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Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und diesen
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Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf enthaltendes Aufzeichnungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und
ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem unter Einschluß dieses Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes.
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Unter den verschiedenen, bisher bekannten Aufzeichnungssystemen ist
ein als "Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem" bezeichnetes, stoßfreies System insofern
ausgezeichnet, als es eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit auf einem gewöhnlichen
Papierbogen ermöglicht, ohne daß ein wesentliches Geräusch auftritt und irgendeine
besondere Fixierbehandlung nötig ist.
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Bei dieser Art Aufzeichnungssystem wurden verschiedene Vorschläge
und Verbesserungen gemacht. Einige dieser Vorschläge und Verbesserungen wurden bereits
praktisch ausgeführt, während
andere noch im Stadium der Entwicklung
zur praktischen Anwendung sind.
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Das Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem benutzt eine Aufzeichnungsflüssigkeit,
die im allgemeinen als "Tintenflüssigkeit" bezeichnet wird. Es werden Tröpfchen
der Aufzeichnungsflüssigkeit gebildet, die durch verschiedene Verfahren zum Aufzeichnungskörper,
z.B. zu einem Papierbogen fliegen, so daß sie auf dem Aufzeichnungskörper abgeschieden
werden und dadurch die gewünschte Information aufzeichnen.
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Die Anmelderin hat auch ein neues Aufzeichnungssystem des Tintenstrahltyps
vorgeschlagen, das in der DE-OS 28 43 064 beschrieben ist. Diese neue Methode beruht
auf dem folgenden Prinzip.
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Thermische Impulse werden als Informationssignale an eine in einer
Kammer enthaltene Aufzeichnungsflüssigkeit geliefert. Infolge der Zufuhr der thermischen
Impulse erzeugt die Tinte Dampfblasen, die ihrerseits bewirken, daß die Tinte einer
Kontraktion unterworfen wird und unter Druck gesetzt wird, so daß sie aus der Kammer
abgegeben wird. Die so abgegebene Aufzeichnungsflüssigkeit fliegt in Form von Tröpfchen
gegen den Aufzeichnungskörper und wird auf diesem abgeschieden, um so die eingegebene
Information aufzuzeichnen.
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Dieses System läßt sich leicht an eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung
und an eine Farbaufzeichnung anpassen, weil die Schaffung einer hochdichten Gruppenanordnung
möglich ist. Da ferner dieses Prinzip durch eine einfachere Anordnung als bisher
realisiert werden kann, kann der Aufzeichnungskopf insgesamt kompakter hergestellt
werden, und er läßt sich leicht in Massen produzieren. Es ist auch zu bemerken,
daß der Aufzeichnungskopf
durch die wirksame Anwendung der IS- und Mikroprozessor-Technologien,
die bemerkenswerte Fortschritte gemacht haben, eine geeignet große Länge haben kann.
Aus diesen Gründen erfreut sich dieses neue Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
einer breiten Anwendung.
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Dieses Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem hat hauptsächlich einen
Aufzeichnungskopf, der ein Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement als Mittel zur
Auspressung der Tinte und Bildung der Flüssigkeitströpfchen enthält.
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Um eine hochwirksame Einbringung der Wärmeenergie in die Flüssigkeit
sowie ein gutes Ansprechverhalten der Flüssigkeit in Bezug auf die Ein/Aus-Regelung
der Wärme zu erreichen, ist das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement vorzugsweise
in einer mit der Abgabeöffnung in Verbindung stehenden Heizzone vorgesehen, so daß
das Umwandlungselement die Flüssigkeit direkt berührt.
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Das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement besteht im wesentlichen
aus einem wärmeerzeugenden Widerstandselement, das bei Versorgung mit elektrischer
Energie Wärme erzeugt, und einem Elektrodenpaar, durch das die elektrische Energie
dem Widerstandselement zugeführt wird.
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Dieser direkte Kontakt zwischen dem Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement
und der Aufzeichnungsflüssigkeit bringt jedoch die folgenden Nachteile mit sich.
Der direkte Kontakt zwischen dem Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement und der Flüssigkeit
kann je nach dem spezifischen Widerstand der Flüssigkeit ein Abfließen des
elektrischen
Stroms durch die Aufzeichnungsflüssigkeit verursachen.
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Der in der Flüssigkeit fließende elektrische Strom kann eine Elektrolyse
der Flüssigkeit verursachen. Es besteht auch die Gefahr einer Reaktion zwischen
dem wärmeerzeugenden Widerstandselement und der Flüssigkeit, wenn das Element durch
die ihm zugeführte elektrische Energie aktiviert wird. Eine solche Reaktion kann
zu einer Korrosion des wärmeerzeugenden Elements führen, was eine Änderung des spezifischen
Widerstands und/oder eine Zerstörung des-wärmeerzeugenden Elements zur Folge hat.
Es ist auch möglich, daß die Oberfläche des wärmeerzeugenden Elements mechanisch
korrodiert wird oder das Element durch einen mechanischen Schlag reißt oder bricht,
der entsteht, wenn die infolge der Einwirkung der elektrischen Energie erzeugten
Dampfblasen zusammenbrechen, um zu verschwinden.
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Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen, auf der
Oberfläche des wärmeerzeugenden Elements, das aus einem bezüglich der für einen
wärmeerzeugenden Widerstand erforderlichen Eigenschaften ausgezeichneten anorganischen
Material besteht, z.B. einer Legierung, wie NiCr, oder Metallboriden, wie ZrB2 und
HfB2, eine Schutzschicht aus einem Material bilden, die gegenüber Säure, wie Si02,
eine hohe Beständigkeit aufweist. Diese Schutzschicht soll das wärmeerzeugende Element
vor der direkten Berührung mit der Aufzeichnungsflüssigkeit bewahren, um so die
Zuverlässigkeit und Haltbarkeit bei Dauerbenutzung zu verbessern und so den oben
beschriebenen Problemen entgegenzuwirken.
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Das Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem mit einem Aufzeichnungskopf,
der dieses verbesserte Elektrizi tät/Wärme-Umwandl ungselement enthält, zeigt zufriedenstellende
Anwendbarkeit bezüglich Säurebeständigkeit und Haltbarkeit, wenn eine Flüssigkeit
mit verhältnismäßig niedriger elektrischer Leitfähigkeit, z.B. eine mit Wasser oder
Alkohol als Lösungsmittel hergestellte Flüssigkeit, als gefärbte Aufzeichnungsflüssigkeit
dient. Dieses Aufzeichnungssystem hat jedoch oft versagt, eine genügende Haltbarkeit
und Beständigkeit gegenüber Langzeit-Veränderungen zu schaffen, wenn es zusammen
mit
einer Aufzeichnungsflüssigkeit eingesetzt wird, die einen hohen Gehalt an Na-Ionen
und daher eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Aus diesem Grunde war es nur
möglich, dieses Aufzeichnungssystem mit ausgewählten Aufzeichnungsflüssigkeiten
zu benutzen, und daher war es für den Einsatz bei Mehrfarben-Aufzeichnung oder natürlicher
Farbaufzeichnung nicht geeignet.
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Wie oben erwähnt, würde die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements
durch die Schaffung einer Schutzschicht auf dem wärmeerzeugenden Element verbessert
werden.
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Tatsächlich ist es jedoch sehr schwierig, bei einer Massenproduktion
eine solche Schutzschicht mit einem hohen Reproduzierbarkeitsgrad zu bilden, und
die so hergestellten Schutzschichten neigen zu Mängeln, die es der Aufzeichnungsflüssigkeit
in unerwünschter Weise gestatten, in das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement zu
dem wärmeerzeugenden Element hin einzudringen.
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Dieses Problem ist besonders ernst bei einer als "hochdichte Mehrfachöffnung"
bekannten Anordnung, bei der ein. Flüssigkeitskanal oder eine Flüssigkeitsdüse mit
einer Vielzahl von in großer Dichte angeordneten Heizabschnitten vorgesehen ist.
Eine solche Anordnung erfordert nämlich, daß zahlreiche, in ihrer Anzahl der Anzahl
der Flüssigkeitsdüsen entsprechende Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente gleichzeitig
gebildet werden. Daher verursacht irgendein auf einen Fehler der Schutzschicht zurückzuführendes
Versagen eines Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements ein ernstes Problem unter
dem Gesichtspunkt der Ausbeute des Aufzeichnungssystems sowie auch der Produktionskosten.
Ferner neigt die Schutzschicht dazu, das thermische Ansprechverhalten und das Wärmeerzeugungsvermögen
auf die eingegebenen elektrischen Signale zu verschlechtern.
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Unter diesen Umständen besteht ein wachsender Bedarf an der Entwicklung
eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystems unter Benutzung eines Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements
ohne Schutzschicht, so daß das wärmeerzeugende Element der Aufzeichnungsflüssigkeit
direkt ausgesetzt ist, wobei aber das Elektrizität/Wärme-Um-
wandlungselement gegen Wärme, Säure, mechanischen Stoß und elektrochemische Umsetzung
in hohem Maße beständig ist und ein ausgezeichnetes thermisches Ansprechvermögen
zeigt.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes und eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystems
mit einem solchen Aufzeichnungskopf, die in der Weise verbessert sind, daß sie die
oben beschriebenen, dem Stand der Technik anhaftenden Probleme überwinden.
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Es soll ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
mit einem solchen Aufzeichnungskopf geschaffen werden, wobei der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
ein wärmeerzeugendes Widerstandselement hat, das eine hohe chemische Beständigkeit
sowie einen hohen Widerstand gegenüber elektrochemischer Umsetzung, Säure, mechanischen
Stößen und Wärme zeigt und wobei die Schutzschicht auf dem wärmeerzeugenden Widerstandselement
weggelassen ist, so daß ein besseres thermisches Ansprechvermögen gewährleistet
wird.
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Weiterhin soll ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
mit einem solchen Aufzeichnungskopf geschaffen werden, wobei der Füssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
ein wärmeerzeugendes Element mit einer ausgezeichneten Kontrollierbarkeit des Widerstands
enthält.
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Schließlich soll ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und ein
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem mit einem solchen Aufzeichnungskopf geschaffen
werden, bei denen der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf ein wärmeerzeugendes
Widerstandselement hat, das ausgezeichnete Wärmesammlungs- und Wärmestrahlungseigenschaften
sowie verschiedene erwünschte Eigenschaften, wie Bindung zwischen dem Substrat und
dem Widerstandsfilm, Beständigkeit gegenüber chemischer Reaktion usw. aufweist.
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Zu diesem Zweck wird nach einer Seite der Erfindung ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
geschaffen, der wenigstens einen Flüssigkeitsausgang für die Abgabe einer Aufzeichnungsflüssigkeit
zwecks Bildung eines Tröpfchenstrahls der Aufzeichnungsflüssigkeit und wenigstens
ein Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement zur Erzeugung von Wärmeenergie und Bildung
der Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit aufweist, wobei das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement
einen wärmeerzeugenden Widerstandsfilm hat, der aus einem Halogenatome in einer
Matrix von Kohlenstoffatomen enthaltenden, amorphen Material besteht. Es wird ferner
ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem geschaffen, in das dieser Aufzeichnungskopf
eingebaut ist.
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Nach einer anderen Seite der Erfindung wird ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
geschaffen mit wenigstens einem Flüssigkeitstropfen-Ausgang für die Abgabe einer
Aufzeichnungsflüssigkeit in Form eines Strahls aus Aufzeichnungsflüssigkeitströpfchen,
wenigstens einem Flüssigkeitsdurchgang, der mit dem Ausgang in Verbindung steht
und einen Heizabschnitt hat, und wenigstens einem dem Heizabschnitt entsprechenden
Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement, das einen auf einem Substrat gebildeten,
wärmeerzeugenden Widerstandsfilm aus einem Halogenatome in einer Matrix aus Kohlenstoffatomen
enthaltenden, amorphen Material und ein an den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm
elektrisch angeschlossenes Elektrodenpaar aufweist. Es wird ferner ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
vorgesehen, in das dieser Aufzeichnungskopf eingebaut ist.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben9 Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich,
wenn man diese an Hand der beiliegenden Zeichnung liest.
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Fig. 1 ist eine Teilansicht eines Aufzeichnungskopfes nach einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie
II-II der Figur 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III der Figur 2; die
Figuren 4 und 5 sind Teilschnitte unterschiedlicher Beispiele einer Anordnung der
Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente in dem Aufzeichnungskopf der Erfindung; Fig.
6 ist eine schematische Erläuterung eines Abscheidungssystems; die Fig. 7 und 8
sind teilweise im Schnitt gezeigte, perspektivische Teildarstellungen des Aufzeichnungskopfes
gemäß der vorliegenden Erfindung; die Fig. 9 bis 12 sind Teilschnitte verschiedener
Beispiele der erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes; die Fig. 13, 15 und 17 sind
perspektivische Ansichten verschiedener Beispiele der Anordnung von Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen
in dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf; die Fig. 14, 16 und 18 sind Schnittansichten
der Beispiele der in den Figuren 13, 15 und 17 gezeigten Anordnungen; Fig. 19 ist
eine perspektivische Ansicht einer Deckelplatte des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes;
die Fig. 20, 21 und 22 sind perspektivische Ansichten verschiedener Beispiele des
erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes; Fig. 23 ist eine perspektivische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungssystems; die Fig. 24 bis 29 sind
graphische Darstellungen, die die Verteilung des Gehalts der Halogenatome und/oder
der die elektrische Leitfähigkeit steuernden Substanz in einem wärmeerzeugenden
Widerstandsfilm zeigen; und
Fig 30 ist eine perspektivische Ansicht
eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungssystems mit teilweise entfernter Wandung.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung vollständig beschrieben.
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Bezugnehmend auf die Figuren 1 und 2 wird ein wärmeerzeugender Widerstandsfilm
14 als Bestandteil eines Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements von einem Substrat
12 getragen. Auf dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm 14 ist ein Elektrodenpaar
16,17 vorgesehen. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind mehrere Moduln jeweils aus
dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm 14 und den auf der Schicht 14 vorgesehenen
Elektroden 16,17 nebeneinander angeordnet, so daß eine Vielzahl von wirksamen Wärmeerzeugungszonen
18, 18', 18" geschaffen wird.
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die mit regelmäßigen Zwischenräumen angeordnet sind. In der beschriebenen
Ausführungsform sind die Elektroden 16 der Moduln an eine gemeinsame Leitung angeschlossen,
so daß sie eine gemeinsame Elektrode bilden. Die Anordnung ist derart, daß die Wärmeerzeugungszonen
18, 18', 18" unabhängig durch die Elektroden 16,17 mit elektrischen Signalen versorgt
werden, so daß diese Zonen in einer kontrollierten Weise Wärme erzeugen. Aus Figur
2 und 3 ist ersichtlich, daß eine Deckelplatte 20 mit den den Wärmeerzeugungszonen
18, 18', 18" gegenüberliegenden Kanälen 22, 22', 22" an dem Gesamtkörper angebracht
ist, der durch das Substrat 12, den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm 14 und die
Elektroden 16,17 gebildet ist. Die Kanäle erstrecken sich in Richtung der Linie
II-II in Figur 1, wie es in Figur 3 deutlich gezeigt ist, die ein Schnitt nach der
Linie III-III der Figur 2 ist. Diese Kanäle schaffen Flüssigkeitsdurchgänge, die
die Räume zur Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit sind. Jeder dieser Flüssigkeitsdurchgänge
hat einen Heizabschnitt 24, der Wärme an die Aufzeichnungsflüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchgang
abgibt.
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Jeder Flüssigkeitsdurchgang ist an dem linken Ende offen, wie in
Figur 2 bei 26 gezeigt ist. Das offene Ende 26 bildet daher einen Ausgang für die
Aufzeichnungsflüssigkeit. Das andere Ende jedes Flüssigkeitsdurchgangs, d.h. in
Figur 2 das rechte Ende, steht mit
der Quelle der Aufzeichnungsflüssigkeit
in Verbindung. Die Anordnung ist derart, daß bei der auf ein zugeführtes Aufzeichnungssignal
ansprechenden Wärmeerzeugung durch die mit einem der Flüssigkeitsdurchgänge verbundene
Wärmeerzeugungszone die Aufzeichnungsflüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchgang unter
Bildung von Dampfblasen verdampft wird, um so den Druck der Aufzeichnungsflüssigkeit
zu erhöhen und die an dem Ausgang 26 stehende Flüssigkeit von dem Ausgang abzugeben,
wie es in Figur 2 durch den Pfeil X angegeben ist. Wie aus der vorhergehenden Erläuterung
verständlich ist, fehlt bei Figur 1 die Darstellung der Deckelplatte.
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Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise besteht das Substrat
12 aus einem Werkstoff mit einer hohen Haltbarkeit gegenüber der Wärme, die während
der Bildung des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms 14 auf dem Substrat auf dieses
übertragen wird, sowie auch gegenüber Wärme, die während des Betriebs durch die
Schicht 14 erzeugt wird. Das Material des Substrats 12 hat vorzugsweise auch einen
höheren spezifischen elektrischen Widerstand als der auf diesem gebildete wärmeerzeugende
Widerstandsfilm 14. Dies ist jedoch nicht wesentlich, und der spezifische Widerstand
des Substrats 12 kann kleiner sein als der des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
14, vorausgesetzt, daß zwischen dem Substrat 12 und dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm
14 eine Isolierschicht angeordnet ist. Das Material des Substrats 12 kann eine hohe
oder eine niedrige Wärmeleitfähigkeit haben, je nach den Bedingungen, unter denen
der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf angewandt wird.
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Typische Beispiele von Substanzen, die bei der Erfindung als Material
des Substrats 12 brauchbar sind, sind anorganische Materialien, wie Gläser, Keramiken,
Silizium und Metalle, sowie organische Materialien, wie Polyamidharze und Polyimidharze.
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Der wärmeerzeugende Widerstandsfilm 14 besteht aus einem amorphen
Material, das Halogenatome in einer Matrix aus Kohlenstoffatomen enthält. Als Halogenatome
sind F-, Cl-, Br- und J-Atome usw.
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alleine oder in Form eines Gemisches geeignet. Unter diesen Halogenen
werden F und Cl bevorzugt; unter diesen wird F am meisten bevorzugt.
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Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 14 mit einer Matrix aus Kohlenstoffatomen
kann außer den Halogenatomen eine die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende
Substanz enthalten. Die die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende Substanz kann
eine sogenannte Verunreinigung auf dem Gebiet der Halbleiter sein, z.B. eine Verunreinigung
des p-Typs, die p-Leitfähigkeit verleiht, oder eine Verunreinigung des n-Typs, die
n-Leitfähigkeit verleiht. Beispiele für Verunreinigungen des p-Typs sind Elemente
der Gruppe III des Periodischen Systems, wie B, Al, Ga, In, Tl usw., unter denen
B und Ga besonders bevorzugt sind, während Beispiele für Verunreinigungen des n-Typs
Elemente der Gruppe V des Periodischen Systems sind, wie z.B. P, As, Sb und Bi,
unter denen P und As am bevorzugtesten sind. Diese Elemente können alleine oder
in Kombination miteinander eingesetzt werden.
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Der Gehalt der Halogenatome in dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm
14 liegt vorzugsweoie in dem Bereich von 0,0001 und 30 Atom-%, bevorzugter zwischen
0,0005 und 20 Atom-% und in den am meisten bevorzugten Fällen zwischen 0,001 und
10 Atom-%, wenngleich dieser Gehalt wunschgemäß so ausgewählt werden kann, daß man
die den gewünschten Anforderungen entsprechenden Eigenschaften erreicht.
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Der Gehalt der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz
in dem wärmeerzeugenden Widersdandsfilm 14 liegt vorzugsweise - wenn die Substanz
vorliegt - zwischen 0,01 und 50000 Atom-ppm, bevorzugter zwischen 0,5 und 10000
Atom-ppm und in den am meisten bevorzugten Fällen zwischen 1 und 5000 Atom-ppm,
wenngleich dieser Gehalt wunschgemäß entsprechend den geforderten Eigenschaften
bestimmt werden kann. Die oben erwähnten Bereiche des Halogenatom-Gehalts sind auch
in dem Fall gültig, in dem der wärmeerzeugende Widerstandsfilm zusätzlich zu den
Halogenatomen die die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende Substanz enthält.
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Die Halogenatome und/oder die die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende
Substanz können in Richtung der Dicke des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms 14 eine
ungleichmäßige Verteilung haben. Insbesondere kann die Verteilung der Halogenatome
und/oder der die elektrische Leitfähigkeit steuernden Substanz in Richtung der Dicke
einen solchen Gradienten bilden, daß der Gehalt zur Oberseite des Films 14 hin oder
umgekehrt zur Unterseite des Films 14 hin, d.h. zu der dem Substrat 12 anliegenden
Seite hin zunimmt. Ferner kann die Verteilung derart sein, daß der Gehalt längs
der Dicke des Films 14 einen Maximalwert oder einen Minimalwert aufweist. Demgemäß
kann die Verteilung des Gehalts der Halogenatome und/oder der die elektrische Leitfähigkeit
kontrollierenden Substanz in Richtung der Dicke des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
14 in geeigneter Weise ausgewählt werden, so daß die gewünschten Eigenschaften geschaffen
werden.
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Die Figuren 24 bis 29 zeigen praktische Beispiele für Verteilungsmuster
des Gehalts der Halogenatome und/oder der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden
Substanz längs der Dicke des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms 14 in dem Aufzeichnungskopf
der Erfindung. In diesen Figuren stellt die Ordinatenachse den Abstand T von der
Grenzfläche zwischen dem Substrat 12 und dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm 14
sowie die Dicke t des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms 14 dar, während die Abszissenachse
den Gehalt C der Halogenatome und/oder der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden
Substanz bedeutet. In diesen Figuren sind die Maßstäbe der Achsen in der Weise variiert,
daß die diesen Figuren eigentümlichen Eigenschaften betont werden. So kann die Erfindung
mit den in diesen Figuren gezeigten Verteilungsmustern innerhalb bestimmter Toleranzbereiche
in den jeweiligen Fällen durchgeführt werden. Dem Fachmann ist jedoch geläufig,
daß die in diesen Figuren gezeigten Muster der Gehaltsverteilung nur der Erläuterung
dienen und andere Verteilungsmuster nach der Erfindung nicht ausgeschlossen sind.
Wenn der wärmeerzeugende Widerstandsfilm 14 Halogenatome und die die elektrische
Leitfähigkeit kontrollierende Substanz enthält, können das Verteilungsmuster des
Gehalts der Halogenatome und das Verteilungsmuster des
Gehalts
der die Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz unabhängig voneinander gewählt werden,
um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Die Dicke des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
14 kann frei gewählt werden, so daß optimale thermische und mechanische Eigenschaften
erzielt werden.
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Wie oben angegeben, besteht der wärmeerzeugende Widerstandsfilm 14
in dem Aufzeichnungskopf der Erfindung aus einem amorphen Material, das Halogenatome
in einer Matrix aus Kohlenstoffatomen enthält. Dieses amorphe Material wird nachfolgend
als "a-C:X" ausgedrückt, worin X Halogenatome anzeigt. Das amorphe Material a-C:X
kann durch das Plasma-CVD-Verfahren, wie z.B. das Glühentladungsverfahren, oder
durch ein Vakuum-Abscheidungsverfahren, wie z.B.
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durch Zerstäubung, gebildet werden.
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Das Verfahren zur Bildung der Widerstandsschicht 14 aus a-C:X durch
das Glühentladungsverfahren umfaßt grundsätzlich die Stufen des Einbringens des
Substrats in eine Abscheidungskammer mit innerem Unterdruck und Einführung eines
zur Lieferung von Kohlenstoffatomen C befähigten Materialgases und eines zur Lieferung
von Halogenatomen X befähigten Material gases in die Abscheidungskammer, wobei in
dieser mittels Hochfrequenzwellen oder Mikrowellen eine Glühentladung durchgeführt
wird, wodurch auf dem Substrat 12 ein a-C:X-Film gebildet wird. Die Geschwindigkeit
der Einführung des X-Materialgases kann zeitlich geändert werden, wenn eine ungleichmäßige
Verteilung der Halogenatome X gefordert wird.
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Auf der anderen Seite erfolgt die Bildung des Widerstandsfilms 14
aus a-C:X durch Zerstäubung nach einem Verfahren, das grundsätzlich die Stufen der
Einbringung des Substrats 12 in eine Abscheidungskammer, in der eine Unterdruck-Atmosphäre
aus einem Inertgas, wie Ar, He oder deren Gemisch, unterhalten wird, und der Durchführung
der Zerstäubung auf einem Target umfaßt, das aus den Kohlenstoffatomen C besteht,
während das X-Materialgas für die Lieferung der Halogenatome X eingeführt wird.
Die Einführungsgeschwindigkeit
des X-Gases kann zeitlich variiert
werden, um einen gewissen Gradienten, d.h. eine ungleichmäßige Verteilung der Halogenatome
X zu erreichen.
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Das amorphe Material, welches als Material des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
14 in dem Aufzeichnungskopf der Erfindung dient, kann in der Kohlenstoffmatrix neben
den Halogenatomen eine die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende Substanz enthalten.
Dieses amorphe Material wird nachfolgend als "a-C:X(p,n)" bezeichnet, worin X Halogenatome
bedeutet, während (p,n) die die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende Substanz
darstellt. Das amorphe Material a-C:X(p,n) kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren,
z.B. ein Glühentladungsverfahren, oder durch ein Vakuum-Abscheidungsverfahren, wie
z.B.
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durch Zerstäubung, gebildet werden.
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Das Verfahren zur Bildung der Widerstandsschicht 14 aus a-C:X(p,n)
durch das Glühentladungsverfahren umfaßt grundsätzlich die Stufen der Einbringung
des Substrats in eine Abscheidungskammer unter reduziertem Innendruck und der Einführung
eines zur Lieferung von Kohlenstoffatomen C befähigten Gasmaterials und eines zur
Lieferung von Halogenatomen X befähigten Gasmaterials und eines zur Lieferung der
die elektrische Leitfahigkiet kontrollierenden Substanz befähigten Gasmaterials
in die Abscheidungskammer, während in der Kammer durch Hochfrequenzwellen oder Mikrowellen
eine Glühentladung vorgenommen wird, wodurch auf dem Substrat 12 ein a-C:X(p,n)-Film
gebildet wird. Die Geschwindigkeit der Einführung von wenigstens einem der X-Material-
und (p,n)-Material-Gase kann zeitlich variiert werden, wenn eine ungleichmäßige
Verteilung der Halogenatome X und/oder der Substanz (p,n) angestrebt wird.
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Auf der anderen Seite erfolgt die Bildung des Widerstandsfilms 14
aus a-C:X(p,n) durch Zerstäubung durch ein Verfahren, das grundsätzlich die Stufen
der Einbringung des Substrats 12 in eine Abscheidungskammer, in der eine durch ein
Inertgas, wie Ar, He oder deren Gemisch, gebildete Unterdruckatmosphäre unterhalten
wird, und der Durchführung der Zerstäubung auf einem durch die Kohlenstoffatome
C
gebildeten Target umfaßt, während das X-Materialgas zur Lieferung der Halogenatome
X und das (p,n)-Materialgas zur Lieferung der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden
Substanz (p,n) in die Kammer eingeführt werden. Die Einführungsgeschwindigkeit des
X-Materialgases und/oder die Einführungsgeschwindigkeit des (p,n)-Materialgases
kann zeitlich variiert werden, um einen bestimmten Gradienten zu erhalten, d.h.
eine ungleichmäßige Verteilung der Halogenatome X und/oder der die elektrische Leitfähigkeit
kontrollierenden Substanz.
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Bei den oben erläuterten Verfahren können die Materialgase zur Lieferung
der Kohlenstoffatome C, der Halogenatome X und der die elektrische Leitfähigkeit
kontrollierenden Substanz (p,n) Substanzen sein, die unter Normaldruck gasförmig
vorliegen oder Substanzen, die unter einem reduzierten Druck vergast werden können.
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Das Material zur Lieferung der Kohlenstoffatome C kann gesättigte
Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, äthylenische Kohlenwasserstoffe
mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, azetylenische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen
und aromatische Kohlenwasserstoffe umfassen. Praktische Beispiele für gesättigte
Kohlenwasserstoffe sind Methan (CH4), Athan (C2H6), Propan (C3H8), n-Butan (n-C4H10)
und Pentan (C5H12). Praktische Beispiele für äthylenische Kohlenwasserstoffe sind
Athylen (C2H4), Propylen (C3H6), Buten-1 (C4H8), Buten-2 (C4H8), Isobutylen (C4H8)
und Penten (C5H10).
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Praktische Beispiele für azetylenische Kohlenwasserstoffe sind Azetylen
(C2H2), Methylazetylen (C3H4) und Butin (C4H6). Ein praktisches Beispiel eines aromatischen
t(ohlenwasserstoffs ist Benzol (C6H6).
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Die Materialien für die Lieferung der Halogenatome X umfassen Halogene,
Halogenide, Interhalogenveroindungen und halogesubstituierte Kohlenwasserstoff-Deri
vate. Praktische Beispiele für Halogene sind F2, Cl2, Br2 und J2. Praktische Beispiele
für Halogenide sind HF, HCl, HBr und HJ. Praktische Beispiele für Interhalogenverbindungen
sind
BrF, ClF, ClF3, BrF5, BrF3, JF3, JF7, JCl und JBr. Praktische Beispiele für halogensubstituierte
Kohlenwasserstoff-Derivate sind CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, CCl4, CHCl3, CH2Cl2, CH3Cl,
CBr4, CHBr3, CH2Br2, CH3Br, CJ4, CHJ3, CH2J2 und CH3J.
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Beispiele für das Material zur Lieferung der die elektrische Leitfähigkeit
bestimmenden Substanz sind die folgenden. Zur Lieferung der Atome der Gruppe III,
insbesondere von Boratomen können in geeigneter Weise Borhydride, wie B2H6, B4H10,
B5Hg, B5H11, B6H10, B6H12, und B6H14, sowie Borhalogenide, wie BF3, BCl3 und BBr3
dienen.
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Materialien, wie AlCl3, GaCl3, Ga(CH3)3, InCl und TlCl3 sind zur Einführung
anderer Atome der Gruppe III brauchbar.
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Zur Lieferung von Atomen der Gruppe V, insbesondere von Phosphor,
sind zweckmäßigerweise Phosphorhydride, wie PH3 und P2H4, sowie Phosphorhalogenide,
wie PH4J, PF3, PF5, Pol 3' PC15, PBr3, PBr5 und PJ3 geeignet. Materialien, wie AsH3,
AsF3, AsCl3, AsBr3, AsF5, SbH3, SbF3, SbF5, SbCl 3' SbCl5, BiH3, BiCl 3 und BiBr3
sind zur Einführung anderer Atome der Gruppe V geeignet.
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Diese Materialien können alleine oder in Kombination miteinander
eingesetzt werden.
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Bei dem Verfahren zur Bildung des beschriebenen wärmeerzeugenden
Widerstandsfilms können die Mengen der in dem zu bildenden Film 14 enthaltenen Halogenatome
und der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz wie auch die Eigenschaften
des Widerstandsfilms 14 durch geeigente Wahl von Faktoren, wie die Substrattemperatur,
Zuführungsgeschwindigkeiten der Materialgase, elektrische Entladungsleistung und
Druck in der Abscheidungskammer, kontrolliert werden.
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Wenn man einen wärmeerzeugenden Widerstandsfilm 14 erhalten will,
in dem die Halogenatome oder die die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende Substanz
oder beide eine ungleichmäßige Verteilung
in Richtung der Dicke
haben, variiert man vorzugsweise die Geschwindigkeit bzw. Geschwindigkeiten der
Einführung der Halogenatome und/oder der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden
Substanz mit der Zeit mittels eines Steuerventils oder eines anderen geeigneten
Mittels.
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Die Substrattemperatur wird vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und
1500 "C, bevorzugter zwischen 30 und 1200 OC und bei den am meisten bevorzugten
Fällen zwischen 50 und 1100 "C ausgewählt.
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Die Zufuhrgeschwindigkeit des Materialgases wird zweckmäßig mit Rücksicht
auf die Wärmeerzeugungseigenschaft des Films und die Filmbildungsgeschwindigkeit
ausgewählt.
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Die elektrische Entladungsleistung liegt vorzugsweise in dem Bereich
von 0,001 und 20 W/cm2, bevorzugter zwischen 0,01 und 15 W/cm2 und in den am meisten
bevorzugten Fällen zwischen 0,05 und 10 W/cm2.
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Schließlich liegt der Druck in der Abscheidungskammer vorzugsweise
in dem Bereich zwischen 10 4 und 10 Torr, insbesondere zwischen 10 2 und 5 Torr.
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Der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Widerstandsfilm
des Aufzeichnungskopfes der Erfindung besitzt ähnliche Eigenschaften wie Diamant.
Beispielsweise liegt die Vickers-Härte dieses Films in der Höhe von 1800 bis 5000.
Die chemische Beständigkeit und die Wärmebeständigkeit sind infolge der Halogenatome
ausgezeichnet. Ferner wird die Kontrollierbarkeit des Widerstandes durch die Anwesenheit
der die elektrische Leitfähigkeit regelnden Substanz verbessert.
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Der in dem Aufzeichnungskopf der Erfindung benutzte wärmeerzeugende
Widerstandsfilm erfordert auf dem Film keine Schutzschicht, da er eine lange Haltbarkeit
gegenüber mechanischen Stößen und
eine hohe chemische Beständigkeit
zeigt. Daher erlaubt der diesen wärmeerzeugenden Widerstandsfilm enthaltende Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
der Erfindung eine hohe Leistung der Wärmeübertragung auf die Aufzeichnungsflüssigkeit
infolge des eingegebenen Signals, so daß eine hohe thermische Ansprechcharakteristik
erreicht wird. Dies wiederum verbessert die Flugeigenschaften der Tröpfchen infolge
der dem Aufzeichnungskopf zugeführten Signale.
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Die Erfindung schließt jedoch eine Schutzschicht auf dem wärmeerzeugenden
Widerstandsfilm nicht aus, vorausgesetzt, daß die Schutzschicht das Ansprechverhalten
nicht wesentlich beeinträchtigt.
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Tatsächlich ist die Schutzschicht wesentlich, wenn die Aufzeichnungsflüssigkeit
elektrisch leitend ist, damit jeglicher Kurzschluß des elektrischen Stroms zwischen
den beiden Elektroden durch die Flüssigkeit vermieden wird.
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Bei dem oben beschriebenen Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement
ist der wärmeerzeugende Widerstandsfilm auf dem Substrat gebildet und durch die
Elektroden bedeckt. Dies ist jedoch nicht wesentlich, und die Anordnung kann auch
so sein, daß die Elektroden sandwichartig zwischen dem Substrat und dem wärmeerzeugenden
Widerstandsfilm eingelegt sind. Figur 4 zeigt eine modifizierte Ausführung, bei
der die Elektroden 16 und 17 direkt auf dem Substrat 12 gebildet und mit dem wärmeerzeugenden
Widerstandsfilm 14 belegt sind.
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Obgleich das Substrat 12 nach der Erläuterung aus einem einzigen
Körper besteht, kann das bei der Erfindung benutzte Substrat 12 ein zusammengesetzter
Körper sein. Figur 5 zeigt ein Beispiel eines solchen zusammengesetzten Substrats.
Dieses Substrat hat demzufolge ein Basisteil 12a und eine auf dem Basisteil 12a
gebildete Oberflächenschicht 12b.
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Das Basisteil 12a kann aus dem gleichen Material wie das an Hand
der Figuren 1 bis 3 erläuterte Substratmaterial bestehen, während die Oberflächenschicht
12b aus einem Material gebildet
werden kann, das eine höhere Affinität
zu dem auf ihm zu bildenden Widerstandsfilm 14 zeigt. So kann die Oberflächenschicht
12b aus einem amorphen Material mit einer Matrix aus Kohlenstoffatomen oder einem
geeigneten bekannten Oxid gebildet werden. Die Oberflächenschicht 12b kann in gleicher
Weise wie bei der oben erläuterten Bildung der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht
durch Abscheidung auf dem Basisteil 12a aus einem geeigneten Material gebildet werden.
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Die Oberflächenschicht 12b kann eine Glasierschicht aus gewöhnlichem
Glas oder - wenn der Basisteil aus einem Metall besteht -eine Oxidschicht sein,
die durch Oxidation der Oberfläche eines solchen Metall-Basisteils gebildet wird.
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Die Elektroden 16 und 17 können aus irgendeinem bekannten Material
mit der erforderlichen Leitfähigkeit bestehen, z.B. Metallen, wie Au, Cu, Al, Ag
und Ni.
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Der Aufzeichnungskopf der Erfindung kann durch das folgende Verfahren
unter Benutzung einer Apparatur hergestellt werden, die in Figur 6 beispielhaft
gezeigt und der Bildung des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms durch Abscheidung
auf der Substratoberfläche angepaßt ist.
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Bezugnehemnd auf Figur 6 hat die Apparatur zur Bildung des wärmeerzeugenden
Widerstandsfilms die folgenden Bestandteile: eine Abscheidungskammer 1101; Gasflaschen
1102 bis 1106; Massenströmungsregler 1107 bis 1111; Einlaßventile 1112 bis 1116;
Auslaßventile 1117 bis 1121; Gasflaschenventile 1122 bis 1126; Auslaßdruckmesser
1127 bis 1131; ein Hilfsventil 1132; ein Hebel 1133; ein Hauptventil 1134; ein Leckventil
1135; ein Vakuummesser 1136; ein Substrat 1137, auf dem der wärmeerzeugende Widerstandsfilm
zu bilden ist; ein Erhitzer 1138; ein Substrat-Kalter 1139; eine elektrische Hochspannungsversorgungseinheit
1140; eine Elektrode 1141; und ein Verschluß 1142. Die Zahl 1142-1 bezeichnet ein
Target, das an der Elektrode 1141 angebracht werden kann, wenn die Zerstäubung
zur
Anwendung kommen soll.
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Zur Bildung des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms mit einer Matrix
aus Kohlenstoffatomen und einem Gehalt an Halogenatomen kann das Verfahren wie folgt
sein. Die Gasflasche 1102 ist mit CF4-Gas (99,9 % oder höhere Reinheit) gefüllt,
das mit Ar-Gas verdünnt ist, während die Gasflasche 1103 mit C2F6 (99,9 S oder höhere
Reinheit) gefüllt ist, das ebenfalls mit Ar-Gas verdünnt ist. Bevor man die Gase
aus den Flaschen in die Abscheidungskammer 1101 einströmen läßt, vergewissert sich
der Bedienungsmann, daß die Ventile 1122 bis 1126 aller Gasflaschen 1102 bis 1106
geschlossen sind und die Einlaßventile 1112 bis 1116, die Auslaßventile 1117 bis
1121 und das Hilfsventil 1132 alle geöffnet sind. Dann öffnet der Bedienungsmann
das Hauptventil 1134, um die Abscheidungskammer 1101 und die angeschlossenen Gasleitungen
zu evakuieren. Wenn die Ablesung auf dem Vakuummesser 1136 1,5-10 6 Torr erreicht
hat, schließt er das Hilfsventil 1132, die Einlaßventile 1112 bis 1116 und die Auslaßventile
1117 bis 1121. Dann werden die Ventile der die einzusetzenden Gase enthaltenden
Gasflaschen geöffnet, so daß diese Gase in die Abscheidungskammer 1101 eingeführt
werden.
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Wenn der Widerstandsfilm aus a-C:X mit dieser Apparatur nach dem
Glühentladungsverfahren gebildet wird, kann das Verfahren wie folgt ablaufen.
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Als erste Stufe wird das Ventil 1122 geöffnet, um CF4/Ar-Gas aus
der Gasflasche 1102 abzugeben, wobei der von dem Auslaß-Druckventil 1127 angezeigte
Druck auf 1 kg/cm2 reguliert wird. Anschließend wird das Einlaßventil 1112 allmählich
geöffnet, damit das Gas in den Massenströmungsregler 1107 einströmen kann. Dann
werden das Auslaßventil 1117 und das Hilfsventil 1132 allmählich geöffnet, um CF4/Ar-Gas
in die Abscheidungskammer 1101 einzuführen. Inzwischen stellt der Bedienungsmann
den Massenströmungsregler 1107 auf die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des CF4/Ar-Gases
ein, desgl.
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die Öffnung des Hauptventils 1134 unter Beachtung der Anzeige des
Vakuummessers
1136, so daß in der Abscheidungskammer 1101 ein gewünschter Druck eingehalten wird.
Nach Einschaltung des Erhitzers 1138 zwecks Erhitzung des auf dem Halter 1139 befindlichen
Substrats 1137 auf die gewünschte Temperatur wird der Verschluß 1142 geöffnet, um
die Glühentladung in der Abscheidungskammer 1101 in Gang zu setzen.
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Um eine ungleichmäßige Verteilung des X in dem aus a-C:X bestehenden
Widerstandsfilms zu erreichen, wird die Uffnung des Auslaßventils 1117 von Hand
oder durch einen externen Antriebsmotor so variiert, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des CF4/Ar-Gases längs einer vorbestimmten Änderungsgeschwindigkeitskurve geändert
wird, wodurch eine Anderung des Gehalts der F-Atome in dem Produktfilm 14 in Richtung
seiner Dicke erreicht wird.
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Wenn der Widerstandsfilm aus a-C:X durch das Zerstäubungsverfahren
mit der oben erläuterten Apparatur gebildet wird, kann das Verfahren wie folgt ablaufen.
Ein Stück Graphit 1142-1 von hoher Reinheit wird zunächst als Target auf die Elektrode
1141 gesetzt, an die von einer elektrischen Hochspannungsversorgungseinheit 1140
eine Hochspannung angelegt werden kann. Dann wird das CF4/Ar-Gas aus der Flasche
1102 mit einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit in die Abscheidungskammer 1101
eingeführt, wie dies auch bei der Filmbildung durch Glühentladung der Fall ist.
Dann wird der Verschluß 1142 geöffnet, und die Energieversorgungseinheit 1140 wird
eingeschaltet, wodurch auf dem Target 1142-1 ein Zerstäubung erfolgt.
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Inzwischen wird das Substrat 1137 durch den Erhitzer 1138 auf die
gewünschte Temperatur erhitzt und auf dieser gehalten, und die Öffnung des Hauptventils
1134 wird wie bei der Filmbildung durch Glühentladung auf den gewünschten Druck
in der Abscheidungskammer eingestellt.
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Zur Erreichung einer ungleichmäßigen Verteilung des X in dem Widerstandsfilm
aus a-C:X wird die Öffnung des Auslaßventils 1117 so variiert, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit
des CF4/Ar-Gases
längs einer vorbestimmten Anderungsgeschwindigkeitskurve
ändert, so daß sich wie bei der Filmbildung durch Glühentladung in dem Produktfilm
14 in Richtung der Dicke ein variabler Gehalt an F-Atomen einstellt.
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Um einen wärmeerzeugenden Widerstandsfilm aus dem a-C:X(p,n)-System
mit einer Matrix aus Kohlenstoffatomen und einem Gehalt an Halogenatomen und einer
die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz zu erhalten, ist die Gasflasche
1102 mit CF4-Gas (99,9 % oder höhere Reinheit) gefüllt, das mit Ar-Gas verdünnt
ist, während die Gasflasche 1103 mit C2F6-Gas (99,9 % oder höhere Reinheit) gefüllt
ist, das ebenfalls mit Ar-Gas verdünnt ist. In ähnlicher Weise ist die Flasche L104
mit PF5-Gas (99,9 % oder höhere Reinheit) gefüllt, das mit Ar-Gas verdünnt ist.
Bevor man die Gase aus diesen Flaschen in die Abscheidungskammer 1101 einströmen
läßt, vergewissert sich der Bedienungsmann, daß die Ventile 1122 bis 1126 sämtlicher
Gasflaschen 1102 bis 1106 geschlossen sind und daß die Einlaßventile 1112 bis 1116,
die Auslaßventile 1117 bis 1121 und das Hilfsventil 1132 geöffnet sind. Dann öffnet
der Bedienungsmann das Hauptventil 1134, um die Abscheidungskammer 1101 und die
angeschlossenen Gasleitungen zu evakuieren. Wenn die Anzeige des Vakuummessers 1136
dann 1,5-10 6 Torr erreicht hat, werden das Hilfsventil 1132, die Einlaßventile
1112 bis 1116 und die Auslaßventile 1117 bis 1121 geschlossen. Dann werden die Ventile
der die einzusetzenden Gase enthaltenden Gasflaschen geöffnet, so daß diese Gase
in die Abscheidungskammer 1101 eingeführt werden.
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Wenn der Widerstandsfilm aus a-C:X(p,n) mit dieser Apparatur durch
das Glühentladungsverfahren gebildet wird, kann das Verfahren wie folgt ablaufen.
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Als erste Stufe wird das Ventil 1122 geöffnet, um das CF4/Ar-Gas
aus der Gasflasche 1102 abzugeben, das Ventil 1123 wird geöffnet, um das BF3/Ar-Gas
aus der Gasflasche 1103 abzugeben, und es wurden die durch die Auslaßdruckmesser
1127 und 1128 angezeigten
Drucke auf 1 kg/cm2 einreguliert. Dann
werden die Einlaßventile 1112 und 1113 allmählich geöffnet, um die Gase in die Massenströmungsregler
1107 und 1108 einströmen zu lassen. Dann werden die Auslaßventile 1117,1118 und
das Hilfsventil 1132 allmählich geöffnet, um das CF4/Ar-Gas und das BF3/Ar-Gas in
die Abscheidungskammer 1101 einzuführen. Inzwischen stellt der Bedienungsmann die
Massenströmungsregler 1107,1108 auf das gewünschte Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten
des CF4/Ar-Gases und BF3/Ar-Gases ein, und er stellt auch die Öffnung des Hauptventils
1134 unter Beachtung der Ablesung des Vakuummessers 1136 so ein, daß in der Abscheidungskammer
1101 ein gewünschter Druck eingehalten wird. Dann wird der Erhitzer 1138 zwecks
Erhitzung des auf dem Halter 1139 befindlichen Substrats 1137 auf eine gewünschte
Temperatur eingeschaltet, und danach wird der Verschluß 1142 geöffnet, um in der
Abscheidungskammer 1101 eine Glühentladung in Gang zu setzen.
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Zur Erreichung einer ungleichmäßigen Verteilung der X-Atome und/oder
der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz in dem aus a-C:X(p,n)
bestehenden Widerstandsfilm werden die Öffnung des Auslaßventils 1117 und/oder die
des Auslaßventils 1118 von Hand oder durch einen äußeren Antriebsmotor so variiert,
daß sich die Strömungsgeschwindigkeit des CF4/Ar-Gases und/oder die des BF3/Ar-Gases
längs vorbestimmter Anderungsgeschwindigkeitskurven ändert, wodurch in dem Produktfilm
14 ein in Richtung der Filmdicke variabler Gehalt an F-Atomen und/oder der die Leitfähigkeit
kontrollierenden Substanz entsteht.
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Wenn der Widerstandsfilm aus a-C:X(p,n) mit der oben erläuterten
Apparatur durch Zerstäubung gebildet wird, kann das Verfahren wie folgt ablaufen.
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Ein Graphitstück 1142-1 von hoher Reinheit wird zunächst als Target
auf die Elektrode 1141 gesetzt, die von einer elektrischen Hochspannungsversorgungseinheit
1140 mit einer Hochspannung versorgt werden kann. Dann werden CF4/Ar-Gas und BF3/Ar-Gas
aus den Flaschen
1102 und 1103 mit einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit
in die Abscheidungskammer 1101 eingeführt, wie es auch bei der Filmbildung durch
Glühentladung der Fall war. Dann wird der Verschluß 1142 geöffnet, und die Energieversorgung
1140 wird eingeschaltet, wodurch auf dem Target 1142-1 die Zerstäubung erfolgt.
Inzwischen wird das Substrat 1137 durch den Erhitzer 1138 auf die gewünschte Temperatur
erhitzt und auf dieser gehalten, und die Öffnung des Hauptventils 1134 wird auf
den gewünschten Druck in der Abscheidungskammer eingestellt, wie es bei der Filmbildung
durch Glühentladung der Fall war.
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Zur Erreichung einer ungleichmäßigen Verteilung der X-Atome und/oder
der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz in dem aus a-C:X(p,n)
bestehenden Widerstandsfilm werden die Öffnung des Auslaßventils 1117 und/oder die
des Auslaßventils 1118 so variiert, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit des CF4/Ar-Gases
und/oder die des BF3/Ar-Gases längs vorbestimmter Anderungsgeschwindigkeitskurven
verändert, so daß wi e bei der Filmbildung durch Glühentladung in dem Produktfilm
14 in Richtung seiner Dicke eine Anderung des Gehalt der F-Atome und/oder der die
elektrische Leitfähigkeit steuernden Substanz eintritt.
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Das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement der in den Figuren 1 bis
3 gezeigten Art zur Verwendung in dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der Erfindung
wird dadurch hergestellt, daß man auf dem Substrat in der oben beschriebenen Weise
den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm bildet, auf dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm
leitfähige Schichten, z.B. eine Au-Schicht und eine Al-Schicht, als Elektroden ausbildet
und eine Musterbildung der leitfähigen Schichten und des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
durch bekannte photolithographische Verfahren durchführt. Wenn nötig, wird eine
den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm und die Elektroden bedeckende Schutzschicht
gebildet.
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Auf der anderen Seite wird das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement
der in Figur 4 gezeigten Art für den Einsatz in dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
der Erfindung dadurch gebildet, daß man zunächst auf dem Substrat eine leitfähige
Schicht bildet, durch ein photolithographisches Verfahren eine Musterbildung der
leitfähigen Schicht vornimmt und den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm durch Glühentladung
oder Zerstäubung wie oben erläutert bildet.
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Die Deckelplatte des Aufzeichnungskopfes besteht aus einem ähnlichen
Material wie das Substrat. Die Kanäle werden durch ein geeignetes Verfahren gebildet,
wie z.B. durch mechanisches Fräsen mittels Mikrofräse, chemische Atzung, usw.. Wenn
ein lichtempfindliches Glas als Material dient, können die Kanäle durch Belichtung
in dem gewünschten Muster und anschließende Entwicklung gebildet werden.
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Das Verbinden der Deckelplatte mit dem Substrat erfolgt durch Bindung
mittels eines Klebers, nachdem eine genügende lagemäßige Ausrichtung erfolgt ist.
Einige Material arten der Deckelplatte erlauben es, die Verbindung der Deckelplatte
mit dem Substrat durch Schmelzschweißung zu erreichen.
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Bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes
ist der Auslaß 26 der Aufzeichnungsflüssigkeit an einem Ende des Kanals 22 gebildet,
der den Flüssigkeitsdurchgang in der Deckelplatte 20 begrenzt, wie es für den typischen
Fall in Figur 7 gezeigt ist. Diese Lage des Auslaßes der Aufzeichnungsflüssigkeit
schließt andere Lagen jedoch nicht aus, und der Auslaß 26 für die Aufzeichnungsflüssigkeit
kann auch auf der Oberfläche der Deckelplatte 20 ausgebildet sein, wie in Figur
8 gezeigt ist. In diesem Fall können die Endöffnungen eines jeden den Flüssigkeitsdurchgang
begrenzenden Kanals als ein Aufzeichnungsflüssigkeitseingang dienen, durch den die
Aufzeichnungsflüssigkeit in den Flüssigkeitsdurchgang eingeführt wird, und die Aufzeichnungsflüssigkeit
wird als Strahl durch den Ausgang 26 abgegeben, wie
durch den Pfeil
Y gezeigt ist. In diesem Fall kann selbstverständlich jeder Kanal an seinem einen
Ende geschlossen sein, so daß die Flüssigkeit durch das offene Ende jedes Kanals
eingeführt wird.
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Eine Modifizierung des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes der
beschriebenen Ausführungsform wird nachfolgend erläutert.
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Nach Figur 9, die ein Schnitt nach der Linie IX-IX der Figur 8 ist,
wird die Deckelplatte 20, soweit nicht die Kanäle bestehen, mit dem Substrat des
Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements in Berührung gehalten. Daher sind die längs
der betreffenden Kanäle 22 gebildeten Heizabschnitte 24 voneinander durch die Stege
30 isoliert, die durch die das Substrat berührenden Abschnitte der Deckelplatte
20 gebildet sind. Bei der in Figur 9 gezeigten Anordnung sind die wärmeerzeugenden
Zonen 18 in den betreffenden Kanälen nahe den Ausgängen 26 vorgesehen.
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Die Figuren 10 und 12 sind Schnitte verschiedener Beispiele des Aufzeichnungskopfes
der beschriebenen Ausführungsform nach der Linie IX-IX der Figur 8.
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Bei dem in Figur 10 gezeigten Aufzeichnungskopf berühren die Stege
30 das Substrat 12 nicht, so daß die den wärmeerzeugenden Zonen 18 entsprechenden
Heizabschnitte 24 miteinander in Verbindung stehen, d.h. die Flüssigkeitsdurchlässe
sind nicht wie in Figur 9 gezeigt unabhängig, sondern benachbarte Flüssigkeitsdurchgänge
stehen miteinander in Verbindung.
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Bei dem in Figur 11 gezeigten Aufzeichnungskopf sind die Stege 30
nicht in der Deckelplatte 20, sondern in dem Substrat ausgebildet. Daher stehen
die Heizabschnitte 24 miteinander in Verbindung, wie es bei dem in Figur 10 gezeigten
Aufzeichnungskopf der Fall ist. Daher stehen auch in diesem Fall benachbarte Flüssigkeitsdurchgänge
miteinander in Verbindung.
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Der in Figur 12 gezeigte Aufzeichnungskopf hat anders als die Aufzeichnungsköpfe
der Figuren 10 und 12 keinerlei Steg. In diesem Fall wird daher der Flüssigkeitsdurchgang
durch eine Tintenkammer gebildet, die allen Heizabschnitten 24 gemeinsam ist.
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Die in den Figuren 9 bis 12 gezeigten verschiedenen Beispiele, die
Abwandlungen des in Figur 8 dargestellten Aufzeichnungskopfes sind, lassen sich
auch bei dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der in Figur 7 gezeigten Art realisieren.
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Die Ausbildung der Stege 30 ist nicht wesentlich. Die Stege können
nämlich auch wegfallen, vorausgesetzt, daß die Reichweite und das Ziel der fliegenden
Tröpfchen einen vorbestimmten Toleranzbereich nicht verlassen, wenngleich es zutrifft,
daß die Richtung, Geschwindigkeit und Stärke des Flüssigkeitsstrahls durch die in
den benachbarten Flüssigkeitsausgängen stehende Flüssigkeit beeinflußt werden.
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Die Bildung von Stegen wird jedoch bevorzugt, um gegenseitige Beeinflußungen
zwischen benachbarten Flüssigkeitsausgängen zu verringern und die Wirksamkeit der
Energieumwandlung zu verbessern. Dem Fachmann ist klar, daß die Stege einteilig
mit der Deckelplatte gebildet werden können oder aber als unabhängige Körper gebildet
werden können, die dann in zweckmäßiger Weise an der Deckelplatte angebracht werden.
Die flache Deckelplatte kann aus dem gleichen Material wie die oben erläuterte Deckelplatte
mit Kanälen bestehen.
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Gehärtete Filme aus einem lichtempfindlichen Harz können als Material
der Stege und Deckelplatte dienen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende
Erfindung einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit eingebautem Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement
mit einem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm aus einem Halogenatome in einer Matrix
aus Kohlenstoffatomen enthaltenden, amorphen Material schafft sowie auch ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem,
in das dieser Aufzeichnungskopf eingebaut ist. Der wärmeerzeugende Widerstandsfilm
aus dem oben genannten amorphen Material zeigt eine
hohe chemische
Beständigkeit, ausgezeichneten Widerstand gegen elektrochemische Reaktionen und
Oxidation sowie überlegene Beständigkeit gegenüber mechanischem Stoß und Wärme.
Demgemäß hat der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf und das System gemäß der Erfindung
verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere hohe chemische und thermische
Beständigkeit.
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Ferner wird die Kontrolle des elektrischen Widerstandswertes bei
der Ausführungsform erleichtert, in welcher der wärmeerzeugende Widerstandsfilm
neben den Halogenatomen auch eine die elektrische Leitfähigkeit kontrollierende
Substanz enthält.
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Es ist so möglich, eine Hochfrequenz-Ansprecheigenschaft und eine
ausgezeichnete Zuverlässigkeit bei der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnung zu verwirklichen.
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Es ist auch möglich, verschiedene erwünschte Eigenschaften, wie Wärmesammlungsvermögen,
Wärmestrahlungsvermögen, Affinität zwischen Substrat und Widerstandsfilm und Beständigkeit
gegenüber chemischer Reaktion mit der Aufzeichnungsflüssigkeit dadurch leicht zu
erreichen, daß man eine ungleichmäßige Verteilung des Gehalts der Halogenatome und/oder
des Gehalts der die elektrische Leitfähigkeit kontrollierenden Substanz entwickelt.
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Praktische Beispiele des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes der
Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
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Beispiele: Beispiele des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes der
Erfindung sowie ein Vergleichsbeispiel wurden unter Benutzung der Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente
aufgestellt, die nach den folgenden Verfahren hergestellt wurden Ein von Corning
Glass Works hergestelltes Glas Nr. 7059 diente als Substratmaterial. Eine Oberflächenschicht
aus wärme-oxidiertem
SiO2 einer Dicke von 5 jim wurde als eine
Wärme akkumulierende Schicht gebildet. In jedem Falle wurden auf dem Substrat eine
wärmeerzeugende Widerstandsschicht und Elektroden gebildet, und es wurde eine Schutzschicht
gebildet, wie es notwendig war. Die geschichteten Strukturen aus wärmeerzeugendem
Widerstandsfilm, Elektroden und Schutzschicht wurden in den folgenden drei Typen
A, B und C hergestellt.
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Typ A Der wärmeerzeugende Widerstandsfilm wurde durch das oben in
Verbindung mit Figur 6 erläuterte Abscheidungssystem auf dem Substrat gebildet.
Die Bedingungen der Abscheidung wurden in den Tabellen 1, 2, 4, 5, 7 und 9 angegeben.
Insbesondere wurden die in den Tabellen 1,4,7 und 9 angegebenen Beispiele durch
Glühentladung hergestellt, während die in den Tabellen 2 und 5 gezeigten Beispiele
und Vergleichsbeispiele durch Zerstäubung gebildet wurden. Bei der Zerstäubung für
die Herstellung der in den Tabellen 2 und 5 angegebenen Beispiele diente Graphit
(99,9 % Reinheit) als Target-Material, während die Zerstäubung bei der Herstellung
des Vergleichsbeispiels HfB2 als Target-Material benutzte.
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Das unter den gleichen Bedingungen durchgeführte Vergleichsbeispiel
diente zum Vergleich in einem ersten Fall (a-C:X), einem zweiten Fall (a-C:X mit
ungleichmäßiger X-Verteilung), einem dritten Fall (a-C:X(p,n)) und einem vierten
Fall (a-C:X(p,n) bei ungleichmäßiger (p,n)-Verteilung).
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Bei der Abscheidung wurden die Gasströmungsgeschwindigkeiten und
andere Bedingungen entsprechend den Angaben in den Tabellen 1, 2, 4, 5, 7 und 9
eingehalten, so daß wärmeerzeugende Widerstandsfilme mit den in den Tabellen 3,
6, 8 und 10 angegebenen Dicken gebildet wurden.
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Dann wurde auf dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm nach dem Elektronenstrahlverfahren
eine Al-Schicht gebildet, und durch
photolithographische Technik
wurde ein Resistmuster gebildet. Unter Benutzung dieses Resistmusters wurde die
Al-Schicht geätzt, so daß sich meherre Elektrodenpaare bildeten. Dann wurde durch
photolithographische Technik ein anderes Resistmuster gebildet, und unnötige Teile
des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms wurden durch ätzung mit einer Atzflüssigkeit
des HF-Systems entfernt. Demgemäß wurden mehrere wärmeerzeugende Widerstandselemente
gebildet, von denen jedes eine wärmeerzeugende Zone aus einem Teil des wärmeerzeugenden
Widerstandsfilms von 40 pm x 200 pm und darauf abgeschiedene Elektroden hatte. Die
Dichte der wärmeerzeugenden Zone war 8 je Millimeter.
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Anschließend wurde durch Schleuderbeschichtung eine Schicht aus lichtempfindlichem
Polyimid (Handelsname: Photoneece) gebildet.
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Nach einer einstündigen Vorhärtung bei 80 "C wurde das wärmeerzeugende
Element einer Belichtung unterworfen, die unter Benutzung eines Ausrichters durchgeführt
wurde, und dann entwickelt, um so eine Öffnung oder ein Fenster in jeder Wärmeerzeugungszone
zu bilden.
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Schließlich wurde das wärmeerzeugende Element 30 Minuten bei 140 "C
und eine Stunde bei 400 "C nachgehärtet, wodurch die Reihe der Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente
vervollständigt wurde.
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Die Widerstandswerte der Wärmeerzeugungszonen in den verschiedenen,
durch die oben beschriebene Methode hergestellten Elektrizität/Wärme-Umwandlungselementen
sind in den Tabellen 3, 6, 8 und 10 angegeben. Das lichtempfindliche Polyimid diente
dazu, jegliche Elektrolyse der Al-Elektrode in der Tinte zu verhindern.
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Die vervollständigte Reihenanordnung der Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente
ist in schematischer perspektivischer Ansicht in Figur 13 und in schematischer Querschnittsansicht
in Figur 14 gezeigt.
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In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 28 eine Polyimid-Schicht.
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Typ B Ein wärmeerzeugender Widerstandsfilm könnte auf jedem Substrat
in der gleichen Weise wie bei Typ A unter den in den Tabellen 1, 2, 4, 5, 7 und
9 angegebenen Abscheidungsbedingungen gebildet werden.
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Während der Abscheidung wurden die Gasströmungsgeschwindigkeiten und
anderen Faktoren entsprechend den Angaben in den Tabellen 1, 2, 4, 5, 7 und 9 eingehalten,
so daß die wärmeerzeugenden Widerstandsfilme in den verschiedenen, in den Tabellen
6, 8 und 10 angegebenen Dicken gebildet wurden.
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Dann wurde auf dem wärmeerzeugenden Widerstandsfilm durch die Elektronenstrahlmethode
eine Au-Schicht gebildet, und es wurde durch photolithographische Technik ein Resistmuster
gebildet. Unter Benutzung dieses Resistmusters wurde die Au-Schicht unter Bildung
mehrerer Elektrodenpaare geätzt. Dann wurde durch photolithographische Technik ein
weiteres Resistmuster gebildet, und die unnötigen Teile des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
wurden mit einer Atzflüssigkeit des HF-Systems weggeätzt. Demgemäß wurde eine Mehrzahl
von wärmeerzeugenden Widerstandselementen gebildet, von denen jedes eine wärmeerzeugende
Zone aus einem Teil des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms in der Größe von 40 pm
x 200 pm und darauf abgeschiedene Elektroden hatte. Die Dichte der wärmeerzeugenden
Zone war 8 je Millimeter. Die Widerstandswerte der wärmeerzeugenden Zonen in den
verschiedenen, durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Elektrizität/Wärme-Umwandlungselementen
sind wie im Falle des Typs A in den Tabellen 3, 6, 8 und 10 angegeben. Der Aufbau
der so vervollständigten Reihe von Elektrizität/Wärme-Umwandlungselementen ist in
der schematischen perspektivischen Ansicht in Figur 15 und in der schematischen
Querschnittsansicht in Figur 16 gezeigt.
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Typ C Auf dem Substrat wurde durch die Elektronenstrahlmethode eine
Al-Schicht gebildet, auf der durch photolitliographische Technik ein Resistmuster
gebildet wurde. Unter Benutzung dieses Resistmusters
wurden auf
der Al-Schicht mehrere Elektrodenpaare gebildet. Dann wurde auf der Al-Schicht ein
wärmeerzeugender Widerstandsfilm gebildet. Dies konnte nach dem gleichen Verfahren
wie bei Typ A erfolgen. Die Abscheidungsbedingungen wurden so eingehalten, wie sie
in den Tabellen 1, 2, 4, 5, 7 und 9 angegeben sind, so daß der wärmeerzeugende Widerstandsfilm
in verschiedenen Dicken gemäß den Angaben in den Tabellen 3, 6, 8 und 10 gebildet
wurde. Dann wurde ein weiteres Resistmuster durch photolithographische Technik gebildet,
und der unnötige Teil des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms wurde durch eine Atzflüssigkeit
des HF-Systems entfernt. Demgemäß wurden wärmeerzeugende Widerstandselemente gebildet,
von denen jedes eine wärmeerzeugende Zone aus einem Teil des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms
der Größe von 40 jim x 200 pm und darauf abgeschiedene Elektroden hatte. Die Dichte
der wärmeerzeugenden Zonen betrug 8 je Millimeter. In diesem Fall wurden die Al-Elektroden
durch den wärmeerzeugenden Widerstandsfilm in wirksamer Weise geschützt, so daß
es nicht notwendig war, einen Schutzfilm für die Elektroden zu bilden. Die Widerstandswerte
der wärmeerzeugenden Zonen der nach der oben beschriebenen Methode gebildeten Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente
sind wie im Falle des Typs A in den Tabellen 3, 6, 8 und 10 angegeben. Der Aufbau
der so gebildeten Reihe der Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente ist in der schematischen
perspektivischen Darstellung in Figur 17 und in der schematischen Schnittdarstellung
in Figur 18 angegeben.
-
Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe wurden unter Benutzung der
Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente hergestellt, die nach den verschiedenen oben
beschriebenen Methoden gebildet wurden. Im großen und ganzen wurden zwei Arten Aufzeichnungsköpfe
hergestellt, nämlich der Typ I in dem in Figur 7 gezeigten Aufbau und der Typ II
in dem in Figur 8 gezeigten Aufbau. Der Aufzeichnungskopf des Typs I wurde nach
zwei unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Der nach dem ersten Verfahren hergestellte
Aufzeichnungskopf wird als Typ I-l bezeichnet, während der nach dem zweiten Verfahren
hergestellte Aufzeichnungskopf als Typ I-2 bezeichnet wird.
-
Die Herstellungsverfahren waren wie folgt.
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Typ 1-1 Unter Bezugnahme auf Figur 19 wurde aus einer Glasplatte 40
eine Deckelplatte 20 mit Kanälen gebildet. Mehrere Kanäle 22, die die Flüssigkeitsdurchgänge
bilden sollen, von denen jeder 40 pm breit und 40 pm tief ist, und eine Rinne 42,
die eine gemeinsame, mit den Flüssigkeitsdurchgängen in Verbindung stehende Tintenkammer
bilden soll, wurden durch einen Mikrofräser in der Glasplatte 40 ausgebildet, wodurch
die mit Kanälen ausgestattete Deckelplatte 20 vervollständigt wurde.
-
Die Deckelplatte 20 wurde dann mit jeder Reihe der nach den oben
beschriebenen Verfahren gebildeten Elektrizität/Wärme-Umwandlungselementen in der
Weise verbunden, daß die wärmeerzeugenden Zonen in den Elektrizität/Wärme-Umwandlungselementen
auf die Kanäle 22 ausgerichtet sind, so daß die Flüssigkeitsdurchgänge und die gemeinsame
Tintenkammer gebildet werden. Dann wurden Tinteneingangsrohre 44 zur Einführung
der Tinte in die gemeinsame Tintenkammer mit dem Bausatz verbunden, wodurch ein
integraler Aufzeichnungskopf 46 gebildet wurde.
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Typ I-2 Jedes Elektrizität/Wärme-Umwandlungsreihenelement wurde mit
einem lichtempfindlichen Film 50 beschichtet, der ein von Tokyo Oka Kogyo unter
dem Handelsnamen Ordyl hergestellter Film war. Das beschichtete Element wurde dann
durch ein Ausrichtgerät belichtet und entwickelt, so daß der Film 50 zu einem vorbestimmten
Muster ausgebildet wurde. Dann wurde eine Glasplatte 54, die ebenfalls mit einem
lichtempfindlichen Film 52 aus dem gleichen Material wie Film 50 beschichtet war,
an den gemusterten Film auf dem Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement angeklebt.
Der so gebildete Körper wurde mechanisch, wie z.B. durch Würfelschneiden, geschnitten,
um die Flüssigkeitsausgänge 26 freizulegen. Dann wurden Tinteneinführrohre 44 zur
Einführung einer Tinte aus einer Quelle (nicht dargestellt) an den geschnit--tenen
Bausatz angeschlossen, wodurch ein integraler Aufzeichnungskopf
56
gebildet wurde, wie er in der schematischen perspektivischen Ansicht der Figur 21
gezeigt ist.
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Typ II Als erster Schritt des Herstellungsverfahrens wurde eine Deckelplatte
20 gebildet, die in ihrer Haupt-Oberfläche Flüssigkeitsausgänge 26 hat. Insbesondere
wurde die Deckelplatte 20 aus einer Edelstahlplatte gebildet, in der die Kanäle
beispielsweise durch ätzen gebildet wurden. Ein Muster eines lichtempfindlichen
Films, der von Hitachi Chemical Co. unter dem Handelsnamen PHT-145FT-50 hergestellt
wird, wurde auf der Edelstahlplatte gebildet, und durch ein Elektroformierverfahren
wurde eine Ni-Plattierschicht gebildet. Die Flüssigkeitsausgänge 26 wurden an Stellen
gebildet, wo das lichtempfindliche Filmmuster existiert. Die so gebildete Deckelplatte
20 wurde durch einen Kleber an die Reihe der Elektrizität/Wärme-Umwandlungselemente
in der Weise angeklebt, daß die wärmeerzeugenden Zonen auf die Flüssigkeitsausgänge
ausgereichtet sind. Das Elektrizität/Wärme-Umwandlungselement wurde vorher mechanisch
durchlöchert, um die Tintenzuführung in die gemeinsame Tintenkammer in der Deckelplatte
20 zu ermöglichen. Dann wurde ein Tinteneinführungsrohr 60 für die Einführung einer
Tinte aus einer Quelle (nicht dargestellt) an die Unterseite des Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements
angeschlossen, wodurch sich ein integraler Aufzeichnungskopf 62 ergab, wie er in
der schematischen perspektivischen Ansicht der Figur 22 gezeigt ist. In Figur 22
bezeichnet die Zahl 64 Aussparungen, die zwischen den benachbarten Flüssigkeitsausgängen
Stege schaffen. So kann der Aufzeichnungskopf des Typs II nach der Ausbildung der
Stege entweder die in Figur 9 gezeigte Konstruktion oder die in Figur 10 gezeigte
Konstruktion oder sogar die in Figur 12 gezeigte Konstruktion haben, die ohne Stege
auskommt.
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So sind drei Typen A, B und C in der Konstruktion der Reihenanordnung
der Elektrizität/Wärme-Umwandlungslemente und drei Typen 1-1, I-2 und II der Konstruktion
des Aufzeichnungskopfes verfügbar, und es sind verschiedene Kombinationen aus diesen
Typen möglich.
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Unter diesen verschiedenen Kombinationen wurde eine Kombination des
Elektrizität/Wärme-Umwandlungselements des Typs A und des Aufzeichnungskopf-Aufbaus
des Typs 1-1 einem Haltbarkeitstest unterworfen, der nachfolgend erläutert wird.
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An dem durch die Konstruktion des Typs A und die Konstruktion des
Typs I gebildeten Aufzeichnungskopf wurde eine Leitungstafel angebracht, um die
Aufzeichnungskopfçinheit zu vervollständigen. Die Leitungstafel hatte Elektrodenleitungen
(nicht dargestellt), die an die den zugehörigen wärmeerzeugenden Zonen entsprechenden,
unabhängigen Elektroden 17 angeschlossen waren, und eine Elektrodenleitung (nicht
dargestellt) zu der Elektrode 16, die allen wärmeerzeugenden Zonen gemeinsam war.
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Unter Benutzung dieser AufzeichnungskopfÆinheit wurde ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
zusammengebaut, das in der schematischen perspektivischen Ansicht in Figur 23 gezeigt
ist.
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Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, benutzt das Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem
die folgenden Teile: die Aufzeichnungskopf-Einheit 70; einen die Aufzeichnungskopf-Einheit
70 tragenden Wagen 72; Führungskörper 74 zur Führung der hin- und hergehenden Bewegung
des Wagens 72; und eine Walze 76. Die Zahl 78 bezeichnet ein auf der Walze 76 gehaltenes
Aufzeichnungsmedium, wie z.B. ein Druckpapier.
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Die Aufzeichnungskopf-Einheit 70 ist so ausgerichtet, daß die Aufzeichnungsflüssigkeitsausgänge
in Richtung des Pfeils Z gerichtet sind, so daß die Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit
in Richtung des Pfeils Z fliegen können und in Form von Punkten auf dem Aufzeichnungsmedium
78 auf der Walze 76 abgeschieden werden. Die Hauptabtastung erfolgt durch Antrieb
der Aufzeichnungskopf-Einheit 70 durch ein geeignetes Antriebsmittel längs der Führungskörper
74, während die Hilfsabtastung so erfolgt, daß die Walze 76 durch ein anderes geeignetes
Antriebsmittel um die Achse der Welle 77 gedreht wird, wobei die eingegebene Information
durch die Flüssigkeitspunkte auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden.
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Es wurde ein Test unter Benutzung dieses Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystems
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
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Es wurden Rechteck-Wellen-Impulse den wärmeerzeugenden Zonen zugeführt.
Die Impulsbreite war 10 psec und die Periode 200 ijsec.
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Die Spannungshöhe des Impulses betrug das 1,2-fache der Mindest-Siedetemperatur,
bei der die Blasenerzeugung in der Aufzeichnungsflüssigkeit begann. Demgemäß wurde
die Spannung des Impulses zu 24 V gewählt, wenn die Mindest-Siedetemperatur 20 V
entsprach. Die Zusammensetzung der Aufzeichnungsflüssigkeit war wie folgt-Wasser
68 Gewichtsteile DEG (Diäthylenglykol) 30 Gewichtsteile Schwarzer Farbstoff 2 Gewichtsteile
Der Testbetrieb des Aufzeichnungssystems erfolgte unter Benutzung der oben angegebenen
Aufzeichnungsflüssigkeit und unter den oben erläuterten Bedingungen. Die Haltbarkeit
wurde für verschiedene Proben geprüft, und die Ergebnisse der Tests sind in den
Tabellen 3,6,8 und 10 angegeben. Die Bewertung der Haltbarkeit erfolgt durch Zählung
der Anzahl der elektrischen Impulse, denen der Aufzeichnungskopf standhält. Die
Zeichen "o" und !'x" in diesen Tabellen geben an, daß der Aufzeichnungskopf 109
oder mehr wiederholten Impulszyklen standhält bzw. daß der Aufzeichnungskopf nur
106 oder weniger Zyklen standhält.
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Aus diesen Tabellen ist ersichtlich, daß der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf
nach der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Vergleichsbeispiel überlegene Haltbarkeit
und Aufzeichnungseigenschaften zeigt. Obgleich das Ergebnis des mit der Kombination
aus Typ A und Typ 1-1 durchgeführten Versuchs besonders beschrieben wurde, wurden
ähnlich ausgezeichnete Ergebnisse des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes der
Erfindung auch bei anderen Kombinationen dieser Typen bestätigt.
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Verschiedene Beispiele des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl-Druckkopfes
wurden zusammen mit einigen Vergleichsbeispielen vorbereitet, und die Abscheidungsbedingungen
für die Bildung des wärmeerzeugenden Widerstandsfilms, die Filmdicken, die Widerstandswerte
und die Bewertungsergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 10 zusammengefaßt. Die Beispiele
P-1, P-2, P-3, P-4, S-1 und S-2 in den Tabellen 1 bis 3 sind jene, die einen Widerstandsfilm
mit der Zusammensetzung des a-C:X-Typs haben. Die Beispiele P-5, P-6, P-7, P-8,
P-9, P-10, P-11 P-12, S-3 und S-4 in den Tabellen 4 bis 6 sind jene, die Widerstandsfilme
mit der Zusammensetzung des a-C:X-Typs mit ungleichmäßiger Verteilung des Atoms
X haben. Die Beispiele P-13, P-14, P-15 und P-16 in den Tabellen 7 und 8 sind jene,
die Widerstandsfilme der Zusammensetzung a-C:X(p,n) haben.
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Schließlich sind die Beispiele P-17, P-18, P-19, P-20, P-21, P-22,
P-23 und P-24 jene, die Widerstandsfilme mit der Zusammensetzung des a-C:X(p,n)-Typs
mit ungleichmäßiger Verteilung von X und/oder der die elektrische Leitfähigkeit
kontrollierenden Substanz haben.
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Wie oben angegeben, ist das gleiche Vergleichsbeispiel in allen Tabellen
angeführt.
-
Tabelle 1
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Beispiel Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur
material |
| @@@ @@@ @@@@@@@@@ @@@ @@@@@@@@@ @@@@@@ng @empe@ |
| Nr. menge |
| (SCCM) (W/cm2) (°C) |
| P-1 CF4/Ar 0,5 50 1 350 Glas |
| P-2 CF4/Ar 0,2 50 2 350 Glas |
| P-3 CF4/Ar 0,5 50 1 350 Si |
| P-4 CF4/Ar 0,2 50 2 350 Si |
Tabelle 2
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Beispiel Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur
material |
| Nr. menge |
| (SCCM) (W/cm2) (0C) |
| S-1 CF4/Ar 0,5 20 5,5 350 Glas |
| S-2 CF4/Ar 0,5 20 5,5 350 Si |
| Bezugs- Ar 1 20 1,6 200 Si |
| beispiel @@ @ @0 @,@ @@@ @@ |
Tabelle 3
| Beispiel Nr. Dicke Widerstand Haltbarkeit |
| (Å) (#) |
| P-1 1000 205 o |
| P-2 1000 205 o |
| P-3 1000 205 o |
| P-4 1000 205 o |
| S-1 1000 205 o |
| S-2 1000 205 o |
| Bezugsbeispiel 1500 120 x |
Tabelle 4
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Beispiel Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur
material |
| menge |
| (SCCM) (W/cm2) (°C) |
| P-5 CF4/Ar 0,5 50 # 20 1 350 Glas |
| P-6 CF4/Ar 0,2 50 # 20 2 350 Glas |
| P-7 CF4/Ar 0,5 20 # 50 1 350 Glas |
| P-8 CF4/Ar 0,2 20 # 50 2 350 Glas |
| P-9 CF4/Ar 0,5 50 * 20 1 350 Si |
| P-10 CF4/Ar 0,2 50 F 20 2 350 Si |
| P-11 CF4/Ar 0,5 20 # 50 1 350 Si |
| P-12 CF4/Ar 0,2 20 # 50 2 350 Si |
Tabelle 5
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Bei spiel Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur
material |
| menge |
| (SCCM) (W/cm2) (°C) |
| S-3 CF4/Ar 0,5 20 # 10 5,5 350 Glas |
| S-4 CF4/Ar 0,5 20 # 10 5,5 350 Si |
| Bezugs- |
| Ar 1 20 1,6 200 Si |
| beispiel |
Tabelle 6
| Beispiel Nr. Dicke Widerstand Haltbarkeit |
| (Å) (#) |
| P-5 1000 230 0 |
| P-6 1000 230 0 |
| P-7 1000 230 0 |
| P-8 1000 230 0 |
| P-9 1000 230 0 |
| P-10 1000 230 0 |
| P-11 1000 230 0 |
| P-12 1000 230 0 |
| S-3 1000 230 0 |
| S-4 1000 230 0 |
| Bezugsbeispiel 1500 120 x |
Tabelle 7
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Beispiel |
| Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur material |
| Nr. menge |
| (SCCM) (W/cm2) (°C) |
| CF4/Ar 0,5 50 |
| P-13 1,5 350 Glas |
| BF3/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 |
| P-14 1,5 350 Glas |
| PF5/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 |
| P-15 1,5 350 Si |
| BF3/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 |
| P-16 1,5 350 Si |
| PF5/Ar 1.10-5 125 |
Tabelle 8
| Beispiel Nr. Dicke Widerstand Haltbarkeit |
| (Å) ( ) |
| P-13 1000 180 o |
| P-14 1000 180 o |
| P-15 1000 180 o |
| P-16 1000 180 0 |
| Bezugsbeispiel 1500 120 x |
Tabelle 9
| Reaktionsgas Elektr. Substrat- Substrat- |
| Bei spiel Art A/B Verhältnis A/B Durchsatz- Leistung temperatur
material |
| menge |
| (SCCM) (W/cm2) (°C) |
| CF4/Ar 0,5 50 # 70 |
| P-17 1,5 350 Glas |
| BF3/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 # 70 |
| P-18 1,5 350 Glas |
| PF5/Ar 1.10-5 125 |
| P-19 CF4/Ar 0,5 -5 50 - 30 1,5 350 Glas |
| BF3/Ar 1-10 125 |
| P-20 CF4/Ar 0,5 -5 50 + 30 1,5 350 Glas |
| PF5/Ar 1.10-5 125 1,5 |
| CF4/Ar 0,5 50 # 70 |
| P-21 1,5 350 Si |
| BF3/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 # 70 |
| P-22 1,5 350 Si |
| PF5/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 # 30 |
| P-23 1,5 350 Si |
| BF3/Ar 1.10-5 125 |
| CF4/Ar 0,5 50 # 30 |
| P-24 |
| PF5/Ar 1.10-5 125 1,5 350 Si |
Tabelle 10
| Beispiel Nr. Dicke Widerstand Haltbarkeit |
| (Å) (#) |
| P-17 1000 205 0 |
| P-18 1000 205 0 |
| P-19 1000 205 0 |
| P-20 1000 205 0 |
| P-21 1000 205 0 |
| P-22 1000 205 0 |
| P-23 1000 205 0 |
| P-24 1000 205 0 |
| Bezugsbeispiel 1500 120 x |
Eine praktische Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystems
der Erfindung, das den beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf enthält,
wird anschließend beschrieben.
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Figur 30 ist eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystems
der vorliegenden Erfindung mit teilweise weggeschnittener Wandung.
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Dieses Aufzeichnungssystem hat zwei Aufzeichnungskopf-Einheiten 70,
die nebeneinander auf einem Wagen 72 montiert und durch Halter 71 befestigt sind.
Jede Aufzeichnungskopf-Einheit 70 ist abnehmbar und kann frei verfügbar sein, so
daß sie verworfen werden kann, wenn die darin befindliche Aufzeichnungsflüssigkeit
verbraucht ist.
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Ein um die Scheiben 80 und 81 laufender Draht 82 ist mit beiden Enden
mit dem betreffenden Seitenflächen des Wagens 72 verbunden.
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Die Scheibe 81 wird durch einen Motor 84 angetrieben. Die Anordnung
ist so, daß der Wagen 72 beim Betrieb des Motors 84 über den Draht 82 gezogen wird,
so daß er sich in Figur 30 längs der Führungskörper 74 nach links und rechts bewegt.
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Die Walze 76 wird von einer Drehwelle 77 getragen, die ihrerseits
über einen Getriebemechanismus 88 von einem anderen Motor 86 angetrieben wird, um
das Aufzeichnungsmedium 78 zuzuführen.
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Beim Betrieb werden elektrische Signale, die der aufzuzeichnenden
Information entsprechen, durch eine flexible Leiterbahn 90 den Aufzeichnungskopf-Einheiten
70 zugeführt, so daß diese die Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit wie durch
die Pfeile Z angezeigt zum Aufzeichnungsmedium hin abstrahlen, wodurch die Information
auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird.
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Selbstverständlich kann der Aufzeichnungskopf ein Voll-Zeilenkopf
sein, der sich über die gesamte Länge der Aufzeichnungs- oder Druckzeile erstreckt.
In einem solchen Fall ist es anders als bei der in Figur 30 gezeigten Ausführungsform
nicht erforderlich, einen Mechanismus für den Antrieb des Aufzeichnungskopfes einzusetzen.
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- L e e r s e i t e -