DE3414526C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren haben in neuerer Zeit zunehmende Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da die während des Aufzeichnungsvorganges entstehenden Geräusche vernachlässigbar gering sind, da eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird und da der Aufzeichnungsvorgang realisiert werden kann, ohne die Bilder auf Normalpapier fixieren zu müssen.

Es sind Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren bekannt (JP-OS 51 837/1979 und DE-OS 28 43 064), bei denen mit Wärmeenergie auf die Flüssigkeit eingewirkt wird, um auf diese Weise eine Antriebskraft zur Abgabe der Flüssigkeitströpfchen zu erhalten. Hierbei erfährt die der Einwirkung von Wärme ausgesetzte Flüssigkeit eine Zustandsänderung, die zu einem steilen Volumenanstieg führen kann, wobei durch die auf dieser Zustandsänderung basierende Kraft Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung am Ende des Aufzeichnungskopfabschnittes ausgestoßen wird, so daß "fliegende" Flüssigkeitströpfchen gebildet werden. Diese Flüssigkeitströpfchen haften am Aufzeichnungsmedium an, wodurch der Aufzeichnungsschritt realisiert wird.

Ein ähnlicher Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der US-PS 43 39 762 bekannt. Der bekannte Aufzeichnungskopf besitzt mindestens eine Ausstoßöffnung zur Abgabe von Flüssigkeitströpfchen und mindestens einen Flüssigkeitsströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung steht. Im Flüssigkeitsströmungskanal ist ein zur Ausbildung der Flüssigkeitströpfchen Wärmeenergie auf die Flüssigkeit aufbringender Wärmeeinwirkungsabschnitt vorgesehen. Ein Element, das als Einrichtung zur Erzeugung der Wärmeenergie dient, wandelt elektrisch in thermische Energie um.

Dieses Element zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie ist mit zwei Elektroden und einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht versehen, die an diese Elektroden angeschlossen ist, und einen wärmeerzeugenden Abschnitt zwischen diesen Elektroden aufweist. Normalerweise besitzt das Element in seinem oberen Abschnitt eine Schutzschicht, die die Elektroden und die Oberfläche des wärmeerzeugenden Abschnittes abdeckt und auf einer isolierenden Basisplatte ausgebildet ist.

Es wird nunmehr die Ausbildung des wärmeerzeugenden Abschnittes und der Elektroden beim Stand der Technik beschrieben. Zuerst wird die wärmeerzeugende Widerstandsschicht auf der Oberfläche der Basisplatte durch Abscheiden oder Sprühen hergestellt. Dann wird eine Elektrodenleiterschicht auf der Oberfläche dieser Schicht durch ein ähnliches Verfahren erzeugt. Danach werden über ein Fotoätzverfahren ein Teil der Elektrodenleiterschicht und ein Teil der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht nacheinander gemäß einem vorgegebenen Muster entfernt, so daß auf diese Weise die Elektroden und der wärmeerzeugende Abschnitt mit den gewünschten Formen an den gewünschten Stellen ausgebildet werden.

Das Fotoätzen wurde bisher so durchgeführt, daß die Breite der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht, die den unteren Abschnitt der Elektroden bildet, der Breite der Elektroden entspricht. Mit anderen Worten, zur Ausbildung der Elektroden durch Fotoätzen wird ein Muster aus einem Fotoresist in die gewünschte Form der Elektroden auf die Oberfläche der Elektrodenleiterschicht gebracht, wonach die überflüssige Elektrodenleiterschicht, auf der das Muster aus dem Fotoresist nicht ausgebildet ist, durch Ätzen entfernt wird. Danach wird die wärmeerzeugende Widerstandsschicht durch Ätzen entfernt. Wenn die wärmeerzeugende Widerstandsschicht im unteren Abschnitt der Elektroden geätzt wird, ist die relativ dicke Elektrodenleiterschicht im unteren Abschnitt des Fotoresistes vorhanden, so daß daher die wärmeerzeugende Widerstandsschicht während des Ätzens der Elektrodenleiterschicht durch die Ätzflüssigkeit sofort über ihre Seite befestigt wird und die Breite der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht in diesem Abschnitt dazu neigt, geringer zu werden als die Breite der darüber befindlichen Elektroden. Wenn jedoch in den Elektroden der Rand der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht, die die untere Schicht darstellt, innerhalb des Randes der Elektrodenleiterschicht, die die obere Schicht darstellt, liegt, tritt sofort im Randbereich der Elektrodenleiterschicht ein Einrollen oder ein Bruch auf.

Bei der Herstellung des Elementes zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie ist es bekannt, die Schutzschicht so auszubilden, daß sie die Elektroden bedeckt. In diesem Fall steht der Seitenrandabschnitt der Elektrodenleiterschicht relativ zu der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht, die die untere Schicht ist, vor, so daß daher die Abdeckungseigenschaften der Schutzschicht für den Seitenrandabschnitt sehr schlecht sind und in einigen Fällen Flüssigkeit durch die Schutzschicht in die Elektroden eingedrungen und entlang den Rändern dieser Abschnitte diffundiert ist, wobei die Elektrodenleiterschicht befeuchtet und sogar geschmolzen wurde. Insbesondere dann, wenn sich der Randabschnitt der Elektrodenleiterschicht einrollt, wie vorstehend beschrieben, wird die Abdeckungsfunktion der Schutzschicht geringer, wodurch die Mögichkeit von Brüchen der Elektroden vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf der angegebenen Art zu schaffen, der konstruktiv so gestaltet ist, daß ein Einrollen und Brechen der Elektrodenleiterschicht sowie mangelnder Korrosionsschutz der Elektroden und der Widerstandsschicht verhindert und somit eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb über längere Zeiträume erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

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

die Fig. 1a und 1b die wesentlichen Abschnitte einer Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfes, wobei Fig. 1a eine Teildraufsicht auf ein Element zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie, dessen obere Schutzschicht entfernt worden ist, und Fig. 2b einen Schnitt durch dieses Element entlang der strichpunktierten Linie B-B in Fig. 1a zeigen,

Fig. 2 eine schematische auseinandergezogene Ansicht zur Verdeutlichung des Innenaufbaues eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes und

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Darstellung des Innenaufbaues einer anderen Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes.

In Fig. 1 sind der Flüssigkeitsströmungskanal und die Ausstoßöffnung nicht dargestellt, und es ist zur Erläuterung nur ein wärmeerzeugender Abschnitt gezeigt. Das in der Praxis eingesetzte Element zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie besitzt jedoch eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Abschnitten, die in vorgegebenen Abständen angeordnet sind.

In Fig. 1a sind mit 203 ein wärmeerzeugender Abschnitt und mit 201 und 202 Elektroden zur Zuführung von elektrischem Strom zu dem wärmeerzeugenden Abschnitt 203 bezeichnet. Die Elektroden 201 und 202 liegen in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüber. In Fig. 1b ist mit 1 eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht bezeichnet, die die untere Schicht der Elektroden 201 bildet (die wärmeerzeugende Widerstandsschicht ist einstückig mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht im wärmeerzeugenden Abschnitt ausgebildet), während mit 2 eine Elektrodenleiterschicht bezeichnet ist, die die Elektrode 201 bildet, und mit 3 eine Schutzschicht für die Elektrodenleiterschicht 2 und die wärmeerzeugende Widerstandsschicht gegenüber Tinte. Mit 4 ist eine Basisplatte bezeichnet. Fig. 1b zeigt einen Schnitt durch denjenigen Abschnitt, der die Elektrode 201 enthält. Der Schnitt durch die Elektrode 202 besitzt die gleiche Erscheinungsform.

Wie aus den Fig. 1a und 1b hervorgeht, ist bei dem Aufzeichnungskopf die horizontale Breite der Basisplattenoberfläche der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1, die den unteren Abschnitten der Elektroden 201 und 202 entspricht, größer als die Breite der Elektrodenleiterschicht 2. Am Randabschnitt der Elektroden 201 und 202 ist die Schutzschicht 3 so ausgebildet, daß sie zwei Stufen abdeckt, d. h. die Stufe zwischen der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 und der Basisplatte 4 und die Stufe zwischen der Elektrodenleiterschicht 2 und der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1.

Das Verhältnis der Breite der Elektroden 201 und 202 zu der Breite der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1, die unter den Elektroden 201 und 202 liegt, ist nicht begrenzt, jedoch sollte die Breite vom Rand des Musters der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 bis zum Rand des Musters der Elektrodenleiterschicht 2 in einem solchen Maße festgelegt sein, daß ein ausreichender Grenzbereich zur Steuerung des Ätzvorganges selbst dann vorhanden ist, wenn ein geringeres oder größeres Maß an Überätzung der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 auftritt. Vorzugsweise sollte die Breite des Musters der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 größer sein als die Breite des Musters der Elektrodenleiterschicht 2, und zwar um 1 µm oder mehr, vorzugsweise um 2 µm oder mehr.

Der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wird durch Ausbildung von Flüssigkeitsströmungskanälen 204 vervollständigt, die dem auf der Basisplatte ausgebildeten wärmeerzeugenden Abschnitt 203 und Öffnungen 205 entsprechen.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene schematische Ansicht zur Darstellung des Innenaufbaues einer auf diese Weise vervollständigten Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes. Bei dieser Ausführungsform sind die Ausstoßöffnungen 205 über den wärmeerzeugenden Abschnitten 203 (von denen nur einer gezeigt ist) angeordnet. Mit 206 sind Tintenströmungskanalwände, mit 207 eine gemeinsame Flüssigkeitskammer, mit 208 eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, mit 209 Durchgangslöcher, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer 207 mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 208 verbinden, und mit 210 eine Deckplatte bezeichnet. Der Verdrahtungsabschnitt des Elementes zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie ist in Fig. 3 nicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines fertigen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes. Bei dieser Ausführungsform sind Ausstoßöffnungen 205 an den Enden der Flüssigkeitsströmungskanäle ausgebildet. Mit 211 sind Tintenzuführöffnungen bezeichnet.

Für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf kann eine große Vielzahl von Materialien Verwendung finden, die für derartige Einsatzzwecke bekannt oder bereits vorgeschlagen worden sind, beispielsweise die Materialien für die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 1, die Elektrodenleiterschicht 2, die Schutzschicht 3 und die Basisplatte 4.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei dem Aufzeichnungskopf eine ausgezeichnete Abdeckung durch die Schutzschicht im Elektrodenbereich und im Bereich der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht erreicht. Daher tritt selbst dann, wenn der Aufzeichnungskopf in wiederholter oder kontinuierlicher Weise über eine lange Zeitdauer eingesetzt wird, kein Bruch von Drähten infolge eines Schmelzens der Elektroden auf, und die guten anfänglichen Flüssigkeitströpfchenbildungseigenschaften können über eine lange Zeitdauer in beständiger Weise aufrechterhalten werden.

Was das Herstellungsverfahren des Aufzeichnungskopfes anbetrifft, so wird insbesondere die Ausbildung der Elektroden vereinfacht. Es können besonders zuverlässige Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe mit hoher Ausbeute hergestellt werden.

Ein typisches Beispiel eines Aufzeichnungskopfes wird hiernach in Verbindung mit den einzelnen Herstellungsschritten für dasselbe beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 1, die aus HfB₂ bestand, wurde in einer Dicke von 2000 Å durch Sprühen auf der Oberfläche eines Si-Plättchens hergestellt. Danach wurde durch Elektronenstrahlabscheidung Aluminium in einer Dicke von 1 µm auf der Oberfläche der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 abgeschieden, um eine Elektrodenleiterschicht 2 auszubilden. Danach wurde ein Fotoresist auf die Elektrodenleiterschicht 2 aufgebracht, um ein Fotoresist-Muster in der Form der Elektroden 201 und 202 auszubilden. Der überflüssige Teil der Elektrodenleiterschicht 2 wurde unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit, die aus einem Gemisch aus HNO₃, CH₃COOH und H₃PO₄ bestand, entfernt, wonach der Fotoresist abgestreift wurde. Die Breite der Elektrodenleiterschicht 2 (senkrecht zur Längsrichtung derselben) betrug 80 µm, und der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 201 und 202 im wärmeerzeugenden Abschnitt 203 wurde auf 200 µm eingestellt.

Danach wurde durch ein fotolithographisches Verfahren das Muster der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 unter der Elektrodenleiterschicht 2 der Elektroden 201 und 202 erzeugt. Der überflüssige Teil der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht wurde in dem Gemisch aus HF und HNO₃ entfernt. Die Breite der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 wurde auf 86 µm festgesetzt. Da die Breite des Fotoresistmusters der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 größer war als die Breite des Musters der Elektrodenleiterschicht 2, wurde ein enger Kontakt zwischen dem Fotoresist und der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 im Randbereich hergestellt, und es konnte im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren, bei dem der Fotoresist auf der Oberfläche der Elektrodenleiterschicht 2 ausgebildet wird, der Grad an einer Überätzung minimal gehalten werden. Selbst bei einer größeren oder geringeren Überätzung war ein ausreichender Grenzbereich vorhanden, um das Ätzen zwischen dem Rand des Musters der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 bis zu dem Rand des Musters der Elektrodenleiterschicht 2 zu steuern. Es trat daher in keiner Weise der unbequeme Fall auf, daß das Ätzen der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht zur Innenseite des Randes der Elektrodenleiterschicht 2 vorrückte. Aus dem Vorstehenden geht ferner hervor, daß auch kleinere oder größere Abweichungen in bezug auf die Maskenausrichtung zwischen den Mustern der Elektrodenleiterschicht 2 und der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 zu keinen Unbequemlichkeiten führten.

Schließlich wurde durch Sprühen eine Schicht aus SiO₂ als Schutzschicht 3 für mindestens die Bereiche der Elektroden 201 und 202 und des wärmeerzeugenden Abschnittes 203, die in Kontakt mit der Flüssigkeit standen, in einer Dicke von 2,2 µm aufgebracht. Die Stufenabdeckung dieser Schutzschicht aus SiO₂ wurde entsprechend der Ausbildung des anderen Stufenabschnittes sehr gut ausgebildet, da der Stufenabschnitt zwischen der Basisplatte 4 und der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 und der Stufenabschnitt zwischen der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 1 und der Elektrodenleiterschicht 2 im Abstand voneinander angeordnet waren. Der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde durch die Verwendung der auf diese Weise ausgebildeten Basisplatte zusammengebaut.

Bei diesem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf war die Schutzschicht einwandfrei ausgebildet, wie vorstehend beschrieben, so daß der bei herkömmlich ausgebildeten Aufzeichnungsköpfen vorhandene Mangel, gemäß dem bei mehrmaligem Sieden der Flüssigkeit durch den wärmeerzeugenden Abschnitt die Flüssigkeit von dem unzureichenden Abdeckabschnitt der Schutzschicht entlang den Seitenrändern der Elektroden 201 202 lief und die Elektrode schmolz, nicht auftrat.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit mindestens einer Ausstoßöffnung zur Abgabe von Flüssigkeitströpfchen und mindestens einem Flüssigkeitsströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung steht sowie einem im Flüssigkeitsströmungskanal angeordneten und zur Ausbildung der Flüssigkeitströpfchen Wärmeenergie auf die Flüssigkeit aufbringenden Wärmeeinwirkungsabschnitt aufweist, der aus einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht, mindestens zwei gegenüberliegenden und die Widerstandsschicht elektrisch kontaktierenden Elektroden sowie einer sich über die Elektroden und die Widerstandsschicht erstreckenden Schutzschicht besteht, die in dieser Reihenfolge auf ein Trägersubstrat auflaminiert werden, wobei der wärmeerzeugende Abschnitt zwischen den Elektroden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Elektroden (201, 202) über den gesamten auf der Widerstandsschicht (1) laminierten Bereich geringer ist als die Breite der Widerstandsschicht (1).

2. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite vom Rand der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht (1) bis zum Rand der Elektroden (201, 202) 1 µm beträgt.

3. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnung (205) am fließrichtungsseitigen Ende des Flüssigkeitsströmungskanals vorgesehen ist.

4. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austoßöffnung (205) an der Seite des Flüssigkeitsströmungskanals angeordnet ist, die dem Wärmeeinwirkungsabschnitt (203) gegenüberliegt.

5. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnung (205) im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Wärmeeinwirkungsabschnittes (203) vorgesehen ist.