DE3414937A1

DE3414937A1 - Fluessigkeitsstrahlaufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3414937A1
Application number: DE19843414937
Authority: DE
Inventors: Masami Machida Tokio/Tokyo Ikeda; Hiroto Ebina Kanagawa Matsuda; Makoto Shibata; Hiroto Hiratsuka Kanagawa Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1984-10-25
Anticipated expiration: 2004-04-20
Also published as: FR2544664A1; JPH0624855B2; JPS59194866A; DE3414937C2; US4567493A; FR2544664B1

Description

Fl üssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl aufze ichnungskopf.

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Mit einem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren (Flüssigkeitsstrahl auf ze ichnungsverfahren) ist eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit möglich, da die während der Aufzeichnung erzeugten Geräusche vernachlässigbar klein sind. Darüberhinaus kann mit einem solchen Verfahren auf ebenem Papier aufgezeichnet werden, ohne daß eine Fixierung ode'r eine andere Spezi al behandl ung erforderlich ist. Das Interesse an einem derartigen Verfahren hat daher in letzter Zeit zugenommen.

Das in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 54-51837 und der DE-OS 23 43 064 beschriebene Flüssigkeitsstrahl auf ze ichnungsverfahren unterscheidet sich von herkömmlichen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren dadurch, daß hierbei Wärmeenergie auf die Flüssigkeit einwirkt, um eine Bewegungskraft zur Abstrahlung eines Flüssigkeitströpfchens zu erzeugen.

Das in diesen Veröffentlichungen beschriebene Verfahren

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Ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, auf die die Wärmeenergie einwirkt, eine Phasenänderung erfährt, die einen raschen Volumenanstieg bewirkt,so daß Flüssigkeit aus einer öffnung an einem Ende eines Aufzeichnungskopfes durch eine derartige Phasenänderung abgestrahlt und ein "fliegendes" Flüssigkeitströpfchen gebildet und auf einem Aufzeichnungsmedium abgeschieden wird.

Das In der DE-OS 28 43 064 'beschr I ebene FlüssIgkeitsstrahl aufzelchnungsverfahren Ist nicht nur besonders geeignet für ein sog. Aufzeichnungsverfahren mit Tröpfchenb11 dung auf Anforderung, sondern ermöglicht auch die Verwirklichung eines Aufzelchnunqskopfes In der Form eines VoI1 ze 11entyps mit einer Vielzahl von öffnungen und hoher Dichte. Es können somit Bilder mit ausgezeichneter Qualität und hoher Geschwindigkeit aufgezeichnet werden, die einen hohen Auflösungsgrad besltzen.

Der In einer Vorrichtung für ein derartiges Verfahren verwendete Aufzeichnungskopf besitzt eine Flüssigkeitsstrahleinheit, die eine öffnung zur Flüssigkeitsabgabe und einen Flüssigkeitskanal aufweist, der mit der öffnung In Verbindung steht und eine Wärmeeinwirkungseinheit bildet, durch die WärmeenergIe auf die Flüssigkeit aufgebracht wird, um ein Flüssigkeitströpfchen abzustrahlen. Ferner ist ein elektrothermischer Wandler zur Erzeugung der Wärmeenergie vorgesehen.

Der elektrothermisehe Wandler umfaßt zwei Elektroden und eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht, die an die Elektroden angeschlossen Ist und einen wärmeerzeugenden Bereich (wärmeerzeugenden Abschnitt) zwischen

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den Elektroden bildet. Der elektrothermlsehe Wandler und die Elektroden sind üblicherweise in einer oberen Schicht einer Basis des FlüssIgkeItsstrahlaufzelchnungskopfes ausgebildet. In den Figuren IA und IB sind bekannte Ausführungsformen einer derartigen Basis dargestellt, in der der elektrothermisehe Wandler des FlüssigkeltsstrahlaufzeIchnungskopfes ausgebildet ist.

Figur IA Ist eine Draufsicht auf den elektrothermisehen Wandler der Basis des FIüssigkeltsstrahlaufzeichnungskopfes, während Figur IB einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie X-Y in Figur IA zeigt.

Die Basis 101 des FlüssIgke1tsstrahlaufzeIchnungskopfes umfaßt eine untere Schicht 106, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107, Elektroden 103 und 104, eine erste obere Schutzschicht 107, eine zweite obere Schutzschicht 109 und eine dritte obere Schutzschicht 110, die in dieser Reihenfolge auf einer Basis 105 laminiert sind.

Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 und die Elektroden 103 und 104 sind durch Ätzen In vorgegebenen Mustern ausgebildet. Sie sind In den anderen Bereichen als dem des elektrothermlschen Wandlers 102 Im gleichen Muster angeordnet. Im Bereich dieses Wandlers sind die Elektroden nicht auf die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 laminiert, und die wärmeerzeugende Widerstandsschlcht bildet hler einen wärmeerzeugenden Abschnitt 111. Die erste obere Schutzschicht 108 ,und die dritte obere Schutzschicht 110 sind auf die gesamte Oberfläche der Basis 101 laminiert; die zwette obere Schutzschicht 109 Ist jedoch nicht auf den eiektro-

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thermischen Wandler 102 laminiert.

Die Materlallen zur Ausbildung der oberen Schichten der Basis stnd In bezug auf solche Eigenschaften, wie Wärme-Widerstandsfähigkeit, Flüssigkeitswiderstandsfähigkeit, thermische Leitfähigkeit und Isolationseigenschaften, ausgewählt, welche für die Bereiche erforderlich sind, auf denen die oberen Schichten angeordnet sind. Eine Hauptaufgabe der ersten oberen Schutzschicht 108 besteht darin, eine Isolation zwischen der gemeinsamen Elektrode 108 und der Wahl elektrode 104 aufrechtzuerhalten. Die Hauptaufgabe der zweiten oberen Schutzschicht 109 besteht darin, das Eindringen von Flüssigkeit zu verhindern und die entsprechende Flüssigkeitswiderstandsfähigkeit zur Verfugung zu stellen, während die Hauptaufgabe der dritten oberen Schutzschicht 110 darin besteht, für eine entr sprechende Flüssigkeitswiderstandsfähigkeit zu sorgen und die mechanische Festigkeit zu verbessern.

Wenn bei einem FlüssIgkeItsstrahlaufzeichnungskopf des Standes der T-echnik, der eine in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildete Basis aufweist, die Basis über eine lange Zeitdauer während einer wiederholten Benutzung oder über einen langen kontinuierlichen Gebrauch mit der Flüssigkeit kontinuierlich In Kontakt steht, blättern die auf der Basis ausgebildeten oberen Schutzschichten ab, so daß die Isolation verschlochert wird, die Elektroden oder die elektrothermisehen Wandler zerbrechen und die Zuführung der Flüssigkeit verhindert wird.

Es kann auch die Flüssigkeitsabgabe durch Verformung des FlüssIgkeItskanales oder der öffnung blockiert werden.

Ein Grund für eine derartige Verschlechterung der Flüssigkeltswtderstandsfähigkelt eines derartigen FlussigkeiLs-

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strahlaufzelchnungskopfes nach dem Stand der Technik bei langem Gebrauch Ist In der nachfolgenden Erklärung zu finden. Da eine Anzahl von feinen el ektrotherini sehen Wandlern gleichzeitig auf der Basis ausgebildet wird, besitzt die Oberfläche, auf der die oberen Schutzschichten ausgebildet werden sollen, feine concav-convexe Stufen. Die Schutzschichten decken daher diese Stufen nicht genau ab, oder die Schutzschichten weisen Fehler auf, beispielsweise feine Löcher, durch die die Flüssigkeit drJnyt.

Der Erfindung 1 iegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstrahl auf ze Ichnungskopf zu schaffen, der eine ausgezeichnete Haltbarkeit bei häufigem wiederholten Einsatz und kontinuierlichem Gebrauch über eine lange Zeit besitzt und der über eine längere Zeltdauer in beständiger· Weise erwünschte FlüssIgkeItströpfchenbI1dungse!genschaften aufrechterhalten kann.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Flüssigkeitsstrahlaufzelchnungskopfes mit einer hohen Hei— ' stellungszuverlässIgkeIt.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erf indungsqeinäß durch einen FlüssIgkeitsstrahlaufzeichnungskopf gelöst, der einen Flüssigkeitsabgabeabschnitt umfaßt, welcher eine öffnung zur Abgabe eines Flüssigkeitströpfchens zur Ausbildung eines "fliegenden" FlüssIqkeitstropfchens und einen Flüssigkeitsströmungskanäl aufweist, der mit der öffnung· in Verbindung steht und einen Wärmeeinwirkungsabschnitt zur Einwirkung von thermischer·Energie, auf die Flüssigkeit zur Ausbildung des Flüssigkeitströpfchens besitzt. Der Flüssigkeitsabgabeabschnitt umfaßt des

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wetteren elneri el ektrotherml sc_hen Wandler, der mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden aufweist, die elektrisch an,' eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht angeschlossen ^Ind, die auf einer Basis ausgebildet ist, wobei ein wänneerzeugender Abschnitt zwischen den Elektroden ausgebildet Ist, eine erste obere Schutzschicht aus einem anorganischen Isolationsmaterial und eine zweite obere Schutzschicht aus einem organischen Material, die mindestens .auf die Elektroden laminiert sind, wobei die erste obere Schutzschicht und eine dritte obere Schutzschicht aus einem anorganischen Material, das von dem anorganischen Material der ersten oberen Schutzschicht verschieden Ist, auf mindestens den wärmeerzeugenden Abschnitt laminiert sind.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbetsplelen In Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur IA eine Draufsicht auf einen elektro-

thermischen Wandler auf einer Basis eines FlüssIgkeItsstrahlaufzeichnungskopfes nach

dem Stand der Technik;

Figur· IB einen Schnitt entlang der strichpunktierten Linie X-Y in Figur IA; ·

die Figuren

2A, 3 und

4 Draufsichten auf einen elektrothermisehen

Wandler auf einer Basis eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsstrahlauf-

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zeichnungskopfes;

Figur 2B einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie X"- Y" in Figur 2A; 5

Figur 5 eine schematische Ansicht des Innenaufbaus des erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes; und
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Figur 6 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsqemäß ausgeh IIdeten FlüssigkeitsstrahlaufzeIchnungskopfes. .

Die In den Figuren 2A und 2B dargestellte Basis 201 umfaßt ein Substrat 205 aus Silizium, Glas oder Keramik, eine Unterlage 206 aus SiO₂, die auf dem Substrat 205 ausgebildet 1st, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 207, eine gemeinsame Elektrode 204 und eine Wahlelektrode 203., die auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 207 mit Ausnahme eines wärmeerzeugenden Abschnittes 211 laminiert sind, eine erste obere Schutzschicht 208, die den wärmeerzeugenden Abschnitt 211, die gemeinsame Elektrode 204 und die Wahl elektrode 203 bedeckt, eine zweite obere Schutzschicht 209 und eine dritte obere Schutzschicht 210, die entsprechend der Struktur der darunter befindlichen Schicht laminiert s 1 nd.
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Ein Heizabschnitt 202 umfaßt den wärmeerzeugenden Abschnitt 211 als Haupteinheit. In dem wärmeerzeugenden Abschnitt 211 sind die Unterlage 206, die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 207, die erste obere Schutzschicht

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208 und die dritte obere S chutzschlcht 210 in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 205 laminiert, wobei die dritte obere Schutzschicht mindestens die Oberfläche des Heizabschnittes 202 abdeckt. Somit ist auf dem Reizabschnitt 202 eine doppelte obere Schutzschicht ausgebildet, die die erste obere Schutzschicht 208 und die dritte obere Schutzschicht 210 umfaßt.

Außerhalb des Heizabschnittes 202 besteht die Basis 201 aus der Unterlage 206, der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 207 und den Elektroden 203 und 204, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat laminiert sind, wobei die erste obere Schutzschicht 208 und die zweite obere Schutzschicht 209 mindestens auf den Elektroden 203 und 204 laminiert sind .

In der Basis 201 des in den Figuren 2A und 2B gezeigten Flüsslgkeitsstrahlaufzelchnungskopfes stehen die zweite obere Schutzschicht 209 und die dritte obere Schutzschicht 210 nicht miteinander in Kontakt. Alternativ dazu kann, wie In Figur 3 gezeigt, die dritte obere Schutzschicht 210 die zweite obere Schutzschicht 209 überlagern, um das obere Ende des Halsabschnittes 202 breiter abzudecken, oder die dritte obere Schutzschicht 210 kann, wie in Figur 4 gezeigt, zwischen der ersten oberen Schutzschicht 208 und der zweiten oberen Schutzschicht 209 ausgebildet sein, um den Halsabschnitt· 202 breiter abzudecken.

Die Hauptaufgabe der ersten oberen Schutzschicht 208, die mindestens auf dem Heizabschnitt 202 und den Elektroden 203 und 204 ausgebildet ist, besteht darin, die gemeinsame Elektrode 204 gegenüber der Wahl elektrode 203 zu isolieren. Die erste obere Schutzschicht 208 besteht

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aus einem anorganischen IsoiationsmaterIaI, beispielsweise einem anorganischen Oxid, wie SiO«, oder einem anorganischen Nitrid, wie Si N., die eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit und Wärmewiderstandsfähigkeit besitzen.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen anorganischen Materialien kann die erste obere Schutzschicht 208 auch aus DünnfI Immaterialien bestehen, beispielsweise den Übergangsmetalloxiden, wie Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxld, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid, Manganoxid u.a., anderen Metalloxiden, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, ßarium-.oxid, Siliziumoxid u.a., Komplexen aus den vorstehend genannten Metallen, Nitriden mit hohen Dielektrizitätskonstanten, wie SI 1IzlumnltrId, Aluminiumnitrid, Bornttrl<3> Tantalnitrid u.a., Komplexen der vorstehend genannten Oxide und Nitrläe, Halbleitermaterialien, wie amorphem Silizium, amorphem Selen u.a., die Im großvolumigen Zustand einen niedrigen Widerstand besitzen, jedoch durch ein Herstellungsverfahren, beispielsweise ein Sprühverfahren, ein CVD-Verfahren, wie Bedampfen, Dampfphasenreaktionsverfahren oder FlüsslgkeI tsbeschichtungs-Verfahren, mit einem hohen Widerstand versehen werden. Die Filmdicke beträgt üblicherweise 0,1 - 5 fjm, vorzugsweise 0,2 - 3 /wm, besonders bevorzugt 0,5 - 3^m.

Die zweite obere Schutzschicht 209 1st auf mindestens den Elektroden 203 und 204 als obere Schutzschicht für die-Basis 201 mit Ausnahme des Heizabschnittes 20? ausgebildet und besitzt einen Bereich, der in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit steht. Die Hauptaufgabe dieser

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Schicht besteht darin, ein Eindringen von Flüssigkeit zu verhindern und die Flüssigkeitswiderstandsfähigkeit zu erhöhen. Vorzugswelse besitzt diese Schicht ein hohes FIlmbI1dungsvermögen, eine feine Struktur mit einer geringen Anzahl von feinen Löchern, schwillt durch die verwendete Tinte nicht an und ist In dieser auch nicht löslich, besitzt als Film ein hohes Isolationsvermögen und weist eine hohe Wärmefestigkeit auf. Organische Materialien für diesen Einsatzzweck umfassen Harze, beispielsweise Silikonharz, fluorenthaltendes Harz, aromatisches Polyamid, PolyImld-Addltlonspolymere, Polybenzlmidazol, Polymere von Metallcheiat, Titanatester, Epoxidharz, Phthalharz, hitzehärtendes Phenolharz, P-Vinylphenol harz, Zlroxharz, Trladlnharz, BT-Harz (Additionspolymerharz von Trlazlnharz und Bismalelmld) u.a.. Alternativ dazu kann die zweite obere Schutzschicht 209 auch durch Bedampfen mit Polyxylolharz oder eines Derivates davon hergestellt werden.

Die zweite obere Schutzschicht 209 kann auch durch Plasmapol ymerI satlonsverfahren aus verschiedenen organischen Monomeren hergestellt werden, beispielsweise Thioharnstoff, Thloacetamld, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Pyrrol in, Naphtalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril-, D I phenyl sei en i d, P-Toluldin, P-Xylol, N,N-DImethy1-p-ToluIdin, Toluol, Anilin, DIphenylquecksl1ber, Hexamethylbenzol, Malonitrld, Tetracyanoäthy1 en, Thtophen, Benzol seienol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-NItrosodI phenyl amid, Acetylen, 1,2,4-Trichlorbenzol, Propan u.a..

Bei der Herstellung eines Aufzeichnungskopfes mit einer Vielzahl von öffnungen hoher Dichte kann die zweite obere Schutzschicht 209 vorzugsweise aus einem organischen

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Material hergestellt werden, das sich auf felnfoto-1Ithographlschem Wege sofort behandeln läßt. Derartige Materlallen umfassen beispielsweise PolyimldoI so Indoloch Inazolindlon (Warenzeichen: PIQ der Firma Hitachi Kasel, Japan), Polylmldharz (Warenzeichen: PYRALIN von der Firma DuPont), zyklisches Polybutadien (Warenzeichen: JSR-CBR von der Firma Japan Synthetic Rubber, Japan), lichtempfindliche Polylmidhar ze, beispielsweise Photoneece (von der Firma Toray, Japan),photoreaktive Polyamidsäure für lithographische Zwecke (Warenzeichen: PAL von der' Firma Hitachi Kasel, Japan) u.a..

Poly ImI do I so Indoloch InazolIndlon

(Warenzeichen: PIQ von der Firma Hitachi Kasel Co.,

Japan)

Polylmldharz

(Warenzeichen: PYRALIN von der Firma DuPont, USA)

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Zyklisches Polybutadien

(Warenzeichen: JSR-CBR von der Firma Japan Synthetic

Rubber Co., Japan) (Wärmeempfindlicher Fotoresist)

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Die Hauptaufgabe der dritten oberen Schutzschicht 210, die auf der ersten oberen Schutzschicht 208 auf dem Heizabschnitt 202 ausgebildet ist, besteht darin, das Flüssigkeitswiderstandsvermögen und die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Diese dritte obere Schutzschicht 210 besteht aus metallischem Material, das elastisch ist, eine relativ hohe mechanische Festigkeit besitzt und Kontakt- und Btndeeigenschaften in bezug auf die erste obere Schutzschicht 208 aufweist, beispielsweise Ta, wenn die erste obere Schutzschicht 208 aus SIO₂ besteht. Durch Ausbildung der dritten oberen Schutzschicht 210 aus dem anorganischen Material mit relativ hoher Elastizität und mechanischer Festigkeit auf der ersten oberen Schutzschicht 208 auf dem Heizabschnitt 202 können Schocks Infolge von Kavitation, die auftreten, wenn die Flüssigkeit von einer Kontaktebene ( Wärmeeinwirkungsebene, nicht gezeigt) zwischen dem wärmeerzeugenden Abschnitt 211 und der Flüssigkeit abgegeben wird, vollständig absorbiert werden, so daß die Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Fehlern, beispielsweise von feinen Löchern in der oberen

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" Schutzschicht während des Herstellungsvorganges, und einer Verschlechterung des Abdeckvermögens der oberen Schutzschicht reduziert und die Lebensdauer des Helzababschnlttes 202 beträchtlich verlängert wird.

Das Material der dritten oberen Schutzschicht 210 umfaßt zusätzlich zu Ta ein Element der Gruppe lila des Periodensystems, beispielsweise Sc oder Y, ein Element der Gruppe IVa, beispielsweise Tl, Tr oder Hf, ein Element der Gruppe Va, beispielsweise V oder Nb, ein Element der Gruppe IVa, beispielsweise Cr, Mo oder W, ' ein Element der Gruppe VIII, beispielsweise Fe, Co oder Ni, eine Legierung der vorstehend genannten Metalle, beispielsweise aus TI-NI, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Tl-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni-Cr, ein Borld der vorstehend genannten Metalle, beispielsweise Tl-B, Ta-B, Hf-B oder W-B, ein Carbid der vorstehend genannten Metalle, beispielsweise TI-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C oder Ni-C, und ein SIl leid der vorstehend genannten Metalle, beispielsweise Mo-Si, W-Si oder Ta-Si, und ein Nitrid der vorstehend genannten Metalle, beispielsweise Ti-N, Nb-N oäer Ta-N. Die dritte Schicht kann aus diesen Materialien durch Bedampfen, Sprühverfahren, CVD-Vei— fahren oder andere Verfahren hergestellt werden, und die Fllmdlcke beträgt üblicherweise 0,01 - 5 /jm, vorzugsweise 0,1 - 5 /um, insbesondere 0,2 - 3 /um. Das Material und die Fllmdlcke sind vorzugsweise so ausgebildet, daß der spezifische Widerstand der Schicht größer Ist als der spezifische Widerstand der Tinte, der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und der Elektrodenschicht. Beispielsweise besitzt die Schicht einen spezifischen Widerstand von 1%/l-cm oder weniger. Vorzugswelse wird ein Isolationsmaterial, wie beispielsweise SI-C,mit guten Eigenschaften

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- 18 gegen mechanische Schocks verwendet.

Bet der dritten oberen Schutzschicht 210 kann es sich um eine einzige Schicht oder um eine zusammengesetzte Schicht aus derartigen Schichten handeln. Darüberhinaus kann die dritte obere Schutzschicht 210 aus einem kombinierten Material hergestellt werden, das das vorstehend genannte Material In Verbindung mit dem Material der ersten oberen Schutzschicht 208 umfaßt.

Die Unterlage 206 dient In erster Linie dazu, die Leitung der von dem wärmeerzeugenden Abschnitt 211 erzeugten Wärme zum Substrat 205 zu steuern. Das Material und die Filmdicke dieser Unterlage 206 sind so ausgewählt, daß die von dem wärmeerzeugenden Abschnitt 211 erzeugte Wärme mehr zu dem Wärmeeinwirkungsabschnitt (nicht gezeigt) geleitet wird, wenn die thermische Energie auf die Flüssigkeit im Wärmeeinwirkungsabschnitt aufgebracht werden soll, und daß die im wärmeerzeugenden Abschnitt 211 verbleibende Wärme mehr zum Substrat 205 geleitet wird, wenn die Wärmeleitung zum Heizabschnitt 202 blockiert ist. Das Material für die Unterlage 206 umfaßt zusätzlich zu SiO₂ anorganische Materialien, die durch Metalloxide repräsentiert werden, wie beispielsweise ZIrkonoxid, Tantaloxid, Ma gnesiumoxid 5 und Aluminiumoxid.

Bei dem Material der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 207 kann es sich um Irgendein Material handeln, das Wärme erzeugt, wenn es mit Energie versorgt wird.

Bevorzugte Beispiele von derartigen Materialien sind Tantalnitrid, Nickel-Chrom-LegIerungen, Si1ber-Palad 1 umLegierungen, Sl1Izlumhalblelter oder Metall, wie beispiels-

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weise Ha fnlum, Lanthan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom, Vanadium etc., und Legierungen und Boride dieser Metalle.

Von den Materlallen für,die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 207 sind die Metallborlde besonders geeignet. Von diesen Borlden wird Hafnium -Borid wegen seiner ausgezeichneten Eigenschaften bevorzugt, wonach Zirkonborid, Lanthanbor I d, Tantalborld, .Vanad lumbor i d und Nlobborid In der vorstehend wiedergegebenen Reihenfolge folgen.

Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 207 kann aus diesen Materialien durch Elektronenstrahl-bedampfen oder Sprüh/erfahren CSputter-Ätzen) hergestellt werden.

· Die Filmdicke der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht wird In Abhängigkeit von der Fläche, dem Material, der Form und der Größe des Wärmeeinwirkungsabschnittes und in Abhängigkeit von dem Stromverbrauch festgelegt, so daß pro Sunde eine gewünschte Wärmemenge erzeugt wird. Die Dicke bet.rägt normalerweise 0,001 - 5 /um, vorzugsweise 0,01 - 1 /um.

Bei dem Material der Elektroden 203 und 20*+ kann es sich um irgendein gebräuchliches Elektrodenmaterial handeln, beispielsweise um Al, Ag, Au, Pt oder Cu. Die Elektroden werden aus diesen Materialien durch Bedampfen an der gewünschten Stelle In die gewünschte Größe, Form und Dicke gebracht.
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Der FlüssigkeItsstrahlaufzelchnungskopf der vorliegenden Erfindung wird vervollständigt, Indem eine Vielzahl von oberen Schichten, die In den Figuren 2A bis k dargestellt

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sind, auf der Basis, auf der die elektrothermlschen Wandler ausgebildet worden sind, vorgesehen wird. Danach werden der Strömungskanal 305 und die öffnung 306 für den wärmeerzeugenden Abschnitt 211, der von den.elektrothermischen Wandlern gebildet worden Ist, ausgebildet. Die dritte obere Schutzschicht wird vorzugsweise In einem minimalen erforderlichen Bereich auf dem wärmeerzeugenden Abschnitt ausgebildet.

In Figur 5 Ist In schematI scher Weise der Innenaufbau des fertigen FlüsslgkeItsstrahlaufzeichnungskopfes dar— gestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die öffnung 306 über dem wärmeerzeugenden Abschnitt. Mit 307·Ist eine TIntenkanalwand, mit 308 eine gemeinsame Flüssigkeitskammer, mit 309 eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, mit 310 eine öffnung, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer 308 mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 309 verbindet, und mit 311 eine obere Platte bezeichnet. Die Verdrahtung des elektrothermischen Wandlers 'Ist In Figur 5 weggelassen.

In Figur 6 Ist In schemätIscher Welse eine andere Ausführungsform eines fertigen FlüssIgkeItsstrahlaufzeichnungskopf es dargestellt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich dte öffnung 306 an einem Ende des Flüsslgkeitsströmungskanales. Mit 312 Ist eine Tintenzuführöffnunq bezeichnet. Bei diesem Flüssigkeitsstrahlaufzelchnungskopf sind die auf der Basis befindlichen oberen Schichten aus Materialien hergestellt, die in bezug auf WärmefestIgkelt, Flüssigkeitswiderstanösvermögen, thermische Leitfähigkeit und elektrisches Isolationsvermögen ausgewählt worden sind, welche Eigenschaften für die Bereiche erforderlich sind, auf denen die entsprechenden - oberen Schichten laminiert sind. Diese oberen Schichten

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aus den unterschiedlichen Materialien, die auf der Basis laminiert sind, weisen gute Kontakteigenschaften und Bindeeigenschaften auf. Somit weist der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnunoskopf eine ausgezeichnete Haltbarkeit und ein ausgezeichnetes Flüssigkeitswiderstandsvermögen bei häufig wiederholtem Einsatz und bei kontinuierlichem Langzeiteinsatz auf und hält gewünschte Flüssigkeitströpfchenbi1 dungsei genschaften über einen verlängerten Zeitraum aufrecht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Es wurde ein Si-Plättchen thermisch oxidiert, um einen SiO₂-FiIm mit einer Dicke von 5 ,um als Basis auszubilden. Die Basis wurde zur Ausbildung einer HfB_-Schicht in einer Dicke von 3000 A* besprüht, um die wärmeerzeugende Widerstandsschicht he'rzustel 1 en, wonach eine Ti-Schicht von 50 A* und-eine Al-Schicht von 1000 A* nacheinander durch Elektronenstrahlbedampfen aufgebracht wurden. Die Elektroden und die wärmeerzeugende Widerstandsschicht wurden über ein fotolItographisches Verfahren in die in Figur 2A dargestellte Form gebracht, und es wurde eine vorgegebene Anzahl von elektrothermlsehen Wandlern (wärmeerzeunender Abschnitt mit einer Breite von 50 _yum und einer Länge von 150 ,um) in den speziellen Positionen ausgebiIdet.

Eine" S iOp-Sprühschicht wurde durch ein Hochleistungssprühverfahren auf der mit den elektrothermisehen Wandlern und den Elektroden versehenen Basis in einer Dicke von 2,8 /um abgeschieden. Danach wurde eine Ta-Sprühschicht

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in einer Dicke von 0,5 yüm abgeschieden.

Die Ta-Schicht wurde durch eine fotolithographisches Verfahren geätzt, so daß nur noch die el ektrotherini sehen Wandler In einem Muster von 90 yum Breite und 200 yum Länge verblieben, während der übrige Bereich als dieses Muster auf den el ektrotherini sehen Wandlern mit Photoneece CToray, Japan) abgedeckt wurde.

Ein Trockenfilm aus einem l·ichtempfindlichen Harz mit einer Dicke von 50 jum wurde auf der Basis laminiert, , durch eine vorgegebene Maske belichtet und entwickelt, um den Fl üss Igke i tsströmungskanal und die. gemeinsamen Flüssigkeitskammern auszubilden. Die Deckplatte aus Glas wurde mit Epoxidkleber befestigt, so daß sich der •In Figur 5 dargestellte Flüsslgkeitsstrahlaufzeichnungskopf ergab.

Dieser Fl üss Igkei tsstrahlauf zeichnungskopf wurde zur Durchführung eines Haltbarkeitstests 20 Tage lang 5 χ 10 mal betrieben. Bei diesem Test wurde eine HaIt-

barkeit von 10 Inbetriebnahmen in beständiger Weise erreicht. Bei einem Flüssigkeitswiderstandstest des Aufzeichnungskopfes, bei dem dieser einen Monat lang bei 60 C In die Aufzeichnungsflüssigkeit eingetaucht und danach für einen üblichen Aufzeichnungsvorgang verwendet wurde, wurde in den oberen Schichten auf der Basis des Aufzeichnungskopfes kein unnormaler Zustand bemerkt. Die Drähte des Aufzeichnungskopfes waren nicht zerbrochen, und es wurden die gleichen Aufzeichnungseigenschaften erreicht wie vor der Durchführung des Tauchtests. Somit ergab sich eine ausgezeichnete Haltbarkelt..

Bei einem Flüssigkeltsstrahlaufzelchnungskopf, der in

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In der gleichen Welse wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform hergestellt worden war, jedoch eine Basis nach dem Stand der Technik besaß, wurde eine Haltbarkelt von mehr als 10 Inbetriebnahmen bei kontlnulerlichem Dauerbetrieb nicht erreicht. Im Flüssigkeitswiderstandstest blätterten die oberen Schichten von der Basis ab, der FlüssIgkeitsströmungskanal oder die öffnung verformten sich, die Elektroden lösten sich auf, und die Drähte brachen während des Einsatzes des Kopfes bei Anlegen einer Spannung.

Erfindungsgemäß wird somit ein FlüssIgkeltsstrahlaufzeichnungskopf vorgeschlagen, der einen Flüssigkeitsabgabeabschnitt aufweist, der eine öffnung zur Abgabe einer Flüssigkeit zur Ausbildung eines "fliegenden" .Flüssigkeitströpfchens und einen Flüssigkeitsströmungskanal besitzt, der mit der Öffnung in Verbindung steht und einen Wärmeeinwirkungsabschnitt zur Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit zur Ausbildung des Flüssigkeitströpfchens aufweist, und einen eiektrothermischen Wandler mit mindestens zwei gegenüberllegenden Elektroden, die elektrisch an eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht angeschlossen sind, welche auf einer Basis ausgebildet ist, und mit einem wärmeerzeugenden Abschnitt, der zwischen den Elektroden ausgebildet ist. Eine erste obere SchutzschIcht aus einem anorganischen .Isol at lonsmater IaI und eine zweite obere Schutzschicht aus einem organischen Material sind auf mindestens den Elektroden laminiert, und die erste obere Schutzschicht sowie eine dritte obere Schutzschicht aus einem anorganischen Material, das von dem der'ersten oberen Schutzschicht verschieden ist, sind In dieser Reihenfolge auf mindestens dem wärmeerzeugenden

Abschnitt laminiert.

Claims

Patentansprüche

1.jFlüssigkeItsstrahlaufzeichnungskopf, gekennzeichnet durch:

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Einen Flüssigkeitsabgabeabschnitt mit einer öffnung (306) zur Abgabe einer Flüssigkeit zur Ausbildung eines "fliegenden" Flüssigkeitströpfchens und einem Flüssigkeitsströmungskanal (305), der mit der öffnung (306) in Verbindung steht und einen WärmeeinwirkungsabschnItt zur Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit zur Ausbildung des Flüss1gke i tströpfchens aufwe ist;

einen elektrothermisehen Wandler mit mindestens zwei gegenüberliegenden Elektroden (203, 204), die elektrisch an eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht (207) angeschlossen sind, welche auf einer Basis (201) ausgebildet ist, und mit einem wärmeerzeugenden Abschnitt (211), der zwischen den Elektro den (203, 204) angeordnet ist;

eine erste obere Schutzschicht (208) aus einem anorganischen I sol ationsmatertal und eine zweite obere

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Schutzschicht (209) aus einem organischen Material, die auf mindestens, den Elektroden laminiert sind;

wobei die erste obere Schutzschicht (208) und eine dritte obere Schutzschicht (210) aus einem anorganischen Material,, das von dem anorganischen Material der ersten oberen Schutzschicht verschieden Ist, auf mindestens den wärmeerzeugenden Abschnitt (211) laminiert sind.
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2. Flüssigkeitsstrahl aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste obere Schutzschicht (208) anorganische Oxide oder anorganische Nitride umfaßt.

3. FlüsslgkeltsstrahlaufzeIchnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite obere Schutzschicht (209) ein organisches Material umfaßt, das aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählt ist:

Silikonharz, Fluoi—enthaltendes Harz, aromatisches Polyamid, PolyImid-Additlonspolymer, Polybenzimidazol, Metal 1chelatpolymer, Titanatester, Epoxidharz, _ Phthalharz, hitzehärtendes Phenolharz, P-Vinylphenol harz, Ziroxharz, Triazlnharz, BT-Harz, Pol yxy 1 öl harz, und Desirate von Polyxylöl harz.

4. .FlüsslgkeItsstrahlaufzeIchnungskopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daßdic zweite obere Schutzschicht (209) eine Schicht umfaßt, die nach einem PlasmapolymerI sationsverfahren aus einem organischen Monomeren hergestellt worden ist.

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5. FlüssigkeitsstrahlaufzeIchnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite obere Schutzschicht (209) ein organisches Material umfaßt, das aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählt ist:

Lichtempfindliches Polyimidharz, zyklisches Polybutadein, Polyimidharz, Polyimldoisoindolochinazolindion.

6. FiüssIgkeitsstrahlaufzeichnunqskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte obere Schutzschicht (210) ein Metall oder eine Metal 1 verbindung umfaßt, die aus den Gruppen Ilia, IVa, Va, VIa und V III des Periodensystems

ausgewählt sind.
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7. FIüss1gkeitsstrahlaufzeichnunqskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte obere Schutzschicht (210) eine Legierung der Metalle umfaßt, die aus den Gruppen Ilia, IVa,

Va, VIa und VIII des PerIodensystems ausgewählt . s ind.

8. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die dritte obere Schutzschicht (210) ein Borid von Metallen umfaßt, die aus d en Gruppenil Ia, IVa, Va", VIa und VIII des Periodensystems ausgewählt s i nd.

9. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte obere Schutzschicht (210) ein Karbid von Metallen umfaßt, die aus d en Gruppenllla, IVa,

- if -

34H937

Va, Via und VIII des Periodensystems ausgewählt s ind.

10. FIüssIgkeItsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte obere Schutzschicht (210) ein Silizid von Metallen umfaßt, die aus den Gruppen Ilia, IVa, Va, VIa und VIII des Periodensystems ausgewählt sind.
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11. .FI üss igke itsstrahl auf ze ichnungskopf nach Anspruch 1 , d a d urch gekennz e i c h η e t, daß die dritte obere Schutzschicht (210) ein Nitrid von Metallen umfaßt, die aus den Gruppen HIa, IVa, Va, VIa und VIII des Per Iodensystems ausgewählt sind.

12. FlüssjgkeItsstrahlaufzeIchnungskopf nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die dritte obere Schutzschicht (210) ein Metall oder eine Metal 1 verbind ung umfaßt, die aus den Gruppen Ilia, IVa, V a, VIa und VIII des Periodensystems ausnewählt sind, und anorganische Oxide oder Nitride.

13. 'FIüssIgkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch !,dadurch g e k ο η η ze i c h η et, daß die dritte obere Schutzschicht (210) eine .zusammengesetzte Schicht umfaßt.