DE3051228C2

DE3051228C2 - Aufzeichnungskopf und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3051228C2
Application number: DE3051228A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Shirato; Yasushi Takatori; Toshitami Hara; Yukuo Nishimura; Michiko Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2000-03-28

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufzeichnungskopf gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Aufzeichnungskopf ist mit einer Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerständen und Elektroden zur Stromversorgung der Widerstände und einer Schutzschicht für die Widerstände und die Elektroden ausgestattet.

Von den verschiedenen anschlaglosen Aufzeichnungsver fahren hat sich in den vergangenen Jahren die Tinten strahl-Aufzeichnung aufgrund verschiedener Vorteile am lebhaftesten entwickelt. Diese Vorteile sind beispiels weise ein sehr geringer Rausch- bzw. Geräuschpegel bei der Aufzeichnung sowie die Möglichkeit einer Hochge schwindigkeits-Aufzeichnung und einer Aufzeichnung auf gewöhnlichem Papier ohne besonderen Fixiervorgang.

Bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren wird eine im allgemeinen als Tinte bezeichnete Aufzeichnungsflüssig keit ausgestoßen. Demnach ist zur Durchführung des Ver fahrens ein Aufzeichnungskopf erforderlich, der eine Aus stoßdüse, die die Aufzeichnungsflüssigkeit in einem tröpfchenförmigen Zustand ausstößt und den Flug der Tröpfchen bewirkt, sowie einen Einlaß hat, durch den die Aufzeichnungsflüssigkeit eingeleitet wird. Der Aufzeich nungskopf kann in den verschiedensten Konstruktionen ent sprechend den Grundprinzipien des Tröpfchenausstoßes realisiert werden.

Beispielsweise ist ein Aufzeichnungskopf bekannt, bei dem die Tinte aus einem äußeren Tinten-Versorgungs tank in eine düsenförmige Flüssigkeitskammer unter einem Druck nachgeliefert wird, der keinen Tintenausstoß aus der Düse bewirkt. Bei diesem Aufzeichnungskopf wird eine Spannung an die Tinte in der Flüssigkeitskammer angelegt; eine Elektrode ist vor der Düse angeordnet, um einen elektrostatischen Ausstoß der Tinte aus der Düse zu be wirken.

Dieser Aufzeichnungskopf hat zwar ein einfaches Grundprinzip, nachteilig bei ihm ist jedoch, daß ein komplizierter Detailaufbau des gesamten Systems sowie eine hochentwickelte genaue elektrische Steuerung für die Erzeugung und die Flugrichtung der Tröpfchen nötig ist. Zudem ist die Herstellung eines Hochgeschwindigkeits-Auf zeichnungsgerätes schwierig: Die Herstellung eines Vielfachkopfes mit einer Düsenanordnung hoher Dichte, die für die Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung unverzichtbar ist, ist mit dem vorstehend erläuterten Grundprinzip schwierig.

Dementsprechend sind die meisten der bekannten Auf zeichnungsköpfe mit ungelösten Problemen bei der Konstruk tion, bei der Herstellung, beim Erzielen von Hochge schwindigkeitsaufzeichnungen und/oder bei der Zusammen setzung des Gesamtsystems behaftet.

Zudem sollen die verschiedenen Einzelteile des Auf zeichnungskopfes einen einheitlichen Qualitätsstand haben. Tatsächlich ist es nicht einfach, diese Einzelteile mit einer befriedigenden Ausbeute herzustellen.

Diese technischen Schwierigkeiten bei der Herstellung verstärken sich noch im Falle von als Vielfachkopfanord nungen aufgebauten Aufzeichnungsköpfen, bei denen jedes Einzelteil kleiner ist und eine erhöhte Genauigkeit er fordert.

Ein entsprechend ausgestalteter Tintenstrahl-Aufzeich nungskopf ist beispielsweise aus der DE-OS 26 49 970 bekannt. In diesem bekannten Fall wird die Energie auf die Druckflüssigkeit unter Zuhilfenahme von Kompressi onskammern aufgebracht, denen jeweils eine Membran und ein Keramikschwinger zugeordnet ist, um kurzzeitige Druckanstiege an der Kompressionskammer zu realisieren. Der Schreibkopf ist in Sandwich-Bauweise aufgebaut und weist sich paarweise gegenüberliegend angeordnete Kom pressionskammern auf, zwischen denen eine in etwa gleich große und nicht flüssigkeitsgefüllte, sowie mit den Kompressionsystemen nicht fließverbundene Aus gleichskammer angeordnet ist. Wenn an die Keramik schwinger Spannungsimpulse angelegt werden, verformen sich diese und führen zu einer Verkleinerung der Kom pressionsräume. Die dadurch entstehenden Druckwellen pflanzen sich in Richtung der Ausstoßdüse fort, um Auf zeichnungsflüssigkeit auszustoßen.

Es hat sich gezeigt, daß es mit einem derartigen Aufbau des Aufzeichnungskopfes schwierig wird, die Ausstoßdü sen mit hoher Dichte anzuordnen, zumal die Aufbauteile des bekannten Aufzeichnungskopfes im Schweißverfahren miteinander verbunden werden.

Zur Verbesserung der Qualität des Druckbildes und im Zuge einer Erhöhung der Düsenzahl pro Fläche wird in der DE-OS 28 43 064 bereits ein Tintenstrahl-Aufzeich nungskopf vorgeschlagen, bei dem die Aufzeichnungsflüs sigkeit, nämlich Tinte, aus einem äußeren Tinten-Ver sorgungstank in eine düsenförmige Flüssigkeitskammer unter einem Druck nachgeliefert wird, der noch keinen Tintenausstoß aus der Düse bewirkt. Vor der Düse ist eine Elektrode angeordnet, mit der nach Anlegen einer Spannung ein elektrostatischer Ausstoß von Aufzeich nungsflüssigkeit aus der Düse bewirkt werden kann. Mit diesem Aufbau gelingt es, die Flüssigkeitskanäle und den Anschluß zu einer Tintenversorgungskammer auf enge rem Raum unterzubringen, wobei mittels eines Micro-Schnei ders bzw. -Fräsers Nuten in eine Trägerplatte mit einem sehr kleinen Teilungsabstand eingearbeitet wer den. Mittels eines angeklebten Deckels werden diese Nu ten dann zu Kanälen geschlossen.

Zur weiteren Anhebung der Düsendichte wird in der eige nen älteren Patentanmeldung P 30 05 394 ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes vorgeschlagen, bei dem eine erste Platte, auf der ein für einen Tintenausstoß vorgesehenes Energiewandlerele ment in Form eines elektrothermischen oder elektrome chanischen Wandlers mit zugehörigen Leistungselektroden aufgebracht ist, zur Bildung eines Arbeitskammerblocks mit einer zweiten Platte verklebt wird, die in einem vorbestimmten Abstand, der gleich dem Abstand der Ener giewandlerelemente ist, nutenförmige Ausnehmungen auf weist, so daß die Ausnehmungen der zweiten Platte in Verbindung mit der ersten Platte einen Tintenkanal er geben, in dessen Verlauf das Energiewandlerelement an gebracht ist, wobei der Tintenkanal eine Ausstoßöffnung sowie eine Tintenzuführöffnung aufweist, die mit einer Tintenversorgungskammer in Verbindung steht. Auch in diesem Fall erfolgt somit die Herstellung der einzelnen Aufzeichnungskopf-Funktionsbereiche durch separate Be arbeitung verschiedener Schichten bzw. Substrate, die dann unter Zuhilfenahme auswertbarer Klebemittel zu ei nem kompletten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zusammen gefügt werden.

Bei Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen der vorstehend be schriebenen Bauart ist dafür Sorge zu tragen, daß ein direkter Kontakt einer im Bereich des elektrothermi schen Wandlerelementes vorgesehen Heiz- oder Wider standsschicht oder einer Elektrodenschicht mit der Auf zeichnungsflüssigkeit oder der Tinte vermieden wird. Denn ein derartiger Kontakt würde zu einer Oxidation der Widerstandsschicht oder der Elektrodenschicht bzw. zu einer Zersetzung der Tinte führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem elektrothermi schen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit dem trotz hoher Düsendichte Oxidationsprobleme bzw. eine Beeinflussung der Tintenqualität auch bei längerem Ein satz des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes zuverlässig ausgeschlossen werden können, wobei gleichzeitig das thermische Ansprechvermögen des Tröpfchenausstoßes und der Aufzeichnungsenergiewirkungsgrad möglichst hoch ge halten werden sollen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Tintenstrahl-Auf zeichnungskopfes durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß mittels der aus den mindestens zwei speziellen Schichten aufgebauten Schutzschicht ein Kontakt der Elektroden schicht bzw. der Widerstandsschicht mit der Tinte oder eine hierdurch bewirkte Reaktion in der Tinte verhin dert werden dann.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen erlauben es, einen Tin tenstrahl-Aufzeichnungskopf mit extrem hoher Düsen dichte herzustellen. Hierdurch läßt sich ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einfachen und gleichzeitig eine hohe Präzision gewährleistenden Ver fahrensschritten herstellen.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Aufzeichnungskopfes er laubt die Herstellung von Tintenkanälen extrem kleiner Weite unter Sicherstellung einer großen Herstellungs genauigkeit. Durch die erfindungsgeinäße Ausgestaltung der Schutzschicht läßt sich die Schutzschicht dicke sehr weit herabsetzen, ohne die Abschirmfunktion in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. Dabei kann die Bemessungsangabe für den spezifischen Widerstand einge halten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C in der in Fig. 1 gezeigten Verbindung Fluß diagramme für ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des Auf zeichnungskopfes.

Fig. 2 bis 7 schematische Ansichten des Aufzeichnungs kopfes in verschiedenen Verfahrensschritten, und

Fig. 8A und 8B, 9 und 10 schematische Teilansichten des Aufzeichnungskopfes zur Erläuterung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im folgenden soll zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den Zusammenbau eines Vielfach kopfes erläutert werden.

In Fig. 1A sind mit A und B Einzelteile bezeichnet, die die Arbeitskammer des Aufzeichnungskopfes bilden.

Fig. 2 zeigt, daß das Einzelteil A aus einer ebenen Platte 1, die beispielsweise aus Glas, Quarz, einer Keramik, aus Kunststoff, einem Metall etc. bestehen kann, in der folgenden Weise erhalten wird: Nach dem Waschen wird die ebene Platte 1 auf einer Seite mit einer Verankerungsschicht 2 beschichtet, die im wesentlichen aus einem Epoxydharz besteht. Anschließend wird sie für 20 Minuten bei 100°C einer Wärmebehandlung unterzogen und die Verankerungs schicht 2 mit einer Klebstoffschicht 3 mit einer Dicke von 0,5 bis 10 µm vorzugsweise von 1 bis 5 µm beschichtet. Die Klebstoffschicht 3 kann beispielsweise die folgende Zusammensetzung haben:


Gewichtsteile
Epicote 1007 (Handelsname)	100
aromatische Amino-Aushärtungsmittel	5
Silan-Verbindungsmittel	5
Methyläthylketon	300

Nachdem die Klebstoffschicht durch eine 5 Minuten dauernde Vortrocknung bei 100°C zur Hälfte ausgehärtet ist, wird eine bestimmte Zahl länglicher Rillen 4 auf der so be schichteten Oberfläche mit einem Diamant-Schneidewerkzeug, beispielsweise mit einem Disco 2H/5 (Handelsname) der Disco Corporation, geschnitten. Anschließend wird die ebene Platte zur Herstellung des Einzelteils A auf die vorgegebenen Abmessungen zugeschnitten.

Im allgemeinen haben die Rillen 4 einen Querschnitt im Bereich von 10 × 10 µm bis 150 × 150 µm und eine Tei lung im Bereich von 30 bis 200 µm. Als Klebstoff ist nicht nur der mit der oben angegebenen Zusammensetzung möglich, sondern auch andere Klebstoffe, die Klebe wirkung während einer Wärmebehandlung zeigen. Solche Klebstoffe sind beispielsweise organische Verbindungen wie Epoxidharzklebstoffe, Phenolharz-Klebstoffe, Urethan harz-Klebstoffe, Silikonharz-Klebstoffe, Triazinharzklebstoffe oder BT-Klebstoffe, sowie anorganische Verbindungen, bei spielsweise flüssige Silbersalze (siehe US-PS 3 089 799) oder niedrigschmelzende Gläser. Diese anorganischen Ver bindungen werden häufiger pulverförmig als im flüssigen Zustand eingesetzt.

Fig. 3 zeigt das getrennt hergestellte andere Ein zelteil B. Aus der einen Querschnitt bei der Linie X-Y der Fig. 3 zeigenden Fig. 4 ist ersichtlich, daß das Einzelteil B dadurch erhalten wird, daß auf der einen Oberfläche eines Substrates 5, das eine Dicke von etwa 0,6 mm hat und aus Aluminiumoxyd, einkristallinem Silizium oder einem Metall wie beispielsweise Aluminium, Eisen oder etwas ähnlichem besteht, eine wärmespeichernde Schicht (aufgesprühte SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 2 bis 3 µm), eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 7 (aufgesprühte Hfβ₂-Schicht mit einer Dicke von 50 bis 100 nm), eine Elektrodenschicht 8 (aufgedampfte Alu miniumschicht mit einer Dicke von 70 bis 80 nm), eine erste Schutzschicht 9 (aufgestäubte SiO-Schicht mit einer Dicke von 1 µm) und eine zweite Schutzschicht 10 (eine aus Parylen oder Silikon bestehende aufgestäubte Schicht) nach einander aufgebracht und anschließend das Substrat in die gewünschten Abmessungen zurechtgeschnitten wird.

Bei dem vorstehend erläuterten Vorgehen wird die Elektrodenschicht 8 einem Musterätz-Schritt unterwor fen, um, wie in Fig. 3 gezeigt, einzelne Leitungs elektroden 11 und eine gemeinsame Leitungselektrode 12 zu bilden und um die Widerstandsschicht 7 in einem ge wünschten Muster 13 in einer bestimmten Zahl freizulegen. Das Widerstands-Muster 13 hat vorzugsweise eine Abmessung, die in etwa gleich der Breite der Rillen 4 ist.

Die so gefertigten Teile A und B werden derart gegen seitig ausgerichtet, daß die Rillen 4 und die Widerstands muster 13 sich gegenüberliegen. Die Teile A und B werden in dieser in Fig. 5 geneigten Lage festgehalten.

Anschließend wird zunächst die Klebstoffschicht 3 in einer weiteren 10 Minuten dauernden Wärmebehandlung bei ca. 100°C halbgehärtet und in einem Kontrollschritt ge prüft, daß weder Ausrichtungsfehler vorliegen, noch die Rillen 4 zugesetzt sind. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Einzelteile A und B getrennt und das Teil B zur Wiederbenutzung gewaschen, während das Teil A ausgeschieden wird. Treten keine Fehler auf (Fall ja), so wird die Klebstoffschicht 3 durch eine 50 Minuten bei einer Tempe ratur von 100°C und zwei Stunden bei einer Temperatur von 180°C dauernde Wärmebehandlung vollständig ausge härtet. Anschließend wird der Kontrollschritt nochmals wiederholt, um zu bestätigen, daß keine der Rillen 4 zu gesetzt ist. Treten keine Fehler auf, so wird der ver vollständigte Arbeitskammer - Block C zu weiteren Her stellungsschritten weitergegeben.

Bei dem beschriebenen Verfahren, bei dem mehrere Teile zur Herstellung eines bestimmten Aufbaus mit einem aushärtbaren Harz aneinander geklebt werden, ist die Verwendung des vorstehend erläuterten Klebeverfahrens besonders vorteilhaft, das einen Schritt, bei dem eine aushärtbare Harzschicht auf zumindest eines der Teile aufgebracht und in einen Zwischenzustand des Aushärte vorgangs gebracht wird, einen Schritt, bei dem ein Ril lenmuster auf einer Oberfläche des mit der Harzschicht versehenen Bauteiles gebildet wird, und einen Schritt umfaßt, bei dem mehrere Bauteile durch Aushärten der Harzschicht zusammengeklebt werden.

Auf diese Weise wird es möglich, die Bauteile ohne Schaden an den sehr kleinen Rillenmustern dadurch zusammenzusetzen, daß eine auf dem Bauteil, auf dem die Rillenmuster ausgebildet werden sollen, aufgebrachte aushärtbare Harzschicht halb gehärtet wird, anschlie ßend die Rillenmuster auf dem Bauteil mit der halb gehärteten Harzschicht gebildet werden und zuletzt die Harzschicht, nachdem das Bauteil mit den anderen Bau teilen zusammengefügt worden ist, vollständig ausge härtet wird.

Vor allem bei der Herstellung eines Aufzeichnungs kopfes, der eine Aufzeichnungsflüssigkeit in tröpfchen förmiger Form aus einer Düse ausspritzt, ermöglicht das vorstehend erläuterte Verfahren die Herstellung einer Vielzahl von Düsen mit gleichem Durchmesser und gleicher Form, die mit einer hohen Dichte angeordnet sind.

Zur weiteren Erläuterung dieses Klebeverfahrens wird auf den Inhalt der Offenlegungsschrift DE 30 11 919 verwiesen.

Im folgenden sollen die in Fig. 4 gezeigte erste Schutz schicht 9 und die zweite Schutzschicht 10 erläutert werden. Diese Schichten sind dazu vorgesehen, daß sie einen direkten Kontakt der Widerstandschicht 7 oder der Elektroden schicht 8 mit der Aufzeichnungsflüssigkeit oder der Tinte verhüten, der zu einer Oxidation der Widerstandsschicht oder der Elektrodenschicht oder zu einer Zersetzung der Tinte führen würde. Bei dem beschriebenen Aufzeich nungskopf hat die Dicke der ersten Schutzschicht 9 und der zweiten Schutzschicht 10 einen merklichen Einfluß auf das thermische Ansprechvermögen des Tröpfchenausstoßes und auf den Aufzeichnungsenergiewirkungsgrad, da die durch die Widerstandsschicht 7 erzeugte thermische Energie durch die beiden Schichten durchtritt. Bei diesen Ausfüh rungsbeispielen gilt, daß, je dünner die erste Schutzschicht 9 und die zweite Schutzschicht 10 sind, umso besser das thermische Ansprechvermögen und umso geringer die erforderliche Schreibenergie ist, da die Wärmeleitung verbessert ist. Jedoch neigt eine durch Aufdampfen oder Aufsprühen her gestellte Schutzschicht, wie sie normalerweise bei der Herstellung von thermischen Aufzeichnungsköpfen benutzt wird, dazu, daß unbedeckte Abschnitte an dem Absatz zwischen der Elektrodenschicht 8 und der Widerstandsschicht 7 oder Löcher in der Schicht selbst auftreten, wenn die Dicke der Schicht verringert wird. Aus diesen Gründen ist eine gewisse Dicke bislang als notwendig erachtet worden, um nicht die Elektrodenschicht 8 oder die Widerstandsschicht 7 schädlichen Einflüssen auszusetzen, auch wenn hierdurch die thermischen Leitfähigkeitsbedingungen verschlechtert werden.

Erfindungsgemäß ist jedoch gefunden worden, wie sogar bei einer extrem dünnen Schutzschicht ein Kontakt der Elektrodenschicht 8 bzw. der Widerstandsschicht 7 mit der Tinte oder eine hierdurch bewirkte Reaktion in der Tinte verhindert werden kann.

Nachdem die gewünschten Muster in der Elektroden schicht 8 und der Widerstandsschicht 7 gebildet worden sind, wird darauf eine erste Schutzschicht 9 mit einer Dicke von 0,01 bis 1 µm mittels Elektronenstrahlver dampfen oder -aufsprühen aufgebracht, die wahlweise aus Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid oder Zirconium oxid, einem Carbid wie beispielsweise Berylliumcarbid, einem Borid wie beispielsweise Berylliumborid, einem Sulfid wie beispielsweise Lanthansulfid, Praseodymsulfid, Neodymsulfid oder Ytterbiumsulfid, amorphem Silizium oder Selen besteht.

Die erste Schutzschicht 9 kann auch durch Sprüh beschichtung, Schleuderscheibenbeschichtung oder Tauchbe schichtung mit einer Dicke von 0,01 bis 1 µm aus einem wärmebeständigen Harz hergestellt werden, ausgewählt aus Silikonharz, fluorierten Harzen, Polyimidharz (z. B. aromatischen Poly amiden und additionspolymerisierten Polymiden), Epoxidharzen, p-Vinyl-Phenolharzen und BT-Harzen (Addition-- Polymerisation-Harze aus Triazinharzen und Bismaleinimid).

Die erste Schutzschicht 9 ist nicht notwendigerwei se eine Einfachschicht, sie kann auch aus mehreren Schich ten zusammengesetzt sein. Das Vorhandensein von Löchern in den Schutzschichten 9 ist nicht das Hauptproblem bei den für die thermische Aufzeichnung verwandten thermi schen Aufzeichnungsköpfen gewesen. Im Falle der Tinten düsenaufzeichnung jedoch, bei der die Schutzschicht in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit kommt, kommt dem Verhindern von Löchern in der ersten Schutzschicht 9 ein größerer Stellenwert in bezug auf die Lebensdauer des Aufzeichnungsgerätes zu.

Bei dem erläuterten Verfahren werden Fehlstellen, wie die Löcher, die in der ersten Schutzschicht 9 vorhanden sind, praktisch vollständig durch eine zweite Schutz schicht (oder Füllschicht) 10 aufgefüllt, die über der ersten Schutzschicht 9 aufgetragen wird. Somit wirkt die zweite Schutzschicht als Füllschicht für die erste Schutzschicht 9. Das zur Herstellung der zweiten Schutzschicht 10 verwandte Harz hat vorzugsweise folgende Eigenschaften: (1) genügende Filmbildung, (2) blasenfreie Struktur mit geringer Lochbildung, (3) kein Quellen oder Auflösen in der verwendeten Tinte, (4) ausreichende Haftung an der ersten Schutzschicht und (5) hohe thermische Wider standsfähigkeit. Die erfindungsgemäß verwendbaren Harze sind Silikonharze, fluorierte Harze, aromatische Polyamide, Polyimide vom Additions-Polymerisationstyp, Polybenzimidazol, Epoxidharze, p-Vinylphenolharze, Triazinharze oder BT-Harze (Additionspolymerisations harze aus Triazinharz und Bismaleinimid).

Bei der Verwendung der oben erwähnten wärmebeständigen Harze kann eine Schutzschicht auch durch Auflösen eines solchen Harzes in einem Lösungsmittel und Auftragen des so erhaltenen Lösung durch Schleuderscheiben-Be schichtung, Spritzbeschichtung oder Tauchbeschichtung auf die erste Schutzschicht 9 sowie anschließende Trock nung hergestellt werden.

Die zweite Schutzschicht 10 sollte so dünn wie möglich sein, da sie direkt das thermische Ansprechvermögen des Tröpfchen ausstoßes oder den Energiewirkungsgrad beeinflußt. Ent sprechend dem beschriebenen Verfahren liegt nach dem Trocknen die Dicke in dem Bereich von 0,01 bis 10 µm vorzugsweise von 0,01 bis 5 µm und am besten zwischen 0,1 bis 3 µm.

Wird ein Aufzeichnungskopf in Verbindung mit einer elektrisch leitenden Tinte, die Wasser als Lösungsmittel verwendet, benutzt, so sollte die erste Schutzschicht 9 und/oder die zweite Schutzschicht 10 vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,1 bis 5 µm haben, damit ein spezifischer Wider stand von 5 × 10⁵ Ωcm oder größer erreicht wird, um einem Kurzschluß durch die Tinte zu verhindern.

Wie vorstehend ausgeführt, sollte die Schutzschicht vorzugsweise dünner hergestellt werden, um das thermische Ansprechvermögen des Tröpfchenausstoßes oder den Energie wirkungsgrad zu erhöhen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache und der erforderlichen Isolation sollte die Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 3 µm liegen.

Eine solch iso lierende Schutzschicht wird mittels bekannter Verfahren herge stellt. Die Materialien für solche Schichten sind so ausgewählt, daß sie einen hohen Wider stand bei Filmbildung mittels Aufstäuben, CVD-Verfahren, Aufdampfen, Beschichten nach Reaktionen in der Gasphase oder Beschichten aus der Flüssigkeit zeigen, sogar wenn sie als normaler Festkörper einen niedrigen Widerstand haben. Die Dicke dieser Filme liegt im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 5 µm, vorzugsweise von 0,2 bis 3 µm.

Die Wirkung der vorstehend erläuterten Schutzschichten wird im folgenden durch experimentelle Beispiele erläutert.

Experimentelle Beispiele 1 bis 9

Ein Substrat mit wärmeerzeugenden Elementen, wie es in einer vergrößerten perspektiven Ansicht in Fig. 8A gezeigt ist, wurde auf die folgende Weise hergestellt:
Auf einem Aluminiumoxidsubstrat 212 wurden der Reihe nach eine Wärmespeichernde SiO₂-Schicht 213 (mehrere µm), eine wärmespeichernde ZrB₂-Widerstandsschicht 214 (80 nm) und eine Aluminium-Elektrodenschicht 215 (500 nm) aufgebracht. Durch selektives Ätzen wurden Heizwider stände 214' mit einer Breite von 60 µm und einer Länge von 75 µm hergestellt. Durch ähnliches Ätzen wurden Steuerelektroden 215a und eine gemeinsame Elektrode 215b ausgebildet. Wie in Fig. 8B gezeigt wurde anschließend eine erste SiO₂-Schutzschicht 216 (0.01 µm) auf der Elektroden schicht 215 aufgebracht. Auf die Schutzschicht 216 wurde wie in Tabelle 1 gezeigt für die zweite Schutzschicht jeweils ein wärmebeständiges Harz aus dem flüssigen Zustand aufgebracht, im Vakuum getrocknet und unter den ebenfalls in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Substrat für die experimentellen Beispiele 1 bis 9 herzustellen.

Getrennt hiervon wurde eine in Fig. 9 gezeigte Rillenplatte 220 durch Einschneiden einer Vielzahl von Rillen 218 mit einer Breite von 70 µm und einer Tiefe von 60 µm und einer weiteren Rille 219, die die gemeinsame Tintenkammer bildet, mit einem Mikroschneidgerät hergestellt.

Das vorstehend erläuterte Substrat mit den wärme erzeugenden Elementen und die Rillenplatte wurden zusammen geklebt, nachdem die wärmeerzeugenden Elemente und die Rillen ausgerichtet worden waren. Durch Anbringen einer Tintenversorgungs-Rohrleitung 221 zur Versorgung mit Tinte aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter wurde der in Fig. 10 gezeigte Schreibkopf-Block 222 vervollständigt. Weiter wurde der Block 222 mit einer Leiterplatte verbunden, die die elektrische Verbindung zu den Steuerelektroden und der gemeinsamen Elektrode her stellte.

Der Tintentröpfchen-Ausstoß wurde mit Schreibimpulsen mit einer Impulsbreite von 10 µsec, und einer Impulsfrequenz von 10 KHz untersucht.

Die Zusammensetzung der Tinte war:


Gewichtsprozente
Wasser	70
Diethylenglykol	29
Schwarzer Farbstoff	1

Bei dem unter den vorstehenden Bedingungen durchge führten Tröpfchenausstoßtest zeigte der Schreibkopf, wie in Tabelle 1 zusammengestellt ist, eine hervorragende Lebensdauer zusammen mit einer genügenden Schreibqualität.

Bei diesen Beispielen wurde die Lebensdauer durch die Zahl der nacheinander an den Schreibkopf anlegbaren elektrischen Impulse folgendermaßen beurteilt:

A: ≧10⁹
B: 10⁸-10⁹
C: ≦10⁵.

Tabelle 1

Experimentelle Beispiele 10 bis 23

Die SiO₂-Schutzschicht 216 bei den vorstehenden Beispielen 1 bis 9 kann durch die in der Tabelle 2 aufge führten Materialien ersetzt werden, die durch die eben falls in Tabelle 2 aufgeführten wärmebeständigen ausgehärteten Harze bedeckt werden, um in ähnlicher Weise wie bei den experimentellen Beispielen 1 bis 9 hergestellte Substrate zu erhalten.

Die erhaltenen Aufzeichnungsköpfe wurden auf eine ähnliche Weise getestet, die Ergebnisse sind gleichfalls in Tabelle 2 zusammengestellt

Tabelle 2

Die Ergebnisse der vorstehenden experimentellen Beispiele zeigen klar, daß das Vorhandensein der Schutzschichten die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes wesentlich erhöht.

Der Anbau eines Zwischenkammerblocks D für die Tintenversorgung, wie in Fig. 6 gezeigt, er folgt anschließend an dem Zusammenbau des in Fig. 5 gezeigten Arbeitskammerblocks C.

Bei diesem Zusammenbau werden Querteile E bzw. E' mit einem Klebstoff der unten stehenden Zusammensetzung beschichtet, anschließend, wie in Fig. 6 gezeigt, mit dem Arbeitskammerblock C ausgerichtet und für eine Minute einer Wärmebehandlung bei ca. 60°C unterzogen, um den Klebstoff in einen halb gehärteten Zustand zu überführen:
Klebstoff: Epikote #828 (Shell Chemical) 100 Gewichtsteile
Epomate Epomate B-002 (Ajinomoto Co.) 40 Gewichtsteile.

Während sich der Klebstoff in diesem Zustand befindet, wird ein Kontrollschritt durchgeführt, um zu überprüfen, daß weder Zusammenbaufehler vorliegen, noch daß Klebstoff fälschlicherweise in andere Teile geflossen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Teile E und E' wieder von dem Block C getrennt und für eine Wiederver wendung gereinigt. Liegt dagegen kein Defekt vor (Fall ja) wird für etwa 30 Minuten bei 60° eine Wärmebehandlung durchgeführt, um den Klebstoff zu härten.

Anschließend wird das hintere Endteil F mit Klebe stoff bestrichen, in einer ähnlichen Weise ausgerichtet und für eine Minute bei 60°C einer Wärmebehandlung unter zogen, um den Klebstoff halb zu härten. In ähnlicher Weise wird ein Kontrollschritt durchgeführt, und bei negativem Ergebnis (Fall nein) das Teil wie oben erläutert gereinigt, während dann, wenn kein Fehler auftritt (Fall ja) eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60° durchgeführt wird, um den Klebstoff auszuhärten.

Als nächstes wird ein Deckteil G mit Klebstoff beschichtet, in ähnlicher Weise ausgerichtet und für eine Minute bei 60°C einer Wärmebehandlung unterzogen, um den Klebstoff halb zu härten. Erneut wird ein Kontroll schritt durchgeführt. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) wird wie oben erklärt, das Teil gereinigt, während, wenn kein Fehler auftritt (Fall ja) eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60°C durchgeführt wird und anschließend eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei ca. 100°C, um das Aushärten des Klebstoffes zu vollenden.

Anschließend werden die Röhrenteile H und H' in die vorgegebenen Stellen des so hergestellten Blocks ein gesetzt, der Spalt um die Röhrenteile wird mit Klebstoff aufgefüllt. Das Härten schreitet in diesem Falle langsam fort. Anschließend wird ein Kontrollschritt durchgeführt, um zu überprüfen, daß kein Klebstoff in die Teile H, H' oder in die Zwischenkammer eingedrungen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Teile wieder ge trennt und für eine Wiederverwendung, wie oben erläutert, gereinigt. In dem Fall, daß kein Defekt auftritt (Fall ja), wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60°C und an schließend eine 10-minütige Wärmebehandlung bei 100°C durchgeführt wird, um das Aushärten zu vollenden.

Auf diese Weise wird die Verbindung des Zwischen kammerblocks D zu dem hinteren Abschnitt des Arbeitskammer blocks C vervollständigt. Anschließend wird die Vorder fläche 15 des Arbeitskammerblocks C, auf der sich die Ausstoßdüsen befinden, mit Schleifsand (#1000 oder höher) glatt geschliffen. Nach dem Schleifen wird die Anordnung gereinigt, um Schleifsand und andere Fremdteilchen zu entfernen, die in die Rillen 4 durch Düsen 14 während des Schleifens eingedrungen sind. Hierauf wird in einem Kontrollschritt geprüft, ob die Vorderfläche 15 voll ständig eben und die Rillen 4 gereinigt sind, und wenn das Schleifen noch nicht vollständig ist, werden das Schleif- und der Reinigungsschritt wiederholt. Der Kontrollschritt wird erneut wiederholt, und im Falle eines negativen Ergebnisses (Fall nein) der vorhergehende Schritt wiederholt. Liegt dagegen kein Defekt vor, (Fall ja) so wird die aus den Blöcken C und D bestehende Anordnung getrocknet. Bei dem folgenden Herstellungsschritt wird ein Schlitzblock I mit Düsen an der Vorderfläche 15 ange bracht.

Fig. 7 zeigt, daß der Schlitzblock I ein Bodenteil J, Seitenteile K und K' sowie ein Vorderteil L hat.

Diese Teile werden an bestimmten Abschnitten mit. Klebstoff beschichtet, dann entsprechend ausge richtet angeordnet und für eine Minute einer Wärmebehand lung bei 60°C unterzogen, um den Klebstoff in einen halb gehärteten Zustand zu überführen. Nach einem Kontrollschritt, bei dem der korrekte Zusammenbau geprüft wird, werden die Teile J, K, K' und L bei negativem Ergebnis (Fall nein) wieder getrennt und zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor (Fall ja), wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei ca. 60°C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100°C durchgeführt, um den Härtungs vorgang des Klebstoffes zu vollenden. Anschließend werden die Blöcke I und C entsprechend mit Klebstoff beschichtet, und dann wie durch die Pfeile in Fig. 7 gezeigt, ausgerichtet. Anschließend werden sie 30 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen, um einen halbgehärteten Zustand des Klebstoffes zu erreichen. In einem danach durchgeführten Kontrollschritt wird geprüft, daß kein Klebstoff in die Düsen 14 oder in die Schlitze 16 des Blocks I geflossen ist. Ist das Ergebnis negativ (Fall nein) werden die Blöcke wieder getrennt und wie vorstehend erläutert zur Wiederverwendung gereinigt. Liegt dagegen kein Fehler vor, (Fall ja) so wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60°C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100°C durchgeführt, um den Härtungs vorgang des Klebstoffes zu vollenden.

Anschließend wird eine Röhre N in eine bestimmte Stelle eingesetzt, der Spalt um sie herum wie vorstehend bei dem Teil H mit Klebstoff ausgefüllt und die Anordnung etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen. In einem darauffolgenden Kontrollschritt wird geprüft, daß kein Klebstoff ausgeflossen ist, und, wenn das Ergebnis negativ ist (Fall nein) die Teile wieder getrennt und zur Wieder verwendung gereinigt. Tritt dagegen kein Fehler auf (Fall ja) wird eine 30-minütige Wärmebehandlung bei 60°C und eine weitere 10-minütige Wärmebehandlung bei 100°C zur Vervollständigung des Aushärtungsvorganges des Klebstoffes durchgeführt. Auf diese Weise wird ein vollständiger Auf zeichnungskopf hergestellt.

Der so vervollständigte Aufzeichnungskopf wird auf eine Aluminiumplatte aufgeklebt, und die Leitungselektroden mit einer flexiblen gedruckten Schaltung verbunden.

Im folgenden soll ein Beispiel einer Tintenstrahl-Auf zeichnung mit dem so vervollständigten und in Fig. 7 dargestellten Aufzeichnungskopf erläutert werden. Zwar zeigt Fig. 7 die verschiedenen Blöcke des Aufzeichnungs kopfes in einer auseinandergezogenen Darstellung, es versteht sich jedoch von selbst, daß diese Blöcke beim Einsatz des Aufzeichnungskopfes fest miteinander verbunden sind.

Als erstes wird die Aufzeichnungstinte in jede Arbeitskammer 4 durch die Teile H, H' eingeleitet. Wird eine impulsförmige Spannung angelegt, erzeugt der nicht gezeigte Heizwiderstand einen thermischen Impuls, der eine plötzliche Zustandsänderung der Tinte verursacht.

Diese Zustandsänderung übt aufgrund der Druckwelle eine Kraft auf die Tinte aus. Hierdurch wird Tinte in einem tröpfchenförmigen Zustand aus der mit der Arbeits kammer 4 verbundenen Düse 14 ausgestoßen. Dieses Tröpfchen wird auf dem nicht dargestellten Aufzeichnungsträger nieder geschlagen und bewerkstelligt die Aufzeichnung. Die aus der Düse 14 auslaufende Tinte neigt dazu, auf die Wände um die Düse 14 zu fließen. Dies führt zu der Bildung eines Tintenfilmes in der Nähe der Düse 14, der möglicher weise den Tröpfchenausstoß behindert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diesem Phänomen dadurch vorgebeugt, daß ein Schlitz 16 in der Nähe der Düse 14 angebracht ist. Dieser Schlitz dient dazu den Tintenfilm aufgrund seiner Saugwirkung zu beseitigen. Auf diese Weise bleibt die Größe und die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen extrem stabil.

Die vorstehenden Ausführungen behandelten ein thermi sche Energie verwendendes Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem. Das beschriebene Verfahren ist natürlich genauso anwendbar bei anderen Tintenstrahlaufzeichnungssystemen, bei denen der thermisch wirkende Teil beispielsweise durch einen mechanischen Schwingungserzeuger wie eine piezoelektrische Vibrationsschicht ersetzt ist. Weiter ist der Aufzeichnungs kopf nicht auf die in der Zeichnung gezeigten Ausführungen beschränkt. Ein Beispiel für die Tinte ist eine zweiprozentige Dispersion eines schwarzen Farbstoffes in einem Lösungs mittel, das im wesentlichen aus Äthylalkohol zusammenge setzt ist.

Claims

Aufzeichnungskopf für ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit einer Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerständen (7) und Elektroden (11, 12) zur Stromversorgung der Widerstände (7), einer Schutzschicht (9, 10) für die Widerstände (7) und die Elektroden (11, 12) dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Schutzschicht (9, 10) aus mindestens zwei Schichten besteht, wobei
- - die erste Schicht wahlweise aus SiO₂, Ta₂O₅, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Carbiden, Boriden, Sulfiden, amorphem Silizium oder Selen oder wärmebeständigen Harzen, wobei die wärmebeständigen Harze aus der aus Silikonharz, fluoriertem Harz, Polyamidharz, Polyimidharz, Epoxyharz, BT-Harz (Additionspolymerisations-Harz aus Triazinharz und Bis maleinimid) und p-Vinylphenolharz bestehenden Gruppe ausgewählt sind, und
- - die zweite Schicht aus Silikonharzen, fluorierten Harzen, aromatischen Polyamiden, Polyimiden vom Additions-Polymeri sationstyp, Polybenzimidazol, Epoxidharzen, p-Vinylphenolharzen, Triazinharzen oder BT-Harzen (Additionpolymerisation-Harze aus Triazinharzen und Bismaleinimid) besteht.