnte organische Material im Handel erhältlich sind.

Die auf diese Weise hergestellte Zwischenschicht 214 kann eine Dicke von geeigneterweise 0,1 bis 20 µm, vorzugsweise 0,1 bis 5 µm und insbesondere 0,5 bis 2 µm haben.

Die wichtigste Funktion der oberen Schicht 217, der oberen Schichtung 211 besteht darin, Flüssigkeitsbeständigkeit zu verleihen und die mechanische Festigkeit zu verstärken. Die obere Schicht 217 ist als äußerste Oberfläche im wesentlichen über der gesamten Oberfläche des Substrats 202 des Flüssig keitsstrahl-Aufzeichnungskopfes 200, die möglicherweise mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht werden kann, beispielsweise an Abschnitten wie der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 219, vor gesehen, und die obere Schicht 217 besteht aus einem Material, das widerstandsfähig ist, eine relativ gute mechanische Festigkeit hat und mit der unteren Schicht 216 und der Zwischenschicht 214 in enge Berührung gebracht und mit diesen Schichten eng verklebt werden kann. Dieses Material kann beispielsweise ein Metall wie Ta sein, wenn die untere Schicht 216 aus SiO₂ besteht. Der Stoß, der auf eine beim Flüssigkeitsausstoß erzeugte Kavitationswirkung zurück zuführen ist, kann infolgedessen dadurch in ausreichendem Maße absorbiert werden, daß als Oberflächenschicht der oberen Schichtung 211, insbesondere bei der Wärmeein wirkungsfläche 213, die obere Schicht 217 vorgesehen wird, die aus einem anorganischen Material, wie z. B. einem Metall, besteht, das relativ widerstandsfähig ist und eine ausreichende mechanische Festigkeit hat, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß die Betriebsdauer des elektro thermischen Wandlers 201 in hohem Maße verlängert wird.

Zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Ta können als Material, das die obere Schicht 217 bilden kann, die Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems, wie z. B. Sc, Y und andere, die Elemente der Gruppe IVa, wie z. B. Ti, Zr, Hf und andere, die Elemente der Gruppe VIa, wie z. B. Cr, Mo, W und andere, die Elemente der Gruppe VIII, wie z. B. Fe, Co, Ni und andere, Legierungen der vorstehend erwähnten Metalle, wie z. B. Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Ti-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni-Cr und andere, Boride der vorstehend erwähnten Metalle, wie z. B. Ti-B, Ta-b, Hf-B, W-B und andere, Carbide der vorstehend erwähnten Metalle, wie z. B. Ti-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C, Ni-C und andere, Silicide der vorstehend erwähnten Metalle, wie z. B. Mo-Si, W-Si, Ta-Si und andere, und Nitride der vorstehend erwähnten Metalle, wie z. B. Ti-N, Nb-N, Ta-N und andere eingesetzt werden. Die obere Schicht 217 kann nach dem Aufdampfverfahren, dem Zerstäubungsverfahren, dem CVD-Verfahren und anderen Verfahren gebildet werden, und ihre Dicke kann geeigneterweise 0,01 bis 5 µm, vor zugsweise 0,1 bis 5 µm und insbesondere 0,2 bis 3 µm be tragen. Hinsichtlich der Auswahl des Materials und ihrer Dicke wird die obere Schicht 217 vorzugsweise so hergestellt, daß sie einen spezifischen Widerstand von 1 Ωcm oder weniger hat, und es ist auch möglich, ein dielektrisches Material mit einer hohen mechanischen Schlagfestigkeit, wie z. B. Si-C zu verwenden.

Die obere Schicht 217 kann eine einzelne Schicht sein, wie sie vorstehend beschrieben wurde, jedoch können natürlich einige dieser Materialien kombiniert werden. Ferner kann als Material für die obere Schicht 217 anstelle eines einzelnen Materials, wie es vorstehend erwähnt wurde, ein solches Schichtmaterial mit dem Material der unteren Schicht 216 kombiniert werden. Gute Ergebnisse können beispielsweise dadurch erzielt werden, daß aufeinanderfolgend SiO₂ als untere Schicht 216 und PIQ als Zwischenschicht 214 laminiert werden, worauf SiO₂ und Ta als obere Schicht 217 laminiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ist es von kritischer Bedeutung, daß die obere Schichtung 211 aus einer unteren Schicht 216 aus einem anorganischen dielektrischen Material, einer Zwischenschicht 214 aus einem organischen Material und einer oberen Schicht 217 aus einem anorganischen Material gebildet ist, die in dieser Reihenfolge von der Elektrodenseite ausgehend laminiert sind. Wenn diese Schichten von der unteren bis zur oberen Schicht nicht in dieser Reihenfolge laminiert sind, sondern eine Zwischenschicht 214, die beispielsweise aus PIQ besteht, direkt auf die Elektroden 209 und 210 laminiert wird und auf die Zwischenschicht 214 eine untere Schicht 216 aus SiO₂ und eine obere Schicht 217 aus Ta laminiert werden, können beispielsweise die Phänomene hervorgerufen werden, daß die dielektrischen Eigenschaften in Folge eines verkokten Harzes, das auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht verbleibt, verschlechtert werden, daß der enge Kontakt zwischen der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 und SiO₂ an diesem Abschnitt vermindert wird und daß ferner der Kontakt zwischen den Elektroden 209, 210 und dem Harz un genügend wird. Dies führt dazu, daß an diesen Abschnitten eine Abschälung eintritt, wenn der Flüssigkeitsstrahl-Auf zeichnungskopf 200 über eine lange Zeit vewendet wird, so daß sich Probleme hinsichtlich der Haltbarkeit ergeben. Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 200 ist es möglich, das Auftreten des vorstehend erwähnten Problems zu verhindern, indem eine untere Schicht 216 direkt auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 208 und der Elektrodenschicht vorgesehen wird, worauf auf der oberen Oberfläche der unteren Schicht 216 eine Zwischenschicht 214, die aus einem Harz, wie z. B. PIQ, besteht, gebildet wird, und infolgedessen wird die Bildung einer oberen Schichtung 211, die auch gegenüber einem Eintauchen in eine Flüssigkeit, wie z. B. eine Tinte, über eine lange Zeit beständig ist, ermöglicht.

Bei dem in Fig. 1(c) und (d) gezeigten Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 200 wird die Zwischenschicht 214 der oberen Schichtung 211 an der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 bei dem Abschnitt von der Wärmeeinwirkungsfläche 213 bis zu der Ausstoßöffnung 218 beseitigt, jedoch ist die Zwischenschicht 214 bei dem an der Ausstoßöffnungsseite befindlichen Abschnitt ansonsten, d. h. mit Ausnahme des Abschnitts an der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204, vor gesehen. Eine Modifikation der Ausführungsform, bei der die Zwischenschicht 214 über den gesamten Bereich an der Aus stoßöffnungsseite von der Wärmeeinwirkungsfläche 213 an, d. h. über den Abschnitt, der dem in Fig. 1(c) oberhalb der Linie C-C′ liegenden Teil entspricht, nicht vorgesehen ist, verursacht keine Schwierigkeiten.

Eine Ausführungsform, die stärker bevorzugt wird, ist jedoch eine Ausführungsform, bei der, wie es in Fig. 1(c) gezeigt wird, der Elektrodenabschnitt mit Ausnahme des an der Flüssigkeits-Strömungsbahn 204 befindlichen Abschnitts auch an der Ausstoßöffnungsseite von der Wärmeeinwirkungsfläche 213 an über die untere Schicht 216 mit der Zwischenschicht 214 bedeckt ist.

Fig. 2 ist ein schematischer Teilgrundriß, der den bedeckten Bereich für den Fall zeigt, daß der gesamte Bereich mit Ausnahme der Wärmeeinwirkungsfläche über eine untere Schicht mit einer Zwischenschicht bedeckt ist. Der von gezeigte Rahmen ist die eigentliche Wärmeeinwirkungs fläche 301, und erfindungsgemäß kann die Zwischenschicht der oberen Schichtung so gebildet werden, daß nur der Bereich der Wärmeeinwirkungsfläche 301 ausgenommen wird, wie es durch den Rahmen gezeigt wird, oder die Zwischenschicht der oberen Schichtung kann so gebildet werden, daß der Bereich 303, der breiter als die Wärmeeinwirkungsfläche 301 ist, ausgenommen wird, wie es durch den Rahmen gezeigt wird. Alternativ kann die Zwischenschicht der oberen Schichtung so gebildet werden, daß der Bereich 302, der schmaler als die Wärmeeinwirkungsfläche 301 ist, ausgenommen wird, wie es durch den Rahmen gezeigt wird.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.

Beispiel

Eine Si-Scheibe bzw. -Wafer wurde zur Bildung eines SiO₂- Films mit einer Dicke von 5 µm thermisch oxidiert, um ein Substrat herzustellen. Auf dem Substrat wurde durch Zerstäubung eine 150,0 nm dicke, wärmeerzeugende Wider standsschicht aus HfB₂ gebildet, und dann wurden durch Elektronenstrahl-Aufdampfung aufeinanderfolgend eine 5,0 nm dicke Ti-Schicht und eine 500,0 nm dicke Al-Schicht abgeschieden.

Mittels der fotolithographischen Schritte wurde das in Fig. 1(c) gezeigte Muster gebildet, und es wurde fest gestellt, daß die Wärmeeinwirkungsfläche eine Breite von 30 µm und eine Länge von 150 µm hatte,wobei der elektrische Widerstand einschließlich des Widerstandes der Elektroden 150 Ω betrug.

Als nächster Schritt wurde über die gesamte Oberfläche des Substrats SiO₂ durch Zerstäubung bis zur Erzielung einer Dicke von 2,2 µm laminiert (Bildung der unteren Schicht). Danach wurde auf dem Abschnitt, der in Fig. 1(c) schraffiert ist, durch die folgenden Schritte eine PIQ-Schicht (die Zwischenschicht) hergestellt:

Das heißt, der Träger mit der darauf gebildeten unteren Schicht wurde gewaschen und getrocknet, und dann wurde eine Wirbel- bzw. Schleuderbeschichtung mit PIQ-Lösung durchgeführt (Bedingungen der Wirbel- bzw. Schleuder beschichtung: 500 U/min, 10 s im ersten Schritt; 4000 U/min, 40 s im zweiten Schritt). Dann wurde das beschichtete Produkt 10 min lang bei 80°C stehengelassen. Nach dem Trocknen des Lösungsmittels wurde 60 min lang ein Vorbrennen bei 220°C durchgeführt. Auf den getrockneten Film wurde mit einer Wirbel- bzw. Schleuderbeschichtungs vorrichtung ein Fotoresist (OMR-83, hergestellt von Tokyo Oka Co., Japan) aufgetragen. Nach dem Trocknen wurde das Produkt mittels einer Masken-Ausrichtvorrichtung belichtet und einer Entwicklungsbehandlung unterzogen, wodurch ein gewünschtes Muster der PIQ-Schicht erhalten wurde. Dann wurde die PIQ-Schicht unter Anwendung eines Ätzmittels für PIQ geätzt. Nach dem Waschen mit Wasser und dem Trocknen wurde der Fotoresist mit einer Abschälflüssigkeit für OMR abgeschält. Dann wurde 60 min lang bei 350°C gebrannt, wodurch der Schritt für die Bildung des PIQ-Schichtmusters beendet wurde. Der um die Wärmeeinwirkungsfläche herum entfernte Abschnitt hatte die in Fig. 1(c) gezeigte Gestalt, und seine Größe betrug 50 µm×250 µm.

Die PIQ-Schicht hatte in dem Abschnitt, bei dem auf dem Träger keine wärmeerzeugende Widerstandsschicht und keine Elektrode vorhanden waren, eine Dicke von 2,0 µm, und in dem Wärmeerzeugungsabschnitt über der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und den Elektrodenflächen eine Dicke von 1,8 µm, was auf gute Stufenabdeckeigenschaften deutet.

Nach der Bildung der Zwischenschicht wurde über die gesamte obere Oberfläche durch Zerstäubung eine obere Schicht, die aus Ta bestand, bis zur Erzielung einer Dicke von 0,5 µm laminiert. Dann wurde auf dieses Substrat in der festgelegten Weise eine mit Rillen versehene Glasplatte aufgeklebt. Das heißt, auf das Substrat wurde zur Bildung von Tinteneinlaß-Strömungsbahnen und Wärmeeinwirkungs abschnitten eine mit Rillen versehene Glasplatte (Rillengröße: 50 µm Breite × 50 µm Höhe × 2 mm Länge) aufgeklebt, wie es in Fig. 1(b) gezeigt wird.

Als an den elektrothermischen Wandler des auf diese Weise hergestellten Aufzeichnungskopfes eine Stoßspannung von 10 µS und 30 V mit 3 kHz angelegt wurde, wurde die Flüssigkeit entsprechend den angelegten Signalen unter Bildung von fliegenden Flüssigkeitströpfchen stabil ausgestoßen.

Wenn die Bildung solcher Tröpfchen wiederholt wird, kann in einem fehlerhaft gefertigten Aufzeichnungskopf infolge einer elektrischen Korrosion von Al-Elektroden oder eines Durchschlags zwischen der Ta-Schutzschicht und Al-Elektroden ein Drahtbruch auftreten, was dazu führt, daß das Ausstoßen von Tinte aufhört. Die Anzahl der Wiederholungen bis zum Aufhören des Ausstoßens von Tinte wird erfindungsgemäß als Haltbarkeitszahl definiert.

Bei drei Probeköpfen, nämlich einem erfindungsgemäßen Probekopf (a), einem Probekopf (b), bei dem in einem Probekopf (a) die PIQ-Schicht nicht laminiert worden war, und einem Probekopf (c), bei dem die PIQ-Schicht, die SiO₂-Schicht und die Ta-Schicht aufeinanderfolgend von der Elektrodenseite ausgehend laminiert worden waren, wurden die Haltbarkeitszahlen verglichen, indem jeder Aufzeichnungskopf 20 Tage lang 5×10⁷mal pro Tag in Betrieb gesetzt wurde, wobei die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. (Der Anteil der fehlerhaften Aufzeichnungsköpfe bei wiederholter Anwendung in Tabelle 1 wurde aus den Ergebnissen bei 1000 Proben berechnet.)

Tabelle 1

Anteil der fehlerhaften Aufzeichnungsköpfe bei wiederholter Anwendung

Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, kann bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf die Haltbarkeitszahl von 10⁹ auf stabile Weise erzielt werden, und er ist infolgedessen für die Verwendung als Aufzeichnungskopf mit vielen Ausstoßöffnungen geeignet. Bei dem Probekopf (b) wurde eine deutliche Verschlechterung der Haltbarkeit beobachtet, die auf eine elektrische Korrosion der Al-Elektroden durch Aufzeichnungsflüssigkeit, die durch die Nadellöcher, die sich in der durch Zerstäubung hergestellten SiO₂- und Ta-Schicht befanden, hindurchdrang, und auf einen Durchschlag zwischen der Al-Elektrode und der Ta-Schicht zurückzuführen war. Bei dem Probekopf (c) kam es nach 2×10⁸ Wiederholungen in 5 Tagen zu einer Abschälung zwischen der SiO₂- Schicht und der HfB₂-Schicht, wodurch beim Wärmeerzeugungs abschnitt in erhöhtem Maße ein mechanischer Bruch oder ein Durchschlag auftrat.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoß öffnung für das Ausstoßen von Flüssigkeit zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen, einer Flüssigkeits-Strömungsbahn, die mit der Ausstoßöffnung verbunden ist und als Teil ihres Aufbaus einen eine die Flüssigkeit berührende Wärmeerzeugungsfläche auf weisenden Wärmeeinwirkungsabschnitt enthält, bei dem auf die Flüssigkeit Wärmeenergie für die Bildung von Flüssigkeits tröpfchen einwirkt, und einem durch Signale beaufschlagbaren elektrothermischen Wandler mit mindestens einem Paar einander gegenüberliegender Elektroden, die mit einer entlang der Flüssigkeits-Strömungsbahn vorgesehenen, wärmeerzeugenden Widerstandsschicht elektrisch leitend verbunden sind, wodurch zwischen diesen Elektroden ein Wärmeerzeugungsabschnitt gebildet wird, und einer oberen Schichtung, die den nicht mit Elektroden bedeckten Abschnitt der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und die Elektrodenabschnitte abdeckt, mit einer aus einem anorganischen dielektrischen Material gebildeten unteren Schicht und einer aus einem anorganischen Material gebildeten oberen Schicht, deren Oberfläche im Wärmeeinwirkungsabschnitt die Wärmeerzeugungsfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Schicht (216) und der oberen Schicht (217) eine aus einem organischen Material gebildete Zwischenschicht (214) vorgesehen ist, wobei diese Zwischenschicht (214) unter der Flüssigkeits- Strömungsbahn (204) entweder in dem Abschnitt der Wärme erzeugungsfläche (213; 301) oder in dem Abschnitt der Wärme erzeugungsfläche (213; 301) bis zur Ausstoßöffnung (218) ausgespart ist.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material der Schicht (216) ein anorganisches Oxid, ein anorganisches Nitrid oder ein Komplex eines anorganischen Oxids und eines anorganischen Nitrids ist.

3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht (216) aus einem Dünnschichtmaterial mit hohem Widerstand gebildet ist.

4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht (216) eine Dicke von 0,1 bis 5 µm hat.

5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material der Zwischen schicht (214) ein Harz ist.

6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material der Zwischen schicht (214) eine monomere organische Verbindung ist.

7. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (214) aus einem gehärteten Film eines lichtempfindlichen Harzes gebildet ist.

8. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (214) eine Dicke von 0,1 bis 20 µm hat.

9. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Material der oberen Schicht (217) ein Element enthält, welches aus der Gruppe IIIa, IVa, VIa und VIII des Periodensystems ausgewählt ist.

10. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (217) einen spe zifischen Widerstand von 1 Ω cm oder weniger hat.

11. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (217) aus einem anorganischen Material in Kombination mit einem anorganischen dielektrischen Material für die Bildung der unteren Schicht (216) gebildet ist.

12. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht (217) eine Dicke von 0,01 bis 5 µm hat.