DE69010381T2 - Trägermaterial für einen Tintenstrahlkopf, ein aus diesem Material geformter Tintenstrahlkopf und Tintenstrahlgerät, das mit diesem Kopf ausgerüstet ist. - Google Patents

Trägermaterial für einen Tintenstrahlkopf, ein aus diesem Material geformter Tintenstrahlkopf und Tintenstrahlgerät, das mit diesem Kopf ausgerüstet ist.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der eine Aufzeichnung mittels Tintenentladung durchführt, wobei die durch einen elektrothermischen Wandler erzeugte Hitzeenergie verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Substrat für die Bildung des Kopfes sowie auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das einen solchen Kopf aufweist.
  • Das Tintenstrahl-System, das in den US-Patenten 4 723 129, 4 740 796 etc. beschrieben ist (nämlich das von Canon K.K. bezeichnete "Bubble Jet System"), kann eine Aufzeichnung mit hoher Präzision und hoher Qualität bei einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Dichte durchführen und ist ferner für eine Farbbildung und eine Komprimierung geeignet, die zunehmend Beachtung findet. Bei einem repräsentativen Beispiel der Vorrichtung, die für dieses System zu verwenden ist, liegt ein Hitzewirkabschnitt vor, welcher es der Hitze erlaubt, auf eine Tinte zu wirken, um diese (Flüssigkeit für die Aufzeichnung etc.) unter Verwendung von Hitzeenergie zu entladen. Durch Bereitstellung eines Hitze erzeugenden Widerstandes mit einem Hitzewirkabschnitt entsprechend dem Tintenweg kann die Tinte abrupt erhitzt werden, um Blasen unter Verwendung der Hitzeenergie, die von dem Hitze erzeugenden Widerstand erzeugt wird, zu bilden. Die Tinte wird durch die Blasenbildung entladen.
  • Der Hitzewirkabschnitt ist offensichtlich ähnlich zu einem Teil des Aufbaues des sogenannten thermischen Kopfes gemäß dem Stand der Technik und zwar aus dem Gesichtspunkt, daß es der Hitze erlaubt wird, auf ein Material einzuwirken. Die fundamentale Technik ist jedoch in einem Punkt sehr verschieden, da der Hitzewirkabschnitt in direktem Kontakt mit der Tinte steht und da der Hitzewirkabschnitt einem mechanischen Schock ausgesetzt ist, der durch eine Hohlraumbildung aufgrund der wiederholten Blasenbildung und der Blasenauslöschung der Tinte hervorgebracht wird. Ferner tritt eine Erosion in einigen Fällen auf. Ein Unterschied besteht auch darin, daß der Hitzewirkabschnitt innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes in der Größenordnung von 10&supmin;¹ bis 10 Mikrosekunden einem Temperaturanstieg und Teinperaturabfall von etwa 1.000ºC ausgesetzt ist. Deshalb kann selbstverständlich die thermische Kopftechnik nicht auf die Blasenstrahltechnik angewandt werden. Somit ist es unmöglich, die Hitzekopftechnik und die Tintenstrahltechnik innerhalb der gleichen Kategorie zu diskutieren.
  • Als Material für den Hitze erzeugenden Widerstand, der den elektrothermischen Wandler aufbaut, der in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet wird, werden Materialien verwendet, die selbst unter sehr hohen Temperaturzuständen stabil sind und die eine sehr gute Oxidationsresistenz aufweisen, wie Nitride, Carbide, Silicide, Boride von Metallen mit hohen Schmelzpunkten, Transitionsmetallen etc.
  • In Reaktion auf die Anforderungen einer hohen Dichteaufzeichnung und einer hohen Geschwindigkeitsaufzeichnung in Tintenstrahlgeräten unter Verwendung eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfes wird seit kurzem eine Methode verwendet, bei der die Kraft, die an den Hitze erzeugenden Widerstand angelegt wird, zunehmend größer wird oder bei der die Pulsweite einer Strombreite verkürzt wird. In diesem Fall wird der Hitze erzeugende Widerstand auf höhere Temperaturen erhitzt, so daß ein Hitze erzeugender Widerstand notwendig ist, der eine größere Resistenz aufweist.
  • Wenn die Größe des Hitze erzeugenden Widerstandes kleiner gemacht wird, um die Aufzeichnungsdichte zu vergrößern, wird der Bereichswiderstand des Hitze erzeugenden Widerstandes im wesentlichen konstant gehalten. Somit wird nur der Widerstandswert als elektrischer Leiter in den mehreren, Hitze erzeugenden Widerständen als Ganzes erhöht, wodurch der elektrische Stromverbrauch in den mehreren Hitze erzeugenden Widerständen als Ganzes zunimmt.
  • Ferner führt der Stromanstieg zu einer Vergrößerung der IC-Kapazität für den Antrieb, wobei dieser Anstieg der IC- Kapazität wiederum zu einer Erhöhung der Kosten des Tintenstrahlkopfes etc. führt.
  • Um den Anforderungen an eine hohe Dichteaufzeichnung, eine hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung und der Reduktion des elektrischen Stromverbrauchs zu entsprechen, wurden beispielsweise verschiedene Verfahren für das Anwachsen des spezifischen Widerstandes des Hitze erzeugenden Widerstandes untersucht.
  • Als Verfahren für das Anwachsen des spezifischen Widerstandes, ohne daß die Form, die Filmdicke des Hitze erzeugenden Widerstandes sich ändert, ist ein Verfahren bekannt, bei dem Stickstoff, Sauerstoff etc. als eine Komponente mit einem vorbestimmten Verhältnis in der Zusammensetzung des Hitze erzeugenden Widerstandes hinzugefügt wird, um einen gewünschten, spezifischen Widerstand zu erzielen.
  • Andererseits ist ein Verfahren zur Erzielung eines höheren Widerstandes bekannt, bei dem die Filmdicke des Hitze erzeugenden Widerstandes ohne Änderung seines Materials verändert wird.
  • Gemäß den Untersuchungen der Erfinder wurde bei einem Hitze erzeugenden Widerstand, der durch das Verfahren der Hinzufügung von Stickstoff, Sauerstoff etc., wie oben erwähnt, einen höheren Widerstand aufwies, einen Zuwachs des elektrischen Stromverbrauchs infolge einer großen Reduktion des Widerstandswertes beobachtet, da die elektrische Antriebskraft zunahm. Dies kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß die meisten der hinzugefügten Komponenten in einem freien Zustand bezüglich der Komponente, die den Hitze erzeugenden Widerstand aufbaut und welche die Basis ist, vorliegen.
  • Andererseits entsteht ein Problem bei der Stabilität der Herstellung, wenn die Filmdicke des Hitze erzeugenden Widerstandes dünner gemacht wird, um eine Zunahme des spezifischen Widerstandes zu erzielen, da die Filmdicke in dieser Region sehr genau kontrolliert werden muß.
  • Ferner scheint der Effekt eines Gases, einer Feuchtigkeitsabsorption auf der Oberfläche des Hitze erzeugenden Widerstandes stark die Stabilität des Hitze erzeugenden Widerstandes selbst zu beeinflussen. Somit sinkt der Vorteil weiter im Vergleich mit dem Anstieg des Widerstandes des Hitze erzeugenden Widerstandes durch die Hinzufügung von Stickstoff, Sauerstoff etc., wie oben beschrieben.
  • Das französische Patent 2 540 435 offenbart ein Substrat für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der einen Träger und einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes Widerstandselement und Elektroden aufweist, die elektrisch mit dem Hitze erzeugenden Widerstand verbunden sind.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ein Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf bereitzustellen, der einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf einen hohen spezifischen Widerstandswert eingestellt werden kann, der ein stabiles, Hitze erzeugendes Widerstandselement mit einer geringen Veränderung in dem Resistenzwert und begleitet mit einem Anstieg der elektrischen Antriebskraft aufweist und der ferner eine sehr gute Haltbarkeit hat. Diese Aufgabe der Erfindung umfaßt ferner einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit dem Substrat als Teil seines Aufbaues sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das mit dem Kopf ausgerüstet ist.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Substrates für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der einen Träger und einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes Widerstandselement und Elektroden hat, die elektrisch mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement verbunden sind, wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement aus einer komplexen Verbindung besteht, die ein Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mit einem Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der einen Träger und einen elektrothermischen Transducer hat, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes Widerstandselement sowie Elektroden aufweist, die elektrisch mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement verbunden sind, wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement aus einer Komplexverbindung besteht, die ein Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt und wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement verwendet wird, um eine Hitzeenergie zu erzeugen, die bei der Entladung einer Flüssigkeit verwendet wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der ein Substrat für den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf hat und der einen Träger und einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes Widerstandselement sowie Elektroden hat, die elektrisch mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement verbunden sind, wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement aus einer Komplexverbindung aufgebaut ist, die ein Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt, wobei ferner Mittel zum Tragen eines Aufzeichnungsmediums vorgesehen sind und wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement verwendet wird, um eine Hitzeenergie zu erzeugen, die für eine Entladung einer Flüssigkeit verwendet wird.
  • Gemäß der Erfindung kann eine hohe Qualitätsaufzeichnung, eine hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung und eine Aufzeichnung mit einem niedrigen Stromverbrauch etc. in sicherer Weise realisiert werden.
  • Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispieles des Substrates für einen Tintenstrahlkopf gemäß der Erfindung.
  • Figur 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Beispieles des Hauptteils des Tintenstrahlkopfes gemäß der Erfindung.
  • Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie a-b-c in der Figur 2.
  • Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Bedampfungsvorrichtung, die bei der Bildung der Hitze erzeugenden Widerstandsschicht nach der Erfindung verwendet wird.
  • Figur 5 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Beispiels des Hauptteils des Tintenstrahlgerätes nach der Erfindung, das mit einem Tintenstrahlkopf ausgerüstet ist.
  • Die Erfinder haben intensive Studien unternommen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und haben herausgefunden, daß die oben beschriebene Aufgabe gelöst werden kann, wenn das Hitze erzeugende Widerstandselement des Tintentrahlkopfes aus einer Komplexverbindung aufgebaut ist, die vier Elemente eines Metallelementes, Bor (B), Silicium (Si) und Stickstoff (N) in einem spezifischen Zusammensetzungsverhältnis enthält. Es wurde ferner herausgefunden, daß das Metallelement, das in der Komplexverbindung enthalten ist, die das Hitze erzeugende Widerstandselement nach der Erfindung aufbaut, vorzugsweise ein Element sein sollte, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W umfaßt, wobei Hf optimal ist. Die Erfinder haben die Erfindung auf Basis dieser Untersuchungen durchgeführt.
  • Bei der Komplexverbindung, welche die vier Elemente in einein spezifischen Zusammensetzungsverhältnis enthält, bildet das Metallelement primär ein Borid, während Si primär den Status eines Nitrids und den Status einer Si-Einzelsubstanz aufweist (nämlich den Status einer Si-Si-Bindung), wie dies später beschrieben werden wird. Diese Fakten haben zu sehr guten Eigenschaften geführt.
  • Die Erfinder haben eine Vielzahl von Proben hergestellt, welche die oben beschriebenen, vier Elemente in vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnissen nach der Bedampfungsmethode enthielten.
  • Jede Probe wurde mittels einer Bedampfungsvorrichtung gemäß Figur 4 hergestellt (Handelsname: Sputtering Apparatus CFS-8EP, hergestellt von Tokuda Seisakusho Co.). Dabei wurden Filme auf einem Si-Einzelkristallsubstrat gebildet, das einen thermisch oxidierten SiOfr Film aufwies, der mit 5,0 um darauf gebildet wurde. In der Figur 4 zeigt 201 eine Filmbildungskammer. 202 ist ein Substrathalter zum Halten des Substrates 203, das in der Filmbildungskammer 201 bereitgestellt ist. Der Halter 202 hat eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) zum Erhitzen des Substrates 203. Der Substrathalter 202 wird von einem Drehschaft 217 gelagert, der sich von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) erstreckt, der außerhalb des Systems vorgesehen ist. Der Schaft ist vertikal bewegbar und so aufgebaut, daß er sich drehen kann. An der zu dem Substrat 203 innerhalb der Filmbildungskammer 201 entgegengesetzten Position ist ein Zielhalter 205 für das Halten eines Zieles für die Filmbildung vorgesehen. 206 ist ein Metallborid-Blattenziel mit 99,8 Gew.% oder höherer Reinheit, das auf der Oberfläche des Zielhalters 205 angeordnet ist. 207 ist ein Si-Blattziel mit 99,9 Gew.% oder höherer Reinheit, das auf dem Metallboridziel angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist 208 ein Si&sub3;N&sub4; Plattziel mit 99,9 Gew.% oder größerer Reinheit, das auf dem Metallboridziel angeordnet ist. Das Si- Ziel 207 und das Si&sub3;N&sub4; Ziel 208 sind jeweils in einer Vielzahl in einem vorbestimmten Bereich mit vorbestimmten Abständen auf der Oberfläche des Metallboridziels 206 angeordnet, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist. Einzelne Bereiche und Anordnungen des Si-Ziels 207 und des Si&sub3;N&sub4;-Zieles 208 sind auf Basis einer Kalibrierungskurve bestimmt worden, die durch vorheriges Erfassen, wie die Beziehung des Bereichsverhältnis der drei Ziele sein sollte, hergestellt wurde, um einen Film zu erzielen, der die vier Elemente mit einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis enthält.
  • 218 ist eine Schutzwand, welche die Seitenflächen der Ziele 206, 207 und 208 abdeckt, so daß diese durch das Plasma nicht von ihren Seitenflächen bedampft werden können. 204 ist eine Verschlußplatte, die horizontal bewegbar angeordnet ist, um den Raum zwischen dem Substrat 203 und den Zielen 206, 207 und 208 an der Position des oberen Teils des Zielhalters 205 abzuschirmen. Die Verschlußplatte 204 wird weiter unten beschrieben werden. Sie wird vor Beginn der Filmbildung zu dem oberen Teil des Zielhalters 205, der die Ziele 206, 207 und 208 hält, geführt, und ein inertes Gas, wie Argon (Ar)-Gas etc., wird in die Filmbildungskammer 201 durch eine Gaszuführungsleitung 212 eingeführt. Das Gas wird durch Anwendung einer Hochfrequenzkraft aus einer Hochfrequenzquelle 215 in ein Plasma überführt, und die Ziele 206, 207 und 208 werden mit dem gebildeten Plasma bedampft, um Verunreinigungen auf den entsprechenden Oberflächen der Ziele zu entfernen. Dann wird die Verschlußplatte 204 auf die Position bewegt (nicht gezeigt), an der keine Störung bei der Filmbildung eintritt.
  • Die Hochfrequenzquelle 215 ist elektrisch mit der Umgebungswand der Filmkammer 201 durch einen elektrisch leitenden Draht 216 verbunden und ist ferner elektrisch mit dem Zielhalter 205 durch einen elektrisch leitenden Draht 217 verbunden. 214 ist ein Anpassungsgehäuse.
  • Der Zielhalter 205 ist mit einem Mechanismus (nicht gezeigt) ausgestattet, der das Kühlwasser intern zirkulieren läßt, so daß die Ziele 206, 207 und 208 auf gewünschten Temperaturen während der Filinbildung gehalten werden können. In der Filmbildungskammer 201 ist eine Abgabeleitung 210 für die interne Entladung der Filmbildungskammer vorgesehen. Die Abgabeleitung ist mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) durch ein Entladeventil 211 verbunden. 202 ist eine Gaszuführungsleitung für die Einführung eines Gases, wie Argongas (Ar-Gas), Heliumgas (He-Gas), für das Bedampfen in der Filmbildungskammer 201. 213 ist ein Strömungsraten-Steuerventil für das Gas für die Bedampfung, welches an der Gaszuführungsleitung vorgesehen ist. 209 ist ein Isolator, der zwischen dem Zielhalter 205 und der Bodenwand der Filmbildungskammer 201 für die elektrische Isolierung des Zielhalters 205 von der Filmbildungskammer 201 vorgesehen ist. 219 ist eine an der Filmbildungskammer 201 vorgesehene Vakuumnadel. Durch die Vakuumnadel kann der innere Druck in der Filmbildungskammer 201 automatisch angezeigt werden.
  • Bei der Vorrichtung nach Figur 4 ist nur ein Zielhalter, wie oben beschrieben, vorgesehen. Es können jedoch auch mehrere Zielhalter vorgesehen sein. In diesem Fall werden die Zielhalter in gleichen Abständen auf konzentrischen Kreisen an der Position gegenüber zu dem Substrat 203 innerhalb der Filmbildungskammer 201 angeordnet. Durch die Anpassungseinrichtung werden die entsprechenden Zielhalter mit unabhängigen, elektrischen Hochfrequenzquellen verbunden. In dem obigen Fall werden drei Zielhalter in der Filmbildungskammer 201, wie oben beschrieben, angeordnet, da drei Arten von Zielen, nämlich das Metallboridziel, das Si-Ziel und das Si&sub3;N&sub4;-Ziel, verwendet werden. Die entsprechenden Ziele sind individuell auf den entsprechenden Zielhaltern angeordnet. Da eine vorbestimmte Hochfrequenzkraft unabhängig den einzelnen Zielen zugeführt werden kann, kann ein Film, in dem ein oder mehrere Elemente von Metall, Bor, Si und N in der Filmdickenrichtung variiert werden, durch Veränderung des Zusammensetzungsverhältnisses der den Film aufbauenden Elemente, die in einem Film vorliegen sollen, gebildet werden.
  • Jede unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 4 erzeugte Probe wurde gemäß den Filmbildungsbedingungen hergestellt, die unten gezeigt sind, wobei das Si-Ziel 207 und das Si&sub3;N&sub4;-Ziel 208 auf dem Metallboridziel 206 auf Basis der zuvor hergestellten Kalibrierungskurve angeordnet waren, um eine Nichteinzelkristallsubstanz (Film) der vier Elemente zu erzielen.
  • Auf dem Substrathalter 202 angeordnetes Substrat:
  • Si-Einzelkristallsubstrat von 10,2 cm (4 inch) mit einem auf der Oberfläche gebildeten, 5,0 Mikrometer dicken SiO&sub2; Film (hergestellt von Wacker Corp.) (3 Blätter).
  • Substrattemperatur: 50ºC
  • Basisdruck: 2,6 x 10&supmin;&sup4; Pa oder niedriger
  • Hochfrequenz (RF)-Strom = 500 W
  • Bedampfungsgas und Gasdruck:
  • Argongas, 5,333 x 10&supmin;¹ N/m² (4 x 10&supmin;³ Torr)
  • Filmbildungszeit: 30 Minuten
  • Von den erzielten Proben, wie oben beschrieben, wurde ein Teil der Proben einer Analyse bezüglich ihrer Zusammensetzungen unterworfen, wobei mittels eines ESCA-750, hergestellt von Shimadzu Corp., eine fotoelektrische, spektroskopische Röntgenstrahlanalyse durchgeführt wurde.
  • Unter Verwendung eines anderen Teils wurde für jede Probe die Filmdicke und der spezifische Widerstand bestimmt. Unter Verwendung eines weiteren, anderen Teils wurde ein schrittweiser Streßtest (SST) für die Beobachtung der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz etc. durchgeführt. SST wurde in der gleichen Weise wie der schrittweise Streßtest durchgeführt, der später beschrieben wird. Aus den Ergebnissen der Gesamtuntersuchung wurden die folgenden Schlußfolgerungen gezogen.
  • Die oben erwähnten Probleme können dramatisch beseitigt werden, und es kann ein Hitze erzeugendes Widerstandselement erzielt werden, das insbesondere eine gute Hochtemperaturstabilität mit einer hohen Resistenz aufweist, die gleich oder besser ist als die bekannte Haltbarkeit, wenn die Komplexverbindung, welche das Hitze erzeugende Widerstandselement eines Tintenstrahlkopfes aufbaut, die folgenden vier Elemente mit der unten gezeigten, spezifischen Zusammensetzung enthält.
  • 8 Atomprozent ≤ Metallelement ≤ 31 Atomprozent
  • 7 Atomprozent ≤ B ≤ 58 Atomprozent
  • 5 Atomprozent ≤ Si ≤ 53 Atomprozent
  • 6 Aatomprozent ≤ N ≤ 45 Atomprozent
  • Als spezifische Zusammensetzungsverhältnisse der vier Elemente werden die folgenden Bereiche bevorzugt:
  • Atomprozent ≤ Metallatom ≤ 24 Atomprozent
  • 18 Atomprozent ≤ B ≤ 38 Atomprozent
  • 19 Atomprozent ≤ Si ≤ 35 Atomprozent
  • 18 Atomprozent ≤ N ≤ 38 Atomprozent
  • Zur Erzielung eines Hitze erzeugenden Widerstandselementes mit hoher Resistenz und sehr guter Temperaturstabilität ist ferner bevorzugt, daß das Verhältnis der Zahlen der Atome von Si zu N die in der Komplexverbindung enthalten sind, welche das Hitze erzeugende Widerstandselement aufbaut, innerhalb des folgenden Bereiches vorliegt
  • 0,6 ≤ Si/N ≤ 2,5.
  • Das Verhältnis der Zahlen der Atome von Si zu N beträgt ferner vorzugsweise:
  • 0,7 ≤ Si/N ≤ 1,3.
  • Das Hitze erzeugende Widerstandselement nach der Erfindung kann mit einer gewünschten Dicke auf einem Träger gemäß verschiedenen Dünnfilm-Herstellungstechniken hergestellt werden, wie die Dampfablagerungsmethode, die Bedampfungsmethode, die CVD-Methode etc., wobei Ausgangsmaterialien verwendet werden, welche die entsprechenden Komponenten der Komplexverbindung, wie oben beschrieben, zuführen können.
  • Unter Bezug auf die Zeichnungen wird die Erfindung im Detail beschrieben.
  • Figur 1 ist eine teilweise Schnittdarstellung der Struktur eines Beispiels des Substrates für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach der Erfindung.
  • Das Substrat hat eine Struktur, die einen elektrothermischen Transducer aufweist, der ein Hitze erzeugendes Widerstandselement 2 und ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden 3, 4 sowie eine Schutzschicht 5 hat, die auf einem Träger 1 angeordnet sind, der unter Verwendung eines isolierenden Materials, wie Siliciumoxid, Glas oder Keramik, oder eines Silikon-Einzelkristallelementes gebildet wurde, das eine SiO&sub2;-Schicht hat, die durch thermische Oxidation auf der Oberfläche etc. gebildet wurde.
  • Das Hitze erzeugende Widerstandselement 2 ist aus einem dünnen Film der Komplexverbindung, wie oben beschrieben, hergestellt. Der Abschnitt des Hitze erzeugenden Widerstandselementes 2 zwischen den Elektroden 3, 4 bildet einen Hitze erzeugenden Abschnitt 2a, der durch einen Stromfluß zwischen den Elektroden 3, 4 Hitze erzeugt. Die Elektroden 3, 4 sind aus einem guten Leiter gebildet, der durch Metalle, wie Al, Au und Cu, dargestellt ist.
  • Der Schutzfilm 5 hat die Funktion des Schutzes des Abschnittes, der direkt unter dem Flüssigkeitsweg des elektrothermischen Transducer angeordnet ist, der durch den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf aufgenommen ist, welcher unter Verwendung des Substrates hergestellt ist. Der Schutzfilm kann aus einem isolierenden Material, wie SiO&sub2;, SiC oder SiN etc., hergestellt sein.
  • Der Schutzfilm 5 muß nicht notwendigerweise aus einem Einzelmaterial gebildet sein, sondern er kann auch ein mehrfacher Schichtfilm sein, der aus den oben erwähnten Materialien aufgebaut ist. Er kann ferner eine Struktur darstellen, die mit einer Dünnfilm-Metallschicht für eine Hohlraumresistenz, wie Ca, an der äußersten Oberfläche in Kontakt mit einer Flüssigkeit (Tinte, etc.) angeordnet ist.
  • Das Hitze erzeugende Widerstandselement 2 kann durch Musterung mit einem geeigneten Musterungsverfahren, wie fotolithografischen Schritten etc., eines dünnen Filmes, der die oben erwähnte Komplexverbindung aufweist, hergestellt werden.
  • Die Filmdicke und -breite, der Abstand der Elektroden 3, 4 etc. können selektiv ausgewählt werden, so daß die notwendigen Eigenschaften an dem Hitze erzeugenden Abschnitt des Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstandselementes entsprechend dem Aufbau des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes erzielt werden können.
  • Der Dünnfilm mit der Komplexverbindung hat den Vorteil, daß der gewünschte, hochspezifische Widerstandswert unter einer hohen Antriebskraft erzielt werden kann, selbst wenn ein Film mit einer Dicke, die relativ einfach bei der Filmdickensteuerung (z.B. 500 Å-500 um), hergestellt wird. Die Dicke der Schicht des Hitze erzeugenden Widerstandselementes nach der Erfindung beträgt vorzugsweise 300 Å bis 2 um, insbesondere 700 A bis 1 um und optimal 1000 Å bis 5000 Å.
  • Auf dem Substrat für den Tintenstrahl mit dem Aufbau gemäß Figur 1 kann wenigstens ein Flüssigkeitsweg ausgebildet sein, der mit einer Entladeöffnung verbunden ist, um den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach der Erfindung zu erzielen.
  • Die Figuren 2 und 3 zeigen die Grundstrukturen des Hauptabschnitts eines Beispiels des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach der Erfindung und zwar als schematische, perspektivische Ansicht und als schematische Querschnittsansicht.
  • Auf dem Substrat für den Tintenstrahl mit dem oben beschriebenen Aufbau sind bei diesem Beispiel eine Trennwand 6 für die Bereitstellung des Flüssigkeitsweges 9, der mit der Entladeöffnung 8 in Verbindung steht, die dem Hitze erzeugenden Abschnitt 2a des elektrothermischen Transducers entspricht, und eine Deckenplatte 7 für die Abdeckung über der Trennwand angeordnet.
  • Die Trennwand 6 kann unter Verwendung eines Materials gebildet werden, das eine Flüssigkeitspenetration verhindert, das eine Flüssigkeitsresistenz aufweist und das aus organischen, isolierenden Materialien ausgewählt ist, die beispielsweise eine Fotosensitivität aufweisen, wie Epoxyharz, Polyimidharz, Phenolharz etc. Die Bildung kann mit bekannten Verfahren geschehen, wie das Verfahren, welches fotolithografische Schritte umfaßt.
  • Gemäß Figur 2 umfassen die Entladeeinheiten für die Tintenentladung eine Entladeöffnung, ein Flüssigkeitsweg, einen Hitze erzeugenden Abschnitt 2a des elektrothermischen Transducers und sie sind durch die Trennwände 6 sektoriert, um die Entladeeinheit in mehrfacher Weise zu bilden.
  • Die Deckenplatte 7 ist der Abschnitt, der der Decke des Flüssigkeitsweges in jeder Entladeeinheit entspricht. Sie kann aus einem Material gebildet sein, das aus Glas, einer Metallplatte, Keramik, Kunststoff etc. ausgewählt ist.
  • Für die Verbindung zwischen der Trennwand 6 und der Deckenplatte 7 kann eine Bindung unter Verwendung eines Klebemittels, wie ein Epoxyharz oder ein Cyanoacrylatharz etc., erzielt werden. Da die oben beschriebene Komplexverbindung mit hoher Temperaturstabilität und mit hoher Resistenz als Material für das Hitze erzeugende Widerstandselement verwendet wird, hat bei diesem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf der Aufzeichnungskopf einen Aufbau, der ausreichend den Anforderungen an eine hohe Dichteaufzeichnung und eine hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung entspricht.
  • Andere Zusammensetzungen als das Hitze erzeugende Widerstandselement nach der Erfindung sind nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt.
  • Der Aufzeichnungskopf, der in den Zeichnungen gezeigt ist, kann beispielsweise einen Aufbau haben, bei dem die Richtung, in der die Flüssigkeit dem Hitze erzeugenden Abschnitt zugeführt wird, und die Richtung, in der die Flüssigkeit von der Entladeöffnung entladen wird, im wesentlichen die gleichen sind. Der Entladungskopf kann ferner einen Aufbau aufweisen, bei dem diese Richtungen verschieden voneinander sind, beispielsweise einen im wesentlichen rechten Winkel dazwischen aufweisen.
  • Beispiel 1
  • Ein Träger, der durch thermische Oxidationsbehandlung auf der Oberfläche eines Si Einzelkristallsubstrates eine SiO&sub2;-Schicht von 5,0 um Filmdicke aufwies, wurde an einer vorbestimmten Position innerhalb des RF-Bedampfungsgerätes angeordnet, wie dies oben in bezug auf Figur 4 beschrieben worden ist. Ferner wurde ein Si&sub3;N&sub4; Blättchen (Reinheit: 99,9 Gew.% oder größer) sowie ein Si-Blättchen (Reinheit: 99,9 Gew.% oder größer) auf einem HfB&sub2; Ziel von 12,7 cm (5 inch) (Reinheit: 99,8 Gew.% oder größer) mit Bereichsverhältnissen von 25 % und 10 % zu dem Ziel angeordnet. Die Filmbildung wurde auf der SiO&sub2; Schicht des Trägers durch Bedampfung unter den Bedingungen eines Stromes während der Entladung von 0,5 kW, eines Ar Druckes während der Entladung von 4 x 10&supmin;³ Torr für 30 Minuten durchgeführt.
  • Die Zusammensetzung des Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstandes wurde mit XPS (fotoelektrische Röntgenstrahl-Spektrofotoinetrie) analysiert, nachdem die oberflächenkontaminierte Schicht durch Ar&spplus; Ionenbedampfung entfernt worden war. Die quantitativen, analytischen Werte sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die in Atomprozenten (gerundet auf die nächste, ganze Zahl) ausgedrückte Filmzusammensetzung ist in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1 Atomares Verhältnis
  • Mit der gleichen analytischen Vorrichtung wurden die Bindungszustände der Hauptelemente bestimmt.
  • Da die 4 f Orbitalelektronenpeak-Bindungsenergie von Hf 15,9 eV war, kann angenommen werden, daß Hf primär ein Borid gebildet hat, während Si primär den Zustand eines Nitrids und den gleichen Zustand als Si Einzelsubstanz (nämlich den Zustand der Si-Si Bindung) enthielt, da die 2 p Orbitalelektronenpeak-Energie 99,0 eV war. Es kann angenommen werden, daß B und N jeweils ein Borid und ein Nitrid (nämlich Verbindungen) gebildet haben, da die 1 s Orbitalbindungsenergien 187,0 eV und 197,0 eV betrugen.
  • Wenn die Filmdicke und der spezifische Widerstand des Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstandes in einer konventionellen Weise bestimmt wurden, wurden sie bestimmt mit 1420 Å und 1150 Ω cm.
  • Durch Elektronenstrahl-Dampfablagerung wurde auf den Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstand eine Al-Schicht mit 5000 A aufgebracht. Diese wurden einer Musterung auf eine Schaltungsbreite von 30 um gemäß den fotolithografischen Schritten unterworfen. Durch Entfernung des Abschnittes, der dem Hitze erzeugenden Abschnitt 2a der Elektrodenschicht (30 um x 150 um) entsprach, wurde ein elektrothermischer Transducer gebildet.
  • Durch RF Bedampfung wurde ferner eine SiO&sub2;-Schicht (Schichtdicke 2,0 um) über dem elektrothermischen Transducer als Schutzschicht 5 aufgebracht, um ein Substrat für einen Tintenstrahlkopf zu erzielen, der den Aufbau gemäß Figur 1 aufwies. Die entsprechenden Elektroden 3, 4 wurden mit Enden (nicht gezeigt) versehen, um von außen Signale aufzunehmen.
  • Unter Verwendung eines Epoxyharzes zur Erzielung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes mit dem Aufbau gemäß den Figuren 2 und 3 wurden die Trennwände 6 (Höhe 50 um), die ein fotosensitives Polyimidharz in konventioneller Weise und einschließlich fotolithografischer Schritte aufwiesen, so daß die Flüssigkeitswege, die mit den Entladeöffnungen 8 in Verbindung stehen, an den Positionen angeordnet werden, die den entsprechenden Hitze erzeugenden Abschnitten entsprechen, und ferner die Glasplatten 7 mit einer Dicke von 1 mm, welche die Abschnittswände abdeckten, verbunden.
  • Auf den Hitze erzeugenden Abschnitt 2a des erzielten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes wurde eine rechteckige Pulswelle von 7 ps mit 3 kHz angewandt. Die Anwendungsspannung wurde graduell angehoben unter Verwendung von reinem Wasser als Aufzeichnungsflüssigkeit, um die Spannung zu bestimmen, bei der die Blasenbildung beginnt.
  • Danach wurde eine Rechteckpulswelle von 3 kHz angewendet, so daß der Pulsspannungswert alle zwei Minuten um 1,0 V anstieg. Der Wechsel des Wertes (ΔR) des Hitze erzeugenden Widerstandes wurde gemessen bis der Hitze erzeugende Widerstand brach. Dieses Testverfahren wird als schrittweiser Streßtest (SST) bezeichnet. Mit diesem Test kann die Lebensdauer einschließlich der Hitzeresistenz, der Schlagresistenz unter realen Antriebsbedingungen eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes bestimmt werden.
  • Aus den erzielten Ergebnissen und aus dem Widerstandswert Ro vor Durchführung des Testes wurde die Rate (ΔR/Ro) der Widerstandsveränderung berechnet. Das Hitze erzeugende Widerstandselement gemäß diesem Beispiel zeigte eine sehr gute Eigenschaft,wobei der Wechsel des Widerstandswertes direkt vor dem Brechen mit + 5,0 % sehr klein war. Ferner war der Stromverbrauch mit 136 mA bei dem Hitze erzeugenden Widerstandseleinent gemäß diesem Beispiel ausreichend klein. Es wurde ferner gefunden, daß die Verbrauchskraft sehr klein ist, so daß ein IC für den Antrieb mit kleiner Kapazität in ausreichendem Maße effektiv ist.
  • Auch die Grenze M (Anwendungsspannung kurz vor dem Brechen/Anwendungsspannung zu Beginn der Blasenbildung) bei dem Tintenstrahlkopf dieses Beispiels betrug 1,58 und zeigte somit eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn ein Druck unter Anwendung des Tintenstrahlkopfes gemäß diesem Beispiel in praktischer Weise durchgeführt wurde, wurde ferner eine gute Druckqualität erzielt.
  • Die Auswertungsergebnisse des Beispiels 1 sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
  • Beispiele 2-12
  • Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der Ziele wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 wurden in der gleichen Weise gemäß der Beschreibung des Beispiels 1 hergestellt.
  • Für die entsprechenden Beispiele wurden die verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Wie aus der Tabelle 2 zu ersehen ist, zeigen alle Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Beispielen ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, ausreichend kleine Verbrauchsströme und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz, Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, wurde eine gute Druckqualität bei allen Beispielen beobachtet.
  • Vergleichsbeispiele 1-7
  • Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der Ziele wurden mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Dann wurde der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß der Figur 2 und der Figur 3 in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 hergestellt.
  • Für die verschiedenen Vergleichsbeispiele wurden die verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Wie aus der Tabelle 2 zu ersehen ist, zeigten die Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Vergleichsbeispielen Ergebnisse, von dem nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich dem spezifischen Widerstandswert, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauchs, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Beispiel 13
  • Die Bildung eines Hitze erzeugenden Widerstandsdünnfilmes auf einem Träger wurde mit dem RF Magnetron und gleichzeitiger Bedampfung mit den gleichen Bedingungen wie in dem Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber HfB&sub2; und Si (Bereichsverhältnis relativ zu dem HfB&sub2;-Ziel 25 %) verwendet wurden und wobei N&sub2; Gas mit 0,5 SCM in das Ar-Gas für die Bedainpfung (Gasdruck 4 x 10&supmin;³ Torr) unter gleichzeitiger Vermischung einströmte.
  • Der Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilm hatte eine Filmdicke von 1995 Å und einen spezifischen Resistenzwert von 96 ul cm.
  • Unter Verwendung des erzielten, Hitze erzeugenden Widerstandsdünnfilmes wurde in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf hergestellt.
  • Für dieses Beispiel wurden die verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Wie aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, zeigt auch der Tintenstrahlkopf gemäß diesem Beispiel einen ausreichend großen, spezifischen Widerstandswert und einen ausreichend geringen Wechsel der Widerstandsrate, einen ausreichend geringen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz, Schlagresistenz.
  • Wenn unter Verwendung des Tintenstrahlkopfes gemäß diesem Beispiel ein Ausdruck unter praktischen Bedingungen durchgeführt wurde, wurde eine gute Druckqualität erzielt.
  • Beispiele 14-16
  • Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der Ziele und der Strömungsrate des M&sub2; wurden Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme gemäß dem gleichen Verfahren wie in dem Beispiel 13 mit verschiedenen Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Dann wurden Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 13 hergestellt.
  • Für die entsprechenden Beispiele wurden die verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 13 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Wie aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, zeigen alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend geringe Veränderungen der Widerstandsraten, ausreichend geringe Verbrauchsströme und ferner ausreichende Hitzeresistenzen, Schlagresistenzen.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte bei allen Beispielen eine gute Druckqualität erzielt werden.
  • Vergleichsbeispiele 8, 9
  • Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der Ziele und der Strömungsrate von N2 wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in dem Beispiel 13 Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Dann wurden die Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 13 hergestellt.
  • Für die entsprechenden Vergleichsbeispiele wurden die verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Wie aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, zeigen die Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Vergleichsbeispielen Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 1)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von TiB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit einem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Resistenzwerte und ausreichend kleine Veränderungen der Resistenzraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Bei Verwendung der Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen wurden bei einem praktischen Ausdruck eine gute Druckqualität bei allen Beispielen erzielt.
  • Andererseits wurden bei den Tintenstrahlköpfen gemäß den Vergleichsbeispielen Ergebnisse erzielt, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Resistenzrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 2)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von VB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß der Figur 2 und der Figur 3 mit einem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt. Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte für alle Beispiele eine gute Druckqualität erzielt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 3)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von CrB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß der Figur 2 und der Figur 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität bei allen Beispielen erzielt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauchs, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 4)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von ZrB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 5)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von NbB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß Figuren 2 und 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 6)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von Mo&sub2;B&sub5; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 und 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß dem Beispiel zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Veraleichsbeispiele (Teil 7)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von TaB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität für alle Beispiele gezeigt werden. Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Resistenzwertes, der Veränderung der Resistenzrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 8)
  • Mit Ausnahme der Verwendung von W&sub2;B&sub5; anstelle von HfB&sub2; als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 Tintenstrahlköpfe gemäß Figuren 2 und 3 mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung hergestellt.
  • Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsrate, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
  • Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute Druckqualität für alle Beispiele gezeigt werden.
  • Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen Resistenzwertes, der Veränderung der Resistenzrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
  • Die Standards für die Gesamtauswertung gemäß der Figur 2 und der Figur 3 sind in der Tabelle 4 gezeigt.
  • Das Hitze erzeugende Widerstandselement gemäß der Erfindung hat einen hohen Widerstandswert und einen geringen Stromverbrauch, wie oben beschrieben, und ist somit insbesondere effektiv, wenn es für einen Tintenstrahlkopf der Form verwendet wird, der funktionelle Elemente hat, die strukturell intern des Kopf substrates bereitgestellt sind, wie dies in dem US-Patent 4 429 321 offenbart ist.
  • Durch Anordnung des Tintenstrahlkopfes nach der Erfindung mit der oben beschriebenen Konstitution an ein Hauptgerät und durch Zuführung von Signalen zu dem Kopf von dem Hauptgerät kann ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät erzielt werden, das zur Durchführung einer hohen Geschwindigkeitsaufzeichnung und einer hohen Bildqualitätsaufzeichnung in der Lage ist.
  • Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Aufzeichnungsgerätes IJRA, bei dem die Erfindung angewandt worden ist. Der Wagen HC steht in Eingriff mit der Spiralrille 5004 einer Führungsschraube 5005, die durch die Antriebskraft-Übertragungsgetriebe 5011, 5009 mit zugehöriger Bewegung mit den normalen und umgekehrten Drehungen eines Antriebsmotors 5013 dreht. Der Wagen hat einen Stift (nicht gezeigt) und wird hin und her in die Richtungen der Pfeile a, b bewegt. 5002 ist eine Papierpreßplatte, die Papier entlang der Wagenbewegungsrichtung gegen eine Platte 5000 preßt. 5007, 5008 sind Fotokoppler, die in der Heimposition Detektionsmittel sind, um eine Drehrichtungsveränderung des Motors 5013 zu bewirken, indem die Gegenwart eines Hebels 5006 des Wagens in dieser Region erfaßt wird. 5016 ist ein Element für die Stützung eines Kappenelementes 5022, welches die Frontfläche eines Aufzeichnungskopfes TJC des Patronentyps mit einem integralen Tintentank abdeckt. 5015 ist ein Saugmittel, das im Inneren der Kappe saugt und das eine Saugwiedereinsetzung des Aufzeichnungskopfes durch eine Öffnung 5023 innerhalb der Kappe durchführt. 5017 ist ein Reinigungsblatt. 5019 ist ein Element, welches eine Rück- und Vorwärtsbewegung des Blattes erlaubt. Diese Elemente sind auf einer Hauptkörper-Tragplatte 5018 gelagert. Das Blatt ist nicht in dieser Form erforderlich. Jedes im Stand der Technik bekannte Reinigungsblatt kann bei diesem Beispiel angewendet werden. 5012 ist ein Hebel für den Beginn der Ansaugung der Saugwiederherstellung, der sich in Zusammenhang mit der Bewegung einer Nocke 5020 bewegt, die in Eingriff mit dem Wagen steht, wobei die Antriebskraft von dem Antriebsmotor durch bekannte Übertragungsmittel, wie eine Kupplungsveränderung etc., kontrolliert wird. Eine CBU, welche Signale zu dem elektrothermischen Transducer führt, der an dem Tintenstrahlkopf IJC vorgesehen ist, und die den Antrieb der oben beschriebenen entsprechenden Mechanismen kontrolliert, ist an der Hauptkörperseite (nicht gezeigt) vorgesehen.
  • Bei den oben beschriebenen Beispielen der Erfindung wurde die Beschreibung unter Verwendung einer flüssigen Tinte vorgenommen. Die Erfindung kann aber auch mit einer Tinte durchgeführt werden, die bei Raumtemperatur fest ist, sofern sie bei Raumtemperatur aufgeweicht ist. Bei dem oben beschriebenen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ist es allgemein praktikabel, daß eine Temperatursteuerung durchgeführt wird, so daß die Viskosität der Tinte durch Steuerung der Temperatur innerhalb des Bereiches von 30ºC bis 70ºC einen stabilen Entladungsbereich aufweist. Somit kann jede Tinte verwendet werden, die flüssig wird, wenn Arbeitsaufzeichnungssignale eintreffen. Die Erfindung ist ferner anwendbar, wenn ein Temperaturanstieg mit der thermischen Energie positiv verhindert wird und diese Energie als Energie für den Phasenwechsel von dem Festzustand zu dem Flüssigzustand verwendet wird. Ferner kann eine Tinte verwendet werden, die fest ist, wenn sie stehengelassen wird, um so eine Evaporation der Tinte zu verhindern. Ferner ist jede Verwendung einer Tinte möglich, welche die Eigenschaft hat, daß sie zum ersten Mal durch thermische Energie verflüssigt wird, wie solch eine Tinte, die durch Einwirkung von thermischer Energie entsprechend den Aufzeichnungssignalen verflüssigt wird, die aber bereits fest ist an dem Punkt, wenn sie das Aufzeichnungsmedium erreicht. In solch einem Fall kann die Tinte gegenüber zu dem elektrothermischen Transducer unter einem Zustand vorliegen, daß sie ein Flüssig- oder Festmaterial an einem porösen Blatthohlraum oder einer Bohrung ist, wie dies in den offengelegten, japanischen Patentanmeldungen Nrn. 54- 56847 und 60-71260 gezeigt ist. Für die Erfindung ist die effektivste der entsprechenden Tinten solch eine Tinte, welche das Filmsiedesystem, wie oben beschrieben, praktiziert.
  • Bezüglich des repräsentativen Aufbaues und des Prinzips des Aufzeichnungskopfes und bezüglich des Aufzeichnungsgerätes des Tintenstrahlsystems nach der Erfindung wird beispielsweise für die praktische Verwendung das Grundprinzip bevorzugt, daß beispielsweise in den US-Patenten 4 723 129 und 4 740 796 offenbart ist. Dieses System ist sowohl auf den sogenannten Anforderungstyp wie auf den kontinuierlichen Typ anwendbar. Insbesondere ist der Fall des Anwendungstyps effektiv, da Hitzeenergie an den Elektrizitäts- Hitzeumwandlern erzeugt wird, die ein Filmsieden an der Hitzewirkoberfläche des Aufzeichnungskopfes bewirken, wobei wenigstens ein Antriebssignal verwendet wird, das zu einem schnellen Temperaturanstieg führt, der ein Kernsieden übersteigt, wobei das Signal der Aufzeichnungsinformation an Elektrizitäts-Hitzeumwandlern entspricht, die entsprechend den Blättern oder den Flüssigkeitskanälen der Flüssigkeit (Tinte) angeordnet sind. Somit können Blasen innerhalb der Flüssigkeit (Tinte) entsprechend dem einen und dem anderen Antriebssignal gebildet werden. Durch Entladung der Flüssigkeit (Tinte) durch eine Öffnung für die Entladung durch das Anwachsen und das Schrumpfen der Blasen wird wenigstens ein Tröpfchen gebildet. Liegen die Antriebssignale in Pulsformen vor, kann ein Anwachsen und Schrumpfen der Blase konstant und adäquat durchgeführt werden, um die Flüssigkeit (Tinte) in mehr bevorzugter Weise und mit sehr guten Reaktionseigenschaften zu entladen. Als Antriebssignale mit solch einer Pulsform sind solche geeignet, die in den US-Patenten 4 463 359 und 4 345 262 offenbart sind. Ferner kann eine ausgezeichnete Aufzeichnung durchgeführt werden, wenn die Bedingungen, die in dem US-Patent 4 313 124 bezüglich der Temperaturanstiegsrate der oben erwähnten Hitzewirkfläche beschrieben sind, auf die Erfindung angewandt werden
  • Zusätzlich zu dem Kombinationsaufbau von Entladungsöffnung, Flüssigkeitskanal, Elektrizitäts-Hitzeumwandler (linearer Flüssigkeitskanal oder Flüssigkeitskanal im rechten Winkel), wie dies in den oben erwähnten Druckschriften offenbart ist, kann ferner bei der Erfindung der Aufbau gemäß den US-Patenten 4 558 333 und 4 459 600 verwendet werden, die einen Aufbau offenbaren, wobei der Hitzewirkabschnitt in der gebogenen Region angeordnet ist. Zusätzlich kann die Erfindung auch effektiv mit dem Aufbau durchgeführt werden, wie er in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung Nr. 59-123 670 offenbart ist, wobei ein Aufbau mit einem Schlitz offenbart ist, der mehreren Elektrizitäts-Hitzeumwandlern als der Entladeabschnitt des Elektrizitäts-Umwandlers gemeinsam ist. Die offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 59-138461 offenbart einen Aufbau mit einer Öffnung für die Absorption der Druckwelle der Hitzeenergie entsprechend dem Entladeabschnitt.
  • Als Aufzeichnungskopf des Vollinientyps mit einer Länge, die der maximalen Breite des Aufzeichnungsmediums entspricht, das durch die Aufzeichnungsvorrichtung aufgezeichnen werden kann, kann entweder der Aufbau, der die Länge durch Kombination von mehreren Aufzeichnungsköpfen befriedigt, wie dies in den oben erwähnten Druckschriften offenbart ist, oder es kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem ein einteilig gebildeter Aufzeichnungskopf vorliegt. Die Erfindung kann die Effekte, wie oben beschrieben, effektiver exprimieren.
  • Zusätzlich ist die Erfindung effektiv für einen Aufzeichnungskopf des frei austauschbaren Chiptyps, der eine elektrische Verbindung zu der Hauptvorrichtung oder eine Zuführung der Tinte von der Hauptvorrichtung durch Befestigung auf der Hauptvorrichtung ermöglicht. Die Erfindung ist ferner effektiv für den Fall der Verwendung eines Aufzeichnungskopfes des Patronentyps, der einteilig auf dem Aufzeichnungskopf selbst bereitgestellt wird.
  • Zusätzlich zu einem Wiederherstellungsmittel für den Aufzeichnungskopf ist ein vorläufiges Hilfsmittel etc. bevorzugt, das als Komponente der Aufzeichnungsvorrichtung nach der Erfindung bereitgestellt wird, da dadurch der Effekt der Erfindung weiter stabilisiert werden kann. Spezifische Beispiele für den Aufzeichnungskopf können Abdeckmittel, Reinigungsmittel, Druck- oder Saugmittel, Elektrizitäts- Hitzeumwandler oder andere Heizelemente oder vorläufige Heizmittel gemäß einer Kombination davon umfassen. Für die Durchführung einer stabilen Aufzeichnung ist es ferner effektiv, einen vorläufigen Modus durchzuführen, der die Entladung getrennt von der Aufzeichnung durchführt.
  • Als Aufzeichnungsmodus der Aufzeichnungsvorrichtung ist die Erfindung nicht nur sehr effektiv für den Aufzeichnungsmodus von nur einer primären Farbe, wie Schwarz etc., sondern auch eine Vorrichtung, die mit wenigstens einer von mehreren verschiedenen Farben oder mit einer Vollfarbe durch eine Farbmischung ausgerüstet ist und zwar unabhängig davon, ob der Aufzeichnungskopf entweder einteilig ausgebildet ist oder mehrfach kombiniert vorliegt. Tabelle 2 Bsp.-Nr. Vergleichsbsp.-Nr. Verhältnisse des Zielbereichs Filmzusammensetzung (Atom %) Filmdicke (Å) Spezifischer Widerstand Resistenzwechsel Beispiel Vergl.-Beispiel Tabelle 2 (Fortsetzung) Bsp.-Nr. Vergleichs-Bsp.-Nr. Stromverbrauch Gesamtauswertung Beispiel Vergleichsbeispiel Tabelle 3 Beispiel Nr. Verhältnis des Flächenbereichs (%) HfB&sub2; Si N&sub2; Strömungsmenge Filmzusammensetzung Filmdicke Vergleichsbeispiel-Nr. Tabelle 3 (Fortsetzung) Beispiel Nr. Spezifischer Widerstand Resistenzwechsel Stromverbrauch Gesamtauswertung Vergleichsbeispiel Nr. Tabelle 4 Gesamtauswertung Spezifischer Widerstand Resistenzwechsel Strombrauch Der Fall, wenn alle rechten Bedingungen erfüllt sind Der Fall der Erfüllung aller rechten Bedingungen Der Fall der Erfüllung wenigstens einer der rechten Bedingungen oder mehr weniger als oder weniger des absoluten Wertes Absoluter Wert von oder weniger größer

Claims (5)

1. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit einem Träger (1) und einem elektrothermischen Transducer, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein hitzeerzeugendes Widerstandselement (2) und elektrisch mit dem hitzeerzeugenden Widerstandselement verbundenen Elektroden (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzeerzeugende Widerstandselement (2) eine Komplexverbindung ist, die ein Metallborid, Silicium und Stickstoff aufweist, wobei das Zahlenverhältnis der Atome von Si zu N, die in der Komplexverbindung enthalten sind und das hitzeerzeugende Widerstandselement aufbauen, innerhalb des Bereiches von
0,6 < Si/N &le; 2,5
liegt.
2. Substrat nach Anspruch 1, wobei das Metallelement des Metallborids, das in der Komplexverbindung enthalten ist, wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W umfaßt.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei das atomare Verhältnis von Silicium und Stickstoff, die in der Komplexverbindung enthalten sind und die das hitzeerzeugende Widerstandselement aufbauen, innerhalb des Bereiches von 0,7 < Si/N &le; 1,3 liegt.
4. Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit einem Substrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
5. Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß Anspruch 4.
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