Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine Grundplatte hierfür.
Verwandter Hintergrund im Stand der Technik
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Das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ist ein
Aufzeichnungsverfahren, bei dem Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit)
von einer in einem Aufzeichnungskopf befindlichen
Ausstoßöffnung ausgestoßen und die ausgestoßene Tinte auf einem
Aufzeichnungsmedium, wie z.B. Papier, zum Haften gebracht
wird, um dadurch eine Aufzeichnung auszuführen. Ferner
besitzt es zahlreiche Vorteile, wie geringe Lärmerzeugung,
die Fähigkeit zur Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung und das
Fehlen der Notwendigkeit, ein spezielles Papier für die
Aufzeichnung zu verwenden. Aufzeichnungsköpfe von
verschiedensten Typen wurden hierfür entwickelt.
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Vor allem besitzt ein Aufzeichnungskopf vom Typ, in dem
Hitzeenergie zum Austreten der Tinte aus einer
Austrittsöffnung verwendet wird, die Vorteile, daß er gut auf
Aufzeichnungssignale reagiert und daß problemlos eine Anzahl
von Ausstoßöffnungen mit einer hohen Dichte angeordnet
werden können.
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Als Aufzeichnungskopf eines solchen Typs, der Hitzeenergie
als Tintenausstoßenergie verwendet, ist ein
Aufzeichnungskopf mit einem Aufbau bekannt, in dem elektrothermische
Wandlerelemente, die eine hitzeerzeugende
Widerstandsgliedschicht besitzen, und Elektroden auf einem Substrat
angeordnet sind, wobei die Wandlerelemente, wie gefordert,
einen über dessen Abschnitt vorgesehenen Schutzfilm besitzen,
der die Flüssigkeit berührt, und eine mit
Flüssigkeitspfaden und einer Flüssigkeitskammer ausgebildete Deckplatte
ist damit verbunden.
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Die Tintenausstoßenergie in einem dieses System
verwendenden Aufzeichnungskopf wird generell von einem
elektrothermischen Wandlerelement übertragen, welches ein Paar von
Elektroden und ein zwischen den Elektroden befindliches
Hitzeerzeugungs-Widerstandsglied besitzt. D.h., wenn
elektrischer Strom an die Elektroden angelegt wird, um das
Hitzeerzeugungs-Widerstandsglied zum Hitzeerzeugen zu bewegen,
wird die Tinte im Flüssigkeitspfad, die in Kontakt oder in
der Nähe des Hitzeerzeugungs-Widerstandselements ist, kurz
zeitig erhitzt und an dieser Stelle Bläschen erzeugt.
Tintentröpfchen werden von der Ausstoßöffnung durch die
Volumenänderung ausgestoßen, die von der durch die Erzeugung
der Bläschen momentanen Volumenausdehnung und -kontraktion
herrührt.
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In dem das vorstehend beschriebene elektrothermische
Wandlerelement verwendenden Aufzeichnungskopf sind die anderen
Abschnitte als die hitzeerzeugenden Glieder üblicherweise
durch einen organischen Harzfilm geschützt, um das
Auftreten eines Leckstroms oder eines Kurzschlußstroms durch die
Tinte zu verhindern. In einem solchen Fall wurde der
organische Film nicht auf dem hitzeerzeugenden Glied des
hitzeerzeugenden Abschnitts vorgesehen, weil es der
Wärmeleitung entgegenwirkt oder wegen der
Wärmewiderstandseigenschaften. Auch hinsichtlich der
Wärmewiderstandseigenschaften und dgl. wurde es notwendig, daß der organische
Film tatsächlich getrennt vom hitzeerzeugenden Glied des
hitzeerzeugenden Abschnitts ausgebildet wird. Die Trennung
des organischen Films vom Hitzeerzeugungsglied des
hitzeerzeugenden Abschnitts führte jedoch manchmal zu dem Problem,
daß die mit dem Hitzeerzeugungsglied verbundenen Elektroden
nicht länger geschützt werden können und sich dadurch die
Zuverlässigkeit verringert. Als Gegenmaßnahme dafür wurde
in der Praxis ein Zwischenbereich zwischen dem
Hitzeerzeugungsglied und den Elektroden vorgesehen und in diesem
Zwischenbereich wurde das Ende des organischen Schutzfilms
ausgebildet, der an das Hitzeerzeugungsglied angrenzt.
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Um dies zu erreichen, ist ein Verfahren zum Verbreitern der
Rasterbreite des Hitzeerzeugungs-Widerstandsglieds bekannt,
wie es z.B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
033471/1983 enthalten ist. Gemäß diesem Verfahren wurde
jedoch in manchen Fällen ein sog. Hitzefleck einer hohen
Stromdichte an der Ecke erzeugt, in der das Raster des
Hitzeerzeugungsglieds dünner ist, wodurch der Erzeugung von
Bläschen entgegengewirkt wird. Auch in der deutschen
Patentschrift 3 443 563 ist ein Aufbau vorgeschlagen, in dem
Abschnitte der Elektroden, die sich in der Nähe des
Hitzeerzeugungsglieds befinden, dünner gemacht werden. Bei
der Herstellung ist dies jedoch schwierig zu steuern.
Ferner hat ein Verwenden von zwei Schichten und ein
wahlweises Ätzen dieses zwei Schichten verwendenden
Verfahrens zur Voraussetzung, daß das hitzeerzeugende Glied
und die zwei Arten von Elektroden wahlweise geätzt werden
können. Dies wurde unterschiedlich begrenzt durch das
verwendete Material, die Ätzflüssigkeit und das
Ätzverfahren.
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Folglich existieren weiterhin Probleme, die hinsichtlich
eines idealeren elektrothermischen Wandlerelements zu lösen
sind, bei dem der Schutz des elektrothermischen
Wandlerelements und das Verhindern von Leck- oder Kurzschlußströmen
besser ausgeführt wurde und welches dem Erzeugen von
Bläschen nicht entgegenwirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
vorstehend angesprochenen Probleme zu lösen.
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Im einzelnen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit einem
elektrothermischen Wandlerglied mit einem Aufbau zu schaffen, welcher
den Freiheitsgrad der verwendeten Materialien für einen
Schutzfilm, usw. erhöht, und eine Grundplatte zur
Verwendung in einem solchen Aufzeichnungskopf zu schaffen.
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Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf von größerer Beständigkeit zu schaffen,
bei dem der Schutzfilm nicht in Kontakt mit einem
Hochtemperaturabschnitt steht, und eine Grundplatte zur
Verwendung in einem solchen Aufzeichnungskopf zu schaffen.
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Erfindungsgemäß ist eine Grundplatte für einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit einem Substrat, einem Paar von
ersten Elektroden, die gegenseitig durch eine vorgegebene
Distanz auf dem Substrat voneinander beabstandet sind, und
einer hitzeerzeugenden Widerstandsschicht, die von dem Paar
der ersten Elektroden getragen wird und mit diesen
elektrisch verbunden ist, und einer zweiten Elektrode dadurch
gekennzeichnet, daß ein Paar von zweiten Elektroden
vorgesehen ist, zwischen denen sich die hitzeerzeugende
Widerstandsschicht erstreckt, und daß das Paar der zweiten
Elektroden einen Abschnitt der zwischen dem Paar der ersten
Elektroden befindlichen hitzeerzeugenden Widerstandsschicht
freiläßt, wobei die zweiten Elektroden durch eine Distanz
voneinander beabstandet sind, die größer ist als die
Distanz, mit der die ersten Elektroden voneinander
beabstandet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 bis 4 zeigen die charakteristischen Abschnitte des
Ausführungsbeispiels des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs der
Erfindung. Fig. 2A ist die Draufsicht der Struktur von Fig.
2B.
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Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Form des
eerfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch die charakteristischen Abschnitte
des typischen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 sind erfindungsgemäß ein Paar von ersten und
zweiten Elektroden 12 und 13 entsprechend oberhalb und
unterhalb einer Hitzeerzeugungs-Widerstandsgliedschicht 11
auf einem Substrat 14 geschaffen. D.h., der
Aufzeichnungskopf besteht aus einem Aufbau, bei dem die hitzeerzeugende
Widerstandsschicht 11 teilweise zwischen die Paare der
ersten und zweiten Elektroden 12 und 13 eingelagert ist. Auch
die zweiten Elektroden 13 sind gegeneinander größer
beabstandet als der gegenseitige Abstand zwischen den ersten
Elektroden 12.
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In der Erfindung wird der Abschnitt des hitzeerzeugenden
Widerstandsglieds 11 zwischen den gegenüberliegenden
Elektroden, der elektrisch mit den Elektroden verbunden ist,
mit Energie versorgt, um eine Hitzeenergie zum Ausstoßen
von Tinte aus der Ausstoßöffnung zu erzeugen und das
Fliegen der ausgestoßenen Tinte zu verursachen. D.h., es
wurde ein elektrothermisches Wandlerglied 15 aus den
Elektroden 12, 13 und dem hitzeerzeugenden Widerstandsglied
11 aufgebaut.
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Die charakteristischen Abschnitte des
Tintenstrahlaufzeichnungskopfs der Erfindung könnten typischerweise auf
folgende Art hergestellt werden.
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Eine die erste Elektrode 12 darstellende Schicht (Ta) wurde
schichtweise auf einem Substrat 14 (Si) aufgebaut, dessen
Oberfläche durch ein "Sputter"-Verfahren nicht leitend und
durch Verwendung eines photolithographischen Prozesses oder
ähnlichem zu einer gegenpoligen Form gemacht wurde. Danach
werden die hitzeerzeugende Widerstandsschicht 11
(Ta-Legierung) und eine Schicht (Al), welche die zweiten Elektroden
13 darstellen, auf gleiche Weise durch "Sputtern"
schichtweise aufgebaut, und es wird eine Musterung mit den zweiten
Elektroden 13 durchgeführt, welche vom hitzeerzeugenden
Widerstandsgliedsabschnitt stärker beabstandet sind als die
ersten Elektroden 12. Auch die hitzeerzeugende
Widerstandsschicht 11 wird durch eine photolithographische Technik
derart gemustert, daß eine gewünschte Form des
hitzeerzeugenden Widerstandsglieds zwischen den ersten Elektroden
vorausgesetzt ist.
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Darauffolgend wird ein organisches Schutzmaterial 16, wie
z.B. ein photosensitives Harz (Polyimid), durch "spin coat"
schichtweise aufgetragen, wobei nachfolgend die Musterung
durchgeführt wird und der hitzeerzeugende Abschnitt und der
andere Abschnitt eines Teils der ersten Elektrode durch
einen organischen Schutzfilm 16, wie in den Fig. 2A und 2B
dargestellt, geschützt wird.
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Als Material für den organischen Schutzfilm 16 könnte ein
Material verwendet werden, das chemisch stabil und
hervorragende Eigenschaften bezüglich dem innigen Kontakt mit dem
Untergrund aufweist, z.B. photosensitive Polyimidharze wie
das PIQ, hergestellt von Hitachi Kasei Co., Ltd., PYRALIN,
hergestellt von Du Pont, Inc., JSR-CBR, hergestellt von
Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. oder Photoneece,
hergestellt von Toray Co., Ltd.
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Was die Breite der Muster betrifft, müssen die Breiten der
entsprechenden Schichten nicht gleich groß und gleichförmig
sein.
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In der Erfindung haben auch die Strukturen gemäß Fig. 4 zu
einem guten Ergebnis geführt. D.h., die Struktur gemäß Fig.
4 unterscheidet sich von der in Verbindung mit den Fig. 2A
und 2B beschriebenen Struktur dadurch, daß ein
anorganischer Schutzfilm 17 zwischen dem organischen Schutzfilm 16
und den zweiten Elektroden 13 vorgesehen ist. In diesem
Fall wurde der anorganische Schutzfilm 17 durch Aufbringen
von SiO&sub2; mit einer Dicke von der Größenordnung von 1um
durch das "Sputter"-Verfahren aufgebracht.
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Schließlich zeigt Fig. 5 den erfindungsgemäßen Körper des
Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
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In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 15 elektrothermische
Wandlerelemente, das Bezugszeichen 18 eine
Flüssigkeitskammer, das Bezugszeichen 19 Flüssigkeitspfade, das
Bezugszeichen 20 Austrittsöffnungen, das Bezugszeichen 21 eine
Versorgungsöffnung, das Bezugszeichen 22 eine Deckplatte, das
Bezugszeichen 23 eine Flüssigkeitspfadwand und das
Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Grundplatte für den
Tintenstrahlaufzeichnungskopf.
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Gemäß Fig. 5 wurden die Flüssigkeitspfade 19 und die mit
den Flüssigkeitspfaden 19 in Verbindung stehenden
Austrittsöffnungen 20 entsprechend den elektrothermischen
Wandlerelementen 15 der Grundplatte 24 im
Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgebildet. Ferner stehen die
Flüssigkeitspfade 19 mit der Flüssigkeitskammer 18 in Verbindung.
Tatsächlich wurden diese Austrittsöf fnungen 20, die
Flüssigkeitspfade 19 und die Flüssigkeitskammer 18 durch
Verbinden der Deckplatte 22 mit der Flüssigkeitspfadwand
(vorzugsweise aus photosensitivem Harz hergestellt)
ausgebildet, wobei die Flüssigkeitspfadwand im
Tintenstrahlaufzeichnungskopf
auf der Grundplatte 24 ausgebildet ist. Die
Deckplatte 22 wurde mit einer Versorgungsöffnung 21
ausgebildet, durch die Tinte in die Flüssigkeitskammer 18, d.h.
in den Aufzeichnungskopf, zugeführt wird.
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Wenn ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit dem vorstehend
beschriebenen Substrat hergestellt wird, welches als
Grundplatte eines derart aufgebauten
Tintenstrahlaufzeichnungskopfs verwendet wird und das Austreten von Flüssigkeit
bewirkt wird, so können stabile Flüssigkeitströpfchen für
eine lange Zeit hergestellt werden, wobei die Stabilität
befriedigend ist.
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Die Erfindung wurde anhand eines Beispiels dargestellt, bei
dem die Elektroden, die hitzeerzeugende
Widerstandsgliedschicht und die anorganische Schutzschicht durch das
"Sputter"-Verfahren ausgebildet wurden. Sie können jedoch nicht
nur durch das "Sputter"-Verfahren, sondern auch durch eine
Vielzahl anderer Filmherstellvorrichtungen ausgebildet
werden. Insbesondere das Vakuumdepositionsverfahren ist zum
Eliminieren von Staub und zum Herstellen von dünnen
Schichten geeignet und daher bevorzugt. Selbstverständlich
muß zur Herstellung des organischen Schutzfilms nicht
unbedingt das vorhergehend genannte "spin coat"-Verfahren
verwendet werden, sondern auch zahlreiche andere
Filmherstellungsverfahren einschließlich dem "roll coat"-
Verfahren.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die Materialien für das
Substrat, für die ersten und die zweiten Elektroden, für
die hitzeerzeugende Widerstandsgliedschicht, für die
Schutzfilme, usw. nicht auf die vorstehend genannten
Materialien begrenzt sind. Die für diese Abschnitte
verwendeten Materialien können aus beliebigen anderen Materialien
bestehen, solange sie die Funktionsweise der entsprechenden
Abschnitte in jeder Hinsicht sicherstellen.
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Zum Erreichen der vorstehend beschriebenen Vorteile könnte
die erste Elektrode 12 nur in der Nähe des hitzeerzeugenden
Widerstandsglieds gemäß Fig. 3 vorgesehen werden.
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Zusätzlich ist die Form des durch die Verwendung des
erfindungsgemäßen Substrats ausgebildeten
Tintenstrahlaufzeichnungskopfs nicht auf die Form gemäß Fig. 5 begrenzt,
da das erfindungsgemäße Substrat in den meisten
Hitzeenergie verwendenden Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen
verwendet werden kann.
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Mit dem gezeigten und beschriebenen Aufbau können die
ersten Elektroden als erstes ausgebildet werden und es gibt
daher wenige Begrenzungen für ihre Herstellung. Es besteht
daher eine breite Auswahlmöglichkeit für das dafür
auszuwählende Material. Z.B. ist es einfach, die ersten
Elektroden aus dem gleichen Material wie die hitzeerzeugende
Widerstandsgliedschicht herzustellen, welches das
Hitzeerzeugungs-Widerstandsglied darstellt.
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Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn kein
anorganischer Isolierfilm auf dem hitzeerzeugenden Widerstandsglied
vorgesehen ist. Zum Verhindern von Korrosion durch den
Batterieeffekt ist es notwendig, Materialien mit ähnlichen
Oxidations-Reduktionspotentialen für die hitzeerzeugenden
Widerstandsglieder und die ersten Elektroden auszuwählen,
was in der vorliegenden Erfindung sehr leicht ist. Wenn
lediglich ähnliche Materialien für die Abschnitte, die mit
der Tinte in Berührung stehen, verwendet werden, so wird
das Auftreten von Korrosion durch den Batterieeffekt
verhindert.
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Auch wenn in einigen Abschnitten der ersten Elektroden die
Stromdichte verringert ist und die
Hitzeerzeugungstemperatur dadurch im hitzeerzeugenden Widerstandsglied niedriger
wird, und wenn die Oberfläche derart geschützt ist, daß
sich dieser niedrige Temperaturabschnitt am Ende des
organischen Harzfilms befindet, dann wird die Verschlechterung
der Stabilität des organischen Films durch die Hitze
vermieden (s. Fig. 2B).