DE69814267T2 - Verbesserte Druckkopfstruktur und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Drucktechnologie und beinhaltet insbesondere eine verbesserte Druckkopf- und Öffnungsplattenstruktur von hoher Haltbarkeit zur Verwendung bei einer Tintenkassette (z. B. einem Thermotintenstrahlsystem). Die vorliegende Erfindung ist verwandt mit der US-Patentschrift 6062679A (Aktenzeichen 10960551) „Printhead for an Inkjet Cartridge and Method for Producing the Same", die im Namen von Neal W. Meyer et al. zu demselben Datum wie die vorliegende Patentanmeldung eingereicht wurde und an denselben Anmelder übertragen wurde.
  • Auf dem Gebiet der elektronischen Drucktechnologie fanden und finden beträchtliche Entwicklungen statt. Im einzelnen existiert derzeit eine große Vielfalt an hocheffizienten Drucksystemen, die in der Lage sind, Tinte auf rasche und präzise Weise auszugeben. Diesbezüglich sind Thermotintenstrahlsysteme besonders wichtig. Drucksysteme, die eine Thermotintenstrahltechnologie verwenden, beinhalten im Grunde eine Kassette, die zumindest eine Tintenreservoirkammer umfaßt, die sich in Fluidkommunikation mit einem Substrat befindet, das eine Mehrzahl von Widerständen auf demselben aufweist. Eine selektive Aktivierung der Widerstände bewirkt eine thermische Anregung der Tinte und ein Ausstoßen der Tinte aus der Kassette. Repräsentative Thermotintenstrahlsysteme sind in den US-Patentschriften Nr. 4,500,895 an Buck et al.; Nr. 4,771,295 an Baker et al.; Nr. 5,278,584 an Keefe et al.; und in dem Hewlett-Packard Journal, Band 39, Nr. 4 (August 1988) erläutert.
  • Um Tintenmaterialien effektiv einem ausgewählten Substrat zuzuführen, umfassen Thermotintenstrahldruckköpfe in der Regel ein als „Öffnungsplatte" oder „Düsenplatte" bekanntes äußeres Plattenbauglied, das eine Mehrzahl von Tintenaus stoßöffnungen (bzw. -austritte) durch dasselbe umfaßt. Anfänglich wurden diese Öffnungsplatten aus einer oder mehreren metallischen Zusammensetzungen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, goldplattiertem Nickel und ähnlichen Materialien hergestellt. Jüngste Entwicklungen beim Entwurf von Thermotintenstrahldruckköpfen führten jedoch zu der Produktion von Öffnungsplatten, die einen nichtmetallischen Charakter aufweisen, wobei der Begriff „nichtmetallisch" definiert ist, um eine oder mehrere Materialschichten zu beinhalten, die keine elementaren Metalle, Metallamalgame oder Metallegierungen enthalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden diese nichtmetallischen Öffnungsplatten aus einer Vielzahl unterschiedlicher organischer Polymere hergestellt, die Filmprodukte umfassen, jedoch nicht auf dieselben beschränkt sind, welche aus Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Gemischen derselben bestehen. Eine repräsentative polymere (polyimidbasierte) Zusammensetzung, die sich für diesen Zweck eignet, ist ein kommerzielles Produkt, das unter dem Markenzeichen „KAPTON" von E.I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, DE (USA), verkauft wird. Öffnungsplattenstrukturen, die aus den oben beschriebenen nicht-metallischen Zusammensetzungen hergestellt werden, weisen in der Regel eine einheitliche Dicke auf, wobei eine durchschnittliche Dicke im Bereich von etwa 1,0 bis 2,0 Millizoll liegt. Desgleichen liefern sie zahlreiche Vorteile, die von verringerten Produktionskosten bis zu einer beträchtlichen Vereinfachung der Druckkopfstruktur, die zu einer verbesserten Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und zu einer einfachen Herstellung führt, reichen. Die Herstellung von nichtmetallischen Öffnungsplatten des Filmtyps und die entsprechende Herstellung der gesamten Druckkopfstruktur wird in der Regel unter Verwendung einer herkömmlichen automatischen Folienbondtechnologie („TAB – tape automated bonding") bewerkstelligt, wie in der an Dion erteilten US-Patentschrift Nr. 4,944,850 allgemein erörtert ist. Des gleichen werden weitere ausführliche Informationen in bezug auf polymere, nicht-metallische Öffnungsplatten des oben beschriebenen Typs in den folgenden US-Patentschriften erörtert: Nr. 5,278,584 an Keefe et al. und Nr. 5,305,015 an Schantz et al.
  • Jedoch ist eine vorrangige Überlegung bei der Auswahl jeglichen Materials, das bei der Verwendung einer Tintenstrahlöffnungsplatte verwendet werden soll (besonders der oben aufgeführten polymeren Zusammensetzungen), die insgesamte Haltbarkeit der fertiggestellten Plattenstruktur. Der Begriff „Haltbarkeit" umfaßt gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument eine breite Vielfalt an Charakteristika, die Abrieb- und Verformungsbeständigkeit umfassen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind. Sowohl ein Abrieb als auch eine Verformung der Öffnungsplatte kann während eines Kontaktes zwischen der Öffnungsplatte und einer Vielzahl von Strukturen auftreten, die während des Druckvorgangs angetroffen werden, einschließlich Strukturen vom Wischvorrichtungstyp (normalerweise aus Gummi und dergleichen hergestellt), die in der Regel in herkömmliche Drucksysteme integriert sind.
  • Verformung und Abrieb der Öffnungsplatte verringern nicht nur die Gesamtlebensdauer des Druckkopfes und der demselben zugeordneten Kassette, sondern können auch eine allmähliche Verschlechterung der Druckqualität bewirken. Im einzelnen kann eine Verformung der Öffnungsplatte zu der Produktion von gedruckten Bildern führen, die verzerrt und ungenau sind und einen entsprechenden Auflösungsverlust aufweisen. Der Begriff „Haltbarkeit" umfaßt ferner eine Situation, bei der die Öffnungsplatte ausreichend starr ist, um Probleme, die mit einer „Vertiefungsbildung" („Dimpling") verbunden sind, zu vermeiden. Eine Vertiefungsbildung beinhaltet traditionell eine Situation, bei der Öffnungsplatten, die aus nicht-metallischen, polymerhaltigen Materialien hergestellt sind, während der Montage des Druckkopfs oder der Kassette einer Verformung unterzogen werden, derart, daß die Öff nungsplatte im wesentlichen nicht-planar wird und die Düsenachse falsch ausgerichtet ist. Ein Kräuseln wird in der Regel durch einen physischen Abrieb der Düsenplatte, beispielsweise mit einer Druckerwischvorrichtung, verursacht und ist ebenfalls dem Düsenausgang zugeordnet. Kräuseln und Vertiefungsbildung stellen beträchtliche Probleme dar, die eine Fehlleitung der Tintentröpfchen umfassen, die aus dem Druckkopf ausgestoßen werden, was zu nicht ordnungsgemäß gedruckten Bildern führt. Demgemäß sind alle diese Faktoren wichtig beim Herstellen eines fertiggestellten Thermotintenstrahlsystems, das eine lange Lebensdauer aufweist und in der Lage ist, während der gesamten Lebensdauer des Systems klare und deutliche Bilder zu erzeugen. Die Patentschrift US5278584A zeigt einen Druckkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Vor der Entwicklung der vorliegenden Erfindung bestand ein Bedarf an einer Tintenstrahlöffnungsplatte, die aus nichtmetallischen Zusammensetzungen aus organischem Polymer (sowie metallischen Verbindungen), die verbesserte Haltbarkeitscharakteristika aufwiesen, hergestellt war. Desgleichen bestand weiterhin ein Bedarf an einem Druckkopf, der ein hohes Maß an struktureller Integrität aufwies. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Ziele auf einzigartige Weise, indem sie einen spezialisierten Druckkopf und eine spezialisierte Öffnungsplattenstruktur bereitstellt, die durch verbesserte Haltbarkeitsgrade charakterisiert sind, wobei diese Komponenten sowohl auf Thermotintenstrahl- als auch andere Typen von Tintenstrahldrucksystemen anwendbar sind. Dementsprechend stellt die beanspruchte Erfindung einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Thermotintenstrahltechnologie dar, wie nachstehend ausführlich erläutert wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem (besonders eine Thermotintenstrahldruckeinheit) zu schaffen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem zu schaffen, das eine spezialisierte Öffnungsplatte umfaßt, die durch ein hohes Maß an Haltbarkeit, nämlich durch eine Beständigkeit in bezug auf Abrieb, Verformung und Vertiefungsbildungen, gekennzeichnet ist.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem zu schaffen, das eine spezialisierte Öffnungsplatte aufweist, die aus einer nichtmetallischen Zusammensetzung aus organischem Polymer hergestellt ist und auf eine einzigartige Weise behandelt ist, um die Haltbarkeitsgrade zu verbessern.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem zu schaffen, das eine spezialisierte Öffnungsplatte aufweist, die problemlos hergestellt und auf viele verschiedene Arten von Tintenkassettensystemen, einschließlich Thermotintenstrahleinheiten, angewandt wird.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem zu schaffen, das eine spezialisierte Öffnungsplatte aufweist, die unter Verwendung von Massenproduktionstechniken hergestellt werden kann, um die Herstellungskosten beträchtlich zu verringern.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Tintenstrahldrucksystem (z. B. eine Thermotintenstrahldruckvorrichtung) zu schaffen, das einen spezialisierten Druckkopf aufweist, der eine nicht-metallische Öffnungsplatte auf der Basis eines organischen Polymers um faßt, die eine äußere Beschichtung aufweist, die aus zumindest einer oder mehreren Materialschichten besteht, die entworfen sind, um die Öffnungsplatte vor Abrieb, Verformung, Vertiefungsbildung und dergleichen zu schützen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einzigartige Herstellungsprozesse zu schaffen, bei denen die beanspruchte Öffnungsplatte und der beanspruchte Druckkopf auf schnelle und effiziente Weise hergestellt werden, so daß die gewünschten Ziele erreicht werden können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein einzigartiges Tintenstrahldruckkopfsystem geschaffen, das eine nichtmetallische Öffnungsplatte umfaßt, die durch ein hohes Maß an Haltbarkeit und Festigkeit gekennzeichnet ist. Obwohl die Öffnungsplatte in der Regel aus einem nichtmetallischen Film aus organischem Polymer mit einer Nenndicke (z. B. etwa 25 bis 50 μm) hergestellt ist, ist sie abriebsbeständig und vermeidet desgleichen Probleme, die mit einer Verformung und einer „Vertiefungsbildung" gemäß der obigen Definition verbunden sind. Folglich sind die Betriebseffizienz und die Lebensdauer der Kassetteneinheit beträchtlich verbessert. Die folgende Erörterung stellt eine kurze Zusammenfassung der beanspruchten Erfindung dar. Spezifischere und umfassendere Informationen werden unten in dem Abschnitt Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen geliefert. Man sollte ferner beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Typen von Tintenstrahldruckvorrichtungen, wie sie unten aufgeführt sind, angewandt werden kann, obwohl sie hierin unter vorwiegender Bezugnahme auf Thermotintenstrahlsysteme erörtert wird. Dementsprechend kann die Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Art von Tintenkassettensystem verwendet werden, das eine Öffnungsplatte mit mehreren durch dieselbe verlaufenden Öffnungen umfaßt, die über einem Substrat positioniert ist, das eine oder mehrere Tintenauswurfvorrichtungen auf demselben aufweist. Somit soll die beanspruchte Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ einer Tintenstrahldrucktechnologie beschränkt sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Druckkopf gemäß dem unten angeführten Anspruch 1 geschaffen. Es wird eine verbesserte Druckkopfstruktur geschaffen, die im Grunde ein Tintenausstoßsystem umfaßt, das zwei Hauptkomponenten aufweist. Zunächst wird ein Substrat verwendet, das in der Regel aus Silizium hergestellt ist. Das Substrat weist eine obere Oberfläche auf, die zumindest eine und vorzugsweise mehrere Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. Vorrichtungen, die Tinte aus dem Druckkopf auswerfen oder ausstoßen) auf derselben aufweist. Bei einem bevorzugten und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, das hierin erörtert wird und das eine Thermotintenstrahltechnologie beinhaltet, umfaßt das Substrat mehrere Dünnfilmheizwiderstände auf demselben (z. B. von einem Typ aus Tantal/Aluminium), die verwendet werden, um Tintenmaterialien selektiv zu erhitzen, verdampfen und aus dem fertiggestellten Druckkopf auszustoßen. Wie nachfalgend näher erörtert wird, umfaßt das Substrat bei einem Thermotintenstrahlsystem desgleichen eine Mehrzahl von Logiktransistoren und zugeordneten metallischen Bahnen (Leiterbahnen) auf demselben, die mit den Widerständen elektrisch kommunizieren, so daß sie auf Verlangen erhitzt werden können.
  • Ein Öffnungsplattenbauglied ist über der oberen Oberfläche des Substrats, die die Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. Heizwiderstände) auf derselben aufweist, fest positioniert. Bei der vorliegenden Erfindung besteht die Öffnungsplatte vorzugsweise aus einer nicht-metallischen Zusammensetzung aus organischem Polymerfilm. Zu diesem Zweck können viele verschiedene Materialien verwendet werden, wobei die beanspruchte Erfindung nicht auf bestimmte organische Polymere beschränkt ist. Beispielsweise beinhalten die folgenden Zusammensetzungen repräsentative organische Polymere, die eingesetzt werden können, um die Öffnungsplatte zu erzeugen: Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®), Polyimid, Poly methylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Gemische derselben. Die Verwendung eines organischen Polymers eines Filmtyps für die Öffnungsplatte bei der beanspruchten Erfindung liefert im Vergleich zu traditionellen metallischen Öffnungsplatten (z. B. aus goldplattiertem Nickel) zahlreiche Vorteile, einschließlich einer Verringerung der Materialkosten und einer verbesserten Herstellungseffizienz. Insbesondere eignen sich Öffnungsplatten, die aus Zusammensetzungen aus organischem Polymer hergestellt sind, gut für eine Verwendung in Verbindung mit automatischen Folienbond-Herstellungsverfahren („TAB"-Herstellungsverfahren), wie nachfolgend erörtert wird. Die Öffnungsplatte weist ferner eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine Mehrzahl von Öffnungen, die vollständig durch die Öffnungsplatte verlaufen, auf, wobei jede der Öffnungen einen Zugriff auf zumindest eine der Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. Widerstände) auf der oberen Oberfläche des zugrundeliegenden Substrats bereitstellt (und in der Regel auf derselben Achse wie derselbe angeordnet ist).
  • Gemäß der beanspruchten Erfindung ist schließlich eine Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial auf zumindest entweder der oberen Oberfläche und/oder der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert (bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel z. B. benachbart zu den Öffnungen durch die Öffnungsplatte, und dieselben umgebend). Dieser Schritt, bei dem eine nicht-metallische, Öffnungsplatte auf der Basis eines organischen Polymers mit einer Schicht aus einem Schutzmaterial beschichtet ist, stellt eine Abweichung von herkömmlichen Verfahren dar. Dieser Lösungsansatz liefert nicht nur die inhärenten Vorteile, die mit der Verwendung von nicht-metallischen Filmen aus organischem Polymer, um die Öffnungsplatte der obigen Erläuterung herzustellen, verbunden sind, sondern führt desgleichen zu einer fertiggestellten Struktur, die beständig gegen Abrieb, Verformung und Vertiefungsbildung ist.
  • Viele spezialisierte Zusammensetzungen können verwendet werden, um die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial auf der polymeren Öffnungsplatte bereitzustellen. Beispielsweise kann (dies entspricht nicht der beanspruchten Erfindung) eine ausgewählte dielektrische Zusammensetzung verwendet werden, wobei der Begriff „dielektrisch" definiert ist, um Materialien zu beinhalten, die elektrisch isolierend und im wesentlichen nicht leitfähig sind. Repräsentative dielektrische Materialien, die sich für diesen Zweck eignen, umfassen Siliziumnitrid (Si3N4), Bornitrid (BN), Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumcarbid (SiC) und eine Zusammensetzung, die als „Siliziumkohlenoxid" bekannt ist und die unter dem Namen Dylyn® von Advanced Refractory Technologies, Inc., Buffalo, NY (USA), im Handel erhältlich ist. Desgleichen können viele verschiedene Verfahren und Verarbeitungssequenzen verwendet werden, um diese Materialien auf die Öffnungsplatte aufzubringen, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Herstellungstechniken beschränkt ist. Wie unten erörtert wird, kann eine Aufbringung bzw. Abscheidung dieser Materialien beispielsweise unter Verwendung einer Anzahl von bekannten Prozeduren erreicht werden, einschließlich Plasmaaufdampfung, chemischer Aufdampfung, Zerstäuben bzw. Sputtern, Abscheidungsprozessen und anderer. Die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial kann desgleichen bei einer beliebigen Phase während des Herstellungsprozesses aufgebracht werden, obwohl bevorzugt ist, daß dieser Schritt während der Herstellung der polymeren Dünnfilm-Öffnungsplatte, und bevor sie an andere Druckkopfkomponenten angebracht wird, durchgeführt wird. Jedoch kann die mit diesem Schritt verbundene Reaktionssequenz gemäß den jeweiligen Materialien, die verarbeitet werden, und den ausgewählten Zusammensetzungen, die verwendet werden, um die Schicht aus Beschichtungsmaterial zu erzeugen, wie durch ein vorläufiges Pilottesten ermittelt wird, variiert werden.
  • Ein weiteres wichtiges Material gemäß der vorliegenden Erfindung, das dielektrische Eigenschaften sowie ein be trächtliches Maß an Haltbarkeit und Abriebbeständigkeit aufweist, ist eine Zusammensetzung, die als „diamantartiger Kohlenstoff" bzw. „DLC" (diamond-like carbon) bekannt ist. Dieses Material (das nachfolgend ziemlich ausführlich beschrieben wird) ist auch als „amorpher Kohlenstoff" bekannt. Es können viele verschiedene Verfahren und Verarbeitungssequenzen eingesetzt werden, um DLC auf die obere und/oder untere Oberfläche der Öffnungsplatte aufzubringen, wobei die beanspruchte Erfindung nicht auf bestimmte Herstellungstechniken beschränkt ist. Die Aufbringung von DLC auf die Öffnungsplatte kann wiederum unter Verwendung einer Anzahl von bekannten Prozessen bewerkstelligt werden, einschließlich Plasmaaufdampfung, chemischer Aufdampfung, Sputtern, Abscheidungsprozessen und anderer. Die Schutzschicht aus DLC kann in einer beliebigen Phase während des Herstellungsprozesses aufgebracht werden, obwohl es wiederum bevorzugt ist, daß dieser Schritt während der Herstellung der polymeren Öffnungsplatte, bevor sie an anderen Druckkopfkomponenten befestigt wird, bewerkstelligt wird. Jedoch kann die mit diesem Schritt verbundene Reaktionssequenz gemäß den jeweiligen Materialien, die verarbeitet werden, variiert werden.
  • Ungeachtet dessen, welche dielektrische Zusammensetzung für eine Zufuhr an die Öffnungsplatte ausgewählt wird (DLC oder andere), ist es bevorzugt, daß sie zumindest auf der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert wird. Jedoch wird bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung desgleichen in Betracht gezogen, daß die ausgewählte Schicht aus dielektrischem Material auf (1) sowohl die obere als auch die untere Oberfläche der Öffnungsplatte; und (2) nur die untere Oberfläche der Platte aufgebracht wird, wie unten erläutert wird. Dementsprechend soll eine Aufbringung der Schicht aus dielektrischem Beschichtungsmaterial auf „zumindest eine" der oberen bzw. der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte sowohl die oben aufgeführten Alternativen sowie auch das anfängliche Ausführungsbeispiel umfassen, bei dem das Beschichtungsmaterial lediglich auf die obere Oberfläche der Platte aufgebracht wird. Die Verwendung von DLC auf der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte liefert den zusätzlichen Vorteil einer verbesserten Haftung zwischen der Öffnungsplatte und den darunter liegenden Materialschichten in dem Druckkopf (z. B. der nachfolgend erörterten Barriereschicht). Dieser verbesserte Haftungsgrad wird direkt durch den einzigartigen chemischen Charakter von DLC, auf den nachstehend in weiteren Einzelheiten eingegangen wird, geliefert.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, besteht ein einzigartiges Merkmal der beanspruchten Erfindung darin, die oben beschriebenen Materialien auf eine Öffnungsplatte aufzubringen, die aus einer nicht-metallischen, auf organischem Polymer basierenden Zusammensetzung hergestellt ist.
  • Der fertiggestellte Druckkopf, der die kombinierten Vorteile einer nicht-metallischen, polymeren Öffnungsplatte und einer abrieb-/verformungsbeständigen DLC-Beschichtung umfaßt, kann anschließend verwendet werden, um eine Thermotintenstrahlkassette eines verbesserten Entwurfs und einer verbesserten Effizienz zu erzeugen. Bei allen beanspruchten Ausführungsbeispielen, die DLC-Beschichtungen beinhalten, wird dies dadurch bewerkstelligt, daß ein Gehäuse bereitgestellt wird, das in demselben ein Tintenrückhaltefach aufweist. Der fertiggestellte Druckkopf wird anschließend derart an dem Gehäuse befestigt, daß sich der Druckkopf in Fluidkommunikation mit dem Fach (und Tintenmaterialien) in dem Gehäuse befindet. Es ist wichtig, zu beachten, daß der beanspruchte Druckkopf, die beanspruchte Öffnungsplatte und mit denselben verbundene Vorteile auf viele verschiedene Tintenkassetten anwendbar sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Kassettenentwürfe oder -konfigurationen beschränkt ist. Desgleichen stellt das mit der Erfindung verbundene grundlegende Verfahren eine wichtige Entwicklung in der Tintenstrahltechnologie dar, die ermöglicht, daß die Öffnungsplatte in dem Druckkopf auf geeignete Weise geschützt wird. Dieses Verfahren beinhaltet (1) ein Bereitstellen eines Tintenstrahldruckkopfes, wie er oben beschrieben wurde, der ein Substrat, das Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. mehrere Widerstände) auf demselben aufweist, und eine Öffnungsplatte, die über dem Substrat positioniert ist und eine obere Oberfläche und eine Mehrzahl von Öffnungen durch dieselbe aufweist, umfaßt; und (2) ein Aufbringen einer Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial direkt auf zumindest entweder der oberen Oberfläche und/oder der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte. Die Schutzbeschichtung umfaßt einen diamantartigen Kohlenstoff, der ein dielektrisches Material mit einzigartigen Eigenschaften ist. Eine Implementierung dieses Verfahrens kann wie oben beschrieben oder gemäß routinemäßigen Modifikationen des vorstehenden Prozesses, die dasselbe Ergebnis erzielen, bewerkstelligt werden. Ungeachtet der Schritte, die verwendet werden, um die verbesserte Druckkopfstruktur zu erzeugen, stellt das beanspruchte Verfahren in seiner breitestgefaßten Bedeutung einen Fortschritt auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucktechnologie dar.
  • Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend in der folgenden Kurzen Beschreibung der Zeichnungen und der Ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Veranschaulichung einer repräsentativen Thermotintenstrahlkassetteneinheit, die in Verbindung mit dem Druckkopf und der Öffnungsplatte der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht des der Thermotintenstrahlkassetteneinheit der 1 zugeordneten Druckkopfes.
  • 3 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer dielektrischen Zusammensetzung umfaßt, die auf der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 4 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer dielektrischen Zusammensetzung umfaßt, die sowohl auf der oberen als auch der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 5 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer dielektrischen Zusammensetzung umfaßt, die auf lediglich der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 6 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Thermotintenstrahldruckkopfes, der gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Vorschlag hergestellt ist, der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer ausgewählten Metallzusammensetzung umfaßt, die auf der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 7 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der gemäß dem Vorschlag der 6 hergestellt ist, bei dem eine spezifische Gruppe aus mehreren metallhaltigen Schichten in Verbindung mit der metallischen Schutzbeschichtungsschicht verwendet wird, die auf der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 8 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der gemäß einem Vorschlag der Erfindung hergestellt ist und der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer ausgewählten Metallzusammensetzung umfaßt, die sowohl auf der oberen Oberfläche als auch auf der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 9 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der gemäß dem Ausführungsbeispiel der 8 hergestellt ist und bei dem eine spezifische Gruppe aus mehreren metallhaltigen Schichten in Verbindung mit der metallischen Schutzbeschichtungsschicht verwendet wird, die auf der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • 10 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines repräsentativen Thermotintenstrahldruckkopfes, der gemäß einem Vorschlag der Erfindung hergestellt ist und der zumindest eine Schutzbeschichtungsschicht aus einer ausgewählten Metallzusammensetzung umfaßt, die lediglich auf der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte positioniert ist.
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen einzigartigen Druckkopf für ein Tintenstrahldrucksystem, der eine spezialisierte Öffnungsplatte umfaßt, durch die die Tinte verläuft. Die Tinte wird anschließend an ein ausgewähltes Druckmedienmaterial (z. B. Papier) geliefert, wobei erkömm liche Tintenstrahldrucktechniken verwendet werden. Thermotintenstrahldrucksysteme eignen sich besonders gut für diesen Zweck. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwenden die beanspruchten Druckkopfsysteme eine Öffnungsplatte mit mehreren Öffnungen durch dieselbe, die aus einem nicht-metallischen, organischen Polymerfilm hergestellt ist, wobei spezifische Beispiele nachstehend geliefert werden. Um die Haltbarkeit dieser Struktur (und des gesamten Druckkopfes) zu verbessern, sind eine oder mehrere DLC-Schutzbeschichtungsschichten auf die obere Oberfläche (und/oder die untere Oberfläche) der Öffnungsplatte aufgebracht, um einen Abrieb, eine Verformung und/oder eine Vertiefungsbildung der Struktur zu verhindern. All diese Merkmale wirken zusammen, um einen haltbaren Druckkopf einer langen Lebensdauer zu erzeugen, bei dem ein hohes Maß an Druckqualität beibehalten wird. Wie nachstehend erläutert wird, stellen die beanspruchte Erfindung und die beanspruchten Herstellungsprozesse demgemäß einen beträchtlichen Fortschritt in der Tintenstrahldrucktechnologie dar.
  • A. Kurze Übersicht über die Thermotintenstrahltechnologie und eine repräsentative Kassetteneinheit
  • Wie oben erwähnt wurde, ist die vorliegende Erfindung auf eine breite Palette von Tintenkassettendruckköpfen anwendbar, die (1) ein oberes Plattenbauglied, das eine oder mehrere Öffnungen durch dasselbe aufweist; und (2) ein Substrat. unter dem Plattenbauglied, das zumindest eine oder mehrere „Tintenauswurfvorrichtungen" aufweist, die sich auf demselben befinden oder die demselben zugeordnet sind, umfassen. Der Begriff „Tintenauswurfvorrichtung" soll definiert sein, um jegliche Art von Komponente oder System zu umfassen, die Tintenmaterialien durch das Plattenbauglied aus dem Druckkopf selektiv auswirft oder ausstößt. Thermotintenstrahldrucksysteme, die mehrere Heizwiderstände als Tintenauswurfvorrichtungen verwenden, sind zu diesem Zweck bevorzugt. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Tintenauswurfvorrichtungen oder Tintenstrahldrucksystem beschränkt sein, wie oben erwähnt wurde. Statt dessen können in der Erfindung eine Anzahl von unterschiedlichen Tintenstrahlvorrichtungen enthalten sein, einschließlich, aber nicht ausschließlich, piezoelektrischer Tropfsysteme des allgemeinen Typs, der in der an Smith erteilten US-Patentschrift Nr. 4,329,698 offenbart ist, Punktmatrixsysteme der Variante, die in der an Kobayashi et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 4,749,291 offenbart ist, sowie anderer vergleichbarer und funktional äquivalenter Systeme, die entworfen sind, um unter Verwendung einer oder mehrerer Tintenauswurfvorrichtungen Tinte zuzuführen. Die spezifischen Tintenausstofvorrichtungen, die diesen alternativen Systemen zugeordnet sind (z. B. die piezoelektrischen Elemente in dem System der US-Patentschrift Nr. 4,329,698) sollen in dem Begriff „Tintenauswurfvorrichtungen", wie er oben erörtert wurde, enthalten sein. Demgemäß soll man verstehen, daß, obwohl die vorliegende Erfindung hierin unter vorwiegender Bezugnahme auf eine Thermotintenstrahltechnologie erörtert wird, andere Systeme gleichermaßen auf die beanspruchte Technologie anwendbar und für dieselbe relevant sind.
  • Um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung in bezug auf ihre Anwendung auf Thermotintenstrahltechnologie (die das bevorzugte System von vorrangigem Interesse ist) zu erleichtern, wird nun eine Übersicht über die Thermotintenstrahltechnologie geliefert. Es ist wichtig zu betonen, daß die beanspruchte Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Thermotintenstrahlkassetteneinheit beschränkt ist. In Verbindung mit den Materialien und Prozessen der Erfindung können viele verschiedene Kassettensysteme verwendet werden. Diesbezüglich soll die Erfindung potentiell auf jegliche Art von Thermotintenstrahlsystem anwendbar sein, das eine Mehrzahl von Dünnfilm-Heizwiderständen verwendet, die als „Tintenauswurfvorrichtungen" auf einem Substrat angebracht sind, um Tintenmaterialien selektiv zuzuführen, wobei die Tintenmaterialien eine Öffnungsplatte, die mehrere Öffnungen in derselben aufweist, durchlaufen. Die in den oben aufgeführten Zeichnungsfiguren schematisch gezeigten Tintenzufuhrsysteme sind lediglich zu Beispielszwecken vorgesehen und stellen keine Einschränkung dar.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist eine repräsentative Thermotintenstrahltintenkassette 10 veranschaulicht. Diese Kassette ist von einem allgemeinen Typ, der in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 und in dem Hewlett-Packard Journal, Band 39, Nr. 4 (August 1988), die beide durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, veranschaulicht und beschrieben wird. Es wird erneut betont, daß die Kassette 10 in einem schematischen Format gezeigt ist, wobei ausführlichere Informationen in Bezug auf die Kassette 10 in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 geliefert werden. Wie in 1 veranschaulicht ist, umfaßt die Kassette 10 zunächst ein Gehäuse 12, das vorzugsweise aus Kunststoff, Metall, oder einer Kombination aus beidem hergestellt ist. Das Gehäuse 12 weist ferner eine obere Wand 16, eine untere Wand 18, eine erste Seitenwand 20 und eine zweite Seitenwand 22 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die obere Wand 16 und die untere Wand 18 im wesentlichen parallel zueinander. Desgleichen sind auch die erste Seitenwand 20 und die zweite Seitenwand 22 im wesentlichen parallel zueinander.
  • Das Gehäuse 12 umfaßt ferner eine vordere Wand 24 und eine hintere Wand 26. In dem Gehäuse 12 befindet sich eine Innenkammer oder ein Innenfach 30 (in 1 in gestrichelten Linien gezeigt), das von der vorderen Wand 24, der oberen Wand 16, der unteren Wand 18, der ersten Seitenwand 20, der zweiten Seitenwand 22 und der hinteren Wand 26 umgeben ist, wobei diese Innenkammer bzw. dieses Innenfach 30 entworfen ist, um einen Vorrat an Tinte in derselben bzw. demselben zurückzuhalten, wie unten beschrieben wird. Die vordere Wand 24 umfaßt ferner eine extern positionierte, sich nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34, die in der selben einen im wesentlichen rechteckigen mittigen Hohlraum 50 aufweist. Der mittige Hohlraum 50 umfaßt eine in 1 gezeigte untere Wand 52 mit einem Tintenauslaßtor 54 in derselben. Das Tintenauslaßtor 54 verläuft gänzlich durch das Gehäuse 12 und kommuniziert folglich mit dem Fach 30 in dem Gehäuse 12, so daß Tintenmaterialien von dem Fach 30 durch das Tintenauslaßtor 54 nach außen fließen können.
  • Ebenfalls in dem mittigen Hohlraum 50 positioniert ist ein rechteckiger, sich nach oben erstreckender Anbringrahmen 56, dessen Funktion im folgenden erörtert wird. Wie in 1 schematisch gezeigt ist, ist der Anbringrahmen 56 im wesentlichen eben (bündig) mit der Vorderseite 60 der Druckkopfträgerstruktur 34. Der Anbringrahmen 56 umfaßt speziell zwei längliche Seitenwände 62, 64, die ebenfalls nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist ein Druckkopf, der in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 80 benannt ist, fest an dem Gehäuse 12 der Tintenkassetteneinheit 10 befestigt (z. B. an der sich nach außen erstreckenden Druckkopfträgerstruktur 34 befestigt). Für die Zwecke dieser Erfindung und gemäß der herkömmlichen Terminologie weist der Druckkopf 80 in der Tat zwei Hauptkomponenten auf, die fest aneinander angebracht sind (wobei gewisse Teilkomponenten zwischen denselben positioniert sind). Diese Komponenten und zusätzliche Informationen, die den Druckkopf 80 betreffen, sind in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584, die wiederum die Tintenkassette 10 in beträchtlichem Detail erörtert und durch Bezugnahme in dieses Dokument aufgenommen ist, geliefert. Die erste Hauptkomponente, die verwendet wird, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, besteht aus einem vorzugsweise aus Silizium hergestellten Substrat 82. Unter Verwendung herkömmlicher Dünnfilmherstellungsmethoden wird eine Mehrzahl von einzeln mit Energie versorgbaren Dünnfilmwiderständen 86, die als „Tintenauswurfvorrichtungen" fungieren und vorzugsweise aus einer Tantal/Aluminium- Zusammensetzung, die in der Technik zu einer Widerstandsherstellung bekannt sind, an der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 befestigt. In der schematischen Darstellung der 1 ist lediglich eine kleine Anzahl von Widerständen 86 gezeigt, wobei die Widerstände 86 der Deutlichkeit halber in einem vergrößerten Format präsentiert sind. Unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Methoden ist auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 ferner eine Mehrzahl von metallischen Leiterbahnen 90 vorgesehen, die mit den Widerständen 86 elektrisch kommunizieren. Die Leiterbahnen 90 kommunizieren ferner mit mehreren metallischen anschlußflächenartigen Kontaktregionen 92, die an den Enden 94, 95 des Substrats 82 auf der oberen Oberfläche 84 positioniert sind. Die Funktion all dieser Komponenten, die zusammengenommen hierin kollektiv als Widerstandsanordnung 96 bezeichnet werden, wird nachstehend ausführlicher erläutert. Es können viele verschiedene Materialien und Entwurfskonfigurationen verwendet werden, um die Widerstandsanordnung 96 zu konstruieren, wobei die vorliegende Erfindung zu diesem Zweck nicht auf bestimmte Elemente, Materialien und Komponenten beschränkt ist. Bei einem bevorzugten, repräsentativen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, das in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 erörtert ist, ist die Widerstandsanordnung 96 etwa 1,5 cm (0,5 Zoll) lang und enthält desgleichen 300 Widerstände 86, was somit eine Auflösung von 600 Punkten pro Zoll („DPI – dots per inch") ermöglicht. Das Substrat 82, das die Widerstände 86 auf demselben enthält, weist vorzugsweise eine Breite „W1 " (W = width) (1) auf, die geringer ist als der Abstand „D1 " (D = distance) zwischen den Seitenwänden 62, 64 des Anbringrahmens 56. Folglich sind auf beiden Seiten des Substrats 82 Tintenflußdurchgänge 100, 102 (in 2 schematisch gezeigt) gebildet, so daß Tinte, die von dem Tintenauslaßtor 54 in dem mittigen Hohlraum 50 fließt, letztendlich in Kontakt mit den Widerständen 86 kommen kann, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Es sollte ferner beachtet werden, daß das Substrat 82 eine Anzahl anderer Komponenten (nicht gezeigt) auf demselben aufweisen kann, je nach Typ der betrachteten Tintenkassetteneinheit 10. Beispielsweise kann das Substrat 82 desgleichen eine Mehrzahl von Logiktransistoren zum präzisen Steuern eines Betriebs der Widerstände 86 sowie einen „Demultiplexer" einer herkömmlichen Konfiguration, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 erörtert, umfassen. Der Demultiplexer wird verwendet, um ankommende multiplexierte Signale zu demultiplexieren und diese Signale anschließend an die verschiedenen Dünnfilmwiderstände 86 zu verteilen. Die Verwendung eines Demultiplexers für diesen Zweck ermöglicht eine Verringerung der Komplexität und des Umfangs der Schaltungsanordnung (z. B. Kontaktregionen 92 und Bahnen 90), die auf dem Substrat 82 gebildet ist. Andere Merkmale des Substrats 82 (z. B. die Widerstandsanordnung 96) werden nachfolgend präsentiert.
  • Die zweite Hauptkomponente des Druckkopfes 80 ist sicher an der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 befestigt (wobei eine Anzahl von zwischen denselben liegenden Materialschichten bei dem herkömmlichen Entwurf der 1 eine Barriereschicht und eine Haftungsschicht umfassen). Im einzelnen ist, wie in 1 gezeigt ist, eine Öffnungsplatte 104 vorgesehen, die verwendet wird, um die ausgewählten Tintenzusammensetzungen an ein benanntes Druckmedienmaterial (z. B. Papier) zu verteilen. Bekannte Öffnungsplattenentwürfe beinhalteten eine starre Plattenstruktur, die aus einer Inertmetallzusammensetzung (z. B. goldplattiertem Nickel) hergestellt war. Jüngste Entwicklungen in der Thermotintenstrahltechnologie führten jedoch zu der Verwendung von nicht-metallischen, organischen Polymerfilmen, um die Öffnungsplatte 104 herzustellen. Wie in 1 veranschaulicht ist, besteht diese Art von Öffnungsplatte 104 aus einem flexiblen Substrat 106 des Filmtyps, das aus einem ausgewählten nicht-metallischen organischen Polymerfilm hergestellt ist, der bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel eine Nenndicke von etwa 25 bis 50 μm aufweist. Für die Zwecke dieser Erfindung, wie sie nachfolgend erörtert wird, beinhaltet der Begriff „nicht-metallisch" eine Zusammensetzung, die keine elementaren Metalle, Metallegierungen oder Metallamalgame enthält. Desgleichen beinhaltet der Ausdruck „organisches Polymer" eine langkettige, Kohlenstoff enthaltende Struktur aus sich wiederholenden chemischen Untereinheiten. Zu diesem Zweck kann eine Anzahl unterschiedlicher polymerer Zusammensetzungen verwendet werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Konstruktionsmaterialien beschränkt ist. Beispielsweise kann das polymere Substrat 106 aus folgenden Zusammensetzungen hergestellt sein: Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Gemischen derselben. Desgleichen ist eine repräsentative kommerzielle Zusammensetzung aus organischem Polymer (z. B. eine polyimidbasierte Zusammensetzung), die zum Herstellen des Substrats 106 geeignet ist, ein Produkt, das von DuPont, Wilmington, DE (USA), unter dem Markenzeichen „KAPTON" verkauft wird. Wie in der schematischen Veranschaulichung der 1 gezeigt ist, ist die flexible Öffnungsplatte 104 entworfen, um sich um die sich nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34 in der fertiggestellten Tintenkassette 10 „herumzuwickeln".
  • Das Substrat 106 vom Filmtyp (z. B. die Öffnungsplatte 104) umfaßt ferner eine obere Oberfläche 110 und eine untere Oberfläche 112 (1 und 2). Auf der unteren Oberfläche 112 des Substrats 106 ist eine Mehrzahl von metallischen (z. B. aus Kupfer bestehenden) Schaltungsbahnen 114 gebildet, die in 1 in gestrichelten Linien gezeigt sind und die unter Verwendung bekannter Metallabscheidungs- und photolithographischer Techniken auf die untere Oberfläche 112 aufgebracht werden. Auf der unteren Oberfläche 112 des, Substrats 106 vom Filmtyp (Öffnungsplatte 104) können viele verschiedene Schaltungsbahnmuster verwendet werden, wobei das spezifische Muster von dem in Betracht stehenden bestimmten Typ von Tintenkassetteneinheit 10 und Drucksystem abhängt. Bei einer Position 116 auf der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106 ist ferner eine Mehrzahl von metallischen (z. B. aus goldplattiertem Kupfer bestehenden) Kontaktanschlußflächen 120 vorgesehen. Die Kontaktanschlußflächen 120 kommunizieren mit den darunter liegenden Schaltungsbahnen 114 auf der unteren Oberfläche 112 des Substrats über (nicht gezeigte) Öffnungen durch das Substrat 106. Während der Verwendung der Tintenkassette 10 in einer Druckereinheit treten die Kontaktflächen 120 in Kontakt mit entsprechenden Druckerkontakten, um elektrische Steuersignale von dem Drucker an die Kontaktanschlußflächen 120 und Schaltungsbahnen 114 auf der Öffnungsplatte 104 zum Zweck einer letztendlichen Zufuhr an die Widerstandsanordnung 96 zu senden. Eine elektrische Kommunikation zwischen der Widerstandsanordnung 96 und der Öffnungsplatte 104 wird nachfolgend erläutert.
  • In der mittleren Region 122 des Substrats 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 zu erzeugen, ist eine Mehrzahl von Öffnungen 124 angeordnet, die das Substrat 104 vollständig durchlaufen. Diese Öffnungen 124 sind in 1 in einem vergrößerten Format gezeigt. Jede Öffnung 124 weist bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,05 mm auf. Bei dem fertiggestellten Druckkopf 80 sind alle oben aufgeführten Komponenten so montiert (nachfolgend erläutert), daß jede der Öffnungen 124 mit zumindest einem der Widerstände 86 (z. B. „Tintenauswurfvorrichtungen") auf dem Substrat 82 ausgerichtet ist. Folglich bewirkt ein Versorgen eines gegebenen Widerstands 86 mit Energie einen Tintenausstoß aus der gewünschten Öffnung 124 durch die Öffnungsplatte 104. Die beanspruchte Erfindung ist in Verbindung mit der Öffnungsplatte 104 nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder auf bestimmte Abmessungscharakteristika beschränkt und ist desgleichen nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung der Öffnungen 124 beschränkt. Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel, wie es in 1 präsentiert ist, sind die Öffnungen 124 in zwei Reihen 126, 130 auf dem Substrat 106 angeordnet. Falls diese Anordnung der Öffnungen 124 verwen det wird, sind die Widerstände 86 auf der Widerstandsanordnung 96 (z. B. dem Substrat 82) ebenfalls in zwei entsprechenden Reihen 132, 134 angeordnet, so daß die Reihen 132, 134 der Widerstände 86 im wesentlichen mit den Reihen 126, 130 der Öffnungen 124 ausgerichtet sind.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind schließlich an jedem Ende der Reihen 126, 130 der Öffnungen 124 zwei rechteckige Fenster 150, 152 vorgesehen. Teilweise in den Fenstern 150, 152 positioniert sind Anschlußleitungen 154 vom Balkentyp, die bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel aus goldplattiertem Kupfer bestehen und die Anschlußenden (z. B. die den Kontaktanschlußflächen 120 gegenüberliegenden Enden) der Schaltungsbahnen 114 darstellen, die auf der unteren Oberfläche 112 des Substrats 106/der Öffnungsplatte 104 positioniert sind. Die Anschlußleitungen 154 sind für eine elektrische Verbindung durch Löten, Thermokompressionsbonden und dergleichen mit den Kontaktregionen 92 auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet ist, entworfen. Eine Befestigung der Anschlußleitungen 154 an den Kontaktregionen 92 auf dem Substrat 82 wird während Massenproduktionsherstellungsprozessen durch die Fenster 150, 152 erleichtert, die einen unmittelbaren Zugang zu diesen Komponenten ermöglichen. Folglich wird eine elektrische Kommunikation von den Kontaktanschlußflächen 120 zu der Widerstandsanordnung 96 über die Schaltungsbahnen 114 auf der Öffnungsplatte 104 eingerichtet. Elektrische Signale von der (nicht gezeigten) Druckereinheit können anschließend über die Leiterbahnen 90 auf dem Substrat 82 zu den Widerständen 86 wandern, so daß ein Erhitzen (eine Energieversorgung) der Widerstände 86 auf Verlangen stattfinden kann.
  • An diesem Punkt ist es wichtig, Herstellungstechniken in Verbindung mit den oben beschriebenen Strukturen, die zum Herstellen des Druckkopfes 80 verwendet werden, kurz zu erörtern. Unter Bezugnahme auf die Öffnungsplatte 104 werden alle Öffnungen durch dieselbe, einschließlich der Fenster 150, 152 und der Öffnungen 124, in der Regel unter Verwendung herkömmlicher Laserablationstechniken gebildet, wie sie wiederum in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 erörtert werden. Im einzelnen wird zu diesem Zweck eine Maskenstruktur verwendet, die anfänglich unter Verwendung standardmäßiger lithographischer Techniken erzeugt wird. Anschließend wird ein Lasersystem eines herkömmlichen Entwurfs ausgewählt, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Excimer-Laser eines Typs beinhaltet, der aus den folgenden Alternativen ausgewählt ist: F2, ArF, KrCl, KrF oder XeCl. Unter Verwendung dieses bestimmten Systems (zusammen mit bevorzugten Pulsenergien, die größer sind als etwa 100 Millijoules/cm2, und Pulsdauern, die kürzer sind als etwa 1 Mikrosekunde) können die oben aufgeführten Öffnungen (z. B. Austritte 124) mit einem hohen Maß an Genauigkeit, Präzision und Steuerung gebildet werden. Jedoch ist die beanspruchte Erfindung nicht auf ein bestimmtes Herstellungsverfahren beschränkt, wobei sich auch andere Verfahren zum Herstellen der fertiggestellten Öffnungsplatte 104 eignen, einschließlich herkömmlicher UV-Ablationsprozesse (z. B. unter Verwendung ultravioletten Lichts im Bereich von etwa 150 bis 400 nm) sowie einschließlich eines standardmäßigen chemischen Ätzens, Stempelns, reaktiven Ionenätzens, Ionenstrahlfräsens und anderer bekannter Prozesse.
  • Nachdem die Öffnungsplatte 104 wie oben erläutert hergestellt wurde, wird der Druckkopf 80 fertiggestellt, indem die Widerstandsanordnung 96 (z. B. das Substrat 82, das die Widerstände 86 auf demselben aufweist) an der Öffnungsplatte 104 befestigt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Herstellung des Druckkopfes 80 unter Verwendung einer automatischen Folienbondtechnologie („TAB"-Technologie) bewerkstelligt. Die Verwendung dieses bestimmten Prozesses zum Erzeugen des Druckkopfes 80 wird wiederum in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 ziemlich ausführlich erläutert. Desgleichen sind Hintergrundinformationen in Bezug auf TAB-Technologie ferner in der an Dion erteilten US- Patentschrift Nr. 4,944,850 bereitgestellt. Bei einem Herstellungssystem vom TAB-Typ existiert das verarbeitete Substrat 106 (z. B. die fertiggestellte Öffnungsplatte 104), das bereits abladiert und mit den Schaltungsbahnen 114 und Kontaktanschlußflächen 120 strukturiert wurde, tatsächlich in Form mehrerer miteinander verbundener „Rahmen" auf einem länglichen „Band", wobei jeder „Rahmen" eine Öffnungsplatte 104 darstellt. Das (nicht gezeigte) Band wird danach (nach einem Reinigen auf eine herkömmliche Weise, um Verunreinigungen und andere Restmaterialien zu beseitigen) in einer TAB-Bondingvorrichtung, die ein optisches Ausrichtteilsystem aufweist, positioniert. Eine derartige Vorrichtung ist in der Technik hinreichend bekannt und von vielen verschiedenen Quellen im Handel erhältlich, einschließlich, aber nicht ausschließlich, der Shinkawa Corporation, Japan, (Modell Nr. IL-20). Bei der TAB-Bondingvorrichtung sind das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnete Substrat 82 und die Öffnungsplatte 104 ordnungsgemäß orientiert, so daß (1) sich die Öffnungen 124 in einer präzisen Ausrichtung mit den Widerständen 86 auf dem Substrat 82 befinden; und (2) sich die den Schaltungsbahnen 114 auf der Öffnungsplatte 104 zugeordneten Anschlußleitungen 154 vom Balkentyp in einer Ausrichtung mit den Kontaktregionen 92 auf dem Substrat 82 befinden und an denselben positioniert sind. Die TAB-Bondingvorrichtung verwendet anschließend ein „Mehrfachbonding"-Verfahren (oder andere, ähnliche Prozeduren), um die Anschlußleitungen 154 auf die Kontaktregionen 92 zu drücken (was durch die offenen Fenster 150, 152 in der Öffnungsplatte 104 bewerkstelligt wird). Die TAB-Bondingvorrichtung führt daraufhin gemäß herkömmlichen Bondingprozessen Wärme zu, um diese Komponenten aneinander zu befestigen. Es ist ferner wichtig, zu beachten, daß für diesen Zweck gleichermaßen auch andere herkömmliche Bondingtechniken verwendet werden können, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Ultraschallbonden, Leitfähiges-Epoxy-Bonden, Feststoffpastenaufbringungsprozesse und andere ähnliche Verfahren. Diesbezüglich soll die beanspruchte Erfindung nicht auf be stimmte Verarbeitungstechniken, die dem Druckkopf 80 zugeordnet sind, beschränkt sein.
  • Wie zuvor in Verbindung der herkömmlichen Kassetteneinheit 10 in 1 erwähnt wurde, sind in der Regel zwischen der Öffnungsplatte 104 und der Widerstandsanordnung 96 (z. B. dem Substrat 82 mit den auf demselben befindlichen Widerständen 86) zusätzliche Materialschichten vorhanden. Diese zusätzlichen Schichten erfüllen verschiedene Funktionen, einschließlich einer elektrischen Isolierung, einer Haftung der Öffnungsplatte 104 an der Widerstandsanordnung 96 und dergleichen. Unter Bezugnahme auf 2 ist der Druckkopf 80 nach einer Anbringung an dem Gehäuse 12 der Kassetteneinheit 10 im Querschnitt veranschaulicht, wobei eine Anbringung dieser Komponenten nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Wie in 2 veranschaulicht ist, umfaßt die obere Oberfläche 84 des Substrats 82 desgleichen eine Barrierezwischenschicht 156 auf demselben, die die Leiterbahnen 90 (1) abdeckt, jedoch zwischen den und um die Widerstände 86 positioniert ist, ohne dieselben abzudecken. Folglich ist direkt über jedem Widerstand 86 eine Tintenverdampfungskammer 160 (2) gebildet. In jeder Kammer 160 werden Tintenmaterialien erhitzt, verdampft und anschließend durch die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104 ausgestoßen, wie unten angegeben ist.
  • Die Barrierenschicht 156 (die traditionell aus herkömmlichen organischen Polymeren, Photoresistmaterialien oder ähnlichen Zusammensetzungen hergestellt ist, wie sie in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 umrissen sind) wird unter Verwendung standardmäßiger photolithographischer Techniken oder anderer Verfahren, die zu diesem Zweck in der Technik bekannt sind, auf das Substrat 82 aufgebracht. Zusätzlich zu einem deutlichen Definieren der Verdampfungskammern 160 fungiert die Barriereschicht 156 ferner als chemische und elektrische Isolationsschicht. Wie in 2 gezeigt ist, ist oben auf der Barriereschicht eine Haftungsschicht 164 positioniert, die eine Anzahl un terschiedlicher Zusammensetzungen beinhalten kann, einschließlich eines ungehärteten Polyisopren-Photoresists, das unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer und anderer bekannter Verfahren aufgebracht wird. Es ist wichtig, zu beachten, daß die Verwendung einer separaten Haftungsschicht 164 in der Tat nicht notwendig sein muß, falls die Oberseite der Barriereschicht 156 auf irgendeine Weise haftend gemacht werden kann (z. B. falls sie aus einem Material besteht, das, wenn es erhitzt wird, biegsam wird und Haftungscharakteristika aufweist). Gemäß den in 1 bis 2 gezeigten herkömmlichen Strukturen und Materialien wird jedoch eine separate Haftungsschicht 164 verwendet.
  • Während des oben erörterten TAB-Bondingprozesses wird der Druckkopf 80 (der die zuvor beschriebenen Komponenten umfaßt) in einer Erhitzungs-/Druckausübungsstation in der TAB-Bondingvorrichtung schließlich einer Hitze- und Druckeinwirkung unterzogen. Dieser Schritt (der desgleichen unter Verwendung anderer Erhitzungsverfahren, einschließlich eines externen Erhitzens des Druckkopfes 80, bewerkstelligt werden kann) bewirkt eine thermische Haftung der inneren Komponenten aneinander (z. B. unter Verwendung der bei dem Ausführungsbeispiel der 2 gezeigten Haftungsschicht 164). Folglich ist der Druckkopfmontageprozeß auf dieser Stufe fertiggestellt.
  • Der einzige verbleibende Schritt beinhaltet ein Schneiden und Trennen der einzelnen „Rahmen" auf dem TAB-Streifen (wobei jeder „Rahmen" einen einzelnen fertiggestellten Druckkopf 80 aufweist), gefolgt von einer Anbringung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 der Tintenkassetteneinheit 10. Die Anbringung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 kann auf viele verschiedene Weisen bewerkstelligt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 2 schematisch veranschaulicht ist, kann jedoch ein Abschnitt eines Haftungsmaterials 166 entweder auf den Anbringrahmen 56 an dem Gehäuse und/oder auf ausgewählte Stellen auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 aufgebracht werden. Die Öffnungsplatte 104 wird anschließend auf haftende Weise an dem Gehäuse 12 (z. B. an dem Anbringrahmen 56, der der in 1 gezeigten, sich nach außen erstreckenden Druckkopfträgerstruktur 34 zugeordnet ist) befestigt. Repräsentative Haftungsmaterialien, die sich für diesen Zweck eignen, umfassen im Handel erhältliche und in der Technik bekannte Epoxyharz- und Cyanoacrylat-Haftmittel. Während des Anbringvorgangs ist das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnete Substrat 82 präzise in dem mittigen Hohlraum 50 positioniert, wie in 2 veranschaulicht ist, so daß das Substrat 82 in der Mitte des Anbringrahmens 56 angeordnet ist (oben erläutert und in 2 veranschaulicht). Auf diese Weise werden Tintenflußdurchgänge 100, 102 (2) gebildet, die ermöglichen, daß Tintenmaterialien von dem Tintenauslaßtor 54 in dem mittigen Hohlraum 50 zum Zweck eines Ausstoßens aus der Kassetteneinheit 10 durch die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104 in die Verdampfungskammern 160 fließen.
  • Um unter Verwendung der Kassetteneinheit 10 ein gedrucktes Bild 170 auf einem ausgewählten Bildempfangsmedium 172 (z. B. Papier) zu erzeugen, läuft ein Vorrat einer ausgewählten Tintenzusammensetzung 174 (schematisch in 1 veranschaulicht), der sich in dem Innenfach 30 des Gehäuses 12 befindet, in das und durch das Tintenauslaßtor 54 in der unteren Wand 52 des mittigen Hohlraums 50. Die Tintenzusammensetzung 174 fließt danach in und durch die Tintenflußdurchgänge 100, 102 in der Richtung der Pfeile 176, 180 hin zu dem Substrat 82, das die Widerstände 86 (z. B. die Widerstandsanordnung 96) auf demselben aufweist. Die Tintenzusammensetzung 174 tritt anschließend in die Verdampfungskammern 160 direkt über den Widerständen 86 ein. In den Kammern 160 gelangt die Tintenzusammensetzung 174 in Kontakt mit den Widerständen 86. Um die Widerstände 86 zu aktivieren (z. B. um denselben Energie zuzuführen), bewirkt das (nicht gezeigte) Druckersystem, das die Kassetteneinheit 10 enthält, daß elektrische Signale von der Druckereinheit zu den Kontaktanschlußflächen 120 auf der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106 der Öffnungsplatte 104 wandern. Die elektrischen Signale durchlaufen anschließend (nicht gezeigte) Durchkontaktierungen in der Platte 104 und wandern dann entlang der Schaltungsbahnen 114 auf der unteren Oberfläche 112 der Platte 104 zu der Widerstandsanordnung 96, die die Widerstände 86 enthält. Auf diese Weise können die Widerstände 86 selektiv mit Energie versorgt (z. B. erhitzt) werden, um eine Tintenverdampfung und einen sich daraus ergebenden Ausstoß von Tinte aus dem Druckkopf 80 über die Öffnungen 124 durch die Öffnungsplatte 104 zu bewirken. Die Tintenzusammensetzung 174 kann anschließend auf einer hochselektiven Basis auf Verlangen dem ausgewählten Bildempfangsmedium 172 zugeführt werden, um auf demselben ein Bild 170 zu erzeugen (1).
  • Es ist wichtig zu betonen, daß der oben erörterte Druckvorgang auf eine breite Palette unterschiedlicher Thermotintenstrahlkassettenentwürfe anwendbar ist. Diesbezüglich sind die nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Konzepte nicht auf ein bestimmtes Drucksystem beschränkt. Ein repräsentatives, nicht einschränkendes Beispiel einer Thermotintenstrahlkassette des oben beschriebenen Typs, die in Verbindung mit der beanspruchten Erfindung verwendet werden kann, beinhaltet jedoch eine Tintenstrahlkassette, die von der Firma Hewlett Packard, Palo Alto, Kalifornien, unter der Bezeichnung „51645A" verkauft wird. Desgleichen sind weitere Einzelheiten in bezug auf Thermotintenstrahlprozesse im allgemeinen in dem Hewlett-Packard Journal, Vol. 39, Nr. 4 (August 1988), in der US-Patentschrift Nr. 4,500,895 an Buck et al. und in der US-Patentschrift Nr. 4,771,295 an Baker et al. umrissen. Nachdem herkömmliche Thermotintenstrahlkomponenten und mit denselben in Verbindung stehende Druckverfahren erörtert wurden, werden nun die beanspruchte Erfindung und ihre vorteilhaften Merkmale präsentiert.
  • B. Die Druckkopfstrukturen und Verfahren der vorliegenden Erfindung
  • Wie zuvor erwähnt wurde, ermöglichen die beanspruchte Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele die Herstellung einer Öffnungsplatte und eines Thermotintenstrahldruckkopfes mit einem verbesserten Haltbarkeitsgrad. Der Begriff „Haltbarkeit" beinhaltet wiederum eine Vielzahl von Charakteristika, einschließlich einer Abrieb- und Verformungsbeständigkeit sowie einer verbesserten strukturellen Integrität. Sowohl ein Abrieb als auch eine Verformung der Öffnungsplatte kann während eines Kontakts zwischen der Öffnungsplatte und einer Vielzahl von Strukturen, die während des Druckvorgangs angetroffen werden, stattfinden, einschließlich Strukturen vom Wischvorrichtungstyp, die aus Gummi und dergleichen hergestellt sind und die in der Regel in konventionelle Druckereinheiten integriert sind. Eine Verformung und ein Abrieb der Öffnungsplatte verringern nicht nur die Gesamtlebensdauer des Druckkopfes und der Tintenkassette, sondern bewirken auch eine allmähliche Verschlechterung der Druckqualität. Im einzelnen kann eine Verformung der Öffnungsplatte zu der Erzeugung von gedruckten Bildern führen, die verzerrt und ungenau sind und einen Auflösungsverlust aufweisen. Der Begriff „Haltbarkeit" umfaßt ferner eine Situation, bei der die Öffnungsplatte ausreichend starr ist, um Probleme, die mit einer „Vertiefungsbildung" verbunden sind, zu vermeiden. Ein Kräuseln beinhaltet traditionell eine Situation, bei der Öffnungsplatten, die aus nicht-metallischen, polymeren Materialien hergestellt sind, eine Verformung oder andere Abweichungen an den Öffnungsausgängen durchmachen, die durch einen physischen Abrieb bewirkt werden. Eine Verformung des polymeren Materials um die Öffnungsausgänge herum kann bewirken, daß fehlgeleitete Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Desgleichen wird während einer Montage des Druckkopfes oder während des nicht-planaren Anbringens des Druckkopfes an der Kassetteneinheit mit der nicht-planaren Öffnungsplattenoberfläche eine Vertiefungsbildung in Verbindung ge bracht. Die sich ergebenden Öffnungen weisen aufgrund der nicht-planaren Öffnungsplatte Trajektorienehler auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Tropfen Trajektorien annehmen, die zu der Oberfläche des Öffnungsbauglieds, die die Öffnung unmittelbar umgibt, ungefähr senkrecht sind. Deshalb stellen ein Kräuseln und eine Vertiefungsbildung eine beträchtliche Anzahl von Problemen dar, einschließlich einer Fehlleitung der aus dem Druckkopf ausgestoßenen Tintentröpfchen, was zu unsachgemäß gedruckten Bildern führt. Demgemäß sind all diese Faktoren wichtig beim Herstellen eines fertiggestellten Thermotintenstrahldrucksystems, das eine lange Lebensdauer aufweist und in der Lage ist, klare und deutliche gedruckte Bilder zu erzeugen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist ein vergrößerter, schematisch veranschaulichter Thermotintenstrahldruckkopf 200 veranschaulicht, der gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Vorschlag hergestellt wurde. Bezugszeichen in 3, die denen in 2 entsprechen, stehen für Teile, Komponenten und Elemente, die den in beiden Figuren gezeigten Druckköpfen gemein sind. Derartige gemeinsame Elemente wurden oben in Verbindung mit dem Druckkopf 80 der 2 erläutert, wobei die Erörterung dieser Elemente durch Bezugnahme hinsichtlich des in 3 veranschaulichten Druckkopfes 200 aufgenommen ist. An diesem Punkt ist es wiederum wichtig, zu betonen, daß das Substrat 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 herzustellen, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei dem Vorschlag der 3 nichtmetallisch ist (z. B. kein Metall enthält) und aus einem ausgewählten organischen Polymerfilm besteht. Der Begriff „nicht-metallisch" beinhaltet eine Zusammensetzung, die keine elementaren Metalle, Metallegierungen oder Metallamalgame enthält. Desgleichen umfaßt der Begriff „organisches Polymer" eine langkettige, Kohlenstoff enthaltende Struktur aus sich wiederholenden chemischen Untereinheiten. Repräsentative organische Polymere, die sich zum Erzeugen des Substrats 106 eignen, das bei dem Vorschlag der 3 der Öffnungsplatte 104 zugeordnet ist, umfassen Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat oder Gemische derselben. Desgleichen ist eine repräsentative kommerzielle Zusammensetzung aus organischem Polymer (z. B. eine polyimidbasierte Zusammensetzung), die zum Herstellen des Substrats 106 geeignet ist, ein Produkt, das von DuPont, Wilmington, DE (USA), unter dem Markenzeichen „KAPTON" verkauft wird. Die Unterschiede zwischen dem bekannten Druckkopfentwurf der 2 und dem erfindungsgemäßen Entwurf der 3 werden nun präsentiert.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist auf der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 herzustellen, eine zusätzliche Materialschicht vorgesehen, die beträchtliche funktionale Vorteile liefert (z. B. Festigkeit, Haltbarkeit, Stabilität, Vermeidung der Bildung von Vertiefungen, gleichmäßige Benetzbarkeit und dergleichen). Unter Bezugnahme auf 3 wird eine Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 202 direkt auf zumindest einen Abschnitt (z. B. die ganze oder einen Teil) der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106, das der Öffnungsplatte 104 zugeordnet ist, aufgebracht. Bei dem Druckkopf 200 der 3 besteht das Beschichtungsmaterial 202 aus zumindest einer dielektrischen Zusammensetzung, wobei der Begriff „dielektrisch" gemäß Definition ein Material beinhaltet, das elektrisch isolierend und im wesentlichen nicht leitfähig ist. Repräsentative dielektrische Materialien, die sich für diesen Zweck eignen, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumdioxid (SiO2), Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC) sowie eine als „Siliziumkohlenoxid" bekannte Zusammensetzung, die im Handel unter dem Namen Dylyn® von Advanced Refractory Technologies, Inc., Buffalo, NY, erhältlich ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 auf dem Substrat 106 an oder in der Nähe der mittleren Region 122 (1) der Öffnungsplatte 104 vorgesehen, die wiederum definiert ist, um die Region, die zu den Öffnungen 124 durch die Öffnungsplatte 104 unmittelbar benachbart ist und dieselben umgibt, zu beinhalten. Jedoch wird auch in Betracht gezogen, daß die gesamte obere Oberfläche 110 (oder ein beliebiger anderer ausgewählter Abschnitt) des Substrats 106/der Öffnungsplatte 104 anschließend an ein Ätzen des Beschichtungsmaterials 202, wo dies nötig ist (z. B. unter Verwendung herkömmlicher Techniken des reaktiven Ionenätzens, des chemischen Ätzens oder anderer bekannter Ätztechniken), mit der Schutzschicht aus dem Beschichtungsmaterial 202 bedeckt sein könnte. Ungeachtet dessen, wo die Schicht aus dielektrischem Beschichtungsmaterial 202 aufgebracht wird, ist es bevorzugt, daß sie eine gleichmäßige Dicke von etwa 1000 bis 3000 Ångström aufweist, obwohl der in jeglicher gegebenen Situation zu verwendende exakte Dickegrad je nach den jeweiligen Komponenten, die bei dem Druckkopf 200 verwendet werden, und je nach anderen externen Faktoren, wie sie durch ein anfängliches Pilottesten bestimmt werden, variiert.
  • An diesem Punkt ist es wichtig zu betonen, daß das Substrat 106, das bei dem System der 3 zum Erzeugen der Öffnungsplatte 104 verwendet wird, nicht-metallisch ist (z. B. kein Metall enthält) und aus einer ausgewählten organischen polymeren Komposition vom Filmtyp besteht, wie oben erörtert wurde. Die Verwendung dieses bestimmten Materials zum Herstellen einer Öffnungsplatte stellt eine Abweichung von der herkömmlichen Technologie dar, die die Verwendung von metallischen Strukturen (z. B. aus goldplattiertem Nickel) beinhaltete. Es ist eine wichtige erfinderische Entwicklung, in diesem Fall eine ausgewählte dielektrische Zusammensetzung direkt auf eine nicht-metallische Öffnungsplatte 104 aus organischem Polymer aufzubringen. Die Kombination dieser Materialien erzeugt eine Öffnungsplatte 104, die leicht ist, ohne weiteres unter Verwendung von Massenproduktionstechniken hergestellt werden kann und gegenüber Abrieb, Verformung und Vertiefungsbildungen beständig ist (wie oben definiert wurde). Dementsprechend stellt die Aufbringung der ausgewählten dielektrischen Materialien auf eine nicht-metallische Öffnungsplatte 104 des hierin beschriebenen Typs einen Fortschritt auf dem Gebiet der Thermotintenstrahltechnologie dar.
  • Es können viele verschiedene Produktionsmethoden und Verarbeitungsausrüstungsgegenstände verwendet werden, um die Schutzschicht aus dem Beschichtungsmaterial 202 der oberen Oberfläche 110 des der Öffnungsplatte 104 zugeordneten Substrats 106 zuzuführen. Diesbezüglich ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Verfahrensschritte oder methoden beschränkt. Beispielsweise können die folgenden Verfahren verwendet werden, um das ausgewählte dielektrische Beschichtungsmaterial 202 dem Substrat 106 zuzuführen (z. B. direkt auf dasselbe aufzubringen): (1) Plasmaaufdampfung („PVD – plasma vapor deposition"); (2) chemische Aufdampfung („CVD – chemical vapor deposition"); (3) Sputtern; und (4) Zufuhrsysteme. Die Methoden (1)–(3) sind in der Technik hinreichend bekannt und in einem Buch von Elliott, D. J., mit dem Titel Integrated Circuit Fabrication Technology, McGraw-Hill Book Company, New York, 1982 (ISBN Nr. 0-07-019238-3), S. 1–23, beschrieben. Im Grunde beinhalten PVD-Prozesse eine Technik, bei der gasförmige Materialien verändert werden, um sie unter Verwendung eines HF-basierten Systems in aufgedampfte chemische Zusammensetzungen umzuwandeln. Diese reaktiven gasförmigen Spezies werden anschließend verwendet, um die zur Debatte stehenden Materialien aufzudampfen. Weitere Informationen über Plasmaaufdampfungsprozesse sind in der US-Patentschrift Nr. 4,661,409 an Kieser et al. präsentiert. CVD-Verfahren ähneln PVD-Techniken und umfassen eine Situation, bei der Beschichtungen aus ausgewählten Materialien in einem System, das verschiedene Gase thermisch zersetzt, um ein gewünschtes Produkt zu ergeben, auf einem Substrat gebildet werden können. Beispielsweise umfassen gasförmige Materialien, die verwendet werden können, um eine Beschichtung aus Siliziumnitrid (Si3N4) auf einem Substrat zu erzeugen, SiH4 und NH3. Desgleichen können SiH4 und CO verwendet werden, um eine Beschichtungsschicht aus Siliziumdioxid (SiO2) auf einem Substrat zu ergeben. Weitere Informationen über CVD-Prozesse sind in der US-Patentschrift Nr. 4,740,263 an Imai et al. präsentiert. Sputtertechniken beinhalten Materialien aus ionisiertem Gas, die unter Verwendung eines hochenergetischen elektromagnetischen Feldes erzeugt und anschließend einem Vorrat des aufzubringenden Materials zugeführt werden. Folglich wird dieses Material fein auf ein ausgewähltes Substrat verteilt. Zusätzlich zu den oben angegebenen Prozessen umfassen andere herkömmliche Prozesse, die verwendet werden können, um die ausgewählte Schicht aus dielektrischem Beschichtungsmaterial 202 aufzubringen, (A) Ionenstrahlabscheidungsverfahren; (B) Thermodampftechniken und dergleichen.
  • Eine Aufbringung der ausgewählten dielektrischen Zusammensetzung als die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 202 kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Druckkopfherstellungsvorgangs durchgeführt werden, der, wie oben angemerkt wurde, auf umfassende Weise automatische Folienbondverfahren (z. B. „TAB"-Verfahren) einsetzt, die in der US-Patentschrift Nr. 4,944,850 an Dion allgemein offenbart sind. Somit sind die beanspruchte Erfindung und der beanspruchte Herstellungsprozeß nicht auf eine bestimmte Abfolge oder Reihenfolge von Schritten beschränkt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das ausgewählte Beschichtungsmaterial 202 jedoch während des der Öffnungsplatte 104 zugeordneten Herstellungsprozesses anhand einer der oben aufgeführten Techniken auf die Öffnungsplatte 104 aufgebracht. Insbesondere erfolgt eine Beschichtung vorzugsweise vor der Anbringung des Substrats 106 an der Widerstandsanordnung 96 und vor der Laserablation des Substrats 106, um die Öffnungen 124 durch die Öffnungsplatte 104 zu bilden. Nachdem die Schicht aus dielektrischem Beschichtungsmaterial 202 aufgebracht wurde, können anschließend herkömmliche Laserablationsprozesse durchgeführt werden, um die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104 zu er zeugen, wie oben erörtert wurde. Wie durch ein vorläufiges Testen bestimmt wird, kann die Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 in bestimmten Fällen jedoch auch aufgebracht werden, nachdem die Öffnungen 124 in dem Substrat 106 gebildet wurden.
  • Eine weitere Modifizierung des Druckkopfes 200 ist in 4 unter Bezugnahme auf einen Druckkopf 300 veranschaulicht. Bei dem Druckkopf 300 der 4 kann eine Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 302 auch auf die untere Oberfläche 112 des Substrats 106, das zum Herstellen der Öffnungsplatte 104 verwendet wird, aufgebracht werden, zusammen mit der Schicht aus Beschichtungsmaterial 202, die auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106 aufgebracht wird. Diese zusätzliche Schicht aus Beschichtungsmaterial 302 umfaßt Idealerweise dieselben dielektrischen Materialien, die oben in Verbindung mit der primären Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 aufgeführt wurden. Desgleichen sind alle anderen Informationen, die oben in Verbindung mit dem Beschichtungsmaterial 202 geliefert wurden (einschließlich Aufbringungs- und Herstellungsverfahren, sowie eines bevorzugten Dickegrades von etwa 1000 bis 3000 Ångström) gleichermaßen auf die zusätzliche Schicht aus Beschichtungsmaterial 302 anwendbar. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der 3 und der 4 ist das Vorhandensein der Schicht aus Beschichtungsmaterial 302, die Idealerweise zur selben Zeit auf die untere Oberfläche 112 des Substrats 106 aufgebracht wird, wie die Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106 aufgebracht wird. Folglich wird eine Öffnungsplatte 104 erzeugt, bei der sowohl die obere als auch die untere Oberfläche 110, 112 mit einem Festigkeit verleihenden, gegen Vertiefungsbildungen beständigen dielektrischen Material beschichtet sind, das die strukturelle Integrität des gesamten Druckkopfes 300 weiter verbessert.
  • Es ist ebenfalls anzumerken, daß der in 4 gezeigte Druckkopf 300 ferner modifiziert sein kann, um die Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 von der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 zu eliminieren. Folglich ist lediglich die Schicht aus Beschichtungsmaterial 302 auf der unteren Oberfläche 112 des Substrats 106/der Öffnungsplatte 109 vorhanden, wie in 5 gezeigt ist. Dieser „modifizierte" Druckkopf ist in 5 mit dem Bezugszeichen 400 versehen. Während bevorzugt ist, daß die Schicht aus Beschichtungsmaterial 202 auf der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106 vorhanden ist, um einen maximalen Schutz der Öffnungsplatte 104 zu erreichen, kann die modifizierte Öffnungsplatte 104, die oben erörtert und in 5 gezeigt ist und die lediglich die Schicht aus Beschichtungsmaterial 302 auf der unteren Oberfläche 112 umfaßt, in Verbindung mit Situationen einer geringeren Beanspruchung nützlich sein, bei denen lediglich eine Schicht aus einem Festigkeit verleihenden Material auf der Öffnungsplatte 104 notwendig ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein spezifisches dielektrisches Material, das als die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 202 und/oder Beschichtungsmaterial 302 auf der Öffnungsplatte 104 in den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 verwendet werden kann, eine als „diamantartiger Kohlenstoff" oder „DLC" bekannte Zusammensetzung. Dieses Material eignet sich angesichts seiner Festigkeit, Flexibilität, Nachgiebigkeit, seines hohen Modulus in bezug auf Steifheit, günstigen Haftungscharakteristika und seines inerten Charakters besonders gut für diesen Zweck. DLC wird in der an Giglia erteilten US-Patentschrift Nr. 4,698,256 spezifisch erörtert und umfaßt insbesondere ein sehr hartes und haltbares Material auf Kohlenstoffbasis mit diamantartigen Charakteristika. Auf der Atomebene besteht DLC (das auch als „amorpher Kohlenstoff" charakterisiert wird) aus Kohlenstoffatomen, die unter Verwendung eines sp3-Bondens molekular angelagert sind, obwohl auch sp2-Bindungen vorliegen können. Folglich weist DLC viele Merkmale herkömmlicher Diamantmaterialien (z. B. Härte, Trägheit und dergleichen) auf, während es ferner bestimmte Charakteristika auf weist, die Graphit (das durch eine sp2-Bindung dominiert ist) zugeordnet sind. Ferner haftet es auf starke und sichere Weise an den darüberliegenden und darunterliegenden Materialien (z. B. polymeren Barrierenschichten und dergleichen), die üblicherweise in Thermotintenstrahldruckköpfen vorliegen. Wenn es auf ein Substrat aufgebracht wird, ist DLC sehr glatt und weist eine beträchtliche Härte und Abriebbeständigkeit auf. Diesbezüglich ist es ein ideales Material zur Verwendung als Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 202 (und/oder Schicht aus Beschichtungsmaterial 302) auf der Öffnungsplatte 104 in den Druckköpfen 200, 300, 400 (3 bis 5). Zusätzliche Informationen über DLC sowie Herstellungsmethoden zum Aufbringen dieses Materials auf ein ausgewähltes Substrat sind in den folgenden US-Patentschriften erörtert: Nr. 4,698,256 an Giglia et al.; Nr. 5,073,785 an Jansen et al.; Nr. 4,661,409 an Kieser et al.; und Nr. 4,740,263 an Imai et al. Jedoch sind alle Informationen, die oben in bezug auf eine Aufbringung der anderen dielektrischen Materialien auf die Öffnungsplatte 104 geliefert wurden (einschließlich Dickegraden) gleichermaßen auf die Zufuhr von DLC zu der Öffnungsplatte 104 anwendbar. Im einzelnen können wiederum die folgenden Zufuhrverfahren für eine DLC-Aufbringung auf die obere Oberfläche 110 und/oder untere Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 verwendet werden, wie sie oben erörtert und definiert wurden: (1) Plasmaaufdampfung („PVD"); (2) chemische Aufdampfung („CVD"); (3) Sputtern; (4) Ionenstrahlabscheidungsverfahren; und (5) Thermodampftechniken. Verarbeitungsschritte, die die Aufbringung von DLC beinhalten (und die Reihenfolge, in der sie durchgeführt werden), sind dieselben wie diejenigen, die oben in Verbindung mit den anderen dielektrischen Materialien, die bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 der Öffnungsplatte 104 zugeführt wurden, erörtert wurden. Die vorstehenden Informationen sind somit durch Bezugnahme in diesen Abschnitt der vorliegenden Offenbarung aufgenommen. Jedoch ist es wichtig zu betonen, daß die Verwendung von DLC als Schutzschicht auf der Außenoberfläche einer nicht-metallischen, organisches Polymer enthaltenden Öffnungsplatte eine wichtige Entwicklung ist, die zu einer einzigartigen Verbundstruktur führt (z. B. eine oder mehrere Schichten aus diamantartigem Kohlenstoff + eine polymere organische Schicht). Diese spezifische Struktur und ihre Verwendung bei den beanspruchten Druckköpfen 200, 300, 400 liefert wiederum viele Vorteile, die von einer außergewöhnlichen Abriebbeständigkeit und einem hohen Modulus in bezug auf Steifheit bis hin zu der Steuerung einer Vertiefungsbildung und verbesserten Haftungscharakteristika reichen.
  • Die in 3 bis 5 gezeigten fertiggestellten Druckköpfe 200, 300, 400, die die kombinierten Vorteile einer nichtmetallischen polymerhaltigen Öffnungsplatte 104 und eines abriebbeständigen, äußerst haltbaren dielektrischen Beschichtungsmaterials 202, 302 auf derselben umfassen, können anschließend verwendet werden, um eine Thermotintenstrahlkassetteneinheit eines verbesserten Entwurfs und einer verbesserten Effektivität zu erzeugen. Dies wird bewerkstelligt, indem der fertiggestellte Druckkopf 200 (oder die Druckköpfe 300, 400) auf dieselbe Weise an dem Gehäuse 12 der in 1 gezeigten Tintenstrahlkassette 10 befestigt werden, wie sie oben in Verbindung mit einer Befestigung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 erörtert wurde. Folglich befindet sich der Druckkopf 200 (oder die Druckköpfe 300, 400) in Fluidkommunikation mit der Innenkammer 30 in dem Gehäuse 12, die die ausgewählte Tintenzusammensetzung 174 enthält. Demnach ist die Erörterung, die oben in bezug auf eine Befestigung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 geliefert wurde, gleichermaßen auf eine Befestigung des Druckkopfes 200 (oder der Druckköpfe 300, 400) in ihrer Position, um eine fertiggestellte Thermotintenstrahlkassette 10 mit verbesserten Haltbarkeitscharakteristika zu erzeugen, anwendbar. Es ist wiederum wichtig zu betonen, daß die beanspruchten Druckköpfe 200, 300, 400 und die mit denselben verbundenen Vorteile auf eine breite Palette verschiedener Thermotintenstrahlkassettensysteme anwendbar sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Kassettenentwürfe oder -konfigurationen beschränkt ist. Ein repräsentatives Kassettensystem, das in Kombination mit dem Druckkopf 200 (oder den Druckköpfen 300, 400) verwendet werden kann, ist wiederum in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 offenbart und ist von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA (USA) – Produkt Nr. 51645A – im Handel erhältlich. Während die oben in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 beschriebene vorliegende Erfindung vorwiegend eine Öffnungsplatte 104 beinhaltet, die aus einer nicht-metallischen, ein Zusammensetzung aus organischem Polymer aufgebaut ist, wird ebenfalls in Betracht gezogen, daß eine metallische Öffnungsplatte (die beispielsweise aus goldplattiertem Nickel hergestellt ist) des in der an Buck et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 4,500,895 erörterten Typs ebenfalls mit einer ausgewählten dielektrischen Zusammensetzung (einschließlich DLC) behandelt werden kann. Alle Informationen, die oben in Bezug auf die Aufbringung dieser Zusammensetzungen auf die Öffnungsplatte 104 vom Typ eines organischen Polymers geliefert wurden, sind deshalb gleichermaßen auf metallische Öffnungsplattensysteme anwendbar (einschließlich Dickegrade, Aufbringungsverfahren und dergleichen). Desgleichen stellt das den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 zugeordnete grundlegende Verfahren eine wichtige Entwicklung auf dem Gebiet der Thermodrucktechnologie dar. Dieses grundlegende Verfahren beinhaltet: (1) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckkopfes, der ein Substrat, das mehrere Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. Widerstände) auf demselben aufweist, und eine Öffnungsplatte umfaßt, die über dem Substrat angeordnet ist und eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine Mehrzahl von Öffnungen durch dieselbe aufweist; und (2) Aufbringen einer Festigkeit verleihenden Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial direkt auf jeglichen Abschnitt der oberen und/oder unteren Oberfläche der Öffnungsplatte. Die Schutzbeschichtung gemäß der beanspruchten Erfindung beinhaltet bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 (die durch die Verwendung üblicher Beschichtungsmaterialien verwandt sind) eine ausgewählte dielektrische Zusammensetzung, die DLC ist, das hervorragende Ergebnisse liefert. Dieses Verfahren zum Schützen einer Öffnungsplatte an einem Druckkopf kann gemäß den oben erörterten Techniken oder durch die Verwendung routinemäßiger Modifikationen der aufgeführten Prozesse bewerkstelligt werden. Ungeachtet dessen, welche Schritte tatsächlich eingesetzt werden, um die verbesserten Druckköpfe 200, 300, 400 der 3 bis 5 herzustellen, stellt das beanspruchte Verfahren in seiner breitestgefaßten Bedeutung (die ein Aufbringen einer dielektrischen DLC-Schutzbeschichtung auf eine Öffnungsplatte in einem Druckkopf beinhaltet) einen Fortschritt auf dem Gebiet der Thermotintenstrahltechnologie dar.
  • Ein weiterer alternativer Druckkopfentwurf ist in 6 bei Bezugszeichen 500 schematisch und in vergrößertem Format veranschaulicht. Dieser Vorschlag liefert desgleichen dieselben oben aufgeführten Vorteile, nämlich eine verbesserte Haltbarkeit (z. B. Abrieb- und Verformungsbeständigkeit). Wie jedoch unten ausführlicher erläutert wird, beinhaltet er die Aufbringung zumindest einer Schicht einer ausgewählten Metallzusammensetzung direkt auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106, das zum Erzeugen der Öffnungsplatte 104 verwendet wird. Der in 6 gezeigte Vorschlag ist nicht auf bestimmte Metallmaterialien für diesen Zweck beschränkt, wobei eine breite Vielzahl von Metallen zur Verwendung geeignet ist, einschließlich Chrom (Cr), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Gold (Au), Titan (Ti), Tantal (Ta), Aluminium (Al) und Gemischen (z. B. Verbindungen) derselben. Bei diesem Vorschlag ist der Begriff „Metallzusammensetzung" definiert, um ein elementares Metall, eine Metallegierung oder ein Metallamalgam zu umfassen. Desgleichen bedeutet der Ausdruck „zumindest eine" in Verbindung mit der in 6 gezeigten metallhaltigen Schicht (unten näher erörtert) eine Situation, bei der eine oder mehrere Schichten einer ausgewählten Metallzusammensetzung verwendet werden kann bzw. können, wobei die dem Druckkopf 500 zugeordnete endgültige Struktur durch ein vorläufiges Pi lottesten bestimmt wird. Demgemäß ist dieser Vorschlag nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung von metallhaltigen Schichten auf der Öffnungsplatte 104 beschränkt, wobei eine oder mehrere Schichten effektiv funktionieren. Der Vorschlag der 6 beinhaltet in seiner breitestgefaßten Bedeutung somit das neuartige Konzept des Aufbringens zumindest einer Schicht einer ausgewählten Metallzusammensetzung auf eine Öffnungsplatte in einem eine Tintenauswurfvorrichtung enthaltenden Druckkopf, bei dem die Öffnungsplatte vorzugsweise aus einem nicht-metallischen, organischen Polymer besteht. Folglich ist in dem Druckkopf 500 ein einzigartiges Öffnungsplattensystem aus „Metall + Polymer" vorgesehen.
  • Unter spezifischer Bezugnahme auf 6 ist eine schematische und vergrößerte Querschnittsansicht des Druckkopfes 500 vorgesehen. Bezugszeichen in 6, die denjenigen in 2 entsprechen, bezeichnen Teile, Komponenten und Elemente, die den in beiden Figuren gezeigten Druckköpfen gemein sind. Solche gemeinsamen Elemente wurden oben in Verbindung mit dem Druckkopf 80 der 2 beschrieben, wobei die Erläuterung dieser Elemente durch Bezugnahme hinsichtlich des in 6 veranschaulichten Druckkopfes 500 aufgenommen ist. An diesem Punkt ist es wiederum wichtig zu betonen, daß das Substrat 6, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 zu erzeugen, bei dem Vorschlag der 6 vorzugsweise nicht-metallisch ist (z. B. kein Metall enthält) und aus einem ausgewählten organischen Polymerfilm besteht. Der Begriff „nicht-metallisch" beinhaltet eine Zusammensetzung, die keine elementaren Metalle, Metallegierungen oder Metallamalgame enthält. Desgleichen umfaßt der Begriff „organisches Polymer" eine langkettige, Kohlenstoff enthaltende Struktur aus sich wiederholenden chemischen Teileinheiten. Repräsentative organische Polymere, die sich zum Erzeugen des Substrats 106, das der Öffnungsplatte 104 zugeordnet ist, eignen, umfassen bei dem Ausführungsbeispiel der 6 wiederum Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Po lyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Gemische derselben. Desgleichen ist eine repräsentative kommerzielle Zusammensetzung aus organischem Polymer (z. B. polyimidbasiert), die für diesen Zweck verwendet werden kann, ein Produkt, das von DuPont, Wilmington, DE (USA), unter dem Markenzeichen „KAPTON" vertrieben wird. Die Unterschiede zwischen dem bekannten Druckkopfentwurf der 2 und dem erfindungsgemäßen Entwurf der 6 werden im folgenden präsentiert.
  • Gemäß der oben gelieferten Erörterung ist die obere Oberfläche 110 des Substrats 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 in dem Druckkopf 500 zu erzeugen, zumindest teilweise (z. B. in Teilen oder als Ganzes) mit zumindest einer Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial, das aus einer oder mehreren Metallzusammensetzungen besteht, bedeckt. In 6 ist die metallische Schicht aus Beschichtungsmaterial bei Bezugszeichen 502 angegeben. Die der Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 zugeordnete metallische Zusammensetzung ist für diesen Zweck nicht auf bestimmte Metallmaterialien beschränkt, wobei eine breite Palette an Metallen zur Verwendung geeignet ist, einschließlich Chrom (Cr), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Gold (Au), Titan (Ti), Tantal (Ta), Aluminium (Al) und Gemische (z. B. Verbindungen) derselben, wie zuvor erwähnt wurde. Eine Aufbringung des metallischen Beschichtungsmaterials 502 wird unter Verwendung herkömmlicher Techniken bewerkstelligt, die in der Technik für diesen Zweck bekannt sind, einschließlich all derer, die oben in den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 aufgeführt wurden. Diese Verfahren umfassen (1) Plasmaaufdampfung („PVD"); (2) chemische Aufdampfung („CVD"); (3) Sputtern; (4) Ionenstrahlabscheidungsverfahren; und (5) Wärmeaufdampftechniken. Definitionen, Informationen und stützende Hintergrundverweise bezüglich dieser Techniken wurden oben erläutert und sind durch Bezugnahme in diesen Abschnitt der vorliegenden Offenbarung aufgenommen. Die Auswahl eines beliebigen gegebenen Aufbringverfahrens wird durch vorläufige Pilotstudien gemäß den für eine Verwendung in dem Druckkopf 500 ausgewählten spezifischen Materialien bestimmt. Desgleichen weist die metallische Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 eine Dicke von etwa 200 bis 5000 Ångström auf, um optimale Ergebnisse zu erzielen, wobei der genaue Dickegrad für eine gegebene Situation wiederum durch eine vorläufige Analyse bestimmt wird.
  • Das repräsentative Beispiel der 6 beinhaltet eine einzelne Schicht aus Beschichtungsmaterial 502. Jedoch ist der Begriff „mindestens eine", wenn er sich auf die metallische(n) Beschichtungsschicht(en) bezieht, die der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 zugeführt wird bzw. werden, wiederum definiert, um eine oder mehrere einzelne Materialschichten zu umfassen. 7 beinhaltet eine Modifikation des bei Bezugszeichen 600 gezeigten Druckkopfes 500, bei der die grundlegende Schicht aus Beschichtungsmaterial 500 tatsächlich aus drei separaten metallhaltigen Teilschichten besteht, die jeweils als einzelne Schichten aus Beschichtungsmaterial fungieren. Wie bei dem spezifischen Beispiel der 7 (das entworfen ist, um ideale Festigkeits- und Haftungscharakteristika zu erzeugen) veranschaulicht ist, besteht die Schutzschicht aus metallischem Beschichtungsmaterial 502 anfänglich aus einer ersten Schicht (z. B. Teilschicht) aus einem Metall 604, die direkt auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106/der Öffnungsplatte 104 aufgebracht ist. Die erste Schicht aus Metall 604 ist entworfen, um als „Keim"-Schicht zu fungieren, die die anderen metallischen Teilschichten 606, 610 effektiv mit der Öffnungsplatte 104 verbindet, wie in 7 gezeigt ist. Zu diesem Zweck ausgewählte Metallzusammensetzungen sollten zu einer starken Haftung an den in Verbindung mit der Öffnungsplatte 104 verwendeten organischen Polymeren fähig sein. Repräsentative Metalle, die sich zur Verwendung in der ersten Schicht aus Metall 604 bei dem dreischichtigen Ausführungsbeispiel der 7 eignen, umfassen eine erste Metallzusammensetzung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom (Cr), Nickelchrom, Tantalni trid, Tantalaluminium und Gemischen derselben besteht. Wiederum wird die erste Schicht aus Metall 604 direkt auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106/der Öffnungsplatte 104 aufgebracht, wobei eine oder mehrere der oben aufgeführten Aufbringtechniken in Verbindung mit der grundlegenden Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 verwendet werden. Vor einer Aufbringung der ersten Metallschicht 604 werden ideale Ergebnisse erreicht, wenn die obere Oberfläche 110 des Substrats 106 vorbehandelt wird, um adsorbierte Spezies und Verunreinigungen von derselben zu entfernen. Eine Vorbehandlung kann unter Verwendung bekannter Techniken bewerkstelligt werden, die herkömmliche Ionenbeschußprozesse umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sind. Bei einem Vorschlag weist die erste Schicht aus „Keim"-Metall 604 eine gleichmäßige Dicke von etwa 25 bis 600 Ångström auf.
  • Als nächstes wird unter Verwendung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Aufbringtechniken eine zweite Schicht (z. B. Teilschicht) aus einem Metall 606 direkt auf die erste Metallschicht 604 aufgebracht. Die zweite Metallschicht 606 ist entworfen, um der Öffnungsplatte 104 Festigkeit, Starrheit, Anti-Vertiefungsbildungscharakteristika und Verformungsbeständigkeit zu verleihen. Repräsentative Metalle, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen eine zweite Metallzusammensetzung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan (Ti), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Gemischen derselben besteht, wobei die zweite Metallschicht 606 eine bevorzugte Dicke von etwa 1000 bis 3000 Ångström aufweist.
  • Direkt auf die zweite Metallschicht 606 ist eine dritte und abschließende Schicht (z. B. Teilschicht) aus einem Metall 610, in 7 gezeigt, aufgebracht. Die Aufbringung der dritten Metallschicht 610 wird wiederum unter Verwendung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Aufbringtechniken bewerkstelligt. Die dritte Metallschicht 610 ist entworfen, um der fertiggestellten Öffnungsplatte 104 (vor allem bezüglich der ersten und der zweiten Metallschicht 604, 606, die unter der dritten Metallschicht 610 positioniert sind) Korrosionsbeständigkeit und eine verringerte Reibung zu verleihen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, weist die dritte Metallschicht 610 eine Dicke von etwa 100 bis 300 Ångström auf.
  • Die sich ergebende Schutzschicht aus dem in 6 bis 7 gezeigten metallischen Beschichtungsmaterial 502 (die bei dem Vorschlag der 7 einen Verbund aus mehreren (z. B. drei) Metallschichten 604, 606, 610 umfaßt) liefert die oben aufgeführten Vorteile, nämlich verbesserte Abriebbeständigkeit, Eindämmung einer Vertiefungsbildung sowie gleichmäßige Benetzbarkeit. Wie zuvor erwähnt wurde, kann jedoch eine beliebige Anzahl von metallhaltigen Schichten (z. B. eine oder mehrere) auf die obere Oberfläche 110 des der Öffnungsplatte 104 zugeordneten Substrats 106 aufgebracht werden. Beispielsweise weist Titan (Ti) hervorragende „Keim"- und Festigkeitsverleihungscharakteristika auf. Eine einzelne Schicht aus Titan mit erhöhter Dicke kann somit statt der oben angegebenen doppelten Schichten 604, 606 verwendet werden, worauf eine Aufbringung der abschließenden Schicht 610 auf die Titanschicht folgt. Ungeachtet dessen, ob bei dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 7 eine einzige Metallschicht oder mehrere Metallschichten als die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 502 verwendet wird bzw. werden, ist bevorzugt, daß die Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 einen Gesamtdickegrad (einen Kombinierte-Dicke-Grad) von etwa 200 bis 5000 Ångström aufweist. Dieser Wert kann wiederum gemäß vorläufigen Tests, die die interessierenden spezifischen Druckkopfkomponenten betreffen, variiert werden.
  • Eine Aufbringung der Schutzschicht aus dem metallischen Beschichtungsmaterial 502 auf das der Öffnungsplatte 104 zugeordnete Substrat 106 kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Druckkopfherstellungsprozesses durchgeführt werden, der, wie oben erwähnt wurde, von automatischen Folienbondverfahren (z. B. „TAB"-Verfahren), die in der an Dion erteilten US-Patentschrift Nr. 4,944,850 offenbart sind, ausgiebig Gebrauch macht. Somit ist der Vorschlag nicht auf bestimmte Verarbeitungsschritte und eine Reihenfolge, in der diese Schritte durchgeführt werden sollen, beschränkt. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wird bzw. werden die Metallzusammensetzung(en), die verwendet wird bzw. werden, um die Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial 502 zu erzeugen (egal, ob eine oder mehrere Schichten beteiligt sind), jedoch vor einem Befestigen des Substrats 106 an der Widerstandsanordnung 96 auf das polymere Substrat 106/die Öffnungsplatte 104 aufgebracht. In bezug auf eine Laserablation des Substrats 106, um die Öffnungen 124 durch dasselbe zu bilden, wird ein vorläufiges Testen eingesetzt, um zu bestimmen, ob die Ablation vor oder nach der Metallschichtaufbringung stattfinden sollte. Bei dem in 7 gezeigten und oben erörterten Vorschlag findet eine Laserablation Idealerweise nach einer Aufbringung der ersten bzw. „Keim"-Schicht aus Metall 604 und vor der Zufuhr der zweiten. und der dritten Metallschicht 606, 610 zu der ersten Metallschicht 604 statt. Bei anderen Variationen des Druckkopfes 500 (und des Druckkopfes 600, der unterschiedliche Anzahlen von metallischen „Teilschichten" umfaßt, die der Hauptschicht aus Beschichtungsmaterial 502 zugeordnet sind) findet eine Laserablation in Situationen, bei denen das zu abladierende aufgebrachte Metall eine Dicke von weniger als etwa 400 Ångström aufweist, nach der Metallzufuhr statt. In Situationen, bei denen die aufgebrachte(n) Metallschichten) eine kombinierte Dicke von 400 Ångström oder mehr aufweist bzw. aufweisen, erfolgt die Ablation in der Regel vor der Metallabscheidung. Es ist jedoch wichtig, erneut zu betonen, daß dieser Vorschlag nicht auf spezifische Herstellungsverfahren, die gemäß einer routinemäßigen vorläufigen Analyse bestimmt werden, beschränkt ist.
  • Eine weitere Modifikation des oben beschriebenen und in E gezeigten Druckkopfes 500 ist in 8 bei Bezugszeichen 700 veranschaulicht. Bei dem Druckkopf 700 wird auf die untere Oberfläche 112 des Substrats 106, das zum Herstellen der Öffnungsplatte 104 verwendet wird, eine Schutz schicht aus einem metallischen Beschichtungsmaterial 702 aufgebracht. Diese zusätzliche Schicht aus Beschichtungsmaterial 702 umfaßt dieselben Metallzusammensetzungen, die zuvor in Verbindung mit der primären Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 (z. B. einer oder mehreren einzelnen Schichten der oben aufgeführten repräsentativen Metalle) beschrieben wurden. Desgleichen sind alle anderen Informationen, die oben in Verbindung mit der Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 geliefert wurden (einschließlich Dickewerten, Aufbringungsprozessen und Herstellungsverfahren) gleichermaßen auf die zusätzliche Schicht aus Beschichtungsmaterial 702 anwendbar. Der einzige Unterschied zwischen den Vorschlägen der 6 und 8, der Konsequenzen nach sich zieht, ist das Vorliegen der zusätzlichen Schicht aus dem metallischen Beschichtungsmaterial 702, die auf die untere Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 aufgebracht wird. Die zusätzliche Schicht aus dem metallischen Beschichtungsmaterial 702 kann zur selben Zeit auf die untere Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 aufgebracht werden, wie die Schicht aus metallischem Beschichtungsmaterial 502 auf die obere Oberfläche 110 des Substrats 106 aufgebracht wird, oder kann zu anderen Zeitpunkten aufgebracht werden. Folglich wird eine Öffnungsplatte 104 hergestellt, bei der sowohl die obere als auch die untere Oberfläche 110, 112 mit eine Festigkeit verleihenden, gegen eine Vertiefungsbildung beständigen metallischen Zusammensetzungen beschichtet ist, die die strukturelle Integrität des gesamten Druckkopfes 700 insgesamt weiter verbessern. Übrigens sollte erwähnt werden, daß die Schicht aus metallischem Beschichtungsmaterial 502 auf der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 bei dem Vorschlag der 8 auch die in 7 veranschaulichte Mehrschichtbeschichtungskonfiguration umfassen kann, bei der drei getrennte metallische „Teilschichten" 604, 606, 610 für diesen Zweck verwendet werden.
  • Während der Vorschlag der 8 in Verbindung mit dem Beschichtungsmaterial 702 auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 eine einzelne Metallschicht verwendet, kann bzw. können auch eine oder mehrere einzelne Schichten einer ausgewählten Metallzusammensetzung für diesen Zweck verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 9 ist ein modifizierter Druckkopf 800 vorgesehen, der die Verwendung von mehreren nacheinander aufgebrachten metallischen Schichten in Verbindung mit der Schicht aus Beschichtungsmaterial 702 beinhaltet. Im einzelnen wird eine primäre Schicht (z. B. Teilschicht) aus Metall 804 direkt auf die untere Oberfläche 112 des Substrats 106/der Öffnungsplatte 104 aufgebracht. Die primäre Metallschicht 804 ist entworfen, um als „Keim"-Schicht zu fungieren, die die anderen metallischen Teilschichten 806, 810 (nachfolgend erläutert) effektiv mit der Öffnungsplatte 104 verbindet, wie in 9 gezeigt ist. Für diesen Zweck ausgewählte Metallzusammensetzungen sollten zu einer starken Haftung an den organischen Polymeren, die zum Bilden der Öffnungsplatte 104 verwendet werden, fähig sein. Repräsentative Metalle, die zur Verwendung bei der primären Schicht aus „Keim"-Metall 804 geeignet sind, umfassen vorzugsweise dieselben Zusammensetzungen, die oben bei dem Vorschlag der 7 in Verbindung mit der ersten Metallschicht 604 aufgeführt wurden. Im einzelnen besteht die primäre Metallschicht 804 Idealerweise aus einer ersten Metallzusammensetzung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom (Cr), Nickelchrom, Tantalnitrid, Tantalaluminium und Gemischen derselben besteht. Wiederum wird die primäre Metallschicht 804 unter Verwendung einer oder mehrerer der oben aufgeführten Aufbringungstechniken direkt auf die untere Oberfläche 112 des Substrats 106 aufgebracht. Vor der Aufbringung der primären Metallschicht 804 auf das Substrat 106 werden optimale Ergebnisse erzielt, wenn die untere Oberfläche 112 des Substrats 106 vorbehandelt wird, um adsorbierte Spezies und Verunreinigungen zu entfernen. Eine Vorbehandlung kann unter Verwendung bekannter Techniken, die herkömmliche Ionenbeschußprozesse umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sind, bewerkstelligt werden. Bei einem bevorzugten Vorschlag weist die primäre Metallschicht 804 eine gleichmäßige Dicke von etwa 25 bis 600 Ångström auf.
  • Als nächstes wird unter Verwendung einer der zuvor beschriebenen Aufbringungstechniken eine sekundäre Schicht (z. B. Teilschicht) aus Metall 806 (9) direkt auf die primäre Metallschicht 804 aufgebracht. Die sekundäre Metallschicht 806 ist entworfen, um der Öffnungsplatte 104 eine zusätzliche Festigkeit, Starrheit, Antivertiefungsbildungscharakteristika sowie eine Verformungsbeständigkeit zu verleihen. Repräsentative Metalle, die für diesen Zweck geeignet sind, sind vorzugsweise dieselben, wie sie oben bei dem Vorschlag der 7 in Verbindung mit der zweiten Metallschicht 606 aufgeführt wurden. Im einzelnen besteht die sekundäre Metallschicht 806 in 9 im Idealfall aus einer zweiten Metallzusammensetzung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nickel (Ni), Titan (Ti), Kupfer (Cu) und Gemischen derselben besteht, wobei die sekundäre Metallschicht 806 eine bevorzugte Dicke von etwa 1000 bis 3000 Ångström aufweist.
  • Direkt auf die sekundäre Metallschicht 806 wird eine tertiäre und abschließende Schicht (z. B. Teilschicht) aus Metall 810, in 9 gezeigt, aufgebracht. Die Aufbringung der tertiären Metallschicht 810 wird wiederum unter Verwendung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Aufbringungstechniken bewerkstelligt. Die tertiäre Metallschicht 810 ist vorwiegend entworfen, um der fertiggestellten Öffnungsplatte 104 (insbesondere bezüglich der ersten und der zweiten Metallschicht 804, 806, die über der tertiären Metallschicht 810 positioniert sind) eine Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, weist die tertiäre Metallschicht 810 eine Dicke von etwa 100 bis 300 Ångström auf. Auf der unteren Oberfläche 112 des der Öffnungsplatte 104 zugeordneten Substrats 106 kann jedoch eine beliebige Anzahl von metallhaltigen Schichten (z. B. eine oder mehrere) aufgebracht werden. Beispielsweise weist Titan (Ti) hervorragende „Keim"- und Festigkeit ver leihende Charakteristika auf. Deshalb kann statt der oben aufgeführten doppelten Schichten 804, 806 eine einzige Titanschicht mit erhöhter Dicke verwendet werden, worauf eine Aufbringung der abschließenden Schicht 810 auf die Titanschicht folgt. Ferner sollte man beachten, daß das metallische Beschichtungsmaterial 502 auf der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 bei dem Vorschlag der 9 auch die in 7 gezeigte Mehrschichtbeschichtungskonfiguration umfassen kann, bei der drei separate metallische „Teilschichten" 604, 606, 610 zu diesem Zweck eingesetzt werden.
  • Die Druckköpfe 700, 800 der 8 bis 9 können ferner modifiziert werden, um einen in 10 veranschaulichten zusätzlichen Druckkopf 900 zu erzeugen. Bei dem Druckkopf 900 ist die Hauptschicht aus metallischem Beschichtungsmaterial 502 auf der oberen Oberfläche 110/der Öffnungsplatte 104 eliminiert. Folglich ist lediglich die zusätzliche Schicht aus Beschichtungsmaterial 702 auf der unteren Oberfläche 112 des Substrats 106 der Öffnungsplatte 104 vorhanden, wie in 10 gezeigt ist. Während bevorzugt ist, daß die Schicht aus Beschichtungsmaterial 502 auf der oberen Oberfläche 110 des Substrats 106 vorhanden ist, um einen maximalen Schutz der Öffnungsplatte 104 zu erreichen, kann die oben erörterte und in 10 gezeigte modifizierte Öffnungsplatte 104, die lediglich das Beschichtungsmaterial 702 auf der unteren Oberfläche 112 umfaßt, in Verbindung mit Situationen einer geringeren Beanspruchung, bei denen lediglich eine Schicht eines Festigkeit verleihenden Materials auf der Öffnungsplatte 104 notwendig ist, nützlich sein.
  • Die in 6 bis 10 gezeigten fertiggestellten Druckköpfe 500, 600, 700, 800, 900, die die kombinierten Vorteile einer nicht-metallischen polymerhaltigen Öffnungsplatte 104 und einer abriebbeständigen, metallhaltigen Schicht aus Beschichtungsmaterial 502, 702 auf derselben umfassen, können anschließend verwendet werden, um eine Thermotintenstrahl kassetteneinheit eines verbesserten Entwurfs und einer verbesserten Effektivität zu erzeugen. Dies wird bewerkstelligt, indem der fertiggestellte Druckkopf 500 (oder die Druckköpfe 600 bis 900) auf dieselbe Weise an dem Gehäuse 12 der in 1 gezeigten Tintenstrahlkassette 10 befestigt werden, wie sie oben in Verbindung mit einer Befestigung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 erörtert wurde. Folglich befindet sich der Druckkopf 500 (oder die oben aufgeführten anderen Druckköpfe 600 bis 900) in Fluidkommunikation mit der Innenkammer 30 in dem Gehäuse 12, die die ausgewählte Tintenzusammensetzung 174 enthält. Demnach ist die Erörterung, die oben in bezug auf eine Befestigung des Druckkopfes 80 an dem Gehäuse 12 geliefert wurde, gleichermaßen auf eine Befestigung des Druckkopfes 500 (oder der Druckköpfe 600 bis 900) in ihrer Position, um eine fertiggestellte Thermotintenstrahlkassette 10 mit verbesserten Haltbarkeitscharakteristika zu erzeugen, anwendbar. Es ist wiederum wichtig zu betonen, daß die beanspruchten Druckköpfe 500 bis 900 und die mit denselben verbundenen Vorteile auf eine breite Palette verschiedener Thermotintenstrahlkassettensysteme (oder andere Arten von Tintenstrahlzufuhrsystemen) anwendbar sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Kassettenentwürfe oder -konfigurationen beschränkt ist. Ein repräsentatives Kassettensystem, das in Kombination mit den Druckköpfen 500 bis 900 verwendet werden kann, ist wiederum in der an Keefe et al. erteilten US-Patentschrift Nr. 5,278,584 offenbart und ist von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA (USA) – Produkt Nr. 51645A – im Handel erhältlich. Es ist ferner wichtig zu beachten, daß die zuvor erörterten Metallzusammensetzungen für die oben beschriebenen Zwecke und zusätzlichen Vorteile auf die gesamte oder einen Teil der ausgewählten Öffnungsplattenstruktur an einer beliebigen Stelle auf der oberen oder der unteren Oberfläche derselben aufgebracht werden können. Somit ist dieser Vorschlag nicht auf bestimmte Stellen oder Abschnitte der Öffnungsplatte, auf die die ausgewählten Metallzusammensetzungen aufgebracht werden, beschränkt.
  • Desgleichen stellt das den Vorschlägen der 6 bis 10 zugeordnete grundlegende Verfahren eine wichtige Entwicklung auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucktechnologie dar. Dieses grundlegende Verfahren beinhaltet: (1) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckkopfes, der ein Substrat, das mehrere Tintenauswurfvorrichtungen (z. B. Widerstände) auf demselben aufweist, und eine Öffnungsplatte umfaßt, die über dem Substrat angeordnet ist und eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine Mehrzahl von Öffnungen durch dieselbe aufweist; und (2) Aufbringen einer Schutzschicht aus Beschichtungsmaterial direkt auf zumindest entweder die obere Oberfläche und/oder die untere Oberfläche der Öffnungsplatte. Die Schutzbeschichtung beinhaltet bei den Vorschlägen der 6 bis 10 (die durch die Verwendung üblicher Beschichtungsmaterialien verwandt sind) wiederum eine ausgewählte Metallzusammensetzung. Dieses Verfahren zum Schützen einer nicht-metallischen, polymerhaltigen Öffnungsplatte an einem Druckkopf kann gemäß den oben erörterten Techniken oder durch die Verwendung routinemäßiger Modifikationen der aufgeführten Prozesse bewerkstelligt werden.
  • Alle oben beschriebenen Ausführungsbeispiele liefern einen gemeinsamen Vorteil, nämlich die Erzeugung eines Tintenstrahldruckkopfes mit beträchtlich verbesserter Festigkeit, Haltbarkeit, struktureller Integrität und Betriebseffizienz. Im einzelnen sind die Druckköpfe und Öffnungsplatten der vorliegenden Erfindung: (1) in Bezug auf ihre Abmessungen stabil; (2) beständig gegenüber Vertiefungsbildung und Abrieb; (3) verformungsbeständig; und (4) sie weisen wünschenswerte [gleichmäßige] Tintenbenetzungscharakteristika auf. Diese Ziele werden durch die oben erörterten einzigartigen Druckkopfentwürfe, die einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Tintenstrahltechnologie darstellen, bewerkstelligt. Nachdem bevorzugte und optimale Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hierin beschrieben wurden, wird vorweggenommen, daß Modifikationen an denselben vorgenommen werden können, die trotzdem in den Schutzbereich der Erfindung fallen. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf bestimmte Herstellungsverfahren, Abmessungen und andere Produktionsparameter in Verbindung mit den beanspruchten Druckköpfen, Öffnungsplatten, Tintenkassetten und Verfahren beschränkt. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung lediglich in Verbindung mit den folgenden Patentansprüchen ausgelegt werden:

Claims (7)

  1. Ein Druckkopf (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) zur Verwendung bei einer Tintenkassette (10), der folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (82), das eine obere Oberfläche (84) aufweist, wobei die obere Oberfläche (84) zumindest eine Tintenauswurfvorrichtung (86) auf derselben aufweist; und ein Öffnungsplattenbauglied (104), das aus einer nichtmetallischen organischen Polymerzusammensetzung besteht, die über dem und oberhalb des Substrats (82) positioniert ist, das die Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, wobei das Öffnungsplattenbauglied (104) ferner eine obere Oberfläche (110), eine untere Oberfläche (112) und eine Mehrzahl von Öffnungen (124), die gänzlich durch das Öffnungsplattenbauglied (104) verlaufen, aufweist; gekennzeichnet durch eine Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial (202, 302, 502, 702), die auf zumindest entweder der oberen Oberfläche (110) und/oder der unteren Oberfläche (112) des Öffnungsplattenbauglieds (104) positioniert ist, wobei die Schutzschicht aus dem Beschichtungsmaterial (202, 302, 502, 702) aus einem diamantartigen Kohlenstoff besteht.
  2. Der Druckkopf gemäß Anspruch 1, der ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Barrierezwischenschicht (156), die aus einem diamantartigen Kohlenstoff besteht, die zwischen dem Öffnungsplattenbauglied (104) und dem Substrat (82), das die Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, positioniert ist.
  3. Der Druckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf ausgelegt ist, um an einer Tintenkassette (10) angebracht zu sein, wobei die Tintenkassette folgendes Merkmal aufweist: ein Gehäuse (12), das ein Tintenrückhaltefach (30) in demselben aufweist; wobei sich der Druckkopf mit dem Fach (30) in demselben in Fluidkommunikation befindet.
  4. Der Druckkopf gemäß Anspruch 1, bei dem die nichtmetallische organische Polymerzusammensetzung, die verwendet wird, um das Öffnungsplattenbauglied zu erzeugen, aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polytetrafluorethylen, Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Gemischen derselben besteht.
  5. Eine Tintenkassette, die folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse, das in demselben eine Tintenrückhaltekammer aufweist; und einen Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der an dem Gehäuse befestigt ist und sich in Fluidkommunikation mit der Kammer in demselben befindet.
  6. Ein Verfahren zum Schützen des Öffnungsplattenbauglieds (104) in einem Tintenkassettendruckkopf (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900), das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Druckkopfs (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900), der folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (82), das eine obere Oberfläche (84) aufweist, wobei die obere Oberfläche (84) zumindest eine Tintenauswurfvorrichtung (86) auf derselben aufweist; und ein Öffnungsplattenbauglied (104), das aus einer nichtmetallischen organischen Polymerzusammensetzung besteht, die über dem und oberhalb des Substrats (82) positioniert ist, das die Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, wobei das Öffnungsplattenbauglied (104) ferner eine obere Oberfläche (110), eine untere Oberfläche (112) und eine Mehrzahl von Öffnungen (124), die gänzlich durch das Öffnungsplattenbauglied (104) verlaufen, aufweist; und Aufbringen einer Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial (202, 302, 502, 702) auf zumindest entweder die obere Oberfläche (110) und/oder die untere Oberfläche (112) des Öffnungsplattenbauglieds (104), wobei die Schutzschicht aus dem Beschichtungsmaterial (202, 302, 502, 702) aus einem diamantartigen Kohlenstoff-Material besteht.
  7. Ein Verfahren zum Trennen des Öffnungsplattenbauglieds (104) von einem Substrat (82), das zumindest eine Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, in einem Tintenkassettendruckkopf (1000), das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Druckkopfs (1000), der folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (82), das eine obere Oberfläche (84) aufweist, wobei die obere Oberfläche (84) zumindest eine Tintenauswurfvorrichtung (86) auf derselben aufweist; und ein Öffnungsplattenbauglied (104), das aus einer nichtmetallischen organischen Polymerzusammensetzung besteht, die über dem und oberhalb des Substrats (82) positioniert ist, das die Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, wobei das Öffnungsplattenbauglied (104) ferner eine obere Oberfläche (110), eine untere Oberfläche (112) und eine Mehrzahl von Öffnungen (124), die gänzlich durch das Öffnungsplattenbauglied (104) verlaufen, aufweist; und Plazieren einer Barrierezwischenschicht zwischen der unteren Oberfläche (112) des Öffnungsplattenbauglieds (104) und der oberen Oberfläche (84) des Substrats (82), das die Tintenauswurfvorrichtung (86) auf demselben aufweist, wobei die Barrierezwischenschicht aus einem diamantartigen Kohlenstoff besteht.
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