DE3443563C2 - Schichtträger für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf - Google Patents

Schichtträger für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtträger für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der Flüssigkeit ausstößt, um zu Aufzeichnungzwecken "fliegende" Flüssigkeitströpfchen auszubilden.
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren (Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren) haben in neuerer Zeit zunehmende Bedeutung gewonnen, da beim Aufzeichnen nur geringe Geräusche verursacht werden, da eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit möglich ist und da der Aufzeichnungsvorgang auf Normalpapier durchgeführt werden kann, ohne daß irgendeine Spezialbehandlung, beispielsweise eine Fixierung, erforderlich ist.
Ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf einer für das vorstehend erwähnte Aufzeichnungsverfahren verwendeten Vorrichtung umfaßt einen Flüssigkeitsausstoßabschnitt, der aus einer zum Ausstoßen von Flüssigkeit dienenden Öffnung und einem Flüssigkeitsströmungskanal besteht, der als Teil seines Aufbaus einen Wärmeeinwirkungsabschnitt aufweist, der mit der Öffnung in Verbindung steht und Wärmeenergie zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen auf die Flüssigkeit aufbringt, sowie einem elektro-thermischen Wandler zum Erzeugen der Wärmeenergie.
Der elektro-thermische Wandler ist mit zwei Elektroden und einer Widerstandsheizschicht versehen, die mit den Elektroden verbunden ist und einen Bereich aufweist, der Wärme zwischen den Elektroden erzeugt (Wärmeerzeugungsabschnitt).
Ein typisches Beispiel für den Aufbau eines derartigen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes geht aus der DE-OS 30 08 487 hervor.
Da sich bei diesem Aufzeichnungskopf nach dem Stand der Technik eine Elektrode unter dem Wärmeerzeugungsabschnitt erstreckt, muß das Material für die Elektrode eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. Da eine Isolationsschicht ferner doppelt als Wärmespeicherschicht wirkt, werden bei der Herstellung so viele Durchgangslöcher erzeugt, daß die Ausbeute der Vorrichtung niedrig ist. Da schließlich der Wärmeerzeugungsabschnitt aus diversen Schichten besteht, und jede Schicht aus einem Material besteht, das sich von dem Material der anderen Schichten unterscheidet, liegen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten vor, so daß beim häufigen Aufbringen von Wärmeenergie innere Spannungen angesammelt werden, die zur Ausbildung von Rissen führen, so daß sich eine schlechte Haltbarkeit ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Schichtträgers für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf so zu wählen, daß Rißbildungen im Bereich des Wärmeerzeugungsabschnittes aufgrund thermischer Spannungen vermieden werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schichtträger mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.
Als Vorteil ergibt sich, daß ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zur Verfügung gestellt wird, der mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden kann.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Die Fig. 1A, 1B, 1C, 1D und 1E einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1A eine schematische Teilvorderansicht, Fig. 1B einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie A-A′ in Fig. 1A, Fig. 1C einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie B-B′ in Fig. 1B, Fig. 1D eine Substratdraufsicht entlang der strichpunktierten Linie C-C′ in Fig. 1B und Fig. 1E eine Draufsicht auf das Substrat bei entfernter erster Schutzschicht und zweiter Schutzschicht zeigen; und
die Fig. 2 und 3 Teilschnitte durch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im Detail in Verbindung mit den Fig. 1A-1E beschrieben.
Der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf 200 besteht in erster Linie aus einem Substrat 202, das mit einer vorgegebenen Zahl von elektro-thermischen Wandlern 201 zur Flüssigkeitsstrahlaufzeichnung versehen ist, wobei Wärmeenergie zum Ausstoß der Flüssigkeit verwendet wird, und mit einer Rillenplatte 203, die eine vorgegebene Zahl von Rillen aufweist, die der Zahl der vorstehend erwähnten elektro-thermischen Wandler 201 entspricht.
Das Substrat 202 und die Rillenplatte 203 sind an vorgegebenen Stellen mit einem Kleber o. ä. miteinander verbunden, so daß ein Flüssigkeitsströmungskanal 204 gebildet wird, der durch den Abschnitt des Substrates 202, in dem der elektro-thermische Wandler 201 vorgesehen ist, und die Rille der Rillenplatte 203 begrenzt wird. Der Flüssigkeitsströmungskanal 204 weist einen Wärmeeinwirkungsabschnitt 205 auf.
Das Substrat 202 besteht aus einem Lagerbett 206 aus Silicium, Glas, Keramik o. ä., einer unteren Schicht 207, die das Lagerbett 206 überlagert und aus SiO₂ o. ä. besteht, einer gemeinsamen Elektrode 208, einer Isolationsschicht 209, einer Widerstandsheizschicht 210, die nach dem Entfernen eines Teiles der gemeinsamen Elektrode 208 und eines Teiles der Isolationsschicht 209, der dem Wärmeerzeugungsabschnitt 215 entspricht, hergestellt worden ist, selektiven Elektroden 211 und 212, die an den beiden Seiten des Wärmeerzeugungsabschnittes 215 auf der oberen Fläche der Widerstandsheizschicht 210 und entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal 204 vorgesehen sind, einer ersten Schutzschicht 213, die den Teil der Widerstandsheizschicht 210, der nicht abgedeckt ist, und die selektiven Elektroden 211 und 212 abdeckt, und einer zweiten Schutzschicht 214, die auf der Oberfläche der ersten Schutzschicht 213 mit Ausnahme des Teiles derselben, der dem Wärmeerzeugungsabschnitt 215 entspricht, vorgesehen ist. Ein Durchgangsloch ist in der Isolationsschicht 209 in der Nähe des Öffnungsendabschnittes angeordnet, um die selektive Elektrode 211, 212 mit der gemeinsamen Elektrode 208 zu verbinden.
Der elektrothermische Wandler 201 umfaßt den Wärmeerzeugungsabschnitt 215 als Hauptabschnitt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 215 besteht aus dem Lagerbett 206, der unteren Schicht 207, der Widerstandsheizschicht 210 und der ersten Schutzschicht 213, die nacheinander in dieser Reihenfolge ausgebildet werden. Die Oberfläche der ersten Schutzschicht 213 (Wärmeeinwirkungsfläche 216) steht in direktem Kontakt mit der den Flüssigkeitsströmungskanal 204 füllenden Flüssigkeit.
Die Oberfläche der selektiven Elektroden 211 und 212 ist mit der ersten Schutzschicht 213 bedeckt. Die zweite Schutzschicht 214 ist auf der ersten Schicht mit Ausnahme des Teiles, der den Wärmeerzeugungsabschnitt 215 entspricht, vorgesehen.
Im Falle des in Fig. 1 gezeigten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes 200 ist die zweite Schutzschicht 214 auf der Oberfläche der selektiven Elektrode 211 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt. Die zweite Schutzschicht 214 auf der selektiven Elektrode 211 kann auch weggelassen werden. Wenn die zweite Schutzschicht 214 nicht auf der selektiven Elektrode 211 vorgesehen ist, ist die Stufe zwischen dem Bereich von der Wärmeeinwirkungsfläche 216 bis zur Öffnung 217 und der Wärmeeinwirkungsfläche 216 im Flüssigkeitsströmungskanal 204 des Flüssigkeitsausstoßabschnittes so gering, daß die Bodenfläche des Flüssigkeitsströmungskanales 204 glatter ist als die der Einheit der Fig. 1, ber der die zweite Schicht 214 ebenfalls in dem Bereich von der Wärmeeinwirkungsfläche 216 bis zur Öffnung 217 vorgesehen ist. Folglich findet eine glatte Flüssigkeitsströmung statt, und die Flüssigkeitströpfchen werden in beständiger Weise ausgebildet. Wenn jedoch die Stufe zwischen der Fläche in dem Bereich von der Wärmeeinwirkungsfläche 216 bis zur Öffnung 217 und der Fläche der Wärmeeinwirkungsfläche 216 im Vergleich zu der Entfernung zwischen der oberen Fläche des Flüssigkeitsströmungskanales 204 und der Wärmeeinwirkungsfläche 216 vernachlässigbar gering ist, wirkt sich diese Stufe nicht besonders auf die Beständigkeit der Flüssigkeitströpfchenbildung aus. Solange wie die Größe der Stufe innerhalb des vorstehend erwähnten Bereiches liegt, kann daher die zweite Schutzschicht 214 in dem Bereich von der Wärmeeinwirkungsfläche 216 bis zur Öffnung 217 vorgesehen sein oder auch nicht.
Als Materialien zur Ausbildung der ersten Schutzschicht 213 werden vorzugsweise anorganische Isolationsmaterialien verwendet, die eine relativ gute thermische Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen, beispielsweise anorganische Oxide, wie SiO₂ u. ä., Übergangsmetalloxide, wie Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid, Manganoxid u. ä., Metalloxide, wie Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Siliciumoxid u. ä., sowie Gemische davon (ein Gemisch ist eine Kombination von mindestens zwei Arten von anorganischen Oxiden, Übergangsmetalloxiden und Metalloxiden), hochwiderstandsfähige Nitride, wie Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Tanatalnitrid u. ä. sowie Gemische dieser Oxide und Nitride, und Dünnfilmmaterialien, beispielsweise Halbleitermaterialien einschließlich morphem Silicium, amorphem Selen, u. ä., die als Masse einen niedrigen Widerstand aufweisen, jedoch durch Sprühverfahren, CVD-Verfahren, Bedampfen, Gasphasenreaktionsverfahren, Flüssigkeitsbeschichtungsverfahren, u. ä. einen hohen elektrischen Widerstand erhalten können.
Die zweite Schutzschicht 214 besteht aus einem organischen Isolationsmaterial, das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf das Verhindern des Eindringens von Flüssigkeit und eine ausgezeichnete Flüssigkeitsbeständigkeit besitzt und des weiteren vorzugweise die folgenden Eigenschaften aufweist:
(1) gute Filmformbarkeitseigenschaften,
(2) eine dichte Struktur und keine feinen Löcher,
(3) kein Aufquellen und Lösen in der Tinte,
(4) gute Isolationseigenschaften in Filmform,
(5) hohe Hitzebeständigkeit usw.
Als organische Materialien können auch beispielsweise die folgenden Materialien verwendet werden: Silikonharz, Fluorharz, aromatische Polyamide vom Additionspolymerisationstyp, Polybenzimidazol, Metallchelatpolymer, Titansäureester, Epoxidharz, Phthalharz, hitzehärtendes Phenolharz, p-Vinylphenolharz, Ziroxharz, Triazinharz, BT-Harz (Additionspolymerisationsharz von Triazinharz und Bismaleimid) u. ä. Alternativ dazu ist es auch möglich, die zweite Schutzschicht 214 durch Bedampfen mit Polyxylolharz und Derivaten davon zu erzeugen.
Die zweite Schutzschicht 214 kann darüber hinaus durch Filmformverfahren gemäß einer Plasmapolymerisation unter Verwendung von diversen organischen Monomeren hergestellt werden, beispielsweise von Thioharnstoff, Thioazetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Pyrolin, Naphthalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Diphenylselenid, p-Toluidin, p-Xylol, N,N-Dimethyl-p-Toluidin, Toluol, Anilin, Diphenylquecksilber, Hexamethylbenzol, Malononitril, Tetracyanoäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-Nitrosodiphenylamin, Acethylen, 1,2,4-Trichlorbenzol, Propan u. ä.
Wenn jedoch ein Aufzeichnungskopf mit einer Vielzahl von Öffnungen hoher Dichte hergestellt wird, ist es abgesehen von den vorstehend erwähnten organischen Materialien wünschenswert, organische Materialien als Materialien zur Ausbildung der zweiten Schutzschicht 214 zu verwenden, die in sehr einfacher Weise feinphotolithographisch bearbeitet werden können.
Als Beispiele dieser organischen Materialien können vorzugsweise verwendet werden: Polyimidoisoidolochinazolindion (Warenname PIQ), Polyimidharz (Warenname: PYRALIN), zyklisches Polybutadien (Warenname JSR-CBR, CBR M 901), Photonith (Warenname), andere lichtempfindliche Polyimide u. ä.
Darüber hinaus kann eine dritte Schutzschicht auf der obersten Fläche vorgesehen werden. Diese dritte Schutzschicht dient in erster Linie dazu, die Flüssigkeitsbeständigkeit zu erhöhen und die mechanische Festigkeit zu verbessern. Sie wird als oberste Schicht nahezu auf der ganzen Fläche ausgebildet, nämlich dem Flüssigkeitsströmungskanal 204, der gemeinsamen Flüssigkeitskammer u. ä., die sich möglicherweise mit der Flüssigkeit in Kontakt befinden. Die dritte Schutzschicht besteht üblicherweise aus einem Material, das zäh ist, eine relativ gute mechanische Festigkeit besitzt und eine gute Adhäsion und Kohäsion gegenüber der ersten Schicht 213 und der zweiten Schicht 214 aufweist. Beispielsweise können metallische Materialien, wie Ta u. ä, Anwendung finden, wenn die Schicht 213 aus SiO₂ besteht. Wenn man als Oberflächenschicht des Substrates die aus einem organischen Material, das relativ zäh ist und eine gute mechanische Festigkeit aufweist, beispielsweise einem Metall, bestehende dritte Schutzschicht vorsieht, können die aufgrund von Kavitation durch das Ausstoßen von Flüssigkeit entstehenden Schockwirkungen in ausreichender Weise absorbiert werden, was zu einer bedeutenden Erhöhung der Lebensdauer des elektrothermischen Wandlers 201 führt.
Als Materialien zur Ausbildung der dritten Schutzschicht können zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Ta folgende Materialien Verwendung finden: Elemente der Gruppe IIIa des Periodensystems, wie Sc, Y u. ä., Elemente der Gruppe IVa, wie Ti, Zr, Hf u. ä., Elemente der Gruppe Va, wie V, Nb u. ä., Elemente der Gruppe VIa, wie Cr, Mo, W u. ä., Elemente der Gruppe VIII, wie Fe, Co, Ni u. ä., Legierungen der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Te-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni, Cr u. ä., Boride der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-B, Ta-B, Hf-B, W-B u. ä., Karbide der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C, Ni-C u. ä., Silizide der vorstehend erwähnten Metalle, wie Mo-Si, W-Si, Ta-Si, u. ä., Nitride der vorstehend erwähnten Metalle, wie Ti-N, Nb-N, Ta-N u. ä. Unter Verwendung dieser Materialien kann die dritte Schutzschicht durch Bedampfen, Besprühen, ein CVD-Verfahren u. ä. hergestellt werden. Die dritte Schutzschicht kann aus den vorstehend genannten Materialien allein oder in Kombination aufgebaut sein. Sie kann ferner durch Kombination der vorstehend erwähnten Materialien mit dem Material für die erste Schutzschicht erzeugt werden.
Es ist eine untere Schicht 207 vorgesehen, die in erster Linie dazu dient, die Übertragung der am Wärmeerzeugungsabschnitt 215 erzeugten Wärmeenergie auf das Lagerbett 206 zu steuern. Das Material für diese Schicht 207 und die Schichtdicke sind dabei so ausgewählt, daß die am Wärmeerzeugungsabschnitt 215 erzeugte Wärmeenergie stärker zur Seite des Wärmeeinwirkungsabschnittes 205 strömt als zu den anderen Abschnitten, wenn am Wärmeeinwirkungsabschnitt 205 Wärmeenergie auf die Flüssigkeit aufgebracht wird, während die am Wärmeerzeugungsabschnitt 215 verbleibende Wärmeenergie rasch zur Seite des Lagerbettes 206 abfließt, wenn der dem elektrothermischen Wandler 201 zugeführte elektrische Strom abgeschaltet wird.
Als Materialien für die untere Schicht 207 können zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten SiO₂ anorganische Materialien eingesetzt werden, wie beispielsweise Metalloxide, wie Zirkonoxid, Tantaloxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid u. ä.
Als das die Widerstandsheizschicht 210 bildende Material können die meisten Materialien verwendet werden, die in der Lage sind, bei Fließen eines elektrischen Stromes Wärme zu erzeugen.
Als Beispiele dieser Materialien können vorzugsweise verwendet werden: Tantalnitrid, Nichrom, Silber-Palladium-Legierungen, Siliziumhalbleitermaterialien oder Metalle, wie Hafnium, Lanthan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom, Vanadium u. ä., Legierungen dieser Metalle, Boride dieser Metalle o. ä.
Von den Materialien für die Widerstandsheizschicht 210 sind Metallboride besonders geeignet. Von diesen ist Hafniumborid das beste Material. Danach folgen in dieser Reihenfolge Zirkonborid, Lanthanborid, Tantalborid, Vanadiumborid und Niobborid.
Die Widerstandsheizschicht 210 kann unter Verwendung der vorstehend erwähnten Materialien durch ein Elektronenstrahlverfahren, ein Sprühverfahren u. ä. hergestellt werden.
Als Materialien für die Elektroden 208, 211 und 212 können die meisten herkömmlichen Elektrodenmaterialien in wirksamer Weise verwendet werden, beispielsweise Al, Ag, Au, Pt, Cu u. ä. Die Elektroden 208, 211, 212 können durch Bedampfen o. ä. an einer vorgegebenen Stelle mit einer vorgegebenen Größe, Form und Dicke hergestellt werden.
Als Materialien für die Isolationsschicht 209 können organische oder anorganische Isolationsmaterialien verwendet werden, die in einfacher Weise auf der Elektrode 208 mit einem vorgegebenen Muster frei von kleinen Löchern hergestellt werden können, um ein Kurzschließen der Elektroden 208 und 211 oder 212 zu verhindern. Beispiele derartiger Materialien sind: Ein aus SiO₂, Si₃N₄ u. ä. bestehendes Material, Polyimidoisoindolochinazolindion (Warenname PIQ), Polyimidharz (Warenname PYRALIN), zyklisches Polybutadien (Warenname JSR-CBR, CBR-M 901), Photonith (Warenname), andere lichtempfindliche Polyimide u. ä.
Die Fig. 2 und 3 zeigen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese Figuren entsprechen der Fig. 1B, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die untere Schicht 207 auf dem Lagerbett 206 ausgebildet. Auf der unteren Schicht 207 werden von unten nach oben in dieser Reihenfolge die Widerstandsheizschicht 210, die selektiven Elektroden 211 und 212, die Isolationsschicht 209 und die gemeinsame Elektrode 208 ausgebildet. Danach werden die Elektroden 208, 211, 212 und die Isolationsschicht 209 durch Musterbildung in dem dem Wärmeerzeugungsabschnitt 215 entsprechenden Bereich entfernt. Die erste Schutzschicht 213 wird so ausgebildet, daß sie die Elektroden 208, 211, 212, die Widerstandsheizschicht 210 und die Isolationsschicht 209 bedeckt. Danach wird die zweite Schutzschicht 214 nur in dem Bereich vom Wärmeerzeugungsabschnitt 215 bis zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal 204 vorgesehen.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist weder eine selektive Elektrode 211, 212 noch eine zweite Schutzschicht 214 in dem Bereich vom Wärmeerzeugungsabschnitt 215 zur Öffnung 217 ausgebildet. Somit ist die Stufe zwischen dem Bereich vom Wärmeerzeugungsabschnitt 215 zur Öffnung 217 im Flüssigkeitsausstoßabschnitt und der Wärmeeinwirkungsfläche 216 klein.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert.
Beispiel
Ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf der in Fig. 1 gezeigten Art wurde in der nachfolgenden Weise hergestellt:
Ein SiO₂-Film einer Dicke von 5 µm wurde durch thermische Oxydation eines Si-Plättchens hergestellt. Eine gemeinsame Elektrode 208 wurde ausgebildet, indem eine Ti-Schicht einer Dicke von 50 Å und eine Al-Schicht einer Dicke von 5000 Å durch Elektronenstrahlabscheidung hergestellt wurden. Danach wurde das Muster der in Fig. 1D gemeinsamen Elektrode 208 auf photolithographische Weise hergestellt, und der Umfang der Wärmeeinwirkungsfläche wurde abgeschnitten. Das abgeschnittene Teil besaß eine Breite von 30 µm und eine Länge von 150 µm.
Eine aus Photonith (Warenname) bestehende Isolationsschicht 209 einer Dicke von 1,5 µm wurde mit Ausnahme des Umfangs der Wärmeeinwirkungsfläche (Breite 25 µm und Länge 140 µm) und eines Kontaktlochs der gemeinsamen Elektrode 208 und einer selektiven Elektrode (Breite 30 µm und Länge 20 µm) auf dem entstandenen Element ausgebildet.
Als nächstes wurde eine Widerstandsheizschicht 210 aus HfB₂ in einer Dicke von 1500 Å durch Sprühen hergestellt, wonach eine Ti-Schicht einer Dicke von 50 Å und eine Al- Schicht einer Dicke von 5000 Å durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet wurden. Die Muster der selektiven Elektroden 211 und 212 wurden in der in Fig. 1E gezeigten Weise auf photolithographischem Wege erzeugt. Die Wärmeeinwirkungsfläche besaß eine Breite von 25 µm und eine Länge von 150 µm. Der Widerstand einschließlich des Widerstandes der Al-Elektrode betrug 150 Ohm.
Die aus SiO₂ bestehende erste Schutzschicht 213 einer Dicke von 2,0 µm wurde über die gesamte Oberfläche des entstandenen Elementes mittels Hochgeschwindigkeitssprühen durch ein Magnetron abgeschieden. Danach wurde die zweite Schutzschicht 214, die aus Photonith (Warenname) bestand und eine Dicke von 1,5 µm besaß, auf photolithographische Weise auf dem entstandenen Element mit Ausnahme des Umfangs der Wärmeeinwirkungsfläche hergestellt. Damit war der Herstellvorgang des Substrates beendet.
Eine mit Rillen versehene Glasplatte wurde an einer vorgegebenen Stelle des Substrates befestigt. Mit anderen Worten, die in Fig. 1B gezeigte mit Rillen versehene Glasplatte wurde mit dem Substrat 202 verklebt, um einen Tintenführungsströmungskanal 204 und den Wärmeeinwirkungsabschnitt 205 herzustellen (Größe der Rille: Breite 50 µm, Tiefe 50 µm und Länge 2 mm).
In der vorstehend beschriebenen Weise wurde ein Aufzeichnungskopf mit einer Vielzahl von Düsen einer hohen Dichte von 25 Pel hergestellt.
Dieser Aufzeichnungskopf besaß eine höhere Dichte als die Aufzeichnungsköpfe des Standes der Technik. Darüber hinaus besaß der Aufzeichnungskopf eine ausgezeichnete Haltbarkeit sowohl bei häufigem wiederholten Gebrauch als auch bei kontinuierlichem Gebrauch über eine lange Zeitdauer. Die anfänglich ausgezeichneten Flüssigkeitströpfchenbildungseigenschaften konnten in beständiger Weise über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.

Claims (36)

1. Schichtträger für einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit Schichtaufbau, mit zumindest einem Paar von Elektroden (208, 211, 212), die in verschiedenen Ebenen unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht (209) angeordnet sind, deren eine Elektrode (211, 212) eine Unterbrechung aufweist und deren andere Elektrode (208) als Elektrodenschicht ausgebildet ist, zumindest einem elektrothermischen Wandler (201) mit einer Widerstandsheizschicht (210), die unter Überbrückung der Unterbrechung der einen Elektrode (211, 212) diese beidseits der Unterbrechung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung kontaktiert und einen Wärmeerzeugungsabschnitt (215) aufweist, der im Bereich der Unterbrechung der einen Elektrode (211, 212) liegt, und mit einem Stützkörper (206, 207) zum Tragen der Elektroden (208, 211, 212), der Isolationsschicht (209), sowie der Widerstandsheizschicht (210),
dadurch gekennzeichnet, daß
die andere Elektrode (208) des zumindest einen Elektrodenpaares (208, 211, 212) zusammen mit der Isolationsschicht (209) im Bereich des Wärmeerzeugungsabschnitts (215) ausgespart ist und in diesem Bereich die Widerstandsheizschicht (210) auf dem Stützkörper (206, 207) aufsitzt.
2. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von Zusammenstellungen aus der einen Elektrode (211, 212), der anderen Elektrode (208), dazwischenliegender Isolationsschicht (209) und Widerstandsheizschicht (210) aufweist.
3. Schichtträger nach Anpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf (200) mit einer Mehrzahl von Tintenkanälen (204) und einer Mehrzahl von mit den Tintenkanälen (204) in Verbindung stehenden Ausstoßöffnungen (217) dadurch ausbildet, daß eine Deckplattenanordnung (203) für die Mehrzahl von Zusammenstellungen mit dem Schichtträger verbunden ist.
4. Schichtträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf (200) mit einer gemeinsamen Tintenkammer zur Speicherung von in die einzelnen Tintenkanäle (204) einzuspeisender Tinte ausgestattet ist.
5. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeugungsabschnitt (215) einen Teil eines Tintenkanals (204) bildet.
6. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einer der Elektroden (208, 211, 212) um eine gemeinsame Elektrode (208) handelt.
7. Schichtträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (206, 207) aus einem Lagerbett (206) und einer darauf angeordneten unteren Schicht (207) besteht.
8. Schichtträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht (207) ein anorganisches Material umfaßt.
9. Schichtträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Material aus SiO₂, Zirkonoxid, Tantaloxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid ausgewählt ist.
10. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizschicht (210) ein Material umfaßt, das aus Tantalnitrid, Nichrom, Silber-Palladium-Legierungen, Silizium-Halbleitermaterial oder aus Hafnium, Lanthan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom, Vanadium sowie deren Legierungen und Boriden ausgewählt ist.
11. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (209) ein Material umfaßt, das aus organischen und anorganischen Isolationsmaterialien ausgewählt ist.
12. Schichtträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Isolationsmaterial aus Polyimidharz und zyklischem Polybutadien ausgewählt ist.
13. Schichtträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Isolationsmaterial aus SiO₂ und Si₃N₄ ausgewählt ist.
14. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Tintenkanalseite der gemeinsamen Elektrode (208), der selektiven Elektrode (211, 212) und der Widerstandsheizschicht (210) eine Schutzschicht (213, 214) vorgesehen ist.
15. Schichtträger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (213, 214) eine erste Schutzschicht (213) und eine zweite Schutzschicht (214) umfaßt, welche an einer Stelle mit Ausnahme des Wärmeerzeugungsabschnittes (215) vorgesehen ist.
16. Schichtträger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die erste Schutzschicht (213) aus anorganischen Oxiden, Metalloxiden, Mischungen davon, Nitriden und Mischungen dieser Oxide und Nitride ausgewählt ist.
17. Schichtträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metalloxid um ein Übergangsmetalloxid handelt.
18. Schichtträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid aus den folgenden Materialien ausgewählt ist: Titanoxid, Vanadiumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid, Tantaloxid, Wolframoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid, Manganoxid, Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid und Siliziumoxid.
19. Schichtträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrid aus Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Tantalnitrid ausgewählt ist.
20. Schichtträger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzschicht (214) ein organisches Isolationsmaterial umfaßt.
21. Schichtträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Isolationsmaterial aus den folgenden Materialien ausgewählt ist: Silikonharz, Fluorharz, aromatisches Polyamid, Polyimid vom Additionspolymerisationstyp, Polybenzimidazol, Metallchelatpolymer, Titansäureester, Epoxidharz Phthalharz, hitzehärtendes Phenolharz, p- Vinylphenolharz, Ziroxharz, Triazinharz und BT-Harz (Additionspolymerisationsharz von Triazinharz und Bismaleimid).
22. Schichtträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Isolationsmaterial ein Polymer einer monomeren organischen Verbindung ist.
23. Schichtträger nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer der organischen Verbindung aus den folgenden Materialien ausgewählt ist: Thioharnstoff, Thioacetamid, Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol Styrol, Ferrocen, Pyrolin, Naphtalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Diphenylselenid, p-Toluidin, p-Xylol, N,N-Dimethyl-p-Toluidin, Toluol, Anilin, Diphenylquecksilber, Hexamethylbenzol, Malononitril, Tetracyanoäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N- Nitrosodiphenylamin, Acetylen, 1,2,4-Trichlorbenzol und Propan.
24. Schichtträger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schutzschicht auf dem größten Teil der Oberfläche des Schichtträgers vorgesehen ist.
25. Schichtträger nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schutzschicht ein Material umfaßt, das aus Elementen der Gruppe IIIa des Periodensystems, Elementen der Gruppe IVa, Elementen der Gruppe Va, Elementen der Gruppe VIa, Elementen der Gruppe VIII, deren Legierungen, Boriden, Karbiden, Siliziden und Nitriden ausgewählt ist.
26. Schichtträger nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schutzschicht mit einem Material kombiniert wird, das für die erste Schutzschicht (213) verwendet wird.
27. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe IIIa des Periodensystems aus Sc und Y ausgewählt ist.
28. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe IVa des Periodensystems aus Ti, Zr und Hf ausgewählt ist.
29. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe Va des Periodensystems aus V und Nb ausgewählt ist.
30. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe VIa des Periodensystems aus Cr, Mo und W ausgewählt ist.
31. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe VIII des Periodensystems aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist.
32. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus den folgenden Materialien ausgewählt ist: Ti-Ni, Ta-W, Ta-Mo-Ni, Ni-Cr, Fe-Co, Ti-W, Fe-Ti, Fe-Ni, Fe-Cr und Fe-Ni-Cr.
33. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Borid aus Ti-B, Ta-B, Hf-B und W-B ausgewählt ist.
34. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbid aus Ti-C, Zr-C, V-C, Ta-C, Mo-C und Ni-C ausgewählt ist.
35. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizid aus Mo-Si, W-Si und Ta-Si ausgewählt ist.
36. Schichtträger nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrid aus Ti-N, Nb-N und Ta-N ausgewählt ist.
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