Brevet FR2544662A1 — publié le 19841026

L'invention concerne une tête d'enregistrement du type à jets de liquide destinée à effectuer un enre- gistrement en produisant des jets de liquide pour former des gouttelettes projetées - Un grand intérêt est porté au procédé d'enregis- trement du type à jets d'encre (procédé d'enregistrement du type à jets de liquide) en raison de ses nombreux avantages tels que des bruits très faibles, négligeables produits pendant l'enregistrement, la possibilité d'effec- tuer un enregistrement à des vitesses plus élevées et l'absence d'opération particulière nécessaire pour fixer l'enregistrement sur du papier dit ordinaire. La demande de brevet japonais n' 51837/1979 et la demande de brevet de la R F A N O 2843064 décrivent un procédé d'enregistrement du type à jets de liquide. Ce procédé peut être distingué des autres procédés d'enre- gistrement du type à jets de liquide par le fait que l'on fait agir de l'énergie thermique sur un liquide pour fournir une force motrice provoquant la décharge de gout- telettes de liquide. Le procédé d'enregistrement décrit ci-dessus est caractérisé par le fait que, sous l'influence de l'énergie thermique, le liquide augmente brusquement de volume puis est déchargé par des orifices situés à l'extrémité d'une tête d'enregistrement de façon à former des gouttelettes qui sont projetées par suite du volume accru du liquide, ces gouttelettes adhérant ensuite à un support d'enregis- trement. Le procédé d'enregistrement du type à jets de liquide décrit dans la demande N O 2843064 précitée a pour avantage particulier de produire des images de haute qualité et de haute résolution, à une vitesse élevée, car ce procédé peut être appliqué de façon très efficace à un enregistrement dit du type à la demande et il peut être aisément mis en oeuvre dans une tête d'enregistrement à orifices multiples à haute densité, du type à ligne complète. Une partie de tête d'enregistrement d'un appa- reil d'enregistrement appliquant le procédé décrit ci- dessus comprend une section de décharge de liquide présen- tant des orifices destinés à décharger le liquide et des canaux à liquide cammuniquant chacun avec un orifice corres- pondant et dans un tronçon desquels de l'énergie thermique agit sur le liquide pour décharger des gouttelettes. L'appareil comprend également un élément de conversion électrothermique destiné à produire l'énergie thermique. L'élément de conversion électrothermique comprend deux électrodes et une couche résistive de génération de chaleur présentant une zone de génération de chaleur comprise entre ces électrodes En général, les électrodes et la couche résistive génératrice de chaleur sont recouvertes d'une couche de protection et placées sur une plaque de base isolante Une structure typique d'une telle tête d'enregistrement est représen- tée en coupe partielle sur la figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après. Comme montré sur la figure 2 des dessins annexés, un élément 101 de conversion électrothermique présente une structure stratifiée comprenant un substrat 102 réalisé en silicium, en verre, en céramique ou autre, une couche inférieure 103 appliquée sur le substrat 102 et constituée de Si O 2 ou autre, une couche résistive 104 génératrice de chaleur placée sur la couche infé- rieure 103 pour produire de l'énergie thermique et qui est constituée d'aluminium ou autre, une couche 105 à électrodes placée sur la couche résistive 104 de généra- tion de chaleur et destinée à faire circuler des courants conformément à une information, cette couche 105 étant constituée de Si O 2 ou autre, une première couche supé- rieure 106 destinée à protéger la couche résistive 104- et la couche 105 à électrodes, une deuxième couche supé- rieure 107 assistant la première couche supérieure 106 et réalisée en polyimide ou autre, et une troisième couche supérieure 108 en Ta ou autre, destinée à accroître la résistance mécanique de la structure Bien que la structure représentée comporte trois couches supérieures, elle n'est pas limitée à ce nombre de couches et elle peut être constituée d'une ou deux couches supérieures, ou bien de quatre couches supérieures ou plus, pour pro- téger les autres couches Si les matières constituant la couche résistive 104 de génération de chaleur et la cou- che 105 d'électrodes sont suffisamment résistantes à l'encre et présentent une résistance mécanique suffisante, la couche supérieure n'est pas indispensable. Vues de dessus, les couches supérieures étant retirées, l'élément de conversion d'énergie électrother- mique présente un profil plan, montré sur la figure 1, qui comprend plusieurs unités de conversion disposées parallèlement sur la couche inférieure 201, chaque unité de conversion comprenant une-partie génératrice de chaleur 202, une électrode recourbée 203 reliée à une extrémité de la partie génératrice de chaleur 202, et une électrode droite 204 reliée à l'autre extrémité de la partie géné- ratrice de chaleur 202. La partie génératrice de chaleur 202, l'élec- trode recourbée 203 et l'électrode droite 204 sont géné- ralement formées par le procédé suivant La couche infé- rieure 103 est d'abord formée sur le substrat 102 La couche résistive 104, génératrice de chaleur, en Hf B 2 ou autre, est ensuite formée sur la couche inférieure 103 par la mise en oeuvre de tous moyens convenables, par exemple par dépôt de vapeur, pulvérisation ou autre. La couche 105 à électrode, constituée d'aluminium ou autre, est ensuite formée sur la couche résistive 104 d'une manière similaire Puis la couche 105 à électrode et la couche 104 à résistance thermique sont partielle- ment retirées par le procédé dit de photogravure, utilisant un masque photoélectrique qui présente un dessin tel que celui montré sur la figure 3 Enfin, par un procédé de photogravure similaire, utilisant un masque photographique d'un dessin tel que celui montré sur la figure 4, la couche 105 à électrode est soumise à une élimination partielle de façon à former, dans les posi- tions souhaitées, les électrodes et les parties généra- trices de chaleur souhaitées. Le rôle de la partie génératrice de chaleur 202 est de convertir de l'énergie électrique en énergie ther- mique afin que la chaleur résultante provoque une évapora- tion du liquide se trouvant dans le canal à liquide, à travers les couches supérieures 106 et 108 L'évaporation du liquide fait varier le volume de ce dernier, fournis- sant ainsi de l'énergie pour décharger le liquide d'enre- gistrement de la tête d'enregistrement du type à jets de liquide Par conséquent, les dimensions de la partie génératrice de chaleur 202 ne peuvent être réduites Pour améliorer la qualité des lettres imprimées, la teinte des éléments d'image peut être obtenue par variation de la dimension des gouttelettes de liquide Lorsque l'on augmente la dimension de la partie génératrice de chaleur, la plage de variation des dimensions des gouttelettes dé liquide peut être élargie de façon correspondante. Par ailleurs, il est également important d'amé- liorer la qualité des images enregistrées en augmentant la densité de l'enregistrement pour élever le pouvoir de résolution A cet effet, la tête d'enregistrement doit être une tête multiple complète à haute densité Cependant, la partie génératrice de chaleur des têtes classiques d'enregistrement ont une largeur Wl égale à la largeur W 2 de l'électrode recourbée, de sorte que la tête d'enre- gistrement ne peut être réalisée de façon compacte, avec une densité élevée, sans diminution de la dimension de la partie génératrice de chaleur. L'invention a donc pour objet une tête d'enre- gistrement du type à jets de liquide présentant des orifices multiples, à haute densité, permettant l'obten- tion d'images enregistrées de haute qualité. L'invention a également pour objet une tête d'enregistrement du type à jets de liquide présentant des orifices multiples disposés à une haute densité, alors que le maintien de la dimension de la partie génératrice de chaleur est assuré. L'invention a pour autre objet une tête d'enre- gistrement du type à jets de liquide qui comporte une partie de décharge de liquide présentant un orifice des- tiné à décharger le liquide pour projeter des goutte- lettes, et un canal d'écoulement de liquide comportant une partie agissant par la chaleur, dans laquelle de l'énergie thermique agit sur le liquide pour former les gouttelettes, au moins deux électrodes opposées connectées électriquement à une couche de résistance thermique sur un substrat, et un élément de conversion d'énergie électro- thermique dont la partie génératrice de chaleur est placée entre les électrodes, au moins l'une de ces électrodes étant recourbée et la tête d'enregistrement étant caracté- risée en ce qu'au moins une partie de l'électrode recour- bée, adjacente à la partie génératrice de chaleur, pré- sente une largeur inférieure à celle de ladite 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 vue en plan de la plaque de base d'une tête d'enregistrement du type à jets de liquide de l'art antérieur; la figure 2 est une coupe suivant la ligne X-Y de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des vues en plan montrant des masques photoélectriques différents utilisés respectivement pour former les électrodes et les parties génératrices de chaleur; les figures 5 à 7 sont des vues en plan montrant différentes unités de conversion d'énergie électrothermique, dans la position de la partie génératrice de chaleur, réalisées conformément au principe de l'inven- tion; et les figures 8 et 9 sont des vues schématiques partielles en perspective montrant des formes de réalisa- tion de la tête d'enregistrement du type à jets de liquide selon l'invention. L'invention sera à présente décrite plus en détail en référence aux figures 5 à 7 Comme montré tout d'abord sur la figure 5, chacune des unités de conversion électrothermique comprend une couche inférieure 201, une partie génératrice de chaleur 202 et des électrodes 203 et 204 Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 5, l'une des électrodes 203 (électrode recourbée) présente une largeur W 2 inférieure à la largeur Wl de la partie génératrice de chaleur 202 Par conséquent, l'élé- ment de conversion d'énergie électrothermique selon l'invention peut être réalisée de façon compacte, à une dimension correspondant à (Wl W 2) par pas, en comparai- son aux éléments de conversion électrothermique de l'art antérieur Cependant, la largeur de l'électrode recourbée doit être déterminée de façon qu'aucune détérioration de cette électrode ne se produise et que l'électrode recour- bée conserve sa longévité lors d'utilisations répétées. Dans l'art antérieur, la largeur Wl de la par- tie génératrice de chaleur était de l'ordre de 20 gym à gym, de sorte que l'on ne pouvait produire de façon compacte qu'une tête d'enregistrement de l'ordre de 8 à 12 éléments d'images Dans la forme de réalisation de l'invention décrite ci-dessus, la largeur;% 72 de l'électrode recourbée peut être comprise entre 5 gm et gym, de sorte que l'on peut produire de façon compacte une tête d'enregistrement de l'ordre de 16 à 32 éléments d'images. Les figures 6 et 7 représentent d'autres formes de réalisation de l'invention comportant des électrodes recourbées qui ne sont pas de largeur uniforme La partie génératrice de chaleur de chacune de ces formes de réalisation est de largeur augmentée, tandis que la partie de l'électrode recourbée respective 203, adjacente à la partie génératrice de chaleur élargie, présente une largeur qui est diminuée de façon correspondante La lar- geur de la partie restante de l'électrode recourbée 203 peut être égale à celle de l'autre éi Hctrode 204, comme indiqué en W 3 sur les figures 6 et 7 En variante, la largeur de l'une ou l'autre des électrodes peut être réduite pourvu que sa longévité soit maintenue La rela- tion entre la partie génératrice de chaleur 202 et les électrodes 203, 204 peut être représentée par Wl k W 3 > W 2 o les deux électrodes ont la même largeur W 3. Dans la forme de réalisation de la figure 6, la partie génératrice de chaleur 202 est étendue sur son bord latéral intérieur, tandis que le bord latéral inté- rieur de l'électrode recourbée 203, adjacent à cette partie génératrice de chaleur 202, présente une largeur qui est réduite de façon correspondante Dans la forme de réalisation de la figure 7, la partie génératrice de cha- leur 202 est élargie à ses bords latéraux opposés, tandis que la partie de l'électrode recourbée, adjacente à la partie génératrice de chaleur, est réduite en largeur de façon correspondante à ses bords latéraux opposés. Les deux formes de réalisation montrées sur les figures 6 et 7 présentent des avantages analogues à ceux de la forme de réalisation de la figure 5, car leur longévité peut être maintenue au cours d'utilisations répétées. Conformément à l'invention, la tête d'enregis- trement du type à jets de liquide comprend un élément de conversion d'énergie électrothermique présentant les caractéristiques indiquées cidessus, formé sur le substrat et recouvert d'une ou plusieurs couches supé- rieures comme décrit en regard de la figure 1 L'élément de conversion d'énergie électrothermique est ensuite achevé par la réalisation d'un canal 205 à liquide et d'un orifice 206 qui correspondent à la partie génératrice de chaleur 109 de chacune des unités de conversion élec- trothermique 101 portées par le substrat. La figure 8 montre les détails internes de l'une des têtes d'enregistrement du type à jets de liquide réalisées conformément à l'invention et comme décrit précédemment Cette tête d'enregistrement présente un orifice 206 situé au-dessus de chacune des parties génératrices de chaleur 202 La tête d'enregistrement comporte en outre des parois 207 définissant les canaux à encre respectifs, une première chambre commune 208 à liquide, une seconde chambre commune 209 à liquide, un trou 210 faisant communiquer entre elles les chambres communes 208 et 209, et une plaque supérieure 211 Sur la figure 8, le câblage des unités de conversion électro- thermique est supprimé pour plus de clarté. La figure 9 représente une autre forme de réali- sation de la tête d'enregistrement du type à jets de liquide selon l'invention, dans laquelle un orifice 206 est formé à l'extrémité de chacun des canaux à liquide. L'encre alimente la tête d'enregistrement par des ouver- tures 212. Un exemple de tête d'enregistrement du type à jets de liquide selon l'invention sera décrit plus en détail ci-après. Exemple Une tête d'enregistrement du type à jets de liquide, dans laquelle des unités de conversion d'énergie électrothermique telles que montrées sur la figure 5 sont disposées de façon compacte, à une densité élevée, comprend un substrat obtenu par formation d'une pellicule de Si O 2, à une épaisseur de 5 gm, sur une tranche de Si, sous oxydation thermique On forme sur ce substrat une couche de résistance thermique de Hf B 2 à une épaisseur de 300 nm, par pulvérisation Ensuite, on dépose en continu des couches de Ti et d'Al sur la couche de résistance thermique, à des épaisseurs respectives de nm et 100 nm, par un procédé de dépôt de vapeur par faisceau électronique. Un motif ayant une densité de répétition de 16 unités/mm est formé par photolithographie de-manière que la partie génératrice de chaleur présente une largeur Wl de 30 gm et que l'électrode recourbée ait une largeur W 2 de 10 Nm Ensuite, la couche à électrodes portée par la partie génératrice de chaleur est gravée chimiquement de façon à former une unité de conversion d'énergie électrothermique telle que celle montrée sur la figure 5. Ensuite, une couche projetée de Si O 2 est déposée sur les unités de conversion électrothermique, à une épaisseur de 2,8 Dm, par projection à débit élevé. Une couche convenable quelconque de protection est formée sur la couche projetée par application d'un produit du type "PIQ" (marque commerciale) disponible auprès de la firme Hitachi Kasei, à l'aide d'un élément rotatif La couche de protection est retirée de la partie génératrice de chaleur par un produit attaquant le "PIQ" et elle est cuite pour solidification Une autre couche de Ta est en outre déposée par projection sur la couche de protection, à une épaisseur de 0,5 gm, afin d'achever un élément de conver- sion d'énergie électrothermique simple portant plusieurs unités de conversion électrothermique disposées de façon compacte. Ensuite, cet élément de conversion électrother- mique est recouvert d'une pellicule sèche de résine photosensible ayant une épaisseur de 50 Am L'ensemble est ensuite soumis à une exposition et un développement suivant le motif souhaité et des canaux d'écoulement de liquide et des chambres d'alimentation en liquide sont réalisés Enfin, une plaque supérieure en verre est collée de façon à fermer les canaux à liquide et les chambres d'alimentation, le collage étant réalisé au moyen d'un adhésif du type époxy On obtient ainsi une tête d'enre- gistrement du type à jets de liquide telle que montrée sur la figure 9. Conformément à l'invention, la tête d'enregis- trement du type à jets de liquide permet d'obtenir une densité d'enregistrement sensiblement égale au double de celle des têtes de l'art antérieur et elle améliore très notablement la qualité des images produites. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportée S à la tête décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tête d'enregistrement du type-à jets de liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte une section de décharge de liquide présentant un orifice ( 206) destiné à décharger le liquide pour projeter des gouttelettes et un canal ( 205) d'écoulement de liquide faisant partie d'une partie agissant par la chaleur et dans laquelle de l'énergie thermique agit sur le liquide pour-former les- dites gouttelettes, au moins deux électrodes opposées ( 203, 204) connectées électriquement à une couche résis- tive génératrice de chaleur portée par un substrat, et un élément de conversion électrothermique comportant une partie ( 202) génératrice de chaleur disposée entre les électrodes, au moins l'une des électrodes étant une électrode recourbée ( 203) dont au moins une partie, adjacente à la partie génératrice de chaleur, présente une largeur (W 2) inférieure à la largeur (Wl) de la par- tie génératrice de chaleur. 2 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice est placé en face de la partie génératrice de chaleur. 3 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs orifices sont associés à plusieurs éléments de conversion d'énergie électrother- mique. 4 Tête d'enregistrement-selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat présente une ouver- ture ( 210) par laquelle la section de décharge de liquide est alimentée en liquide. 5 Tête d'enregistrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal d'écoulement de liquide est effilé vers l'orifice.