DE3448367C2

DE3448367C2 - Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE3448367C2
Application number: DE3448367A
Authority: DE
Inventors: Masami Ikeda; Hiroto Matsuda; Hirokazu Komuro; Hiroto Takahashi; Makoto Shibata; Hisanori Tsuda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-12-26
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2004-12-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine typische Ausführungsform eines derartigen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes ist in der Druckschrift DE 32 31 431 A1 dargestellt.

Ein Flüssigkeitsausstoßabschnitt besitzt eine Öffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit am Ende und einen Wärmeeinwirkungsabschnitt, in dem durch einen elektrothermischen Wandler erzeugte thermische Energie auf die Flüssigkeit aufgebracht wird, um infolge einer Volumenexpansion und Volumenschrumpfung eine Blase und eine abrupte Zustandsänderung zu erzeugen.

Der Wärmeeinwirkungsabschnitt 106 ist über einem Wärmeerzeugungsabschnitt des elektrothermischen Wandlers angeordnet. Eine Wärmeeinwirkungsfläche, mit der der Wärmeerzeugungsabschnitt mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, stellt die Bodenfläche des Wärmeeinwirkungsabschnittes dar.

Der Wärmeerzeugungsabschnitt besteht aus einer auf einem Lager vorgesehenen unteren Schicht, einer auf der unteren Schicht vorgesehenen Widerstandsheizschicht und einer oberen Schutzschicht, die auf der Widerstandsheizschicht vorgesehen ist. Die Widerstandsheizschicht ist mit Elektroden versehen, so daß zur Erzeugung von Wärme elektrischer Strom zu der Widerstandsheizschicht fließen kann. Bei den Elektroden handelt es sich um eine den Wärme erzeugenden Abschnitten der Flüssigkeitsausstoßabschnitte zugeordnete gemeinsame Elektrode und eine Wählelektrode zum Auswählen des Wärmeerzeugungsabschnittes eines jeden Flüssigkeitsausstoßabschnittes zur Erzeugung der entsprechenden Wärmeenergie, wobei die Wahlelektrode entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal eines jeden Flüssigkeitsausstoßabschnittes vorgesehen ist.

Die obere Schutzschicht dient dazu, die Widerstandsheizschicht chemisch und physikalisch gegen die am Wärmeerzeugungsabschnitt befindliche Flüssigkeit zu schützen, indem sie die Widerstandsheizschicht gegenüber der im Flüssigkeitsströmungskanal am Flüssigkeitsausstoßabschnitt befindliche Flüssigkeit isoliert.

Ferner verhindert sie ein Kurzschließen der Elektroden über die Flüssigkeit. Somit dient die obere Schicht dazu, die Widerstandsheizschicht zu schützen. Sie dient ferner dazu, elektrische Lecks zwischen benachbarten Elektroden zu verhindern. Es ist insbesondere von Bedeutung, elektrische Lecks zwischen den Wählelektroden und eine elektrolytische Korrosion der Elektroden zu verhindern, die darauf zurückzuführen ist, daß infolge eines Kontaktes einer Elektrode unter dem Flüssigkeitsströmungskanal mit der Flüssigkeit elektrischer Strom fließt, was manchmal passiert.

Die obere Schicht sollte je nach der Lage, in der sie angeordnet ist, verschiedenartige Eigenschaften besitzen. Beispielsweise werden amm Wärmeerzeugungsabschnitt die folgenden Eigenschaften gefordert:

1. Hitzebeständigkeit,
2. Flüssigkeitsbeständigkeit,
3. Eigenschaften, die ein Eindringen von Flüssigkeit verhindern,
4. thermische Leitfähigkeit,
5. oxydationsverhindernde Eigenschaften,
6. Isolationseigenschaften und
7. Eigenschaften, die ein Brechen verhindern.

In anderen Bereichen als dem Wärmeerzeugungsabschnitt werden ein ausreichend hohes Flüssigkeitseindringverhinderungsvermögen, eine ausreichend hohe Flüssigkeitsbeständigkeit und eine ausreichend hohe Bruchfestigkeit gefordert, während die Hitzebeständigkeit nicht so gut sein muß.

Gegenwärtig steht jedoch kein Material für die obere Schicht zur Verfügung, das in ausreichender Weise sämtliche der oben erwähnten Eigenschaften 1-7 besitzt. Gegenwärtig werden einige der Eigenschaften 1-7 vernachlässigt. Beispielsweise werden für den Wärmeerzeugungsabschnitt Materialien ausgewählt, bei denen den Eigenschaften 1, 4 und 5 Priorität eingeräumt wird, während für andere Bereiche als dem Wärmeerzeugungsabschnitt, beispielsweise für die Elektrodenabschnitte, Materialien ausgewählt werden, bei denen den Eigenschaften 2, 3 und 7 Priorität eingeräumt wird. Diese ausgewählten Materialien werden auf den Oberflächen der entsprechenden Bereiche angeordnet, um die obere Schicht auszubilden.

Gemäß der nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 34 14 937 A1 besteht die obere Schicht aus einer aus einem anorganischen Isolationsmaterial bestehenden ersten Schutzschicht, einer aus einem anorganischen Material hoher Zähigkeit, relativ guter mechanischer Fetigkeit mit Adhäsions- und Kohäsionsvermögen zur ersten Schutzschicht, beispielsweise Metallen u. ä., bestehenden zweiten Schicht und einer aus einem organischen Material bestehenden dritten Schutzschicht. Die dritte Schutzschicht überlappt dabei die zweite Schutzschicht, oder es überlappt die zweite Schutzschicht die dritte.

Obwohl die aus einem organischen Material bestehende dritte Schutzschicht ein ausgezeichnetes Überzugsvermögen besitzt, ist die Hitzebeständigkeit schlecht, so daß die dritte Schutzschicht nicht auf der Widerstandsheizschicht am Wärmeerzeugungsabschnitt vorgesehen werden kann. Im Gegensatz dazu wird die aus einem anorganischen Material, beispielsweise Metallen, bestehende zweite Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche als äußerste Oberflächenschicht des Substrates oder nur auf der Widerstandsheizschicht des Wärmeerzeugungsabschnittes vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß er bei hoher Ausbeute einfach herstellbar ist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 A, B, den Aufbau eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes,

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes in Draufsicht auf ein Substrat.

Nach den Fig. 1A und B besteht eine erste Schutzschicht 111 aus einem anorganischen Isolationsmaterial, beispielsweise anorganischen Oxiden, wie SiO₂ u. ä, und anorganischen Nitriden, beispielsweise Si₃N₄ u. ä. Die zweite Schutzschicht 116 besitzt eine gute Zähigkeit und eine relativ große mechanische Festigkeit. Darüber hinaus besteht die zweite Schutzschicht 116 vorzugsweise aus einem Material, das gegenüber der ersten Schutzschicht 111 Adhäsions- und Korrosionseigenschaften besitzt, beispielsweise einem metallischen Material, wie Ta u. ä., wenn die erste Schutzschicht 111 aus SiO₂ besteht. Wenn die zweite Schutzschicht 116 aus einem anorganischen Material besteht, beispielsweise aus Metallen u. ä., das relativ zäh ist und eine gute mechanische Festigkeit aufweit, können infolge von Kavitation durch die abgestrahlte Flüssigkeit verursachte Stoßbelastungen, die insbesondere an der Wärmeeinwirkungsfläche 108 auftreten, in ausreichender Weise absorbiert werden, und die Lebensdauer des elektrothermischen Wandlers 101 kann stark erhöht werden.

Als Materialien für die erste Schutzschicht 111 werden vorzugsweise anorganische Isolationsmaterialien mit einer relativ guten thermischen Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit eingesetzt, beispielsweise anorganische Oxide, wie SiO₂ u. ä., Übergangsmetalloxide, wie Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid, Manganoxid u. ä., Metalloxide, beispielsweise Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Siliziumoxid u. ä. sowie Mischungen davon, Nitride mit hohem elektrischen Widerstand, wie beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Tantalnitrid u. ä. und Mischungen dieser Oxide und Nitride, und Dünnfilmmaterialien, beispielsweise Halbleitermaterialien, wie amorphes Silizium, amorphes Selen u. ä., die als Masse einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen, jedoch durch Sprühverfahren, CVD-Verfahren, Bedampfen, Gasphasenreaktionsverfahren, Flüssigkeitsbeschichtungsverfahren u. ä. einen hohen elektrischen Widerstand erhalten können.

Als Materialien für die Herstellung der zweiten Schutzschicht 116 können zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Ta folgende Materialien verwendet werden: Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems, beispielsweise Sc, Y u. ä., Elemente der Gruppe IVa, wie Ti, Zr, Hf u. ä., Elemente der Gruppe Va, wie V, Nb u. ä., Elemente der Gruppe VIa, wie Cr. Mo, W u. ä., Elemente der Gruppe VIII, wie Fe, Co, Ni u. ä., Legierungen der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Ti-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Cr, Fe-Ni-Cr u. ä., Boride der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-B, Ta-B, Hf-B, W-B u. ä., Carbide der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C, NI-C, Cr-C u. ä., Silicide der vorstehend erwähnten Metalle, wie Mo-Si, W-Si, Ta-Si u. ä., Nitride der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-N, Nb-N, Ta-N u. ä. Unter Verwendung dieser Materialien kann die zweite Schutzschicht 116 durch Bedampfen, Sprühverfahren, CVD-Verfahren u. ä. hergestellt werden. Die zweite Schutzschicht 116 kann aus den vorstehend erwähnten Materialien allein oder in Kombination bestehen.

Die dritte Schutzschicht 112 besteht aus einem organischen Isolationsmaterial, das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit und eine ausgezeichnete Flüssigkeitsbeständigkeit aufweist. Dieses Material besitzt vorzugsweise die folgenden Eigenschaften:

(1) Gutes Filmbildungsvermögen,
(2) dichte Struktur und frei von feinen Löchern,
(3) kein Aufquellen und Lösen in der Tinte,
(4) gute Isolationseigenschaften in Filmform,
(5) hohe Hitzebeständigkeit u. ä.

Als organische Materialien können auch beispielsweise die folgenden Materialien verwendet werden: Silikonharz, Fluorharz, aromatische Polyamide, Polimide vom Additionspolymerisationstyp, Polybenzimidazol, Metallchelatpolymer, Titansäureester, Epoxidharz, Phthalsäure, hitzehärtendes Phenolharz, P-Vinylphenolharz, Ziroxharz, Triazinharz, BT-Harz (Additionspolymerisationsharz von Triazinharz und Bismaleimid) o. ä. Alternativ dazu ist es auch möglich, die dritte Schutzschicht durch Bedampfen mit Polyxylolharz und Derivaten davon herzustellen.

Die dritte Schutzschicht 112 kann darüber hinaus auch durch Filmformung gemäß einer Plasmapolymerisation unter Verwendung von verschiedenartigen organischen Monomeren hergestellt werden, wie beispielsweise Thioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Pyrolin, Naphthalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitrid, Diphenylselenid, P-Toluidin, P-Xylol, N,N-Dimethyl-p-toluidin, Tolnol, Anilin, Diphenylquecksilber, Hexamethylbenzol, Malononitril, Tetracyanoäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-Nitrosodiphenylamin, Acethylen, 1,2,4-Trichlorbenzol, Propan u. ä.

Wenn jedoch ein Aufzeichnungskopf 100 vom Mehrfachöffnungstyp mit hoher Dichte hergestellt wird, ist es abgesehen von den vorstehend erwähnten organischen Materialien wünschenswert, solche organischen Materialien zur Herstellung der dritten Schutzschicht 112 zu verwenden, die sich auf äußerst einfache Weise durch feinphotolitographische Techniken verarbeiten lassen.

Vorzugsweise können hierzu die folgenden Materialien verwendet werden: Polyimidoisoindolochinazolindion (Handelsname PIQ, hergestellt von der Firma Hitachi Kasei Co., Japan), Polymidharz (Handelsname PYRALIN, hergestellt von der Firma Du Pont, USA), zyklisches Polybutadein (Handelsname: JSR-CBR, CBR-M901 von der Firma Japan Synthetic Rubber Co., Japan), Photonith (Handelsname: von der Firma Toray Co., Japan) sowie andere lichtempfindliche Polymide u. ä.

Das Lager 115 besteht aus Silizium, Glas, Keramik o. ä.

Die untere Schicht 109 dient in erster Linie dazu, die Übertragung der am Wärmeerzeugungsabschnitt 107 erzeugten Wärmeenergie auf das Lager 115 zu steuern. Das entsprechende Material für die Schicht sowie die Dicke der Schicht sind so ausgewählt, daß die am Wärmeerzeugungsabschnitt 107 erzeugte Wärmeenergie mehr zur Seite des Wärmeeinwirkungsabschnittes 106 als zu anderen Abschnitten strömt, wenn Wärme am Wärmeeinwirkungsabschnitt 106 aufgebracht wird, und daß die am Wärmeerzeugungsabschnitt 107 verbleibende Wärmeenergie rasch zur Seite des Lagers 115 abströmt, wenn der dem elektrothermischen Wandler 101 zugeführte elektrische Strom abgeschaltet wird.

Als Material für die untere Schicht 109 können anorganische Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Metalloxide, wie SiO₂, Zirkonoxid, Tantaloxid, Magnesiumoxid u. ä.

Als Material für den Aufbau der Widerstandsheizschicht 110 können die meisten Materialien verwendet werden, die in der Lage sind, durch das Fließen eines elektrischen Stromes Wärme zu erzeugen.

Von diesen Materialien werden bevorzugt: Tantalnitrid, Nichrom, Silber-Palladium-Legierungen, Siliziumhalbleitermaterialien oder Metalle, wie Hafnium, Lanthan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom, Vanadium u. ä., Legierungen oder Boride davon o. ä.

Von den für die Widerstandsheizschicht 110 geeigneten Materialien besitzen Metallboride besonders gute Eigenschaften. Von diesen Boriden stellt Hafniumborid das beste Material dar, wonach in der Reihenfolge ihrer Güte Zirkonborid, Lanthanborid, Tantalborid, Vanadiumborid und Niobborid folgen.

Unter Verwendung der vorstehend erwähnten Materialien kann die Widerstandsheizschicht 110 durch Elektronenstrahlverfahren, Sprühverfahren u. ä. hergestellt werden.

Als Materialien für die Elektroden 113 und 114 können die meisten herkömmlichen Elektrodenmaterialien in wirksamer Weise eingesetzt werden, beispielsweise Al, Ag, Au, Pt, Cu u. ä. Die Elektroden können durch Bedampfen o. ä. an einer vorgegebenen Stelle mit einer vorgegebenen Größe, Form und Dicke hergestellt werden.

Die Elektroden können auf oder unter der Widerstandsheizschicht vorgesehen sein, obwohl sie in den Figuren auf der Widerstandsheizschicht dargestellt sind.

Als Materialien für die Herstellung der Rillenplatte 103 und der am aufstromseitigen Abschnitt des Wärmeeinwirkungsabschnittes 106 vorgesehenen gemeinsamen Flüssigkeitskammer können die meisten der Materialien verwendet werden, die die nachfolgenden Bedingungen erfüllen:

i) Die Form darf während der Herstellung des Aufzeichnungskopfes oder während des Betriebes desselben nur wenig oder überhaupt nicht thermisch beeinflußt werden;
ii) es muß eine genaue Feinbearbeitung durchgeführt werden können, und die Oberflächengenauigkeit muß in einfacher Weise erreicht werden können; und
iii) die entstehenden Flüssigkeitskanäle müssen so behandelt werden können, daß sich eine glatte Strömung der Flüssigkeit in den Kanälen ergibt.

Hierfür können vorzugsweise die folgenden Materialien eingesetzt werden: Keramik, Glas, Metalle, Kunststoffe, Siliziumplättchen o. ä. Insbesondere werden Glas und Siliziumplättchen bevorzugt, da sie in einfacher Weise bearbeitet werden können und eine geeignete Hitzebeständigkeit, einen geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine geeignete thermische Leitfähigkeit besitzen. Es ist wünschenswert, die Außenfläche des Umfangs der Öffnung 104 wasserabstoßend zu machen, wenn es sich um eine wäßrige Flüssigkeit handelt, und ölabstoßend, wenn es sich um eine nichtwäßrige Flüssigkeit handelt, um auf diese Weise zu verhindern, daß die Flüssigkeit leckt und zur Außenseite der Öffnung 104 strömt.

Die Reihenfolge der Überlappung der dritten Schutzschicht 112 und der zweiten Schutzschicht 116 ist nicht kritisch. Irgendeine dieser Schichten kann die andere überlappen, solange wie die Überlappungsbreite innerhalb eines in der DE 34 46 968 C2 als geeignet bezeichneten Bereiches liegt. Es ist nicht erforderlich, daß die Überlappungsbreite in allen Abschnitten in der Nachbarschaft der elektrothermischen Wandler gleich ist. Sie kann von Abschnitt zu Abschnitt verschieden sein, solange sie in dem vorstehend erwähnten Bereich liegt.

Gemäß Fig. 2 ist die zweite Schutzschicht 116 nicht einzeln auf jedem Wärmeerzeugungsabschnitt 107 vorgesehen, sondern deckt kontinuierlich benachbarte Wärmeerzeugungsabschnitte 107 ab, d. h. die zweite Schutzschicht 116 ist stabförmig ausgebildet.

Die Schutzschichten in der oberen Schicht besitzen hauptsächlich die Funktion, die Widerstandsheizschicht 110 gegenüber der im Flüssigkeitskanal befindlichen Flüssigkeit zu isolieren und einen entsprechenden Kavitationswiderstand darzustellen, wie vorstehend erläutert. Gemäß Fig. 2 besitzt die erste Schutzschicht 111 in erster Linie die zuerst genannte Funktion, während die zweite Schutzschicht 116 in erster Linie die zuletzt genannnte Funktion erfüllt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Form der zweiten Schutzschicht 116 ist die Musterausbildung einfach. Daher können die mit hoher Dichte angeordneten Düsen ohne komplizierte und extrem genaue Bearbeitung hergestellt werden. Wenn diese Form Anwendung findet, ist die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen an den Elektroden 113, 114, den Widerstandsheizschichten 110 und der ersten Schutzschicht 111 etwa doppelt so groß wie im Fall des Standes der Technik. Da jedoch die Dichte der Kurzschlüsse hervorrufenden feinen Löcher etwa 1-5×10^-3 Löcher pro cm² beträgt, beträgt selbst bei einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit einer Dichte von 1000 Düsen die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen 0,02-0,1%, so daß daher eine ausreichend hohe Produktionsausbeute erzielt werden kann. Wenn man diese Art der Anordnung bzw. Ausbildung der zweiten Schutzschicht 116 unter Berücksichtigung der leichten Herstellbarkeit, hohen Ausbeute u. ä zusammenfassend würdigt, ist der vorstehend erwähnte Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf 100 letztendlich in bezug auf die Dichte und die Bildqualität besser als der des Standes der Technik.

Nach Fig. 2 sind die Elektroden 113 und 114 unterhalb des Flüssigkeitsströmungskanales nahezu nur durch eine erste Schutzschicht 111 abgedeckt. Eine dritte Schutzschicht 112 aus einem organischen Material mit ausgezeichneten Überzugseigenschaften kann über der ersten Schutzschicht 111 mit Ausnahme des der Wärmeeinwirkungsfläche 108 entsprechenden Abschnittes aufgebracht werden.

Die folgenden Beispiele dienen zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung, stellen jedoch keine Einschränkung derselben dar.

Beispiel 1

Es wurde ein erfindungsgemäß ausgebildeter Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf 100 in der nachfolgenden Weise hergestellt.

Durch thermische Oxydation eines Si-Plättchens wurde ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 5 µm hergestellt. Auf den SiO₂-Film wurde eine 3.000 Å dicke Widerstandsheizschicht aus HfB₂ aufgesprüht. Danach wurden mittels Elektrodenstrahlabscheidung eine Ti-Schicht einer Dicke von 50 Å und eine Al-Schicht einer Dicke von 10.000 Å kontinuierlich aufgebracht.

Das Muster der Elektroden 113 und 114 wurde auf fotolithographische Weise hergestellt. Die Wärmeeinwirkungsfläche 108 besaß eine Breite von 50 µm und eine Länge von 150 µm.

Eine 2,8 µm dicke erste Schutzschicht 111 aus SiO₂ wurde durch Hochleistungssprühen abgeschieden.

Als nächstes wurde eine zweite Schutzschicht 116 in der folgenden Weise ausgebildet. Es wurde eine 0,5 µm dicke Schicht eines Polyimidharzes als Widerstandsschicht 110 für das Abheben einer Ta-Schicht ausgebildet, mit Ausnahme des Umfangs eines ausgeschnittenen Teiles (400×300 µm). Danach wurde ein Ta-Film einer Dicke von 0,5 µm durch Magnetronzerstäuben hergestellt. Nach der Ausbildung des Ta-Filmes wurde eine Musterbildung durchgeführt, indem das Polyimidharz unter Verwendung eines flüssigen Lösemittels entfernt wurde, um den Ta- Film auf dem abgeschnittenen Teil zurückzulassen.

Das Material Photonith (von der Firma Toray Co., Japan) wurde mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht, und das Muster wurde entwickelt, um den abgeschnittenen Teil (300×200 µm) im Umfang der Wärmeeinwirkungsfläche herzustellen. Dadurch wurde eine dritte Schutzschicht 112 erzeugt. Die Überlappungsbreite zwischen der dritten Schutzschicht 112 und der zweite Schutzschicht 116 betrug 50 µm.

Ferner wurde ein Substrat für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf 100 durch Brennen bzw. Sintern hergestellt.

Ein impulsförmiges Signal mit 23 V, einer Impulsbreite von 10 µs und einer Frequenz von 800 Hz wurde auf den auf diese Weise hergestellten elektrothermischen Wandler 101 des Aufzeichnungskopfes 100 aufgebracht. In Abhängigkeit von dem angelegten Signal wurde eine Flüssigkeit in Tröpfchenform ausgestoßen, und es wurden in beständiger Weise "fliegende" Tröpfchen ausgebildet.

Beispiel 2

Ein in Fig. 2 gezeigter Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde in der nachfolgenden Weise hergestellt.

Durch thermische Oxidation eines Si-Plättchens wurde ein SiO₂-Film einer Dicke von 5 µm hergestellt. Auf dem SiO₂-Film wurde eine 1.500 Å dicke Widerstandsheizschicht 110 aus HfB₂ durch Besprühen bzw. Zerstäuben erzeugt. Danach wurden über Elektronenstrahlabscheidung eine Ti-Schicht einer Dicke von 50 Å und eine Al- Schicht einer Dicke von 5.000 Å nacheinander aufgebracht.

Das in Fig. 2 gezeigte Muster der Elektroden 113 und 114 wurde auf photolithographische Weise hergestellt. Die Wärmeeinwirkungsfläche 108 besaß eine Breite von 30 µm und eine Länge von 150 µm. Der elektrische Widerstand einschließlich des Widerstandes der Al-Elektrode betrug 150 Ohm.

Eine 2,5 µm dicke erste Schutzschicht 111 aus SiO₂ wurde durch Hochleistungssprühen bzw. -zerstäuben aufgebracht.

Als nächstes wurde eine zweite Schutzschicht 116 nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Es wurde ein 3 µm dicker Polyimidfilm (Handelsname PIQ von der Firma Hitachi Kasei Co., Japan) über ein Musterbildungsverfahren als Widerstandsschicht 110 für eine Ta-Abziehschicht hergestellt. Danach wurde ein Ta-Film einer Dicke von 10 µm mittels DC-Zerstäuben erzeugt. Der PIQ-Film wurde nach Ausbildung des Ta-Filmes abgezogen, um das gewünschte Muster des Ta-Filmes zu erhalten. Auf diese Weise wurde ein Substrat 102 hergestellt.

Das Ausmaß des Auftretens von Kurzschlüssen zwischen dem Widerstandsheizelement 110 und der Elektrode und einer zweiten Schutzschicht Ta im entstandenen Substrat 102 wurde bei 123 Substraten 102 geprüft, wobei jedes Substrat 102 einhundert Segmente aufwies. Keines dieser Substrate 102 zeigte einen Widerstandswert von 10 M Ohm oder weniger.

Schließlich wurde ene Rillenplatte 103 aus Glas zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungskanäle, der Wärmeeinwirkungsabschnitte 106 und der Öffnungen 104 derart an einer vorgegebenen Stelle befestigt, daß die Rillenabschnitte passend an den auf dem Substrat 102 ausgebildeten Wärmeerzeugungsabschnitten 107 angeordnet wurden.

Es wurde ein Flüssigkeitsstrahlversuch durchgeführt, indem ein impulsförmiges Signal mit 30 V, einer Impulsbreite von 10 µs und einer Frequenz von 800 Hz an den entstandenen elektrothermischen Wandler 101 des Aufzeichnungskopfes 100 angelegt wurde. Hieraus resultierte eine Haltbarkeit, die der des Standes der Technik entsprach oder höher als diese war.

In entsprechender Weise wurden Aufzeichnungsköpfe mit einer Düsendichte von 8 Düsen/mm, 12 Düsen/mm und 16 Düsen/mm hergestellt. Hierbei wurde die durch die Ta-Film-Musterbildung erzielte Ausbeute mit dem Stand der Technik verglichen, wie in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Erfindungsgemäß kann somit ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zur Verfügung gestellt werden, der von einer hohen Qualität ist und eine hohe Dichte besitzt und der mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden kann.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit
einem Substrat, das eine Widerstandsheizschicht und Elektroden umfaßt, die elektrisch an die Widerstandsheizschicht angeschlossen sind, wobei die Widerstandsheizschicht einen elektrothermischen Wandler bildet,
einer oberen Schicht, die eine erste Schutzschicht, die ein anorganisches Isolationsmaterial umfaßt sowie eine zweite Schutzschicht aufweist, die ein anorganisches Material umfaßt und mit
einem auf dem Substrat vorgesehenen Flüssigkeitsströmungskanal,
wobei die zweite Schutzschicht (116) auf der ersten Schutzschicht (111) angeordnet ist und sich in Form eines Streifens über mehrere elektrothermische Wandler (101) erstreckt.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem eine dritte Schutzschicht (112) auf der ersten Schutzschicht (111) vorgesehen ist.

3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die erste Schutzschicht (111) aus einem Material besteht, das aus anorganischen Oxiden, Übergangsmetalloxiden, Metalloxiden und deren Mischungen ausgewählt ist.

4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die erste Schutzschicht aus einem Nitrid mit einem hohen Widerstand besteht.

5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die erste Schutzschicht aus einer Mischung aus zwei oder mehreren anorganischen Oxiden, Übergangsmetalloxiden, Metalloxiden und Nitriden mit hohem Widerstand besteht.

6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die erste Schutzschicht (111) aus einem Dünnfilmmaterial besteht.

7. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schutzschicht (116) ein Element enthält, das aus den Gruppen IIIa, IVa, Va, VIa und VIII des Periodensystems ausgewählt ist, sowie aus Legierungen davon besteht.

8. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schutzschicht (116) aus einem Material besteht, das aus Carbiden, Siliciden und Nitriden von Metallen der Gruppen IIIa, IVa, Va, VIa und VIII des Periodensystems ausgewählt ist.

9. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 2, bei dem die dritte Schutzschicht (112) aus einem Harz besteht.

10. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 2, bei dem die dritte Schutzschicht (112) auf mikrophotolithographische Weise hergestellt ist.

11. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 2, bei dem die dritte Schutzschicht (112) durch Verwendung eines lichtempfindlichen Polyimidharzes hergestellt ist.

12. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen vorgesehen ist.