DE69121156T2

DE69121156T2 - Mit flüssigkkeitsstrahl arbeitender aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE69121156T2
Application number: DE69121156T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Murakami
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2011-03-28
Also published as: EP0477378A1; US5187499A; EP0477378A4; WO1991014575A1; EP0477378B1; DE69121156D1; ATE140897T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung, betrifft einen Flüssigkeits strahl-Aufzeichnungskopf für das Ausstoßen von Aufzeichnungsflüssigkeit zum Aufzeichnen von Zeichenbildern oder dergleichen mit der entladenen Aufzeichnungsflüssigkeit durch Ausstoßen von Aufzeichnungsflüssigkeit. Die Erfindung betrifft auch ein Substrat für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zur Verwendung bei der Herstellung des vorstehend erwähnten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs. Die Erfindung betrifft ferner ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsgerät, welches mit dem vorstehend erwähnten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ausgestattet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem (nachstehend gelegentlich als "Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem" bezeichnet) ist eine Vielzahl von Systemen vorgeschlagen worden. Bei diesen vorgeschlagenen Systemen hat sich das allgemeine Interesse in den letzten Jahren besonders auf jene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssysteme konzentriert, welche z. B. im US-Patentdokument Nr. 4 723 129 oder Nr. 4 740 796 beschrieben sind. Diese Systeme sind, kurz gesagt, so ausgeführt, daß Aufzeichnungsflüssigkeit (nachstehend gelegentlich als "Tinte" bezeichnet) unter Anwendung von Wärmeenergie ausgestoßen wird, und das Aufzeichnen erfolgt mit der entladenen Flüssigkeit. Die Vorteile dieser Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssysteme bestehen darin, daß das Aufzeichnen in vorzüglicher Bildqualität, bei hoher Dichte und hervorragender Auflösung mit hoher Geschwindigkeit ausführbar ist, wobei es im wesentlichen unkompliziert ist, die Miniaturisierung eines Aufzeichnungskopfs oder eines Aufzeichnungsgeräts zu erreichen.
Eine charakteristische Ausführungsform des Aufzeichnungskopf 5, in welchem ein solches Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem unter Anwendung von Wärmeenergie eingesetzt ist, weist eine Ausstoßöffnung für das Ausstoßen von Flüssigkeit auf, einen mit der Ausstoßöffnung in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanal und als Konstruktionsteil einen wärmeaktiven Abschnitt, in welchem zum Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung Wärmeenergie verwendet wird, welche auf die Flüssigkeit einwirkt, und ein Elektrizität- Wärme-Umwandlungselement, welches entsprechend dem Flüssigkeitskanal angeordnet ist und zum Erzeugen der zum Ausstoßen der Flüssigkeit verwendeten Wärmeenergie dient. Dieses Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement weist im wesentlichen ein Paar von Elektroden und eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht auf, welche mit dem Paar von Elektroden verbunden ist, um einen exothermen Bereich (Wärmeerzeugungsabschnitt) auszubilden. Auf diesem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement ist gewöhnlich eine zum Schutz des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements vor der Aufzeichnungs flüssigkeit geeignete obere Schutzschicht angeordnet. Ein Beispiel für den Aufbau eines Substrats für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, welcher für die Herstellung eines solchen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungs kopf verwendet wird, ist in Fig. 1(a) und Fig. 1(b) gezeigt.
Fig. 1(a) zeigt eine schematische Draufsicht (einschließlich perspektivischer Teilansichten zur Erläuterung) des Hauptabschnitts eines Ausführungsbeispiels des Substrats für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf. Fig. 1(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Strich-Punkt-Linie X - Y in Fig. 1(a).
In Fig. 1(a) und Fig. 1(b) weist ein Substrat 101 für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf eine Unterschicht 106 auf, eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107, ein Paar von schichtförmig ausgebildeten Elektroden 103 und 104, eine erste obere Schutzschicht 108, eine zweite obere Schutzschicht 109 und eine dritte obere Schutzschicht 110, welche in dieser Reihenfolge auf einem Trägerelement 105 geschichtet angeordnet sind. Ein Abschnitt 111 der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107, welcher zwischen den Elektroden 103 und 104 angeordnet ist, entspricht einem Wärmeerzeugungsabschnitt. Einzelheiten der jeweiligen Konstruktionsteile werden nachstehend beschrieben.
Das Material, aus dem jede der oberen Schutzschichten in einem solchen Substrat 101 für den Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf ausgebildet ist, wird abhängig von den dafür erforderlichen Eigenschaften, wie z. B. Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Isoliervermögen zweckentsprechend ausgewählt. Die Hauptaufgabe der ersten oberen Schutzschicht 108 besteht darin, die Isolation zwischen der Elektrode 103 und der Elektrode 104 zu gewährleisten. Die Hauptaufgabe der zweiten oberen Schutzschicht 109 ist das Erhöhen der Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit und der mechanischen Festigkeit. Die Hauptaufgabe der dritten oberen Schutzschicht 110 ist die Flüssigkeitssperrwirkung und die Erhöhung der Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit. Um solche Anforderungen bezüglich der Eigenschaften zu erfüllen, wird in vielen Fällen die erste obere Schutzschicht aus einem anorganischen Isoliermaterial ausgebildet, die zweite obere Schutzschicht wird aus einem anorganischen Material (in spezifischer Weise aus einem Metall) erzeugt, und die dritte obere Schutzschicht wird aus einem organischen Material ausgebildet.
Es wurden Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe mit einer relativ hohen Zuverlässigkeit gefertigt, welche ein solches Substrat für den vorstehend erwähnten Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf verwenden, und mit diesen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfen ausgestattete Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgeräte sind im Warenangebot.
Im Hinblick auf die im Handel verfügbaren Flüssigkeits strahl-Aufzeichnungsgeräte besteht jedoch die allgemeine Forderung nach einer weiteren Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit und der stetigen Verbesserung der Qualität eines aufgezeichneten Bilds. Als einer der besten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe, welcher dieser Anforderung entspricht, kann ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf genannt werden, welcher im wesentlichen mit zahlreichen Flüssigkeitsausstoßöffnungen ausgestattet ist, von denen möglichst viele in hoher Dichte angeordnet sind, und welcher über einen langen Zeitraum wiederholt und ohne Qualitätsverlust verwendbar ist.
Um einen derartig hervorragenden Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu realisieren, wird ein solcher Sachgegenstand nachstehend als zu lösende Aufgabe ausführlich beschrieben. D. h. in dem Fall eines Flüssigkeitsstrahl Aufzeichnungskopfs, welcher mit zahlreichen, in hoher Dichte angeordneten Ausstoßöffnungen ausgestattet ist, besteht ein Problem, daß die Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente zusammen mit den Elektroden unter der Einwirkung einer Aufzeichnungsflüssigkeit zum allmählichen Korrodieren neigen, wenn diese häufig und andauernd über einen langen Zeitraum verwendet wird.
Die vorstehende Sachlage ist in dem Fall nicht kritisch und ist mehr oder weniger zulässig, wenn ein Aufzeichnungskopf mit einer relativ geringen Zahl von Ausstoßöffnungen versehen ist, welche in verhältnismäßig niedriger Dichte angeordnet sind (aus diesem Grund wird angenommen, daß der Aufzeichnungskopf eine im wesentlichen geringe Anzahl von Abschnitten aufweist, welche problemanfällig sind und die Möglichkeit, daß sie ein Problem verursachen, im wesentlichen gering ist). Die vorstehende Sachlage ist in dem Fall jedoch nicht zu vernachlässigen, wenn zahlreiche Ausstoßöffnungen in hoher Dichte angeordnet sind. Insbesondere ist es ein ernstes technisches Problem im Fall einer sogenannten Vollzeilen-Ausführungsform des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs, welcher mit zahlreichen Ausstoßöffnungen entlang der gesamten Breite der Aufzeichnungsfläche eines Elements versehen ist, auf welchem ein Bild aufzuzeichnen ist, wobei zahlreiche Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente in hoher Dichte auf einem Grundelement angeordnet sind, so daß sie den zahlreichen Ausstoßöffnungen entsprechen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen, welcher selbst beim wiederholten und häufigen Gebrauch oder beim Dauereinsatz über einen langen Zeitraum haltbar und zuverlässig ist.
Die Erfinder haben als ein Ergebnis ihrer Untersuchungen herausgefunden, daß das Bedecken der Flüssigkeitsstrahl Aufzeichnungsköpfe durch die obere Schutzschicht in einem Stufenabschnitt der strukturierten Elektrode unzureichend sein kann oder daß dort Fehler, wie z. B. Feinlöcher oder dergleichen, in der oberen Schutzschicht vorliegen können. Sind diese Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe über einen langen Zeitraum ständig im Einsatz, können bewegliche Ionen, wie z. B. Natriumionen, Chlorionen usw., welche in der Aufzeichnungsflüssigkeit vorliegen, in die obere Schutzschicht eindringen und das Elektrizität-Wärme- Umwandlungselement erreichen, wo sie korrosiv auf das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement einwirken können.
Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse haben die Erfinder ein Experiment unternommen, um die Wirkungen des Einbringens eines Ionenaustauschers in die obere Schutzschicht zu untersuchen, welche das Elektrizität-Wärme-Umwandlungs element bedeckt. Im Ergebnis hat sich gezeigt, daß die Anwendung einer Ionenaustauschreaktion in einem solchen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf es gestattet, die beweglichen Ionen in der Aufzeichnungsflüssigkeit, wie z. B. Natriumionen, Chlorionen usw., innerhalb der oberen Schutzschicht zu binden. Demzufolge hat sich gezeigt, daß die Korrosion des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements und der Elektroden des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vermindert wird. Die Untersuchung des Leistungsvermögens des sich ergebenden Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs beim Aufzeichnen mittels Tintenstrahl führte zu der Aussage, daß ausreichende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit gegeben sind.
Die Erfindung zeigt einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf auf, welcher über die in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche genannten Merkmale verfügt, und ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgerat mit den im Anspruch 12 genannten Merkmalen.
Die Form eines ebenen Wärmeerzeugungs-Widerstandselements für den Einsatz beim Aufzeichnen mittels Tintenstrahl ist im US-Patentdokument Nr. 4 719 478 beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) zeigt eine schematische Draufsicht des Hauptteils einer Ausführungsform eines Substrats für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf. Fig. 1(b) zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Strich-Punkt-Linie in Fig. 1(a),
Fig. 2 zeigt eine schematische Schragansicht des Hauptabschnitts einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf 5, welcher unter Verwendung des vorstehend gezeigten Substrats für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf hergestellt ist,
Fig. 3 zeigt eine schematische Schrägansicht des Hauptabschnitts einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsgeräts, welches mit dem in Fig. 2 gezeigten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ausgestattet ist,
Fig. 4 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Prinzipdarstellung eines mit einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der Vollzeilen-Ausführungsform ausgestatteten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgeräts.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen nachstehend beschrieben.
In einem in Fig. 1(a) und Fig. 1(b) gezeigten Substrat 101 für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf bezeichnet das Bezugszeichen 105 ein Trägerelement, welches aus einem Metall, wie z. B. Silizium, aus Glas, Keramik oder dergleichen ausgebildet ist. Auf diesem Trägerelement 105 ist eine Unterschicht 106 angeordnet, welche zur zweckentsprechenden Regelung der erzeugten Wärmeenergie dient und um die Wärmeenergie gleichmäßig über das gesamte Substrat zu verteilen. Diese Unterschicht 106 besteht aus einem Isoliermaterial, wie z. B. Siliziumoxid usw.
Auf der Unterschicht 106 ist eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 angeordnet, welche zum Erzeugen der für das Ausstoßen der Flüssigkeit verwendeten Wärmeenergie dient. Als Material für die Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 sind Materialien verwendbar, welche beim Zuführen von elektrischer Energie zweckentsprechend Wärmeenergie erzeugen. Spezielle Beispiele für ein solches Material sind Tantalnitrid, Chromnickel-Legierung, Silber- Palladium-Legierung, Silizium-Halbleiter, Metalle, wie z. B. Hafnium, Lanthan, Zirkonium, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom, Vanadium usw., Legierungen dieser Metalle und Boride dieser Metalle. Die Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 ist durch ein Dampfphasenreaktionsverfahren, wie z. B. ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Aufdampfverfahren oder dergleichen erzeugbar.
Auf der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 sind ein Paar von Elektroden 103 und 104 angeordnet, welche dazu dienen, der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 ein elektrisches Signal zuzuführen. Der zwischen dem Paar von Elektroden 103 und 104 gelegene Abschnitt der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 ist als ein Wärmeerzeugungsabschnitt 111 ausgebildet, welcher in der Lage ist, die für das Ausstoßen der Flüssigkeit verwendete Wärmeenergie zu erzeugen. Als Material, aus welchem die Elektroden 103 und 104 ausgebildet sind, können vor allem herkömmliche Elektrodenmaterialien verwendet werden. Spezielle Beispiele für derartige Materialien können solche Metalle, wie z. B. Al, Ag, Au, Pt, Cu usw., umfassen. Diese Elektroden sind durch ein Dampfphasenreaktionsverfahren, wie z. B. ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Aufdampfverfahren oder dergleichen, erzeugbar.
Um das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement mit der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 und dem Paar von Elektroden 103 und 104 zu schützen, sind verschiedene obere Schutzschichten auf dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement angeordnet. Das Material, aus welchem eine solche obere Schutzschicht aufgebaut ist, wird gezielt eingesetzt, abhängig von den Eigenschaften, wie z. B. Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Isolationsverhalten und dergleichen, wie sie für die zu erzeugende Schicht erforderlich sind.
Die Hauptaufgabe einer ersten oberen Schutzschicht 108 besteht in der Ausbildung der Isolation zwischen den Elektroden 103 und 104. Die erste Schutzschicht 108 besteht aus einem anorganischen Isoliermaterial, wie z. B. anorganischen Oxiden, z. B. SiO&sub2; usw., und anorganischen Nitriden, z. B. Si&sub3;N&sub4; usw. Die erste obere Schutzschicht 108 ist durch ein Dampfphasenreaktionsverfahren herstellbar, wie z. B. ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Aufdampfverfahren oder dergleichen, oder durch ein Flüssigbeschichtungsverfahren.
Die Hauptaufgabe einer zweiten oberen Schutzschicht 109 besteht in der Erhöhung der Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit und der Steigerung der mechanischen Festigkeit. Die zweite obere Schutzschicht 109 besteht aus einem Material, welches zäh ist, eine im wesentlichen hohe mechanische Festigkeit und ein Haftvermögen gegenüber der ersten oberen Schutzschicht 108 aufweist. Spezielle Beispiele eines solchen Materials können die Elemente der Gruppe lila des pe riodischen System aufweisen, wie z. B. Sc, Y usw., Elemente der Gruppe IVA des periodischen Systems, wie z. B. Ti, Zr, Hf usw., Elemente der Gruppe Va des Periodischen Systems, wie z. B. V, Nb, Ta usw., Elemente der Gruppe VIa des periodischen Systems, wie z. B. Cr, Mo, W usw., Elemente der Gruppe VIII des periodischen Systems, wie z. B. Fe, Co, Ni usw., Legierungen, Boride, Karbide und Nitride dieser Metalle. Die zweite obere Schutzschicht 109 ist durch ein Dampfphasenreaktionsverfahren, wie z. B. ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Aufdampfverfahren oder dergleichen erzeugbar.
Die Hauptaufgabe einer dritten oberen Schutzschicht besteht im Verhindern des Flüssigkeitsdurchtritts und in der Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Flüssigkeit. In dieser Ausführungsform besteht die dritte obere Schutzschicht 110 aus einem Material, welches einen anorganischen Ionenaustauscher und ein organisches Material als Hauptbestandteil aufweist, in spezifischer Weise ein organisches Material, welches im wesentlichen einen anorganischen Ionenaustauscher enthält. Als Material für ein den Ionenaustauscher aufnehmendes Grundmaterial wird bevorzugt eher ein organisches Material als ein anorganisches Material verwendet. Der Grund dafür liegt darin, daß die Beweglichkeit eines Ions in einem organischen Material höher als in einem anorganischen Material ist. Die dritte obere Schutzschicht 110 ist durch ein Flüssigbeschichtungsverfahren oder dergleichen erzeugbar.
Das hierbei verwendbare organische Material kann z. B. Silikonharz, Fluor enthaltendes Harz, aromatisches Polyamid, Polyimid der Additionspolymerisationstype, Polybenzimidazol, Metall-Chelat-Polymerisat, Titanester, Epoxidharz, Phthalsäureharz, hitzehärtendes Phenolharz, p-Vinylphenol -harz, Ziroxharz, Triazin-Harz, BT-Harz (Triazin-Harzadditionspolymerisiertes Harz des Bismaleimids), Polyxylenharz und deren Derivate einschließen. In spezifischer Weise werden lichtempfindliche Polyimidharze, wie z. B. "Polyimidoisoindoloquinazolinedion" (Marken-Name: PIQ, Erzeugnis der Hitachi Chemical Co., Ltd.), Polyimidharz (Warenzeichen-Name: PYRAIN, Erzeugnis der Du Pont Company), Zyklopolybutadienharz (Warenzeichen-Name: JSR- CBR, Erzeugnis der Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.), und PHOTONEECE (Warenzeichen-Name, Erzeugnis von Toray Industries, Inc.) vorteilhaft verwendet, da sie besonders hervorragende Eigenschaften in hochpräzisen mikroprozessorgesteuerten Geräten aufweisen.
Als Ionenaustauscher ist vorteilhaft ein anorganischer Ionenaustauscher verwendbar. Der Grund dafür ist, daß jene Ionen, welche in einer Aufzeichnungsflüssigkeit enthalten sind und die vorstehend genannten Nachteile verursachen, meist anorganische, bewegliche Ionen sind, wie z. B. Natriumionen, Chiorionen usw.
Als derartige anorganische Ionenaustauscher können z. B. genannt werden: IXE, SORTE IXE-100, SORTE IXE-200, SORTE IXE-300, SORTE IXE-400, SORTE IXE-500, SORTE IXE-600, SORTE IXE-700, SORTE IXE-800, SORTE IXE-900, SORTE IXE-1000, SORTE IXE-1100, SORTE IXE-1200 und SORTE IXE-1300 (alle sind Warenzeichen-Namen, Erzeugnisse der Toagosei Chemical Industry Co., Ltd.). Von diesen anorganischen Ionenaustauschern sind SORTE IXE-600, SORTE IXE-1200 und SORTE IXE- 1300 besonders vorteilhaft.
Es wird berücksichtigt, daß der Ionenaustauscher wirkt, um bewegliche Ionen zu binden, wie z. B. Natriumionen, Chlorionen usw., welche von der durch die Flüssigkeitskanäle des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf strömenden Flüssigkeit hindurchtreten, infolge der Ionenaustauschreaktion innerhalb der oberen Schutzschicht, in welcher der Ionenaustauscher enthalten ist und infolgedessen solche beweglichen Ionen verhindert werden, in die unter der oberen Schutzschicht angeordnete Schicht zu gelangen. Demzufolge ist die Korrosion des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements wesentlich verminderbar.
Es ist zweckmäßig, wenn der Ionenaustauscher in einem Mengenanteil von 1 bis 5 Gew.-% in der entsprechenden obe ren Schutzschicht enthalten ist, in welcher der Ionenaustauscher vorliegen muß. In dem Fall, daß der Mengenanteil des enthaltenen Ionenaustauschers geringer als 1 Gew.-% ist, reicht dessen Wirkung zum Binden der vorstehend genannten beweglichen Ionen nicht aus, wobei die restlichen beweglichen Ionen, welche durch den Ionenaustauscher nicht gebunden wurden, häufig das Elektrizität- Wärme-Umwandlungselement erreichen und die Korrosion des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements verursachen. Übersteigt andererseits der Mengenanteil des enthaltenen Ionenaustauschers 5 Gew.-%, dann wird der Ionenaustauscher kaum im Grundmaterial in einem gleichmäßigen Zustand dispergiert, eine Verminderung der Härte, der Festigkeit und des Haftvermögens wird verursacht und ebenfalls eine Verminderung der Lichtempfindlichkeit in dem Fall herbeigeführt, wenn das Grundmaterial lichtempfindlich ist.
Mit Bezug auf den Zustand des im Grundmaterial enthaltenen Ionenaustauschers ist es vor allem vorteilhaft, einen Zustand anzustreben, wobei der Ionenaustauscher im Grundmaterial dispergiert ist. Um einen solchen Zustand zu gewährleisten, ist ein geeignetes Verfahren anwendbar, wie z. B. ein Verfahren, wobei der Ionenaustauscher in einer vorliegenden Lösung dispergiert und die Dispersion schichtförmig aufgetragen wird, oder ein Verfahren, wobei der Ionenaustauscher in ein aufgeschmolzenes Medium eingemischt wird, gefolgt von einer Verfestigung, um ein Produkt zu erhalten, welches den Ionenaustauscher in einem dispergierten Zustand aufweist, und das Produkt wird einem Aufdampfprozeß oder einem Sputterprozeß unterworfen, um es schichtförmig auszubilden. Von diesen Verfahren ist im Hinblick auf die gleichmäßige Verteilung des Ionenaustauschers in der Schicht und auch hinsichtlich der Produktivität das vorstehend genannte Verfahren das vorteilhafteste.
Die erfindungsgemäßen Wirkungen werden im Fall der Verwendung der den Ionenaustauscher enthaltenden oberen Schutzschicht in der unmittelbaren Nachbarschaft des Wärmeenergie-Erzeugungsabschnitts eines Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs der Konfiguration, welche Wärmeenergie als Energie zum Ausstoßen der Flüssigkeit verwendet, erkennbar. Daher wird in diesem Fall berücksichtigt, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit in der Umgebung des Wärmeenergie- Erzeugungsabschnitts auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erhitzt wird (dies ist eine Ursache des Herbeiführens der Korrosion des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements gemäß dem Stand der Technik), und daher sind die beweglichen Ionen in der Aufzeichnungsflüssigkeit in der Lage, in die obere Schutzschicht einzudringen und sich in ihr zu verteilen, wobei jene beweglichen Ionen wirkungsvoll durch den darin enthaltenen Ionenaustauscher eingefangen werden.
Vorstehend wurde der Fall beschrieben, daß die dritte obere Schutzschicht 110 aus dem organischen Material aufgebaut ist, welches den Ionenaustauscher aufweist, doch die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform begrenzt.
D. h., die vorliegende Erfindung weist eine Wahlmöglichkeit auf, daß mindestens ein Teil der oberen Schutzschicht, welche angeordnet ist, um das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement zu bedecken, aus einem Material besteht, welches den Ionenaustauscher enthält. In spezifischer Weise schließt die Erfindung z. B. einen solchen Aufzeichnungskopf ein, welcher eine erste obere Schutzschicht aufweist, welche aus einem den Ionenaustauscher enthaltenden anorganischen Material besteht.
Als ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Erzeugen einer solchen anorganischen oberen Schutzschicht kann ein Verfahren aufgeführt werden, wobei eine Silizium enthaltende Verbindung, wie z. B. RnSi(OH)4-n, Si(OH)&sub4;, HnSi(OH)4-n oder (RO)nSi(OH)4-n, in einem organischen Lösungsmittel gelöst wird, welches als Hauptbestandteil Alkohol und Ester oder Keton zusammen mit einem verglasenden Material mit einer Verbindung des P, B, Al, As, Zn oder Ti oder ein organisches Bindemittel aufweist, gefolgt vom Auflösen des Ionenaustauschers in diesem, und das Gemisch wird nach einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren, wie z. B. einem Schleuderbeschichtungsverfahren, einem Walzenbeschichtungsverfahren, einem Tauchbeschichtungsverfahren, einem Sprühbeschichtungsverfahren oder einem Bürstenbeschichtungsverfahren, aufgetragen, gefolgt von einem Härten, um dadurch eine anorganische obere Schutzschicht zu erzeugen, welche SiO&sub2; als Hauptbestandteil aufweist.
Die Erfindung ist nicht nur auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt, auch mit Bezug auf die Schichtausbildung der oberen Schutzschicht und die zu deren Erzeugung verwendeten Materialien.
Z. B. schließt die vorliegende Erfindung einen Fall ein, wobei die dritte obere Schutzschicht 110 aus einem anorganischen Material besteht, welches den Ionenaustauscher aufweist, und einen Fall, wobei die erste obere Schutzschicht 108 aus einem organischen Material besteht, welches den Ionenaustauscher enthält. Außerdem kann die vorliegende Erfindung eine solche Konfiguration mit Bezug auf die obere Schutzschicht einschließen, bei welcher die das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement bedeckende obere Schutzschicht nur eine erste obere Schutzschicht 108 aufweist, welche aus einem den Ionenaustauscher enthaltenden Material besteht. In jedem Fall ist die zu Beginn der vorstehenden Beschreibung erwähnte Ausführungsform im Hinblick auf das funktionelle Gleichgewicht des Schichtaufbaus die vorteilhafteste der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schrägansicht des grundlegenden Aufbaus eines Ausführungsbeispiels eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs, welcher unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Substrats für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf hergestellt ist.
Auf einem in der Figur gezeigten Substrat 101, in welchem Wärmeerzeugungsabschnitte (schraffierte Abschnitte) eines Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements angeordnet sind, ist eine Wand 200 für Flüssigkeitskanäle 201 ausgebildet, auf welcher eine Oberplatte 205 angeordnet ist. Die Aufzeichnungsflüssigkeit wird aus einem Flüssigkeitsbehälter (in der Figur nicht gezeigt) durch Flüssigkeitsdurchlässe 206 in eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 204 eingeleitet. Die in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 204 zugeführte Flüssigkeit wird dann infolge der sogenannten Kapillarwirkung in die Flüssigkeitskanäle 201 geleitet und wird durch Ausbilden eines Meniskus in den Ausstoßöffnungen 202, welche mit den Flüssigkeitskanälen 202 in Verbindung stehen, in einem stabilen Zustand gehalten. Die auf den Wärmeerzeugungsabschnitten des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements vorhandene Flüssigkeit wird bei der Wärmeerzeugung an den Wärmeerzeugungsabschnitten augenblicklich erhitzt, um das Ausbilden der Gasblase zur Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanälen 201 zu verursachen, wodurch die Flüssigkeit durch die Ausstoßöffnungen 202 entladen wird. In dieser Figur ist der Hauptteil eines Flüssigkeitsstrahl Aufzeichnungskopf beschrieben, welcher z. B. mit 128 Ausstoßöffnungen mit einer hohen Anordnungsdichte von 8 Ausstoßöffnungen je Millimeter ausgestattet ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schragansicht des Hauptteils einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgeräts, welches mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufzeichnungskopf ausgerüstet ist.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 320 einen auswechselbaren Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der Kassetten-Ausführungsform, welcher mit einem Flüssigkeitsbehälter einstückig ausgebildet ist, welcher eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen in Gegenüberlage der Aufzeichnungsfläche einer Aufzeichnungsunterlage (in der Figur nicht gezeigt) ausgestattet ist, welche von einer Transportwalze 324 transportiert wird. Das Bezugszeichen 316 bezeichnet einen Schlitten zum Halten des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs 320. Der Schlitten ist mit einem Teil eines Antriebsriemens 318 verbunden, welcher zum Übertragen einer Antriebskraft von einem Antriebsmotor 317 dient, und ist so gestaltet, daß er sich bewegen kann, während er auf einem Paar von parallel zueinander ange ordneten Führungsstangen 329A und 329B gleitet. Dadurch ist der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 320 in die Lage versetzt, sich entlang der gesamten Breite der Aufzeichnungsunterlage rückwärts und vorwärts zu bewegen.
Das Bezugszeichen 326 bezeichnet eine Wiedergewinnungseinrichtung, welche dazu dient, einen Fehler beim Ausstoßen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 320 zu beseitigen oder das Auftreten eines solchen Fehlers zu verhindern, und sie ist in einer vorbestimmten Position innerhalb des Bereichs angeordnet, in welchen der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 320 bewegt wird, in spezifischer Weise z. B. in eine Position in Gegenüberlage der Aufzeichnungsposition. Die Wiedergewinnungseinrichtung 326 führt das Verkappen der Ausstoßöffnungen des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs 320 durch eine Antriebskraft eines von einem Motor 322 angetriebenen Antriebsmechanismus 323 aus. Im Zusammenhang mit dem Verkappen der Ausstoßöffnungen des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs 320 mittels einer Kappe 326A der Wiedergewinnungseinrichtung 326 wird das Saugen der Flüssigkeit aus den Ausstoßöffnungen mittels einer auf der Wiedergewinnungseinrichtung 326 angeordneten zweckentsprechenden Saugeinrichtung (in der Figur nicht gezeigt) ausgeführt oder das zwangsweise Zuführen der Flüssigkeit mittels einer zweckentsprechenden Druckerzeugungseinrichtung (in der Figur nicht gezeigt), welche mit dem Flüssigkeitszuführkanal des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs verbunden ist. Dadurch wird die Flüssigkeit zum Entladen durch die Ausstoßöffnungen gezwungen, um dadurch die Wiedergewinnungsbehandlung einschließlich des Entfernens von Fremdstoffen auszuführen, wie z. B. dickflüssiger Tinte, welche im Inneren einer jeden Ausstoßöffnung vorliegen.
Das Bezugszeichen 330 bezeichnet ein aus Silikongummi hergestelltes Blatt, welches in der Lage ist, als ein Wischelement zu dienen, welches an einer Seitenfläche der Wiedergewinnungseinrichtung 326 angeordnet ist. Das Blatt 330 wird an einem Blatthalteelement 330A in der Form eines Kragarms gehalten und wird ebenso wie die Wiedergewinnungseinrichtung 326 mittels des Motors 322 und des Antriebsmechanismus 323 betrieben, um die Ausstoßfläche einer jeden Ausstoßöffnung des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungs kopfs 320 zu erreichen. Dadurch ragt das Blatt 330 in den Bereich vor, in welchem der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 320 durch zweckentsprechende Steuerung während der Aufzeichnungsoperation des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs bewegt wird oder nach der Wiedergewinnungsbehandlung durch Anwenden der Wiedergewinnungseinrichtung 326, wobei an der Ausstoßfläche einer jeden Ausstoßöffnung des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs 320 anhaftende Kondenstropfen, Feuchtigkeit, Stäube oder dergleichen abgewischt werden.
In diesem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgerät erfolgt der Antrieb jeweils der Aufzeichnungsunterlagen-Transporteinrichtung, des Schlittens und der Wiedergewinnungseinrichtung sowie der Antrieb des Aufzeichnungskopfs und dergleichen auf der Grundlage einer Anforderung oder eines von einer auf der Gerätekörperseite angeordneten Steuereinrichtung mit einer CPU ausgegebenen Signals.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schragansicht einer übersichtsdarstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgeräts, in welchem ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 32 der Vollzeilen-Ausführungsform angeordnet ist. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 65 ein Transportband, welches zum Transportieren eines Elements dient, auf wel chem das Aufzeichnen erfolgt, wie z. B. Papier.
Der Transport eines Elements, auf welchem das Aufzeichnen zu erfolgen hat (in der Figur nicht gezeigt), durch das Transportband 65, wird bei der Drehbewegung einer Transportwalze 64 ausgeführt. Die untere Fläche des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs 32 ist so gestaltet, daß sie eine Ausstoßöffnungsfläche 31 bildet, in welcher eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen angeordnet ist, um der gesamten Breite der Aufzeichnungsfläche des Elements zu entsprechen, auf welchem die Aufzeichnung erfolgt.

Ausführungsbeispiel 1

Wie in Fig. 1(a) und Fig. 1(b) gezeigt, wurde auf einem Trägerelement 105 mit einem Si-Einkristall-Wafer durch einen thermischen Oxydationsprozeß eine Unterschicht 106 aus SiO&sub2; (Schichtdicke: 5 µm) erzeugt. Auf der Unterschicht 106 wurde durch Sputtern von HfB&sub2; (mit einer Reinheit von mehr als 99,9%) als Target in einer Vakuumkammer eine HfB&sub2;- Schicht (Schichtdicke: 1300 Å als Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 107 erzeugt. Die Sputterbedingungen waren in diesem Fall wie folgt.
Sputterbedingungen:
Fläche des Targets: 8 Zoll [203,2 mm] Durchmesser
Hochfrequenzleistung: 1 kW
Solltemperatur des Trägerelements: 100ºC
Schichterzeugungsdauer: 10 Minuten
Ausgangsdruck: nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup4; Pa
Sputtergas: Argongas
Sputtergasdruck: 0,5 Pa
Dann wurde auf der HfB&sub2;-Schicht eine Ti-Schicht (Schichtdicke: 50 Å [50 x 10&supmin;¹&sup0; 10 m]) als Kontaktschicht (nicht in der Figur gezeigt) durch einen Elektronenstrahl- Aufdampfprozeß erzeugt. Die Bedingungen waren in diesem Elektronenstrahl-Aufdampfprozeß wie folgt.
Elektronenstrahl-Aufdampfprozeßbedingungen:
Solltemperatur des Trägerelements: 150ºC
Ausgangsdruck: nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup4; Pa (überwacht durch eine Quarzkristall-Schichtdicken- Überwachungseinrichtung, um die vorstehend genannte Schichtdicke zu gewährleisten).
Aufeinanderfolgend wurde auf der Ti-Schicht eine Al-Schicht (Schichtdicke: 5000 Å [5000 x 10&supmin;¹&sup0; m]) als die Elektroden 103 und 104 durch einen Elektronenstrahl-Aufdampfprozeß erzeugt. Die Bedingungen waren in diesem Elektronenstrahl- Aufdampfprozeß wie folgt eingestellt.
Elektronenstrahl -Aufdampfbedingungen:
Solltemperatur des Trägerelements: 150ºC
Ausgangsdruck: nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup4; Pa (überwacht durch eine Quarz-Schichtdicken-Meßeinrichtung, um die vorstehend genannte Schichtdicke zu gewährleisten).
Aufeinanderfolgend wurde das Strukturieren der HfB&sub2;- Schicht, der Ti-Schicht und der Al-Schicht durch Fotolithografie in der folgenden Weise ausgeführt. Zuerst wurde Fotoresist (Warenzeichen-Name: OFPR 800, hergestellt von Tokyo Ohka Company) auf die Al-Schicht aufgetragen, um eine Schicht (Schichtdicke: 1,3 µm) zu erzeugen, welche nachfolgend dem herkömmlichen Belichten, Entwickeln und Härten unterworfen wurde. Die Schicht wurde unter Anwendung einer Ätzlösung, welche eine Mischlösung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure (9 Gew.-% Essigsäure, 73 Gew.-% Phosphorsäure, 2 Gew.-% Salpetersäure und 16 Gew.-% Restbestandteile) aufwies, dem Ätzen unterzogen, um die Al- Schicht zu ätzen Danach wurde die geätzte Schicht dem reaktiven Ätzen in einer Vakuumkammer unterzogen, um die HfB&sub2;-Schicht und die Ti-Schicht zu ätzen, und das Fotoresist wurde entfernt. Somit wurde das Strukturieren abgeschlossen (Strukturbreite: 12 µm, Anzahl der Strukturen: 64).
Bei dem vorstehend beschriebenen reaktiven Ätzen waren die Bedingungen wie folgt gewählt.
Reaktionsätzbedingungen:
Hochfrequenzleistung: 450 W
Ätzdauer: 5 Minuten
Ausgangsdruck: nicht mehr als 1 x 10&supmin;³ Pa
Ätzgas: BCl&sub3;
Ätzgasdruck: 3 Pa.
Durch das Strukturieren jeweils der HfB&sub2;-Schicht, der Ti- Schicht und der Al-Schicht in der vorstehend beschriebenen Weise wurden die Wärmeerzeugungsschicht 107 aus HfB&sub2;, die Kontaktschicht (in der Figur nicht gezeigt) aus Ti und die Elektroden 103 und 104 aus Al ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel dient die Elektrode 103 als eine zuordnende Elektrode, und die Elektrode 104 dient als eine gemeinsame Elektrode.
Auf dem auf diese Weise erzeugten stapelförmigen Dünnschichtaufbau wurde eine SiO&sub2;-Schicht (Schichtdicke: 1, µm) als die erste obere Schutzschicht 108 durch Sputtern von SiO&sub2; (mit einer Reinheit von mehr als 99,9%) in einer Vakuumkammer ausgebildet.
Nachfolgend wurde eine Ta-Schicht (Schichtdicke: 0,3 µm) als die zweite obere Schutzschicht 109 durch Sputtern von Ta (mit einer Reinheit von mehr als 99,9%) erzeugt. Die auf diese Weise ausgebildete Ta-Schicht wurde dann dem reaktiven Ätzen in einer Vakuumkammer unterworfen, um dadurch die zweite obere Schutzschicht 109 zu erzeugen, welche eine solche Struktur aufweist, die den Oberflächenabschnitt des Wärmeerzeugungsabschnitts 111 bedeckt, wie in Fig. 1(a) und Fig. 1(b) gezeigt ist. Die Bedingungen dieses reaktiven Ätzens waren wie folgt eingestellt.
Reaktionsätzbedingungen:
Hochfrequenzleistung: 500 W
Ätzdauer: 10 Minuten
Ausgangsdruck: nicht mehr als 1 x 10&supmin;³ Pa
Ätzgas: CF&sub4; und O&sub2;
Ätzgasdruck: 10 Pa.
Auf dem auf diese Weise ausgebildeten stapelförmigen Dünnschichtaufbau wurde ein Beschichtungsmaterial aufgetragen, welches durch Mischen von 3 Gew.-% anorganischem Ionenaustauscher (Warenzeichen-Name: IXE, Erzeugnis von Toagosei Chemical Industry Co., Ltd.) mit lichtempfindlichem Polyimid (Warenzeichen-Name: PHOTONEECE, Erzeugnis von Toray Industries, Inc.) erhalten wurde, um eine Schicht auszubilden, welche anschließend dem herkömmlichen Belichten, Entwickeln und Härten unterworfen wurde. Die Bedingungen beim Belichten, Entwickeln und Härten waren wie folgt gewählt.
Belichtungs-, Entwicklungs- und Härtebedingungen:
Vorhärten: bei 90ºC für 30 Minuten
Belichten: Ultraviolettstrahl, 200 TNJ/cm²
Entwickeln: bei 25ºC für eine Minute, unter
Verwendung einer ausschließlichen Entwicklerlösung
Nachhärten: bei 140ºC für 30 Minuten, dann bei 300ºC für 60 Minuten.
Somit wurde die dritte obere Schutzschicht 110 erzeugt, welche eine solche Struktur aufweist, die den Oberflächenabschnitt einer jeden der Elektroden 103 und 104 abdeckt, wie in Fig. 1(a) und Fig. 1(b) gezeigt ist. Auf diese Weise wurde die Herstellung des Substrats 101 für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf in diesem Ausführungsbeispiel abgeschlossen.
Auf dem somit erhaltenen Substrat 101 für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf wurde ein Wandelement 200 angeordnet, um Seitenwände zwischen den mit den Ausstoßöffnungen 202 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 204 verbundenen Flüssigkeitskanälen 201 durch Lithografie einer lichtempfindlichen Harzschicht (Schichtdicke: 50 µm) auszubilden, und dort wurde eine aus Glas hergestellte Oberplatte 1106 mit einem Epoxidharzklebstoff (in der Figur nicht gezeigt) angeklebt, wodurch ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf mit dem in Fig. 2 schematisch gezeigten Aufbau erhalten wurde. Dieser Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf hatte entsprechend den vorstehend erwähnten Wärmeerzeugungsabschnitten 64 Ausstoßöffnungen, wobei das Bezugszeichen 206 einen Flüssigkeitsdurchlaß bezeichnet.
Nach diesem Ausführungsbeispiel wurden insgesamt 100 Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hergestellt.

Ausführungsbeispiel 2

Die Verfahrensweisen im Ausführungsbeispiel 1 wurden wiederholt, mit der Ausnahme, daß die als erste obere Schutzschicht 108 bestimmte anorganische Schicht SiO&sub2; als Hauptbestandteil aufweist und der Ionenaustauscher durch Auftragen eines Beschichtungsmaterials erzeugt wurde, welches durch Hinzufügen von 3 Gew.-% eines anorganischen Ionenaustauschers (Warenzeichen-Name: IXE, Erzeugnis von Toagosei Chemical Industry Co., Ltd.) zu OCD (Marken-Name, Erzeugnis von Tokyoohka Kabushiki Kaisha) erhalten wurde, in einem Mengenanteil, um eine Dicke von 1 µm zu gewährleisten. Dem folgte das Härten bei 450ºC für 30 Minuten. Lichtempfindliches Polyimid (Warenzeichen-Name: PHOTONEECE, Erzeugnis von Toray Industries Inc.), welches keinen Ionenaustauscher enthält, wurde als Material für das Ausbilden der dritten oberen Schutzschicht 110 verwendet, um dadurch ein Substrat für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und einen mit dem Substrat ausgestatteten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu erhalten.
Es wurden nach diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls insgesamt 100 Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe hergestellt.

Vergleichsbeispiel

Die Verfahrensweise im Ausführungsbeispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das lichtempfindliche Polyimid (Marken-Name: PHOTONEECE, Erzeugnis von Toray Industries Inc.), welches keinen anorganischen Ionenaustauscher enthält, als das Material für das Ausbilden der dritten oberen Schutzschicht 110 verwendet wurde, um dadurch ein Substrat für den Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf und einen mit dem Substrat ausgestatteten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen.
Es wurden auch nach diesem Vergleichsbeispiel insgesamt 100 Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe hergestellt.

Vergleichsuntersuchungen

Hinsichtlich der jeweils nach Ausführungsbeispiel 1 und 2 sowie nach dem Vergleichsbeispiel hergestellten 100 Substrate für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf erfolgte die Beobachtung des Auftretens der Korrosion an den Elektroden. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß das Auftreten der Korrosion in beiden Ausführungsbeispielen 1 und 2 im Vergleich zum Auftreten der Korrosion beim Vergleichsbei spiel durchschnittlich bemerkenswert vermindert ist.
Ferner wurden von den jeweils in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 sowie dem Vergleichsbeispiel erhaltenen 100 Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfen alle in dem in Fig. 3 gezeigten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgerät zum Ausstoßen von Aufzeichnungsflüssigkeit der folgenden Zusammensetzung angeordnet, wobei das Aufzeichnen ausgeführt wurde.
Im Ansatz der Aufzeichnungsflüssigkeit wurden verwendet:
C.I. Food Black: 3,0 Gew.-%
(C.I. Food Black enthält 10 Gew.-% Natriumionen. In anderen Worten, 0,3 Gew.-% Natriumionen sind in der Aufzeichnungsflüssigkeit enthalten.)
Triethylenglykol: 10 Gew.-%
Diethylenglykol: 20 Gew.-%
entmineralisiertes Wasser: 67 Gew.-%.
Im Ergebnis wurde gefunden, daß die Qualität der durch Verwenden aller der nach den Ausführungsbeispielen 1 und 2 gewonnenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe erzielte Aufzeichnung bemerkenswert jene übertrifft, welche durch Verwenden aller in dem Vergleichsbeispiel erhaltenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe erreicht wurde. Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis im wesentlichen auf Grund einer verbesserten Zuverlässigkeit eines jeden der in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 gewonnenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe erreicht wurde, wobei bemerkenswert geringes Auftreten von Korrosion an dem Elektrizität- Wärme-Umwandlungselement und den Elektroden vorliegt, wie vorstehend beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung führt zu bemerkenswerten Wirkungen in einem Aufzeichnungskopf und einem Aufzeichnungsgerät des Systems, in welchem Tinte unter Anwendung von Wärmeenergie ausgestoßen wird.
Hinsichtlich des kennzeichnenden Aufbaus und des Wirkprinzips ist es zweckmäßig, ein solches Grundprinzip anzuwenden, wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 4 723 129 oder dem US-Patent Nr. 4 740 796 beschrieben ist. Während dieses System sowohl auf die sogenannte Auf-Anforderung- Ausführungsform als auch auf die Dauerbetriebs-Ausführungsform anwendbar ist, ist es besonders wirkungsvoll in dem Fall der Auf-Anforderung-Ausführungsform, weil durch Anlegen mindestens eines Ansteuersignals zum Herbeiführen eines raschen Temperaturanstiegs beim Überschreiten des Kernsiedens als Reaktion auf die Aufzeichnungsinformation an ein Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement, welches für eine Unterlage angeordnet ist, auf der Flüssigkeit (Tinte) bereitgehalten wird, oder für einen Flüssigkeitskanal, wobei das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement Wärmeenergie erzeugt, um das Filmsieden der Tinte auf einer wärmeaktiven Fläche des Aufzeichnungskopfs hervorzurufen und demzufolge eine Gasblase in der Flüssigkeit (Tinte) im Verhältnis 1 : 1 entsprechend einem solchen Ansteuersignal erzeugt werden kann. Durch das Wachsen und Schrumpfen dieser Gasblase wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Ausstoßöffnung entladen, um mindestens ein Tröpfchen auszubilden. Es ist vorteilhafter, dem Ansteuersignal eine Impulsform zu geben, da in diesem Fall das Wachsen und Schrumpfen einer Gasblase augenblicklich stattfindet und auf Grund dessen das Ausstoßen der Flüssigkeit (Tinte) besonders zuverlassig ausführbar ist. Als Ansteuersignal mit Impulsform ist ein solches Ansteuersignal geeignet, wie es im US-Patent Nr. 4 463 359 oder im US-Patent Nr. 4 345 262 beschrieben ist. In dem Fall, daß die in dem US-Patent 4 313 124, welches sich auf die Erfindung bezüglich der Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs an der wärmeaktiven Fläche bezieht, beschriebenen Bedingungen zusätzlich angewendet werden, ist ein weiter verbessertes Aufzeichnen ausführbar.
Hinsichtlich des Aufbaus des Aufzeichnungskopfs schließt die vorliegende Erfindung andere als diese Ausbildungen der Ausstoßöffnungen, der Flüssigkeitskanäle und der Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente in Kombination (gerader Flüssigkeitskanal oder rechtwinkliger Flüssigkeitskanal) ein, welche in jedern der vorstehend genannten Patente erörtert sind, wobei die Ausbildungen eine solche Konfiguration aufweisen, wobei ein wärmeaktiver Abschnitt in einem gekrümmten Bereich angeordnet ist, wie es in dem US-Patent Nr. 4 558 333 oder in dem US-Patent Nr. 4 459 600 beschrieben ist. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung zweckent sprechend einen Aufbau auf der Grundlage der Konfiguration aufweisen, in welcher ein Schlitz, welcher einer Vielzahl von Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen gemeinsam ist, als ein Ausstoßabschnitt der Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente verwendet wird, welcher in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 123670/1984 beschrieben ist, oder einen anderen Aufbau auf der Grundlage der Konfiguration, in welcher eine Öffnung zum Absorbieren einer Druckwelle der Wärmeenergie entsprechend einem Ausstoßabschnitt angeordnet ist, welche in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 138461/1984 beschrieben ist.
Da ferner der Aufzeichnungskopf der Vollzeilen-Ausführungsform eine Länge entsprechend der maximalen Breite eines Aufzeichnungsmediums aufweist, auf welchem durch ein Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet werden kann, ist entweder ein solcher Aufbau anwendbar, bei dem die Länge durch eine solche Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen ausgebildet wird, wie in dem vorstehend genannten Patentdokumenten beschrieben ist, oder durch einen anderen Aufbau, welcher einen einzelnen Aufzeichnungskopf aufweist, welcher einstückig ausgebildet ist, und in jedem Fall gewährleistet die vorliegende Erfindung ferner die vorstehend genannten Wirkungen.
Die vorliegende Erfindung ist auch in dem Fall vorteilhaft, wenn ein Aufzeichnungskopf der auswechselbaren Chip-Ausführungsform angewendet wird, wobei die elektrische Verbindung zu einem Gerätekörper oder das Zuführen der Tinte vom Gerätekörper gewährleistet wird, wenn der Aufzeichnungskopf auf dem Gerätekörper montiert ist oder ein anderer Aufzeichnungskopf der Kassetten-Ausführungsform verwendet wird, wobei ein Tintenbehälter einstückig mit dem Aufzeichnungskopf ausgebildet ist.
Ferner ist es zweckentsprechend, einem Aufzeichnungskopf eine Wiedergewinnungseinrichtung oder eine vorbereitende Zusatzeinrichtung oder dergleichen hinzuzufügen, als ein Konstruktionsteil des Aufbaus des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts im Hinblick auf das Stabilisieren der Wirkungen der Erfindung. In diesem Sinne wirken die Verkappungseinrichtung, die Reinigungseinrichtung, die Druckerzeugungs- oder Saugeinrichtung, die vorläufige Heizeinrichtung einschließlich eines Elektrizität-Wärme- Umwandlungselements oder eines getrennten Heizelements oder einer Kombination dieser für den Aufzeichnungskopf, und das Anwenden eines vorbereitenden Entlademodus, wobei das Entladen getrennt vom Aufzeichnen ausgeführt wird, sind ebenfalls wirkungsvoll, um ein zuverlässiges Aufzeichnen zu erreichen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht nur in einem Aufzeichnungsgerät äußerst wirkungsvoll, welches als Aufzeichnungsmodus über einen Aufzeichnungsmodus einer Hauptfarbe, wie z. B. Schwarz, verfügt, sondern auch in einem Gerät, welches eine Vielzahl von verschiedenen Farben oder mindestens eine der Vollfarben durch Farbmischung aufweist, in welchem ein Aufzeichnungskopf einstückig ausgebildet ist oder eine Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen kombiniert sind.
In den vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wurde die Anwendung der flüssigen Tinte erläutert, doch es ist möglich, eine solche Tinte zu verwenden, die bei Raumtemperatur in einem Festzustand ist, oder andere Tinte, die in der vorliegenden Erfindung bei Raumtemperatur in einen Erweichungszustand gelangt. In dem vorstehend beschriebenen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ist es allgemein üblich, die Temperatur der Tinte in dem Bereich von 30ºC bis 70ºC zu regeln, so daß die Viskosität der Tinte in dem Bereich liegt, um das zuverlässigen Ausstoßen zu gewährleisten. Im Hinblick darauf ist jede Tinte verwendbar, solange sie beim Anwenden eines Aufzeichnungssignals in einem Flüssigzustand vorliegt. Außerdem ist es erfindungsgemäß auch möglich, solche Tinten zu verwenden, welche eine Eigenschaft des erstmaligen Verflüssigens durch Wärmeenergie aufweisen, wie z. B. die Tinte, die verflüssigbar ist und in einem Flüssigzustand beim Anwenden der Wärmeenergie abhängig von einem Aufzeichnungssignal ausgestoßen werden kann oder von anderer Tinte, deren Verfestigung vor dem Zeitpunkt des Auftreffens auf einem Aufzeichnungsmedium beginnen kann, um zu verhindern, daß die Temperatur des Aufzeichnungskopfs infolge der Wärmeenergie ansteigt, durch zweckentsprechendes Verwenden der Wärmeenergie als Energie für eine Zustandsänderung der Tinte vom Festzustand in den Flussigzustand oder um durch Verfestigen der Tinte in einem Belassungszustand zu verhindern, daß die Tinte verdunstet. Im Fall der Verwendung dieser Tinten sind diese in einer solchen Weise anwendbar, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 56847/1979 oder der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 71260/1985 beschrieben, wobei eine solche Tinte in konkaven Abschnitten oder Vertiefungen einer porösen Unterlage in einem Flüssigzustand oder in einem Festzustand erhalten wird und die poröse Unterlage in Gegenüberlage des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement angeordnet wird. Erfindungsgemäß ist das zweckmäßigste Ausstoßsystem für jede der vorstehend erwähnten Tinten das vorstehend beschriebene Filmsiedesystem.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf zum Aufzeichnen eines Bilds auf einem Aufzeichnungsmedium mit ausgestoßener Flüssigkeit mit:

- einem Substrat für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, welches ein Trägerelement (105) aufweist, ein auf dem Trägerelement (105) angeordnetes Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement, wobei das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht (107) und mit der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht (107) elektrisch verbundene Elektroden (103, 104) aufweist, und einen auf dem Substrat angeordneten Flüssigkeitskanal (201), wobei der Flüssigkeitskanal (201) Flüssigkeit enthält, wobei der Flüssigkeitskanal (201) mit einer zum Ausstoßen der Flüssigkeit geeigneten Ausstoßöffnung in Verbindung steht und der Flüssigkeitskanal entsprechend einem Wärmeerzeugungsabschnitt des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Schutzschicht (110), welche einen Ionenaustauscher enthält, angeordnet ist, um das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement zu bedecken, so daß bewegliche Ionen in der Aufzeichnungsflüssigkeit in der oberen Schutzschicht durch Ionenaustausch gebunden werden und die Korrosion des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements durch diese Ionen vermindert ist.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, wobei der Ionenaustauscher ein anorganischer Ionenaustauscher ist.

3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Schutzschicht (110) den Ionenaustauscher in einem Mengenanteil von 1 bis 5 Gew.-% enthält.

4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Schutzschicht (110) den Ionenaustauscher in einem dispergierten Zustand aufweist.

5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das den Ionenaustauscher enthaltende Konstruktionsmaterial der oberen Schutzschicht (110) ein organisches Material ist.

6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das den Ionenaustauscher enthaltende Konstruktionsmaterial der oberen Schutzschicht (110) ein anorganisches Material ist.

7. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, wobei eine Unterschicht (106) zwischen dem Trägerelement (105) und dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement angeordnet ist.

8. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit bewegliche Ionen enthält.

9. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 8, wobei die beweglichen Ionen Natriumionen sind.

10. Flüssigkeitsstrahl -Auf zeichnungskopf gemäß Anspruch 8, wobei die beweglichen Ionen Chlorionen sind.

11. Flüssigkeitsstrahl -Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, welcher eine Vollzeilen-Ausführungsform ist, in welchem

eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen entlang der gesamten Breite einer Aufzeichnungsfläche eines Elements angeordnet ist, auf welchem die Aufzeichnung mit der aus den Ausstoßöffnungen entladenen Flüssigkeit auszuführen ist.

12. Flüssigkeitsstrahl -Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eines Bilds auf einem Auf zeichnungsmedium mit ausgestoßener Flüssigkeit, welches aufweist:

(a) einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit:

(a-i) einem Substrat, welches ein Trägerelement (105) aufweist, ein auf dem Trägerelement (105) angeordnetes Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement, wobei das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht (107) und mit der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht (107) elektrisch verbundene Elektroden (103, 104) aufweist,

(a-ii) einem auf dem Substrat angeordneten Flüssigkeitskanal (201), wobei der die Flüssigkeit enthaltende Flüssigkeitskanal (201) mit einer zum Entladen der Flüssigkeit geeigneten Ausstoßöffnung in Verbindung steht und der Flüssigkeitskanal (201) angeordnet ist, um einem Wärmeerzeugungsabschnitt des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements zu entsprechen, und

(b) eine Transporteinrichtung zum Transportieren eines Elements, auf welchem das Aufzeichnen mit der aus der Ausstoßöffnung entladenen Flüssigkeit auszuführen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Schutzschicht (110), welche einen Ionenaustauscher enthält, angeordnet ist, um das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement zu bedecken, so daß bewegliche Ionen in der Aufzeichnungsflüssigkeit in der oberen Schutzschicht durch Ionenaustausch gebunden werden und die Korrosion des Elektrizität-Wärme-Urnwandlungselements durch diese Ionen vermindert ist.

13. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgerät gemäß Anspruch 12, in welchem der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf eine Vollzeilen-Ausführungsform ist, in welcher die Ausstoßöffnung eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen aufweist, welche entlang der gesamten Breite einer Aufzeichnungsfläche eines Elements angeordnet sind, auf welchem das Aufzeichnen mit der aus den Ausstoßöffnungen entladenen Flüssigkeit auszuführen ist.