ES2199316T3

ES2199316T3 - Sustrato para cabezal por chorros de tinta, cabezal por chorros de tinta, aparato por chorros de tinta y metodo para fabricar un cabezal por chorros de tinta.

Info

Publication number: ES2199316T3
Application number: ES97114487T
Authority: ES
Inventors: Ichiro Saito; Yoshiyuki Imanaka; Teruo Ozaki; Toshimori Miyakoshi; Muga Mochizuki; Masahiko Ogawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: KR100229123B1; US20030103110A1; CN1174783A; DE69723005T2; EP0825026A3; CN1089692C; US6769762B2; EP0825026B1; CN1401486A; CN1193882C; EP0825026A2; US6527813B1; DE69723005D1

Abstract

SE PRESENTA UN SUSTRATO PARA SU USO EN UNA CABEZA DE GRABACION MEDIANTE CHORRO DE TINTA CON UNA PLURALIDAD DE MIEMBROS GENERADORES DE CALOR PARA GENERAR ENERGIA TERMICA PARA SER UTILIZADA PARA DESCARGAR LA TINTA. LOS MIEMBROS GENERADORES DE CALOR ESTA ESTRUCTURADOS MEDIANTE UNA PELICULA FINA FORMADA POR UN MATERIAL REPRESENTADO POR TA SUB,X}, SI SUB,Y}, R SUB,Z}, QUE TIENE UN VALOR DE RESISTENCIA, ESPECIFICO DE 4000 MI} OG}. CM O INFERIOR, EN DONDE R ES UNA O MAS CLASES DE ELEMENTOS SELECCIONADOS ENTRE C, O, N, Y X+Y+Z = 100. CON LA ESTRUCTURA ASI DISPUESTA, LOS MIEMBROS GENERADORES DE CALOR HACEN POSIBLE MANTENER EL CAMBIO DE LOS VALORES DE RESISTENCIA DENTRO DE UNA CANTIDAD PEQUEÑA INCLUSO CUANDO SE UTILIZAN CONTINUAMENTE DURANTE UN LARGO PERIODO DE TIEMPO, Y SUMINISTRAN IMAGENES GRABADAS DE ALTA CALIDAD CON UN ALTO PERIODO DE VIDA UTIL Y UNA ALTA FIABILIDAD.

Description

Sustrato para cabezal por chorros de tinta, cabezal por chorros de tinta, aparato por chorros de tinta y método para fabricar un cabezal por chorros de tinta.

Antecedentes de la invención Sector técnico al que pertenece la invención

La presente invención se refiere a un cabezal para chorros de tinta formado por utilización de un sustrato que constituye un cabezal para chorros de tinta (que se designará a continuación simplemente como cabezal para chorros de tinta), para la descarga de un líquido de trabajo funcional, tal como tinta, sobre un soporte de impresión que incluye hojas de papel, hojas de material plástico, tela, artículos de mercancías y similares, para registrar e imprimir caracteres, símbolos, imágenes y similares, cuando se realizan las mencionadas operaciones, haciendo referencia a una llamada pluma para chorros de tinta que incluye una unidad de depósito de tinta destinada a retener la tinta a suministrar al cabezal para chorros de tinta, así como un aparato para chorros de tinta que tiene el mencionado cabezal para chorros de tinta montado en el mismo.

A este respecto, el elemento de escritura o pluma de chorro de tinta a la que se hace referencia en la descripción de la presente invención, significa incluir una modalidad de cartucho en la que el cabezal de chorros de tinta y la unidad del depósito de tinta están constituidos de forma integral, y otra modalidad en la que el cabezal para chorros de tinta y la unidad de depósito de tinta están formados separadamente y combinados de manera desmontable para su utilización. El elemento de escritura o pluma para chorros de tinta está estructurado para su montaje desacoplable sobre medios de montaje del carro o similar en el lado que corresponde al cuerpo principal del aparato.

Asimismo, el aparato de impresión por chorros de tinta, al que se hace referencia en la descripción de la presente invención, significa la inclusión de una modalidad en la que se forman integralmente con un procesador de textos, o separadamente con respecto al mismo, un ordenador, u otro aparato de proceso de información como dispositivo de salida, y varias modalidades en las que funciona como sistema de copiado que se combina con un dispositivo de lectura de informaciones o similar, como equipo facsímil que tiene las funciones de recibir y transmitir información, tal como un aparato de impresión de productos textiles o similares.

Técnicas anteriores relacionadas

Un aparato de impresión por chorro de tinta de este tipo se caracteriza por descargar tinta desde la abertura de descarga en forma de gotitas finas, para imprimir imágenes altamente precisas a elevada velocidad. En particular, el aparato de impresión por chorros de tinta del tipo que utiliza dispositivos transductores electrotérmicos como medios generadores de energía para generar energía a utilizar para la descarga de tinta ha atraído la atención en mayor grado en estos últimos años, porque funciona de manera más adecuada para la impresión de imágenes con una precisión más elevada y a mayores velocidades, permitiendo además que el cabezal de impresión y el aparato sean más pequeños, haciéndolos asimismo más adecuados para impresión en color. (Se pueden consultar, por ejemplo las descripciones de las patentes USA nº 4.723.129 y 4.740.796).

La figura 1 es una vista que muestra la estructura general de la parte principal del sustrato de cabezal utilizado para un cabezal de impresión por chorros de tinta, tal como se ha descrito anteriormente. La figura 2 muestra una vista en sección transversal en la que se aprecia esquemáticamente el sustrato (2000) para el cabezal para chorros de tinta en la parte que corresponde a la trayectoria de flujo de la tinta, a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1.

En la figura 1, el cabezal para la impresión por chorros de tinta está dotado de una serie de aberturas de descarga (1001). Asimismo, sobre el sustrato (1004), están dispuestos los dispositivos transductores electrotérmicos que generan energía térmica a utilizar para la descarga de tinta desde dichas aberturas, para cada trayectoria de flujo de tinta

\hbox{(1003),}

respectivamente. Cada uno de los dispositivos transductores electrotérmicos está constituido principalmente por el elemento generador de calor (1005), el cableado de electrodos (1006) que suministra potencia eléctrica al mismo, y una película aislante (1007) que los protege.

Asimismo, cada una de las trayectorias de flujo de tinta (1003) está constituida por una placa superior o de techo que tiene una serie de paredes de trayectoria de flujo (1008), que está unida de forma adhesiva, mientras que sus posiciones relativas con respecto a los dispositivos transductores electrotérmicos y otros sobre el sustrato (1004) se ajustan por medio del proceso de imagen o similar. El fin de cada una de las trayectorias de flujo de tinta (1003) en el lado opuesto a la abertura de descarga (1001) está conectado con capacidad de conducción a una cámara de líquido común (1009). En esta cámara de líquido común (1009), se retiene tinta suministrada desde un depósito de tinta (no mostrado).

La tinta suministrada a la cámara de líquido común (1009) es conducida a cada una de las trayectorias de flujo de tinta (1003) desde la cámara, y es mantenida en las proximidades de cada abertura de descarga por medio del menisco que forma la tinta en esta zona. En esta unión, cuando los dispositivos transductores electrotérmicos son activados selectivamente, la tinta en la superficie de activación de calor es calentada bruscamente produciendo ebullición laminar por la utilización de la energía térmica generada de este modo. La tinta se descarga por medio de su fuerza de impulsión en aquel momento.

En la figura 2, el numeral de referencia (2001) indica un sustrato de silicio, y (2002), una capa de acumulación de calor.

El numeral de referencia (2003) designa una película de SiO que funciona de manera doble acumulando calor; el numeral (2004) muestra una capa de resistencia generadora de calor; el numeral (2005), un cableado de metal formado por Al, Al-Si, Al-Cu o similar; y el numeral (2006), una capa de protección formada por una película de SiO, una película de SiN o similares. Asimismo, el numeral de referencia (2007) designa una película anti-cavitación que protege la película de protección (2006) contra choques químicos y físicos que siguen a la generación de calor de la capa resistente generadora de calor (2004), y el numeral (2008) muestra la parte de activación térmica de la capa de resistencia generadora de calor (2004).

Para el elemento generador de calor utilizado para el cabezal de impresión de un aparato de impresión por chorros de tinta, se requiere que reúna las características siguientes:

1) Como elemento generador de calor, debe tener una excelente capacidad de respuesta al calor, haciendo posible de esta manera descargar la tinta de manera instantánea.

2) Presenta una reducida proporción de cambio en los valores de resistencia con respecto a la alta velocidad y activación continua, presentando por lo tanto una situación estabilizada de formación de espuma de tinta.

3) Tiene una excelente capacidad de resistencia térmica y de respuesta al calor, así como una vida más larga con elevada fiabilidad.

Se da a conocer en la solicitud de patente japonesa a inspección pública nº 7-125218 una estructura que utiliza una película de TaN como material del elemento generador de calor para el cabezal para chorros de tinta que satisface las condiciones indicadas. La estabilidad característica de la película de TaN (es decir, la proporción de cambios de resistencia, en particular, cuando se repite la impresión durante un tiempo prolongado) se correlaciona íntimamente con la composición de la película de TaN. En particular, el elemento generador de calor formado por nitruro de tántalo que contiene TaN_{0,8hex} tiene una proporción menor de cambios de resistencia cuando se efectúa la impresión de manera repetida durante un período de tiempo prolongado, y presenta excelente estabilidad de descarga.

A este respecto, además del cabezal de impresión por chorros de tinta que utiliza dicho elemento generador de calor, existe un cabezal de impresión de tipo térmico que utiliza también un elemento generador de calor destinado a encontrarse directamente en contacto con una hoja termo-sensible o una cinta de tinta para impresión.

Como elemento generador de calor para dicho cabezal de impresión de tipo térmico, existe, por ejemplo, el que se da a conocer en la descripción de la solicitud de patente japonesa a inspección pública nº 53-25442. Este cabezal tiene una excelente característica de vida como elemento generador de calor cuando funciona generando calor a elevada temperatura. Este elemento está formado, como mínimo, por un tipo de primer elemento seleccionado entre Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W y Mo; por el segundo elemento N, y por el tercer elemento Si, estando compuesto por el primer elemento de 5 a 40 % atómico; el segundo elemento, de 30 a 60 % atómico; y el tercer elemento, de 30 a 60 % atómico. O bien, tal como se da a conocer en la descripción de la solicitud de patente japonesa a inspección pública nº 61-100476, existe un elemento generador de calor que tiene elevada estabilidad térmica y excelente calidad de impresión, que está formado por una aleación de tántalo, un metal de alto punto de fusión (tal como Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ct, Mo o W) y nitrógeno. Además, tal como se da a conocer en la descripción de la solicitud de patente japonesa a inspección pública nº 56-89578, existe un cabezal térmico que utiliza un elemento generador de calor que tiene excelente capacidad de resistencia a los ácidos y estabilidad de los valores de la resistencia, que contiene el metal que forma nitruro, silicio y nitrógeno. Asimismo, tal como se da a conocer en la descripción de la JP-A-57 061582, existe un cabezal térmico que utiliza una película delgada de Ta-Si-O como elemento generador de calor, que tiene larga duración con respecto a la impresión a alta velocidad y también con respecto a la utilización que requiere una vida larga del elemento.

No obstante, en la actualidad, se utilizan como materiales para el elemento generador de calor HfB_{2}, TaN, TaAl o TaSi, para un cabezal de impresión por chorros de tinta. En este caso, en general, ninguno de los elementos generadores de calor adaptado para el cabezal de impresión de tipo térmico descrito anteriormente se utiliza de manera práctica para el cabezal de impresión por chorros de tinta.

Esto es debido al hecho de que mientras se aplica una potencia eléctrica aproximadamente de 1W al elemento generador de calor del cabezal de impresión de tipo térmico por 1 m/seg. se aplica una potencia eléctrica aproximadamente de 3 a 4 W al elemento generador de calor del cabezal de chorros de tinta durante, por ejemplo, 7 \museg. que es superior a la potencia eléctrica facilitada al cabezal de impresión de tipo térmico durante varias veces. Por lo tanto, el elemento generador de calor del cabezal para chorros de tinta tiende a recibir un esfuerzo térmico mayor que el cabezal de impresión de tipo térmico en un período de tiempo más corto.

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Como consecuencia, para dicho elemento generador de calor, es necesario considerar la descarga y método para activar el elemento que son típicos de un cabezal para chorros de tinta, que son diferentes del método adoptado para el cabezal de impresión de tipo térmico. Así pues, la consideración de diseño se debe otorgar al elemento generador de calor (con respecto al grosor de la película, dimensiones del dispositivo de calentamiento, configuración y similares) optimizado para la utilización del cabezal por chorros de tinta. Es imposible adoptar un elemento generador de calor corrientemente en uso para un cabezal de impresión de tipo térmico, para el cabezal por chorros de tinta en el estado propio del mismo.

En estos últimos años, se ha observado la demanda, para aparatos de impresión por chorros de tinta, del aumento de sus funciones con respecto a conseguir mayor calidad de imagen y mayores velocidades de impresión, tal como se ha descrito anteriormente. En este caso, a efectos de conseguir una mayor calidad de imagen, existe un método de mejora de la calidad de imagen al hacer que las dimensiones de cada uno de los dispositivos de calentamiento (elemento generador de calor) sea más pequeño, de manera que la cantidad de descarga se reduce para cada punto, obteniendo los puntos de pequeñas dimensiones que se pretenden.

Asimismo, para conseguir una impresión más rápida, existe un método de incrementar la frecuencia de activación, según sea necesario, haciendo los impulsos más cortos que lo que es convencionalmente practicado.

No obstante, a efectos de activar el calentador a una frecuencia más elevada en una estructura en la que las dimensiones del calentador se hacen más pequeñas con el objetivo de obtener una calidad de imagen más elevada, tal como se ha descrito anteriormente, el valor de la resistencia laminar del mismo se debe hacer más grande. La figura 3A es un gráfico que muestra las relaciones entre diferentes situaciones de activación, dependiendo de la diferencia de los tamaños del dispositivo de calentamiento.

La figura 3A muestra los cambios de resistencia laminar del elemento generador calor y el valor de la corriente eléctrica con respecto a la amplitud de impulso cuando las dimensiones del dispositivo de calentamiento cambian de grande (A) a pequeña (B) para un voltaje de activación constante. De manera similar, la figura 3B es un gráfico que muestra las relaciones entre el valor de la resistencia laminar del elemento generador de calor y el valor de corriente eléctrica con respecto al voltaje de activación cuando las dimensiones del dispositivo de calentamiento cambian para una anchura constante del impulso de activación.

En otras palabras, cuando las dimensiones del dispositivo de calentamiento se hacen más reducidas, es necesario incrementar el valor de resistencia de la hoja a efectos de activar el elemento en las mismas condiciones convencionalmente practicables. Asimismo, teniendo en cuenta las exigencias de energía, es posible reducir el valor de la corriente eléctrica cuando el valor de la resistencia de la hoja se hace más grande, y el elemento es activado a un voltaje más elevado, alcanzando de esta manera un ahorro de energía. Este efecto se hace significativo especialmente cuando la estructura es tal que se dispone de una serie de elementos generadores de calor.

No obstante, tal como se ha descrito anteriormente, el valor de la resistencia específica del elemento generador de calor formado por HfB_{2}, TaN, TaAl ó TaSi entre otros, utilizado para los cabezales de impresión por chorros de tinta actualmente utilizados, es aproximadamente de 200 a 300 \mu\Omega.cm. Por lo tanto, en consideración de la estabilidad de los elementos generadores de calor fabricados, de las características estabilizadas de las descargas y otros, el límite de la resistencia de la hoja es de 150 \Omega/0/00, si el límite de grosor de película del elemento generador de calor se considera que es de 200 \ring{A}.

Por lo tanto, si se desea obtener un valor mayor de resistencia laminar que el límite indicado, resulta difícil utilizar cualquiera de los elementos generadores de calor anteriormente descritos.

Mientras tanto, el elemento generador de calor adoptado para el cabezal de impresión de tipo térmico anteriormente descrito hace posible incrementar el valor de la resistencia laminar. No obstante, es posible adoptar dicho elemento para el cabezal por chorros de tinta que requiere conseguir la respuesta térmica específica y elevada velocidad de impresión, tal como se ha descrito anteriormente.

Además, para un aparato de impresión por chorros de tinta, la capacitancia de la fuente de potencia y del dispositivo semiconductor debe resistir la presión. Como resultado, existe automáticamente un límite al voltaje de activación. Se considera en la actualidad que su límite superior es aproximadamente de 30V. A efectos de activar el aparato a un voltaje inferior a este límite, se hace necesario disponer el valor de resistencia específica del elemento generador de calor en un valor de 4.000 \mu\Omega.cm o menos. El valor específico de resistencia del elemento generador de calor, utilizado para el cabezal de impresión térmica descrito anteriormente, es en general superior a 4.000 \mu\Omega.cm.

De acuerdo con la técnica actualmente conocida, por lo tanto, no han existido elementos generadores de calor que puedan ser adaptables para su utilización de un cabezal de impresión por chorros de tinta, que posean una excelente respuesta para impulsos de activación cortos, presentado simultáneamente un valor de resistencia laminar elevado.

Además, junto con imágenes más precisas a imprimir, las dimensiones de los dispositivos de calentamiento se deben hacer más pequeñas para impresión por medio de gotitas más pequeñas. Como resultado, al utilizar el elemento generador de calor convencional, el valor de la corriente eléctrica se incrementa, lo cual conduce a un problema relacionado con la generación del calor.

Características de la invención

Por lo tanto, es el principal objetivo de la presente invención dar a conocer un cabezal de impresión por chorros de tinta que tiene elementos generadores de calor, que son capaces de solucionar los problemas anteriormente descritos, que son inherentes de los elementos generadores de calor convencionales del cabezal de impresión por chorros de tinta, y asimismo, son capaces de obtener imágenes impresas de elevada calidad durante un largo período de tiempo y también de proporcionar un cabezal de impresión por chorros de tinta y un aparato de impresión por chorros de tinta.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un cabezal para impresión por chorros de tinta que tiene elementos generadores de calor, cada uno de los cuales es capaz de descargar de manera estable, incluso en el caso de que los puntos se hagan más pequeños para imágenes a imprimir con elevada precisión y a elevadas velocidades, y asimismo, proporcionar un cabezal para impresión por chorros de tinta, y también un aparato para impresión por chorros de tinta.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer una pluma o elemento de escritura por chorros de tinta que comprende una unidad de recipiente de tinta destinada a conservar o retener la tinta a suministrar a dicho excelente cabezal de impresión por chorros de tinta antes descrito, y asimismo, proporcionar un aparato de impresión por chorros de tinta dotado de dicho cabezal de impresión por chorros de tinta.

Otro objetivo adicional de la presente invención consiste en dar a conocer un cabezal de impresión por chorros de tinta que tiene contacto entre capas mejorado para un cabezal de impresión por chorros de tinta, dotado de una estructura laminada a base de una capa de acumulación de calor/capa de resistencia al generador de calor/capa de protección, que tiene una capa de resistencia generadora de calor dispuesta entre ellas.

A efectos de conseguir estos objetivos, la presente invención está destinada a dar a conocer un método, un cabezal de impresión por chorros de tinta, un aparato de impresión por chorros de tinta, y un método de fabricación de los mismos, tal como se define en las reivindicaciones 1 ó 2.

Asimismo, un cabezal de impresión por chorros de tinta queda dotado con aberturas de descarga de tinta para la descarga de tinta, una serie de elementos generadores de calor para generar energía térmica a utilizar para descarga de tinta, y trayectorias de flujo de tinta que incluyen los elementos generadores de calor en su interior, estando al mismo tiempo conductivamente conectados con las aberturas de descarga de tinta, de manera que los elementos generadores de calor están estructurados por una película delgada formada por material representado por Ta_{x}, Si_{y}, N_{z} que tienen un valor de resistencia específica de 4000\mu\Omega.cm o menos.

Asimismo, un método para la fabricación del cabezal para chorros de tinta dotado de aberturas para descarga de tinta para efectuar la descarga de la tinta, una serie de elementos generadores de calor para generar energía térmica a utilizar para la descarga de la tinta, y trayectorias de flujo de la tinta que comprenden los elementos generadores de calor en su interior, conectados conductivamente al mismo tiempo con las aberturas de descarga de tinta, de manera que los elementos generadores de calor utilizan dos tipos de objetivos formados por Ta y Si, y por medio de un sistema de co-bombardeo iónico bidimensional, estos elementos son formados en una atmósfera mixta de gas, como mínimo, nitrógeno, oxígeno, gas carbónico y argón.

Con la disposición de un cabezal de impresión por chorros de tinta por el método de fabricación de la presente invención, los elementos generadores de calor anteriormente descritos hacen posible obtener la duración deseada aunque las dimensiones de los calentadores se hagan más pequeñas, siendo activados los calentadores mediante impulsos más cortos durante un período más largo de tiempo y demostrando elevada eficiencia energética a efectos de suprimir generación de calor, a efectos de ahorrar energía. Al mismo tiempo, las imágenes impresas poseen una elevada calidad.

Asimismo, la presente invención no está limitada solamente a la utilización de tinta para el cabezal de impresión por chorros de tinta. La invención es también aplicable a un líquido para un cabezal de impresión por chorros de tinta, que se puede descargar con ayuda de elementos generadores de calor, tal como se han descrito anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en planta que muestra esquemáticamente el sustrato de un cabezal para chorros de tinta, fabricado de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista en sección transversal que muestra el sustrato representado en la figura 1, en una sección vertical, según el plano de corte 2-2, mostrando una línea de trazos en la misma.

Las figuras 3A y 3B son gráficos que muestran las condiciones de activación, dependiendo de la diferencia de dimensiones del calentador.

La figura 4 es una vista que muestra un sistema de formación de película o lámina para constituir una película de cada una de las capas del sustrato del cabezal de impresión por chorros de tinta fabricado de acuerdo con la presente invención.

La figura 5 es una vista que muestra los valores de resistencia específica con respecto a la presión parcial de nitrógeno de la capa de resistencia que forma el elemento generador de calor de Ta-Si-N.

La figura 6 es una vista que muestra los valores de composición de película, con respecto a la presión parcial de nitrógeno de la capa de resistencia que forma el elemento generador de calor de Ta-Si-N.

La figura 7 es una vista que muestra los resultados de la prueba CST.

La figura 8 es una vista que muestra la gama de composición del elemento de resistencia a utilizar para el elemento generador de calor de un cabezal de impresión por chorros de tinta fabricado de acuerdo con la presente invención.

La figura 9 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo del aparato de impresión por chorros de tinta que utiliza un cabezal de impresión fabricado según la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

A continuación, se realizará la descripción detallada de una serie de realizaciones de acuerdo con la presente invención. No obstante, la presente invención no está necesariamente limitada solamente a cada una de las realizaciones indicadas a continuación. Es evidente que se pueden adoptar cualesquiera modalidades siempre que dichas modalidades puedan ser dispuestas para conseguir los objetivos de la presente invención.

A continuación, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, se describirá la presente invención de manera detallada. No obstante, la presente invención no está necesariamente limitada solamente a cada una de las realizaciones indicadas a continuación. Debe ser satisfactorio si solamente la modalidad que puede ser adoptada es capaz de conseguir los objetivos de la presente invención.

La figura 1 es una vista en planta que muestra esquemáticamente la parte principal del sustrato de un elemento generador de calor que forma espuma de tinta para un cabezal por chorros de tinta fabricado de acuerdo con una primera realización de la presente invención. La figura 2 es una vista en sección que muestra esquemáticamente la parte del sustrato cortada perpendicularmente a su superficie a lo largo de la línea de corte 2-2 mostrada en trazos en la figura 1.

De acuerdo con la presente realización, el elemento generador de calor (2004) puede ser producido por la aplicación de diferentes métodos de formación de elementos laminares. En general, este elemento está formado por medio de bombardeo por magnetón, utilizando un suministro de potencia de alta frecuencia (RF) como fuente de potencia, o utilizando una fuente de potencia de corriente continua (CC). La figura 4 es una vista esquemática del perfil del sistema de bombardeo iónico que forma películas del elemento generador de calor (2004) antes descrito. En la figura 4, el numeral de referencia (4001) indica un objetivo producido con una composición determinada por adelantado; el numeral (4002) es un imán plano; el numeral (4011) muestra un diafragma que controla la formación de película con respecto al sustrato; el numeral (4003) es un soporte del sustrato; el numeral (4004) es un sustrato; y (4006) es una fuente de potencia a conectar al objetivo o diana (4001) y también al soporte (4003) del sustrato.

Además, en la figura 4, el numeral de referencia (4008) indica el calentador externo dispuesto de manera que rodea la pared circunferencial externa de la cámara de formación de película (4009). El calentador externo (4008) es utilizado para ajustar la temperatura de la atmósfera de la cámara de formación de película (4009). En el lado de reserva del soporte del sustrato (4003), el calentador interno (4005) está dispuesto para controlar la temperatura del sustrato. Es preferible controlar la temperatura del sustrato (4004) en combinación con el calentador externo (4008).

Utilizando el sistema mostrado en la figura 4, se realiza la formación de la película de la forma que se indica a continuación. En primer lugar, utilizando la bomba de vacío (4007), se efectúa vacío en la cámara de formación laminar a un valor comprendido entre 1 x 10^{-5} y 1 x 10^{-6}Pa. A continuación, se introduce en la cámara (4009) de formación de película un gas mezcla de oxígeno gaseoso y gas carbónico, desde la abertura de entrada de gas a través del controlador de flujo másico (no mostrado) de acuerdo con gas argón y gas nitrógeno, o el elemento generador de calor a formar. En esta unión, el dispositivo calentador interno (4005) y el dispositivo calentador externo (4008) son ajustadas de manera que la temperatura del sustrato y la temperatura atmosférica son valores predeterminados. Entonces, la potencia es aplicada al objetivo (4001) desde la fuente de potencia (4006) para llevar a cabo descargas por bombardeo iónico. El diafragma (4011) es ajustado. De este modo, se forma una película delgada sobre el sustrato (4004).

Esta formación de película para el elemento generador de calor anteriormente descrito se ha explicado de acuerdo con un método de formación que adopta bombardeo iónico reactivo, utilizando una aleación como objetivo formada por Ta-Si. No obstante, la presente invención no está necesariamente limitada a tal método de formación. Puede ser posible llevar a cabo la formación de película por medio de un sistema de co-bombardeo iónico bidimensional, en el que se aplica potencia desde la fuente de potencia a las dos bases que tienen objetivo de Ta y objetivo de Si conectados separadamente para el proceso. En este caso, es posible controlar la potencia a aplicar a cada uno de los objetivos individualmente.

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Además, puede ser posible llevar a cabo la formación laminar utilizando un objetivo de Ta-Si-N, Ta-Si-O, Ta-Si-C o una aleación formada por su mezcla con un sistema de bombardeo iónico, utilizando gas argón (o dependiendo de los casos, con un sistema de bombardeo iónico reactivo que induce gas nitrógeno, oxígeno gaseoso y gas carbónico).

De acuerdo con la presente realización, el sistema mostrado en la figura 4 es adoptado para su utilización, y la película generadora de calor es producida por el método de formación de película descrito anteriormente bajo varias condiciones distintas.

Realización 1

A continuación, se realizará la descripción específicamente de una primera realización de acuerdo con la presente invención.

En la figura 2, la capa de acumulación de calor (2002) es formada con un grosor de película de 1,8 \mum sobre el sustrato de silicio (2001) por medio de oxidación térmica, tal como se ha descrito parcialmente en la descripción anterior. Además, como película intermedia (2003) de las capas que tiene una función doble como capa de acumulación de calor, se forma la película de SiO_{2} por el método de CVD de plasma con un grosor de película de 1,2 \mum. A continuación, como capa de resistencia generadora de calor (2004), se forma la película de Ta-Si-N en 1000 \ring{A} por un sistema de co-bombardeo iónico bidimensional utilizando dos objetivos.

En esta unión, la proporción de flujo de gas es: gas Ar en 45 sccm, gas N_{2}, 15 sccm y la proporción de presión parcial de gas nitrógeno, 25%. La potencia aplicada a los objetivos es: 150 W para el objetivo de Si, y 500 W para el objetivo de Ta, mientras que la temperatura atmosférica es ajustada a 200ºC, siendo la temperatura del sustrato de 200ºC.

Además, como cableado metálico (2005) para calentar la capa generadora de calor (2004) en la parte de activación térmica (2008), se forma la película de Al con un grosor de 5500 \ring{A} por medio del sistema de bombardeo iónico.

A continuación, éstas son fotolitografiadas para la formación de dibujo, a efectos de producir la parte activadora de calor (2008) con dimensiones de 15 \mum x 40\mum después de eliminar la capa de Al. Como película de protección (2006), se forma una película de SiN con un grosor de película de 1 \mum por medio del método de CVD de plasma. Finalmente, como capa anti-cavitación (2007), se ha formado la película de Ta con un grosor de 2000 \ring{A} por medio de un sistema de bombardeo iónico a efectos de obtener el sustrato de la presente invención. El valor de la resistencia laminar de la capa de resistencia generadora de calor configurada del modo explicado es de 270 \Omega/0/00.

Ejemplo comparativo 1

Se obtiene un sustrato como ejemplo comparativo 1, produciéndolo igual que en la realización 1, a excepción de la modificación que se hace con respecto a la capa de resistencia de generación de calor (2004), tal como se indica más adelante. en otras palabras, la película de TaN_{0,8} es formada con un grosor de 1000 \ring{A} por medio del sistema de bombardeo iónico reactivo utilizando un objetivo de Ta. En esta unión, la proporción de flujo de gas es: gas Ar 48/sccm, gas N_{2}, 12 sccm y la presión parcial del nitrógeno gaseoso es 20%. La potencia aplicada al objetivo de Ta es de 500 W. La temperatura atmosférica es de 200ºC y la temperatura del sustrato es de 200ºC. El valor de la resistencia laminar de la capa de resistencia generadora de calor es de 25 \Omega/0/00.

Evaluación 1

Utilizando los sustratos producidos en la realización 1 y el ejemplo comparativo 1, tal como se ha descrito anteriormente, se obtiene un voltaje Vth de formación de espuma para descarga de tinta.

A continuación, con respecto a este valor Vth, se mide la corriente eléctrica cuando se produce la activación por impulsos cuya anchura es de 2 \museg para un voltaje de activación de 1,2 Vth (1,2 veces el voltaje de formación de espuma).

En otras palabras, de acuerdo con la realización 1, el Vth es igual a 24V y el valor de la corriente eléctrica es de 35 mA. Contra ello, el ejemplo comparativo 1 es: Vth igual a 9,9V y la corriente eléctrica es de 120 mA. Del resultado de la comparación entre la realización 1 de la presente invención y el sustrato del ejemplo 1, es evidente que el valor de la corriente eléctrica de la primera es aproximadamente 1/3 de esta última. Para la modalidad real del cabezal, se activan a la misma vez una serie de elementos generadores de calor. Por lo tanto, la presente realización disipa corriente eléctrica en una cantidad mucho menor que el ejemplo comparativo 1. Se comprenderá fácilmente, por lo tanto, que la presente realización produce un efecto favorable en cuanto a ahorro de energía.

Además, el elemento generador de calor es activado por la aplicación de un impulso de rotura bajo la siguiente condición para la evaluación de la duración contra los esfuerzos térmicos:

Frecuencia de activación: 10 kHz; anchura de los impulsos de activación: 2 \museg.

Voltaje de activación: voltaje de formación de espuma x 1,3.

Como resultado, si bien el ejemplo comparativo 1 se rompe con un impulso de 6,0 x 10^{7}, la realización 1 no se rompe hasta un impulso de 5,0 x 10^{9}.

Tal como se ha descrito anteriormente, es evidente que el sustrato de la presente realización resiste de manera suficiente la activación por impulsos más cortos.

Realización comparativa 2

El sustrato (2000) mostrado en la figura 1 se obtiene por producción del mismo, de igual manera que la realización 1 a excepción de la resistencia generadora de calor, según capa (2004), que es modificada tal como se indica más adelante. En otras palabras, para la introducción del gas en el momento de la formación de la película, el nitrógeno gaseoso aplicado a la realización 1 es sustituido por oxígeno gaseoso y, a continuación, por medio del sistema de bombardeo iónico reactivo, la película de Ta-Si-O es formada con un grosor de 1000 \ring{A}. En esta unión, el caudal de gas es: gas Ar 45 sccm, oxígeno gaseoso, 15 sccm, y presión parcial del oxígeno gaseoso, 25%. La potencia aplicada al objetivo es la siguiente: objetivo de Si 150 W, objetivo de Ta 520 W. La presión atmosférica es de 200ºC y la temperatura del sustrato es de 200ºC. El valor de la resistencia laminar es de 290 \Omega/0/00.

Evaluación 2

De la misma manera que en la evaluación 1, el sustrato producido de acuerdo con la realización comparativa 2 es objeto de evaluación. Como resultado, el Vth es igual a 25V y el valor de la corriente eléctrica es de 36 mA para el sustrato de la realización 2.

Asimismo, de acuerdo con la evaluación de duración con respecto al esfuerzo térmico utilizando el impulso de ruptura, el sustrato no se rompe hasta impulsos de 6,0 x 10^{9}.

En este caso, como resultado de la evaluación 1, es también comprensible que el sustrato de la realización comparativa 2 tiene un valor pequeño de la corriente eléctrica, y que produce un excelente efecto en la disipación de energía.

Asimismo, este sustrato tiene excelente duración incluso cuando es activado con impulsos de activación más cortos.

Realización comparativa 3

Se muestra el sustrato (2000) en la figura 1, obtenido al producirlo de igual manera que la realización 1, a excepción de que la capa de resistencia generadora de calor (2004) está modificada tal como se indica a continuación. En otras palabras, para que el gas sea introducido en el momento de formación laminar, el nitrógeno gaseoso aplicado a la realización 1, es sustituido por gas metano (CH_{4}), y a continuación, por medio del sistema de bombardeo iónico reactivo, se forma la película de Ta-Si-O con un grosor de 1000 \ring{A}. En esta unión, el canal de gas es: gas Ar, 48 sccm, gas CH_{4}, 15 sccm, y presión parcial del gas CH_{4}, 25%. La potencia aplicada al objetivo es: objetivo de Si 150 W, objetivo de Ta, 500 W. La temperatura atmosférica es de 200ºC, y la temperatura del sustrato es de 200ºC.

Evaluación 3

De igual manera que en la evaluación 1, el sustrato producido de acuerdo con la realización comparativa 3 es objeto de evaluación. Como resultado, el Vth es igual a 22V y el valor de la corriente eléctrica es de 41 mA para el sustrato de la realización comparativa 3.

Asimismo, de acuerdo con la evaluación de duración con respecto a esfuerzos térmicos utilizando el impulso de rotura, el sustrato no se rompe hasta el impulso 6,0 X 10^{9}.

Como resultado de la evaluación 1, también es comprensible que el sustrato de la realización comparativa 3 tiene un valor reducido de corriente eléctrica, y que produce un excelente efecto en la disipación de energía.

Asimismo, este sustrato tiene una excelente duración aunque sea activado con impulsos de activación más cortos.

Realización 4

El sustrato (2000) mostrado en la figura 1 es obtenido produciéndolo de la misma manera que la realización 1, con la excepción de que la capa (2004) de resistencia generadora de calor de se ha modificado, tal como se indica más adelante. En otras palabras, para que el gas sea introducido en el momento de la formación de la película, el nitrógeno gaseoso aplicado a la realización 1 es sustituido por una mezcla de nitrógeno gaseoso y oxígeno, y a continuación, por medio del sistema de bombardeo iónico reactivo, se forma la película de Ta-Si-O-N, con un grosor de 1000 \ring{A}. En esta unión, el caudal de gas es: gas AR, 48 sccm, gas mixto, 12 sccm (oxígeno gaseoso, 5 sccm y nitrógeno gaseoso, 7 sccm), y presión parcial del gas mixto, 20%. La potencia aplicada al objetivo es: objetivo de Si 150 W, objetivo de Ta, 500 W. La temperatura atmosférica es de 200ºC, y la temperatura del sustrato es de 200ºC.

Evaluación 4

De la misma manera que en el evaluación 1, el sustrato producido de acuerdo con la realización 4 es objeto de evaluación. Como resultado, el Vth es igual a 23V, y el valor de la corriente eléctrica es de 39 mA para el sustrato de la realización 4.

Asimismo, de acuerdo con la evaluación de duración con respecto a los esfuerzos térmicos utilizando el impulso de rotura, el sustrato no se rompe hasta el impulso 5,0 x 10^{9}.

Como resultado de la evaluación 1, también es comprensible que el sustrato de la realización 4 tiene un valor reducido de la corriente eléctrica, y que produce un excelente efecto en la disipación de energía.

Asimismo, este sustrato tiene una excelente duración, aunque sea impulsado con impulsos de activación más cortos.

Evaluación del estado sólido de la película

A continuación, a efectos de evaluar el estado sólido de la película, se producen varios tipos de películas de Ta-Si-N, utilizando el sistema mostrado en la figura 4 de la misma manera y el mismo método de la realización que se ha descrito anteriormente.

En primer lugar, se forma una película de oxidación térmica sobre una oblea de silicio monocristalino y se disponer sobre el soporte (4003) de sustrato de en la cámara de formación de película (4009) que se ha mostrado en la figura 4 (sustrato (4004)). A continuación, la cámara de formación de película (4009) es evacuada por medio de la bomba de vacío (4007) hasta una presión de 8 x 10^{-6}Pa.

Después de ello, el gas mixto del gas argón y gas nitrógeno es introducido en la cámara de formación de película (4009) a través de la abertura de introducción de gas. La presión de gas en la cámara (4009) de formación de película es ajustada a una presión determinada. A continuación, dependiendo de cada caso, la presión parcial de nitrógeno gaseoso, en el gas mixto descrito anteriormente, es modificada de forma correspondiente para formar cada tipo de elemento generador de calor, a llevar a cabo la formación de película en las condiciones siguientes, de acuerdo con el método de formación de la película que se describe anteriormente.

Condición de formación de la película

Temperatura del sustrato: 200ºC

Temperatura atmosférica de gas en la cámara de formación de película: 200ºC

Presión del gas mixto en la cámara de formación de película: 0,3 Pa

La medición de la difracción de rayos-X es llevada a cabo para la película de Ta-Si-N del elemento generador de calor, formado sobre el sustrato (4004) tal como se ha descrito anteriormente, ejecutándose por lo tanto el análisis estructural. Como resultado, queda evidente que no aparece ningún pico específico de difracción aunque cambie la presión parcial de nitrógeno gaseoso, y que cada una de estas películas tiene una estructura próxima a la amorfa.

A continuación, por medio del método de cuatro sondas, se mide el valor de la resistencia de cada una de las películas descritas anteriormente, para obtener el valor específico de resistencia de la misma. La figura 5 es una vista que muestra las curvas características en A y B. En A de la figura 5, es comprensible que el valor de la resistencia específica cambia de manera continua al aumentar la presión parcial de nitrógeno. Asimismo, en B de la figura 5, cuando la potencia aplicada al objetivo de Si aumenta más que el objetivo de Ta, la presión parcial de nitrógeno y el valor de la resistencia específica aumentan de manera similar. No obstante, los cambios del valor de la resistencia específica se hacen más grandes. Tal como se puede suponer, esto es debido al hecho de que la cantidad de Si aumenta en la película. Por lo tanto, ello sugiere que se puede obtener un valor de resistencia específico deseado al ajustar arbitrariamente las potencias a aplicar a los objetivos de Ta y Si y la presión parcial de nitrógeno.

A continuación, los análisis de composición se ejecutan llevando a cabo el análisis RBS (Rutherford back scattering) para cada una de las películas descritas anteriormente.

La figura 6 muestra los resultados de estos análisis. La curva A de la figura 6 representa la composición de película correspondiente a la curva A de la figura 5. La curva B de la figura 6 representa la composición de película correspondiente a la curva en B de la figura 5, respectivamente. Asimismo, de estas curvas representadas en las figuras 5 y 6, queda evidente que los valores de resistencia específica y de composiciones de la película están relacionados.

\newpage

Evaluación de las características de chorros de tinta

Además, de acuerdo con las realizaciones 5 a 11, se producen cabezales de impresión por chorros de tinta a efectos de evaluar las características del sustrato como elemento generador de calor, a utilizar para cada cabezal de impresión por chorros de tinta. En este caso, se forman varios tipos de películas de Ta-Si-N utilizando un sistema mostrado en la figura 4 en las condiciones correspondientes de formación de película, de igual manera que en el método de formación de película de las realizaciones anteriores que se han descrito. Entonces, se evalúan las características de cada cabezal.

Realización 5

Para el sustrato de muestra, que se evalúa con respecto a las características de chorros de tinta de acuerdo con la presente realización, se utiliza el sustrato de Si o el sustrato de Si sobre el que ya se ha llevado a cabo la activación de IC.

Para el sustrato de Si, la capa (2002) de acumulación de calor (ver figura 2) se forma con un grosor de película de 1,8 \mum por medio de oxidación térmica, bombardeo iónico, CVD o similar. Para el sustrato de Si que tiene el IC montado en el mismo, la capa de acumulación de calor de SiO_{2} se forma también de manera similar durante su proceso de fabricación.

A continuación, la película de aislamiento (2003) entre capas de SiO_{2} se forma con un grosor de película de

\hbox{1,2  \mu m}

por medio de bombardeo iónico, CVD o similar. A continuación, por el método de bombardeo iónico bidimensional, utilizando objetivos de Ta y Si, se forma la capa de resistencia (2004) generadora de calor bajo las condiciones indicadas en la tabla 1. La potencia aplicada al objetivo es: para Ta, 400 W, y para Si, 300W, y el caudal de gas se condiciona, tal como se ha mostrado en la tabla 1. La temperatura del sustrato se ajusta a 200ºC.

(Tabla pasa a la página siguiente)

9

Como cableado de electrodo, se forma una película de Al con un grosor de 5500 \ring{A} por medio de bombardeo iónico. A continuación, utilizando fotolitografía se forma el dibujo para producir la parte de activación térmica (2008) de 20 \mum x 30 \mum después de eliminar la película de Al. Después de ello, el aislador formado por SiN es producido como película de protección (2006) con un grosor de película de 1 \mum por medio de CVD de plasma. A continuación, como capa anticavitación (2007), se forma la película de Ta con un grosor de 2300 \ring{A} por medio de bombardeo iónico. De este modo, tal como se ha mostrado en la figura 1, el sustrato para chorros de tinta de la presente invención es producido por medio de fotolitografía.

Se lleva a cabo una prueba SST por utilización del sustrato producido de este modo. La prueba SST está destinada a obtener el voltaje de formación de espuma inicial para empezar la descarga al proporcionar la señal de impulso, cuya frecuencia de activación es de 10 kHz y una amplitud de activación de 5 \museg. Después de ello, el voltaje es aplicado hasta que se consigue rotura en cada uno de los 1 x 10^{5} impulsos, con incremento por 0,05 V a la frecuencia de activación de 10 kHz. El voltaje de rotura Vb se obtiene cuando se rompe el cableado. La proporción entre el voltaje inicial de formación de espuma Vth y el voltaje de rotura Vb se llama la proporción de voltaje de rotura Kb (=Vb / Vth). Se indica que cuanto mayor es esta proporción de voltaje de rotura Kb, mejor es la resistencia térmica del elemento generador de calor. Como resultado de la evaluación, se obtiene Kb = 1,8. Este resultado se muestra en la tabla 1 que se ha descrito anteriormente.

Como consecuencia, para el voltaje de activación Vop = 1,3. Vth, se aplican 3,0 x 10^{8} impulsos de manera continuada a la frecuencia de activación de 10 kHz y la amplitud de activación de 5 \museg. A continuación, dado el valor de la resistencia inicial del elemento generador de calor RO, y el valor de resistencia después de la aplicación del impulso como R, se obtiene la proporción de cambio de los valores de resistencia (R-RO) / RO (prueba CST). Como resultado, se obtiene la proporción de cambio de los valores de resistencia \DeltaR / RO = +1,5% (\DeltaR = R - RO). Los resultados se indican en la tabla 1 y en la figura 7.

Después de ello, el cabezal de la realización 5 es montado sobre un aparato de impresión por chorros de tinta para la prueba de duración de impresión. Esta prueba es llevada a cabo al imprimir sobre hojas de tamaño din a-4 los dibujos de prueba de impresión general incorporados en este aparato de impresión por chorros de tinta. En esta unión, el voltaje de activación Vop es dispuesto al valor 1,3. Vth. Con un documento estándar que contiene 1.500 palabras, se pueden imprimir 10.000 hojas o más durante la vida de impresión. No se halla deterioro en la calidad de las impresiones. Esto indica que el elemento generador de calor de Ta-Si-N es excelente en su duración.

Realizaciones 6 a 8

A excepción de las capas de resistencia generadoras de calor (2004) producidas en las condiciones mostradas en la tabla 1, los sustratos para el cabezal de impresión por chorros de tinta se producen igual que en la realización 5.

Asimismo, igual que en la realización 5, la prueba SST, la prueba CST, y la prueba de duración de impresión son llevadas a cabo utilizando estos sustratos, respectivamente. Los resultados se indican en la tabla 1.

Ejemplos comparativos 2 a 5

Con la excepción de las capas de resistencia de generación de calor (2004), producidas en las condiciones mostradas en la figura 1, los sustratos para el cabezal de impresión por chorros de tinta son producidos igual que en la realización 5. En este caso, las potencias aplicadas a los objetivos son: para el ejemplo comparativo 2, Ta-400 W y Si-500 W; y para el ejemplo comparativo 3, Ta-400 W y Si-400 W; para los ejemplos comparativos 4 y 5, Ta-400 W, Si-50 a 200W. Asimismo, utilizando los sustratos, se llevan a cabo, igual que en la realización 5, las pruebas SST, CST, y de duración de impresión. Los resultados se indican en la tabla 1.

Realizaciones 9 a 11

A excepción de las capas de resistencia generadoras de calor (2004) producidas en las condiciones mostradas en la figura 1, los sustratos para el cabezal para chorros de tinta son producidos igual que en la realización 5. A este respecto, cada una de las capas de resistencia generadoras de calor (2004) es formada por medio de bombardeo iónico reactivo utilizando el objetivo de aleación Ta80-Si.20. En este caso, la potencia aplicada al objetivo se ajusta en 500 W. Asimismo, utilizando cada uno de los sustratos producidos de este modo, se llevan a cabo las pruebas SST, CST y de duración de impresión, igual que en la realización 5. Los resultados se indican en la tabla 1.

De este resultado, lo que queda evidente es lo siguiente:

Es decir, de los resultados mostrados en la tabla 1, es evidente, que los sustratos de las realizaciones 5 a 11 de la presente invención tienen excelentes CST, SST, y duración de impresión en la gama más amplia de composiciones en comparación con los sustratos de los ejemplos comparativos.

Asimismo, se estima que, dado que la capa de resistencia generadora de calor utilizada para el cabezal de impresión por chorros de tinta convencional, mostrado en el ejemplo comparativo 1, tiene un valor de resistencia laminar más pequeño, el valor de corriente eléctrica aumenta de dos a tres veces la capa de resistencia generadora de calor de la presente realización cuando es activada, aunque no se hace particular referencia en la tabla 1.

Este incremento del valor de corriente eléctrica afecta notablemente el aparato de impresión por chorros de tinta que activa una serie de capas de resistencia generadoras de calor, y presenta un problema en el diseño del aparato. Particularmente, para la estructura que debe tener en cuenta una calidad de imagen más elevada con una velocidad de impresión más elevada, que requiere capas de generación de calor más pequeñas, el consumo de potencia aumenta notablemente si se utilizan los elementos generadores de calor convencionales. Para ello, si se utilizan los elementos generadores de calor de la presente invención, se anticipa que es posible conseguir ahorros de energía en una proporción considerable.

Asimismo, de acuerdo el elemento de generación de calor utilizado en la presente invención, resulta posible obtener valores de resistencia específica que pueden proporcionar cualquiera de los elementos generadores de calor utilizados para el cabezal de impresión por chorros de tinta convencional. En este caso, tal como se ha descrito anteriormente, existe una correlación íntima entre el valor de resistencia específica y la proporción de composición de los materiales del elemento generador de calor. A este respecto, por lo tanto, los presentes inventores han producido películas de Ta-Si-N que contienen varios tipos de proporciones de composición, poniendo atención en la proporción de composición de los materiales del elemento generador de calor. La gama de composición de la película de Ta-Si-N, en la que los valores preferentes son obtenibles como valores de resistencia específica del elemento generador de calor de un cabezal de impresión por chorros de tinta, se muestra en (A) de la figura 8.

A efectos de referencia, la gama de composición, que se considera preferente para el cabezal de impresión de tipo térmico que se da a conocer en la memoria de Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública Nº. 53-25442, se muestra en (C) en la figura 8. Las gamas de composición de los ejemplos comparativos 2, 3 y 5 se encuentran dentro de la gama mostrada en (C) en la figura 8. Los elementos generadores de calor que se comprenden dentro de esta gama presentan valores de resistencia específica inevitablemente más allá de 4000 \mu\Omega.cm. Como resultado, dichos elementos generadores de calor no pueden ser utilizados para el cabezal de impresión por chorros de tinta, porque el cableado se rompe fácilmente.

En otras palabras, el coeficiente de temperatura TCR de la resistencia del elemento generador de calor de la presente invención presenta correlación negativa con el valor de resistencia específico. Por lo tanto, si el valor de resistencia específica se hace más grande, tiende a incrementar en la dirección menos, es decir, si el TCR es más grande, la temperatura aumenta, y al mismo tiempo, el valor de la resistencia disminuye (coeficiente de temperatura negativo). Por otra parte, se hace más fácil el paso de la corriente eléctrica, lo que comporta un incremento local de temperatura en la parte en la que pasa la corriente, llevando a la rotura del cableado. Además, se aplica el voltaje al elemento generador de calor del cabezal por chorros de tinta en un período de tiempo más corto en comparación con el cabezal de impresión térmica, alcanzando, por lo tanto, la temperatura más elevada. Por lo tanto, tiende a ser afectado más fácilmente por TCR, existiendo necesidad de hacer TCR lo menor posible. Por esta razón, el valor de resistencia específica del elemento generador de calor utilizado en la presente invención se ajusta a un valor de 4000 \mu\Omega.cm o menos, y más preferentemente, a un valor de 2500 \mu\Omega.cm o menos. En este caso, en la gama de composición descrita anteriormente, es sabido que dicho valor de resistencia específica resulta inevitablemente más grande si el contenido de Ta es inferior a 20 at.%., el contenido de Si es superior a 25 at.%, o el contenido de N es superior a 60.at%. Asimismo, en la gama de composición descrita anteriormente, si el contenido de Ta es superior a 80 at.% o el contenido de N es inferior a 10 at.%, el valor de resistencia específica se hace más reducido, haciendo imposible obtener ningún elemento generador de calor que tenga un valor de resistencia elevado al cual está destinada la presente invención. Además, es conocido que si el Si es menor de 3 at.%, la estructura de la película cristaliza, y la duración disminuye.

Tal como queda evidente de la figura 8, la gama de composición de la presente invención, que se ha mostrado en (A), es distinta de la gama de composición mostrada en (C), que se utiliza para el cabezal de impresión térmica, y que el elemento generador de calor tiene la gama de composición genuina del cabezal de impresión por chorros de tinta.

Realizaciones 12 a 17

Además, la película intermedia (2003) y la película de protección 2006 están formadas por los materiales mostrados en la tabla 3, y los sustratos para el cabezal por chorros de tinta son producidos igual que en la realización 3, a excepción de cada capa de resistencia generadora de calor (2004), que está formada en las condiciones mostradas en la tabla 2. La potencia aplicada a los objetivos es en este caso de : Ta-400 W, y Si-150 a 200 W. Utilizando estos sustratos, la prueba SST, la prueba CST y la prueba de duración de impresión se llevan a cabo igual que en la realización 5. Los resultados se muestran en la tabla 2.

TABLA 2

	Capa de	Objetivo	Caudal	VN2	Proporción	Proporción de	Duración de
	resistencia		de	(%)	de voltaje	cambio de los	impresión
	generadora		gas		de rotura	valores de	10.000
	de calor					resistencia	hojas
			Ar	N2		Kb	\DeltaR/R(%)	5000	10000
								hojas	hojas
Realización 12	Ta46-Si6-N48	Ta, Si	50,4	9,6	16	1,8	+1,5	\bigcirc	\bigcirc
Realización 13	Ta38-Si8-N54	Ta, Si	46,8	13,2	22	1,8	+1,6	\bigcirc	\bigcirc
Realización 14	Ta42-Si7-N51	Ta, Si	48,9	11,1	18,5	1,8	+1,3	\bigcirc	\bigcirc
Realización 15	Ta34-Si9-N57	Ta, Si	45,3	14,7	24,5	1,7	+1,8	\bigcirc	\bigcirc
Realización 16	Ta36-Si8,5-N55,5	Ta, Si	46,2	13,8	23	1,7	+2,0	\bigcirc	\bigcirc
Realización 17	Ta58,5-Si3,5-N38	Ta, Si	54	6	10	1,8	+1,8	\bigcirc	\bigcirc
Nota \bigcirc : satisfactorio

TABLA 3

	Capa intermedia	Capa de resistencia	Capa de	Valor de resistencia
		generadora de calor	protección	específica (\mu\Omega\cdotcm)
Realización 12	SIN	Ta46-Si6-N48	SIN	450
Realización 13	SIN	Ta38-Si8-N54	SIN	1258
Realización 14	SIN	Ta42-Si7-N51	SIN	720
Realización 15	SIO_{2}	Ta34-Si9-N57	SIN	2450
Realización 16	SIO_{2}	Ta36-Si8,5-N55,5	SIO_{2}	1940
Realización 17	SIO_{2}	Ta58,5-Si3,5-N38	SIO_{2}	320

Igual que en las realizaciones 5 a 11 que se han descrito anteriormente, resulta evidente que las realizaciones 12 a 17 son además excelentes en las pruebas CST, SST, y en la de duración de impresión en una gama amplia de composición. Asimismo, tal como se ha mostrado en la figura 5, la resistencia generadora de calor (2004) de las realizaciones 12 a 17 tiene una cantidad especialmente pequeña de Si en comparación con la capa resistente generadora de calor (2004) de las realizaciones 5 a 11, y el cambio de valores de resistencia específicos es pequeño con respecto al cambio de presiones parciales de nitrógeno. Por lo tanto, las realizaciones 12 a 17 se considera que son un método preferente de fabricación para la producción estabilizada de capas de resistencia generadora de calor (2004) con el valor uniforme de resistencia específica. En este caso, la gama de composición de la pelícual de Ta-Si-N es la mostrada en (B) de la figura 8. Esta gama de composición tiene una cantidad de Si particularmente más pequeña que la gama de composición mostrada en (A). Tal como se ha descrito anteriormente, la gama de composición de la presente invención, que se ha mostrado en (B) de la figura 8, es distinta de la gama de composición (C) utilizada para el cabezal de impresión térmica, lo que muestra claramente que los elementos generadores de calor producidos de este modo son genuinos del cabezal de impresión por chorros de tinta.

Asimismo, el sustrato utilizado en la presente invención tiene una estructura laminada que comprende la capa de acumulación de calor/capa de resistencia de generación de calor/capa de protección, poseyendo la capa de resistencia térmica formada por, como mínimo, una capa intermedia de Ta-Si-N, y cada una de las otras capas está formada por un material que tiene su átomo estructural, como mínimo, en un tipo de átomo de los átomos estructurales de la capa de resistencia generadora de calor descrita anteriormente. Como resultado, el contacto entre capas se aumenta y, este aumento, se considera que resulta en características excelentes obtenidas en la prueba SST y en la prueba de duración de impresión.

A continuación, se realizará la descripción de la estructura general de un aparato de impresión por chorros de tinta capaz de montar un cabezal de impresión por chorros de tinta fabricado según la presente invención.

La figura 9 es una vista en perspectiva que muestra el aspecto externo de un ejemplo de un aparato por chorros de tinta, según la presente invención. El cabezal de impresión (2200) está montado sobre el carro (2120), que se desplaza alternativamente en las direcciones indicadas por las flechas (a) y (b) junto con el carro (2120) a lo largo de la guía (2119) por medio de la potencia motriz del motor de impulsión (2101). El carro (2120) se acopla con la ranura espiral (2121) del husillo conductor que gira a través de las ruedas de transmisión de potencia (2102) y (2103) interconectadas con el motor de impulsión (2101) que gira regularmente e inversamente. La placa (2105) de presión de la hoja, que se utiliza para una hoja de impresión P transportada sobre el soporte (2106) por medio de un dispositivo portador de impresión (no mostrado), facilita presión a la hoja de impresión sobre el soporte (2106) en la dirección de desplazamiento del carro (2120).

Los numerales de referencia (2107) y (2108) indican el fotoacoplador que sirve como medio de detección de posición original para detectar la presencia de la palanca (2109) del carro (2120) dentro de esta región, a efectos de conmutar las direcciones de rotación del motor de impulsión (2101); (2110) es un elemento para soportar el elemento de caperuza (2111) que cierra o protege la totalidad de la superficie del cabezal de impresión (2200); (2112) es un dispositivo de succión destinado a efectuar la succión de líquido del interior del elemento de caperuza, que lleva a cabo la recuperación de succión del cabezal de impresión (2200) a través de la abertura (2113) de la caperuza.

El numeral de referencia (2114) indica una cuchilla de limpieza; (2115) es un elemento que desplaza la cuchilla hacia adelante y hacia atrás. Estos elementos están soportados por una placa de soporte (2116) que soporta el cuerpo principal del aparato. La cuchilla de limpieza (2114) no está necesariamente limitada a esta modalidad. La cuchilla de limpieza conocida es, desde luego, aplicable a este aparato.

Asimismo, el numeral de referencia (2117) designa la palanca para poner en marcha la succión para la recuperación de succión, que se desplaza según el movimiento de la leva (2118) que establece contacto con el carro (2120). El control de este movimiento es llevado a cabo por medios de transmisión conocidos, conmutando, de esta manera, la potencia de impulsión del motor de impulsión (2101) por medio de un embrague. El controlador de impresión, que controla la impulsión de cada uno de los mecanismos anteriormente descritos, queda dispuesto para el lado del cuerpo principal del aparato de impresión (no mostrado).

El aparato (2100) de impresión por chorros de tinta, estructurado tal como se ha indicado anteriormente, efectúa la impresión sobre la hoja de impresión (P) a transportar sobre el soporte (2106) por medio de los dispositivos de transporte del soporte de impresión al hacer que el cabezal de impresión (2200) se desplace alternativamente en la totalidad de la anchura de la hoja de impresión (P). Dado que el cabezal de impresión (2200) es fabricado por el método descrito anteriormente, es posible efectuar una impresión de imágenes muy precisa a elevadas velocidades.

Tal como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con la presente invención, una serie de elementos generadores de calor, que generan energía térmica utilizada para descargar tinta, están estructurados por una película delgada formada por un material representado por Ta_{X}, Si_{Y}, N_{Z}, cuya resistencia específica tiene un valor menor de 4.000 \mu\Omega.cm (siendo x + y + z = 100), lo cual hace posible utilizarlos de manera continuada durante un largo período de tiempo con un cambio de resistencia reducido para la realización de imágenes de alta calidad impresas con una duración y fiabilidad elevadas.

De acuerdo con la presente invención, resulta posible mantener la duración deseada de los elementos generadores de calor de un cabezal de impresión por chorros de tinta incluso en el caso de que dichos elementos sean activados por la aplicación de impulsos cortos, proporcionando, por lo tanto, imágenes impresas de elevada calidad durante un tiempo prolongado.

El cabezal de impresión por chorros de tinta, fabricado de acuerdo con la presente invención, puede proporcionar unas características generadoras de calor por resistencia muy elevadas para la formación de puntos pequeños, y cuando el cabezal de impresión por chorros de tinta se utiliza para imprimir, muestra elevado rendimiento de la energía, es decir, puede suprimir la generación de calor, produciendo, por lo tanto, un efecto favorable en el ahorro de energía.

De acuerdo con el método de la presente invención para la fabricación de cabezales de impresión por chorros de tinta, es posible producir sustratos para la utilización de un cabezal para chorros de líquido, y también cabezales para chorros de líquido, que son capaces de demostrar los efectos anteriormente descritos.

Claims

1. Método para la fabricación de un cabezal de impresión por chorros de tinta dotado de aberturas de descarga de tinta para descargar tinta, una serie de elementos generadores de calor para generar energía térmica para descargar tinta, y trayectorias de flujo de tinta incluyendo dichos elementos generadores de calor y conectados conductivamente con dichas aberturas de descarga de tinta, que comprende las siguientes etapas:

seleccionar una aleación objetivo formada por Ta-Si,

formar dichos elementos generadores de calor utilizando dicho objetivo por medio de un sistema de bombardeo iónico reactivo en una atmósfera de gas mixto que tiene gas nitrógeno y gas argón, de manera que dichos elementos generadores de calor comprenden Ta_{x} Si_{y} N_{z}, siendo x = 20 a 80 at.%, y = 3 a 25 at.%, y z = 10 a 60 at.%.

2. Método para la fabricación de un cabezal de impresión por chorros de tinta dotado de aberturas de descarga de tinta para descargar tinta, una serie de elementos generadores de calor para generar energía térmica para la descarga de la tinta, y trayectorias de flujo de tinta incluyendo dichos elementos generadores de calor y conductivamente conectados con dichas aberturas de descarga de tinta, comprendiendo las siguientes etapas:

seleccionar dos tipos de objetivos formados por Ta y Si,

formar dichos elementos generadores de calor utilizando dicho objetivo por medio de un sistema de co-bombardeo iónico bidimensional en una atmósfera de gas mixto que tiene gas nitrógeno y gas argón, de manera que dichos elementos generadores de calor comprenden Ta_{x} Si_{y} N_{z}, siendo x = 20 a 80 at.%, y = 3 a 25 at.%, y z = 10 a 60 at.%.

3. Método para la fabricación de un cabezal de impresión por chorros de tinta, según la reivindicación 1, en el que la presión parcial de nitrógeno gaseoso está comprendida entre 5 y 35% con respecto a la totalidad del gas mixto.

4. Método de fabricación de un cabezal de impresión por chorros de tinta, según la reivindicación 2, en el que la presión parcial de gas nitrógeno se encuentra entre 5% y 35% con respecto a la totalidad del gas mixto.