FR2545043A1 - Tete d'enregistrement par jets de liquide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE TETE D'ENREGISTREMENT PAR JETS DE LIQUIDE. LA COUCHE RESISTIVE 2 GENERATRICE DE CHALEUR ET LA COUCHE 3 A ELECTRODES APPLIQUEES SUR LE SUBSTRAT 1 D'UNE UNITE DE DECHARGE DE LIQUIDE DE LA TETE D'ENREGISTREMENT SONT RECOUVERTES D'UN REVETEMENT PROTECTEUR 4 FORME D'UNE PREMIERE COUCHE 401 CONSTITUEE D'UN OXYDE, D'UNE DEUXIEME COUCHE 402 CONSTITUEE D'UN OXYDE METALLIQUE ET D'UNE TROISIEME COUCHE 403 CONSTITUEE DU MEME METAL QUE CELUI ENTRANT DANS LA CONSTITUTION DE L'OXYDE METALLIQUE. DOMAINE D'APPLICATION: TETES D'ENREGISTREMENT PAR JETS D'ENCRE.

Description

L'invention concerne une tête d'enregistrement par

jets de liquide, et plus particulièrement, une tête d'en-

registrement qui a pour fonction de former et d'éjecter des gouttelettes de liquide d'enregistrement projetées et qui est destinée à être utilisée dans un système d'en-

registrement par jets de liquide.

Le procédé d'enregistrement par jets d'encre (ou procédé d'enregistrement par jets de liquide) a attiré

l'attention pour son aptitude à effectuer un enregistre-

ment à grande vitesse, son faible bruit négligeable produit au moment de l'enregistrement, et sa capacité d'effectuer l'opération d'enregistrement sans nécessiter de traitement spécial tel que l'opération dite de "fixage d'image" sur

du papier uni.

Parmi divers types de procédés d'enregistrement par jets de liquide, ceux décrits, par exemple, dans la demande de brevet japonais N O 54-51837 et dans la demande de brevet de la RFA DOS N O 2843064 sont particuliers par le fait que leurs caractéristiques diffèrent de celles des autres procédés d'enregistrement par jets de liquide, en ce sens que de l'énergie thermique est utilisée pour agir sur le liquide d'enregistrement afin de produire la

force motrice pour l'éjection de gouttelettes de liquide.

Autrement dit, les procédés d'enregistrement décrits dans les demandes précitées sont caractérisés par le fait que le liquide d'enregistrement, qui est soumis à l'action de l'énergie thermique, change d'état, ce qui s'accompagne d'un brusque accroissement de volume, et ce changement d'état produit une force qui agit de façon à

éjecter le liquide de l'orifice ménagé à l'extrémité dis-

tale de la tête d'enregistrement, le liquide formant ainsi des gouttelettes qui sont projetées de façon à adhérer

sur un élément d'enregistrement d'images.

En particulier, le procédé d'enregistrement par jets de liquide décrit dans la demande DOS N O 2843064 a pour caractéristiques qu'il peut non seulement être appliqué de façon efficace à la méthode d'enregistrement dite "à gouttelettes produites à la demande", mais qu'il convient également à Une t'te d'enregistrement à orifices multiples à haute densité, du type à ligne complète, pouvant être incorporé aisément dans l'appareil d'enre- gistrement, et on peut donc obtenir une image de haute

résolution et de haute qualité à une vitesse d'enregistre-

ment élevée.

L'unité à tête d'enregistrement de l'appareil d'en-

registrement devant être utilisée dans le procédé d'enre-

gistrement par jets de liquide mentionné ci-dessus est réalisée de façon à comporter une section de décharge de liquide présentant un orifice pour l'éjection du liquide d'enregistrement et un trajet ou canal d'écoulement de liquide qui est en communication avec l'orifice, et une partie de cette unité comporte une zone d'action thermique dans laquelle de l'énergie thermique agit sur le liquide

pour décharger des gouttelettes, et un transducteur électro-

thermique constituant un élément de génération de l'énergie

thermique.

Ce transducteur électrothermique comporte deux électrodes et une couche résistive génératrice de chaleur

est connectée aux électrodes et comporte une région desti-

née à générer de la chaleur entre ces électrodes (partie génératrice de chaleur) Les deux électrodes comprennent généralement une électrode sélective et une électrode commune entre lesquelles une conduction électrique est réalisée pour engendrer de l'énergie thermique dans la partie génératrice de chaleur précitée afin d'éjecter

des gouttelettes de liquide de l'orifice.

Normalement, un revêtement (ou une couche) de protection est prévu sur la partie génératrice de chaleur et au moins sur l'électrode disposée audessous de la

région de la tête d'enregistrement o le liquide d'enre-

gistrement s'écoule ou séjourne Le revêtement protecteur

est destiné à protéger à la fois chimiquement et physique-

ment les électrodes et la couche résistive génératrice de

chaleur formant la partie génératrice de chaleur, du li-

quide se trouvant au-dessus d'elles, et ce revêtement pro-

tecteur est également destiné à empêcher tout court-circuit entre les deux électrodes précitées et la fuite du courant électrique de ces mêmes électrodes, en particulier la fuite de courant entre les électrodes sélectives, et à empêcher qu'une corrosion électrique des électrodes ait lieu par contact du liquide avec les électrodes et par conduction

électrique entre eux.

Le revêtement protecteur mentionné ci-dessus doit avoir diverses caractéristiques dépendant de l'emplacement o il est prévu Par exemple, lorsqu'il est prévu sur la partie génératrice de chaleur, le revêtement protecteur doit ( 1) résister à la chaleur, ( 2) résister au liquide,

( 3) empêcher la pénétration du liquide, ( 4) être conduc-

teur de la chaleur, ( 5) empêcher l'oxydation, ( 6) être isolant, et ( 7) s'opposer à la formation de fissures; et, lorsqu'il est prévu sur une région autre que la partie

génératrice de chaleur, le revêtement protecteur doit pré-

senter une excellente propriété d'empêchement de la péné-

tration du liquide, il doit être résistant au liquide, et il doit s'opposer à la formation de fissures, bien que ces propriétés puissent être atténuées dans une certain Q

mesure suivant les conditions thermiques.

Cependant, actuellement, on ne dispose d'aucune matière permettant de former un revêtement protecteur pouvant satisfaire les sept exigences indiquées ci-dessus, en une seule couche, tout en recouvrant la totalité de

la zone de la partie génératrice de chaleur et des élec-

trodes Dans la tête d'enregistrement réelle, diverses matières possédant des propriétés complémentaires les unes des autres pour satisfaire les caractéristiques demandées

sont donc choisies en fonction de la position o le revê-

tement protecteur doit être appliqué, et ces matières sont appliquées en plusieurs couches formant le revêtement

protecteur Un tel revêtement-protecteur à couches multi-

ples doit en outre présenter une force d'adhésion suffisam-

ment élevée entre les couches appliquées, et il ne doit pas être à l'origine de problèmes dus à une diminution de la résistance d'adhérence, telle qu'une exfoliation'et un flottement entre les couches adjacentes pendant la produc- tion de la tête d'enregistrement ou pendant sa période

d'utilisation réelle.

Parmi les points indiqués ci-dessus, dans le cas d'une tête d'enregistrement par jets de liquide du type a orifices multiples, étant donné qu'un grand nombre de transducteurs électrothermiques très fins sont formés simultanément sur le substrat pendant la fabrication de l'appareil d'enregistrement, il se produit une formation répétée de chaque couche sur le substrat ou élément de base, et une élimination répétée d'une partie des couches ainsi formées, et, au stade de la formation du revêtement

protecteur, la surface des couches stratifiées sur la-

quelle le revêtement protecteur doit être formé présente de très fines irrégularités superficielles, comprenant

des parties en forme de coins brusques (parties en gra-

dins), de sorte que la propriété de recouvrement de ces

parties en gradins par le revêtement protecteur est im-

portante Autrement dit, si la propriété de recouvrement de cette partie en gradins par le revêtement protecteur est faible, il se produit une pénétration du liquide dans

cette partie, ce qui peut entraîner une corrosion électri-

que ou une rupture diélectrique En outre, lorsque le re-

vêtement protecteur ne présente pas une probabilité assez faible de présence de défauts en raison de son propre procédé de fabrication, il se produit inévitablement une

pénétration de liquide par les parties présentant des dé-

fauts avec, pour conséquence, une diminution considérable

de la durée de vie en service du transducteur électro-

thermique. Pour les raisons indiquées ci-dessus, le revêtement protecteur doit en outre présenter une bonne propriété de recouvrement des parties en gradins, il doit avoir une faible probabilité de présence de défauts tels que des piqgres, etc, dans les couches devant être formées, ou bien, s'il Présente de tels défauts, l'importance de ces derniers doit être pratiquement négligeable. En particulier, la surface agissant par la chaleur est soumise à des conditions très difficiles, telles que de brusques variations de température se produisant de façon répétée entre des températures élevées et basses, à une fréquence de plusieurs milliers de fois par seconde et,dans le même temps, le liquide se trouvant sur la zone d'action de la chaleur est soumis à des variations répétées de pression, de sorte qu'il est vaporisé sous l'effet de la température élevée, ce qui provoque la formation de

bulles dans le liquide, et par conséquent, un accroisse-

ment de la pression dans le circuit d'écoulement du li-

quide,et le liquide vaporisé est condensé et la mousse qu'il forme dispara Xt avec la diminution de température, ce qui entraîne un abaissement de la pression dans le circuit ou trajet d'écoulement de liquide, de sorte que ces variations répétées de pression engendrent constamment

des contraintes mécaniques dans la zone d'action thermique.

En tenant compte de ceci, le revêtement protecteur destiné à recouvrir la surface supérieure d'au moins la partie

génératrice de chaleur doit être particulièrement résis-

tant aux chocs dus aux contraintes-mécaniques et doit pré-

senter une adhérence particulièrement bonne entre les diverse

couches constituant ce revêtement protecteur.

Cependant, la tête classique d'enregistrement par jets de liquide ne peut satisfaire les diverses conditions et les divers critères indiqués cidessus, En particulier, le décollement des couches du revêtement protecteur à couches multiples appliqué sur la surface supérieure de la partie génératrice de chaleur ne peut être empêché lors

de l'utilisation de l'appareil classique pendant une lon-

gue durée, et ce phénomène de pelage ou de décollement se produit très souvent En outre, la résistance adhésive entre les couches adjacentes du revêtement protecteur à

couches multiples diminue et une exfoliation tend à appa-

raître aisément entre ces couches adjacentes au cours de chaque étape de traitement pour la fabrication de la tête d'enregistrement, par exemple dans l'étape consistant

à former le trajet d'écoulement de liquide sur le subs-

trat, le transducteur électrothermique étant protégé par le revêtement de protection appliqué sur lui, ou bien

lors de l'étape consistant à sectionner la tête d'enre-

gistrement pour la séparer d'autres têtes ou pour former l'orifice Il est également fréquent que la stabilité

d'épaisseur de chacune des couches du revêtement protec-

teur ainsi formé disparaisse par suite de la préférence donnée, lors de la conception du revêtement protecteur, à des points permettant de satisfaire totalement les exigences précitées concernant les caractéristiques du revêtement protecteur, ou bien par suite de variations très légères des conditions de stratification des couches pour construire le revêtement protecteur, ou encore par

suite d'autres facteurs.

L'invention est conçue en tenant compte des diver-

ses difficultés mentionnées précédemment, et elle a pour objet principal une tête d'enregistrement par jets de

liquide ayant une excellente longévité, malgré des uti-

lisations répétées fréquentes ou une utilisation continue pendant une longue durée, et cette tête d'enregistrement

est capable de conserver de façon stable sa caractéristi-

que initiale de formation convenable de gouttelettes pen-

dant une longue période de temps.

L'invention a également pour objet une tête d'en-

registrement par jets de liquide dont la production est d'une haute fiabilité, ainsi qu'une tête d'enregistrement par jets de liquide dont le rendement de fabrication est élevé, même lorsque cette tête est du type à orifices multiples. Conformément à l'invention, et d'une façon générale, il est prévu une tête d'enregistrement par jets de liquide comprenant une section de décharge du liquide présentant un orifice destiné à projeter des gouttelettes de liquide au moment de la décharge du liquide, et un trajet d'écou- lement de liquide qui communique avec l'orifice, au raoins

une partie de la tête comprenant une zone d'action thermi-

que dans laquelle de l'énergie thermique agit sur le li-

quide pour former les gouttelettes de liquide, un trans-

ducteur électrothermique comportant au moins deux élec-

trodes disposées face à face et connectées électriquement à une couche résistive, génératrice de chaleur, appliquée sur le substrat de façon à former une partie génératrice de chaleur entre les deux électrodes, et un revêtement protecteur constitué d'au moins trois couches comprenant chacune une matière organique et superposées de façon à

couvrir la surface supérieure d'au moins la partie géné-

ratrice de chaleur, les matières inorganiques constituant

deux couches mutuellement adjacentes-du revêtement protec-

teur comprenant au moins un élément constitutif commun aux

deux couches.

L'invention sera décrite plus en détail en regard

des dessins annexés à titre d'exemples nullement limita-

tifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe transversale de la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention, la coupe passant au voisinage de la partie génératrice de

chaleur appliquée sur le substrat, suivant un plan perpen-

diculaire à la surface de la couche résistive génératrice de chaleur; la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective éclatée d'une forme de réalisation de la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention; et la figure 3 est une vue schématique partielle en

perspective d'une forme de réalisation de la tête d'enre-

gistrement par jets de liquide selon l'invention.

La figure 1 est une coupe transversale schématique par un plan passant au voisinage de la section génératrice de chaleur de la tête d'enregistrement par jets de liquide

selon l'invention.

Comme montré sur la figure 1, le substrat ou élé- ment de base 1 comprend un support 101 devant être formé

en silicium, en verre, en céramique, etc, et une sous-

couche 102 constituée de Si O 2, etc, appliquée sur le

support 101.

La sous-couche 102 est prévue principalement en tant que couche destinée à réguler le flux de chaleur produit par la partie génératrice de chaleur 6 vers le côté du support 101 Le choix de la matière constitutive pour la couche et l'épaisseur de la couche sont établis de manière que, lorsqu'on fait agir de l'énergie thermique

sur le liquide se trouvant à la surface 5 d'action thermi-

que, une plus grande quantité de chaleur puisse circuler de la partie génératrice de chaleur 6 vers la surface 5

d'action thermique et, que lorsque la conduction électri-

que vers le transducteur électrothermique 7 est interrom-

pue, la chaleur restant dans la partie génératrice de cha-

leur 6 puisse s'écouler rapidement vers le support 101.

En ce qui concerne la matière constituant la sous-couche

102, on peut citer, parmi le bioxyde de silicium mention-

né ci-dessus (Si O 2), des matières inorganiques représen-

tées par des oxydes métalliques tels que l'oxyde de zir-

conium, l'oxyde de tantale, l'oxyde de magnésium, l'oxyde d'aluminium, etc.

Il est appliqué,sur la surface supérieure du subs-

trat 1, la couche résistive 2, génératrice de chaleur,

sur laquelle est en outre appliquée la couche 5 à électro-

des Cette couche résistive génératrice de chaleur 2 et cette couche 3 à électrodes sont retirées sélectivement

de la surface du substrat 1 par un procédé de photo-

gravure, etc, laissant sur le -substrat les formes souhai-

tées pour ces couches Au niveau de la partie génératrice de chaleur 6, la couche 3 à électrodes est soumise à la formation d'un dessin en étant éliminée de la couche résistive 2 génératrice de chaleur, de façon que ses parties extrêmes, situées sur les deux côtés, puissent être opposées l'une à l'autre à uns (istance prédéter-

minée l'une de l'autre Cette partie de la couche résis-

tive 2, Génératrice de chaleur, de laquelle la couche à électrodes 3 a été retirée, constitue une région qui

produit de la chaleur par conduction électrique à tra-

vers la couche 3 à électrodes (partie 6 génératrice de chaleur). La plupart des matières peuvent être utilisées pour la constitution de la couche résistive 2 génératrice de chaleur, pourvu qu'elles produisent de la chaleur comme

souhaité sous l'effet de la conduction électrique.

A cet effet, des borures métalliques constituent

des exemples particulièrement excellents Parmi ces bo-

rures métalliques, celui présentant les meilleures carac-

téristiques est leborure d'hafnium, suivi du borure de zirconium, du borure de lanthane, du borure de vanadium

et du borure de niobium, dans l'ordre cité.

L'épaisseur de la couche résistive génératrice de chaleur est déterminée par l'aire de, et la matière utilisée pour,la couche résistive génératrice de chaleur, la forme et la dimension de la zone d'action thermique,

et en outre la consommation d'énergie lors de l'utilisa-

tion réelle de la tête d'enregistrement, ainsi de suite, de sorte que la quantité de chaleur produite par unité de temps puisse être comme souhaité, bien qu'une plage So avantageuse d'épaisseurs soit comprise entre 0,001 et um, ou de préférence entre 0,01 et 1 pim. En ce qui concerne la matière constituant la couche 3 à électrodes, on peut utiliser efficacement diverses matières pour électrodes, qui sont employées

habituellement Des exemples concrets de telles matiè-

res comprennent l'aluminium, l'argent, l'or, le platine,

le cuivre, et d'autres métaux analogues.

Il est en outre appliqué, sur la surface du subs-

trat 1, à l'emplacement o la couche résistive 2 généra-

trice de chaleur et la couche 3 à électrodes sont formées, un revêtement (ou une couche) 4 de protection formant la couche supérieure Ce revêtement protecteur 4, tel que montré sur la figure 1, est une structure à trois couches comprenant une première couche 401, une deuxième couche

402 et une troisième couche 403.

Les matières formant les couches du revêtement protecteur 4 sont choisies de façon que ce dernier puisse présenter diverses caractéristiques nécessaires, comme mentionné précédemment, pour un revêtement protecteur devant être appliqué sur la partie génératrice de chaleur 6, et le pouvoir d'adhésion au substrat, et en outre le

pouvoir d'adhésion entre les couches constituant le revê-

tement protecteur 4, peuvent également être excellents.

La première couche 401 devant être formée à la

partie inférieure du revêtement protecteur 4 est desti-

née principalement à assurer l'isolation entre les deux électrodes mutuellement opposées 3 appliquées sur la

couche résistive 2, génératrice de chaleur En ce qui con-

cerne la matière constituant la première couche, on peut utiliser une matière isolante inorganique, par exemple des oxydes inorganiques tels que Si O 2, etc, des nitrures

inorganiques tels que Si 3 N 4, etc, et autres, ces matiè-

res ayant une excellente propriété d'isolation, une con-

ductibilité thermique et une résistance à la chaleur re-

lativement bonnes, et,de plus, adhérant au substrat 1.

En ce qui concerne la matière constituant la pre-

mière couche 401, on peut citer à titre d'exemples, hormis

les matières inorganiques mentionnées ci-dessus, les di-

verses matières suivantes: des oxydes de métaux de tran-

sition tels que les oxydes de vanadium, de niobium, de

molybdène, de tantale, de tungstène, de chrome, de zirco-

nium, d'hafnium, de lanthane, d'yttrium, de manganèse,

2545 C O; 3

il

et autres; des oxydes de métaux tels que les oxydes d'alu-

minium, de calcium, de strontium, de baryum, de silicium,

etc, et des composites de ces oxydes; des nitrures hau-

tement résistifs tels que les nitrures de silicium, d'alu-

minium, de bore, de tantale, etc; des composites de ces nitrures; ou des composites des nitrures et des oxydes des semi-conducteurs tels que le silicium amorphe, le sélénium amorphe, et autres, qui ont une faible résistance sous la forme brute, mais qui peuvent être traités de façon à avoir une résistance électrique élevée pendant qu'ils sont mis sous la forme d'une mince pellicule par le procédé de pulvérisation, le procédé de déposition chimique en phase vapeur, le procédé de déposition, le procédé de déposition de vapeur-réaction de phase, le procédé d'enduction de liquide, et autres L'épaisseur de la pellicule constituant la première couche 401 peut avantageusement être comprise entre 0,1 et 5 m, ou bien plus avantageusement entre 0,2 et 3 pm, ou de préférence

entre 0,5 et 3 Mm.

La troisième couche 403 appliquée sur la partie supérieure du revêtement protecteur 4 définit la zone 5 d'action thermique dans une position correspondant à la

partie génératrice de chaleur 6 de la tête d'enregistre-

ment par jets de liquide et elle est destinée à être en contact direct avec le liquide d'enregistrement, sur le trajet d'écoulement du liquide devant être formé sur la partie génératrice de chaleur 6 Le râle principal de cette troisième couche 403 est de renforcer le revêtement

protecteur 4 dans sa résistance à la pénétration du li-

quide, sa résistance au liquide et sa résistance mécani-

que. Les matières devant constituer la troisième couche

403 doivent être tenaces, d'une résistance mécanique rela-

tivement bonne, et d'une bonne conductibilité thermique, d'une bonne résistance au liquide et d'une bonne résistance à la pénétration du liquide Des exemples de ces matières comprennent divers métaux appartenant aux éléments du Groupe III du Tableau Périodique tels que le scandium (Sc), l'yttrium (Y),etc, aux éléments du Groupe I Va tels que le titane (Ti), le zirconium (Zr), l'hafnium (Hf), etc, aux éléments du Groupe Va tels que le tantale (Ta), le vanadium (V), le niobium (Nb), etc, aux éléments du Groupe V Ia tels que le chrome (Or), le molybdène e*o), le tungstène (W), etc, aux éléments du Groupe VIII tels que le fer (Fe), le cobalt (Co),le nickel (Ni), etc, et autres; des alliages des divers métaux précités tels que Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Ti-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni-Cr, et ainsi de suite; desborures des divers métaux indiqués ci-dessus tels que Ti-B, Ta-B, Hf-B, W-B, etc; des divers carbures des métaux indiqués ci-dessus tels que Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C, Ni- O, etc; des silicates des divers métaux indiqués ci-dessus tels que Mo-Si, W-Si, Ta-Si, etc; et des nitrures des divers métaux indiqués ci-dessus tels que Ti-N, NbéN, Ta-N, etc. La troisième couche 403 peut être formée par le procédé de déposition, le procédé de pulvérisation, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur, ainsi de suite, à l'aide des matières indiquées ci-dessus L'épaisseur de la couche peut avantageusement être comprise entre 0,01 et 5 jim, ou bien plus avantageusement entre 091 et 5 pm, ou de préférence entre 0,2 et 3 pm Il convient de noter que, dans le choix de la matière et de l'épaisseur formant la

couche, cette dernière peut avantageusement être supé-

rieure, en résistivité, à l'encre, à la couche résistive énératrice de chaleur et à la couche à électrodes Par

exemple, il est préférable de réaliser la couche du revê-

tement protecteur de façon que sa résistivité soit de 1 ohm cm ou moins Des matières isolantes telles que Si-C, etc, possédant une grande résistance aux chocs mécaniques,

peuvent être avantageusement utilisées.

La présence de la troisième couche 403, réalisée à l'aide de l'une des matières indiquées ci-dessus, à la

surface supérieure du revêtement protecteur 4, rend pos-

sible une absorption suffisante des chocs dus à l'action de cavitation se produisant au moment de l'éjection du liquide dans la zone 5 d'action thermique, de sorte que la durée de vie utile de la partie génératrice de chaleur 6 peut être efficacement prolongée d'un grand pas. En outre, la deuxième couche 402 est prévue entre

la première couche 401 et la troisième couche 403 du revê-

tement protecteur 4 Cette deuxième couche 402 fait l'ob-

jet des caractéristiques particulières de la tête d'enre-

gistrement par jets de liquide selon l'invention Dans la tête classique d'enregistrement par jets de liquide, le revêtement protecteur appliqué sur la partie génératrice

de chaleur est fondamentalement une structure à deux cou-

ches qui équivaut à la première couche 401 et à la troi-

sième couche 403 de la présente invention Un tel revête-

ment protecteur ne donne pas toujours satisfaction en ce qui concerne sa résistance d'adhésion entre les couches mutuellement en contact, ce qui provoque une exfoliation ou un flottement des couches adjacentes, affectant la fiabilité et la longévité de la tête d'enregistrement

par jets de liquide.

Par conséquent, le rôle principal de la deuxième couche 402, en tant que l'un des éléments constituant le

revêtement protecteur 4 et destiné à éliminer les incon-

vénients énumérés ci-dessus, est de renforcer l'adhésion

entre la première couche 401 et la troisième couche 403.

En tant que matière utilisée pour constituer la deuxième couche 402, on peut employer diverses matières capables d'accroître l'adhésivité avec la première couche 3 o 401 et la troisième couche 403, et n'affectant pas les caractéristiques demandées au revêtement protecteur par son application sur la partie génératrice de chaleur La

matière optimale pour la deuxième couche 402 doit conte-

nir au moins un premier élément commun aux éléments cons-

titutifs de la matière de la première couche 401, et au moins un second élément commun aux éléments constitutifs

2545 OA 3

de la matière de la troisième couche 403 Les premier et

second éléments mentionnés ci-dessus ne sont pas néces-

sairement différents l'un de l'autre, mais ils peuvent

être identiques.

Des exemples avantageux de matières constituant la deuxième couche 402 sont les suivantes: ( 1) dans le

cas o la première couche 401 est un oxyde et la troi-

sième couche 405 est un métal, la matière constituant la deuxième couche 402 est un oxyde du métal formant la troisième couche 403; ( 2) dans le cas o la première couche 401 est un nitrure ou un carbure et la troisième couche est un métal, la matière constituant la deuxième

couche 402 est un nitrure ou un carbure du métal cons- tituant la troisième couche 403 En outre, un exemple préféré de la matière

constituant la deuxième couche 402

en association avec la première couche 401 et la troi-

sième couche 403 peut comprendre un oxyde de silicium

pour la première couche 401, du tantale pour la troi-

sième couche 403, et de l'oxyde de tantale pour la deuxième couche 402 De la même manière, on peut utiliser, à titre d'autres exemples, les combinaisons suivantes: de l'oxyde d'aluminium pour la première couche, du zirconium pour la troisième couche, et de l'oxyde de zirconium pour la deuxième couche; de l'oxyde de tantale pour la première couche, de l'hafnium pour la troisième couche et de l'oxyde d'hafnium pour la deuxième couche; du borure de

silicium pour la première couche, du tantale pour la troi-

sième couche et du nitrure de tantale pour la deuxième couche; du nitrure d'aluminium pour la première couche, du molybdène pour la troisième couche et du nitrure de

molybdène pour la deuxième couche, et d'autres combinai-

sons. Grâce à la présence de la deuxième couche 402 telle que mentionnée précédemment, la résistance d'adhésion du revêtement protecteur 4 dans son ensemble est notablement accrue Dans les explications précédentes portant sur la

tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'inven-

2545 C 43

tion, on a traité de façon particulière le revêtement pro-

tecteur appliqué sur la partie génératrice de chaleur Il

convient ceuendant de noter que l'invention n'est évidem-

ment pas limitée à ce revêtement protecteur seul, mais que la combinaison de l'invention, telle que décrite ci-dessus, peut être appliquée à un revêtement protecteur multicouche pouvant être formé sur toute zone du substrat autre que la partie génératrice de chaleur, par exemple sur la surface supérieure des électrodes En outre, la couche protectrice selon l'invention, comme indiqué précédemment, est une structure à couches multiples composée de trois couches; cependant, l'association ou la combinaison de-matières selon l'invention peut également s'appliquer à toute autre

structure multicouche composée de plus de trois couches.

La tête d'enregistrement par jets de liquide selon

* l'invention est achevée par la formation, ensuite, du tra-

jet d'écoulement du liquide et de l'orifice correspondant à la partie génératrice de chaleur définie sur le substrat

par le transducteur électrothermique protégé par le revête-

ment protecteur 4, comme montré sur la figure 1.

-La figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'une forme de réalisation de la tête complète

d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention.

Cette tête d'enregistrement est achevée par une pre-

mière application d'une pellicule sèche de résine photo-

sensible sur le substrat 201, puis formation de la paroi 203 du canal d'écoulement et de la chambre commune 205 à

liquide, de façon qu'elles correspondent à la partie géné-

ratrice de chaleur, sur le substrat, par exposition et développement à travers un masque de dessin prédéterminé, et enfin application et collage, sur la paroi du canal d'écoulement, de la plaque supérieure 207 constituée d'une plaque de verre, de matière plastique, etc, et présentant des orifices 208, la fixation s'effectuant au moyen d'un agent adhésif tel qu'un adhésif du type époxyde Dans cette tête d'enregistrement, les orifices 2545 Cs 3 sont formés dans la partie de fermeture du canal 202

d'écoulement de liquide, en face de la zone d'action ther-

mique associée au canal d'écoulement.

La figure 3 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation de la tête d'enregistrement à jets de liquide selon l'invention, réalisée de la même manière

que celle décrite précédemment Dans cette tête d'enregis-

trement, les orifices 302 sont formés dans, et le long de,

la direction du canal 304 d'écoulement du liquide, et l'en-

cre arrivant de l'orifice 306 d'alimentation en encre et emmagasinée dans la chambre commune 305 à liquide, est éjectée des orifices 302 par l'énergie thermique produite par la partie génératrice de chaleur 303, et elle adhère à

la surface de la feuille d'enregistrement pour y enregis-

trer une image souhaitée.

Dans la tête d'enregistrement par jets de liquide

selon l'invention, achevée comme décrit ci-dessus, le revê-

tement protecteur devant recouvrir au moins la partie géné-

ratrice de chaleur est constitué de plusieurs couches dont les caractéristiques, demandées au revêtement protecteur à

l'emplacement o il est appliqué, se complètent mutuelle-

ment, et les diverses couches sont appliquées les unes sur les autres et adhèrent fortement les unes aux autres Par

conséquent, il n'existe aucun risque d'apparition de pro-

blèmes tels qu'un décollement des couches stratifiées constituant le revêtement protecteur multicouche, et autres problèmes apparaissant lors d'une utilisation répétée et

fréquente de la tête d'enregistrement lors de son utilisa-

tion continue pendant une longue période de temps, ce qui permet de maintenir de façon stable, pendant une longue durée, des caractéristiques avantageuses de formation de gouttelettes de liquide, caractéristiques identiques à celles présentées par la tête d'enregistrement au début

d'une opération d'enregistrement De plus, la tête d'enre-

gistrement par jets de liquide selon l'invention ne présente

aucun décollement des couches adjacentes formant le revête-

ment protecteur et, même lorsque la tête d'enregistrement est réalisée suivant le type à orifices multiples, les couches adjacentes du revêtement protecteur présentent une bonne adhésivité, une haute fiabilité et un rendement élevé de fabrication. Pour permettre à l'homme de l'art de mettre en oeuvre la présente invention, on donne les exemples suivants ainsi

que des exemples comparatifs.

Exemple 1

Une tranche de silicium est soumise à une oxydation thermique pour qu'il s'y forme une pellicule de Si O 2 de Flm d'épaisseur, cette tranche étant utilisée comme subs- trat. Puis, comme couche résistive génératrice de chaleur, on forme par pulvérisation une couche de Hf B 2 de 150 nm d'épaisseur sur la surface du substrat, cette opération

étant suivie d'un dépôt continu, par déposition par fais-

ceau d'électrons, d'une couche de Ti de 5 nm et d'une

couche de Al de 500 nm.

Un dessin prédéterminé est formé par processus photolithographique, la zone d'action thermique ayant pour dimensions une largeur de 30 t et une longueur de "m La résistance de cette zone d'action thermique est de 150 ohms, y compris la résistance des électrodes

d'aluminium.

Ensuite, du Si O 2 est appliqué sur toute la surface

du substrat en formant une pellicule de 2,5 pm d'épais-

seur, par un procédé de pulvérisation à grande vitesse (formation de la première couche) Puis une couche de

tantale (Ta) est déposée sur la première couche consti-

tuée de Si O 2, jusqu'à une épaisseur de pellicule de 60 nm, par pulvérisation, après quoi la couche déposée de tantale (Ta) est parfaitement oxydée dans l'air à 500 C afin de former, en tant que deuxième couche, une couche de Ta 205 Après la formation de la deuxième couche de Ta 205, on dépose, par pulvérisation, une couche de tantale (Ta)

sur cette deuxième couche, jusqu'à-une épaisseur de pelli-

cule de 0,9 pm, achevant ainsi la Formation du revêtement

protecteur constitué de trois couches.

Sur le substrat sur lequel la partie résistive Génératrice de chaleur et le revêtement protecteur ont été ainsi formés, on applique une pellicule sèche de résine photosensible ayant une épaisseur de 50 pm, après quoi on expose et on développe la pellicule à travers un masque

de dessin prédéterminé, de façon à former le canal d'écou-

lement de liquide et la chambre commune à liquide en cor-

respondance avec la partie génératrice de chaleur située sur le substrat En outre, à l'aide d'un agent adhésif du

type époxyde, on applique une plaque supérieure de ferme-

ture en verre afin de compléter la tête d'enregistrement

par jets de liquide, comme montré sur la figure 3.

On assemble cette tête d'enregistrement par jets de

liquide dans un appareil d'enregistrement Une tension rec-

tangulaire de 30 volts est appliquée au transducteur

électrothermique de la tête d'enregistrement à une fré-

quence de 800 Hz, 109 fois pendant 10 Ose de façon à éjec-

ter de l'encre de l'orifice et à évaluer la longévité de

la tête d'enregistrement lors d'une utilisation continue.

La longévité en utilisation continue est évaluée par l'application d'impulsions électriques répétitives 109 fois, et détermination ensuite d'un taux, pour le transducteur

électrothermique, auquel l'application des impulsions élec-

triques devient impossible en raison d'une rupture de fil, etc Le tableau donné ci-après indique les résultats de

cette évaluation.

Parmi les points précédents, la résistance d'adhé-

sion est estimée sur un revêtement protecteur d'une struc-

ture à trois couches telle que réalisée dans le présent exemple L'essai consiste à former d'abord des gorges sur la surface du substrat sur laquelle les première, deuxième et troisième couches de revêtement protecteur ont été formées Les gorges sont réalisées en damiers à carrés de 1 mm, leur profondeur étant supérieure à l'épaisseur du revêtement protecteur et leur largeur étant d'environ

lim, dans la mesure o elles ne sectionnent pas le subs-

trat Un ruban adhésif est ensuite collé sous pression sur la surface du substrat, après quoi on effectue des observations au microscope et à l'oeil nu, ces observations portant sur l'état d'exfoliation du revêtement protecteur lorsque le ruban est décollé dans la direction horizontale par rapport à la surface de la plaque de base, et on évalue

la résistance d'adhésion conformément aux critères d'évalua-

tion suivants: (o) = aucune exfoliation ne peut être ob-

servée; ()= une exfoliation apparaît sur une partie de la surface de la plaque de base; et (x) = une exfoliation

se produit sur presque toute la surface de l'échantillon.

Les résultats de l'évaluation de cet exemple sont donnés

sur le tableau ci-dessous.

Exemple 2

La deuxième couche de Ta 205 du revêtement protec-

teur appliqué sur la plaque de base de la tête d'enregis-

trement par jets de liquide de l'Exemple 1 décrit ci-

dessus est formée par dépôt, d'abord, d'une couche de tantale (Ta) à une épaisseur de 0,6 ym sur la première couche de Si O 2 par le procédé de pulvérisation, après quoi la couche de Ta est oxydée dans un-bain d'acide phosphorique, par la mise en oeuvre du procédé d'oxydation anodique, de façon à être convertie en une couche de Ta 205 Ensuite, à l'aide de cette plaque de base, on réalise une tête d'enregistrement par jets de liquide de la même manière que celle décrite dans l'Exemple 1, et on évalue sa longévité en utilisation continue et la

résistance d'adhésion du revêtement protecteur Les ré-

sultats de l'évaluation sont donnés dans le Tableau ci-

dessous.

Exemple 3

La seconde couche de Ta 205 du revêtement protecteur appliqué sur la plaque de base de la tête d'enregistrement par jets de liquide de l'Exemple 1 est réalisée à l'aide

d'une cible frittée de Ta 205 -qui est déposé sur la pre-

mière couche de Si O 2 par pulvérisation A l'aide de cette plaque de base, on réalise la tête d'enregistrement par jets de liquide en suivant le même procédé que dans l'Exem- ple 1 ci-dessus, après quoi on évalue la longévité en utilisation continue de la tête d'enregistrement et la

résistance d'adhésion du revêtement protecteur, conformé-

ment à la méthode décrite dans l'Exemple 1 ci-dessus.

Les résultats de l'évaluation sont donnés dans le Tableau ci-dessous. Exem Dle Comparatif 1 A la place du revêtement protecteur à structure à trois couches appliqué sur la plaque de base de la tête

d'enregistrement par jets de liquide réalisée comme dé-

crit ci-dessus, on fabrique une tête d'enregistrement à l'aide d'un substrat sur lequel est formé un revêtement protecteur constitué de la première couche de Si O 2 et de la seconde couche de Ta, sans formation de la deuxième couche de Ta 2 05 La longévité en utilisation continue de la tête d'enregistrement et la résistance d'adhésion du revêtement protecteur sont évaluées conformément à la méthode de l'Exemple 1 ci- dessus Les résultats sont

indiqués dans le Tableau ci-dessous.

Exemvle Comparatif 2 A la place du Ta 205 utilisé pour la deuxième couche

du revêtement protecteur sur le substrat de la tête d'enre-

gistrement par jets de liquide de l'Exemple 1 ci-dessus, on dépose en phase vapeur, sur le substrat, du titane (Ti)

à une épaisseur de 100 nm afin de former la deuxième cou-

che à l'aide de laquelle la tête d'enregistrement par jets

de liquide est fabriquée La longévité en utilisation con-

tinue de la tête d'enregistrement et la résistance d' adhé-

sion de la couche protectrice sont évaluées conformément à la méthode de l'Exemple 1 ci-dessus Les résultats sont

donnés dans le Tableau ci-dessous.

Tableau

o = extrêmement bon A = utilisable en pratique

x = inutilisable en pratique.

I 1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent 8 tre apportées à la tête d'enregistrement décrite

et représentée sans sortir du cadre de l'invention.

Taux (%) du transducteur l Résistance électrothermique, auquel id'adhésion du

l'application d'impulsions irevêtement pro-

électriques devient tecteur impossible _ 1 î Exemple N 1 I 0,5 o " tw 2 O o " 3 0,3 o

Exemple I

Comparatif 1 38 A

Exemple

Comparatif 2 65 x

Claims (9)

REVENTDICATIONS

1 Tête d'enregistrement par Jets de liquide,

caractérisée en ce qu'elle comporte une section de dé-

charge de liquide présentant un orifice ( 208) destiné à projeter des gouttelettes de liquide au moment de la

décharge du liquide, un canal ( 202) d'écoulement de li-

quide qui communique avec l'orifice, au moins une partie de la section de décharge de liquide comprenant une zone

( 5) d'action thermique dans laquelle de l'énergie thermi-

que agit sur le liquide pour former les gouttelettes de liquide, la tête comportant également un transducteur électrothermique ( 7) comportant au moins deux électrodes disposées face à face et connectées électriquement à une couche résistive ( 2) génératrice de chaleur, sur un substrat ( 1) de façon à former une partie génératrice de chaleur ( 6) entre les deux électrodes; et un revêtement

protecteur ( 4) constitué de trois couches ou plus, com-

prenant chacune une matière inorganique et appliquées les unes sur les autres de façon à recouvrir la surface supérieure d'au moins la partie génératrice de chaleur, les matières inorganiques, qui constituent deux couches

mutuellement adjacentes du revêtement protecteur,renfer-

mant au moins un élément constitutif qui leur est commun.

2 Tête 'd'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement protecteur présente une structure stratifiée dans laquelle une première couche ( 401) comprend un oxyde, une deuxième couche ( 402) comprend un oxyde métallique, et une troisième couche ( 403) comprend le même métal que celui entrant dans la constitution de l'oxyde métallique, ces couches étant

disposées dans l'ordre cité, à partir du côté de la par-

tie génératrice de chaleur.

3 Tête d'enregistrement selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'oxyde est de l'oxyde de silicium, en ce que l'oxyde métallique est de l'oxyde de tantale et

en ce que le métal est du tantale.

4 Tête d'enregistrement selon la'revendication 2, caractérisée en ce que l'oxyde est de l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de métal est de l'oxyde de zirconium, et le métal

est du zirconium.

5 Tête d'enregistrement selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'oxyde est de l'oxyde de tantale, l'oxyde de métal est de l'oxyde d'hafnium, et le métal

est de l'hafnium.

6 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement protecteur présente une structure stratifiée comprenant une première couche ( 401) en nitrure, une deuxième couche ( 402) en nitrure d'un métal, et une troisième couche ( 403) de même métal que celui entrant dans la constitution du nitrure de métal, dans l'ordre cité, à partir du côté de la partie

génératrice de chaleur.

7 Tête d'enregistrement selon la revendication 6, caractérisée en ce que le nitrure est du nitrure de silicium, le nitrure de métal est du nitrure de tantale,

et le métal est du tantale.

8 Tête d'enregistrement selon la revendication 6,

caractérisée en ce que le nitrure est du nitrure d'alu-

minium, le nitrure de métal est du nitrure de molybdène,

et le métal est du molybdène.

9 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement protecteur présente une structure stratifiée constituée d'une première couche ( 401), d'une deuxième couche ( 402) et d'une troisième couche ( 403), dans l'ordre cité à partir du c 8 té de la partie génératrice de chaleur, les trois couches étant

composées des matières suivantes: à savoir, pour la pre-

mière couche, une matière inorganique choisie dans le groupe comprenant des oxydes de titane, de vanadium, de niobium, de molybdène, de tantale, de tungstène, de chrome, de zirconium, d'hafnium, de lanthane, d'yttrium, de manganèse, d'aluminium, de calcium, de strontium, de baryum et de silicium, des nitrures de silicium, d'aluminium, de bore et de tantale, du silicium amorphe à haute résistance électrique, du sélénium amorphe a haute résistance électrique, et une matière composite constituée d'au moins deux types des matières choisies parmi les précédentes; en ce qui concerne la troisième couche, un métal simple choisi dans le groupe comprenant

le scandium (Se), l'yttrium (Y), le titane (Ti), le zirco-

nium (Zr), l'hafnium (Hf), le tantale (Ta), le vanadium (V), le niobium (Nb), le chrome (Cr), le molybdène (Mo), le tungstène (W), le fer (Fe), le cobalt (Go), et le nickel (N Ii); un alliage choisi dans le groupe comprenant Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Ti-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr et Fe-Ni-Cr; un carbure de métal choisi dans le groupe comprenant Ti-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C, et Ni-C; un borure métallique choisi dans le groupe comprenant Ti-B, Ta-B, Hf-B et W-B; un silicate de métal choisi dans le groupe comprenant Mo-Si, W-Si et Ta-Si; et un nitrure de métal choisi dans le groupe comprenant Ti-N, Nb-N et Ta-N; et, pour la deuxième couche, une matière inorganique contenant au moins un premier élément commun avec un élément constitutif de la matière constituant la première couche, et au moins un second élément commun avec un élément constitutif de la matière formant la

troisième couche.