DE69315919T2

DE69315919T2 - Farbstrahldruckkopf und zugehöriges Farbstrahlgerät

Info

Publication number: DE69315919T2
Application number: DE69315919T
Authority: DE
Inventors: Minoru Nozawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-09-01
Also published as: EP0585890B1; US5701147A; EP0585890A3; EP0585890A2; DE69315919D1

Description

Gebiet der Erfindung und verwandter Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlkopf und ein Tintenstrahigerät, das denselben verwendet, das für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem verwendbar ist.
Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät wurde in jüngster Zeit besonders beachtet, weil das durch den Druckvorgang erzeugte Geräusch vernachlässigbar klein ist, eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit möglich ist und blankes Papier ohne der Notwendigkeit einer Bildfixierung verwendbar ist.
Unter diesen ist das in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 51837/1979 und der deutschen Patentanmeldungsoffenlegung (DOLS) 2843064 offenbarte Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren vorteilhaft gegenüber den anderen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystemen. Das Aufzeichnungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß thermische Energie auf eine Flüssigkeit aufgebracht wird, um die Flüssigkeit auszustoßen. Ein Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf, der die Merkmale hat, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben sind, ist aus der EP-A-344 809 bekannt.
In dem Aufzeichnungsverfahren, das vorstehend offenbart wurde, bewirkt die Aufzeichnungsflüssigkeit, die die thermische Energie aufnimmt, eine Zustandsänderung einschließlich einem schnellen Volumenanstieg, die die Flüssigkeit durch einen Ausstoßauslaß an einem Ende des Aufzeichnungskopfes ausstößt. Dadurch wird ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmaterial ausgestoßen. Das in der deutschen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2843064 offenbarte Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist vorteilhaft, weil es mit einem Auftropf-Bedarfsystem verwendet wird, so daß der Aufzeichnungskopf mit einer hohen Dichte in einem Aufzeichnungskopf vom Ganzzeilentyp angeordnet werden kann. Deshalb kann eine hohe Auflösung, eine Druckqualität mit hoher Geschwindigkeit erzeugt werden.
Hinsichtlich des vorteilhaftesten Verfahrens zur Verwendung des Mehrfach-Aufzeichnungskopfs mit hoher Dichte ist ein Vollzeilen-Aufzeichnungskopf vom stationären Typ in Erwägung gezogen worden, der ohne eine Abtastung des Aufzeichnungskopfes funktionsfähig ist, wenn das Aufzeichnungsmaterial kleiner als ein A4 großes Blatt ist.
Ein typisches Beispiel eines solchen Aufzeichnungskopfes ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Fig. 1 ist eine allgemeine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfes und Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Teils um die Ausstoßauslässe herum.
Der Aufzeichnungskopf hat 3328 Ausstoßauslässe 14, die eine Breite von 208 mm eines A4 großen Blattes mit einer Dichte von 16 pro Millimeter abdecken.
Er weist eine Heizplatte 1 auf, die aus Si oder dergleichen besteht. Auf deren Oberseite sind elektrothermische Wandler vorgesehen, die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente 15 haben, die den Ausstoßauslässen entsprechen, und Elektrodenleitungen zur Erzeugung von elektrischer Energie dafür (nicht gezeigt). Der Vollzeilen-Mehrfachaufzeichnungskopf weist desweiteren eine Deckplatte 2 aus Glas, Metall oder dergleichen auf. Sie ist mit Ausnehmungen versehen, die durch Schneiden, Ätzen oder dergleichen gebildet werden, um einen Tinteneinlaß 9 zum Aufnehmen von Aufzeichnungsflüssigkeit wie Tinte und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer vorzusehen, in Verbindung mit den jeweiligen Tintendurchlässen, um die an die Tintendurchlässe zu liefernde Tinte zu enthalten.
Jeder der Tintendurchlässe ist in einer festen Schicht ausgebildet, die einem Ausstoßenergie-Erzeugungselement der Heizplatte 1 entspricht. Die Deckplatte 2 ist an die feste Materialschicht gebonded. Die Heizplatte 1 ist sicher auf die Basisplatte 5 gebonded. Elektrische Verbindungsglieder der Heizplatte 1 sind zu Gliedern einer flexiblen Platte 3 ausgerichtet und elektrisch mit dem Gerät verbunden. Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Beispiele der Konstruktionen von herkömmlichen wärmeerzeugenden Widerständen und Elektroden in einem Aufzeichnungskopf.
In diesen Figuren sind ein Wärmeerzeugungswiderstand, eine diskrete Elektrode und eine gemeinsame Elektrode durch die Bezugszeichen 101, 102 und 103 bezeichnet. Wenn ein Versuch unternommen wird, Düsen auf demselben Substrat auszubilden, die 208 mm mit einer Dichte von 16 Düsen pro 1 mm abdecken, beträgt die Anzahl der Düsen 208 x 16 = 3328. Zusätzlich dieselbe Anzahl an elektrothermischen Wandlern 101 und den Elektroden an den jeweiligen Seiten davon. Da die diskreten Elektroden 102 und die gemeinsamen Elektroden 103 durch denselben einen Film erzeugenden Prozeß hergestellt werden, ist der Blattwiderstand 0,07 Ω/cm², wenn der Al-Film 5000 x 10&supmin;&sup7; mm dick ist.
Wenn die Elektroden, wie in Fig. 7 gezeigt, ausgebildet sind und wenn die hochdichte Verdrahtung hergestellt wird, beträgt die Breite für einen elektrothermischen Wandler annähernd 60 mm und deshalb ist die Breite der diskreten Elektrode 102 gering mit dem Ergebnis, daß der Verdrahtungswiderstand nicht niedriger als 100 Ω ist und deshalb ein großer elektrischer Verlust resultiert. Zusätzlich ist eine hohe Herstellungstechnik erforderlich, um den Al-Film ohne Defekt über 208 mm gleichmäßig auszubilden.
Um die Breite der diskreten Elektrode sicherzustellen, ist es anschließend möglich, daß die in Fig. 8 gezeigte Konstruktion verwendet wird. Obwohl der Verdrahtungswiderstand der Elektrodenstruktur, die in Fig. 8 gezeigt ist, der halbe wie der aus Fig. 7 ist, hat die gemeinsame Elektrode 103 dennoch eine geringe Dicke und eine Breite von 208 mm und deshalb tritt der Potentialgradient auf, wenn der Widerstand an den gegenüberliegenden Enden nicht ausreichend klein ist. Da die Elektroden durch das Dünnfilm-Herstellverfahren erzeugt werden, ist es erwünscht, daß die Fläche der Elektrode groß ist, aber ein solches Vorgehen ist aufgrund der Konstruktion der Düse schwierig.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 264961/1987 offenbart, daß, um die Fläche der gemeinsamen Elektroden sicherzustellen, sich eine gemeinsame Elektrode zur Rückseite der Basisplatte erstreckt, die die ausgebildeten elektrothermischen Wandler hat. Dies erfordert jedoch, daß die Dünnfilme auf beiden Seiten der Basisplatte erzeugt werden und deshalb wird der Herstellschritt kompliziert. Zusätzlich ist die Zuverlässigkeit der Elektrode nicht so groß. Insbesondere ist das Problem in der Fläche, auf der die Elektroden angeordnet sind, bemerkenswert.
Um eine hochdichte Mehrfach-Öffnungskonstruktion mit der herkömmlichen Konstruktion zu erreichen, tritt das Problem auf, daß der Verdrahtungswiderstand oder der elektrische Gradient aufgrund der Verdrahtungsanordnung der Elektroden groß ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist demgemäß eine prinzipielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf und ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, das einen Aufzeichnungskopf hat, zu schaffen, bei dem der Verdrahtungswiderstand oder der Potentialgradient minimiert ist, während eine hohe Dichte für Mehrfachdüsen vorgesehen werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf vorgesehen, der folgendes aufweist: ein erstes Substrat, das Energieerzeugungselemente zur Erzeugung einer Energie zum Ausstoßen von Flüssigkeit hat; ein zweites Substrat, das mit dem ersten Substrat verbunden ist; diskrete Elektroden, die jeweils mit den Energieerzeugungselementen elektrisch verbunden sind; und eine gemeinsame Elektrode, die mit den Energieerzeugungselementen elektrisch verbunden ist, wobei sich die diskreten Elektroden auf dem ersten Substrat befinden und die gemeinsame Elektrode auf dem zweiten Substrat befindet.
Gemäß diesem Aspekt ist eine der Elektroden, die mit den wärmeerzeugenden Widerständen verbunden ist, eine diskrete Elektrode und die andere ist eine gemeinsame Elektrode. Deshalb ist es möglich, die äquivalente Elektrodendichte auf dem ersten Substrat als die Dichte der wärmeerzeugenden Widerstände aufrecht zu erhalten. Deshalb kann die Breite der diskreten Elektroden groß sein und der Verdrahtungswiderstand ist merklich reduziert.
Zusätzlich ist eine der Elektroden, die mit den wärmeerzeugenden Widerständen verbunden ist, eine erste gemeinsame Elektrode und eine zweite gemeinsame Elektrode, die im wesentlichen gleichmäßig mit der ersten gemeinsamen Elektrode durch eine Vielzahl von Verbindungselementen elektrisch verbunden ist, ist über einen breiten Bereich des zweiten Substrats vorgesehen und deshalb ist der Potentialgradient von der zweiten gemeinsamen Elektrode zu den jeweiligen wärmeerzeugenden Widerständen gering.
Die Erfindung ist durch die in den Unteransprüchen erwähnten Merkmale weiterentwickelt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils, das an den Ausstoßauslässen eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfs aus Fig. 1 angrenzt.
Fig&sub5; 3 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Tintenstrahl Aufzeichnungskopfes aus Fig. 4 (C-C Querschnitt in Fig. 6).
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B aus Fig. 5.
Fig. 7 veranschaulicht eine Konstruktion eines wärmeerzeugenden Widerstandes und einer Elektrode in einem herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf.
Fig. 8 veranschaulicht eine Konstruktion eines wärmeerzeugenden Widerstands und einer Elektrode in einem anderen herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl- Aufzeichnungsgerätes, das einen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht eines Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt eine Beschreibung hinsichtlich der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird die allgemeine Anordnung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes beschrieben. In dieser Figur ist ein Tintenstrahl- Aufzeichnungsgerät gezeigt, das eine Vielzahl an (vier) Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen eines Zeilentyps aufweist, die in der Lage sind, ein vollfarbiges Bild zu erzeugen. In Fig. 9 dient ein Paar Walzen 201 und 202 dazu, ein Aufzeichnungsmaterial wie ein Blatt Papier oder eine Kunststoffolie in einer Richtung einer Unterabtastung (Zuführrichtung), die durch einen Pfeil F angezeigt ist, zuzuführen. Mit 204B, 204Y, 204M und 204C sind Tintenstrahl- Aufzeichnungsköpfe bezeichnet (Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtungen) eines Voll-Mehrfachdüsentyps, der Ausstoßauslässe in einem Bereich hat, der im wesentlichen die gesamte Breite des Aufzeichnungsmaterials 204 abdeckt. In den folgenden Beschreibungen wird auf den Aufzeichnungskopf (Aufzeichnungsvorrichtung) als Aufzeichnungskopf 204 Bezug genommen, wenn einer oder alle der Aufzeichnungsköpfe bezeichnet sind.
Im Falle einer vollfarbigen Aufzeichnung sind die Farben der von den Aufzeichnungsköpfen 204 ausgestoßenen Tinten Schwarz, Gelb, Magentarot und Cyanblau. In dem gezeigten Beispiel sind vier Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe 204 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite (von unten in der Figur) in Bezug zur Zuführvorrichtung des Aufzeichnungsmaterials angeordnet. Ein Wiederherstellsystem 206 zum Wiederherstellen eines geeigneten Tintenausstosses des Aufzeichnungskopfs 204 ist vorgesehen und wird beim Ausstoß-Wiederherstellvorgang (Prozeß) zwischen dem Aufzeichnungskopf 204 und dem Aufzeichnungsmaterial 203 bewegt, so daß das Wiederherstellsystem 206 dem Aufzeichnungskopf 204 gegenüberliegt, um den Aufzeichnungskopf-Wiederherstellvorgang zu bewerkstelligen. Jeder der Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe 204 ist auf einer Kopfbefestigung 207 befestigt, mit einem korrekten Relativverhältnis dazwischen. Somit weist der Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf dieser Erfindung Kopfbefestigungen 207 zum Befestigen der Tintenstrahl-Aufzeichnungskäpfe 204 darauf auf, eine Zuführvorrichtung 201 und 202 zum Zuführen des Aufzeichnungsmaterials 203 zu den Aufzeichnungspositionen der Aufzeichnungsköpfe 204 auf den Aufzeichnungskopfbefestigungen 207.
Die Beschreibung erfolgt nun hinsichtlich des Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfs 201.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf 201 für jeden Flüssigkeitsdurchlaß mit einem elektrothermischen Wandler 15 zum Erzeugen thermischer Energie infolge einer Spannungsanlegung darauf versehen, um die Aufzeichnungsflüssigkeit durch die verbundenen Ausstoßauslässe 14 auszustoßen. Die Vielzahl an Ausstoßauslässen 14 ist in einer Zeile angeordnet. Durch das Anlegen eines Ansteuerungssignals erzeugt der elektrothermische Wandler 15 eine thermische Energie, um ein Filmsieden in der Tinte in dem Flüssigkeitsdurchlaß hervorzurufen, um ein Bläschen zu erzeugen. Durch die Ausdehnung des Bläschens wird das Tintentröpfchen durch den Ausstoßauslaß 14 ausgestoßen.
Fig. 3 ist eine teilweise ausgebrochene Perspektivansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus Fig. 3. In den Fig. 3 und 4 sind eine Vielzahl an Verbindungselementen und ein Schutzfilm auf einem zweiten Substrat zum Zwecke der Vereinfachung nicht dargestellt und werden im nachfolgenden beschrieben.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, befinden sich auf einer Seite eines ersten Substrats 25 aus einem Glas- oder Silikon- Wafer Energieerzeugungsvorrichtungen in der Gestalt von elektrothermischen Wandlern 15. Es hat eine kammförmige Konfiguration. Auf eine Seite des elektrothermischen Wandlers sind diskrete Elektroden 19 in der Art und Weise laminiert, daß ein Teil davon weggelassen ist, um den elektrothermischen Wandler 5 bloßzulegen. Auf eine Seite des elektrothermischen Wandlers 15 ist eine erste gemeinsame Elektrode 18, die mit der diskreten Elektrode 15 verbunden ist, laminiert. Die Teile, die den elektrothermischen Wandler 15 bloßlegen, dienen als wärmeerzeugende Widerstände 15&sub1;. Auf eine Seite der ersten Basisplatte 25 ist eine Schutzschicht 26 aus einem isolierenden Oxid laminiert. Auf die Oberfläche der Schutzschicht 26 ist ein Metallfilm 27 laminiert, um die Fläche von einem Ende, das zu den Ausstoßauslässen 14 angrenzt, zu dem elektrothermischen Wandler 15 abzudecken, zum Zwecke der Erhöhung des Widerstandes gegen Kavitation.
Oberhalb des ersten Substrats 25 ist ein zweites Substrat 24 parallel zum ersten Substrat 25 angeordnet. Ein Düsen erzeugendes Bauteil 16 ist zwischen den ersten und zweiten Substraten 25 und 24 eingelegt, um die Fläche des vorstehenden Metallfilms 27 abzudecken. Das Düsen erzeugende Bauteil 16 ist so angeordnet, daß der Raum jedem der wärmeerzeugenden Widerstände 151 zwischen den angrenzenden Düsenwänden entspricht.
Die Beschreibung erfolgt nun hinsichtlich des Ausstosses der Tinte durch die Ausstoßauslässe. Die Tinte wird an die nicht gezeigte Flüssigkeits-kammer geliefert und ist darin enthalten. Die Tinte dringt durch eine Kapillarkraft in den Flüssigkeitsdurchlaß 21, um den Flüssigkeitsdurchlaß mit einem Meniskus an dem Ausstoßauslaß 14 zu füllen. Wenn die elektrische Energie durch die diskrete Elektrode 19 und eine erste gemeinsame Elektrode 18 an den wärmeerzeugenden Widerstand 15&sub1; geliefert wird, so wird Wärme erzeugt. Die Tinte wird oberhalb des wärmeerzeugenden Widerstands 151 schnell erhitzt, so daß in dem Flüssigkeitsdurchlaß 21 ein Bläschen erzeugt wird. Durch die Ausdehnung des Bläschens wird die Tinte durch den Ausstoßauslaß 14 ausgestoßen.
Die Beschreibung erfolgt nun hinsichtlich des Tintenstrahl- Aufzeich-nungskopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs und Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B (Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie C-C).
Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sind wärmeerzeugende Widerstände 15&sub1; - 15n in vorbestimmten Intervallen auf dem ersten Substrat 25 angeordnet. Der wärmeerzeugende Widerstand ist ein Teil des elektrothermischen Wand-lers 15. Auf den elektrothermischen Wandlern 15 sind diskrete Elektroden 19&sub1; - 19n aus Al zum Liefern elektrischer Signale unabhängig von der Vielzahl an wärmeerzeugenden Widerständen 15&sub1; - 15n vorgesehen und eine erste gemeinsame Elektrode 18 aus Al, die mit den wärmeerzeugenden Widerständen 15&sub1; - 15n gemeinsam verbunden ist. Ein Abschnitt der ersten gemeinsamen Elektrode 18, der ein anderer als der Abschnitt zur Verbindung einer Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n/2 ist, ist durch eine Schutzschicht 26 aus SiO&sub2; oder Polyimid oder dergleichen elektrisch von der Aufzeichnungsflüssigkeit isoliert. Das Düsen erzeugende Bauteil 16 dient dazu, eine Vielzahl an Flüssigkeitdurchlässen, eine Vielzahl an Ausstoßauslässen 14&sub1; - 14n und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 20 in Verbindung mit den Flüssigkeitsdurchlässen zu erzeugen. Es ist vorzuziehen, daß das Düsen erzeugende Bauteil 16 aus einem elektrisch isolierenden Material wie Harz besteht. Für die gesamte Oberfläche der zweiten Substrate (Deckplatte) 24, das dem ersten Substrat 25 gegenüberliegt, ist eine zweite gemeinsame Elektrode 23 aus Aluminium oder dergleichen vorgesehen. Die zweite gemeinsame Elektrode 23 ist mit der ersten gemeinsamen Elektrode 18 durch eine Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n elektrisch verbunden, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und aus einem hoch leitfähigen Material hergestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine dritte gemeinsame Elektrode 22 elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Elektrode 23 verbunden, wobei die dritte gemeinsame Elektrode 22 durch dasselbe Verfahren wie für die Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n/2 ausgebildet wurde. Mit diesem Vorgehen kann die Verbindung zwischen der dritten Elektrode 22 und dem Treiber (nicht gezeigt) eines Treiber- Ics oder einer Druckplatine oder dergleichen leicht durch Drahtbonden oder dergleichen erreicht werden. Die dritte Elektrode 22 und die Vielzahl an diskreten Elektroden 19&sub1; - 19n sind durch die Schutzschicht 26 elektrisch isoliert.
Es erfolgt die Beschreibung hinsichtlich des Herstellungsverfahrens des vorstehend beschriebenen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes.
Um den Aufzeichnungskopf auf demselben Substrat mit 16 Düsen pro 1 mm über eine Breite von 208 mm (Breite eines A4 großen Blatts) zu erzeugen, sind eine Vielzahl an wärmeerzeugenden Widerständen 15&sub1; - 15n aus HfB&sub2; durch einen filmerzeugenden Prozeß und einen photolithographischen Ätzprozeß auf dem ersten Substrat 25 ausgebildet, und eine Vielzahl an diskreten Elektroden 19&sub1; - 19n aus Al und die erste gemeinsame Elektrode 18 sind durch denselben Prozeß auf dem elektrothermischen Wandler 15 ausgebildet. Danach wird die Schutzschicht 26 aus SiO&sub2; durch den filmerzeugenden Prozeß oder das photolithographische Ätzsystem über der gesamten Fläche des ersten Substrats 25 einschließlich der diskreten Elektroden 19&sub1; - 19n und der ersten gemeinsamen Elektrode 18 ausgebildet. Hier sind der Abschnitt, wo die Verbindungselemente 17&sub1; - 17n/2 und die Anschlußabschnitte (nicht gezeigt) der diskreten Elektrode 19&sub1; - 19n nicht mit der Schutzschicht 26 bedeckt sind.
Durch ein Plattierverfahren sind ein Verbindungselement 17&sub1; - 17n/2 aus Al auf der gemeinsamen Elektrode 18 ausgebildet, mit einer Höhe von annähernd mehreren 10 Mikrometern. Auf dem ersten Substrat 25 wird eine Widerstandsflüssigkeit mit positiver Polarität, die die Flüssigkeitskammer 20 und die Vielzahl an Flüssigkeitsdurchlässen 21 bilden wird, durch eine Schleuder oder eine Rollwalze aufgebracht und durch einen photolithographischen Prozeß gemustert, so daß ein Düsen erzeugendes Bauteil 16, das die gemeinsame Flüssigkeitskammer 20 und die Vielzahl an Flüssigkeitsdurchlässen 21 hat, ausgebildet wird. Hier ist es vorzuziehen, daß die Dicke der Widerstandsflüssigkeit mit positiver Polarität geringer als die Höhe der Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n/2 ist.
Nachfolgend werden das zweite Substrat 24, das die zweite gemeinsame Elektrode 23 und die dritte gemeinsame Elektrode 22 ausgebildet hat, und das erste Substrat 25 laminiert. Danach wird zwischen das erste Substrat 25 und das Düsen erzeugende Bauteil 16 aushärtbares Harz eingespritzt und das Harz härtet aus. Durch das Aushärten und Zusammenziehen des Harzmaterials wird zwischen der Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n und der zweiten gemeinsamen Elektrode 23 und zwischen der zweiten gemeinsamen Elektrode 23 und der dritten gemeinsamen Elektrode 22 eine Kompressionsverbindung hergestellt. In dem Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf dieses Ausführungsbeispiels steht der Flüssigkeitsdurchlaß 21 nicht durch das Düsen erzeugende Bauteil 16 mit dem zweiten Substrat 24 in Verbindung und deshalb besteht kein Bedarf zur Ausbildung der Schutzschicht an der Seite des zweiten Substrats 24.
Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist die dritte gemeinsame Elektrode 22 vorgesehen und deshalb ist es möglich, die Dichte der diskreten Elektroden 19&sub1; - 19n zu reduzieren und die nicht gezeigten Treiber können auf die Hälfte des herkömmlichen Beispiels reduziert werden. Zusätzlich ist die erste gemeinsame Elektrode 18 mit der zweiten gemeinsamen Elektrode 23 im wesentlichen kurzgeschaltet, die sich durch die Vielzahl an Verbindungselementen 17&sub1; - 17n weit auf dem zweiten Substrat 24 erstreckt und deshalb kann der Drahtwiderstand stark reduziert werden, so daß das Problem des Potentialgradienten eliminiert wird.
Das zweite Substrat selbst kann aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt werden. In diesem Fall kann ein isolierender Film durch einen Tauchprozeß oder dergleichen auf der Oberfläche des zweiten Substrats ausgebildet werden, und dem Abschnitt, der mit der dritten Elektrode in Kontakt ist, und der Vielzahl an Verbindungselementen wird der isolierende Film durch ein photolithographisches Ätzverfahren entzogen.
In dem Fall, in dem unter ultravioletter Strahlung aushärtendes Harz als Düsen erzeugendes Material verwendet wird, ist das zweite Substrat vorzugsweise aus transparentem Material wie Glas hergestellt. Hinsichtlich der zweiten Elektrode ist eine transparente Elektrode vorzuziehen und die geeigneten Materialien sind In&sub2;O&sub3;/SiO&sub2;, Bi&sub2;O&sub3;/Au/Bi&sub2;O&sub3; oder dergleichen.
Die typische Konstruktion und das Funktionsprinzip sind vorzugsweise diejenigen, die in den US-Patenten Nr. 4 723 129 und 4 740 796 offenbart sind. Das Prinzip und die Konstruktion sind auf ein Aufzeichnungssystem vom sog. Bedarfstyp und auf ein Aufzeichnungssystem vom kontinuierlichen Typ anwendbar. Es ist jedoch insbesondere für den Bedarfstyp geeignet, weil das Prinzip so ist, daß mindestens ein Antriebssignal auf einen elektrothermischen Wandler aufgebracht wird, der auf einem Flüssigkeit (Tinte) haltenden Blatt oder einem Flüssigkeitsdurchlaß angeordnet ist, wobei das Antriebssignal ausreicht, um einen solchen schnellen Temperaturanstieg über den kritischen Überhitzungspunkt DNP hinaus vorzusehen, wodurch die thermische Energie durch den elektrothermischen Wandler bereitgestellt wird, um ein Filmsieden auf dem Heizabschnitt des Aufzeichnungskopfs zu erzeugen, wodurch ein Bläschen in der Flüssigkeit (Tinte) erzeugt werden kann, entsprechend einem jeden der Antriebssignale.
Durch die Erzeugung, die Entwicklung und das Zusammenziehen des Bläschens wird die Flüssigkeit (Tinte) durch einen Ausstoßauslaß ausgestoßen, um mindestens ein Tröpfchen zu erzeugen. Das Antriebssignal ist vorzugsweise in der Gestalt eines Pulses, weil die Entwicklung und die Kontraktion des Bläschens augenblicklich bewirkt werden kann und deshalb wird die Flüssigkeit (Tinte) mit einer schnellen Ansprechempfindlichkeit ausgestoßen. Das Antriebssignal in der Gestalt des Pulses ist vorzugsweise so, wie es in den Patenten Nr. 4 463 359 und 4 345 262 offenbart ist.
Zusätzlich ist die Temperaturanstiegsrate der Heizoberfläche vorzugsweise so, wie sie in dem US-Patent Nr. 4 313 124 offenbart ist.
Die Konstruktion des Aufzeichnungskopfs kann so sein, wie es in den US-Patenten Nr. 4 558 333 und 4 459 600 gezeigt ist, wo der Heizabschnitt an einem gebogenen Abschnitt angeordnet ist, ebenso wie die Konstruktion der Kombination des Ausstoßauslasses, des Flüssigkeitsdurchlasses und des elektrothermischen Wandlers, wie in den vorstehend erwähnten Patenten offenbart ist. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auf eine Konstruktion anwendbar, die in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 123670/1984 offenbart ist, in der ein gemeinsamer Schlitz als Ausstoßauslaß für eine Vielzahl elektrothermischer Wandler verwendet wird, und auf die Konstruktion, die in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 138461/1984 offenbart ist, in der eine Öffnung für die Absorption einer Druckwelle der thermischen Energie entsprechend dem Ausstoßabschnitt ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Aufzeichnungskopf vom sog. Vollzeilentyp anwendbar, der eine Länge hat, die der maximalen Aufzeichnungsbreite entspricht. Solch ein Aufzeichnungskopf kann einen einzelnen Aufzeichnungskopf und eine Vielzahl an Aufzeichnungsköpfen, die kombiniert sind, um die maximale Breite abzudecken, aufweisen.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auf einen Aufzeichnungskopf vom seriellen Typ anwendbar, in dem der Aufzeichnungskopf auf der Hauptanordnung befestigt ist, auf einen Aufzeichnungskopf vom austauschbaren Chiptyp, der elektrisch mit dem Hauptgerät verbunden ist und der mit Tinte versorgt werden kann, wenn er in der Hauptanordnung montiert ist, oder auf einen Aufzeichnungskopf vom Kartuschentyp, der einen integrierten Tintenbehälter hat.
Das Vorsehen der Wiederherstellvorrichtung und/oder der Hilfsvorrichtung für den vorläufigen Betrieb sind vorzuziehen, weil diese die Wirkungen der vorliegenden Erfindung weiter stabilisieren können. Für solche Vorrichtungen gibt es eine Kappenvorrichtung für den Aufzeichnungskopf, eine Reinigungsvorrichtung dafür, eine Preß oder Saugvorrichtung, eine vorläufige Heizvorrichtung, die der elektrothermische Wandler sein kann, ein zusätzliches Heizelement oder eine Kombination davon. Es kann auch eine Vorrichtung zur Bewirkung eines vorläufigen Ausstosses (nicht für den Aufzeichnungsbetrieb) den Aufzeichnungsvorgang stabilisieren.
Hinsichtlich der Variation des montierbaren Aufzeichnungskopfes kann es ein einziger entsprechend einer einzigen farbigen Tinte sein oder es können mehrere entsprechend der Vielzahl an Tintenmaterialien sein, die unterschiedliche Aufzeichnungsfarben oder Dichte haben. Die vorliegende Erfindung ist wirksam auf ein Gerät anwendbar, das mindestens einen monochromatischen Modus, hauptsächlich mit Schwarz, einen Multicolor-Modus mit unterschiedlichen farbigen Tintenmaterialien und/oder einen Vollfarben-Modus unter Verwendung der Mischung der Farben hat, was eine integriert ausgebildete Aufzeichnungseinheit oder eine Kombination von mehreren Aufzeichnungsköpfen sein kann.
Desweiteren war die Tinte in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel flussig. Es kann jedoch ein Tintenmaterial sein, das unterhalb der Raumtemperatur verfestigt ist, aber bei Raumtemperatur verflüssigt wird. Da die Tinte innerhalb der Temperatur, die nicht niedriger als 30ºC und nicht höher als 70ºC ist, geregelt wird, um die Viskosität der Tinte zu stabilisieren, um den stabilisierten Ausstoß bei einem gewöhnlichen Aufzeichnungsgerät dieser Art vorzusehen, kann die Tinte so sein, daß sie innerhalb des Temperaturbereichs flüssig ist, wenn das Aufzeichnungssignal die vorliegende Erfindung ist, und es ist anwendbar auf andere Tintentypen. In einer davon wird der Temperaturanstieg aufgrund der thermischen Energie positiv verhindert, indem sie für die Zustandsänderung der Tinte vom festen zum flüssigen Zustand verbraucht wird. Ein anderes Tintenmaterial wird verfestigt, wenn es belassen wird, um die Verdunstung von der Tinte zu verhindern. In jedem der Fälle, in denen die Anwendung des Aufzeichnungssignals thermische Energie erzeugt, wird die Tinte verflüssigt und die verflüssigte Tinte kann ausgestoßen werden. Ein anderes Tintenmaterial kann zu der Zeit, wenn es das Aufzeichnungsmaterial erreicht, beginnen sich zu verfestigen. Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein solches Tintenmaterial anwendbar, das durch die Anwendung von thermischer Energie verflüssigt wird. Solch ein Tintenmaterial kann als Flüssigkeit oder als Feststoff in Durchgangslöchern oder Ausnehmungen, die in einem porösen Blatt ausgebildet sind, zurückgehalten werden, wie in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 56847/1979 und der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 71260/1985 offenbart ist. Das Blatt steht den elektrothermischen Wandlern gegenüber. Das effektivste für die vorstehend beschriebenen Tintenmaterialien ist das Filmsiedesystem.
Hinsichtlich der Arten und Anzahlen von Aufzeichnungsköpfen, die in das Gerät geladen werden, können es mehrere sein, entsprechend den Aufzeichnungsfarben oder Dichten.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät kann als ein Ausgabeterminal eines informationsverarbeitenden Gerätes wie eines Computers oder dergleichen verwendet werden, als ein Kopiergerät, das mit einem Bildeinlesegerät oder dergleichen kombiniert ist, oder als ein Faximilegerät, das Sende- und Empfangsfunktionen hat.

Claims

1. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, aufweisend

ein erstes Substrat (25), das Energieerzeugungselemente (15) zur Erzeugung einer Energie zum Ausstoßen von Flüssigkeit und diskrete Elektroden (19) hat, die jeweils mit den Energieerzeugungselementen (15) elektrisch verbunden sind, wobei sich die diskreten Elektroden (19) auf dem ersten Substrat (25) befinden,

ein zweites Substrat (24), das mit dem ersten Substrat (25) verbunden ist, um einen Flüssigkeitsdurchlaß zu bilden, und

eine gemeinsame Elektrode (18, 17, 22, 23), die mit den Energie-erzeugungselementen (15) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gemeinsame Elektrode (22, 23) auf dem zweiten Substrat (24) befindet.

2. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Substrat (24) aus einem elektroleitfähigen Material besteht und das zweite Substrat (24) selbst als die gemeinsame Elektrode (22, 23) funktioniert.

3. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 2, wobei das zweite Substrat (24) mit einem nicht elektrisch leitfähigen Material in einem Bereich beschichtet ist, der anders als ein Bereich ist, der mit den Energieerzeugungselementen (15) elektrisch verbunden ist.

4. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Energieerzeugungselemente (15) in der Gestalt elektrothermischer Wandler sind.

5. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieerzeugungselemente (15) in der Gestalt von laminierten piezoelektrischen Elementen sind.

6. Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, das einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 hat.

7. Ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, aufweisend:

Vorbereiten eines ersten Substrats (25), das Energieerzeugungselemente (15) zur Erzeugung von Energie zum Ausstoßen von Flüssigkeiten hat;

Vorbereiten eines zweiten Substrats (24), das mit dem ersten Substrat (25) verbunden ist, um einen Flüssigkeitsdurchlaß zu bilden;

Versehen des ersten Substrats (25) mit einer diskreten Elektrode (19), die mit den Energieerzeugungselementen (15) elektrisch verbunden ist;

Versehen des zweiten Substrats (24) mit einer gemeinsamen Elektrode (22, 23), die mit den Energieerzeugungselementen (15) elektrisch verbunden ist (17, 18).