DE3705014A1 - Tintenstrahl-aufzeichnungskopf und substrat hierfuer - Google Patents
Tintenstrahl-aufzeichnungskopf und substrat hierfuerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahl-Auf
zeichnungskopf für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, in
dem Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte in Form fliegender
Tröpfchen ausgestoßen wird, um Zeichen auf einem Auf
zeichnungsmaterial aufzuzeichnen; insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf einen Tintenstrahl-Aufzeichnungs
kopf für den Ausstoß von Flüssigkeit durch Einwirkung von
Wärmeenergie sowie auf ein Substrat für einen solchen
Aufzeichnungskopf.
Im allgemeinen hat gemäß Fig. 8 ein Aufzeichnungskopf für
ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, bei dem das vorste
hend genannte Strahlverfahren angewandt wird, jeweils eine
Düsenöffnung 105 für den Tintenausstoß, eine Tintenaus
stoßeinheit mit einem Strömungskanal 104, der eine Wärme
einwirkungseinheit für das Zuführen von Wärmeenergie zu
der Tinte für deren Ausstoß enthält, und einen elektro
thermischen Wandler 103 für das Erzeugen der Wärmeenergie.
Ein derartiger Aufzeichnungskopf ist beispielsweise in der
US-PS 46 02 261 beschrieben. Der elektrothermische Wandler
weist ein Paar von Elektroden und eine an die Elektroden
angeschlossene Heizwiderstandsschicht mit einer Heizfläche
auf. Die von dem elektrothermischen Wandler erzeugte Wär
meenergie wirkt auf die Flüssigkeit bzw. Tinte derart ein,
daß Bläschen erzeugt werden, die durch Volumensexpansion
und Zusammenziehung schnelle Zustandsänderungen hervorru
fen.
Das Volumen der Bläschen steht mit dem Tröpfchendurchmes
ser in Zusammenhang. Daher ist es zum Erzielen einer
gleichförmigen Aufzeichnung hoher Qualität erforderlich,
daß die Festwerte der den jeweiligen Düsenöffnungen des
Aufzeichnungskopfs zugeordneten Heizwiderstandsschichten
gleich sind.
Die Heizwiderstandsschicht wird in einem Ätzprozeß in eine
vorgeschriebene Form gebracht. Bei dem Ätzprozeß wird die
Ätzlösung an den einander gegenüberliegenden Endbereichen
der Heizwiderstände wirkungsvoller umgewälzt als an dem
mittleren Bereich, so daß bei dem Ätzen ein Randeffekt
auftritt und das Ätzen an den Endbereichen bzw. Randberei
chen schneller fortschreitet. Infolgedessen wird die
Breite der Heizwiderstandsschicht verringert.
Fig. 1 zeigt eine Verteilung der Breiten der Heizwider
standsschicht bei einem Aufzeichnungskopf nach dem Stand
der Technik. Es ist ersichtlich, daß die Breite der Heiz
widerstandsschicht an den Endbereichen kleiner als im
mittleren Bereich ist. Infolgedessen ist bei dem Auf
zeichnungskopf nach dem Stand der Technik die Aufzeich
nungsdichte in der Richtung der Anordnung bzw. Aufreihung
der Heizwiderstandsschichten nicht gleichförmig, so daß
die Druckdichte von der Mitte weg zu den einander gegen
überliegenden Enden hin geringer wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tinten
strahl-Aufzeichnungskopf bzw. ein Substrat hierfür zu
schaffen, bei denen die durch ungleiche Breiten von Heiz
widerstandsschichten elektrothermischer Wandler verursach
ten Ungleichförmigkeiten vermieden sind, um eine Bildauf
zeichnung hoher Qualität zu ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung ein Tinten
strahl-Aufzeichnungskopf geschaffen, der eine Vielzahl von
Ausstoßöffnungen für den Ausstoß von Flüssigkeit bzw.
Tinte in Form fliegender Tröpfchen, eine Vielzahl jeweils
den Ausstoßöffnungen zugeordneter elektrothermischer Wand
ler, die in einem Ätzprozeß hergestellt werden und die
jeweils eine Heizwiderstandsschicht zum Erzeugen von Wär
meenergie für das Formen der Tröpfchen haben, und beider
seits der elektrothermischen Wandler angeordnete Schichten
aus dem gleichen Material wie die Heizwiderstandsschicht
oder mit gleicher Ätzgeschwindigkeit bzw. Ätzrate wie die
Heizwiderstandsschicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung der Heizwider
standsschichten der elektrothermischen Wandler für das
Bilden der Tröpfchen durch die beiderseits der Heizwider
standsschichten angeordneten Schichten das Ausbreiten der
Einwirkung der Umwälzung der Ätzlösung an den Endbereichen
zu den Heizwiderstandsschichten hin verändert, so daß die
Breiten der Wärmeerzeugungsbereiche gleichförmig werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Tintenstrahl-
Aufzeichnungskopf gemäß Patentanspruch 1 bzw. einem
Substrat gemäß Patentanspruch 12 oder 23 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Auf
zeichnungskopfs bzw. Substrats sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu
tert.
Fig. 1 zeigt die Verteilung der Breiten von Heizwider
standsschichten eines Kopfs nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Tintenstrahl-Auf
zeichnungskopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3, 4 und 9 sind Draufsichten auf Tintenstrahl-Auf
zeichnungsköpfe gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
Fig. 5 ist eine Draufsicht eines Tintenstrahl-Aufzeich
nungskopfs gemäß einem nächsten Ausführungsbeispiel, bei
dem eine Blindwiderstandsschicht streifenförmig ist.
Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Tintenstrahl-Aufzeich
nungskopfs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, bei
dem die Blindwiderstandsschicht rasterförmig ist.
Fig. 7 zeigt die Verteilung der Breiten von Heizwider
standsschichten des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfs.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für einen üblichen Tintenstrahl-
Aufzeichnungskopf.
Die Fig. 2 zeigt einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf
gemäß einem Ausführungsbeispiel. Mit 200 ist ein Satz von
elektrothermischen Wandlern bzw. Heizelementen für den
Ausstoß von Flüssigkeit bzw. Tinte bezeichnet. Jedes Heiz
element hat eine Heizwiderstandsschicht 201 und eine Elek
trodenschicht 203. Mit 202 ist ein Satz von elektrothermi
schen Wandlern bzw. Blindheizelementen bezeichnet, die
beiderseits der Heizelemente 200 angeordnet sind und die
dazu dienen, die Flächen der Heizwiderstandsschichten 201
der Heizelemente einander gleich zu machen, wobei die
Blindheizelemente nicht zum Tintenausstoß dienen. Im glei
chen Prozeß wie die Heizelemente können die Blindheizele
mente in einer Anzahl (von beispielsweise 10 oder mehr)
gebildet werden, die zum Verhindern der Ausbreitung der
Einwirkung des Randeffekts bei dem Ätzen zu den Heiz
elementen 200 hin ausreichend ist.
D. h., bei diesem Ausführungsbeispiel werden mehr Heizele
mente als die für die Bildaufzeichnung erforderlichen
hergestellt und als tatsächliche Heizelemente die Heizele
mente außer einer bestimmten Anzahl von Heizelementen an
den einander gegenüberliegenden Enden verwendet. Daher
wird der Kopf in dem Prozeß nicht nachteilig verändert, so
daß gleichförmige und fehlerfreie Köpfe erzielt werden.
Das Blindheizelement kann den gleichen Aufbau wie das
Heizelement haben, muß aber zwischen den beiden Elektroden
(bzw. elektrisch leitenden Schichten) keine Wärme erzeu
gen da es nicht zum Bilden von Tröpfchen herangezogen
wird. Daher ist kein Anschluß an eine Steuersignalquelle
erforderlich und das Ausbilden des Blindheizelements auf
dem Substrat ausreichend.
Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungs
beispiel wird in folgenden Schritten hergestellt:
Auf einer Fläche einer Si-Scheibe wird durch thermische
Oxidation ein SiO2-Film in einer Dicke von 5 µm gebildet.
Dann wird eine Heizwiderstandsschicht aus HfB2 in einer
Dicke von 150 nm aufgesprüht, wonach eine Al-Schicht in
einer Dicke von 500 nm nach einem Elektronenstrahl-Ablage
rungsverfahren aufgebracht wird.
Dann werden die Schichten in einem fotolithografischen
Prozeß zu den erwünschten Heizflächen und Elektroden ge
formt. Danach wird nach einem Hochgeschwindigkeits-Auf
sprühverfahren eine SiO2-Schicht in einer Dicke von 2,5 µm
aufgebracht.
Dann wird in einem Polyimidfilm (mit 3 µm Dicke) wie einem
Film aus PIQ von Hitachi Chemical als Fotolack für das
Abheben von Ta ein Muster ausgebildet, wonach nach einem
Gleichstrom-Aufsprühverfahren ein Ta-Film (von 1,0 µm
Dicke) aufgebracht wird. Nach dem Bilden des Ta-Films wird
der Polyimidfilm entfernt und der Ta-Film mit dem Muster
versehen. Auf diese Weise wird das Substrat hergestellt.
Abschließend wird zum Bilden eines Tintenzuführkanals,
einer Wärmeeinwirkungsfläche und einer Düsenöffnung eine
mit Nuten versehene Glasplatte derart aufgelegt, daß die
Nut in eine geeignete Lage in bezug auf die an dem
Substrat gebildete Heizfläche gebracht wird, und an das
Substrat angeklebt.
Wenn für die Blindheizelemente eine andere Form als für
die Heizelemente 200 gewählt wird, können die Blindheiz
elemente und die Heizelemente leicht voneinander unter
schieden werden, so daß der Zuleitungsanschluß der Heiz
elemente erleichtert ist.
Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hierbei
stellt ein jeweils mit 202 bezeichneter Bereich einen Satz
von Blindheizelementen dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich die Form des Blindheizelements von
derjenigen eines Heizelements 201, 203 in dem Satz von
Heizelementen 200. Die Blindheizelemente und die Heizele
mente können jedoch im gleichen Schritt hergestellt wer
den. Der Formunterschied zwischen den Heizelementen dient
zur leichten Unterscheidung derselben, so daß die Verbin
dung zwischen diesen und der Leitungsanschluß der Heizele
mente leicht und zuverlässig ausgeführt werden kann.
Bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsbei
spielen sind zwar auch an den Blindheizelementen Elektro
den ausgebildet, jedoch ist das Ausbilden von Elektroden
an den Blindheizelementen nicht erforderlich, da diese
nicht für den Ausstoß der Tinte bzw. Flüssigkeit benutzt
werden.
Die Fig. 3 zeigt einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Aus
führungsbeispiel sind benachbart zu dem Tintenausstoß-
Heizelementen 200 als Blindheizelemente rechteckige Wi
derstandsschichten 301 mit einer Breite angeordnet, die
für das Verhindern der Verengung der Heizelemente ausrei
chend ist.
Der Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel
kann auf die gleiche Weise wie derjenige gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel hergestellt werden. Da die Wider
standsschichten 301 nicht zum Tintenausstoß herangezogen
werden, müssen sie nicht angeschlossen werden.
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Wider
standsschichten 401 vorgesehen sind, die ein anderes For
mat als die rechteckigen Widerstandsschichten 301 nach
Fig. 3 haben.
Gemäß den Fig. 5 und 6 sind die Widerstandsschichten der
Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 4 unterteilt, so daß
Widerstandsschichten 501 bzw. 601 gebildet sind. D. h.,
nach Fig. 5 ist die Blindwiderstandsschicht streifenför
mig, während nach Fig. 6 die Blindwiderstandsschicht ra
sterförmig ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist in
folge der Vergrößerung der Randbereiche der in den Fig. 3
bis 6 und 9 gezeigten Widerstandsschichten die HfB2-
Schicht leicht zu schmelzen bzw. zu ätzen.
Da bei den Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen gemäß den
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen an den
einander gegenüberliegenden Enden der Heizelemente für den
Tintenausstoß die nicht für den Tintenausstoß benutzten
Heizwiderstandsschichten angeordnet werden, sind gemäß der
Darstellung in Fig. 7 die Breiten der Heizwiderstands
schichten für den Tintenausstoß im wesentlichen gleich.
Infolgedessen wird ein gleichförmiges Bild hoher Qualität
aufgezeichnet.
Da die nicht für den Tintenausstoß benutzten Heizwider
standsschichten im gleichen Prozeß wie die Tintenausstoß-
Heizelemente allein durch Hinzufügen des betreffenden
Musters gebildet werden, ist der Prozeß für die Herstel
lung des Aufzeichnungskopfs unkompliziert.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
bestehen die als Blindheizelemente an den einander gegen
überliegenden Seiten der Heizelemente 200 angeordneten
Heizwiderstandsschichten aus dem gleichen Material wie die
Heizwiderstandsschichten der Heizelemente 200.
Alternativ können die Blindheizelemente aus einem Material
hergestellt werden, das die gleiche Ätzrate bzw. Ätzge
schwindigkeit wie die Heizwiderstandsschichten der Heiz
elemente 200 hat.
In einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß den Ausfüh
rungsbeispielen sind die Breiten der Heizwiderstands
schichten der für den Tintenausstoß benutzten Heizelemente
gleich, so daß daher mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungs
kopf das Aufzeichnen von Bildern in gleichförmiger Dichte
und hoher Qualität ermöglicht ist.
Darüberhinaus kann das Substrat, auf dem die Heizwider
standsschicht ausgebildet wird, eine Wärmesammelschicht
enthalten.
Es werden ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer
Vielzahl von Ausstoßöffnungen, durch die die Tinte ausge
stoßen wird, einer Vielzahl von jeweils den Ausstoßöffnun
gen zugeordneten elektrothermischen Wandlerelementen zum
Erzeugen von Wärmeenergie für das Ausstoßen der Tinte,
wobei jedes Wandlerelement eine an dem Substrat angebrach
te Heizwiderstandsschicht und eine elektrisch leitende
Schicht zum Bilden mindestens eines Satzes von elektrisch
mit der Heizwiderstandsschicht verbundenen Elektroden
aufweist, und einen benachbart zu einer Gruppe aus mehre
ren Heizwiderstandsschichten angebrachten Blindheizelement
und ein Substrat für den Aufzeichnungskopf angegeben.
Claims (23)
1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, gekennzeichnet durch
eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen, durch die Tinte ausge
stoßen wird, eine Vielzahl von jeweils einer Ausstoßöff
nung entsprechend angeordneten elektrothermischen Wandler
elementen (200) zum Erzeugen von Wärmeenergie für den
Tintenausstoß, wobei jedes Wandlerelement eine an einem
Substrat angebrachte Heizwiderstandsschicht (201) und eine
elektrisch leitende Schicht (203) zum Bilden mindestens
eines Satzes von elektrisch mit der Heizwiderstandsschicht
verbundenen Elektroden aufweist, und ein Blindheizelement
(202; 301; 401; 501; 601), das jeweils einer Gruppe von
mehreren Heizwiderstandsschichten benachbart angeordnet
ist.
2. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Blindheizelement (202; 301; 401; 501; 601)
eine Heizwiderstandsschicht aufweist.
3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Blindheizelement (202; 301; 401; 501; 601)
eine Schicht aufweist, deren Ätzrate im wesentlichen
gleich derjenigen der Heizwiderstandsschicht (201) ist,
mit der das elektrothermische Wandlerelement (200) bei
dessen Herstellungsschritt gebildet ist.
4. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Blindheizelement (202) die Heizwiderstands
schicht und die elektrisch leitende Schicht aufweist.
5. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß das Blindheizelement (202) eine Schicht mit einer
Ätzrate ist, die im wesentlichen höher als diejenige der
Heizwiderstandsschicht (201) ist, mit der das elektro
thermische Wandlerelement (200) bei dessen Herstellungs
schritt gebildet ist.
6. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die elektrisch leitende Schicht derart ausgebil
det ist, daß zwischen der elektrisch leitenden Schicht und
der Heizwiderstandsschicht ein gewählter Abstand gebildet
ist.
7. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß die elektrisch leitende Schicht derart ausgebil
det ist, daß zwischen der elektrisch leitenden Schicht und
der Schicht des Blindheizelements ein erwünschter Abstand
gebildet ist.
8. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (301;
401) rechteckförmig ist.
9. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (501)
streifenförmig ist.
10. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (601) in
kleine Teile aufgeteilt ist.
11. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Aufteilung rasterförmig ist.
12. Substrat für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf,
gekennzeichnet durch eine Vielzahl elektrothermischer
Wandlerelemente (200), die auf einem Trägermaterial ausge
bildet sind, wobei jedes Wandlerelement eine auf dem Trä
germaterial ausgebildete Heizwiderstandsschicht (201) und
eine elektrisch leitende Schicht (203) zum Bilden minde
stens eines Satzes von elektrisch mit der Heizwiderstands
schicht verbundenen Elektroden aufweist, und ein Blind
heizelement (202; 301; 401; 501; 601), das auf dem Trä
germaterial zu mindestens den beiden Seiten der Reihe der
Wandlerelemente benachbart ausgebildet ist.
13. Substrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blindheizelement (202; 301; 401; 501; 601) eine
Heizwiderstandsschicht aufweist.
14. Substrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blindheizelement (202; 301; 401; 501; 601) eine
Schicht aufweist, deren Ätzrate im wesentlichen gleich
derjenigen der Heizwiderstandsschicht (201) ist, mit der
das elektrothermische Wandlerelement (200) bei dessen
Herstellungsschritt gebildet ist.
15. Substrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blindheizelement (202) die Heizwiderstandsschicht
und die elektrisch leitende Schicht aufweist.
16. Substrat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blindheizelement (202) eine Schicht mit einer
Ätzrate ist, die im wesentlichen höher als diejenige der
Heizwiderstandsschicht (201) ist, mit der das elektrother
mische Wandlerelement (200) bei dessen Herstellungsschritt
gebildet ist.
17. Substrat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht derart ausgebildet
ist, daß zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der
Heizwiderstandsschicht ein gewählter Abstand gebildet ist.
18. Substrat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht derart ausgebildet
ist, daß zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der
Schicht des Blindheizelements ein erwünschter Abstand
gebildet ist.
19. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (301; 401) recht
eckförmig ist.
20. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (501) streifen
förmig ist.
21. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Blindheizelement (601) in kleine
Teile aufgeteilt ist.
22. Substrat nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufteilung rasterförmig ist.
23. Substrat für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Substrats
auf einem Trägermaterial für eine Vielzahl elektrothermi
scher Wandlerelemente (200) eine Heizwiderstandsschicht
(201) auf einer Fläche gebildet wird, welche zumindest die
beiden Seiten der Reihe der elektrothermischen Wandlerele
mente enthält, und die Heizwiderstandsschicht derart
geätzt wird, daß an den beiden Seiten ein Blindbereich
gebildet ist, so daß die Ätzrate der Heizwiderstands
schicht über den ganzen Bereich konstant ist, in welchem
mindestens ein Wärmeerzeugungsbereich ausgebildet ist.
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