Brevet FR2544665A1 — publié le 19841026

L'invention concerne une tête d'enregistrement par jets de liquide qui émet un liquide et forme des gouttelettes de liquide de façon à réaliser un enregistrement. Des procédés d'enregistrement par jets d'encre (pro- cédés d'enregistrement par jets de liquide) ont récemment at- tiré l'attention par le fait que le bruit se produisant pen- dant l'enregistrement est négligeable et qu'un enregistrement à grande vitesse est possible et que, de plus, il peut être réalisé sans nécessiter l'opération spéciale de fixage d'ima- ges sur du papier dit uni. Entre autres, les procédés d'enregistrement par jets de liquide décrits, par exemple, dans la demande de brevet ja- ponais Ne 51837/1979 et dans la demande de brevet de la RFA DOS No 2843064 présentent des caractéristiques différentes de celles des autres procédés d'enregistrement par jets de liqui- de par le fait que l'on fait agir de l'énergie thermique sur un liquide afin d'obtenir une force d'entraînement provoquant la décharge de gouttelettes de liquide. Autrement dit, les procédés d'enregistrement décrits dans les demandes précitées sont caractérisés par le fait que le liquide soumis à l'action de l'énergie thermique subit un changement d'état qui peut avoir pour résultat un brusque ac- croissement de volume et, sous la force agissante reposant sur ce changement d'état, du liquide est déchargé d'un orifice situé à l'extrémité de la partie à tête d'enregistrement, de façon que des gouttelettes de liquide soient projetées et qu'elles adhérent au support d'enregistrement, réalisant ainsi un en- registrement. En particulier, le procédé d'enregistrement par jets de liquide décrit dans la demande N O 2843064 précitée peut non seulement être appliqué de façon très efficace au procédé d'en- registrement dit par gouttelettes produites à la demande, mais il permet également de façon aisée à la tête d'enregistrement d'être du type à ligne pleine et de présenter de nombreux ori- fices, à une haute densité, cette tête ayant donc pour carac- téristique de permettre l'obtention, à grande vitesse, d'images ayant un degré de résolution élevé ainsi qu'une haute qualité. La tête d'enregistrement de l'appareil mettant en oeu- vre le procédé d'enregistrement décrit ci-dessus comporte une partie de décharge de liquide présentant un orifice destiné à décharger un liquide, et un trajet -l'écoulement de liquide com- muniquant avec l'orifice et réalisé de façon à comprendre une partie à action thermique, c'est à dire une partie dans la- quelle de l'énergie thermique destinée à décharger des aoutte- lettes de liquide agit sur le liquide, la tête comportant éga- lement un élément de conversion-électro-thermique destiné à produire de l'énergie thermique. Cet élément de conversion électrothermique comprend deux électrodes et une couche résistive génératrice de chaleur connectée à ces électrodes et comprenant une zone génératrice de chaleur (partie génératrice de chaleur) comprise entre ces électrodes, et la partie supérieure de l'élément de conversion thermique comporte généralement une couche de protection re- couvrant les électrodes et la surface de la partie génératrice de chaleur, et cet élément de conversion est formé sur une plaque de base isolante La figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après représente en coupe partielle une structure -_:,gque diun tel élément. Comme montré sur la figure 1, un élément 101 de con- version électrothermique présente une structure dans laquelle sont superposés successivement, dans l'ordre cité, un élément 102 de support réalisé en-silicium, en verre ou-en céramique, une couche inférieure 103 disposée sur l'élément 102 du sup- port et formée de Si O 2 ou autre, une couche résistive généra- trice de chaleur 104 destinée à produire de l'énergie thermi- que et située sur la couche inférieure 103, une couche 105 à électrodes, formée d'aluminium ou autre, superposée à la couche résistive génératrice de chaleur 104 et produisant un courant correspondant à un signal, une première couche supé- rieure 106 formée de Si O 2 ou autre et protégeant la couche résistive 104 génératrice de chaleur et la couche 105 à élec- trodes, une deuxième couche supérieure 107 formée de résine polyimide ou autre afin de combler l'absence de la première couche supérieure 106, et une troisième couche supérieure 108 formée de Ta ou autre et renforçant la résistance mécanique. Bien que les couches supérieures forment une structure à trois couches, ces trois couches ne sont pas toujours nécessaires, mais une à deux couches peuvent également être utilisées, ou bien quatre couches ou plus peuvent parfois être utilisées à des fins de protection Si la couche résistive génératrice de chaleur 104 ou la couche 105 à électrodes a pour propriété de résister à l'encre et possède une résistance mécanique suffi- sante, il n'est pas nécessaire que les couches supérieures soient toujours présentes. A présent, si l'élément de conversion électrother- mique 101 est vu de dessus, les couches supérieures étant re- fermées, on obtient la vue en plan d'entrée de la figure 2 des dessins annexés et sur laquelle une partie génératrice de chaleur 109 et un certain nombre d'électrodes 105-1 et -2, assurant l'alimentation en énergie afin que la partie génératrice de chaleur 109 produise de la chaleur, sont jux- taposées sur la couche inférieure 103. La formation de la partie génératrice de chaleur 109 et des électrodes 105-1 et 105-2 s'effectue généralement selon le procédé suivant Une couche résistive génératrice de chaleur 104, constituée de Hf B 2 ou autre, par exemple, est formée sur la surface d'un élément comprenant l'élément de sup- port 102 et la couche inférieure 103 formée sur ce dernier, par rapport à un procédé tel qu'une déposition ou une pulvérisa- tion, et une couche 105 à électrodes, constituée d'aluminium ou autre, par exemple, est ensuite formée sur la surface su- périeure de la couche résistive génératrice de chaleur 104 par un procédé similaire Puis, à l'aide d'un masque photogra- phique présentant un dessin tel que celui montré sur la fi- gure 3 des dessins annexés, une partie de la couche 105 à élec- trodes et de la couche résistive, génératrice de chaleur, est retirée par le procédé dit de photogravure et, ensuite, une partie de la couche 105 à électrodes est gravée au moyen d'un masque photographique présentant un dessin tel que celui mon- tré sur la figure 4 des dessins annexés,afin qu'une électrode et une partie génératrice de chaleur, ayant des formes sou- haitées, soient formées dans des positions souhaitées. A présent, il est très difficile d'aligner avec pré- cision le dessin montré sur la figure 3 et le dessin montré sur la figure 4 et, par conséquent, à la suite de la photo- gravure, un écart de position tel que celui montré sur la fi- gure 5 des dessins annexés risque d'apparaître Par suite d'un tel inconvénient, la distribution, la densité, etc du cou- rant circulant vers la partie génératrice de chaleur peuvent devenir irrégulières dans chaque tige fabriquée, et ceci af- fecte la longévité et la fiabilité des têtes d'enregistrement fabriquées Ceci entraîne; par suite, une irrégularité-de la valeur résistive de la partie génératrice de chaleur et ag- grave le rendement des produits. L'inventionqui est conçue en fonction des points indiqués ci-dessus, a pour objet principal d'offrir une tête d'enregistrement Pau lets de qiuiide Lens c Tuelle ' - rioration de la fiabilité et de la longévité, due aux in- convénients de fabrication, est supprimée, cette tête ayant une excellente longévité lorsqu'elle est utilisée de façon souvent répétée ou lorsqu'elle est utilisée en continu pen- dant une longue durée, et étant capable de conserver les bon- nes caractéristiques initiales de formation de gouttelettes de liquide, de façon stable, pendant une longue période. L'invention a pour autre objet d'éliminer l'irré- gularité de fabrication et d'améliorer notablement le rende- ment du produit constitué par la tête d'enregistrement. L'invention a pour autre objet une tête d'enregis- trement par jets de liquide qui comporte une partie de dé- charge de liquide présentant un orifice destiné à décharger un liquide et à projeter des gouttelettes de liquide, ainsi qu'un trajet o canal d'écoulement de liquide communiquant avec l'orifice et comprenant, de construction, une partie à action thermique dans laquelle de l'énergie thermique, desti- née à former les gouttelettes de liquide, agit sur le liquide, ainsi qu'un élément de conversion électrothermique connecté électriquement à la couche résistive, génératrice de chaleur, reposant sur une plaque de base, l'élement de conversion é- lectrothermiaue 'comprenant au moins deux électrodes opposées entre lesquelles est formée une partie génératrice de chaleur, la largeur des électrodes, au moins sur leur partie qui est en contact avec la partie génératrice de chaleur-, étant supé- rieure à la largeur de la couche résistive génératrice de chaleur qui leur correspond. L'invention a également pour objet une tête d'enre- gistrement par jets de liquide qui présente un orifice destiné à projeter des gouttelettes de liquide, et un élément de con- version électrothermique comportant deux électrodes opposées l'une à l'autre, à un intervalle souhaité, et connectées à une couche résistive génératrice de chaleur afin de produire de l'énergie provoquant la décharge des gouttelettes de liqui- de, ledit intervalle délimitant une portion génératrice de cha- leur, et la largeur des électrodes, dans la partie de connec- tion située entre les électrodes et la couche résistive, gé- nératrice de chaleur, étant supérieure à au moins la partie de la couche résistive, génératrice de chaleur, qui est en contact avec la partie génératrice de chaleur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: La figure 1 est une coupe transversale partielle de la zone de la partie génératrice de chaleur d'une tête d'enregistre- ment par jets de liquide; La figure 2 est une vue partielle en plan de l'élément de conversion électrothermique de la tête d'enregistrement clas- siaue par jets de liquide; Les figures 3 et 4 sont des vues partielles en plan de mas- ques photographiques utilisés pour la formation de la partie classique de génération de chaleur; La figure 5 est une vue en plan montrant un cas défectueux de la partie Génératrice de chaleur classique; Les figures 6 et 7 sont des vues partielles en plan d'une forme de réalisation de la partie génératrice de chaleur de la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'inven- tion; Les figures 8 et 9 sont des vues schématiques partielles en perspective d'une forme de réalisation de la tête d'enregis- trement par jets de liquide selon l'invention; Les figures 10 et 11 sont des vues partielles en plan de mas- ques photographiques utilisés pour la formation de la par- tie génératrice de chaleur de la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention - L'invention sera décrite ci-après notamment en ré- férence aux figures 6 et 7 La figure 6 est une vue partielle en plan de la zone de la partie génératrice de chaleur d'une forme de réalisation de l'invention Des électrodes -1 et 105-2 (l'une étant une électrode commune et l'au- tre une électrode sélective) comportent, dans leurs parties en contact avec la partie génératrice de chaleur, à savoir leurs parties extremes, des zones 110-et 111 dont la largeur est supérieure à celle de la couche résistive génératrice de chaleur Autrement dit)dans la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention, la largeur W 2 de la partie des électrodes en contact avec la partie génératrice de chaleur est supérieure à la largeur Wl de la couche résistive généra- trice de chaleur de la partie génératrice de chaleur, et par conséquent, même en cas d'un défaut de cadrage plus au moins important des dessins lors de la formation par photolitho- graphie de la couche résistive génératrice de chaleur et des électrodes, il est possible de maintenir une circulation de courant uniforme et constante à travers la couche résistive génératrice de chaleur de la partie génératrice de chaleur. Lorsque la densité de mise en place de l'élément de conversion électrothermique est faible, il est efficace, en cas de défaut de cadrage des dessins, que les longueurs 11 et 12 et la largeur W 2 des zones 110 et 111, dans les- quelles la largeur des électrodes est supérieure à celle de la couche résistive, génératrice de chaleur, soient aussi grandes que possible, mais lorsqu'une tête d'enregistrement multiple à haute densité doit être fabriquée, un pontage, dû au court-circuit d'électrodes adjacentes ou au fait que la gravure du processus photolithographique n'est pas complè- te, risque d'apparaître et, par conséquent, dans ce cas, il est préférable, pour le rendement de fabrication de la tête d'enregistrement, que les longueurs 11, 12 et la largeur W 2 des zones soient aussi faibles que possible, dans les limites permettant d'atteindre les objectifs de la présente inven- tion Les longueurs 11 et 12 desdites zones ne doivent pas nécessairement être égales entre elles. Dans cet exemple, la largeur des parties normales des électrodes est égale à la largeur de la couche résistive génératrice de chaleur, mais la largeur-des électrodes peut être d'une valeur W 2 différente de la largeur Wl de la cou- che résistive génératrice de chaleur Cependant, dans ce cas, également, la relation entre Wl et F 2 doit être Wk W 2. La figure 7 est une vue partielle en plan de la zone de la partie génératrice de chaleur, représentant une *autre forme de réalisation de l'invention Dans le cas de la figure 6, les électrodes ont une disposition retournée sur elle-même Cependant, l'invention peut également s'appliquer à un cas o, comme montré sur la figure 7, il est prévu une électrode commune 105-3 disposée dans la direction de l'ori- fice du circuit d'écoulement de liquide Dans cette forme de réalisation, la référence numérique 105-4 désigne une électrode sélective. Dans la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention, une ou plusieurs couches supérieures, dé- crites en regard de la figure 1, sont formées sur une plaque de base sur laquelle des éléments de conversion électrother- mique, présentant les caractéristiques de construction tel- les qu'indiquées précédemment, sont réalisés La tête d'en- registrement est complétée par la formation, sur la plaque de base, de trajets ou circuits 112 d'écoulement de liquide et d'orifices 113 correspondantaux parties 109 génératrices de chaleur formées par les éléments de conversion électrothermi- que 101. La figure 8 est une vue schématique en perspective éclatée montrant la structure interne d'une forme de réalisa- tion de la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention, à l'état achevé Dans cette forme de réalisation, les orifices sont prévus au-dessus de la partie génératrice de chaleur 109 La référence numérique 114 désigne des parois de trajet ou circuit d'écoulement d'encre, la référence nu- mérique 115 désigne une chambre commune à liquide, la ré- férence numérique 116 désigne une seconde chambre commune à liquide, la référence numérique 117 désigne des trous de com- munication reliant la chambre commune 117 à liquide à la se- conde chambre commune à liquide et la référence numér: ue 118 désigne une plaque supérieure de fermeture Les organes de cablage des éléments de conversion électrothermique ne sont pas représentés. La figure 9 est une vue schématique d'une autre for- me de réalisation de la tête d'enregistrement par jets de li- quide selon l'invention à l'état achevé Dans cette forme de réalisation, les orifices 113 sont formés aux extrémités ter- minales des circuits d'écoulement de liquide La référence numérique 119 désigne des orifices d'alimentation en encre. Dans la tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention ayant une telle construction, même dans le cas o les électrodes proches de la partie génératrice de chaleur sont formées dans des positions plus ou moins écartées des posi- tions prédéterminées, pendant la fabrication de la tête d'en- registrement, ceci affecte difficilement la circulation du courant à travers la couche résistive génératrice de chaleur et, par conséquent, les produits obtenus présentent une fai- ble irrégularité De plus, seule la largeur des électrodes à proximité de la partie génératrice de chaleur est accrue et, par conséquent, tout pontage entre les autres parties d'électrodes apparaît difficilement et il est donc possible d'accroître le rendement de fabrication de la tête d'enre- gistrement En outre, on obtient une tête d'enregistrement par jets de liquide ayant une excellente longévité lors d'une utilisation fréqueument répétée ou d'une utilisation continue et prolongée, et capable de conserver les bonnes caracté- ristiques initiales de formation de gouttelettes de liquide, de façon stable et pendant une longue durée. La tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention sera décrite de façon plus particulière dans l'exemple qui suit. EXEMPLE Une tranche de Si est oxydée et une pellicule de Si O,r, ayant une épaisseur de 5 -m, est formée sur la sur- face, et ceci est utilisé comme plaque de base Sur cette plaque de base, on dépose une couche résistive de&Ff B 2 génératrice de chaleur jusqu'à ce qu'elle atteigne une épaisseur de 30 Chn par pulvérisation, puis une couche de Ti et une cou- che d'Al en tant que couche à électrodes, sont déposées à des épaisseurs de 5 nm et 1000 nm -, respectivement, par dé- position d'électrons Puis, à l'aide du masque présentant le dessin montré sur la figure 10, la couche à électrodes et la couche résistive génératrice de chaleur sont gravées par photolithographie de manière que la largeur Wl d'électrodes montrée sur la figure 6 soit de 80,A/m, et que la largeur W 2 soit de 100/m et que la dimension 1 soit de 50 p m Ensuite, pour former une partie génératrice de chaleur de 80 ?Nm x 400/p à l'aide du masque dont le dessin est montré sur la figure 11, on procède à une gravure sélective de la couche à élec- trodes, de nouveau par photolithographie, de façon à former un élément de conversion électrothermique Lorsque l'élément de conversion électrothermique est ainsi formé, il existe une marge de + 10//m dans le dessin des électrodes, dans la par- tie en contact avec la partie génératrice de chaleur et, par conséquent, même dans le cas o un défaut de cadrage plus ou moins important des dessins se produit dans le second pro- cessus photolithographique, l'irrégularité détectée dans la valeur de la résistance entre les couches résistives, géné- ratrices de chaleur, est faible ou nulle De plus, l'appari- tion de court-circuit et de pontage entre les électrodes peut être supprimée sensiblement dans une certaine mesure, comme dans l'art antérieur. Ensuite, une souche de Si O 2 est appliquée par pul- vérisation jusqu'à une épaisseur de 2,8//m, la pulvérisa- tion s'effectuant à une vitesse élevée, puis un produit du type "PIQ" (marque commerciale), de la firme Hitachi Kasei Co. Ltd, est appliqué sur la couche précédente, à l'aide d'un élément rotatif, et seule la portion supérieure de la partie génératrice de chaleur est éliminée par la substance d'at- taque PIT, après quci elle es d' e et Durcie En outre, une couche de Ta est appliquée par pulvérisation jusqu'à une épaisseur de 0,5/rm, et une plaque de base pour tête d'enre- gistrement par jets de liquide, dans laquelle l'élément de conversion électrothermique est recouvert d'une couche de protection, est préparée. Ensuite, une pellicule sèche de résine photosensi- ble, ayant une épaisseur de 50 pm, est appliquée sur la pla- que de base, et on procède à une exposition et à un dévelop- pement au moyen d'un masque ayant un dessin prédéterminé, afin de former des circuits d'écoulement de liquide et une chambre d'alimentation en liquide, puis une plaque supérieu- re de fermeture, en verre, est appliquée sur l'ensemble, avec interposition d'un adhésif époxydique, afin que l'on obtien- ne une tête d'enregistrement par jets de liquide telle que celle représentée sur la vue schématique de la figure 9. Lorsqu'on procède à un essai d'enregistrement sur vingt têtes d'enregistrement par jets de liquide fabriquées de cette manière, l'irrégularité de décharge d'encre obser- vée entre les différentes têtes d'enregistrement est fai- ble ou inexistante. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à la tête d'enregistrement ici repré- sentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tête d'enregistrement par jets de liquide com- portant une partie de décharge de liquide présentant un ori- fice ( 113) destiné à décharger un liquide et à projeter des gouttelettes de liquide, et un circuit ( 112) d'écoulement de liquide communiquant avec l'orifice et réalisé partielle- ment de façon à comporter une partie ( 109) à action thermi- que dans laquelle l'énergie thermique, destinée à produire lesdites gouttelettes de liquide, agit sur le liquide, et un élément ( 101) de conversion électrothermique connecté élec- triquement à une couche résistive génératrice de chaleur ( 104), appliquée sur une plaque de base ( 102), l'élément de conversion électrothermique comportant au moins deux élec- trodes opposées ( 105-1, 105-2) ou ( 105-3, 105-4) entre les- quelles est formée une partie génératrice de chaleur, carac- térisée en ce que la largeur (W 2) d'au moins la partie des électrodes en contact avec ladite partie génératrice de cha- leur est supérieure à la largeur (Wl) de la couche résistive génératrice de chaleur qui leur correspond. 2 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice est situé à l'extrémité terminale du circuit d'écoulement de liquide. 3 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice est situé sur le côté opposé à la partie génératrice de chaleur. 4 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une couche ( 106) de protection est appliquée sur l'élément de conversion électrothermique. Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs circuits d'écoulement de liquide sont prévus. 6 Tête d'enregistrement par jets de liquide présentant un orifice ( 113) destiné à projeter des goutte- lettes de liquide et un élément ( 101) de conversion élec- trothermique qui comporte deux électrodes ( 105-1,105-2) ou ( 105-3,105-4) opposées l'une à l'autre, à un intervalle souhaité, et reliées à une couche résistive, génératrice de chaleur ( 104), destinée à produire de l'énergie pour décharger les gouttelettes de liquide, ledit intervalle déterminant une partie ( 109) génératrice de chaleur, la tête étant carac- térisée en ce que la largeur (W 2) des électrodes, dans la partie de connexion située entre lesdites électrodes et la couche résistive, génératrice de chaleur, est supérieure à la largeur (Wl) de cette couche résistive, génératrice de chaleur, dans au moins la partie qui est en contact avec la partie génératrice de chaleur. 7 Tête d'enregistrement selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'orifice est situé sur le côté opposé à la partie génératrice de chaleur. 8 Tête d'enregistrement selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une couche ( 106) de protection est appliquée sur l'élément de conversion électrothermique. 9 Tête d'enregistrement selon la revendication 6, caractérisée en ce que plusieurs orifices sont prévus. Tête d'enregistrement selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit orifice est réalisé à peu près perpendiculairement à la surface de la partie généra- trice de chaleur.