WO1991017891A1 - Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO1991017891A1
WO1991017891A1 PCT/DE1991/000364 DE9100364W WO9117891A1 WO 1991017891 A1 WO1991017891 A1 WO 1991017891A1 DE 9100364 W DE9100364 W DE 9100364W WO 9117891 A1 WO9117891 A1 WO 9117891A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ink
ejection
elements
openings
outlet
Prior art date
Application number
PCT/DE1991/000364
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Heinzl
Bernhard Hochwind
Hans W. PÖTZLBERGER
Helmut Schlaak
Arno Steckenborn
Original Assignee
Mannesmann Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann Ag filed Critical Mannesmann Ag
Priority to EP91907859A priority Critical patent/EP0530209B1/de
Priority to US07/952,628 priority patent/US5760804A/en
Priority to DE59103819T priority patent/DE59103819D1/de
Priority to JP91507687A priority patent/JPH05508815A/ja
Publication of WO1991017891A1 publication Critical patent/WO1991017891A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14024—Assembling head parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1601—Production of bubble jet print heads
    • B41J2/1603—Production of bubble jet print heads of the front shooter type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/1437—Back shooter

Definitions

  • Doped silicon is used as substrate material 19.
  • the cavity structure 16 is formed tzen by anisotropic A ', preferably wherein monocrystalline silicon is used in the orientation (110) as the substrate and is carried out, the masking during etching by an elongate opening with parallel side edges, such that cavities 16 are formed with parallel walls, from ( III) planes and inclined outlet zones 18 arise. This enables such cavities to be closely lined up.
  • a thin carrier layer (membrane) 20 which is necessary in order to guarantee the heat conduction from the heating element 4 to the ink-filled cavity 16, is simultaneously formed by doping the silicon 19 in a thin layer before the etching the etching process is stopped when the doped region is reached.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

Bei einem nach dem Bubble-Jet-Prinzip arbeitenden Tintenschreibkopf (24) in Schichtbauweise werden sowohl die Heizelemente (4), die elektrischen Zuleitungen und die Kontaktstellen als auch die Ausstossöffnungen (10) im gleichen Chip (11) im Nutzen durch planare Bearbeitungsschritte erzeugt (Back-shooter-Prinzip). Die Heizelemente (4) und die Ausstossöffnungen (10) sind dabei seitlich gegeneinander derart versetzt angeordnet, dass die Ausbreitungsrichtung der Dampfblase (5) der Tintenausstossrichtung entgegengesetzt ist. Da bei einer solchen Anordnung sämtliche Feinbearbeitungsschritte planar im Nutzen erfolgen und auf einem Element vereint sind, ergibt sich eine einfache und damit kostengünstige Herstellung solcher Tintendruckköpfe (24).

Description

Tintenschreibkopf für eine nach* dem Thermalwandlerprinzip arbeitende Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Tintenschreibkopf für eine nach dem Thermalwandlerprinzip arbeitende Flüssigkeitsstrahl- aufzeichnungsvorrichtung sowie ein Verfahren zu seiner Her- Stellung gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11.
Bekannte Aufzeichnungsköpfe, die nach dem Thermalwandler¬ prinzip (Bubble-Jet-Prinzip) arbeiten, weisen eine Vielzahl von Einzeldüsen auf, aus denen unter Einwirkung einer elektronischen Steuerung Einzeltröpfchen definierter Größe (im Bereich von 10 bis 200 μm Durchmesser) erzeugt und in einem definierten Muster in Richtung eines Aufzeichnungsträ¬ gers ausgestoßen werden.
Die zu druckenden Zeichen (z.B. Buchstaben oder grafische Muster) werden durch jeweils mehrere Tintentropfen erzeugt; die Muster für jedes Zeichen sind in einer sog. Matrix fest¬ gelegt.
Zweckmäßigerweise druckt man eine volle Spalte einer solchen Matrix gleichzeitig, um die Forderungen nach hoher Druckge¬ schwindigkeit und gleichmäßigem Schriftbild zu erfüllen.
Ein Tintendruckkopf, der sich für das geschilderte Druckver- fahren eignet, muß also mehrere (gleiche) Elemente vereinigen, die in der Lage sind, Tintentropfen im Bedarfszeitpunkt aus¬ zustoßen ("Drop-on-Demand"-Prinzip). Charakteristisches Merkmal dieser Technologie ist, daß sich in einer mit Auf¬ zeichnungsflüssigkeit, beispielsweise Tinte gefüllten Kapillaren, und zwar in der Nähe ihrer Öffnung ein als Heizelement ausgebildeter elektrischer Widerstand befindet. Wird diesem Heizelement bei Bedarf mittels eines kurzen Stromimpulses eine bestimmte Wärmeenergie zugeführt, ent¬ steht durch äußerst schnelle Wärmeübertragung auf die Tin- tenflüssigkeit (Filmsieden) zuerst eine sich rasch expan¬ dierende Tintendampfblase, die dann nach Wegfall der Ener¬ giezuführung nach Abkühlung der Tintenflüssigkeit relativ schnell in sich zusammenfällt. Die durch die Dampfblase im Inneren der Kapillaren entstehende Druckwelle läßt einen Tintenstrahl begrenzter Masse aus der Düsenöffnung auf die Oberfläche eines nahen Aufzeichnungsträgers austreten.
Ein Vorteil dieses Bubble-Jet-Prinzips ist der, daß durch Ausnutzung des Phasenwechsels flüssig-gasförmig-flüssig der Tintenflüssigkeit die zum Tintenausstoß notwendige, relativ große und schnelle Volumenänderung aus einer sehr kleinen aktiven Wandlerfläche (typisch 0,01 mm2) gewonnen wird. Die kleinen Wandlerflächen wiederum erlauben bei Anwendung moderner Herstellungsverfahren, wie hochpräzise fotolitho- grafische Verfahren in Schichttechnik, einen relativ ein¬ fachen und kostengünstigen Aufbau von Tintendruckköpfen, die sich durch hohe Schreibspurendichte und geringe Abmessungen auszeichnen.
Aus der DE 30 12 698 AI ist hierzu eine Anordnung bekannt, die nach dem sog. "Side shooting"-Prinzip (Seitenspritzan- ordnung) arbeitet. Bei einer solchen Anordnung sind die Heizflächen und die dafür notwendigen elektrischen Leitungen sowie die Kontaktstellen auf einem Substrat vereinigt. Die Kanalstruktur und die Zuordnungen zu den Ausstoßöffnungen, den Düsen, entstehen durch passungsgenaues Aufkleben einer Düsenplatte auf das Substrat.
Eine weitere Basiskonfiguration für eine nach dem Bubble- Jet-Prinzip arbeitende Einrichtung ist in der DE 32 28 887 AI beschrieben. Bei der auch unter der Bezeichnung "Edge- shooter" bekannten Anordnung (Randspritzanordnung) sind ebenfalls die Heizflächen, die elektrischen Leitungen und Kontaktstellen auf einem Chip vereinigt. Die Kanalstruktur kann noch im Nutzen als Photoresiststruktur aufgebracht wer¬ den. Die Ausstoßöffnungen werden erst durch Abdecken der Kanalstruktur mit einem Deckblättchen erzielt, das gemein¬ sam mit dem Substrat und der Kanalstruktur bei jedem Chip einzeln einer mechanischen Feinstbearbeitung unterzogen wer- den muß, um die notwendige Oberflächenqualität und Kanten¬ schärfe an der Ausstoßöffnung zu erreichen. Erst nach dieser Bearbeitung kann eine Beschichtung der Austrittsfläche mit einer schwer benetzbaren Oberflächenschicht erfolgen. Eine Variation der Tropfengröße ist nur in begrenztem Maße durch Variation der Strukturimpulse an einem Heizelement möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für einen Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art Maßnahmen anzu¬ geben, die es erlauben, daß möglichst viele Funktionselemente eines solchen Schreibkopfes, wie Heizflächen, Tintenkanäle, Austrittsöffnungen, Tintenzufuhr und Ansteueranschlüsse und die genaue Zuordnung dieser Funktionselemente in planaren Prozeßschritten an einer Vielzahl von Schreibköpfen im Nutzen gleichzeitig erfolgen kann und bei der Montage der einzelnen Chips möglichst wenig genaue Passungen einzuhalten und möglichst wenig mechanische Nachbehandlungen nötig sind.
Darüber hinaus soll die Größe der Tropfen, die aus ein und derselben Ausstoßöffnung ausgestoßen werden, mit einfachen Mitteln variiert werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Düse, Hohlraum und Heizelement wird ein Tintendruckkopf vorgestellt, der sich durch einfache und damit kostengünstige Herstellungsschritte auszeichnet. Insbesondere können sämtliche Feinbearbeitungs- schritte planar im Nutzen erfolgen und sind auf einem Ele¬ ment vereint, sowie die Größe der Tropfen aus der gleichen Düse kann auf einfache Weise variiert und die Tintenzufuhr kann auf sehr einfache Weise angekoppelt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels erläutert, wozu auf die Darstellungen verwiesen wird.
Dort zeigen
Figur 1 und Figur 2 Prinzipdarstellungen von Schreibköpfen nach dem Stand der Technik (Edge-shooting-Prinzip Figur 1, Side-shooting-Prinzip Figur 2),
Figur 3 in schematischer Weise eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Schreibkopfaufbaus,
Figur 4 einen Schnitt durch den Chip eines solchen Schreib¬ kopfes gemäß der Linie I-I in Figur 3 und Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt von Figur 4.
In den Figuren 1 und 2 sind in schematischer Darstellung die Prinzipien des Tröpfchenausstoßes gemäß dem Stand der Technik gezeigt, wobei in Figur 1 ein sog. Edge-shooter
(Randspritzanordnung) und Figur 2 ein Side-shooter (Seiten- spritzanordnung) dargestellt ist. Die beiden Prinzipien unterscheiden sich im wesentlichen durch die Lage des Heizelementes in der Tintenkapillare bezüglich der Aus- trittsöffnung. In den Figuren 1 und 2 sind gleichwirkende Funktionselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Tintenkapillare 1 wird in der mit dem Pfeilsymbol gekenn¬ zeichneten Tintenzufuhr 7 mit Tintenflüssigkeit 8 gespeist. Auf einem Substrat 3 z.B. aus Glas ist in der Tintenkapillare l ein Heizelement 4 in Form eines elektrischen Widerstandes angeordnet. Bei der Konfiguration nach Figur 1 ist das Heizelement 4 in der Tintenkapillare 1 derart angeordnet, daß die Ausbreitungsrichtung der Tintendampfblase 5 im wesentlichen um 90* versetzt zu* der Ausstoßvorrichtung der Tintentröpfchen 6 liegt (Edge-shooter) . Die Tintenkapillare 1 ist nach oben mit einer Deckplatte 2 abgeschlossen.
Bei einer sog. Seitenspritzanordnung (Side-shooter) gemäß Figur 2 liegt das Heizelement 4 unmittelbar unter der Aus¬ stoßöffnung, so daß die Hauptausbreitungsrichtung der Tin¬ tendampfblase 5 mit der Ausstoßrichtung der Tintentrδpfchen 6 zusammenfällt und geometrisch gesehen eine Linie bilden. Die Richtung der Tintenzufuhr 7 in die Tintenkapillare 1 erfolgt hierbei seitlich versetzt zu der Lage der Austrittsöffnung. Die Deckplatte 2 übernimmt hierbei die Funktion einer Düsen¬ platte, die vorzugsweise aufgeklebt ist und in der die Düsen- Öffnungen eingelassen sind.
Die Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung den Aufbau des Tintenschreibkopfes gemäß der Erfindung. Dieser besteht im wesentlichen nur aus zwei miteinander zu verbindenden Teilen, nämlich einem Chip, der sowohl die Heizelemente, die elektrischen Zuleitungen und die Kontaktstellen für den elektrischen Anschluß als auch die Ausstoßöffnungen (Düsen) beinhaltet und als Abschluß auf ein Vorratsgefäß befestigt und kontaktiert wird. Die in diesem Prinzipbild nicht dar- gestellten Heizelemente, die elektrischen Zuleitungen, die Kontaktstellen 9 und die Auslaßöffnungen 10 können dabei in einem einzigen, beispielsweise aus Silizium bestehenden Chip 11 im Nutzen durch planare Bearbeitungsschritte erzeugt werden.
Das Vorratsgefäß 12 weist eine quaderför ige Gestalt auf, in das ein mit Tintenflüssigkeit getränktes Medium, z.B. ein Schwamm 13 eingebracht ist. Als Tintenspeicher können aber auch Schäume, wie Melamin-Formaldehyd-Schaum (MF) oder ähn- liehe Schaumstoffe Verwendung finden. An der, dem Chip zugewandten Oberseite des Vorratsgefäßes 12 sind mit Filtern 14 versehene Auslaßöffnungen in Form von zwei Versorgungskanälen 15 vorgesehen. Diese Versor¬ gungskanäle 15 verlaufen parallel zueinander in Längsrich- tung des Versorgungsgefäßes 12 derart, daß sie bei montiertem Chip 11 über noch näher zu beschreibende Hohlräume 16 in Flie߬ verbindung mit den Austrittsöffnungen 10 stehen. Die Mon¬ tage des Chips 11 auf das Vorratsgefäß 12 geschieht auf einfache Weise, ohne daß passungsgenaue Teile und eine auf- wendige Justage notwendig werden, durch an den Längsseiten des Vorratsgefäßes 12 angeordnete Montageklammern 17, die sowohl die mechanische Verbindung als auch über die Kontakt¬ stellen 9 die elektrische Kontaktierung übernehmen.
Die Figur 4 stellt einen Schnitt durch den Chip 11 gemäß der Schnittlinie I-I in Figur 3 dar. Insbesondere ist hier die geometrische Ausgestaltung eines Hohlraumes 16 zu erkennen, der parallele Wände und schräge Auslaufzonen 18 aufweist. Die Herstellung dieser Hohlräume 18 sowie der detaillierte Aufbau des Chip 11 wird nun anhand der Figur 5 erläutert, die einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 4 darstellt.
Als Substratmaterial 19 wird dotiertes Silizium verwendet. Die Hohlraumstruktur 16 wird durch anisotropes A'tzen gebildet, wobei als Substrat vorzugsweise monokristallines Silizium in die Orientierung (110) benutzt wird und die Maskierung beim Ätzen durch eine langgestreckte Öffnung mit parallelen Seitenkanten erfolgt, so daß Hohlräume 16 mit parallelen Wänden, gebildet aus (lll)-Ebenen und schräge Auslaufzonen 18 entstehen. Dadurch wird eine enge Aneinanderreihung von solchen Hohlräumen ermöglicht. In diesem Ätzvorgang wird gleichzeitig eine dünne Trägerschicht (Membran) 20, die er¬ forderlich ist, um die Wärmeleitung vom Heizelement 4 zum tintengefüllten Hohlraum 16 zu garantieren, ausgebildet, in- dem das Silizium 19 vor dem Ätzen dünnschichtig so dotiert wird, daß der Ätzvorgang beim Erreichen des dotierten Bereichs gestoppt wird.
Zum Schutz des Siliziums vor chemischen Einflüssen der Tintenflüssigkeit und vor Kavitationsschäden durch den Ver¬ dampfungsvorgang ist das Substrat 19 mit einer Kavitations¬ schutzschicht 21 versehen. Das Heizelement 4 ist durch eine Si02-Schutzschicht 22 gekapselt. Für die Kavitationsschicht 21 kann Siliziumnitrit verwendet werden, das z.B. durch Gas- phasenabscheidung abgeschieden wird.
Die Heizelemente 4 sind auf der Austrittsseite des Substrats 19 neben den Austrittsöffnungen 10 über den Hohlräumen 16 angeordnet, während die Hohlräume 16 selbst durch anisotropes Ätzen von der Rückseite ausgebildet werden. Zur Begrenzung der Hohlraumtiefe wird ein sog. Ätzstop eingesetzt, so daß der Hohlraum 16 zur Austrittsseite hin durch die Träger¬ schicht (Membran) 20 abgeschlossen ist. Der Ätzstop kann dabei entweder durch eine geeignet dotierte Siliziumschicht mit guter Wärmeleitung oder durch einen Isolator eines geeig¬ neten Silicon-On-Insulator (SOI) System realisiert sein. Auch eignet sich bezüglich Spannungskompensation und Wärme¬ ausdehnung an Silizium angepaßte Systeme aus dielektrischen Schichten für den Ätzstop. Ferner können einer Ausstoßdüse io mehrere Heizelemente 4 zugeordnet sein, die zur verbesser¬ ten Tropfenvolumen-Modulation unterschiedliche geometri¬ sche Ausmaße aufweisen und an verschiedenen Seiten der Ausstoßöffnung 10 angeordnet sind. Durch die Anordnung der Heizelemente 4 seitlich der Austrittsöffnung 10 ist die Ausbreitungsrichtung der Dampfblase 5 entgegengesetzt der Tintenausstoßrichtung (Back-shooter-Prinzip) . Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, mehrere Einheiten aus Ausstoßöff¬ nungen 10 und Heizelementen 4 auf einem Chip 11 unterzu¬ bringen, z.B. mehrere versetzte Reihen von Düsenöffnungen für Tintenflüssigkeit einer Farbe oder Düsenreihen für ver- schieden eingefärbte Tintenflüssigkeiten. Die Heizelemente 4 können gemäß einer Weiterbildung auch strukturiert sein, um eine homogene Temperaturverteilung auf der darunterliegenden Siliziumzunge zu erreichen.
Die Ausstoßseite des Chips 11 ist mit einer schwer benetz¬ baren Oberflächenschicht 23 versehen, um der Bildung von störenden Tintenseen auf der Außenseite des Tintendruck¬ kopfes vorzubeugen. Die Beschichtung erfolgt noch vor der Durchätzung der Düsenöffnung 10, wodurch dem Eindringen der Entnetzungsschicht in die Hohlraumstruktur 16, das bei her¬ kömmlichen Druckköpfen ein Problem darstellt, vorgebeugt wird.
Die Anzahl der benötigten Ausstoßöffnungen (Düsen) 10 bei hochauflösenden Druckern beträgt 50...100 und einer Düse 10 sind u.U. mehrere Heizelemente 4 zugeordnet. Dadurch sind in der Regel bis zu einige Hundert Zuleitungen erforderlich.
Neben dem Aufwand für die elektrische Kontaktierung spielt der Platzbedarf für die Zuleitungen und die Kontaktflächen eine große Rolle. So beträgt beispielsweise bei einem hoch¬ auflösenden Druckkopf mit 50 Düsen der Platzbedarf für die Zuleitungen und Kontaktierungsflächen ca. 96 % der Gesamt- fläche des Chip 11. Durch eine auf dem Substrat integrierte, an sich bekannte Diodenschaltung (Koinzidenzschaltung) gemäß einer Weiterbildung der Erfindung läßt sich die Anzahl der erforderlichen Kontakte auf einen Wert von 2 x Y n1 reduzieren, wobei n gleich die Anzahl der anzusteuernden Heizelemente ist. Gleichzeitig läßt sich der Platzbedarf für die Zulei¬ tungen senken.
Eine noch drastischere Reduzierung der elektrischen Kontakte und des Platzbedarfes bis auf zwei Versorgungs- und zwei oder drei Signalleitungen läßt sich erreichen, wenn auf dem Substrat Endverstärker und Elemente der Signalverarbeitung wie Serien-Parallel-Umsetzer und/oder ein Zeichengenerator integriert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Tintenschreibkopf (24) für eine nach dem Thermalwandler¬ prinzip arbeitende Tintendruckeinrichtung mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (10), denen jeweils mindestens ein individuell ansteuerbares elektrothermisches Wandlerelement (4) zugeordnet ist, wobei im Druckbetrieb diese Wandlerele¬ mente (4) eine Tintenflüssigkeit lokal erhitzen und durch eine dabei entstehende Tintenda pfblase (5) Tintenflüssig- keit aus den Austrittsdüsen (10) ausgestoßen wird, mit einem Tintenflüssigkeit (8) speichernden Vorratsgefäß (12), daß über Versorgungsleitungen (15) mit den Ausstoßöffnungen (10) in Fließverbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Heizelemente (4) in Ausstoßrichtung der Tintentropfen (6) gesehen seitlich versetzt zu den Ausstoßöffnungen (10) derart angeordnet sind, daß die Ausbreitungsrichtung der Tintendampfblase (5) der Tintenausstoßrichtung entgegengesetzt ist.
2. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die einer Ausstoßöffnung (10) zugeordneten Wandlerelemente (4) zur verbesserten Tropfenvolumen-Modulation unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweisen.
3. Schreibkopf nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wand¬ lerelemente (4) an verschiedenen Seiten der Ausstoßöffnung (10) angeordnet sind.
4. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Einheiten, bestehend aus Ausstoßöffnung (10) und Wandlerelementen (4) auf einem Chip (11) in mehreren zueinander versetzten Reihen für Austrittsöffnungen (10) einer Farbe und/oder Düsenreihen für verschiedenfarbige Tintenflüssigkeiten angeordnet sind.
5. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in den elektrischen Zu¬ leitungen für die Wandlerelemente (4) Dioden einer Koinzidenz-schaltung zur Reduzierung der erforderlichen elektrischen Kontakte angeordnet sind.
6. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Chip Endverstärker und Elemente der Signalverarbeitung, insbesondere Serien- parallelumsetzer, Zeichengenerator und/oder Rastergenerator monolithisch integriert sind, wodurch die Anzahl der nach außen erforderlichen Kontakte reduziert wird.
7. Schreibkopf nach Patentanspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandlerelemente (4) auf der Austrittsseite des als Grundmaterial für den Chip (11) dienenden Substrats (3) neben den Austrittsöffnungen (10) über Hohlräumen (16) angeordnet sind.
β. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandlerelemente (4) zur Erreichung einer homogenen Temperaturverteilung auf dem darunterliegenden Siliziummaterial strukturiert sind.
9. Schreibkopf nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandlerelemente (4) auf der Hohlraumseite mit einer Kavitationsschutzschicht (21) abgedeckt sind.
ιo. Schreibkopf nach Patentanspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kavitationsschutz¬ schicht (21) aus Siliziumnitrit besteht, die durch Nieder- druck-Gasphasenabscheidung abgeschieden wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines nach dem Thermalwandler¬ prinzip arbeitenden Tintenschreibkopfes (24) mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (10) , denen jeweils mindestens ein individuell angesteuerbares elektrothermi- sches Wandlerelement zugeordnet ist, einem Tintenflüssigkeit (8) speichernden Vorratsgefäß (12), das über Versorgungs¬ leitungen (15) mit den Ausstoßöffnungen (10) in Fließverbin¬ dung bringbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sowohl die elektrothermi- sehen Wandlerelemente (4), die elektrischen Zuleitungen für die Wandlerelemente (4) und deren Kontaktstellen (9), als auch die Auslaßöffnungen (10) im gleichen Chip (11) auf einem Substrat (3) im Nutzen durch planare Bearbeitungs¬ schritte erzeugt werden.
12. Verfahren nach Patentanspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrother ischen Wandlerelemente (4) auf der den Austrittsöffnungen (10) zugewandten Austrittsseite des Substrats (3) seitlich neben den Austrittsöffnungen (10) oberhalb Hohlräumen (16) erzeugt werden.
13. Verfahren nach Patentanspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hohlräume (16) durch anisotropes Ätzen erzeugt werden.
14. Verfahren nach Patentanspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Substrat (3) mono¬ kristallines Silizium in der Orientierung (110) benutzt wird und die Maskierung durch eine langgestreckte Öffnung mit parallelen Seitenkanten erfolgt, so daß Hohlräume mit parallelen Wänden, gebildet aus (111) Ebenen und schrägen Auslaufzonen (18) entstehen.
15. Verfahren nach Patentanspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Begrenzung der Hohl¬ raumtiefe ein Ätzstop eingesetzt wird, so daß der Hohlraum (16) zur Austrittsseite hin durch eine Membran (20) abge- schlössen wird.
16. Verfahren nach Patentanspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ätzstop durch eine geeignet dotierte Siliziumschicht mit guter Wärmeleitung gebildet wird.
17. Verfahren nach Patentanspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Ätzstop der Isolator eines geeigneten Silicon-On-Insulator (SOI)-Systems eingesetzt wird.
18. Verfahren nach Patentanspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Ätzstop bezüglich Spannungskompensation und Wärmeausdehnung an Silizium ange- paßte Systeme aus dielektrischen Schichten verwendet werden.
19. Verfahren nach Patentanspruch 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die durch den Ätzstop definierte Trägerschicht (Membran) (20) der elektrothermi- sehen Wandlerelemente (4) auf der Hohlraumseite (16) mit einer Kavitationsschutzschicht (21) belegt ist.
20. Verfahren nach Patentanspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Kavitationsschicht Siliziumnitrit verwendet wird, das durch Niederdruck-Gas- phasenabscheidung abgeschieden wird.
21. Verfahren nach Patentanspruch 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Austrittsöffnungen (10) von der Austrittsseite des Chips (11) aus geätzt werden.
22. Verfahren nach Patentanspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung bzw. die Oberflächenbehandlung der Austrittsseite des Substrats (3) mit einer schwer benetzbaren Oberflächenschicht (23) bereits vor dem Anätzen der Austrittsöffnungen (10) erfolgt.
PCT/DE1991/000364 1990-05-21 1991-04-26 Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung WO1991017891A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP91907859A EP0530209B1 (de) 1990-05-21 1991-04-26 Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung
US07/952,628 US5760804A (en) 1990-05-21 1991-04-26 Ink-jet printing head for a liquid-jet printing device operating on the heat converter principle and process for making it
DE59103819T DE59103819D1 (de) 1990-05-21 1991-04-26 Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung.
JP91507687A JPH05508815A (ja) 1990-05-21 1991-04-26 電熱変換原理で動作するインキジェットプリンタのためのプリンタヘッドとそれを製造するための方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4016356.3 1990-05-21
DE4016356 1990-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1991017891A1 true WO1991017891A1 (de) 1991-11-28

Family

ID=6406895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1991/000364 WO1991017891A1 (de) 1990-05-21 1991-04-26 Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5760804A (de)
EP (1) EP0530209B1 (de)
JP (1) JPH05508815A (de)
DE (1) DE59103819D1 (de)
WO (1) WO1991017891A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4026457A1 (de) * 1990-08-17 1992-02-20 Siemens Ag Tintenstrahl-druckkopf
EP0567038A1 (de) * 1992-04-20 1993-10-27 Rockwell International Corporation System zur thermischen Erzeugung von Druckimpulsen
EP0568163A2 (de) * 1992-04-28 1993-11-03 Eastman Kodak Company Elektrothermischer Tintendruckkopf
DE4214554A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-04 Mannesmann Ag Mehrschichtiger elektrothermischer tintendruckkopf
DE4214555A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-11 Mannesmann Ag Anordnung für einen elektrothermischen Tintendruckkopf
EP0611654A2 (de) * 1993-02-13 1994-08-24 Eastman Kodak Company Tintenstrahldruckkopf

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60033213T2 (de) 1999-06-04 2007-10-25 Canon K.K. Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossvorrichtung
US6986566B2 (en) 1999-12-22 2006-01-17 Eastman Kodak Company Liquid emission device
KR100374788B1 (ko) 2000-04-26 2003-03-04 삼성전자주식회사 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조방법 및잉크 토출방법
DE60126869T2 (de) 2000-07-11 2007-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon Tintenstrahldruckkopf des mit Bläschen angetrieben Typs
FR2811588B1 (fr) 2000-07-13 2002-10-11 Centre Nat Rech Scient Tete d'injection et de dosage thermique, son procede de fabrication et systeme de fonctionnalisation ou d'adressage la comprenant
KR100397604B1 (ko) 2000-07-18 2003-09-13 삼성전자주식회사 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조방법
KR100406939B1 (ko) 2000-07-25 2003-11-21 삼성전자주식회사 잉크젯 프린터 헤드
KR20020009281A (ko) * 2000-07-25 2002-02-01 윤종용 잉크젯 프린터 헤드
KR100416543B1 (ko) * 2000-12-13 2004-02-05 삼성전자주식회사 잉크 젯 프린트헤드
DE60128781T2 (de) 2000-12-15 2008-02-07 Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon Mit Bläschen angetriebener Tintenstrahldruckkopf und dazugehöriges Hertsellungsverfahren
KR100506082B1 (ko) 2000-12-18 2005-08-04 삼성전자주식회사 반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법
KR100668294B1 (ko) 2001-01-08 2007-01-12 삼성전자주식회사 반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드 및 그제조방법
KR100552660B1 (ko) 2001-08-09 2006-02-20 삼성전자주식회사 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드
KR100429844B1 (ko) 2001-10-25 2004-05-03 삼성전자주식회사 일체형 잉크 젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR100552662B1 (ko) 2001-10-29 2006-02-20 삼성전자주식회사 다중 배열 구조를 가진 고밀도 잉크 젯 프린트 헤드
KR100438709B1 (ko) 2001-12-18 2004-07-05 삼성전자주식회사 잉크 젯 프린트 헤드
US20030116552A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-26 Stmicroelectronics Inc. Heating element for microfluidic and micromechanical applications
KR100519759B1 (ko) * 2003-02-08 2005-10-07 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
US7191520B2 (en) * 2004-03-05 2007-03-20 Eastman Kodak Company Method of optmizing inkjet printheads using a plasma-etching process
US7213908B2 (en) 2004-08-04 2007-05-08 Eastman Kodak Company Fluid ejector having an anisotropic surface chamber etch
JP6979118B2 (ja) 2017-09-20 2021-12-08 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. 流体ダイ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633274A (en) * 1984-03-30 1986-12-30 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection recording apparatus
EP0221724A2 (de) * 1985-10-31 1987-05-13 International Business Machines Corporation Tintenstrahldruckerdüse mit einer die Haltbarkeit verbessernden Beschichtung
WO1987003364A1 (en) * 1985-11-22 1987-06-04 Hewlett-Packard Company Ink jet barrier layer and orifice plate printhead and fabrication method
US4675693A (en) * 1983-01-28 1987-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Liquid injection recording method in which the liquid droplet volume has a predetermined relationship to the area of the liquid discharge port
EP0322228A2 (de) * 1987-12-23 1989-06-28 Xerox Corporation Grosser Aufbau eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes
US4873622A (en) * 1984-06-11 1989-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Liquid jet recording head
EP0367303A1 (de) * 1986-04-28 1990-05-09 Hewlett-Packard Company Thermischer Tintenstrahldruckkopf

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594310B2 (ja) * 1979-06-30 1984-01-28 株式会社リコー インクジェット記録装置
US4580149A (en) * 1985-02-19 1986-04-01 Xerox Corporation Cavitational liquid impact printer
JPS6464858A (en) * 1987-09-07 1989-03-10 Ricoh Kk Liquid jet recording head
US4847630A (en) * 1987-12-17 1989-07-11 Hewlett-Packard Company Integrated thermal ink jet printhead and method of manufacture
JPH0267141A (ja) * 1988-08-31 1990-03-07 Ricoh Co Ltd インクジェット印刷装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4675693A (en) * 1983-01-28 1987-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Liquid injection recording method in which the liquid droplet volume has a predetermined relationship to the area of the liquid discharge port
US4633274A (en) * 1984-03-30 1986-12-30 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection recording apparatus
US4873622A (en) * 1984-06-11 1989-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Liquid jet recording head
EP0221724A2 (de) * 1985-10-31 1987-05-13 International Business Machines Corporation Tintenstrahldruckerdüse mit einer die Haltbarkeit verbessernden Beschichtung
WO1987003364A1 (en) * 1985-11-22 1987-06-04 Hewlett-Packard Company Ink jet barrier layer and orifice plate printhead and fabrication method
EP0367303A1 (de) * 1986-04-28 1990-05-09 Hewlett-Packard Company Thermischer Tintenstrahldruckkopf
EP0322228A2 (de) * 1987-12-23 1989-06-28 Xerox Corporation Grosser Aufbau eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 13, no. 71 (M-799)(3419) 17 Februar 1989, & JP-A-63 272558 (SAKURAI) 10 November 1988, siehe das ganze Dokument *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 5, no. 158 (M-91)(830) 12 Oktober 1981, & JP-A-56 84974 (SEKIYA) 10 Juli 1981, siehe das ganze Dokument *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4026457A1 (de) * 1990-08-17 1992-02-20 Siemens Ag Tintenstrahl-druckkopf
EP0567038A1 (de) * 1992-04-20 1993-10-27 Rockwell International Corporation System zur thermischen Erzeugung von Druckimpulsen
GB2267255A (en) * 1992-04-28 1993-12-01 Inkjet Systems Gmbh Co Kg ink-throttling arrangements in an ink-jet printer.
EP0568163A3 (en) * 1992-04-28 1993-12-15 Mannesmann Ag Thermoelectric ink jet printhead
DE4214556A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-04 Mannesmann Ag Elektrothermischer tintendruckkopf
DE4214555A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-11 Mannesmann Ag Anordnung für einen elektrothermischen Tintendruckkopf
FR2691403A1 (fr) * 1992-04-28 1993-11-26 Inkjet Systems Gmbh Co Kg Tête d'impression à encre électrothermique à plusieurs couches.
FR2691404A1 (fr) * 1992-04-28 1993-11-26 Inkjet Systems Gmbh Co Kg Tête d'impression à encre électrothermique à plusieurs couches.
EP0568163A2 (de) * 1992-04-28 1993-11-03 Eastman Kodak Company Elektrothermischer Tintendruckkopf
DE4214554A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-04 Mannesmann Ag Mehrschichtiger elektrothermischer tintendruckkopf
US5502471A (en) * 1992-04-28 1996-03-26 Eastman Kodak Company System for an electrothermal ink jet print head
GB2267255B (en) * 1992-04-28 1995-11-22 Inkjet Systems Gmbh Co Kg Improvements in and relating to electrothermal ink jet print heads
US5463411A (en) * 1992-04-28 1995-10-31 Eastman Kodak Company Electrothermal ink print head
EP0611654A3 (de) * 1993-02-13 1995-01-25 Eastman Kodak Co Tintenstrahldruckkopf.
DE4304733A1 (de) * 1993-02-13 1994-08-25 Inkjet Systems Gmbh Co Kg Tintendruckkopf
EP0611654A2 (de) * 1993-02-13 1994-08-24 Eastman Kodak Company Tintenstrahldruckkopf

Also Published As

Publication number Publication date
US5760804A (en) 1998-06-02
EP0530209B1 (de) 1994-12-07
DE59103819D1 (de) 1995-01-19
EP0530209A1 (de) 1993-03-10
JPH05508815A (ja) 1993-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0530209B1 (de) Tintenschreibkopf für eine nach dem thermalwandlerprinzip arbeitende flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung und verfahren zu seiner herstellung
DE3787922T2 (de) Tintenstrahldrucker.
DE4214555C2 (de) Elektrothermischer Tintendruckkopf
DE2945658C2 (de)
DE3875422T2 (de) Troepfchenbildung mittels versetzter duese.
DE3008487C2 (de)
DE69009410T2 (de) Herstellungsverfahren eines Druckkopfes.
DE19836357B4 (de) Einseitiges Herstellungsverfahren zum Bilden eines monolithischen Tintenstrahldruckelementarrays auf einem Substrat
DE2843064C2 (de)
DE69009030T2 (de) Integrierter Tintenstrahldruckkopf.
DE69320965T2 (de) Verfahren und vorrichtung zum sich über die breite des blattes erstreckendem tintenstrahldrucken
DE2944005C2 (de)
DE60115592T2 (de) Integrierter CMOS/MEMS Tintenstrahldruckkopf mit während der CMOS-Bearbeitung ausgebildeten Heizelementen und Verfahren zum Ausbilden derselben
DE60113322T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Ausstosskammern für unterschiedliche Tropfengewichte auf einem einzigen Druckkopf
DE69011559T2 (de) Wärmeanwendende Tintenstrahlvorrichtung.
DE69928549T2 (de) Auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtung, Druckverfahren und Herstellungsverfahren
DE60028308T2 (de) Vollintegrierter thermischer Tintenstrahldruckkopf mit einer rückgeätzten Phosphosilikatglasschicht
DE4223707A1 (de) Tintenstrahl-aufzeichnungseinrichtung, verfahren zum herstellen eines aufzeichnungskopfes und verfahren zum ausstossen von tintentroepfchen von einem aufzeichnungskopf
DE69217879T2 (de) Tintenstrahldruckkopf
DE69409560T2 (de) Tintenstrahlvorrichtung
DE69808882T2 (de) Dünnschicht-Tintenstrahldruckkopf
DE69721854T2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitstrahlaufzeichnungskopfes
DE3524000A1 (de) Fluessigkeitsstrahlschreibkopf
DE69004732T2 (de) Wärmetintenstrahldruckknopf mit Blasen erzeugenden Heizelementen.
DE69104072T2 (de) Thermische Tintenstrahldruckköpfe.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1991907859

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1991907859

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1991907859

Country of ref document: EP